畢業(yè)設(shè)計(jì)--水電站廠房設(shè)計(jì)

1、目錄摘要 1第一章若水工程原始資料1第一節(jié)概述 1第二節(jié)水文氣象資料 1第三節(jié)工程地質(zhì)和水文地質(zhì) 3第四節(jié)設(shè)計(jì)基本數(shù)據(jù) 7第二章機(jī)電設(shè)備選擇10第一節(jié)水輪機(jī)的選型 10第二節(jié)水輪機(jī)結(jié)構(gòu)與外型尺寸估算 17第三節(jié)調(diào)速系統(tǒng)的選擇23第四節(jié)發(fā)電機(jī)的選擇 26第五節(jié)起重設(shè)備 30第三章水電站廠房布置 33第一節(jié)機(jī)組的布置 33第二節(jié)機(jī)組附屬設(shè)備的布置36第三節(jié)主廠房主要尺寸的確定37第四節(jié)安裝場(chǎng)的布置及尺寸的確定43第五節(jié)副廠房的布置44第六節(jié)廠房的通風(fēng)、空調(diào)、采暖與采光 46第四章廠房結(jié)構(gòu)布置 48第一節(jié)廠內(nèi)主要結(jié)構(gòu)布置 48第二節(jié)蝸殼結(jié)構(gòu)計(jì)算50第五章廠區(qū)樞紐布置 67第一節(jié)壩址的確定 67第二節(jié)

2、樞紐布置 71致謝參考文獻(xiàn)附錄I發(fā)電機(jī)層平面圖II水輪機(jī)層平面圖III廠房橫剖面圖IV廠房縱剖面圖V蝸殼層結(jié)構(gòu)鋼筋圖VI下壩址樞紐布置圖VII廠區(qū)樞紐布置圖VIII發(fā)電機(jī)層樓板結(jié)構(gòu)圖摘要本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是若水電站樞紐工程水電站廠房設(shè)計(jì)。若水電站位于沅水一級(jí)支流巫水下游峽谷河段，電站正常蓄水位192m庫(kù)容0.0738億立方米、裝機(jī)容量16兆瓦，是一座以發(fā)電為主，兼有防洪、旅游等綜合效益的水電工 程，樞紐建筑物由溢流閘壩、重力式擋水壩、右岸引水發(fā)電隧洞和引水式廠房組成。本次設(shè)計(jì)內(nèi)容主要有：機(jī)電設(shè)備（含水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、起重機(jī)、調(diào)速器及油壓裝置等） 選擇、水電站廠房布置、主副廠房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、廠區(qū)樞紐布

3、置、發(fā)電機(jī)樓板層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。關(guān)鍵字：廠房 機(jī)電設(shè)備 布置 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)AbstractThe object of this graduate desig n is the powerhouse of ruoshui hydroelectric hub.Ruoshui hydroelectric statio n locate at the gorge, on the dow nstream of Wushui which is the first level branch of Yuanshui, with the normal reservoir operation level of 192 me

4、ters, the reservoir capability of 0.0738 billio n m and the in stalled capacity of 16MW. It take gen erate electricity as the lord, of course, it also have the syn thesis ben efits of protecti ng from the flood and travel. This project is comprised of a overflow brake dam, a gravity dam, a power hou

5、se and divers ion tunn els which locate on the right bank.The main content of this graduate engin eeri ng desig n is: making choice of hydroelectric equipment including generato、chain block etc; arranging the power house of the hydroelectric station; designing the configuration of the main and subsi

6、diary power house; arranging the hub at the site of the station; designing the framework of floor and board on the generator floor. Key words: powerhouse, hydroelectric, equipment, configuration, contracture designing.第一章若水電站樞紐工程原始資料第一節(jié)概述一 工程概況若水電站位于沅水一級(jí)支流巫水下游峽谷河段，下距會(huì)同縣若水鄉(xiāng)鎮(zhèn)2 km，距洪江市 15km。壩址下游2km有洪江綏

7、寧省級(jí)公路從若水鄉(xiāng)鎮(zhèn)經(jīng)過(guò)，交通較為便利。該工程原規(guī)劃擬定正常蓄水位 245m，由于水庫(kù)興建庫(kù)區(qū)淹沒(méi)損失大，且淹沒(méi)省級(jí)重 點(diǎn)保護(hù)單位高椅古民居。為避免庫(kù)區(qū)高椅古民居淹沒(méi)，早日實(shí)現(xiàn)中級(jí)電氣化縣目標(biāo)， 2002年5月對(duì)若水河段規(guī)劃進(jìn)行了重新復(fù)核， 使原一級(jí)開發(fā)改為二級(jí)開發(fā)，并經(jīng)省廳審查 通過(guò)。復(fù)核后本工程初擬正常蓄水位 192m，迥水至高椅壩址，庫(kù)容 0.0738億m3，裝機(jī) 16MW，是一座以發(fā)電為主，兼有防洪、旅游等綜合效益的水電工程，樞紐建筑物由溢流 閘壩、重力式擋水壩、右岸引水發(fā)電隧洞和引水式廠房組成。工程等別和建筑物級(jí)別本工程以發(fā)電為主，兼有防洪、旅游等綜合效益。水庫(kù)正常蓄水位192m時(shí)庫(kù)

8、容為0.0738億m3，電站裝機(jī)容量為16MW，根據(jù)水利水電工程等級(jí)劃分及防洪標(biāo)準(zhǔn)SL252-2000規(guī)定，工程規(guī)模為?。?）型，工程等別為W等。永久性建筑物閘壩、電站廠 房等屬4級(jí)建筑物，臨時(shí)建筑物屬5級(jí)。相應(yīng)洪水標(biāo)準(zhǔn)為：1大壩、發(fā)電引水隧洞等永久性主要建筑物的設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)期為50年（P 2% ），校核洪水重現(xiàn)期為500年（P 0.2% ）。2電站主、副廠房、變電站及公路等建筑物的設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)期為 30年（P 3.33% ）， 校核洪水重現(xiàn)期為100年（P 1% ）。第二節(jié)水文氣象資料洪水各頻率洪峰流量詳見下表1-1。表1-1壩址洪峰流量表頻率（%0.10.20.5123.335102050

9、壩址洪峰流量 （m/s）9420844071606190522045403990308022201190廠址洪峰流量 (ml/s )9800879074606460546047504180324023401260二水位流量關(guān)系曲線1下壩址水位流量關(guān)系曲線詳見下表1-2 o表1-2下壩址水位流量關(guān)系曲線表高程系統(tǒng)：85黃海水位Z (m)182.44183.00184.00185.00186.00187.00流量Q( nVs )36.518552291213101730水位Z (m)188.00189.00190.00191.00192.00193.00流量Q( nVs )218026803240

10、384044405040水位Z (m)194.00195.00196.00197.00198.00199.00流量Q( nVs )5640624068407440804086402上壩址水位流量關(guān)系曲線詳見下表1-3 o表1-3上壩址水位流量關(guān)系曲線表高程系統(tǒng)：85黃海水位Z (m)184.23185.00186.00187.00188.00189.00流量Q( nVs )36.5255620106015402060水位Z (m)190.00191.00192.00193.00194.00195.00流量Q( nVs )265032703890451051305750水位Z (m)196.00

11、197.00197.50198.00199.00199.50流量Q( nVs )6370699073007610823085403廠址水位流量關(guān)系曲線詳見下表1-4 o表1-4廠址水位流量關(guān)系曲線表高程系統(tǒng)：85黃海水位Z (m)179.12180.00181.00182.00183.00184.00185.00流量Q( nVs )30263600980138018002250水位z（ m186.00187.00188.00189.00190.00190.5191.00流量q（ m/s）2730327038504480514054805830三泥沙多年平均含沙量：0.089kg / m3多年平

12、均輸沙量：22.05萬(wàn)t設(shè)計(jì)淤沙高程169.0m淤沙內(nèi)摩擦角10 0淤沙浮容重0.9X / 3 t/m四氣象多年平均氣溫16.6 C極端取咼氣溫39.1 r極端最低氣溫-8.6 r多年平均水溫18.2 r歷年最咼氣溫34.1 r歷年最低氣溫2.1r多年平均風(fēng)速1.40m/ s歷年最大風(fēng)速13.00m/s，風(fēng)向：NE水庫(kù)吹程：3.0km最大積雪厚度:21cm基本雪壓：0.25KN /m2第三節(jié)工程地質(zhì)與水文地質(zhì)一工程地質(zhì)資料1該工程區(qū)地震基本烈度小于切度，不考慮地震荷載。2基巖物理力學(xué)指標(biāo)如下上壩址飽和抗壓強(qiáng)度：2030MPa抗剪指標(biāo)： f砼/巖=0.60.65抗剪斷指標(biāo)：f'砼/巖=0

13、.80.9c' =0.7 0.8 MPa下壩址飽和抗壓強(qiáng)度：1525MPa抗剪指標(biāo)： f 砼/巖=0.60.62抗剪斷指標(biāo)：f'砼/巖=0.70.8c' =0.70 MPa壩址工程地質(zhì)條件1 上壩址工程地形、地質(zhì)條件上壩址位于河流彎曲段下游，流向279°，基本為“ U'型橫向河谷。河床基巖裸露，高程181184m，河床寬136m，水深0.53.0 m。壩軸線上游100350m ,河床深槽 較發(fā)育，一般槽寬2040m，槽深1114.5。當(dāng)蓄水位192m時(shí)，河谷寬161m，左岸 沖溝較發(fā)育，壩軸線上、下游分別分布2#及3#沖溝，邊坡具下陡上緩特征，高程22

14、7m以 下坡角45°，以上坡角250，山頂高程271m ;右岸地形較平順，上游有一小沖溝分布，邊 坡較陡峻，坡角35°45°,山頂高程292m。壩址區(qū)除兩岸均分布有寬度較窄，厚34 m沖積階地堆積及左岸分布厚 13m殘積堆積外，基巖大部分裸露，出露的主要巖性為砂質(zhì)板巖、絹云母板巖夾長(zhǎng)石砂巖、厚層長(zhǎng) 石砂巖、含礫砂巖、含礫砂質(zhì)板巖。壩區(qū)巖層走向與河流交角7008d,傾上游偏左岸，壩址區(qū)構(gòu)造較簡(jiǎn)單，僅上游見F1斷層 及物探探測(cè)的F3斷層，破碎帶寬0.10.6 m，延伸長(zhǎng)度均小于50m。主要節(jié)理有四組。壩區(qū)巖石風(fēng)化受巖性與地形等因素影響，長(zhǎng)石砂巖抗風(fēng)化能力較強(qiáng)，風(fēng)化較淺

15、；板巖、 絹云母板巖抗風(fēng)化能力較弱，風(fēng)化深度較大，兩岸山頂受地形切割呈弧立小山包，則強(qiáng)風(fēng) 化深達(dá)2536 m。據(jù)鉆孔壓水試驗(yàn)和地下水觀測(cè)資料，壩區(qū)巖體透水性較差，地下水位坡降陡達(dá)4050%埋藏較淺，遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)正常蓄水位。壩基巖體透水率小于 5lu占96.8%，基本屬弱透 水巖體；防滲帷幕下限（q<5lu ）埋深，左岸5.220m，河床57m，右岸2.512m。2 下壩址工程地形、地質(zhì)條件下壩址位于上壩址下游660m，基本為“ U'型橫向谷，河流流向2650,河床大部分為 沖積砂礫石覆蓋，河床高程182183.5 m，河床寬202m，右河床為淺灘，水深0.51.0m, 左河床為人工

16、改造河槽，水深 1.52.0 m。當(dāng)正常蓄水位192m時(shí)，河谷寬232m。兩 岸地形對(duì)稱，邊坡較陡峻。左岸坡角 400430,為崩坡積物所覆蓋，山頂高程 324.74 m ； 右岸坡角420450,基巖裸露,山頂高程315.25 m。壩區(qū)除少部分為第四系松散堆積物覆蓋外，基巖大部分裸露，出露的主要巖性有絹云 母板巖夾中薄層長(zhǎng)石砂巖。壩區(qū)地質(zhì)構(gòu)造較簡(jiǎn)單，斷層未見。巖層產(chǎn)狀N201250E,SEv 60。70。，其走向與河流交角600650,傾向上游偏左岸。壩區(qū)巖石風(fēng)化主要受巖性所控制，壩基及壩肩大部分為絹云母板巖，其抗風(fēng)化能力較 弱，兩岸肩強(qiáng)風(fēng)化相對(duì)較深。據(jù)鉆孔地下水位觀測(cè)資料，左壩肩地下水位埋

17、深9.540m （高程225m以上），右壩肩地下水位埋深323m （高程226m以上），遠(yuǎn)高于蓄水位。據(jù)鉆孔壓水試驗(yàn)資料表明， 基巖的透水性與巖體風(fēng)化程度密切相關(guān)，強(qiáng)風(fēng)化帶及弱風(fēng)化帶上部巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育， 巖體完整性較差，透水性較強(qiáng)，為中等透水帶，弱風(fēng)化帶中下部和微風(fēng)化巖體透水性較差， 基本為弱透水或微透水帶。壩基防滲帷幕下限（q<5lu ）埋深，左岸1028 m，河床2 10m，右岸620m。3壩基巖石物理力學(xué)指標(biāo)壩基巖石物理力學(xué)指標(biāo)建議值在下表1-5中列出表1-5壩基巖石物理力學(xué)指標(biāo)建議值表巖石風(fēng) 化天 然 密 度(g/cm飽和 抗壓砼與巖石 抗剪強(qiáng)度砼與巖石 抗剪斷強(qiáng)度彈 性 模

18、 量(GPa)抗 沖 流 速(m/s)臨時(shí) 開挖 坡比備名 稱程 度強(qiáng)度 (MPa )fC(MPa)f，fc(MPa)注長(zhǎng) 石強(qiáng)2.5300.500.70.33441:0.52.6350.550.750.355砂上巖含0.9壩弱2.72.7545500.60.6500.8 0.9810781:0.3址礫砂0.95巖砂強(qiáng)2.54 80.40 00.550.10 221:0.72.56100.450.600.152.535上質(zhì)壩板0.80巖弱2.75 200.55 00.456841:0.5址2.76250.60.850.505絹強(qiáng)2.560.38 00.500.081221:0.7云 母2.55

19、80.400.550.102.55下 壩弱2.72 150.500.750.35453.51:0.5板址巖2.75200.550.800.404.5二 引水發(fā)電隧洞及廠房工程地質(zhì)條件1 引水發(fā)電隧洞下壩址引水隧洞進(jìn)口位于壩線右岸上游，洞段穿越河間地塊，出口位于河灣下游9#沖溝口附近。洞軸向N16 W進(jìn)口段(040 m )：地形坡角28°60°,上覆巖體厚618m，圍巖為 乙2-4巖組 灰綠色絹云母板巖，劈理發(fā)育，巖層產(chǎn)狀N20° E, SE/ 65°,傾向洞外偏右側(cè)，與洞軸線交角 36°,主要發(fā)育產(chǎn)狀 N70 W SEZ 78°, N

20、50 W SV/ 87° 及 N1C° E，SEZ 85° 三組 節(jié)理，面多閉合平直，延伸長(zhǎng) 0.51.0 m。強(qiáng)風(fēng)化帶下限埋深812m，巖體因節(jié)理裂隙 發(fā)育較破碎，成洞條件差，建議采取明挖。開挖坡比i永久1:0.5 , i永久1:0.75。洞臉邊坡由于受層面與多組節(jié)理組合切割穩(wěn)定性較差，建議采取加固處理措施。洞身段(40110m ):上覆巖體厚1866m，圍巖為 乙2-3巖組上部灰白色厚層狀長(zhǎng) 石砂巖，圍巖呈弱微風(fēng)化狀態(tài)。巖層產(chǎn)狀 N22° E, SE/ 64°,與洞軸線交角38°。主要 發(fā)育N5060° W SV/ 85

21、°87°及N10° E, SE/ 80°85°兩組節(jié)理，面緊密閉合， 延伸長(zhǎng)0.51.0 m o該段位于地下水位以下，巖體完整性較好，基本穩(wěn)定，成洞條件較好。 其中平距4070m段屬川類圍巖，f=45, K)=3540MPa/cm;平距70110m段屬U類 圍巖，f=6 7, Ko=5055MPa/cm。洞身段（110350m ）：上覆巖體厚24107m，圍巖為 乙2-3、乙2-2巖組灰綠色絹云母 板巖夾中厚層長(zhǎng)石砂巖，圍巖呈弱微風(fēng)化狀態(tài)，巖層產(chǎn)狀N22° E, SEZ 64°,與洞軸線交角38°，板巖內(nèi)產(chǎn)狀N15

22、 E, NW£ 75°劈理較發(fā)育。主要發(fā)育 N5060°W及N10 E 兩組高傾角節(jié)理，面平直閉合，延伸長(zhǎng)0.51.0m。該段位于地下水位以下，巖體完整至較完整，大部分洞段基本穩(wěn)定，成洞條件較好，但局部洞段（310350m ）劈理、節(jié)理較發(fā)育，穩(wěn)定性較差。其中平距 110310m段屬川類圍巖，f=45，K=3035MPa/cm ; 平距310350m段屬W類圍巖，f=34, K=1520MPa/cm。出口段（350m以后）：地形坡角15°45°,上覆巖體厚224m。圍巖為乙2-2巖組 灰綠色絹云母板巖夾長(zhǎng)石砂巖，板巖內(nèi)劈理發(fā)育。巖層產(chǎn)狀 N15

23、° E, SE/ 65°70°,傾 向洞內(nèi)偏右側(cè)，與洞軸線交角31°。主要發(fā)育N30° E, NV/ 35°, N85 W SV/ 86°, N15 W SV/ 79°及N80 E ,NV/ 36°四組節(jié)理，面多閉合，延伸長(zhǎng)15m。強(qiáng)風(fēng)化帶下限埋深5 16m該段位于地下水位以下，巖體因節(jié)理、劈理發(fā)育完整性差，成洞條件差，建議采取明挖，開挖坡比，i永久1： 0.5, i永久1: 0.75。由于N10°E及N80 E,傾向洞外的兩組緩傾角節(jié)理較發(fā)育，加上與NWV向、NNW向高傾角節(jié)理組合形成不穩(wěn)定塊

24、體，對(duì)洞臉邊坡與開挖 邊坡穩(wěn)定不利，建議采取錨固處理措施。2 廠房下壩址廠房位于河彎下游9#沖溝出口的沖積堆積I級(jí)階地一帶， 階地寬1012m ,階 面高程183184m,后山坡坡角45°，基巖裸露。階地上部為灰褐色粉質(zhì)粘土，下部為 砂礫石，厚1.01.8 m ,基巖為Zaj2-3、Z aj 2-2巖組灰綠色絹云母板巖夾灰白色長(zhǎng)石砂巖。巖層產(chǎn)狀，N15°20° E, SE/65°70°,板巖劈理發(fā)育，主要發(fā)育NE向、NEE向、NNW向 及NW向四組節(jié)理，面多閉合，延伸長(zhǎng)15m。強(qiáng)風(fēng)化帶下限埋深25m，廠房基礎(chǔ)持力層為 弱風(fēng)化巖體，其強(qiáng)度滿足建筑

25、物地基應(yīng)力要求。但NE及NEE向兩組緩傾角（35°36°）節(jié)理 較發(fā)育，且傾向坡外，對(duì)廠房開挖邊坡穩(wěn)定不利，建議采取加固處理措施。推薦的巖體物理力學(xué)指標(biāo)建議值：弱風(fēng)化長(zhǎng)石砂巖Rg 45 50MPa ,/巖0.6 0.65 ；弱風(fēng)化絹云母板巖Rg=120MPa , f砼/巖0.5 0.55 ；開挖坡比 i單1:0.3 1:0.5, i永久 1 : 0.5 0.75。四天然建筑材料本階段勘察按普查精度要求進(jìn)行，除對(duì)原規(guī)劃料場(chǎng)進(jìn)行復(fù)核外，重點(diǎn)對(duì)石料進(jìn)行了勘 測(cè)，共勘查儲(chǔ)量：砂礫料180.85 X 104 m3，土料77.5 X 10" m3，石料988.22 X忖m3

26、, 儲(chǔ)量基本能滿足要求。1 土料共調(diào)查了 7個(gè)料場(chǎng)，總儲(chǔ)量77.5 X 1C4 m3，均分布在團(tuán)河U級(jí)階地，為黃褐色、紅棕色 粘土、土層較密實(shí)，呈可塑硬塑狀，中 低壓縮性。料場(chǎng)分布面積大，有用層厚度34m , 無(wú)用層厚度僅0.5 m。除高標(biāo)、若水兩料場(chǎng)有少量農(nóng)田及柑桔林外，其他產(chǎn)地均為荒地，開采 條件好。除若水料場(chǎng)運(yùn)距為2.5 km較近外，其他料場(chǎng)運(yùn)距較遠(yuǎn)達(dá)1014km。各料場(chǎng)距公路較 近，運(yùn)輸方便，推薦料場(chǎng)土的物理力學(xué)指標(biāo)：天然含水量26%最優(yōu)含水量22%最大干密度1.561.60g/cm3,壓縮系數(shù)-2=0.32 MPa 1，內(nèi)摩擦角18°，凝聚力23KPa2 砂礫料共調(diào)查26個(gè)

27、料場(chǎng)，總儲(chǔ)量180.85 X104 m3，其中砂約46.39 X 1°m3，礫134.46 X 1°用,水上66.56 X 1c4 m3，水下114.29 X 10 m3，主要分布在團(tuán)河、巫水、沅水等河流。團(tuán)河的砂料場(chǎng)，礫石成分板巖較多，磨圓度較差，粗礫含量偏高，砂約占1520%砂礫石質(zhì)量較差。 巫水、沅水的砂礫料場(chǎng)，礫石成份主要為砂巖，石英砂巖等，磨園較好，含泥較少，砂約占2040%質(zhì)量較好。團(tuán)河、巫水河的料場(chǎng)單個(gè)儲(chǔ)量較小，一般13X 104 m3。水上可采厚度0.51.5 m，水下可采厚度1.52.0 m。無(wú)用層厚度00.8 m，最厚2m，開采較為方便。沅水的 料場(chǎng)單個(gè)

28、儲(chǔ)量較大，一般1030X 101，可采厚度水上：1.02.0 m ,水下：1.52.0 m?；?本沒(méi)有無(wú)用層，開采條件好。八宋、陳田、若水、胡家灣、上江西團(tuán)、下江西團(tuán)、紅廟灣、陡 灘料場(chǎng)，遠(yuǎn)距近，僅25km。其他料場(chǎng)運(yùn)距較遠(yuǎn)達(dá)9.528.5 km。除三洲、高椅料場(chǎng)不通公 路，運(yùn)輸不便外，其他料場(chǎng)距公路均較近，運(yùn)輸較方便。3 石料共調(diào)查5個(gè)料場(chǎng)，總儲(chǔ)量988.24 X 104m3。除獨(dú)巖灘料場(chǎng)為估算儲(chǔ)量外，其他四個(gè)料 場(chǎng)均實(shí)測(cè)斷面，用平行斷面法計(jì)算儲(chǔ)量。5個(gè)料場(chǎng)均位于庫(kù)內(nèi)兩岸。為 Zj2、Zaj3的厚層砂巖、含礫砂質(zhì)板巖、含礫砂巖等，弱風(fēng)化巖石較堅(jiān)硬，飽和抗壓強(qiáng)度Rg 25 50MPa。表部無(wú)用

29、層為風(fēng)化破碎巖石，厚度 020 m?？拷影哆厼槿躏L(fēng)化巖石，山坡無(wú)用層厚度較 大，開采條件較差。蘆塘等四個(gè)料場(chǎng)運(yùn)距近，小于 1km，應(yīng)優(yōu)先開采。獨(dú)巖灘料場(chǎng)遠(yuǎn)距較 遠(yuǎn)，達(dá)5.5 km,可作為備用料場(chǎng)。各料場(chǎng)均無(wú)公路相通，需修建簡(jiǎn)易公路。第四節(jié) 設(shè)計(jì)基本數(shù)據(jù)一工程開發(fā)的任務(wù)若水水電站工程開發(fā)的任務(wù)是以發(fā)電為主，兼顧防洪、旅游、生態(tài)治理等綜合利用, 它的興建將促進(jìn)會(huì)同縣工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。主要技術(shù)規(guī)范及參考資料水利水電樞紐工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)SL252-2000混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范 DL5108-1999水電站廠房設(shè)計(jì)規(guī)范SD335-89水電站進(jìn)水口設(shè)計(jì)規(guī)范 SD303-88水利水電工程可行性研究報(bào)

30、告編制規(guī)程DL5020-93水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范SD134-84水電站調(diào)壓室設(shè)計(jì)規(guī)范 DL/T5058-1996水利水電工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范 SDJ278-90水工設(shè)計(jì)手冊(cè)第七冊(cè) 三水庫(kù)特征水位、下泄流量及下游水位1下壩址正常蓄水位：192.00 m ；設(shè)計(jì)洪水位（P=2%： 193.75 m，下泄流量 Q=5220n/s，相應(yīng)下游水位193.3 m ；校核洪水位（P=0.2% : 199.4 m，下泄流量Q=8440ms，相應(yīng)下游水位198.67 m ；死 水位：191.50 m。2上壩址正常蓄水位：192.00 m ；設(shè)計(jì)洪水位（P=2%： 194.78 m，下泄流量 Q=5220n/s，相應(yīng)下游

31、水位194.15 m ； 校核洪水位（P=0.2%）: 200.24 m，下泄流量 Q=8440n/s，相應(yīng)下游水位199.34 m ； 死水位：191.50 m。四水文氣象資料見前。五工程地質(zhì)資料見前。六設(shè)計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)1穩(wěn)定控制標(biāo)準(zhǔn)（1）大壩Kc> 1.05，kz> 3.0Kc> 1.00, k 2.5基本組合（設(shè)計(jì)情況）：特殊組合（校核情況）：（2）廠房抗浮安全系數(shù)Kf > 1.10 2 應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)（1）基礎(chǔ)面不出現(xiàn)垂直拉應(yīng)力（2） 最大垂直壓應(yīng)力小于地基允許承載力（地基承載力安全系數(shù)取2）3防滲設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(1) 相對(duì)隔水層控制線：35lu0.3。(2) 壩基設(shè)帷幕、

32、排水，ai 0.5 ,第二章機(jī)電設(shè)備選擇第一節(jié)水輪機(jī)的選型水輪機(jī)選擇的基本資料裝機(jī)容量Nz 16MWHr 11.5m, H max 12.9m, H min 9.5m, Hav 12.3m水輪機(jī)型號(hào)的選擇根據(jù)設(shè)計(jì)水頭Hr 11.5m，參照金鐘元水力機(jī)械附表 1,可以有兩種選型方案， 分別為方案一（HL310型水輪機(jī)）和方案二（ZZ560型水輪機(jī)）。根據(jù)課題需要本設(shè)計(jì)中 選用方案一：HL310型水輪機(jī)。不再作機(jī)型的比較。三單機(jī)容量的選擇水電站的裝機(jī)容量等于機(jī)組臺(tái)數(shù)和單機(jī)容量的乘積。根據(jù)已確定的裝機(jī)容量，就可以 擬定可能的機(jī)組臺(tái)數(shù)方案。在選擇機(jī)組臺(tái)數(shù)時(shí)可從下列方面考慮：1 機(jī)組臺(tái)數(shù)與機(jī)電設(shè)備制造的

33、關(guān)系機(jī)組臺(tái)數(shù)增多時(shí)，機(jī)組單機(jī)容量減小，尺寸減小，因而制造及運(yùn)輸都有比較容易，這 對(duì)于制造能力和運(yùn)輸條件較差的地區(qū)是有利的。但實(shí)際上小機(jī)組單位千瓦消耗的材料多， 制造也較麻煩，故一般都希望選用較大的機(jī)組。2 機(jī)組臺(tái)數(shù)與水電站投資的關(guān)系當(dāng)選用的機(jī)組臺(tái)數(shù)較多時(shí)，不僅機(jī)組本身單位千瓦的造價(jià)高，而且隨著機(jī)組臺(tái)數(shù)的增 加。相應(yīng)的閘門、管道、調(diào)速器，輔助設(shè)備和電氣設(shè)備的套數(shù)就要增加，電氣結(jié)線也較復(fù) 雜，廠房平面尺寸也需加大，機(jī)組安裝維護(hù)的工作量也增加，因此從這些方面來(lái)看，水電 站單位千瓦的投資將隨臺(tái)數(shù)的增加而增加。但另一方面，采用小機(jī)組則廠房的起重能力、 安裝場(chǎng)地、機(jī)坑開挖量都可縮減，因此又可減小一些水電站

34、投資?？偟膩?lái)說(shuō)，機(jī)組臺(tái)數(shù)變化要引起水電站投資變化，在大多數(shù)情況下，臺(tái)數(shù)增多將增大 投資。3機(jī)組臺(tái)數(shù)與水電站運(yùn)行效率的關(guān)系機(jī)組臺(tái)數(shù)增多能夠增加水電站的電能，但當(dāng)增多到一定程度，再增多時(shí)對(duì)水電站的運(yùn) 行效率就不會(huì)有顯著的影響了。當(dāng)水電站在電力系統(tǒng)中擔(dān)任基荷工作時(shí)，選擇機(jī)組臺(tái)數(shù)少，可合水輪機(jī)在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi) 以最優(yōu)工況運(yùn)行，合水電站保持較高的平均效率。4機(jī)組臺(tái)數(shù)與水電站運(yùn)行維護(hù)工作的關(guān)系機(jī)組臺(tái)數(shù)多，單機(jī)容量小，運(yùn)行方式就比較靈活，機(jī)組發(fā)生事故后所產(chǎn)生的影響小， 檢修也較容易安排。但因運(yùn)行操作次數(shù)隨之增加，發(fā)生事故的機(jī)率增高了，同時(shí)管理人員 增多，運(yùn)行費(fèi)用也提高了。因此不宜選用過(guò)多的機(jī)組臺(tái)數(shù)。在技術(shù)經(jīng)濟(jì)條

35、件相近時(shí)，應(yīng)盡量采用機(jī)組臺(tái)數(shù)較少的方案，但為了水電站運(yùn)行的可靠 性和靈活性，一般應(yīng)不少于兩臺(tái)。故綜合考慮，采用兩臺(tái)機(jī)組，單機(jī)容量為 Nf 8MW oNf Nrf8 106 6 38.25 106W 8.25 10KW97%式中Nr水輪機(jī)的額定出力N f發(fā)電機(jī)的額定出力f發(fā)電機(jī)效率四水輪機(jī)主要參數(shù)的確定Nr9.81 Q 1 Hr - Hr1 轉(zhuǎn)輪直徑的計(jì)算式中：Nr =8.25 X 103KWDiH r =11.5 m由金鐘元水力機(jī)械附表1查得該型水輪機(jī)在限制工況下的Q1 1400L/S 1.4m3/s，=82.6% .由此可假定水輪機(jī)在該工況下的效率為 86%將以上各值代入公式得:D11 .4

36、11 .5"1.586 %8.25104.23 m選用與之接近而偏大的標(biāo)準(zhǔn)直徑D1=4.5 m .2 效率修正值的計(jì)算由附表1查得：HL310型水輪機(jī)在最優(yōu)工況下模型的最高效率M max =89.6%,模型轉(zhuǎn)輪的直徑D1M =0.39 m .則原型水輪機(jī)的最高效率maxM maxg D1M / D1110.8965 0.39/4.5=93.6%考慮到制造水平的情況，取E =1.0%,則效率修正值為:maxM max=0.936 0.896 0.01=0.03由此可求得水輪機(jī)在限制工況的效率應(yīng)為：M=0.826+0.03=0.856（與原來(lái)假定的數(shù)值相近）3 轉(zhuǎn)速的計(jì)算n ng . H

37、 av / Di式中 ni0ni0M4由附表1查得在最優(yōu)工況下的n10M =88.3 r/min ，同時(shí)由于:.max/ M max 1、0.936 / 0.8961ni0 M=0.022 v 0.03所以n1可忽略不計(jì)，則以n10M =88.3 r/min 代入上式得:n =(88.5 x 12.3)/4.5=69.0 r/min選用與之接近而偏大的同步轉(zhuǎn)速n 71.4rpm4 工作范圍的檢驗(yàn)計(jì)算在選定的D1 =4.5 m , n 71.4rpm的情況下，水輪機(jī)在最大的 Qmax和各種特征水頭下 相應(yīng)的n值分別為：在設(shè)計(jì)水頭Hr =11.5 m以額定出力N工作時(shí)，其相應(yīng)的最大單位流量為：1

38、m ax80004.511 .5 11 .50.86=1.20 < 1.4 m3/s則水輪機(jī)的最大引用流量為:QmaxQ1max Hr=1.20 x 4.5 2x、11.5 =82.41 m3/s對(duì)n1值：在設(shè)計(jì)水頭Hr =11.5 m時(shí)n1rnD1Hr71.4 4.511.594.7r / min在最大水頭Hmax=12.9m時(shí)ni min71.4 4.512.989.5r/ min在最小水頭H min =9.5 m時(shí)ni maxnD171.4 4.59.5104.2r / min在HL310型水輪機(jī)的主要綜合特性曲線圖上，分別畫出n 1max =104.2r/min ,n1min =

39、89.5 r/min的直線，由圖可見，由這兩根直線與效率線所圍成的水輪機(jī)工作范圍基本上包含了該特性曲線的高效率區(qū)， 所以對(duì)于HL310型水輪機(jī)方案，所選定參數(shù)D1=4.5 m, n = 94.7 r/min是合理的。5 運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線的繪制(1)在最大水頭Hmax至最小水頭范圍內(nèi)，選取4個(gè)水頭，計(jì)算每個(gè)水頭下的n10.5D1H Mn-inrpmD1MH式中，n原型水輪機(jī)額定轉(zhuǎn)速rpm ;D1原型水輪機(jī)標(biāo)稱直徑 m ;D1M模型水輪機(jī)直徑m ；H原型水輪機(jī)凈水頭 m ;H m模型水輪機(jī)試驗(yàn)水頭 m ;該試驗(yàn)水頭均為0.3048米。(2) 按各水頭下的m在模型綜合特性曲線上作垂直線，與導(dǎo)葉開度(為9

40、0、80各曲線上的交點(diǎn)即為相應(yīng)導(dǎo)葉開度的模型效率M ；與Omax線的交點(diǎn)即為模型水傳輸線機(jī)相應(yīng)的最大功率Nm英制馬力；按下式可求得相應(yīng)的原型水輪機(jī)最大功率 NTmax千瓦21.5Di H tNTmax 07435Nmax匸D1 MH MMTM式中，Nmax模型水輪機(jī)最大功率(英制馬力)M模型水輪機(jī)效率T原型水輪機(jī)效率效率修正值。0.03(3) 運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線的計(jì)算計(jì)算表格如表2-1所示:表2-1HL310轉(zhuǎn)輪運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線計(jì)算表轉(zhuǎn)輪型號(hào)：HL310D1=4.5 mD1M =0.39 mn 71.4rpmH r 11.5m, H max 12.9m, H min9.5m, Hav 12.3mH19.

41、5mH 211.5m0.5D1 H M小 n 1M147.6rpmD1MH 10.5D1H Mn1n 1M134.1rpmD1MH 221.5D1H1tNt 0.7435Nm D1 MH MM21.5D1H 2tNt 0.7435Nm 2D1 MH MM0 %M %T %N m hpNt kw0 %M %T %Nm hpNt kw10082.782.730.4327443.5610083.283.230.4259753.199084.484.430.4327443.519088.488.430.4259752.98808282.031.4327443.598085.685.630.425975

42、3.097079.879.830.4327443.667084.284.230.4259753.156076.876.830.4327443.776081.581.530.4259753.265071.371.330.43274445076.276.230.4259753.514063.763.730.4327444.374069.369.330.4259753.89HL310轉(zhuǎn)輪運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線計(jì)算表轉(zhuǎn)輪型號(hào)：HL310D1 =4.5 mD1M =0.39 mn71.4rpmHr11.5m, Hmax129m, H min9.5m,H av12.3mH312.3mH412.9m0.50.5D1

43、H MD1 H Mn1n 147.6rpmn1n 134.1rpmD1MH 3D1MH 421.521.5D1H 3tD1H 4tNt 0.7435NmNt 0.7435NmD1MH MMD1MH MM0 %M %T %N m hpNt kw0 %M %T %N m hpNt kw10082.982.930.42210712.2710082.782.730.4211451.069089.289.230.422107129089.689.630.4211450.748086.586.530.42210712.18087.387.330.4211450.847084.884.830.4221071

44、2.197085.985.930.4211450.916081.581.530.42210712.346081.781.730.4211451.115077.377.330.42210712.555077.777.730.4211451.334070.870.830.42210712.934071.671.630.4211451.7(4) 繪制出力限制線水輪機(jī)出力限制線7%勺出力儲(chǔ)備線，可按各水頭下水輪機(jī)最大出力的93冰得。本設(shè)計(jì)中因選用HL310型水輪機(jī)，繪制過(guò)程中因Nt差值過(guò)小，而出現(xiàn)線重合等現(xiàn)象，精 度達(dá)不到要求，故只說(shuō)明繪制方法，不對(duì)其進(jìn)行繪制。6吸出高的計(jì)算由水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)(水力

45、機(jī)械)知，對(duì)于HL310轉(zhuǎn)輪，其吸出高可按下式計(jì)算:10 900zH式中z為電站裝置系數(shù)，查得z 0.36水電站的海拔高度可由表2-2中的廠址水位與流量關(guān)系得出表2-2廠址水位流量關(guān)系曲線表高程系統(tǒng)：85黃海水位z（ m179.12180.00181.00182.00183.00184.00185.00流量q（ m/s）30263600980138018002250水位z（ m186.00187.00188.00189.00190.00190.5191.00流量q（ m/s）2730327038504480514054805830采用內(nèi)插法可得下式:180180 179.12=179.32 m

46、263 82.41263 30因此:Hs 10zH900179.32100.36 11.59005.7m取最大值Hs 5.7m根據(jù)實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，需將計(jì)算的吸出高度Hs減1m作為采用的吸出高度，汽蝕較輕微故Hs取為-6.7 m.7飛逸轉(zhuǎn)速的計(jì)算反擊式水輪機(jī)的飛逸轉(zhuǎn)速nf與水輪機(jī)凈水頭H、導(dǎo)葉開度0有關(guān)。最大飛逸轉(zhuǎn)速n f max n仃maxrPmD1式中：Hmax 最大水頭（米）6f max最大單位飛逸轉(zhuǎn)速查表知，HL310水輪機(jī)采用的n1fmax 163 rpmnf max1634.5130rpm8軸向水推力PZ的計(jì)算PzKz4D1 Hmax式中 Kz 軸向水推力系數(shù)，對(duì)于 HL310水輪機(jī)，

47、Kz 0.37 0.45,取 心 0.403 142Pz0.404.512.9 82 N4五 水輪機(jī)安裝咼程的確定對(duì)立軸混流式水輪機(jī)，安裝高程由下式確定:ZsHs式中w尾水位mHs吸出高度 b°導(dǎo)葉咼度 m查表知，D0.391,故b00.391 4.51.7595m，取 b01.76mb01.76ZswHs179.32 6.7173.5m22故機(jī)組安裝咼程為173.5 m 。第二節(jié)水輪機(jī)結(jié)構(gòu)與外型尺寸估算混流式水輪機(jī)主要由以下幾部分組成：(1) 埋入部分：包括蝸殼、座環(huán)、尾水管等；(2) 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)：包括頂蓋、底環(huán)、導(dǎo)葉和導(dǎo)葉操作機(jī)構(gòu)等;(3) 轉(zhuǎn)動(dòng)部分：包括轉(zhuǎn)輪、主軸等；(4) 導(dǎo)軸

48、承、密封裝置及其他附屬裝置。蝸殼1 斷面形式由Hr < 40 m知，應(yīng)選擇混凝土蝸殼。它的斷面為梯形斷面，有較小的水力損失和平面尺寸，便于施工。蝸殼頂角點(diǎn)和底角點(diǎn)的變化形式有直線和拋物線兩種。直線變化結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單，水力損失大；拋物線變化結(jié)構(gòu)復(fù)雜，水力損失小。為便于施工，故選用直線變化規(guī) 律。斷面形式如圖2-1所示。1.5，30 ，2151三二111L r 0ThPH 11/ fX/I-JfMl亠圖2-1蝸殼斷面圖2蝸殼的水力計(jì)算查水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)（水力機(jī)械），進(jìn)口斷面流速 Vc=2.9 m/s，故所需的進(jìn)口斷 面面積為：FcQmax3601.982.41 1803602.914.2m2蝸

49、殼計(jì)算表如表2-3所示表2-3蝸殼斷面計(jì)算表斷面序號(hào)半徑（米）面積（平方米）角度14.452.9421537.305325.055.8422974.0783 15.659.59359121.6429max6.25141.9602180蝸殼進(jìn)口斷面的具體尺寸如圖2-2所示：（單位：米）圖2-2蝸殼尺寸圖采用半圖解法求解其它斷面的面積，計(jì)算過(guò)程如圖2-3所示圖2-3蝸殼斷面計(jì)算圖同理可求出30度、60度、90度、120度、150度斷面的面積和半徑，如表2-4所示:表2-4蝸殼計(jì)算表©306090120150F23.6647.320170.980194.6402118.3002R8.328

50、814.018917.883721.811325.0426根據(jù)以上各值可畫出蝸殼平面單線如圖2-4所示:圖2-4蝸殼平面單線圖二尾水管1確定尾水管的基本尺寸根據(jù)本電站的總裝機(jī)容量（16MW為中型水電站，為了減少尾水管的開挖深度，采用彎 肘型尾水管。彎肘形尾水管是由進(jìn)口直錐段、肘管和出口擴(kuò)散段三部分組成。其大致形狀 如圖2-5所示：尾水管的基本尺寸查表4-18（金鐘元水力機(jī)械），HL310水輪機(jī)可采用Z6型標(biāo)準(zhǔn)系列如表2-5所示:表2-5尾水管標(biāo)準(zhǔn)型式與實(shí)際計(jì)算表參數(shù)D1hLBsD4h4h6L1h5標(biāo)準(zhǔn)Z61.02.54.52.741.3521.3520.671.751.31實(shí)際4.511.2520.2512.336.0846.0843.0157.8755.895尾水管高度h，指從水輪底環(huán)平面到尾水管底板的高度，是決定尾水管性能的主要參數(shù)。對(duì)高比速混流式水輪機(jī) D!D3，h 2.6D!，為了保證機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性，最低不得小于2.3D,。D3可近似取為轉(zhuǎn)輪出口直徑，此處取為 D3=4.8 m.進(jìn)口錐管的半錐角的最優(yōu)值，對(duì)混流式水輪機(jī)，取 79。此處取為90