緊水灘水電站廠房及樓面板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

目錄1 自然地理及工程地質(zhì)- 4 -1.1 流域概況- 4 -1.2 水文與氣候- 4 -1.3 地形與地質(zhì)- 5 -1.3.1 水庫(kù)區(qū)工程地質(zhì)- 5 -1.3.2 壩址地質(zhì)- 6 -1.4 天然建筑材料- 6 -1.4.1 土料：- 6 -1.4.2 砂石料：- 6 -2經(jīng)濟(jì)、水利與動(dòng)能- 7 -2.1 工程效益- 7 -3 重力壩部分- 8 -3.1 壩型選擇及樞紐布置- 8 -3.1.1樞紐主要建筑物等級(jí)確定- 8 -3.1.2壩址及壩型的選擇- 8 -3.1.3樞紐組成建筑物- 8 -3.2重力壩非溢流壩段設(shè)計(jì)- 9 -3.2.1水工筑物級(jí)別- 9 -3.2.2基本剖面尺寸確定- 9 -3.2.3實(shí)用剖面尺寸的確定- 9 -3.2.4壩體剖面驗(yàn)算- 10 -3.3重力壩溢流壩段設(shè)計(jì)- 15 -3.3.1 溢流壩段剖面設(shè)計(jì)- 15 -3.3.2 溢流壩段應(yīng)力穩(wěn)定計(jì)算- 20 -3.4 壩內(nèi)構(gòu)造- 25 -3.4.1 壩頂結(jié)構(gòu)- 25 -3.4.2壩基地基處理- 25 -4水電站建筑物設(shè)計(jì)- 26 -4.1特征水頭的選擇- 26 -4.1.1設(shè)計(jì)高水位- 26 -4.1.2設(shè)計(jì)低水位- 26 -4.1.3 加權(quán)平均水頭及設(shè)計(jì)水頭- 27 -4.2 水電站設(shè)備選型- 27 -4.2.1水輪機(jī)選型- 27 -4.2.2金屬蝸殼及尾水管尺寸- 28 -4.2.3發(fā)電機(jī)的選擇- 29 -4.2.4 調(diào)速器的計(jì)算- 33 -4.2.5油壓裝置的選擇- 34 -4.2.6 起重設(shè)備選擇與尺寸- 34 -4.3廠房尺寸確定- 35 -4.3.1廠房高度的確定- 35 -4.3.2主廠房長(zhǎng)度的確定- 36 -4.3.3主廠房的寬度的確定- 37 -4.4廠房各層布置- 37 -4.4.1發(fā)電機(jī)層：- 37 -4.4.2水輪機(jī)層- 37 -4.4.3蝸殼層：- 38 -5進(jìn)水口及壩內(nèi)埋管- 39 -5.1 引水管道的布置- 39 -5.1.1鋼管直徑- 39 -5.1.2臨界淹沒(méi)深度- 39 -5.1.3管軸線布置- 40 -5.2進(jìn)水口布置- 40 -5.2.1進(jìn)水口流線- 40 -5.2.2漸變段及彎管段- 40 -5.3攔污柵- 40 -5.4典型鋼管身厚度- 41 -5.5 閘門及啟閉設(shè)備：- 42 -5.5.1閘門- 42 -5.5.2 啟閉設(shè)備- 43 -5.5.3通氣孔：- 43 -5.5.4充水閥- 43 -5.5.5伸縮節(jié)- 43 -6專題樓面板設(shè)計(jì)- 44 -6.1廠房梁格布置- 44 -6.1.1發(fā)電機(jī)層梁格布置- 44 -6.1.2裝配場(chǎng)層梁格布置- 44 -6.2廠房配筋計(jì)算- 45 -6.2.1基本資料- 46 -6.2.2計(jì)算方法- 47 -主要參考文獻(xiàn)- 53 -1 自然地理及工程地質(zhì)1.1 流域概況緊水灘水電站在甌江支流龍泉溪上，壩址以上流域面積2761平方公里。龍泉溪發(fā)源于浙閩交界仙霞嶺、洞官山，河流長(zhǎng)度153公里，直線長(zhǎng)度77公里，平均寬度36公里。除龍泉縣城附近及赤石仁三處有小片盆地外，其余地段多為峽谷，河床覆蓋多以大塊石和卵石組成，險(xiǎn)灘較多。本流域東側(cè)與甌江支流小溪相鄰，西側(cè)與錢塘江支流烏溪江相鄰，南側(cè)為閩江支流松溪，北側(cè)為甌江支流松陰溪。河流四周均為嶺南山系洞官山脈包圍，山脈走向與河流流向一致，最高峰黃茅尖高達(dá)1921米，流域平均高度662米，河道坡降上游陡、下游緩，平均坡降為6.32 0.97，因河道陡，河槽調(diào)蓄能力低，匯流快，由暴雨產(chǎn)生的洪水迅漲猛落，歷時(shí)短，傳播快，所以一次洪水過(guò)程尖瘦，屬典型的山區(qū)性河流。龍泉溪是浙江省木材主要產(chǎn)地，境內(nèi)森林茂盛，植被良好，水土流失不嚴(yán)重。本工程為甌江干支流規(guī)劃的五個(gè)梯級(jí)開(kāi)發(fā)中的一級(jí)，以發(fā)電為主，兼顧航運(yùn)、放木（竹）以及防洪等綜合效益。電站建成后主要擔(dān)任華東電網(wǎng)調(diào)峰并供電麗水、溫州，將使麗、溫兩地區(qū)通過(guò)220千伏輸電線路聯(lián)系，形成浙南電力系統(tǒng)。為解決建壩后龍泉溪木材（竹）的流放和航運(yùn)的發(fā)展，大壩左岸專門設(shè)置有貨筏過(guò)壩建筑物。水庫(kù)有1.53億立方米的防洪庫(kù)容，用以減輕下游麗水、碧湖地區(qū)防洪的負(fù)擔(dān)。1.2 水文與氣候本地區(qū)地處浙東南沿海山區(qū)，屬溫帶季風(fēng)氣候，氣候溫和，壩址區(qū)歷年平均氣溫17.3，月平均氣溫以1971年7月份30.7最高，1962年1月份13最低，實(shí)測(cè)最高氣溫為40.7（1966年8月），最低氣溫-8.1（1969年2月）。流域內(nèi)氣候濕潤(rùn)，歷年平均相對(duì)濕度79%，其中以6月份的87%為最大，1月份的84%為最小，實(shí)測(cè)最小相對(duì)濕度僅8%。本流域距東海僅120180公里，水汽供應(yīng)充沛，壩址以上流域年平均雨量為1833.8毫米，但在年內(nèi)分配很不均勻，39月占年雨量為80.5%，其中56兩月為雷雨季節(jié)，降雨量占年雨量的三分之一，往往形成連綿起伏的洪水，本流域暴雨常出現(xiàn)在此期間，實(shí)測(cè)最大24小時(shí)雨量為236.8毫米。79月間臺(tái)風(fēng)侵襲，也有暴雨出現(xiàn)，最大24小時(shí)雨量曾達(dá)145.4毫米。流域多年平均降水日數(shù)為172天，最多達(dá)201天，最少145天。本流域4至8月為東南風(fēng)，1至3月、9至12月一般為東北風(fēng)及西北風(fēng)。歷年平均風(fēng)速1.15米/秒，出現(xiàn)在1970年4月，風(fēng)向西北偏西。壩址區(qū)可能發(fā)生最大風(fēng)力為11級(jí)，相當(dāng)于風(fēng)速32米/秒。緊水灘壩址與石富站流域面積僅差41平方公里，占控制流域面積的15%，故壩址處流量資料均不加改正，直接采用石富站資料。泥沙對(duì)緊水灘水庫(kù)使用不會(huì)有嚴(yán)重的影響。表1-1 廠區(qū)水位流量關(guān)系：水位（m）202203204205206207208209210流量（m3/s）8024054088012801740230029003620水位（m）211212213214215216217218219流量（m3/s）438052006060700079408980100801120012340表1-2 水庫(kù)面積、容積：高程（m）205215220225230235240面積（km2）01.32.33.95.77.79.7容積（108m3）00.050.20.350.60.9251.375高程（m）245250255260265270275面積（km2）11.613.615.918.321.324.527.7容積（108m3）1.92.53.24.055.056.257.575高程（m）280285290295300面積（km2）31.235.240.348.158.4容積（108m3）9.1010.7512.715.0517.71.3 地形與地質(zhì)1.3.1 水庫(kù)區(qū)工程地質(zhì)水庫(kù)周邊地勢(shì)高峻，無(wú)低矮分水嶺，巖石堅(jiān)硬較完整，雖有部分?jǐn)鄬友由鞄?kù)外，但斷層膠結(jié)好，山體雄厚，且地下水位分布較高，故無(wú)永久滲漏之慮。由于庫(kù)岸有第四系松散地層分布，巖石節(jié)理發(fā)育，水庫(kù)暫時(shí)滲漏損失甚小，對(duì)水庫(kù)蓄水無(wú)影響。庫(kù)區(qū)巖石以山巖為主，物理地質(zhì)現(xiàn)象以小型塌滑體居多，蓄水后小型的邊坡再造雖有可能但不致產(chǎn)生大規(guī)模的邊坡不穩(wěn)定。本地區(qū)地震烈度為6度，可不考慮抗震設(shè)計(jì)，不計(jì)地震荷載。1.3.2 壩址地質(zhì)壩區(qū)位于90平方公里的“牛頭山”花崗斑巖巖技的南緣，其中有后期的細(xì)?；◢弾r和小型的石英巖脈、細(xì)晶巖脈、輝緣巖脈侵入穿摘其間與圍巖接觸良好?；炷?新鮮花崗斑巖抗剪摩擦系數(shù)0.7，凝聚力5公斤/平方厘米，抗剪斷摩擦系數(shù)1.0?；炷?混凝土抗剪斷摩擦系數(shù)1.25，凝聚力1.45103Kpa。根據(jù)壩址區(qū)資料分析，緊水灘壩址兩岸地形對(duì)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(jiǎn)單，故屬工程地質(zhì)條件較好的壩址。1.4 天然建筑材料1.4.1 土料：下村料場(chǎng)：位于平緩的山坡上，高程300以下，主要為壤土，料場(chǎng)距壩址0.5公里，有效儲(chǔ)量426700立方米。油坑料場(chǎng)：位于500550米高程的低平山丘上，為粘土及壤土組成，料場(chǎng)距壩址1.5公里，有效儲(chǔ)量747600立方米。1.4.2 砂石料：局村至小順區(qū)六個(gè)料場(chǎng)，左右岸各三個(gè)，最遠(yuǎn)距壩址16.5公里。局村至壩址區(qū)十個(gè)料場(chǎng)，左岸4個(gè)，右岸6個(gè)，最遠(yuǎn)距壩址9公里。壩址至赤石區(qū)七個(gè)料場(chǎng)，最遠(yuǎn)距壩址12.2公里。共計(jì)23個(gè)料場(chǎng)，有效儲(chǔ)量水下557000立方米，水上3094600立方米，合計(jì)3651600立方米。 2經(jīng)濟(jì)、水利與動(dòng)能2.1 工程效益本工程以發(fā)電為主，同時(shí)兼顧防洪、航運(yùn)、漁業(yè)等綜合利用。電站建成后聯(lián)入華東電力系統(tǒng)，作為系統(tǒng)調(diào)峰電源之一。水庫(kù)建成后，可減輕洪水對(duì)麗水縣城和碧湖平原的影響。在水庫(kù)遇五年一遇和二十年一遇洪水時(shí)，緊水灘洪峰流量，由原來(lái)的4270、6260秒立方米，分別削減為2270、3560秒立方米。水庫(kù)建成后，庫(kù)區(qū)可通航機(jī)動(dòng)船，由于水庫(kù)的調(diào)節(jié)作用，壩址至麗水河段枯水期的最小流量可由原來(lái)的2.23秒立米提高到50秒立米，（保證率8085%）水深增加0.6米左右。從而改善了航運(yùn)條件。水庫(kù)建成后，經(jīng)水庫(kù)調(diào)節(jié)，流放竹木條件可大為改善，有效流放時(shí)間可大為增長(zhǎng)。流放量可由目前的14萬(wàn)立方米提高到27.4萬(wàn)立方米。水庫(kù)建成后，正常蓄水位時(shí)，水庫(kù)面積達(dá)34.2平方公里，為發(fā)展養(yǎng)漁業(yè)及其他水產(chǎn)養(yǎng)殖事業(yè)創(chuàng)造有利條件。3 重力壩部分3.1 壩型選擇及樞紐布置3.1.1樞紐主要建筑物等級(jí)確定由校核洪水位292查水庫(kù)容積曲線V 10108 查表1-1，1-3（水工建筑物）工程規(guī)模為大（1）型，過(guò)程等別為一，主要建筑物為1級(jí)。次要建筑物為3級(jí)。3.1.2壩址及壩型的選擇根據(jù)地形和地質(zhì)剖面圖，壩址處呈現(xiàn)V型河谷，多為花崗巖，經(jīng)初步布置，滿足各建筑物布置要求。從地形條件，本壩址適合建拱壩，重力壩，經(jīng)綜合比較認(rèn)為建重力壩較為合適。壩址選在河谷較窄的位置，河谷地寬約為78m左右減少混凝土澆注量，但加大了開(kāi)挖量。為相對(duì)減少工程量，將廠房布置在右岸，溢流壩段向河谷左岸移置。3.1.3樞紐組成建筑物樞紐由非溢流壩段、溢流壩段、泄槽及壩后式地面廠房組成，壩軸線垂直水流方向。壩頂高程293.3m，壩基面高程197m.1擋水建筑物：非溢流壩布置在河谷兩岸2泄水建筑物：溢流壩寬64m，分4孔，每孔凈寬16m，鼻坎挑流，反弧半徑為，鼻坎挑射角度。閘門，閘墩與非溢流壩同高。3水電站建筑物：壩后式地上水電站廠房，壩體引水鋼管，壩頂開(kāi)關(guān)站等。電站廠房機(jī)組段長(zhǎng)16.5m，總長(zhǎng)71.5m。裝配場(chǎng)位于廠房右側(cè)高程215.8m。4泄槽建在壩段上，為減少開(kāi)挖量，沿山體走勢(shì)修筑。5進(jìn)廠公路與裝配場(chǎng)高程同高，上壩公路與壩頂高程同高，壩頂公路設(shè)在下游側(cè)，寬8m。6.高壓開(kāi)關(guān)站在右岸壩頂公路一側(cè)，高程變壓器場(chǎng)位于主廠房右側(cè)。3.2重力壩非溢流壩段設(shè)計(jì)3.2.1水工筑物級(jí)別水工建筑物級(jí)別1級(jí)，結(jié)構(gòu)安全為I，結(jié)構(gòu)重要系數(shù)=1.1，設(shè)計(jì)狀況系數(shù)=1.0。3.2.2基本剖面尺寸確定3.2.2.1壩高的確定由壩軸線工程地質(zhì)剖面圖最低點(diǎn)為202.5，下挖壩址處底高程為197。設(shè)計(jì)洪水位291，所以基本壩高H=291-197=94。3.2.2.2壩底最小寬度確定應(yīng)力條件： 穩(wěn)定條件：同時(shí)滿足應(yīng)力和穩(wěn)定要求取=66，取上游坡=0，取上游折坡=0.15，下游坡取=0.7。取折射坡點(diǎn)高程取235。所壩底總長(zhǎng)72.73.2.3實(shí)用剖面尺寸的確定3.2.3.1壩頂高程壩頂高程由靜水位+風(fēng)浪涌高+安全超高。即：式中：h=2hl+h0+hc （2hl=0.0166Vf5/4D1/3為浪高；Vf為計(jì)算風(fēng)速；D為吹程）；h0為波浪中心線高出靜水位高度；hc為超高，由規(guī)范查得。(1)設(shè)計(jì)洪水位吹程D=5B，B為上游狹窄處的276m，D=1390 m；風(fēng)速為Vt=15 m/s 安全超高=0.5m。壩頂高程293.55m(2)校核洪水位吹程為1390 m；風(fēng)速為15m/s；安全超高=0.5 m。壩頂高程294.46m所以，該重力壩壩頂高程取為293.3 m。并在壩頂加1.2m高的防浪墻。3.2.3.2.壩頂寬度壩高=293.3-197=96.3m非溢流壩的壩頂寬度可取壩高8%10%。故取基本剖面=9 m。綜上剖面圖如下：圖1-1壩體剖面簡(jiǎn)圖3.2.4壩體剖面驗(yàn)算3.2.4.1壩基面驗(yàn)算(1)設(shè)計(jì)工況表1-1 壩基面持久狀況（設(shè)計(jì)洪水位）荷載垂直（KN）水平（KN）力壁（m）彎矩（KN.m）下上右左自重G12545.0532.382205.12G220365.4525.9527465.16G354066.5 2.56138406.24水壓力PX144276.6331.6671401860.15PY14249.6933.49142337.31PX21678.76.1710410.21PY2117527.4932343.168浪壓力PWK48.7393.964602揚(yáng)壓力U16551.61000U2956.4831.129724.37U3669.523.7615902.7U4317.633.4310638.876U53727.832.77122261.8總計(jì)82398.6912222 .9944316.331678.41606500911400W=70175.7 kNP=42637.93 kNM=69514.47 kN2）穩(wěn)定驗(yàn)算摩擦公式：=1.15k=1.1滿足穩(wěn)定要求。3）應(yīng)力驗(yàn)算=0.6MPa-0.1未出現(xiàn)拉應(yīng)力。=1.35MPa遠(yuǎn)小于混凝土和巖石的抗壓應(yīng)力。滿足應(yīng)力要求。（2）校核工況表1-2 壩基面持久狀況（校核洪水位）荷載垂直（KN）水平（KN）力壁（m）彎矩（KN.m）下上右左自重G12545.0532.382205.12G220365.4525.9527465.16G354066.5 2.56138406.24水壓力PX144276.6331.6671401860.15PY14249.6933.49142337.31PX21678.76.1710410.21PY2117527.4932343.168浪壓力PWK48.7393.964602揚(yáng)壓力U16551.61000U2956.4831.129724.37U3669.523.7615902.7U4317.633.4310638.876U53727.832.77122261.8總計(jì)82398.6912222 .9944316.331678.41606500911400W=70175.7 kNP=42637.93 kNM=69514.47 kN2）穩(wěn)定驗(yàn)算摩擦公式：=1.12K=1.1滿足穩(wěn)定要求。3）應(yīng)力驗(yàn)算=0.017MPa-0.1MPa未出現(xiàn)拉應(yīng)力。=0.177KPa遠(yuǎn)小于混凝土和巖石的抗壓應(yīng)力。滿足應(yīng)力要求。3.2.4.2壩折坡點(diǎn)驗(yàn)算(1)設(shè)計(jì)工況表1-3 壩折坡面持久狀況（設(shè)計(jì)洪水位）荷載垂直（KN）平（KN）力臂 （KN）彎矩（KN.m）下上右自重G11184415.117.88G2152940.530.82水壓力PX上1538218.728.76浪壓力PWK 48.7392.8262.45揚(yáng)壓力U3334.69.763.24總計(jì)271383334.615430.74324513287012W=23803.4 kNP=15430.74 kNM=37512 kN2）穩(wěn)定驗(yàn)算摩擦公式：=1.15K=1.1滿足穩(wěn)定要求。3）應(yīng)力驗(yàn)算=406.95KPa-0.1MPa未出現(xiàn)拉應(yīng)力。=752.88KPa遠(yuǎn)小于混凝土抗壓應(yīng)力。滿足應(yīng)力要求。（2）校核工況表1-4 壩折坡面持久狀況（校核洪水位）荷載垂直（KN）平（KN）力臂 （KN）彎矩104（KN.m）下上右自重G11184415.117.88G2152940.530.82水壓力PX上15936.351928.76浪壓力PWK 48.793.962.45揚(yáng)壓力U3397.56.43.24總計(jì)27624.453397.515430.7432.9118.7W=27624.45 kNP=15985.05 kNM=142100 kN2）穩(wěn)定驗(yàn)算摩擦公式：=1.06K=1.05滿足穩(wěn)定要求。3）應(yīng)力驗(yàn)算=0.063 Mpa - 0.1 Mpa未出現(xiàn)拉應(yīng)力。=0.012 Mpa遠(yuǎn)小于混凝土抗壓應(yīng)力。滿足應(yīng)力要求。3.3重力壩溢流壩段設(shè)計(jì)3.3.1 溢流壩段剖面設(shè)計(jì)溢流壩剖面，除應(yīng)滿足強(qiáng)度、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)條件外，其外形尚需考慮水流運(yùn)動(dòng)要求。通常它也是由基本三角形剖面修改而成，內(nèi)部與非溢流壩段相同。溢流面由頂部溢流段、中部直線段及調(diào)流鼻坎組成，上游面為直線或折線。3.3.1.1堰頂高程：（1）設(shè)計(jì)洪水位設(shè)計(jì)洪水下泄流量Q泄=7000m3/s?？紤]下泄流量過(guò)大，另設(shè)泄槽分洪。溢流壩單寬流量取，水輪機(jī)最大引用流量為Q=Q設(shè)-Q0=7000-0.83102.85 = 6653.6 M3/SL=Q/=6653.6/110=61.39 m，取48m。分4段，以便安全調(diào)度，單孔凈寬為16m。溢流壩閘墩取4m寬，導(dǎo)墻取2m寬。綜上溢流壩段總長(zhǎng)L0=L+(n+1)d=64+34=76 m由式其中；自由出流hs/H0K=1.1 滿足穩(wěn)定要求。（2）校核情況壩基面短暫狀況（校核洪水位）荷載下上右左G12545.0536.289.23G2735.0827.4820200G334724.325.14872900G427648.53.2589900G59389.7516.02150400G64769.534.73165600PX888.7170715200PY2560.8429.1374600U113883.11000U22231.7835.0877400U3954.56.695800U43415.433.4117200Px上43299.431.3135500Py上3464.0636.94128000總計(jì)85837.0820484.7943299.4888.717456001398900W=6.54104 KN，P=4.24104 KN, M=34.67104 KN2）穩(wěn)定驗(yàn)算由摩擦公式：K=f(w-U)P=0.76.541044.24104=1.08K=1.05滿足穩(wěn)定要求。3.5 壩內(nèi)構(gòu)造3.5.1 壩頂結(jié)構(gòu)3.5.1.1 非溢流壩壩頂寬15m，上游側(cè)設(shè)置1.2m防浪墻下游側(cè)設(shè)置1.2m欄桿，壩頂公路偏向下游側(cè)，設(shè)置牛腿已承擔(dān)路面，路面中間高，兩邊低，呈圓拱狀，以便于排水，道路兩旁設(shè)排水管。3.5.1.2 溢流壩溢流壩段壩頂為20m，溢流壩上游鉛直面齊平，壩上布置門機(jī)軌道，溢流堰上設(shè)置兩個(gè)閘門，上游側(cè)事故檢修閘門，堰頂下游側(cè)布置工作閘門，防止氣蝕。閘墩寬度4m，故溢流壩段總長(zhǎng)76m。3.5.1.3壩內(nèi)廊道沿壩基灌漿廊道向上，每20m設(shè)置一層排水檢修廊道，共分3層，每層縱向廊道布置向下游延伸的橫向廊道，并在下游再布置一條縱向貫穿交通廊道作為連接。在每層廊道同高程壩坡面上設(shè)置2m馬道，在外側(cè)使交通貫通。另外為降低揚(yáng)壓力，在壩基布置基礎(chǔ)排水廊道。排水檢修廊道尺寸寬2m，高3m?；A(chǔ)灌漿廊道尺寸寬3m，高3.5m3.5.2壩基地基處理由于壩址處巖基抗?jié)B性較好，設(shè)置防滲帷幕灌漿。4水電站建筑物設(shè)計(jì)4.1特征水頭的選擇18萬(wàn)KW屬中型電站， N9.81QHAQH，考慮2%水頭損失，考慮安全調(diào)度及檢修，選取4臺(tái)4.5萬(wàn)kW機(jī)組。4.1.1設(shè)計(jì)高水位1，校核洪水位為292m，校核洪水位最大下泄流量Q=8500m3/s，查得下游水位為215.5m，所以H1=292-215.538=76.5m。2，設(shè)計(jì)洪水位為291m，設(shè)計(jì)洪水位最大下泄流量Q=7000m3/s，查得下游水位為214m，所以H2=291-214=77m。3，設(shè)計(jì)蓄水位285m，試算：（開(kāi)一臺(tái)機(jī)組N=45000KW/96%=4.678萬(wàn)KW）由式一般取0.83，H為凈水頭一臺(tái)機(jī)組發(fā)電時(shí)H = 81.274m 兩臺(tái)機(jī)組發(fā)電時(shí)H = 80.71m三臺(tái)機(jī)組發(fā)電時(shí)H = 80.25mHmax=max(76.5,77,81.27)=81.27m4.1.2設(shè)計(jì)低水位設(shè)計(jì)低水位263.00m，試算：一臺(tái)機(jī)組發(fā)電時(shí)H = 59.485m 兩臺(tái)機(jī)組發(fā)電時(shí)H = 58.75m三臺(tái)機(jī)組發(fā)電時(shí)H = 58.35mHmin=58.35m4.1.3 加權(quán)平均水頭及設(shè)計(jì)水頭最大水頭為水電站一臺(tái)機(jī)組發(fā)電的額定流量所對(duì)應(yīng)的下游水位與正常蓄水位的差值Hmax=81.27m；最小水頭為水電站四臺(tái)機(jī)組發(fā)電的額定流量所對(duì)應(yīng)的下游水位與死蓄水位的差值Hmin=58.35m；加權(quán)平均水頭；又由壩后式廠房可知設(shè)計(jì)水頭Hr=95%69.81=66.32m。4.2 水電站設(shè)備選型4.2.1水輪機(jī)選型裝機(jī)容量： N=18萬(wàn)kw單機(jī)容量4.5萬(wàn)kw，壩后式，所以gr=96%，Nr=Ngr/gr=6.0/0.96=61224.49kw水頭資料： Hmax=81.27米 Hav=69.81米 Hmin=58.35米 Hr=66.32m水電站水頭范圍在58.35m81.27m之間，故選擇合適的水輪機(jī)型號(hào)有，HL220 HL230兩種。表4-1 水輪機(jī)基本參數(shù)比選序號(hào)項(xiàng)目HL230HL2201模型轉(zhuǎn)輪參數(shù)推薦使用水頭范圍356550852最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速 r/min71703最優(yōu)單位流量 m/s91310004最高效率 %90.7915氣蝕系數(shù)0.1350.1376原型水機(jī)參數(shù)工作水頭范圍58.3581.2758.3581.277水輪機(jī)直徑D1 m3.53.28額定轉(zhuǎn)速n r/min187.5187.59最高效率 %93.992.610額定出力 Nr61224.49KW61224.49KW11最大引用流量102.8598.412吸出高度 Hs-0.37-0.5如上表所示，HL230包括更多的高效區(qū)，汽蝕系數(shù)小，安裝高程高，減少開(kāi)挖量，且轉(zhuǎn)速高。故選擇水輪機(jī)型號(hào)為HL-230. 4.2.2金屬蝸殼及尾水管尺寸4.2.2.1金屬蝸殼尺寸包角345由Hr66.32m查得：Vc8.06m/s由Hr66.32m，D13.500m查得：Da5410mm，Db4640mm最大下泄流量=102.85m3/saira+iRira+2i表4-2 金屬蝸殼尺寸75920362545451651367407254392551700440561053451978468366614.2.2.2尾水管尺寸表4-3 尾水管尺寸hLB5D4h4h6L1h5模型2.64.52.721.351.350.6751.821.22原型9.115.759.524.7254.7252.2636.374.24寬度大于8米設(shè)置中墩，b=（0.1-0.15）B,取1米。4.2.3發(fā)電機(jī)的選擇水輪發(fā)電機(jī)的外形尺寸應(yīng)根據(jù)電磁計(jì)算確定有關(guān)的參數(shù)計(jì)算，對(duì)于同步轉(zhuǎn)速為187.5r/min的水輪機(jī)，其磁極對(duì)數(shù)P為16。4.2.3.1主要尺寸計(jì)算（1）極距=60.8cm（其中，系數(shù)，一般為810，取=9，）（2）定子內(nèi)徑cm （3）定子鐵芯長(zhǎng)度cm（其中，C 系數(shù)，對(duì)于，C=5.510-6）（4）定子鐵芯外徑 ne=185.7r/min166.7r/min =680.45cm發(fā)電機(jī)型號(hào)為SF50-60/99004.2.3.2外形尺寸計(jì)算（1）平面尺寸計(jì)算1.定子機(jī)座外徑D1由于，有。2.風(fēng)罩內(nèi)徑D2由于2萬(wàn)KVA，有240=1042.93cm3.轉(zhuǎn)子外徑=式中為單邊空氣間隙，計(jì)算時(shí)可不計(jì)，所以=619.5cm4.下機(jī)架最大跨度由于10萬(wàn)KVA，其中為水輪機(jī)機(jī)坑直徑，對(duì)于轉(zhuǎn)輪直徑為3800mm的水輪機(jī)，取，=4840mm5.推力軸承外徑和勵(lì)磁機(jī)外徑對(duì)于=6.6667萬(wàn)KVA的發(fā)電機(jī)組，由表查得：=3640mm，=2660mm( 2 ) 軸向尺寸計(jì)算1.定子機(jī)座高度對(duì)于=187.5r/min214r/min,有=3040mm2.上機(jī)架高度對(duì)于懸式發(fā)電機(jī)，有=1550mm3.推力軸承高度勵(lì)磁機(jī)高度永磁機(jī)高度副勵(lì)磁機(jī)高度查表得：=150200cm,取=1800mm=200240cm,取=2200mm=80120cm,取=1000mm=6090cm,取=800mm4.下機(jī)架高度對(duì)于懸式發(fā)電機(jī)，有=0.12=743.6mm5.定子支座支承面至下機(jī)架支承面的距離對(duì)于懸式發(fā)電機(jī)，有=929.5mm。6下機(jī)架支承面至主軸法蘭盤(pán)底面之間的距離一般取=70150cm，取=1300mm7.轉(zhuǎn)子磁軛軸向高度有風(fēng)扇時(shí)，（7001000）mm=2000mm。8.發(fā)電機(jī)主軸高度=（0.70.9）H=（0.70.9）（340+166+150+200+80+60+99+100）=8006.910294.6mm，取=8500mm其中，H為發(fā)電機(jī)總高度，即由主軸法蘭盤(pán)底面至發(fā)電機(jī)頂部的距離9.定子鐵芯水平中心線至主軸法蘭盤(pán)底面距離=3900mm尺寸如下圖：圖41發(fā)電機(jī)外型圖4.2.3.3發(fā)電機(jī)重量估算本電站為懸式發(fā)電機(jī)，由經(jīng)驗(yàn)公式式中： K取810，本設(shè)計(jì)K取9，Sf=66666.67Kv，ne=187.5 r/min得：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子重量可按發(fā)電機(jī)總重的一半，取226t，綜上，吊車選一臺(tái)雙小車2125t。4.2.4 調(diào)速器的計(jì)算大中型水輪機(jī)所配用的調(diào)速器為機(jī)械液壓調(diào)速器，包括調(diào)速柜、接力器和油壓裝置三大部分。4.2.4.1調(diào)速功計(jì)算采用經(jīng)驗(yàn)公式 A= (200250) 式中： A水輪機(jī)調(diào)速功（Kg/m）H水輪機(jī)最大水頭（m），取81.41mQNr/9.81Hmax=88.3m3/s經(jīng)計(jì)算A=(2.983.7)kN0.3，所以屬于大型調(diào)速器。4.2.4.2.接力器的計(jì)算（1）接力器的直徑額定油壓為2.5Mpa，Z0=24，b0/D1=0.315 ds=D1其中：=0.03，所以ds=531mm。（2）接力器的最大行程=1.6所以 又 0.22m（3）調(diào)速器的選擇： 其中油速V=4.5m/s，接力器關(guān)閉時(shí)間Ts=4s。根據(jù)水輪機(jī)調(diào)速功，選擇DT-150型電氣液壓型調(diào)速器。4.2.5油壓裝置的選擇23.964.4m3 選用組合式HYZ-4型油壓裝置 圖42 HYZ-2.5油壓設(shè)備外型圖4.2.6 起重設(shè)備選擇與尺寸起重機(jī)的額定起重量一般為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子重量、平衡梁重以及專用吊具重量之和本設(shè)計(jì)額定起重量：選擇與之接近而偏大的2*125橋機(jī)1、設(shè)備型號(hào)臺(tái)數(shù)選擇：最大起重量218.75t，機(jī)組臺(tái)數(shù)4臺(tái)，選用一臺(tái)雙小車起重機(jī)，跨度14m 。選用平衡梁起吊發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子表4-4平衡梁參數(shù)吊鉤起重量（t）平衡梁起重量(t)aa1a2a3bhh1自重(t)212525037803100145070013009406504.578圖43 平衡梁外型圖4.3廠房尺寸確定4.3.1廠房高度的確定4.3.1.1水輪機(jī)組安裝高程對(duì)于混流式水輪機(jī)，其安裝高程為：安裝高程=Z下+ Hs +b0/2式中： Hs吸出高度（m），取-0.37m。所以： 安裝高程= Z下+ Hs +b0/2=202.00m。4.3.1.2 尾水管地板高程和廠房基礎(chǔ)開(kāi)挖高程尾水管底板高程： 192.35m。廠房基礎(chǔ)開(kāi)挖高程：取191.35m4.3.1.3 水輪機(jī)層地面高程水輪機(jī)層地面高程=水輪機(jī)安裝高程+蝸殼進(jìn)口斷面+蝸殼上部砼厚1.55m=202+2+1.7=205.7m4.3.1.4 發(fā)電機(jī)地板高程和安裝場(chǎng)高程發(fā)電機(jī)定子安裝高程208.7m發(fā)電機(jī)層樓板高程=21.5安裝場(chǎng)高程與發(fā)電機(jī)地板高程不同，高程為215.8m高于校核洪水位。4.3.1.5 軌頂高程橋吊選用2125t雙小城橋吊，平衡梁選用2125型， 大梁底面至軌道面F= 140mm；軌面至起重機(jī)頂H=4300mm；平衡梁至軌頂660mm主軸長(zhǎng)度8500mm。從油壓設(shè)備上方吊運(yùn)，得吊車軌高程=215.8+1+8.5+0.7=226.00m4.3.1.6 天花板高程和屋頂面高程天花板高程=軌道面至起重機(jī)頂+起重機(jī)至天花板的安全距離0.5m=230.8m廠房屋頂高程230.8+2+0.5=233.3m4.3.1.7 廠房總高233.3-197=36.3m4.3.2主廠房長(zhǎng)度的確定有三個(gè)因素確定主廠房機(jī)組的凈距。經(jīng)計(jì)算蝸殼層L=16.1m,尾水管長(zhǎng)L=13.52m ,發(fā)電機(jī)層L=14.01m,三種取最大值為L(zhǎng)=14.01 m。綜合考慮廠房?jī)?nèi)部布置及梁格結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，取機(jī)組段長(zhǎng)度為16.5m。裝配場(chǎng)長(zhǎng)(1.01.5) L1，取為20m。端部取兩米。綜上，主廠房長(zhǎng)度：4.3.3主廠房的寬度的確定上游寬8.6m，下游10.2m 。最終主廠房的寬度為1.8.8m。橋吊跨度選16m。5壓力鋼管的設(shè)計(jì) 5.1 引水管道的布置 5.1.1.壓力管道的形式壩內(nèi)鋼管的布置型式取決于壩型，廠房和進(jìn)水口的布置，另外還須考慮結(jié)構(gòu)問(wèn)題和施工條件。本設(shè)計(jì)采用傾斜式壩內(nèi)埋管，這種布置方式多用于砼重力壩壩后式廠房，當(dāng)進(jìn)水口高程較高時(shí)，一般都用斜管和水輪機(jī)機(jī)相連，這種布置型式管線較短，造價(jià)較低，管道在砼中埋得較深，可以考慮鋼稱與砼聯(lián)合受力。另外斜管走向和壩體的一組主應(yīng)力接近平行，可以減輕孔口應(yīng)力集中，減少配筋.5.1.1鋼管直徑進(jìn)水口高程應(yīng)在水電站運(yùn)行中可能出現(xiàn)的最低水位以下，并保持一定的淹沒(méi)水深，這樣可以避免產(chǎn)生負(fù)壓和串通吸氣漏斗形成漩渦水輪機(jī)最大引用流量Q=102.85m3/s，單元供水。由經(jīng)濟(jì)計(jì)算公式得，管道直徑=4.81m。；5.1.2臨界淹沒(méi)深度進(jìn)水口面積只有管道面積的倍，為27.2636.3。取進(jìn)水口寬為4.81m，高為6.5m面積A1=31.27m2，形狀為矩形，斷面水流流速=3.28m/s淹沒(méi)水深的計(jì)算:式中：d閘門孔口高度V閘門斷面的水流速度Scr閘門門頂?shù)陀谧畹退坏呐R界淹沒(méi)深度（m），考慮風(fēng)浪影響時(shí)，計(jì)算中采用的最低水位比靜水位約低半個(gè)浪高；C經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，C=0.55-0.7，對(duì)稱進(jìn)水口時(shí)取小值，側(cè)向進(jìn)水時(shí)取大值。所以閘門門頂臨界淹沒(méi)深度：（對(duì)稱進(jìn)水c取0.55）取整，淹沒(méi)高程為263-4.6=258.4m，高于折坡點(diǎn)高程235.00m.5.1.3管軸線布置彎管中心曲率半徑。斜直段與下游壩坡面平行，埋深為5m，彎管段個(gè)分節(jié)夾角=90。5.2進(jìn)水口布置5.2.1進(jìn)水口流線進(jìn)水口形狀采用橢圓曲線三向收縮矩形。頂面曲線：兩側(cè)面曲線：1m半徑圓弧。進(jìn)水口底部高程=263- -閘門高 / 2 b = 263-4.6-6.5-2.5=249.4進(jìn)水口中心線=249.4+4.81 / 2 = 251.8m5.2.2漸變段及彎管段由矩形原型長(zhǎng)度一般取管道直徑D的倍，為8.5m ，由圓形到圓形（由進(jìn)水口直徑D=4.81m變?yōu)槲仛?45角時(shí)的直徑）角度為3，則長(zhǎng)度為 tag3=（4.81-3.69） /2LL=10.7m 。圖51 漸變段變化規(guī)律5.3攔污柵攔污柵立面垂直，在平面上為多邊形，其總面積由電站的引用流量及過(guò)柵流速反算得出。攔污柵柵片寬2.5米，上下節(jié)凈高度為4米。柵條厚度10mm，寬100mm柵條凈距 S0=0.16m ，取150mm。5.4典型鋼管身厚度擬定三個(gè)斷面進(jìn)行計(jì)算，分別為進(jìn)水口中心線高程米處255.8米；壓力鋼管中心線高程為228.225米處以及壓力鋼管末端處高程202.19米。計(jì)算公式為：；式中：材料容許應(yīng)力設(shè)計(jì)工況，；校核工況， 0為結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取為1.1ra鋼管內(nèi)徑為2.26米鋼材屈服強(qiáng)度，采用Q235鋼 H為上游水位到鋼管中心線高程的距離； K為考慮水錘作用以后的系數(shù)，三段分別為1.0、1.15和1.3表5-1設(shè)計(jì)洪水位工況管壁厚度截面11截面22截面33截面157.45157.45157.45H36.7462.888.81t5.1710.3516.25表5-2校核洪水位工況管壁厚度截面11截面22截面33截面188188188H37.7463.888.1t4.458.813.6綜上，選用設(shè)計(jì)洪水位工況下的鋼管厚度，考慮到銹蝕、磨損厚度及厚度負(fù)偏差（取2mm），鋼管實(shí)際厚度為：表5-3管壁厚度截面11截面22截面33截面計(jì)算厚度61117t813195.5 閘門及啟閉設(shè)備：5.5.1閘門 閘門由事故閘門和檢修閘門組成，事故閘門和檢修閘門處凈過(guò)水?dāng)嗝鏋殇摴軘嗝娴?.1倍，壩式進(jìn)水口為了適應(yīng)壩體的結(jié)構(gòu)要求，進(jìn)水口長(zhǎng)度要縮短，進(jìn)口段與閘門段常合而為一。壩式進(jìn)水口一般都做成矩形喇叭口狀，水頭較高時(shí)，喇叭開(kāi)口較小，以減小閘門尺寸以及孔口對(duì)壩體結(jié)構(gòu)的影響；滲透較低時(shí)，孔口開(kāi)口較大，以降低水頭損失。5.5.2 啟閉設(shè)備啟閉設(shè)備