坝后式水电站设计及发电机机座结构稳定计算说明书毕业论文

'摘要J电站在瓯江上游干流梯级开发的第一级水电站，工程以发电为主，兼顾航运、放木及防洪等综合利用要求。瓯江流域处浙东南沿海山区，属于年调节水库。本次设计的水库死水位为263.5m，正常蓄水位为283m。根据历史洪水资料设计洪水（P=0.1%），水库的设计洪水位289.5m。校核洪水位（P=0.01%）为291.8m。根据地形地质的特点选择坝型为重力坝，坝长270.5m。其中溢流坝段长142.5m，其中有8孔溢洪道，净宽102.5m。水电站进水口中心线高程251.04m。水电站装机容量为18万kW，四台机组单机4.5万kW。水轮机型号为HL220-LJ-300；为坝后厂房顶溢流式厂房，开关站布置在右岸。主厂房总宽定为19m，总长68m。水轮机安装高程为202.19m。起重机选用电动双钩桥式起重机，最大起重量选2×100吨，跨度选用16m。装配场长度取20.8m，进场公路布置在左岸。副厂房是为保证水电站正常运行需要，设置在主厂房与坝的间隙。主要布置各种机电辅助设备、房间、生产间和必要生活设施房间。AbstractJplantisthefirststephydropowerstationinupperreachesoftheOujiangRiver.Themainpurposeoftheprojectistogenerateelectricity,butalsoconsideredthewoodsoftheshippingandprotectfloods.OujiangRiverbasinlocatedinthesoutheastareawhichisnearthesayinZheijangProvince,andtheplantisayearadjustreservoirThisdesigndeterminedthedeadwaterlevelis263.5m,thenormalwaterlevelis283m.Accordingtothehistoricalflooddate(P=0.1%),thedesignedfloodlevelis289.5m,theproofreadlevelis291.8m(P=0.01%).Accordingtothecharacteristicsofgeologyandtopography,gravitydamwas chosen.Thetotallengthofthedamis270.5m,andtheover-flowdamis142.5m,andeighiholesover-flowcausesisset,andthelast,thenetwidthis100m.Theelevationofthewaterintakeoftheplantis254.2m.Thetotalelectriccapacityis180,000kW,andfourgenerateswhosecapacityis45,000kWwasinstalled.ThetypeoftheturbineisHL-220-LJ-300.Theunitsareinstalledinthemainpowerhouse.Thewidthofthemainpowerhouseis19m,thelengthis68m.Allkindsofauxiliaryequipmentandotherkindsofroomsassembleindeputyhouse. 目录摘要1Abstract11水文地址情况与枢纽布置81.1流域概况81.2水文与气候81.3地形与地质111.3.1水库区工程地质111.3.2坝址地质111.4天然建筑材料121.4.1土料：121.4.2砂石料：121.5给定设计控制数据121.5.1设计资料121.5.2设计任务131.6枢纽布置132重力坝挡水坝段设计152.1剖面设计152.1.1坝顶高程的确定152.1.2坝底宽的确定162.1.3实用剖面182.2荷载计算（取单宽1米）192.2.1设计洪水位下荷载20 2.2.2校核洪水位下荷载212.3稳定分析222.3.1设计洪水位下稳定计算222.3.2校核洪水位下稳定计算222.4应力校核232.4.1原理232.4.2设计洪水位下242.4.3校核洪水位下242.5坝内构造252.5.1坝内廊道252.5.2坝基处理252.5.3坝体分缝263重力坝溢流坝段设计273.1剖面设计273.1.1堰顶高程的确定273.1.2堰面曲线303.1.3下游反弧段313.2荷载计算333.2.1设计洪水位下333.2.2校核洪水位下333.3稳定分析343.3.1设计洪水位下343.3.2校核洪水位下353.4应力校核353.4.2设计洪水位下353.4.3校核洪水位下363.5溢流坝消能抗冲刷措施36 3.5.1挑距363.5.2冲坑373.5.3导墙高度374水电站引水建筑物384.1进水口高程384.2压力钢管的布置384.3压力钢管的厚度394.4拦污栅及进水口闸门的设计404.5通气孔415水电站建筑物设计425.1特征水头的选择425.1.1校核洪水位下425.1.2设计洪水位下425.1.3正常蓄水位+一台机组满发425.1.4正常蓄水位+四台机组满发425.1.5设计低水位+一台机组满发435.1.6设计低水位+四台机组满发435.2水电站水轮机组的选型445.2.1转轮直径D1445.2.2转速n（最优工况）445.2.3效率修正455.2.4工作范围检验455.2.5吸出高度Hs465.3水轮发电机的选择与尺寸估算475.3.1主要尺寸估算475.3.2平面尺寸估算48 5.3.3轴向尺寸485.4蜗壳和尾水管的计算495.4.1金属蜗壳尺寸495.4.2尾水管尺寸505.5调速器与油压装置的选择515.5.1调速器515.5.2油压装置525.6厂房桥吊设备的选择535.7厂房形式与布置545.8主厂房的特征高程555.8.1水轮机安装高程555.8.2尾水管底板高程555.8.3水轮机层地面高程555.8.4定子安装高程555.8.5发电机层地面高程（定子埋入式）565.8.5装配场地面高程56装配场与发电机层同高212.50m。565.8.6吊车轨顶的高程565.8.7厂房顶部高程565.9水电站主厂房长宽尺寸的确定565.9.1主厂房宽度的确定565.9.2主厂房长度的确定575.10主厂房各层的布置595.10.1发电机层595.10.2水轮机层595.10.3蜗壳层605.11水电站副厂房各层高程及平面布置60 6专题——发电机机座及结构稳定计算626.1设计假定626.1.1动力计算中的假定626.1.2静力计算中的假定626.2荷载及组合636.2.1荷载636.2.2组合646.3机墩动力计算646.3.1机墩强迫振动频率646.3.2机墩自振频率656.3.3共振检验与动力系数确定666.3.4振幅检验666.4机墩静力计算686.4.1垂直正应力686.4.2剪应力686.4.3主拉应力696.4.4应力校核69主要参考文献71 1水文地址情况与枢纽布置1.1流域概况紧水滩水电站在瓯江支流龙泉溪上，坝址以上流域面积2761平方公里。龙泉溪发源于浙闽交界仙霞岭、洞官山，河流长度153公里，直线长度77公里，平均宽度36公里。除龙泉县城附近及赤石仁三处有小片盆地外，其余地段多为峡谷，河床覆盖多以大块石和卵石组成，险滩较多。本流域东侧与瓯江支流小溪相邻，西侧与钱塘江支流乌溪江相邻，南侧为闽江支流松溪，北侧为瓯江支流松阴溪。河流四周均为岭南山系洞官山脉包围，山脉走向与河流流向一致，最高峰黄茅尖高达1921米，流域平均高度662米，河道坡降上游陡、下游缓，平均坡降为6.32‰~0.97‰，因河道陡，河槽调蓄能力低，汇流快，由暴雨产生的洪水迅涨猛落，历时短，传播快，所以一次洪水过程尖瘦，属典型的山区性河流。龙泉溪是浙江省木材主要产地，境内森林茂盛，植被良好，水土流失不严重。本工程为瓯江干支流规划的五个梯级开发中的一级，以发电为主，兼顾航运、放木（竹）以及防洪等综合效益。电站建成后主要担任华东电网调峰并供电丽水、温州，将使丽、温两地区通过220千伏输电线路联系，形成浙南电力系统。为解决建坝后龙泉溪木材（竹）的流放和航运的发展，大坝左岸专门设置有货筏过坝建筑物。水库有1.53亿立方米的防洪库容，用以减轻下游丽水、碧湖地区防洪的负担。1.2水文与气候本地区地处浙东南沿海山区，属温带季风气候，气候温和，坝址区历年平均气温17.3℃，月平均气温以1971年7月份30.7℃最高，1962年1月份13℃最低，实测最高气温为40.7℃（1966年8月），最低气温-8.1℃（1969年2月）。 流域内气候湿润，历年平均相对湿度79%，其中以6月份的87%为最大，1月份的84%为最小，实测最小相对湿度仅8%。本流域距东海仅120～180公里，水汽供应充沛，坝址以上流域年平均雨量为1833.8毫米，但在年内分配很不均匀，3～9月占年雨量为80.5%，其中5～6两月为雷雨季节，降雨量占年雨量的三分之一，往往形成连绵起伏的洪水，本流域暴雨常出现在此期间，实测最大24小时雨量为236.8毫米。7～9月间台风侵袭，也有暴雨出现，最大24小时雨量曾达145.4毫米。流域多年平均降水日数为172天，最多达201天，最少145天。本流域4至8月为东南风，1至3月、9至12月一般为东北风及西北风。历年平均风速1.15米/秒，出现在1970年4月，风向西北偏西。坝址区可能发生最大风力为11级，相当于风速32米/秒。紧水滩坝址与石富站流域面积仅差41平方公里，占控制流域面积的15%，故坝址处流量资料均不加改正，直接采用石富站资料。泥沙对紧水滩水库使用不会有严重的影响。表1-1厂区水位流量关系：水位（m）202203204205206207208209210流量（m3/s）8024054088012801740230029003620水位（m）211212213214215216217218219流量（m3/s）438052006060700079408980100801120012340图1-1厂区水位流量关系曲线 表1-2水库面积、容积：高程（m）205215220225230235240面积（km2）01.32.33.95.77.79.7容积（108m3）00.050.20.350.60.9251.375高程（m）245250255260265270275面积（km2）11.613.615.918.321.324.527.7容积（108m3）1.92.53.24.055.056.257.575高程（m）80285290295300面积（km2）31.235.240.348.158.4容积（108m3）9.1010.7512.715.0517.7图1-2水库容积曲线 1.3地形与地质1.3.1水库区工程地质水库周边地势高峻，无低矮分水岭，岩石坚硬较完整，虽有部分断层延伸库外，但断层胶结好，山体雄厚，且地下水位分布较高，故无永久渗漏之虑。由于库岸有第四系松散地层分布，岩石节理发育，水库暂时渗漏损失甚小，对水库蓄水无影响。库区岩石以山岩为主，物理地质现象以小型塌滑体居多，蓄水后小型的边坡再造虽有可能但不致产生大规模的边坡不稳定。本地区地震烈度为6度，可不考虑抗震设计，不计地震荷载。1.3.2坝址地质坝区位于90平方公里的“牛头山”花岗斑岩岩技的南缘，其中有后期的细粒花岗岩和小型的石英岩脉、细晶岩脉、辉缘岩脉侵入穿摘其间与围岩接触良好。混凝土/新鲜花岗斑岩抗剪摩擦系数0.7，凝聚力5千克/平方厘米，抗剪断摩擦系数1.0。混凝土/混凝土抗剪断摩擦系数1.25，凝聚力1.45×103Kpa。根据坝址区资料分析，紧水滩坝址两岸地形对称，岩性均一，较新鲜完整，风化浅，构造不甚发育，水文地质条件较简单，故属工程地质条件较好的坝址。 1.4天然建筑材料1.4.1土料：下村料场：位于平缓的山坡上，高程300以下，主要为壤土，料场距坝址0.5千米，有效储量426700立方米。油坑料场：位于500～550米高程的低平山丘上，为粘土及壤土组成，料场距坝址1.5千米，有效储量747600立方米。1.4.2砂石料：局村至小顺区六个料场，左右岸各三个，最远距坝址16.5公里。局村至坝址区十个料场，左岸4个，右岸6个，最远距坝址9公里。坝址至赤石区七个料场，最远距坝址12.2公里。共计23个料场，有效储量水下557000立方米，水上3094600立方米，合计3651600立方米。1.5给定设计控制数据1.5.1设计资料设计原始资料1份，附图3张。水能规划1．校核洪水位291.80m。校核洪水最大下泄流量15400m3/s2.设计洪水位289.5m。设计洪水最大下泄流量12250m3/s3．设计蓄水位283.0m4．设计低水位263.5m5．装机容量18万kW（³3台）6．机组机型自选7．其它挡水建筑物及泄水建筑物1.挡水建筑物混凝土重力坝2.泄水建筑物混凝土溢流坝3．其它引水建筑物 压力钢管水电站建筑物坝后式地面厂房其它1.5.2设计任务1.水能利用（无）2．枢纽布置、挡水及泄水建筑物根据所给资料确定挡水及泄水建筑物的断面型式，并进行必要的稳定计算。确定溢流坝后消能工型式及尺寸，绘出挡水、泄水建筑物及消能工的剖面图。进行水利枢纽布置并绘出平面布置图。3．水电站引水建筑物确定压力钢管的布置方式，以及钢管的材料，进行管身应力分析及结构设计。4.水电站厂房根据所选机型和水位～流量关系，确定厂房的轮廓尺寸，并对水电站厂房进行稳定计算，绘出水电站厂房各层的平面布置图和厂房的纵剖面图，上、下游立视图。进行厂区布置，绘出厂区布置图5.其它发电机机座结构稳定计算1.6枢纽布置枢纽由非溢流坝段、溢流坝段、坝后式溢流厂房、开关站、进厂公路及上坝公路等组成。坝轴线垂直水流方向。坝顶高程292.35米，坝基面高程200米，坝高92.35m，坝长270.5m。溢流坝段（5#~13#）布置在河谷中间，总宽142.5米。溢流前沿总宽102.5m,分八孔，有机组段闸墩宽7m，孔口宽7.5m，无机组段闸墩宽3m，孔口宽16m，采用鼻坎挑流消能，反弧半径30m。 非溢流坝段（1#~4#、14#~17#）布置在河谷两岸。采用溢流式厂房，厂房位于溢流坝坝趾处，厂房顶兼作溢洪道。电站厂房中间机组段长14.5米，总长68米。装配场长度20.8m，将装配场放在厂房左边。发电机层与装配场层同高，均为212.50m。主厂房与坝设纵缝分开，厂房上部与坝体之间的空间较大，将副厂房布置于此。关于进厂公路，设计时考虑了两种方案。由于设计及校核情况下下游尾水位很高，设计情况下下游尾水位为218.92m，校核情况下下游尾水位为221.68m，而装配场的高程为212.50m，采用公路进厂在丰水期公路有被淹的危险，但若采用隧洞进厂，则开挖量很大，费用也很高，而且尾水平台的启闭机也不易安装及检修，施工时运输也比较麻烦，故应考虑与装配场层同高的进厂公路，在洪水期电站工作人员从坝顶进厂，如新安江就是采取这种方式。引水道采用压力钢管，压力钢管布置在坝体内，进水口布置在溢流坝闸墩内，压力钢管与蜗壳之间用伸缩节相连。变压器布置在溢流坝顶，母线通过出线洞到坝顶，采用扩大单元接线，两台机组设一台主变。高压开关站设置在右岸，采用露天式，大小为30m乘45m。 2重力坝挡水坝段设计2.1剖面设计重力坝剖面设计的任务在于选择一个既满足稳定回去强度要求，又使体积最小和施工简单、运行方便的剖面。先确定基本剖面，再在基本剖面的基础上确定实用剖面。重力坝的基本剖面，一般指在主要载荷作用下满足坝基面稳定和应力控制条件的最小三角剖面。因此，基本剖面分析的任务是在满足强度和稳定的要求下，根据给定的坝高求得一个最小的坝底宽度，也就是确定三角形的上下游坡度。为分析方便计，沿坝轴线方向取单位长度的坝体进行研究，其上下游面的水平投影长度分别为和。假定上游库满水位平三角形顶点水深为，下游无水。坝的载荷只考虑上游水平压力、水重和坝体自重以及扬压力，在此情况下，讨论及应如何取值才能满足安全和经济的要求。2.1.1坝顶高程的确定根据水电站装机18万kw，水库总库容13.7×108m3，取工程规模为大（1）型。 2.1.1.1坝顶超出静水位高度△h△h=2hl+ho+h（2-1）式中2hl～波浪涌高ho～波浪中线高出静水位高度hc～安全超高（1）2hl=0.166vf5/4D1/3式中：Vf——为计算风速，设计情况宜采用洪水期多年平均最大风速的1.5~2倍，校核情况宜采用洪水期多年平均最大风速。此处设计洪水位下取2m/s，校核洪水位下取1.15m/sD——库面吹程（km），指坝前沿水面至对岸的最大直线距离，可根据水库形状确定。但若库形特别狭长，应以5倍平均库面宽为准，此处取1.4km。求得设计洪水位下2h1=0.09m,校核洪水位下2h1=0.04m。（2）ho=cth求得设计洪水位下为0.07m，校核洪水位下为0.0024m。（3）hc-查《水工建筑物》（上）河海大学出版社P53表2-8基本组合：hc=0.7m，特殊组合：hc=0.5m故设计洪水位下hc=0.7m，校核洪水位下hc=0.5m。2.1.1.2坝顶高程设计洪水位+△h设=290.297m坝顶高程=max校核洪水位+△h校=292.35m取坝顶高程为292.35m2.1.2坝底宽的确定基本剖面是以校核洪水位为高程，再以应力条件和稳定条件求得最小坝底宽来确定的。 2.1.2.1应力条件式中B——坝底宽度，m；H——基本剖面坝高，m（基本剖面H=238.0-110.0=128m）；——坝体材料容重，；——水的容重，；——扬压力折减系数,按规范坝基面取0。25；——摩擦系数，由资料可得本设计采用0.72；2.1.2.2稳定条件式中B——坝底宽度，m；H——基本剖面坝高，m（基本剖面H=238.0-110.0=128m）；——坝体材料容重，；——水的容重，；——扬压力折减系数,按规范坝基面取0。25；——摩擦系数，由资料可得本设计采用0.72；K——基本组合安全系数。取B=65.85m,此时m=0.75 图2-1非溢流坝基本剖面2.1.3实用剖面2.1.3.1坝顶宽度坝顶需要有一定的宽度，以满足设备布置、运行、交通及施工的需要，非溢流坝的坝顶宽度一般可取坝高的8~10%，并不小于2m，如作交通要道或有移动式启闭机设施时，应根据实际需要确定，当有较大的冰压力或漂浮物撞击力时，坝顶最小宽度还应满足强度的要求。根据坝顶双线公路交通要求，坝顶B取为10m。2.1.3.2剖面形态上游折坡的起坡点位置应结合应力控制条件和引水、泄水建筑物的进口高程来选定。一般在坝高的1/3~2/3的范围内。为尽量利用水重，在满足应力要求前提下，上游坡应尽可能缓。同时考虑电站进水口闸门拦污栅和操作便利，为尽量利用水重，在满足应力要求的前提下，折坡点高程定在235.00m处。坝顶高程292.35m，坝底高程200.00m，折坡点高程235.00m，上游坝坡坡度1：0.15，下游坝坡坡度1：0.75，坝顶宽10.00m，坝底宽74.10m，上游侧5.25m，下游侧68.850m。 图2-2非溢流坝的实用剖面2.2荷载计算（取单宽1米）荷载计算时仅考虑自重，静水压力及扬压力（浪压力较小，略去不计），在验算稳定时需用荷载的设计值，用极限状态法验算应力时，需用荷载的标准值，以下是各荷载的作用分项系数。表2-1作用分项系数序号作用类型分项系数1自重1.02水压力1）静水压力2）1.01.05、1.1、1.1、1.3 动水压力：时均压力、离心力、冲击力、脉动压力3扬压力1）渗透压力2）浮托力3）扬压力（有抽排）4）残余扬压力（有抽排）1.2（实体重力坝）、1.1（宽缝、空腹重力坝）1.01.1（主排水孔之前）1.2（主排水孔之后）4淤沙压力1.25浪压力1.2注：其它作用分项系数见DL5077表2-2结构系数序号项目组合类型结构系数备注1抗滑稳定极限状态设计式基本组合偶然组合1.21.2包括建基面、层面、深层滑动面2混凝土抗压极限状态设计式基本组合偶然组合1.81.82.2.1设计洪水位下荷载设计洪水位下荷载见下表，具体计算见说明书。 表2-3设计洪水位下荷载名称荷载（KN）方向力臂弯矩（kN·m）方向自重2159.06↓33.5572436.4621702.25↓26.8581620.354261.02↓2.18118289静水压力上游39290.28→29.831172160.023708.18↓34.64128442.73下游1755.82←6.3111073.371316.87↓27.5936332.44扬压力13753.34↑001081.55↑33.92536691.585870.67↑8.1848041.651622.94↑34.9756754.212.2.2校核洪水位下荷载表2-4校核洪水位下荷载名称荷载（KN）方向力臂弯矩（kN·m）方向自重2159.06↓33.5572436.4621702.25↓26.8581620.354261.02↓2.18118289静水压力上游41335.6→28.631183438.22823826.64↓34.64132554.8096下游2305.46←7.22616659.2541729.1↓26.4345700.113扬压力15759.65↑001289.77↑33.92543755.4477000.87↑8.1857267.1116 1934.65↑34.9767654.712.3稳定分析稳定分析的主要目的是验算重力坝在各种可能荷载组合下的稳定安全度。工程实践和试验研究表明，岩基上的重力坝失稳破坏可能有两种情况：一种是坝体沿抗剪能力不足的薄弱层面产生滑动，另一种是在荷载作用下，上游坝踵以下岩体受拉产生倾斜裂缝以及下游坝趾岩体受压发生压碎区而引起倾倒滑移破坏。为保证重力坝的安全可靠性，在结构设计的标准中，要明确规定出安全储备要求。其表达形式有定值安全系数法和分项系数极限状态法。下面就采取这两种方法验算稳定，定值系数法采用抗剪强度公式和抗剪断公式。2.3.1设计洪水位下稳定计算2.3.1.1抗剪断公式2.3.1.2抗剪稳定公式2.3.2校核洪水位下稳定计算2.3.1.1抗剪断公式2.3.1.2抗剪稳定公式 2.4应力校核2.4.1原理验算坝址抗压强度时，应按承载能力极限状态分别计算基本组合和偶然组合两种情况，计算时按公式要求采用材料的标准值和作用的标准值或代表值。1） 作用效应函数2）抗压强度极限状态抗力函数或式中：——坝基面上全部法向作用之和，，向下为正；——全部作用对坝基面形心的力矩之和，，逆时针方向为正；——坝基面的面积，；——坝基面对形心轴的惯性矩，；——坝基面形心轴到下游面的距离，；——坝体下游坡度；——混凝土抗压强度，；fc——基岩抗压强度，。规范要求运行期按正常实用极限状态验算坝体上游面拉应力，应满足分项系数极限状态表达式，并按作用的标准值分别计算作用的长期组合和短期组合，要求坝踵垂直应力不出现拉应力，计算公式为： 式中：——计算截面上全部作用对截面形心的力矩之和，，逆时针方向为正；——计算截面面积对形心轴的惯性矩，；——计算截面形心轴到上游的距离，。2.4.2设计洪水位下坝趾抗压强度承载能力极限状态作用效应函数=1495.63kPa极限状态抗力函数满足要求坝踵抗拉强度验算满足要求2.4.3校核洪水位下坝趾抗压强度承载能力极限状态作用效应函数=1858.43kPa极限状态抗力函数满足要求坝踵抗拉强度验算 满足要求2.5坝内构造2.5.1坝内廊道灌浆廊道距坝底4.5m，距上游坝面9m，廊道宽3m，高4m。由于下游尾水位较高，产生较大的扬压力，为增加坝的安全稳定，在坝基面上设两个基础排水廊道以减小扬压力。两廊道距上游坝面距离分别为27m，45m沿灌浆廊道向上，间隔大概20m布置一层廊道，共分3层，各层的高程为224.5m，239.5m，258.86m，每层纵向廊道布置向下游延伸的横向廊道，并在下游再布置一条纵向贯穿廊道作为连接。非溢流坝段除底层廊道横向不贯穿至下游外，其余横向廊道均贯穿，非溢流坝段横向廊道连接两排纵向廊道。廊道尺寸宽2.50m，高4.00m，由于上游坝面倾斜，故廊道上下并非垂直布置，而是向下游倾斜，这使得排水管亦倾斜布置，但角度不大，在允许的范围内。2.5.2坝基处理重力坝承受较大的荷载，对地基要求较高。然而天然基岩经受长期地质构造运动及外界因素的作用，多少存在着风化，节理，裂隙，破碎带等缺陷，因此，必须对地基进行适当的处理。地基处理一般包括坝基开挖清理，对基岩进行固结灌浆和防渗帷幕灌浆，设置基础排水系统，对特殊软弱带如断层，破碎带和溶洞等进行专门的处理。紧水滩峡谷而岸风化层零星分布，一般厚0.5~2米，所以坝基开挖比较容易帷幕灌浆作用是降低坝基的渗透压力，减少渗透流量，防止坝基内产生机械或化学管涌。帷幕灌浆是在靠近上游坝基布设一排或几排钻孔，利用高压灌浆填塞基岩内的裂隙和孔隙等渗水通道。防渗帷幕的深度因根据基岩的透水性，坝体承受水头和降低坝体渗透压力的要求确定。此外在基岩表面设置排水廊道。 2.5.3坝体分缝横缝将坝体沿坝轴线方向分成若干坝段，其缝面常为平面，不设键槽，不进行灌浆，使各坝段独立工作。缝的宽度器取1cm，横缝间距具体见枢纽布置图，横缝止水用两道金属止水片（紫铜片或不锈钢片）和一道防渗沥青井。纵缝是为了适应混凝土的浇筑能力和减小施工期温度应力而设置的临时缝。本设计采用两条垂直纵缝，详细见图纸。为了加强坝体的整体性，缝面一般设置键槽，槽的短边和长边大致与第一及第二主应力相交，使槽面基本承受正压力。且键与槽互相咬合，可提高纵缝的抗剪强度。 3重力坝溢流坝段设计3.1剖面设计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。溢流坝剖面，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、中部直线段及下游反弧段组成，上游面为直线。初步设计采用8孔开敞式溢流堰。有厂房段空口为7.5m。闸墩宽为7m。无厂房段空口宽为16m。闸墩宽为3m。3.1.1堰顶高程的确定3.1.1.1设计洪水位下通过溢流坝顶的下泄流量为：（3-1）式中——经由水电站、泄水孔及其他建筑物的下泄流量；——安全系数，正常运用时取0.75~0.9，校核情况取为1.0。＝12250-0.9×236.61=12037.05m3/s坝址岩基状况良好，故取设计状况下的单宽流量q＝150m2/sL＝Q/q＝80.247m 机组段的间距为14.5m，机组进水口设置在闸墩里，故有机组段的孔口宽需考虑机组段长，有机组段闸墩宽7m，则孔口大小为14.5-7=7.5m，取L＝7.5×3+16×5=102.5m溢流坝总宽度：（3-2）式中——溢流段总宽度，m；n——孔数；b——每孔净宽，m；——闸墩宽度，m；——边墩宽度，m。∴L0＝102.5+4×7+4×3＝142.5m计算堰上水头：（3-3）式中L——溢流前缘总净宽，m；m——流量系数，与堰型有关，非真空实用剖面堰在设计水头下一般为0.49~0.50；——侧收缩系数，与闸墩形状，尺寸有关，一般为0.90~0.95；——重力加速度；——坝顶溢流的堰顶水头，m。求得H=17.85m流速水头：则堰上水头H=17.85-0.0135=17.836m堰顶高程=289.5-17.836=271.66m由水力学公式试算得：hc0＝3.923m 则堰顶高程H=278.70m,正常挡水位284.00m闸门高度＝284－278.7+安全超高1.7＝7m3.1.1.2校核洪水位下通过溢流坝顶的下泄流量为：式中——经由水电站、泄水孔及其他建筑物的下泄流量；——安全系数，正常运用时取0.75~0.9，校核情况取为1.0。＝15400-0.9×236.61=15169.32m3/s坝址岩基状况良好，故取设计状况下的单宽流量q＝150m2/sL＝Q/q＝101.129m机组段的间距为14.5m，机组进水口设置在闸墩里，故有机组段的孔口宽需考虑机组段长，有机组段闸墩宽7m，则孔口大小为14.5-7=7.5m，取L＝7.5×3+16×5=102.5m溢流坝总宽度：式中——溢流段总宽度，m；n——孔数；b——每孔净宽，m；——闸墩宽度，m；——边墩宽度，m。 ∴L0＝102.5+4×7+4×3＝142.5m3.1.1.3堰顶高程及闸门尺寸综上堰顶高程为271.66m闸门高度=正常蓄水位-堰顶高程+安全超高=283.0-271.66+0.5=11.84m取12.m。选择平面闸门，根据孔口大小，，所以闸门有两种尺寸，取为12.0m×8.1m12.0m×16.6m。。工作闸门一般布置在溢流堰顶点，以减少闸门高度。为了避免闸门局部开启时水舌脱离坝面而产生真空，将闸门布置在堰顶偏下游一些，以压低水舌使其贴坝面下泄。检修闸门位于工作闸门之前，为便于检修，两者之间留有1~3m的净宽，本设计取净宽1.5m。3.1.2堰面曲线溢流面曲线采用的为WES曲线，其曲线方程为：（3-4）式中——定型设计水头K、n——与上游坝面坡度有关的系数和指数（查设计手册知k=2,n=1.85）即：最大运行水头=291.8-271.66=20.14m定型设计水头，为使实际运行时m较大而负压绝对值较小，对于WES剖面设计，常取=（0.75～0.95），取=17.84m表3-1Y=x1.85/(2×17.850.85)X（m）5101518.13Y（m）1.214.359.2013.6 堰顶与上游采用三圆弧连接，参数如下表所示表3-2三圆弧参数R1=0.5Hd=8.5R2=0.2Hd=3.4R3=0.04Hd=0.68B1=0.175Hd=3.122B2=0.27Hd=4.698B3=0.281Hd=5.013堰面形态如下图所示：图3-1堰面形态3.1.3下游反弧段由于采用厂房顶溢流式，反弧段的高程应结合厂房的顶高程，根据厂房部分的计算，反弧段的底高程定为230.0m。反弧半径的计算：（3-4）式中——总有效水头，m； ——临界水深（校核洪水位闸门全开时反弧处水深），m；——流速系数　查表取0.95。q——单宽流量经试算，反孤段半径，取鼻坎挑角，取坎顶高程。图3-2溢流坝剖面图 3.2荷载计算作用在溢流坝上的荷载主要有：坝体自重，上下游坝面上的水压力，扬压力，浪压力，泥沙压力，地震荷载，冰荷载，动水压力等，此处考虑了坝体自重，上下游坝面上的水压力，扬压力，其他力就暂不考虑。此溢流坝为一级主要永久建筑物，工况计算需考虑设计洪水位、校核洪水位，荷载计算如下表。3.2.1设计洪水位下表3-3设计洪水位下荷载名称荷载（KN）方向力臂弯矩（kN·m）方向自重105941.8446↓1.85195992.4静水压力上游37729.17→28.51075281.345331.17↓47.8515747.1335下游1755.82←6.3111073.37扬压力13753.34↑001081.86↑45.72549468.0487914.88↑12.1295928.341622.788↑46.7775897.793.2.2校核洪水位下 表3-4校核洪水位下荷载名称荷载（KN）方向力臂弯矩（kN·m）方向自重105941.8446↓1.85195992.4静水压力上游44895.17→28.121262452.183360.8079↓48.96164545.155下游1755.82←7.22616659.25扬压力20778.9↑001289.77↑45.72558974.739435.955↑12.12114363.771934.655↑46.7790483.813.3稳定分析稳定分析的主要目的是验算重力坝在各种可能荷载组合下的稳定安全度。工程实践和试验研究表明，岩基上的重力坝失稳破坏可能有两种情况：一种是坝体沿抗剪能力不足的薄弱层面产生滑动，另一种是在荷载作用下，上游坝踵以下岩体受拉产生倾斜裂缝以及下游坝趾岩体受压发生压碎区而引起倾倒滑移破坏。为保证重力坝的安全可靠性，在结构设计的标准中，要明确规定出安全储备要求。其表达形式有定值安全系数法和分项系数极限状态法。下面就采取这两种方法验算稳定，定值系数法采用抗剪强度公式和抗剪断公式。3.3.1设计洪水位下抗剪断公式 2.3.1.2抗剪稳定公式3.3.2校核洪水位下2.3.1.1抗剪断公式2.3.1.2抗剪稳定公式3.4应力校核3.4.2设计洪水位下坝趾抗压强度承载能力极限状态作用效应函数=1723.9kPa极限状态抗力函数满足要求坝踵抗拉强度验算 满足要求3.4.3校核洪水位下坝趾抗压强度承载能力极限状态作用效应函数=1589.4625kPa极限状态抗力函数满足要求坝踵抗拉强度验算满足要求3.5溢流坝消能抗冲刷措施由于坝址处基岩良好，故采用挑流消能。3.5.1挑距h1=3.923h2=33m挑距:=124.94m式中：L－水舌距(m)　　　　V1－坎顶水面流速（m/s）可取坎顶平均流速V的1.1倍 　α－鼻坎挑射角度　　　　H1－坎顶平均水深在铅直方向的投影　　　　H2－坎顶至河床表面高差（m）g－重力加速度3.5.2冲坑tr－冲刷坑深度(m)H－上下游水位差(m)hk－取决于出坎单宽流量q的临界水深，,g为重力加速度。－取决于岩石抗冲刷能力的无因次参数，对于坚硬岩石Kr1=0.7~1.1此处取1.0计算得　　tr＝7.97m由于下游基岩质量较好，且水流沿河道较平顺，故抗冲刷措施比较简单。只需在溢流坝与非溢流坝交界处设2.00m宽的导水墙，下游岸坡做简单防浪措施即可。3.5.3导墙高度掺气水深ha=hc=3.923mh导=3.923+1=4.923m取h导=5.0m 4水电站引水建筑物4.1进水口高程水电站进水口在枢纽中的位置，应尽量使入流平顺，对称，不发生回流和漩涡，不出现淤积，不聚集污物，而泄洪时仍能正常进水。本电站采用坝式进水口有压进水口应低于运行中可能出现的最低水位，并有一定淹没深度，以免进水口前出现漏斗状吸气漩涡并防止有压引水道内出现负压。不出现吸气漩涡的最小淹没深度为Scr=cv=7.16m。（4-1）式中：Scr——闸门门顶低于最低水位的临界淹没深度（m），考虑风浪影响时，计算中采用的最低水位比静水位约低半个浪高。d——闸门孔口高度，mv——闸门断面的水流速度，m/sc——经验系数，c=0.55~0.73，对称进水时取小值，侧向进水时取大值。则进水口底高程为263.5-7.16-3.8-1.5=251.04m4.2压力钢管的布置引水建筑物为压力钢管，采用单机供水压力钢管经济内径：（4-2）式中：Qmax——钢管的最大设计流量，m3/sH——设计水头，m坝内埋管的经济流速为5～7，蜗壳进水口的直径为3.8m，综合考虑经济流速和蜗壳进水口直径，确定坝内埋管的直径为3.8m，对应管内流速为6，94，满足经济流速要求。进水口由拦污栅，进口段，渐变段及输水管组成。进口采用三面收缩，底部水平的方式。顶部采用1/4椭圆曲线，方程为 +=1（4-3）渐变段水平，由矩形闸门段到圆形钢管段采用圆角过渡，渐变段长度为6.6m。进口段水平，总长度为12.15m。后接压力钢管圆弧转弯段，进口中心线高程为252.94m，轴线处转弯半径R=10m，转角θ=53°。后接斜直管段，轴线与下游坝坡平行，长53.40m。再接圆弧转弯段，轴线处转弯半径R=10m，转角θ=53°。后接水平段至蜗壳，水平段中心线高程为202.19m。在钢管进入厂房前设一伸缩节，以适应变形。4.3压力钢管的厚度钢管计算厚度：（4-4）式中Hp——最大计算水头——钢管内径的一半——水的容重(4-5)式中——钢管结构构件的抗力限值（N/mm2）——结构重要性系数，由水工建筑物级别为3级查得：=1.0——设计状况系数，持久状况=1.0，短暂状况=0.9，偶然状况=0.8——结构系数，由坝内埋管联合承载查得：=1.3f——钢材强度设计值（N/mm2）计算得=180.77则ta=10.96mm 4.4拦污栅及进水口闸门的设计拦污栅的功用是防止漂木，树枝，树叶，杂草，垃圾，浮冰等漂浮物随水流带入进水口，同时不然这些漂浮物堵塞进水口，影响进水能力。此设计采用的坝式进水口一般为垂直拦污栅，平面形状为多边形。拦污栅通常由钢筋混凝土框架结构支承。拦污栅框架由柱及横梁组成，横梁间距一般不大于4米，本设计取1.8米拦污栅由若干栅片组成，每块栅片的宽度一般不超过2.5米，取，高度不超过4米，取1.8米。栅条的厚度由强度计算决定，通常厚8至12mm，本设计取10mm。拦污栅的总面积常按电站的引用流量及拟定的过栅流速反算得出，过栅流速以不超过1.0m/s为宜本设计取拦污栅高度为7m，半径3.5米，A=76.97m2。图4-1拦污栅进水口设一道工作闸门，一道检修闸门，闸门孔口通常为矩形，工作闸门净过水断面一般为隧洞断面的1.1倍左右，工作闸门尺寸为4.2×3.6m2,检修闸门取与工作闸门相同。 4.5通气孔通气孔设在进水口工作闸门后，其功用是：当引水道充水时用以排气，当闸门关闭放空引水道时，用以补气以防出现有害的真空。通气孔的面积常按最大进气流量除以允许进气流速得出。最大进气流量出现在闸门紧急关闭时，可近似认为等于进水口的最大引用流量。允许进气流速与引水道形式有关，对坝内埋管可取70～80m/s。式中A——通气孔的面积，——进水口的最大引用流量，V——坝内埋管允许进气流速，m/s通气孔的直径取为1.2m，面积为，对应的进气流速为68.8m/s.通气孔通向坝顶。 5水电站建筑物设计5.1特征水头的选择5.1.1校核洪水位下由Q泄＝15540m3/s查厂区水位流量曲线得：H下＝221.68m5.1.2设计洪水位下由Q泄＝12250m3/s查厂区水位流量曲线得：H下＝218.92m5.1.3正常蓄水位+一台机组满发A＝9.81*0.92*0.96=8.66，N＝9.81QHη＝AQH，考虑1%水头损失设Q1＝50m3/s，查得H下＝201.8mN＝8.66×50×（283-201.8）×99%＝3.48万KW设Q2＝80m3/s，查得H下＝202mN＝8.66×80×（283－202）×99%＝5.56万KW设Q3＝65m3/s，查得H下＝201.91mN＝8.66×65×（283－201.91）×99%＝4.52万KW设Q4＝63m3/s，查得H下＝201.89mN＝8.66×63×（283－201.89）×99%＝4.38万KW设Q5＝64.8m3/s，查得H下＝201.9mN＝8.6×64.8×（283－201.9）×99%＝4.5万KW则H下=201.9m5.1.4正常蓄水位+四台机组满发A＝9.81*0.92*0.96=8.66，N＝9.81QHη＝AQH，考虑1%水头损失设Q1＝240m3/s，查得H下＝203mN＝8.66×240×（283-203）×99%＝16.47万KW设Q2＝265m3/s，查得H下＝203.08mN＝8.66×265×（283－203.08）×99%＝18.16万KW 设Q3＝263m3/s，查得H下＝203.08mN＝8.66×263×（283－203.08）×99%＝18.03万KW则H下=203.08m5.1.5设计低水位+一台机组满发A＝9.81*0.92*0.96=8.66，N＝9.81QHη＝AQH，考虑1%水头损失设Q1＝60m3/s，查得H下＝201.88mN＝8.66×60×（263.5-201.88）×99%＝3.17万KW设Q2＝80m3/s，查得H下＝202mN＝8.66×80×（263.5－202）×99%＝4.22万KW设Q3＝90m3/s，查得H下＝202.06mN＝8.66×90×（263.5－202.06）×99%＝4.74万KW设Q4＝84m3/s，查得H下＝202.02mN＝8.66×84×（263.5－202.02）×99%＝4.43万KW设Q5＝85.3m3/s，查得H下＝202.02mN＝8.6×85.3×（263.5－202.02）×99%＝4.5万KW则H下=202.02m5.1.6设计低水位+四台机组满发A＝9.81*0.92*0.96=8.66，N＝9.81QHη＝AQH，考虑1%水头损失设Q1＝240m3/s，查得H下＝203mN＝8.66×240×（263.5-203）×99%＝12.45万KW设Q2＝300m3/s，查得H下＝203.2mN＝8.66×300×（263.5－203.2）×99%＝15.52万KW设Q3＝400m3/s，查得H下＝203.53mN＝8.66×400×（263.5－203.53）×99%＝20.57万KW设Q4＝350m3/s，查得H下＝203.37mN＝8.66×350×（263.5－203.37）×99%＝18.05万KW设Q5＝349m3/s，查得H下＝203.37mN＝8.6×349×（263.5－203.37）×99%＝18万KW则H下=203.37m综上设计低水位h=289.5-218.92=70.58m 校核洪水位h=291.5-221.68=70.12m正常+一台h=283.0-201.91=80.28m正常+四台h=283.0-203.08=79.12m设低+一台h=263.5-202.02=60.86m设低+四台h=263.5-203.37=59.53m则Hmax＝80.28mHmin＝59.53mHr＝0.95Hav＝66.41m5.2水电站水轮机组的选型由工作水头范围59.53~80.28m查表得：选用HL220水轮机5.2.1转轮直径D1查表《水电站》3-6得限制工况下单位流量查表得限制工况Q1/m＝1.15m3/s，ηm＝89.0%，由此初步假定原型水轮机在此工况下的单位流量初设Q1/＝Q1/m＝1.15m3/s，ηm＝91%∴式中：Nr——水轮发电机额定出力（kW），4台机组情况，已知发电机额定出力。，ηgr=96%，Nr=Ngr/ηgr=50000/0.96=52083.3kwHr——设计水头（m），坝后式Hr=0.95Hav=67.88mη——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=3.0m。5.2.2转速n（最优工况）HL220最优工况下单位转速n10/m＝70.0r/min，假定 式中：Hav——加权平均水头（m），Hav＝69.9m。D1——转轮直径（m），D1取为3.0m。n10/——采用略高于最优单位转速的设计单位转速（r/min），取n10/＝n10/m＝70.0r/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取n＝214.3r/min，2P＝32。5.2.3效率修正查表3-6可得HL220最优工况下模型最高效率ηmmax＝91%，转轮直径D1m＝0.46m。原型效率%ηMmax－模型最优工况下效率D1m－模型转轮直径效率正修正值△η=ηmax-ηMmax＝94.5%－91%＝3.5%取ε＝1.5%∴△η＝2%∴ηmax＝ηmmax+△η＝91%+2%＝93%η＝ηm+△η＝89.0%+2%＝91%与假定值相同∴△n10//n10/m＝－1＝1.1%＜3%∴n、Q1/可不加修正最后求得η＝91%，D1＝3.0m，n=214.5r/min水轮机型号：HL220—LJ—3005.2.4工作范围检验＝1.078m3/s＜1.15m3/s最大引用流量Qmax＝Q1/maxD12Hr1/2＝79.06m3/s与特征水头Hmax、Hmin、Hr相对应的单位转速为n1/min＝nD1/Hmax1/2＝71.75r/minn1/max＝nD1/Hmin1/2＝83.30r/min n1/r＝nD1/Hr1/2＝78.89r/min在HL220水轮机模型综合特性曲线上绘出n1/min＝71.75r/min，n1/max＝83.3r/min，Q1/max=1.708m3/s的直线，其所围的区域为水轮机的工作区域。图中阴影部分基本包括了该特性曲线的高效区。图5-1HL220水轮机模型综合特性曲线5.2.5吸出高度Hs由n1/r＝78.89r/min，Q1/max＝1.708m3/s查曲线得：σ＝0.13由Hr＝67.88m查得：△σ＝0.02水轮机安装海拔高程▽＝202.19m∴Hr=-0.188——水轮机安装位置的海拔高程，初始计算取下游平均水位海拔210.00mσm——模型气蚀系数，查模型综合特性曲线得σm＝0.13——气蚀系数修正值，查表得＝0.02Hr——水轮机设计水头66.41m 5.3水轮发电机的选择与尺寸估算发电机型号为：SF65—28/640图5-2悬式水轮发电机构造图5.3.1主要尺寸估算1、极距τ＝Kj×（Sf/2P）1/4＝10×[50000/（2×14）]1/4＝65.006cmSf—发电机额定客量（KVA）Sf＝50000kj—取8~10此时取10P—磁极对数P=142、飞逸线速度Vf＝Kf×τ＝1.9×65.006＝123.5114m/s3、定子铁芯内径Di＝2Pτ/π＝2*14*65.006/3.14=579.38cm4、定子铁芯长度lt＝Sf/（CDi2ne）＝45000/（0.9×5×10－6×579.382×214.3）＝139.01cm 式中C——系数查表C=5×10-6ne——额定转速=214.5r/min5、定子铁芯外径Da＝Di+τ＝579.38+65.006=644.386cm5.3.2平面尺寸估算1、定子机座外径D1＝1.19Da＝1.19*644.386=766.82cm2、风罩内径D2＝D1+240＝1006.82cm3、转子外径D3＝Di－2δ＝Di＝579.38-30=549.38cm4、下机架最大跨度D4＝D5+0.6＝480cm水轮机机坑直径D5＝420cm5、推力轴承外径D6＝320cm励磁机外径D7＝220cm5.3.3轴向尺寸1、定子机座高度h1＝lt+2τ=139.01+2*65.006＝269.022cm2、上机架高度h2＝0.25Di＝0.25*579.38=144.845cm3、推力轴承高度h3＝180cm励磁机高度h4＝220cm副励磁机高度h5＝100cm永励磁机高度h6＝70cm4、下机架高度h7＝0.12Di＝0.12*579.38=869.526cm5、定子支座支承面至下机架支承面或下挡风板间距离h8＝0.15Di＝86.91cm6、下机架支承面至主轴法兰底面间距h9＝120cm7、转子磁轭轴向高度h10＝lt+80＝219.01cm8、发电机主轴高度h11＝0.7H＝0.7×1190.78＝833.546cmH＝h1+h2+h4+h5+h6+h8+h9＝1190.78cm发电机重量估算 K1—系数，悬式K1=8~10，这里取9发电机转子重=Gf=170.55t5.4蜗壳和尾水管的计算5.4.1金属蜗壳尺寸包角345°由Hr＝66.41m查得：Vc＝6.6m/s由Hr＝66.41m，D1＝3.0m查得：Db＝4000mm，Da＝4750mm∴ai＝ra+ρi＝2.375+Ri＝ra+2ρi＝2.375+图5-3蜗壳 表5-1金属蜗壳尺寸：ф3075120165210255300345ρi(mm)563.7891.31127.41322.01491.41643.41782.61911.6a（mm）2938.73266.33502.43697.03688.44018.44157.64286.6R（mm）3502.44157.64629.85019.05357.85661.95940.16198.25.4.2尾水管尺寸采用弯肘型尾水管，有进口直锥段，中间肘管段，出口扩散段。θ取８度D1＜D2标准砼肘管D1＝3.3m（单位：m）表5-2尾水管尺寸：hLB5D4h4h6L1h57.83.58.14.054.052.0255.463.66图5-4尾水管 5.5调速器与油压装置的选择5.5.1调速器5.5.1.1调速功计算Nr＝9.81ηHmaxQ∴Q＝66.13m3/s接力器容量A＝（200~250）Q（HmaxD1）1/2＝205254.57~256568.21>30000式中Hmax—最高水头D1——水轮机直径属于大型调速器，则接力器，调速器，油压装置分别计算。5.5.1.2接力器的选择导叶数Z0＝24取λ＝0.03b0/D1＝0.25∴＝0.403m选择与之相近且偏大的dc＝450mm的标准接力器5.5.1.3接力器最大行程Smax=(1.4~1.8)amax式中a0max——水轮机导叶最大开度由N11r=78.89Q11=1078L/S在模型综合特性曲线上差的a0=30.5D0m=534，选用的D0=1.17*D1=1.17*3=3.51Z0=24＝30.5×3510/534＝200.48mm则Smax=1.8*200.48=360.86mm5.5.1.4接力器容积计算＝0.092m2∴ 选用Ts=4S故选用DT-100型电气液压型调速器图5-5DT-100型电气液压型调速器5.5.2油压装置压力油罐的容积：V0＝（18~20）V＝1.656~1.84m3选用组合式油压装置HYZ-2.5。 图5-6组合式油压装置外形尺寸图表5-3组合式油压装置外形尺寸表装置型号D（mm）h（mm）H（mm）m（mm）n（mm）HYZ—2.5102823703270240017005.6厂房桥吊设备的选择最大起重量170.55t，机组台数4台，选用一台2×100t双小车起重机 图5-7平衡梁桥吊参数：单台小车起重量主钩100t副钩20t跨度16m小车轨距4400mm小车轮距2000mm大车轮距4400mm大梁底至轨道面距离650mm起重机最大宽度9200mm轨道中心至起重机外端距离460mm轨道面至起重机顶端距离3700mm轨道面至缓冲器外端距离1200mm车轮中心至缓冲器外端距离1980mm操作室底面至轨面距离2900mm两小车吊钩间距3100mm吊钩至轨道面距离主钩1240mm副钩700mm吊钩至轨道中心距离l11100mml21600mm推荷用大车轨道QU－100平衡梁吊点至大车轨顶极限位置146mm5.7厂房形式与布置采用坝后式厂房，根据计算所得的尾水管底高程及厂房长度，将厂房布置在溢流坝里，并采用厂房顶溢流。整个厂房布置在13#~17#坝段后方，厂房与坝之间下部用一条纵缝分开，厂房上部设置拉板与坝连接， 大坝与厂房分开受力，这样厂房结构受力情况简单明确溢流式厂房厂坝之间有较大的空间，用来布置副厂房。主厂房长75.80m，宽19.00m，副厂房长75.80m，宽8.00m。装配场布置在主厂房左侧，宽19.00m，长20.8m。主厂房内设四个机组段，机组段长14.50m。5.8主厂房的特征高程5.8.1水轮机安装高程式中ZS－水轮机安装高程ω--设计尾水位（213.90m）b0--导叶高度（m）Hs--吸出高度(0.603m)求得ZS＝202.19m5.8.2尾水管底板高程式中h1——尾水管高度（m）bo——导叶高度（m）5.8.3水轮机层地面高程式中D--压力钢管内径3.8m--蜗壳外包混凝土最小厚度（1m）5.8.4定子安装高程 +进人孔高（2m）+圈梁高（1m）=209.16m5.8.5发电机层地面高程（定子埋入式）上机架高度=212.50m5.8.5装配场地面高程装配场与发电机层同高212.50m。5.8.6吊车轨顶的高程轨顶高程取决于发电机主轴长度和发电机露出地板部分的高度，还要留有0.80m的安全距离，以保证起吊时不会碰到其他机组或墙壁。本电站厂房轨顶高程为=224.30m。5.8.7厂房顶部高程厂房顶高程是在轨顶高程的基础上加上起重机高度和屋面结构的厚度，并留有一定空间。本电站厂房顶部高程为=227.0m。5.9水电站主厂房长宽尺寸的确定5.9.1主厂房宽度的确定主厂房宽度由发电机层、蝸壳层、起重机跨度分别决定a.由蜗壳层决定的厂房宽度：上游侧宽度：l1=机组中心线至上游涡壳外缘尺寸+涡壳外包混凝土+外墙厚=5.05+2.5=7.55m下游侧宽度：l2=机组中心线至下游涡壳外缘尺寸+涡壳外包混凝土+外墙厚=7.3+1+1.5=9.8m主厂房宽度：L=l1+l2=17.36m。 b.由发电层决定的厂房宽度L=风罩直径+2×通道宽度+外墙厚=9.4+2×2+3=16.4m。c.选择桥吊跨度为16m，根据前面算出的发电机转子重量170.55t，选择2×100（t），跨度为16m的双小车桥式起重机。装配厂宽度：采用与主厂房宽度相同。综上可得：桥吊跨度为16米，再加上边墙厚度，得主厂房宽度19米。本设计中，发电机转子在上游侧起吊，考虑到发电机转子与周围建筑物及设备之间的最小间隙，水平方向为0.4m，垂直方向0.6～1.0m，若采用刚性吊具，垂直间隙可减为0.25～0.5m，通过画图，为保证发电机转子在水平方向的安全距离，发电机主轴在垂直方向与发电机层楼板距离取为1.0m。机组中心线距上游距离为7.5m，据下游距离为8.5m。主厂房总宽度为7.5+8.5+1.5+1.5=19m。装配厂宽度：采用与主厂房宽度相同19m。5.9.2主厂房长度的确定5.9.2.1机组间距机组间距由蜗壳层，尾水管层和发电机层共同决定。机组段长度式中，、——机组段沿厂房纵轴线方向，在机组中心线两侧的最大尺寸。蜗壳层：式中、——蜗壳沿厂房纵轴线方向，在机组中心线两侧的最大尺寸 ——蜗壳四周的混凝土厚度，取为1m。尾水管层：式中——尾水管宽度度，；——尾水管混凝土边墩厚，。发电机层：式中——发电机风罩内径，=9.4m——发电机风罩壁厚，=0.5m——两台机组之间风罩外壁净距，一般取1.5～2.0m，经比较，确定机组段长度为14。5m。5.9.2.2端机组段长度端机组段的附加长度：ΔL=（0.2~1.0）D式中——转论直径，m。（=3.0m）考虑到下部块体在端部设置了检修集水井和渗漏集水井，根据需要，附加长度取为1.0m5.9.2.3主厂房总宽度 装配场长度L=（1.0~1.5.）L=（14~21）m，考虑发电机转子，发电机上机架，水轮机转轮，水轮机顶盖的尺寸，确定装配场的宽度为20.8m主厂房总长度=55.0+20.8=75.8m5.10主厂房各层的布置5.10.1发电机层高程212.5m，总长75.8，宽19m。每个机组段长14.50m。装配场长20.8m，可放下五大件（上机架直径8.80m，发电机转子直径5.5m，水轮机顶盖直径3.80m，水轮机转轮直径3.0m）。每台发电机下游侧放置一台调速器，一个油压装置，及一组机旁盘。装配场与机组段间设有伸缩缝，四个机组段正中也设有一条伸缩缝，。在两个机组段之间设一个楼梯，通往水轮机层，楼梯宽1.20m，每个踏步高20cm，长30cm。由于楼梯较长，设为L形转弯的楼梯，转弯处平台宽2.40m，长1.00m。进厂公路在溢流坝边缘进入溢流坝，然后进入装配场大门，在洪水期装配场大门封堵，人员由坝顶进入厂房。进厂公路尾水平台处拐弯，可通向尾水平台。尾水平台上设有两条连续轨道供门机行走。尾水平台宽7米，尾水平台也可通向开关站。5.10.2水轮机层高程205.3m，长9.8m。每个机组段长14.50m，从左至右1#~4#机组总长55m。装配场下方布置压气机室以及一个转子承台。水轮机基坑内径4.60m，外径8.60m。采用圆筒型机墩，每个机墩设有一楼梯从水轮机层下到水轮机顶盖上方的钢板上，楼梯宽1.20m。水轮机上方处出线至副厂房，与发电机层下挂的回油箱避开，避免漏油滴到电线上引发电火灾。 厂房上下游侧均为混凝土墙，不开窗。5.10.3蜗壳层尾水闸门处连续墙设有一斜坡，便于闸门关闭时压紧止水。闸墩宽1m。尾水管底高程193.80m，开挖高程191.80m。尾水管侧面设有楼梯从尾水管上方下至尾水管进人孔。压力钢管在进厂前设有一个伸缩节，开一长4.4m，宽6.68m，高6.68m的空腔，伸缩节直径5.88m每两个尾水管共用一个6×2.5m2的集水井，排水管直径0.40m。厂坝之间在坝脚处设伸缩缝，尾水管闸墩与尾水渠之间设伸缩缝。每个蜗壳都设有蜗壳进人孔，以便检修蜗壳及观察水轮机。5.11水电站副厂房各层高程及平面布置副厂房长75.80m，宽8.00m。副厂房分五层，每层底高程分别为198.00m，205.30m，212.50m，218.50m，224.5m。第一层,层高7.3m，压力钢管从此通过，并设有伸缩节。此层也可进入主厂房的我看人层，可进入尾水管和蜗壳进行检修。第二层为水轮机层对应的副厂房，层高7.2m，发电机引出的母线从这层引出进入出线室再进入出线洞。其次，各个仪表盘引出的线也从此层引向各个控制室，如中央控制室继电保护室等第三层，发电机层对应的副厂房，为工作人员主要工作的地方，层高6.0m，此层设有值班室，中央控制室，继电保护室，自动远动室，厂用配电室，直流盘室，蓄电池室及储酸室，载波机室及载波机值班室，通风机室，还有一个机械修理室。第四层，主要为办公室，会议室，总工室，休息室，休闲室等工作人员办公及休息的场所。第五层，回风道，本厂房设置在溢流坝里，由于下游水位较高 及泄流时水流的影响，主厂房下游侧不开窗及孔，因此通风不便。出于安全因素，这一层作为回风道。副厂房内设一楼梯间，连通一到四层。6专题——发电机机座及结构稳定计算 6.1设计假定发电机支承结构直接承受机组远转中产生的振动荷载，必须具有足够的刚度和强度，防止出现共振和过大的动力变形。水电站总装机容量4×45000千瓦,机墩按Ⅲ级建筑物设计，机墩按下端固定上端自由的圆筒进行计算6.1.1动力计算中的假定忽略机墩本身重，用一个作用与圆筒顶的集中质量代替原有圆筒的质量，使在此集中质量作用下的单自由度体系的振动频率与原来多自由度体系的最小频率接近机墩的振动作为单自由度体系计算，在计算动力系数和自振频率重，不计阻尼影响机墩的振动为在弹性限度内的微幅振动，力和变位之间关系服从虎克定律结构振动时的弹性曲线与在静质量荷载作用下的弹性曲线形式相似，从而可用动静法进行动力计算6.1.2静力计算中的假定荷载沿圆周均匀分布，正应力取单宽直条，按矩形截面偏心受压构件计算任一水平截面的弯矩假定按底部固定，顶部自由的无限长薄壁圆筒公式计算扭矩产生的剪应力假定按俩端自由的圆筒受扭公式计算进人孔部分的扭矩剪应力假定按开口圆筒受扭公式计算孔边应力集中按圆筒展开后的无限大平板开孔公式计算温度应力计算假定圆筒底部为固定，顶部也受约束动力系数取1.5-2.0，复核后修正，疲劳系数2.0，冲击系数2.0 图6-1机墩6.2荷载及组合6.2.1荷载6.2.1.1作用在机墩上的静荷载1.机墩自重2.发电机层楼板自重及其活荷重3.发电机定子重4.励磁机定子及附属设备重5.上机架重6.下机架重水轮机重 6.2.1.2作用在机墩上的动荷载1.发电机转子连轴重2．励磁机转子重3.水轮机转子连轴重4.水轮机轴向水推力5.水平离心力正常运行时飞逸转速时时6.发电机正常扭矩7.发电机短路扭矩6.2.2组合1.正常运行2.发生短路6.3机墩动力计算6.3.1机墩强迫振动频率6.3.1.1由机械不平衡引起的强迫振动频率 正常运行情况下飞逸情况下6.3.1.2由水力不平衡引起的强迫振动频率6.3.2机墩自振频率6.3.2.1垂直自振频率6.3.2.2水平横向自振频率6.3.2.3水平扭转自振频率 6.3.3共振检验与动力系数确定6.3.3.1共振检验强迫振动频率214.341036002.4自振频率29884465.73320.5共振检验：为避免出现共振，要求根据计算满足此要求6.3.3.2动力系数确定动力系数所以动力系数取1.5.6.3.4振幅检验6.3.4.1垂直振幅 6.3.4.2水平振幅6.3.4.3水平扭转振幅正常扭矩时短路扭矩时振幅检验要求垂直振幅水平振幅正常情况 短路情况均满足要求6.4机墩静力计算6.4.1垂直正应力先确定机墩属于段圆筒还是长圆筒β===0.543则=5.4>l=2.58m故机墩应按短圆筒考虑,可沿圆周取1米宽的一段作为偏心受压拄计算σ==故最大正应力为2363.7最小正应力为-1887.96.4.2剪应力1.正常扭矩Mn引起的剪应力(按圆筒计算)圆筒外侧剪应力τ1=圆筒内侧剪应力τ1=2.短路扭距Mn引起的剪应力（按圆桶计算）τ2= 冲击系数]/（1+）=1.8式中Ta=0.259秒圆筒外侧剪应力τ2=圆筒内侧剪应力τ2=3.水平离心力引起的剪应力（按1米宽立拄计算）正常转速情况下τ3===64.07飞逸转速时τ3===234.514.机墩进人孔部位剪应力2短路扭矩时离心力作用时（机墩进人孔面积2平方米）6.4.3主拉应力6.4.4应力校核各种计算情况下短柱内外缘的剪应力如下正常情况下： 外缘剪应力τ=τ1+τ3=146.48+64.07=210.55内缘剪应力=99.6+64.07=143.67短路情况下：外缘剪应力τ=τ1+τ2+τ3=210.55+781.25=991.8内缘剪应力=210.55+410.156=620.706飞逸情况下：外缘剪应力τ=τ1+τ4=146.48+234.51=380.99内缘剪应力=76.9+234.51=311.41各种情况下的主拉应力校核在正常情况下：σ主==在短路情况下：σ主==- 主要参考文献1《混凝土重力坝设计规范》DL5108/19992《水工建筑物荷载设计规范》DL5077/19973刘启钊,水电站.北京:中国水利水电出版社4沈长松，王世夏，林益才，《水工建筑物》（上册）.河海大学出版社5华东水利学院主编，1983《水工设计手册》（第六、七卷）.水利水电出版社6水电站机电设备手册编写组，1985《水电站机电设备手册》（水力机械）水利电力出版社7清华大学水利系主编，《水电站建筑物设计参考图册》8金钟元等,水力机械.北京:中国水利水电出版社9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.2002.1210L.Muller，TheUseofShotcreteforUnder-groundSupportPrincipleofTheNATM.WaterPower&DamConstructon11HoroldG..NewDesignCriteriaforUSBRPenstocks,Pro.OftheASCEJour.ofthePowerDivision.1970.96(1)袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈'