東江水電站引水發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

#東江水電站引水發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)學(xué)生：指導(dǎo)教師：摘要：本設(shè)計(jì)主要包括引水和發(fā)電兩個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。對(duì)引水系統(tǒng)，先利用美國(guó)墾務(wù)局等經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)引水管道經(jīng)濟(jì)直徑進(jìn)行分析，相應(yīng)調(diào)保計(jì)算成果滿足要求；對(duì)于壩后背管，采用將鋼筋與混凝土折算成等強(qiáng)度鋼管的原理進(jìn)行分析，確定壩后背管管壁、混凝土厚度和鋼筋用量，以節(jié)約鋼材用量，節(jié)省造價(jià)。對(duì)廠房，先通過(guò)機(jī)組選型和廠內(nèi)布置，確定廠房三維尺寸和廠內(nèi)布置修改，然后對(duì)機(jī)墩進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算分析。最終將設(shè)計(jì)成果繪制成圖，為電站安全運(yùn)行提供可靠的依據(jù)。Abstract：Thedesignincludestwosystems,waterandpowergeneration.Forwatersystem,first,usetheEmpiricalformulatowaterpipediameterofeconomicanalysis.Thecorrespondingadjustmentcalculationresultsmeettherequirements.Forthebehindthedamofpipes,usingwillconvertrebarandconcretestrengthofsteel,etctoanalysis.Determinethepenstockwall,concretethicknessanddosageofsteel,forsavesteelconsumption.Forpowerplant,Firstusetheunitselectionandfactorylayouttodeterminethedimensionalsizeandfactorylayoutchanges,andthenselectmachinebaseenclosureswindtostructurecalculationandanalysis.Finallyrenderingmappingofdesignachievements,toprovidereliablebasisforsafeoperationofthepowerstation.關(guān)鍵詞：東江水電站建筑物設(shè)計(jì)樞紐布置Keywords:powerstationofDongjiangconstructiondesignstructurelayout■>■前言東江水電站位于湖南資興縣東江鎮(zhèn)，地處東經(jīng)113°10'?113°50',北緯25°30'?25°55'。峽谷兩岸山高大于500米，岸坡45。?50°,兩岸呈對(duì)稱“V”型河谷。河谷寬高比約為2：1,基巖堅(jiān)硬完整，地形、地質(zhì)條件較優(yōu)越。壩址區(qū)氣候溫和，多年平均氣溫17.3°C。最高氣溫42C，最低氣溫-10C。壩址以上多年平均降雨量1607毫米，雨量多集中在春夏之交，歷年平均風(fēng)速為20米/秒，歷年最大風(fēng)速為25米/秒。流域面積11905平方公里，壩址以上4719平方公里，多年平均年徑流量45.4億立方米。該電站是一座以發(fā)電為主，兼有防洪、航運(yùn)、供水等綜合效益的大I型水電站，在系統(tǒng)中起著電力補(bǔ)償調(diào)節(jié)作用。主要組成建筑物有：混凝土雙曲拱壩，溢洪道，壩后背管引水壓力管道，地面式廠房。水庫(kù)正常高水位285米，總庫(kù)容81.2億立方米；設(shè)計(jì)洪水位289.58，校核洪水位291.15有效庫(kù)容，56.7億立方米；死水位237米，死庫(kù)容24.5億立方米；庫(kù)容系數(shù)高達(dá)1.3，調(diào)節(jié)性能好。裝機(jī)容量50萬(wàn)千瓦，年平均發(fā)電量13.2億度，以充分發(fā)揮本電站與其他電站聯(lián)合運(yùn)行的補(bǔ)償效益。電站裝機(jī)四臺(tái)，單機(jī)容量12.5萬(wàn)千瓦。電站1978年復(fù)工興建，1987年竣工投產(chǎn)，是80年代湖南省內(nèi)最大的水電站。本設(shè)計(jì)主要通過(guò)對(duì)電站基本資料的分析，依據(jù)有關(guān)規(guī)范、規(guī)程，同時(shí)參照已建工程經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行引水發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究。對(duì)樞紐布置方案進(jìn)行了方案比選定性比較，確定了壩后背管地面引水式廠房。對(duì)引水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，利用美國(guó)墾務(wù)局等經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)引水管道經(jīng)濟(jì)直徑進(jìn)行了分析，在確定了進(jìn)水口型式及尺寸后，在設(shè)計(jì)水頭和最大水頭兩種工況下，相應(yīng)調(diào)保計(jì)算成果為：蝸殼末端水錘壓力升高值gmaxV30%，轉(zhuǎn)速變化值BmaxV55%，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求；對(duì)于壩后背管，采用將鋼筋與混凝土折算成等強(qiáng)度鋼管的原理進(jìn)行分析，確定壩后背管管壁、混凝土厚度和鋼筋用量，以節(jié)約鋼材用量，節(jié)省造價(jià)。在廠房設(shè)計(jì)中，首先進(jìn)行機(jī)組選型，確定機(jī)組、蝸殼、尾水管、坐環(huán)等相關(guān)部件尺寸，然后進(jìn)行廠房?jī)?nèi)部布置，確定廠房三維尺寸，最終確定廠房布置，最后選擇機(jī)墩風(fēng)罩進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算分析。在上述計(jì)算分析的基礎(chǔ)上，將相應(yīng)設(shè)計(jì)成果采用AutoCAD繪制了廠區(qū)布置圖、引水發(fā)電系統(tǒng)縱剖面結(jié)構(gòu)圖、廠房縱橫剖面圖、廠內(nèi)布置圖以及機(jī)墩配筋圖，為電站安全運(yùn)行提供可靠的依據(jù)。基本資料自然條件及工程流域概況及樞紐布置區(qū)的地理位置東江水電站位于湖南資興縣東江鎮(zhèn)上游^一公里的方石峽谷。地理坐標(biāo)：東經(jīng)113°10'?113°50',北緯25°30'?25°55'。峽谷兩岸山高大于500米，岸坡45°?50°,兩岸對(duì)稱，呈典型“V”型河谷，高程度285米以下。河谷寬高比約為2：1,基巖堅(jiān)硬完整，地形地質(zhì)條件較優(yōu)越。常水位時(shí)水面寬20?40米，水深1?3米，水下覆蓋有砂卵石夾塊石，厚2.5?4.65米，岸坡基石裸露，沖溝發(fā)育，巖石受節(jié)理裂隙割切。崩落巖石形成險(xiǎn)灘急流。水文氣象壩址區(qū)氣候溫和，多年平均氣溫17.3°C。最高氣溫42°C，最低氣溫-10°C。壩址以上多年平均降雨量1607毫米，雨量多集中在春夏之交，歷年平均風(fēng)速為2米/秒，歷年最大風(fēng)速為25米/秒。對(duì)外交通壩址上游為中高山峽谷區(qū)，盛產(chǎn)木材，壩址中下游屬低山丘陵和丘陵盆地區(qū)，是湖南產(chǎn)糧區(qū)之一，有我國(guó)南北交通大動(dòng)脈京廣鐵路通過(guò)，主要城鎮(zhèn)有衡陽(yáng)、長(zhǎng)沙等市。本電站距郴州市約45公里，有公路相接，壩址右岸有新修鐵路15公里與京廣鐵路的許一一三支線木根橋車(chē)站通接，對(duì)外交通方便，壩址以下17公里有鯉魚(yú)江火電廠，現(xiàn)在裝機(jī)22.4萬(wàn)千瓦，是本電站施工的主要電源。工程地質(zhì)概況壩址基巖為寒武、震旦系淺變質(zhì)巖和中晚侏羅紀(jì)花崗巖。兩者接觸膠結(jié)好，變質(zhì)巖為淺變質(zhì)細(xì)紗巖、角巖、硅質(zhì)巖和板巖，分布在300米高程以上；花崗巖為燕山早期侵入體大致可分為中細(xì)粒斑狀花崗巖和粗?；◢弾r，分布在300米高程以下，花崗巖巖性致密堅(jiān)硬均一，新鮮巖石飽和極限抗壓強(qiáng)度1500公斤/平方厘米，摩檫系數(shù)：巖石與巖石為0.65?0.75，巖石與混凝土為0.75?0.85，變形模量為30?40X104千克/平方厘米。壩址區(qū)受新華夏構(gòu)造系控制，主要構(gòu)造有兩組：一組走向北東60?70度，傾向東南,傾角70?80度，如K?K等裂隙和F、F等斷層；破碎帶一般為0.2?0.8米，另一組走41223向北西340°?350,傾向北東，傾角70°?85°。兩組裂隙構(gòu)成盤(pán)格式構(gòu)造。巖石風(fēng)化不嚴(yán)重，兩岸卸荷裂隙較發(fā)育，深有10?14米，裂隙面較粗糙，多具風(fēng)化現(xiàn)象，個(gè)別有夾泥地區(qū)地下水以裂隙水為主，大氣降雨補(bǔ)給受季節(jié)影響很大。左岸在壩址下游900余米有一河灣（鐮刀灣），從壩址到鐮刀灣所經(jīng)過(guò)的區(qū)域，除地表局部段為硅質(zhì)巖及硅質(zhì)板巖外，外部均為細(xì)粒斑狀花崗巖，巖石新鮮完整，具有建造引水隧洞，地下洞室，調(diào)壓井，地面廠房等建筑物的優(yōu)良地質(zhì)條件。壩址處于構(gòu)造相對(duì)穩(wěn)定地段，經(jīng)廣州地震大隊(duì)鑒定，地震基本烈度為6度，故引水建筑物及廠房設(shè)防烈度按6度考慮。樞紐效益及主要的建筑物樞紐效益東江水電站的開(kāi)發(fā)任務(wù)系以發(fā)電為主，兼有防洪、航運(yùn)、工業(yè)用水等綜合效益，電站在系統(tǒng)中的作用是進(jìn)行電力補(bǔ)償調(diào)節(jié)，提高枯水期出力及系統(tǒng)的可靠性，東江水電站正常高水位為285米高程，相應(yīng)的庫(kù)容為81.2億立方米，有效庫(kù)容56.7億立方米，庫(kù)容系數(shù)高達(dá)1.3，調(diào)節(jié)性能極好。為充分發(fā)揮本電站與其他電站聯(lián)合運(yùn)行的補(bǔ)償效益，裝機(jī)容量定為50萬(wàn)千瓦，年平均發(fā)電量13.2億度。電站裝機(jī)四臺(tái)，單機(jī)容量12.5萬(wàn)千瓦。電站采用220千伏一級(jí)電壓，出線三回，一回與鯉魚(yú)江電廠相聯(lián)，一回送耒陽(yáng),一回送衡陽(yáng).擋水建筑物壩型為變圓心半徑混凝土雙曲拱壩，體型及壩體參數(shù)見(jiàn)附圖及附表。大壩設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為一級(jí)建筑物，按千年一遇洪水設(shè)計(jì)，可能最大洪水保壩，拱冠斷面由兩條光滑曲線組成，底部高程137米，壩頂高程294米，壩高157米，底厚35米，厚高比0.22，壩頂寬7米。泄水建筑物壩身兩岸潛孔滑雪式溢洪道，左右岸各布置兩孔，潛孔進(jìn)口底板高程256米，孔口尺寸為18X7.5米（寬X高），滑雪槽沿其走向盡量按接近地形表面布置，挑流鼻坎與大壩分離，布置原則是使溢洪道既有充裕的泄洪能力，又將能量大速度高的水流送到遠(yuǎn)離樞紐建筑物的下游，右岸右孔總長(zhǎng)143.0米，右岸左孔總長(zhǎng)113.02米，左岸右孔總長(zhǎng)122.775米，左岸左孔總長(zhǎng)152.775米，在正常高水位285米，水舌挑距165米或170米。為加大汛期泄洪量，并考慮人防和對(duì)大壩維修檢修，設(shè)置了兩條放空洞，均布置在右岸，分別稱為一級(jí)放空洞和二級(jí)放空洞。一級(jí)放空洞：進(jìn)口底板高程為222.0米，兼作泄洪洞，當(dāng)庫(kù)水位達(dá)289.52米時(shí)參加泄洪。二級(jí)放空洞：進(jìn)口高程為170米，用于水庫(kù)放空，后期導(dǎo)流及導(dǎo)流洞關(guān)閉后供水，大壩維護(hù)檢修時(shí)，可利用上游圍堰將庫(kù)水位降到175.3米高程以下，圍堰與大壩之間的基坑可以抽水。木材過(guò)壩設(shè)施設(shè)計(jì)年過(guò)壩量30萬(wàn)立方米，永久過(guò)木建筑為右岸縱向原木傳送機(jī)過(guò)壩，壩下設(shè)置集材場(chǎng)，利用現(xiàn)在施工鐵路裝車(chē)外運(yùn)。工程特征表樞紐水文特征表1-1樞紐水文特性表序號(hào)名稱數(shù)量單位備注1流域面積11905平方公里壩址以上4719平方公里2利用水文系列年限34年3多年平均年徑流量45.4億立方米4代表性流量施工期導(dǎo)流流量1790立方米/秒設(shè)計(jì)洪水流量P=0.1%13900立方米/秒校核洪水流量P=0.01%18600立方米/秒

保壩洪水最大流量31100立方米/秒實(shí)測(cè)最大流量5310立方米/秒1961年8月27日調(diào)查歷史最大流量8400立方米/秒1971年8月11日5泥沙實(shí)測(cè)最大懸移質(zhì)含沙量4.7公斤/立方米1967年7月1日多年平均輸沙率32.0公斤/秒34年統(tǒng)計(jì)多年平均輸沙量101萬(wàn)噸樞紐下泄流量及下游相應(yīng)水位表1-2樞紐下泄流量及下游相應(yīng)水位序號(hào)頻率P%上游庫(kù)水位（米）總泄量（立方米/秒）下游尾水位（米）方石鐮刀灣10.1289.525490162.0156.321288.053500158.0153.2320285.901500152.8149.14正常285.00300147.6145.25最低237.00發(fā)保證出力145.5143.6注：發(fā)電量均按300立方米/秒計(jì)入總泄量水庫(kù)特性表1-3水庫(kù)特性表序號(hào)名稱數(shù)量單位備注1水庫(kù)正常高水位285米水位設(shè)計(jì)洪水位289.58米

校核洪水位291.15米保壩洪水位293.75米死水位237米淤沙高程170米2水庫(kù)面積200平方公里3水庫(kù)庫(kù)容總庫(kù)容81.2億立方米正常水位以下有效庫(kù)容56.7億立方米死庫(kù)容24.5億立方米4庫(kù)容系數(shù)1.35調(diào)節(jié)特性多年調(diào)節(jié)6徑流利用系數(shù)0.99電站水頭及裝機(jī)容量表1-4電站水頭及裝機(jī)容量序號(hào)名稱數(shù)量單位備注1最大水頭139米2最小水頭80米3設(shè)計(jì)水頭118.5米4裝機(jī)容量58萬(wàn)千瓦5裝機(jī)臺(tái)數(shù)4臺(tái)6電站保證出力123000千瓦電站單獨(dú)運(yùn)行保證出力7年平均發(fā)電量13.3億度8年利用小時(shí)2640小時(shí)基本資料表水輪機(jī)表1-5水輪機(jī)主要參數(shù)表

序號(hào)名稱數(shù)量單位備注1水輪機(jī)型號(hào)HL160—LJ—4102單機(jī)容量127600千瓦3機(jī)組設(shè)計(jì)流量123立方米/秒4機(jī)組轉(zhuǎn)速n166.7轉(zhuǎn)/分5飛逸速度n365轉(zhuǎn)/分發(fā)電機(jī)表1-6發(fā)電機(jī)主要參數(shù)表序號(hào)名稱數(shù)量單位備注1發(fā)電機(jī)型號(hào)SF125—36/8902單機(jī)容量125000千瓦3電壓13800伏4風(fēng)罩外徑1300厘米5轉(zhuǎn)子直徑812.2厘米6轉(zhuǎn)子軸長(zhǎng)837厘米7轉(zhuǎn)子重460噸8主軸直徑110厘米9定子外徑厘米10勵(lì)磁機(jī)高度160厘米11勵(lì)磁機(jī)直徑265厘米12上機(jī)架1030厘米13轉(zhuǎn)動(dòng)慣量17500噸米開(kāi)關(guān)站主變型號(hào)：SSP7—150000/220主變鐘罩吊裝高度：9.97米變壓器外型尺寸：8.59米X4.2米X7.ll米(長(zhǎng)X寬X高)開(kāi)關(guān)站型式：220伏SF6全封閉組合器一組開(kāi)關(guān)站面積：750輸電線電壓：220千伏主要副廠房參考面積表l-7主要副廠房參考面積表達(dá)式序號(hào)名稱數(shù)量單位備注1機(jī)旁盤(pán)7塊2發(fā)電機(jī)母線洞2.6X1.4米長(zhǎng)X寬3發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)2.0X2.2米4廠用低壓配電室60平方米干式變壓器三臺(tái)5近區(qū)開(kāi)關(guān)柜室90平方米油浸變壓器二臺(tái)6勵(lì)磁變壓器室140平方米油浸式四臺(tái)(3.3X1.8)長(zhǎng)X寬7發(fā)電機(jī)出線電壓配電裝置室600平方米占一層8高壓試驗(yàn)室80平方米9中控室100平方米10繼電保護(hù)室19X8平方米11蓄電池室、酸室15X9平方米12壓氣機(jī)室140平方米13通風(fēng)機(jī)室140平方米14管通間150平方米15油油庫(kù)及油處理室250平方米

16排水泵室45平方米17尾水閘門(mén)式啟閉機(jī)2X30噸軌寬3.6米壩體附圖見(jiàn)圖1-1I￥￥￥圖-■-:I￥￥￥圖-■-:拱壩示意圖//\水平拱圈連線圖1-1拱壩示意圖：（A點(diǎn)坐標(biāo)：X=1000.000,Y=1000.000）AA￥、￥——壩軸線至上、下游壩面的距離（米）；上下T——拱冠厚度（米）△T——拱端加厚厚度（米）；O水平拱圈圓心坐標(biāo)；R——拱圈內(nèi)半徑（米）；DV――拱圈半圓心角（度、分、秒）；r拱座小半徑（米）a——拱座下游圓弧小中心角（度、分、秒）。2.樞紐布置2.1開(kāi)發(fā)方式及廠房類型東江水電站樞紐布置是在壩工設(shè)計(jì)己知的條件下，進(jìn)行廠房類型、引水系統(tǒng)、廠區(qū)等方面的布置。樞紐布置是在這些方面進(jìn)行方案比較，選出最優(yōu)方案。樞紐布置的總原則如下：1）、壩址，壩型選擇和樞紐布置應(yīng)與施工導(dǎo)流,施工方法和施工期限等結(jié)合考慮，要在較順利的條件下縮短工期。2）、樞紐布置應(yīng)滿足個(gè)建筑物在布置上的要求,保證各個(gè)建筑物在任何工作條件下都能正常工作。3）、在滿足建筑物強(qiáng)度和穩(wěn)定的條件下，降低樞紐總造價(jià)和年運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。4）、樞紐中個(gè)建筑物布置緊湊，盡量將同一工種的建筑物布置在一起,以減少聯(lián)結(jié)建筑。5）、盡可能使部分建筑物早期投產(chǎn)，提前發(fā)揮效益（如提前蓄水,早期發(fā)電或灌溉）。6）、樞紐的外觀應(yīng)與周?chē)沫h(huán)境協(xié)調(diào)，在可能條件下注意美觀。水電站廠房類型有河床式、壩后式和引水式等。在選擇廠房類型時(shí)，需要綜合考慮地形、地質(zhì)、水文等各方面的條件的影響。對(duì)東江水電站，有如下幾個(gè)方案可選擇：2.1.1壩后式廠房采用壩后式廠房，將廠房布置在大壩后面，廠房緊靠大壩，在結(jié)構(gòu)上與大壩分開(kāi)，不承受上游庫(kù)水壓力，廠房頂部不過(guò)洪水。壩后式廠房一般適用于高、中水頭的地面廠房。采用壩后式廠房具有以下一些特點(diǎn)：（1）廠房橫跨并占滿全部河床的布置，并且可利用廠壩之間的空間建成的平臺(tái)，布置變壓器、升壓開(kāi)關(guān)站及副廠房，這樣大大減少開(kāi)挖量，降低造價(jià)；（2）廠房與大壩完全分開(kāi)，避免大壩變形對(duì)廠房的影響；（3）東江水電站為多年調(diào)節(jié)水庫(kù)，水庫(kù)泄洪機(jī)會(huì)少，是廠房布置在壩后的條件之一（4）壩后式廠房結(jié)合了具體施工條件，可減少開(kāi)挖量，加快建筑速度。同時(shí)，采用壩后式廠房也有一系列的不足之處。首先，壩后廠房布置雖然十分緊湊，但是由于發(fā)電引水鋼管穿過(guò)壩體，使壩體結(jié)合復(fù)雜化，影響壩體混凝土澆筑的上升速度，壩體混凝土澆筑至引水管道部位時(shí)，其上升速度將受到引水鋼管安裝的制約；其次，壩后式廠房開(kāi)始的施工時(shí)間，其主要工作都必須在河床截流以后才能進(jìn)行，而往往截流以后的第一、二年，又必須把重點(diǎn)放在壩體本身的施工上，所以，壩后式廠房一般都在截流以后的第二年甚至更晚些才能大規(guī)模施工；另外，左右岸進(jìn)廠公路的安全與正常運(yùn)行的矛盾較大。引水式廠房引水式地面廠房多用于混合式開(kāi)發(fā)方式中，廠房通常位于引水系統(tǒng)的末端的岸邊。引水式水電站比較適合用于坡降大的河段，或河道轉(zhuǎn)彎引水和跨流域引水，這樣，可以取得較大水頭，而不需修建高壩，造價(jià)較低。就廠房本身的布置和結(jié)構(gòu)形式來(lái)說(shuō)，引水式和壩后式地面廠房差別并不大，引水式廠房通常也是承受中、高水頭的電站廠房。對(duì)東江水電站，下游有一鐮刀彎，在左岸可以采用引水式廠房，具有以下的優(yōu)點(diǎn)：（1）廠房地基較好，位于堅(jiān)硬的花崗巖上；（2）調(diào)壓井的地質(zhì)條件較好，布置及施工都很有利；（3）引水隧洞與花崗巖的裂隙走向交錯(cuò)；（4）廠房建在下游距大壩800m處，施工的相互影響比較少。引水式廠房的缺點(diǎn)：廠房的基礎(chǔ)開(kāi)挖量大，需設(shè)置引水隧洞和調(diào)壓井，增加了工程的開(kāi)挖量及施工量。地下式廠房地下式廠房位于地下，可布置在引水道的首部、中部、或尾部，另外隨工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、水利樞紐布置的開(kāi)發(fā)方式、對(duì)交通條件以及施工總布置等條件的不同地下廠房的布置也有區(qū)別。東江水電站左岸的地勢(shì)較陡，有利于布置地下廠房。地下廠房的布置有如下的優(yōu)點(diǎn)：（1）可減少?gòu)S房與泄洪建筑物在布置上的矛盾；（2）相對(duì)于壩后式廠房來(lái)說(shuō)，可免受泄洪挑流、霧化氣浪的影響；（3）可不受下游高水位的影響；（4）有利于施工導(dǎo)流的布置；（5）可減少?gòu)S房與其他建筑物在施工上的干擾。方案確定由以上優(yōu)點(diǎn)得出，東江水電站如果采用地下廠房，有相對(duì)于壩后式、引水式廠房的獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：左岸的地勢(shì)較陡，有利于施工導(dǎo)流的布置；可減少由于壓力管道穿過(guò)壩體而對(duì)壩體的應(yīng)力的影響。同時(shí)，地下式廠房也有它的不足之處：由于要開(kāi)挖右岸的巖體，對(duì)拱壩的壩肩的穩(wěn)定有一定的影響；施工量比較大。從上述三個(gè)方案的比較可看出，從技術(shù)上考慮，三個(gè)方案都是可行的。但考慮到經(jīng)濟(jì)條件、施工條件、地形地質(zhì)條件等因素，就有各自的優(yōu)越性。東江水電站壩址的地形地質(zhì)條件良好。東江水電站位于湖南省耒水上游“V”河谷的峽谷地區(qū)，兩岸山高在500米以上，兩岸對(duì)稱，岸坡坡角45°?50°,河谷寬高比為2：1，基巖堅(jiān)硬完整，基巖大多為燕山期花崗巖，強(qiáng)度高，致密均一。基礎(chǔ)斷裂不甚發(fā)育，破裂帶不寬，斷裂面內(nèi)填充物大都為碎石，無(wú)夾泥，岸坡卸荷載裂縫與高傾角裂隙組合控制巖體穩(wěn)定。地下水類型主要是裂隙水和承壓水，水頭低，流量小，漏水量不大。一般來(lái)說(shuō)，在地質(zhì)、地形條件較好的峽谷河床建電站，采用廠房、大壩分散布置方案，對(duì)縮短工期是有利的。因而，從地形、地質(zhì)、工程效益及施工難度方面考慮，在技術(shù)上都可行的條件下，選用工期短、效應(yīng)高的開(kāi)發(fā)方式是最有利的。因而選用壩后式廠房作為東江水電站的廠房布置方式。2.2壓力鋼管的供水方式壓力管道向多臺(tái)機(jī)組供水的方式有單元供水、分組供水、聯(lián)合供水三種。這三種供水比較如下：表2-1壓力管道供水方式的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較供水方式單元供水分組供水聯(lián)合供水運(yùn)行靈活差較好

閥門(mén)設(shè)置一般可省去機(jī)組前的快速閘門(mén)機(jī)組前設(shè)快速閘門(mén)機(jī)組前設(shè)快速閘門(mén)管道結(jié)構(gòu)尺寸小、易于制作，無(wú)分岔管單管規(guī)模大、多分岔管單管規(guī)模適中、少分岔管布置管道在平面上所占尺寸大，管道布置和與前池、調(diào)壓室的連接較困難布置較容易介于兩者之間施工安裝可分期安裝，分期投資一次投資介于兩者之間經(jīng)濟(jì)性相同條件下，造價(jià)較咼相同水頭損失下，造價(jià)較低介于兩者之間適用情況混凝土壩身管道；單管流量很大或長(zhǎng)度較短的地下埋管或明管。廣泛用于地下埋管和明管，機(jī)組數(shù)較少時(shí)，單機(jī)流量較小，引水道較長(zhǎng)時(shí)廣泛用于地下埋管和明管，機(jī)組數(shù)多，單機(jī)流量不大，引水道較長(zhǎng)時(shí)對(duì)于東江水電站壓力鋼管的供水方式，需要綜合考慮管道的長(zhǎng)度、洞徑及技術(shù)經(jīng)濟(jì)性等各方面的影響。東江水電站共有四臺(tái)機(jī)組，對(duì)于壩后式廠房，考慮其的經(jīng)濟(jì)性及壓力管道的長(zhǎng)度等因素，采用單元供水。對(duì)于這種供水方式的洞徑，由幾個(gè)計(jì)算公式參考確定：彭德舒公式：D=5.03m；比爾公式：D=5.20m；沙卡里亞公式D=3.63m；美國(guó)墾務(wù)局公式：D=5.10m；中南院經(jīng)驗(yàn)公式：D=4.90m。由上計(jì)算，考慮供水的經(jīng)濟(jì)性等各方面的原因，東江壩后式水電站采用管徑D=5.2m。廠區(qū)位置選擇廠區(qū)布置的目的是確定廠房與廠區(qū)其他建筑物的相對(duì)位置，使廠房與進(jìn)水管道、尾水渠之間銜接好。確定副廠房、變電站的位置，廠區(qū)交通與對(duì)外交通的連接等，還須結(jié)合當(dāng)?shù)氐匦?、地質(zhì)和泄流條件考慮運(yùn)行方便。在東江水電站大壩下游處，河谷狹窄。滑雪式溢洪道和一、二級(jí)放空沒(méi)下泄的水流能量大。廠房位置的選擇，壩體的布置、對(duì)廠房的安全穩(wěn)定、左右岸進(jìn)廠公路施工、基礎(chǔ)開(kāi)挖等有較大影響。廠房的布置必須綜合分析并考慮以上這些問(wèn)題和矛盾。由地質(zhì)資料可知，在壩址的下游除地表局部段為硅質(zhì)巖及硅質(zhì)板巖外，大部分都為細(xì)粒斑狀花崗巖，巖石新鮮完整，而且具有建造廠房的各項(xiàng)技術(shù)條件及地質(zhì)條件。若在此建造廠房，開(kāi)挖量將大大地減小。最終確定主廠房的位置布置大壩的下游到滑雪式溢洪道的出口以內(nèi)。具體的布置見(jiàn)廠區(qū)布置圖。3.引水系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)進(jìn)水口設(shè)計(jì)進(jìn)水口設(shè)計(jì)的要求進(jìn)水口是水電站水流的進(jìn)口，其功能是按負(fù)荷要求引進(jìn)發(fā)電用水量。為保證進(jìn)水口的功能正常發(fā)揮，進(jìn)水口設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下要求：（1）要有足夠的進(jìn)水能力，在各種工況之下，進(jìn)水口有良好的水力條件，流態(tài)平順，無(wú)突變和旋渦，進(jìn)流勻稱，水頭損失要小，流量可按要求控制，能夠適應(yīng)電站負(fù)荷變化；（2）要符合水質(zhì)要求，不允許有害的泥沙、冰塊及各種污物進(jìn)入進(jìn)水口。為此，除了合理安排進(jìn)水建筑物的位置及高程以外，還要設(shè)置必須的攔污、防冰、攔沙、沉沙及沖沙設(shè)備，防止大量污物匯集在進(jìn)水口前緣，堵塞攔污柵；（3）要妥善處理結(jié)冰、淤積及污塞等問(wèn)題，防止淤泥淤堵進(jìn)水口，在進(jìn)水口前緣水域盡量避免回流發(fā)生，更不能出現(xiàn)漏斗漩渦；（4）為安全需要及方便檢修，可隨時(shí)中斷水流，進(jìn)水建筑物須設(shè)必要的閘門(mén)，必要時(shí)緊急事故關(guān)閉，避免事故擴(kuò)大。用于控制水流的閘門(mén)及啟閉機(jī)，應(yīng)靈活可靠，便于操作、充水、通氣，交通設(shè)施應(yīng)暢通無(wú)阻；（5）要滿足水工建筑物的一般要求，進(jìn)水建筑物要有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造型美觀，造價(jià)低廉，便于運(yùn)行、檢修和維護(hù)。進(jìn)水口位置、型式、高程及輪廓尺寸的確定進(jìn)水口的型式進(jìn)水口按水流條件可分為無(wú)壓進(jìn)水口和有壓進(jìn)水口。前者供水進(jìn)入無(wú)壓水道，如明渠和沉沙池等；后者供水進(jìn)入壓力水道，如壓力管道、壓力隧洞、蝸室等。其中，有壓進(jìn)水口有壩式、岸式、塔式幾種。1、壩式進(jìn)水口壩式進(jìn)水口位于混凝土壩或河床式水電站廠房的上游壩體內(nèi)，成為統(tǒng)一整體。通常每臺(tái)機(jī)組有單獨(dú)的進(jìn)水口。為了不削弱壩體，進(jìn)水口或其欄污柵可設(shè)在伸出壩面的懸臂平臺(tái)上，適用于壩后式水電站。2、岸式進(jìn)水口岸式進(jìn)水口位于河岸上，用于連接隧動(dòng)，有豎井式（洞式）和岸墻式等。豎井式的進(jìn)口段和閘門(mén)段位于山體中，攔污柵設(shè)在洞口。在隧洞口地質(zhì)條件良好處采用，比較經(jīng)濟(jì)。岸墻式的進(jìn)口段和閘門(mén)段位于岸坡巖體外而又緊靠巖坡成為整體，承受水壓力和可能的山巖壓力，在隧洞進(jìn)口地質(zhì)條件較差時(shí)采用。3、塔式進(jìn)水口塔式進(jìn)水口的進(jìn)口段和閘門(mén)段位于水庫(kù)中形成一塔形結(jié)構(gòu)，從一邊或四周進(jìn)水，用工作橋與岸邊相連，要求要有足夠的剛度和穩(wěn)定性。在隧洞進(jìn)口地質(zhì)條件較差時(shí)或在隧洞進(jìn)口地質(zhì)條件較差時(shí)采用。塔式進(jìn)水口使用于以下的情況：（1）水電站廠房布置在河床壩后，攔河壩采用當(dāng)?shù)氐牟牧蠅?；?）水庫(kù)岸邊地質(zhì)條件較差，不利于在岸邊修建進(jìn)水口；（3）如果來(lái)流中含有大量的泥沙，為了保證水質(zhì)，避免泥沙的淤積影響，要求從表面水層取水，采用圓形塔式進(jìn)水口有利于在不同高程上設(shè)置進(jìn)口取水。東江電站來(lái)采用壩后式廠房，如果采用豎井式進(jìn)水口，則會(huì)增加壓力管道的長(zhǎng)度，而且彎管比較多，水頭損失較大，影響發(fā)電。當(dāng)采用壩后式或壩內(nèi)式廠房時(shí)，壓力管道埋設(shè)在壩體內(nèi)部，只有采用壩式進(jìn)水口，壩式進(jìn)水口縮短管道的長(zhǎng)度，彎管較少。而且進(jìn)水口或其攔污柵可設(shè)在伸出壩面的懸臂平臺(tái)上，不會(huì)削弱壩體；攔污柵在平面上可以用直線或折線布置，多數(shù)進(jìn)水口成豎井布置，也可沿壩面成傾斜式，所以采用壩式進(jìn)水口。進(jìn)水口的位置及高程的確定進(jìn)水口在樞紐的設(shè)置，應(yīng)盡量使進(jìn)入進(jìn)水口的水流平順、對(duì)稱，不發(fā)生回流和旋渦，不出現(xiàn)淤積，不聚集污物，泄洪時(shí)仍能正常進(jìn)水。進(jìn)水口前面如有回流區(qū)，則漂浮的污物將大量聚集，影響進(jìn)水，而且污物很難清除。水流不平順，則容易出現(xiàn)旋渦，故進(jìn)水口須避開(kāi)回流區(qū)。進(jìn)水隧洞的進(jìn)水口則應(yīng)與隧洞路線的選擇協(xié)調(diào)一致，布置在地形地質(zhì)及水流條件均合適的地點(diǎn)。進(jìn)水口的設(shè)置，涉及到水流流態(tài)、三防要求、地質(zhì)因素、施工條件和工程造價(jià)等各個(gè)方面，應(yīng)與水利樞紐總體布置同時(shí)進(jìn)行。進(jìn)水口應(yīng)具備以下五個(gè)方面的功能：（1）要有必要的進(jìn)水能力；（2）按照電站機(jī)組需要向引水道供水；（3）防止泥沙和污物，不使其帶入進(jìn)水口，水質(zhì)符合發(fā)電要求；（4）能夠中斷水流；（5）水頭損失要小?？紤]到水頭損失及避免不穩(wěn)定流影響和工程造價(jià)問(wèn)題，采用直接從上游水庫(kù)引水的措施，無(wú)須設(shè)置引水渠?？紤]防沙問(wèn)題應(yīng)充分利用河流彎道的環(huán)流作用。東江水電站的多年平均輸沙量為101萬(wàn)噸，多年平均輸沙率為32.0kg/s，泥沙問(wèn)題較嚴(yán)重，從防沙角度來(lái)看，引水道進(jìn)水口應(yīng)設(shè)在凹岸，但考慮到防污問(wèn)題，不應(yīng)將進(jìn)水口設(shè)在回流區(qū)，因?yàn)樵诨亓鲄^(qū)容易聚集大量污物，對(duì)進(jìn)水口的流態(tài)也非常不利，這與防沙要求是相矛盾的。從東江電站水流水質(zhì)情況來(lái)看，防沙是首要的。所以，進(jìn)水口設(shè)置在凹岸及上游左岸。從施工條件來(lái)看，進(jìn)水口的位置不僅影響工期，也影響工程造價(jià)，甚至?xí)绊懙焦こ痰目傮w計(jì)劃，控制發(fā)電日期。綜合考慮各方面的因素，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，確定進(jìn)水口位置布置于大壩中心線左右兩側(cè)，每側(cè)各兩個(gè)進(jìn)水口。進(jìn)水口高程有上限，也有下限。進(jìn)水口的上限應(yīng)能保證能引進(jìn)所需的流量，孔口底板高程應(yīng)置于最低運(yùn)行水位以下。位于最低運(yùn)行水位以下多少，既有技術(shù)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，也有與閘門(mén)尺寸配套有關(guān)。有壓進(jìn)水口設(shè)置高程的上限是滿足淹沒(méi)深度的要求，保證水流的有壓狀態(tài)，避免進(jìn)水口前緣水域發(fā)生貫通式的漏斗漩渦。進(jìn)水口高程的下限，應(yīng)考慮河流泥沙運(yùn)動(dòng)特征，水庫(kù)淤積狀態(tài)和有無(wú)排沙設(shè)施，即下限要求進(jìn)水口應(yīng)布設(shè)在淤沙高程以上，以避免泥沙堵塞進(jìn)水口。有壓進(jìn)水口應(yīng)底于運(yùn)行這可能出現(xiàn)的最底水位，并有一定的淹沒(méi)深度。淹沒(méi)深度應(yīng)以不產(chǎn)生漏斗狀吸氣旋渦為原則。漏斗狀吸氣旋渦不僅會(huì)帶入空氣，而且回吸入漂浮物，引起噪音和振動(dòng)，減少流量，影響水電站的正常發(fā)電。不出現(xiàn)漏斗狀吸氣旋渦的臨界淹沒(méi)深度可按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：SCV^d式中d閘門(mén)凈高（m）；V閘門(mén)斷面的流速（m/s）；S閘門(mén)門(mén)頂?shù)陀谧畹姿坏难蜎](méi)深度（m）；C-―經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，C=0.55?0.73。對(duì)稱進(jìn)水的進(jìn)口取最小值，側(cè)向進(jìn)水的進(jìn)口取最大值。由以上的分析決定，又根據(jù)高頓公式計(jì)算的最小淹沒(méi)深度，確定進(jìn)水口的底板高程。進(jìn)水口的輪廓尺寸的確定水電站進(jìn)水口的流速一般不大，選擇好的輪廓尺寸可以減小水頭損失，降低工程造價(jià)和設(shè)備費(fèi)用。1、進(jìn)口段進(jìn)口段的作用是連接攔污柵和閘門(mén)段。一般是根據(jù)水電站進(jìn)水口的布置方式以及引用流量來(lái)考慮進(jìn)口段的形狀。為了使水流平順的進(jìn)入引水道，減少水頭損失，進(jìn)口流速不宜太大，一般控制在1.5m/s左右。為適應(yīng)水流的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，進(jìn)口段做成喇叭形，其作用是使水流平穩(wěn)，流速均勻增加，不發(fā)生渦流，減小水頭損失。壩式進(jìn)水口為了適應(yīng)壩體結(jié)構(gòu)的要求，長(zhǎng)度要縮短，進(jìn)水口常與閘門(mén)段結(jié)合在一起，一般做成矩形喇叭口形狀。喇叭口設(shè)計(jì)為接近流線的橢圓曲線，其方程式為：TOC\o"1-5"\h\zx2y2+二1622.522、閘門(mén)段閘門(mén)段是引水道和進(jìn)口段的連接段，其體形主要根據(jù)所采用的閘門(mén)、門(mén)槽型式以及結(jié)構(gòu)的受力條件而決定。閘門(mén)孔口一般用矩形?？紤]引水管道的直徑和進(jìn)口段的尺寸，寬度小于或等于壓力管道直徑D,高度一般等于或稍大于壓力管道直徑D。采用《鋼閘門(mén)設(shè)計(jì)規(guī)范》推薦的尺寸，即高X寬=6.5mX5.2m。兩道閘門(mén)間距為4.0米，閘門(mén)段長(zhǎng)度考慮到檢修通道的要求,取4米。門(mén)槽其寬深比為W=1.6?1.8,參考圖集中的工程，取W=0.7m。D=0.4m。D3、漸變段漸變段是由矩形閘門(mén)段到圓形隧洞的過(guò)渡段，通常采用圓角過(guò)渡。由于引水道的進(jìn)水?dāng)嗝鏋閳A形，而進(jìn)水口因安裝閘門(mén)的需要，孔口斷面為矩形，為了從矩形斷面閘門(mén)孔口緩地過(guò)渡到管道圓形斷面,需在兩斷面間設(shè)置漸變段連接。漸變段斷面面積和流速應(yīng)逐漸變化，使水流不產(chǎn)生渦流并盡量減少水頭損失。為了從矩形閘門(mén)孔口緩和地過(guò)度到圓形斷面，漸變段的長(zhǎng)度采用1.5?2倍的洞徑，取2倍洞徑，即10.4米。為施工考慮，漸變段由矩形變?yōu)閳A形可采用直線規(guī)律，其參數(shù)方程為：a=—(L-x)=-6:^(10.4-x)=5(10.4-x)TOC\o"1-5"\h\zL10.48-ryVC-1b=—(L—x)=—^(10.4—x)=1(10.4—x)L10.42r=—(L—x)=52(10.4—x)=-(10.4—x)2L2x10.44式中a——漸變段的斷面高度，m；b――表示漸變段的斷面寬度，m；r漸變段圓角的圓弧半徑，m；B——矩形斷面的起始寬度，B=5.2m；H——矩形斷面的起始高度，H=6.5m；D――圓形斷面終端直徑，D=5.2m；L——漸變段的長(zhǎng)度，L=2D=10.4m；x——漸變段長(zhǎng)度變化參數(shù)，m圖3-1進(jìn)水口漸變段形式進(jìn)水口的主要設(shè)備攔污柵攔污柵又由若干塊柵片組成，插入支撐結(jié)構(gòu)的柵槽中。攔污柵的布置形式?jīng)Q定于進(jìn)水口的型式和電站引用流量的大小、氣候條件、水庫(kù)水位變化范圍、攔污柵攔阻污物的最小尺寸和清污方法等。攔污柵垂直布置，支撐在混凝土框架上并高于正常水位，頂部用頂板封閉，采用直線平面形攔污柵，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，清污方便，可以為水電站所有進(jìn)水口共用。柵條間距根據(jù)水輪機(jī)型號(hào)和尺寸選定，對(duì)于混流式凈距取轉(zhuǎn)輪直徑的1/30。本設(shè)計(jì)采用的水輪機(jī)型號(hào)為HL160—LJ—410。里013.67cm，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)取為10cm。30攔污柵又若干塊柵片組成，插入支撐結(jié)構(gòu)的柵槽中。每塊柵片寬不超過(guò)2.5米，取2m,高不超過(guò)4米，取3m。柵片結(jié)構(gòu)為四邊形鋼焊接的框架，中間為扁鋼做成的柵條，柵條厚8?12mm,取10mm，寬100mm?200mm，取150mm。每塊柵片之間設(shè)置柵墩，共設(shè)4個(gè)中墩，3根橫梁。中墩寬度為0.7m，間距為2.4m，邊墩寬度取0.9m，柵槽尺寸取60mmX250mm。閘門(mén)及啟閉設(shè)備為了保證電站安全運(yùn)行及突然事故時(shí)能及時(shí)截?cái)嗨?，或?yàn)榱藱z修引水道的需要，在閘門(mén)段設(shè)置工作門(mén)和檢修門(mén)。工作閘門(mén)的作用是調(diào)節(jié)孔口流量，要求工作閘門(mén)能在動(dòng)水中快速關(guān)閉，靜水中開(kāi)啟。檢修閘門(mén)用于引水建筑物及其設(shè)備政黨檢修時(shí)擋水之用，只要求在靜水中啟閉。常用的起閉機(jī)有卷?yè)P(yáng)機(jī)，螺桿式和液壓式三種。從經(jīng)濟(jì)的角度考慮，決定將檢修閘門(mén)和事故閘門(mén)合為一道閘門(mén)，即在進(jìn)水口設(shè)兩個(gè)閘門(mén)，均為平板閘門(mén)。兩個(gè)閘門(mén)間距為4.0m。門(mén)槽寬深比為W=1.6?1.8，則取W=0.7米，D=0.4米。D閘門(mén)孔口的尺寸確定，考慮到引水道中的水流速度及閘門(mén)的流速。對(duì)有壓進(jìn)水口，可參照其后接近引水近道的流速值來(lái)確定孔口面積，同時(shí)考慮到漸變段的影響，確定孔口的寬度和高度為：高X寬=7.4mX5.2m。相應(yīng)的閘門(mén)孔口流速：v=Q/A=123/6.5X5.2max=3.64m/s<4.89m/s,滿足要求。東江水電站，啟閉機(jī)采用卷?yè)P(yáng)機(jī)。在每個(gè)進(jìn)水口設(shè)一套固定式卷?yè)P(yáng)機(jī)，閘門(mén)平時(shí)停在閘門(mén)孔口上方，隨時(shí)處于戒備狀態(tài)。閘門(mén)的操作采用自動(dòng)控制。通氣孔通氣孔緊接閘門(mén)后設(shè)置，其作用是在引水管道進(jìn)行充水或放空過(guò)程中，閘門(mén)后的排氣和補(bǔ)氣。通氣孔布置原則：要有利于安全操作和正常工作；頂端應(yīng)在上游最高水位之上，與啟閉機(jī)室分開(kāi)，以免在沖氣和排氣時(shí)影響安全操作,外口還要有防護(hù)罩；內(nèi)口應(yīng)盡量靠近閘門(mén)下游側(cè)并力求設(shè)在門(mén)后管道頂板最高位置，以便在任何工況下均能充分通氣，有效的減少負(fù)壓；通氣孔體形應(yīng)力求平順，避免突變，在必須轉(zhuǎn)彎處，應(yīng)適當(dāng)加大彎道半徑，以減少氣流阻力；有條件時(shí)可將通氣孔與檢查井或閘門(mén)井結(jié)合共用。按照經(jīng)驗(yàn)，通氣孔的面積取A通=（5%?7%）A,式中A為管道斷面積。另外，通氣孔兼做進(jìn)人孔。綜合考慮，通氣孔的面積選為A通=2.70m2,通氣孔的直徑為①=1.8m。引水管道設(shè)計(jì)壓力管道是指從水庫(kù)，壓力前池或調(diào)壓室向水輪機(jī)輸送水量的管道。其一般特點(diǎn)是坡度陡，內(nèi)水壓力大，承受水擊的動(dòng)水壓力，而且靠近廠房。壩體壓力管道是依附在混凝土壩身，即埋設(shè)在壩體或固定在壩面上，并與壩體成為一體的壓力輸水管道。對(duì)于混凝土壩壩式水電站，采用壩體壓力管道輸水和壩后式廠房，往往是經(jīng)濟(jì)合理的布置方式。這種方式與河岸引水的岸邊廠房的布置相比，進(jìn)水口設(shè)于壩體，結(jié)構(gòu)緊湊簡(jiǎn)單；引水長(zhǎng)度最短，水頭損失小，機(jī)組調(diào)節(jié)保證條件好；造價(jià)低；運(yùn)行集中方便。壩體壓力管道按布置方式可分為三種：1、壩內(nèi)埋管：其特點(diǎn)是管道全部埋在壩體內(nèi)；2、壩上游面管道：其特點(diǎn)是管道的大部分位于上游壩面壩體外，僅廠房前較短的一段穿過(guò)壩體；3、壩下游面管道：即壩后背管，其特點(diǎn)是除進(jìn)水口后的一小段管道穿國(guó)壩體外，主要部分沿壩下游面鋪設(shè)。其中，壩后背管與壩內(nèi)埋管相比，突出的優(yōu)點(diǎn)有：（1）便于布置。對(duì)于較薄的混凝土高壩，如果將大直徑管道布置在壩體內(nèi)，往往需要將進(jìn)水口放低，并將管道布置在壩體下部，這就增加了進(jìn)水口設(shè)施的困難，采用壩后背管可以將進(jìn)水口盡量抬高。由于管道的主要部分在下游壩面上，維護(hù)方便；（2）減少管道空腔對(duì)壩體的削弱，有利于壩體的安全；（3）壩體施工不受管道施工與安裝的干擾，可以提高壩體施工質(zhì)量，并加快進(jìn)度、提前發(fā)電；（4）管道可以隨機(jī)組的投產(chǎn)先后分期施工，有利于合理按排施工進(jìn)度，減少投資積壓，機(jī)組臺(tái)數(shù)較多時(shí)，效益更顯著。壩后背管的缺點(diǎn)有：由于上彎段以上的壩內(nèi)埋管段加長(zhǎng)，斜管段向下游平移，使廠房向下游移動(dòng)，增加了廠壩軸線的距離，增加工程量。另外，下游壩面常常要布置施工棧橋及施工機(jī)械，與管道施工會(huì)有一定的干擾。東江水電站采用的是壩后式廠房，如果采用壩上游面管或壩內(nèi)埋管，則會(huì)大大影響壩體的穩(wěn)定性。采用壩下游面管，可以克服以上的缺點(diǎn)，并且便于布置，減少管道對(duì)壩體穩(wěn)定性的削弱，確保大壩的安全；使壩體施工不受管道的施工和安裝的影響，加快進(jìn)度；管道可隨機(jī)組的投產(chǎn)先后分期施工，有利合理安排施工進(jìn)度，提高效益。管道經(jīng)濟(jì)斷面計(jì)算，根據(jù)以下公式：彭德舒公式：D=5.03m比爾公式:D=5.20m沙卡里亞公式D=3.63m美國(guó)墾務(wù)局公式：D=5.10m中南院經(jīng)驗(yàn)公式:D=4.90m由上計(jì)算，考慮供水的經(jīng)濟(jì)性等各方面的原因，東江壩后式水電站采用管徑D=5.2m。具體布置如圖：圖3-2引水系統(tǒng)壓力管道布置圖引水道水力計(jì)算引水道的水力計(jì)算主要是進(jìn)行水頭損失計(jì)算。引水道水頭損失包括水頭損失和沿程水頭損失兩個(gè)部分。引水系統(tǒng)的局部水頭損失通常包括進(jìn)水口、攔污柵、門(mén)槽和漸變段及彎管、錐管段等各部分的局部水頭損失。引水道的水頭損失即為引水道的沿程水頭損失和彎段的沿程水頭損失之和。本設(shè)計(jì)中，為了減小重復(fù)的計(jì)算，在計(jì)算水頭損失時(shí)，將流速用流量和斷面面積的關(guān)

系來(lái)表示。在后面的調(diào)保計(jì)算中，計(jì)算各種工況下的水頭損失時(shí)，只需將流量Q代入關(guān)系式中計(jì)算即可。進(jìn)水口水頭損失：v22g=0.2(0.0109Q)22x9.81=1.211x10-6Q2進(jìn)水口水頭損失：v22g=0.2(0.0109Q)22x9.81=1.211x10-6Q2攔污柵水頭損失：h=匚22(QYv2(90丿a=3.1548xv90丿=1.9851x10-5Q22g2x9.81沿程水頭損失：v2l(0.0471Q)2x175.5=—1—=3C2R80.362x1.3二4.6376x10-5Q2門(mén)槽水頭損失：忙4釜=0.2民=°2x^|磐=8?931x10-6Q2漸變段局部損失：忽略不計(jì)上轉(zhuǎn)彎管水頭損失下轉(zhuǎn)彎管水頭損失2(-^0-)2h壬匸二0.128x1/4xKd2二1.45x10-5Q2662g2x9.81Q(—-—)2L氐=0J37x^49di-=1-55510-5Q2水頭總損失為：h=h+h+h+h+h+h+h損1234567=(0.1211+1.9851+4.6376+0.8931+1.45+1.55)x10-5Q2二10.6369x10-5Q24.機(jī)電設(shè)備及附屬設(shè)備布置4.1水輪機(jī)型號(hào)及吸出高度4.1.1水輪機(jī)型號(hào)由設(shè)計(jì)基本資料可知，設(shè)計(jì)水頭Hr=118.5m，發(fā)電機(jī)額定出力Nf=12.5萬(wàn)KW,查《水力機(jī)械》附表，可選HL160型水輪機(jī)；又水輪機(jī)額疋出力N=—f,?。?0.98,得N=—f=―=12.76萬(wàn)KW;r耳fr耳0.98ff由《水力機(jī)械》查HL160型水輪機(jī)得：?jiǎn)挝涣髁縌=670L/S=0.67m3/s,效率滬89%,則水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑D竹，=4.im用HL160-LJ-410，其中座環(huán)外徑Da=6450mm,r\9.81Q'H32nr座環(huán)內(nèi)徑Db=5450mm,機(jī)組轉(zhuǎn)速n=166.7轉(zhuǎn)/分。4.1.2水輪機(jī)吸出高度Hs水輪機(jī)吸出高度是從轉(zhuǎn)輪葉片上壓力最低點(diǎn)到最下游水面的垂直高度。為了保證水輪機(jī)在運(yùn)行中不發(fā)生汽蝕，應(yīng)對(duì)各種特征工況的吸出高Hs進(jìn)行驗(yàn)算，并取其中的最小值，當(dāng)計(jì)算得的Hs為負(fù)值時(shí)，說(shuō)明需要將上述規(guī)定的位置裝置在下游水面下，使轉(zhuǎn)輪出口不再出靜力真空而產(chǎn)生了正壓，以抵消由于過(guò)大的動(dòng)力真空所形成的危險(xiǎn)的壓力降低。根據(jù)公式H=10.3-E-KH-1，計(jì)算特征工況(設(shè)計(jì)水頭，最大水頭，最小水頭)s900吸出高度，取最小值；Hs=-2.52m。蝸殼設(shè)計(jì)蝸殼型式對(duì)于大中型反擊式水輪機(jī)，為了使由壓力水管引來(lái)的水流能夠以較小的水頭損失、均勻而呈軸對(duì)稱的進(jìn)入導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，所以在水管末端和座環(huán)之間設(shè)置蝸殼。東江水電站，水輪機(jī)的最大工作水頭為139m(>40m)，因此采用金屬蝸殼。蝸殼斷面形式金屬蝸殼的斷面形狀均采用圓形斷面，在蝸殼的末端由于其端面過(guò)小而不能和蝶形邊相接，因此米用橢圓形斷面，當(dāng)P<s時(shí)米用橢圓斷面。蝸殼包角蝸殼的末端通常和一個(gè)座環(huán)的固定導(dǎo)葉連接在一起，稱為蝸殼的鼻端。從鼻端到蝸殼的進(jìn)水?dāng)嗝嬷g的中心角稱為蝸殼的包角，用申°表示。對(duì)圓斷面的金屬蝸殼，由于過(guò)流量較小，蝸殼的外形尺寸對(duì)水電站廠房的尺寸和造價(jià)影響不大。為了獲得良好的水力性能一般米用申=340。?350。，工廠大多米用申=345。。00東江水電站米用*=345。。0蝸殼的進(jìn)口流速一般均希望將蝸殼進(jìn)口斷面的平均流速選得大一些，這樣可以得到較小的蝸殼尺寸，但這使水力損失增大，因此需要選擇合理的進(jìn)口平均流速。根據(jù)已運(yùn)行的水輪機(jī)資料統(tǒng)計(jì)，推薦使用蝸殼進(jìn)口斷面平均流速曲線（《水力機(jī)械》圖4-30）。東江水電站的水輪機(jī)的設(shè)計(jì)水頭H=118.5m，查H-V曲線可得蝸殼的進(jìn)口平均流速V=8.0m/s。rrcc蝸殼外形尺寸的確定參考《水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)-水力機(jī)械部分》，米用解析法計(jì)算金屬蝸殼的外形尺寸。金屬蝸殼的水力計(jì)算根據(jù)蝸殼與座環(huán)的連接方式不同而分別計(jì)算。解析法是在假定V二V二C，由設(shè)計(jì)水頭H最大引用流量Q，導(dǎo)葉高度b，座環(huán)尺ucrmax0寸及蝸殼斷面形式，最大包角、進(jìn)口平均流速的條件下計(jì)算的。經(jīng)計(jì)算可知：進(jìn)口斷面流量：Q=117.875m3/s0進(jìn)口斷面半徑：p=2.166m0進(jìn)口斷面中心距：二5.422m進(jìn)口斷面外半徑：R=7.561m蝶形邊至導(dǎo)水機(jī)構(gòu)水平中心線高度：h=0.62m圓形斷面尺寸計(jì)算過(guò)程：（金屬蝸殼圓形斷面計(jì)算結(jié)果見(jiàn)計(jì)算書(shū)）蝸殼系數(shù)C=2a—、：a2—p2ill計(jì)算公式如下：

X=2-：2R貲—h2C0Cp=\X2+h2ia=R+Xi0R=a+piii橢圓形斷面尺寸計(jì)算過(guò)程：（金屬蝸殼橢圓形斷面計(jì)算結(jié)果見(jiàn)計(jì)算書(shū)）2橢圓形斷面短半徑pp=11.045A+0.81L2-1.345L橢圓形斷面短半徑p2A=兀p2+d2tga9(m2)i1申pi=亦卡+、;(epi=亦卡+、;(e)2ctga+叱座環(huán)蝶形邊錐角，a=550p——圓形斷面半徑;id=R-r=0.56maa橢圓斷面長(zhǎng)半徑：p=L+p(1-cota)12橢圓斷面中心距：a=r+1.22p(m)ia2橢圓斷面外半徑：R=a+p(m)圖4-2金屬蝸殼單線圖ii1圖4-2金屬蝸殼單線圖尾水管設(shè)計(jì)尾水管是反擊式水輪機(jī)過(guò)流通道的最后部分，其型式和尺寸對(duì)轉(zhuǎn)輪出口動(dòng)能的恢復(fù)有很大的影響，而且在很大程度上還影響著廠房基礎(chǔ)的開(kāi)挖和下部塊體混凝土的尺寸。增大尾水管的尺寸可以提高水輪機(jī)的效率，但是水電站的投資和工程量增大，因此合理的選擇尾水管的形式和尺寸在水電站設(shè)計(jì)中有很大的意義。對(duì)大中型水輪機(jī)，為了減少尾水管的開(kāi)挖深度，均都采用彎肘形尾水管。彎肘形尾水管由進(jìn)口直錐段、肘管和出口擴(kuò)散段三部分組成，具體設(shè)計(jì)尺寸見(jiàn)計(jì)算書(shū)。發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)垂直方向的主要尺寸定子機(jī)座高度：h=3700mm1上機(jī)架高度：h=1223mm2推力軸承高度：h=1350mm3勵(lì)磁機(jī)高度：h=1600mm4副勵(lì)磁機(jī)咼度：h=800mm5永磁機(jī)及轉(zhuǎn)速繼電器高度：h二707mm6下機(jī)架高度：h=1500mm7定子支承面至下機(jī)架支承面距離：h=1915mm8下機(jī)架支承面至法蘭底面距離：h=1165mm9轉(zhuǎn)子磁軛軸向高度：h=2680mm10發(fā)電機(jī)主軸高度：h=2560+1870+3940=8370mm11定子水平中心線至法蘭底面距離：h=4780mm12法蘭底面至發(fā)電機(jī)頂部高度：H=11100mm定子支承面至發(fā)電機(jī)層地板高度：h=4120mm水平方向上的主要尺寸機(jī)座外徑：D=10300mm1風(fēng)罩外徑：D=13000mm2轉(zhuǎn)子直徑：D=8122mm3下機(jī)架最大跨度：D=7540mm4水輪機(jī)機(jī)坑直徑：D=6000mm5推力軸承裝置外徑：D=4200mm6勵(lì)磁機(jī)外徑：D=2650mm7發(fā)電機(jī)的尺寸示意圖圖4-3發(fā)電機(jī)外形尺寸示意圖座環(huán)設(shè)計(jì)座環(huán)位于導(dǎo)葉的外圍，是由上下蝶形和中間若干立柱組成的整體鑄鋼件。座環(huán)外緣與蝸殼焊接，內(nèi)緣與頂蓋和底環(huán)相固定。在機(jī)組安裝完畢后，座環(huán)頂部承受發(fā)電機(jī)混凝土機(jī)墩及其傳來(lái)的荷載，在整個(gè)水輪機(jī)中起著骨架作用，并把所承受的荷載傳遞到下部基礎(chǔ)上。東江水電站座環(huán)的形式采用帶蝶形邊座環(huán)，其錐角0取55。。座環(huán)的尺寸查《水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)-水力機(jī)械》表2-16金屬蝸殼座環(huán)尺寸系列：轉(zhuǎn)輪直徑：D=4100mm（東江水電站設(shè)計(jì)水頭H=118.5m<170m）1r轉(zhuǎn)輪內(nèi)徑：D=5450mmb轉(zhuǎn)輪外徑：D=6450mma主廠房的起重設(shè)備選擇主廠房起重機(jī)的型式和臺(tái)數(shù)，直接影響起重機(jī)設(shè)備投資，廠房上部建筑物的尺寸以及電站的機(jī)組安裝，檢修的進(jìn)度。從選定的水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的參數(shù)可知，最大吊件的重量G=4601，機(jī)組臺(tái)數(shù)為四組，固而可選用一臺(tái)雙小車(chē)起重機(jī)或一臺(tái)單小車(chē)橋式起重機(jī)。雙小車(chē)橋式起重機(jī)和單小車(chē)橋式起重機(jī)相比較，前者具有耗鋼量少，能降低廠房上部結(jié)構(gòu)的高度，此外還容易滿足設(shè)備翻身、倒置等要求。綜合比較雙小車(chē)橋式起重機(jī)和單小車(chē)橋式起重機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)，最終確定選取用雙小車(chē)橋式起重機(jī)。起重機(jī)型號(hào)選用2x250t的雙小車(chē)橋式起重機(jī)。主變及開(kāi)關(guān)站由基本資料可知：主變型號(hào)：SSP7-150000/220主變鐘罩吊裝高度：9.97m變壓器外型尺寸：8.59mx4.2mx7.11m（長(zhǎng)x寬x高）開(kāi)關(guān)站型式：220伏SF6全封閉組合器一組開(kāi)關(guān)站面積：750m2輸電線電壓：220千伏調(diào)速器及油壓裝置調(diào)速器的功用水輪機(jī)調(diào)速器的基本功用是使水輪發(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

和其它外擾作用下，保證機(jī)組的轉(zhuǎn)速變化不超過(guò)一定的范圍，并能迅速的穩(wěn)定于新的工況，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。調(diào)速器的型號(hào)選擇調(diào)速器的型號(hào)必須滿足以下要求：1、當(dāng)電站容量較大、在系統(tǒng)中承擔(dān)調(diào)頻任務(wù)，或有單機(jī)帶孤立負(fù)荷的運(yùn)行式且對(duì)電能品質(zhì)要求較高，或系統(tǒng)中有較大的沖擊負(fù)荷時(shí)，應(yīng)選用調(diào)節(jié)品質(zhì)好，自動(dòng)化程度高的電氣液壓調(diào)速器。2、選擇調(diào)速器時(shí)應(yīng)考慮到調(diào)速器基本些環(huán)節(jié)對(duì)電站其它設(shè)備的要求和影響，如影響到永磁機(jī)的使用和調(diào)速器的布置。調(diào)速功的計(jì)算已知H=139m，額定出力N=127600kw，則此時(shí)流量為：max1276009.81x139x0.902=1276009.81x139x0.902=103.74m3/s9.81H耳maxA=(200?250)QDmax1=(200?250)x103.74x,.139x4.1=(4.95~6.19)x105>30000N-m式中：A調(diào)速功，N?m；H最大水頭，m；maxQ最大水頭下額定出力時(shí)的流量，ms/s；D――水輪機(jī)的標(biāo)稱直徑，m。1屬于大型調(diào)速器，則接力器、調(diào)速柜和油壓裝置應(yīng)該分別計(jì)算選擇。接力器的選擇接力器直徑的計(jì)算：采用兩個(gè)接力器來(lái)操作水輪機(jī)的導(dǎo)葉機(jī)構(gòu)，選用額定油壓2.5MPa,則每個(gè)接力器直徑可按下列公式計(jì)算：d=九D0H(m)s1.DmaxY1

式中：入——計(jì)算系數(shù)，可由《水力機(jī)械》表5-3查取;b導(dǎo)葉高度，m。0已知導(dǎo)葉數(shù)目17，導(dǎo)葉的相對(duì)高度：為標(biāo)準(zhǔn)正曲率導(dǎo)葉，由《水力機(jī)械》設(shè)計(jì)手冊(cè)表5-3選取入-0.03,b萬(wàn)二0.224，1則d=0.03x4.1xJ0.224X139=0.686msd過(guò)大，采用油壓4.0MPa，則d'=0.81d=556mm由此，在表中選擇與之接近而偏大的sssd=600mm。s接力器最大行程的計(jì)算：S=（1.4?1.8）a式中，a式中，a況點(diǎn)（n'1r-66.7r/min，Q'-675L/s）在模型綜合特性曲線查得a-25mm，1max0MmaxD-0.4600M，Z=17，貝Ua-25x-4117=223mm0M0max0.46X170maxDZ導(dǎo)葉最大開(kāi)度，可由公式a=aoom求得，a由設(shè)計(jì)工0max0MmaxDZoMmaxoMo選取計(jì)算系數(shù)為1.8，則S=1.8X223=401mm=0.401mmax兀兀③接力器容積計(jì)算：V二一d2S二X0.6002X0.401二0.23m3s2smax23）調(diào)速器的選擇大型調(diào)速器的型號(hào)是以主配壓閥的直徑來(lái)表征的，主配壓閥的直徑d：■V1Tvsm選取導(dǎo)葉從全開(kāi)到全關(guān)的直線關(guān)閉時(shí)間Ts=6s，管內(nèi)油的流速v=5m/s，m~；023則d=1.13—=1.13，―=0.098m=98mmTv6x5sm由此在表中選擇與之接近而偏大的DST—100型大型電氣液壓雙調(diào)節(jié)型調(diào)速器。4）油壓裝置的選擇此處油壓裝置不考慮空放閥和進(jìn)水閥的用油，則對(duì)混流式水輪機(jī)，壓力油罐的總?cè)莘e：V=（18?20）Vs二（18?20）X0.23=4