烏溪江水電站有壓引水式地面廠房設(shè)計(jì)說明書（二）

摘 要烏溪江水電站座落于浙江省烏溪江湖南鎮(zhèn)，屬于梯級開發(fā)電站，根據(jù)地形要求，其開發(fā)方式為有壓引水式。壩區(qū)地質(zhì)條件較好，主要建筑物（砼非溢流壩），泄水建筑物（砼溢流壩），引水建筑物（有壓引水遂洞，調(diào)壓室），地面廠房。水庫設(shè)計(jì)洪水位238m（千年一遇），相應(yīng)的下泄流量4800m3/s；校核洪水位240m（萬年一遇），相應(yīng)的下泄流量8500m3/s；正常擋水位232m.本設(shè)計(jì)確定壩址位于山前巒附近，非溢流壩壩頂高程242m。壩底高程112m。最大壩高130m。上游壩坡坡度1：0.1，下游壩坡坡度1：0.80，溢流壩堰頂高程224.54m。引水遂洞進(jìn)口位于壩址上游凹口處，遂洞全長1290m。洞徑8.6m，調(diào)壓室位于廠房上游260m左右處，高程255m的山巒上，型式為差動式（大、小井分離式）。廠房位于下游荻青位置。設(shè)計(jì)水頭96m，裝機(jī)容量45.6=22.4萬Kw，主廠房凈寬18m，總長77.5m。水輪機(jī)安裝高程115.78m，發(fā)電機(jī)層高程125.5m，安裝場層高程129m（比下游校核洪水位128 m略高）。廠房附近布置開關(guān)站，主變等。受地形限制，為了減少開挖量，尾水平臺兼作公路用，壩址與廠區(qū)通過盤山公路連接，形成樞紐體系。由此可見，本設(shè)計(jì)是合理可行的。關(guān)鍵詞：水利樞紐；擋水建筑物；泄水建筑物；穩(wěn)定；應(yīng)力；水輪機(jī)；選型；引水隧洞；調(diào)壓室；廠房；發(fā)電引水隧洞。Abstract The Wuxijiang hydropower station is located in HuNan Town in ZheJiang province ,which belongs to a chain of exploitation .According to the demand of topographic form ,I choose diversion hydropower station . The geology condition is good .The main construction conclude the water retaining structure (the concrete non over-fall dam) ,the release works (the concrete over fall dam) ,the diversion structure (pressure seepage tunnel ,the surge-chamber ) ,and the surface power station .The design water level is 238m ,its corresponding flow amount is 5400m3/s .The check level is 241.5m ,its corresponding flow is 9700 m3/s .The regular water retaining level is 232m .The dam site is near the former saddle .The crest elevation of the non-over-fall dam is 242.51m ,and the base elevation is 112m ,The max height of the dam is 130.51m ,The upstream dam slope is 1:0.2 ,the downstream dam slop is 1:0.7 ,the spillway crest elevation is 226m .The inducer of the seepage tunnel is located at the recess place ,The length of tunnel is 1100m ,the diametric of which is 8.2m .The surge-chamber is located at the mountain , which is 260m from the work shop building and is type is differential motion.The workshop building is located at downstream ,the design level of the turbine is 94.92m , the equipped capacitor is 17104Kw ,the clean width is 16m , its whole length is 72m . The fix level of the turbine is 115.45 m , and the height lf dynamo is 126.00m , the level of the adjustment bay is 129.70m (higher than the downstream water level ,which is 129.52m) . Near the workshop building , there are switch station and the main transformer and so on .This design layout the bent structure inside the main workshop building and calculate its distributed steel. 目 錄摘 要Abstract第一章 設(shè)計(jì)基本資料1.1流域概況和地理位置1.2水文與氣象1.2.1水文條件1.2.2氣象條件1.3工程地質(zhì)1.4交通狀況1.5既給設(shè)計(jì)控制數(shù)據(jù)第二章 樞紐布置、擋水及泄水建筑物2.1樞紐布置2.1.1樞紐布置形式2.1.2壩軸線位置比較選擇2.2擋水及泄水建筑物2.2.1壩高確定2.2.1.1壩頂超出靜水位高度h2.2.2擋水建筑物：砼重力壩2.2.3 泄水建筑物：砼溢流壩2.3壩內(nèi)構(gòu)造2.3.1壩頂結(jié)構(gòu)2.3.2壩體分縫2.4溢流壩消能防沖措施第三章 水能規(guī)劃3.1水頭Hmax、Hmin、Hr選擇3.1.1 Hmax 的可能出現(xiàn)情況（水頭損失按2%計(jì)）：3.1.2、Hmin的可能出現(xiàn)情況（水頭損失按2%計(jì)）：3.2水輪機(jī)選型比較3.2.1 HL200水輪機(jī)方案的主要參數(shù)選擇3.2.2HL180水輪機(jī)方案主要參數(shù)選擇3.2.3HL200和HL180方案比較3.2.4 水輪機(jī)安較高程第四章 水電站引水建筑物4.1引水隧洞整體布置4.1.1洞線布置（水平位置）4.1.2洞線布置（垂直方向）4.2細(xì)部構(gòu)造4.2.1隧洞洞徑4.2.2隧洞進(jìn)口段4.2.3 進(jìn)水口高程4.2.4閘門斷面尺寸4.2.5進(jìn)口底高程的計(jì)算（以死水位192m為準(zhǔn)）4.2.6隧洞漸變段4.2.7壓力管道設(shè)計(jì)4.2.8調(diào)壓室設(shè)計(jì)第五章 水電站廠房5.1 廠房內(nèi)部結(jié)構(gòu)5.1.1 水輪機(jī)發(fā)電機(jī)外形尺寸估算5.1.4 調(diào)速系統(tǒng)，調(diào)速設(shè)備選擇5.1.5 水輪機(jī)閥門及其附件表5-3：油壓裝置外形尺寸5.1.6 起重機(jī)設(shè)備選擇5.2 主廠房尺寸5.2.1 長度5.2.2 寬度5.2.3 廠房各層高程確定5.3 廠區(qū)布置參考書目第一章 設(shè)計(jì)基本資料1.1流域概況和地理位置 烏溪江屬衢江支流，發(fā)源于閩、浙、贛三省交界的仙霞嶺，于衢縣樟樹潭附近流入衢江，全長170公里，流域面積2623平方公里。 流域內(nèi)除黃壇口以下屬衢江平原外，其余均屬山區(qū)、森林覆蓋面積小，土層薄，地下滲流小，沿江兩岸巖石露頭，洪水集流迅速，從河源至黃壇口段，河床比降為1/1000，水能蘊(yùn)藏量豐富。1.2水文與氣象1.2.1水文條件湖南鎮(zhèn)壩址斷面處多年平均徑流量為83.0m3/s。實(shí)測最大洪峰流量為5440 m3/s，（1954年），千年一遇洪水總量（4日）為11.0億立方米，洪峰流量為11300m3/s。萬年一遇洪水（4日）總量為16.2億立方米，洪峰流量為16600m3/s。保壩洪水總量為17.2億立方米，洪峰流量為22000m3/s。表1-1 壩址斷面處（山前巒）水位流量關(guān)系曲線水位（m）122.71123.15123.5124.04125.4126.6128.5流量（m3/s）105010020050010002000水位（m）130.1132.6135.3137.6139.8141.8流量（m3/s）300050007500100001250015000表1-2電站廠房處獲青水位流量關(guān)系曲線水位（m）115115.17115.39115.57115.72115.87116流量（m3/s）1020406080100120水位（m）116.13116.25116.37116.47117.05117.9118.5流量（m3/s）1401601802004007001000水位（m）119.45120.3121.97123.2125.65127.8129.8流量（m3/s）150020003000400060008000100001.2.2氣象條件烏溪江流域?qū)俑睙釒Ъ撅L(fēng)氣候，多年平均氣溫10.4，月平均最低氣溫4.9，最高氣溫28。多年平均降雨為1710mm ，雨量年內(nèi)分配極不均勻，4、5、6三個(gè)月屬梅雨季節(jié)，降雨量占全年的50%左右。7、8、9月份會受臺風(fēng)過境影響，時(shí)有臺風(fēng)暴雨影響，其降雨量占全年的25%左右。1.3工程地質(zhì)庫區(qū)多高山峽谷，平原極少。地層多為白堊紀(jì)流紋斑巖及凝灰?guī)r分布，柱狀節(jié)理及順坡向節(jié)理裂隙普遍，斷裂構(gòu)造不甚發(fā)育，受水庫回水影響，可能有局部土滑、崩塌等情況，但范圍不會很大，因此庫區(qū)的岸坡穩(wěn)定問題是不嚴(yán)重的。唯壩前水庫左岸的梧桐口至壩址一段地形陡峭，順坡裂隙較為發(fā)育，經(jīng)調(diào)查有四處山坡因順坡裂隙切割，不夠穩(wěn)定，每處不穩(wěn)定巖體為23萬立方米，在水庫蓄水過程中，裂隙中充填物受潮軟化，易崩塌、滑落，由于距壩趾較近，在施工過程中應(yīng)注意安全。庫取未發(fā)現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的礦床，僅湖南鎮(zhèn)上游破石至山前巒一帶有30余個(gè)舊礦，經(jīng)地質(zhì)部華東地質(zhì)局浙西隊(duì)調(diào)查，認(rèn)為無經(jīng)濟(jì)價(jià)值。本工程曾就獲青、項(xiàng)家、山前巒三個(gè)壩址進(jìn)行地質(zhì)勘測工作，經(jīng)分析比較，選用了山前巒壩址。山前巒壩址河谷狹窄，河床僅寬110m左右，兩岸地形對稱，覆蓋層較薄，厚度一般在0.5m 以下，或大片基巖出露，河床部分厚約24m。巖石風(fēng)化普遍不深，大部分為新鮮流紋斑巖分布，局部全風(fēng)化巖層僅1m左右，半風(fēng)化帶厚約212m，壩址地質(zhì)構(gòu)造條件一般較簡單，經(jīng)壩基開挖僅見數(shù)條擠壓破碎帶，產(chǎn)狀以西北和北西為主，大都以高傾角發(fā)育，寬僅數(shù)厘米至數(shù)十厘米，規(guī)模及影響范圍均不大，壩址的主要工程地質(zhì)問題為左岸順坡裂隙發(fā)育，差不多普及整個(gè)山坡，其走向與地形線一致，影響邊坡巖體的穩(wěn)定性。壩址地下水埋置不深，左岸為1126m，右岸1534m。巖石透水性小，相對抗水層（條件吸水量0.01L/dm）埋深不大，一般在開挖深度范圍內(nèi)，因此壩基和壩肩滲透極微，帷幕灌漿深度可在設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)揚(yáng)壓力對大壩的影響考慮選用。壩址的可利用基巖的埋置深度，在岸1012m，右岸69m，河中68m，詳見壩址地質(zhì)剖面圖。壩體與壩基巖石的摩擦系數(shù)采用0.68。引水建筑物沿線為流紋斑巖分布。巖石新鮮完整，地質(zhì)條件良好。有十余條擠壓破碎帶及大裂隙，但寬度不大，破碎程度不嚴(yán)重。廠房所在位置地形陡峻，覆蓋極薄，基巖大片出露，巖石完整，風(fēng)化淺，構(gòu)造較單一。有兩小斷層，寬0.50.8m，兩岸巖石完好。本區(qū)地震烈度小于6度。1.4交通狀況壩址至衢縣的交通依靠公路，衢縣以遠(yuǎn)靠浙贛鐵路。1.5既給設(shè)計(jì)控制數(shù)據(jù)a .校核洪水位：240m，校核最大洪水下泄流量8500m3/s，相應(yīng)的水庫庫容2043.54108m3b .設(shè)計(jì)洪水位：238.00m，設(shè)計(jì)洪水最大下泄流量4800m3/sc .設(shè)計(jì)蓄水位：232.00md .設(shè)計(jì)低水位：192.00me .裝機(jī)容量：45.6萬Kw=22.4萬Kwf .砼采用C20,容重取為23.5KN/m3,水的容重取為9.81 KN/m3第二章 樞紐布置、擋水及泄水建筑物2.1樞紐布置2.1.1樞紐布置形式因壩址附近河道蜿蜒曲折，多年平均徑流量83.0m3/s，較小；河床坡度比降1/1000，故根地形條件選用有壓引水式地面廠房方案。上游山前巒斷面布置擋水建筑物及泄水建筑物，大壩右岸上游約150m處有天然凹口，在此布置引水隧洞進(jìn)水口。下游獲青處布置地面廠房，開關(guān)站等建筑物，具體位置見樞紐布置圖。2.1.2壩軸線位置比較選擇根據(jù)已知的山前巒壩址地形圖，選擇兩條壩軸線進(jìn)行方案比較。a線沿東西向與河道垂直，縱坐標(biāo)76350；b線也沿東西向且與河道垂直，縱坐標(biāo)76388。a線總長440m，穿過左岸較多裂隙；b線總長450m，基本避開了左岸裂隙。由于壩軸線增加不多（10m），地基處理費(fèi)用相對多澆注少量混凝土要昂貴的多，所以選擇b線方案。2.2擋水及泄水建筑物2.2.1壩高確定根據(jù)水電站裝機(jī)22.4萬Kw，水庫總庫容2043.54億m3，屬級工程，主要建筑物級別：1級，次要建筑物級別：2級，臨時(shí)建筑物級別：4級。2.2.1.1壩頂超出靜水位高度hh = hl+ho+hchl：1%情況下波浪涌高；ho：波浪中線高出靜水位高度；hc：安全超高；H:5%情況下波浪涌高。V:風(fēng)速。d：吹程。該水庫緣地勢高峻，故采用官廳水庫計(jì)算公式 Vf =20m/s，D=10Km hc：查水工建筑物（上）河海大學(xué)出版社 P53表2-8基本組合：hc=0.7m，特殊組合hc=0.5m 設(shè)計(jì)洪水位+h設(shè)+hc=239.71m2.2.1.2 壩頂高程=max 校核洪水位+h校+hc=240.76m 取壩頂高程為240.76m。2.2.1.3 查壩軸線工程地質(zhì)剖面圖，得出可利用基巖最低點(diǎn)高程112.00m，由此知大壩實(shí)際高度為240.76-112.00=128.76m2.2.2擋水建筑物：砼重力壩2.2.2.1基本剖面由于電站形式為引水式，故壩上右側(cè)無有壓進(jìn)水口，上游壩坡坡度不受限制，同時(shí)用應(yīng)力條件和穩(wěn)定條件公式確定壩底的最小寬度 B/H= 聯(lián)立 B=B：壩底寬度H：實(shí)際壩高（基本剖面H=238-112=126m）c ：壩體材料容重0 ：水的容重1 ：揚(yáng)壓力折減系數(shù)k：基本組合安全系數(shù)f：壩體與壩基巖石的摩擦系數(shù)，采用0.68 計(jì)算得： B=100m 根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，一般上游坡n=00.2,下游坡m=0.60.85,壩頂寬約為壩高的0.70.9，故取n=0.167，上游折坡點(diǎn)高程為172m；m=0.8，下游折坡點(diǎn)高程為224m 此時(shí) 取B=111.6m2.2.2.2實(shí)用剖面壩頂寬度=8%10%H=12m灌漿廊道距壩底5m，距上游壩面12m，廊道寬3m，高3.5m2.2.2.3穩(wěn)定及應(yīng)力計(jì)算校核洪水位壩基面： 表2-1設(shè)計(jì)狀況下壩基面穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算： 抗滑穩(wěn)定計(jì)算綜上，=G1+G2+G3+P2+P4U1p1-p2 = 135689.68kn = 77151.33kn故滿足抗滑穩(wěn)定要求。應(yīng)力計(jì)算（計(jì)入揚(yáng)壓力） =：上游面正應(yīng)力；：下游面正應(yīng)力； B：計(jì)算截面沿上下游方向的寬度，見上圖，取為111.6m；M：所有外力對計(jì)算截面形心的彎矩矢量和。求得=946.1KPa，=1485.6KPa, 故應(yīng)力滿足要求。上游折坡面（172m高程處）表2-2設(shè)計(jì)狀況上游折坡面穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算：荷載名稱垂直力(KN)水平力(KN)力臂(m)彎矩(KNm)自 重G14726.3220.898307.46G21466420.8305011.2G325417.60.9323723.1水 壓 力P121366.1822470055.96P20P30P40浪壓力P17.2267.8489.5揚(yáng) 壓 力U1 4176.17.631738.4U2809.326 21041.8 抗滑穩(wěn)定計(jì)算綜上，=G1+G2U1U2=44807.92KN =P1+P1P2=22373.4KN 滿足要求=M1+M2M3M1M2M1+M2=-95794.36 KN.m =635.9KPa=1036KPa：上游面正應(yīng)力；：下游面正應(yīng)力； B：計(jì)算截面沿上下游方向的寬度，見上圖，取為53.6m；M：所有外力對計(jì)算截面形心的彎矩矢量和。故應(yīng)力滿足要求。2.2.3 泄水建筑物：砼溢流壩2.2.3.1 堰頂高程設(shè)計(jì)狀況下洪水下泄可通過溢流壩和電站廠房兩個(gè)部分，經(jīng)過水能規(guī)劃知，廠房部分下瀉流量為256.8m3/s，故壩體下瀉流量為4543.2m3/s。壩址巖基狀況良好，故對于設(shè)計(jì)洪水位的壩體下瀉流量4543.2m3/s,取設(shè)計(jì)狀況下的單寬流量q=100m2/s,則溢流前緣總凈寬L為45.4m。溢流堰取4孔，每孔凈寬10m，考慮到閘墩中設(shè)橫縫，故閘墩取為4m，溢流壩每個(gè)壩段的長度為10m，故溢流前緣總凈寬L為50m，溢流壩總長度L0為66m。計(jì)算設(shè)計(jì)狀況下堰上水頭：Q=LmH02/3m：流量系數(shù) 設(shè)計(jì)水頭下取0.49；：側(cè)收縮系數(shù)，一般取為0.90.95，本設(shè)計(jì)取為0.9；g：重力加速度。 經(jīng)計(jì)算，H0為12.73m。溢流壩高度取225.27m。在校核洪水位下 ，不滿足要求。故可求得在校核洪水位下，堰頂高程為221.07m。計(jì)算設(shè)計(jì)狀況下堰上水頭： 正常蓄水位232m， 所以閘門高度=正常蓄水位堰頂高程+安全超高（0.20.3m）=232 221.07+1=11.93m，考慮到閘門高寬比的要求，結(jié)合閘門設(shè)計(jì)規(guī)范，取閘門高度為12m。2.2.3.2 溢流壩實(shí)用剖面設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)堰上水頭Hd=18.93ma . 溢流面曲線采用WES曲線 Xn=KHdn-1y Hd定型設(shè)計(jì)水頭 Kn 與上游壩面坡度有關(guān)的系數(shù)和指數(shù)（查手冊知k=2.0, n=1.85） 即溢流面冪曲線方程為y=0.041x1.85。上游用三段圓弧連接。 則0.282Hd=5.34m 0.276Hd=5.224m 0.175Hd=3.31m R1=0.5Hd=9.465m R2=0.2Hd=3.786mR3=0.04Hd=0.7572m反孤段設(shè)計(jì)查水力學(xué)（下） P53 取=0.95， q=118.96m3/s(校核狀況下泄流量)To：總有效水頭；hco：臨界水深（校核洪水位閘門全開時(shí)反弧處水深）；：流速系數(shù)查表取0.95；下游最高尾水位128.3. m，取挑坎高程138m試算得：hco=4.15m則反孤段半徑R10hco=41.5m 鼻坎挑角200。2.2.3.3溢流壩穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算將溢流壩簡化為以下模型設(shè)計(jì)洪水位：表2-5壩基面穩(wěn)定計(jì)算：荷載名稱垂直力（KN）水平力（KN）自重 G185657.5G27050G355225靜水壓力P140618.3P29417.6P32708.8揚(yáng)壓力U123613.9U2743.7 抗滑穩(wěn)定計(jì)算根據(jù)抗剪強(qiáng)度公式：滿足要求。正常蓄水位232m。表2-5壩基面穩(wěn)定計(jì)算：荷載名稱垂直力（KN）水平力（KN）自 重G147932.5 靜 水 壓 力P1 40618.3P28829P40揚(yáng)壓力U114420.7U28829抗滑穩(wěn)定計(jì)算驗(yàn)算抗剪強(qiáng)度 ：滿足要求故滿足抗滑穩(wěn)定要求。2.3壩內(nèi)構(gòu)造2.3.1壩頂結(jié)構(gòu)2.3.1.1非溢流壩壩頂寬12m，兩邊設(shè)擋浪墻，兼做壩頂欄桿使用；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，具體布置見大圖。2.3.1.2溢流壩為便于布置上游側(cè)檢修閘門和工作閘門，溢流壩段壩頂較非溢流壩段向上游伸出，具體尺寸見大圖。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)檢修閘門，堰頂略下游布置工作閘門。閘墩寬度4m，故溢流壩段總長66m，閘門門槽深1.5m寬2m。2.3.2壩體分縫2.3.2.1 橫縫溢流壩段和非溢流壩段縱縫間距均為25m，具體位置見正圖2.3.2.2壩內(nèi)廊道沿壩基帷幕灌漿廊道向上，間隔25m布置一層廊道，共分四層，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或兩條、三條縱向貫穿廊道作為連接。非溢流壩段最高的兩層靠近按坡的橫向廊道貫穿至下游，其余層橫向廊道均均不貫穿。灌漿廊道尺寸為3m3.5m(寬高)，距壩基面和上游面的距離分別為5m、5+4.5m。其余廊道尺寸寬1.5m，高2.2m。為較為充分的減小揚(yáng)壓力，灌漿廊道在滿足防滲的基礎(chǔ)上盡量靠近了上游，這使得最下層排水管是傾斜布置的，但角度不大，在允許的范圍內(nèi)。2.3.3壩基地基處理由于壩址處巖基抗?jié)B性較好，故防滲帷幕灌漿處理比較簡單。左岸有斷層破碎帶貫穿整個(gè)山坡，故需進(jìn)行灌槳加固處理，除適當(dāng)加深表層砼塞外，仍需在較深的部位開挖若干斜并和平洞，然后用砼回填密實(shí)，形成由砼斜塞和水平塞所組成的剛性支架，用以封閉該范圍內(nèi)的破碎充填物，限制其擠壓變形，減小地下水對破碎帶的有害作用。河床段及右岸靠近河床段的裂隙，采用砼梁和砼拱進(jìn)行加固，具體分法是將軟弱帶挖至一定深度后，回填砼以提高地基局部地區(qū)的承載力。2.4溢流壩消能防沖措施由于壩址處基巖較好，為了減少造價(jià)，采用較為經(jīng)濟(jì)的挑流消能這種消能方式。挑距L：水舌距(m)；：坎頂水面流速（m/s）可取坎頂平均流速的1.1倍；：鼻坎挑射角度，本工程為300；h1：坎頂平均水深在鉛直方向的投影；h2：坎頂至河床表面高差（m）；g：重力加速度。計(jì)算得L165.32m。tr=tr：沖刷坑深度；H：上下游水位差；hK：取決于出坎單寬流量q的臨界水深，：取決于巖石抗沖刷能力的無因次參數(shù)，對于中等的巖石=1.11.4，此處取1.4；計(jì)算得tr25.68m由于下游基巖質(zhì)量較好，且水流沿河道較平順，故抗沖刷措施比較簡單。只需在溢流壩與非溢流壩交界處設(shè)2m寬的導(dǎo)水墻，下游岸坡做簡單防浪措施即可。第三章 水能規(guī)劃3.1水頭Hmax、Hmin、Hr選擇3.1.1 Hmax 的可能出現(xiàn)情況（水頭損失按2%計(jì)）：1、設(shè)計(jì)洪水位，全部機(jī)組發(fā)電：由Q泄=4800m3/s查獲青處水位流量關(guān)系曲線的下游水位：Z下=124.18m，H毛=Z上Z下=113.82mH凈=97.5%H毛=110.97m2、 校核洪水位，全部機(jī)組發(fā)電：由Q泄=8500m3/s查獲青處水位流量關(guān)系曲線的下游水位：Z下=128.33m，H毛=Z上Z下=111.67mH凈=97.5%H毛=108.53m3、 正常蓄水位，一臺機(jī)組發(fā)電：N=9.81QH=AQH=8.3QH(因?yàn)镹=22.4萬千瓦，屬中型水電站)試算過程：表2-1試算過程Q（）Z（m）Z(m)(m)(m)(萬KW)20232115.17116.83112.161.9040232115.48116.52111.863.8060232115.57116.43111.775.69 由NQ關(guān)系曲線，N=5.83萬KWQ=59.7 Z=115.5673m=232-115.5673=116.4327m=97.5%116.4327=113.52m3.1.2、Hmin的可能出現(xiàn)情況（水頭損失按2%計(jì)）：設(shè)計(jì)低水位時(shí)全部機(jī)組發(fā)電：設(shè)計(jì)低水位（即設(shè)計(jì)死水位）+機(jī)組滿發(fā) Z192.00m發(fā)電機(jī)出力N=9.8QH=5.6*4=22.4萬千瓦，即水輪機(jī)出力為 23.33萬千瓦試算 表2-2試算過程Q（）Z（m）Z(m)(m)(m)(萬KW)400192.00117.0574.9571.9524.43300192.00116.7675.2472.0918.39200192.00116.4775.5371.9512.31 由NQ關(guān)系曲線，N=23.33萬KWQ=370.5 Z=116.95m=192.00-116.78=75.05m=97.5%75.05=73.16m即=73.16m的確定加權(quán)平均水頭=5%H校+10%H設(shè)+50%H正iv+5%H正i+10%H死i+20%H死iv=100.684m 引水式水電站=100.684m3.2水輪機(jī)選型比較根據(jù)該水電站的水頭工作范圍73.16113.52m，查水電站教材型譜表選擇合適的水輪機(jī)型有HL200和HL180兩種。現(xiàn)將這兩種水輪機(jī)作為初選方案，分別求出其有關(guān)參數(shù)，并進(jìn)行比較分析。3.2.1 HL200水輪機(jī)方案的主要參數(shù)選擇1、轉(zhuǎn)輪直徑D1：查表水電站3-6得限制工況下單位流量Q11M=950L/s=0.95m3/s,效率M89.4，由此初步假定原型水輪機(jī)在此工況下的單位流量Q11Q11M=0.95m3/s，效率91。取gr=97%,則水輪機(jī)額定力Nr=561049757.73*103KW設(shè)計(jì)水頭Hr為100.684m，所以：=2.60m，取與之相近而偏大的標(biāo)稱直徑D12.75m2、轉(zhuǎn)速n計(jì)算：HL200最優(yōu)工況下轉(zhuǎn)速n110M68r/min假設(shè)n110n110M68r/min 則 取n=250r/min取偏大并與之相近的同步轉(zhuǎn)速n250r/min 。3、效率及單位參數(shù)的修正HL200最優(yōu)工況下Mmax=90.7%,模型轉(zhuǎn)輪直徑D1M=0.46m則原型效率Mmax：模型最優(yōu)工況下效率； D1m：模型轉(zhuǎn)輪直徑。則效率正修正值 maxMmax= 2.5%,取1%，則=1.5%，max=Mmax+=92.2%，=M+=90.9%，與假設(shè)值基本相同。單位轉(zhuǎn)速n的修正值=0.82%3%，所以單位轉(zhuǎn)速可不加修正，同時(shí)單位流量也可不加修正。綜上，轉(zhuǎn)輪直徑D1=2.75m以及轉(zhuǎn)速n=250r/min的計(jì)算及選用是正確的。最后求得91%，D12.75m，n=250/min。4、工作范圍檢驗(yàn)：水輪機(jī)在Hr、Nr條件下工作時(shí)：所以水輪機(jī)最大引用流量Qmax=Q11max D12=69.05m3/s與特征水頭Hmax、Hmin、Hr相對應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速為： 在圖上做出工作范圍。5、吸出高度Hs計(jì)算H：水輪機(jī)安裝位置的海拔高程，初始計(jì)算取下游平均水位海拔，本工程取為125m；：模型氣蝕系數(shù)，查模型綜合特性曲線得0.088；：氣蝕系數(shù)修正值，有Hr=94.92m查表得0.019；H：水輪機(jī)設(shè)計(jì)水頭。計(jì)算得Hs0.941m4m，吸出高度滿足要求。3.2.2HL180水輪機(jī)方案主要參數(shù)選擇1、轉(zhuǎn)輪直徑D1：查表水電站3-6得限制工況下單位流量Q11M=860L/s=0.86m3/s,效率M89.5，由此初步假定原型水輪機(jī)在此工況下的單位流量Q11Q11M=0.86m3/s，效率91.0。取gr=97%,則水輪機(jī)額定力Nr=5.610497.5%=57.73萬KW設(shè)計(jì)水頭Hr為100.684m，所以：=2.728m取與之相近而偏大的標(biāo)稱直徑D12.75m2、轉(zhuǎn)速n計(jì)算： HL180最優(yōu)工況下轉(zhuǎn)速n110M67.0r/min假設(shè)n110n110M67r/min 則 取偏大并與之相近的同步轉(zhuǎn)速n250r/min 3、效率及單位參數(shù)的修正HL180最優(yōu)工況下Mmax=92%,模型轉(zhuǎn)輪直徑D1M=0.46m則原型效率Mmax：模型最優(yōu)工況下效率； D1m：模型轉(zhuǎn)輪直徑。則效率正修正值 maxMmax= 2.4%,取1%，則=1.4%，max=Mmax+=93.4%，=M+=90.9%，與假設(shè)值相同。單位轉(zhuǎn)速n的修正值=0.76%3%，所以單位轉(zhuǎn)速可不加修正，同時(shí)單位流量也可不加修正。綜上，轉(zhuǎn)輪直徑D1=2.75m以及轉(zhuǎn)速n=250r/min的計(jì)算及選用是正確的。最后求得91%，D12.75m，n=250r/min。4、工作范圍檢驗(yàn)：水輪機(jī)在Hr、Nr條件下工作時(shí)： =0.8460.86 =64.20 5、吸出高度Hs計(jì)算H：水輪機(jī)安裝位置的海拔高程，初始計(jì)算取下游平均水位海拔，本工程取為112m；：模型氣蝕系數(shù)，查模型綜合特性曲線得0.083；：氣蝕系數(shù)修正值，有Hr=100.684m查表得0.019；H：水輪機(jī)設(shè)計(jì)水頭。計(jì)算得Hs0.397m4m，吸出高度滿足要求。3.2.3HL200和HL180方案比較方案參數(shù)對照表：（31）項(xiàng) 目HL200HL180模型參數(shù)推薦用水頭范圍（m）最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速n10（r/min）最優(yōu)單位流量Q10（L/S）最高效率bMmax(%)氣蝕系數(shù)包含高效率區(qū)的多少9012568100090.7%0.088少901256780092%0.075多原 型工作水頭（m）轉(zhuǎn)輪直徑D1（m）轉(zhuǎn)速n(r/min)額定出力Nr(kw)最大引用流量Qmax(m3/s)吸出高度（m）73.16113.522.752505773069.050.91741162.752505773064.200.397由表可知，HL200和HL180具有相同的工作水頭范圍和轉(zhuǎn)速，但是HL180的高效區(qū)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于HL200的高效區(qū)，運(yùn)行效率高，安裝高程高，故比較之后選擇HL180機(jī)型。3.2.4 水輪機(jī)安較高程Zs=+Hs+ZS：水輪機(jī)安裝高程；：設(shè)計(jì)水尾位；bo：導(dǎo)葉高度，為0.2D1=0.5m；Hs：吸出高度。求得ZS116.3m。第四章 水電站引水建筑物4.1引水隧洞整體布置4.1.1洞線布置（水平位置）根據(jù)洞線布置要求，隧洞進(jìn)口處設(shè)在坐標(biāo)（20679705，3176235）處，洞線起始沿南北向正向延伸，至坐標(biāo)（20679704，3176336）處轉(zhuǎn)向北偏西270，至坐標(biāo)（20679354，3177154）處轉(zhuǎn)向北偏東60，直至廠房。整條洞線與所有節(jié)理、斷層破碎帶均有較大的夾角，且壓力管道出口處地勢較陡，便于布置。4.1.2洞線布置（垂直方向）1、隧洞進(jìn)口斷面為矩形，后漸變成圓形，再變?yōu)榫匦伍l門段，過閘門段后又由矩形漸變到圓形，至壓力管道處再度漸變，隧洞段坡降5 。接壓力鋼管后以45度角向下拐彎到高程116.3m處（水輪機(jī)安裝高程），然后水平布置直至廠房。4.2細(xì)部構(gòu)造4.2.1隧洞洞徑設(shè)計(jì)水頭下四臺機(jī)全發(fā)電時(shí)隧洞流量：QNf/9.81Hr)=270m3/sNf：發(fā)電機(jī)額定出力；：效率；Hr：設(shè)計(jì)水頭隧洞直徑=9.3mv：有壓遂洞經(jīng)濟(jì)流速，取為4m/s。4.2.2隧洞進(jìn)口段隧洞進(jìn)口頂部采用橢圓曲線連接，俯視時(shí)成直線型喇叭口，內(nèi)部斷面為矩形。a=(1.01.5)D取12m取4m4.2.3 進(jìn)水口高程初步估計(jì)進(jìn)水口寬度B為18m。設(shè)置中墩、立柱和橫梁、攔污柵后，經(jīng)驗(yàn)算，過柵流速為1m/s，所以估計(jì)的進(jìn)水口寬度是較為合適的。具體驗(yàn)算過程見后面的調(diào)壓室部分。進(jìn)口布置如圖： 設(shè)一個(gè)中墩寬0.8m，另設(shè)四個(gè)立柱各寬0.55m，共計(jì)30個(gè)柵片，每個(gè)柵片bh=2.53.4m2,柵條厚取10mm，間距100mm。在高程211m處設(shè)置攔污柵清污及檢修平臺。4.2.4閘門斷面尺寸bh=9.32m2通氣孔面積根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式取通氣孔面積為2m24.2.5進(jìn)口底高程的計(jì)算（以死水位192m為準(zhǔn)）v=Q/(bh)=3.12/sv：閘門斷面流速；Scr：閘門低于最低水位的臨界淹滅深度；C：經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，估計(jì)為非對稱進(jìn)水，故取C0.7；D：閘門孔口高度。為安全起見，取Scr=6m即隧洞進(jìn)口底高程H186m4.2.6隧洞漸變段4.2.7壓力管道設(shè)計(jì)管道經(jīng)濟(jì)內(nèi)徑估算：Qmax：鋼管最大設(shè)計(jì)流量；H：設(shè)計(jì)水頭；岔管采用非對稱y型布置，各分管內(nèi)徑均用經(jīng)濟(jì)流速來計(jì)算。對于壓力鋼管來說，經(jīng)濟(jì)流速取為5.07m/s。D1=6.3m；D2=5.4m；D3=4.0m。4.2.8調(diào)壓室設(shè)計(jì)估算壓力管道段全長260m上游如需調(diào)壓室，則布置在最靠近廠房地面高程255m的地方4.2.8.1根據(jù)近似準(zhǔn)則判斷是否要設(shè)調(diào)壓室上游Tw=6.4s24s，故需要設(shè)上游調(diào)壓室。L：壓力水道（包括螨殼及尾水管）長度，m；g：重力加速度；H：設(shè)計(jì)水頭Tw：壓力水道的慣性時(shí)間常數(shù)，s。廠房下游Lw）LW：壓力尾水道長度；TS：導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)間；v：恒定運(yùn)行尾水道中的流速；：水輪機(jī)安裝工程；Hs：吸出高度。求得Lw=16m真實(shí)長度=15.4m，故下游可不設(shè)洞壓室。4.2.8.2計(jì)算托馬斷面Fk=L：隧洞洞線總長；f：隧洞斷面面積。此時(shí)的計(jì)算條件為：上游死水位（192m），引水隧洞可能的最小糙率（0.012），壓力鋼管采用可能的最大糙率(0.0125)。死水位4臺機(jī)組滿發(fā)對應(yīng)的隧洞流量Q370.5m3/s。 H1=H0hw03hwm0 hw0：隧洞段水頭損失； hwmo：壓力管道段水頭損失。hwo=hf+hwhf：沿程水頭損失；hw：局部水頭損失，。隧洞段水頭損失 壓力管道部分C-謝才系數(shù)安全系數(shù) 1.05 則Fk=1.05*413.6=434.4m24.2.8.3調(diào)壓室選擇設(shè)計(jì)1、差動式最低涌浪Zmin計(jì)算（死水位，引用流量最大，流量從0.5QQ）=3.06zmin=10.08選大中面積350.10m2m2,升孔56.72m2,引水隧洞長1154.4m，斷面積f56。72m/s,V0=4m/s,hwo=1.1171.487計(jì)算得最低涌浪10.08m，阻抗孔面積9.54m2第五章 水電站廠房5.1 廠房內(nèi)部結(jié)構(gòu)5.1.1 水輪機(jī)發(fā)電機(jī)外形尺寸估算1、極距sf發(fā)電機(jī)額定客量（KVA）kj取810 此時(shí)取10P磁極對數(shù) P=122、定子內(nèi)徑 Di=2P/=497.6cm3、定子鐵芯長度ltC系數(shù) 查表C=410-66.510-6ne額定轉(zhuǎn)速 250r/min4、定子鐵芯外徑Dane166.7r/minDa=Di+=497.6+65.1=562.7cmne=250166.7外形尺寸估算。1、定子機(jī)座外徑D1 D1=1.20Da=1.2*562.7=675.2cm2、風(fēng)罩內(nèi)徑D2St20000KVA D2=D1+2.4m=915cm 3、轉(zhuǎn)子外徑D3 D3=Di-2S=497.6cm 4、下機(jī)架最大跨度10000214r/min2、上機(jī)架高度判別型式采用懸式發(fā)電機(jī)上機(jī)架高度 3、推力軸承高度 勵(lì)磁機(jī)高度h4和永磁機(jī)高度h6，副勵(lì)磁機(jī)h5h3=1800mmh4=2200mm（其中機(jī)架高度800mm）h5=1000mmh6=700mm4、下機(jī)架高度 h7=0.12Di=59.7cm5、定子支座支承面至下機(jī)架支承面或下?lián)躏L(fēng)板之間的距離h8懸式懸式 6、轉(zhuǎn)子磁軛軸向高度h10，有風(fēng)扇時(shí)h10=lt+(7001000)mm=2400mm7、下機(jī)架支承面主主軸法蘭底面距離h9=1000mm8、h11=（0.70.9）H H=h1+h2+h9-h7=11.68m h11=0.8H，我們?nèi)?992mm9、定子鐵芯水平中心線至法蘭盤底面距h125.1.2 發(fā)電機(jī)重量估算K1系數(shù)，懸式K1=810，這里取8發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子重量=0.5Gf=164.4t 采用2*100t雙小車橋吊 5.1.3 水輪機(jī)蝸殼及尾水管水頭范圍72.911340m，故采用金屬蝸殼，對于D1=2.75m4.5VS=4.50.