水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計 的計算書

1、水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計第一章樞紐布置-3-第二章重力壩擋水壩段設(shè)計-4-21剖面設(shè)計-4-211壩頂高程-5-212壩頂寬度-6-213廊道的布置-6-214剖面形態(tài)-6-22壩體穩(wěn)定分析和應力校核-7-221設(shè)計蓄水位時（一臺機組滿發(fā)）-7-222設(shè)計洪水位時-10-22校核洪水位時-13-第三章重力壩溢流壩段設(shè)計-15-31溢流壩段空口尺寸擬定-15-32溢流壩段剖面設(shè)計-16-321堰頂高程-17-322堰面曲線-17-323上游曲線-17-324反弧段半徑的確定-17-33壩體穩(wěn)定分析和應力校核-18-331設(shè)計蓄水位時（一臺機組滿發(fā)）-18-332設(shè)計洪水位時-21-333校核洪水

2、位時-23-第四章消能建筑物設(shè)計-26-41戽角-27-42反弧半徑-27-43戽底高程和戽池長度-27-44戽坎高度-27-45尾坎-27-第五章水電站建筑物設(shè)計-28-51特征水頭的選擇-28-52水電站水輪機組的選型-31-5ZZ460水輪機方案的主要參數(shù)選擇-31-ZZ560水輪機方案的主要參數(shù)選擇-34-HL310型水輪機方案的主要參數(shù)選擇-37-53蝸殼和尾水管的計算-41-54發(fā)電機的選擇與尺寸估算-43-541水輪機發(fā)電機主要尺寸估算-43-542發(fā)電機外形平面尺寸估算-44-543發(fā)電機外形軸向尺寸計算-45-1-沙溪口水電站設(shè)計及發(fā)電機層樓板設(shè)計-544發(fā)電機重量估算-45

3、-545水輪機重量估算-46-546變壓器選擇及布置-46-55調(diào)速器與油壓裝置的選擇-46-551調(diào)速功計算-47-552接力器的選擇-47-553調(diào)速器的選擇-48-554油壓裝置-49-56廠房起吊設(shè)備的選擇-49-57主廠房各層高程及長寬尺寸的確定-50-571水輪機組安裝高程-50-572尾水管地板高程和廠房基礎(chǔ)開挖高程-51-573水輪機層地面高程-51-574發(fā)電機樓板高程和安裝場高程-51-575吊車梁軌頂高程-52-576屋頂面高程-52-577廠房總高-52-578主廠房平面尺寸的設(shè)計-52-58水電站副廠房布置-53-581位置的確定-53-582高程及平面尺寸的確定-5

4、3-592攔污系統(tǒng)設(shè)計-54-59水電站廠房的穩(wěn)定計算-56-591正常水位運行工況-56-591校核洪水運行工況-58-592機組大修工況-59-第六章專題發(fā)電機層樓板結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算-61-61設(shè)計資料-61-62設(shè)計依據(jù)-61-641梁格布置-62-642各構(gòu)件截面尺寸初估-63-64板的計算-64-641荷載計算-64-642S1區(qū)樓板計算-65-643S3區(qū)樓板計算-68-644S4區(qū)樓板計算-70-645S6區(qū)樓板計算-71-646雙向板另一方向計算-73-647S2、S5、S7區(qū)樓板配筋-74-65非框架梁的計算-74-651L1梁計算-74-652L4梁計算-77-2-水利水電工

5、程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計-653L5梁計算-79-654L8次梁計算-82-655其余非框架梁配筋-84-656非框架梁裂縫寬度驗算-84-657非框架梁撓度驗算-85-66框架梁的計算-86-661KL1梁計算-86-662KL2梁計算-91-664KL6次梁計算-96-665其余框架梁配筋-98-666框架梁裂縫寬度驗算-98-667框架梁撓度驗算-99-68構(gòu)造配筋設(shè)計-100-681分布鋼筋-100-682箍筋-100-683腰筋及拉筋-101-684鋼筋支座錨固長度-101-685分離式配筋-101-686板與主梁及風罩間附加鋼筋-101-687小次梁配筋-102-688主次梁間附加鋼筋-10

6、2-第一章樞紐布置由沙溪口的水文地質(zhì)資料可知，壩址位置設(shè)計洪水位88.00m，對應下游水位可由下泄流量在流量與下游水位關(guān)系曲線查得80.00m,水頭為8.00m。校核洪水位88.50m,同理可查得下游水位81.00m，水頭為7.50m，汛期限制水位85.50m，設(shè)計低水位82.00m。本電站水頭不高，水深較小，水頭在20m左右，水深不足40m，初步設(shè)計選擇采用河床式廠房發(fā)電；洪水期下泄流量較大，河床較寬，可以選擇溢流壩表孔泄洪；兩岸山體不高，地質(zhì)狀況一般，選擇重力壩擋水；考慮通航過木過竹需要，設(shè)置較高通航能力的船閘?？紤]河床式水電站樞紐布置特點，為保證洪水季節(jié)泄水安全迅速，保證水流流態(tài)平穩(wěn)，防

7、止產(chǎn)生回流，初步將泄水建筑物即溢流壩布置在河床中間。經(jīng)綜合分析，確定了().左岸船閘河床中部溢流壩右岸廠房布置方案，和().左岸廠房河床中部溢流壩右岸船閘布置方案進行比選。().左岸船閘中部溢流壩右岸廠房布置方案考慮主河槽位于左河床靠近左-3-沙溪口水電站設(shè)計及發(fā)電機層樓板設(shè)計岸3050m之間，開挖至弱風化巖層需至48.00m高程左右，初步設(shè)計布置船閘易于通航需求；沿壩軸線自此至右岸500600m之間，開挖至弱風化巖層需至57.00m高程左右，初步設(shè)計選擇布置溢流壩和河床式廠房，考慮溢流壩洪水期泄洪不對電廠發(fā)電造成影響，其間用重力擋水壩銜接；考慮河流右岸交通便利，山坡較緩，易于出線進廠布置，而

8、將河床式廠房置于右岸，且右岸現(xiàn)有鐵路線沿河岸通過壩址，將廠房布置在右岸有利于利用鐵路在工程施工時建筑材料的轉(zhuǎn)運及機電設(shè)備安裝時機電設(shè)備的運輸。樞紐布置沿壩軸線從左岸至右岸的水工建筑物依次為：重力擋水壩、船閘、溢流壩、重力擋水壩、河床式廠房，開關(guān)站初步布置于河道右岸裝配廠下游。().左岸廠房中部溢流壩右岸船閘布置方案由于廠房布置在左岸原主河槽處，廠房施工時需開挖土石方較第一種方案小，相對節(jié)省工程投資。但由于開關(guān)站布置在河岸處，需要大量塊石護岸，所以廠房施工開挖所產(chǎn)生的石料可用于開關(guān)站地基鋪填，因此，在開挖問題上兩種方案實際工程費用相差不大。綜上，初步設(shè)計采用().方案，即左岸船閘河床中部溢流壩右

9、岸廠房方案，并采用重力壩擋水，溢流壩泄洪，消力戽消能。本工程按水利水電樞紐工程等級劃分設(shè)計標準，確定工程等別為二等，主要建筑物級別二級，次要建筑物級別三級，臨時建筑物級別為四級。第二章重力壩擋水壩段設(shè)計基本設(shè)計參數(shù)：a).水位。上游設(shè)計洪水位：88.00m；校核洪水位：88.50m；正常蓄水位（汛期限制水位）85.50m；下游設(shè)計洪水位：80.00m；下游校核洪水位：81.00m；正常蓄水位（一臺機組發(fā)電）：64.87m。b).壩底高程。壩底高程取未風化巖石邊界開挖線57.00m。c).材料重度?；炷林囟瓤捎伤そㄖ锖奢d設(shè)計規(guī)范取大體積混凝土結(jié)構(gòu)=24.0KN/m3,水的重度取=9.81K

10、N/m3。10d).巖石抗剪強度。由沙溪口水電站基本情況簡要說明中表7得巖石抗剪強度指標建議值知，云母長英片巖與混凝土邊界摩擦系數(shù)f=0.5，粘聚力c=0.6kg/c，K=3.0，K=1.0521剖面設(shè)計-4-水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計211壩頂高程壩頂高程由靜水位+相應情況下的風浪涌高和安全超高。即：壩頂高程=靜水位+hL式中：h=h+h+hl%zc式中：h累積頻率為1%的波浪高度，m；l%2h波浪中心線高出靜水位的高度，可用h=h1%zzmh取決于壩的級別和計算情況的安全超高，m；c波浪要素h由官廳水庫公式計算，得l%cth2HLm計算，m；ghgD1m0.0076v12()3v2v2gLg

11、D1m0.331v2.15()3.75v2v200010001v2=20250時，為累計頻率5%的波高；當=250式中：h波浪高，當gDm0gDv201000時，為累計頻率10%的波高；V計算風速，m/s；0D風區(qū)長度，即吹程，m；a).設(shè)計蓄水位情況：計算風速v取為30m/s；0設(shè)計洪水位下吹程D為2.00km；9.81200013021得h=0.007612()3m3029.811.467mLm=0.3313012.159.8120001302()3.7514.2m3029.81h/H=1.467/(88.0-64)=0.069mm由荷載設(shè)計規(guī)范查表得h/h=1.90,h/h=2.32，p

12、5%mp1%m所以h=2.32/1.90h=2.32/1.90h=1.79mp1%p5%mL14.20.9990.708m2h=h1%zmcth2HLm=3.141.792h=0.5mc則h=h+h+h=1.79+0.708+0.5=2.998m1%zc壩頂高程=正常蓄水位+h=85.5+2.998=88.5mb).校核洪水情況：-5-沙溪口水電站設(shè)計及發(fā)電機層樓板設(shè)計計算風速v取為15m/s；0校核洪水位下吹程D為2.00km；()30.617m得h=0.0076m1129.81200011521529.811Lm=0.331152.15(9.8120001152)3.757.092m152

13、9.81Hm/H=0.617/(88.5-64)=0.029m由荷載設(shè)計規(guī)范查表得h/h=1.92,h/h=2.89p5%mp1%m所以h=2.89/1.92h=2.89/1.92h=0.93mp1%p5%m7.09h=zh21%Lmcth2HLm3.140.932=0.9990.383mh=0.4mc則h=h+h+h=0.93+0.383+0.4=1.713m1%zc壩頂高程=正常蓄水位+h=88.5+1.713=90.21m壩頂橋梁采用裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，橋下會有過流，為使工作橋與水流保持一定距離。并考慮其他因素，取重力壩壩頂高程取91.50m212壩頂寬度非溢流壩的壩頂寬度一般可取為壩

14、高的8%10%（即2.723.4），且不小于3m。由本水利樞紐非溢流壩壩高=91.5-57=34.5m可初步取壩頂寬度為4m，為了滿足設(shè)備布置和雙線交通的要求，最終選定壩頂寬度為10m。213廊道的布置壩體內(nèi)灌漿廊道上游壁到上游壩面的距離應不小于0.050.10倍水頭，且不小于45m，取4m，寬度2.53m，取2.5m。高度34m，取3m。壩體縱向排水檢查廊道考慮壩高較小，只設(shè)基礎(chǔ)排水廊道，高取2m，寬取1.5m。灌漿廊道距離基巖面距離不宜小于1.5倍底寬，即1.52.5=3.75m，取4m。214剖面形態(tài)因本水利樞紐壩址摩擦系數(shù)較小，所以不能按常規(guī)壩體設(shè)計。按應力條件確定壩底最小底寬上游=0

15、.125，則-6-水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計BHc(1)(2)0134.524(10.125)0.1(20.125)0.39.8124.23m，其中，10KN/m3，0C24KN/m3，0.3，1河床底高程57m，H=91.5-57=34.5m按穩(wěn)定條件確定壩底最小底寬00.50.1250.3BKHfc11.0534.531.43m，249.81其中，K=1.05，f=0.5,其余同上。取壩底寬度32m。取上游折坡點為77m，下游折坡點為79.5m高程處。上游坡n=0.2，下游坡m=0.8圖2-1擋水壩段剖面圖22壩體穩(wěn)定分析和應力校核221設(shè)計蓄水位時（一臺機組滿發(fā)）2211荷載計算自重-7-

16、1沙溪口水電站設(shè)計及發(fā)電機層樓板設(shè)計W=240.5420+241034.5+241/21822.5+241/21822.5=14100kN/mM=96013.3+82807-48604=51288kN/mm,逆時針上下游水壓力上游水壓力P=1/2(85.5-57)29.81=3984.1kNX1P=9.81(8.5+28.5)4/2=725.9kN/mY1下游水壓力P=1/2(64.87-57)29.81=303.8kN/mX2P=9.81(64.87-57)20.8/2=243.0kN/mY2M=-3984.19.5+725.914.36+303.82.623-243.013.90=-307

17、53.5kN/mm順時針揚壓力由于揚壓力較大，壩體設(shè)有防滲帷幕和上下游主副排水系統(tǒng)，由規(guī)范DL5077-1997，壩基面滲透壓力揚壓力強度系數(shù)為：=0.25=0.20=0.50012H=0.2528.5=5.7m1H=0.57.84=3.92m22U=(28.5+5.7)5/2+(5.7+3.92)5/2+3.9214+(3.92+7.84)8/29.81=2036.06kN/mM=(-85.514.056-24.058.654+54.881+47.0412.444)9.81=-7550.5kN/mm順時針浪壓力壩前水深Hm=28.5mlm/2=14.2/2=7.1m，為深水波P=r（L+2h

18、+h）L/2-r（L/2）2L0LL0L0m9.81(7.1+1.79+0.708)7.1/2+9.817.17.1/2=334.3-247.46=87.04kN/mM=-334.324.6+247.2623.77=-2346.41kN/mm順時針.擋水重力壩的穩(wěn)定分析采用分項系數(shù)法進行擋水壩段穩(wěn)定分析:作用效應系數(shù)S（*）=P1.03984.1-1.0303.8+1.287.04=3784.7kN/mC-8-WCAf=1.3抗滑穩(wěn)定抗力系數(shù)R(*)=ff水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計cRRRC=3RW=1.014100+1.0725.9+1.0243.0-1.11304.1-1.2769.1=12

19、711.5kN/m0.50.69.8110R(*)12711.53215516.9kN/m1.33.0S1.01.03784.73784.7kN/m01dR15516.94597.4kN/m1.2S01dR滿足穩(wěn)定要求221.3應力校核水平截面上的邊緣正應力M=13032.84kNmW=10637.6kNB=32m6M上游垂直正應力yWBB2=13032.84610637.6469.6kN/m232322下游面垂直正應力yW6M13032.84610637.6=334.7kN/m2BB232322上游邊緣剪應力PPnn469.60.293.88kN/m2y邊緣剪應力uyPPmm334.70.8

20、269.8kN/m2下游邊緣剪應力yuy鉛直截面上的邊緣正應力上游面水平正應力-9-y沙溪口水電站設(shè)計及發(fā)電機層樓板設(shè)計PPPPn2n2469.60.2218.8kN/m2xuuyy下游面水平正壓力PPPPm2m2334.70.82216.2kN/m2xuuy邊緣主應力uPP0上游面主應力下游面主應力11n2PPn2n21yy1.04469.6488.4kN/m22u11m2PPm2m21yuy1.64334.7548.97KN/m2PP02u應力滿足要求222設(shè)計洪水位時2221荷載計算自重W=240.5420+241034.5+241/21822.5+241/21822.5=14100kN

21、/mM=96013.3+82807-48604=51288kN/mm,逆時針上下游水壓力上游水壓力P=1/2(88.0-57)29.81=4713.7kNX1P=9.81(11+31)4/2=824.0kN/mY1下游水壓力P=1/2(80.0-57)29.81=2594.7kN/mX2P=9.81(80.0-57)20.8/2=2075.8kN/mY2M=-4713.710.33+824.014.31+2594.77.67-2075.89.867=-37473.8kN/mm,順時針揚壓力由于揚壓力較大，壩體設(shè)有防滲帷幕和上下游主副排水系統(tǒng)。-10-01113320202水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)

22、計P=H303.8kN/m1P=(PP)P160.5kN/m2P=H112.7kN/m3P=H225.4kN/m4U=(303.8+160.5)5/2+(160.5+112.7)5/2+112.714+(112.7+225.4)8/2=1160.8+683.0+1577.8+1352.4=4774kN/mM=-1160.813.76-6838.646+1577.81+1352.412.44=-3476.17kN/mm順時針浪壓力壩前水深H=28.5mlm/2=14.2/2=7.1m，為深水波mP=r（L+2h+h）L/2-r（L/2）2L0LL0L0m9.81(7.1+1.79+0.708)7

23、.1/2+9.817.17.1/2=334.3-247.46=87.04kN/mM=-334.324.6+247.2623.77=-2346.41kNm順時針2222擋水重力壩的穩(wěn)定分析采用分項系數(shù)法進行擋水壩段穩(wěn)定分析:作用效應系數(shù)S（*）=P1.04713.7-1.02594.7+1.287.04=2223.4kN/mCWAf=1.3C抗滑穩(wěn)定抗力系數(shù)R(*)=ffRcRRC=3RW=1.014100+1.0824.0+1.02075.8-1.11843.8-1.22930.2=11537.8kN/m11537.83215065.9kN/mR(*)0.50.69.81101.33.0S1.

24、01.02223.42223.4kN/m01dR15065.94221.6kN/m1.2-11-沙溪口水電站設(shè)計及發(fā)電機層樓板設(shè)計S10dR滿足穩(wěn)定要求2223應力校核水平截面上的邊緣正應力M=7991.6kNmW=12338.5kNB=32m上游垂直正應力yW6M12338.567991.6=432.4kN/m2BB2323226M下游面垂直正應力yWBB2=12338.567991.6338.8kN/m232322上游邊緣剪應力PPnn432.40.286.5kN/m2y邊緣剪應力uy下游邊緣剪應力PPmm338.80.8271.0kN/m2yuyuy鉛直截面上的邊緣正應力上游面水平正應力

25、PPPPn2n2432.40.2217.3kN/m2xuy下游面水平正壓力PPPPm2m2338.80.82216.8kN/m2xuyuy邊緣主應力u上游面主應力11n2PPn2n21yy1.04432.4449.7kN/m2PP02u-12-下游面主應力水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計11m2PPm2m21yuy1.64338.8555.6KN/m2PP02u應力滿足要求22校核洪水位時2231荷載計算自重W=240.5420+241034.5+241/21822.5+241/21822.5=14100kN/mM=96013.3+82807-48604=51288kNm,逆時針上下游水壓力上游水壓力

26、PX1=1/2(88.5-57)29.81=4867.0kNPY1=9.81(11.5+31.5)4/2=843.67kN/m下游水壓力PX2=1/2(81.0-57)29.81=2825.3kN/mPY2=9.81(81.0-57)20.8/2=2260.2kN/mM=-4867.010.5+843.6714.31+2825.38-2260.29.867=-38729kNm順時針揚壓力由于揚壓力較大，壩體設(shè)有防滲帷幕和上下游主副排水系統(tǒng)。P1=0H1308.7kN/m1P2=1(PP3)P3165.38kN/mP3=20H2117.6kN/mP4=0H2235.2kN/m-13-作用效應系數(shù)

27、S（*）=P=1.04867.0-1.02825.3+1.222.86=2064.9kN/m沙溪口水電站設(shè)計及發(fā)電機層樓板設(shè)計U=(308.7+165.38)5/2+(165.38+117.6)5/2+117.614+(117.6+235.2)8/2=1185.2+707.45+1464.4+1411.2=4950.25kN/mM=-1185.213.75-07.458.641+1646.41+1411.212.444=-3202.2kNm順時針浪壓力壩前水深Hm=31.5mlm/2=7.1/2=3.55m，為深水波PL=r0（LL+2hL+h0）LL/2-r0（Lm/2）2=9.81(3.5

28、5+0.93+0.383)3.55/2-9.813.553.55/2=22.86kN/mM=-84.6830.07+61.8229.63=-714.6kNm順時針2232擋水重力壩的穩(wěn)定分析采用分項系數(shù)法進行擋水壩段穩(wěn)定分析:CWAf=1.3C抗滑穩(wěn)定抗力系數(shù)R(*)=ffRcRRC=3RR(*)0.511454.63215033.9kN/mW=1.014100+1.0843.67+12260.2-1.11892.65-1.23057.6=11454.6kN/m0.69.81101.33.0S1.00.852064.91755.2kN/m01dR15033.94194.9kN/m1.2S01d

29、R滿足穩(wěn)定要求2233應力校核水平截面上的邊緣正應力M=8641.7kNm-14-水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計W=12253.6kNB=32m上游垂直正應力yW6M12253.668641.7=433.6kN/m2BB2323226M下游面垂直正應力yWBB2=12253.668641.7332.3kN/m232322上游邊緣剪應力PPnn433.60.286.7kN/m2y邊緣剪應力uyPPmm332.30.8265.8kN/m2下游邊緣剪應力yuyuyy鉛直截面上的邊緣正應力上游面水平正應力PPPPn2n2433.60.2217.34kN/m2xuy下游面水平正壓力PPPPm2m2332.30

30、.82212.67kN/m2xuuy邊緣主應力uPP0上游面主應力下游面主應力11n2PPn2n21yy1.04433.6450.9kN/m22u11m2PPm2m21yuy1.64332.3544.97KN/m2PP02u應力滿足要求第三章重力壩溢流壩段設(shè)計31溢流壩段空口尺寸擬定-15-沙溪口水電站設(shè)計及發(fā)電機層樓板設(shè)計設(shè)計洪水流量20500m3/s，校核洪水流量22500m3/s?？紤]水電站發(fā)電用水（4Qmax2200m3/s）及過船泄水和排沙孔泄水等影響，取Q0=3500m3/s,考慮壩址下游處河床巖石的巖性，巖體較為完整，抗沖刷能力尚可，故取單寬流量q=70m2/s。設(shè)計工況下，取=

31、0.8Q=20500m3/ss則Q=Qs-Q0=20500-0.83500=18100m3/s校核工況下，取=1.0Q=22500m3/ss則Q=Qs-Q0=22500-1.03500=19500m3/s則溢流前緣總凈寬L=Q/q=19500/70=278.5m3/s取孔數(shù)n為16孔，溢流壩孔口形式采用初步設(shè)計采用開敞式溢流堰，則每空凈寬b=L/n=271.4/16=16.96m，取17.0m。溢流堰閘門采用橫軸弧形閘門，考慮將橫縫布置在閘孔中間，則閘墩厚度可取稍薄一些，取d=3m。則溢流前沿總凈寬L0=L+(n-1)d=nb+(n-1)d=1617+153=317m。32溢流壩段剖面設(shè)計溢流

32、壩基本剖面的確定原則與非溢流壩相同，剖面除應滿足強度、穩(wěn)定和經(jīng)濟條件外，其外形尚需考慮水流運動要求。通常它也是由基本三角形剖面修改而成，內(nèi)部與非溢流壩段相同。溢流面由頂部溢流段、中部直線段及鼻坎組成，上游面為直線或折線。-16-水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計圖2-2溢流壩剖面示意圖321堰頂高程，得H(Q由QLm2gH03/220Lm2g)3初擬m=0.49=0.92，則可列表計算如下：數(shù)m計算情況流量Q側(cè)收縮系淹沒系數(shù)流量系數(shù)堰上水頭H0堰上水深H堰頂高程設(shè)計情況校核情920.920.99109900.490.4910.4210.9510.3610.8877.6477.6

33、2取兩種情況堰頂高程較小者，取77.62m。322堰面曲線我國現(xiàn)行采用的為美國WES曲線，其曲線方程為：y=xnkHn1dHd為定型設(shè)計水頭。由于校核洪水位為88.5m，堰頂高程為77.62m，所以，Hd=9.5；k、n為上游堰面坡度有關(guān)的系數(shù)。采用n=1.776。得：x1.77610.75yWES5型曲線。k=1.873，323上游曲線上游曲線由曲線及直線段組成，直線段斜率取1：1。324反弧段半徑的確定由規(guī)范混凝土壩設(shè)計規(guī)范SL319-2005對于戽流消能，反弧段半徑R與流能比KqgE1.5有關(guān)，其中E自戽底算起的總能頭，88.5-60=28.5m，q單寬-17-9.8128.51.50.

34、147。沙溪口水電站設(shè)計及發(fā)電機層樓板設(shè)計流量，為66m3/s，K66由規(guī)范E/R與K的相關(guān)曲線查得E/R=2.4,則R=E/2.4=28.5/2.4=11.875m,則R=12m。33壩體穩(wěn)定分析和應力校核由于溢流壩段在一個壩段中既有溢流堰部分，又有閘墩部分，壩段之間分縫在溢流堰中間。故在壩體穩(wěn)定分析和應力校核中應考慮整個壩段的聯(lián)合受力，應以一個壩段為整體進行分析。331設(shè)計蓄水位時（一臺機組滿發(fā)）3311荷載計算自重W=4761724（堰重）+1255.8324（墩重）+152024（橋重）+209.81（機械設(shè)備中）=194208+90417.6+7200+196.2=292021.8k

35、NW/20=14601.1kN/mM=(1942086.93+90417.62.2+720020.8+196.28)/20=84805.5kNm,逆時針上下游水壓力上游水壓力P=1/2(85.5-57)29.81=3984.1kN/mX1P=0Y1下游水壓力P=1/2(64.87-57)29.81=303.8kN/mX2P=V=9.814.8718=859.9kN/mY20M=-3984.19.5+303.82.623-859.911.8=-47199.0kN/mm順時針動水壓力由于設(shè)計蓄水位時開閘出水時單寬流量較小，故未考慮設(shè)計蓄水位時的動水壓力。揚壓力-18-水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計由于揚

36、壓力較大，壩體設(shè)有防滲帷幕和上下游主副排水系統(tǒng)。P1=0H19.8128.5279.59kN/mP2=10H10.259.8128.569.90kN/mP3=20H20.59.817.8938.60kN/mP4=0H29.817.89kN/mU=(279.59+69.90)5/2+(69.90+38.60)5/2+38.6021.6+(38.60+77.40)10/2=873.73+271.25+833.76+580=2558.74kN/mM=-873.7318.80-271.2513.54-833.760+58016.36=-10610.0kN/mm順時針浪壓力壩前水深H=21.5mlm/2

37、=14.2/2=7.1m，為深水波mP=r（L+2h+h）L/2-r（L/2）2L0LL0L0m9.81(7.1+1.79+0.708)7.1/2-9.817.17.1/2=334.3-247.46=87.04kN/mM=-334.324.6+247.2623.77=-2346.4kN/mm順時針3312溢流壩的穩(wěn)定分析采用分項系數(shù)法進行擋水壩段穩(wěn)定分析:作用效應系數(shù)S（*）=P1.03984.1-1.0303.8+1.287.04=3784.7kN/mCWAf=1.3C抗滑穩(wěn)定抗力系數(shù)R(*)=ffRcRRC=3RR(*)12505.141.615625.8kN/mW=1.014601.1-

38、1.11144.98-1.21413.76+1.0859.9=12505.1kN/m0.50.69.81101.33.0S1.01.03784.73784.7kN/m01dR15625.84668.2kN/m1.2S01dR-19-沙溪口水電站設(shè)計及發(fā)電機層樓板設(shè)計滿足穩(wěn)定要求3313應力校核水平截面上的邊緣正應力M=84805.5-47199.0-10610.0-2346.4=24650.1kNmW=12902.26kNB=41.6m6M上游垂直正應力yWBB2=12902.26624650.1395.6kN/m241.641.62下游面垂直正應力yW6M12902.26624650.1=2

39、24.7kN/m2BB241.641.62上游邊緣剪應力PPnn395.600kN/m2y邊緣剪應力uy下游邊緣剪應力PPmm224.700kN/m2yuy鉛直截面上的邊緣正應力PPPPn2n20kN/m2uy上游面水平正應力xuyPPyPPm2m20kN/m2下游面水平正壓力xuuyPP0邊緣主應力上游面主應力下游面主應力11n2PPn2n21yuy395.6kN/m22u11m2PPm2m21yuy224.7kN/m2PP02u應力滿足要求-20-水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計332設(shè)計洪水位時3321荷載計算自重W=292021.8kNW/20=14601.1kNM=(1942086.93+9

40、0417.62.2+720020.8+196.28)/20=84805.5kN/mm逆時針上下游水壓力上游水壓力P=1/2(88-57)29.81=4713.7kN/me=10.33mX1P=0Y1下游水壓力P=1/2(80-57)29.81=2594.7kN/me=7.67mX2P=V=9.811/2(2.38+20)36.6=4017.7kN/me=7.3mY20M=-58120.4kNm順時針動水壓力g31.066.521=4502=350hc=3q29.817.67mg(coscos)64.6kN/mg(sinsin)738.4kN/mp0qvx21p0qvy21e=3me=12.8m

41、01133202M=-9257.7kN/mm順時針揚壓力由于揚壓力較大，壩體設(shè)有防滲帷幕和上下游主副排水系統(tǒng)。P=H9.8131304.11kN/m1P=(PP)P0.25(304.1112.82)112.82160.64kN/m2P=H0.59.8123112.82kN/m3-21-02沙溪口水電站設(shè)計及發(fā)電機層樓板設(shè)計P=H9.8123225.63kN/m4U=(304.11+160.64)5/2+(160.64+112.82)5/2+112.821.6+(112.82+225.63)10/2=1161.9+683.7+2436.9+1692.3=5974.8kN/mM=-1161.918

42、.56-683.713.44+2436.90+1692.316.36=-3067.8kN/mm順時針浪壓力壩前水深H=24mlm/2=14.2/2=7.1m，為深水波mP=r（L+2h+h）L/2-r（L/2）2L0LL0L0m9.81(7.1+1.79+0.708)7.1/2-9.817.17.1/2=334.3-247.46=87.04kN/mM=-334.327.1+247.2626.27=-2555.1kN/mm順時針3322溢流壩的穩(wěn)定分析采用分項系數(shù)法進行擋水壩段穩(wěn)定分析:作用效應系數(shù)（*）=1.04713.7-1.02594.7+1.287.04-1.164.6=2152.4kN

43、/mWAf=1.3C抗滑穩(wěn)定抗力系數(shù)R(*)=ffRcRRC=3RW=1.014601.1-1.1738.4+1.04017.7-1.11845.6-1.24129.2=12445.8kN/m0.50.69.8110R(*)12445.841.615603.0kN/m1.33.0S1.01.02152.42152.4kN/m01dR15603.04669.2kN/m1.2S01dR滿足穩(wěn)定要求-22-水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計3323應力校核水平截面上的邊緣正應力M=11804.5kNmW=13382.4kNB=41.6m6M上游垂直正應力yWBB2=13382.4611804.5362.6kN

44、/m241.641.62下游面垂直正應力yW6M13382.4611804.5=280.8kN/m2BB241.641.62上游邊緣剪應力PPnn362.600kN/m2y邊緣剪應力uyPPmm280.800kN/m2下游邊緣剪應力yuy鉛直截面上的邊緣正應力PPPPn2n20kN/m2uy上游面水平正應力xuyPPyPPm2m20kN/m2下游面水平正壓力xuuyPP0邊緣主應力上游面主應力下游面主應力11n2PPn2n21yuy362.6kN/m22u11m2PPm2m21yuy280.8kN/m2PP2u0應力滿足要求333校核洪水位時-23-1=4502=350hc=3q2沙溪口水電站

45、設(shè)計及發(fā)電機層樓板設(shè)計3331荷載計算自重W=292021.8kNW/20=14601.1kNM=(1942086.93+90417.62.2+720020.8+196.28)/20=84805.5kN/mm逆時針上下游水壓力上游水壓力P=1/2(88.5-57)29.81=4867.0kN/me=10.50mX1P=0Y1下游水壓力P=1/2(81-57)29.81=2825.3kN/me=8mX2P=V=9.811/2(3.38+21)36.6=4376.8kN/me=6.91mY20M=-58744.8.4kNm順時針動水壓力1.071.7238.06mg9.81g(coscos)71.

46、45kN/mg(sinsin)816.3kN/mp0qvx21p0qvy21e=3me=12.8mM=-10234.3kN/mm順時針揚壓力由于揚壓力較大，壩體設(shè)有防滲帷幕和上下游主副排水系統(tǒng)。P1=0H19.8131.5309.0kN/m1P2=(PP3)P30.25(309.0117.72)117.72165.54kN/mP3=20H20.59.8124117.72kN/mP4=0H29.812225.63kN/mU=(309.0+165.54)5/2+(165.54+117.72)5/2+117.72-24-水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計1.6+(117.72+235.44)10/2=1186

47、.4+708.15+2542.8+1765.8=6023.2kN/mM=-1186.418.55-708.1513.44+2542.80+1765.816.36=-2636.8kN/mm順時針浪壓力壩前水深H=24.5mlm/2=7.1/2=3.55m，為深水波m則浪壓力為P=r（L+2h+h）L/2-r（L/2）2L0LL0L0m9.81(3.55+0.93+0.383)3.55/2-9.813.552/2=22.86kN/mM=-84.6829.57+61.8229.13=-703.2kN/mm順時針3332溢流壩的穩(wěn)定分析采用分項系數(shù)法進行擋水壩段穩(wěn)定分析:作用效應系數(shù)S（*）=1.04

48、867-1.02825.3+1.222.86-1.171.45=1990.5kN/mWAf=1.3C抗滑穩(wěn)定抗力系數(shù)R(*)=ffRcRRC=3RW=1.014601.1-1.1816.3+1.04376.8-1.11894.6-1.24308.6=12621.5kN/m0.50.69.8110R(*)12621.541.615670.6kN/m1.33.0S1.01.01990.51990.5kN/m01dR15670.64725.5kN/m1.2S01dR滿足穩(wěn)定要求3333應力校核水平截面上的邊緣正應力M=12486.4kNm-25-沙溪口水電站設(shè)計及發(fā)電機層樓板設(shè)計W=13691.1k

49、NB=41.6m上游垂直正應力yW6M13691.1612486.4=372.4kN/m2BB241.641.626M下游面垂直正應力yWBB2=13691.1612486.4285.8kN/m241.641.62上游邊緣剪應力PPnn372.400kN/m2y邊緣剪應力uyPPmm285.800kN/m2下游邊緣剪應力yuy鉛直截面上的邊緣正應力PPPPn2n20kN/m2uy上游面水平正應力xuyPPyPPm2m20kN/m2下游面水平正壓力xuuyPP0邊緣主應力上游面主應力下游面主應力11n2PPn2n21yuy372.4kN/m22u11m2PPm2m21yuy285.8kN/m2P

50、P0應力滿足要求2u第四章消能建筑物設(shè)計根據(jù)沙溪口水利樞紐溢流壩泄洪流量大，落差相對較小，泄洪頻繁，下游水位變幅大和河床基巖抗沖能力低的特點，壩后的消能方式選擇戽池式消能方案，即在消力戽戽坎后增設(shè)一道尾坎，并在戽坎和尾坎之間按產(chǎn)生淹沒戽躍要求進行必要開挖，形成戽池進行消能。池內(nèi)流態(tài)應盡可能保持穩(wěn)定的“三滾一浪”流態(tài)，-26-水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計保證消能效果。41戽角根據(jù)已建工程經(jīng)驗，戽角過大將造成過高涌浪，從而下游將產(chǎn)生過大水面波動，使下游岸坡和河床造成較大沖刷，而戽角過小消力戽內(nèi)表面旋滾會趨于沖出戽外，易出現(xiàn)潛底混合流態(tài)，從而達不到最佳消能效果。經(jīng)多方面比較選擇戽角為350。42反弧半徑

51、由混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范對于戽流消能，反弧段半徑R與流能比KqgE1.5有關(guān)，上式中E為自戽底算起的總能頭，E=88.5-60=28.5m，q為單寬9.8128.51.50.138K66流量，取設(shè)計洪水位時泄洪的單寬流量66m3/s，則,由規(guī)范E/R與K的相關(guān)曲線查得E/R=2.4,則R=E/2.4=28.5/2.4=11.875m,則R=12m。43戽底高程和戽池長度為保證下泄各級洪水流量時均能產(chǎn)生穩(wěn)定的淹沒戽流流態(tài)，戽底高程取60m，但下游河床右岸為灘地，高程62m到65m，僅左岸低于60m高程。因此，要穩(wěn)定出流，坎后高程高于60m時需經(jīng)開挖到此高程。為保證三滾一浪均在消力戽戽底和坎后戽池范

52、圍內(nèi)，根據(jù)其他水利樞紐經(jīng)驗L(0.70.8)L，選用戽池長j度40m。44戽坎高度在以上反弧半徑和戽角確定的情況下，戽坎高度由下式求得,)aR(1cos2.17m45尾坎尾坎頂高程較低，將使戽池內(nèi)形不成淹沒戽流流態(tài)，因此不能取的過小，本-27-沙溪口水電站設(shè)計及發(fā)電機層樓板設(shè)計電站尾坎頂高程選擇64.0m。消力池具體尺寸見溢流壩橫剖大圖及樞紐平面布置大圖所示。第五章水電站建筑物設(shè)計51特征水頭的選擇裝機容量：N=30萬kw，單機容量（機組臺數(shù)4臺）7.5萬kw。1）設(shè)計洪水位88.00m，由上下水尺水位流量關(guān)系曲線可查得對應設(shè)計洪水流量為20500m3/s時的下游水位為80.0m，則此時水頭為

53、8.00m。2）校核洪水位88.50m,由上下水尺水位流量關(guān)系曲線可查得對應設(shè)計洪水流量為22500m3/s時的下游水位為80.0m，則此時水頭為7.50m。3）正常蓄水位時，四臺機組發(fā)電。假設(shè)四個下瀉流量Q，從水位流量關(guān)系圖上查出相應的下游水位。由N9.81QH（其中取86%）可得QN關(guān)系曲線。Q=1900m3/sZ=67.06mH=18.44mN=295.60MW下Q=2000m3/sZ=67.16mH=18.34mN=309.47MW下Q=2100m3/sZ=67.26mH=18.24mN=323.17MW下Q=2200m3/sZ=67.34mH=18.16mN=337.08MW下-28

54、-水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計圖5-1設(shè)計蓄水位四臺機組發(fā)電(Nw)k萬350340330320310300290280270系列11900200021002200Q(m3/s)由圖得正常蓄水位，四臺機組發(fā)電時Q=1935m3/s,對應H=18.38m,Z下k萬(N=67.12m4）正常蓄水位時，一臺機組發(fā)電。假設(shè)四個下瀉流量Q，從水位流量關(guān)系圖上查出相應的下游水位。由N9.81QH（其中取86%）可得QN關(guān)系曲線。Q=420m3/sZ=64.86mH=20.64mN=73.14MW下Q=430m3/sZ=64.88mH=20.62mN=74.81MW下Q=440m3/sZ=64.90mH=20.

55、60mN=76.47MW下Q=450m3/sZ=64.92mH=20.58mN=78.14MW下圖5-2正常蓄水位一臺機組滿發(fā)w)7978777675747372420430440450Q(m3/s)由圖得正常蓄水位，一臺機組發(fā)電時，Q=431m3/s,對應H=20.63m,Z下=64.87m5）設(shè)計低水位時，四臺機組發(fā)電。假設(shè)四個下瀉流量Q，從水位流量關(guān)系圖上查出相應的下游水位。由N9.81QH（其中取86%）可得QN關(guān)系曲-29-沙溪口水電站設(shè)計及發(fā)電機層樓板設(shè)計線。Q=2300m3/sZ=67.42mH=14.58mN=282.93MW下Q=2400m3/sZ=67.48mH=14.52

56、mN=294.01MW下Q=2500m3/sZ=67.56mH=14.44mN=304.58MW下Q=2600m3/sZ=67.66mH=14.34mN=314.58MW下圖5-3設(shè)計低水位四臺機組滿發(fā)w)320k萬N(3103002902802702300240025002600Q(m3/s)由圖得設(shè)計低水位，四臺機組發(fā)電時，Q=2460m3/s,對應H=14.45m,Z=67.55m下6）設(shè)計低水位時，一臺機組發(fā)電。假設(shè)四個下瀉流量Q，從水位流量關(guān)系圖上查出相應的下游水位。由N9.81QH（其中取86%）可得QN關(guān)系曲線。Q=510m3/sZ=65.08mH=16.92mN=72.80MW

57、下Q=520m3/sZ=65.12mH=16.88mN=74.06MW下Q=530m3/sZ=65.20mH=16.80mN=75.12MW下Q=540m3/sZ=65.24mH=16.76mN=76.36MW下-30-wk(N水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計圖5-4設(shè)計低水位一臺機組滿發(fā))萬777675747372510520530540Q(m3/s)由圖得設(shè)計低水位，一臺機組發(fā)電時，Q=529m3/s,對應H=16.80m,Z=65.20m下由以上水頭值可得：最大水頭H=20.63mmax最小水頭H=14.45mmin加權(quán)平均水頭為Hav=H150%+Hmax30%+Hmin20%r1r18.38

58、0.5+20.630.3+14.450.2=18.27m(其中H1為正常蓄水位四臺機組滿發(fā)時的水位)設(shè)計水頭Hr=0.9H=16.44mav52水電站水輪機組的選型在水輪機型普表查得可選水輪機有：ZZ460，ZZ560，HL310四種型號，下面進行選型比較計算。5ZZ460水輪機方案的主要參數(shù)選擇1）轉(zhuǎn)輪直徑D1D=N/(9.81QH3/2)1式中：Nr水輪發(fā)電機額定出力（kW）N=7.5/0.97=7.732萬kwrH設(shè)計水頭（m），取16.44m。rQ1設(shè)計流量（m/s），它是限制工況下的Q值查表3-7得1.75m/s1p-31-沙溪口水電站設(shè)計及發(fā)電機層樓板設(shè)計原型水輪機的效率（%），由

59、限制工況下的模型水輪機的效率修正可得，由于轉(zhuǎn)輪直徑未知，為知，可先估算效率修正值=6%，限制工況下的模型水輪機的效率為m=79.0%，=+=85.0%。mr1r代入計算得D=N/(9.81QH3/2)=77320/(9.811.7516.443/20.85)=8.91m1根據(jù)水輪機轉(zhuǎn)輪直徑模型水輪機尺寸系列的規(guī)定，由上述計算出的轉(zhuǎn)輪直徑，選用比計算值稍大的轉(zhuǎn)輪直徑值。D=9.0m12）選擇水輪機的轉(zhuǎn)速nnn10Hav/D1=11618.27/9.00=55.09r/min水輪機的轉(zhuǎn)速一般采用發(fā)電機的標準轉(zhuǎn)速，選擇與上述計算值相近的發(fā)電機標準轉(zhuǎn)速n=60r/min，P=50。3）效率及單位參數(shù)的

60、修正110H/Hmax1(1Mmax)(0.30.75D1M/DMD1M=0.195m,H=15.0m,D=9.0m,H=16.44m,代入上式可求得：M1max1(1Mmax)0.622葉片在不同轉(zhuǎn)角時的Mmax可由模型綜合特性曲線查得，從而可求出相應值的原型水輪機的最高效率max當選用效率的制造工藝影響修正值=10，即可計算出不同轉(zhuǎn)角時效率修0正值，其結(jié)果如下：表5-1水輪機效率的修正葉片轉(zhuǎn)角-10-50+5+10+15+20Mmaxmax66.078.979.687.383.689.884.790.582.889.381.288.378.886.8max-Mmax12.97.76.25.