1、水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計- 1 -目 錄第一章第一章 水輪機水輪機 .- - 4 4 - -1.11.1 特征水頭的確定特征水頭的確定 .- - 4 4 - -1.21.2 水輪機選型水輪機選型 .- - 6 6 - -1.31.3 水輪機蝸殼及尾水管水輪機蝸殼及尾水管 .- - 8 8 - -1.3.1 蝸殼尺寸確定.- 8 -1.3.2 尾水管尺寸確定.- 8 -1.41.4 調(diào)速設(shè)備及油壓設(shè)備選擇調(diào)速設(shè)備及油壓設(shè)備選擇 .- - 8 8 - -1.4.1 調(diào)速功計算.- 8 -1.4.2 接力器選擇.- 9 -1.4.3 調(diào)速器的選擇.- 9 -1.4.4 油壓裝置.- 9 -第二章第二

2、章 發(fā)電機發(fā)電機 .- - 1111 - -2.12.1 發(fā)電機的尺寸估算發(fā)電機的尺寸估算 .- - 1111 - -2.1.1 主要尺寸估算.- 11 -2.1.2 外形尺寸估算.- 11 -2.22.2 發(fā)電機重量估算發(fā)電機重量估算 .- - 1313 - -第三章第三章 混凝土重力壩混凝土重力壩 .- - 1414 - -3.13.1 剖面設(shè)計剖面設(shè)計 .- - 1414 - -3.1.1 壩高的確定.- 14 -3.1.2 壩底寬度的確定.- 16 -3.23.2 穩(wěn)定與強度校核穩(wěn)定與強度校核 .- - 1616 - -3.2.1 作用大小.- 16 -3.2.2 承載能力極限狀態(tài)強度

3、和穩(wěn)定驗算.- 19 -3.2.3 正常使用極限狀態(tài)進行強度的計算和驗算.- 25 -第四章第四章 引水建筑物布置引水建筑物布置 .- - 2727 - -緊水灘水電站壩后式廠房方案論證設(shè)計- 2 -4.14.1 壓力鋼管布置壓力鋼管布置 .- - 2727 - -4.1.1 確定鋼管直徑.- 27 -4.24.2 進水口布置進水口布置 .- - 2727 - -4.2.1 確定有壓進水口的高程.- 27 -4.2.2 漸變段尺寸確定.- 28 -4.2.3 攔污柵尺寸確定.- 28 -4.2.4 通氣孔的面積確定.- 28 -第五章第五章 主廠房尺寸及布置主廠房尺寸及布置 .- - 3030

4、 - -5.15.1 廠房高度的確定廠房高度的確定 .- - 3030 - -5.1.1 水輪機安裝高程.- 30 -5.1.2. 尾水管頂部高程及尾水管底部高程.- 30 -5.1.3 基巖開挖高程.- 30 -5.1.4 水輪機層地面高程.- 30 -5.1.5 發(fā)電機層樓板高程.- 30 -5.1.6 吊車軌頂高程.- 31 -5.1.7 廠房頂高程.- 31 -5.25.2 主廠房長度的確定主廠房長度的確定 .- - 3131 - -5.2.1 機組段長度確定.- 31 -5.2.2 端機組段長度.- 32 -5.2.3 裝配場長度.- 32 -5.35.3 主廠房寬度和橋吊跨度的確定

5、主廠房寬度和橋吊跨度的確定 .- - 3232 - -第六章第六章 混凝土溢流壩混凝土溢流壩 .- - 3434 - -6.16.1 溢流壩段總寬度的確定溢流壩段總寬度的確定 .- - 3434 - -6.1.1 單寬流量 q 的選擇.- 34 -6.1.2 確定溢流前緣總凈寬 L .- 34 -6.1.3 確定溢流壩段總寬度.- 35 -6.26.2 堰頂高程的確定堰頂高程的確定 .- - 3535 - -6.2.1 堰頂高程的確定.- 35 -6.2.2 閘門高度的確定.- 35 -6.36.3 堰面曲線的確定堰面曲線的確定 .- - 3535 - -6.3.1 最大運行水頭maxH和定型

6、設(shè)計水頭dH 的確定 .- 36 -6.3.2 三圓弧段的確定.- 36 -水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計- 3 -6.3.3 曲線段的確定.- 36 -6.3.4 直線段的確定.- 36 -6.3.5 反弧段的確定.- 37 -6.3.6 鼻坎挑角和坎頂高程的確定.- 38 -6.3.7 溢流壩倒懸的確定.- 38 -6.46.4 溢流壩強度和穩(wěn)定驗算溢流壩強度和穩(wěn)定驗算 .- - 3838 - -6.4.1 作用大小.- 39 -6.4.2 承載能力極限狀態(tài)強度和穩(wěn)定驗算.- 40 -6.4.3 正常使用極限狀態(tài)進行強度的計算和驗算.- 43 -6.56.5 消能與防沖消能與防沖 .- - 43

7、43 - -6.5.1 挑射距離和沖刷坑深度的估算.- 43 -第七章第七章 壓力鋼管應(yīng)力分析及結(jié)構(gòu)設(shè)計壓力鋼管應(yīng)力分析及結(jié)構(gòu)設(shè)計 .- - 4444 - -7.17.1 水力計算水力計算 .- - 4444 - -7.1.1 水頭損失計算.- 44 -7.1.2 水錘計算.- 49 -7.27.2 壓力鋼管厚度的擬定壓力鋼管厚度的擬定 .- - 5252 - -7.37.3 鋼管、鋼筋、混凝土聯(lián)合承受內(nèi)壓的應(yīng)力分析鋼管、鋼筋、混凝土聯(lián)合承受內(nèi)壓的應(yīng)力分析 .- - 5454 - -7.3.1 混凝土開裂情況判別.- 54 -7.3.2 應(yīng)力計算.- 58 -緊水灘水電站壩后式廠房方案論證設(shè)計

8、- 4 -第一章 水輪機1.1 特征水頭的確定1. 在校核洪水位下, 四臺機組滿發(fā)，下泄流量 Q=14100m3/s,由廠區(qū)水位流量關(guān)系可得，尾水位尾=220.54m，庫=291.8m H1=0.99(庫尾)=0.99(291.8220.54)=70.54m2, 在設(shè)計洪水位下，四臺機組滿發(fā)，下泄流量=11000 m3/s,由廠區(qū)水位流量關(guān)系得, 尾水位尾=217.82m, 庫=289.94m H2=0.99(庫尾)=0.99(289.94217.82)=71.40m3, 在設(shè)計蓄水位下,一臺機組滿發(fā)，由下列式子試算出該情況下對應(yīng)的下泄流量和水頭N=9.81QHH=0.99(庫尾)尾=f (Q

9、)=水電=0.950.9列表試算，得Q(m3/s)庫(m)尾(m)H(m)N(kw)60284201.8881.3040916.3565284201.9181.2744309.1870284201.9481.2447699.4267.5284201.9281.2646004.63當(dāng)下泄流量為 67.5 m3/s 時，一臺機組滿發(fā)，對應(yīng)水頭為 81.26m.，即H3=81.26m.4.在設(shè)計蓄水位下，四臺機組滿發(fā)，試算該情況下對應(yīng)的下泄流量和水頭，列表試算Q(m3/s)庫(m)尾(m)H(m)N(kw)300284203.279.99201281.07250284203.0380.1616808

10、0.21270284203.180.09181377.16水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計- 5 -274284203.180.08184033.9 當(dāng)下泄流量為 274 m3/s 時，四臺機組滿發(fā)，對應(yīng)水頭為 80.08m，即H4=80.08m。5.在設(shè)計低水位下，四臺機組滿發(fā)，試算該情況下對應(yīng)的下泄流量和水頭，列表試算Q(m3/s)庫(m)尾(m)H(m)N(kw)300264203.260.19151459.02400264203.5359.87200838.21350264203.3760.02176217.81362264203.4159.97184000當(dāng)下泄流量為 362m3/s 時，四

11、臺機組滿發(fā)，對應(yīng)水頭為 59.79m，即H5=59.79m.6.在設(shè)計低水位下，一臺機組滿發(fā)，試算該情況下對應(yīng)的下泄流量和水頭，列表試算Q(m3/s)庫(m)尾(m)H(m)N(kw)8026420261.3841186.2390264202.0661.3246287.808526461.3561.3543738.3189.4526461.3261.3246006.33 當(dāng)下泄流量為 89.45m3/s 時，一臺機組滿發(fā)，對應(yīng)水頭為 61.32m，即H6=61.32m.max123456maxHHHHHHH =max 70.5471.4081.2680.0859.7961.32 =81.2mi

12、n123456minHHHHHHH =min 70.5471.4081.2680.0859.7961.32 =59.79maxmin0.60.4avHHH緊水灘水電站壩后式廠房方案論證設(shè)計- 6 - 0.6 81.260.4 59.79 =72.74=69.110.95ravHH0.95 72.74由 H1=70.54m,H2=71.40m,H3=81.26m,H4=80.08m,H5=59.79m,H6=61.32m，確定：最大水頭 Hmax=81.2m ,最小水頭 Hmin=59.79m,加權(quán)平均水頭Hav=0.6Hmax+0.4 Hmin 0.681.2+0.459.79=72.74m,

13、設(shè)計水頭 Hr=0.95 Hav=0.9572.74=69.11m1.2 水輪機選型根據(jù)水頭變化范圍 59.79m81.26m,在水輪機系列型譜表 33.表 34 中查出合適的機型為 HL220.HL220 型水輪機的主要參數(shù)選擇1. 轉(zhuǎn)輪直徑 D1計算 查水電站表 36 和圖 312 可得 HL220 型水輪機在限制工況下單位流量 Q11M=1150L/s，效率 =89.0%，由此可初步假定原型水輪機在該工況下單位流量 Q11= Q11M=1150L/s，效率 =90%。發(fā)電機的額定效率取為 gr=96%,Nr=Ngr/gr=46000/96%=47916.67kwD1=2.866mr11r

14、rN9.81Q HH 47916.679.81 1.15 69.1169.11 90%選用與之接近而偏大的標(biāo)稱直徑 D1=3.0m.2. 轉(zhuǎn)速 n 計算 查水電站表 34 可得，HL220 型水輪機在最優(yōu)工況下單位轉(zhuǎn)速=70.0 r/min,初步假定=70.0r/min,Hav=72.74m,D1=3.0m.,10Mn,10n,10Mn n=199.00r/min,101avnHD70.072.743.0選擇與上述計算值相近而偏大的同步轉(zhuǎn)速 n=214.3r/min。3. 效率及單位參數(shù)修正查表 36 可得 HL220 型水輪機在最優(yōu)工況下的模型最高效率為 Mmax =91%水利水電工程專業(yè)畢

15、業(yè)設(shè)計- 7 -模型轉(zhuǎn)輪直徑 D1M=0.46m max=1-(1-Mmax)=1-(1-91%)=93.8%151MDD50.463.0則效率修正值為 =93.8%-91%=2.8%。考慮到模型與原型水輪機在制造上的差異。常在已求得的 值中再減去一個修正值 ，現(xiàn)取 =1.0%，可得修正值為 =1.8%，原型水輪機在最優(yōu)工況和限制工況下的效率為 max=Mmax+=91%+1.8%=92.8% =M+=89%+1.8%=90.8%90% 與假定不符重新假定效率 =90.8%，采用上述過程，得出 D1=3.0m,n=214.3r/min, max=93.8% =93.8%-91%-=93.8%-

16、91%-1%=1.8% max=Mmax+=91%+1.8%=92.8% =M+=89%+1.8%=90.8% 與上述假定值相同單位轉(zhuǎn)速的修正值 =(-1)=（-1）=0.98%110110MnnmaxmaxM0.9280.91由于3.0%，按規(guī)定單位轉(zhuǎn)速可不加修正，同時，單位流量 Q11也可不加0.9280.91修正，由上可見，原假定的 =90.8%，Q11= Q11M, n110=n110M是正確的。那么上述計算及選用的結(jié)果D1=3.0m,n=214.3r/min 是正確的。4. 工作范圍檢查 水輪機在 Hr,Nr下工作時，Q11= Q11max Q11max=1.04030000Nm屬大

17、型調(diào)速器。調(diào)速柜、主接力器、油壓裝置三者分別選擇。1.4.2 接力器選擇大型調(diào)速器常采用兩個接力器來操作導(dǎo)水機構(gòu)，油壓裝置額定油壓 2.5Mp，接力器直徑ds=D1=0.0293=0.329m (b0/D1=0.25)0max1bHD0.25 81.26選用與之接近而偏大的 400mm 的標(biāo)準(zhǔn)接力器。 接力器最大行程 Smax=(1.41.8)a0max，由 n11r=77.33r/min,Q11max=1040L/s,在模型綜合曲線上查得，a0max=a0Mmax=28.8=187.830000MMD ZDZ3 240.46 24 Smax=(1.41.8)a0max=(1.41.8)187

18、.83=269.96338.09取 Smax=300兩接力器總?cè)莘e為 緊水灘水電站壩后式廠房方案論證設(shè)計- 10 -VS=0.420.3=0.075m32max12sd S21.4.3 調(diào)速器的選擇主配壓閥直徑 d=1.13 （Ts為導(dǎo)葉從全開到0.0751.130.072944 4.5ssmVmTV全關(guān)的直線關(guān)閉時間，取為 4s） ，選用 DT801.4.4 油壓裝置壓力油罐的容積 Vk=（1820）Vs=（1820）0.075=1.351.5m3，選用HYZ1.6mhHn壓力油罐尺寸：裝置型號D（mm）h（mm）H（mm）m（mm）n（mm）HYZ1.6102823703270240017

19、00水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計- 11 -第二章 發(fā)電機2.1 發(fā)電機的尺寸估算額定轉(zhuǎn)速 n=214.3r/min150r/min，選擇懸式發(fā)電機。查表，對應(yīng) SF65-28/640,功率因數(shù) cos=0.90.則發(fā)電機額定容量 Sf為 Sf=Nf/cos=46000/0.9=51111.11kVA2.1.1 主要尺寸估算1. 極矩 =58.83cm4451111.11922 14fjSKp 由極矩 ，計算轉(zhuǎn)子的飛逸速度 Kf=nf/n=410/214.3=1.91 Vf=KfV=1.9158.83=112.55m/s2. 定子內(nèi)徑 Di緊水灘水電站壩后式廠房方案論證設(shè)計- 12 - Di=52

20、4.33cm22 1458.83p3. 定子鐵芯長度 lt lt=157.73cm (查表 71，C 取 5.510-6)2651111.115.5 10214.3fieSCD n lt/=157.73/58.83=2.68定子鐵芯長度 lt主要受發(fā)電機的通風(fēng)冷卻和運輸條件的限制。當(dāng) lt/3 時，通風(fēng)較困難；當(dāng) lt/2.5m 時，一般采用現(xiàn)場疊裝定子。4 定子鐵芯外徑 Da ne166.7rpm Da=Di+=524.33+58.83=583.16cm2.1.2 外形尺寸估算2.1.2.1 平面尺寸估算1.定子基座外徑 20000kVA）3. 轉(zhuǎn)子外徑 D3= Di-2= Di=524.3

21、3cm （ 為單邊空氣間隙，初步估算時可忽略不計）4. 下機架最大跨度 D4=D5+0.6=4.2+0.6=4.8m5. 水輪機基坑直徑 D5=4.2m6. 推力軸承外徑 D6=3.4m7. 勵磁機外徑 D7=2.4m2.1.2.2 軸向尺寸計算水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計- 13 -1. 定子機座高度 h1= lt+2=157.73+258.83=275.34cm (ne214.3r/min)2. 上機架高度 h2=0.25 Di=0.2558.83=131.08cm （懸式承載機架）3. 推力軸承高度 h3=1600mm勵磁機高度 h4=2100mm=2.1m （包括勵磁機架，高度 900mm

22、） 副勵磁機高度 h5=900mm=0.9m 永磁機高度 h6=700mm=0.7m 4. 下機架高度 h7=0.12 Di=0.12524.33=62.92cm （懸式非承載機架）5. 定子支座支承面至下機架支承面的距離 h8=0.15 Di=0.15524.33=78.65cm 6. 下機架支承面至主軸法蘭底面之間的距離h9=1m （按以生產(chǎn)的發(fā)電計資料，一般為 7001500mm，取 1000mm=1m） 7. 轉(zhuǎn)子磁軛軸向高度 h10= lt+（500600）mm=1.58+0.52=2.1m (無風(fēng)扇時)8. 發(fā)電機主軸高度 h11= （0.70.9）H=（0.70.9）10.45=

23、7.329.41取 h11=7.5m緊水灘水電站壩后式廠房方案論證設(shè)計- 14 -19. 定子鐵芯水平中心線至主軸法蘭盤底面距離 h12=0.46h1+h102.2 發(fā)電機重量估算水輪發(fā)電機的總重量 Gf=K1=346.13t223351111.119214.3feSn 發(fā)電機轉(zhuǎn)子重量約為 0.5Gf=0.5346.13=173.1t第三章 混凝土重力壩水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計- 15 -3.1 剖面設(shè)計水庫總庫容 13.71 億 m3，工程規(guī)模為大（1）型，一等。主要建筑物為 1 級，次要建筑物為 3 級，臨時性建筑物為 4 級。3.1.1 壩高的確定水庫總庫容 13.71 億 m3，工程規(guī)

24、模為大（1）型，一等。主要建筑物為 1 級，次要建筑物為 3 級，臨時性建筑物為 4 級。壩頂超出靜水位高度h=2h1%+hz+ hc壩頂高程=設(shè)計洪水位+h設(shè)=289.94+h設(shè)壩頂高程=校核洪水位+h校=291.80+h校計算風(fēng)速 V0，正常運用條件（正常蓄水位/設(shè)計洪水位） ，取多年平均最大風(fēng)速的 1.52.0 倍；非常運用條件（校核洪水位） ，取洪水期多年平均最大風(fēng)速。1131202200113.752.15022000.00760.331mghgDVVVgLgDVVV設(shè)=289.94 =27.13（20，250）20gDV29.81 140022.5 h=11230120200.00

25、76VgDVVg =0.007611231229.81 140022.522.522.59.81 =0.91mh 為累計頻率 5%的波高,hm/Hm0.1,查表得,hp/hm=1.95,則hm=0.91/1.95=0.47m,h1%/hm=2.42,則 h1%=2.42hm=2.420.47=1.13m Lm=1123.7502.150200.331VgDVVg緊水灘水電站壩后式廠房方案論證設(shè)計- 16 - =1123.752.1529.81 140022.50.331 22.522.59.81 =9.68m hz=0.41m221%21.13289.949.689.68mmhHcthcthL

26、L壩的級別為 1 級,正常情況,hc=0.7m h=2h1%+hz+ hc=21.13+0.41+0.7=3.37m壩頂高程為 頂=289.94+3.37=293.31m校=291.80m =61.48(20,250)20gDV29.81 141015 h=11230120200.0076VgDVVg =11231229.81 1410150.0076 15159.81 =0.55mh 為累計頻率 5%的波高,hm/Hm071857.2221365.677.61003.63RRRRRWM TAJ滿足要求。設(shè)計洪水位=44357.8KN, =-435864.8RWRMKN m=137.33044

27、357.8435864.877.61003.63RRRRRWM TAJ滿足要求。3.2.3.2 壩體選定截面上游端點的拉應(yīng)力驗算正常蓄水位緊水灘水電站壩后式廠房方案論證設(shè)計- 28 -=29326KN =27097.6cWcMKN m=626.602932627097.645.3342cCcccWM TAJ滿足要求。設(shè)計洪水位=28930.3 KN， =-56300.5cWcMKN m=474028930.356300.545.3342cCcccWM TAJ滿足要求。3.2.3.3 施工期壩體下游面拉應(yīng)力驗算壩址處 83173.5cWKN860549.8cMKN m214.4100cCcccW

28、M TkPaAJ 滿足要求選定截面下游端點 32585cWKN257228.2cMKN m32.8100cCcccWM TkPaAJ 滿足要求 第四章 引水建筑物布置引水建筑物設(shè)立在溢流壩段，采用壩式進水口，壓力鋼管引水，壓力鋼管采用壩內(nèi)埋管形式。 （具體可見壩內(nèi)埋管專題部分）4.1 壓力鋼管布置本電站采用壓力鋼管引水，鋼管直接埋入壩體混凝土中，二者結(jié)為總體，共水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計- 29 -同承擔(dān)水壓力。4.1.1 確定鋼管直徑鋼管的經(jīng)濟直徑為33max775.25.2 77.844.4769.11QDmH壩內(nèi)埋管的經(jīng)濟流速為 57 ，蝸殼進水口的直徑為 3.4m，綜合考慮經(jīng)/m s濟流

29、速和蝸殼進水口直徑，確定壩內(nèi)埋管的直徑為 3.8m，對應(yīng)管內(nèi)流速 V 的大小為max2244 77.846.86/3.8QVmD滿足經(jīng)濟流速要求。管道由上水平段、彎管段、傾斜段、彎管段和下水平段組成，彎管段曲率半徑一般為直徑的 23 倍，即（7.6m11.4m） ，取為 9m。傾斜段斜率為 0.77. 與壩體下游傾斜面斜率一致。4.2 進水口布置進水口采用壩式進水口。進水口長度較短，進口段與閘門段合而為一。4.2.1 確定有壓進水口的高程閘門孔口為矩形，其寬度一般等于或稍小于壓力管道直徑 D,本設(shè)計取其寬度等于壓力管道直徑 D，3.8m。高度稍大于壓力管道直徑，取為 4.4m閘門斷面流速：ma

30、x77.844.66/4.4 3.8QVm sA閘門門頂?shù)陀谧畹退坏呐R界淹沒深度：0.6 4.664.45.86crScv dm進水口高程為H=最低水位-=264-5.86=258.14mcrS取閘門門頂高程 256.2m。壓力鋼管起始水平段中心線的高程為 254m。 進口段為平底，上唇收縮曲線為四分之一橢圓，方程為，22221xyab緊水灘水電站壩后式廠房方案論證設(shè)計- 30 -（3.85.7）, （1.31.9）,確定橢圓曲線方程為11.5aD 1132bDD222214.11.6xy4.2.2 漸變段尺寸確定漸變段水平是由矩形閘門段到圓形鋼管的過渡段，采用圓角過渡。漸變段的長度一般為引

31、水道寬的 1.02.0 倍，即 3.8m7.6m，取為 5m。4.2.3 攔污柵尺寸確定攔污柵的總面積常按電站的引用流量及擬定的過柵流速反算得出，過柵流速以不超過 1.0m/s 為宜277.8477.841QAmV本設(shè)計取攔污柵高度為 7.2m，半徑 3.5 米，A=79.17 。2m攔污柵通常由鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)支承。攔污柵框架由柱及橫梁組成，橫梁間距一般不大于 4 米，本設(shè)計取 2.4 米攔污柵由若干柵片組成，每塊柵片的寬度一般不超過 2.5 米，取 1.8m，高度不超過 4 米，取 1.8 米。柵條的厚度由強度計算決定，通常厚 8 至 12mm，對混流式水輪機, 柵條厚度，本設(shè)計取 10

32、mm。1/30bD4.2.4 通氣孔的面積確定通氣孔的面積常按最大進氣流量除以允許進氣流速得出。最大進氣流量出現(xiàn)在閘門緊急關(guān)閉時，可近似認(rèn)為等于進水口的最大引用流量。允許進氣流速與引水道形式有關(guān)，對壩內(nèi)埋管可取 7080m/s。maxQVA通氣孔的直徑取為 1.2m，面積為，對應(yīng)的進氣流速為 68.8 m/s.通氣孔頂21.13m端高出上游最高水位，防止水流溢出。水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計- 31 -第五章 主廠房尺寸及布置5.1 廠房高度的確定根據(jù)廠房各部位之間的關(guān)系，可以從下到上一層一層確定，在確定過程中，堅持符合規(guī)范和條件以及節(jié)省的原則。緊水灘水電站壩后式廠房方案論證設(shè)計- 32 -5.1

33、.1 水輪機安裝高程Zs=w+Hs+b0/2=202+0.03+0.75/2=202.41m5.1.2. 尾水管頂部高程及尾水管底部高程尾水管頂部高程為 Zs- b0/2=202.41-0.75/2=202.04m尾水管頂部高程=尾水管頂部高程-尾水管高度=202.04-7.8=194.24m5.1.3 基巖開挖高程基巖開挖高程=尾水管底部高程-底板厚=194.24-2=192.24m5.1.4 水輪機層地面高程水輪機層地面高程=水輪機安裝高程+蝸殼進口斷面半徑+蝸殼上部混凝土厚=202.41+1.68+1=205.09m 5.1.5 發(fā)電機層樓板高程發(fā)電機層樓板高程=水輪機層地面高程+水輪機

34、井進人孔高度（2m）+進人孔頂部深梁（1m）+定子高度+上機架高度=205.09+2+1+2.75+1.31=212.15m5.1.6 吊車軌頂高程吊車軌頂高程=發(fā)電機層樓板高程+吊運物與固定物間垂直安全距離+起吊設(shè)備高度=202.15+1+7.5+0.146水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計- 33 -=220.80m5.1.7 廠房頂高程廠房頂高程=軌頂高程+軌道面至起重機頂距離+房頂凈高+混凝土厚度=220.80+3.7+0.3+3=227.8m5.2 主廠房長度的確定5.2.1 機組段長度確定機組段長度1L1maxmaxxxLLL式中、機組段沿廠房縱軸線方向，在機組中心線兩側(cè)的最大尺max xL

35、max xL寸。蝸殼層maxmax345165xixiLRLR式中 、蝸殼沿廠房縱軸線方向，在機組中心線345iR165iR兩側(cè)的最大尺寸 蝸殼四周的混凝土厚度，取為 1m。1maxmax4.685.71 1 112.39xxLLLm 尾水管層maxmax22xxBLBL式中 尾水管寬度度，；B8.16Bm 尾水管混凝土邊墩厚，。1m緊水灘水電站壩后式廠房方案論證設(shè)計- 34 -1maxmax8.16 1 110.16xxLLLm 發(fā)電機層maxmax2222xxbLbL式中 發(fā)電機風(fēng)罩內(nèi)徑，=9.4m發(fā)電機風(fēng)罩壁厚，=0.5m兩臺機組之間風(fēng)罩外壁凈距，一般取 1.52.0m，若兩機組間設(shè)樓b

36、梯取為 34m，本設(shè)計取為 3.6m。1maxmax9.43.62 0.514xxLLLm 經(jīng)比較，確定機組段長度為 14m。5.2.2 端機組段長度端機組段的附加長度：L=（0.21.0）D1式中 轉(zhuǎn)論直徑，m。 （=3.0m）1D1D考慮到下部塊體在端部設(shè)置了檢修集水井和滲漏集水井，根據(jù)需要，附加長度取為 1.5m5.2.3 裝配場長度裝配場長度 L=（1.01.5.）L =（1421）m ，考慮發(fā)電機轉(zhuǎn)子，發(fā)電機上機1架，水輪機轉(zhuǎn)輪，水輪機頂蓋的尺寸，確定裝配場的寬度為 17m5.3 主廠房寬度和橋吊跨度的確定主廠房寬度 BB= B1+ B2式中 B1機組中心線至上游側(cè)的寬度，m； B2

37、機組中心線至下游側(cè)的寬度，m。水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計- 35 -由下部塊體決定的廠房最小寬度上游側(cè)寬度 B1： B1=機組中心線至上游渦殼外緣尺寸+渦殼外包混凝土+外墻厚=5.24+1+2=7.24m下游側(cè)寬度 B2：B2=機組中心線至下游渦殼外緣尺寸+渦殼外包混凝土+外墻厚 =3.92+1+2=6.92m則下部塊體寬度方向的最小尺寸為：B= B1+ B2=7.24+6.92=14.16m由發(fā)電層決定的廠房寬度B=風(fēng)罩直徑+2通道寬度+外墻厚=9.4+22+3=16.4m 。選擇橋吊跨度為 16m，根據(jù)前面算出的發(fā)電機轉(zhuǎn)子重量 173.1t，選擇2100（t） ，跨度為 16m 的雙小車橋式

38、起重機。本設(shè)計中，發(fā)電機轉(zhuǎn)子在上游側(cè)起吊，考慮到發(fā)電機轉(zhuǎn)子與周圍建筑物及設(shè)備之間的最小間隙，水平方向為 0.4m，垂直方向 0.61.0m，若采用剛性吊具，垂直間隙可減為 0.250.5m，通過畫圖，為保證發(fā)電機轉(zhuǎn)子在水平方向的安全距離，發(fā)電機主軸在垂直方向與發(fā)電機層樓板距離取為 1.0m。機組中心線距上游距離為 7.5m，據(jù)下游距離為 8.5m。主廠房總寬度為7.5+8.5+1.5+1.5=19m。裝配廠寬度：采用與主廠房寬度相同 19m 。第六章 混凝土溢流壩6.1 溢流壩段總寬度的確定緊水灘水電站壩后式廠房方案論證設(shè)計- 36 -6.1.1 單寬流量 q 的選擇當(dāng)河谷狹窄、巖石堅硬、且下

39、游水深較大時，應(yīng)選擇較大的單寬流量，本工程所處河谷狹窄、壩址兩岸地形對稱，巖性均一，較新鮮完整，風(fēng)化淺，構(gòu)造不甚發(fā)育，水文地質(zhì)條件較簡單，故屬工程地質(zhì)條件較好的壩址。單寬流量取為150 。3/ms m6.1.2 確定溢流前緣總凈寬 L6.1.2.1 初擬溢流前緣總凈寬 L初步確定溢流前緣總凈寬 L=94mQLq141001506.1.2.2 溢流孔口和閘墩的尺寸確定和布置我國目前大中型混凝土重力壩，溢流孔凈寬一般常用 812m。本設(shè)計采用溢流式廠房，其四個壓力水管的進水口布置在溢流壩閘墩之下，這種布置方式進水口閘門及攔污柵的提降與溢流壩頂閘門的操作互不干擾，布置和運行都比較方便，采用這種布置方

40、式時，閘墩的厚度必須考慮布置進水口閘門井和攔污柵的需要，厚度需要增大，四個閘墩的尺寸相應(yīng)的加寬定為 6m，根據(jù)之前確定的一個機組段長度為 14m，確定這四個閘墩間的溢流孔凈寬為 8m，根據(jù)初步確定的溢流前緣的寬度 94m，再設(shè)置六個凈寬為 12m 的溢流孔。其余的四個閘墩寬度取為3m，邊墩寬度取為 2m。6.1.2.3 確定的溢流前緣總凈寬最后確定的溢流前緣總凈寬為=96m8 3 12 6 對應(yīng)的單寬流量=146.88150QqL14100963/ms m6.1.3 確定溢流壩段總寬度溢流段總寬度0L=136m08 3 12 66 43 42 2L 水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計- 37 -6.2

41、堰頂高程的確定6.2.1 堰頂高程的確定堰頂水頭0H3/202qmgH3209617.5820.9 0.52 9.81qHmmg行近流速0110000.44/280 89.94QVm sA堰上總水頭=17.57m22000.4417.5817.5722 9.81VHHmg堰頂高程設(shè)計洪水位-H=289.94-17.57=272.37m6.2.2 閘門高度的確定閘門高度=正常蓄水位-堰頂高程+安全超高 =284-272.37+（0.30.5）=12m選擇平面閘門，工作閘門一般布置在溢流堰頂點，以減少閘門高度。為了避免閘門局部開啟時水舌脫離壩面而產(chǎn)生真空，將閘門布置在堰頂偏下游一些，以壓低水舌使其

42、貼壩面下泄。檢修閘門位于工作閘門之前，為便于檢修，兩者之間留有 13m 的凈寬，本設(shè)計取凈寬 1.5m。6.3 堰面曲線的確定溢流堰采用 WES 型剖面，上游堰面鉛直，其堰頂上游部分由三段圓弧連接，下部與一傾斜直線相連接，再由圓弧與下游河床相連接。堰面曲線的確定與最大運行水頭和定型設(shè)計水頭有關(guān)。maxHdH6.3.1 最大運行水頭和定型設(shè)計水頭的確定maxHdH緊水灘水電站壩后式廠房方案論證設(shè)計- 38 -最大運行水頭maxH=291.8-272.37=19.43mmaxH校核洪水位堰頂高程定型設(shè)計水頭，為使實際運行時 m 較大而負(fù)壓絕對值較小，對于 WES 剖dH面設(shè)計，常取=（0.750.

43、95），即，14.57m18.46m，取=18mdHmaxHdH6.3.2 三圓弧段的確定1230.1750.175 183.20.2760.276 185.00.2820.282 185.1dddbHmbHmbHm1230.50.5 1890.20.2 183.60.040.04 180.72dddRHmRHmRHm6.3.3 曲線段的確定yKHXndn1式中 定型設(shè)計水頭dH K、n 與上游壩面坡度有關(guān)的系數(shù)和指數(shù)（查設(shè)計手冊知 k=2, n=1.85） 即： 1.850.852 18Xy6.3.4 直線段的確定：直線段采用與非溢流壩段剖面一樣的坡度，直線段方程為：0.77XyC聯(lián)立方程

44、1.850.852 180.77XyXyC0.850.851.852 1810.77yXy水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計- 39 -曲線段與直線段的切點的坐標(biāo)為:(26.83m, 18.83m)X=5 1.851.850.850.8550.842 182 18Xy X=10 1.851.850.850.85103.032 182 18Xy X=15 1.851.850.850.85156.422 182 18Xy X=20 1.851.850.850.852010.942 182 18Xy X=25 1.851.850.850.852516.532 182 18Xy （5，0.84） （10，3.0

45、3） （15，6.42） (20,10.94) (25,16.53)6.3.5 反弧段的確定 選擇挑流消能, 總有效水頭為2002002gVT校核洪水位221 14100291.8020091.82282 91.82 9.81 22000222200146.8891.8222 9.81 0.95ccccqThhghh 03.6ch2022146.883.692.912 9.81 0.953.6T 03.65ch2022146.883.690.532 9.81 0.953.65T 03.62ch2022146.883.6291.852 9.81 0.953.62T 經(jīng)試算，臨界水深（校核洪水位閘

46、門全開時反弧處水深）03.62ch緊水灘水電站壩后式廠房方案論證設(shè)計- 40 -反孤段半徑，取 04 1014.48 36.2cRhm30Rm6.3.6 鼻坎挑角和坎頂高程的確定鼻坎挑角，取3520 30坎頂高程距下游水位一般為 12m，校核洪水位對應(yīng)下游水位為 220.54m，坎頂高程定為 22m。 6.3.7 溢流壩倒懸的確定曲線段與直線段的切點的坐標(biāo)為:(26.83m, 18.83m)，溢流壩直線段與非溢流壩下游壩面齊平切點的高程為272.37-18.83=253.54m對應(yīng)相同高程非溢流壩的寬度為（非溢流壩壩頂高程-切點的高程）0.77=（293.88-253.54）0.77=31.0

47、6m30.2820.282 185.08dbHm 溢流壩超出非溢流壩的寬度為 5.08+26.83-31.06=0.85m0.6dH倒懸長度應(yīng)0.60.6 1810.8dHm 倒懸長度取為 11m。6.4 溢流壩強度和穩(wěn)定驗算混凝土溢流壩同非溢流壩一樣，分別按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)進行強度和穩(wěn)定的計算和驗算。6.4.1 作用大小編號荷載垂直水平力臂力矩水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計- 41 -正常蓄水位溢流壩壩體所受的作用作用的大小為W1=23.53818.38=89731.9P1=0.5（11.63+84）72.379.81=33946.2P2=0.53.13.19.81=47.1P3

48、=375.949.81=3766.4U1=3.194.59.81=2965.1.U2=9.8120.212=8471.4U3=9.8120.212=2377.9U4=0.560.7129.81=3572.8校核洪水位溢流壩壩體所受的作用m1自重89731.910.57948331.933946.227.06918485.147.11.0348.672水壓力3766.446.02 169720.42965.1.08471.48.2569889.12377.942.75101655.23揚壓力3572.844.75159882.8垂直水平力臂力矩編號荷載m1自重89731.910.57948331

49、.940029.428.341134434.22069.46.814168.32水壓力4324.7445.81980731964607464.98.25615855.92095.442.75895793揚壓力3146.744.75140812.81491.918.627749.34動水壓力7675.1623.95183820.1緊水灘水電站壩后式廠房方案論證設(shè)計- 42 -作用的大小為W1=23.53818.38=89731.9P1=0.5（19.43+91.8）72.379.81=40029.4P2=0.520.5420.549.81=2069.4P3=9.81440.85=4324.74U

50、1=20.5494.59.81=19646U2=0.59.8185.517.8=7464.9U3=9.8117.812=2095.4U4=0.553.46129.81=3146.7D1=146.8840.57（cos30-cos52）=1491.9D2=146.8840.57（sin30+sin52）=7675.166.4.2 承載能力極限狀態(tài)強度和穩(wěn)定驗算承載能力極限狀態(tài)強度和穩(wěn)定驗算包括1.壩體與壩基接觸面抗滑穩(wěn)定計算；2.壩址的抗壓強度驗算； 6.4.2.1 壩體與壩基接觸面抗滑穩(wěn)定計算正常蓄水位下，1.作用效應(yīng)函數(shù)33899.1KN( )RSP 2.抗滑穩(wěn)定抗力函數(shù) RRRRRfWc

51、A 31.21.273148.281094.51.33.0 106521.5KNKN0( )1.1 1.0 33899.137289.01S KN 106521.588767.91.2dR水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計- 43 - 0( )dRS 滿足要求。校核洪水位下1.作用效應(yīng)函數(shù)36319.79KN( )RSP 2.抗滑穩(wěn)定抗力函數(shù) RRRRRfWc A =31.21.267604.951094.51.33.0 101404.57KN=33959KN0( )1.1 0.85 36319.79S =84503.81KN 101404.571.2dR 0( )dRS 滿足要求。6.4.2.2 壩趾

52、抗壓強度承載能力極限狀態(tài)：正常蓄水位1.作用效應(yīng)函數(shù)=73148.28KNRW=-198096.6RMKN m 221mJTMAWSRRRRR273148.28198096.61 0.7794.51584.38緊水灘水電站壩后式廠房方案論證設(shè)計- 44 -=1394.22KN2.抗壓強度極限狀態(tài)抗力函數(shù)= /CmRf 29000/KN m dR25000/KN m=1533.64kp0( )1.1 1.0 1394.22S 0( )dRS 滿足要求校核洪水位1.作用效應(yīng)函數(shù)=67604.95KNRW=-1161036.12RMKN m 221mJTMAWSRRRRR 267604.951161

53、036.121 0.7794.51584.38=2271.8kp2.抗壓強度極限狀態(tài)抗力函數(shù)= /CmRf 29000/KN m=1.10.852363.0=2124.11kp0( )S dR25000/KN m水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計- 45 - 0( )dRS 滿足要求6.4.3 正常使用極限狀態(tài)進行強度的計算和驗算正常使用極限狀態(tài)應(yīng)進行壩踵拉應(yīng)力驗算；正常蓄水位=76032.7KNRW=-131811.19RMKN m76032.7131811.19696.63094.51584.38RRRRRWM TAJ滿足要求。6.5 消能與防沖6.5.1 挑射距離和沖刷坑深度的估算平均坎頂流速V0

54、1410029.5113236.2 132cQVhm s坎頂水面流速1V11.11.1 29.5132.46VVm s坎頂平均水深在鉛直方向的投影h=1cos3.62 cos30hh3.14m坎頂至河床表面高差232hm水舌挑距222111121sincoscossin2Lvvvg hhg緊水灘水電站壩后式廠房方案論證設(shè)計- 46 -222132.46sin30 cos3032.46cos3032.46 sin 302 9.813.143.29.81 = 102.94m上下游水位差=291.80-220.54=71.26mH 下上沖刷坑深度=21.71m0.50.5rrtk qHt第七章 壓力

55、鋼管應(yīng)力分析及結(jié)構(gòu)設(shè)計本電站采用壓力鋼管引水，鋼管直接埋入壩體混凝土中，二者結(jié)為總體，共同承擔(dān)水壓力。管道由上水平段、彎管段、傾斜段、彎管段和下水平段組成，上水平段的長度為 1.16m，彎管段曲率半徑為 9m，轉(zhuǎn)角為，長度為52=8.17m。傾斜段斜率為 0.77. 與壩體下游傾斜面斜率529180180lR一致，長度為 56.4m，下水平段長度為 14.6m。7.1 水力計算7.1.1 水頭損失計算7.1.1.1 正常蓄水位對應(yīng)的水頭損失在正常蓄水位下，一臺機組的引用流量為 68.5m3/s1. 攔污柵水頭損失系數(shù)144331211212sinSSbb=33441602.420.92sin9

56、010130 =0.441過柵流速 水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計- 47 -168.50.8/3.57.2Vm s攔污柵處水頭損失1h=0.44=0.017m21112Vhg20.82 9.812. 喇叭段最小斷面平均流速=4.1m/s268.54.4 3.8QVA 有壓進水口喇叭段水頭損失 2h=0.069m222224.10.0822 9.81Vhg3. 閘門槽斷面平均流速 =4.1 m/s368.54.4 3.8QVA閘門槽水頭損失3h=0.086m23332Vhg24.10.12 9.814. 壓力管道漸變段最小斷面平均流速 =6.04 m/s4268.51.9QVA壓力管道漸變段水頭損失

57、4h=0.093m24442Vhg26.040.052 9.815. 壓力鋼管轉(zhuǎn)彎處的平均流速=6.04 m/s5268.51.9QVA壓力鋼管轉(zhuǎn)彎處的水頭損失系數(shù)57250.131 0.163290DR緊水灘水電站壩后式廠房方案論證設(shè)計- 48 -=723.8520.131 0.1632990 =0.08壓力鋼管轉(zhuǎn)彎處的水頭損失5h=0.149m25552Vhg26.040.082 9.816. 壓力鋼管平均流速 =6.04 m/s6268.51.9QVA2236226.045.631082.620.95VLC R壓力鋼管沿程水頭損失6h=2662V LhC R35.6310L7. 壓力鋼管

58、末端漸變段的最小斷面平均流速 =7.54 m/s7268.51.7QVA壓力鋼管末端漸變段水頭損失 7h=0.145m27772Vhg27.540.052 9.818. 壓力鋼管變管徑后的斷面平均流速 =7.54m/s8268.51.7QVA謝才系數(shù) C=81.11161CRn1610.850.012=0.01228227.5481.110.85VC R壓力鋼管變管徑后的沿程水頭損失 8h水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計- 49 -=2882V LhC R30.0110L壓力鋼管總的水頭損失為12345678Hhhhhhhhh 30.0170.0690.0930.1490.0865.63 101.16

59、56.480.1450.01 12.6=1.06m7.1.1.2 校核洪水位對應(yīng)的水頭損失在校核洪水位下下，一臺機組的引用流量為=77.75 m3/s460009.819.81 70.54 0.95 0.9NQH1.過柵流速 177.750.9/3.5 1.27Vm s攔污柵處水頭損失1h=0.44=0.019m21112Vhg20.92 9.812.喇叭段最小斷面平均流速 =4.65m/s277.754.4 3.8QVA有壓進水口喇叭段水頭損失2h =0.088m222224.650.0822 9.81Vhg3. 閘門槽斷面平均流速 =4.65m/s377.754.4 3.8QVA閘門槽水頭

60、損失3h =0.11m23332Vhg24.650.12 9.814. 壓力管道漸變段最小斷面平均流速 緊水灘水電站壩后式廠房方案論證設(shè)計- 50 -=6.86m/s4277.751.9QVA壓力管道漸變段水頭損失4h =0.12m24442Vhg26.860.052 9.815. 壓力鋼管轉(zhuǎn)彎處的平均流速 =6.86 m/s5277.751.9QVA壓力鋼管轉(zhuǎn)彎處的水頭損失5h=0.192m25552Vhg26.860.082 9.816. 壓力鋼管平均流速 =6.86 m/s6277.751.9QVA2236226.867.26 1082.620.95VC R壓力鋼管沿程水頭損失6h=26