太平哨水利樞紐引水式水電站設計

1基本資料 61.1任務的提出 61.2工程地質條件 6 6 71.2.3壩址工程地質條件 7 8 81.3建筑材料 91.4水文與氣象 111.4.2氣象條件 111.4.3水文資料 121.5水利、動能及水庫 17 171.5.2水庫水位 181.5.3裝機容量的選擇 18 181.5.5附圖 192水輪機選型設計 252.1機組臺數與單機容量的選擇 252.1.1機組臺數選擇 252.1.2機組單機容量選擇 262.2水輪機型號及裝置方式的選擇 2.2.1水輪機型號選擇 262.2.2裝置方式的選擇 262.3水輪機參數計算 2.3.1HL240型水輪機方案主要參數選擇 262.3.2ZZ440型水輪機方案主要參數選擇 292.3.3HL240型水輪機及ZZ44型水輪機兩種方案的比較 312.4水輪機運轉特性曲線的繪制 322.4.1等效率曲線的繪制 322.4.2出力限制線的繪制 332.4.3等吸出高度曲線的繪制 342.5水輪機蝸殼設計 352.5.1蝸殼形式的選擇 352.5.2斷面形狀及包角的選擇 352.5.3進口斷面面積及尺寸的確定 352.5.4中間斷面尺寸的確定 362.5.5FR圖的繪制 362.6尾水管設計 372.6.1尾水管的形式 372.6.2彎肘形尾水管部分尺寸的確定 372.7發(fā)電機的選擇 382.7.1發(fā)電機型式的選擇 382.7.2水輪發(fā)電機的結構尺寸 382.8調速器設計 2.8.1調速設備的選擇 392.8.2接力器的選擇 392.8.3調速器的選擇 402.8.4液壓裝置的選擇 41 423壩區(qū)樞紐總布置 463.1壩軸線及壩型選擇 463.1.1壩軸線選擇 463.1.2壩型選擇 463.2泄洪方式選擇及調洪演算 473.3樞紐布置 474攔河壩設計 484.1基本資料 484.2擋水壩剖面設計 484.2.1擋水壩壩頂高程的確定 484.2.2擋水壩的剖面尺寸確定 484.3溢流壩剖面設計 494.3.1溢流壩面曲線設計 494.3.2消能防沖設計 504.4洪水下泄流量校核 514.4.1溢流壩過流能力的驗算 514.4.2底孔過流能力驗算 534.5閘門閘墩及工作橋設 545擋水壩穩(wěn)定及應力分析 565.1計算說明 565.1.1計算內容 565.1.2計算工況 565.1.3計算單元與計算截面 565.2擋水壩穩(wěn)定及應力分析 5.2.1荷載計算 565.2.2抗滑穩(wěn)定分析 575.2.3應力分析 586細部構造設計 606.1壩體分區(qū)及標選擇 606.2分縫與止水 6.3廊道系統(tǒng)和排水系統(tǒng)的布置 6.3.1廊道系統(tǒng)布置 616.3.2排水設施布置 626.4壩頂構造 6.4.1非溢流壩壩頂構造 626.4.2溢流壩壩頂構造 626.5壩基處理 626.5.1壩基開挖及清理 626.5.2壩基的加固處理 626.5.3壩基的防滲處理 636.5.4地基排水 636.5.5兩岸的處理 637水電站引水系統(tǒng)設計 647.1隧洞洞徑及洞線選擇 647.1.1有壓引水隧洞洞徑計算 647.1.2洞線選擇原則 647.2進水口設計 7.2.1進水口型式的選擇 657.2.2進水口高程確定 657.2.3進水口尺寸的擬定 667.2.4進口設備 677.3引水隧洞 677.3.1線路與坡度的確定 677.3.2斷面形式與斷面尺寸 687.3.3洞身襯砌 687.4調壓室設計 697.4.1是否設置調壓室判斷 697.4.2調壓室位置的選擇 707.4.3調壓室的布置方式與型式的選擇 707.4.4調壓室的水利計算 707.5水擊及調節(jié)保證計算 727.5.1調保計算目的 727.5.2調節(jié)保證計算的內容 727.5.3調節(jié)保證計算的過程 737.6壓力管道設計 7.6.1壓力管道的布置 757.6.2壓力管道直徑的選擇 767.6.3調節(jié)保證計算 767.6.4壓力管道的結構設計及穩(wěn)定計算 767.7防止地下埋管產生外壓失穩(wěn)的措施 8水電站廠房設計 798.1廠區(qū)樞紐平面布置 798.2主廠房平面設計 798.2.1主廠房長度的確定 798.2.2主廠房寬度確定 808.3主廠房剖面設計 818.3.1機組的安裝高程 818.3.2尾水管底板高程 818.3.3基礎開挖高程 818.3.4水輪機地面高程 818.3.5發(fā)電機定子安裝高程 828.3.6發(fā)電機層樓板高程 828.3.7吊車軌頂高程 828.3.8天花板高程 828.3.9屋頂高程 838.4副廠房的布置與設計 83 84參考資料 85外文資料 86渾江是鴨綠江在我國境內的較大支流，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公根據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。有關渾江下游梯級開發(fā)情況可參見附圖1。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)域變質巖石，部分經受不同程度的混合巖化作用，形成各種類型的混合質變質巖。各水工建筑物均位于本地層的混合變質巖上。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。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火山碎屑巖類，以下為震旦紀變質巖和混合質變質巖，地下水位較高，不會向鄰谷產永久性滲漏。不存在塌岸問題。1.2.3壩址工程地質條件曾選兩條壩線（上壩線與下壩線）進行比較。上、下壩線相距200—300米，地質條件基本相同，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，下壩線巖石普遍風化較深，而上壩線只有個別地段風化較深。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。前震旦系為經受中等程度混合巖化作用的變質巖系，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3NE36°,傾向南東，傾角70°,破碎帶寬5米。另外兩條北東向斷層F與F°據分析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位于右物均無直接影響。壩址區(qū)基巖的透水性，根據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，相應于此開挖標準，壩基巖石與混凝土摩擦系數建議為0.6，河床部位巖石風化較淺，實際上可挖至微風化巖石，建議摩擦系數采用為0.65。壩址右岸巖石強烈風化，全風化巖石深達30米。強烈風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，長石結晶體粗大，抗風化能力較薄弱所致。建議處理意見是：砂礫狀全風化層（深15米左右）可采用混凝土防滲墻方法處理，塊狀全風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付壩工程地質條件葫蘆細子地段山體低緩，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，其地質時代為上更新世坡積層。本地段地層主要是前震旦紀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，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，設計與施工時按常規(guī)方法處理即可。通過地質分析與穩(wěn)定計算可以認為，此地段山體是穩(wěn)定的。為了確保建筑物安全，建議在設計時要加強帷幕灌漿與排水措施。1.2.5引水隧洞和廠房區(qū)工程地質條件渾江在中下游地段，側向侵蝕作用十分強烈，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。第四紀包括出口和進口河漫灘的沖積洪積層，巖性為亞砂土，細沙和砂卵礫石，兩側山坡的坡積殘積層，巖性為亞砂土，細砂和砂卵礫石；兩側山坡的坡積殘積層，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80—160米，深部裂隙已趨閉合，因此工程地質條件較好，建議采用：f=6—7,k0=500。洞線前部通過兩條較大巖脈，均大致與洞線相交，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，通過巖脈處的參數選用為：f=4,K0=300。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，坡腳部位巖塊已經位移。根據上述情況?？烧J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)定巖塊可采取相應的加固措施。廠房基礎將坐落在新鮮的黑云母混合片麻巖上。天然建筑材料的調查，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、質量評價等詳見表1與表2。土壩護坡用石料場，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、儲量及質量情況一覽表表1料場名稱頭（漫子位置游右岸1公里游0.5—2.5公里面積體積（萬米2）無有效層81.16.381.16.35合計126.6B質量評價開采意見便壩方案服務嶺嶺門子游右岸6公里2.5公里口游右岸1公里414,000175,00036,80090,000002047000047BBBB輸困難較高粘土料場儲量、質量情況一覽表表2體積體積固結快剪（萬米3）量（%）0.2122.246.48.20.5—0.17261.5公里游左岸5公里力擦角184.924.91.81.411.891.541.751.400.2625滲透系數天然容重3.×10-61.×10-61.×10-628.3位置231.4.1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。渾江流域地理坐標在東經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240米，因此當偏南氣流入境后，受地形抬升影響，產生強烈降水，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30倍之多。渾江流域正處于西風帶大陸的東部，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。各站年徑流有關參數詳見表5。渾江的洪水主要由急劇而強烈的暴雨形成，暴雨多集中在三天，其中強度最大的暴雨又多集中在一天之內。就較大洪水年份分析，形成暴雨的天氣系統(tǒng)有臺風，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中的臺風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。從一月二月三月四月五月六月沙尖子太平哨沙尖子平均太平哨49387沙尖子太平哨NWNWSWNWNSNNNWNWN發(fā)生年月太平哨電站年徑流系列表（流量：秒立米）表4一月二月三月五月六月七月八月九月十月十一十二年均46.640.140.441.646.341.347.2渾江下游主要站年徑流參數表（流量：秒立米）表5設計值P%設計值P%50139172181216站名桓仁回龍山太平哨沙尖子CS/CV2222多年平均流量144178187244CV0.320.320.320.32957896.610112120525426631952272802953539089110116138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)的機會和強度都才超過其他流域，多年平均三日暴雨在120毫米渾江歷史洪水的調查曾先后進行了5次，調查河段上至通化，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，加之歷史洪水調查資料，故洪水分析成果較為可靠?；佚埳脚c沙尖子的洪峰洪量系分析和桓仁相關插補而延長。太平哨水電站由于無實測資料，故洪峰洪量參數用回龍山參數，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計洪水過程線。太平哨水庫入庫洪水系將桓仁入庫洪水，經桓仁調節(jié)后，如桓—回區(qū)間而得回龍山水庫入庫洪水，在經回龍山水庫調節(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0.10.12320014600306.01690016800225.82回—太區(qū)間洪峰3170流量太平哨入庫流量入流量桓仁出流量庫水位入流量回龍山出流量庫水位2144008780304.2295009500221.850.51850011200305.461200012000223.251165009470304.851100011000222.730.012980018500308.3253014000.226012400197010800175003.33.351020入流量8990802065504960桓仁出流量7750688058304120庫水位301.22301.6300.95300.86入流量9290750065504500回龍山出流量9250750061004500庫水位221.74220.58219.92218.50回—太區(qū)間洪峰流量1610902835557太平哨入庫流量98208070695049801.5.1電站任務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節(jié)，故能以較少庫容獲得較好的能量指標。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，但據遼寧省地質局調查，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分布的不均勻性，彌補了太平哨水庫的庫容小，調節(jié)性能差的缺陷。太平哨電站應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。水庫死水位則應結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）。根據本工程的條件，應采用Ⅱ級設計標準，即水利樞紐永久性建筑物按百年一遇洪水設計，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，要求本水庫設計洪水位也不應超過198.0米高程。1.5.3裝機容量的選擇東北地區(qū)工農業(yè)生產不斷提高，現(xiàn)有電源特別是水電遠遠不能滿足系統(tǒng)負荷增長的需要。經與東北電力局研究認為，太平哨水電站將在負荷曲線的尖峰位置上工作，并應適當擔任一部分備用容量，為此，本電站的利用小時數不宜過高，可控制在2500小時左右或更低些，可結合機組選擇合理確定。（最后確定太平哨水電站的裝機容量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2680小時。特征水頭：最大水頭38.1米，最小水頭34.6米，設計水頭36.2米，加權平均水頭36.2米，發(fā)電機效率98%。）1.5.4引水隧洞的洞徑選擇考慮到施工技術條件，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，應結合機組數的選擇合理確定。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關系曲線附圖1-4：太平哨水電站尾水H—Q關系曲線附圖1-5：HL240-46轉輪綜合特性曲線附圖1-6：ZZ440-46轉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、地質圖附圖1-1：渾江下游梯級開發(fā)示圖1太平哨下游梯級開發(fā)示意圖富爾江二河太平哨電站示意圖太平哨河江江拉半半拉坑河綠鴨頭山夾太平哨雅江渾渾大大子江島附圖1-2：太平哨水庫容積、面積曲線附圖2太平哨水庫容積面積曲線附圖1-3：太平哨壩下H—Q關系曲線附圖1-4：太平哨水電站尾水H—Q關系曲線附圖4太平哨水電站尾水H～Q曲線2.1機組臺數與單機容量的選擇2.1.1機組臺數選擇水輪機額定出力N?=N÷98﹪=40000÷98﹪=40816.32KW2.2水輪機型號及裝置方式的選擇水輪機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根據水頭范圍從型譜中查得ZZ440型適應水頭20m～40m,HL24型適應水頭25～45m兩種型號均適用。將兩種機型作為初選方案計算其參數作分在大中型水電站中,其水輪機發(fā)電機組尺寸一般較大,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)電機的安裝高程較高不易受潮,機組的傳動效率較高而且2.3水輪機參數計算11M效率=90.4%，由此可以初步假定原水輪機的單位流量Q'=Q'=1.24m3/s,效率M11M=92%.MNDD=1H3/2D——水輪機標稱直徑1Q'——水輪機單位流量查得Q'=1240L/s=1.24m3/sN=N=N/=mm332x111H——采用設計水頭36.2mnD——采用選用的標準直徑D=4.1m采用與其接近的同步轉速n=107.1r/minMmax1考慮模型與原型水的差異,常在Δη減去一個修正ξ=1.0%,Δη=1.8%maxMmaxM10Mm3TTP設計流量Q=Q'D2H=NT算出來.QNrr2HHη4H1H1H1H1nDHQD2Hr3/s====r單位流量Q'HpHHH——水頭s1ADmins2Z為設計尾水位152.6mDminH為吸出高度s最優(yōu)單位最優(yōu)單位限制工況單位流量Q'氣蝕系數δm模型直徑實驗水頭m1151.650.720.463.50導葉相對b/D’60.3751）轉輪直徑D的計算1由上表查得ZZ440型水輪機在限制工況下的單位流量Q′=1.65m3/s,同時該工況SQ1′MHDHDmHHDmHH——水頭采用H=H=36.2mpDrrmaxM1效率修正值Δη=ηmax-ηmaxM，對不同裝置角計算結果列表如表2-4表2-4ZZ440型水輪機效率修正值計算表ξ=1%ηMηΦΦ已知在吸出高程為-4m,限制工況點(n')處的模型效率MΦ10M1D1NQN2HHηD2H=1maxHrS=-3.35m>-4.0m123456789模原34.6~在水輪機的工作水頭范圍以內取三個水頭H,H,H并繪制每個水頭下的工HH111=N=9.81D2H32ηQ1η=ηQ'NηQ'Nmmmrn=1Hr2H32ηQ'η=ηηmNm1HHn'=1n'=11H2H32ηQ'η=ηηmNm1555水輪機最大出力受到發(fā)電機額定出力和水輪機5%出力貯備線的雙重限制，在運轉r發(fā)電機額定出力NNN5%出力儲備線的限制。在相應的模型綜合特性曲線圖中的5%出力儲備線上找出相應于H的工況點然后求出對應的N=9.81D2ηH32(η=η+Δη)在圖中把HN點與H,N點連成直線，即得到H〈H時的出力限制線，如附圖2-2。minminN則HHN2.4.3等吸出高度曲線的繪制2）在向相應的模型綜合特性曲線上，佐以各水頭下n'為常數的水1MQiNniHs裝H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或小型臥式機向尺寸較小,可以減少廠房的面積和土建投資,所以本設計采用了混凝土蝸殼,并采用平2.5.2斷面形狀及包角的選擇從蝸殼的鼻端至蝸殼進口斷面之間的夾角稱為蝸殼包角,常用Φ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°,本設計選擇270°斷面形式使用平頂梯形，本設計采用了平頂梯形,所以n=0,--0bcT2v1|F0=ab-2m2m，m1Fi01F=ab-m22iFF006R下部土建工程的投資和水輪機運行的效率及穩(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均采用彎肘形，本設計采用彎肘形，它不但2.6.2彎肘形尾水管部分尺寸的確定屬里襯,以防止旋轉水流對管壁的破壞,對混流式水輪機,單邊的擴散角當流速很大特別含沙時應設里襯，由于該電站水頭小150m，所以不設金屬內襯.3）出口擴散段是一段水平放置,兩側平行,頂板上翹a的矩形擴散管,a一般取的厚度取(0.10～0.15)B5.并考慮尾水門槽不止的需要，出口擴散段內通常不BB6h41D41a2h6a1R6L1R8R7ahh6B5h5L1LHh4D4D112.7發(fā)電機的選擇2.7.1發(fā)電機型式的選擇水輪發(fā)電機有關資料如下（查《水電站機電設計手冊》水力機械卷ait1永磁機及轉速繼電器高度：=455mm定子支撐面至下機架支撐面距離：h8=785mmh=6120mm法蘭盤地面至發(fā)電機層地板高度：H=9055mm定子支承至發(fā)電機層地板高度：h=3428mm123mm2.8調速器設計11Nmax采用兩個接力器來操作水輪機的導水機構選用額定ds=λDbbHD1D=4.1m位于2.5-7.5之間Z=24采用標準正曲率導葉式中λ為系數查《水力機械》表5-3得λ=0.03導葉高度b=1.5m0ds=λDbbHD1DZ0max0MaxDZ0M000M00Mmax0maxNQ1max2H3/2η則Q=Q'D2H=3/233a=aD0Z0m=26.9*4797*24=242mm0max0MaxDZ534*240M03）接力器容積的計算πV=d2S22VVsV——管內油的流速（m/s）msmVV——壓力油罐總體積（m3）V——導葉接力器的總體積（m3）3RSs 等效率0)等吸出高曲線019.126.82511.185.82519.126.82511.185.8253.8255.274.825半徑蝸殼平面單線圖發(fā)電機外形尺寸示意圖3.1壩軸線及壩型選擇3.1.1壩軸線選擇壩軸線的選擇主要是根據地質條件,地形條件,施工條件建筑材料供應和效益及遠景指標等因素選擇合理經濟的壩軸線.①地質條件地質條件是壩址選擇的重要條件,太平哨電站曾選用兩條壩軸線(上壩軸線與下壩軸線),上下壩軸線相距200m～300m,地質條件基本相同,但下壩軸線與右岸巖石完整性較差,呈片狀破碎,風化也較深.②地形條件在高山峽谷地區(qū)布置水利樞紐,減少開挖,壩址選在峽谷地段,壩軸線斷,壩體工程量小,但不利于泄水建筑物的布置,因此需要綜合考慮.在選用壩址時,應考慮如何防止泥沙和漂木進入,取小建筑物,對與于有通航要求的樞紐,應主意通航建筑物與河道的連接.壩址附近特別是其下游應有較開闊的地形,以便布置施工機械應在交通干線的附近,便于施工運輸,可與永久電網連接,解決施工用電問題,卻便于施工導流.壩址附近有足夠數量符合質量要求的天然建筑材料,對于材料分布埋置深度,開采條件以及施工期淹沒等問題都應認真考慮.對于不同壩址要綜合考慮防洪灌溉發(fā)電航運旅游等各個方面的經濟效益.綜上所述,并結合本設計情況,確定選用上壩線.3.1.2壩型選擇對地形、地址條件要求試用性強，安全可靠.剖面尺寸大,壩內應力較低,筑壩材料強度高,耐久性好,樞紐泄洪問題容易解決,便于施工導流.拱壩壩體輕韌,彈性較好,是一種很優(yōu)越的壩型,但對地形條件和地質條件要求嚴格,地形要求左右兩岸對稱,在平面上向下游收縮的峽谷段,地質條件要求巖基較均勻,堅固完整.在本設計中在地形上左岸較陡峭,右岸較緩且下游擴大,因不宜修建拱壩.可就地,就近取材,適應于不同地形,但土壩的泄洪需修溢洪道、泄洪洞，從而提高3.2泄洪方式選擇及調洪演算根據重力壩要求和其自身特點選擇表孔泄流和底孔泄流相結合，溢流壩泄流泄量112m×10.5m閘墩及分縫：中孔分離閘孔并支承閘門工作橋其厚一般取3～5m取4m共七座縫墩：考慮不均勻沉降影響將縫設在閘墩中間,縫寬20cm共六座（2）底孔壩段：孔數采用4孔尺寸為4×3.5mB=4×4=16m2布置采用兩孔一組，中間隔墩為8m邊墩為4m總寬度L=4×4+8+4×4=40m樁號為0+220～0+260壩基巖石容許壓應力為壩基落在較完整的半風化巖石上把體與基巖摩擦系數f=0.6計算方法：穩(wěn)定計算用抗剪公式，應力計算用材料法4.2擋水壩剖面設計4.2.1擋水壩壩頂高程的確定5/4D1/3=2c設5/4D1/3=2 c4.2.2擋水壩的剖面尺寸確定門機軌道的要求，本設計取8m2）壩高：最大壩高為壩頂高程-建基面高程=195.8-160=35.8m或下部傾向上游，下游壩坡系數采用m＝0.6～0.8，壩底寬約為壩高的0.7～0.9倍。利用幾何關系可知下游折坡高程185.13m壩底寬度為26.85m擋水壩剖面圖如下4.3.1溢流壩面曲線設計查表得:最大負壓值2.4m<3，故滿足要求.2n=kHn1y由《水工建筑物》表2-10s查得k=2.0n=1.85曲線方程為x1.85=且戽坎下游的入水角也較大，沖刷能力較強，當值較小時，則形成穩(wěn)定戽流的下游水床同高即戽底高程為161m。消能比K消能比K=gH1.5H=194.7-161.0=33.7mHHRH4本設計采用R=12m為了防止泥沙或石塊卷入戽內，戽壩頂高于河床，對于戽端無切線延長時，有a=R(1-cos)般尾水深的1/6，高度不夠的可用切線a=12x(1-cos405)=3.5m-尾水位=-×（174.2-161.=2.2m，取戽坎高度3.5m溢流壩壩面曲線如下圖4.4洪水下泄流量校核在擬定的孔口尺寸下利用公式Q=nbεσm2gH2sH=191.7-181.5=10.2mm為流量系數0BBC1PB1H0ε'01 sH0=4.4.2底孔過流能力驗算式lλ+Σξ11m3m3考慮經濟使用因素本設計采用弧形閘門作工作閘門，用平板閘門作檢修閘門平板門采用12×12m弧形門門高按設計洪水位考慮10.2m，按校核洪水位考慮為13.2m取12m作為設支鉸位置一般在1/2～3/4倍門高處即6～9m的位置取8m則支鉸高程為181.5+8=189.m5弧形門最低點位置距堰頂靠后一段布置以保證水流沿堰面下泄0工作橋墩頂高程：弧形閘門全開時最高點高程+安全超高按幾何關系求得為203.7m15.1.1計算內容5.1.2計算工況5.1.3計算單元與計算截面5.2.1荷載計算選擇工況為正常蓄水位情況W22=605KN岸壩頭向下游滲透，在某個截面上，由于滲透引起的水壓力稱為滲透壓力，由下游水深引起的水壓力稱為浮托力，滲透壓力與浮托力之和稱為U2U3212m，H1m0W1WUU2U3UU5U6ΣW-U)K=ΣP水工建筑物時2-20ΣW——為壩基面以上的總鉛直力ΣP——為壩基面上的總水平力K>[K]滿足抗滑穩(wěn)定要求5.2.3應力分析ΣW6ΣMyuTT2ΣW6ΣMσ=-0ydTT2剪應力為τ,uτd22σ2-pn2=2222222221aσmax小于基巖的抗壓強度,滿足規(guī)范要求主應力1σ=0滿足規(guī)范要求。6.1壩體分區(qū)及標選擇壩體各部分的工作條件不同,對混凝土強度、抗?jié)B、抗凍、抗沖刷、抗裂等性能的Ⅲ區(qū)和Ⅳ區(qū)—分別為上下游最低水位以下壩體表層混凝土和靠近地基的基礎混凝為低熱混凝土Dw.本設計采用3m的C15混凝土Ⅵ區(qū)—抗沖刷部位的混凝土，如溢流面，泄水孔，導墻和閘墩?？箟簭姸炔坏陀?0MPa～25MPa（90天齡期嚴寒地區(qū)應滿足D150～D250要求。上游最高水位上游最高水位上游最低水位上游最低水位下游最低水位下游最低水位求。如：混凝土澆筑能力及溫度控制等。橫縫間距（既壩段寬度）一般為12～20m，也有的用到24m左右，主要取決于地基特性、河谷地形、溫度變化、結構布置、和澆距離應有利于改善該部位應力,一般為0.5～2m,縫間貼瀝青油氈，瀝青井呈圓形其井6.3.2排水設施布置般為水頭的1/15～1/25且不小于2m，排水管間距2～3m管徑約為15～20m，排水管應的排水溝管并引致上游水庫或壩體排水管內，兩側人行道以高出路20～30cm，把頂對于淺埋的軟弱夾層可采用明挖換基的方法將夾層混凝土深齒墻，在夾層內設混凝土灌漿廊道下游側鉆設一排主排水孔稱主排水孔幕，對尾水較高采用抽排降壓措施的高可采用混凝土防滲墻方法處理,塊狀全風化層以下采用帷幕灌漿處理,左岸的平推斷層F3,局部破碎帶按常規(guī)辦法處理兩岸的開挖以藍圖設計基巖線開挖.分水嶺寬約800m，而兩端河水位差達13m，本區(qū)地層主要是前震旦系的黑云母混合片英斑巖，寬30～40m，另一條為正常閃巖，寬后山坡地形坡度約50o~60o,坡高40m左右，后山坡邊坡基本穩(wěn)定。3隧洞斷面面積：A=maxV4eee2）地形條件：出口處的地形宜陡，進口段洞口圍巖厚度宜大于一倍開挖洞徑，一般要求周圍堅固厚度不小于三倍開挖洞徑。應在水庫淤積高程以上1.0～1.5m，為避免進水口前出現(xiàn)漩渦和吸氣漏斗，需有一定222構穩(wěn)定性，進水口設支墩，布置兩孔，高4.5m，寬9.5m的矩形平板閘門并相應設兩3）漸變段：漸變段是閘門段到壓力引水管道的過渡段，其斷面面積和流速應逐漸 va3/saa2a攔污柵在平面上布置或直線上面為垂直布置，即傾角為90o,過柵的水流凈流速應盡量A=a==2a為了利于檢修與排水，隧洞縱坡率為2%，其工作閘門與檢修閘門設在進7.3.2斷面形式與斷面尺寸用圓形，直徑為9m。襯砌形式，混凝土厚度為1m。7.4.1是否設置調壓室判斷擴大的斷面和自由水面的反射水錘波將有壓引水系統(tǒng)分為兩段：上游段有有壓引水隧洞，調壓室使隧洞基本上避免了水錘壓力的影響；下游為壓力管道，由于長度縮短了，從而降低了壓力管道中的水錘值，改善了機組運行條件。改善機組在負荷變化時的運行條件及系統(tǒng)供電質量。響，減小了壓力管道中的水錘壓力，改善了機組的運行條件，從而減小了他們的造價；但另一方面卻增加了設置調壓室的造價，所以是否設ΣLVwgH0ii0死水位至電站下游水位190.0-152.6=37.4mw675m，壓力管道長125m，2#主洞625m，壓力管道長175m。7.4.3調壓室的布置方式與型式的選擇1）應根據電站及引水道的實際情況，選擇可能出現(xiàn)的最不利情況作為水力計算條件，使調壓室自阿確保安全的前提下最經濟合理，采用托馬公式：F=kL wm0kfwm0+ΣξV2+V2w0C2R2g2g2V2+ΣξV2+V2R31w02V2+Σξ1R3hC=w0=V2V22V2LV2C2RLn2V24R3V——管內流速，取5m/s4Q取D=6m4Q取D=6mR——水力半徑取R=D/4=6/4=1.5mLV2Ln2V2LV2Ln2V2C2RC2RR33FkL2cgwm0m2D=kπm2w0取調壓室頂部高程為210.0mm最低涌波水位（181.4）-隧洞頂高程（179.0）=2.4m取2.5m，滿足隧洞布置要求。水擊壓強的措施.調節(jié)保證計算的目的：為了保證電站運行的經濟與安全，需選擇合理的導葉啟閉所以2#管道取L=175m由前面計算D=6.0m壓力管道是地下埋式鋼管，水擊波速C=1200m/s：（初選擇T=8sZ=scmaxmaxD262A40max20Tsf100N——額定轉速，取107.1r/min0maxmax000max==mn2GD20=max(ξ,ξ