水電站課程設計任務及指導書

1、水電站課程設計任務及指導書一、設計題目某水電站壓力管道結構設計二、課程設計的目的鞏固加深所學的理論知識，培養(yǎng)學生運用理論知識和技術資料，分析、解決實際問題的能力。三、課程設計的時間1周(005年3月1日5日)四、基本資料某水電站地面壓力管道布置型式如圖所示。已知鋼管直徑D=2m，末跨中心斷面的計算水頭(包括水擊壓力)為56.25m，支座斷面的計算水頭為49.08m，伸縮節(jié)斷面的計算水頭為7.89m，支承環(huán)間距16m，計算段上下鎮(zhèn)墩間距64m，鋼管軸線與水平面傾角為44°，伸縮節(jié)距上鎮(zhèn)墩2m，伸縮節(jié)內(nèi)止水填料長度b=30cm，填料與管壁摩擦系數(shù)為0.3，支承環(huán)的摩擦系數(shù)為0.1，鋼管采

2、用A3鋼。下鎮(zhèn)墩的上游端管中心的計算水頭為63.4m，鎮(zhèn)墩下游端和下游伸縮節(jié)中心計算水頭近似相等，取為66.1m，鎮(zhèn)墩下游端伸縮節(jié)的水平鋼管長度為5.0m ，管內(nèi)流速為5m/s，鎮(zhèn)墩為混凝土結構。五、設計任務1.確定剛性環(huán)間距；2.按正常運行情況基本荷載組合工況，對最后一跨的四個斷面進行結構分析；3.按正常運行工況設計下鎮(zhèn)墩。六、設計步驟及指導1確定壓力管道厚度(全長采用一個厚度)，要求確定管壁計算厚度和結構厚度；2. 設計壓力管道的剛性環(huán)的間距(1) 校核光滑管的穩(wěn)定性；(2) 設計剛性環(huán)的間距及尺寸；(3) 設計支承環(huán)的尺寸；3. 對最后一跨的四個斷面進行結構分析(1) 受力分析：按正常運

3、行情況的基本組合計算不同斷面徑向力、法向力和軸向力；(2) 應力計算及強度校核；(3) 抗外壓穩(wěn)定分析(包括管壁和支承環(huán)抗外壓穩(wěn)定分析) ； 4.鎮(zhèn)墩設計鎮(zhèn)墩設計內(nèi)容包括抗滑穩(wěn)定計算，地基應力校核和尺寸設計。計算步驟如下:(1) 按計算工況計算作用在鎮(zhèn)墩上的力；(2) 選定抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)(K一般取1.52.0)和鎮(zhèn)墩與地基的摩擦系數(shù)f，求出鎮(zhèn)墩抗滑穩(wěn)定需要的重量G；(3) 根據(jù)G計算鎮(zhèn)墩的體積，進行結構布置，確定鎮(zhèn)尺寸，并復核地基應力，使之滿足地基允許承載力。如果不能滿足，重新調(diào)整鎮(zhèn)墩的形狀及尺寸，直到滿足為止。七、設計成果1計算說明書一份2設計圖：鎮(zhèn)墩結構圖八、參考資料1壓力鋼管設計規(guī)范

4、2水電站設計參考資料(2) 水電站廠房設計一. 原始資料及設計條件1. 電站的一般概況本電站為一壩后式水電站，電站廠房位于河流左岸，該電站水庫具有日調(diào)節(jié)性能，總庫容2.2×108m3，有效庫容0.07×108m3，但具有年調(diào)節(jié)性能的上一級水電站與本電站聯(lián)合使用，故本電站分擔系統(tǒng)尖峰負荷。本電站樞紐中，主要有擋水壩，溢流壩和壩后式廠房三部分，其中溢流壩布置在右岸，左岸為擋水壩及廠房(見圖1)。圖1 電站樞紐布置圖電站廠房前為混凝土寬縫重力壩，壩體縫寬為4.0m，最大壩高為55.0m，壩下游坡為1:0.7，機組進水口底坎高程為1600.0m，進水口漸變段后為壩內(nèi)埋藏式壓力引水管

5、，其直徑為5.63m，管軸線平行于下游壩坡(見圖2)。該工程以發(fā)電為主，初步設計時確定該電站裝機17.6×104kW，年發(fā)電量為22.8×108kw.h，其年利用小時數(shù)為5180h。根據(jù)電站裝機容量確定為二級建筑物設計。該河含沙量較大，多年平均輸沙量為0.76×108t，年平均含沙量為3.1kg/m3，其中大部分是對水輪機起磨損作用的堅硬礦物。圖2 電站引水系統(tǒng)布置圖2. 上游庫水位(1). 校核洪水位(P=0.1%)：1621.4m(2). 設計洪水位(P=0.5%)：1620.8m(3). 正常高水位： 1619.0m(4). 死水位： 1618.5m3. 下

6、游尾水位：(1). 校核洪水尾水位(P=0.1%)：1585.45m(2). 設計洪水尾水位(P=0.5%)：1585.13m(3). 正常高尾水位(Q=1400m3/s)：1581.20m(4). 最低尾水位(Q=140m3/s)：1579.8m4. 電站水頭(1). 最大工作水頭：39.5m(2). 最小工作水頭：35.5m(3). 平均水頭：39.0m(4). 設計水頭： 38.0m5. 氣象資料該電站壩址以上部分屬大陸性氣候，受內(nèi)蒙古高原氣壓控制。(1). 溫度：絕對最高氣溫 43.0，絕對最低氣溫 -20.3(2). 最大風速：25m/s，多年平均風速：14m/s(3). 年平均降水

7、量： 249.2mm(4). 年平均蒸發(fā)量：1572.9mm6. 地質(zhì)條件壩址附近地質(zhì)條件較好，巖石堅硬，摩擦系數(shù)f=0.60.65，地震等級：八級電站廠房位于河流左岸，其下部靠河岸處基巖侵蝕面高程1579m，下覆卵礫石厚12m，黃土厚23m，而靠河床一側，基巖侵蝕面高程15771578m，無覆蓋層. 因建筑物結構要求，靠岸側基巖最大開挖深度達26m，靠河床處基巖開挖深度913m.7. 對外交通左岸有上壩公路與對外的交通公路相通. 另外，沿河流左岸，廠房以標準軌鐵路與國家的鐵路網(wǎng)接軌。8. 電站的供電對象該電站建成后全部投入110kV電力系統(tǒng)運行，主要供電對象為新城，紅古城及大川等工業(yè)負荷及某

8、市市政，農(nóng)業(yè)用電，其中新城用戶要求供電可靠性很高，90%以上為一級負荷. 電站距新城及紅古城均為30km，距大川約8km。9. 主要機電設備機組臺數(shù)：4臺水輪機型號：HL240-LJ-410，其氣蝕系數(shù)為0.201發(fā)電機型號：TS 900/135-56，傘式發(fā)電機組數(shù)據(jù)：容量：53000kVA， 45000kW， 額定轉速 n0=107r/min飛逸轉速：235r/min 輸出電壓：10500V輸出電流：2920A 轉子重：206t定子重：109t 總重量：520tcos =0.85， =97.19%GD2=1150t-m2 變壓器：2臺機組共用一臺變壓器，其型號為：SF-106000/110

9、，即三相油浸風冷雙線圈銅線圈變壓器，其總重156.5t，器身重80t，油箱附件重37t，油重39.5t，運輸重量109.34t。調(diào)速器：型號：T-100 重量： 5T油壓裝置：型號：YS-4二. 主要設備的尺寸1. 發(fā)電機各部分尺寸見圖3，其中轉子直徑為772cm。圖3 發(fā)電機尺寸，單位：cm2. 導水機構座環(huán)立柱高 b0=1.5m 導水機構直徑 D0=475cm 座環(huán)外直徑 Da=6.3m 座環(huán)內(nèi)直徑 Db=5.45m座環(huán)立柱數(shù) 12個 導水葉數(shù) 24個3. 蝸殼取其包角為345°，可以計算出其各部位的尺寸如圖4。圖4 蝸殼尺寸圖，單位：cm4. 尾水管采用4H型彎肘形尾水管，其尺

10、寸根據(jù)水輪機轉輪標稱直徑D1確定。5. 變壓器最大外型尺寸為： 長5800mm，寬2494mm，高3890mm。6. 調(diào)速器高度：1.9m， 平面尺寸：0.8×0.8m 7. 油壓裝置外徑：D=1336mm， 基礎架外徑：1670mm， 總高 4160mm，桶高：3237mm， 油箱長度： 1916mm， 油箱寬度：1900mm，油箱體高1440mm， 油箱總高： 2435mm。8. 轉輪尺寸水輪機轉輪外形尺寸由轉輪標稱直徑D1確定，當D1=1.0m時，各部分之間的尺寸比例如圖5。圖5 HL240型水輪機轉輪流道尺寸圖三. 廠房建筑物廠房建筑設計可參考使用定型設計與建筑設計手冊。以下

11、是根據(jù)有關資料摘錄的部分構件尺寸，供使用參考。由于廠房設計中涉及很多有關設備與建筑的資料，下面列出的資料是很不全面的。(一). 常用木門窗尺寸.1. 常用木窗尺寸寬高1.0m1.2m1.5m1.8m2.1m1.0m1.2m1.5m1.8m2.1m2.4m2. 常用木門尺寸 寬高0.7m0.80.91.31.51.82.73.01.95m/2.40m/2.70m/3.00m/注：(1) “/”表示不常用尺寸，“”表示常用尺寸。(2) 在材料可能情況下，門洞口高、寬大于2.4m時，應盡量采用鋼木大門為宜。(二). 主廠房屋面結構主廠房的屋面結構一般采用鋼筋混凝土予制構件，以節(jié)省模板。常用的是薄腹屋

12、面梁，其上部為大型予制屋面板，見圖6。 圖6. 薄腹屋面梁和予制屋面板屋面梁尺寸 (單位：cm)型號LH1H2h1h2B1B2SL-9895593912121830SL-121195895312142030SL-151495896614162240SL-1817951098016182440預應力予制槽形屋面板結構尺寸：斷面尺寸如圖7，也可用于非預應力施工條件。板的跨度為5m，(一般可用于46m跨度)。屋面的防水層和保溫層可采用圖8所示的結構，保溫材料可采用爐渣或珍珠巖粉等，厚度由當?shù)貧鉁貤l件決定。 圖7 預應力預制槽形屋面板 圖8 屋面結構圖9 吊車粱結構(三). 吊車梁及吊車柱在初步設計時

13、粱和柱的尺寸可參考如下經(jīng)驗數(shù)值估計。1.吊車梁吊車梁的斷面圖如圖9。圖10 吊車柱(cm)非預應力的T形截面吊車梁，其截面高度一般約為跨度的1/71/10，梁肋寬為梁高的1/31/4，一般取為2040cm，翼板厚度常取為粱高的1/61/10，但不小于10cm. 翼板寬度除考慮受力條件外，還應有足夠尺寸以布置鋼軌及埋置錨固鋼軌的附件，一般不小于35cm。2.吊車柱水電站廠房中現(xiàn)澆的吊車立柱大多采用矩形截面，當?shù)踯嚻鹬啬芰υ?0t以上時，下柱截面高度h不小于H2/12H2/14，截面寬度b不小于H2/25(在此，H2為下柱高度，一般要求b40cm. 例如，有的工程設計中，吊車荷載為100t時，下柱

14、截面取為50×100cm。預制柱與大塊混凝土基礎的連接，如圖10所示，柱子插入基礎的深度H1可考慮為：H1h，H12d H10.05H(d為柱子縱筋直徑)基礎的杯口內(nèi)面在施工時必須拉毛，安裝時杯底及四周均用不小于200號的細石混凝土澆灌。(四). 墻磚砌體的厚度規(guī)定為24，37或49cm，采用的結構厚度參照結構要求。(五).廠房抗震結構要求見工業(yè)與民用建筑抗震設計規(guī)范TJ-11-74(試用)。四. 起重機1. 額定起重量起重機允許起吊的最大部件重量和取物裝置(如平衡粱，專用吊具等)自重之和稱為額定起重量。水電站主廠房起重機的額定起重量，一般決定于發(fā)電機轉子重量，有時還要考慮起吊主變壓

15、器的要求，水電站裝機超過四臺，建議采用兩臺起重量相等的起重機，每臺起重機的額定起重量為最大起重件，平衡梁和吊具重量之和的一半。預計起重量時平衡梁和吊具的重量一般可按照增加10-12%的最大起重量件的重量來考慮. 采用兩臺起重機可以提高機動性，特別是在同時安裝數(shù)臺機組時，可以加快安裝進度。2. 跨度起重機兩端車輪中心線間的距離稱為起重機的跨度. 起重機的跨度已列為國家標準，它由廠房跨度決定. 規(guī)程中規(guī)定：“起重機跨度按每隔0.5m選定”，以滿足水電站廠房寬度不一定符合標準要求。3. 起升高度吊具上極限位置與下極限位置之間的距離稱為起升高度。在水電站中根據(jù)主鉤吊運水輪機轉輪帶軸或發(fā)電機轉子帶軸所必

16、須的高度來確定上極限位置，主鉤的下極限位置要滿足從機坑內(nèi)(或水輪機進水主閥吊孔內(nèi))將水輪機轉輪帶軸或發(fā)電機轉子帶軸(或主閥)分別吊運至檢修場地.如果主鉤只用于吊裝發(fā)電機部分，則主鉤的下極限位置采用等于地板的高程。付鉤的下極限位置，應保證水輪機轉輪及埋設部件的安裝和檢修，可定為與水輪機的頂蓋高程相同。國內(nèi)起重機械廠生產(chǎn)的2×50450t門式起重機的基本參數(shù)和主要尺寸等有關資料可參考有關資料。4.特制吊車鋼軌特制吊車鋼軌規(guī)格，其主要尺寸和重量見下表，符號見圖11.圖11 特制吊車鋼軌鋼軌主要尺寸和重量(mm)型號bb1b2shh1h2RR1R2rr1r2QU707076.51202812

17、032.5244002338661.5QU8080871303213035264002644861.5QU1001001081503815040304503050882QU1201201291704417045355003456882四.設計要求1. 計算水輪機安裝高程。2. 繪制蝸殼和尾水管單線圖。3. 確定廠房輪廓尺寸，包括長度，寬度和高度，確定各層高程。4. 根據(jù)起重量和寬度，確定橋吊型號。5. 劃分一，二期混凝土。6. 主廠房的結構布置設計及廠房內(nèi)各種設備的布置。7. 副廠房的布置設計。8. 廠內(nèi)交通設計。9. 繪制出廠房橫剖面圖，發(fā)電機層和水輪機層平面圖。10. 提交設計說明計算書一份。五. 建議步驟1. 孰悉資料，復習教材第七章。2. 根據(jù)蝸殼和尾水管等結構，確定下部塊體結構最小尺寸。3. 繪制廠房橫剖面圖。 (1). 計算水輪機安裝高程，確定機組軸線。 (2). 繪出水輪機，蝸殼，尾水管和發(fā)電機。 (3). 確定水輪機層高程和發(fā)電機層樓板高程。 (4). 確定橋吊型號。 (5). 確定橋吊軌面高程，廠房高度及寬度。 (6).劃分一，二期混凝土，確定尾水管，蝸殼和機墩等結構尺寸。 (7). 確定尾水管閘門的起閉方式。4. 繪制廠房發(fā)電機層