緊水灘水電站及尾水管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說(shuō)明書

-1- 摘摘 要要 緊水灘電站緊水灘水電站位于龍泉溪上，是甌江上游干流梯級(jí)開發(fā)的第 一級(jí)水電站，工程以發(fā)電為主，兼顧航運(yùn)、放木及防洪等綜合利用要求。 該工程采用高水頭大壩，擋水建筑物為混凝土重力壩，泄水建筑物為溢 流壩，在洪水季節(jié)，河流最大泄流量為 20000m3/s,此時(shí)用溢流堰泄流。 設(shè)計(jì)洪水位為 289.94m，校核洪水位為 291.8m，正常蓄水位為 284m,設(shè) 計(jì)死水位為 264m,壩頂高程 293m，壩基開挖至高程 192m，整個(gè)壩高 99m，壩 底高程 194m。上游壩坡坡度 0，下游壩坡坡度 1：0.75，溢流壩堰頂高程 274.3m。 本樞紐河谷底寬 90m 左右，壩頂高程處壩軸線長(zhǎng) 285m，根據(jù)布置，溢 流壩段布置在河床中間偏右岸，廠房布置在左岸。因左岸比較平緩，可布置 開關(guān)站，電廠辦公管理用房設(shè)施。 。 該工程采用壩后式水電站布置方式，通過(guò)計(jì)算選用了混流式水輪機(jī)型， 其直徑為 3m,轉(zhuǎn)速為 214.3r/min。發(fā)電機(jī)為 SF45-28/653.9。安裝水輪發(fā)電 機(jī)組 4 臺(tái)， 單機(jī)容量 5 萬(wàn)千瓦，總裝機(jī)容量為 200000kw。廠房寬為 18m， 長(zhǎng)為 74m, 水輪機(jī)安裝高程 205.675m，發(fā)電機(jī)層高程 211.3m，裝配場(chǎng)層高 程 211.3m（與進(jìn)廠公路同高程） 。各個(gè)樞紐建筑之間由公路相連，它連接了 包括安裝場(chǎng)、尾水平臺(tái)、大壩和閘門啟閉室等設(shè)施。 另外，本設(shè)計(jì)還對(duì)機(jī)墩進(jìn)行了布置和專門的配筋設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞關(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)；發(fā)電 機(jī)；選型；廠房；機(jī)墩。 -2- ABSTRACT Jin-shui-tan hydroelectric station is located on Long-quan stream which is the first hydroelectric station of the upper mainstream of Ou river. The primary effect of the whole engineering is generating electricity that also meets the demand of shipping, drift wood, flood control and etc. This engineering adopts high-lift dam, which use concrete gravity dam to prevent the water and overflowing dam to sluicing. When it occurs flood, overflowing weir is used to spill over the flood, whose biggest rate of flow reaches 20000ms/s. According to the design of dam, the details are as following: designed flood level is 289.94m; revised flood level is 291.8m; the normal level of storing water is 284m; the designed lowest level of water is 264m; the top height of dam is total 293m; the foundation of dam arrives to 192m height; the total height of dam is 99m; The upstream dam slope is 0 ,the downstream dam slop is 1:0.75 the width of of bottom of river vale to this hinge is about 90m; the length of axis on top of dam is 285m; According to disposal, the overflowing dam lies near the right shore of riverbed, whereas factory lies on left shore, because the left shore is much flater which can lay the switch station and facilities of office. This engineering uses such disposal that the hydroelectric station is behind the dam. Via calculation, we choose the mixed hydraulic turbine, whose diameter is 3m and r.p.m is 214.3r/min. Generator is SF45-28/653.9 hydraulic turbine generators are installed, one of which has 50,000 kw electricity. It is ensured to generate 200000kw electricity. The width of factory is 18m, however its length is 74m. the turbine setting is 202.36m，generator setting is 216.20m，assembly yard setting is 216.20m（the same to the road leading to the power house）. And its height is equal to that of machinery group. Each main construction is linked with road which joint including installation site, draft tube deck, dam, control room of sluice gate and other facilities. Otherwise, this project approach decorate the generator frustu and approach its specially blending concrete iron. Keyword：hydro-junction; water retaining structure ; rapid flood structure; stabilize; strain; turbine; generator; power house; generator frustu. -3- 目 錄 摘 要.1 第一章 自然地理及工程地質(zhì).5 1.1 流域概況5 1.2 水文與氣候5 1.3 地形與地質(zhì)6 1.3.1 水庫(kù)區(qū)工程地質(zhì).6 1.3.2 壩址地質(zhì).7 1.4 天然建筑材料7 1.4.2 砂石料：.7 第二章 經(jīng)濟(jì)、水利與動(dòng)能.8 2.1 工程效益8 2.2 特征水位及機(jī)組型號(hào)8 第三章 樞紐布置及擋水、泄水建筑物.8 3.1 樞紐布置.8 3.2 擋水建筑物9 3.2.1 壩高確定9 3.2.2 擋水建筑物的形式、尺寸和布置10 3.2.3 非溢流壩段穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算11 3.3 泄水建筑物-砼溢流壩的形式、尺寸與布置12 3.3.1 堰頂高程的確定.12 3.3.2 溢流壩實(shí)用剖面設(shè)計(jì).12 3.3.3 溢流壩段穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算.14 3.4 壩內(nèi)構(gòu)造15 3.4.1 壩頂結(jié)構(gòu).15 3.4.1.1 非溢流壩15 3.4.1.2 溢流壩15 3.4.1.3 壩內(nèi)廊道.16 3.4.2 壩基地基處理16 3.5 溢流壩消能抗沖刷措施16 3.5.1 消能方式采用挑流消能16 3.5.2 沖坑17 3.5.3 導(dǎo)墻高度17 第四章 水能規(guī)劃.17 4.1 特征水位.17 4.1.1 Hmax 可能出現(xiàn)情況.18 4.1.2 Hmin 可能出現(xiàn)情況.18 4.1.3 的取值19 av H 4.2 HL220 工作參數(shù)確定.19 -4- 4.2.1 轉(zhuǎn)輪直徑 D1 .19 4.2.2 轉(zhuǎn)速 n19 4.2.3 效率修正.20 4.2.4 工作范圍檢驗(yàn).20 4.2.5 吸出高度 Hs20 第四章 引水建筑物.21 第五章 水電站廠房.21 5.1 電站廠房的布置設(shè)計(jì)概述：.21 5.1.1 裝配廠層：22 5.1.25.1.2 發(fā)電機(jī)層發(fā)電機(jī)層：22 5.1.3 水輪機(jī)層.22 5.1.4 蝸殼層：23 5.2 廠房?jī)?nèi)部結(jié)構(gòu)23 5.2.1 發(fā)電機(jī).23 5.2.2 調(diào)速器及油壓裝置選擇與尺寸.25 5.2.3 金屬蝸殼尺寸.27 5.2.4 尾水管尺寸.28 5.2.5 起重設(shè)備選擇與尺寸.28 5.2.6 廠房各層高程確定29 第六章壓力鋼管設(shè)計(jì).31 6.1 引水管道的布置：.31 6.2 閘門及啟閉設(shè)備：31 6.3 壓力鋼管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：32 6.3.1 確定鋼管厚度：32 6.3.2 承受內(nèi)水壓力的結(jié)構(gòu)分析：.32 第七章 水電站廠房的穩(wěn)定計(jì)算.36 7.1 菏載計(jì)算.36 7.1.1 廠房自重（用估算公式）36 7.1.2 蝸殼和尾水管中的水重 G2 36 7.1.3 揚(yáng)壓力 U 36 7.1.4 已安裝的機(jī)電設(shè)備重（不計(jì)入吊車自重）36 7.1.5 下游水壓力 P.37 7.2 廠房抗滑穩(wěn)定計(jì)算.37 第八章 專題設(shè)計(jì).38 尾水管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算.38 選出最危險(xiǎn)截面下最危險(xiǎn)狀況來(lái)進(jìn)行彎矩計(jì)算，以求得配筋.41 討論邊墩的配筋情況。.43 討論頂梁和地基梁。.45 -5- 第一章 自然地理及工程地質(zhì) 1.1 流域概況流域概況 緊水灘水電站在甌江支流龍泉溪上，壩址以上流域面積 2761 平方公里。龍 泉溪發(fā)源于浙閩交界仙霞嶺、洞官山，河流長(zhǎng)度 153 公里，直線長(zhǎng)度 77 公里， 平均寬度 36 公里。除龍泉縣城附近及赤石仁三處有小片盆地外，其余地段多為 峽谷，河床覆蓋多以大塊石和卵石組成，險(xiǎn)灘較多。 本流域東側(cè)與甌江支流小溪相鄰，西側(cè)與錢塘江支流烏溪江相鄰，南側(cè)為閩 江支流松溪，北側(cè)為甌江支流松陰溪。河流四周均為嶺南山系洞官山脈包圍，山 脈走向與河流流向一致，最高峰黃茅尖高達(dá) 1921 米，流域平均高度 662 米，河 道坡降上游陡、下游緩，平均坡降為 6.32 0.97，因河道陡，河槽調(diào)蓄能力 低，匯流快，由暴雨產(chǎn)生的洪水迅漲猛落，歷時(shí)短，傳播快，所以一次洪水過(guò)程 尖瘦，屬典型的山區(qū)性河流。 龍泉溪是浙江省木材主要產(chǎn)地，境內(nèi)森林茂盛，植被良好，水土流失不嚴(yán)重。 本工程為甌江干支流規(guī)劃的五個(gè)梯級(jí)開發(fā)中的一級(jí)，以發(fā)電為主，兼顧航運(yùn)、 放木（竹）以及防洪等綜合效益。電站建成后主要擔(dān)任華東電網(wǎng)調(diào)峰并供電麗水、 溫州，將使麗、溫兩地區(qū)通過(guò) 220 千伏輸電線路聯(lián)系，形成浙南電力系統(tǒng)。為解 決建壩后龍泉溪木材（竹）的流放和航運(yùn)的發(fā)展，大壩左岸專門設(shè)置有貨筏過(guò)壩 建筑物。水庫(kù)有 1.53 億立方米的防洪庫(kù)容，用以減輕下游麗水、碧湖地區(qū)防洪 的負(fù)擔(dān)。 1.2 水文與氣候水文與氣候 本地區(qū)地處浙東南沿海山區(qū)，屬溫帶季風(fēng)氣候，氣候溫和，壩址區(qū)歷年平均 氣溫 17.3，月平均氣溫以 1971 年 7 月份 30.7最高，1962 年 1 月份 13最 低，實(shí)測(cè)最高氣溫為 40.7（1966 年 8 月） ，最低氣溫-8.1（1969 年 2 月） 。 流域內(nèi)氣候濕潤(rùn)，歷年平均相對(duì)濕度 79%，其中以 6 月份的 87%為最大，1 月 份的 84%為最小，實(shí)測(cè)最小相對(duì)濕度僅 8%。 本流域距東海僅 120180 公里，水汽供應(yīng)充沛，壩址以上流域年平均雨量為 1833.8 毫米，但在年內(nèi)分配很不均勻，39 月占年雨量為 80.5%，其中 56 兩月 為雷雨季節(jié)，降雨量占年雨量的三分之一，往往形成連綿起伏的洪水，本流域暴 -6- 雨常出現(xiàn)在此期間，實(shí)測(cè)最大 24 小時(shí)雨量為 236.8 毫米。79 月間臺(tái)風(fēng)侵襲，也 有暴雨出現(xiàn)，最大 24 小時(shí)雨量曾達(dá) 145.4 毫米。 流域多年平均降水日數(shù)為 172 天，最多達(dá) 201 天，最少 145 天。 本流域 4 至 8 月為東南風(fēng)，1 至 3 月、9 至 12 月一般為東北風(fēng)及西北風(fēng)。歷 年平均風(fēng)速 1.15 米/秒，出現(xiàn)在 1970 年 4 月，風(fēng)向西北偏西。壩址區(qū)可能發(fā)生 最大風(fēng)力為 11 級(jí)，相當(dāng)于風(fēng)速 32 米/秒。 緊水灘壩址與石富站流域面積僅差 41 平方公里，占控制流域面積的 15%，故壩址 處流量資料均不加改正，直接采用石富站資料。泥沙對(duì)緊水灘水庫(kù)使用不會(huì)有嚴(yán) 重的影響。 表 1-1 廠區(qū)水位流量關(guān)系： 水位（m） 202203204205206207208209210 流量 （m3/s） 8024054088012801740230029003620 水位（m） 211212213214215216217218219 流量 （m3/s） 438052006060700079408980100801120012340 表 1-2 水庫(kù)面積、容積： 高程（m） 205215220225230235240 面積（km2） 01.32.33.95.77.79.7 容積 （108m3） 00.050.20.350.60.9251.375 高程（m） 245250255260265270275 面積（km2） 11.613.615.918.321.324.527.7 容積 （108m3） 1.92.53.24.055.056.257.575 高程（m） 280285290295300 面積（km2） 31.235.240.348.158.4 容積 （108m3） 9.1010.7512.715.0517.7 -7- 1.3 地形與地質(zhì)地形與地質(zhì) 1.3.1 水庫(kù)區(qū)工程地質(zhì)水庫(kù)區(qū)工程地質(zhì) 水庫(kù)周邊地勢(shì)高峻，無(wú)低矮分水嶺，巖石堅(jiān)硬較完整，雖有部分?jǐn)鄬友由鞄?kù) 外，但斷層膠結(jié)好，山體雄厚，且地下水位分布較高，故無(wú)永久滲漏之慮。由于 庫(kù)岸有第四系松散地層分布，巖石節(jié)理發(fā)育，水庫(kù)暫時(shí)滲漏損失甚小，對(duì)水庫(kù)蓄 水無(wú)影響。 庫(kù)區(qū)巖石以山巖為主，物理地質(zhì)現(xiàn)象以小型塌滑體居多，蓄水后小型的邊坡 再造雖有可能但不致產(chǎn)生大規(guī)模的邊坡不穩(wěn)定。本地區(qū)地震烈度為 6 度，可不考 慮抗震設(shè)計(jì)，不計(jì)地震荷載。 1.3.2 壩址地質(zhì)壩址地質(zhì) 壩區(qū)位于 90 平方公里的“牛頭山”花崗斑巖巖技的南緣，其中有后期的細(xì)粒 花崗巖和小型的石英巖脈、細(xì)晶巖脈、輝緣巖脈侵入穿摘其間與圍巖接觸良好。 混凝土/新鮮花崗斑巖抗剪摩擦系數(shù) 0.7，凝聚力 5 公斤/平方厘米，抗剪斷 摩擦系數(shù) 1.0?；炷?混凝土抗剪斷摩擦系數(shù) 1.25，凝聚力 1.45103Kpa。 根據(jù)壩址區(qū)資料分析，緊水灘壩址兩岸地形對(duì)稱，巖性均一，較新鮮完整， 風(fēng)化淺，構(gòu)造不甚發(fā)育，水文地質(zhì)條件較簡(jiǎn)單，故屬工程地質(zhì)條件較好的壩址。 1.4 天然建筑材料天然建筑材料 1.4.1 土料： 下村料場(chǎng)：位于平緩的山坡上，高程 300 以下，主要為壤土，料場(chǎng)距壩址 0.5 公 里，有效儲(chǔ)量 426700 立方米。 油坑料場(chǎng)：位于 500550 米高程的低平山丘上，為粘土及壤土組成，料場(chǎng)距壩址 1.5 公里，有效儲(chǔ)量 747600 立方米。 1.4.2 砂石料：砂石料： 局村至小順區(qū)六個(gè)料場(chǎng)，左右岸各三個(gè)，最遠(yuǎn)距壩址 16.5 公里。 局村至壩址區(qū)十個(gè)料場(chǎng)，左岸 4 個(gè)，右岸 6 個(gè)，最遠(yuǎn)距壩址 9 公里。 -8- 壩址至赤石區(qū)七個(gè)料場(chǎng)，最遠(yuǎn)距壩址 12.2 公里。 共計(jì) 23 個(gè)料場(chǎng)，有效儲(chǔ)量水下 557000 立方米，水上 3094600 立方米，合計(jì) 3651600 立方米。 第二章 經(jīng)濟(jì)、水利與動(dòng)能 2.12.1 工程效益工程效益 本工程以發(fā)電為主，同時(shí)兼顧防洪、航運(yùn)、漁業(yè)等綜合利用。 電站建成后聯(lián)入華東電力系統(tǒng)，作為系統(tǒng)調(diào)峰電源之一。 水庫(kù)建成后，可減輕洪水對(duì)麗水縣城和碧湖平原的影響。在水庫(kù)遇五年一遇 和二十年一遇洪水時(shí)，緊水灘洪峰流量，由原來(lái)的 4270、6260 秒立方米，分別 削減為 2270、3560 秒立方米。 水庫(kù)建成后，庫(kù)區(qū)可通航機(jī)動(dòng)船，由于水庫(kù)的調(diào)節(jié)作用，壩址至麗水河段枯 水期的最小流量可由原來(lái)的 2.23 秒立米提高到 50 秒立米， （保證率 8085%）水 深增加 0.6 米左右。從而改善了航運(yùn)條件。 水庫(kù)建成后，經(jīng)水庫(kù)調(diào)節(jié)，流放竹木條件可大為改善，有效流放時(shí)間可大為 增長(zhǎng)。流放量可由目前的 14 萬(wàn)立方米提高到 27.4 萬(wàn)立方米。 水庫(kù)建成后，正常蓄水位時(shí)，水庫(kù)面積達(dá) 34.2 平方公里，為發(fā)展養(yǎng)漁業(yè)及 其他水產(chǎn)養(yǎng)殖事業(yè)創(chuàng)造有利條件。 2.22.2 特征水位及機(jī)組型號(hào)特征水位及機(jī)組型號(hào) 校核洪水位 291.80 米，校核洪水最大下泄流量 14900 秒立方。 設(shè)計(jì)洪水位 289.94 米，設(shè)計(jì)洪水最大下泄流量 11700 秒立方。 設(shè)計(jì)蓄水位 284.0 米，設(shè)計(jì)低水位 264 米。 裝機(jī)容量 20 萬(wàn)千瓦（45 萬(wàn)千瓦） 水輪機(jī)機(jī)型：HL220LJ300 -9- 第三章 樞紐布置及擋水、泄水建筑物 3.13.1 樞紐布置樞紐布置 樞紐由非溢流壩段、溢流壩段及壩后式地面廠房組成。 溢流壩段布置在河谷中央，長(zhǎng) 136 米，分 8 孔，其中 4 孔 84m，4 孔 164 m，采用鼻坎挑流消能，反弧半徑 30m，閘墩與非溢流壩同高。左岸壩后布置壩后 式廠房， 非溢流壩段布置在河谷兩岸，壩軸線垂直水流方向。壩頂高程 293.0 米，壩 基面高程 194 米。 電站廠房機(jī)組段長(zhǎng) 14 米，總長(zhǎng) 74 米。裝配廠放在廠房左側(cè)，則進(jìn)廠公路高 程約 300 米，而發(fā)電機(jī)層高程僅 212.126 米，不宜使裝配廠與公路同高，所以使 裝配廠與發(fā)電機(jī)層同高，需要挖一條隧洞進(jìn)廠。 3.23.2 擋水建筑物擋水建筑物 3.2.1 壩高確定壩高確定 根據(jù)水電站裝機(jī) 20 萬(wàn) kw，取工程規(guī)模為大型，主要建筑物級(jí)別：1 級(jí)，次要 建筑物：3 級(jí)，臨時(shí)建筑物：4 級(jí)。 3.2.1.1 壩頂超出靜水位高度壩頂超出靜水位高度h h = 2hl+ho+hc 2hl波浪涌高 ho波浪中線高出靜水位高度 hc安全超高 a. 2hl=0.166vf5/4D1/3 vf 風(fēng)速 D 吹程 該水庫(kù)緣地勢(shì)高峻，故采用官?gòu)d水庫(kù)計(jì)算公式 vf =2.3m/s，D=0.7km 2hl=10.4(2hl)0.8 2ll波長(zhǎng) -10- b. ho=cth Ll hl 2 4 2 Ll Hl c. hc-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 3.2.1.2 壩頂高程壩頂高程=max 設(shè)計(jì)洪水位+h設(shè)=290.486m 校核洪水位+h校=292.246m 取壩頂高程為 293.0m 3.2.1.3 查壩軸線工程地質(zhì)剖面圖，得出可利用基巖最低點(diǎn)高程查壩軸線工程地質(zhì)剖面圖，得出可利用基巖最低點(diǎn)高程 194m，由此知大壩實(shí)際高度為，由此知大壩實(shí)際高度為 293-194=99m 3.2.23.2.2 擋水建筑物的形式、尺寸和布置擋水建筑物的形式、尺寸和布置 擋水建筑物為混凝土重力壩，典型剖面如下圖： 圖 3-1 非溢流壩剖面 壩頂高程 293.0 米，壩底高程 194 米，上游坡比 0，下游坡比 1：0.75， 壩頂寬 10.00 米，壩底寬 79.35 米.經(jīng)過(guò)一系列的試算得出在壩內(nèi)開挖不合適，經(jīng)過(guò)一系列的試算得出在壩內(nèi)開挖不合適， 腹孔高腹孔高 10M10M，寬，寬 24M24M，基本起不到工程作用，所以采用實(shí)體重力壩，基本起不到工程作用，所以采用實(shí)體重力壩。 -11- 灌漿廊道距壩底 4m，距上游壩面 4m，廊道寬 2.5m，高 4m。 3.2.3 非溢流壩段穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算非溢流壩段穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算 表 3-1 壩基面偶然狀況（校核洪水位） 名稱荷載（KN）方向彎矩（KNM）方向 自重 80065.21976643 45100.951469264 上 游 00 2956.2624211.3 靜 水 壓 力 下 游 2217.19551148.5 揚(yáng)壓力 28281.156289583.7 54001.239 合計(jì) 42144.69 258560.3 表 3-2 壩基面持久狀況（設(shè)計(jì)洪水位） 名稱荷載（KN）方向彎矩（KNM）方向 自重 80065.21976643 46867.581379791.35 上 游 066015.48 3669.0518376.2 靜 水 壓 力 下 游 2855.5943333 -12- 揚(yáng)壓力 30115.76285818 52805.03 合計(jì) 43198.53 352091.3 滿足壩趾抗壓強(qiáng)度要求及壩基抗滑穩(wěn)定，且壩踵不出現(xiàn)拉應(yīng)力 3.3 泄水建筑物泄水建筑物-砼溢流壩的形式、尺寸與布置砼溢流壩的形式、尺寸與布置 3.3.1 堰頂高程的確定堰頂高程的確定 1. 溢流壩孔口尺寸擬定 通過(guò)溢流壩下泄的流量 Q=Qs=11700 m3/s 取 q=120 m3/s 則 L=(QQ)/q=(11700-280)/120=95.17m 取 L=96m 由于廠房布置在溢流壩后，壓力鋼管要放在閘墩上， 所以 取四孔，b=8m d=6m 取五孔, b=13m d=4m 則 L0=nb+(n-1)d=136m H H0v2/2g14.86m 堰頂設(shè)H275.08m 2. 校核工況下 q（QQ）/L152.34m2/s QLm（2g）1/2 H03/2 H017.62m vq/A1.55m/s H H0v2/2g17.5m 堰頂校H274.3m 所以，堰頂274.3m -13- 3.3.2 溢流壩實(shí)用剖面設(shè)計(jì)溢流壩實(shí)用剖面設(shè)計(jì) 泄水建筑物為混凝土溢流壩，典型剖面如下圖： 圖 3-2 溢流壩剖面 3.3.2.1 1/4 橢圓段：橢圓段： 定型設(shè)計(jì)水頭Hd=（75%95%）Hmax=13.12516.625M 取 Hd15m 上游段曲線根據(jù)規(guī)范采用 3 段圓弧 R1=0.5Hd=7.5M 對(duì)應(yīng)的圓弧末端距原點(diǎn)的水平距離為 0.175Hd=2.625M R2=0.2Hd=3M 對(duì)應(yīng)的圓弧末端距原點(diǎn)的水平距離為 0.276Hd=4.14M R3=0.04Hd=0.6M 對(duì)應(yīng)的圓弧末端距原點(diǎn)的水平距離為 0.282Hd=4.23M 3.3.2.2 WES 曲線段：曲線段： 曲線方程 yx1.85/（2Hd0.85） dy/dx1.85x0.85/（2Hd0.85）1/0.75 切點(diǎn) x23.06m y16.62m 表 3-5 WES 曲線段計(jì)算結(jié)果 X（m） 5101523.06 Y（m） 0.983.547.516.62 -14- 3.3.2.3 反弧段：反弧段： 由水力學(xué)公式 T0hc0+q2/（2g2hc02）試算得：hc0 5.1m 取 R30m=17.5m=44.25m h “ h 鼻坎高程 233.65m 下游最高水位 221.4m ，因?yàn)閺S房頂高程為 226.224m，所以滿足要求。 壩頂高程 295 米，壩底高程 194.05 米，上游坡比 0，下游坡比 1：0.75。 壩頂閘墩寬 6.00 米，長(zhǎng) 24 米，檢修門槽與工作門槽均為 1 米，兩 門槽間距 1.00 米，門槽均位于壩軸線下游側(cè)，其上布置軌道供門機(jī)行走。 閘門高 9.00 米，寬 8.00 米。 堰頂高程 274.3 米，上游采用 3 段圓弧 ，下游采用 WES 曲線,方 程為 x1.85=2Hd0.85y，切點(diǎn)（23.06，16.62） 壩后采用挑流消能，反弧段坎上水深 hco=5.1 米，反弧半徑 R=（410）*5.1=20.451 米，取 R =30 米，鼻坎挑射角=20。 溢流壩底寬 74 米。 3.3.3 溢流壩段穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算溢流壩段穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算 表 3-6 壩基面持久狀況（設(shè)計(jì)洪水位） 名稱荷載方向 自重 89312.4 43901.14 上游 0 靜水壓力 下游 2956.26 1278.42 動(dòng)水壓力 4604.82 揚(yáng)壓力 29015.85 合計(jì) 64901.37 -15- 39666.46 表 3-7 壩基面偶然狀況（校核洪水位） 名稱荷載方 向 自重 89312.4 45365.43 上 游 0 靜水壓 力 下 游 3669.05 1662.71 動(dòng)水壓力 5995.54 揚(yáng)壓力 30900.98 58411.42 合計(jì) 40033.67 滿足壩基抗滑穩(wěn)定要求。 3.43.4 壩內(nèi)構(gòu)造壩內(nèi)構(gòu)造 3.4.1 壩頂結(jié)構(gòu)壩頂結(jié)構(gòu) 3.4.1.1 非溢流壩非溢流壩 壩頂寬 9m，兩邊設(shè) 1 m 的欄桿，路面中間高，兩邊低，呈圓拱狀，以便于排 水，道路兩旁設(shè)排水管。 3.4.1.2 溢流壩溢流壩 溢流壩段壩頂較非溢流壩段向上游伸出 3m，故壩頂總寬為 24m，壩上布置門 -16- 機(jī)軌道，溢流堰上設(shè)置兩個(gè)閘門，上游側(cè)事故檢修閘門，堰頂布置工作閘門。閘 墩寬度 6m，故溢流壩段總長(zhǎng) 136m，閘門門槽深 1m 寬 1m。 3.4.1.3 壩內(nèi)廊道壩內(nèi)廊道 沿灌漿廊道向上，間隔 15m 布置一層廊道，共分 4 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。 廊道尺寸寬 2.5m，高 4m，由于上游壩面傾斜，故廊道上下并非垂直布置，而 是向下游傾斜，這使得排水管亦傾斜布置，但角度不大，在允許的范圍內(nèi)。 3.4.2 壩基地基處理壩基地基處理 由于壩址處巖基抗?jié)B性較好，故防滲帷幕灌漿處理比較簡(jiǎn)單。 3.53.5 溢流壩消能抗沖刷措施溢流壩消能抗沖刷措施 3.5.1 消能方式采用挑流消能消能方式采用挑流消能 =20 h1=hc0cos20=4.792m h2=29.81m 壩頂水面流速： mhgv946.3365.2338 .29181 . 9 29 . 01 . 121 . 1 1 =144.27m() 21 22 11 2 1 2sincossincos/1hhgvvvgL+= 式中：L水舌距(m) V1坎頂水面流速（m/s）可取坎頂平均流速 V 的 1.1 倍 鼻坎挑射角度 H1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 L144.27m -17- 3.5.2 沖坑沖坑 tHhKt Krr 11 . 0 89 . 0 44 . 2 tr沖刷坑深度(m) H上下游水位差(m) hk取決于出坎單寬流量 q 的臨界水深，,g 為重力加速度。 3 2 g q hk 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 Kr1=0.71.1 r K 此處取 0.9 計(jì)算得 12.8 m r t L/=144.27/12.85 安全 r t 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) 1.5m 寬的導(dǎo)水墻，下游岸坡做簡(jiǎn)單防浪措施即 可。 3.5.3 導(dǎo)墻高度導(dǎo)墻高度 摻氣水深 ha=h/(1-c) c=0.538(Ae-0.02) Ae=nv/R3/2=0.183 c=0.188 ha=2.38m h導(dǎo)=2.38+1.5=3.88m 取 h導(dǎo)=4.0m 第四章第四章 水能規(guī)劃水能規(guī)劃 4.14.1 特征水位特征水位 20 萬(wàn) KW 屬中型電站，A8.3，N9.81QHAQH，考慮 2%水頭損失 -18- 4.1.1 Hmax 可能出現(xiàn)情況可能出現(xiàn)情況 設(shè)計(jì)洪水位（=289.94m） ，四臺(tái)機(jī)組全發(fā)電, 1 1 H =45/97%=20.61 萬(wàn) kw r N =280 =203m =289.94-203=86.94m 泄 Qsm3 2 H 毛 H =86.940.98=85.2m 凈 H 校核洪水位（=291.8m） ，四臺(tái)機(jī)組全發(fā)電 2 1 H =20.61 萬(wàn) kw r N =275 =203m =88.8m 泄 Qsm3 2 H 毛 H =88.80.98=87.024m 凈 H 正常蓄水位（284m） ，一臺(tái)機(jī)組發(fā)電 3 =20.61 萬(wàn) kw r N =300 =203.1m =80.9m 1 Qsm3 2 H 毛 H =80.90.98=79.282M 凈 H N=AQ=80.98.479.28220 萬(wàn) kw 凈 H 綜上選取=87.024m max H 4.1.2 Hmin 可能出現(xiàn)情況可能出現(xiàn)情況 設(shè)計(jì)低水位（264.0m） ，四臺(tái)機(jī)組全發(fā)電 -19- =400 =203.5m =60.5m 1 Qsm3 2 H 毛 H =60.50.98=59.29m 凈 H N=AQ=4008.460.50.9820 萬(wàn) kw 凈 H 綜上選取= 60.30.98=59.29m min H 4.1.3 的取值的取值 av H Hav=87.02430%59.2920%79.28250%=75.636 Hr= 0.95Hav=71.854m 水頭范圍 59.2987.024m 由工作水頭范圍查表得：選用 HL220 水輪機(jī) 4.24.2 HL220HL220 工作參數(shù)確定工作參數(shù)確定 4.2.1 轉(zhuǎn)輪直徑轉(zhuǎn)輪直徑 D1 查表得限制工況 Q1/m1.15 m3/s，m89.0% 初設(shè) Q1/ 1.15m3/s，m90.8% Nr52083kw，Hr71.854m m HrHrQ Nr D892 81 . 9 1 1 取相鄰較大值 D13m 4.2.2 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 n 查表得 HL220 型在最優(yōu)工況下單位轉(zhuǎn)速為： n10/m70.0r/min 設(shè) n10/ n10/m70.0r/min Hav75.636m n10/70.0r/min D13m 取相鄰值 n214.3r/min P14 對(duì)min/ 9 . 202 1 1 r D Hn n av -20- 4.2.3 效率修正效率修正 查表得 HL220 型在最優(yōu)工況下的模型最高效率 mmax91% 模型轉(zhuǎn)輪直徑 D1m0.46m max1（1mmax）（D1m/D1）1/593.8% 93.8%90.9%2.9% 考慮制造工藝上的差異在 值中減去一個(gè)修正值 1.0% 1.9% maxmmax+91%+1.9%92.9% m+89.0%+1.9%90.9% 與假定值相同 n10/ n10/m（max/mmax）1/210.98%3% n、Q1/可不加修正 4.2.4 工作范圍檢驗(yàn)工作范圍檢驗(yàn) 在選定=3m n=214.3r/min 后，水輪機(jī)的及各特征水頭相對(duì)應(yīng)的即可以計(jì)算出 1 D max1 Q 1 n 來(lái)。 1.065 m3/s1.15 m3/s 2 3 2 1 max1 81 . 9 HrD Nr Q 最大引用流量 Qmax Q1/max D12Hr1/21.0659=81.2m3/s845.71 各特征水頭相對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速為： n1/minnD1/Hmax1/268.9r/min n1/maxnD1/Hmin1/283.5r/min n1/rnD1/Hr1/275.8r/min 由 Q1/max、n1/min、n1/max 在 HL220 綜合特性曲線上繪出工作范圍 4.2.5 吸出高度吸出高度 Hs 由 n1/r75.8r/min，Q1/max1.065m3/s 查曲線得：0.125 由 Hr71.854m 查得：0.019 水輪機(jī)安裝海拔高程,初始計(jì)算取下游平均水位的高程202.5m Hs10/900（+）Hr-0.574.0m 符合要求。 -21- 第四章 引水建筑物 壩后式廠房采用溢流式廠房，引水建筑物為壓力鋼管，由經(jīng)濟(jì)流速算出壓力 鋼管內(nèi)徑 4.4m，進(jìn)口采用三面收縮，底部水平的方式，頂部采用 1/4 橢圓曲線， 方程為 +=1 又算出最小淹沒(méi)深度為 6.04 米，進(jìn)水口中心線高程為 2 2 15 . 5 x 2 2 56 . 1 y 255.46 米。 漸變段水平，由矩形閘門段到圓形鋼管段采用圓角過(guò)渡，漸變段長(zhǎng)度為 6.50 米。 后接壓力鋼管圓弧轉(zhuǎn)彎段，進(jìn)口中心線高程為 255.2 米，轉(zhuǎn)彎半徑=13 米， 轉(zhuǎn)角= 53。后接直管段，與下游坡平行，再接圓弧轉(zhuǎn)彎段，轉(zhuǎn)彎半徑=13 米， 轉(zhuǎn)角=53。后經(jīng) 4 米長(zhǎng)接水平段至蝸殼，水平段中心線高程為 201.8 米。 因河谷地形高程變化大，設(shè)計(jì)時(shí)考慮過(guò)部分采用壩內(nèi)鋼管，部分采用壩后背 管，由于做出的壩后背管與壩內(nèi)鋼管比較接近，且壩基巖石為堅(jiān)固的花鋼斑巖， 故都做成壩內(nèi)埋管，靠近岸邊的鋼管埋在壩基的巖石內(nèi)。 閘門設(shè)在進(jìn)口上游側(cè)，總寬 8.50 米，其中攔污柵門槽寬 0.70 米，檢修閘門 門槽寬 1。20 米，工作閘門門槽寬 1.20 米。因閘門段過(guò)寬，伸出的牛腿寬 6 米， 第五章第五章 水電站廠房水電站廠房 5.15.1 電站廠房的布置設(shè)計(jì)概述：電站廠房的布置設(shè)計(jì)概述： 整個(gè)廠房布置在溢流壩段后方，全部采用地面式廠房，開挖量較大，但廠房 結(jié)構(gòu)受力情況簡(jiǎn)單明確，且現(xiàn)代施工工藝已經(jīng)能滿足大量開挖及高邊坡的處理要 求，故本電站采用地面式廠房。將副廠房布置在主廠房的上游側(cè)，合理利用空間， 底部設(shè)有吊鉤，供檢修伸縮節(jié)時(shí)使用，副廠房長(zhǎng) 68 米，寬 6.00 米。壩后式地面 廠房，長(zhǎng)寬高=741833m3。主廠房由一個(gè)裝配場(chǎng)及四個(gè)機(jī)組段組成，寬 18 米。副廠房由三層組成，寬 6.00 米。 -22- 裝配場(chǎng)緊貼溢流壩段導(dǎo)墻，寬 18 米，長(zhǎng) 13 米。 主廠房四個(gè)機(jī)組段布置在裝配場(chǎng)右側(cè)，機(jī)組段長(zhǎng) 14 米，寬 18 米。 5.1.1 裝配廠層：裝配廠層： 裝配廠與發(fā)電機(jī)層同高，需要挖一條隧洞進(jìn)廠。 5.1.25.1.2 發(fā)電機(jī)層發(fā)電機(jī)層： 高程 211.3 米，總長(zhǎng) 74 米，寬 18 米。每個(gè)機(jī)組段長(zhǎng) 14 米，從左至右 1#4# 機(jī)組總長(zhǎng) 58 米。 裝配場(chǎng)長(zhǎng) 13 米，可放下 3 大件（上機(jī)架直徑 8.060 米，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子直徑 6.037 米，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑 3.00 米，水輪機(jī)頂蓋直徑 4.20 米，下機(jī)架直徑 4.80 米） ，在裝配場(chǎng)層的地面上開了一個(gè) 22m2的吊物孔, 供安裝檢修設(shè)備時(shí)使用。 裝配場(chǎng)大門朝向下游，正對(duì)進(jìn)廠公路 。 發(fā)電機(jī)上蓋板直徑 10.46 米，分為六塊鋼板，下面焊接角鋼，使受力均勻， 以增加蓋板剛度。 每臺(tái)發(fā)電機(jī)第二象限放置一臺(tái)調(diào)速器，一個(gè)油壓裝置。 裝配場(chǎng)與機(jī)組段間設(shè)有伸縮縫，四個(gè)機(jī)組段正中也設(shè)有一條伸縮縫， 第一和第三個(gè)機(jī)組段均在第 3 象限靠墻處設(shè)有一個(gè)樓梯，通往水輪機(jī)層，樓 梯寬 1.00 米，每個(gè)踏步高 20 厘米，長(zhǎng) 30 厘米。由于樓梯較長(zhǎng)，設(shè)為 L 形轉(zhuǎn)彎 的樓梯，轉(zhuǎn)彎處平臺(tái)寬 2.4 米，長(zhǎng) 1.0 米。 5.1.3 水輪機(jī)層水輪機(jī)層 高程 205.675 米，長(zhǎng) 58 米，寬 18 米。每個(gè)機(jī)組段長(zhǎng) 14 米，從左至右 1#4# 機(jī)組總長(zhǎng) 58 米。 水輪機(jī)基坑內(nèi)徑 4.20 米，外徑 8.06 米。 每個(gè)水輪機(jī) x 坐標(biāo)軸有一樓梯從水輪機(jī)層下到水輪機(jī)頂蓋上方的鋼板上，樓 梯寬 1.0 米。 水輪機(jī)第一象限上方處出線至副廠房母線層，與發(fā)電機(jī)層下掛的回油箱避開， 避免漏油滴到電線上引發(fā)電火災(zāi)。 -23- 水輪機(jī)第三象限有樓梯上至發(fā)電機(jī)層。 廠房上下游側(cè)均為墻，不開窗，墻后由于尾水連續(xù)墻連系的框架結(jié)構(gòu)，寬 1.4 米，厚 0.5 米，長(zhǎng) 3 米。尾水連續(xù)墻要擋水，所以上游側(cè)位變截面墻。水輪 機(jī)層墻厚 1.5 米，水輪機(jī)層往上墻厚 1.5 米，蝸殼層墻厚 1.5 米。 連續(xù)墻中開孔供尾水閘門起吊，孔洞為“凸”字形，下寬 0.5 米，長(zhǎng) 4.10 米，上寬 0.3 米，長(zhǎng) 3.5 米。每個(gè)機(jī)組段兩孔間距 0.4 米，關(guān)于中心線對(duì)稱布置， 孔洞下游側(cè)與尾水連續(xù)墻下游側(cè)間距為 1.4 米，尾水連續(xù)墻在尾水閘門處開洞， 以泄放發(fā)電尾水。 水輪機(jī)型號(hào)：HL220LJ300 特性參數(shù)：轉(zhuǎn)輪直徑 D13.0m，轉(zhuǎn)速 n214.3r/min 5.1.4 蝸殼層蝸殼層： 安裝高程 201.8 米，Db4000mm，Da4750mm D1D2 標(biāo)準(zhǔn)砼肘管 D13m （單位：m） 金屬蝸殼尺寸通過(guò)計(jì)算得出： 主廠房上下游柱子外側(cè)均為一期混凝土，內(nèi)側(cè)為二期混凝土。 尾水管采用標(biāo)準(zhǔn)混凝土肘管，尺寸通過(guò)計(jì)算得出： 尾水閘門處連續(xù)墻設(shè)有一斜坡，便于閘門關(guān)閉時(shí)壓緊止水。 閘墩前方后圓，寬 1 米，半圓直徑 1 米。 尾水管底高程 193.224 米，開挖高程 192 米。尾水管側(cè)面設(shè)有樓梯從尾水 管上方下至尾水管進(jìn)人孔。 壓力鋼管在進(jìn)廠前設(shè)有一個(gè)伸縮節(jié)，開一長(zhǎng) 2 米，寬 6 米，高 6 米的空腔， 伸縮節(jié)直徑 4.2 米，空腔內(nèi)設(shè)有直徑 1 米的蝸殼進(jìn)人孔。 廠壩之間在壩腳處設(shè)伸縮縫，尾水管閘墩與尾水渠之間設(shè)伸縮縫。 -24- 5.2 廠房?jī)?nèi)部結(jié)構(gòu)廠房?jī)?nèi)部結(jié)構(gòu) 5.2.1 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī) 5.2.1.1 發(fā)電機(jī)主要尺寸估算（單位：發(fā)電機(jī)主要尺寸估算（單位：mm） 極距 Kj（Sf/2P）1/467.7cm Sf50000/0.85 飛逸線速度 VfKf（1.72.0）67.7115.09135.4m/s 定子鐵芯內(nèi)徑 Di2P/603.7cm 定子鐵芯長(zhǎng)度 ltSf/（CDi2ne）125.5cm Di/（ltnN）0.0220.035 為懸式 定子鐵芯外徑 DaDi+1.2671.4 5.2.1.2 平面尺寸平面尺寸 定子機(jī)座外徑 D11.20Da800cm 風(fēng)罩內(nèi)徑 D2 D1+2401040cm 轉(zhuǎn)子外徑 D3Di2Di600cm 下機(jī)架最大跨度 D4 D5+0.6480cm 水輪機(jī)機(jī)坑直徑 D5420cm 推力軸承外徑 D6600cm 勵(lì)磁機(jī)外徑 D7240cm 5.2.1.3 軸向尺寸軸向尺寸 定子機(jī)座高度 h1lt+2261cm 上機(jī)架高度 h20.25Di151.1cm 推力軸承高度 h3150cm 勵(lì)磁機(jī)高度 h4200cm 副勵(lì)磁機(jī)高度 h5100cm 永勵(lì)磁機(jī)高度 h680cm 下機(jī)架高度 h70.12Di72.4cm -25- 定子支座支承面至下機(jī)架支承面或下?lián)躏L(fēng)板間距離 h80.15Di90.6cm 下機(jī)架支承面至主軸法蘭底面間距 h9100cm 轉(zhuǎn)子磁軛軸向高度 h10lt+80205.5cm 發(fā)電機(jī)主軸高度 h11（0.70.9）H800cm H h1+ h2+h4+ h5+ h6+ h8+ h91132.6cm 5.2.1.4 發(fā)電機(jī)重量估算發(fā)電機(jī)重量估算 )(36.42289.337 3 2 1 t n S KG e f f K1系數(shù)，懸式 K1=810， 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子重=Gf=200t 2 1 5.2.2 調(diào)速器及油壓裝置選擇與尺寸調(diào)速器及油壓裝置選擇與尺寸 5.2.2.1 調(diào)速功計(jì)算：水輪機(jī)的調(diào)速功調(diào)速功計(jì)算：水輪機(jī)的調(diào)速功 A=（2228）Q=（ 2.883.67）N.m30000N.m 1 DmaxH 5 10 Hmax最高水頭 D1水輪機(jī)直徑 Q最高水頭對(duì)應(yīng)的發(fā)電流量 -26- 5.2.2.2 接力器選擇接力器選擇 （1）接力器直徑）接力器直徑 ds 采用兩個(gè)接力器，取額定油壓為 2.5MPa，式中（由導(dǎo)葉數(shù)，為標(biāo)準(zhǔn)正03 . 0 24Z0 曲率導(dǎo)葉，在表中查得）導(dǎo)葉相對(duì)高度 =0.25 bo=0.75m 1 0 D b 直徑 ds=D1mmH D bo 420max 1 在水利機(jī)械表 5-4 選擇與之相近且偏大的 ds=450mm 的標(biāo)準(zhǔn)接力器。 （2）最大行程）最大行程 Smax=(1.41.8) max0 a 水輪機(jī)導(dǎo)葉最大開度 max0 a a0max= a0 Mmax 5 . 26 0 DoMZo MDoZ 采用計(jì)算系數(shù) 1.4-1.8，則 Smax=310mm （3）接力器容積計(jì)算）接力器容積計(jì)算 22 099 . 0 max 2 mSdsVS TsvmVSd/13 . 1 選用 Ts=4S Vm=4.5m/s mmd845 . 44/099 . 0 13 . 1 故選用 DT-100 型電氣液壓型調(diào)速器 -27- 5.2.2.3 油壓裝置選擇油壓裝置選擇 D1 D0 m H K Ln 圖 5-2 壓力油罐尺寸 VK=（1820）VS=1.7821.98m3 選用相近而偏大的 YZ-2.5 型分離式油壓 表 5-1 壓力油罐尺寸： V0（m3 ） D1（mm ） D0（mm ） H（mm）H（mm） 2.51132139036542732 表 5-2 回油箱尺寸： m（mm）n（mm）k（mm）L（mm） 1916190014402435 5.2.3 金屬蝸殼尺寸金屬蝸殼尺寸 包角 345由 Hr71.85m 查得：Vc8.7m/s 由 Hr71.85m，D13m 查得：Db4000mm，Da4750mm -28- 。 i c i i V Q 360 72 . 1 360 max aira+i2.375+ 360 72 . 1 i Rira+2i2.375+ 360 44 . 3 i 表 5-3 金屬蝸殼尺寸： i（） 3075120165210255300345 i（m ） 0.480.881.081.311.401.611.771.98 ai（m） 2.8553.2553.4353.6853.6453.7753.9894.355 Ri（m） 3.3254.1354.3954.9955.0855.4255.8416.335 5.2.4 尾水管尺寸尾水管尺寸 尺寸由計(jì)算得出： D1D2 標(biāo)準(zhǔn)砼肘管 D13m （單位：m） 表 5-4 尾水管尺寸： hLB5D4h4h