水利水電工程畢業(yè)設(shè)計(jì)ppt版（共55頁）

1、大學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)覺木溝水電站取水樞紐設(shè)計(jì)目 錄第一章 首部樞紐設(shè)計(jì)第二章 沖砂閘設(shè)計(jì)第三章 進(jìn)水閘、引水渠道設(shè)計(jì)第四章 壓力前池設(shè)計(jì)第五章 壓力鋼管設(shè)計(jì)第六章 廠房尺寸擬定第一章 首部樞紐設(shè)計(jì)第一節(jié) 擋水壩樞紐布置第二節(jié) 溢流壩段設(shè)計(jì)第三節(jié) 非溢流壩段設(shè)計(jì)第一節(jié) 擋水壩樞紐布置1.1樞紐等級(jí)的確定 根據(jù)SL252-2000水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)，按照裝機(jī)容量大小確定本樞紐的等別。由于此樞紐的裝機(jī)容量為1400kw，故確定本樞紐的等別為?。?）型工程，由水工建筑物查得，該水利樞紐其主要建筑物為5級(jí)，次要及臨時(shí)建筑物也為5級(jí)。1.2溢流壩堰上水頭確定 由資料可得校核洪水流量為Q校150m2/

2、s，此洪水流量作為溢流能力計(jì)算依據(jù)。假設(shè)每孔尺寸寬約7m，共需3孔，中墩和邊墩厚取1m。橫縫設(shè)在每個(gè)溢流孔中間。由資料可知，溢流壩長度為25m，故單寬流量q單寬=7.143m2/s。溢流凈寬B=21m。 又由堰流公式： 即可求得設(shè)計(jì)水頭H0設(shè) =1.8m 和校核水頭H0校 =2.3m 1.3非溢流壩壩底高程及溢流堰堰頂高程確定 由地形圖資料可知，非溢流壩壩頂高程為3050m。 壩底高程=壩頂高程設(shè)計(jì)/校核洪水位安全超高溢流壩壩高，選用其中較小者。初步擬定溢流壩壩高為5m。 安全超高 壩底高程 堰頂高程 設(shè)計(jì)、校核水位 非溢流壩壩高1.4壩軸線選擇及壩型選擇 壩軸線選擇原因： 就地形而言，壩址一

3、般以選在狹窄河谷處，節(jié)省工程量； 便于取水、排沙、泄洪； 就河勢來說，壩址要選在河流順直段，靠近壩址上、下游河流如有急灣最不利 ，應(yīng)予避免； 壩型選擇原因： 從基本資料所給的壩址地址可發(fā)現(xiàn)河谷兩岸節(jié)理、裂隙發(fā)育，故不宜選擇拱壩； 泄水方式采用的是溢流壩壩頂泄水，故不宜采用土石壩； 重力壩由于結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠，對(duì)地形、地質(zhì)條件適應(yīng)性強(qiáng)，樞紐泄洪問題容易解決，便于施工導(dǎo)流，故選擇重力壩。第二節(jié) 溢流壩段設(shè)計(jì)2.1溢流壩剖面擬定（1）壩頂采用三圓弧段WES剖面，見下圖：（2）中間直線段采用0.7的坡降；（3）反弧段：半徑取 ，而 ，經(jīng)試算有： R=35m .2.2消能設(shè)計(jì) （1）消能形式： 由于該

4、水利樞紐的等別為?。?），工程所在地地基巖性較差，抗沖能力若，且水頭不高。而底流消能是在壩址下游設(shè)消力池，消力坎等，促使水流在限定范圍內(nèi)產(chǎn)生水躍，通過水流內(nèi)部的旋渦、摩擦、摻氣和撞擊消耗能量。底流消能具有流態(tài)穩(wěn)定，消能效果好，對(duì)地質(zhì)條件和尾水變幅適應(yīng)性強(qiáng)及水流霧化等優(yōu)點(diǎn)。底流消能適應(yīng)于中低壩或基巖較軟弱的河道，故決定選用底流消能。（2）消能計(jì)算 初擬消力池底板高程3040.8 m。根據(jù)下式計(jì)算共軛水深： 躍前水深 躍后水深 消力池池深 消力池池長 海曼長度 計(jì)算有：消力池池深0.97m；消力池長度為L = 15.96 m； 海漫長度 Lp = 25.0 m。第三節(jié) 非溢流壩設(shè)計(jì)3.1剖面設(shè)計(jì)

5、上游壩坡宜采用1:0.21:0，取m10；下游壩坡宜采用1:0.81:0.6，取m20.7；壩底寬度約為壩高的0.70.9倍，在這里我們?nèi)?.3m。壩頂寬擬定為3m。3.2荷載計(jì)算(1)壩體自重：(2)靜水壓力：(3)揚(yáng)壓力：見下圖，可知(4)淤沙壓力、地震壓力、波浪壓力，由于缺少具體資料，故假設(shè)為0。3.3穩(wěn)定分析 抗滑穩(wěn)定計(jì)算時(shí)以一個(gè)壩段或去單寬作為計(jì)算單元。計(jì)算公式選擇抗剪公式： 求出的K與表中的安全系數(shù)作比。設(shè)計(jì)、校核水位下的K值均大于表中安全系數(shù)，故滿足要求。荷載組合荷載組合123基本組合1.101.051.05特殊組合（1）、校核洪水情況1.051.001.00（2）、地震情況1.

6、001.001.00壩基面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K3.4應(yīng)力分析 由水工建筑物中的應(yīng)力分析公式可分別求出上下游壩基面的應(yīng)力，然后與壩基巖體容許應(yīng)力112Mpa作比。求出的應(yīng)力大小見下表： 由此可知壩體在所有計(jì)算工況下的穩(wěn)定、應(yīng)力均滿足規(guī)范要求。計(jì)算情況壩堹處壩趾處 基本組合（設(shè)計(jì)洪水位）59.980059.980100.970.44849.314100.90特殊組合（校核洪水位）48.670048.670106.84574.7952.35106.8450第二章 沖砂閘設(shè)計(jì) 由所給地質(zhì)資料可知，河床兩岸表層分布為砂壤土，為防止泥沙在進(jìn)水閘進(jìn)水口處淤積，減少泥沙被進(jìn)水閘引水時(shí)攜帶入渠，故需要在進(jìn)水口的相

7、鄰位置設(shè)置沖砂閘。為使沖砂閘有較好的沖砂效果，沖砂閘設(shè)在來水正對(duì)方向。 根據(jù)設(shè)計(jì)基本資料及泄水建筑物宣泄洪水要求，初擬沖砂閘底板高程為3040.9m，布置單孔沖砂閘，閘孔為1.50*2.00（寬*高），采用平面鋼閘門，閘孔形式采用寬頂孔口形式。2.1沖砂閘泄流能力計(jì)算 沖砂閘泄流能力根據(jù)水力學(xué)中寬頂堰型閘孔自由出流的計(jì)算公式：力 力 臂力 矩 1304.853.0003914.55 475.124.0001900.48 163.6251.133185.387 523.60.850445.06 363.8253.8001382.535 1940.44.8509410.94 116.464.000

8、-465.85 =16773.102 2.2沖砂閘下游消能計(jì)算 所給資料中因無消能防沖建筑物洪水設(shè)計(jì)重現(xiàn)期的流量資料，故沖砂閘下游消能按設(shè)計(jì)流量進(jìn)行計(jì)算。 根據(jù)地形圖，沖砂閘下游河床高程為3041.5m，初擬消力池底板高程為3040.5m。因無壩址處水位流量關(guān)系曲線，故假設(shè)在設(shè)計(jì)洪水時(shí)單孔沖砂閘下泄流量為40m3/s，下游水深為0.5m，則 根據(jù)下式計(jì)算共軛水深： 躍前水深 躍后水深 消力池池深 消力池池長 海曼長度 計(jì)算有：消力池池深1.15m；消力池長度為L = 19. 38m； 海漫長度 Lp = 35.0 m。2.3沖砂閘閘頂高程計(jì)算 由水閘設(shè)計(jì)規(guī)范查的，閘頂高程為正常蓄水位、設(shè)計(jì)洪水

9、位、校核洪水位加相應(yīng)安全超高中的最大值。由于該水閘為5級(jí)建筑物，故安全超高在擋水時(shí)取0.3m，泄水時(shí)取0.4m，由此計(jì)算，閘頂高程確定為 。第三章 進(jìn)水閘、引水渠道設(shè)計(jì)3.1進(jìn)水閘尺寸擬定 選擇閘址，應(yīng)避免在河道急流或靠近急彎處。計(jì)劃的閘孔軸線應(yīng)能使水流順暢，避免因水流改變方向以致發(fā)生一側(cè)沖刷，而另一側(cè)又有淤積現(xiàn)象。 由于沖砂閘底板高程為3040.9m，故初擬定進(jìn)水閘底板高程為3041.5m，比沖砂閘底板高0.6m。閘孔寬度可由公式 計(jì)算求得： ，取1.5m。閘孔高度可由公式 計(jì)算求得： ， 取3.2進(jìn)水閘下游消能計(jì)算根據(jù)下式計(jì)算共軛水深： 躍前水深 躍后水深 消力池池深 消力池池長 計(jì)算有：

10、消力池池深1.10m；消力池長度為L = 15.62 m3.3引水渠道假定（1）結(jié)合本工程的地形、地質(zhì)，施工、運(yùn)行及樞紐總體布置等條件，引水渠沿半山建筑；從工程量及安全運(yùn)行等方面考慮，選用非自動(dòng)調(diào)節(jié)渠道。（2）由于八一鎮(zhèn)附近山谷冬季較冷，根據(jù)地質(zhì)資料建議，渠道縱坡選定為1/750，以防止在冬季最冷期零下20渠道凍結(jié)。（3）結(jié)合本工程的地形、地質(zhì)條件，以及參考資料，本引水渠道采用明渠布置形式。（4）由于本設(shè)計(jì)的渠道布置形式為非自動(dòng)調(diào)節(jié)渠道，所以需要設(shè)置工作閘門和檢修閘門。（5）根據(jù)SL/T205-97水電站引水渠道及前池設(shè)計(jì)規(guī)范，由于本電站水工建筑物級(jí)別5級(jí)，故渠道的設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為10年，校核洪

11、水標(biāo)準(zhǔn)為30年。3.4引水渠道橫斷面設(shè)計(jì) 由試算法求出渠道正常水位： 則渠道橫斷面尺寸為：底寬 ，水深 ，安全超高查小水電站上冊(cè)可知當(dāng) 時(shí)， 。渠道橫斷面圖見后附圖。 3.5校核渠道流速 正常水深為1.7m 對(duì)應(yīng)過水面積為2.55m2 ，則渠道內(nèi)流速 。 由渠道水深h=1.7，查小型水電站上冊(cè)可知，本設(shè)計(jì)中渠道的最大不沖流速 ，可知，不於流速 ， ，即計(jì)算流速在允許范圍內(nèi)，滿足不沖不於的要求。3.6渠底高程及斷面其他尺寸 渠道末端正常高程=渠道進(jìn)口底高程-渠道縱坡渠道長 渠堤頂寬應(yīng)考慮管理維修方便，可以行人和通過手推車，設(shè)計(jì)可參考表10-4取1m作為馬道。 渠道上方邊坡較陡、考慮降水量大時(shí)對(duì)渠

12、道的破壞，在馬到靠山坡的一邊，挖截水溝，橫截面為30cm*30cm的矩形。3.7渠道伸縮縫 渠道橫縫的作用是減少和防止基礎(chǔ)不均勻沉降和混凝土伸縮帶來的影響，其間距為1020，寒冷地區(qū)宜取小值，在本次設(shè)計(jì)中，間距取10.00m，縫內(nèi)防滲采用橡膠型止水，填充物采用瀝青木板。第四章 壓力前池4.1前池布置說明 根據(jù)本工程的地形、地質(zhì)條件，前池采用正面進(jìn)水，側(cè)面溢流的布置形式，其布置見平面總布置圖。由公式: 則： （4）進(jìn)水室正常水位 由公式： 則進(jìn)水室正常水位為 。 4.2前池控制水位（1）前室正常水位 前室正常水位近似的認(rèn)為等于渠道末端正常水位(2)前室內(nèi)最低水位 由公式： 計(jì)算得： 由公式： 故

13、：初步擬定前室內(nèi)最低水位3041.02m。（3）前室內(nèi)最高水位 4.3前池各部分尺寸4.3.1進(jìn)水室（1）寬度 則： 。（2）長度 小型水電站常取25m，本次設(shè)計(jì)中進(jìn)水室長度取為3m。4.3.2前室 （1）寬度 由公式： 本設(shè)計(jì)前室凈寬取10.00m。 （2）長度 由公式： 本設(shè)計(jì)前室長度取為26.00m。4.3.3壓力管管頂高程 由公式： 取為3040.00m。4.3.4進(jìn)水室底板高程 可由公式： 。 4.3.5前室末端底板高程 4.3.6前池頂高程 4.4構(gòu)造設(shè)計(jì)4.4.1邊墻進(jìn)水室外邊墻高度 取2.00m。 前室外邊墻高度 取3.00m.4.4.2壓力墻（1）壓力墻的構(gòu)造 壓力墻采用水泥

14、砂漿砌石筑成，并在臨水一側(cè)用水泥砂漿抹面。（2）壓力墻抗滑穩(wěn)定性計(jì)算 、垂直方向力為壓力墻自重標(biāo)準(zhǔn)值：w=579.04KN 設(shè)計(jì)值：w=579.04KN、水平方向?yàn)殪o水壓力標(biāo)準(zhǔn)值：p=47.07KN 設(shè)計(jì)值：p=47.07KN、抗滑穩(wěn)定系數(shù) 即，滿足抗滑穩(wěn)定要求。4.4.3溢流堰溢流堰采用實(shí)用堰， 溢流堰前沿長度可由公式 4.4.4沖砂孔 沖沙孔設(shè)在前池末端底部，高程為3040.60m。4.4.5通氣孔通氣孔設(shè)在閘門后面的壓力水管上，通氣孔采用鑄鐵管,通氣孔直徑0.3m。4.4.6工作閘門工作閘門采用平面鋼閘門，設(shè)置在緊貼壓力水管進(jìn)口處。平面尺寸圖如下所示：4.4.7攔污柵攔污柵采用竹木混合物

15、，設(shè)置在進(jìn)水室前。攔污柵高=3.06m攔污柵寬=3.20m。第五章 壓力鋼管第一節(jié) 壓力水管第二節(jié) 鎮(zhèn)墩、支墩第一節(jié) 壓力鋼管5.1.1 壓力水管的類型 由于該水利樞紐為一高水頭小流量引水式水利樞紐，其水頭遠(yuǎn)大于50m，故不宜采用鋼筋混凝土管，木管更加不宜使用。擬定此水利樞紐的壓力水管為露天式鋼管。5.1.2壓力水管的布置方式由設(shè)計(jì)資料，我們知道該水電站裝機(jī)容量為2臺(tái)700kw機(jī)組，共1400kw。水輪機(jī)設(shè)計(jì)流量為4m3/s，單機(jī)流量為2 m3/s。故宜采用結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行方便可靠的單獨(dú)供水方式。5.1.3 壓力水管的管坡設(shè)計(jì)根據(jù)地形資料建議，考慮邊坡穩(wěn)定性因素，壓力水管管坡設(shè)計(jì)小于350 。本

16、次設(shè)計(jì)中，管坡設(shè)計(jì)為300 。5.1.4 壓力水管經(jīng)濟(jì)直徑選擇對(duì)于小型水電站，壓力水管的直徑D選擇，可參考下面的經(jīng)驗(yàn)公式作初步估算： 計(jì)算求得：D=0.974m , 取 D=1.0m 5.1.5 壓力水管的管壁厚度管壁最小厚度不宜小于下式的計(jì)算值，也不應(yīng)小于6mm。計(jì)算求得：為安全起見,還應(yīng)加2mm的銹蝕及安全磨損量，故壓力鋼管管壁厚度設(shè)計(jì)為8mm。 5.1.6 水頭損失計(jì)算 水流經(jīng)輸水道鎖產(chǎn)生的水頭損失，按其性質(zhì)分為沿程損失和局部損失，則總水頭損失 為（1）沿程水頭損失計(jì)算鋼管沿程水頭損失計(jì)算采用如下公式：計(jì)算求得： 由于水流狀態(tài)的改變及形成旋流等而消耗部分能量,即為局部損失。它集中于很短流

17、段上，通常假定集中于局部斷面上。壓力管局部損失一般按下式計(jì)算：（2）局部損失計(jì)算 a、攔污柵局部損失 攔污柵局部損失計(jì)算如下： 攔污柵局部損失系數(shù)，可由下式計(jì)算：經(jīng)計(jì)算有：b、進(jìn)口局部損失代入局部損失計(jì)算公式有：c、閥門局部損失故每道門槽的水頭損失可按下式計(jì)算： （1）水錘波的傳播速度a =0.0408m所以：d、出口處局部損失發(fā)電水流以一定的流速泄向下游，將部分能量以動(dòng)能形式損失掉。 一般，出口局部損失系數(shù) 則：計(jì)算求得：綜合上述計(jì)算可知，5.1.7 水錘壓力計(jì)算鋼管的水錘波傳播速度可按下式計(jì)算 計(jì)算=930m/s。 （2）水錘壓力形式的判別。為了計(jì)算水錘壓力，首先要判別是直接水錘或是間接水

18、錘以及間接水錘的形式，不同的形式各有其不同的水錘壓力。由下式可算出水錘波在水管中來回傳播一次所需的時(shí)間：由以上計(jì)算可知（3）水錘壓力計(jì)算水錘壓力相對(duì)值計(jì)算公式有：計(jì)算得，故壓力鋼管末端水錘壓力升高的絕對(duì)值為由此可知，壓力鋼管末端最大設(shè)計(jì)水頭為：5.1.8壓力鋼管強(qiáng)度校核 由強(qiáng)度校核公式： 經(jīng)計(jì)算， mm8mm故設(shè)計(jì)的鋼管管壁厚度滿足要求。5.1.9壓力鋼管穩(wěn)定校核 必須對(duì)管壁的穩(wěn)定性校核計(jì)算。保證鋼管不喪失穩(wěn)定性的條件是：經(jīng)計(jì)算求得：故管壁厚度滿足強(qiáng)度要求。 5.2.1 鎮(zhèn)墩對(duì)于小型水電站的鎮(zhèn)墩，一般均將壓力水管埋入墩內(nèi)。故此次也設(shè)計(jì)為埋填式鎮(zhèn)墩（見下圖）。鎮(zhèn)墩采用水泥漿砌石塊，初步擬定鎮(zhèn)墩尺

19、寸如圖所示：則擬定的鎮(zhèn)墩總重量第二節(jié) 鎮(zhèn)墩、支墩5.2.2支墩 支墩材料采用水泥砂漿砌石塊或混凝土。為阻止水管有垂直于管軸線方向的移動(dòng)和防止水管斷面在充水和放水時(shí)變形，支墩的支承面應(yīng)包圍水管一定的角度， 一般采用 的包角，此設(shè)計(jì)中取。為了檢修方便，管底離地面至少應(yīng)有30cm。（1）作用在支墩上的力由小型水電站表11-8可知作用在鎮(zhèn)墩上各個(gè)力的計(jì)算公式。a、管重在垂直軸線的分力經(jīng)計(jì)算求得， b、管中水重在垂直軸線的分力經(jīng)計(jì)算求得：c、溫度變化時(shí)，傳給支墩的摩擦力經(jīng)計(jì)算求得：支墩自重初步擬定支墩尺寸為如圖所示則擬定的支墩墩總重量分解總作用力為水平分力和垂直分力以支墩頂面的中點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，取水平軸為

20、X軸，順?biāo)鞣较驗(yàn)檎?；垂直軸為Y軸，以向下為正。各力在X軸上的水平分力為：計(jì)算求得：計(jì)算求得：3）校核支墩抗滑穩(wěn)定支墩抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)：計(jì)算求得：故支墩的抗滑穩(wěn)定是滿足要求的。第六章 廠房尺寸擬定6.1水輪機(jī)型號(hào)的選擇由已知資料：本設(shè)計(jì)水頭H=50M，設(shè)置兩臺(tái)機(jī)組，單機(jī)容量N=700kw，單機(jī)流量 ，保證出力 （在保證率條件下）等參數(shù)，根據(jù)查閱參考資料可知該水電站為小型水電站。規(guī)模較小，因此采用臥軸混流式水輪機(jī)。初步擬定水輪機(jī)機(jī)組為： ， 水輪機(jī)在最優(yōu)工況下，單機(jī)轉(zhuǎn)速 ，效率91% ，汽蝕系數(shù)0.133。6.2 尾水渠 6.2.1尾水渠斷面尺寸及水深的計(jì)算 尾水渠采用混凝土矩形斷面，底坡取 ，

21、試算水深及底寬。由于流量 （兩臺(tái)機(jī)組同時(shí)工作時(shí)）， （一臺(tái)機(jī)組工作時(shí)）因此規(guī)模較小，擬定底寬 . 由廠房。 由廠房處地質(zhì)地形條件查閱可知粗糙率n=0.015，查表 ，當(dāng) 時(shí) 由公式： 計(jì)算 當(dāng)兩臺(tái)機(jī)組正常工作時(shí)： ， 則 1）假定 h=0.5m，查附錄，表2，當(dāng)n=0.015，R=0.417m 時(shí)，流速系數(shù) c取 57.20 由此驗(yàn)算： 與已知 不符，重新計(jì)算。 2）、假定 ，查附錄知： 則 與已知 很相近，故尾水渠道正常水深 校核流速是否在允許范圍內(nèi)： 查附錄表1，對(duì)于漿砌堅(jiān)硬塊石最大允許不沖流速為 查小型水電站 上冊(cè)表103，不淤流速為 ，因此符合設(shè)計(jì)要求。 綜上試計(jì)算結(jié)果，可知尾水渠的正常水深 ， 最低水深 .6.2.2尾水渠特征水位的確定 （1）尾水渠正常水位 前池正常水位高程為 ，引水系統(tǒng)水頭損失為 ，設(shè)計(jì)水頭為 50m，推求 水渠正常水位高程： 設(shè)計(jì)取正常尾水位為 。 （2）尾水渠最低水位為 (3)根據(jù)正常尾水位 ,尾水渠底板高程為 。6.2.3尾水渠防滲措施 渠道一般都存在不同程度的滲漏。滲漏不僅減少了渠道的輸水量，而且影響渠道邊坡的穩(wěn)定。其防滲措施一般采用混凝土襯砌。襯砌不僅減少了渠道的滲漏損失，還可