引水式水電站布置調壓室結構設計及計算書

1、目錄 目錄目錄.- 1 - 第一章第一章 設計基本資料設計基本資料.- 3 - 1.1 地理位置.- 3 - 1.2 水文氣象.- 3 - 1.2.1水文條件.- 3 - 1.2.2氣象條件.- 4 - 1.3 工程地質.- 4 - 1.4 交通狀況.- 5 - 1.5 設計控制數(shù)據(jù).- 5 - 第二章第二章 水輪機水輪機.- 5 - 2.1 特征水頭 .- 5 - 2.1.1 hmin的確定.- 5 - 2.1.1.1 校核洪水位 .- 5 - 2.1.1.2 設計洪水位 .- 6 - 2.1.1.3 正常蓄洪水位 .- 6 - 2.1.1.4 設計低水位 .- 7 - 2.1.2 hmax

2、的確定.- 7 - 2.1.2.1 校核洪水位 .- 7 - 2.1.2.2 設計洪水位 .- 8 - 2.1.2.3 正常蓄洪水位 .- 8 - 2.1.2.4 設計低水位 .- 9 - 2.1.3 hav的確定.- 10 - 2.2 選型比較.- 10 - 3.3 調速系統(tǒng) .- 14 - 3.4 水輪機轉輪流道尺寸：.- 15 - 3.4.1蝸殼尺寸.- 15 - 3.4.2尾水管尺寸.- 16 - 第三章發(fā)電機第三章發(fā)電機.- 16 - 第四章第四章 混凝土重力壩混凝土重力壩.- 18 - 4.1 樞紐布置.- 18 - 4.1.1樞紐布置形式.- 18 - 4.1.2壩軸線位置.-

3、18 - 4.2 擋泄水建筑物.- 18 - 4.2.1壩頂高程確定.- 18 - 4.2.1.1 壩頂超出靜水位高度h .- 19 - 4.2.2擋水建筑物砼重力壩.- 19 - 4.2.2.1 基本剖面 .- 20 - 4.2.2.2 實用剖面 .- 21 - 4.2.2.3 設計情況下 .- 21 - 第五章第五章 溢流壩溢流壩.- 27 - 5.1 泄水建筑物砼溢流壩.- 27 - 5.1.2 堰頂高程.- 28 - 5.1.3 溢流壩實用剖面設計.- 29 - 5.2 溢流壩穩(wěn)定應力計算.- 32 - 5.2.1設計洪水位（239.0）.- 32 - 5.2.2校核情況下（240.8

4、 m）.- 34 - 5.3 壩內構造.- 36 - 5.3.1壩頂結構.- 36 - 5.3.1.1 非溢流壩 .- 36 - 5.3.1.2 溢流壩 .- 36 - 5.3.2壩體分縫.- 36 - 5.3.2.1 給縫 .- 36 - 5.3.4壩內廊道.- 36 - 5.3.5壩基地基處理.- 36 - 5.4 溢流壩消能防沖.- 37 - 第六章第六章 引水建筑物引水建筑物.- 38 - 6.1 引水隧整體布置.- 38 - 6.1.1洞線布置（水平方向）.- 38 - 6.1.2洞線布置（垂直方向）.- 38 - 6.2 細部構造.- 38 - 6.2.1隧洞洞徑.- 39 - 6

5、.2.2隧洞進口段.- 39 - 6.2.3攔污柵.- 39 - 6.2.4閘門斷面尺寸.- 40 - 6.2.5進口高程計算.- 40 - 6.2.6壓力管道設計.- 41 - 第七章第七章 專題部分專題部分調壓室調壓室.- 42 - 7.1 托馬斷面計算.- 42 - 7.2 涌浪計算.- 44 - 7.2.1簡單式調壓室.- 44 - 7.2.2阻抗式調壓室.- 45 - 7.2.3.差動式調壓室.- 46 - 7.3 調壓室結構設計.- 48 - 7.3.1應力計算.- 48 - 7.3.2調壓室配筋.- 51 - 第一章 設計基本資料 1.1 地理位置 烏溪江屬衢江支流，發(fā)源于閩、浙

6、、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，水能蘊藏量豐富。 1.2 水文氣象 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。 表 1-1 壩址斷面處山前巒水位流量關系曲線 水位（m）122.71123.15123.5124.04125.4126.6128.5 流量 （m3/s） 105010020050010002000 水位（m）130.1132

7、.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） 150020003

8、00040006000800010000 水位流量關系曲線 120 125 130 135 140 145 05000100001500020000 流量 水位 系列1 1.2.2 氣象條件 烏溪江流域屬副熱帶季風氣候，多年平均氣溫 10.4，月平均最低氣 溫 4.9，最高氣溫 28；7、8、9 月份會受臺風過境影響，時有臺風暴雨 影響。 1.3 工程地質 本工程曾就獲青、項家、山前巒三個壩址進行地質勘測工作，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 風化普

9、遍不深，大部分為新鮮流紋斑巖分布，局部全風化巖層僅 1m 左右， 半風化帶厚約 212m，壩址地質構造條件一般較簡單，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。壩址主要工程地質問題為左岸順坡裂隙、發(fā)育，差不多普及整個 山坡，其走向與地形地線一致，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， 故壩基和壩肩滲透極微，帷幕灌獎深度可在設計時根據(jù)揚壓力對大壩的影響 考慮選用。 壩址的可利用基巖的埋置深度，在岸 1012m，

10、右岸 69m，河中 68m，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，風化淺， 構造較單一。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，衢縣以遠靠浙贛鐵路。 1.5 設計控制數(shù)據(jù) a .校核洪水位：240.8m，校核最大洪水下泄流量 8510.0m3/s. b .設計洪水位：239.0m，設計洪水最大下泄流量 4800.0m3/s c .設計蓄水位

11、：232.5m d .設計低水位：192.0m e .裝機容量： 36.0 萬 kw 第二章 水輪機 2.1 特征水頭 2.1.1 hmin的確定 2.1.1.1 校核洪水位 校核洪水位 240.80m 下 3 臺機組滿發(fā) ，z上=240.80m，發(fā)電機出力 n=6.0 萬千瓦則即水輪機出力為 4 36.010 n = 97% 水 水 根據(jù) n=9.8qh ，水電站 的效率一般為 93%即 =93% 表 2-1 試算過程 q（）sm3z（m） 上 z(m) 下 (萬 kw) 水 n 2000240.80128.5022.46 500240.80125.405.77 15024 240.8012

12、 123.7817.55 由 nq 關系曲線，n= 4 3 6.0 10 93% 97% kwq=180 sm3 z下=123.90m hmin =( z上- z下)97% =113.39m 2.1.1.2 設計洪水位 設計洪水位，3 臺滿發(fā)時 z上=239.00m 發(fā)電機出力 n=18.0 萬千瓦則 即水輪機出力為 水 n = 4 3 6.0 10 97% ，根據(jù) n=9.8qh ，水電站的效率一般 為 93%即 =93% 表 2-2 試算過程 q（）sm3z（m） 上 z(m) 下 (萬 kw) 水 n 500239.00125.405.68 200239.00124.042.30 180

13、239.00123.8721.29 由 nq 關系曲線，n= kwq=185 z=123.92m 4 3 6.0 10 93% 97% sm3 下 hmin =( z- z)97% =111.64m 上下 2.1.1.3 正常蓄洪水位 正常蓄洪水位 232.5m 時，3 臺機組滿發(fā)，發(fā)電機出力 n=18.0 萬千瓦則 即水輪機出力為 水 n = 4 3 6.0 10 97% kw，根據(jù) n=9.8qh ，水電站的效率一般 為 93%即 =93% 表 2-3 算過程 q（）sm3z（m） 上 z(m) 下 (萬 kw) 水 n 200232.5124.0421.69 180232.5123.90

14、19.58 190232.5124.0020.62 由 nq 關系曲線，n=kwq=190 z=124.00m 4 3 6.0 10 93% 97% sm3 下 hmin=( z- z)97% =105.25m 上下 2.1.1.4 設計低水位 設計低水位 192.00m 設計低水位 192.00m 3 臺機組滿發(fā)時發(fā)電機出力 n=18.0 萬千瓦則即水輪機出力為= kw，根據(jù) n=9.8qh ， 水 n 4 3 6.0 10 97% 水電站的效率一般為 93%即 =93% 表 2-4 算過程 q（）sm3z（m） 上 (萬 kw) 水 n 350192.0023.56 300192.0020

15、.25 320192.0021.59 由 nq 關系曲線，n=kwq=190 z=124.52m 4 3 6.0 10 93% 97% sm3 下 hmin=( z- z)97% =65.46m 上下 綜合以上得 校核洪水位 240.8m 3 臺機組滿發(fā)時，hmin=123.90 m； 設計洪水位 239.0 m ， 3 臺機組滿發(fā)時，hmin=111.64 m； 設計蓄水位 232.2 m 3 臺機組滿發(fā)時，hmin=105.25 m； 設計低水位 192.0m，3 臺機組滿發(fā)時，hmin=65.46 m； 所以 hmin=65.46 m 2.1.2 hmax的確定 2.1.2.1 校核洪水

16、位 校核洪水位 240.80m 下 1 臺機組滿發(fā) (另外 2 臺機組停機) ，z=240.80m 發(fā)電機出力 n=6.0 萬千瓦則即水輪機出力為= 上水 n ，根據(jù) n=9.8qh ，水電站的效率一般為 93%即 =93% 4 3 6.0 10 97% 表 2-5 試算過程 q（）sm3z（m） 上 z(m) 下 (萬 kw) 水 n 100240.80128.5011.73 50240.80125.405.88 75 24 240.8012 123.788.81 由 nq 關系曲線，n= kwq=60 z=123.20m 4 3 6.0 10 93% 97% sm3 下 hmax =( z

17、- z)97% =114.72m 上下 2.1.2.2 設計洪水位 設計洪水位+1 臺滿發(fā)(另外 2 臺機組停機)， z=239.00m 發(fā)電機出 上 力 n=6.0 萬千瓦則即水輪機出力為= ，根據(jù) n=9.8qh ，水 水 n 4 3 6.0 10 97% 電站的效率一般為 93%即 =93% 表 2-6 試算過程 q（）sm3z（m） 上 z(m) 下 (萬 kw) 水 n 100239.00123.511.55 60239.00 123.206.95 50239.0012 123.155.79 由 nq 關系曲線，n= kwq=65 z=123.91m 4 3 6.0 10 93% 9

18、7% sm3 下 hmax =( z- z)97% =112.33m 上下 2.1.2.3 正常蓄洪水位 正常蓄洪水位 232.5m 時，1 臺機組滿發(fā)(另外 2 臺機組停機) ，發(fā)電機 出力 n=6.0 萬千瓦則即水輪機出力為= kw，根據(jù) n=9.8qh 水 n 4 3 6.0 10 97% ，水電站的效率一般為 93%即 =93% 表 2-7 算過程 q（）sm3z（m） 上 z(m) 下 (萬 kw) 水 n 200232.5124.0421.69 500232.5125.45.36 50232.5123.155.47 由 nq 關系曲線，n=kwq=190 z=123.25m 4 3

19、 6.0 10 93% 97% sm3 下 hmax=( z- z)97% =105.97m 上下 2.1.2.4 設計低水位 設計低水位 192.00m 設計低水位 192.00m 1 臺機組滿發(fā)(另外 2 臺機組 停機) 發(fā)電機出力 n=6.0 萬千瓦則即水輪機出力為= kw，根 水 n 4 3 6.0 10 97% 據(jù) n=9.8qh ，水電站的效率一般為 93%即 =93% 表 2-4 算過程 q（）sm3z（m） 上 (萬 kw) 水 n 200192.0013.59 100192.006.85 110192.007.53 由 nq 關系曲線，n=kwq=190 z=123.50m

20、4 3 6.0 10 93% 97% sm3 下 hmin=( z- z)97% =66.45m 上下 由以上可知: 校核洪水位 240.8m ，1 臺滿發(fā)，另外 2 臺停機時，hmax=114.07 m 設計洪水位 239.0 m ，1 臺滿發(fā)，另外 2 臺停機時 hmax=112.33 m； 設計蓄水位 232.2 m ，1 臺滿發(fā)，另外 2 臺停機時，hmax=105.97 m； 設計低水位 192.0m， 1 臺滿發(fā)，另外 2 臺停機時，hmax=66.45 m； 綜合上述，hmax=114.07 m 2.1.3 hav的確定 hav =h，其中 =1 取 hav =0.5（hmax

21、+ hmin）=0.5（114.07 m+65.46 m）=89.77 m 對于引水式電站 hav = hr =89.77 m 2.2 選型比較 根據(jù)水頭工作范圍和設計水頭查資料選擇水輪機型是為 hl200 或 hl180 hl200 水輪機方案的主要參數(shù)選擇 1轉輪直徑 d1 查表水電站3-6 得限制工況下單位流量 qim=950l/s=1.15m3/s 效率 m89.4，由此初步假定原型水輪機在此工況下的單位流量 qi qin=0.95m3/s,效率 90.7 水輪機額定力 nr=6.0104 kw97 設計水頭 hr=hav=90.84 m =2.93m hr 81 . 9 1 hrqi

22、 nr d 89.77 9.81 0.95 89.7789.77 取之相近而偏大的標稱直徑 d13.0m 2轉速 n 計算 hl200 最優(yōu)工況下 mmax=90.7%,模型轉輪直徑 d1m=0.46m，單位轉速 n110m=68.0prm，水輪機轉速 n： 10m 1 nhav n= d = 68.0 89.77 3.0 =214.7 prm，選擇與之相近的同步轉速 n=214.3 prm，磁極對數(shù) p=14. 3效率及單位參數(shù)修正 hl200 型水輪機在在最優(yōu)工況下的模型最高效率 mmax=90.7%，模型轉 輪直徑 d1 m=0.46m，max= =92.3%， mmax1 m max

23、1 (1-)d =1- d (1-97%) 0.46 1- 3.0 則效率修正系數(shù)為 =92.3%-90.7%=1.6%。考慮到原型與模型在制造工藝 質量上的差異，常在 中減去一個修正值 ，現(xiàn)取 =0.6%，則可得效 率修正值 =1%，由此可得原型水輪機在最優(yōu)工況和限制工況下的效率為： max=mmax+=90.7%+1.0%=91.7% =m+=89.4+1.0%=90.4%（與上述假設相同） n= 則=1.44%3.0%110mmaxmmaxn/-1 max 110mmmax n =-1 n 91.7%-1 90.7% 按規(guī)定，單位轉速可不加修正，同時，流量也不加修正， 故 d1=3.0

24、m. n=214.3 prm 4、工作范圍檢驗 在 hr,nr條件下, q11max=nr/（9.81 d12hr1.5）=0.908 m3/ s0.950 m3/ s 則水輪機的最大引用流量 qmax= q11max d12 hr0.5=77.43 m3/ s 與特征水頭 hmax hmin hr相對應的單位轉速為 n111 min= =60.195 prm 1n d hmax 214.3 3.0 114.07 n111max= =79.46 prm 1n d hmin 214.3 3.0 65.46 n111r= =67.85 prm 1n d h r 214.3 3.0 89.77 在

25、hl200 型水輪機模型綜合特性曲線上分別繪出 q11max=0.908 3/ s，n111max=79.46 prm，n111 min=60.195 prm 3 條直線所圍成的水輪機工作范 圍基本上包括了該特性曲線的高效率區(qū)，因此，所選 hl200 型水輪機 d1=3.0m，n=214.3 prm 是合理的！ 5、吸出高度 hs 計算 )( 900 0 . 10 mm hs 由水輪機設計工況參數(shù) n111r= 67.85 prm，q11max=0.908 m3/ s 查表 3- 6（水電站教材）得 hl200 的氣蝕系數(shù)為 m=0.088，查得氣蝕修正系數(shù) m=0.02, 取多年平均尾水位

26、123.4m, = =0.168 m)( 900 0 . 10 mm hs 123.40 900 10.0(0.0880.02) hs=0.168 m-4.0 m 吸出高度滿足要求 hl180 方案主要參數(shù)選擇 1、轉輪直徑 d1 查表水電站得限制工況下單位流量 qim=860l/s=0.86m /s 3 模型效率 m89.5%,初步假定 92% =3.061m 與之相近且1 9.81 hr d qihrhr 89.77 9.81 0.86 89.7789.77 偏在標稱直徑 d13.3m 2、轉速 n 計算 最優(yōu)工況下 n10m67.or/min, 假定 n10n10m =212.84 pr

27、m, 10m 1 nhav n= d 6789.77 3.3 取與之相近且偏大的同步轉速 n214.3prm 3、效率修正及單位參數(shù)修正 max=mmax+=92.0%+2.5%=94.5% =m+=889.5+2.5%=92.0%（與上述假設相同） n= 則=2.7%3.0%110mmaxmmaxn/-1 max 110mmmax n =-1 n 94.5%-1 92% 按規(guī)定，單位轉速可不加修正，同時，流量也不加修正， 故 d1=3.3 m, n=214.3 prm 4、工作范圍檢驗 n111max= =87.416 prm 1 min n d h 214.3 3.3 65.46 n111

28、r= =76.44 prm 1n d h r 214.3 3.3 89.77 5、吸出高度 hs 確定 =0.62m-4.0 m 故吸出高度滿足要求！)( 900 0 . 10 mm hs hl200 和 hl180 方案比較 方案參數(shù)對照表：（31） 項 目hl200hl180 模 型 參 數(shù) 推薦用水頭范圍（m） 最優(yōu)單位轉速 n10（r/min） 最優(yōu)單位流量 q10（l/s） 最高效率 bmmax(%) 氣蝕系數(shù) 90125 68 800 90.7% 0.088 90125 67 720 92% 0.083 原 型 工作水頭（m） 轉輪直徑 d1（m） 轉速 n(r/min) 額定出力

29、 nr(kw) 最大引用流量 qmax(m3/s) 吸出高度（m） 65.46114.07 3.0 214.3 6.0106/97% 77.43 0.17 65.46114.07 3.3 214.3 6.0 106/97% 76.35 0.62 比較之后選擇機型 hl180 水輪機安裝高程 zs hs0.5bo 其中 zs 水輪機安裝市程； 設計水尾位 123.40； bo 導葉高度 0.66； hs 吸出高度； 求得 zs124.35m 3.3 調速系統(tǒng) 1、調速功計算 a=（6.988.73）105n.m30000n.mmax1200250q h d 屬大型調速器,接力器和調速器需要分別進

30、行計算和選擇. 2、接力器選擇 a. 接力器直徑 ds =489mm10max1ds= d b h / d 0.0290.032 標準正曲率導葉（取中間值 0.031 計算） =0.031=489mm10max1ds= d b h / d 0.66 114.07 3.3 選擇與之相近且偏大的 ds=500mm 的標準接力器 b 最大行程 smax smax=(1.41.8)a0max a0max水輪機導葉最大開度 (5-1) 0 mmax00 0max 0m0m ad z a= d z 查模型綜合特性曲線得 a0 mmax=27 mm， d1m=460 mm z0m=24，則=108.8 mm

31、 0 mmax00 0max 0m0m ad z a= d z 273300 14 460 24 smax=(1.41.8)a0max=(1.41.8) 108.8 mm=152.32195.84 mm c 接力器容積計算 v v s s= = = =77l77l 2 maxds s 2 2 489 500 2 (5-2)1.13/ss mdvt v 選用 ts=4s vm=4.5m/s 計算得=74 mm，故選用 dt-80 型電氣1.13/ss mdvt v 77 1.13 4 4.5 液壓型調速器 3、油壓裝置 vk=（1820）vs=1.3861.540m3，選用組合式油壓裝置 yz-

32、1.6 圖5-3 油壓裝置示意圖 3.4 水輪機轉輪流道尺寸： 圖5-2 水輪機轉輪示意圖 3.4.1 蝸殼尺寸 水輪機直徑 d1=3.3m，壓力鋼管各分管直徑 d11=d12=d13=4.27 m，由于設 計水頭 hr=89.77 m40 m,混凝土結構不能承受過大的內水壓力，采用金屬 蝸殼，座環(huán)內徑 db=4400 mm da= 5200mm，導葉高度 b0=660 mm，查得蝸殼 進口斷面平均流速為 7.4m/s。hl180 型水輪機最大引用流量為 qmax= 76.35 m3/s q i=qmaxi/360 ra = da/2=2600 mm rb=db/2=2200 mm 表 3-2

33、 渦殼計算表格 從蝸殼鼻端至斷面 i 的包角（） i 斷面半徑 （m） i 斷面中心距(m) i a 斷面外半徑 (m) i r 345 2.0644.6646.728 300 1.9254.5256.450 255 1.7754.3756.150 210 1.6114.2115.822 165 1.4284.0285.456 120 1.2183.8185.036 75 0.9633.5634.526 30 0.6093.2093.818 3.4.2 尾水管尺寸 hl180，d3=1.06d1, d1d3，采用標準混凝土肘管,尺寸如下： =2.6，h=3.32.6=8.56m； 1 h d

34、=4.5，l=3.34.5=14.85m； 1 l d =2.72, b5=3.32.72=8.976m； 5 1 b d =1.35, d4=3.31.36=4.455m； 4 1 d d =1.35, h 4=3.31.35=4.455m； 4 1 h d =0.675, h 6=3.30.675=2.228m； 6 1 h d =1.82，l1=3.31.82=6.006m; 1 1 l d =1.22, h 5=3.31.22=4.026m. 5 1 h d 尾水管尺寸詳見附圖中！ 第三章發(fā)電機 發(fā)電機選型：選用 sf5060/9900 型，懸式，尺寸 4.5m1.4m 重量:gd =

35、142 t gz=298 t 總重量 gf=647 t s f (kva)62500 n f (kw)50000 功率因數(shù) cos=0.85 轉速：額定 n =250r/min 飛逸 nf=560r/min 飛輪力矩 gd2=2000 t.m2 2 推力軸承負 p：1766（t） 釘子鐵芯主要尺寸：定子內徑 da=990cm 外徑 di=933cm 長度 lt=120 cm 定子機座高度：h1=2600mm 上機架高度：h2=2750mm 推力軸高度：h3=21400mm 勵磁機高度：h4=1488mm 副勵磁機高度：h5=1195mm 永磁機及轉子繼電器高度：h6=808mm 定子支承面至下

36、機架支承面距離：h8=1000mm 下機架支承面至法蘭底面距離：h9=-50mm 轉子磁輪軸向高度：h10=1918mm 發(fā)電機主軸高度：h11=8434mm 定子水平中心至法蘭盤底面距離：h12=2150mm 法蘭盤底面至發(fā)電機頂部高度：h=11063 mm 定子支承面至發(fā)電機地板高度：h=5350 mm 機座外徑：d1=11350 mm 風罩內徑：d2=14000mm 轉子外徑：d3=9300mm 下機架最大跨度：d4=8300mm 水輪機坑直徑：d4=8150mm 水輪機轉輪流道尺寸： 圖5-2 水輪機轉輪示意圖 第四章 混凝土重力壩 4.1 樞紐布置 4.1.1 樞紐布置形式 因壩址附

37、近河道蜿蜒曲折，多年平均徑流量 83.0m3/s，較??；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 此布置引水隧洞進水口。下游獲青處布置地面廠房，開關站等建筑物，具體 位置見樞紐布置圖。 4.1.2 壩軸線位置 根據(jù)已知資料，山前巒壩址地形圖，選擇兩條壩軸線。a 線沿東西向與 河道垂直，縱坐標 76341，b 線也沿東西向，縱坐標 76370。a 線總長 462m，穿過左岸部分裂隙；b 線總長 470m，避開左岸裂隙。由于壩軸線較短， 穿過裂隙不多可作地基處理故選擇 a 線方案。

38、4.2 擋泄水建筑物 4.2.1 壩頂高程確定 根據(jù)水電站裝機 20.8 萬 kw，水庫總庫容 2043.54108m3，取工程規(guī)模 為大（1）型，主要建筑物級別：1 級，次要建筑物：2 級，臨時建筑物：4 級。 4.2.1.1 壩頂超出靜水位高度h h = 2hl+ho+hc 41) 2hl累計頻率為 1%的波浪涌高（m） ho波浪中線高出靜水位高度（m） hc取決于壩的級別和計算情況的安全超高（m） 根據(jù)查資料，采用計算風速 v0 =14.0m/s.在樞紐布置圖上量得吹程 d=575 m 采用官廳水庫公式：= (42) 2 0 gl m v 2 g d-1/2.151/3.75 v0 0.

39、331 v0() 故 l m=4.75 m，l m為平均波高 由 (43) 2 gtm l m= 2 得 tm=1.74s 又由 (44) m m gl = 13.9 g h v0 得 hm=0.154 m 所以=0.154/（239-125）=1.3510-3，查表（2-12） mh h 得 hm/ h=2.4，所以 h1=2.40.154=0.370 m h z= =3.140.3702/4.75=0.090 m (45) m 2 2 h1 c t h l m l h hc-查水工建筑物 （上）河海大學出版社 p53表 2-8 基本組合： hc=0.7m，特殊組合 hc=0.5m 設計洪水

40、位+h 設=239+0.372+0.09+0.7=240.35 m 壩頂高程= h max 校核洪水位+h 校=240.8+0.372+0.09+0.5=242.13 m 取壩頂高程為 242.20m 查壩軸線工程地質剖面圖，得出可利用基巖最低點高程 115.0m，由此 知大壩實際高度為 242.20-115.0=127.20m 4.2.2 擋水建筑物砼重力壩 4.2.2.1 基本剖面 由于電站形式為引水式，故壩上右側無有壓進水口，上游壩坡坡度不受 限制，同時用應力條件和穩(wěn)定條件公式確定壩底的最小寬度，如（如圖 2- 1）所示： 壩底高程115.00 b b-b 1:m 1:n 設設計計洪洪水

41、水位位2 23 39 9. .0 0 （圖 2-1） b/h= (46) 1 )2()(/ 1 c 聯(lián)立 b= (4-) )( 1 f kh b 壩底寬度; h實際壩高（基本剖面 h=239.0-115.0=124.0m）; 壩體材料容重;c 水的容重;o 揚壓力折減系數(shù); k基本組合安全系數(shù); 計算得： 入=0 ，b=94.66m n=00.2,下游坡 m=0.60.85,壩頂寬約為壩高的 0.70.9，故取 n=0.1，m=0.763 b/h 滿足要求，此時 b=98.61m 詳見（圖 2-2） 折坡點高程155.0 1 1: :0 0. .7 76 63 3 壩壩底底高高程程1 11 1

42、5 5. .0 0 設設計計洪洪水水位位2 23 39 9. .0 0 （圖 2-2） 4.2.2.2 實用剖面 壩頂寬度=8%10%h=10m，灌漿廊道距壩底 6m，廊道寬高=3 m4m 4.2.2.3 設計情況下 穩(wěn)定計算 w w3 3 w w2 2 w w1 1 p2 下下游游水水位位1 13 32 2. .4 4 p p1 1 壩壩頂頂高高程程2 24 40 0. .2 2 1 1: :0 0. .7 76 63 3 壩壩底底高高程程1 11 15 5. .0 0 設設計計洪洪水水位位2 23 39 9. .0 0 計算簡圖 自重 g g1=0.523.5401=1880kn 方向鉛直

43、向下 力臂 b1=46.64 m 力矩 m1= g1b1=188046.64=87683 knm 方向逆時針 g2=10127.2123.5=29892 kn 方向鉛直向下 力臂 b2=40.13 m 力矩 m2= g2b2=2989240.13=1204946.52 knm 方向逆時針 g3=0.59.81【（98.61-14）（98.61-14）/0.763】=11024.45 kn 方向鉛直向下 力臂 b3=7.10 m 力矩 m3= g3b3=11024.4577.10=82735.60 knm 方向逆時針 b 水平靜水壓力 p p1=0.59.81(98.61-14)2/0.763=

44、75419.28kn 方向水平向右 力臂 b1=41.33 m 力矩 m1= p1b1=75419.2841.33= 3117078.84 knm 方向順時針 p2=0.59.81（132.4-115）=1485.04 kn 方向水平向右 力臂 b2=5.80 m 力矩 m2= p2b2=1485.04 kn5.80 m=8613.23 knm 方向順時針 c可利用水重 w w1=49.81（239-155）=3296.16 kn 方向鉛直向下 力臂 b1=47.31 m 力矩 m1= w1 b1=3296.16 kn47.31 m=155941.33knm 方向逆時針 w2=0.59.8(1

45、55-115)=784.80 kn 方向鉛直向下 力臂 b2=47.98 m 力矩 m2= w2b2 =784.8047.98=39224.30 knm 方向逆時針 w3=0.59.81(132.4-115)2/0.763=1946.31 kn 方向鉛直向下 力臂 b3=41.20 m 力矩 m3= w3 b3=1946.3141.20 =81180.59 knm 方向順時針 d.揚壓力 u u1 =98.61(132.4-115)9.81=16832.4 kn 方向鉛直向上 力臂 b1=0 力矩 m1=0 u2 =0.20（127.2-17.4）(98.61-11) 9.810.5=9436

46、.81kn 方向 鉛直向上 力臂 b2=9.10 m 力矩 m2= u2 b2=9436.819.10=85874.93 knm 方向順時針 u3=0.29.8111(127.2-17.4)=2369.70 kn 方向鉛直向上 力臂 b3=43.81 m 力矩 m3= u3b3=2369.7043.81=103816.71 kn 方向鉛直向上 u4=4739.41 力臂 b4=45.64 m 力矩 m4= u4 b4=4739.4145.64=216306.67 knm 方向順時針 浮托力系數(shù) 1.0，滲透力系數(shù) 1.1，靜水壓力系數(shù) 1.0，水工建筑物安 全級別為級，故結構重要系數(shù) 0為 1

47、.1 =-1502284.95knmm =124312.17 knw-u =（75419.28-1485.04）knp = =333.68 kn/ m2 2 w-uw-u b b 6y 118595.956118595.956 6 98.412 98.41 =2187.6 kn/ m2 y 2 w-uw-u b b 6y 118595.956118595.956 6 98.412 98.41 所以滿足應力要求！ k= =1.141.1 滿足抗滑穩(wěn)定要求！ p uwf )( 折坡面校核 p p1 1 壩壩頂頂高高程程2 24 40 0. .2 2 1 1: :0 0. .7 76 63 3 折折

48、坡坡點點高高程程1 11 15 5. .0 0 設設計計洪洪水水位位2 23 39 9. .0 0 折坡面計算簡圖 a.自重 g g1=1023.5(242.2-155) =20492 kn 方向鉛直向下 力臂 b1=27.046m 力矩 m1=554226.632 knm 方向逆時針 g2=0.523.554.0922/0.763 =45058.78kn 方向鉛直向下 力臂 b2=4.015m 力矩 m2=180926.021knm 方向逆時針 b 水平靜水壓力 p p=0.59.81(242.2-155)2=37296.021kn 方向水平向右 力臂 b=28 m 力矩 m= pb=104

49、4311.38 knm 方向順時針 c揚壓力 u u1 =64.09217.49.81=10940.12 kn 方向鉛直向上 力臂 b1=0 力矩 m1=0 u2 =3730.344kn 方向鉛直向上 力臂 b2=6.018 m 力矩 m2= u2 b2=22449.21 knm 方向順時針 u3=914.684kn 方向鉛直向上 力臂 b3=28.564 m 力矩 m3= 26110.57 knm 方向順時針 u4=1829.369 kn 力臂 b4=29.713 m 力矩 m4=5435.431 knm 方向順時針 m=-422365.459knm w-u=52237.706 kn =19

50、8.18 kn/ m2 2 w-uw-u b b 6y =1431.97 kn/ m2 2 w-uw-u b b +6y 折坡面足應力要求 校核情況下（校核水位 240.8 m0） 校校核核洪洪水水位位2 24 40 0. .8 8 w w3 3 w w2 2 w w1 1 p2 下下游游水水位位1 13 36 6. .4 4 p p1 1 壩壩頂頂高高程程2 24 40 0. .2 2 1 1: :0 0. .7 76 63 3 壩壩底底高高程程1 11 15 5. .0 0 計算簡圖 a重 g (同設計水位) b水平靜水壓力 p p1=77624.78 kn 方向水平向右 力臂 b1=41

51、.93 m 矩 m1= 3254807.03 knm 方向順時針 p2=2246.294 kn 方向水平向右 力臂 b2=7.13 m 力矩 m2=16023.564 knm 方向順時針 c.可利用水重 w w1=3366.92 kn 方向鉛直向下 力臂 b1=47.31 m 力矩 m1= 159282.93 knm 方向逆時針 w2=784.8 kn 方向鉛直向下 力臂 b2=47.98 m 力矩 m2= 39224.30 knm 方向逆時針 w3=5141.7656 kn 方向鉛直向下 力臂 b3=43.867 m 力矩 m3= 22555.22 knm 方向順時針 d.揚壓力 u u1

52、=20701.592 kn 方向鉛直向上 力臂 b1=0 力矩 m1=0 u2 =8358.2 kn 方向鉛直向上 力臂 b2=9.10 m 力矩 m2= 76059.64 knm 方向順時針 u3=2253.16 kn 方向鉛直向上 力臂 b3=43.81 m 力矩 m3= 98710.975 kn 方向鉛直向上 u4=4506.322 kn 方向鉛直向上 b4=45.64m 力矩 m4=205668.52 knm 方向順時針 =-1175791.184knmm =96881.950 knwu =64071.713 knp = =256.974 kn/ m2 y 2 w-uw-u b b 6

53、y =1707.980 kn/ m2 2 w-uw-u b b +6y 所以滿足應力要求！ k= =1.0280.95，所以滿足抗滑穩(wěn)定要 p uwf )(0.65 96881.950 64071.713 求！ 第五章 溢流壩 5.1 泄水建筑物砼溢流壩 5.1.2 堰頂高程 已知設計洪水位為 239.0 m 時，對應的下泄流量為 4800m3 / s,由于壩 基巖較好，取校核狀況下的單寬流量 q=70m3 / sm，校核時發(fā)電用水流量 q0=180 m3 / s ,則通過溢流前緣的流量 q 為： (2-8)s0q=q - q q 過溢流前緣的泄流量（m3 / s）; q s通過樞紐下泄的總流

54、量（m3 / s）; q0通過泄水孔，水電站發(fā)電，及其其它建筑物下泄的流量（m3 / s）; 取 1.0 計算; q=4800-1.0180=4620 m3 / s 故溢流前緣凈寬=66 m，取 5 孔，每孔凈寬 b=14 m，閘墩0 q l = q 4620 70 厚度取 d=2.0m，則溢流前緣總寬 l= l0+（n-1）d=70+25=80 m 計算堰上水頭 （校核狀況 q 下） (2-9) 3/2 0 2gh0q= mb 其中： 淹沒系數(shù)，取 1.0 計算； 側收縮系數(shù)，=0.90 到 0.95 之間，取 0.90 計算； m流量系數(shù)，設計水頭下取 m=0.5 計算； b0溢流前緣凈寬

55、， （m） 則=，計算得 h0=10.34 m 3/2 q 2gh0 b0= mq 03/21.0 0.90 0.52gh 所以堰頂高程為 239.0-10.34=228.66 m，239.00-228.66+閘門安全超 高（1 到 2 m）=11.44 m，取閘門高為 12.00 m. b=3.24 l l2 2 l l1 1 e e c a a d d y x x o o 堰堰頂頂高高程程2 22 28 8. .6 66 6 1 1: :0 0. .7 76 63 3 5.1.3 溢流壩實用剖面設計 設計堰上水頭hd=11.50 m. a . 本次設計溢流面采用 wes 曲線，已知 wes

56、 曲線方程為 xn=khdn-1y hd定型設計水頭 kn 與上游壩面坡度有關的系數(shù)和指數(shù)（查手冊知 k=2.0, n=1.85） l1: x1.85=2h d 0.85 y (2-10) l2: (2-11) 1 0.763 yxb l3: (2-12) 1 0.763 yx 把 l1 定在原點 o（即從溢流壩頂開始作 wes 曲線，分別對曲線 l1 l2 關于 x 求導得： l1：y=0.0631.85 x0.85 (2-15) l2: y=1/0.763 (2-16) 由于兩直線扎起 a 點相切，故有： 0.0631.85 x0.85=1/0.763，解得：x=17.24，y=12.22

57、 ad=12.22 m，ca=7.92 m 上游反弧段為三段圓?。?r1=0.5 hd=0.511.50=5.75 m,.a=2.01 m r2=0.2 hd=0.211.50=2.30 m，b=0.282 hd=3.24 m 考慮到倒懸部分不容易安裝模板，施工也不方便，故把反弧段向下游平 移。如下圖所示 1 1: :0 0. .1 1 9 98 8. .6 64 4 堰堰頂頂高高程程2 22 28 8. .6 66 6 1 1: :0 0. .7 76 63 3 下游反弧段設計 1 13 3. .0 00 0 1 14 41 1. .5 55 5 115.00 1 13 35 5. .2 2

58、6 6 1 13 37 7. .4 40 0 feg h a o 1 1: :0 0. .7 76 63 3 (2-17) 2 2 2hcog q hto co 其中： to總有效水頭（m）; h c o臨界水深（m）; 流速系數(shù)， 試算如下： h c o 左 邊 右 邊 2 to =240.8-136.4=104.4 67.72 3 to =240.8-136.4=104.4 32.21 1 to =240.8-136.4=104.4 263.89 1.5 to =240.8-136.4=104.4 118.34 試算得 h c o =1.6 試算得：h c o=1.60 m，反弧段半徑 r

59、=（6-10）h c o=(9.6-16) m,取 r=16 m，校核情況下游尾水位為 136.4 m，從安全角度考慮，如果下游水淹 沒壩頂，水流的挑射將受到影響，故挑流坎坎頂應高于下游最高尾水位 1-2 m，取 1 m，則坎頂高程為 137.4 m，挑射角 一般取 150-300，為較好的挑 射水流，采用較大挑射角，本設計采用 =300，作圖后可知，反弧段與直線 相切點高程為 141.55 m，反弧段最低點高程為 135.26 m，ab=12.72 m，gf=20.72 m,ge=20.25 m,ef=0.47 m. 故溢流壩壩段壩底寬度為 102.35 m。 5.2 溢流壩穩(wěn)定應力計算 5

60、.2.1 設計洪水位（239.0） 設計洪水位239.00 校核洪水位240.80 折坡點高程155.00 壩底高程115.00 p3 w2 w1 p2 p1 1 1: :0 0. .1 1 堰堰頂頂高高程程2 22 28 8. .6 66 6 1 1: :0 0. .7 76 63 3 a 自重 自重 g g=147535.10 kn 方向鉛直向下 力臂 b=14.55 m 力矩 m= 2146664.81 knm 方向逆時針 b 揚壓力 u u1 =17470.53 kn 方向鉛直向上 力臂 b1=0 力矩 m1=0 u2 =7993.60 kn 方向鉛直向上 力臂 b2=9.72 m 力