3031-水利水電工程專業畢業設計目錄目錄 -1-第一章設計基本資料 -4-第二章混凝土重力壩 -5-2.1壩底寬度 -5-2.2壩頂寬度 -5-2.3壩頂高程 -6-2.3.1正常蓄水位情況 -6-2.3.2設計洪水位情況 -7-2.3.3校核洪水位情況 -8-2.4穩定與應力校核 -10-2.4.1基本組合 -10-2.4.2偶然組合 -15-第三章混凝土溢流壩 -23-3.1溢流壩孔口尺寸的確定 -23-3.1.1溢流壩下泄流量的確定 -23-3.1.2溢流孔口尺寸確定和布置 -23-3.1.3堰頂高程的確定 -24-3.1.4閘門的選擇 -24-3.2溢流壩的剖面布置 -24-3.2.1溢流面曲線 -24-3.2.1溢流面曲線 -25-3.2.2溢流重力壩剖面如下圖所示： -27-3.3溢流壩穩定應力驗算 -28-3.3.1基本組合 -28-3.3.2偶然組合 -30-3.4消能與防沖 -33-3.4.1鼻坎的型式和尺寸 -33-3.4.2挑射距離和沖刷坑深度的估算 -34-第四章水輪機 -35-4.1水頭Hmax、Hmin、Hr選擇 -35-4.1.2Hmax的確定 -39-4.1.3Hmin的確定 -39-4.1.4Hav的確定 -40-4.2水輪機選型 -40-4.2.1HL200型水輪機方案的主要參數選擇 -40-4.2.2HL180型水輪機方案的主要參數選擇 -42-4.3水輪機蝸殼及尾水管尺寸確定 -45-第五章發電機 -47-5.1發電機的尺寸估算 -47-5.1.1主要尺寸估算 -47-5.1.2外形尺寸估算 -48-5.1.3軸向尺寸計算 -48-5.2發電機重量估算 -50-5.3調速設備及油壓設備選擇 -50-5.3.1調速功計算 -50-5.3.2接力器選擇 -51-5.3.3調速器的選擇 -52-5.3.4油壓裝置 -52-5.3.5水輪機閥門及其附件 -52-第六章主廠房尺寸及布置 -54-6.1主廠房長度確定 -54-6.1.1機組段長度 -54-6.1.2端機組段長度 -54-6.1.3裝配場長度 -54-6.2主廠房寬度確定 -54-6.3主廠房頂高程確定 -55-6.3.1水輪機安裝高程： -55-6.3.2尾水管底板高程 -55-6.3.3廠房基巖開挖高程： -56-6.3.4水輪機層地面高程 -56-6.3.5發電機定子安裝高程 -56-6.3.6發電機層地面高程（定子埋入式） -56-6.3.7橋吊安裝的高程 -56-6.3.8廠房頂部高程 -57-6.4起重設備 -57-第七章引水建筑物 -58-7.1基本尺寸 -58-7.1.1隧洞洞徑 -58-7.1.2閘門斷面尺寸 -58-7.1.3攔污柵斷面 -58-7.2調壓室 -59-7.2.1設置調壓室的條件 -59-7.3壓力管道設計 -60-7.3.1管道內徑估算 -60-7.3.3計算托馬斷面 -61-7.4調壓室設計比較： -64-7.4.1水頭損失的計算 -64-7.4.2阻抗式調壓室 -67-7.4.3差動式 -70-7.4.4調壓室方案比較結果 -76-第八章專題調壓室結構計算 -77-8.1計算步驟 -77-8.1.1井壁底部的定端力矩、剪力和抗繞勁度 -77-8.1.2底板的定端力矩、剪力和抗繞勁度 -78-8.1.3對井壁和底板進行力矩分配 -79-8.1.4沿井壁力矩、剪力及環向力之分布 -80-8.1.5沿底板的力矩、變位和反力分布 -83-8.2配筋計算 -87-8.3.1井壁配筋計算 -87-8.2.2底板配筋 -88-第一章設計基本資料校核洪水位：240.0m，校核最大洪水下泄流量8500；.設計洪水位：238.0m，設計洪水最大下泄流量6250；設計蓄水位：232m；設計低水位：192m。擋水建筑物采用混凝土重力壩，泄水建筑物采用混凝土溢流壩，有壓引水，水電站建筑物為河岸式地面廠房。根據水電站裝機17萬kw，水庫總庫容，取工程規模為大（1）型，主要建筑物級別：1級，次要建筑物：3級，臨時建筑物：4級。第二章混凝土重力壩2.1壩底寬度由于電站形式為引水式，故壩上游側無有壓進水口，上游壩坡坡度不受限制，取上游面坡度，同時用應力條件和穩定條件公式確定壩底的最小寬度。（2—1）其中B——壩底寬度，m；H——基本剖面壩高，m（基本剖面H=238.0-110.0=128m）；——壩體材料容重，；——水的容重，；——揚壓力折減系數,按規范壩基面取0.3；——摩擦系數，由資料可得本設計采用0.68；K——基本組合安全系數。上游在161m高程處設置斜坡，坡度為1：0.15，壩底寬度定為100.3m。下游坡的坡度一般為0.6~0.8，此時，在這個范圍內。2.2壩頂寬度壩頂寬度b=（8%～10%）H，且不小于2m。本設計取12m。2.3壩頂高程（2—2）其中——累積頻率為1%得波浪高度，m；——波浪中線高出靜水位的高度，m；——安全超高，取決于壩的級別和計算情況，m。——風速，m/s；——吹程，m。該水庫緣地勢高峻，故采用官廳水庫計算公式（2—3）（2—4）-查《水工建筑物》表4-5得：2.3.1正常蓄水位情況=232-122=110m，h取累積頻率為5%的波高由官廳公式：，得=1.011m假定：，則，查得：，則，查得：，故根據水電站裝機17萬kw，水庫總庫容，取工程規模為大（1）型，主要建筑物級別：1級，次要建筑物：3級，臨時建筑物：4級。-查《水工建筑物》表4-5得：壩頂高程：232+3.674=235.674m2.3.2設計洪水位情況=238-122=116m，h取累積頻率為5%的波高由官廳公式：，得=1.022m假定：，則，查得：，則，查得：，故壩頂高程：238+3.708=241.708m2.3.3校核洪水位情況=240-122=118m，h取累積頻率為5%的波高由官廳公式：，得=0.618m假定：，則，查得：，查得：壩頂高程：240+2.292=242.292m綜上：壩頂高程為242.292m，取為242.30m。圖2-1非溢流壩剖面2.4穩定與應力校核（以下計算均取單寬=1m,混凝土采用C20）2.4.1基本組合：（上游為正常蓄水位，下游水位為0）2.4.1.1壩基面圖2—2正常蓄水位時壩基面示意圖壩體自重：上游水壓力：揚壓力：坡踵處的揚壓力=（232-111）×10=1210kN排水處的揚壓力=0.25×1210=302.5kN表2-1壩基面正常蓄水位時計算表格荷載垂直向下的力（KN）垂直向上的力（kN）水平向右的力（kN）彎矩（順時針）（kN·m）彎矩（逆時針）（kN·m）4406.3215468.137026.61495874.6115966.4575966.5723052952601.7720036345613809.196203.44991.3227850.67486.9362364.8承載能力極限狀態：（1）抗滑穩定，（持久狀況），，，，，滿足要求（2）壩趾抗壓強度，，滿足要求。2.4.1.2折坡面圖2—3正常蓄水位時折坡面示意圖壩體自重：上游水壓力：揚壓力：上游折坡點的揚壓力=（232-161）×10=710kN排水處的揚壓力=0.25×710=177.5kN表2-2折坡面正常蓄水位時計算表格荷載垂直向下的力（KN）垂直向上的力（KN）水平向右的力（KN）彎矩（順時針）（KN·m）彎矩（逆時針）（KN·m）22926.6559409.035420.275563.125205596518.34863.529829.51065291811597.545369承載能力極限狀態：壩趾抗壓強度，（持久狀態），，滿足要求。2.4.2偶然組合：上游水位為校核水位，即240.0m，下游水位由下瀉流量，對應山前巒的水位流量關系曲線可得下游水位=136.22-111=25.22m。2.4.2.1壩基面圖2—4校核洪水位時壩基面示意圖壩體自重：上游水壓力：下游水壓力：揚壓力：坡踵處的揚壓力=（240-111）×10=1290kN排水處的揚壓力=0.25×1290=322.5kN坡址處的揚壓力=（136.22-111）10=252.2kN表2-3壩基面在校核洪水位時的應力計算表格荷載垂直向下的力（KN）垂直向上的力（KN）水平向左的力（KN）水平向右的力（KN）彎矩（順時針）（KN·m）彎矩（逆時針）（KN·m）4406.3215468.137026.61495874.6115966.4575966.58320535348157800393513.83180.226735.22511.9118712.427187.203209.222357.41160529543820.6184917.0承載能力極限狀態：（1）抗滑穩定，（偶然狀況），，，，，滿足要求（2）壩趾抗壓強度，滿足要求2.4.2.2折坡面圖2—5校核洪水位時折坡面示意圖壩體自重：上游水壓力：揚壓力：上游折坡點的揚壓力=（240-161）×10=790kN排水處的揚壓力=0.25×790=197.5kN表2-4折坡面在校核洪水位時的應力計算表格荷載垂直向下的力（KN）垂直向上的力（KN）水平向右的力（KN）彎矩（順時針）（KN·m）彎矩（逆時針）（KN·m）22926.6559409.035420.275563.131205821731.75411.533190.51185324691777.550481壩趾抗壓強度，，，滿足要求第三章混凝土溢流壩3.1溢流壩孔口尺寸的確定3.1.1溢流壩下泄流量的確定通過溢流壩頂的下泄流量為：（3—1）式中——經由水電站、泄水孔及其他建筑物的下泄流量；——安全系數，正常運用時取0.750.9，校核情況取為1.0。由設計洪水位時對應的查得水電站處水位為125.92m，H=238-125.92=112.08m，則由校核洪水位時對應的查得水電站處水位為128.3m，H=240-128.3=111.7m，則綜上，取。3.1.2溢流孔口尺寸確定和布置根據規范，混凝土的允許單寬流量在100左右，若q太大，則在溢流壩面會出現空化和空蝕。取單寬流量為100，，每孔凈寬取12m，7孔閘門。按規范閘墩取為1.4m+0.8m×2=3.0m，邊墩取為1.5m。（3—2）（3—3）式中L——溢流前緣總凈寬，m；m——流量系數，與堰型有關，非真空實用剖面堰在設計水頭下一般為0.490.50；——側收縮系數，與閘墩形狀，尺寸有關，一般為0.900.95；——重力加速度；——壩頂溢流的堰頂水頭，m。3.1.3堰頂高程的確定堰頂高程=設計洪水位-H（3—4）故堰頂高程=238-8.6=229.4m3.1.4閘門的選擇閘門高度=正常蓄水位-堰頂高程+安全超高=232-229.4+0.5=3.1m（3—5）選擇平面閘門，閘孔凈寬=12m，閘門取為13m×8m。3.2溢流壩的剖面布置3.2.1溢流面曲線3.2.1.1溢流前沿：（3—6）取，則3.2.1溢流面曲線3.2.1.2溢流段：（溢流面曲線采用WES曲線）（3—7）式中——定型設計水頭K、n——與上游壩面坡度有關的系數和指數（查設計手冊知k=2,n=1.85）即3.2.1.3直線段：直線段采用與基本剖面一樣的坡度，直線段方程為：溢流段與直線段的切點的坐標為:(12.49,8.55)3.2.1.4反弧段設計選擇挑流消能，，查《水力學》（下）（3—8）式中——總有效水頭，m；——臨界水深（校核洪水位閘門全開時反弧處水深），m；——流速系數查表取0.95。假設：R=20m，試算如下表所示：表3—1試算2.592.322.3108.422.499.862.35104.02.34104.862.343104.602.342104.69經試算，反孤段半徑，取鼻坎挑角，取鼻坎距下游水位一般為12m，上游校核洪水位對應的下游水位為136.22m，故取挑坎高程138m。3.2.2溢流重力壩剖面如下圖所示：圖3—1溢流重力壩3.3溢流壩穩定應力驗算3.3.1基本組合：（上游為正常蓄水位232m，下游水位為0）圖3—2正常蓄水位時非溢流壩壩基面示意圖壩體自重：（閘門作為安全儲備）上游水壓力：水平向右的水壓力垂直向下的水壓力揚壓力：壩踵處的揚壓力=（232-111）×10=1210kN排水處的揚壓力=0.3×1210=363kN表3-2壩基面在正常蓄水位時的計算表格荷載垂直向下的力（KN）垂直向上的力（KN）水平向右的力（KN）彎矩（順時針）（KN·m）彎矩（逆時針）（KN·m）4406.25216501.1149672.71975929.19821.47447548.0686.5330460.273171.22948799.472036529.216656.3117343.65989.5274828.26987.8339849.2承載能力極限狀態：，（持久狀況），，，，，滿足要求。壩體混凝土與基巖接觸面的抗滑穩定極限狀態：滿足要求。3.3.2偶然組合：（上游水位為校核水位，即240.0m，下游水位由下瀉流量，對應山前巒的水位流量關系曲線可得下游水位=136.22-111=25.22m）圖3—3校核洪水位時非溢流壩壩基面示意圖壩體自重：（閘門作為安全儲備）（垂直向下）上游水壓力：水平向右的水壓力垂直向下的水壓力下游水壓力：揚壓力：（垂直向上）壩踵處的揚壓力=（240-111）×10=1290kN壩趾處的揚壓力=（136.22-111）10=252.2kN排水處的揚壓力=0.3×（1290-252.2）=311.34kN表3-3壩基面在校核洪水位時的計算表格荷載垂直向下的力（KN）垂直向上的力（KN）水平向左的力（KN）水平向右的力（KN）彎矩（順時針）（KN·m）彎矩（逆時針）（KN·m）4406.25216501.1149672.71975929.19821.47447548.0686.5330460.282643.23509030.378039534.73180.226735.227305.702713.619117.3975.844774.6487.923729.3承載能力極限狀態：，（偶然狀況），，滿足要求。3.4消能與防沖3.4.1鼻坎的型式和尺寸鼻坎采用平順連續式的,高程比下游水位高出兩米,即坎頂高程為138m。3.4.2挑射距離和沖刷坑深度的估算（3—9）式中——水舌挑距（m），是鼻坎末端至沖坑最深點的水平距離；——坎頂水面流速（m/s），可取為平均坎頂流速的1.1倍；——鼻坎挑射角度，一般挑流坎的挑射角為，取；——坎頂平均水深在鉛直方向的投影，即；——坎頂至河床表面高差（m），如沖坑已形成，作為沖坑進一步發展時，可算出坑底； ——重力加速度，。計算結果為：（3—10）式中——沖刷坑深度（m），由河床表面算至坑底；——上下游水位差（m）；K——沖刷坑系數，對于堅硬完成巖石取K=0.91.2；堅硬但完整性較差的巖石K=1.21.5；軟弱破碎的巖石K=1.52.0。——下游水深第四章水輪機4.1水頭Hmax、Hmin、Hr選擇4.1.1各種情況對應的水頭計算4.1.1.1設計低水位+一臺機組（4—1）表4—1設計低水位+1臺機組時Q~NQ（）（）（）（）（）N（）200192116.4775.5373.2612.45160192116.2575.7573.4810100192115.8776.1373.856.2860192115.5776.4374.143.78作QN曲線，由查得。圖4—1設計低水位+1臺機組Q~H圖故。考慮到水頭損失，故水頭H要乘個折減系數，4.1.1.2設計低水位+四臺機組滿發表4—2設計低水位+四臺機組滿發Q~NQ（）（）（）（）（）N（）200192116.4775.5373.2612.45300192116.7675.2472.9818.61400192117.0574.2472.7024.72作QN曲線，由查得。圖4—2設計低水位+4臺機組滿發Q~H圖故。4.1.1.3正常蓄水位+一臺機組表4—3正常蓄水位+一臺機組時Q~NQ（）（）（）（）（）N（）20232115.17116.83113.331.9340232115.39116.61113.113.8580232115.72116.28112.797.67作QN曲線，由查得。圖4—3正常蓄水位+1臺機組Q~H圖故。4.1.1.4正常蓄水位+四臺機組滿發表4—4正常蓄水位+四臺機組滿發時Q~NQ（）（）（）（）（）N（）140232116.13115.87112.3913.37160232116.25115.75112.2815.27180232116.37115.63112.1617.16200232116.47115.53112.0619.05作QN曲線，由查得。圖4—4正常蓄水位+4臺機組滿發Q~H圖4.1.1.5設計洪水位+四臺機組滿發由查得。4.1.1.6校核洪水位+四臺機組滿發由查得。4.1.2Hmax的確定=max﹛74.08,73.04,113.08，112.16，108.72，108.35﹜=113.08m即正常蓄水位+1臺機組時的水頭最高。4.1.3Hmin的確定=min﹛74.08,73.04,113.08，112.16，108.72，108.35﹜=73.04m即設計低水位+4臺機組滿發時的水頭最低。4.1.4Hav的確定依據老師所補充的數據：引水式水電站==90.5m4.2水輪機選型根據該水電站的水頭工作范圍73.04～113.08，查《水電站》教材型譜表選擇合適的水輪機型有HL200和HL180兩種。現將這兩種水輪機作為初選方案，分別求出其有關參數，并進行比較分析。4.2.1HL200型水輪機方案的主要參數選擇4.2.1.1轉輪直徑查表得，在限制工況下，單位流量，%，由此假定原型水輪機在該工況下的單位流量，91.1%。kW（4—2）==2.46m（4—3）取比之稍大的標稱直徑=2.5m。4.2.1.2轉速nHL200在最憂工況下的單位轉速=68.0r/min，初步假定==68.0r/min。所以：（4—4）取n=300r/min4.2.1.3效率及單位參數修正HL200水輪機在最優工況下的模型最高效率為90.7%，則：（4—5）效率修正值為：（4—6）考慮模型與原型在制造工藝質量上的差異，取=1.0%=1.7%由此，原型水輪機在最優工況和限制工況下效率為：（4—7）（與上述假定相同）（4—8）單位轉速修正值：（4—9）單位轉速可不加修正，同時，單位流量也可不加修正。4.2.1.4工作范圍的檢驗=0.921＜0.95（4—10）則水輪機的最大引用流量為：=54.74（4—11）（4—12）（4—13）（4—14）在HL200水輪機模型綜合特性曲線上分別繪出，和的直線，由圖可見，由這三根直線所圍成的水輪機工作范圍基本包含該特性曲線的高效區，故，HL200型水輪機方案所選參數和是合理的。4.1.2.5吸出高度Hs的計算由水輪機的設計工況參數，，，在圖中查得相應氣蝕系數約為=0.086，并查得=0.02。=10--(0.086+0.02)90.5=0.30m（4—15）式中——水輪安裝位置的海拔高程，在初始計算時可取為下游平均水位的海拔高程。此處取廠房處靠近河流的等高線對應的高程，取100m。4.2.2HL180型水輪機方案的主要參數選擇4.2.2.1轉輪直徑(假定=90.9%)查表得，在限制工況下，單位流量，%，由此假定原型水輪機在該工況下的單位流量，90.8%。kW==2.59m取標稱直徑=2.75m4.2.2.2轉速nHL180在最憂工況下的單位轉速=67.0r/min，初步假定==67.0r/min。所以取n=250r/min4.2.2.3效率及單位參數修正HL180水輪機在最優工況下的模型最高效率為92%，則考慮模型與原型在制造工藝質量上的差異，取=1.0%=1.3%（與上述假定相同）單位轉速修正值：＜3%單位轉速可不加修正，同時，單位流量也可不加修正。4.2.2.4工作范圍的檢驗=0.763＜0.86則水輪機的最大引用流量為：=54.92在HL180水輪機模型綜合特性曲線上分別繪出，和的直線，由圖可見，由這三根直線所圍成的水輪機工作范圍基本包含該特性曲線的高效區，故，HL180型水輪機方案所選參數和是合理的。4.2.2.5吸出高度Hs的計算由水輪機的設計工況參數，，，在圖中查得相應氣蝕系數約為=0.079，并查得=0.02。=10--(0.079+0.02)90.5=0.93m表4—5水輪機方案參數對照表序號項目HL200HL1801模型轉輪參數推薦使用的水頭范圍(m)90～12590～1252最優單位轉速（r/m）68.067.03最優單位流量（L/s）8007204最高效率90.792.05氣蝕系數0.0860.0796原型水輪機參數工作水頭范圍（m）73.04～113.0873.04～113.087轉輪直徑（m）2.52.758轉速（r/min）3002509最高效率（%）92.493.310額定出力（kW）44270.8344270.8311最大引用流量（）54.7454.9212吸出高度（m）0.300.934.3水輪機蝸殼及尾水管尺寸確定水頭范圍大于40m，采用金屬蝸殼，對于=2.75m，高頭混流水輪機，采用圓形焊接或鑄造結構蝸殼半徑：（4—16）式中——蝸殼斷面流速，可由教材查得，在這里，——蝸殼包角；——相應的最大流速，由水輪機轉輪直徑查得：座環外徑=410cm，內徑=340cm，則：表4－6蝸殼計算表格（）0°0205.0205.030°44.2249.2293.475°70.0275.0345.0120°88.3293.3381.6165°103.6308.6412.2210°116.9320.9437.8255°128.8333.8462.6300°140.0345.0485.0345°150.0355.0505.0尾水管尺寸（彎肘管）可查《水電站》教材，考慮到閘墩的厚度取。第五章發電機5.1發電機的尺寸估算5.1.1主要尺寸估算5.1.1.1極距（5—1）（5—2）式中——發電機額定容量（kVA）——取8～10，此時取9P——磁極對數，由同步轉速查得P=125.1.1.2定子內徑（5—3）5.1.1.3定子鐵芯長度lt（5—4）式中C——系數查表C=，此處取——額定轉速250r/min5.1.1.4定子鐵芯外徑Da（5—5）5.1.2外形尺寸估算5.1.2.1定子機座外徑D1時（5—6）5.1.2.2風罩內徑D2=50000kVA>20000kVA時（5—7）5.1.2.3轉子外徑D3（5—8）5.1.2.4下機架最大跨度D4（5—9）為水輪機機坑直徑，=380cm5.1.2.5推力軸承外徑D6和勵磁機外徑D7查表得：5.1.3軸向尺寸計算5.1.3.1定子機座高度h1（5—10）5.1.3.2上機架高度h2，采用懸式承載機架（5—11）5.1.3.3推力軸承高度h3勵磁機高度h4和永磁機高度h6，副勵磁機h5查表得：5.1.3.4下機架高度h7（5—12）5.1.3.5定子支座支承面至下機架支承面或下擋風板之間的距離h8（5—13）5.1.3.6下機架支承面主主軸法蘭底面距離h9,取5.1.3.7轉子磁軛軸向高度h10（5—14）取5.1.3.8發電機主軸高度h11（5—15）其中5.1.3.9定子鐵芯水平中心線至法蘭盤底面距h12（5—16）5.2發電機重量估算（5—17）式中——發電機總重量（t）——系數，懸式=8～10，這里取9。發電機轉子總重量一般為發電機總重量的1/2，估算為153.9t。發電機飛輪力矩：（5—18）式中——經驗系數，時，取。選擇SF42.5-24/520型發電機。5.3調速設備及油壓設備選擇5.3.1調速功計算調速功A計算（5—19）（5—20）式中——最高水頭，m；——水輪機直徑，m。屬大型調速器，接力器、調速柜和油壓裝置應分別進行計算和選擇。5.3.2接力器選擇5.3.2.1接力器直徑計算：采用2個接力器，選額定油壓為2.5MPa，則每個接力器直徑為（5—21）式中——標準正曲率導葉參數，由，查得。選擇與之接近而偏大的=400mm的標準接力器。5.3.2.2接力器最大行程：（5—22）式中——水輪機導葉最大開度可由設計工況點（，）在模型曲線圖上查得（5—23）采用系數1.8則5.3.2.3接力器容積計算5.3.3調速器的選擇大型調速器的型號是以主配壓閥的直徑來表征的，主配壓閥的直徑（5—24）選用則選擇與之相鄰而偏大的DT-80氣液壓型調速器。5.3.4油壓裝置這里不考慮空放閥和進水閥的用油，則壓力油罐的容積（5—25）選用組合式油壓裝置HYZ-1.6型5.3.5水輪機閥門及其附件水頭較大，選用蝴蝶閥（配套設備：伸縮節、空氣閥、旁通閥）（5—26）（5—27）式中——進口斷面直徑查蝴蝶閥的直徑型譜圖得，m壓力油源及設備，選擇組合式油壓裝置HYZ-4.0。表5－1油壓裝置型號尺寸圖型號油罐長度m（mm）寬n(mm)總高H(mm)油罐高h(mm)油罐外徑（mm）HYZ-4.029502000445030501300HYZ-1.624001700327023701028第六章主廠房尺寸及布置6.1主廠房長度確定6.1.1機組段長度6.1.1.1由蝸殼層決定的機組段長度L=蝸殼寬度+2=5.05+1.5+4.122+1.5=12.172m6.1.1.2尾水管層L=+2=7.48+2×1.5=10.48m6.1.1.3發電機層L=風罩直徑+2×壁厚（0.30.4）+機組凈距（34）=8.8519+2×0.35+3.5=13.05m綜上，機組段最小長度為13.05m，考慮到布置間隙及方便，最終機組段的長度定為13.1m。6.1.2端機組段長度端機組段的附加長度：ΔL=（0.21.0）D(6—1)式中——轉論直徑，m。（=2.75m）根據需要取為2.3m。6.1.3裝配場長度裝配場長度L=（1.01.5.）L=（13.119.65）m（6—2）取14m。主廠房總長=裝配廠長+1個機組段4+兩端加長=71m。6.2主廠房寬度確定由蝸殼層決定的廠房寬度：上游側最小寬度：=機組中心線至上游蝸殼外緣尺寸+蝸殼外包混凝土+蝴蝶閥凈寬（45m）+墻厚（13m）=取=11m。下游側最小寬度:=機組中心線至下游蝸殼外緣尺寸+蝸殼外包混凝土+外墻厚=取=8m。故，選16m跨度的吊車可以。6.3主廠房頂高程確定6.3.1水輪機安裝高程：對于HL180型水輪機（6—3）式中——設計尾水位（由于本水電站裝機四臺，故取一臺水輪機滿發電時的額定流量，即對應的獲青水位流量關系曲線中查得=115.53m）；——吸出高度，m（）；——導葉高度，m（）。得到水輪機的安裝高程=116.77m。6.3.2尾水管底板高程▽=水輪機安裝高程-半個導葉高度-尾水管高度=116.77--7.15=109.35m（6—4）6.3.3廠房基巖開挖高程：=尾水管底板高程-S=109.35－1＝108.35m（6—5）6.3.4水輪機層地面高程（6—6）式中——外包砼厚度（1m）6.3.5發電機定子安裝高程（6—7）6.3.6發電機層地面高程（定子埋入式）（6—8）考慮到下游最高洪水位為128.3m，將裝配廠層抬高，取裝配廠層地面高程為128.5m。6.3.7橋吊安裝的高程吊車軌頂高程=裝配場高程+最大吊運部件尺寸+吊運部件與固定物之間的安全距離（0.61.0m）+平衡梁吊點至大車軌頂極限距離=128.5+8.5+0.654+0.146=137.8m（6—9）6.3.8廠房頂部高程=137.8+3.7+0.3+1+0.5=143.3m（6—10）6.4起重設備起重機的額定起重量一般為發電機轉子重量、平衡梁重以及專用吊具重量之和.根據本設計額定起重量，選擇與之接近而偏大的2×100橋機.臺數選擇：選用一臺雙小車起重機，跨度16m。第七章引水建筑物7.1基本尺寸7.1.1隧洞洞徑隧洞采用圓形斷面，取經濟流速為4。設計水位下機組滿發時隧洞流量：（7—1）實際取為8.4m7.1.2閘門斷面尺寸閘門高度取為8.4m寬度取漸變段長度為1.5~2.0倍D，取13m，則擴散角7.1.3攔污柵斷面取，則進水口段，上唇線采用四分之一橢圓。根據《水工建筑物》，攔污柵斷面橢圓方程為：（7—2）式中K——一般取為1，盡量讓KD取整數，故取KD=1。淹沒深度:c取0.7，（7—3）實際取為7.5m。進水口底部高程=結合進水口處地形，取攔污柵傾角為40o，這樣過水面積大，且易于清污。攔污柵凈高度=（8.5+9）/sin40o=17.7m攔污柵寬度，取。7.2調壓室7.2.1設置調壓室的條件7.2.1.1設置上游調壓室（7—4）式中L——壓力水道長度，m；（隧洞L=1100m，m/s，鋼管L=289.4m）；V——壓力水道中的平均流速，；H——設計水頭m。（H=90.5m）。<2～4s時，可不設上游調壓室。計算得，所以本電站需要設置上游調壓室。7.2.1.2設置下游調壓室（7—5）式中——壓力尾水道的長度，m；——水輪機導葉關閉時間（取為4s）；V——恒定運行時尾水道中的流速，6.052m/s；——尾水管進口流速，7.47m/s；——水輪機吸出高度，0.93m；——水輪機安裝高，116.77m。求得=22m>真實長度，故下游可不設調壓室。7.3壓力管道設計7.3.1管道內徑估算（7—6）取 D=6.8m式中——鋼管最大設計流量，；H——設計水頭，m；K——515，常取5.2。岔管采用y型布置,各分管內徑用等流速公式估算，且認為水流流速在岔管段基本保持不變。1#大支管直徑2#大支管直徑3#大支管直徑7.3.3計算托馬斷面7.3.3.1引水隧洞的水頭損失（1）沿程水頭損失hf計算托馬斷面時混凝土襯砌，選用最小糙率0.012。（7—7）（7—8）（2）局部水頭損失hj1、攔污柵處hj1（具有獨立支墩）（7—9）2、喇叭口段hj2（7—10）3、閘門段hj34、閘門漸變段hj4（v按最不安全計算）5、隧洞轉彎處hj5（7—11）故7.3.3.2壓力鋼管的水頭損失（1）沿程水頭損失hf（糙率取最大值0.013）（2）局部水頭損失hj1、緩管段（垂直方向）（7—12）共兩處2、分岔(共三處斜分岔和一個彎管段)3、蝶閥故7.3.3.3斷面計算為了保證穩定性和加快削減速度，實際調壓室的面積還應比托馬斷面大，工程中往往將其乘以1.05，所以得:（7—13）其中：（7—14）（7—15）7.4調壓室設計比較：7.4.1水頭損失的計算7.4.1.1最低涌波水位時水頭損失的計算：有三臺機組增加到四臺機組發電，（1）沿程水頭損失（2）局部水頭損失1、攔污柵處hj1（具有獨立支墩）2、喇叭口段hj23、閘門段hj34、閘門漸變段hj4（v按最不安全計算）5、隧洞轉彎處hj5綜上：7.4.1.2最高涌波水位時的水頭損失計算：（1）設計工況（正常蓄水位+4臺機組滿發，）1、攔污柵處hj1（具有獨立支墩）2、喇叭口段hj23、閘門段hj34、閘門漸變段hj4（v按最不安全計算）5、隧洞轉彎處hj5綜上：沿程水頭損失為（2）校核工況（校核洪水位+四臺機組滿發）1、攔污柵處hj1（具有獨立支墩）2、喇叭口段hj23、閘門段hj34、閘門漸變段hj4（v按最不安全計算）5、隧洞轉彎處hj5綜上：沿程水頭損失為7.4.2阻抗式調壓室7.4.2.1的計算：（7—16）（7—17）7.4.2.2的計算：孔口面積取20%引水道面積，即（1）設計工況：故阻抗孔口的水頭損失hco：（7—18）其中，：0.6~0.8，取0.7。（7—19），按下式計算：（7—20）表7—1設計洪水位時阻抗式調壓室最高涌波水位試算表10120.693147180562.69314718060.5-0.69314718056-0.193147180560.7-0.356674943940.343325056060.8-0.223143551310.576856448690.9-0.105360515660.794639484340.95-0.0512932943880.898706705610.94-0.0618754037180.878124596280.93-0.0725706928350.857429307170.92-0.0833816089390.836618391060.925-0.077961541470.847038458530.924-0.079043207340.844956792660.923-0.0801260444790.84287395552經試算得：取（7—21）（7—22）波動第二振幅的計算：（7—23）（7—24）表7—2設計洪水位時阻抗式調壓室波動第二振幅試算表0.010.284-0.33407511202-0.0500751120210.020.568-0.83932969074-0.271329690740.030.852-1.9105430052-1.05854300520.0250.71-1.237874356-0.5278743560.0270.7668-1.4558588245-0.689058824510.0280.7952-1.5857213858-0.790521385820.0290.8236-1.7350011354-0.911401135410.02850.8094-1.6575782878-0.84817828776經試算得：（2）校核工況：阻抗孔口的水頭損失hco：：0.6~0.8，取0.7。，按下式計算：表7—3校核洪水位時阻抗式調壓室最高涌波水位試算表10120.693147180562.69314718060.5-0.69314718056-0.193147180560.6-0.510825623770.0891743762340.7-0.356674943940.343325056060.8-0.223143551310.576856448690.9-0.105360515660.794639484340.95-0.0512932943880.898706705610.94-0.0618754037180.87812459628經試算得：取波動第二振幅的計算：表7—4校核洪水位時阻抗式調壓室波動第二振幅試算表0.010.2938-0.34785679549-0.0540567954880.020.5876-0.88576152684-0.298161526840.030.8814-2.1319987924-1.25059879240.0250.7345-1.3261404383-0.59164043830.0270.79326-1.5762933138-0.783033313840.0280.82264-1.7295737137-0.906933713670.02750.80795-1.6499995242-0.842049524190.02760.810888-1.6654158468-0.854527846840.02770.813826-1.6810735587-0.86724755869經試算得：7.4.3差動式7.4.3.1Zmin的計算：（7—25）式中——升管的斷面面積，——大井的斷面面積，（7—26）7.4.3.2Zmax的計算：（1）設計工況（7—27）式中——水自升管流入大井時的孔口損失相對值，初步設計時取，。已知：，，大井：，小井：假定相應的大井體積為：（7—28）升管溢流量為：（7—29）升管頂部溢流層的厚度為：（7—30）式中M——升管頂部的溢流系數，對薄壁圓環形溢流堰，M：1.75~1.85，此處取M=1.8。B——升管頂部溢流前沿的長度，。升管堰頂高于靜水位的高度為：（7—31），進入大井的水體積：（7—32）這表示流入大井的水量小于從預定的最高涌浪到庫水位間的庫容，所假定的涌浪值偏高。重新假定值進行試算，如下表格：表7—5設計洪水位時W試算WW-124762.36648117.679432292.90736403669.0926359634-12.5523012559.51112548473731.0066674-114394.78648120.093441532.94698933878.0530106613-11.5062761518.42365131934031.9140782-104027.20648122.610699272.98802768587.0119723142-10.4602510467.33469907344385.6803196-10.54210.99648121.33833222.96732000927.5326799908-10.9832635987.87937237534201.3563731-10.44174.23848121.590549612.97143055817.4285694419-10.8786610887.77047012754236.9700456-10.454192.61748121.46430272.96937338697.4806266131-10.9309623437.82492323554219.0879865-10.464196.29328121.439086552.96896240877.4910375913-10.9414225947.835813384215.5296891-10.484203.64488121.388687352.96814090677.5118590933-10.9623430967.85759319384208.4310866-10.494207.32068121.363504272.96773038257.5222696175-10.9728033477.86848286354204.8907513-10.4854205.48278121.376094442.96793562577.5170643743-10.9675732227.86303804844206.6601734-10.4864205.85036121.373576182.96789457417.5181054259-10.9686192477.86412701464206.3061697-10.4874206.21794121.371058042.96785352397.5191464761-10.9696652727.86521597924205.9522257經試算得，此時，兩者很接近。（2）校核工況：表7—6校核洪水位時W試算WW-124780.3779122.060328232.97907927329.0209207268-11.9402985078.97604052423903.6066095-114412.7979124.468942813.01814224937.9818577507-10.9452736327.94214701564217.3063775-104045.2179126.980144593.05860163116.9413983689-9.95024875626.90686404874585.8951141-10.54229.0079125.710896963.03818574027.4618142598-10.4477611947.42469080584393.87724-10.74302.5239125.210938673.03012505077.6698749493-10.6467661697.63171636744321.5021959-10.84339.2819124.962561323.02611654337.7738834567-10.7462686577.73520741964286.2023011-10.754320.9029125.086617943.02811899747.7218810026-10.6965174137.68346368424303.7797973-10.734313.5513125.136314443.02892098557.7010790145-10.6766169157.66276518864310.8512684-10.724309.8755125.161178573.0293221967.690677804-10.6666666677.65241572544314.3957337-10.7254311.7134125.148745183.02912157277.6958784273-10.6716417917.6575904754312.6227721-10.7264312.08098125.146258823.02908145237.6969185477-10.6726368167.65862542064312.2683548經試算：，此時，兩者很接近。比較：表7—7阻抗式與差動式與比較阻抗式差動式(m)-5.3-10.726(m)9.155.697.4.4調壓室方案比較結果經比較本設計采用阻抗式。第八章專題調壓室結構計算8.1計算步驟8.1.1井壁底部的定端力矩、剪力和抗繞勁度當井壁底端固定，承受內水壓力時，井壁底部的定端力矩為：（8—1）定端剪力：（8—2）式中R井壁中心至井中心線半徑。R=12.11mt井壁襯砌厚度。t=1m水的容重=9.81kN/m3K圍巖的彈性抗力系數K=2106kN/m3E襯砌材料的彈性摸量E=20106kN/m3μ襯砌材料的泊桑比μ=0.16H水位高度H=63.3m參變數βD井壁繞曲勁度所以，抗繞勁度Sb=2βD=2.56*106（8—3）8.1.2底板的定端力矩、剪力和抗繞勁度由于是圓環形底板，力矩表達式為：（8—4）式中q——荷載強度q=647.46kN/ml——特性長度——底板繞曲剛度，：底板厚度，取K’——基巖的彈性抗力系數K’=0.75K=1.5106系數可由下列聯立方程求解方程組：（8—5）用與查出與其對應的和值可建立方程組，可解得四個系數。當時當時解得：由此得：，圓環形底板的形常數：（8—6）代入數據得：，傳遞系數：（8—7）8.1.3對井壁和底板進行力矩分配由于井壁和底板的厚度相同，應對井壁端部彎矩剪力進行修正令此修正值為ΔM,ΔV則井底力矩M0和剪力V0（8—8）（8—9）井壁底部修正彎矩：（8—10）修正剪力：（8—11）底板修正力矩：（8—12）修正剪力：（8—13）8.1.4沿井壁力矩、剪力及環向力之分布有井底向上計，在距底板x處的力矩、剪力、變位及環向力（8—14）（8—15）（8—16）式中p——計算點x處的水壓強度，以受內水壓力為正、、、各為的函數，可由表查出。表8—1:沿井壁參數及常數：011100.50.82310.24150.53230.290810.5083-0.11080.19880.30961.50.2384-0.20680.01580.222620.0667-0.1794-0.05630.1232.5-0.0166-0.1149-0.06580.04923-0.0423-0.0563-0.04930.00713.5-0.0389-0.0177-0.0283-0.01064-0.02580.0019-0.012-0.01394.5-0.01320.0085-0.0023-0.01085-0.00460.00840.0019-0.00655.500.00580.0029-0.002960.00170.00310.0024-0.00076.50.00180.00120.00150.000470.00130.00010.00070.0006表8—2：沿井壁荷載分布p-1324.45-1424.762.3588912005E-070.4063550733647.46-536.99029834-921.03432988-0.00035102723478-604.69807886640.91126836-84.291772116-456.39107256-0.00028516461747-491.23965111634.36253672107.68446579-147.00384186-8.6890907393E-05-149.68287234627.81380507145.6317884711.56673379.9207141074E-05170.89946783621.26507343115.5749113966.090839880.0002232717422384.61971094614.7163417969.52997064866.127402690.00028615606585492.94757252608.1676101531.35761234346.248928660.00030638298568527.79153433601.61887857.730003591524.870918790.00030387691501523.47444445595.07014686-3.06119591469.317021880.00029289250424504.55211756588.52141522-6.27193587450.928185650.00028124879274484.49404434581.97268358-5.5164272363-2.509932310.00027184509358468.29473485575.42395194-3.5831164019-3.027937730.00026524756377456.92948109568.87522029-1.6231234846-2.503322440.00026078860166449.24823714562.32648865-0.58045522697-1.332891660.00025747675875443.5430814555.77775701圖8—1調壓室井壁力矩分布圖圖8—2調壓室井壁剪力分布圖圖8—3調壓室井壁環向力分布圖8.1.5沿底板的力矩、變位和反力分布8.1.5.1沿底板的力矩分布對于圓環形底板：（8—17）底板力矩分布：（8—18）8.1.5.2沿底板的變位和反力分布圓環形底板：（8—19）（8—20）沿底板變位：（8—21）沿底板反力分布：（8—22）表8—3:底板荷載計算參數4.23-0.2214-1.57-1.416-1.9376-0.88050.5150.03255-0.05860.06220.04267-0.01367-0.027994.93.5-1.194-2.336-1.605-2.2832-0.43531.3170.01019-0.032430.04280.03351-0.021001-0.004195.64-2.563-3.135-1.508-2.29270.4912.438-0.0014-0.015