豐寧抽水蓄能電站布置方案選擇及上游調(diào)壓室涌浪計算的設(shè)計計算書

1 目錄：目錄： 1.抽水蓄能電站基本參數(shù)抽水蓄能電站基本參數(shù)4 1.1 特征水頭計算4 2 擋水、泄水建筑物基本尺寸計算擋水、泄水建筑物基本尺寸計算5 2.1 防浪墻頂高程的計算5 2.1.1 工況一5 2.1.1.1 計算風(fēng)速.5 2.1.1.2 波浪要素計算.5 2.1.1.3 最大波浪爬高計算.6 2.1.1.4 最大風(fēng)浪雍高計算.7 2.1.1.5 壩頂防浪墻高程計算.7 2.1.2 工況二7 2.1.2.1 計算風(fēng)速.7 2.1.2.2 波浪要素計算.7 2.1.2.3 最大波浪爬高計算.8 2.1.2.4 最大風(fēng)浪雍高計算.9 2.1.2.5 壩頂防浪墻高程計算.10 2.1.3 工況三10 2.1.3.1 計算風(fēng)速.10 2.1.3.2 波浪要素計算.10 2.1.3.3 最大波浪爬高計算.11 2.1.3.4 最大風(fēng)浪雍高計算.12 2.1.3.5 壩頂防浪墻高程計算.12 2.1.4 工況四12 2.1.4.1 計算風(fēng)速.12 2.1.4.2 波浪要素計算.12 2.1.4.3 最大波浪爬高計算.13 2.1.4.4 最大風(fēng)浪雍高計算.14 2.1.4.5 壩頂防浪墻高程計算.14 2.2 泄水建筑物截面尺寸15 3 水電站引水建筑物水電站引水建筑物16 3. 1 輸水系統(tǒng)布置16 3. 2 輸水系統(tǒng)各組成建筑物設(shè)計.16 3.2.1 引水隧洞16 3.2.2 壓力管道16 3.2.3 尾水隧洞.17 3.3 上下庫進(jìn)出水口.17 3.3.1 進(jìn)出水口位置選擇17 3.3.2 進(jìn)出水口的輪廓尺寸確定17 3.3.2.1 隧洞直徑.17 2 3.3.2.2 進(jìn)/出水口的參數(shù)18 3.4 調(diào)壓室.20 4.電站部分參數(shù)計算電站部分參數(shù)計算21 4.1 水泵水輪機參數(shù)的計算21 4.1.1 水泵水輪機的額定出力 Nr21 4.1.2 水泵水輪機的最大引用流量 Q 21 4.1.3 水泵水輪機的性能參數(shù)計算21 4.1.4 水泵水輪機主要尺寸和重量估算23 4.2 蝸殼與尾水管24 4.2.1 蝸殼尺寸.24 4.2.2 尾水管尺寸.26 4.3 發(fā)電電動機的類型選擇.26 4.3.1 電動發(fā)電機外形尺寸.26 4.3.2 外形尺寸估算.27 4.3.2.1 平面尺寸估算.27 4.3.2.2 軸向尺寸計算28 4.3.3 發(fā)電機重量估算.29 4.4 調(diào)速設(shè)備選擇 .29 4.4.1 調(diào)速功計算.29 4.4.2 接力器選擇.29 4.4.2.1 接力器直徑的計算.30 4.4.2.2 接力器最大行程計算.30 4.4.2.3 接力器容積計算.30 4.4.2.4 主配壓閥直徑計算31 4.4.3 油壓裝置.31 4.5 進(jìn)水閥的選擇 .32 4.6 主廠房主要尺寸的擬定32 4.6.1 高度方向尺寸的確定.33 4.6.2 寬度方向尺寸的確定34 4.6.3 長度方向尺寸的確定34 4.6.4.1.機組段長度.34 4.6.4.2 端機組段長度35 4.6.4 裝配場尺寸的確定.35 5 專題：上游調(diào)壓室涌浪高度計算專題：上游調(diào)壓室涌浪高度計算.37 51 判斷是否需要設(shè)置調(diào)壓室.37 5.1.1 上游引水道設(shè)置調(diào)壓室的判斷準(zhǔn)則37 5.1.2 尾水道設(shè)置調(diào)壓室的判斷準(zhǔn)則.37 5.2 調(diào)壓室的位置選擇.37 5.3 上游調(diào)壓室的穩(wěn)定斷面面積計算.37 5.3.1 水頭損失計算38 5.3.1.1 引水隧洞的水頭損失 hw038 3 5.3.1.2 壓力管道的水頭損失.40 wm h 5.3.2 上游調(diào)壓室的托馬斷面面積計算44 5.4 上游調(diào)壓室涌浪計算44 5.4.1 調(diào)壓室涌波水位計算工況選擇及其對應(yīng)水頭損失計算.44 5.4.1.1 引水隧洞的水頭損失 hw0計算 44 5.4.2 幾種調(diào)壓室的涌浪計算比較.50 5.4.2.1 簡單式調(diào)壓室涌浪計算50 5.4.2.2 阻抗式調(diào)壓室涌浪計算53 5.4.2.3 差動式調(diào)壓室涌浪計算55 5.4.2.4 帶上室的阻抗式調(diào)壓室涌浪計算58 5.5 調(diào)壓室選擇設(shè)計.61 5.5.1 分析涌浪計算結(jié)果選擇調(diào)壓室型式.61 5.5.2 對所選擇的調(diào)壓室進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計.62 5.5.3 校核洪水位工況下對調(diào)壓室涌浪校核.62 5.5.4 抽水?dāng)嚯姽r帶擴大上室調(diào)壓室的最低涌浪計算.63 4 1.抽水蓄能電站基本參數(shù) 1.1 特征水頭計算 根據(jù)經(jīng)驗初步估算水頭損失為抽水蓄能電站毛水頭的 5%，各種可能的水位 組合下的作用水頭計算如下： 上庫為正常蓄水位，下庫為正常蓄水位的情況（根據(jù)經(jīng)驗假設(shè)出現(xiàn)概率為 30%）： H1=H正（上庫）-H正（下庫）-5%（H正（上庫）-H正（下庫）=1489.5-1050- 5%（1489.5-1050）=439.5-21.975=417.525m 上庫為正常蓄水位，下庫為死水位的情況（根據(jù)經(jīng)驗假設(shè)出現(xiàn)的概率為 50%）： H2=H正（上庫）-H死（下庫）-5%（H正（上庫）-H死（下庫）=1489.5-1040- 5%（1489.5-1040）=449.5-22.475=427.025m 上庫為死水位，下庫為正常蓄水位的情況（根據(jù)經(jīng)驗假設(shè)出現(xiàn)的概率為 15%）： H3=H死（上庫）-H正（下庫）-5%（H死（上庫）-H正（下庫）=1460-1050-5%（1460- 1050）=389.5m 上庫為死水位，下庫為死水位的情況（根據(jù)經(jīng)驗假設(shè)出現(xiàn)的概率為 5%）： H4=H死（上庫）-H死（下庫）-5%（H死（上庫）-H死（下庫）=399.0m 由上述情況得出： Hmax=H2=427.025m Hmin=H3=389.5m 根據(jù)各水頭出現(xiàn)的頻率計算加權(quán)平均水頭為： Hav=417.145m 抽水蓄能電站的設(shè)計水頭的計算近似于引水式電站的設(shè)計水頭計算，即 Hr=Hav=417.145m 5 2 擋水、泄水建筑物基本尺寸計算 2.1 防浪墻頂高程的計算 壩頂高程的計算，應(yīng)該同時考慮以下四種情況，設(shè)計洪水位加正常運用情 況的壩頂安全超高；校核洪水位加非常運用情況的壩頂安全超高；正常蓄水 位加正常運用情況的壩頂安全超高；正常蓄水位加非常運用情況的壩頂安全超 高再加地震區(qū)安全超高。最后取其中最大值作為壩頂高程。 2.1.1 工況一 設(shè)計洪水位加正常運用情況的壩頂安全超高。 2.1.1.1 計算風(fēng)速 0 V 采用多年平均最大風(fēng)速 1.52 倍,即=（1.52）多年平均最大風(fēng)速 0 V =（1.52）24=（3848）m/s，吹程 D 取 900 m。 2.1.1.2 波浪要素計算 波浪要素采用莆田公式計算： （2-1） 0.45 2 0.7 2 0 22 0.7 00 2 0 0.0018 0.130.7 0.130.7 mm m gD vghgH thth vv gH th v （2-2） 0.5 4.438 mm Th 0.45 2 0.7 2 22 0.7 2 9.81 900 0.0018 401039.819.81 103 0.130.7 4040 9.81 0.130.7 40 m h thth th 6 解得：=0.632m m h = 3.53s 2 4.438 0.632 m T 平均波長按照下式計算： （2-3） 2 m 2 2 mm m gTH Lth L 對于深水波，即當(dāng)時，上式可以簡化為0.5 m HL （2-4） 2 m 2 m gT L =19.46m 2 m 9.81 3.53 2 L 2.1.1.3 最大波浪爬高計算 R 值可參見 SL2742001碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范附錄 A。即： （2-5） 2 1 mmm K K Rh L m 表 2-1 糙率及滲透系數(shù)K 護(hù)面類型 K 光滑不透水護(hù)面（瀝青混凝土）1.00 混凝土或混凝土板0.90 草皮0.850.90 砌石0.750.80 拋填兩層塊石（不透水基礎(chǔ)）0.600.65 拋填兩層塊石（透水基礎(chǔ)）0.500.55 7 表 2-2 經(jīng) 驗 系 數(shù)K w gH 1 1.522.533.54 5 K 1.001.021.081.161.221.251.281.30 注：表中 W 和 H 分別為計算風(fēng)速和壩前水深 2 0.9 1.01 0.632 19.461.768 1 1.5 m Rm 由不規(guī)則波法查得不同頻率下的爬高與平均爬高的比值關(guān)系（見碾壓式土石壩 設(shè)計規(guī)范 SL274-2001 ） ，即可以由求得 R，此處取最大波浪爬高為百年一遇。 m R 即 R=R1%。 （2-6） 1% 1.768 2.424.28 m RR Xm 2.1.1.4 最大風(fēng)浪雍高計算 =（2-7） 2 e0.0036cos 2 W D gH 2 400.9 e0.0036cos1612 2 9.81 103 3 2.463 10 m 2.1.1.5 壩頂防浪墻高程計算 安全加高 A=1.5m 壩頂安全超高 Y=R+e+A= （2-8） 3 4.282.643 101.55.781m 壩頂防浪墻高程15035.7811508.78m 2.1.2 工況二 校核洪水位加非常運用情況的壩頂安全超高。 2.1.2.1 計算風(fēng)速 0 V 采用多年平均最大風(fēng)速,即=多年平均最大風(fēng)速=24m/s，吹程 D 取 950m。 0 V 8 2.1.2.2 波浪要素計算 波浪要素采用莆田公式計算： （2-9） 0.45 2 0.7 2 0 22 0.7 00 2 0 0.0018 0.130.7 0.130.7 mm m gD vghgH thth vv gH th v （2-10） 0.5 4.438 mm Th 0.45 2 0.7 2 22 0.7 2 9.81 950 0.0018 241049.819.81 104 0.130.7 2424 9.81 0.130.7 24 m h thth th 解得：=0.369m m h = 2.696s 2 4.438 0.369 m T 平均波長按照下式計算： （2-11） 2 m 2 2 mm m gTH Lth L 對于深水波，即當(dāng)時，上式可以簡化為0.5 m HL （2-12） 2 m 2 m gT L =11.348m 2 m 9.81 2.696 2 L 2.1.2.3 最大波浪爬高計算 R 值可參見 SL2742001碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范附錄 A。即： 9 （2-13） 2 1 mmm K K Rh L m 糙率及滲透系數(shù)K 護(hù)面類型 K 光滑不透水護(hù)面（瀝青混凝土） 1.00 混凝土或混凝土板 0.90 草皮0.850.90 砌石0.750.80 拋填兩層塊石（不透水基礎(chǔ)）0.600.65 拋填兩層塊石（透水基礎(chǔ)）0.500.55 經(jīng) 驗 系 數(shù)K w gH 1 1.522.533.54 5 K 1.001.021.081.161.221.251.281.30 注：表中 W 和 H 分別為計算風(fēng)速和壩前水深 2 0.9 1.01 0.369 11.3481.022 1 1.5 m Rm 由不規(guī)則波法查得不同頻率下的爬高與平均爬高的比值關(guān)系（見碾壓式土 石壩設(shè)計規(guī)范 SL274-2001 ） ，即可以由求得 R，此處取最大波浪爬高為百年一 m R 遇。即 R=R1%。 （2-14） 1% 1.022 2.422.472 m RR Xm 10 2.1.2.4 最大風(fēng)浪雍高計算 = 2 e0.0036cos 2 W D gH 2 240.95 e0.0036cos1612 2 9.81 104 4 9.27 10 m 2.1.2.5 壩頂防浪墻高程計算 安全加高 A=0.7m 壩頂安全超高 Y=R+e+A= 4 2.4729.27 100.73.173m 壩頂防浪墻高程15043.1731507.173m 2.1.3 工況三 正常蓄水位加正常運用情況的壩頂安全超高。 2.1.3.1 計算風(fēng)速 0 V 采用多年平均最大風(fēng)速 1.52 倍,即=（1.52）多年平均最大風(fēng)速 0 V =（1.52）24=（3848）m/s，吹程 D 取 850m。 2.1.3.2 波浪要素計算 波浪要素采用莆田公式計算： 0.45 2 0.7 2 0 22 0.7 00 2 0 0.0018 0.130.7 0.130.7 mm m gD vghgH thth vv gH th v 0.5 4.438 mm Th 0.45 2 0.7 2 22 0.7 2 9.81 850 0.0018 4089.59.819.81 89.5 0.130.7 4040 9.81 0.130.7 40 m h thth th 解得：=0.616m m h 11 = 3.484s 2 4.438 0.616 m T 平均波長按照下式計算： 2 m 2 2 mm m gTH Lth L 對于深水波，即當(dāng)時，上式可以簡化為0.5 m HL 2 m 2 m gT L =18.95m 2 m 9.81 3.484 2 L 2.1.3.3 最大波浪爬高計算 R 值可參見 SL2742001碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范附錄 A。即： 2 1 mmm K K Rh L m 糙率及滲透系數(shù)K 護(hù)面類型 K 光滑不透水護(hù)面（瀝青混凝土）1.00 混凝土或混凝土板0.90 草皮0.850.90 砌石0.750.80 拋填兩層塊石（不透水基礎(chǔ)）0.600.65 拋填兩層塊石（透水基礎(chǔ)）0.500.55 經(jīng) 驗 系 數(shù)K 12 w gH 1 1.522.533.54 5 K 1.001.021.081.161.221.251.281.30 注：表中 W 和 H 分別為計算風(fēng)速和壩前水深 2 0.9 1.015 0.616 18.951.73 1 1.5 m Rm 由不規(guī)則波法查得不同頻率下的爬高與平均爬高的比值關(guān)系（見碾壓式土 石壩設(shè)計規(guī)范 SL274-2001 ） ，即可以由求得 R，此處取最大波浪爬高為百年一 m R 遇。即 R=R1%。 1% 1.73 2.424.187 m RR Xm 2.1.3.4 最大風(fēng)浪雍高計算 = 2 e0.0036cos 2 W D gH 2 400.85 e0.0036cos1612 2 9.81 89.5 3 2.677 10 m 2.1.3.5 壩頂防浪墻高程計算 安全加高 A=1.5m 壩頂安全超高 Y=R+e+A= 3 4.192.677 101.55.689m 壩頂防浪墻高程1489.55.6891495.189m 2.1.4 工況四 正常蓄水位加非常運用情況的壩頂安全超高，再按照 SL203-97-5.3.2 規(guī)定 加地震安全超高。 2.1.4.1 計算風(fēng)速 0 V 采用多年平均最大風(fēng)速,即=多年平均最大風(fēng)速=24m/s，吹程 D 取 850m。 0 V 2.1.4.2 波浪要素計算 13 波浪要素采用莆田公式計算： 0.45 2 0.7 2 0 22 0.7 00 2 0 0.0018 0.130.7 0.130.7 mm m gD vghgH thth vv gH th v 0.5 4.438 mm Th 0.45 2 0.7 2 22 0.7 2 9.81 850 0.0018 2489.59.819.81 89.5 0.130.7 2424 9.81 0.130.7 24 m h thth th 解得：=0.351m m h = 2.63s 2 4.438 0.351 m T 平均波長按照下式計算： 2 m 2 2 mm m gTH Lth L 對于深水波，即當(dāng)時，上式可以簡化為0.5 m HL 2 m 2 m gT L =10.81m 2 m 9.81 2.63 2 L 2.1.4.3 最大波浪爬高計算 R 值可參見 SL2742001碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范附錄 A。即： 2 1 mmm K K Rh L m 14 糙率及滲透系數(shù)K 護(hù)面類型 K 光滑不透水護(hù)面（瀝青混凝土）1.00 混凝土或混凝土板0.90 草皮0.850.90 砌石0.750.80 拋填兩層塊石（不透水基礎(chǔ)）0.600.65 拋填兩層塊石（透水基礎(chǔ)）0.500.55 經(jīng) 驗 系 數(shù)K w gH 1 1.522.533.54 5 K 1.001.021.081.161.221.251.281.30 注：表中 W 和 H 分別為計算風(fēng)速和壩前水深 2 0.9 1.0 0.3514 10.810.973 1 1.5 m Rm 由不規(guī)則波法查得不同頻率下的爬高與平均爬高的比值關(guān)系（見碾壓式土 石壩設(shè)計規(guī)范 SL274-2001 ） ，即可以由求得 R，此處取最大波浪爬高為百年一 m R 遇。即 R=R1%。 1% 0.973 2.422.355 m RR Xm 2.1.4.4 最大風(fēng)浪雍高計算 = 2 e0.0036cos 2 W D gH 2 240.85 e0.0036cos1612 2 9.81 89.5 4 9.64 10 m 15 2.1.4.5 壩頂防浪墻高程計算 上水庫樞紐工程抗震烈度為 7 度，且建筑物級別為 1 級建筑物，則大壩工 程抗震設(shè)防類別為甲類。則地震區(qū)的安全加高=1.0m,安全加高 A=0.7m A 壩頂安全超高 Y=R+e+A+= A 4 2.3559.64 100.7 1.04.056m 壩頂防浪墻高程1489.54.0561493.56m 2.2 泄水建筑物截面尺寸 壩址地帶河谷窄，右岸山坡陡峭。若采用明挖溢洪道，開挖量大，造價高， 固采用隧洞泄洪方案，布置于右岸，利用施工期間導(dǎo)流隧洞改建成有壓泄洪隧洞。 設(shè)計最大下泄流量為 142，隧洞進(jìn)口底高程取為設(shè)計死水位 1460m。sm / 3 流速按照有壓流公式計算： =24. 00 1 2 ()2 () 1 pp vg Hhmg Hh f 0.85 2 9.81 (1503 1460) 7m/s 隧洞過水?dāng)嗝婷娣e由下式求的： = Q v 142 5.75 24.7 2 m 隧洞采用城門洞型，尺寸為。3.0 2.0 16 3 水電站引水建筑物 3. 1 輸水系統(tǒng)布置 3. 2 輸水系統(tǒng)各組成建筑物設(shè)計 3.2.1 引水隧洞 參照上庫進(jìn)出水口設(shè)計部分，對于豐寧抽水蓄能電站，考慮取引水隧洞流速 為 V0=4.5m/s，計算的隧洞直徑 d=8.3m。 3.2.2 壓力管道 1. 壓力管道的內(nèi)徑 引水隧洞后接有一定坡度的壓力鋼管，壓力管道經(jīng)濟流速為 56m/s，取 V1=6m/s，則由公式 （3-1） 2 1 4 D QAVV 1 243. 54 227. 2 6 Q Dm V 計算得壓力管道直徑為 D1=7.2m，管壁厚度=13.0mm,取為/8004D 13.0mm。 2.岔管直徑 岔管采用內(nèi)加強肋小 Y 形岔管布置，采用彭德舒公式來初步確定大中型壓 力鋼管的經(jīng)濟直徑： （3-2） 33 max 77 5.25.2 86.95 3.62 417.145 Q Dm H 17 式中：鋼管的最大設(shè)計流量 4 3 max min 29.9 10 86.95/ 9.819.81 0.9 389.5 r N Qms H H設(shè)計水頭。 計算得與壓力鋼管連接的分叉管的直徑為 3.62m，管壁厚度 =8.53mm/8004D 取為 9mm,岔管段的長度=（11.2）D1，取為 8.5m。 3 L 3.壓力鋼管漸變段 引水隧洞直徑為 8.3m，壓力鋼管直徑為 7.2m，在壓力管道中設(shè)置一段漸 變段，取其長度為 12m,漸變段的擴散角為 5.268，滿足要求。 壓力鋼管與蝸殼進(jìn)水口的直徑也不同，也需要設(shè)置漸變段。此漸變段要求 由直徑 3.62m 變到 3.15m,取這段漸變段長度為 6m，擴散角為 4.5，滿足要求。 3.2.3 尾水隧洞 尾水隧洞的設(shè)計直徑同引水隧洞，其與尾水支洞之間的連接也采用內(nèi)加強肋 小 Y 形岔管，布置形式與上游類似，為了使各機機組支管的水頭損失盡可能接近， 主次分岔點對應(yīng)的機組與上游側(cè)岔管相反，各機組的尾水支管與尾水管平順連接， 并且設(shè)置事故閘門。 3.3 上下庫進(jìn)出水口 3.3.1 進(jìn)出水口位置選擇 3.3.2 進(jìn)出水口的輪廓尺寸確定 3.3.2.1 隧洞直徑 豐寧抽水蓄能電站設(shè)計采用兩個獨立的水力單元，每一單元三臺機組共用 一條引水隧洞，則三臺機組滿發(fā)時，隧洞的過流量為=245.54m3/s。通常，3QQ 引 抽水蓄能電站在發(fā)電工況下，輸水隧洞內(nèi)最大平均流速為 5m/s，在抽水工況下， 18 輸水隧洞內(nèi)最大平均流速為 4m/s，對于豐寧抽水蓄能電站，考慮取引水隧洞流速 為 4.5m/s,則由 Q=A V 計算得隧洞的直徑 0 243.54 228.3 4.5 Q dm V 3.3.2.2 進(jìn)/出水口的參數(shù) 進(jìn)/出水口最大斷面尺寸 根據(jù)水流經(jīng)過攔污柵的平均流速 Vm，可以確定進(jìn)/出水口的最大斷面積。從 而可以確定進(jìn)/出水口斷面。一般流過攔污柵的平均流速為 0.81m/s，這里取 Vm=0.9m/s，對于側(cè)式進(jìn)/出水口，在立面上應(yīng)擴散，一般底板作成水平的，頂板 向上擴散，一般擴散角小于 10，使進(jìn)/出水口的高度由隧洞直徑 d 漸增至 2 D，D 值應(yīng)不小于隧洞直徑的 1.5 倍，在平面上一定要有擴散段，但擴散角過大， 出流時水流會脫離邊墻，對于矩形斷面水平擴散角1012。取 1 D=12.5m 則頂板擴散角=8，滿足要求。進(jìn)/出口最大斷面，即擴散段出口面積 2 為 2 max 243.54 243.54 1.0 m Q Am V 為 243.54m，進(jìn)/出口擴散段出口的凈寬度為 max 243.54 19.5 12.5 A Bm D 為 19.5m，水平擴散角，為滿足要求，在擴散 1 19.58.3 2arctan21.5 2 30 段設(shè)三個分流墩，則有=5.3，滿足要求。分流墩的布置和體型設(shè)計，包括墩 1 尾的型式參考相當(dāng)規(guī)模和進(jìn)/出水口布置相似的抽水蓄能電站調(diào)整確定。 最小淹沒深度 為了避免水流流進(jìn)引水隧洞時產(chǎn)生漩渦，最低水位到進(jìn)水口頂?shù)木嚯x要大于 最小淹沒深度 H，其經(jīng)驗公式為： 19 11 22 0.55 4.19 8.36.64 cr SCVdm 式中：C與進(jìn)水口幾何形狀有關(guān)的系數(shù)，進(jìn)水口設(shè)計良好、伸入水庫較 遠(yuǎn)，滿足水流對稱要求時取 0.55；邊界復(fù)雜、伸入水庫較近，不滿足水流對稱條 件時，取 0.73，取為 0.55； V閘門處流道中的流速； d計算斷面高度。 進(jìn)水口底高程 上水庫：進(jìn)/出水口底高程為：=1440mHD 進(jìn)底設(shè)低 進(jìn)/出水口頂高程為：=1452.5mH 進(jìn)頂設(shè)低 下水庫: 進(jìn)/出水口底高程為：=1020.5mHD 進(jìn)底設(shè)低 進(jìn)/出水口頂高程為：=1033mH 進(jìn)頂設(shè)低 防渦梁設(shè)計 對于側(cè)式進(jìn)出水口，常在孔口處的上方設(shè)置固定的防渦梁，用來遮蔽旋渦的 流心，防止其發(fā)展。梁距要適中，如果太窄則旋渦會轉(zhuǎn)至梁的前方，如果太寬則 旋渦仍會進(jìn)入水道。參考類似規(guī)模抽水蓄能電站進(jìn)出水口的布置設(shè)計設(shè)置防渦梁， 共設(shè)三根，高度為 2.5m，寬度為 2.0m，間距為 1.5m。同時，在防渦梁段與擴散 段之間設(shè)一調(diào)整段 8.5m。 進(jìn)/出水口閘門段 閘門高度應(yīng)高于上水庫最高水位 1504m，根據(jù)豐寧抽水蓄能電站輸水系統(tǒng)工 程地質(zhì)剖面圖上地形和水位的情況，定出閘門軸線位置距進(jìn)水口 190m。由于此段 距離很長，所以進(jìn)水口到閘門設(shè)置兩個兩個漸變段，即由進(jìn)水口的矩形變?yōu)閳A形 隧洞，再由圓形隧洞變?yōu)榫匦伍l門的過渡段，通常采用圓角過渡。漸變段的長度 一般為隧洞直徑的 1.52.0 倍，側(cè)面擴散角以 6為宜。故取漸變段長 度為 12m。 閘門通氣孔 20 通氣孔的面積： 2 max 243.54 3.25 75 Q Am v 最大進(jìn)氣流量出現(xiàn)在事故閘門緊急關(guān)閉時，可以近似認(rèn)為等于進(jìn)水口的最大 引用流量，即=243.54 ，進(jìn)氣流速一般為 7080m/s,取 V=75 m/s，計 max Q 3 /ms 算得 A=3.25，則通氣孔的直徑為 2.0m。 攔污柵設(shè)計 攔污柵柵片寬度不超過 2.5m，高度不超過 4m。柵條厚度一般為 812，取 為 10，柵條寬 100200mm,取為 200mm。 柵條凈距，取為 100mm。 1 3090 / 30103 30 D bm m 矩形邊框由角鋼或槽鋼焊成，縱向的柵條常用扁鋼制成，上下兩端焊在邊框 上，沿柵條的長度方向等間距設(shè)置帶有槽口的橫隔板。 3.4 調(diào)壓室 詳見調(diào)壓室專題部分。 21 4.電站部分參數(shù)計算 4.1 水泵水輪機參數(shù)的計算 4.1.1 水泵水輪機的額定出力 Nr Nr=Ngr/gr 其中：Ngr為電動發(fā)電機的額定出力；gr為電動發(fā)電機的額定效率。 豐寧抽水蓄能電站的額定出力為 29 萬 KW，可取 gr=0.970.98，則 Nr=29/0.97=29.90 萬 KW。 4.1.2 水泵水輪機的最大引用流量 Q 取水輪機工況效率 T=0.9，根據(jù)公式 （4-1）9.81rNrQH 計算得 = 81.18m3/s 9.81 r r N Q H 4.1.3 水泵水輪機的性能參數(shù)計算 鑒于豐寧抽水蓄能電站的運行水頭介于 350450m,因此由下表和下圖水 泵水輪機選型應(yīng)用范圍，可以選用單級混流可逆式水泵水輪機。 表 4-1 各型水泵水輪機適用范圍 22 形式 適用水頭范圍（m）比轉(zhuǎn)速范圍（m.kw） 混流式 斜流式 軸流式 貫流式 20600 25200 1540 30 70250 100350 400900 圖4-1 可逆式水泵水輪機水頭應(yīng)用范圍 1-軸流式 2-斜流式 3-混流式 已知水輪機工況額定水頭Hr,利用經(jīng)驗公式，初步選取水輪機比轉(zhuǎn)nst r K H 速nst。 對于Hr400m時考慮用K=2400；對于400mHr200m時考慮用K=2200；對于 Hr200m時考慮用K=2000或K=1800。 表4-2 可逆式水泵水輪機水頭與比轉(zhuǎn)速統(tǒng)計關(guān)系曲線 根據(jù)可逆式水泵水輪機水頭與比轉(zhuǎn)速統(tǒng)計關(guān)系曲線圖，在水輪機工況下，由 23 Hr=417.145m400m，考慮采用K=2400（K為表征水頭與比轉(zhuǎn)速的特點的系數(shù)）。初 步選取水輪機比轉(zhuǎn)速 =117.51r/min （4-2）st r K n H 2400 417.145 已知水輪機額定功率P（KW）,初步計算單位流量Q11（m3/s）和轉(zhuǎn)輪直徑 D（m） Q11=0.0039nst-0.15=0.0039*117.51-0.15=0.31m3/s （4-3） =3.58m1 3/2 118.82 r Nr D Q H 4 3 2 29.9*10 8.82*0.31*(417.145) 初步計算單位轉(zhuǎn)速n11 n 11=78.5+0.0918nst=78.5+0.0918*117.51=89.287r/min （4-4） 同步轉(zhuǎn)速 （4-5） 11 1 89.287* 417.145 509 /min 3.58 r nH nr D 原則上應(yīng)該選取與之相接近偏大的同步轉(zhuǎn)速，考慮到上述計算僅為試算過 程，且計算值與偏大的同步轉(zhuǎn)速相差很大，與同步轉(zhuǎn)速500r/min,極為相近， 因此選取同步轉(zhuǎn)速n=500r/min。 根據(jù)選擇的同步轉(zhuǎn)速重新計算上述參數(shù)： 比轉(zhuǎn)速 （4-6） 1/24 5/45/4 500* 29.9*10 145.03 /min 417.145 r st r nN nr H 單位流量Q11=0.0039nst-0.15=0.0039*145.03-0.15=0.42r/min （4-7） 轉(zhuǎn)輪直徑 m 4 1 1 29.9*10 3.09 9.819.81*0.9*0.42*417.145* 417.145 r rr N D Q HH 用水輪機工況額定點比轉(zhuǎn)速nst和最大水頭Hmax計算機組的吸出高度Hs(m) 由經(jīng)驗公式得 0.9550.955 max 9.5(0.00170.008)9.5(0.0017*145.030.008)*427.025 sst HnH =-71.24m 取Hs=-71.0m 4.1.4 水泵水輪機主要尺寸和重量估算 轉(zhuǎn)輪內(nèi)緣直徑: m（4-8） 21st (0.050.06)(0.050.06)*3.09 145.031.8612.233DDn: 取D2=2.16m 導(dǎo)葉高度： 24 1.41.4 01 b0.001 (0.080.12)()0.001 (0.080.12) 3.09 (145.03) st D n: =(0.2620.394)m （4- 9） 取b0=0.36m 轉(zhuǎn)輪總高度： =0.001*(5.45.8)*3.09*(145.03)0.80.001nB : 0. 8 1st （5. 45. 8）D （） =(0.890.96)m （4- 10） 取B=1.00m 導(dǎo)葉軸線的圈圍直徑： D01.2D1=1.2*3.09=3.71m （4- 11） 導(dǎo)葉數(shù)Z0=2024 取Z0=24 座環(huán)外徑： （4-12） 1 (1.51.7) a DD: 式中系數(shù)：小值用于水頭H=80m，大值用于水頭H=600m。 計算得Da=5.10m，取Db=4.45m。 轉(zhuǎn)輪重量： （4-13） 1 3 GD 式中系數(shù)可以由下圖查得，它與D2/D1和水頭H有關(guān)。 計算得G=16.23t。 表4-3 混流式水泵水輪機的各主要尺寸和確定轉(zhuǎn)輪重量的關(guān)系曲線 25 4.2 蝸殼與尾水管 4.2.1 蝸殼尺寸 水頭范圍 389.5m 427.0m40m 采用金屬蝸殼，最大包角為。 o 345 蝸殼應(yīng)盡可能滿足兩種工況要求，但由于水泵水輪機的外部裝有活動和固定 導(dǎo)葉，水泵工況水流通過兩道導(dǎo)葉得到相應(yīng)的擴散，對蝸殼擴散作用要求減少， 尺寸與常規(guī)水輪機蝸殼相近，因此，采用與常規(guī)水輪機蝸殼一致的算法。 對于高水頭混流水輪機，采用圓形焊接或鑄造結(jié)構(gòu)蝸殼。 查圖 1-1 得，= 10.0m/s c V 表 4-4 蝸殼進(jìn)口斷面平均流速曲線 又已知= 81.18m3/s ，ra= =2.55m，則計算結(jié)果如下表 max QaD 2 1 表 4-2 蝸殼各斷面尺寸表 斷面 0-0345157441245698 1-1300146740175484 2-2255135339035256 i iai(mm) ar maxi i o c (mm) 360 Q V iai 2(mm)Rr 26 3-3210122837785006 4-4165108836384726 5-512092834784406 6-67573432844018 7-73046430143478 4.2.2 尾水管尺寸 參閱抽水蓄能發(fā)電技術(shù)的相關(guān)介紹，抽水蓄能電站的尾水管尺寸與常規(guī) 電站的尾水管沒有大的差別，故參照 1988 年版提供的常規(guī)電站的尺寸作為本電 站的尺寸，具體如下表： 表 4-3 3h/D 34/D D 33/D h 34/D h 35/D h 5 3 B D 31/D L 3 L/D 2.931.241.681240.65 2.5 1.685.71 h 4 D 3 h 4 h 5 h 5 B 1 L L 6.332.68 363 2.68 134 5.4 363 12.33 4.3 發(fā)電電動機的類型選擇 4.3.1 電動發(fā)電機外形尺寸 基于已經(jīng)確定的水泵水輪機的同步轉(zhuǎn)速 500r/min 和給出的單機容量 P=29 萬 KW，參照常規(guī)發(fā)電機的尺寸估算方法和相應(yīng)公式，計算發(fā)電電動機的主要參數(shù) （部分參數(shù)參照已用機型 SF40-12/425）。 27 1.極距 Sf=Nf/cos= 4 30 10 /0.9333333KVA cos,參照已用機型 SF40-12/425，取為 0.9。 =（810）（103.28129.1）cm （4-14） 4 2p f j S K 4 333333 2 6 取=130cm。 校核發(fā)電機在飛逸狀態(tài)下，轉(zhuǎn)子的飛逸線速度 Vf是否在轉(zhuǎn)子材料的允許范圍 內(nèi)。 = V= （4- ff VK V f n n 815.50 130211.9 500 m s 15） 2.定子內(nèi)徑 Di = （4- 2 i p D 2 6 130496.56cm 16） 取Di= 500cm 3.定子鐵芯長度lt lt = = （4- f 2 ie S CD n 662 333333 444333 cm 6 108 10500500 : : 17） 表4-4系數(shù) C 冷卻方式空冷水冷 額定容 （KVA） C 10000以下 210- 6410-6 1000010 0000 410- 66.510-6 110000 350000 610- 6 810-6 85000350 000 1010- 61310-6 28 取lt為340cm。 4.定子鐵芯外徑Da(機座號) ne166.7rpm, Da= Di+=500+130=630 （4- 18） Da=630cm 計算結(jié)果： ，= 630cmcm130cm500iD340cm t laD 4.3.2 外形尺寸估算 4.3.2.1 平面尺寸估算 定子機座外徑D1 ne500rpm D1=1.30Da =1.3630=819 （4-19） 風(fēng)罩內(nèi)徑D2 Sf 20000KVA D2=D1+2.4m=8.2+2.4=10.6m （4- 20） 轉(zhuǎn)子外徑 D3 D3=Di-2=500cm （4- 21） 下機架最大跨度 D4 Sf 100000KVA D4=D5+1.2=4.32+1.2=5.52m （4- 22） 推力軸承外徑 D6 查表可得。 計算結(jié)果： =820cm， = 630cm，=1060cm，= 500cm，1DaD2D3D = 550cm， = 430cm， = 520cm， = 480cm4D5D6D7D 4.3.2.2 軸向尺寸計算 29 定子機座高度 h1 ne 214r/min =340+2130=340+260=600cm (4-2 1 t lh 23） 上機架高度 h2 采用懸式發(fā)電機 h2=0.25Di=0.25500=125cm (4-24) 推力軸承高度 h3勵磁機高度 h4副勵磁機高度 h5永磁機高度 h6 根據(jù)經(jīng)驗確定。 下機架高度 h7 懸式非承載機架 h7=0.12Di=0.12500=60 (4-25) 定子支座支承面至下機架支承面或下?lián)躏L(fēng)板之間的距離 h8 懸式非承載機架 h8=0.15Di=0.15500=75 (4-26) 轉(zhuǎn)子磁軛軸向高度 h10 有風(fēng)扇時 h10=lt+(7001000)mm=3400+800=420 (4-27) 下機架支承面主主軸法蘭底面距離 h9 h9=7001500mm (9)發(fā)電機主軸高度 h11 h11=（0.70.9）H=(10221314)cm (4-28) H=h1+h2+ h3+h4+h5+h6 +h8+h9 =600+125+180+220+100+80+75+80=1460 (10)定子鐵芯水平中心線至法蘭盤底面距 h12 H12=0.46h1+ h8+ h9=0.46600+420=696 (4-29) 計算結(jié)果： = 600cm， =125cm， =180cm =220cm =100cm = 1 h2h3h4h5h6h 80cm， = 60cm = 75cm， =800cm， =420cm， = 7h8h9h10h11h 1100cm，=700cm12h 4.3.3 發(fā)電機重量估算 （4-30） 3 2 1 ne f KGf 30 式中，K1系數(shù)，傘式 K1=810， 發(fā)電機轉(zhuǎn)子重=Gf 2 1 計算結(jié)果：= 381.57t 2 1 fG 23 1333333 10 2500 4.4 調(diào)速設(shè)備選擇 4.4.1 調(diào)速功計算 A=（200250）QD1 maxH （4-31） 4 3 max 29.9 10 79.31/ 9.819.81 427 0.9 r N Qms H A=（200250）79.31 (4-32)427 3.09(576170.64720213.3)30000: 計算得 A=（576170.6720213.3）30000，屬于大型調(diào)速器，則接力器、調(diào)速 柜和油壓裝置應(yīng)該分別進(jìn)行計算和選擇。 4.4.2 接力器選擇 4.4.2.1 接力器直徑的計算 采用兩個接力器來操作水輪機的導(dǎo)水機構(gòu)，選用額定油壓為 2.5Mpa，每個接力器 直徑 ds由下式計算： ds=D1 (4-33) 0 1 0.36 max427654 3.09 b Hmm D 因此，在水電站表 4-4 中選擇與之接近的標(biāo)準(zhǔn)接力器直徑 ds=650 4.4.2.2 接力器最大行程 計算 max S 31 圖 45 HL120 模型綜合特性曲線（使用此圖估算） oMmax a 水泵水輪機導(dǎo)葉最大開度 a0max = （4- ooM oMmax oMo 3650 24 25.7206mm 456 24 D Z D Z a 34） (由，查得=25.7mm) 1 1r r 61.5r/min nD H n 3 1max 280m /sQ oMmax a 最大行程Smax = (1.41.8) a0max =11131431mm 取Smax =1.3m (4-35) 4.4.2.3 接力器容積計算 = =0.205 (4-36) max 2 2 SdsVS 2 0.650.309 2 3 m 4.4.2.4 主配壓閥直徑計算 = (4-37) msS VTVd/13 . 1 1.13 0.205/(4 4.5)0.121m 最終計算得：d121mm 故選用與之相鄰而偏大的 DT-150 型電氣液壓型調(diào)速器。 尺寸見表 4-3 表 4-5 32 型號制造廠商 機械柜尺寸 (lbh)mm 基礎(chǔ)板尺寸 (LB)mm 電器柜尺寸 (MNH)mm DT-150東方電機廠75095013751200 15005508042360 圖 4-6 4.4.3 油壓裝置 VK=20VS =200.205=4.1m3 (4-38) 計算得 VK =故選用與之相鄰而偏大的 YS-8 型油壓裝置。 選用分離式油壓裝置 YS-8 表 4-6 油壓裝置尺寸 型號 容積 V0 m3 筒外徑 D1 mm 基礎(chǔ)架外徑 D0 Mm 總高 H mm 桶高 h mm YS-881848217841503175 型號 油箱長度 m油箱寬度 n油箱體高 k油箱總高 L 33 表 4-7 回油箱尺寸 4.5 進(jìn)水閥的選擇 考慮到豐寧抽水蓄能電站輸水系統(tǒng)較長，且采用集中供水的方式，每臺機組 上游側(cè)需設(shè)置進(jìn) 水閥。因豐寧抽水蓄能電站的設(shè)計水頭較大 Hr=417.145m200m，所以選用球 閥。 選用 QF-200-500 的球閥，其油壓裝置定為 YS-4，選用旁通閥的直徑取 0.4mm，空氣閥的直徑取 =0.3m，為便于進(jìn)水閥安裝有拆卸，附設(shè)伸縮節(jié)。 4.6 主廠房主要尺寸的擬定 4.6.1 高度方向尺寸的確定 1. 可逆式機組安裝高程 對于立軸機組，其安裝高程為： =1040-71+0.36/2=969.18m 0 2 Sws b ZZH 計算得=969.18m。 S Z mmmmmmmm YS-82560280014402658 34 2.尾水管底板高程 尾水管底板高程=969.18-0.36/2-6.798=962.2m 0 2 b h 安 尾水管底板高程為 962.2m。 3.水輪機層地面高程 水輪機層地面高程=水輪機安裝高程+蝸殼進(jìn)口斷面半徑+蝸