第四節(jié)__H河床式水電站畢業(yè)設計.doc

H河床式水電站畢業(yè)設計一、設計任務根據已定的壩軸線與河床式左岸廠房布置方案，進行下述內容的分析與計算：1、水輪機選型，確定機組尺寸，進行蝸殼、尾水管水力計算，選擇水輪發(fā)電機組。2、擋水壩和溢流壩剖面設計，按左岸廠房布置方案進行樞紐總體布置。3、進行河床式廠房主廠房的設計，確定主要尺寸與結構形式，并進行內部設備與結構布置。4、對所選用的施工導流方案進行分析和必要的論證。5、設計說明書1份，要求章節(jié)分明，文理通順，字跡工整，內容應包括：進行這部分設計所采用的資料、考慮過的問題、論述處理這些問題的依據、主要成果的論述與分析。說明書內應有計算數據、分析論證與必要的圖表、具體計算過程。6、設計圖4張，要求圖面飽滿，繪制清晰而準確，尺寸齊全。第1張內容為設計的樞紐布置圖，包括有擋水壩、溢流壩及廠房的橫剖面圖；第2、3、4張包括水電站廠房橫剖面及不同層的平面布置圖、發(fā)電機層樓板布置圖。二、基本資料(一) 流域概況與氣候條件1、流域概況該水電站位于S河流的上游，電站壩址以上的流域面積為20300kln2，其上游38km處的水庫末端為一個多年調節(jié)電站B電站。本電站屬于該河流梯級電站中的一個。B電站10頻率的洪水泄量為5250m3s，3.3頻率的洪水泄量為6000m3s，1頻率的洪水泄量為6900m3s，0.1頻率的洪水泄量為9950m3s，保壩洪水泄量為17000m3s。B電站到本電站之間的流域面積為1300km2，有兩條較大的支流匯入：第一條支流控制流域面積534km2，第二條支流控制流域面積456krn2。此二大支流占全區(qū)間面積的76，且流經山谷之中，河道的平均比降6左右。流域內為山林區(qū)，植被尚好。由于兩支流長度相近，暴雨后的洪水集流較快，區(qū)間流量較大。H電站地區(qū)流域概況圖見圖3-3。圖3-3 S河上游流域概況圖2、氣候條件本電站處于高寒地區(qū)，冬季較長，積雪較深，夏秋季多雨。壩址處年降雨量變化在6001 100mm，多年平均雨量為854mm。夏秋季(6-9月)雨量約占全年雨量的60-70，年蒸發(fā)量為850-1 174mm。從現有氣象觀測資料中統(tǒng)計，壩址處多年平均氣溫為3，最低氣溫36.5，最高氣溫38(見表317)，最大風速22.3ms(風向西北)，此時水庫吹程4.6km。電站所處河段冰期較長，一般在10月中旬開始見冰，11月上旬開始流凌，11月下旬開始封凍，到次年4月上旬開江，4月中旬進入無冰期，整個冰期可達56個月。 表3-17 壩址處氣溫統(tǒng)計表 （單位：）月 份平 均最 高最 低1月-19.24.0-36.52月-15.312.0-31.73月-5.419.0-28.64月4.927.0-10.85月13.131.6-10.86月17-633.03.07月31.637.09.48月21.037.00.89月13.036.0-2.010月5.327.0-12.011月-5.516.1-24.012月-15.28.5-33.5全 年3.038.0-36.5(二) 水文站與徑流資料壩址附近有一水文站，位于壩址下游2km處，1936年建站，1945年-1950年缺測，新中國成立后繼續(xù)觀測。上游的B電站水文站位于本電站壩址上游約38km處，1957年建站，一直連續(xù)觀測。B水電站至本電站區(qū)間各支流均未設站進行觀測。因此，區(qū)間的洪水參數主要根據鄰近地區(qū)河流的水文觀測資料綜合分析得出。由于B電站水庫已經蓄水發(fā)電，本電站的天然來水被調節(jié)，其年月徑流主要是根據B電站水庫調節(jié)后的徑流和B電站壩址至本電站壩址區(qū)間的徑流疊加而成。B電站水文站的年月徑流資料經插補延長可得到1933年以來約奶余年的徑流系列，其多年平均流量為239m3a。本電站的年月徑流資料經插補延長亦可得到40余年，其多年平均徑流量為258m3s。B電站至本電站間未進行過專門水文觀測，僅有干流兩站1957以后同步對應的觀測資料，區(qū)間的徑流由兩站相減而得。(三) 設計洪水分析成果本水電站的設計洪水重點是研究區(qū)間的設計洪水。由于該區(qū)間未進行水文觀測，而由上下游站相減所得的洪水資料精度太差，因此采用地區(qū)綜合分析法，在本流域附近選用了六個參證站，進行統(tǒng)計分析，從而得出區(qū)間的洪水參數與設計成果，詳見表3-18。造成本電站以上流域的特大暴雨天氣，主要是北上臺風。其暴雨特點是降雨歷程短，暴雨集中，強度較大，主要降雨歷時集中在24h內。區(qū)間的洪水一般集中在3d內，因此設計洪水過程線以3d洪量為控制。表3-18 B電站至本電站區(qū)間設計洪水成果表項 目各種頻率（P%）及對應流量值0.010.020.10.20.330.5123.351020洪峰流量4840445034503040274025002110172014601220872540三天洪量2.712.552.121.941.811.701.521.331.21.080.880.68注：流量的單位為：m3/S，洪量單位：108m3三天流量的均值為0.45 m3/S,CV=0.72, CS/CV=2.0根據本電站暴雨洪水季節(jié)分布特點和施工情況，確定分期洪水為汛前期(4月15日-7月15日)，大汛期(7月15日9月15日)，大汛后(9月15日-封凍時)三個時段。施工洪水的計算方法與大汛期設計洪水相同，也是采用臨近站作為參考綜合分析出區(qū)間的施工洪水，其成果見表3-19。表3-19 分期洪水成果表時 間4月15日7月15日9月15日封凍時P（%）5102051020QP/（m3.S-1）3082612081047757(四)工程地質條件省地震局在本電站的地震基本烈度報告中認為，該電站靠近地震活動帶，歷史上和近期均有地震發(fā)生，現今地震活動頻繁，該區(qū)具有一定的發(fā)震構造條件，本電站地震烈度以7度為宜。水庫兩岸山體雄偉高峻，無低凹啞口和單薄分水嶺。構成庫區(qū)的主要巖石為前震旦紀結晶巖類和少量后期穿插的巖層，均系不透水巖石。兩岸玄武巖和地下水位分布高程均高于正常水位，故水庫蓄水后無永久性滲漏的可能性。庫區(qū)河谷狹窄，庫邊一般為基巖河岸，第四紀覆蓋不厚，植被茂密，不至產生大的坍岸，固體徑流來源有限。壩區(qū)河谷呈U形，河谷底寬300-400m，平水期河床寬170m左右，水深1-2m。兩岸分布有不對稱的漫灘與階地，谷坡20-35。兩岸山頂為玄武巖臺地，比河床高200m-250m左右。壩址上游右岸漫灘長約600m，寬約80m，高出江面水位0.5-1m。左岸漫灘寬約50m左右，一級階地寬60-70m，比河床高7-13m，階面平坦，延伸至上游250m左右趨于尖滅。構成壩區(qū)的主要巖石為前震旦紀混合巖，中生代巖脈穿插在其中，第四紀主要分布在河谷及兩岸山體上?；旌蠋r：灰白色，由偉晶質脈體和基體熔合而成。脈體成分有石英、鉀長石、斜長石、黑云母等?；w由原巖黑云母片巖、斜長角閃巖組成?；旌蠋r風化程度較低，巖石致密堅硬，抗風化能力強，但基體抗風化能力較差。中生代巖脈多次侵入，分布密度和變化均較大，主要有以下巖類：花崗巖(包括斜長花崗巖、花崗斑巖)：此類巖石為壩區(qū)分布最多的巖脈，寬度一般2l0m，個別寬達3040m，一般為淺肉紅色，主要礦物成分有正長石、斜長石、石英及角閃石、泥石等。斑狀一粗細粒結構(斑晶為正長石、斜長石等)、塊狀結構構造，巖石性脆易碎，單塊巖石致密堅硬，抗風化能力強。花崗巖閃長巖：淺肉紅色，中細粒花崗結構角閃石、石英和黑云母等?；桶邘r：灰綠色或灰黑色，主要為細粒結構塊狀結構構造，主要礦物成分有斜長石、略呈斑狀，斑晶大部分為角閃石及少量輝石，基質以斜長石為主，暗色礦物多已蝕變成綠泥石和碳酸鹽化，巖石致密堅硬，脈細而密，穿插于上述巖石之中。第四紀坡殘積層覆蓋于兩岸山坡，主要由亞砂土夾碎石和富含腐植質的表土組成，一般厚度15m，最厚者大約為1011m。構成左岸階地的沖積層由上部的粉細砂（厚約15m）和下部的砂礫石（厚度47m）組成。河床沖積的砂礫石層厚度為14m。主要巖石的物理力學性質，以及室內巖石與混凝土摩擦試驗結果見表3-20與3-21。表3-20 室內巖石與混凝土摩擦試驗成果匯總表巖 石名 稱剪切面性質指標名稱項目混凝土/巖石抗剪強度摩擦系數tan剪應力/kPa681012混合巖半風化粗磨面組數5555算術平均值51.068.885.0104.40.86小值平均值45.064.070.096.00.76最小值45.056.070.090.00.70微風化細磨面組數5555算術平均值54.054.475.4106.80.83小值平均值45.049.067.384.00.67最小值42.048.060.084.00.60表3-21 巖石物理力學性質試驗成果匯總表巖石名稱指標計算值重度/（kNm-3）比重孔隙率吸水率抗壓強度/MPa烘干飽和烘干飽和凍后混合巖半風化組數5555535算數平均值26.826.827.40.950.19117.6119.2小值平均值26.426.427.00.360.17107.6100.1新鮮組數22112221算數平均值27.427.427.51.090.14129.597.0128.8花崗巖半風化組數332231350.8算數平均值25.926.226.93.710.73169.7161.62新鮮組數2222222162.3算數平均值26.026.227.14.060.70178.9169.1煌斑巖半風化組數22222算數平均值26.826.927.70.38131.4壩區(qū)巖石經受多次構造運動作用，斷層、裂隙、巖脈均較發(fā)育?；旌蠋r片理方向變化不大，但總的走向近北東東向，傾向西北，傾角變化較大，一般為6070。壩區(qū)斷層方向主要有三組，最發(fā)育的為走向北東520，以F6為代表，是斜穿河床通過壩基的斷層，傾向下游，傾角一般為60-85，有近水平與高角度兩組擦痕，為逆平推斷層，寬度達9-15m，壩基部位寬度為10llm，該斷層與壩線約成30銳角相交，通過壩基長約55m左右。斷層是由23條0.30.8m寬的斷層泥和片狀、砂礫狀、角礫狀夾層泥等物質組成的斷裂破裂帶，在深部仍膠結不好，雖系高角斷層，對壩基變形及抗滑穩(wěn)定仍造成不利的影響。壩基巖石透水性微弱，壩下滲漏量極小。但由于滲透而產生的壓力對壩基穩(wěn)定將有一定的影響。根據巖石的滲透性質，一般在25m深以上單位吸水量大于0.03L(minmm)，因而建議帷幕深度一般不小于2025m(由壩基巖面算起)；對斷層破碎帶部位，帷幕應考慮適當加強。壩基范圍內雖為抗風化的巖石，但由于構造復雜，斷層、巖脈眾多，縱橫交錯，節(jié)理發(fā)育。從鉆孔中看，幾乎是孔孔見巖脈、小斷層和小破碎帶，使巖體失去完整性，巖石風化程度相差懸殊。對壩區(qū)結合工程情況，將巖石風化狀態(tài)分為全風化、半風化與新鮮巖石三類。壩基各地段巖石的風化深度參見表3-22。 表3-22 壩基各地段巖石的風化深度表 (單位：m)地段風化狀態(tài)左岸山坡左岸階地河床右岸備注覆蓋層6124.5110.540.55.5巖石風化深度從地面算起全風化巖石6.514614.50.551.78半風化巖石18211221613712.5從巖石的風化狀態(tài)和巖石的強度來分析，作為高約40m的混凝土重力壩，建基面在半風化巖石的下部是可以的。這里所指的半風化巖石下部作為建基標準是要求巖石要具有一定的強度并較完整，節(jié)理裂隙基本無泥，通過固結灌漿巖石的完整性能得到顯著改善。建議開挖深度從地面算起：右岸5-7m，河床4-5m，左岸階地lorn左右，左岸山坡10-12m。參照已有的試驗成果，結合本電站壩坡構造和巖石狀態(tài)，建議壩基D6斷層以右，混凝土與半風化巖石摩擦系數采用065，斷層以左采用06，P6斷層帶采用045。(五) 建筑材料勘探了四個砂礫石料場，分別為加級河、加級河口、壩上、橋下江心料場，均為A2級精度，共計勘探儲量149x1口m3。各料場質量均能滿足要求，儲量情況詳見表3-23。這些料場分布在壩址上下游05-4km范圍內，運輸條件好。但這些料場地下水位較淺，一般均需水下開采，開采條件較差，洪水期間易被淹沒。以上幾個料場，加級河與加級河口兩個料場，粗骨料中含玄武礫石較多，加級河料場砂子含泥量偏大，其它質量均能滿足技術要求。壩下9km處的萬良河料場可作為補充料場。土料場位于壩下3-4km，已做B級勘探，質量、儲量均可滿足要求。(六) 水利動能本電站的主要任務是發(fā)電。結合水庫特性、地區(qū)要求可發(fā)揮養(yǎng)魚等綜合利用效益。電站建成后將同B水電站一起并入東北主網運行，擔任系統(tǒng)調峰、調相及少量事故備用。水庫下游河段內，無防洪要求，加上本電站庫容小，不承擔下游防洪任務。本地區(qū)對工農業(yè)用水、航運、過木、過魚等均無要求。水庫蓄水后提供了發(fā)展?jié)O業(yè)的有利條件，需重點清庫以利捕撈。B電站至本電站河段，河谷狹窄，沿江兩岸無大的城鎮(zhèn)、工礦企業(yè)及大片農田等重要保護對象；壩區(qū)地形地質條件較好，加之上游B水電站的興建，對天然來水進行多年調節(jié)，大大改善了天然來水的不均勻性，使本水電站參以較少的淹沒損失和工程量獲得較好的電能指標。所以本電站設計蓄水位的選擇取決于同B水電站尾水位的合理 接，以充分利用B以下河段的水力資源。本電站水庫特征水位及電站動能指標見表3-24。(七) 壩線與壩型料場類型砂礫石料土料料場名稱壩 上橋下江心加級河口加級河萬良河本電站勘探級別A2A2A2A2A2B產地面積/(104m2)3.48.73.630.5892.026.0產地位置與距壩址距離壩上右岸灘地，距壩址0.5km壩址下游江心，距壩址約3km壩下左岸灘地，距壩址約3km壩下游左岸支流加級河，距壩址4km壩下游左岸支流萬良河，距壩址9km壩下游右岸橋下階地上，距壩址45km無效層平均厚度/m00.660.140.870.860.90有效層平均厚度/m3.712.862.863.232.252.40無效層儲量/(104m3)07.640.0526.5878.2有效層儲量/(104m3)13.0126.5810.04100.0415.662.4水上儲量/(104m3)05.501.1622.050.3水下儲量/(104m3)13.0121.088.8878.0365.3產地概況系江邊灘地，洪水期被淹沒，需水下開采。質量較好，距壩址較近，交通運輸方便，但位于庫內，需早期開發(fā)系江心灘地，洪水期被淹沒，大部分需水下開采。質量較好，交通運輸條件好系江心灘地，洪水期被淹沒，需水下開采。局部砂礫表面含少量鐵銹，交通運輸條件好河口灘于與階地，階地覆蓋亞砂土或亞粘土，地下水埋藏較淺，大部分需水下開采，洪水期被淹沒。場地開闊，均系耕地，砂子粘土雜質偏大，運輸條件好系河口灘地與階地，覆蓋較厚。地下水埋藏較淺，基本上需水下開采。場地開闊，耕地面積大，交通條件好場地開闊，開采條件好，儲量大。天然含水量大，平均32.3%45%，粘土顆粒含量高，屬砂質粘土。交通運輸條件好表3-23 料 場 分 布 情 況對本電站壩線的選擇進行過大量的工作，曾對小陳木匠溝以上至雞冠砬子一段的上壩段研究了四條壩線，經比較認為上壩線較為優(yōu)越。后來又對小陳木匠溝以下至蘭旗一段的下壩段選了三條壩線作為當地材料壩的比較壩線，經地質勘察論證，下I壩線地質條件較好。最后又對上壩線和下I壩線進行了比較，認為上壩線地質條件較好，故推薦上壩線為選用壩線(見圖3-4)。本電站大壩壩型，經對當地材料壩和混凝土壩比較后，推薦混凝土寬縫重力壩及混凝土重力壩方案。后對混凝土重力壩方案又進行了分析，共比較了五種混凝土重力壩壩型，即重力壩、寬縫重力壩、空腹壩、支墩壩及空腹支墩壩。五種壩型在穩(wěn)定及壩基應力條件上均可滿足要求。重力壩和寬縫重力壩的優(yōu)點是：結構簡單、施工方便，但缺點是：混凝土及開挖工作量均較大；兩種輕型支墩壩的主要優(yōu)點是比重力壩可節(jié)省混凝土25-30，但缺點是增加模板約30000m2，施工麻煩；空腹壩屬于混凝土重力壩型，比重力壩能節(jié)約35x104m3混凝土，且可結合壩體擋水降低圍堰高度，有加快施工進度的優(yōu)點，但缺點是空腹拱頂有一部分混凝土需采取較嚴格的溫度控制措施，且有一部分倒懸模板，施工也較麻煩。鑒于本電站壩基巖石比較破碎，有7度抗震要求，輕型壩在壩基應力分布及橫向抗震性能方面要比重力壩型差些，因此不宜采用。至于前三種重力壩型工程量差別不大?？紤]近些年來在本地區(qū)修建的中等高度的混凝土壩均采用混凝土重力壩型，施工實踐經驗比較豐富，因此建議采用混凝土重力壩型方案。表3-24 H水電站工程特性表名 稱單 位數 量備 注一、水性特性1、水庫特征水位保壩洪水位m297.10校核洪水位（P=0.1%）m293.90設計洪水位（P=1%）m290.90正常蓄水位m290.00死水位m289.002、正常蓄水位時水庫面積Km215.173、水庫容積校核洪水時總庫容108m32.29正常蓄水位時庫容108m31.63死庫容108m31.49二、下泄流量及相應下游水位包括機組過流量1、設計洪水量在古泄量m3s-18200.00相應下游水位m273.202、校核洪水最大下泄量m3s-111700.00相應下游水位m274.903、保壩洪水量大下泄量m3s-115600.00相應下游水位m277.40三、電站電能指標裝機容量MW200.00保證也力MW35.00多年平均發(fā)電量108kWh4.35年利用小時數h2255四、主要建筑物及設備1、擋土壩型式m混凝土重力壩壩頂高程m298.00最大壩高m46.00名 稱單 位數 量備 注壩頂長度438.002、泄水建筑物型式m混凝土溢流壩堰頂高程m28000溢流壩長度m3（sm）-112800單寬流量5600消能方式m戽流弧形閘門（扇數寬高）81211.7弧形閘門啟閉機812450kN平板檢修閘門（扇數寬高）81211.5平機檢修閘門啟閉機812100kN3、開關機型式露天式面積（長寬）10665.604、水輪機工作參數最大工作水頭m25.60最小工作水頭m22.80設計水頭m23.30吸出高程m-4.00機組安裝高程m259.50(八) 樞紐布置本工程為壩式水電站，主要包括攔河大壩與發(fā)電廠房兩大部分。本電站壩址主河床偏向右岸，左岸河床為河漫灘地，P6斷層從左岸河床與壩軸線斜交約300通過。該斷層破碎帶較寬，對溢流壩及廠房布置等都有一定的不利影響。因此，曾對左右岸廠房布置方案做過認真的分析比較。經過分析比較認為左岸廠房的主要優(yōu)點是：(1)溢流壩布置在河床右側，泄流洪水可從主河床宜泄，能適應下游天然河床流態(tài)，不會造成河道嚴重沖刷或淤積，尤其對避免廠房尾水渠回流淤積也較有利。(2)溢流壩下游沖刷部位大部分可避開P6斷層，對保護下游壩基安全比較有利。(3)左岸山體平緩，對副廠房、變電站布置比較方便，輸電線路出線也較方便。 (4)施工場地、對外交通、電站管理及生活區(qū)均在左岸，故對施工及運行管理都較方便。左岸廠房的主要缺點是：(1)廠房有一部分位于或接近P6斷層，對機組段沉陷有一定不利影響。(2)尾水渠覆蓋層多開挖約13x104m，。綜合以上幾個方面，認為左岸廠房優(yōu)點較多。關于P6斷層對機組沉陷的影響，由于機組部位開挖較深，且P6斷層要經過工程處理，可最大限度地降低對廠房的不利影響。因此建議用左岸廠房布置方案。廠房型式曾研究過壩后廠房與河床廠房兩種型式。因后者為整體結構，廠房混凝土可作為大壩的一部分共同滿足大壩抗滑穩(wěn)定需要，故河床廠房可節(jié)省混凝土約20000m3，因此選用河床式電站型式較適宜。本電站大壩的設計泄流量較大，加之壩基不夠理想，巖石較為破碎，且下游有P6斷層通過。因此，選擇一種合理的消能型式甚為重要。經過初步水力計算表明，由于下游水位較高，鼻坎挑流難以形成，底流消能比較理想。但流量變化過大時，流態(tài)很不穩(wěn)定。近年國內外傾向于研究消力戽消能型式，且已在我國石泉等水電站采用，效果尚好。因此，重點對消力戽型式進行了水工模型試驗，共進行了三個消力戽圓弧半徑R(7.5m、lorn、12.5m)及四種鼻坎角度聲(35、40、45、50)的比較，試驗表明以及；12.5m、=40的型式為最好，流態(tài)為淹沒混合流，比較平穩(wěn)，對尾水渠回流及淤積影響較小，下游沖刷深度也較淺，最深約為39m。因此建議選用消力戽消能型式。(九) 對壩基處理的意見壩址基巖巖脈較多，斷層裂隙均較發(fā)育，巖石比較破碎，透水性強。因此，主要斷層應做徹底處理，防滲帷幕需要加強，壩基應做全面固結灌漿。主要斷層F6應做開挖處理，開挖深度lorn，并回填混凝土，混凝土塞沿斷層走向向壩基上下游邊緣以外各延伸lorn，斷層開挖后兩側和局部進行固結灌漿。其余斷層，寬度不大，傾角較陡，均考慮用挖至一定深度回填混凝土的方法處理。壩基帷幕：因巖石表面裂隙發(fā)育，透水性強，距地表30m以內，單位吸水量0.03L/(minmm)，30m40m單位吸水量約為0.010.02L/(minmm)。據此，在壩基軸線下游約4m處，設防滲帷幕一道，孔距2m，孔深從基巖面算起在河床部位約25m，岸坡部位20m，F6斷層附近加深至30m。為提高帷幕效果，在主帷幕前另設輔助帷幕一道，孔距l(xiāng)orn，孔深lorn。防滲帷幕灌漿可在灌漿廊道中進行。防滲帷幕后設基礎排水幕一道，另在排水廊道內設一道排水幕。為了提高壩基基巖的完整性，在壩基范圍內全面進行固結灌漿，孔距排距均為2m，深6m。在巖石破碎部位，固結灌漿可在壩基混凝土澆筑厚度約為2m以后進行。(十) 本電站河段水位與庫容、面積、流量的關系曲線本電站河段水位與庫容關系曲線見圖35，水位與面積的關系曲線見圖3-6，水位與流量的關系曲線見圖3-7。三、設計指導(一) 水輪機組的選擇水輪機選擇的主要內容包括：選擇機組臺數和機組型號，水輪機的標稱直徑和額定轉速；選擇蝸殼和尾水管的型式并進行水力計算，確定其輪廓尺寸；確定發(fā)電機的型式和尺寸，調速器、油壓裝置的型式和尺寸。1、機組臺數和機組型號的確定 選擇機組臺數時，應對加工制造能力和運輸條件、總投資、水電站的運行效率和運行靈活性、運行維護工作量的大小等因素進行綜合考慮，經技術經濟比較確定機組臺數。為了使電氣主結線對稱，大多數情況下機組臺數為偶數。我國已建成的中型水電站一般采用4-6臺機組。對于中小型水電站，為保證運行的可靠性和靈活性，機組臺數一般不少于2臺。本電站屬于中型水電站，所以建議選用4臺或6臺機組。根據給出的電站特征水頭(最大工作水頭、最小工作水頭、設計水頭)，直接從水輪機系列型譜參數選擇合適的水輪機型號，并查出相應的主要參數。由于本電站水頭較低，所以一般可選用軸流式水輪機。確定機組型號后，需要計算水輪機的主要參數，包括轉輪標稱直徑D1和轉速n。計算要對模型的參數進行修正(主要是指效率)，但修正時Dl未知，可先假定一個窄值，據此求出D1值，再由D1值推求和值，如果求出的和值與假定值相近，則D1值正確，否則需重新改取為與其計算值相近的標稱直徑。通常Dl選用較計算值稍大的標稱直徑。大中型軸流式轉輪參數（暫行系列型譜）適用水頭范 圍H/m轉輪型號轉輪葉片數Z1輪轂比dg/D1導葉相對高度b0/D1最優(yōu)單位轉速n10/（rmin-1）推薦使用的最大單位流量Q1/（Ls-1）模型氣系數0M使用型號舊型號38102215262036（40）3035ZZ600ZZ560ZZ460ZZ440ZZ360ZZ55，4KZZA30,ZZ005ZZ105,5KZZ587ZZA79445680.330.400.500.500.500.4880.4000.3820.3750.350142130116115107200020001750165013000.70.59-0.770.600.380.650.230.40軸流式水輪機模型轉輪主要參數表轉輪型號推薦使用水頭范圍/m模型轉輪導葉相對高度b0/D1最優(yōu)工況限制工況試驗水頭H/m直徑D1/mm輪轂比dg/D1葉子數Z1單位轉速n10/(rmin)單位流量Q1(Ls-1)效率(%)氣蝕系數比轉速ns單位流量Q1(Ls-1)效率(%)氣蝕系數ZZ600ZZ560ZZ460ZZ440ZZ360ZD76038102215262036(40)3055261.53.015.03.51954601954603500.330.400.500.500.554456840.4880.4000.3820.3750.3500.4501421301161151071651030940106080075016585.589.085.589.088.00.320.300.240.300.165184384183752000200017501650130077.081.079.081.081.00.700.750.600.720.410.99*注：=+5。反擊式水輪機轉輪標稱直徑系列253035（40）42506071（80）8410012001401601802002252502753003303804104505005506006507007508008509009501000計算出的水輪機轉速n也必須與相近的發(fā)電機同步轉速（見下表）匹配，若n的計算值介于兩個同步轉速之間，則應進行方案比較確定。一般來說，在保證水輪機處于高效率區(qū)工作的前提下，應選用較大的同步轉速，以使機組具有較小的尺寸和重量。2、蝸殼和尾水管的選擇由于本電站水頭較低，因此建議采用鋼筋混凝土蝸殼。蝸殼的包角可采用180。尾水管可采用標準彎肘型尾水管。蝸殼和尾水管在選定型式并確定尺寸以后，要求畫出其單線圖。3、水輪發(fā)電機，調速器和油壓裝置選擇水輪發(fā)電機、調速器和油壓裝置的型號和尺寸，可以由本電站的單機容量、額定轉速等套用已建成的類似電站所使用的設備。磁極對數P與同步轉速n關系數P3456789101214N/(r.min-1)1000750600500428.6375333.3300250214.3P16182022242628303234N/(r.min-1)187.5166.7150136.4125115.4107.110093.888.2P3638404244464850N/(r.min-1)83.3797571.468.265.262.560(二) 擋水壩和溢流壩設計1、溢流壩設計溢流壩設計包括斷面設計、消能方式的選擇和設計。(1)斷面尺寸的擬定：參考已建工程，初步確定堰面曲線、上下游邊坡、消能方式及尺寸等。堰面頂部曲線部分是溢流壩設計的關鍵部位，根據目前我國溢流壩設計的趨勢，一般多采用WK5曲線。由于本工程壩高較低，所以頂面曲線和反弧段之間的直線段很短或沒有，這種情況下頂面曲線和反弧段曲線可以直接相連接。(2)水力計算：主要進行堰頂過流量計算和消力戽水力計算。(3)閘墩尺寸的擬定：包括閘門型式選擇、工作橋、交通橋的布置及閘墩的型式、長度、高度、厚度等尺寸的擬定。擋水壩的剖面也參考已建工程并考慮與溢流壩的連接等具體情況對壩頂高程、壩頂寬度及上、下游邊坡及起坡點和壩段長度等初步擬定。2、壩體強度驗算和壩基接觸面抗滑穩(wěn)定驗算對穩(wěn)定和強度的驗算，要求論述計算方法的基本假設和所采用的公式，說明公式來源和符號意義，控制標準則根據工程等級和計算情況按有關規(guī)范規(guī)定指標選取。作用組合分基本組合和偶然組合，可只對擋水壩進行以下兩種組合情況的計算：(1)基本組合：興利水位的水壓力，揚壓力，浪壓力，自重，泥沙壓力等。(2)特殊組合：校核洪水位時(靜)動水壓力，揚壓力(浪壓力)，自重，泥沙壓力等。要求畫出計算簡圖，且盡量采用表格計算。穩(wěn)定應力計算主要對壩基截面各組合情況的應力和穩(wěn)定進行校核。要求畫出計算簡圖，且盡量采用表格計算，可參考本章第一節(jié)相應內容。3、細部構造和壩基處理根據不同的要求設計廊道的斷面尺寸、剖面位置，確定平面和立面布置及相互連接等。分縫止水包括橫縫的設計和溢流壩段，擋水壩段的止水設計。排水則包括對溢流壩段的壩身和壩基排水的布置及排水管(孔)的直徑、間距等的確定。壩頂構造應考慮防浪墻、下游側防護欄桿、壩頂面傾向上游的橫坡、排水管的設置。壩基處理包括壩基的開挖與清理，開挖高程的確定，帷幕灌漿的位置、厚度和深度設計，壩基排水孔幕設計。(三) 樞紐布置樞紐布置應確定各種建筑物的相對位置，進行壩段劃分。樞紐布置的原則見本章第一節(jié)設計指導。本工程為壩式水電站，主要包括攔河大壩與發(fā)電廠房兩大部分。首先要求根據所給出的資料確定總體布置方案。主要比較左岸廠房方案和右岸廠房方案，考慮的因素包括主河床的位置、F6斷層對大壩及廠房的影響、河道的沖刷與淤積、廠房進水和尾水的順暢、各種建筑物的布置和施工是否方便、工程量等，可列表進行定性比較。與本電站廠房有關的布置原則為：要求電站進水口前水流平順，無漩渦及橫向水流；當溢流壩與廠房段并列布置時，應盡量將前者布置在主河槽，以保證泄水順暢；為減少下泄水流對發(fā)電和航運的不利影響，常在溢流壩與其它建筑物之間設置導墻；當河流含沙量大，壩前淤積嚴重時，應采取排沙措施，沖沙孔或排沙洞常布置在廠房進水口附近，其高程可根據運用要求來確定；對河床式電站，由于泄水建筑物占據了主河槽，廠房多布置在岸邊，但應防止由于泥沙淤積造成尾水壅高，降低發(fā)電水頭。水電站廠房部分的布置應包括主廠房、副廠房、尾水渠道、主變壓器、開關站、交通道路的布置等內容。(四) 河床式廠房設計廠房的設計包括主廠房尺寸的確定、廠房內設備的布置、起重機的選擇、廠區(qū)樞紐的布置、廠房的結構布置、副廠房布置等。1、主廠房的長度主廠房的長度L；機組段長度iox機組數+裝配場長度+邊機組段加長L。本電站屬于低水頭水電站，其機組段長度一般根據下部塊體結構的最小尺寸確定。下部塊體結構的主要部件是蝸殼，蝸殼平面尺寸確定后，工。；蝸殼平面尺寸+蝸殼外的混凝土結構厚度，一般取0。8-10m，邊機組段一般取10-30m。某些情況下，下部塊體結構的尺寸取決于尾水管的平面尺寸。 裝配場長度由裝配場的面積確定，而其面積要能夠滿足對一臺機組進行解體大修的要求，即能夠在裝配場內放下發(fā)電機轉子、發(fā)電機上機架、水輪機頂蓋和水輪機轉輪四大件，并且在各部件之間留出12m的通道。其中發(fā)電機轉子一般帶軸吊運到裝配場，裝配場樓板相應位置要留出直徑比大軸法蘭稍大的孔(平時覆以蓋板)，大軸穿過后支承在特別設置的大軸承臺上(也稱為轉子檢修墩)，承臺頂端預埋底角螺栓，待大軸法蘭套人后，用螺母固定。 邊機組段加長一般可取為L：10D1。 2、主廠房的寬度 主廠房的寬度應由發(fā)電機層、水輪機層和蝸殼層三層的布置要求來共同決定。 (1)發(fā)電機層中，首先決定吊運轉子(帶軸)的方式，是由上游側還是下游側吊運。若由下游側吊運，則廠房下游側寬度主要由吊運的轉子寬度決定，若從上游側吊運，則上游側較寬。此外，發(fā)電機層交通應暢通無阻。一般主要通道寬2-3m，次要通道寬1-2m。在機旁盤前還應留有1m寬的工作場地，盤后應有081m寬的檢修場地，以便于運行人員操作。(2)水輪機層中，一般上下游側分別布置水輪機輔助設備(即油水氣管路等)和發(fā)電機輔助設備(電流電壓互感器、電纜等)。以這些設備放下后，不影響水輪機層交通來確定水輪機層的寬度。(3)蝸殼層一般由設置的檢查廊道、進人孔等確定寬度。蝸殼和尾水管進入孔的交通要通暢，集水井水泵房設置應有足夠的位置，以此確定蝸殼層平面寬度。一般以廠房機組中心線為基準，分別確定各層上游側和下游側所需寬度，再分別找出各層上下游側的最大值Bu和Bd，則主廠房寬度為Bu+Bd。(4)當寬度基本確定后，最后要根據吊車標準寬度ib驗證，寬度必須滿足吊車的要求。3、主廠房的高度首先定出各層的高程，才能確定主廠房的高度。(1) 安裝高程： 安 = w十Hs十bo/2其中 w電站運行時出現的最低下游水位；Hs 吸出高度；Bo 導葉高度。(2) 尾水管底板高程： 尾= 安bo/2H尾其中 H尾尾水管的高度。(3) 開挖高程： 挖= 尾混凝土底板厚度(約12m)。(4) 水輪機層地板高程： 水= 安+bo/2+蝸殼頂部混凝土厚度(約1m)。(5) 發(fā)電機層地板高程： 發(fā)= 水+進人孔高度(約2m)+混凝土結構厚度(約1m)+定子外殼高度。但 發(fā)還應該滿足以下幾個要求：水輪機層的高度不小于3.5m，否則難以布置出線、管道和各種設備；發(fā)電機層樓板最好與裝配場在同一高程上；發(fā)電機層樓板最好高于下游最高洪水位，以便于對外交通和防潮、通風。(6) 吊車軌頂高程：取決于最大部件的吊運方式和尺寸。最大部件一般為發(fā)電機轉子帶軸或水輪機轉輪帶軸。吊 = 發(fā)+最大部件高度+高度方向的安全距離(7) 房天花板及屋頂高程：關 = 吊+吊車尺寸+0.2m頂= 天+屋頂大梁高度+屋面板厚度主廠房的高度； 頂 挖4、主廠房布置的構造要求(1) 廠房內的交通。主廠房各層之間和每一層內都有交通要求。各層之間的主要樓梯一般寬度為1.5-2.0m，坡度為25。次要樓梯較窄，有的部位可用爬梯。廠房內每層的交通要求不盡相同，以發(fā)電機層的交通最為重要，參見“主廠房的寬度”。(2) 廠房應注意采光、通風、取暖、防潮、防火等。(3) 主廠房的分縫和止水。主廠房中的縫有兩種，一種為施工縫，另一種為溫度沉陷縫，其中施工縫可不作為設計內容。溫度沉陷縫一般直通到底，每隔20m左右或一個機組段分一條。如果廠房建在軟基上，分縫距離一般在40m以上或兩個機組段分一條?？p的寬度一般為0.52m，軟基上的廠房縫寬一般為35cm。因為溫度沉陷縫有一定的寬度，為了防止水通過分縫進入廠房，需要在縫中設置止水，一般為橡膠止水或銅片止水，其設置方法和構造與壩的止水相同。5、進水口設計進水口設計的主要內容包括進口底板的高程、輪廓形狀及攔污柵設計。其中進口底板高程應滿足底板高于淤沙高程，而頂板應滿足最小淹沒深度要求；輪廓形狀按流線喇叭口體形設計，頂板收縮，底板傾斜，兩側采用直墻；攔污柵設計內容主要包括攔污柵的面積、布置方式，并考慮清污問題。6、橋吊選擇橋吊的選擇主要是確定其起重量和橋吊跨度。橋吊的最大起重量取決于所吊運的最重部件，一般為發(fā)電機轉子。懸式發(fā)電機的轉子需帶軸吊運，傘式發(fā)電機的轉子可帶軸吊運，也可不帶軸吊運。對于低水頭電站，最重部件可能是帶軸或不帶軸的水輪機轉輪。少數情況下，橋吊的起重量決定于主變壓器(主變需要在廠內檢修)。橋吊跨度是指橋吊大梁兩端輪子的中心距。選擇橋吊跨度時應綜合考慮下列因素：橋吊跨度要與主廠房下部塊體結構的尺寸相適應，使主廠房構架直接坐落在下部塊體結構的一期混凝土上。滿足發(fā)電機層及裝配場布置要求，使主廠房內主要機電設備均在主副鉤工作范圍之內，以便安裝和檢修。盡量選用起重機制造廠家所規(guī)定的標準跨度。橋式吊車的吊運方式應盡可能減小廠房的高度和寬度，并同時滿足機組正常運行和檢修的要求。起吊部件和吊車的主鉤由吊索或吊具系在一起。在吊運過程中，起吊部件和其它設備及墻壁之間應留有一定的安全距離。當采用剛性吊具時，垂直方向的安全距離為0.3-0.5m，水平方向安全距離為0.2-0.4m。若采用柔性吊具，垂直方向安全距離取06l.0m。7、副廠房為了保證機組正常運行，在主廠房近旁布置的各種輔助機電設備、控制、試驗、管理和運行人員工作和生活的房間，稱為副廠房。對于本電站，副廠房可以設在主廠房靠對外交通的一端。副廠房的面積要求見表3-25。(五) 施工導流導流方案的選擇受各種因素的影響。一個合理的導流方案，必須在周密地研究各種影響因素的基礎上，同時擬定幾個可能的方案，進行技術經濟比較，才能選擇出來。選擇導流方案時應考慮的主要因素有：1、水文條件河流流量的大小、水位變化的幅度、全年流量的變化情況、枯水期的長短、汛期洪水的延續(xù)時間、冬季的流冰及冰凍情況等，均直接影響導流方案的選擇。對于本電站來說，由于河床較寬，宜采用分段圍堰法導流。由于上游已建成B電站，在一定程度上可以控制壩址處通過的洪水，因此導流標準不必太高。另一方面，本電站所在河流枯水期較長，充分利用枯水期安排工程施工是完全必要的。表3-25 副廠房房間及參考面積副廠房名稱參考面積/m330200MW以下水電站200MW以上水電站A、直接生產副廠房 中央控制室按實際需要確定90130 繼電保護盤室按實際需要確定80120電纜室按實際需要確定90130廠用動力盤室按實際需要確定按實際需要確定蓄電池室40504050酸室和套間10151015蓄電池的通風機室15201520充電機室1520按實際需要確定直流盤室按實際需要確定20載波電話室20403050廠用變壓器室按實際需要確定按實際需要確定B、檢修試驗副廠房繼電保護試驗室30404050精密儀器試驗室25303035測量表計試驗室30353540高壓試驗室20303040電工修理間30儲存室10151520機械修理間40606000工具間1520起吊設備倉庫10202025油化驗室10201020C、間接生產副廠房交接班室20252025運行分場15202025檢修分場15202025總工程師室15201520會議室15201520生活間（廁所、盥洗室）10151015根據本電站的情況，導流標準可按20年一遇洪水設計，建議用“兩段兩期”施工導流方案。其中一期先圍左岸，盡早建成電站廠房和幾個留有導流底孔的擋水壩段。2、地形條件壩區(qū)附