毕业设计（论文）-河床式水电站设计及混凝土蜗壳结构计算

'水利水电工程专业毕业设计中文摘要沙溪口水电站计划建在福建省南平市上游的西溪上，是闽江流域的一个梯级电站，属于河床式水电站。本电站主要组成建筑物有溢流坝、非溢流坝、厂房和船闸。坝体型式为混凝土重力坝，溢流坝段布置于河床中部，厂房布置在河床右岸，船闸布置在左岸。非溢流坝坝顶高程93m，上游面坡度为1:0.2，下游面坡度1:0.80，溢流坝堰顶高程82.78m。溢流坝段全长340m，设有18孔溢流孔，每孔净宽取为17.0m，沿主河槽宣泄绝大部分洪水。水库正常蓄水位为88.00m，设计洪水位为90.00m，校核洪水位为91.00m，死水位为84.00m。电站设计水头为10.3m，总装机容量为320MW，安装有4台轴流式水轮发电机组，每台装机容量为8MW。水轮机型号均为ZZ560-LH-850，转轮直径为8.5m，水轮机安装高程66.47m，发电机层高程86.005m，取安装场高程与发电机层同高。下游校核洪水位81.50m，主厂房顶高程为108.00m，厂房总长148.2m，宽74m。220kV及110kV开关站布置在尾水平台右侧。船闸闸室100m×20m×2.5m（长×宽×最小水深），位于溢流坝左侧。沙溪口水电站具备发电，航运，过木等的综合效益，是福建电网的骨干电厂。关键词沙溪口水电站、河床式厂房、重力坝、溢流坝、水轮机、发电机、抗滑稳定性、扬压力、轴流式水轮机、发电机层结构设计-75- 水利水电工程专业毕业设计AbstractShaxikouHydropowerStationispreparedtobuiltatXixistream,upstreamthecityofNanpinginFujianProvince.ItisoneofthecascadedevelopmentintheMinjiangriverbasin.Itisapowerhouseinriverchannel.ThemainstructuresofShaxikouHydropowerStationisconsistofoverflowspillwaydam,non-overflowspillwaydam,powerhouseandlock.Thedamsareconcretegravitydams.Theoverflowspillwaydamliesinthecentreoftheriverbed.Thepowerhouseliesontheright,andthelockislocatedontheleft.Thetopofthenon-spillwaydamisatanelevationof93meters.Theupstreamofthedamisvertical,thelowerslopedegreeis1:0.2,andtheupperslopedegreeis1:0.80.thecrestoftheweirisatanelevationof82.78meters.Theoverflowspillwaydamisabout340meterslongintotal,with18openingseachof17meterswide,dischargingmostofthefloodflowalongthemainriverchannel.Thenormalwaterleverofthereservoiris88.00meters,whilethedesignfloodwaterlevelofthereservoirreachesat90.00meters.Thecheckingfloodwaterlevelisabout91meters.Andthedeadwaterlevelisonly84.00meters.Thedesigncross-headis10.3meters.Theprojecthasatotalinstalledcapacityof320MW.Ithousesfouraxial-flowturbinescoupledwithgenerators8MWeach.ThetypeoftheturbineisZZ560-LH-850.Thediameteroftheturbineis8.50meters.Therunnersettingisatanelevationof66.47meters.Thegeneratorfloorisatanelevationof86.005meters.Anditisthesamewiththeserviceorerectionbay.However,thecheckingtailwaterleveris81.5meters.Thetopofthepowerhouseisatanelevationof108meters.Andthepowerhouseisabout146.2meterslongand74.0meterswide.220KVanf110KVswitchyardislocatedontheplatformattherightsideofdownstreamtailrace.Thelockwiththedimensionof100m×20m×2.5m(L×W×Min.waterdepth)islocatedontheleftsideofthespillway.ShaxikouHydropowerStationhasthecomprehensivebenefitsof-75- 水利水电工程专业毕业设计generatingelectricity,shippingtransportation，navigationafloatingwoodsandetc..IthasaveryimportantpositionintheelectricitynetworkofFujianProvince.KEYWORDSShaxikouHydropowerstation，powerhouseinriverchannel，concretegravitydam，overflowdam，combinatory，hydro-generator，stabilityagainstsliding，upliftpressure，axialflowtypeturbine，structuredesignofgeneratorfloor，-75- 水利水电工程专业毕业设计目录中文摘要-1-ABSTRACT-2-目录-4-1.1流域概况-6-1.2水文气象条件-6-1.3水库地质-9-1.4坝址工程地质条件及坝轴线选定-10-1.5建筑材料-13-1.6综合利用-13-1.7枢纽布置-14-第二章重力坝挡水坝段设计-15-2．1　剖面设计-15-2．1．1　坝顶高程-15-2．1　剖面设计-16-2．1．1　坝顶高程-16-2．1．2　坝顶宽度-17-2．1．3　廊道的布置-18-2．1．4　剖面形态-18-2．2　坝体稳定分析和应力校核-19-2．2．1　设计洪水位时-19-2．2．2　校核洪水位时-23-第三章　重力坝溢流坝段设计-28-3．1　溢流坝段孔口尺寸拟定-28-3．2　溢流坝段剖面设计-28-3．2．1　堰顶高程-29-3．2．2　堰面曲线-29-3．2．3消能方式-30-3．3　坝体稳定分析和应力校核-32-3．3．1　设计洪水位时-32--75- 水利水电工程专业毕业设计3．3．2　校核洪水位时-35-第四章水电站建筑物设计-40-4．1特征水头的选择-40-4．2水电站水轮机组的选型-41-4．２．１　ZZ460水轮机方案的主要参数选择-42-4．２．２　ZZ560水轮机方案的主要参数选择-45-4．２．３　HL310型水轮机方案的主要参数选择-47-4．3蜗壳和尾水管的计算-51-4．4发电机的选择与尺寸估算-53-4．4．1水轮机发电机主要尺寸估算-53-4．4．2发电机外形平面尺寸估算-54-4．4．3　发电机外形轴向尺寸计算-55-4．4．4发电机重量估算-56-4．5调速器与油压装置的选择-57-4．5．1调速功计算-57-4．5．2接力器的选择-57-4．5．3调速器的选择-58-4．5．4油压装置-59-4．6厂房起吊设备的选择-59-4．7主厂房各层高程及长宽尺寸的确定-60-4．7．1水轮机组安装高程-60-4．7．2尾水管地板高程和厂房基础开挖高程-60-4．7．3水轮机层地面高程-61-4．7．4　发电机楼板高程和安装场高程-61-4．7．5吊车梁轨顶高程-62-4．7．6屋顶面高程-62-4．7．7厂房总高-62-4．7．8主厂房平面尺寸的设计-62-4．8水电站厂房的稳定计算-63-第五章混凝土蜗壳的结构计算-67-5.1内力计算-67-5.1.1荷载及其计算-67-5.1.2载常数计算-68-5.1.3形常数计算-68-5.1.4内力计算-69-5.2配筋计算-71--75- 水利水电工程专业毕业设计5.2.1顶板-71-5.2.2边墙，按照对称配筋-71-5.3抗裂计算-71-5.3.1顶板-72-5.3.2边墙-73-参考文献-74-后记-76-1.1流域概况闽江西溪为福建省最大河流上游的西支，流经福建省十四个县市，与闽江北支建溪汇合于南平市。西溪全长349公里，邵武至顺昌段河道坡降0.9%，已建安沙水电站位于沙溪中游末端，控制集水面积5184平方公里。富屯溪干流全长285公里，邵武至顺昌段河道坡降1.3%。其最大支流为金溪，全长253公里，地形更为陡峻，河道坡降高达1.5%，已建池潭水电站位于金溪中游，控制集水面积为4766平方公里。沙溪口水电站位于沙溪和富屯溪汇合口下游6公里的西溪上，控制集水面积25562平方公里制，占闽江流域总面积的42%，流域内森林茂盛，覆盖良好，有较好的水土保持条件。1.2水文气象条件1.水文气象情况西溪的降水量观测，解放前从1935年开始，但站点少，资料断续不全，精度较差。1952年起陆续增设雨量站，到1978年已达162处，平均158平方公里设有一个雨量站。蒸发量观测都是解放后开始，本流域共有16个观测站。枢纽区所需的气温，湿度，水温，风向，风力等气象要素的统计，是利用距坝区下游14公里的南平站。水文测验：西溪最早于1938年7月在沙溪的沙县。永安设站观测水位和流量，1939年相继在宁化清流设水位站。富屯溪以洋口建站最早，于1944年5月设立，其他各站点均在解放前增设。一般都有二十年以上的实测资料。至1978年沙溪沙县站已积累三十年资料，富屯溪洋口站也有三四十年的实测资料。西溪的花竹站，距沙溪，富屯溪汇合口下游约4公里，1953年11月设站。1957年停测，1960年9月恢复策流至1966年12月撤消，1979年恢复观测水位，汛期测流。-75- 水利水电工程专业毕业设计花竹站是西溪控制站，是本水电站水文计算的主要依据站，但仅有9年实测流量资料，而沙县控制站，控制集水面积9922平方公里，洋口站控制集水面积12669平方公里，两站总面积已控制坝址总面积的89%左右，其间无大支流汇入，为花竹站水文资料插补展延提供了良好的条件。天然河道水位流量关系曲线，1979年3月在花竹站下游约1.5公里鲤鱼洲坝段社坝址上下水尺。同年青洲、莱舟与梯级开发可能的官蟹，照口设水尺，观测水位，至9月停测。坝址水尺与花竹站相关，青州，官蟹两组水尺和莱舟，照口两组水尺分别与沙县站和洋口站相关，高水位历史洪水资料控制又分别按集水面积比的0.67次方作相应水尺的区间加入水量，接着以史提文撕法外延求得。2.降水特性福建闽江西溪流域属亚热带季风气候，雨量充沛，暴雨频繁，由于地形的影响，富屯溪上游为闽北高雨区，沙溪属于闽中低雨区，金溪与富屯溪中下游为两者的过渡带。降雨量地区分布有自东南向北递增的趋势。花竹以上流域实测最小和最大年降水量在1236~2348毫米之间，多年平均降水量1776毫米，六月降水最多，约占全年总降水量37%左右。高风西风槽和地面锋系列相伴出现成锋面雨，是本流域雨季最主要的天气形势，也是暴雨的主要成因，一般台风雨对本流域影响不显著，但强台风与其他天气系统相遇时，容易晾成洪患。3.气象要素简述（1）气温坝区年平均气温为19.3度，月平均气温在9度以上，最高气温≥35.0度的日数，全年平均为40.4天，其中以七八月份为最多。坝区最低气温≤0度的天数，全年平均为7.6天，以一月份出现的机会最多。坝区极端最高气温41.0℃，出现在1953年8月1日，极端最低气温-5.8℃，发生在1955年1月11日和1963年1月8日。（2）湿度和水温本流域气候湿润，坝区年平均相对湿度为79%，月平均最大达83%，发生在六月，月平均为78%，出现在七月。坝区多年平均水温为20.8度，极端最高水温达35度，极端最低水温为5.7度。（3）蒸发西溪花竹以上流域蒸发量以邵武，延宁，将乐，清流，永安，沙县六站观测资料为计算的依据，根据1952~1978年资料求得，多年平均水面蒸发量970.3mm，年最大蒸发量1092.9mm，年最小蒸发量888.6mm，年内各月蒸发量以七月最大，为144.2mm，二月最小为38.5mm，陆地蒸发量按水量平衡原理推求，多年平均为792.7mm。-75- 水利水电工程专业毕业设计（4）风向风力坝区年平均风速仅为1.0秒米，全年各月东北风占优势，定时最大风速实测记录大于20m/s，出现在1962年的6月，相应的风向为西南风，发生大风日数以7~9月的频次较多。沙溪口大坝的设计最大风速建议值采用25~30秒米。4.径流本流域径流形成至降水，花竹站具有1954~1956及1961~1966年实测资料，根据九年实测资料与上下游的沙县，洋口，南平，七里街各站点的流时资料，建立了四种同期上下游年月平均流量的相关图，经比较得选用最大误差较小，且较为简单的插补计算花竹站年月日平均流量，并将花竹站查补延伸而得1939到1978年间的40年径流系列。考虑支池潭径流系列较短，从1954年起才同步，故坝址多年平均流量采用花竹站1951~1978年流量系列计算得为778秒立方米，径流模数为30.4万立方米/秒×平方公里。花竹站径流年内分配很不均匀，从一月递增，六月最大，占全年流量24.5%，然后逐月的递减，最小为12月，只占全年流量的2.7%，最大与最小月份比达9倍，花竹径流年内分配可见见表1。表1-1花竹站径流年内分配表名称一二三四五六七八九十十一十二全年月平均径流267407618108017302290946606470379288253778占年内比例（%）2.864.366.611.018.315.510.148.495.844.805.892.71100花竹站最小流量可以根据沙县及洋口站1950~1978年实测资料进行插补计算得，最小值在1968年，仅为78.8m3/s。5.洪水西溪洪水由暴雨形成，特大洪水发生在4~6月，尤其以六月发生机会最多，每年五，六月份由于高空西风槽，低涡特别的活跃，地面低压锋系出现较为频繁，西南方向来的暖湿气流又加强，当两气团在流域上空交汇时，将形成静止锋，不仅降水持久且强度大，这是造成本流域大范围降水主要的天气系统，也是洪水主要成因，本流域距台风源地较远，东南面受博平等山脉的阻挡，一般台风对本流域的影响不大，若强台风与其它天气系统相遇也将会造成洪灾。根据30年来的实测资料分析，较大洪水形成原因以及历史特大洪水大部分均属与锋雨造成。-75- 水利水电工程专业毕业设计本流域洪水历时一次可达5至10天，一般5至7天可以包括最大洪量，锋型以C复峰及多峰居多。对于入库的洪水，通过计算入库洪峰与天然洪峰的相对增值在0.25%至1%之间，可见影响非常小，建议本水电站直接采用坝址设计洪水。坝址洪水过程线，考虑将沙溪与富屯溪的洪水相组合。6.泥沙坝址没有实测的资料，考虑采用洋口与沙县两站实测悬移质输沙率多年平均值，经过年径流比推算，以洋口与沙县两站多年平均侵蚀模数综合分析的成果比较推得坝址悬移质年输沙量约为0.094公斤/立方米。推移质由于闽北地区无实测资料，可参照新安江罗桐埠站的分析成果，按悬移质的30%进行估计，推得多年平均总输沙量为302万吨。1.3水库地质库区位于闽西北的华夏地区，地层以前震旦第建欧群一变质岩和燕山花岗岩体为主。库区地层褶皱多呈复式，以向半构造为主习峰期褶皱形态较复杂，次数褶皱较发育，华力近—即光期属于燕山期，大体可分成北东~北北东向。北西向和南北向三组，北东向断层多属压性，但也有弹性的，北西向断层多属张性。南北向断层，则是以压性为主。电站所在地区地震基本烈度定位6度。渗漏：库区群山环抱，地下分水岭高于水库设计蓄水位。库岔中无碳酸盐类岩石分布，故无渗漏之虑。矿产淹没：未发现有工业价值的矿产，因此不会影响水库的兴建。库岸稳定：已查明，不稳定或滑块体有沙溪口公路上游600米右岸及沙溪口公路桥上游的一块，规模估计总计约数万立方米。此两处距坝址约为7公里，纵使坍滑对电站也无影响。在绿水坑上游侧2200米处，岩层有侏罗系有顺坡向断层构成滑动面。经推算，认为不论是现在或蓄水以后都应该是稳定的。原上坝址右岸距电站厂房约为500米，边坡地形较平缓，120米高程以上坡积层经过多次滑动，已经趋于稳定，下部岩体风化较发育，T4和附近岩体张开松弛，拉裂，T4的缓倾角结构面末出坡脚，高程80米以下的基岩出露与河库风华岩无露头，片理结构均可延续，边坡下部不存在滑裂面，蓄水后不可能在坡脚长生脆性破裂，酿成严重滑坡。1.4坝址工程地质条件及坝轴线选定1坝址选择-75- 水利水电工程专业毕业设计在西溪的花竹，鲤鱼州河段选定两个比较坝址，相距约500米，称为上下坝址，选坝会议认为：从地质条件上比较，上下坝址无质的差别，均可修建50米左右混凝土重力坝，相对下坝址好。并要求对下坝址两岸坝头稳定条件及河库倾角软弱夹层分布和力学性质作进一步查明，以分析其对坝基稳定的影响。综合其它条件，选定下坝址作为沙溪口水电站的坝址。2选定坝址的工程地质条件坝址地层是由石英片岩、长英片岩和云母片岩所组成，左岸、左河床由石英片岩与云母长英片岩组成。河床礁滩部分及右岸则为云母长英片岩，夹石英片岩和云母片岩。岩性以石英片岩最为坚硬，长英片岩次之，云母片岩最软，但其抗压强度一般也有500kg/cm2。岩层走向为北东向，倾向下游偏右岸。坝址位于鲤鱼洲向斜的西北翼，构造线以北东北北东为主，被向斜构造多呈小型复式褶皱，背斜较紧密，向斜较舒缓。揉褶多发育在云母片岩之中，断裂以北东—北东向较为发育，北北东，北西，北西西次之，断层宽度在0.13~3.0米，规模最大的北西，北西西向F50断层通过左河槽，宽为10~15米。断层带由胶结角砾岩压碎岩组成，对工程地质条件影响不大。F50断层宽30米，需作防渗处理。左右岸均无深层滑动可能，左岸控制其过坡稳定的滑动面的为片理面，在坝肩开挖后，坝肩上下游局部地区片理面和顺层撞压带，可能会引起边坡失稳。左岸各种岩面的稳定坡角若坡高为20~30米，可用45~60°。右岸大部由全风化和强风化所组成，其稳定坡角建议为40~45°。坝基下游不存在临空地形条件，也没有发现有较缓倾角泥化层和贯穿河床的缓倾角结构面，可以认为基础是稳定的。坝基岩面属于裂隙性的含水层，受构造断裂影响，方向性明显，局部断裂带和断裂影响带为较严重的透水带，经推算得绕坝渗漏和坝基渗漏量约为500立方米/一昼夜，相对降水层的埋深不大。综上所述，可认为本坝址对于径流式水电站来说是比较理想的坝址。3坝轴线选定选定坝址后，对于原拟订三条勘探线的勘1，因上游临近左河床深潭，潭底最底高程为44.0米，同时1，2勘线之间河床深槽存在F50，F6等断裂聚汇带；3勘线下游右岸靠近冲沟。为此放弃勘2线的上游和勘1线的下游作为坝轴线比较范围。将坝轴线比较范围限在勘2线~勘1线之间，且增设4线加密勘探，结果认为4勘线两岸新鲜基岩利用面较高，尤其右岸在4线附近的岩体新鲜坚硬完整，可作为齿墙基础，因此从地质条件分析，认为勘4线作为坝轴线是最合适的。4岩石物理力学性质坝基各类岩石的室内物理性能实验成果见表1—2表1-2岩石室内物理性能的实验成果-75- 水利水电工程专业毕业设计岩石名称数量容重（g/cm3）比重吸水率（%）孔隙率（%）近似垂直面抗压强度（kg/cm2）软化系数实验组数干湿干湿石英片岩最大值最小值平均值2.742.722.732.742.732.742.782.762.770.240.110.170.810.720.531992717.21478.81358611.91078.20.860.610.768云母长英片岩最大值最小值平均值2.732.692.712.742.702.722.82.762.780.240.200.220.240.810.521428.11157.71261.2993.2762.2909.40.780.660.727云母片岩最大值最小值平均值2.742.682.712.752.72.742.842.832.840.560.250.390.30.520.411680.5925.81303.2519.9511.2515.60.550.310.422注：1.石英片岩近似平行于理面的两组干抗压强度平均值为841.2公斤/平方厘米。2.云母片近似平行于理面的一组干抗压强度值为296.7公斤/平方厘米。坝基是由三种岩性所组成的。在坝体结构及裂隙发育程度并考虑软化系数较低情况建议利用区内岩石抗压强度1/10，其值可表1—3。岩石与岩石，岩石与混凝土之间抗剪强度实验，选取河床微风化~新鲜岩石，制备20×20×20厘米试样确定，其成果可见表1—4。根据室内单点法实验组，结合坝基得地形地质条件分析，摩擦系数可采用算术平均值，乘上折减系数0.85，粘聚力建议可采用算术平均值的1/5，见表1—5。建筑物部位的分段混凝土/岩摩擦系数建议值右岸挡水段f=0.5船闸f=0.45溢流段f=0.51厂房段f=0.50各类岩石变形的模具量建议值如下：新鲜石英片岩20×104公斤/厘米2新鲜云母长英片岩15×104公斤/厘米2新鲜云母片岩10×104公斤/厘米2-75- 水利水电工程专业毕业设计表1-3坝基岩石承载能力列举数值岩性建议数据（公斤/厘米2）垂直片理岩平面片理岩微风化~新鲜的石英片岩10055微风化~新鲜的云母长英片岩9045微风化~新鲜的云母片岩5010表1-4岩石室内实验成果表岩性实验条件抗剪组数算术平均值图解法最小二乘法tgYCtgYCtgYC云母片岩岩/岩0.511.020.512.050.482.2718混/岩0.572.720.553.10.513.429云母长英片岩岩/岩0.532.700.532.770.513.1411混/岩0.553.02石英片岩混/岩0.582.820.563.16备注分析中舍去少数偏大的成果表1-5岩石抗剪强度指标建议值岩石名称边界条件建议值摩擦系数粘聚力（C）公斤/厘米2云母片岩岩/岩0.430.38云母长英片岩岩/岩0.450.54云母片岩混/岩0.480.54云母长英片岩混/岩0.500.6-75- 水利水电工程专业毕业设计长英片岩混/岩0.550.6F4岩/岩岩/岩混/岩0.40/1.5建筑材料在坝址附近缺少沙石料。土料在坝址的上下游范围内均有分布。1.涉沙净沙料场，沙的质量良好，初步估计储量约为15~20万立方米，运输条件较好，可供工程前期施工时使用。2.二公里半道口采石场岩石为燕山早期花岗岩，无论质量储量均可满足要求，唯需人工沙作实验论证。3.土料最优开采地段为下坝址的右岸，高程在120~170米左右，储量为50~60万立方米以上，质量可满足围堰施工强度要求。1.6综合利用本工程以发电为站为主兼顾航运过木，投产后将接入福建省点系统运行。开发本电站主要目的是适应福建省工农用电需要。沙溪口水电站位于闽北电网中心，电站开发主要是向福州，三明，南平等地区供电，其范围主要在闽北，参加全省电力平衡，考虑水口电站投产后，福建华东联网，本电站负担适当的调峰任务。有通航要求，估计近期过坝货运量为30~60万吨。木材过坝量1990年为20万立方米，2000年为50万立方米。毛竹500~600万株。要求枢纽设置船闸，满足过木及通航要求。枢纽建成后，因水库小无力承担下游防洪任务，下游无灌溉要求。1.7枢纽布置由沙溪口的水文地质资料可知，坝址位置设计洪水位90.00m，对应下游水位可由下泄流量在流量与下游水位关系曲线查得79.7.00m,水头为10.m。校核洪水位91.00m,同理可查得下游水位81.50m，水头为9.50m，汛期限制水位88.00m，设计低水位84.00m。本电站水头不高，水深较小，水头在20m左右，水深不足40m，初步设计选择采用河床式厂房发电；洪水期下泄流量较大，河床较宽，可以选择溢流坝表孔泄洪；两岸山体不高，地质状况一般，选择重力坝挡水；考虑通航过木过竹需要，设置较高通航能力的船闸。考虑河床式水电站枢纽布置特点，为保证洪水季节泄水安全迅速，保证水流流态平稳，防止产生回流，初步将泄水建筑物即溢流坝布置在河床中间。-75- 水利水电工程专业毕业设计经综合分析，确定了(Ⅰ).左岸船闸河床中部溢流坝右岸厂房布置方案，和(Ⅱ).左岸厂房河床中部溢流坝右岸船闸布置方案进行比选。(Ⅰ).左岸船闸中部溢流坝右岸厂房布置方案考虑主河槽位于左河床靠近左岸30~50m之间，开挖至弱风化岩层需至48.00m高程左右，初步设计布置船闸易于通航需求；沿坝轴线自此至右岸500~600m之间，开挖至弱风化岩层需至57.00m高程左右，初步设计选择布置溢流坝和河床式厂房，考虑溢流坝洪水期泄洪不对电厂发电造成影响，其间用重力挡水坝衔接；考虑河流右岸交通便利，山坡较缓，易于出线进厂布置，而将河床式厂房置于右岸，且右岸现有铁路线沿河岸通过坝址，将厂房布置在右岸有利于利用铁路在工程施工时建筑材料的转运及机电设备安装时机电设备的运输。枢纽布置沿坝轴线从左岸至右岸的水工建筑物依次为：重力挡水坝、船闸、溢流坝、重力挡水坝、河床式厂房，开关站初步布置于河道右岸装配厂下游。(Ⅱ).左岸厂房中部溢流坝右岸船闸布置方案由于厂房布置在左岸原主河槽处，厂房施工时需开挖土石方较第一种方案小，相对节省工程投资。但由于开关站布置在河岸处，需要大量块石护岸，所以厂房施工开挖所产生的石料可用于开关站地基铺填，因此，在开挖问题上两种方案实际工程费用相差不大。综上，初步设计采用(Ⅰ).方案，即左岸船闸河床中部溢流坝右岸厂房方案，并采用重力坝挡水，溢流坝泄洪，底流消能。本工程按水利水电枢纽工程等级划分设计标准，确定工程等别为二等，主要建筑物级别二级，次要建筑物级别三级，临时建筑物级别为四级。-75- 水利水电工程专业毕业设计第二章重力坝挡水坝段设计沙溪口水利枢纽河床较宽，初步选择用重力坝挡水，由于重力坝坝体与地基的接触面积大，受扬压力的影响也大。扬压力的作用会抵消部分坝体重量的有效压力，对坝的稳定和应力情况不利，故需采取各种有效的防渗排水措施，以消减扬压力，节省工程量。沙溪口水利枢纽在洪水季节上下游水位均较高扬压力较大，初步设计坝型不能采用基本坝型剖面，需做一定调整。此外，沙溪口坝址处岩石抗剪性能较差，应注意大坝的抗滑稳定分析的研究。基本设计参数：a).水位。上游设计洪水位：90.00m；校核洪水位：91.00m；正常蓄水位（汛期限制水位）88.00m；下游设计洪水位：79.7m；下游校核洪水位：81.50m；正常蓄水位（一台机组发电）：64.67m。b).坝底高程。坝底高程取未风化岩石边界开挖线49.00m。c).材料重度。混凝土重度可由《水工建筑物荷载设计规范》取大体积混凝土结构γ=24.0KN/,水的重度取γ=9.81KN/。d).岩石抗剪强度。由《沙溪口水电站基本情况简要说明》中表7得岩石抗剪强度指标建议值知，云母长英片岩与混凝土边界摩擦系数f=0.5，粘聚力c’=0.6kg/c㎡，K’=3.0，K=1.052．1　剖面设计2．1．1　坝顶高程坝顶高程由静水位+相应情况下的风浪涌高和安全超高。即：坝顶高程▽=静水位+Δh（2-1）式中：Δh=hl%+hz+hc式中：hl%——累积频率为1%的波浪高度，m；hz——波浪中心线高出静水位的高度，可用hz=计算，m；hc——取决于坝的级别和计算情况的安全超高，m；波浪要素hl%由官厅水库公式计算，得-75- 水利水电工程专业毕业设计式中：hm——波浪高，当=20～250时，为累计频率5%的波高；当=250～1000时，为累计频率10%的波高；V0——计算风速，m/s；D——风区长度，即吹程，可由坝前水域形状确定，m；2．1　剖面设计2．1．1　坝顶高程坝顶高程由静水位+相应情况下的风浪涌高和安全超高。即：坝顶高程▽=静水位+Δh（2-1）式中：Δh=hl%+hz+hc（2-2）式中：hl%——累积频率为1%的波浪高度，m；hz——波浪中心线高出静水位的高度，可用hz=计算，m；hc——取决于坝的级别和计算情况的安全超高，m；波浪要素hl%由官厅水库公式计算，得（2-3）（2-4）式中：hm——波浪高，当=20～250时，为累计频率5%的波高；当=250～1000时，为累计频率10%的波高；V0——计算风速，m/s；D——风区长度，即吹程，m；a).设计洪水位情况：-75- 水利水电工程专业毕业设计计算风速v0取为20m/s；设计洪水位下吹程D为3.00km；得h5%=mLm=由荷载设计规范查表得h5%/hm=1.95,h1%/hm=2.42，所以h1%=2.42/1.95×h5%=1.26mhz=（2-5）==0.473mhc=0.5m则Δh=h1%+hz+hc=1.26+0.473+0.5=2.233m坝顶高程=正常蓄水位+Δh=85.5+2.998=92.233mb).校核洪水情况：计算风速v0取为16m/s；校核洪水位下吹程D为3.00km；得hm=765mLm=由荷载设计规范查表得hp5%/hm=1.95,hp1%/hm=2.42所以h1%=2.42/1.95×h5%=2.89/1.92×hm=0.95mhz==hc=0.4m则Δh=h1%+hz+hc=0.95+0.336+0.4=1.686m坝顶高程=正常蓄水位+Δh=91.00+1.686=92.686m坝顶桥梁采用装配式钢筋混凝土结构，桥下会有过流，为使工作桥与水流保持一定距离。并考虑其他因素，取重力坝坝顶高程取93.00m-75- 水利水电工程专业毕业设计2．1．2　坝顶宽度非溢流坝的坝顶宽度一般可取为坝高的8%~10%（即2.72~3.4），且不小于3m。由本水利枢纽非溢流坝坝高=93.00-49=44m可初步取坝顶宽度为4m，为了满足设备布置和双线交通的要求，最终选定坝顶宽度为10m。2．1．3　廊道的布置坝体内灌浆廊道上游壁到上游坝面的距离应不小于0.05~0.10倍水头，且不小于4~5m，取4m，宽度2.5~3m，取2.5m。高度3~4m，取3m。坝体纵向排水检查廊道考虑坝高较小，只设基础排水廊道，高取2m，宽取1.5m。灌浆廊道距离基岩面距离不宜小于1.5倍底宽，即1.5×2.5=3.75m，取4m。2．1．4　剖面形态因本水利枢纽坝址摩擦系数较小，所以不能按常规坝体设计。1.按应力条件确定坝底最小底宽（取=0.125）（2-6）其中，，，，河床底高程49m，H=93-49=44m2.按稳定条件确定坝底最小底宽（2-7）其中，K=1.05，f=0.5,其余同上。取坝底宽度40m。取上游折坡点为69.0m。上游坡n=0.2，下游坡m=0.8-75- 水利水电工程专业毕业设计图2-1挡水坝段剖面图2．2　坝体稳定分析和应力校核2．2．1　设计洪水位时（）2．2．1．1　荷载计算自重水压力上游水压力-75- 水利水电工程专业毕业设计下游水压力扬压力由于扬压力较大，坝体设有防渗帷幕和上下游主副排水系统，由规范DL5077-1997，坝基面渗透压力扬压力强度系数为：α=0.25α=0.20α=0.50图2-2设计洪水位时扬压力分布图-75- 水利水电工程专业毕业设计浪压力图2-3设计洪水位时浪压力分布图坝前水深Hm=41m≥Lm/2=5.27m，为深水波PL=r0（LL+2hL+h0）LL/2-r0（Lm/2）2=9.81×(5.27+1.26+0.473)×5.27/2+9.81×5.27/2=181.03-136.23=44.80kNM=181.032．2．1．2　挡水重力坝的稳定分析表2-1设计洪水时坝基面上荷载计算序号作用类别作用力作用力引起的弯矩-75- 水利水电工程专业毕业设计作用方向计算结果单位作用方向力作用点计算结果单位1自重1↓960KN+19.318560KN.m2↓12672+121520643↓8640+6518402上游侧静水压力水平向→8245.30+13．7112685.8KN.m竖直向1↓392.4+20.78109.6竖直向2↓824.04+2016480.83下游侧静水压力水平向←4622.91-10.247307.78KN.m坚直向↓3698.33+13.8151086.34扬压力1↑13251.4-00KN.m2↑186.39-183355.023↑303.129-19.35860.54↑454.694-2909.45浪压力1→181.03+38.066890.002KN.m浪压力2←136.23-37.495106.81抗滑稳定计算1)抗剪强度2)抗剪断强度公式所以满足抗滑稳定。分项系数法进行挡水坝段稳定分析S(*)=8245.305-4622.91+1.2×(181.03-136.23)=3676.155KN960+12672+8640+392.4+824.04+3698.33-13251.4-186.39×-75- 水利水电工程专业毕业设计1.1-303.129×1.1-454.694×!.2=12851.32KNR(*)==KN满足坝段稳定。水平截面上的边缘正应力=12991.209kN·m=15001.984kNB=44m上游面垂直正应力=>0下游面垂直正应力=>0边缘为压应力，所以也是稳定。2．2．2　校核洪水位时（）2．2．2．1　荷载计算自重水压力上游水压力-75- 水利水电工程专业毕业设计下游水压力扬压力由于扬压力较大，坝体设有防渗帷幕和上下游主副排水系统，由规范DL5077-1997，坝基面渗透压力扬压力强度系数为：α=0.25α=0.20α=0.50图2-3校核洪水位时扬压力分布图-75- 水利水电工程专业毕业设计浪压力图2-4校核洪水位时浪压力分布图坝前水深Hm=42m≥Lm/2=4.22m，为深水波PL=r0（LL+2hL+h0）LL/2-r0（Lm/2）2=9.81×(4.22+0.95+0.336)×4.22/2+9.81×4.2/2=113.87-87.35=26.52kN（2-8）M=113.872．2．2．2挡水重力坝的稳定分析表2-2校核洪水时坝基面上荷载计算-75- 水利水电工程专业毕业设计序号作用类别作用力作用力引起的弯矩作用方向计算结果单位作用方向力作用点计算结果单位1自重1↓960KN+19.318560KN.m2↓12672+121520643↓8640+6518402上游侧静水压力水平向→8652.42+14121133.9KN.m竖直向1↓392.4+20.78122.68竖直向2↓863.28+2017265.63下游侧静水压力水平向←5180.91-10.856126.48KN.m坚直向↓4144.73+13.33552634扬压力1↑14028.3-00KN.m2↑186.39-183355.023↑279.585-19.35395.94↑419.378-2838.7555浪压力1→113.87+39.624511.53KN.m浪压力2←87.35-39.193423.25抗滑稳定计算1)抗剪强度（2-9）2）抗剪断强度公式-75- 水利水电工程专业毕业设计（2-10）满足抗滑稳定条件。分项系数法进行挡水坝段稳定分析S(*)=8652.42-5180.91+1.2×(113.87-87.35)=3503.334KN960+12672+8640+392.4+863.28-14028.3-186.39×1.1-279.585×1.1-419.378×!.2=12642.262KNR(*)==13662.41KN（2-11）满足坝段稳定。水平截面上的边缘正应力=13223.834kN·m=12758.752kNB=44m上游面垂直正应力=（2-12）下游面垂直正应力=（2-13）边缘为压应力，所以也是稳定。-75- 水利水电工程专业毕业设计第三章　重力坝溢流坝段设计3．1　溢流坝段孔口尺寸拟定溢流坝既是泄水建筑物，又是挡水建筑物，既要满足稳定强度要求，又要满足水力条件要求。要有足够的下泄能力，使水流平顺的流过坝面，避免产生振动和空蚀。应使下泄水流对河床不产生危及坝体安全的局部冲刷，不影响枢纽中其他建筑物的正常运行。设计洪水流量20500m3/s，设计洪水位为90m，一台发电机N=8万千瓦。根据公式：8.5QH=N（3-1）式中N——一台机组的装机容量Q——洪水流量H——水头求得Q=229.56，因为共有4台机组，4Q=918.22，故取单宽流量q=70m2/s。设计工况下，Q=20500m3/s则Q=Q-αQ0=20500-0.9×918.22=20300m3/s（3-2）式中Q——通过枢纽下泄流量；Q0——通过泄水孔、水电站及其他建筑物的下泄流量；α——系数，正常运用时取0.75至0.9，校核情况取为0.9。则溢流前缘总净宽L=Q/q=20300/70=281.1m，取290m。取孔数n为18孔，溢流坝孔口形式采用初步设计采用开敞式溢流堰，则每空净宽b=L/n=290/18=16.1m，取17.0m。溢流堰闸门采用横轴弧形闸门，考虑将横缝布置在闸孔中间，则闸墩厚度可取稍薄一些，取d=2m。则溢流前沿总净宽L0=L+(n-1)d=nb+(n-1)d=18×17+17×2=340m。（3-3）3．2　溢流坝段剖面设计-75- 水利水电工程专业毕业设计溢流坝基本剖面的确定原则与非溢流坝相同，剖面除应满足强度、稳定和经济条件外，其外形尚需考虑水流运动要求。通常它也是由基本三角形剖面修改而成，内部与非溢流坝段相同。溢流面由顶部溢流段、中部直线段及鼻坎组成，上游面为椭圆曲线。3．2．1　堰顶高程根据公式，求得（3-4）根据V=Q/A，求得V=6.93m/sH=（3-5）堰顶高程=90-7.22=82.78m。3．2．2　堰面曲线我国现行采用的为美国WES曲线，其曲线方程为：y=（3-6）Hd为定型设计水头。由于校核洪水位为91m，堰顶高程为82.78m，所以，Hmax=8.22；k、n为上游堰面坡度有关的系数。采用WES5型曲线。k=2，n=1.85。得：1)堰顶下游曲线与直线段的切点坐标，根据得，最终解得x=9.922，y=6.700，直线方程：y=1.25x-5.702）堰顶上游采用椭圆曲线连接（3-7）椭圆方程为-75- 水利水电工程专业毕业设计2）弧段由于电站所处位置为头较低，可选用底流消能。根据公式，（3-8）,（3-9）（3-10）求得x=1.465,R=8.89m,取R=10m。图3-1溢流坝剖面图3．2．3消能方式采用底流消能单宽流量q=70.7㎡/s≈0m/s,，堰上水头9.5mT=H+a=9.5+82.78-49=43.28m（3-11）（3-12）（3-13）-75- 水利水电工程专业毕业设计（3-14）根据，由《水力学》附录查得，发生淹没水跃。可以不做消力池，做护袒即可，但是考虑到增加溢流坝坝体自重，使之更加稳定，仍然设置消力池。消力池深由h，，以及查《水力学》附录得：d/hc=0.52d=4.15m消力池长：（3-15）对于曲线型实用堰=0（3-16）由查《水力学》附录得=0.73=2.405故：取l=70m-75- 水利水电工程专业毕业设计3．3　坝体稳定分析和应力校核3．3．1　设计洪水位时3．3．1．1　荷载计算自重水压力上游水压力下游水压力动水压力-75- 水利水电工程专业毕业设计因为没有反弧段，所以不考虑水流离心力，只考虑斜坡直线段上的渐变流时均动水压力，方向垂直于过水断面，渐变流时均压力作用分项系数为1.05。扬压力图3-2设计洪水位时扬压力分布图浪压力，冰压力，地震荷载影响较小，不予考虑。-75- 水利水电工程专业毕业设计3．3．1．2溢流坝的稳定分析表3-4设计洪水时坝基面上荷载计算序号作用类别作用力作用力引起的弯矩作用方向计算结果单位作用方向力作用点计算结果单位1自重1↓960KN+18.918176KN.m2↓1603.2+16.59126597.13↓960+12.27117764↓5568+10.659020.85↓5345.28+0.84276.2246↓1843.2+11843.27↓10.4+18.13188.5522上游侧静水压力水平向→7989.62+12.95103433.3KN.m竖直向1↓392.4+23.679286.108竖直向2↓824.04+2318952.923下游侧静水压力水平向←4622.91-10.2347292.40KN.m坚直向↓3698.33+16.8162181.264动水压力水平向←178.56-18.23249.792KN.m竖直向↓223.20+1.6357.125扬压力1↑13010.41-00KN.m2↑202.086-17.63556.713↑444.59-1.87831.384↑303.129-18.935739.21抗滑稳定计算1)抗剪强度-75- 水利水电工程专业毕业设计2)抗剪断强度公式所以满足抗滑稳定。分项系数法进行挡水坝段稳定分析S(*)=3188.15KN960+1603.2+960+5568+5345.28+1843.2+10.4+392.4+824.04+3698.33+223.20-13010.41—1.1202.086-1.2444.59-1.1303.129=7328.4KNR(*)==KN满足坝段稳定。水平截面上的边缘正应力=32933.6kN·m=7467.84kNB=43.2m上游面垂直正应力=>0下游面垂直正应力=>0边缘为压应力，所以也是稳定。3．3．2　校核洪水位时3．3．2．1　荷载计算自重-75- 水利水电工程专业毕业设计水压力上游水压力下游水压力动水压力因为没有反弧段，所以不考虑水流离心力，只考虑斜坡直线段上的渐变流时均动水压力，方向垂直于过水断面，渐变流时均压力作用分项系数为1.05。-75- 水利水电工程专业毕业设计扬压力图3-2设计洪水位时扬压力分布图浪压力，冰压力，地震荷载影响较小，不予考虑。3．3．1．2溢流坝的稳定分析-75- 水利水电工程专业毕业设计表3-3设计洪水时坝基面上荷载计算序号作用类别作用力作用力引起的弯矩作用方向计算结果单位作用方向力作用点计算结果单位1自重1↓960KN+18.918176KN.m2↓1603.2+16.59126597.13↓960+12.27117764↓5568+10.659020.85↓5345.28+0.84276.2246↓1843.2+11843.27↓10.4+18.13188.5522上游侧静水压力水平向→8321+12.95107756.9KN.m竖直向1↓863.28+2319855.44竖直向2↓392.4+23．679286.1083下游侧静水压力水平向←5180.91-10.8356126.53KN.m坚直向↓4144.73+16.3367683.364动水压力水平向←226.475-18.24121.845KN.m竖直向↓283.09+1.6452.9445扬压力1↑13773.2-00KN.m2↑186.39-17.63280.463↑410.058-1.87766.814↑279.585-18.935292.54抗滑稳定计算1)抗剪强度-75- 水利水电工程专业毕业设计2)抗剪断强度公式所以满足抗滑稳定。分项系数法进行挡水坝段稳定分析S(*)=2913.615KN960+1603.2+960+5568+5345.28+1843.2+10.4+863.28+392.4+4144.73+283.09-13773.2—1.1186.39-1.2410.058-1.1279.585=7324.302KNR(*)==KN满足坝段稳定。水平截面上的边缘正应力=34599.91kN·m=7324.303kNB=43.2m上游面垂直正应力=>0下游面垂直正应力=>0边缘为压应力，所以也是稳定。-75- 水利水电工程专业毕业设计第四章水电站建筑物设计水电站建筑物的尺寸是由水轮机和发电机的主要尺寸来决定的，初步设计要首先选择水轮机、发电机的型号，确定其安装高程。机组台数型号选定后，先拟定厂房下部块体结构布置，并估计以上各层的各种要求，订出主厂房各层及副厂房的高程及布置。4．1特征水头的选择装机容量：N=32万kw，单机容量（机组台数4台）8万kw。1）设计洪水位90.00m，由上下水尺水位~流量关系曲线可查得对应设计洪水流量为20500m/s时的下游水位为79.7m，则此时水头为10.3m。2）校核洪水位910m,由上下水尺水位~流量关系曲线可查得对应设计洪水流量为25000m/s时的下游水位为81.5m，则此时水头为9.50m。3）正常蓄水位时，四台机组发电。假设四个下泻流量Q，从水位流量关系图上查出相应的下游水位。由可得Q～N关系曲线。Q=1600m/sZ下=66.1mH=21.90mN=297.84MWQ=1700m/sZ下=66.20mH=21.80mN=315.01MWQ=1800m/sZ下=66.40mH=18.24mN=330.48MW由插值得正常蓄水位，四台机组发电时Q=1732.3m/s,对应H=21.73m,Z下=66.27m4）正常蓄水位时，一台机组发电。假设四个下泻流量Q，从水位流量关系图上查出相应的下游水位。由可得Q～N关系曲线。Q=400m/sZ下=64.61mH=23.39mN=79.53MWQ=450m/sZ下=64.67mH=23.33mN=89.24MWQ=500m/sZ下=66.71mH=21.29mN=90.48MW由插值得正常蓄水位，一台机组发电时，Q=405m/s,对应H=23.38m,Z下-75- 水利水电工程专业毕业设计=64.62m1）设计低水位时，四台机组发电。假设四个下泻流量Q，从水位流量关系图上查出相应的下游水位。由，可得Q～N关系曲线。Q=2000m/sZ下=66.75mH=17.25mN=293.25MWQ=2100m/sZ下=66.80mH=18.20mN=307.02MWQ=2200m/sZ下=66.85mH=17.15mN=320.71MW由图得设计低水位，四台机组发电时，Q=2185m/s,对应H=17.16m,Z下=66.85m2）设计低水位时，一台机组发电。假设四个下泻流量Q，从水位流量关系图上查出相应的下游水位。由，可得Q～N关系曲线。Q=490m/sZ下=64.79mH=19.21mN=80.01MWQ=480m/sZ下=64.75mH=19.25mN=78.54MWQ=470m/sZ下=6468mH=19.32mN=77.183MW由图得设计低水位，一台机组发电时，Q=489m/s,对应H=19.21m,Z下=64.79m由以上水头值可得：最大水头H=23.38m最小水头H=9.5m加权平均水头为H=H1×60%+H×20%+H×20%（4-1）=21.73×0.5+23.38×0.2+9.5×0.2=19.614m(其中H1为正常蓄水位四台机组满发时的水位)设计水头H=0.9H=17.65m（4-2）4．2水电站水轮机组的选型在水轮机型普表查得可选水轮机有：ZZ460，ZZ560，HL310四种型号，下面进行选型比较计算。-75- 水利水电工程专业毕业设计4．２．１　ZZ460水轮机方案的主要参数选择1）转轮直径D1D1=（4-3）式中：Nr——水轮发电机额定出力（kW）Nr=8/0.97=8.25万kwHr——设计水头（m），取17.65m。——设计流量（m³/s），它是限制工况下的Q1p值查表3-7得1.75m³/sη——原型水轮机的效率（%），由限制工况下的模型水轮机的效率修正可得，由于转轮直径未知，△η为知，可先估算效率修正值△η=7%，限制工况下的模型水轮机的效率为η=79.0%，η=η+△η=86.0%。代入计算得D1===8.68m根据水轮机转轮直径模型水轮机尺寸系列的规定，由上述计算出的转轮直径，选用比计算值稍大的转轮直径值。D1=9.0m2）选择水轮机的转速n==57.08r/min（4-2）水轮机的转速一般采用发电机的标准转速，选择与上述计算值相近的发电机标准转速n=60r/min，P=50。3）效率及单位参数的修正（4-3）=0.195m,=15.0m,=9.0m,H=17.65m,代入上式可求得：叶片在不同转角时的可由模型综合特性曲线查得，从而可求出相应值的原型水轮机的最高效率-75- 水利水电工程专业毕业设计当选用效率的制造工艺影响修正值=1，即可计算出不同转角时效率修正值，其结果如下：表4-1水轮机效率的修正叶片转角-10-50+5+10+15+20（%）66.079.683.684.782.881.278.8（%）78.887.389.890.589.388.286.8-（%）12.87.76.25.86.578.0（%）11.86.75.24.85.567ZZ460水轮机最优工况的模型效率为=85.0，由于最优工况接近于等转角线，故采用=4.8作为修正值，从而原型最高效率为η=85.0+4.8=89.8限制工况的=79.0，=1750L/s，则=10~15，由内插得=6.92，从而该工况下原型水轮机效率η=79.0+6.92=85.92与假定值86.0%相近。4）单位转速、单位流量的修正△n’1=n’10M（-1）（4-4）△Q’1=Q’10M（-1）（4-5）式中：n’10M——模型水轮机最优工况下的转速值（r/min）。Q’10M——模型水轮机最优工况下的流量值（m³/s）。△n’1/n’10M=-1=-1=2.78%<3%-75- 水利水电工程专业毕业设计△Q’1/Q’10M=-1=-1=2.78%<3%所以单位转速、单位流量均可不加修正。5）水轮机的流量Q’1max===1.630m³/s（4-6）则水轮机最大引用流量为：Q’max=Q’1maxD12=1.630×9.02×=554.56m³/s（4-7）电站机组台数为4台，所以，电站最大引用流量为4Q’max=4×554.56==2218.23m³/s6）工作范围检验与特征水头Hmin、Hmax、Hmin、Hr对应的单位转速为：n’1max=nD1/=60×9.0/=175.2r/min（4-8）n’1min=nD1/=60×9.0/=111.7r/min（4-9）n’1r=nD1/=60×9.0/=128.54r/min（4-10）在ZZ460水轮机模型综合特性曲线上绘出Q’1max=1.630m³/s，n’1max=175.2r/min，n’1min=111.7r/min的直线，其所围的区域为水轮机的工作区域，图中阴影部分基本上包括了该特性区域的高效区。7）吸出高度HsHs=10–▽/900–(σ+△σ)H（4-11）式中：▽－－水轮机安装高程（m），取65.0m。σ－－气蚀系数，由水轮机的设计工况参数n’1r=128.54r/min，Q’1M=1.630m³/s查ZZ460水轮机模型综合特性曲线可得，σ取0.52。-75- 水利水电工程专业毕业设计△σ－－气蚀系数修正值，△σ取0.061则Hs=10–▽/900–(σ+△σ)H=10-65.0/900-(0.52+0.061)×17.65=-0.33m4．２．２　ZZ560水轮机方案的主要参数选择1）转轮直径D1D1=式中：Nr——水轮发电机额定出力（kW）Nr=8/0.97=8.25万kwHr——设计水头（m），取17.65m。——设计流量（m³/s），它是限制工况下的Q1p值，查表3-7得2.00m³/s。η——原型水轮机的效率（%），由限制工况下的模型水轮机的效率修正可得，由于转轮直径未知，△η为知，可先估算效率修正值△η=5.5%，限制工况下的模型水轮机的效率为η=81.0%，η=η+△η=81.0%+5.5%=86.5%。D1===8.1m根据水轮机转轮直径模型水轮机尺寸系列的规定，由上述计算出的转轮直径，选用比计算值稍大的转轮直径值。D1=8.5m2）选择水轮机的转速n==67.73r/min水轮机的转速一般采用发电机的标准转速，选择与上述计算值相近的发电机标准转速n=68.2r/min，磁极对数P=44。3）效率及单位参数的修正=0.46m,=3.0m,=8.5m,H=17.65m,代入上式可求得：叶片在不同转角时的可由模型综合特性曲线查得，从而可求出相应值的原型水轮机的最高效率-75- 水利水电工程专业毕业设计当选用效率的制造工艺影响修正值=1，即可计算出不同转角时效率修正值，其结果如下：表4-2水轮机效率的修正叶片转角-10-50+5+10+15+20+2387.688.589.088.387.385.983.379.091.892.492.792.391.690.789.086.1-4.23.93.74.04.34.85.77.03.22.92.73.03.33.84.76.0ZZ560水轮机最优工况的模型效率为=89.0，由于最优工况接近于等转角线，故采用=2.7作为修正值，从而原型最高效率为η=89.0+2.7=91.7。限制工况的=81.0，=2000L/s，则=20~25，由内插得=5.4，从而该工况下原型水轮机效率η=81.0+5.4=86.4，与假定值86.5%相近。4）单位转速、单位流量的修正△n’1=n’10M（-1）△Q’1=Q’10M（-1）式中：n’10M——模型水轮机最优工况下的转速值（r/min）。Q’10M——模型水轮机最优工况下的流量值（m³/s）。△n’1/n’10M=-1=-1=1.51%<3%△Q’1/Q’10M=-1=-1=1.1%<3%所以单位转速、单位流量均可不加修正。由此可见，以上选用的D1=8.5m，n=68.2r/min是正确的。-75- 水利水电工程专业毕业设计5）水轮机的流量Q’1max===1.817m³/s则水轮机最大引用流量为：Q’max=Q’1maxD12=1.817×8.52×=551.52m³/s电站机组台数为4台，所以，电站最大引用流量为4Q’max=4×551.52==2206.10m³/s6）工作范围检验与特征水头Hmin、Hmax、Hmin、Hr对应的单位转速为：n’1max=nD1/=68.2×8.5/=188.1r/minn’1min=nD1/=68.2×8.5/=119.9r/minn’1r=nD1/=68.2×8.5/=137.98r/min在ZZ560水轮机模型综合特性曲线上绘出Q’1max=1.817m³/s，n’1max=188.1r/min，n’1min=119.9r/min的直线，其所围的区域为水轮机的工作区域，图中阴影部分包括了该特性区域的大部分高效区域。7）吸出高度HsHs=10–▽/900–(σ+△σ)H式中：▽－－水轮机安装高程（m），取65.0m。σ－－气蚀系数，由水轮机的设计工况参数n’1r=137.98r/min，Q’1M=1.817m³/s查ZZ460水轮机模型综合特性曲线可得，σ取0.605。△σ－－气蚀系数修正值，△σ取0.061Hs=10–▽/900–(σ+△σ)H=10-65.0/900(0.605+0.061)×167.65=-1.83m4．２．３　HL310型水轮机方案的主要参数选择1）转轮直径D1D1=-75- 水利水电工程专业毕业设计式中：Nr—水轮发电机额定出力（kW）Nr=8/0.97=8.25万kwHr—设计水头（m），取17.65m。—设计流量（m³/s），它是限制工况下的Q1p值，查表3-6得1400l/s=1.4m³/s。η—原型水轮机的效率（%），由限制工况下的模型水轮机的效率修正可得，由于转轮直径未知，△η为知，可先估算效率修正值△η=4%，限制工况下的模型水轮机的效率为η=82.6%，η=η+△η=82.6%+4%=86.6%。D1===9.67m根据水轮机转轮直径模型水轮机尺寸系列的规定，由上述计算出的转轮直径，选用比计算值稍大的转轮直径值。D1=10.0m2）选择水轮机的转速n查表3-4得HL310型水轮机在最优工况下单位转速，初步假定=，将已知的和H=19.614m，D1=10m代入下式得==38.97r/min水轮机的转速一般采用发电机的标准转速，选择与上述计算值相近的发电机标准转速n=60r/min。3）效率及单位参数的修正查表3-6得HL310型水轮机在最优工况下模型效率为=89.6%，模型转轮直径为=0.39m根据式3-14得，则效率修正值=94.6%-89.6%=5%，考虑到模型与原型水轮机在制造工艺质量上的差异，常在已求的值中在减去一个修正值。现取=1.0%，则可得到效率修正值=4.0%，由此可得原型水轮机在最优工况下和限制工况下效率为-75- 水利水电工程专业毕业设计与假设值相近。4）单位转速、单位流量的修正△n’1=n’10M（-1）△Q’1=Q’10M（-1）式中：n’10M——模型水轮机最优工况下的转速值（r/min）。Q’10M——模型水轮机最优工况下的流量值（m³/s）。△n’1/n’10M=-1==2.2%<3%△Q’1/Q’10M=-1==2.2%<3%所以单位转速、单位流量均可不加修正。由此可见，原假定的η=86.6%，Q’1=Q’10m，n’1=n’10m是正确的，那么上述计算及选用的结果D1=10.0m，n=60r/min是正确的。5）水轮机的流量Q’1max===1.310m³/s<1.4m³/s则水轮机最大引用流量为：Q’max=Q’1maxD12=1.817×102×=550.20m³/s电站机组台数为4台，所以，电站最大引用流量为:4Q’max=4×550.20==2200.80m³/s6）工作范围检验与特征水头Hmin、Hmax、Hmin、Hr对应的单位转速为：n’1max=nD1/=60×10/=194.66r/minn’1min=nD1/=60×10/=124.09r/minn’1r=nD1/=60×10/=142.82r/min在HL310水轮机模型综合特性曲线上绘出Q’1max=1.310m³/s，n’1max=194.66r/min，n’1min=124.09r/min的直线，其所围的区域为水轮机的工作区域，图中阴影部分基本上未包括该特性区域的高效区域，所选机型不合理。7）吸出高度Hs-75- 水利水电工程专业毕业设计由于机型不合理，不适用于本电站，吸出高度不再计算。表4-3水轮机选型比较序号项目ZZ460ZZ560ZZ5601模型转轮参数推荐使用水头范围（m）15—2610—22<302最优单位转速（r/min）11613088.33最优单位流量（L/s）105094012204最高效率（%）85.089.089.65气蚀系数0.520.605/6原型水轮机参数工作水头范围（m）9.5-23.389.5-23.389.5-23.387水轮机直径（m）9.08.510.08额定转速n（r/min）6068.2609最高效率（%）89.891.793.1610额定出力（KW）82500825008250011最大引用流量（m³/s）554.557551.52/12吸出高度Hs（m）-0.33-1.83/13高效区占有率较多几乎全部很少水轮机机型综合比选：转轮转速较大有利于减小发电机尺寸，降低造价，上述水轮机中ZZ560转速较高；水轮机直径越小，则蜗壳体积和座环体积有所减少，从而厂房宽度也会相应减小，降低了工程造价，有利于枢纽布置，上述水轮机中ZZ560直径较小；水轮机吸出高度越大，则安装高程越大，使尾水管底板高程升高，有利于减少开挖量，上述水轮机中ZZ460安装高程最大，而其转轮直径较ZZ560大，使其尾水管高度长度相应增大，又使其尾水管底板高程下降，综合两方面因素，在尾水管底板高程问题上，ZZ460与ZZ560相差不大，即开挖量相差不大-75- 水利水电工程专业毕业设计高效区占有率有效的反应水轮机的工作效率，以上几种水轮机中，ZZ560的高效区占有率最大，ZZ460较多，HL310几乎没有占到高效区。经以上综合分析，选择ZZ560-LH-850。4．3蜗壳和尾水管的计算1）蜗壳的型式：由于水头范围9.5~23.38<40m，故由《水电站厂房设计规范》建议采用混凝土蜗壳。2）蜗壳的包角：采用混凝土蜗壳的包角为180时，水轮机效率高，蜗壳前室的宽度较小，故本电站选用=180的混凝土蜗壳，，，蜗壳进口断面平均流速由蜗壳进口断面平均流速曲线得，取=。。由《水轮机标准座环尺寸系列》表得座环外径Da=12600mm，内径Db=11050mm3）蜗壳的断面形状混凝土蜗壳断面采用梯形，便于施工和减少径向尺寸，降低厂房土建投资，蜗壳断面形状采用m>n的形式。　则,图4-1蜗壳断面计算符合要求,绘制曲线。表4-4蜗壳渐变段内径数据表aimnbiFiRi-75- 水利水电工程专业毕业设计76.0003.513.00082.6418013.365.1433.011.64363.72143.5012.354.2862.510.28647.16106.2011.343.4292.08.92932.9974.2910.332.5711.57.57121.1847.709.321.7141.06.21411.7526.468.310.8570.54.8574.6910.567.3中间断面顶角点，底角点变化规律采用直线变化规律，各中间断面面积Fi与其包角关系为，则做出曲线。图4-2蜗壳断面可在曲线上查得=45，R=9.23ma=2.93mm=2.51m=90，R=10.84ma=4.54mm=3.89m=135，R=12.05ma=5.75mm=4.92m-75- 水利水电工程专业毕业设计=180，R=13.30ma=7mm=6m由此可绘出混凝土蜗壳的平面单线图。4）尾水管尺寸主要参数选择尾水管尺寸按模型尺寸放大，则h=2.3D1=19.55mL=4.5D1=38.25mh5=1.27D1=10.80mh6=0.6D1=5.1mD4=1.2D1=10.2mh4=1.2D1=10.2mB5=2.42D1=20.57mL1=1.62D1=13.77m.5）尾水管出口上翘：尾水管考虑岩石开挖问题，将出口扩散段底板向上倾斜，出口处较尾水管底面高2m，则倾斜角。可以，实验证明，这种变动对尾水管性能影响不大。6）尾水管不对称布置：由于蜗壳尺寸较大，厂房机组段长度很大程度上取决于蜗壳的宽度，而蜗壳的宽度在机组中心线两边是不对称的，若采用对称的尾水管则有可能增大厂房机组段宽度。故采用不对称布置。即将出口段的中心线向蜗壳进口侧偏心布置，=12°偏心距为2.4m。4．4发电机的选择与尺寸估算（主要参照文献《水电站机电设备（Ⅱ）》，下文中所示表X-X指该书中内容）水轮发电机额定容量Nrg=8万KW，额定转速nr=68.2r/min可套用发电机额定容量范围N=(80%~120%)Nrg=6.4~9.6万KW额定转速范围n=(90%~110%)nr=61.38~75.02r/min发电机额定客量sf=Nfcos=80000/0.85=94100kVA查《现有发电机型号主要参数及尺寸表》得，没有现成的机型可以套用。4．4．1水轮机发电机主要尺寸估算1、极距τ-75- 水利水电工程专业毕业设计极距（4-12）kj—系数，一般取8~10此时取9P—磁极对数P=442、定子内径DiDi=2P/π×τ=2×44/π×51.5=1443.31cm（4-13）3、定子铁芯长度lt（4-14）4C——系数，查表得C=4×10-6~6.5×10-6取C=6.0×10-6ne——额定转速68.2r/minDi——定子内径（mm）4、定子铁芯外径Da（机座号）定子铁芯外径Da可按下式估算ne=68.2r/min<166.7r/min,则Da==1443.31+1.2×51.5=1505.11cm（4-15）4．4．2发电机外形平面尺寸估算图4-2伞式水轮发电机尺寸示意图-75- 水利水电工程专业毕业设计1、定子机座外径D1由ne<136.4r/min,得丁字机座外径D1=1.14Da＝1715.83cm（4-16）2、风罩内径D2发电机额定容量Sf>20000KVAD2=D1+2.4m=1955.83cm（4-17）3、转子外径D3D3=Di-2δ=1443.31cm（4-18）式中δ为单边空气间隙，初步估算时可忽略不计。4、下机架最大跨度D4由水轮机机坑直径D5及转轮直径8500mm查水电站机电设备表7-2，得D5=1140cm，则D4=D5+0.06=1.14+0.06=1.2m=1200cm（4-19）5、推力轴承外径D6和励磁机外径D7发电机额定容量Sf=94100KVA查表7-3得D6=400cmD7=300cm4．4．3　发电机外形轴向尺寸计算1、定子机座高度h1发电额定转速ne<88.2r/min,则（4-20）2、上机架高度h2由ne<150r/minDi/lin=1443.31/(110.4×68.2)=0.195>0.05可知应采用全伞式发电机则上机架高度h2=0.10Di=0.10×1443.31=144.33cm（4-20）3、推力轴承高度h3励磁机高度h4和副励磁机h5、永磁机高度h6h3=1500~2000mm,取1800mmh4=2000~2400mm，取2200mmh5=800~1200mm,取1000mmh6=600~900mm，取800mm。-75- 水利水电工程专业毕业设计4、下机架高度采用全伞式承载机架：h7=0.20Di=0.2×1443.31=288.7cm（4-21）5、定子支座支承面至下机架支承面或下挡风板之间的距离h8伞式承载机架：h8=0.25Di=0.25×1443.31=360.83cm（4-22）6、转子磁轭轴向高度h10无风扇时：h10=lt+60=110.4+60=170.4cm（4-23）7、下机架支承面主主轴法兰底面距离h9=700~1500mm这里取h9=80cm8、发电机主轴高度h11h11=（0.7~0.9）H（4-24）其中H为发电机总高度，即由主轴法兰盘底面至发电机顶部的高度，可又下式计算得：H=h1+h2+…+h9-h7=1258.56cm则h11=(0.7~0.9)H=(0.7~0.9)×1258.56=881-1133cm，取10m9、定子铁芯水平中心线至法兰盘底面距h12h12=0.46h1+h=0.46×273.4+170.4=296.2cm（4-25）4．4．4发电机重量估算发电机总重可由下式估算：（4-26）式中：Gf——发电机总重量（t）ne——额定转速（r/min）Sf——发电机额定容量（KVA）K1——系数，伞式K1=7~10，这里取8.0发电机转子重可按发电机总重量1/2估算，则可得G=Gf=495.8t发电机飞轴力矩GD2:GD2=K2Di3.5lt=4.5×14.43433.5×1.1=56539.7(t.m2)（4-27）-75- 水利水电工程专业毕业设计4．5调速器与油压装置的选择4．5．1调速功计算反击式水轮机的调速功可采用以下经验公式进行计算：A=（200~250）Q=(1.555~1.944)×10N.m>30000N.m（4-28）式中：Hmax——最高水头，m;Q——最大水头额定出力时的流量，m3/s;D1——水轮机的标称直径，m;所以必须使用大型调速器，接力器柜和油压装置应分别进行计算和选择4．5．2接力器的选择a)．接力器直径的计算对大型调速器通常采用两个接力器来操作水轮机的导水机构，选用额定油压为4.0Mpa，则每个接力器的直径ds可由下式求得ds=λD1（4-29）式中：——计算系数，由表4—3得，=0.03bo/D——导叶相对高度，取bo/D1=0.400由导叶数Z0=24，为标准对称导叶,选直径ds=λD1ds’=0.81ds=631.6mm选择与之相近且偏大的ds=650mm的标准接力器b).接力器最大行程计算接力器最大行程可由下列经验公式求得Smax=(1.4~1.8)（4-30）式中：a0max——-75- 水利水电工程专业毕业设计水轮机导叶最大开度，由模型特性综合特性曲线查得设计工况点下水位a0Mmax=39.5mm，则a0max=a0Mmax（4-31）则Smax=(1.4~1.8)×729=1021.1~1312.8mm,取Smax=1.05mc)．接力器容积计算本电站两个接力器的总容积VS按下式计算得：(4-32）d)．转浆式水轮机转轮叶片接力器对转浆式水轮机的双调节调速器，除选择导叶接力器外须选择转轮叶片接力器，直径（4-33），取较小系数（4-34）取（4-35）4．5．3调速器的选择大型调速器的型号是以主配压阀的直径来表征的，主配压阀的直径d可用下式计算，（4-36）-75- 水利水电工程专业毕业设计故选用DT-150型电气液压型调速器。表4-5：调速器外形尺寸型号机械柜l×b×h基础板L×B电器柜M×N×HDT-150750x950x13751200x1500550x804x2360图4-3调速器外形图4．5．4油压装置油压装置的工作容量是以压力油罐的总容为表征的，此处油压装置不考虑放空阀和进水阀的用油，则压力油罐的容积可用下式计算：VK=（18~20）VS+（4~5）Vc=16.288~18.62m3由此选用与之相邻而偏大的YS-20型分离式油压装置表4-6油压装置外型尺寸(查《水电站厂房设计》)总容积V(m3)油筒外径D1(mm)基础架外径D0（mm）总高H(mm)筒高h（mm）油箱长度m（mm）油箱宽度n（mm）油箱体高k（mm）油箱总高L(mm)10×2184821785040371035003500206034004．6厂房起吊设备的选择设备型号台数选择：最大起重量459-75- 水利水电工程专业毕业设计t，机组台数为4台，故主厂房起吊设备选用一台双小车起重机，额定起重量500t，跨度27m（根据厂房净宽确定）。表4-7工作参数表名义起重量t单台小车起重量（t）跨度lk（m）起重高度（m）速度（m/min）大车轨道起升运行主钩副钩主钩副钩小车大车2×2502505027321612.432.3QU120重机最大轮压（t）小车重（t）电动机（型号/KW）总容重（KW）起升机构运行小车大车7548JZR2-64-10JZR2-41-8JZR2-42-8216表4-8吊车梁主要尺寸表主要尺寸小车轨距LT小车轮距KT大车轮距K大梁底面至轨道距F起重机最大宽度B轨道中心距起重机外端距离B1轨道面至起重机顶端距离H580028805800250106804605400轨道面至缓冲器距离H1车轨中心至缓冲器外端距离A操作室底面至轨道面h3小车长度Bt极限位置平衡梁吊点至大车轨顶极限距离（mm）吊钩至轨道吊钩至轨道中心距离hh1120092025004300主钩副钩L1L24801300610160018004．7主厂房各层高程及长宽尺寸的确定4．7．1水轮机组安装高程对于立轴流转浆式水轮机，其安装高程是指导叶中心高程，可由下式计算得：安装高程=（4-37）=64.80-1.83+0.4085×8.5=66.47m式中：——下游尾水位（m），Hs——吸出高度（m），D1——水轮机转轮直径（m），-75- 水利水电工程专业毕业设计4．7．2尾水管地板高程和厂房基础开挖高程由前计算得本电站尾水管高：19.55m导叶高度b0=3.5m，取尾水管底部厚度3m（考虑要设置排水系统，故取较大值）。尾水管底板高程：Edr=,（4-38）厂房基础开挖高程：EC=Edr-=45.17-3=42.17m（4-39）上两式中：b0/2——半个导叶高度，m；——尾水管高度，m；——尾水管底板混凝土厚度，m；4．7．3水轮机层地面高程水轮机层地面高程是根据蜗壳上部混凝土厚度决定的。水轮机层地面高程可按下式计算：ETu=+=66.47+=78.835m（4-40）4．7．4　发电机楼板高程和安装场高程发电机定子安装高程HST=水轮机地面高程ETu+进人孔+顶部深梁（4-41）=78.835+2+1=81.835m发电机层地面高程因考虑以下两个方面因素a).要保证水轮机层上设备、管路、出线的布置要求。发电机层楼板高程EGe=发电机定子安装高程HST+定子支撑面至发电机层地面高度（4-42）HGa=81.835+2.73+1.44=86.005mb).要保证泄洪时下泄的洪水不淹厂房。发电机地板高程EGe=最高尾水位ETmax+安全超高Hfc=81.5+0.5=82m（4-43）故选择其中较大者为发电机层楼板高程，取为86.005m-75- 水利水电工程专业毕业设计由于发电机层楼板高程已高于下游最高尾水位，故安装场高程可取为与发电机楼板高程同高为82.00m。厂区对外交通道路的高程及开关站高程均取为与发电机层楼板同高，均为82.00m。4．7．5吊车梁轨顶高程对于装设竖轴机组的厂房，控制吊车轨顶的因素主要是起吊发电机转子，水轮机转轮和在安装间检修变压器时起吊变压器所需要的高度，由横剖图绘制过程得取吊车梁轨顶高程为100.00m4．7．6屋顶面高程当吊车梁轨顶高车确定以后，根据已知起重机尺寸，其顶部与房顶大梁或天花板之间净距离应不小于0.3m，并应考虑安装和检修起重机的措施。由此计算得，厂房屋顶高程=吊车梁轨顶高程+吊车高度+安全高度+屋面梁高及屋面厚=100.00+5.40+0.3+2.3=108.00m（4-44）4．7．7厂房总高由厂房屋顶高程减去厂房尾水管开挖面高程既得厂房总高108.00-45.17=62.83m4．7．8主厂房平面尺寸的设计1）机组段长度的确定机组段长度主要由蜗壳、尾水管、发电机风罩在X轴方向（厂房纵向）的尺寸来定，并考虑机组附属设备及主要交通道、吊运通道的布置等所需的尺寸。确定过程如下：a)蜗壳层L=13.3+2+8.5+2=25.8mb)尾水管层L=20.57+4=24.57mc)发电机层L=19.55+2+3=23.35m机组段长度可由蜗壳层决定，为25.8m2）装配场的尺寸L=（1~1.5）25.8=25.8~38.7m，取38m。3）端部附加长度-75- 水利水电工程专业毕业设计4）主厂房长度的确定主厂房长度=4+25.8+1=148.25）主厂房的宽度的确定主厂房宽度应从厂房上部和下部结构的不同因素考虑。上部宽度取决于吊车跨度，发电机直径，最大部件吊运方式等条件，下部宽度取决于蜗壳和尾水管的尺寸。本电站桥吊的跨度已确定为为27m，再加上下游立柱宽，最终主厂房的宽度为32m。经厂房各层平面图绘制过程验证，该宽度能够满足各个要求。本设计将机组中心线设在厂房上下游排架柱间中心线上，具体布置详见厂房横剖图。4．8水电站厂房的稳定计算取三种工况进行验算：①正常水位运行工况：上游正常蓄水位，下游一台机组满发时的水位；②校核洪水运行工况：上游校核洪水位，下游相应洪水位③机组大修工况：上游取正常蓄水位，下游取一台机组满发，水轮机井中，水轮机转子、发电机转子被吊出，蜗壳、尾水管内无水重，闸门关闭。（由于设计洪水位运行工况上游水位为90.00m，校核洪水运行情况上游水位为91.0m，两种工况受力情况相似，由于机组大修时，机组段自重最小，此时厂房不稳定性提高，所以选取机组检修工况来验算）4．8．11.荷计算载a)．自重这里将建筑物沿河流方向分为四部分：上游进水口部分，主厂房上部结构部分，副厂房尾水平台部分，下部基础结构部分。由《水工建筑物荷载设计规范》，取厂房混凝土结构重度24kN/m3。上游进水口部分：主厂房上部结构部分：副厂房尾水平台部分：-75- 水利水电工程专业毕业设计下部基础结构部分：得∑W砼=W1+W2+W3+W4=3285118.2kNb)．水压力=9.81×(88-49)2×1/2×25.8=192481.0kN/m=9.81×(66.27-45.17)2×1/2×25.8=56340.9kN/mc)．水轮机发电机重厂房中主要机械重即为水轮机重和发电机重，在正常水位运行工况中均考虑包括水轮机转子重量和发电机转子重量在内的全部重量。发电机重：991.5×9.81=9726.62kN取水轮机重和发电机一样重。d).扬压力由于扬压力较大，设计在厂房基础设防渗帷幕和上下游主副排水系统，由规范《水工建筑物荷载设计规范》，计算如下：U1=U2=U3=U4=U=×L=430347.9kNe)．淤沙压力由于厂房段机组进水口底面与河床底面基本相平，难以形成淤沙，故在厂房机组段稳定计算中不考虑淤沙压力。f).浪压力由前计算重力坝段时计算结果得p0=44.80kN/m,则P=p0×L=44.80×25.8=1155.84Kn-75- 水利水电工程专业毕业设计表4-9水电站厂房基面荷载计算方向大小（KN）力臂(m)力矩(KN.m)方向厂房自重1↓22291217.63923251.2逆时针2↓314766.310.23210616.3逆时针3↓37152011.44235328顺时针4↓296919.56.31870592.9逆时针水压力1→192481.0132502253顺时针2←56340.97.09399450.6逆时针发电机水轮机重1↓9726.622.221398.6逆时针2↓9726.622.221398.6逆时针扬压力1↑371454.2100￣2↑33656.15.5185108.6顺时针3↑10090.3830302711.4顺时针4↑15147.1831.5477136.2顺时针浪压力1→1155.824.328077.6顺时针1.抗滑稳定验算,抗剪断稳定计算=抗剪稳定计算-75- 水利水电工程专业毕业设计则厂房整体抗滑稳定1.抗浮稳定验算，-75- 水利水电工程专业毕业设计第五章混凝土蜗壳的结构计算5.1内力计算5.1.1荷载及其计算计算简图如图所示机敦自重（圆筒式机敦）楼板荷载自重风罩自重（厚度取为50cm）机组设备自重991.5t,即为9716.7KN通过计算得，机敦作用于蜗壳顶板的分布荷载为379.73KN/，转换为为146.57KN/m-75- 水利水电工程专业毕业设计蜗壳自重顶板==102KN/m边墙W==1766.16KN/m（6）内水压力作用于顶板=35N/m作用于边墙底部=45N/m5.1.2载常数计算（1）顶板计算解得mm（2）边墙，计算解得，，5.1.3形常数计算（1）惯性矩（2）系数m、n顶板AB：m=0，n==0.584边墙BC：m=0，n==0.21-75- 水利水电工程专业毕业设计（3）抗弯劲度（4）分配系数传递系数，5.1.4内力计算由力矩分配法求得，，（2）计算求得弯矩图，剪力图和轴力图-75- 水利水电工程专业毕业设计图5-2弯矩图图5-3轴力图-75- 水利水电工程专业毕业设计图5-4剪力图5.2配筋计算5.2.1顶板顶板尺寸为=已知支座边缘截面弯矩M=4255.75KNm，集中力N=1487.3KN（拉力）-a=425/2-5=207.5cm，所以-a，属于大偏心受拉构件，所以按照构造配筋。-75- 水利水电工程专业毕业设计，按构造要求应选6165.2.2边墙，按照对称配筋边墙尺寸=cm，，，按构造要求配筋选用818.5.3抗裂计算5.3.1顶板按偏心受拉构件，根据公式：(5-6)式中：---钢筋混凝土构件的抗裂安全系数---混凝土的抗裂强度---截面抵抗矩的塑性系数，矩形截面的=1.55---换算截面面积，，n----钢筋弹性模量与混凝土弹性模量之比，即（5-7）-75- 水利水电工程专业毕业设计---换算截面受拉边缘的弹性抵抗矩，，（5-8）h---截面高度，m---换算截面重心至受拉边缘的距离，m。对于矩形截面（5-9）---换算截面对其重心轴的惯性矩，，对于矩形截面（5-10）算得，=212cm==所以355.8KN>(满足抗裂要求)5.3.2边墙C支座截面按受弯构件，利用公式：（5-11）---钢筋混凝土构件的抗裂安全系数---混凝土的抗裂强度---截面抵抗矩的塑性系数，矩形截面的=1.55---换算截面受拉边缘的弹性抵抗矩=300.5cm==12090KN>(满足抗裂要求)-75- 水利水电工程专业毕业设计参考文献[1]沈长松刘晓青等,水工建筑物.北京:中国水利水电出版社[2]刘启钊,水电站.北京:中国水利水电出版社[3]水利水电建设总局.水电站机电设计手册——水力机械.北京:水利水电出版社.1982.9[4]赵振兴.水力学.南京:河海大学出版社.1996[5]河海大学主编.水工建筑物（上）.南京:河海大学出版社1995.1[6]索丽生、胡明、任旭华.水利水电工程专业毕业设计指南.北京:中国水利水电出版社.2002.12[7]合著，水电站机电手册之水利机械分册.北京:中国水利水电出版社[8]刘天雄主编.水电站建筑物图例.北京:清华大学出版社.1984.9[9]L.Muller，TheUseofShotcreteforUnder-groundSupportPrincipleofTheNATM.WaterPower&DamConstructon[10]L.Muller,RemovingMisconceptiononTheNATM.Tunnels&Tunnelling[11]L.P.Mikhai-lov,TechniquesforSovietPumpedStoragePlantConstruction.WaterPower&DamConstructon[12]macginleyTJ.ReinforcedConcreteStructures.MewYork:John&.Whiley-75- 水利水电工程专业毕业设计后记一件事完成的漂亮与否不完全取决于你的智商多高，甚至可以说很多时候跟智商没有多大关系。它常常是取决于情商的。这是我本次毕业设计最真实的感受。最为难得的一件事情就是坚持了。要有条理地管理好自己的时间，有计划地完成阶段性的任务，不被惰性，不被眼前的困难打败是件很难的事情。我在中期阶段以后，涉及到许多复杂的图形和专题时，因为经验不足，思绪太多，以致于犹犹豫豫，无从下手，耽误了很长的时间。后阶段不得不赶进度，任务繁重，以致经常熬夜。毕业设计结束了，看着存档的各种规范资料，心里十分踏实。但也会反思：我应该可以把时间利用的更充分，应该可以学到更多东西的。很感激包耘老师的教导，他非常负责，认真抓好进度以及每位学生的设计时间，也感激组里同学给我的帮助，帮我解答很多疑难问题，互相勉励上进。大四最后了，突然有了学习的劲头，开始很怀念学校。有些伤感，也有些恐惧。但我必须要有勇气扛起成长带给我的压力，克服浮躁心态，时时告诫自己要有耐心和信心来争取和等待自己的成功。踏踏实实，虚心请教。还要学会正确管理自己的时间，准确把握自己工作的方向，去努力寻找突破口摆脱困难。低调做人，高调做事，学无止境是我这次毕设最大的收获。-75- 水利水电工程专业毕业设计-75-'