太平哨水利樞紐引水式水電站設(shè)計

...目錄基本資料…………6任務(wù)的提出………………………6工程地質(zhì)條件……………………6地貌與地層………………6水庫區(qū)工程地質(zhì)條件……………………7壩址工程地質(zhì)條件………7付壩工程地質(zhì)條件……………………8引水隧洞和廠房區(qū)工程地質(zhì)條件……8建筑材料…………9水文與氣象………………………11流域自然地理概況………11氣象條件…………………11水文資料…………………12水利、動能及水庫…………………17電站任務(wù)…………………17水庫水位……………………18裝機(jī)容量的選擇…………18引水隧洞的洞徑選擇……………………18附圖………………………192水輪機(jī)選型設(shè)計……………………252.1機(jī)組臺數(shù)與單機(jī)容量的選擇…………………25機(jī)組臺數(shù)選擇………………25機(jī)組單機(jī)容量選擇…………262.2水輪機(jī)型號及裝置方式的選擇………………26水輪機(jī)型號選擇……………26裝置方式的選擇…………………262.3水輪機(jī)參數(shù)計算………………26HL240型水輪機(jī)方案主要參數(shù)選擇………26ZZ440型水輪機(jī)方案主要參數(shù)選擇…………29HL240型水輪機(jī)及ZZ44型水輪機(jī)兩種方案的比較………312.4水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線的繪制…………………32等效率曲線的繪制…………32出力限制線的繪制…………33等吸出高度曲線的繪制……………………342.5水輪機(jī)蝸殼設(shè)計………………35蝸殼形式的選擇……………35斷面形狀及包角的選擇……………………35進(jìn)口斷面面積及尺寸的確定………………35中間斷面尺寸的確定………36FR圖的繪制………362.6尾水管設(shè)計…………………37尾水管的形式………………37彎肘形尾水管部分尺寸的確定……………372.7發(fā)電機(jī)的選擇………………38發(fā)電機(jī)型式的選擇…………38水輪發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸……………………382.8調(diào)速器設(shè)計……………………39調(diào)速設(shè)備的選擇……………39接力器的選擇………………39調(diào)速器的選擇………………40液壓裝置的選擇……………412.9附圖………………………42壩區(qū)樞紐總布置…………………46壩軸線及壩型選擇……………46壩軸線選擇…………………46壩型選擇……………………46泄洪方式選擇及調(diào)洪演算……………………47樞紐布置………………………474攔河壩設(shè)計………………………48基本資料……………………48擋水壩剖面設(shè)計……………48擋水壩壩頂高程的確定……………………48擋水壩的剖面尺寸確定……………………484.3溢流壩剖面設(shè)計……………49溢流壩面曲線設(shè)計………49消能防沖設(shè)計………………504.4洪水下泄流量校核……………51溢流壩過流能力的驗算……………………51底孔過流能力驗算…………534.5閘門閘墩及工作橋設(shè)…………545擋水壩穩(wěn)定及應(yīng)力分析…………565.1計算說明……………………56計算內(nèi)容……………………56計算工況……………………56計算單元與計算截面………565.2擋水壩穩(wěn)定及應(yīng)力分析………56荷載計算……………………56抗滑穩(wěn)定分析………………57應(yīng)力分析……………………586細(xì)部構(gòu)造設(shè)計…………………60壩體分區(qū)及標(biāo)選擇……………60分縫與止水……………………60廊道系統(tǒng)和排水系統(tǒng)的布置…………………61廊道系統(tǒng)布置………………61排水設(shè)施布置………………626.4壩頂構(gòu)造………………………62非溢流壩壩頂構(gòu)造…………62溢流壩壩頂構(gòu)造……………626.5壩基處理……………………62壩基開挖及清理……………62壩基的加固處理……………62壩基的防滲處理……………63地基排水……………………63兩岸的處理…………………637水電站引水系統(tǒng)設(shè)計……………647.1隧洞洞徑及洞線選擇…………64有壓引水隧洞洞徑計算……………………64洞線選擇原則………………647.2進(jìn)水口設(shè)計……………………65進(jìn)水口型式的選擇…………65進(jìn)水口高程確定……………65進(jìn)水口尺寸的擬定…………66進(jìn)口設(shè)備……………………677.3引水隧洞……………………67線路與坡度的確定…………67斷面形式與斷面尺寸………68洞身襯砌……………………687.4調(diào)壓室設(shè)計…………………69是否設(shè)置調(diào)壓室判斷………69調(diào)壓室位置的選擇…………70調(diào)壓室的布置方式與型式的選擇…………70調(diào)壓室的水利計算…………707.5水擊及調(diào)節(jié)保證計算…………72調(diào)保計算目的………………72調(diào)節(jié)保證計算的內(nèi)容………72調(diào)節(jié)保證計算的過程………737.6壓力管道設(shè)計…………………75壓力管道的布置……………75壓力管道直徑的選擇………76調(diào)節(jié)保證計算………………76壓力管道的結(jié)構(gòu)設(shè)計及穩(wěn)定計算…………767.7防止地下埋管產(chǎn)生外壓失穩(wěn)的措施…………788水電站廠房設(shè)計…………………79廠區(qū)樞紐平面布置……………79主廠房平面設(shè)計………………79主廠房長度的確定…………79主廠房寬度確定……………808.3主廠房剖面設(shè)計………………81機(jī)組的安裝高程……………81尾水管底板高程……………81基礎(chǔ)開挖高程………………81水輪機(jī)地面高程……………81發(fā)電機(jī)定子安裝高程………82發(fā)電機(jī)層樓板高程…………82吊車軌頂高程………………82天花板高程…………………82屋頂高程……………………838.4副廠房的布置與設(shè)計…………83謝辭…………84參考資料…………85外文資料…………86外文翻譯…………921.基本資料1.1任務(wù)的提出渾江是鴨綠江在我國境內(nèi)的較大支流，也是我國東北地區(qū)水力資源較為豐富的一條河流，因此，合理開發(fā)利用渾江水力資源是個重要的課題。渾江發(fā)源于長白山老嶺，河流全長430余公里，河流坡降約為1/1000;流域面積15000平方公里。流域形狀近于橢圓，南北長160公里，東西寬約170公里。根據(jù)渾江河道自然特性的變化，大致以通化為上、中游之分界：以桓仁為中、下游之分界。河流系山區(qū)河流，蜿蜒于山谷之中，沿河山勢陡峭，支流眾多，于支流入口處，地勢較為開闊，出現(xiàn)山間盆地。渾江流域水系圖參見圖1。渾江下游（桓仁以下）的水能利用與梯級開發(fā)問題曾進(jìn)行了長時間的研究，基本上歸納為兩種開發(fā)方案，即：○1桓仁、沙尖子兩級開發(fā)方案與○2桓仁、回龍山、太平哨、高嶺、金坑等多級開發(fā)方案。目前，在桓仁水電站早已建成投產(chǎn)的情況下，實際上變成為沙尖子高壩大庫與回龍、太平哨、高嶺、金坑等梯級開發(fā)方式之爭。本任務(wù)書取材于梯級開發(fā)方案的太平哨水電站，并擬定為混合式開發(fā)的地面廠房型式。有關(guān)渾江下游梯級開發(fā)情況可參見附圖1。1.2工程地質(zhì)條件1.2.1地貌與地層本地區(qū)的地貌景觀按其成因類型可分為兩類：○1構(gòu)造剝蝕地形，海拔高程360—770米，相對高度200—600米，為中低山地形，由古老的變質(zhì)巖系組成，山脊較狹窄，起伏不大，無明顯的峰巒，地形坡度較大?！?侵蝕堆積地形，本區(qū)可見相對高度為20—30米的二級階地，3—12米的一級階地和2—4米的河漫灘。水庫區(qū)及水工建筑物區(qū)出露的地層有：前震旦系，震旦系、寒武系、朱羅系、和第四系，簡單分述如下：○1前震旦系：主要為一套區(qū)域變質(zhì)巖石，部分經(jīng)受不同程度的混合巖化作用，形成各種類型的混合質(zhì)變質(zhì)巖。各水工建筑物均位于本地層的混合變質(zhì)巖上?！?震旦系：僅在水庫區(qū)東南局部出露，主要為石英砂巖、石英礫巖、粉砂巖、頁巖等。○3寒武系：該系出露更少，僅局部可見，主要為灰?guī)r?！?朱羅系：該系在水庫區(qū)北部，雅河口以上至回龍山一帶廣泛分布，為陸相火山巖建造，主要為安山巖、安山質(zhì)凝灰?guī)r、流紋巖等?！?第四系：在本區(qū)出露的有上更新統(tǒng)和全新統(tǒng)。前者分布于渾江二級階地，為洪—沖積層，主要為砂卵礫石、砂和亞粘土，后者包括一級階地、河漫灘及河床上堆積的亞砂土、砂礫石，殘積的亞粘土等。1.2.2水庫區(qū)工程地質(zhì)條件本庫區(qū)兩岸山體高峻，高程為360—700米，分水嶺厚度均在0.8公里以上。庫岸巖石在雅河口以上為侏羅紀(jì)火山碎屑巖類，以下為震旦紀(jì)變質(zhì)巖和混合質(zhì)變質(zhì)巖，地下水位較高，不會向鄰谷產(chǎn)永久性滲漏。不存在塌岸問題。1.2.3壩址工程地質(zhì)條件曾選兩條壩線（上壩線與下壩線）進(jìn)行比較。上、下壩線相距200—300米，地質(zhì)條件基本相同，但下壩線右岸地形更單薄，左岸巖石完整性較差，呈片狀破碎，風(fēng)化也較深，而上壩線左岸則比較完整。河谷部分，下壩線巖石普遍風(fēng)化較深，而上壩線只有個別地段風(fēng)化較深。從上述分析確定選用上壩線。修建土壩或混凝土重力壩，地質(zhì)上都是可能的。壩址區(qū)出露的地層有前震旦系和第四系。前震旦系為經(jīng)受中等程度混合巖化作用的變質(zhì)巖系，包括黑云母斜長石注入片麻巖、黑云母混合片麻巖和大理巖，前者分布在左岸，后者分布在右岸，兩者為整合接觸。第四系包括各種不同成因的松散堆積物。堆積層分布于兩岸山坡，為亞砂土夾碎石，厚度左岸為1.5—4.0米，右岸為0.3—2米。河床砂卵礫石厚0—3.5米。壩址區(qū)兩岸發(fā)現(xiàn)有斷層三條，其中一條為平推斷層（F）位于左岸，走向NE36°,傾向南東，傾角70°，破碎帶寬5米。另外兩條北向斷層F與F°據(jù) 1 2分析F就是區(qū)域性的太平哨大斷裂，在右壩頭西北約300米處通過;F位于右 1 2岸，產(chǎn)狀為走向北東40—50°，傾角80°，斷層帶寬3—4米。F與F對建筑1 2物均無直接影響。壩址區(qū)基巖的透水性，根據(jù)19個孔、75次壓水試驗成果統(tǒng)計，單位吸水量由上而下逐漸減小。距地面深4.3—15米范圍內(nèi)單位吸水量的平均值為0.1升/分，25米以下時為0.027升/分。據(jù)分析，若采用混凝土重力壩壩型時（估計壩高40米左右），大壩將建基于比較完整的半風(fēng)化巖石之上。河谷部分的開挖深度（自基巖面算起）約為2—7米，相應(yīng)于此開挖標(biāo)準(zhǔn)，壩基巖石與混凝土摩擦系數(shù)建議為0.6，河床部位巖石風(fēng)化較淺，實際上可挖至微風(fēng)化巖石，建議摩擦系數(shù)采用為0.65。壩址右岸巖石強(qiáng)烈風(fēng)化，全風(fēng)化巖石深達(dá)30米。強(qiáng)烈風(fēng)化的原因主要是黑云母混合片麻巖中斜長石和黑色礦物含量較多，長石結(jié)晶體粗大，抗風(fēng)化能力較薄弱所致。建議處理意見是：砂礫狀全風(fēng)化層（深15米左右）可采用混凝土防滲墻方法處理，塊狀全風(fēng)化層以下采用帷幕灌漿方法處理。左岸F斷層以及3局部破碎帶可按常規(guī)辦法處理。1.2.4付壩工程地質(zhì)條件葫蘆細(xì)子地段山體低緩，最低點地面高程僅為192米，需要修建付壩。若主壩采用土壩型式，則此處可修建岸坡式溢洪道。此處山體最狹窄處寬僅70米，上、下游水為差7米。此坡地形陡峭，基巖裸露，南坡較緩，坡度一般約20°—30°。此堊口是渾江侵蝕堆積二級階地，堊口頂部和山坡上分布有砂卵礫石，厚度1—5米，其地質(zhì)時代為上更新世坡積層。本地段地層主要是前震旦紀(jì)黑云母斜長石注入片麻巖，混合巖化程度較低，巖性不均一，有的地方可見變質(zhì)巖基體。本地段發(fā)現(xiàn)斷層共七條，但規(guī)模均很小，寬度大都在一米以內(nèi)，最大寬對為1.5米。這些斷層大多延伸不長，對建筑物無影響，設(shè)計與施工時按常規(guī)方法處理即可。通過地質(zhì)分析與穩(wěn)定計算可以認(rèn)為，此地段山體是穩(wěn)定的。為了確保建筑物安全，建議在設(shè)計時要加強(qiáng)帷幕灌漿與排水措施。1.2.5引水隧洞和廠房區(qū)工程地質(zhì)條件渾江在中下游地段，側(cè)向侵蝕作用十分強(qiáng)烈，形成迂回曲折的蛇曲地貌，為修建引水式電站提供了有利的地形條件。太平哨水電站的引水隧洞和廠房位于南天門嶺，此處分水嶺寬約800米，而兩端河水位差達(dá)13米。本區(qū)地層主要為前震旦系的黑云母混合片麻巖，所有建筑物均將在此巖層上。第四紀(jì)包括出口和進(jìn)口河漫灘的沖積洪積層，巖性為亞砂土，細(xì)沙和砂卵礫石，兩側(cè)山坡的坡積殘積層，巖性為亞砂土，細(xì)砂和砂卵礫石；兩側(cè)山坡的坡積殘積層，巖性為亞砂土夾碎塊石。隧洞均將在黑云母混合片麻巖中通過，沿洞線未發(fā)現(xiàn)斷層，且洞頂上部覆蓋新鮮巖體很厚，達(dá)80—160米，深部裂隙已趨閉合，因此工程地質(zhì)條件較好，建議采用：f=6—7,k=500。洞線前部通過兩條較大巖脈，均大致與洞線相交，0一條為石英斑巖，寬30—40米，另一條為正常閃長巖。寬26—30米。據(jù)地表槽探觀察，巖脈與圍巖接觸良好，但從鉆孔資料分析，石英斑巖裂隙比較發(fā)育，故建議，通過巖脈處的參數(shù)選用為：f=4,K=300。0廠房后山坡地形坡度約50°—60°，坡高40米左右，通過剖面裂隙繪得知，廠房后坡存在兩組順坡裂隙，第一組傾角為68°—74°，第二組傾角稍緩，為40°—45°。表部裂隙張開1—3厘米，坡腳部位巖塊已經(jīng)位移。根據(jù)上述情況?？烧J(rèn)為后山邊坡基本上是穩(wěn)定的，建議在開挖時基本上沿著上述兩組裂隙挖成階梯狀邊坡，對已經(jīng)位移或張開寬度較大的巖塊予以清除，對局部不穩(wěn)定巖塊可采取相應(yīng)的加固措施。廠房基礎(chǔ)將坐落在新鮮的黑云母混合片麻巖上。1.3建筑材料天然建筑材料的調(diào)查，包括混凝土重力壩和粘土心墻砂礫殼壩兩種壩型所需要的各種材料，其需要量初步按：混凝土壩方案，混凝土方量50萬米3，砂礫石料150萬米3，土壩方案：粘土料14萬米3，壩殼砂礫料120萬米3，護(hù)坡塊石料5萬米3，反濾料4.5萬米3。通過勘探、試驗工作，可以滿足上述要求，砂礫料與粘土料場分布、儲量、質(zhì)量評價等詳見表1與表2。土壩護(hù)坡用石料場，選擇了葫蘆頭和榆樹底兩處。葫蘆頭石料場位于壩址上游左岸約3公里，交通方便，基巖為黑云母混合片麻巖，榆樹底位于壩上游右岸約3公里，料場山體比高100—500米，山勢陡峻，覆蓋厚約1米，基巖仍為黑云母混合片麻巖。砂礫料場位置、儲量及質(zhì)量情況一覽表表1粘土料場儲量、質(zhì)量情況一覽表表2料料場名稱地貌單元位置體積（萬米3）天然含水量（%）天然容重滲透系數(shù)固結(jié)快剪有效層無效層濕干凝聚力內(nèi)摩擦角葫蘆頭一級階地壩線上游右岸0.5—1.5公里46.48.228.3231.81.891.411.541.×10-63.×10-60.210.1722.226老營溝一級階地壩線上游左岸5公里184.924.91.751.401.×10-60.26251.4水文與氣象1.4.1流域自然地理概況太平哨電站位于鴨綠江支流渾江下游，本站以上集水面積12950平方公里，其上游約86公里和37公里處分別有桓仁，回龍山水電站，其集水面積壩址以上分別為10，375平方公里與12，506平方公里。渾江流域地理坐標(biāo)在東經(jīng)124°24′—126°36′，北緯40°40′—42°10′之間。其相鄰流域北為第二松花江，東為鴨綠江干流，西側(cè)為遼河流域左岸支流渾河、太子河，南為鴨綠江右岸支流蒲石河、河。渾江屬于山區(qū)性河流，流域內(nèi)高山群立，山勢陡峭，地勢起伏較大，山坡上一半多生雜草和林從，植被較好。1.4.2氣象條件渾江屬于山區(qū)河流，地形對氣候的作用比較明顯，流域東北系長白山系的主峰白頭山，海拔高達(dá)2744米，自此分向西北，西南與東南三方向逐漸低下，到流域南部的丹東，海拔高程為59米，自丹東向北至寬甸，地形突然上升（海拔高程約300米），高差達(dá)240米，因此當(dāng)偏南氣流入境后，受地形抬升影響，產(chǎn)生強(qiáng)烈降水，降雨中心多在鴨綠江下游至寬甸間，渾江正處于該暴雨中心北部邊緣，故降雨量很大，降雨量集中在夏季，各地6—8月降雨量占全年的60%左右，尤以7、8兩月為最多，最多月雨量與最小月雨量之比達(dá)30倍之多。渾江流域正處于西風(fēng)帶大陸的東部，冬季在蒙古高壓的控制下，天氣寒冷干燥，為期漫長，全流域一月份平均溫度均在-10°以下，極端最低氣溫發(fā)生在一月份，并在-30°以下。全年右4—5個月氣溫在零度以下，夏季炎熱而短促，極端最高氣溫可達(dá)39.5°C(桓仁)，年差很大，參見表3。1.4.3水文資料渾江桓仁以下，干流有桓仁、回龍山、沙尖子水文站，支流有二戶來、普樂堡及太平哨水文站。各站資料以桓仁較長。太平哨水庫年徑流系用回龍山、沙尖子及支流半拉江上的太平哨水文站徑流資料，按面積比推求而得，詳見表4。各站年徑流有關(guān)參數(shù)詳見表5。渾江的洪水主要由急劇而強(qiáng)烈的暴雨形成，暴雨多集中在三天，其中強(qiáng)度最大的暴雨又多集中在一天之內(nèi)。就較大洪水年份分析，形成暴雨的天氣系統(tǒng)有臺風(fēng)，氣旋（華北氣旋，渤海氣旋、江淮氣旋、黃海氣旋）以及副熱帶高壓邊緣的幅合擾動，如1960年發(fā)生了渾江的50年一遇洪水，形成此次暴雨的天氣系統(tǒng)在黃海上空正在恢復(fù)中的臺風(fēng)輸送水汽與副熱帶高壓邊緣的擾動，再加上南部連續(xù)移來三個低壓想遭遇。從.本區(qū)氣象要素表表3十月十一十二年...太平哨電站年徑流系列表（流量：秒立米）表4 一月二月三月四月五月六月七月八月九月十月十一十二年均27.811.192.2273316384601507537150 16145.425920 17.720.932045 55.612294812054.524413.21469.78.446.673.694.2219624385532240 14240.520122.444 40.117422651429969.59301.8 49.722 20814.29.740.481.273.3356340105018658.775.932.919315.97.815123732047897.6340126161 97.436.217318.813 77.916014536.7112070117290.510234.422214.411 96.837931010120953938996 53.629.318520.416.966.315312030440930525861.942.319.61489.273 24.593.635435014518958.7344 20.213.210914.414335.724112763.376438155.944.723.818.414821.815.623.427515112563381434154.4735 23.320917.817.158.624713614020722799.066.132 19.210512.226.235.425835495.260847412580.452.930.317916.910.136.582.780.835785210678.673 56.811.61472.82.228.389 73.42311581720218327 16769.225822.616.756.6250136107149256132102 10720.81137.16.841.610924252196392210943 19.411 25012.510.61381641341643121910695143 97.967.231821.317.477.814418815461886 60.150.568.830.212610.47.446.313428538041923839070.883 27 17717.113.122.33861271623601050306114 70.347.721621.416.210713211273.659245271.965.941.319.598.311.114.535.1136153153720280348227 12363.98925 19.093.7117169599298166030391.562.227 29015.615.079.314396.346.8510542535141 96.295.119420.615.641.326320251.2229637284144 94.147.417021.615.538.310275.946.71160286107124 85.534217722.313.847.2700152136635150026166.446.321.130118.218.553.321235380 51329285.248.440.617.9107渾江下游主要站年徑流參數(shù)表（流量：秒立米）表5站站名多年平均流量CVCS/CV設(shè)計值P%510509095桓仁1440.3222272051398978回龍山1780.32228025417211096.6太平哨1870.322295266181116101沙尖子2440.322353319216138121東北歷年大暴雨的分布規(guī)律看，在鴨綠江的中下游（包括渾江一帶）暴雨出現(xiàn)的機(jī)會和強(qiáng)度都才超過其他流域，多年平均三日暴雨在120毫米以上。渾江歷史洪水的調(diào)查曾先后進(jìn)行了5次，調(diào)查河段上至通化，下至沙尖子。這對洪水分析提供了可靠的歷史資料?；溉收緦崪y洪水資料較長，加之歷史洪水調(diào)查資料，故洪水分析成果較為可靠。回龍山與沙尖子的洪峰洪量系分析和桓仁相關(guān)插補(bǔ)而延長。太平哨水電站由于無實測資料，故洪峰洪量參數(shù)用回龍山參數(shù)，洪峰用2/3次方，洪量用一次方，按面積比推求。由于上游桓仁電站庫容較大，對洪水起一定的調(diào)蓄控制作用，故區(qū)間洪水對下游梯級起主要作用。太平哨水電站設(shè)計洪水地區(qū)組成曾用典型年法和頻率組合法（以回龍山為控制）推求組合洪水進(jìn)行比較,兩種方法計算成果相近,故采用典型年法成果,即桓仁，桓—回，回—太區(qū)間設(shè)計洪水過程線，系以回龍山三日洪量為控制，按典型年分配，同倍比放大各控制點設(shè)計洪水過程線。太平哨水庫入庫洪水系將桓仁入庫洪水，經(jīng)桓仁調(diào)節(jié)后，如桓—回區(qū)間而得回龍山水庫入庫洪水，在經(jīng)回龍山水庫調(diào)節(jié)后，加回—太區(qū)間而得太平哨入庫洪水，詳見表6。太平哨水庫入庫洪水成果表表6流量：秒立米單位水位：米0.010.10.512桓仁入流量出流量庫水位2980018500308.32320014600306.01850011200305.46165009470304.85144008780304.22回龍山入流量出流量庫水位1690016800225.821200012000223.251100011000222.7395009500221.85回—太區(qū)間洪峰流量3170253022601970太平哨入庫流量1750014000.12400108003.351020桓仁入流量出流量庫水位89907750301.2280206880301.665505830300.9549604120300.86回龍山入流量出流量庫水位92909250221.7475007500220.5865506100219.9245004500218.50回—太區(qū)間洪峰流量1610902835557太平哨入庫流量98208070695049801.5水利、動能及水庫1.5.1電站任務(wù)太平哨水電站位于渾江干流，是桓仁、回龍山的下一級，本工程開發(fā)主要目的是發(fā)電。由于本電站承接上游桓仁等梯級水庫對渾江豐富水量的調(diào)節(jié)，故能以較少庫容獲得較好的能量指標(biāo)。電站建成后以下沿江無較大城鎮(zhèn)與工礦企業(yè)，對水庫無防洪要求。庫下寬甸縣太平哨公社有5000畝耕地需灌溉，在水庫水量平衡中可按1秒立方米考慮。1.5.2水庫水位渾江自然落差較大，水量豐富，在太平哨水庫回水范圍內(nèi)多為崇山峻嶺，淹沒耕地、村屯較少。庫區(qū)老營溝附近雖發(fā)現(xiàn)有鉛鋅礦，但據(jù)遼寧省地質(zhì)局調(diào)查，該礦儲量有限，規(guī)模不夠，未能納入國家開采計劃，僅有生產(chǎn)隊組織開采。由于桓仁水庫的修建，極大的改變了渾江的徑流在年內(nèi)分布的不均勻性，彌補(bǔ)了太平哨水庫的庫容小，調(diào)節(jié)性能差的缺陷。太平哨電站應(yīng)盡可能的利用河段自然落差，因而，從與其上級回龍電站尾水位銜接角度的分析，太平哨水庫正常高水位定為191.5米為宜。水庫死水位則應(yīng)結(jié)合輸水建筑物的布置分析確定。（死水位190米，正常高水位191.5米，設(shè)計洪水位(P=1%)191.7米，Q=12400m3/s,校核洪水位（P=0.1%）194.7米Q=17500m3/s）。根據(jù)本工程的條件，應(yīng)采用Ⅱ級設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，即水利樞紐永久性建筑物按百年一遇洪水設(shè)計，千年一遇洪水校核?？紤]到上一級回龍地下電站交通洞的高程，要求本水庫設(shè)計洪水位也不應(yīng)超過198.0米高程。1.5.3裝機(jī)容量的選擇東北地區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不斷提高，現(xiàn)有電源特別是水電遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足系統(tǒng)負(fù)荷增長的需要。經(jīng)與東北電力局研究認(rèn)為，太平哨水電站將在負(fù)荷曲線的尖峰位置上工作，并應(yīng)適當(dāng)擔(dān)任一部分備用容量，為此，本電站的利用小時數(shù)不宜過高，可控制在2500小時左右或更低些，可結(jié)合機(jī)組選擇合理確定。（最后確定太平哨水電站的裝機(jī)容量N為16萬千瓦，保證出力2.5萬千瓦，年發(fā)電量4.3億度，年利用小時數(shù)2680小時。特征水頭：最大水頭38.1米，最小水頭34.6米，設(shè)計水頭36.2米，加權(quán)平均水頭36.2米，發(fā)電機(jī)效率98%。）1.5.4引水隧洞的洞徑選擇考慮到施工技術(shù)條件，引水洞洞徑不宜超過12米，否則的話，可考慮采用兩條引水隧洞的方案，應(yīng)結(jié)合機(jī)組數(shù)的選擇合理確定。1.5.5附圖附圖1-1：渾江下游梯級開發(fā)示意圖附圖1-2：太平哨水庫容積、面積曲線附圖1-3：太平哨壩下H—Q關(guān)系曲線附圖1-4：太平哨水電站尾水H—Q關(guān)系曲線附圖1-5：HL240-46轉(zhuǎn)輪綜合特性曲線附圖1-6：ZZ440-46轉(zhuǎn)輪綜合特性曲線附圖1-7：壩址區(qū)地形圖附圖1-8：引水道沿線地形、地質(zhì)圖.附圖.附圖.附圖1-1：渾江下游梯級開發(fā)示意圖附圖1太平哨下游梯級開發(fā)示意圖 半拉半拉江江拉半300米221米太平哨電站示意圖仁桓島子心夾大壩引水道頭蘆葫葫蘆細(xì)子江渾山龍回坑金嶺高哨平太139米152米米191.5江綠鴨金坑小雅大大河太平哨高嶺沙尖子二河雅河回龍山江桓仁渾江爾富通化市1-2：太平哨水庫容積、面積曲線20.015.020.015.010.05.002.52.01.5水庫面積（平方公里）容積曲線面積曲線3.1672.2971.5911.0040.5440.21319.6915.2313.0410.557.955.36201.10.0511.52191.1191.1186.1181.1176.1171.1容積（億立米）面積（平方公里）高程（米）位（m）195.0190.0185.0180.0175.0170.0165.0160.0 0 0.5附圖2太平哨水庫容積面積曲線1.0 3.0 附圖3太平哨壩下H～Q曲線1-3：太平哨壩下H—Q關(guān)系曲線175.00流量（秒立米）水位流量（秒立米）（m）170.00165.00160.00 0 5000 10000 15000 20000 1-4：太平哨水電站尾水H—Q關(guān)系曲線附圖4太平哨水電站尾水H～Q曲線170流量（秒立米）水位流量（秒立米）（m）165160155150 0 5000 10000 15000 20000 25000...2.水輪機(jī)選型設(shè)計2.1機(jī)組臺數(shù)與單機(jī)容量的選擇2.1.1機(jī)組臺數(shù)選擇水電站總裝機(jī)容量等于機(jī)組臺數(shù)和單機(jī)容量的成積，在總裝機(jī)容量確定的情況下可以擬訂出不同的機(jī)組臺數(shù)方案，當(dāng)機(jī)組臺數(shù)不同時，則當(dāng)單機(jī)容量不同，水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪直徑、轉(zhuǎn)速也就不同。有時甚至水輪機(jī)的型號也回改變，從而影響水電站的工程投資、運(yùn)行效率、運(yùn)行條件以及產(chǎn)品供應(yīng)。因此，在選擇機(jī)組臺數(shù)時，應(yīng)從下列幾方面綜合考慮：臺數(shù)與機(jī)電設(shè)備的關(guān)系機(jī)組臺數(shù)增多，單機(jī)容量減少，尺寸減小，制造及運(yùn)輸較易，這對制造能力和運(yùn)輸條件較差的地區(qū)有利的，但實際上說，用小機(jī)組時單位千瓦消耗的材料多，制造工作量大，所以最好選用較大容量的機(jī)組。機(jī)組臺數(shù)與水電站投資的關(guān)系當(dāng)選用機(jī)組臺數(shù)較多時，不僅機(jī)組本身單位千瓦的造價多，而且相應(yīng)的閥門、管道、調(diào)速設(shè)備、輔助設(shè)備、電氣設(shè)備的套數(shù)增加，電氣結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，廠房平面尺寸增加，機(jī)組安裝，維護(hù)的工作量增加，因而水電站單位千瓦的投資將隨臺數(shù)的增加而增加，但采用小機(jī)組時，廠房的起重能力、安裝場地、機(jī)坑開挖量都可以縮減，因而有減小一些水電站的投資，在大多數(shù)情況下，機(jī)組臺數(shù)增多將增大投資。機(jī)組臺數(shù)與水電站運(yùn)行的關(guān)系當(dāng)水電站在電力系統(tǒng)中擔(dān)任基荷工作時，引用流量較固定，選擇機(jī)組臺數(shù)較少，可使水輪機(jī)在較長時間內(nèi)以最大工況運(yùn)行，使水電站保持較高的平均效率，當(dāng)水電站擔(dān)任系統(tǒng)尖峰負(fù)荷時，由于負(fù)荷經(jīng)常變化，而且幅度較大，為使每臺機(jī)組都可以高效率工作，需要更多的機(jī)組臺數(shù)。組臺數(shù)與水電站運(yùn)行維護(hù)的關(guān)系當(dāng)機(jī)組的臺數(shù)過多時，水電站的進(jìn)行方式激動靈活、易于調(diào)度、每臺機(jī)組的事故影響較小，檢修工作也比較容易安排，但運(yùn)行檢修、維護(hù)工作量及年運(yùn)行費(fèi)用和事故率將隨機(jī)組臺的增多而增加，因此機(jī)組的臺數(shù)不宜過多。上述各種因素是相互聯(lián)系而又相互對立的，不可能同時一一滿足，為了制造安裝運(yùn)行，維護(hù)及設(shè)備供應(yīng)的方便，在一個水電站內(nèi)應(yīng)盡可能選擇相同型號的機(jī)組，大中型水電站機(jī)組常采用擴(kuò)大單元信線，為了使電器主結(jié)線對稱。大多數(shù)情況下機(jī)組臺數(shù)用偶數(shù)，本設(shè)計引水式水電站的總裝機(jī)容量為16萬千瓦，屬中型水電站，我國的建成的中型水電站一般采用4—6臺機(jī)組，由于上述各種因素，本設(shè)計選用4臺機(jī)組。1.2機(jī)組單機(jī)容量選擇單機(jī)容量N=16萬÷4=4萬KW（滿足保證出力2.5萬千瓦。）水輪機(jī)額定出力N?=N÷98﹪=40000÷98﹪=40816.32KW2.2水輪機(jī)型號及裝置方式的選擇2.1水輪機(jī)型號選擇水輪機(jī)型號的選擇中起主要作用的是水頭,本電站工作水頭范圍為34.6m～38.1m根據(jù)水頭范圍從型譜中查得ZZ440型適應(yīng)水頭20m～40m,HL24型適應(yīng)水頭25～45m兩種型號均適用。將兩種機(jī)型作為初選方案計算其參數(shù)作分析比較確定一種作為最終方案2.2.2裝置方式的選擇在大中型水電站中,其水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組尺寸一般較大,安裝高程也較低,因此七裝置方式多采用立軸式。它可使發(fā)電機(jī)的安裝高程較高不易受潮,機(jī)組的傳動效率較高而且水電站廠房的面積較小,因此本設(shè)計采用立軸式裝置。水輪機(jī)參數(shù)計算2.3.1HL240型水輪機(jī)方案主要參數(shù)選擇1）轉(zhuǎn)輪直徑D的計算1查表3—6和圖3—12得HL240型水輪機(jī)在限制工況下的單位流量Q'=1.24m3/s，1M效率=90.4%，由此可以初步假定原水輪機(jī)的單位流量Q'=Q'=1.24m3/s,效率 M 1 1M=92%.MN D r 1 9.081Q'H3/2 1 r式中：D——水輪機(jī)標(biāo)稱直徑Q——水輪機(jī)單位流量查得Q'=1240L/s=1.24m3/s1 1H——設(shè)計水頭H36.2mr r40000N——水輪機(jī)額定出力NN/40816KWr T e F 0.9840816代入式中得D4.09m 1 39.811.2436.220.91采用與其相近的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)輪直徑D=4.1m1轉(zhuǎn)速計算n'H7236.2 n10 = 105.7r/min D 4.11式中n'——單位轉(zhuǎn)速采用最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速n'72r/min 1 10H——采用設(shè)計水頭36.2mD——采用選用的標(biāo)準(zhǔn)直徑D=4.1m 1 1采用與其接近的同步轉(zhuǎn)速n=107.1r/min效率及單位參數(shù)修正查表3—6可得HL240型水輪機(jī)在最優(yōu)工況下的模型最高效率=92.0%,模型轉(zhuǎn)輪直徑D=0.46m,由公式： Mmax 1M0.4651DD=1-(1-)M=1-(1-0.92)5× 51DD=94.8%則=-=94.8%-92%=2.8%考慮模型與原型水輪的差異,常在減去一個修正=1.0%,=1.8%=+=92%+1.6%=93.6%maxMmax=+=90.4%+1.8%=92.2%(與假設(shè)基本相同)Mn' 因為, 1(1)=0.9380.92-1=0.97%<3% n' max Mmax10M所以，不需要修正。則原假定的n=107.1r/min,Q1′=1.24m3/s,D1=4.1m是正確的。出力校核N9.81QH T T P設(shè)計流量QQ'D2H1.244.1236.2125.4m3/s由水輪機(jī)運(yùn)特線查得M=0.908修正得水輪機(jī)效率=0.908+0.03=0.938NT=9.81×125.4×36.2×0.938=41771KW大于40816KW滿足要求運(yùn)行范圍校核在選定D=4.1m,n=107.1r/min后,水輪機(jī)的Q'及特征水頭相對應(yīng)的n'可以計1 1max 1算出來. N 4.08104 Q'= r = 1max9.81D2HH9.814.1236.236.20.92 1 r r=1.235<1.24m3/s水輪機(jī)的最大引用流量為r Q Q'D2H1.2354.1236.2124.91m3/sr max 1max1各個特征水頭相對應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速 n'nD 107.14.171.1r 1min 1max38.11max38.1n'nD107.14.174.7r 1max 1min1min34.6Hn'nD107.14.173.0r 1r 136.2r136.2rH列表比較如表2-1所示，由計算值繪運(yùn)行范圍圖，從模型綜合特性曲線上看出基本包括了高效率區(qū)。表2-1項目項目maxHpHminH水頭38.136.234.6單位轉(zhuǎn)速'1n71.17374.7單位流量'1Q1.11.241.246）吸出高程的計算H10 ()H1s 900式中：——當(dāng)?shù)馗叱虨?52.6m——氣蝕系數(shù)H——水頭表2-2HL240型水輪機(jī)吸出高度計算見表項目項目最小水頭設(shè)計水頭最小水頭水頭38.136.234.6單位轉(zhuǎn)速71.17374.7氣蝕系數(shù)0.20.20.2修正值0.0380.0390.04H)(9.0688.6528.304吸出高度Hs-0.2380.1780.526采用最小值作為其吸出高度Hs=-0.24m7）安裝高程的計算HL240型水輪機(jī)的安裝高程的計算b ZZ H0=152.6-0.24+0.74825=153.1m A Dmin s2式中：導(dǎo)葉相對高度b0/D1=0.365 Z 為設(shè)計尾水位152.6mDminH為吸出高度s2.3.2ZZ440型水輪機(jī)方案主要參數(shù)選擇ZZ440型適用水頭范圍25～45m,其模型參數(shù)如表2-3表2-3葉片數(shù)葉片數(shù)m0導(dǎo)葉相對高度b0/D1’最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速'10n（r/min）限制工況單位流量'1xQ（m3/s）氣蝕系數(shù)m模型直徑Dm1（m）實驗水頭Hm（m）60.3751151.650.720.463.5轉(zhuǎn)輪直徑D的計算由上表查得Z440型水輪機(jī)在限制工況下的單位流量Q′=1.65m3/s,同時該工況 1m的氣蝕系數(shù)=0.72,[H]=-4m時其相應(yīng)的氣蝕系數(shù)：S10H101524 900 s 900 =0.382-0.034=0.3480.72H 36.2式中為氣蝕系數(shù)修正值，由圖2-26查得=0.034。在滿足-4m吸出高度的前提下,從圖可查知(n'=115r/min,=0.348處的流量10Q1′=1000L/s,M=88.3%,假定水輪機(jī)的效率為91.6%. N 4.082104 D= r =4.57m19.81Q1'HrHr9.811.0236.236.20.915選用與之接近的標(biāo)準(zhǔn)直徑D1=4.5m轉(zhuǎn)速：n'H n1 D1式中：n1’——單位轉(zhuǎn)速，采用n1’=1.1n10’=126.5r/minH——水頭采用H=H=36.2mpn'Hn=10Dr(r/min)=153.876r/minr采用與其接近的同步轉(zhuǎn)速n=166.7r/min磁極對數(shù)p=183）效率及單位參數(shù)的修正軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)的原型最高效率采用0.89maxM1051HHDD1051HHDDmm max maxM maxM1效率修正值，對不同裝置角計算結(jié)果列表如表2-4 max maxM表2-4ZZ440型水輪機(jī)效率修正值計算表1%M葉片轉(zhuǎn)角葉片轉(zhuǎn)角-10°-5°0°5°10°°15maxM84.98888.888.387.286max90.292.292.792.491.790.9maxM-max5.34.23.94.14.54.94.33.22.93.13.53.9由于最優(yōu)工況接近于=0°的時候.故采用=2.9%作為修正值則原型的最高效率=+=89%+2.9%=91.9%maxMmax已知在吸出高程為-4m,限制工況點(n'=115r/min,Q1′=1000L/s)處的模型效率=88.1%而該工況在5°—10°=3.28%. M 由此可得該工況點的原型水輪機(jī)效率為=88.3%+3.28%=91.78%（與上假定相近）n' 因為 1(1)=(0.9190.891)=1.62%<3% n' max Mmax10M 所以n不用修正.則D=4.5m,n=166.7r/min 是正確的14）工作范圍校核D1=4.5m,n=166.7r/minN Q'= r =1.0321m3/s1max9.81D2HH 1 r r水輪機(jī)的最大引用流量為rQ Q'D2H0.83694.1236.2126.8m3/smax 1max 1r各個特征水頭相對應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速： nD 166.74.5 n' 1 124.23r/min 1min max38.1max38.1 nD 166.74.5 n' 1 130.36r/min 1max minmin34.6H nD 166.74.5 n1 127.45r/min 1r 36.2r36.2r在HL240型水輪機(jī)模型綜合特性曲線圖上分別繪出，Q'，n'和n'的直線， 1max 1max 1min可看出，包括了高效率區(qū)。5）吸出高度及安裝高程的計算由水輪機(jī)的設(shè)計工況點(n'=127.45r/min,Q'=10321L/s,)在圖3—25可查得相 1r 1max應(yīng)的氣蝕系數(shù)為=0.33，并可以從圖2—26查得氣蝕修正值=0.034 則：H10 ()H S 900=10-152.6/900-(0.33+0.034)×36.2=-3.35m>-4.0m由此可見ZZ440型水輪機(jī)的方案的吸出高程滿足水電站的要求。6）安裝高程的計算ZZ440型水輪機(jī)安裝高程的計算 ZA=ZDmin+Hs+xD1=152.6-3.35+0.413.8=150.8× m始終x為高度系數(shù)從《水電站》查得取0.412.3.3HL240型水輪機(jī)及ZZ44型水輪機(jī)兩種方案的比較表2－5水輪機(jī)方案參數(shù)對照表序號序號項目HL240ZZ4401模型水輪機(jī)參數(shù)推薦使用的水頭范圍25～4520～362最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速721153最優(yōu)單位流量11008004限制工況單位流量124016505最高效率92896氣蝕系數(shù)0.1950.727原型水輪機(jī)參數(shù)工作水頭范圍34.6～38.134.6～38.18轉(zhuǎn)輪直徑4.14.59轉(zhuǎn)速107.1166.710最高效率94.891.911額定出力408164081612最大引用流量124.9126.813吸出高度-0.24-3.3514安裝高程153.1150.8由表2－5可見兩種方案中HL240型水輪機(jī)運(yùn)行效率高，安裝高程較高使得其開挖量較ZZ40型水輪機(jī)的開挖量要小得多且有利于提高年發(fā)電量，而ZZ440型水輪機(jī)機(jī)組轉(zhuǎn)速較高使得其氣蝕系數(shù)較高不利于安全，雖然發(fā)電機(jī)尺寸較小但同時使得水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)造價升高綜合以上因素選擇HL240型方案更為有利2.4水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線的繪制水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線時表示轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)輪直徑為常數(shù)時水頭，流量，出力，效率，河吸出高度等參數(shù)間的關(guān)系曲線包括等效率曲線，出力限制線和等吸出高曲線，它反映了水輪機(jī)實際運(yùn)行中各個參數(shù)間的關(guān)系是指導(dǎo)水電站運(yùn)行的依據(jù)。2.4.1等效率曲線的繪制在水輪機(jī)的工作水頭范圍以內(nèi)取三個水頭H,H,H并繪制每個水頭下的工作特性曲線如附圖2-1（a）,在該圖上以某一效率常作行線，他與諸曲線相交并可得出各交點上的H,N值，然后依H，N值將各點落在H-N的坐標(biāo)場中，并繪制成一光滑曲線如附圖2-1(b)，即為該效率的等效率曲線，計算表2－6表2－6等效率曲線計算表1.6%2.4.2出力限制線的繪制水輪機(jī)最大出力受到發(fā)電機(jī)額定出力和水輪機(jī)5%出力貯備線的雙重限制，在運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線圖上，H≥Hr時的出力線為N=Hr的一段垂直直線，H<Hr時水輪機(jī)出力受5%出力貯備線的限制,A點與B點的連線即為出力線。做法上見圖。N發(fā)電機(jī)額定出力N的限制即為水輪額定出力N的限制（N=grgr為發(fā)電機(jī)的 r r rgr額定效率），因此在運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線圖上，HH時出力限制線NN的一段垂直直r r線，如下圖由于H是水輪機(jī)發(fā)出額定出力的最小水頭，所以當(dāng)HH時，水輪機(jī)出力受r r5%出力儲備線的限制。在相應(yīng)的模型綜合特性曲線圖中的5%出力儲備線上找出相應(yīng)于H的工況點然后求出對應(yīng)的N9.81D2H32在圖中把HN點與minmin1minmr,rH,N點連成直線，即得到HH時的出力限制線，如附圖2-2。minmin r D4.1m,H36.2m,H 34.6m,90.4%,1.8% 1 r min m92.2%,NN/4.0104kw/98%4016.3KWm rgrgrN9.81D2Q'H329.8192.2%4.12Q'34.632min 1 1 min 1而相應(yīng)于H的工況點流量Q'1.233 min 1N38154.4kw則,N對應(yīng)點36.2，40.82MW r rH,N對應(yīng)點34.6,38.15MWminmin2.4.3等吸出高度曲線的繪制根據(jù)等效率曲線計算表中的Q'和N作不同水頭下N=f(Q')的輔助曲線在向相應(yīng)的模型綜合特性曲上，佐以各水頭下n'為數(shù)的水平線，它與氣1M蝕系數(shù)線交于許多點，記下各點的和Q'值并將其列入表其中的值可由H查得 1 r由上述已知的Q'可在N=f(Q')輔助曲線上查得相應(yīng)的N值并記入表中有公式 1 1H=10-()H，計算出不同之相應(yīng)的吸出高H并列入表中。s 900 s根據(jù)表中對應(yīng)的H和N作各水頭下的Hf(N)的輔助曲線如附圖2-3(a)。 s S在Hf(N)得輔助曲線上，作某一H為常數(shù)的水平線它與該輔助曲線交于許多點，并可點上的H，N值。然后將各點連光滑曲線即得該吸出高的等吸出高度線如附圖2-3(b),計算過程見表2-7表2-7吸出高度計算表H ni Qi N ()H Hs 0.210.8629.25 0.240 9.14 0.69 0.201.0135.84 0.230 8.76 1.0738.10.03071.140.201.2042.12 0.230 8.76 1.07 0.211.3144.2 0.240 9.14 0.69 0.210.83528.17 0.242 8.76 1.07 0.200.97 32 0.232 8.40 1.4336.20.03272.980.201.2840.7 0.232 8.40 1.43 0.211.3241.25 0.242 8.76 1.07 0.210.83 24. 0.245 8.48 1.35 0.200.9528.5 0.235 8.13 1.7034.60.03574.650.201.2938.23 0.235 8.13 1.70 0.211.3338.83 0.245 8.48 1.352.5水輪機(jī)蝸殼設(shè)計2.5.1蝸殼形式的選擇蝸殼形式有金屬蝸殼和混凝土蝸殼，金屬蝸殼適用于水頭大于40m或小型臥式機(jī)組，混凝土蝸殼適用于水頭小于40m由水電站的水頭范圍34.6～38.1m，同時考慮為了節(jié)約鋼材,且梯形斷面與圓形斷面相等時，梯形斷面可以沿軸向上下延伸,與圓形相比徑向尺寸較小,可以減少廠房的面積和土建投資,所以本設(shè)計采用了混凝土蝸殼,并采用平頂梯形斷面。2.5.2斷面形狀及包角的選擇從蝸殼的鼻端至蝸殼進(jìn)口斷面之間的夾角稱為蝸殼包角,常用來表示,對于混凝0土蝸殼由于勘測流量較大,允許的流速減小,允許流速較小,通常采用包角為180°～270°，本設(shè)計選擇270°斷面形式使用平頂梯形，本設(shè)計采用了平頂梯形,所以n=0,a a當(dāng)n=0時,r=10°～15°,=1.5～1.7可達(dá)到2.0,本設(shè)計選用r=15°,=1.6，300。b b根據(jù)水電站規(guī)模本電站采用平頂梯形斷面混凝土蝸殼由《水力機(jī)械》附表以及附表二查得HL240型水輪機(jī)Da=6.35m,Db=5.5m2.5.3進(jìn)口斷面面積及尺寸的確定進(jìn)口斷面流速vaH0.822636.2=4.95m/s 1 c式中a查《水電站》表1-5內(nèi)插得0.8226cQ進(jìn)口斷面流量QT=94.05m3/s03600設(shè)計流量Q=125.4m3/sTQ進(jìn)口斷面面積F1=v0=94.05/4.95=19m21根據(jù)幾何關(guān)系確定進(jìn)口斷面尺寸如下進(jìn)口斷面面積應(yīng)滿足下式a/b1.6bmb00.365D11.5m 1 F0ab2m2tgr r15解上面方程組得a1=3.56m，b1=5.7m，m1=4.2m2.5.4中間斷面尺寸的確定在圖5中CH對角線為mka,k=m/a=1.2當(dāng)混凝土蝸殼的進(jìn)水口面狀確定后，其中間斷面形狀可由各斷面頂角點及底角點的變化規(guī)律來確定，本設(shè)計采用直線變化規(guī)律。查《水電站設(shè)計手冊》(水利機(jī)械卷)表12-15,可知Da=6.35m，Db=5.5m2.5.5FR圖的繪制根據(jù)《水電站》的公式(2-3)和(2-4)式可知中間斷面面積F與包角的關(guān)系為 i 00F(i1,2,3KK),所以F是直線iFi0繪制f(R)輔助曲線,在進(jìn)口斷面做出若干個中間斷面,如圖2-4。結(jié)合mka及 i i已知數(shù)據(jù)可以求出每個斷面的面積F,i,1Fabm2tgr1.5a1.03a2 i ii2i i i根據(jù)下表2-8可就可以繪制FR曲線，見附圖2-5表2-8斷面斷面iamiimkam0iibbm212iiiiFabmtgr00iiFFiaiRra03.6484.3375.83719.122706.82312.6483.1484.64811.161585.82321.6481.9593.4595.26744.82330.6480.7702.2701.40203.823查圖得表2-9表2-904590135180225270R2.754.24.95.566.36.7依據(jù)上表繪制蝸殼單線圖如附圖2-6。2.6尾水管設(shè)計2.6.1尾水管的形式尾水管是反擊式水輪機(jī)的重要過流部件，其形式和尺寸在很大程度上影響到水電站下部土建工程的投資和水輪機(jī)運(yùn)行的效率及穩(wěn)定性。尾水管的形式很多,常用的有直錐形,彎錐形和彎肘形,大中型反擊式水輪機(jī)均采用彎肘形，本設(shè)計采用彎肘形，它不但可以減小尾水管開挖深度，而且具有良好的水力性能。彎肘形尾水管由進(jìn)口直錐段中間肘管段和出口擴(kuò)散段三部分組成。2.6.2彎肘形尾水管部分尺寸的確定由《水電設(shè)計手冊》查得HL240型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪流道尺寸D=1.078D尾水管尺寸2 1采用推薦尺寸。1)進(jìn)口直錐段是一段垂直的圓錐形擴(kuò)散管,進(jìn)口直徑為D高度為h錐管段均設(shè)金屬里襯,以防止旋轉(zhuǎn)水流對管壁的破壞,對混流式水輪機(jī),單邊3的擴(kuò)散角3的最優(yōu)值為7°～9°,本設(shè)計選用8°,進(jìn)口直徑D3=D2=1.078D=4.42m中間彎肘段肘管是一段90°轉(zhuǎn)角的邊截面彎管,其進(jìn)口斷面為圓形,出口斷面為矩形,管內(nèi)一般不設(shè)金屬里襯,由于肘管形狀太復(fù)雜，所以肘管內(nèi)一般不設(shè)金屬里襯，但當(dāng)流速很大特別含沙時應(yīng)設(shè)里襯，由于該電站水頭小150m，所以不設(shè)金屬內(nèi)襯.出口擴(kuò)散段是一段水平放置,兩側(cè)平行,頂板上翹的矩形擴(kuò)散管,一般取10°～13°,本設(shè)計取12°當(dāng)出口斷面寬度過大時,可按水工結(jié)構(gòu)要求加設(shè)中間設(shè)墩,它的厚度取(0.10～0.15)B5.并考慮尾水門槽不止的需要，出口擴(kuò)散段內(nèi)通常不加金屬里襯。彎管段尺寸計算見表2-10DD44hB6L16haR61aR72aR8112.0151.350.50.360.861.100.60.080.585.5355.53511.157.472.771.994.766.093.320.443.2擴(kuò)散段尺寸計算見表2-11DD1HLB5D44h6hL15h12.64.52.721.351.350.6751.821.224.110.6618.4511.1525.5355.5352.76757.4625.002利用以上數(shù)據(jù)繪制尾水管如附圖2-7。2.7發(fā)電機(jī)的選擇2.7.1發(fā)電機(jī)型式的選擇水輪發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)型式主要取決于水輪機(jī)的型式和轉(zhuǎn)速，同時要兼顧廠房的布置要求，本設(shè)計水輪機(jī)的額定轉(zhuǎn)速n=107.1r/min,故采用傘式水輪發(fā)電機(jī)。2.7.2水輪發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸本設(shè)計中水輪發(fā)電機(jī)的型號采用推薦型號為SF45-56/900，即：立式空冷水輪發(fā)電機(jī)，額定容量為45MW，磁極個數(shù)為56個，定子鐵芯外徑9000mm，SF45-56/900型水輪發(fā)電機(jī)有關(guān)資料如下（查《水電站機(jī)電設(shè)計手冊》水力機(jī)械卷）：定子外徑：D=900cma定子內(nèi)徑：D=842cmi定子長度：L=135cmt定子機(jī)座高度：h=2590mm上機(jī)架高度：=838mm推力軸承高度：=870mm勵磁機(jī)高度：=2070mm永磁機(jī)及轉(zhuǎn)速繼電器高度：=455mm6定子支撐面至下機(jī)架支撐面距離：h=785mm轉(zhuǎn)子磁軛軸向高度：=1980mm10發(fā)電機(jī)主軸高度：h=2035（副）h=7020（主） 11 11定子水平中心線至法蘭底面距離：h=6120mm法蘭盤地面至發(fā)電機(jī)層地板高度：H=055mm定子支承至發(fā)電機(jī)層地板高度：h=3428mm機(jī)座外徑：D=10170mm風(fēng)罩內(nèi)經(jīng)：=12800mm轉(zhuǎn)子外徑：=8390mm水輪機(jī)機(jī)坑直徑：=6000mm下機(jī)架最大跨度：=7760mm推力軸承裝置外徑：=3200mm勵磁機(jī)外徑：=2640/3000mm布置特點說明：上機(jī)架埋入地板內(nèi)、磁機(jī)及其機(jī)架在其上露出地面，推力軸承在下機(jī)架之上。見附圖2-8。2.8調(diào)速器設(shè)計2.8.1調(diào)速設(shè)備的選擇水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的基本任務(wù)是：使水輪發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定地以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，在機(jī)組負(fù)荷變化或其他外擾作用下，保證機(jī)組的轉(zhuǎn)速變化不超過一定的范圍，并能迅速地穩(wěn)定與新的工況，從而保證發(fā)電機(jī)輸出的交流電頻率滿足用電設(shè)備的要求。水輪機(jī)調(diào)節(jié)是通過調(diào)速系統(tǒng)根據(jù)機(jī)組轉(zhuǎn)速的不斷地改變水輪機(jī)過流量來實現(xiàn)的。調(diào)速功A(200250)QHD《水力機(jī)械》式5-41式中：H——水輪機(jī)的最大水頭H=38.1mmaxQ——最大水頭下發(fā)出額定出力時的流量D—轉(zhuǎn)輪直徑本設(shè)計為4.1m1N由Qr得最大水頭下發(fā)出額定出力的流量9.81Hmax由繪制的運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線圖上查得=94.6%A(200250)*115.4*38.1*4.1=288463—360579N·m>3000N·m選屬大型調(diào)速器則接力器,調(diào)速柜和油壓裝置應(yīng)分別為計算和選擇。2.8.2接力器的選擇1）接力器直徑的選擇采用兩個接力器來操作水輪機(jī)的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)選用額定油壓為2.5Mpa每個接力器直徑按下式計算max0DHbmax0DHb s 11D=4.1m位于2.5-7.5之間Z=24采用標(biāo)準(zhǔn)正曲率導(dǎo)葉式中為系數(shù)查《水力機(jī)械》表5-得=0.03導(dǎo)葉高度b=.5m01.5*38.10DHbdD max=0.03*4.1=0.459m0DHb12）接力器最大行程的計算應(yīng)用《水力機(jī)械》（5-8）式接力器最大行程S為：max S1.41.8a max 0max 導(dǎo)葉最大開度a 可由模型的a 求得。 0max 0maxDZ a a 00M 0max 0MaxDZ 0M 0式中：D,D——原形和模型水輪機(jī)導(dǎo)葉軸心圓的直徑。 0 0M Z,Z——原形和模型水輪機(jī)導(dǎo)葉數(shù)目S (1.41.8)a 0 0M max 0max N 40816 Q' r 1.25m3/s1max9.81D2H3/29.81*4.12*36.23/2*0.91 1 rr則QQ'D2H1.24*4.12*36.2125.4m3/smax1max1r 由（n'73r/min,Q'1.24m3/s)查得a =26.9 1r 1max 0Max DZ 4797*24 a a 00m=26.9*=242mm 0max 0MaxDZ 534*24 0M 0計算系數(shù)取1.8smax=1.8*242=434mm=0.434m3）接力器容積的計算 3 Vd2S *0.45920.4340.144m《水力機(jī)械》式5-10s2smax22.8.3調(diào)速器的選擇大型調(diào)速器的型號是以主配壓閥的直徑來表征的，主配壓閥直徑d可由《水力機(jī)械》（5-15）式計算：d=1.13msmssVTV式中：T——導(dǎo)葉從全開到全關(guān)的直線關(guān)閉時間，ssV——管內(nèi)油的流速（m/s）m本設(shè)計選用T=4s，V=4.5m/s則s m0.144d1.13101mm4*4.5查《水力機(jī)械》表5-1選擇與之接近的D-T100電氣液壓型調(diào)速器2.8.4液壓裝置的選擇油壓裝置是向水輪發(fā)電機(jī)的調(diào)速系數(shù)供給壓力油能源設(shè)備，設(shè)調(diào)速系統(tǒng)的重要組成設(shè)備。同時也作為進(jìn)水閥，調(diào)壓閥以及液壓操作原件的壓力油源。油壓裝置的工作能力由壓力油罐的額定油壓及總?cè)萘縼順?biāo)志，目前國內(nèi)生產(chǎn)的油壓裝置，其額定油壓一般為25kg/cm2，在不考慮轉(zhuǎn)輪漿液接力器和水輪機(jī)進(jìn)