某水電站廠房機(jī)組選型及調(diào)壓室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

目錄

摘要3

Abstract4

第一章設(shè)計(jì)基本資料6

1.1地理位置6

1.2水文與氣象6

1.3工程地質(zhì)8

1.4交通狀況8

1.5既給設(shè)計(jì)控制數(shù)據(jù)9

第二章樞紐布置、擋水及泄水建筑物9

2.1樞紐布置9

2.2擋水及泄水建筑物9

2.3壩內(nèi)構(gòu)造22

2.4溢流壩消能抗沖刷措施23

第三章水能規(guī)劃24

3.1特征水頭Hmax、Hmin^Hr>Hav的選擇24

3.2水輪機(jī)選型比較25

第四章水電站引水建筑物30

4.1引水隧整體布置30

4.2細(xì)部構(gòu)造31

第五章水電站廠房39

某水電站廠房機(jī)組選型及調(diào)壓室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

5.1廠房?jī)?nèi)部結(jié)構(gòu)39

5.2主廠房尺寸47

5.3廠區(qū)布置49

第六章專(zhuān)題：調(diào)壓室結(jié)構(gòu)計(jì)算50

6.1荷載計(jì)算50

6.2配筋計(jì)算58

參考書(shū)目64

2

摘要

烏溪江水電站座落于浙江省烏溪江，湖南鎮(zhèn)，屬于梯級(jí)開(kāi)發(fā)電站，根據(jù)地形

要求，其開(kāi)發(fā)方式為有壓引水式。壩區(qū)地質(zhì)條件較好，主要建筑物（碎非溢流壩）,

泄水建筑物（砂溢流壩），引水建筑物（有壓引水遂洞，調(diào)壓室），地面廠房。

水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水位238.0m（千年一遇），相應(yīng)的下泄流量4600m3/s；校核洪水

位240.0m（萬(wàn)年一遇），相應(yīng)的下泄流量8350m3/s；正常擋水位230.0m.。

本設(shè)計(jì)確定壩址位于山前巒附近，非溢流壩壩頂高程241.0m。壩底高程

113m。最大壩高128.0m。上游壩坡坡度1：0.15,下游壩坡坡度1：0.74,溢流

壩堰頂高程229.3m。

引水遂洞進(jìn)口位于壩址上游凹口處，遂洞全長(zhǎng)1064m。洞徑8.0m,調(diào)壓室位

于廠房上游210m左右處，高程245m的山巒上，型式為大井小井分離布置差動(dòng)

式調(diào)壓室。

廠房位于下游荻青位置。設(shè)計(jì)水頭94.6m,裝機(jī)容量4X4.0=16萬(wàn)kw,主廠

房?jī)魧?7.0m,總長(zhǎng)77.0m（包括裝配廠及端部副廠房）。水輪機(jī)安裝高程116.1m,

發(fā)電機(jī)層高程124.5m,安裝場(chǎng)層高程124.5m。廠房附近布置開(kāi)關(guān)站，主變等。

受地形限制，尾水平臺(tái)兼作公路用，壩址與廠區(qū)通過(guò)公路（公路段和遂洞段）連

接，形成樞紐體系。

另外，本設(shè)計(jì)還對(duì)調(diào)壓室結(jié)構(gòu)進(jìn)行了布置結(jié)構(gòu)計(jì)算。

由此可見(jiàn)，本設(shè)計(jì)是合理可行的。

某水電站廠房機(jī)組選型及調(diào)壓室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

Abstract

TheWuxijianghydropowerstationislocatedinHuNanTownin

Zhejiangprovince,whichbelongstoachainofexploitation.

Accordingtothedemandoftopographicform,1choosediversion

hydropowerstation.Thegeologyconditionisgood.Themain

constructionconcludethewaterretainingstructure(theconcretenon

-over-falldam),thereleaseworks(theconcreteover-falldam),the

diversionstructure(pressureseepagetunnel,thesurge-chamber),andthe

surfacepowerstation.

Thedesignwaterlevelis238.0m,itscorrespondingflowamountis

4600m3/s.Thechecklevelis240.0m,itscorrespondingflowis8350

m3/s.Theregularwaterretaininglevelis230.0m.

Thedamsiteisneartheformersaddle.Thecrestelevationofthe

non-over-falldamis241.0m,andthebaseelevationis113m,Themax

heightofthedamis128.0m,Theupstreamdamslopeis1:0.15,the

downstreamdamslopis1:0.74,thespillwaycrestelevationis225.0

m.Theinduceroftheseepagetunnelislocatedattherecessplace,The

lengthoftunnelis1064m,thediametricofwhichis8.0m.The

surge-chamberislocatedatthemountain,whichis210mfromthework

shopbuildingandistypeisdifferentialmotion.

4

Theworkshopbuildingislocatedatdownstream,thedesignlevelof

theturbineis94.0m,theequippedcapacitoris16X104kw,theclean

widthis17.0m,itswholelengthis77.0m.Thefixleveloftheturbineis

116.1m,andtheheightIfdynamois124.5m,theleveloftheadjustment

bayisalso124.5m(thesameasthedownstreamwaterlevel).Nearthe

workshopbuilding,thereareswitchstationandthemaintransformerand

soon.

關(guān)鍵詞：水利樞紐；擋水建筑物；泄水建筑物；穩(wěn)定；應(yīng)力；水

輪機(jī)；選型；引水隧洞；調(diào)壓室；廠房。

某水電站廠房機(jī)組選型及調(diào)壓室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

第一章設(shè)計(jì)基本資料

1.1地理位置

烏溪江屬衢江支流，發(fā)源于閩、浙、贛三省交界的仙霞嶺，于衢縣樟樹(shù)潭附近

流入衢江，全長(zhǎng)170公里，流域面積2623平方公里。

流域內(nèi)除黃壇口以下屬衢江平原外，其余均屬山區(qū)、森林覆蓋面積小，土層薄,

地下滲流小，沿江兩岸巖石露頭，洪水集流迅速，從河源至黃壇口段，河床比降

為1/1000,水能蘊(yùn)藏量豐富。

1.2水文與氣象

1.2.1水文條件

湖南鎮(zhèn)壩址斷面處多年平均徑流量為83.0m3/so

表1-1壩址斷面處山前巒水位?流量關(guān)系曲線(xiàn)

水位(m)122.71123.15123.5124.04125.4126.6128.5

流量(m3/s)105010020050010002000

水位(m)130.1132.6135.3137.6139.8141.8

流量(m3/s)300050007500100001250015000

6

山前巒水位流量關(guān)系曲線(xiàn)

——山前巒水位

流量關(guān)系曲

線(xiàn)

水位

表1-2電站廠房處獲青水位?流量關(guān)系曲線(xiàn)

水位(tn)115115.17115.39115.57115.72115.87116

流量(m3/s)1020406080100120

水位(m)116.13116.25116.37116.47117.05117.9118.5

流量(m3/s)1401601802004007001000

水位(tn)119.45120.3121.97123.2125.65127.8129.8

流量(m3/s)15002000300040006000800010000

獲青水位流量關(guān)系曲線(xiàn)

—獲青水位流量關(guān)

系曲線(xiàn)

水位

某水電站廠房機(jī)組選型及調(diào)壓室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.2.2氣象條件

烏溪江流域?qū)俑睙釒Ъ撅L(fēng)氣候，多年平均氣溫10.4C,月平均最低氣溫4.9C,

最高氣溫28℃；7、8、9月份會(huì)受臺(tái)風(fēng)過(guò)境影響，時(shí)有臺(tái)風(fēng)暴雨影響。

1.3工程地質(zhì)

山前巒壩址河谷狹窄，河床僅寬110m左右，兩岸地形對(duì)稱(chēng)，覆蓋層較薄，厚

度一般在0.5m以下，或大片基巖出露，河床部分厚約2?4m。巖石風(fēng)化普遍不深,

大部分為新鮮流紋斑巖分布，局部全風(fēng)化巖層僅1m左右，半風(fēng)化帶厚約2?12m,

壩址地質(zhì)構(gòu)造條件一般較簡(jiǎn)單，經(jīng)壩基開(kāi)挖僅見(jiàn)數(shù)條擠壓破碎帶，產(chǎn)狀以西北和

北西為主，大都以高傾角發(fā)育，寬僅數(shù)厘米至數(shù)十厘米。壩址主要工程地質(zhì)問(wèn)題

為左岸順坡裂隙、發(fā)育，差不多普及整個(gè)山坡，其走向與地形地線(xiàn)一致，影響邊

坡巖體的穩(wěn)定性。

壩址地下水埋置不深，左岸為11?26m,右岸15?34m。巖石透水性小，相對(duì)

抗水層（條件吸水量0.01L/dm）埋深不大，一般在開(kāi)挖深度范圍內(nèi)，故壩基和壩

肩滲透極微，帷幕灌獎(jiǎng)深度可在設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)揚(yáng)壓力對(duì)大壩的影響考慮選用。

壩址的可利用基巖的埋置深度，在岸10?12m,右岸6?9m,河中6?8m,

壩體與壩基巖石的摩擦系數(shù)采用0.68o

引水建筑物沿線(xiàn)為流紋斑巖分布。巖石新鮮完整，地質(zhì)條件良好。

有十余條擠壓破碎帶及大裂隙，但寬度不大，破碎程度不嚴(yán)重。

廠房所在位置地形陡峻，覆蓋極薄，基巖大片出露，巖石完整，風(fēng)化淺，構(gòu)造

較單一。有兩小斷層，寬0.5?0.8m,兩岸巖石完好。

本區(qū)地震烈度小于6度。

1.4交通狀況

壩址至衢縣的交通依靠公路，衢縣以遠(yuǎn)靠浙贛鐵路。

8

1.5既給設(shè)計(jì)控制數(shù)據(jù)

a.校核洪水位：240.00m,校核最大洪水下泄流量8350m3/s。

b.設(shè)計(jì)洪水位：238.00m,設(shè)計(jì)洪水最大下泄流量4600m3/s。

c.設(shè)計(jì)蓄水位：230.00m

d.設(shè)計(jì)低水位：198.00m

e.裝機(jī)容量：4X40MW

第二章樞紐布置、擋水及泄水建筑物

2.1樞紐布置

2.1.1樞紐布置形式

因壩址附近河道蜿蜒曲折，多年平均徑流量83.0m%,較??；河床坡度比降

1/1000,故根地形條件選用有壓引水式地面廠房方案。上游山前巒斷面布置擋水建

筑物及泄水建筑物，大壩右岸上游約100m處有天然凹口，在此布置引水隧洞進(jìn)水

□o下游獲青處布置地面廠房，開(kāi)關(guān)站等建筑物，具體位置見(jiàn)樞紐布置圖。

2.1.2壩軸線(xiàn)位置選擇

根據(jù)已知資料，山前巒壩址地形圖，選擇軸線(xiàn)應(yīng)滿(mǎn)足：盡量選擇在河谷狹窄的

地方；盡量避開(kāi)較大的裂隙；滿(mǎn)足施工條件的要求。綜合考慮后選擇的壩軸線(xiàn)與

左岸的交點(diǎn)坐標(biāo)為(20679191,3176358),與右岸的交點(diǎn)坐標(biāo)為(20679640,

3176358),穿過(guò)右岸部分裂隙，避開(kāi)左岸裂隙；壩軸線(xiàn)總長(zhǎng)約440m,o由于壩軸

線(xiàn)較短，穿過(guò)裂隙不多可作地基處理。

2.2擋水及泄水建筑物

2.2.1壩高確定

根據(jù)水電站裝機(jī)16萬(wàn)kw,水庫(kù)總庫(kù)容15.84X108m3,取工程等級(jí)為一等，主要

某水電站廠房機(jī)組選型及調(diào)壓室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

建筑物級(jí)別：1級(jí)，次要建筑物：3級(jí)，臨時(shí)建筑物：4級(jí)。

2.2.1.1壩頂超出靜水位高度Ah的計(jì)算

本水電站未給出風(fēng)速資料，參照工程經(jīng)驗(yàn)，校核情況取浪高影響h=0.8m,

設(shè)計(jì)情況取浪高影響h=0.5m。

he——查《水工建筑物》（上）河海大學(xué)出版社P53表2-8

基本組合：hc=0.7m,特殊組合hc=0.5m

△h設(shè)=力+hc=1.5m

△h校=h+hc=1.0m

2.2.1.2壩頂高程

廠設(shè)計(jì)洪水位+Z\h設(shè)=239.5m

壩頂高程=

校核洪水位+△!!校=241.0m

取壩頂高程為241.0m

查壩軸線(xiàn)工程地質(zhì)剖面圖，得出可利用基巖最低點(diǎn)高程113.0m,由此知大

壩實(shí)際高度為241.0-113.0=128.0m。

2.2.2擋水建筑物—混凝土重力壩

2.2.2.1基本剖面

由于電站形式為引水式，故壩上游側(cè)無(wú)有壓進(jìn)水口，上游壩坡坡度不受限制,

a.由應(yīng)力條件公式確定壩底的最小寬度：

(2-1)

10

b.由穩(wěn)定條件公式確定壩底的最小寬度:

B=期

(2-2)

代-a)

/o

式中B——壩底寬度；

H——實(shí)際壩高(基本剖面H=238-113=125m)；

Yc壩體材料容重，取24kN[m'；

Yo——水的容重，取KUN//；

a揚(yáng)壓力折減系數(shù)，取0.3；

K——基本組合安全系數(shù)，查《水工建筑物》表2—7為K=L1。

兩種條件所求得的壩底寬度分別為：B=86.26m及B=96.29m。

初步擬定壩底寬度為92.5m,下游坡度為m=92.5/125=0.74。

2.2.2.2實(shí)用剖面

考慮運(yùn)行交通及施工的要求壩頂寬度取為：

B=(8%?10%)H=llm

灌漿廊道距壩底5m,距上游壩面14.7m,廊道寬2.5m,高3m

為了利用水重增加穩(wěn)定，上游面距壩底50m處以下設(shè)一折坡，坡度取為:

n=0.15

實(shí)際的壩底寬度為

B=92.5+50X0.15=100m

剖面示意圖如下:

某水電站廠房機(jī)組選型及調(diào)壓室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖2T非溢流壩剖面示意圖

2.2.2.3壩底面的應(yīng)力及穩(wěn)定分析

（1）荷載的計(jì)算

圖2-2非溢流壩荷載分布示意圖

（圖中壩底面設(shè)有上下游排水，揚(yáng)壓力有三次折減，折減系數(shù)自左至右分別為:

a=0.25；a1=0.2；a2=0.5）

計(jì)算結(jié)果列表如下:

表2-1設(shè)計(jì)狀況下的荷載計(jì)算

12

用

荷載荷載荷載值荷載作對(duì)截面形心

臂

名稱(chēng)符號(hào)(KN)方向力的彎矩值

I

m)(KNm)

r'l'RW14625724.353561357.95

Pi78125―?41.673255468.75

水壓力P21824<―3.76748.8

P37500146.25346875

P41349.8]42.957906.42

U111940.25t43513430.75

揚(yáng)壓力U22823t3290336

U310019.5t110019.5

U44798.9t40191956

浪壓力PL14.4—?1251800

表2-2校核狀況下的荷載計(jì)算

荷載荷載荷載值荷載作用對(duì)截面形心

名稱(chēng)符號(hào)(KN)方向力臂的彎矩值

(m)(KNm)

自重W14625724.353561357.95

P180645-A42.333413971.4

水壓力P22668?—7.720543.6

P37650I46.25353812.5

Pt1974.4]41.4581838.88

Ui12325.25t43529985.75

揚(yáng)壓力U22979t3295328

u310715.5t110715.5

Ud5803.9t40232156

浪壓力Pl.5.8—?127736.6

注：表中荷載值為壩體單位長(zhǎng)度1m的荷載大小。

(2)穩(wěn)定分析計(jì)算

利用下述公式計(jì)算:

(2-3)

式中：K一一抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)(設(shè)計(jì)情況取1.1,校核情況取1.05)；

f——滑動(dòng)面上的抗剪摩擦系數(shù)(采用0.68)；

某水電站廠房機(jī)組選型及調(diào)壓室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2卬一一作用在滑動(dòng)面以上的力在鉛直方向投影的代數(shù)和；

￡p——作用在滑動(dòng)面以上的力在水平方向投影的代數(shù)和;

u——作用在滑動(dòng)面上的揚(yáng)壓力。

計(jì)算結(jié)果為：

設(shè)計(jì)情況下：K=l.滿(mǎn)足穩(wěn)定要求；

校核情況下：K=1.08>1.05,滿(mǎn)足穩(wěn)定要求。

（3）應(yīng)力分析計(jì)算

利用下述公式計(jì)算：

a.水平截面上的邊緣正應(yīng)力：

BB-

BB

式中一一作用在計(jì)算截面以上全部荷載的鉛直分力總和；

ZM——作用在計(jì)算截面以上全部荷載對(duì)截面形心的力矩總和;

B一一計(jì)算截面沿上下游方向的寬度。

b.邊緣剪應(yīng)力：

7="v+p“_p

式中p,p'——分別為計(jì)算截面上下游的水壓力強(qiáng)度;

n,m分別為上下游壩面坡率。

14

C.鉛直截面上的邊緣正應(yīng)力:

4=(P-P“)-(P-P"一%)、

"("\/n"\2I

-Pu)+^y+PU-P

(2-6)

式中P“，P；——分別為上下游邊緣揚(yáng)壓力強(qiáng)度。

d.邊緣主應(yīng)力：

0=(1+〃2)b；_(p-p“)”2、

%=P'-P,,

(2-7)

cr；=(1+4)CT；—(p"—p：)加、

?

w=p-pu,

(2-8)

計(jì)算結(jié)果列表如下：

表2-3壩底面應(yīng)力計(jì)算表

設(shè)/Vb;

Tr*(Jcy21

計(jì)x%

情

況

1371.851138.65-205.8842.630.9623.51402.701762.20

校

核(JyTT*a；CT色

情

況

1371.021248.7-197.55924.129.6683.81346.601932.60

某水電站廠房機(jī)組選型及調(diào)壓室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

注：表中各應(yīng)力值單位為(KPa)。

經(jīng)過(guò)計(jì)算，壩底面沒(méi)有出現(xiàn)拉應(yīng)力，剖面滿(mǎn)足應(yīng)力條件要求。

2.2.2.4上游折坡點(diǎn)所在平面的應(yīng)力分析

(1)荷載的計(jì)算

圖2-3折坡點(diǎn)平面荷載示意圖

計(jì)算結(jié)果列表如下：

表2-4設(shè)計(jì)狀況下的荷載計(jì)算

荷載荷載荷載值荷載作用對(duì)截面形心

名稱(chēng)符號(hào)(KN)方向力臂的彎矩值

(m)(KNm)

自重Wi20644.8122.25459346.8

W235703.22.0874262.66

水壓力P128125—?25703125

揚(yáng)壓力U13046.9t24.574649.05

U24593.75t3.2514929.7

浪壓力PL14.4―?751080

表2-5校核狀況下的荷載計(jì)算

作

荷載荷載荷載值荷載用對(duì)截面形心的

力

名稱(chēng)符號(hào)(KN)方向臂彎矩值(KNm)

(m)

自重W120644.8122.25459346.8

W235703.212.0874262.66

16

水壓力P129645-A25.67760987.2

揚(yáng)壓力U13128.1t24.576638.45

U24716.25t3.2515327.81

浪壓力PL5.8-A77446.6

(2)應(yīng)力分析計(jì)算

采用計(jì)算公式同式(2-4)?(2-8)

計(jì)算結(jié)果列表如下：

表2-6上游折坡點(diǎn)所在平面應(yīng)力計(jì)算

設(shè)

計(jì)%b；TT*32,b;

情

況429.51331.80985.60729.3429.502061.10

校

b;

核%WTT**6

情

況299.81425.401054.80780.5299.802205.90

注：表中各應(yīng)力值單位為(KPa)。

經(jīng)過(guò)計(jì)算，上游折坡點(diǎn)所在平面沒(méi)有出現(xiàn)拉應(yīng)力，剖面滿(mǎn)足應(yīng)力條件要求。

2.2.3泄水建筑物一混凝土溢流壩

2.2.3.1堰頂高程

考慮到基巖存在擠壓破碎帶，故取設(shè)計(jì)狀況下的單寬流量q=65n?/s,則溢流

壩前緣總凈寬L=4600/65=70.7m,設(shè)計(jì)狀況下洪水下泄量忽略發(fā)電引水部分。

溢流堰閘孔數(shù)初定n=5,每孔凈寬b=14m

計(jì)算堰上水頭(設(shè)計(jì)狀況下)

Q=Lsm而H〃3(2-9)

式中Q=4600m3/5

m—流量系數(shù)，設(shè)計(jì)水頭下取0.5

某水電站廠房機(jī)組選型及調(diào)壓室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

￡一側(cè)收縮系數(shù)，取￡=0.9

g—重力加速度，取g=9.81%2

計(jì)算得Ho設(shè)=10.3m

校核狀況下

Q=Lsmy[2gH2/3（2-10）

式中Q=8350m3/5,6=0.9,m=0.5

計(jì)算得Ho校=15.3m,

堰頂高程=設(shè)計(jì)洪水位-H。設(shè)=227.7m

堰頂高程=校核洪水位-H。校=224.7m

考慮閘門(mén)的布置要求，初定堰頂高程為：

V=224.7m,正常蓄水位230m

取閘門(mén)高度10m,閘墩厚度d=4m

2.2.3.2溢流壩實(shí)用剖面設(shè)計(jì)

(1)溢流面曲線(xiàn)

堰頂最大水頭”max=校核洪水位??堰頂高程=15.3m

設(shè)計(jì)堰上水頭Hd=85%H,nax=13.0m

溢流面曲線(xiàn)采用WES曲線(xiàn)

Xn=KHdn-'y(2-11)

式中外—定型設(shè)計(jì)水頭

K.n—與上游壩面坡度有關(guān)的系數(shù)和指數(shù)(查手冊(cè)知k=2.0,n=1.85)

則Y=x185/(2X13.0°85)=XI85/17.7

堰頂點(diǎn)上游橢圓曲線(xiàn)

V1（見(jiàn)7）2

（2-12）

（〃凡）2（犯）2

取a=0.3

18

b=a/(0.87+3a)=0.17

則橢圓方程為：

x2,(1.82-y)2

十

(3.9)2(2.2)2

對(duì)WES曲線(xiàn)求導(dǎo)，令其結(jié)果為下游壩面坡度，得出曲線(xiàn)與直線(xiàn)段切點(diǎn)的橫坐

標(biāo)為x=20.31,代入壩面直線(xiàn)方程：y=x/0.74-13.3

得出y=14.15,代入曲線(xiàn)方程得出y=14.83,

據(jù)此,將溢流壩頂點(diǎn)向下游平移（14.83-14.15）X0.74=0.5mo

直線(xiàn)段為原基本剖面壩面直線(xiàn)。

下部反弧段采用圓弧曲線(xiàn)，由R/H=0.3?0.7確定反弧半徑為R=32m。

（2）消能設(shè)計(jì)

擬采用挑流消能方式：

下游最高尾水位136.1m,根據(jù)鼻坎應(yīng)高出下游水深1?2m,取鼻坎

高程為137m,高度為

h=137-113=24m；鼻坎挑角取a=25。

由圖量得鼻坎伸出基本剖面長(zhǎng)度L=13.0m。

由于L/h=13.0/27=0.48<0.5,不必驗(yàn)算鼻坎截面應(yīng)力。

反弧處水深計(jì)算查《水力學(xué)》（下）P53取夕=0.95,由公式

2

T°=""+2；嘰;(2-13)

式中To總有效水頭

Heo——臨界水深（校核洪水位閘門(mén)全開(kāi)時(shí)反弧處水深）

6——流速系數(shù)查表取0.9

設(shè)計(jì)情況下：T°=238-136.1=101.9m；單寬流量q=4600/70=56.7m/s

經(jīng)試算得：hc0=1.41m；反弧段流速v=q/hco=56.7/1.41=46.6m/s

校核情況下：T°=240-136.1=103.9m；單寬流量q=8350/70=l19.3m/s

經(jīng)試算得：hc0=2.42m；反弧段流速v=q/hco=l19.3/2.42=49.3m。

2.2.3.3壩底面的應(yīng)力及穩(wěn)定分析

（1）荷載的計(jì)算

某水電站廠房機(jī)組選型及調(diào)壓室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

計(jì)算方法與非溢流壩相同，結(jié)果列表如下：

表2-7設(shè)計(jì)狀況下的荷載計(jì)算

荷載荷載荷載值荷載作用對(duì)截面形心

名稱(chēng)符號(hào)(KN)方向力臂的彎矩值

(m)(KNm)

自重W15474014.252258410

動(dòng)水PX972?<—2423328

壓力PY3773.73138.75146232.04

P177746.55—?41.673239699

靜水P21824?—6.3711618.88

壓力P37500153397500

U111940.25t49.75594027.4

揚(yáng)壓力U22823t38.75109391.3

U310019.5t9.7597690.13

U44798.9t40191956

表2-8校核狀況下的荷載計(jì)算

荷載荷載荷載值荷載作用對(duì)截面形心

名稱(chēng)符號(hào)(KN)方向力臂的彎矩值

(D1)(KNm)

自重W15474014.252258410

動(dòng)水Px1867.4■<—2444817.6

壓力PY7274.8838.75281901.6

20

P180072.55―?41.673336623

靜水P22668?—6.3716995.16

壓力P3765053405450

U112325.25t49.75613181.2

揚(yáng)壓力U22979t38.75115436.3

U310715.5t9.75104476.1

U45803.9t40232156

注：表中荷載值為壩體單位長(zhǎng)度1m的荷載大小。

（2）穩(wěn)定分析計(jì)算

利用公式（2-3）計(jì)算:

計(jì)算結(jié)果為：

設(shè)計(jì)情況下：K=1.24>1.1,滿(mǎn)足穩(wěn)定要求；

校核情況下：K=1.22>1.05,滿(mǎn)足穩(wěn)定要求。

（3）應(yīng)力分析計(jì)算

利用公式（2-4）?（2-8）計(jì)算：

計(jì)算結(jié)果列表如下：

表2-9壩底面應(yīng)力計(jì)算表

設(shè)

計(jì)*6TT*%O,6,0;

情

況

608.11786.35-91.221321.913.7978.2621.8302764.50

校

核TT*a；0b2>er;

情

況

544.11895.6-81.611402.712.21032556.3102933.60

注：表中各應(yīng)力值單位為（KPa）。

經(jīng)過(guò)計(jì)算，壩底面沒(méi)有出現(xiàn)拉應(yīng)力，剖面滿(mǎn)足應(yīng)力條件要求。

某水電站廠房機(jī)組選型及調(diào)壓室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.3壩內(nèi)構(gòu)造

2.3.1壩頂結(jié)構(gòu)

2.3.1.1非溢流壩

壩頂寬11m,兩邊設(shè)欄桿，路面中間高，兩略邊低，呈圓拱狀，以便于排水,

道路兩旁設(shè)排水管，具體布置見(jiàn)大圖。

2.3.1.2溢流壩

溢流壩段壩頂較非溢流壩段向上游伸出4m,向下游伸出8.5m,故壩頂總寬

為23.5m,壩上布置門(mén)機(jī)軌道，溢流堰上設(shè)置兩道閘門(mén)，上游側(cè)設(shè)事故檢修閘門(mén)，

堰頂稍偏下游布置工作閘門(mén)。閘墩寬度4m,邊墩2m,故溢流壩段總長(zhǎng)86m,閘

門(mén)門(mén)槽深1m寬1.5m。

2.3.2壩體分縫

2.3.2.1縱縫

溢流壩段和非溢流壩段縱縫間距均為25m,具體位置見(jiàn)正圖

2.3.2.2橫逢

溢流壩段的橫逢分在閘墩中間，每個(gè)閘墩分一逢；非溢流壩段分逢從溢流壩

段兩側(cè)邊墩起每隔25m分一條橫逢。上游側(cè)設(shè)有三道止水片。具體見(jiàn)正圖。

2.3.3壩內(nèi)廊道

沿灌漿廊道向上，間隔30m布置一層廊道，共分三層，每層縱向廊道布置向

下游延伸的橫向廊道，并在下游再布置一條縱向貫穿廊道作為連接。非溢流壩段

除底層廊道橫向不貫穿至下游外，其余橫向廊道均貫穿，非溢流壩段橫向廊道連

接兩排縱向廊道。

為了進(jìn)一步減小揚(yáng)壓力以利于壩體的穩(wěn)定，壩基面上下游布置了兩道主排水

22

廊道。

灌漿廊道尺寸寬3m,高4m,除灌漿廊道外，其余廊道尺寸寬2m,高3m,

由于上游壩面折坡點(diǎn)較低，故廊道上下垂直布置，排水管亦垂直布置。

2.3.4壩基地基處理

壩址處巖基抗?jié)B性較好，故防滲帷幕灌漿處理比較簡(jiǎn)單。

左岸有斷層破碎帶貫穿整個(gè)山坡，故需進(jìn)行灌槳加固處理，除適當(dāng)國(guó)深表層

碎塞外，仍需在較深的部位開(kāi)挖若干斜并和平洞，然后用碎回填密實(shí)，形成由碎

斜塞和水平塞所組成的剛性支架，用以封閉該范圍內(nèi)的破碎填充物，限制其擠壓

變形，減小地下水對(duì)破碎帶的有害作用。

河床段及右岸靠近河床段了裂隙，采用碎梁和碎拱進(jìn)行加固，具體分法是將

軟弱帶挖至一定深度后，回填險(xiǎn)以提高地基局部地區(qū)的承載力。

2.4溢流壩消能抗沖刷措施

消能方式采用挑流消能

挑距按下式計(jì)算

222

L=—[v,sinccosa+v,coscz-Jy,sin?+2g(h]+/22)]

g

(2-14)

式中L水舌距(m)；

Vi——坎頂水面流速(m/s)可取坎頂平均流速V的1.1倍；

a——鼻坎挑射角度；

h,一一坎頂平均水深在鉛直方向的投影；

h2——坎頂至河床表面高差(m)；

g重力加速度。

計(jì)算得L=248.7m

沖刷坑深度按下式計(jì)算

、=2.44左；靖89"。.U(2-15)

某水電站廠房機(jī)組選型及調(diào)壓室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

式中tr沖刷坑深度

H上下游水位差

hk一—取決于出坎單寬流量g的臨界水深,

k'r一一取決于巖石抗沖刷能力的無(wú)因次參數(shù)，對(duì)于堅(jiān)硬巖石9匚0.7~人

1此處取1.1

t一一下游平均水深

計(jì)算得tr=8.2m。

L〃,.=248.7/8.2=30.3>5,滿(mǎn)足要求。

由于下游基巖質(zhì)量較好,且水流沿河道較平順，故抗沖刷措施比較簡(jiǎn)單。

只需在溢流壩與非溢流壩交界處設(shè)1m寬的導(dǎo)水墻，下游岸坡做簡(jiǎn)單防浪措

施即可。

第三章水能規(guī)劃

3.1特征水頭Hmax、Hmin、Hr、Hav的選擇

3.1.1最大水頭Hmax

a.校核洪水位下四臺(tái)機(jī)組滿(mǎn)發(fā)情況：

上游水位為240m,忽略發(fā)電引用流量，由下泄流量8350m/s查狄青水位流量

曲線(xiàn)得下游水位為128.15m。取水頭損失為3%,則最大水頭為

Hmax=(240-128.15)X3%=108.49m

b.設(shè)計(jì)洪水位下四臺(tái)機(jī)組滿(mǎn)發(fā)情況：

同樣,Hmax=(238-123.94)X3%=110.64m

c.設(shè)計(jì)蓄水位下一臺(tái)機(jī)組發(fā)電情況：

上游水位為230m,效率n=n水xn電=90%X96%=86.4%

假定單機(jī)引用流量Q,由式Q=N/9.81Hn試算得出最大水頭為

Hmax=lll.24m,此時(shí)Q=42.4m/s

綜上，最大水頭為111.24m

24

3.1.2最小水頭Hmin

取設(shè)計(jì)低水位下四臺(tái)機(jī)組滿(mǎn)發(fā)情況：

上游水位為198m,效率n=86.4%

同樣假定單機(jī)引用流量Q，由式Q=N/9.81Hn試算得出最小水頭為

Hmin=78.97m,此時(shí)Q=59.76m/s

3.1.3平均水頭Hav

平均水頭=上游平均水位-下游平均水位-水頭損失

對(duì)于引水式電站，上游平均水位為壓力前池正常水位與最低水位平均值，即

(230+198)/2=214m

下游平均水位取四臺(tái)機(jī)組滿(mǎn)發(fā)情況，同樣經(jīng)過(guò)試算可得出平均水頭為

Ha、,=94.6m,止匕時(shí)Q=50.Om/s

3.1.4設(shè)計(jì)水頭Hr

引水式電站取Hr=Ha、，=94.6m

3.2水輪機(jī)選型比較

根據(jù)水頭工作范圍和設(shè)計(jì)水頭查資料選擇水輪機(jī)型，適合的有HL200和HL180

兩種型號(hào)，下面將對(duì)它們比較方案進(jìn)行選擇。

3.2.1HL200水輪機(jī)方案的主要參數(shù)選擇

3.2.1.1轉(zhuǎn)輪直徑立

查《水電站》表3-6得限制工況下單位流量GM=950L/S=0.95m3/S效率7”

=89.4%,由此初步假定原型水輪機(jī)在此工況下的單位流量Q=°；M=0.95m3/S,

假定效率n=91.1%

水輪機(jī)額定力N尸4X104/96%=41700kW

設(shè)計(jì)水頭Hr=Ha、=94.6m

某水電站廠房機(jī)組選型及調(diào)壓室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

一」9.81Q；1師=2.31m

(3-1)

取之相近而偏大的標(biāo)稱(chēng)直徑Di=2.5m

3.2.1.2轉(zhuǎn)速n計(jì)算

查《水電站》表3-4HL200最優(yōu)工況下單位轉(zhuǎn)速""=68r/min,初步假定原

型為"=n'<mi=68r/min

〃歷其68x7946”公

n===264.55

A2.5r/min(3-2)

選用與之接近的同步轉(zhuǎn)速n=250r/min

3.2.1.3單位轉(zhuǎn)速n的修正值

查《水電站》表3-4,HL200最優(yōu)工況下nMmax=90.7%,模型轉(zhuǎn)輪直徑

DiM=0.46m

"max=1一°一max)j=93.4%

則原型效率V2

其中〃Mmax模型最優(yōu)工況下效率；

DIM——模型轉(zhuǎn)輪直徑。

的=93.4%-90.7%=2.7%

考慮制造工藝差異性，取△〃=△〃-&=2-7%-1%=1.7%

"max=max+△〃=90.7%+1.7%=92.4%

n=nM+477=89.4%+1.7%=91.1%與假定值相同。

甌1=nioM(J.max/.Mmax一1)(3-3)

由于麗；/及;。M=初max仞MmaxT=L9%〈3.0%,

故單位轉(zhuǎn)速可不加修正，2也可不加修正

最后求得n=91.1%,Di=2.5m,n=250r/min

26

3.2.1.4工作范圍檢驗(yàn)

在Hr，Nr條件下

9m”-98ID；“，歷〃=0.811/〃3/5<0.95加/5

(3-4)

則水輪機(jī)最大引用流量Qmax=QimaxD/屈=49.24m3/S

與特征水頭Hmax、Hmin、凡相對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速為

〃min=皿/J"max=59.26r/min

“max=nD\瘋^=70.33〃min

nr-nDx=64.26r/min

3.2.1.5吸出高度Hs計(jì)算

設(shè)計(jì)工況下參數(shù)〃“=77.11r/min

□max=811L/s

氣蝕系數(shù)。=0.084

修正值A(chǔ)b=0.019

V

Hs=10.0(cr+Acr)//

900(3-5)

式中V——水輪機(jī)安裝位置的海拔高程，在初始計(jì)算時(shí)取下游平均水位海

拔110m；

H水輪機(jī)設(shè)計(jì)水頭。

計(jì)算得Hs=0.134m,

3.2.2HL180方案主要參數(shù)選擇

3.2.2.1轉(zhuǎn)輪直徑立

查《水電站》表3-6得限制工況下單位流量QiM=860L/S=0.86m3/S效率

某水電站廠房機(jī)組選型及調(diào)壓室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

"M=89.5%,由此初步假定原型水輪機(jī)在此工況下的單位流量?jī)?chǔ)=

=0.86m3/S,假定效率n=90.8%

水輪機(jī)額定力Nr=4義104/96%=41700kW

設(shè)計(jì)水頭Hr=Ha、，=94.6m

V9-81Q凡即=2.43m

取之相近而偏大的標(biāo)稱(chēng)直徑Di=2.5m

3.2.2.2轉(zhuǎn)速n計(jì)算

查《水電站》表3-4HL180最優(yōu)工況下單位轉(zhuǎn)速"皿=67r/min,初步假定原

型々"="i〃，，，=67r/min

%。亞T67x794.6

n===260.66

￡>,2.5

選用與之接近的同步轉(zhuǎn)速n=250r/min

3.2.2.3效率修正及單位參數(shù)修正

查《水電站》表3-4,HL180最優(yōu)工況下nMmax=92%,模型轉(zhuǎn)輪直徑

DiM=0.46m

〃max=＞（I-〃材max）=94.3%

則原型效率vA

△77=94.3%—92%=2.3%

考慮制造工藝差異性，取4=2.3%-1%=1.3%

"max=max+△〃=92%+1.3%=93.3%

"=%+△〃=89.5%+1.3%=90.8%與假定值相同。

由于M/%”=Mmax/〃MmaxT=L4%〈3.0%,