水電站課程設計 - 副本

PAGEPAGE12編號（學號）：2011624111西藏大學農牧學院水電站課程設計封面題目：壓力前池初步設計姓名：陳敬政專業(yè)：水利水電工程班級：水利工程2011級?？瓢鄬W號：2011624111所在學院：水利土木工程學院指導教師：肖安偉完成日期：2013年12月06日目錄TOC\o"1-2"\h\z\u設計任務書 1設計概述 2第一章壓力前池結構設計的原則 3第二章控制水位的確定 3一、前池正常水位Z前正的計算 3二、前池最低水位Z最低的計算 4三、前池最高水位Z最高的計算 4第三章各部分尺寸的確定 4一、壓力鋼管直徑的確定 4二、進水室總寬度B進 4三、進水室長度S 5四、前室寬度及長度 5五、進水室底板高程 5六、前池末端底板高程 5七、前池頂高程 6八、邊墻高度 6九、泄水道 6十、沖沙孔的布置 7十一、分流墩的布置 7十二、壓力前池平面布置圖及剖面圖 7第四章壓力前池的主要設備的設計確定 8二、檢修閘門和工作閘門 9三、通氣孔和旁通管 9四、啟閉機 9第五章邊墻的設計與穩(wěn)定計算 9一、邊墻的基本設計擬定 9二、抗滑穩(wěn)定計算 10課程設計總結 11附件壓力前池相關圖紙詳圖

設計任務書課程設計題目：非自動調節(jié)渠道壓力前池的初步設計一、設計的基本資料：某水電站采用的是無壓引水式水電站，已知渠道末端渠底高程為3087.9m，渠道的總長為890m，總落差50m。渠道縱坡選定為1/500，邊坡m=0，糙率n=0.025,渠道的底寬b=1.51m，水深h=1.55m，邊坡為1:0。裝機容量按2臺500KW機組計，共1000KW。設計保證流量3.0m3/s,相當設計保證率70%，保證處理1000KW，渠道引用流量3.2m3/s，水輪機設計流量Q=2.9m3/s，單機流量1.45m3/s。二、完成的任務：（1）確定壓力前池的控制水位和各部分尺寸。（2）壓力前池邊墻的設計和穩(wěn)定計算。（3）畫出壓力前池的平面圖和縱剖面圖（A3紙）。三、完成的時間此設計內容務必在12月09日前上交。

設計概述圖1一、引水式水電站的引水渠道末端，常設有一個水池，用來聯(lián)接引水渠道和水輪機的壓力水管，稱為前池，又叫壓力前池。壓力前池主要由前室、進水室、壓力墻、泄水建筑物、排污、排沙、排冰建筑物組成。根據設計任務書，在本設計中采用如圖1所示方式布置，此種布置方式中的渠線與壓力管道軸線斜交，比較能適應地形、地質條件，而水流、開挖量、排污、排冰等條件都介于其它布置方式之間，這種布置在工程中采用較多。圖1二、各組成部分的簡要說明及結構設計概述2.1前室前室是引水渠道末端與進水室之間的擴大加深部分，其主要作用是將渠道斷面過渡至進水室所需要的寬度和深度。前室應有一定的容積和水深，以滿足沉沙的要求。前室在平面上以β=10°~15°的擴散角逐漸加寬。為了便于沉沙、排沙，防止有害泥沙進入進水室，前室末端底板高程應低于進水室底板高程0.5m以上。當水中含沙量較大時，宜適當加大此高差。當渠線與管線不一致時，為防止水流出現(xiàn)死水區(qū)，產生漩渦，造成過大的水頭損失和局部淤積，應采用平緩的曲線連接并加設導流墻。2.2進水室進水室是壓力前池最主要的組成部分，上游與前室相接，下游為埋設壓力管道進口段的壓力墻。當布置有兩條以上的壓力管道時，應以隔墩分成若干獨立的進水室，每一進水室都設有攔污柵、檢修閘門、工作閘門、通氣孔、旁通管、工作橋和啟閉設備等。這樣，當一條壓力管道或由此壓力管道供水的機組發(fā)生事故或需要檢修時，不致影響其它機組的正常運行。

第一章壓力前池結構設計的原則壓力前池中的邊墻承受自重、頂部設備重和上游水壓力等荷載，應在上游為進水室最高水位的條件下，按擋水壩進行強度和穩(wěn)定計算。壓力前池的邊墻承受自重、設備重、水壓力和土壓力等荷載，應按擋土墻設計。溢流堰段則按溢流重力壩設計。工作橋和啟閉機架一般為鋼筋混凝土板梁結構和框架結構，承受自重、設備重和活荷載，啟閉機架則還要承受啟閉力和風荷載等，應分別按板梁和框架設計。進水室底板的構造和受力情況與水閘底板相似。當采用鋼筋混凝土結構時，一般按彈性地基上的板進行設計；當采用素混凝土或漿砌石結構時，一般可不作計算，此時板的厚度約為0.5～1.0m。第二章控制水位的確定一、前池正常水位Z前正的計算前室正常水位前室正常水位近似的認為等于渠道末端正常水位渠道末端正常水位=渠道末端渠底高程+渠道內正常水深=+=則=前室正常水深為二、前池最低水位Z最低的計算為了保證不形成漩渦，及不使空氣進入壓力水管，一般規(guī)定進水室的最低水位，應高出引水管進水口頂部兩倍水管中的流速水頭，設以代表這一高度，并不低于0.30~0.50m。即：式中：v為壓力水管的流速，（m/s），根據壓力水管的最大流速，則v=4.30計算：故，初擬前室內最低水位為渠道末端的底面高程，即擬定前池內最低水位為3087.9m。三、前池最高水位Z最高的計算由公式:式中：H0為溢流堰宣泄最大流量時，堰頂上的水頭,一般為—,本設計取為則：第三章各部分尺寸的確定一、壓力鋼管直徑的確定圖3-1根據《水電站》書公式（5-3），，將Qmax=1.45m3/s，Hp=50m帶入公式，計算得出：D=0.848m，取D=0.90m（具體如圖3-1所示）圖3-1二、進水室總寬度B進進水室寬度與壓力水管的數(shù)目和管徑有關，通常采用：b進=（1.5~1.8）D=1.8×0.90=1.62m，壓力管道條數(shù)為2，隔墩厚度為0.6m，則進水室總寬度為：B進=nb進+（n－1）d=2×1.62+1×0.6=3.84m，在本設計中，根據設計任務書，共有兩臺機組，則n=2，采用混凝土隔墩，應規(guī)范要求，取d=0.6m。三、進水室長度S進水室長度取決于攔污柵、工作閘門、檢修閘門、工作橋和啟閉機設備等的布置，還要能容納下攔污柵和工作閘門等設備，小型水電站常取，本次設計中進水室長度取為m。前室寬度及長度1、寬度前室凈寬約為進水室總寬度的倍。即：本設計前室凈寬取2、長度前室長度通常采用擴散后前室凈寬的倍，即：本設計前室長度取五、進水室底板高程進水室底板高程可由公式：計算得到，式中：—壓力水管管頂高程；—壓力水管直徑；—壓力管道與水平面間的夾角；則。進水室底板高程取為3085.9m。六、前池末端底板高程前池末端底板高程可采用式子：=3084.63－0.5，計算得出3084.13m。七、前池頂高程前池頂高程可采用式子：=3088.21+0.5=3088.71（m）——安全超高（在本設計中，擬定安全超高為0.5m），八、邊墻高度邊墻高度==3088.71－3084.13=4.58m。取邊墻高度為4.5m（基礎深約為50cm）。九、泄水道（圖3-2）泄水道通常設于渠末或前池的邊墻上，其型式有溢流堰河虹吸管等。溢流堰頂高程應略高于前室中的正常水位（一般約5cm左右），以防止電站正常運行時發(fā)生溢流現(xiàn)象。在本設計中采用的型式為溢流側堰，下游布置泄水陡槽和消能設施。溢流堰高程為▽溢頂=3087.91+0.05=3087.96m，溢流堰高（與前池底板高程一致）為3087.96－3084.13=3.83m，取溢流堰高為3.83m,溢流堰的斷面形狀為流線型的實用堰。在前室的最高水位確定后，溢流堰的長度為，（式中Qmax=3.2m3/s，ha為堰頂允許最大溢流深度，取ha=0.4m，M為溢流堰流量系數(shù)，實用堰中M=1.7）。圖3-2計算得出L=7.44m。圖3-2十、沖沙孔的布置沖沙孔設在前池最低處，在本設計中采用直徑為30cm的混凝土管，管子進口處用木插板閘門控制，一般在洪水期沖沙，沖沙時開啟閘門，平時關閉。此外，當引水渠道或前池檢修時，或水電站停止運行而下游有灌溉要求時，也可利用沖沙孔放水。十一、分流墩的布置圖3-3為減小池身的長度又不過分加大擴散角度，可在前室進口段設置一分流墩，在本設計中，上游方向做一30°的銳角，下游為流線型設計（圖3-3）。圖3-3十二、壓力前池平面布置圖及剖面圖（圖3-4，圖3-5）根據所計算數(shù)據，在CAD中畫出平面布置圖，以下為示意圖。圖3-4圖3-4圖3-5I-I剖面圖圖3-5I-I剖面圖第四章壓力前池的主要設備的設計確定前池的主要設備有攔污柵、檢修閘門、工作閘門、通氣孔、旁通管、啟閉設備和清污機等。一、攔污柵（圖4-1）攔污柵設置在進水室入口處的柵槽中，下端支承于進水室底板，上端支承于防護梁上，防護梁與工作橋相連。攔污柵一般與水平面成70°～80°傾斜放置。攔污柵上的污物可采取人工清污或機械清污。圖4-1在本設計中，采用扁鋼作為柵條，由于水量小，與水平面成70°布置，柵片寬度為2m×2個（根據進水室寬度為3.84m），高度為3.6m（根據池頂高程減去進水室底板高程為3.492m，多余部分插入邊墻中），厚度為8mm，寬為150mm，過柵水的流速為1.0m/s，一層攔污柵，采用人工清污的方式。圖4-1二、檢修閘門和工作閘門檢修閘門位于工作閘門之前，也可位于攔污柵之前或之后，供檢修攔污柵、工作閘門和進水室時堵水之用，一般采用疊梁式或平板式閘門。工作閘門的作用是當壓力管道、水輪機閥門、或機組發(fā)生事故或檢修時，用來關閉壓力管道進口。另外，當電站長時間停機時，為了防止水輪機閥門漏水，也常需關閉工作閘門，工作閘門一般采用平面定輪閘門，明鋼管必須采用快速閘門。檢修閘門和工作閘門一般用電動螺桿或電動卷揚式啟閉機操作。三、通氣孔和旁通管通氣孔布置在緊靠工作閘門的下游面。旁通管布置在進水室的邊墻和隔墩內，一般用閘閥控制。旁通管可為鑄鐵管、鋼管或鋼筋混凝土管。在本設計中采用鋼管。四、啟閉機在本設計中，檢修閘門采用電動螺桿，工作閘門采用電動卷揚式啟閉機。第五章邊墻的設計與穩(wěn)定計算一、邊墻的基本設計擬定圖5-1圖5-1重力式擋土墻依靠本身重力維持穩(wěn)定，本設計中，根據“第二章·第七節(jié)