紧水滩水电站设计及坝内埋管说明书

'水利水电工程专业毕业设计目录摘要4第一章自然地理及工程地质61.1流域概况61.2水文与气候61.3地形与地质81.3.1水库区工程地质81.3.2坝址地质81.4天然建筑材料91.4.1土料91.4.2砂石料91.5既给设计控制数据9第二章枢纽布置及挡水、泄水建筑物102.1枢纽布置102.2挡水建筑物的形式、尺寸和布置112.2.1坝高确定112.2.2挡水建筑物-混凝土重力坝122.3泄水建筑物的形式、尺寸与布置142.3.1主要泄水建筑物-混凝土溢流坝142.4坝内构造192.4.1坝顶结构192.4.2纵缝192.4.3坝内廊道192.4.4坝基地基处理202.5溢流坝消能抗冲刷措施202.5.1消能方式202.5.2挑距202.5.3冲坑202.5.4导墙高度21第三章机电设备及辅助设备的选择213.1特征水位213.1.1Hmax可能出现情况22-57- 水利水电工程专业毕业设计3.1.2Hmin可能出现情况233.1.3设计水头243.2水轮机选型243.2.1转轮直径D1243.2.2转速n253.2.3效率修正253.2.4工作范围检验253.2.5吸出高度Hs273.3发电机尺寸估算273.3.1发电机主要尺寸273.3.2平面尺寸283.3.3轴向尺寸283.3.4发电机重量估算293.4调速器及油压装置的选择293.4.1调速器293.4.2油压装置313.5起重设备选择313.6蜗壳型号与尺寸333.7尾水管型式与尺寸33第四章水电站引水建筑物344.1压力钢管的布置344.1.1压力钢管内径344.1.2闸门尺寸344.1.3启闭设备354.1.4渐变段354.1.5上、下弯段354.1.6进水口高程354.1.7进水口布置354.1.8拦污栅364.2压力钢管的结构计算364.2.1水头损失计算364.2.2压力钢管厚度确定384.3压力钢管周围混凝土配筋414.4判断混凝土开裂情况43-57- 水利水电工程专业毕业设计4.4.1未开裂情况434.4.2内圈部分开裂情况464.5抗外压稳定校核47第五章水电站厂房485.1厂房型式与布置485.2主厂房各层高程确定485.2.1水轮机安装高程485.2.2尾水管底板高程495.2.3水轮机层地面高程495.2.4定子安装高程495.2.5发电机层地面高程495.2.6装配场地面高程495.2.7吊车轨顶高程495.2.8厂房顶部高程505.3厂房主要尺寸的确定505.3.1机组间距505.3.2主厂房长度505.3.3主厂房宽度515.4主厂房各层布置及轮廓尺寸525.4.1发电机层525.4.2水轮机层535.4.3蜗壳层535.5副厂房布置53参考文献55-57- 水利水电工程专业毕业设计摘要紧水滩电站紧水滩水电站位于龙泉溪上，是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。该工程挡水建筑物为混凝土重力坝，泄水建筑物为溢流坝，设计洪水位为290.50m，相应的下泄流量为11700m3/s；校核洪水位为292.50m，相应的下泄流量为14900m3/s，正常蓄水位为284.5m，设计低水位为264.0m.非溢流坝坝顶高程294.0m。坝基开挖至高程196m。最大坝高98.0m。上游坝坡坡度1：0.15，下游坝坡坡度1：0.75，溢流坝堰顶高程283.0m，水电站进水口中心线高程253.1m本枢纽河谷底宽86m左右，坝顶高程处坝轴线长271m，，泄水建筑物进口净宽83.5m。根据布置，溢流坝段布置在河床中间，厂房布置在溢流坝段,为厂房顶溢流形式。因右岸比较平缓，可布置开关站.该工程采用坝后式水电站布置方式，通过计算选用了混流式水轮机型，转轮直径为3.0m,转速为214.3r/min。安装水轮发电机组4台，单机容量4.75万千瓦，总装机容量为19.0万kW。主厂房宽为17.64m，长为70.6m.副厂房是为保证水电站正常运行需要，设置在主厂房上游侧。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。ABSTRACTJin-shui-tanhydroelectricstationislocatedonLong-quanstreamwhichisthefirsthydroelectricstationoftheuppermainstreamofOuriver.Theprimaryeffectofthewholeengineeringisgeneratingelectricitythatalsomeetsthedemandofshipping,driftwood,floodcontrolandetc.Thisengineeringuseconcretegravitydamtopreventthewaterandoverflowingdamtosluicing.Thedesignwaterlevelis290.50m,itscorrespondingflowamountis11700m3/s.Thechecklevelis292.50m,itscorrespondingflowis14300m3/s.Theregularwaterretaininglevelis284.5m.Thecrestelevationofthenon-over-falldamis294.0m,thefoundationofdamarrivesto196mheight,Themaxheightofthedamis98.0m,Theupstreamdamslopeis1:0.15,thedownstreamdamslopis1:0.75,thespillwaycrestelevationis283.0m.Theelevationofthewaterintakeof-57- 水利水电工程专业毕业设计theplantis253.1m.Thewidthofbottomoftherivervaletothishingeisabout86m;thelengthofaxisontopofdamis271m;Accordingtodisposal,theoverflowingliesinthemiddleofriverbed,whereasfactoryliesinthemiddleofdamoverflowingdam.Becausetheleftshoreismuchflatterwhichcanlaytheswitchstationandfacilitiesofoffice.Thisengineeringusessuchdisposalthatthehydroelectricstationisbehindthedam.Wechoosethemixedhydraulicturbine,whosediameteris3.0mandrotatespeedis214.3r/min.OneofGeneratorhas47500kwelectricity.Itisensuredtogenerate190000kwelectricity.Thewidthofthemainpowerhouseis17.64m,thelengthis70.6m.Allkindsofauxiliaryequipmentandotherkindsofroomsassembleindeputyhouse.-57- 水利水电工程专业毕业设计1自然地理及工程地质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2761km2。龙泉溪发源于浙闽交界仙霞岭、洞官山，河流长度153km，直线长度77km，平均宽度36km。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1921m，流域平均高度662m，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%。-57- 水利水电工程专业毕业设计本流域距东海仅120~180km，水汽供应充沛，坝址以上流域年平均雨量为1833.8mm，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1/3，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236.8mm。7~9月间台风侵袭，也有暴雨出现，最大24小时雨量曾达145.4mm。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1.15m/s，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32m/s。紧水滩坝址与石富站流域面积仅差41km2，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）245250255260265270275-57- 水利水电工程专业毕业设计面积（km2）11.613.615.918.321.324.527.7容积（108m3）1.92.53.24.055.056.257.575高程（m）280285290295300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1.1地形与地质1.1.1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。1.1.2坝址地质坝区位于90km2的“牛头山”-57- 水利水电工程专业毕业设计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5kg/cm2，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。1.1天然建筑材料1.1.1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0.5km，有效储量426700m3。油坑料场：位于500~550m高程的低平山丘上，为粘土及壤土组成，料场距坝址1.5km，有效储量747600m3。1.1.2砂石料：局村至小顺区六个料场，左右岸各三个，最远距坝址16.5km。局村至坝址区十个料场，左岸4个，右岸6个，最远距坝址9km。坝址至赤石区七个料场，最远距坝址12.2km。共计23个料场，有效储量水下557000m3，水上3094600m3，合计3651600m3。1.2既给设计控制数据1.校核洪水位：292.50m，校核最大洪水下泄流量14900m3/s2.设计洪水位：290.50m，设计洪水最大下泄流量11700m3/s3.设计蓄水位：284.50m4.设计低水位：264.00m5.装机容量：4×4.75万kw，即19万kw-57- 水利水电工程专业毕业设计1枢纽布置及挡水泄水建筑物1.1枢纽布置枢纽由非溢流坝段、溢流坝段及坝后式溢流式厂房组成。溢流坝段（4#~11#）因泄水需要布置在河谷中央，总宽118.50m，溢流前缘净宽83.50m。分七孔，设16×8m2闸门四扇，设6.5×8m2。采用挑流消能，反弧半径25m，鼻坎高程为232.34m。非溢流坝段（1#~3#、12#~13#）布置在河谷两岸，左岸坝段（12#~13#）宽66.42m，其后布置坝后式地面厂房，右岸坝段（1#~3#）宽86.12m。坝轴线垂直水流方向。坝顶高程294.00m，坝基面高程196.00m。坝高98.00m。坝长271.09m。电站厂房一台机组段长13m，两端机组段长14米，总长70.60m，宽24.55m，高35m。关于发电机层、装配场和进厂公路的高程，设计时考虑过两个方案。方案一：若将装配厂放在厂房左侧，则进厂公路高程约220.3m，而发电机层高程仅212.82m，所以不宜使装配厂与公路同高。方案二：若使装配厂与发电机层同高，装配厂放在厂房右侧，挖一条隧洞进厂，这样方便装配厂工作，而且当下游尾水位较高时避免了从尾水平台的公路进场。但是隧洞也存在以下缺点：宽度受限制，机组运输和检修不便，且做隧洞费用较高。综合考虑后选择方案二。厂房全部采用地面式，厂房左侧开挖一高边坡。这样做虽增加了开挖量，但也减小了厂房结构设计的难度，使厂房受力简单明了。且由于现在施工技术的改进，这种高边坡和大开挖量已经能很好地解决了。设计采用溢流式厂房，厂房下部与坝连接处设置纵向沉降伸缩缝将厂坝结构分开，厂房在上部设置拉板与坝连接。因布置坝后式溢流厂房，溢流坝剖面需要进行调整本，由前面确定的主厂房宽度为19m，厂房顶高程为230.0m，因此需要将溢流坝反弧段底高程加高为230.0m，挑流鼻坎坎顶高程加高为232.4m，反弧弧底应设置一个延长的水平段。厂房下部与坝连接处设置纵向沉降伸缩缝将厂坝结构分开，厂房不影响坝的强度和稳定性。-57- 水利水电工程专业毕业设计1.1挡水建筑物的型式、尺寸和布置1.1.1坝高确定根据水电站装机19万kw，水库总库容14.1×108m3，取工程规模为大型，主要建筑物级别：3级，次要建筑物：4级，临时建筑物：5级。1.1.1.1坝顶超出静水位高度△h△h=2hl+ho+hc（2-1）△2hl～波浪涌高ho～波浪中线高出静水位高度hc～安全超高a.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；D——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。该水库缘地势高峻，故采用官厅水库计算公式vf=2m/s，D=0.7km2hl=10.4(2hl)0.8（2-2）2ll～波长b.ho=cthc.hc-查《水工建筑物》（上）河海大学出版社P53表2-8基本组合： hc=0.5m，特殊组合hc=0.4m1.1.1.2坝顶高程设计洪水位+△h设=290.478m坝顶高程=max-57- 水利水电工程专业毕业设计校核洪水位+△h校=292.238m△h设＝2h1+h0+hc＝0.035+0.005+0.7＝0.74△h校＝2h1+h0+hc＝0.035+0.005+0.5＝0.54∴▽坝顶＝max{291.24，293.04}取坝顶高程为294m1.1.1.1大坝高度查坝轴线工程地质剖面图，得出可利用基岩最低点高程196.00m，由此知大坝实际高度为294.00-196.00=98.00m1.1.2挡水建筑物——混凝土重力坝1.1.2.1实用剖面图2-1非溢流坝剖面图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1/3~2/3-57- 水利水电工程专业毕业设计的范围内。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230.00m处。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。坝顶高程294.00m，坝底高程196.00m，折坡点高程230.00m，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77.50m，上游侧5.10m，下游侧72.40m。灌浆廊道距坝底4m，距上游坝面5m，廊道宽2.5m，高3m。坝体纵向排水检查廊道一般靠近坝的上游侧，每隔15-30m高差设置一层，取25m高差。1.1.1.1非溢流坝段稳定应力计算表2-1坝基面持久状况稳定应力计算（设计洪水位）名称荷载（KN）方向弯矩（KNm）方向自重88356.08↓937563.4静水压力上游43802.88←1379790.723877.4↓141098.59下游2469.93←18442.11845.85↓61189.93扬压力28059.81↑252733合计66019.44↓535421.341332.95→表2-2坝基面偶然状况稳定应力计算（校核洪水位）名称荷载（KN）方向弯矩（KNm）方向自重88356.08↓937563.4静上45676.6→1469263.5-57- 水利水电工程专业毕业设计水压力游3977.46↓144700下游2896.35←23460.442172.27↓66580.08扬压力283764.84↑228473合计63473.21↓635133.5942780.25→表2-3坝基面偶然状况稳定应力计算（正常洪水位）名称荷载（KN）方向弯矩（KNm）方向自重88356.08↓937563.4静水压力上游38417.19→1108848.713577.22↓3962321.4扬压力15256↑246399.14合计76677.22↓4544636.54438417.19→满足坝趾抗压强度要求及坝基抗滑稳定，且坝踵不出现拉应力1.1泄水建筑物的型式、尺寸和布置1.1.1主要泄水建筑物—混凝土溢流坝1.1.1.1堰顶高程设N＝AQ0H∴Q0设＝N/AH＝190000/（8.5×94.5）＝236.54m3/sQ＝QS－Q0＝11700－0.9×236.54＝11487.11m3/s-57- 水利水电工程专业毕业设计坝址岩基状况良好，故取设计状况下的单宽流量q＝137.5m2/sL＝Q/q＝11487.11/137.5＝83.5m式中L——溢流前缘净宽，取L＝83.5=16×4+6.5×3∴L0＝16×4+6.5×3+6.5×4+3×3＝118.5mL0——溢流前缘总宽，m取4孔16m的闸门，3孔6.5m的闸门（2-3）式中q——单宽流量，——侧收缩系数，0.9m——表征泄流能力的流量系数，0.5H0——堰上水头求得H0=7.5H＝H0－v2/2g=7.5堰顶高程=设计洪水位-H故堰高▽堰顶＝▽校－H=290.5-7.5=283m闸门高度=正常蓄水位-堰顶高程+安全超高=290.5-283+（0.3～0.5）=8m选择平面闸门，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。1.1.1.1溢流坝实用剖面设计1.溢流面曲线采用WES曲线溢流堰采用WES型剖面，上游堰面铅直，其堰顶下部与一非溢流坝下游面直线相切，再由圆弧与下游挑坎相连接。堰面曲线的确定与最大运行水头和-57- 水利水电工程专业毕业设计定型设计水头有关。2.最大运行水头=292.5-283=9.5m3.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=8m4.曲线段的确定Xn=KHdn-1y（2-4）Hd—定型设计水头K．n—与上游坝面坡度有关的系数和指数（查手册知k=2,n=1.85）则曲线方程y＝x1.85/（2Hd0.85）∵dy/dx＝1.85x0.85/（2Hd0.85）＝1/0.75∴切点x＝13.77my＝8.85m表2-4Y=x1.85/11.7X（m）36912Y（m）0.652.354.988.48堰顶点上游椭圆曲线+=1（2-5）a＝0.3a/b＝0.87+3a∴b＝0.169aHd＝2.4mbHd＝1.352m故椭圆方程为+=1倒悬高度d>Hmax/2=4.8取d=5m5.反孤段设计-57- 水利水电工程专业毕业设计采用挑流消能，按校核洪水期允许下泄流量Q=14900m3/s查得下游最高水位为220.37米，故T1=292.5-220.37=72.13m取q=80m3/s，由水力学计算得：=72.13（2-6）To-总有效水头Hco-临界水深（校核洪水位闸门全开时反弧处水深）φ－流速系数　查表取0.95试算得　hco=3.887m则反孤段半径R＝（6~10）hc0＝（23.3~38.9）m取R＝25m鼻坎挑角θ＝25°鼻坎高程=220.37+（1-cos25）×25=222m最低点高程=222-（1-cos25）×25=220.37m图2-2溢流坝剖面图-57- 水利水电工程专业毕业设计1.1.1.1坝段稳定应力计算表2-5坝基面持久状况稳定应力计算（设计洪水位）名称荷载（KN）方向弯矩（KNm）方向自重90119.2↓1248976静水压力上游44818→14709213877.4↓150776.53扬压力31330.68↑228592.35合计62667.5↓299762.544818→表2-6坝基面偶然状况稳定应力计算（校核洪水位）名称荷载（KN）方向弯矩（KNm）方向自重90119.2↓1248976静水压力上游46321→15599223977.5↓154683.42扬压力32778↑224636合计61321.26↓38090146321→表2-7坝基面持久状况稳定应力计算（正常蓄水位）名称荷载（KN）方向弯矩（KNm）方向自重88356.08↓937563.4静上38406.15→1132981.41-57- 水利水电工程专业毕业设计水压力游3577.22↓3141277.7扬压力16070↑275350.83合计77628↓17977.838406.15→满足坝体混凝土层面抗滑稳定要求。1.1坝内构造1.1.1坝顶结构1.1.1.1非溢流坝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。坝顶宽10.00m，两边设1.00m的栏杆，路面中间高，两边低，呈圆拱状，以便于排水，道路两旁设排水管。上游侧设1.00m高的防浪墙。1.1.1.2溢流坝溢流坝段坝顶较非溢流坝段向上游伸出3.25m，故坝顶总宽为25.75m，坝上布置门机轨道，溢流堰上设置两个闸门，上游侧事故检修闸门，堰顶布置工作闸门。闸墩中间布置进水口的闸门，与溢流堰闸门平行布置。闸墩宽度6.50m，闸门门槽深0.50m，宽1.0m。-57- 水利水电工程专业毕业设计1.1.1分缝：2.4.2.1横缝：其压力水管的进水口布置在溢流坝闸墩之下，因此，坝段的横缝只能设置在闸墩外。考虑到坝址处岩性均一，较新鲜完整，风化浅，构造不甚发育，属工程地质条件较好的坝址，将横缝布置在闸室中间。2.4.2.2纵缝：溢流坝段和非溢流坝段纵缝间距均为16m。溢流坝段由于坝内埋有压力钢管以及出线洞，因此在必须垂直相交，以保证与主应力方向相垂直。1.1.2坝内廊道沿灌浆廊道向上，间隔25m布置一层廊道，共分3层，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3.00m，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。1.1.3坝基地基处理由于坝址处岩基抗渗性较好，故防渗帷幕灌浆处理比较简单。在坝基处进行简单的固结灌浆。　　1.2溢流坝消能抗冲刷措施1.2.1消能方式由于坝址处基岩良好，故采用挑流消能1.2.2挑距α=25°h1=hc0cos25°=3.523h2=222-196=26m-57- 水利水电工程专业毕业设计挑距:=163.62m（2-7）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,取38.87m　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1.1.1冲坑冲坑深度（2-8）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=33.8T/Ts=L/(tr-t)=8.39故抗冲满足要求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。1.1.2导墙高度掺气水深ha=h/(1-c)c=0.538(Ae-0.02)Ae=nv/R3/2=0.183c=0.188ha=2.38mh导=2.38+1.5=3.88m取h导=4.0m-57- 水利水电工程专业毕业设计1机电设备及辅助设备的选择1.1特征水头Hmax、Hmin、Hr的选择Nf＝9.81QHη总H－上下游水头差Nf＝9.81Q（h－△h）η总＝8.5HQ考虑1%的水头损失1.1.1Hmax可能出现情况1.1.1.1校核洪水位（292.5m），四台机组全发电由Q泄＝14900m3/s查厂区水位流量曲线得：H下＝220.37m∴Hmax＝292.5－220.37＝72.13mHmax净=（1-1%）72.13=71.4m1.1.1.2设计洪水位（290.5m），四台机组全发电由Q设＝11700m3/s查厂区水位流量曲线得：H下＝218.44m∴Hmax＝290.5－218.44＝72mHmax净=（1-1%）72=71.34m1.1.1.3设计蓄水位（284.5m），一台机组发电19万KW属中型电站，A＝8.31，N＝9.81QHη＝AQH，考虑2%水头损失Nf=4.75/97%=4.8969万KW设Q1＝80m3/s，查得H下＝202mN＝8.31×80×（284.5－202）×98%＝5.375万KW设Q2＝100m3/s，查得H下＝202.125mN＝8.31×100×（284.5－202.125）×98%＝6.71万KW设Q3＝50m3/s，查得H下＝201.81m-57- 水利水电工程专业毕业设计N＝8.31×50×（284.5－201.81）×98%＝3.37万KW由以上三组数据作N~Q图图3-1N~Q曲线图由N＝4.89万KW查得：Q＝73m3/s再由Q＝73m3/s查得：H下＝201.87m∴Hmax净=82.63m1.1.1.1设计蓄水位（284.5m），四台机组发电Nf=19/97%=19.59万KW设Q1＝80m3/s，查得H下＝202mN＝8.31×80×（284.5－202）×98%＝5.375万KW设Q2＝100m3/s，查得H下＝202.125mN＝8.31×100×（284.5－202.125）×98%＝6.71万KW设Q3＝150m3/s，查得H下＝202.44mN＝8.31×150×（284.5－202.44）×98%＝10.03万KW设Q1＝220m3/s，查得H下＝202.88mN＝8.31×220×（284.5－202.88）×98%＝14.62万KW设Q2＝250m3/s，查得H下＝203.03mN＝8.31×250×（284.5－203.03）×98%＝16.59万KW设Q3＝300m3/s，查得H下＝203.2mN＝8.31×300×（284.5－203.2）×98%＝19.86万KW∴Hmax净=79.6m综上所述，Hmax＝83m-57- 水利水电工程专业毕业设计1.1.1Hmin可能出现情况设计低水位（264.0m），四台机组全发电设Q1＝200m3/s，查得H下＝202.6mN＝8.5×200×（264－202.6）×97%＝10.23万KW设Q2＝500m3/s，查得H下＝203.9mN＝8.5×500×（264－203.9）×97%＝24.47万KW设Q3＝700m3/s，查得H下＝204.5mN＝8.5×700×（264－204.5）×97%＝33.92万KW由以上三组数据作N~Q图图3-2N~Q曲线图由N＝19.59万KW查得：Q＝393m3/s再由Q＝393m3/s查得：H下＝203.51m∴Hmin＝264－203.51＝60.5m1.1.2设计水头加权平均水头Hav＝50%H设max+30%Hmax+20%Hmin=50%×71.34+30%×83+20%×60.5=72.67m坝后式Hr＝0.95Hav＝69m1.2水轮机选型比较-57- 水利水电工程专业毕业设计由工作水头范围60.5-83m查表得：选用HL220水轮机HL220水轮机方案的主要参数选择：1.1.1转轮直径D1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＝90.8%∴（3-1）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=47500/0.97=48969kwHr——设计水头（m），坝后式Hr=0.95Hav=69mη——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。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=3m。1.1.2转速n计算HL220最优工况下转速n10/m＝70.0r/min（3-2）式中：Hav——加权平均水头（m），Hav＝72.67m。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，磁极对数2P＝28。1.1.3效率修正ηmmax＝91%D1m＝0.46m-57- 水利水电工程专业毕业设计原型效率%（3-3）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＝93.8%－91%＝2.8%取ε＝1%∴△η＝1.8%∴ηmax＝ηmmax+△η＝91%+1.8%＝92.8%η＝ηm+△η＝89.0%+1.8%＝90.8%与假定值相同∴△n10//n10/m＝－1＝0.97%＜3%∴n、Q1/可不加修正最后求得η＝90.8%，D1＝3.0m，n=214.3r/min水轮机型号：HL220—LJ—3301.1.1工作范围检验＝1.14m3/s＜1.15m3/s最大引用流量Qmax＝Q1/maxD12Hr1/2＝79.67m3/s与特征水头Hmax、Hmin、Hr相对应的单位转速为n1/min＝nD1/Hmax1/2＝70.57r/minn1/max＝nD1/Hmin1/2＝82.65r/minn1/r＝nD1/Hr1/2＝77.4r/min在HL220水轮机模型综合特性曲线上绘出n1/min＝70.57r/min，n1/max＝82.65r/min，Q1/max=1.07m3/s的直线，其所围的区域为水轮机的工作区域。-57- 水利水电工程专业毕业设计图3-3HL220水轮机模型综合特性曲线图中阴影部分基本包括了该特性曲线的高效区。1.1.1吸出高度Hs计算由n1/r＝74.28r/min，Q1/max＝1.14m3/s查曲线得：σ＝0.135由Hr＝69m查得：△σ＝0.02水轮机安装海拔高程▽＝202m∴Hr（3-4）——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202.00mσm——模型气蚀系数，查模型综合特性曲线得σm＝0.135——气蚀系数修正值，查表得＝0.02Hr——水轮机设计水头69m计算得Hs＝0.92m满足开挖要求，不增加开挖量1.2发电机尺寸估算-57- 水利水电工程专业毕业设计1.1.1发电机主要尺寸1.1.1.1极距τ＝Kj×（Sf/2P）1/4＝10×[47500/（0.85×2×14）]1/4＝66.84cm（3-5）Sf—发电机额定客量（KVA）Sf＝47500/0.85kj—取8~10此时取10P—磁极对数P=14飞逸线速度Vf＝Kf×τ＝1.9×66.84＝126.99m/s3.3.1.2定子铁芯内径Di＝2Pτ/π＝596cm（3-6）3.3.1.3定子铁芯长度lt＝Sf/（CDi2ne）＝50000/（0.85×5×10－6×6672×187.5）＝172.7cm（3-7）C——系数查表C=5×10-6ne——额定转速=214.3r/min∵Di/（ltnN）＝596/（172.7×214.3）＝0.016＜0.035∴为悬式3.3.1.4定子铁芯外径∵ne>166.7rpm∴Da＝Di+τ＝662.84cm发电机型号为：SF50—32/745.6-57- 水利水电工程专业毕业设计1.1.1平面尺寸图3-4发电机尺寸3.3.2.1定子机座外径D1＝1.2Da＝795.41cm3.3.2.2风罩内径D2＝D1+240＝1035.41cm3.3.2.3转子外径D3＝Di－2δ＝Di＝596cm3.3.2.4下机架最大跨度D4＝D5+0.6＝480cm水轮机机坑直径D5＝420cm3.3.2.5推力轴承外径D6＝300cm励磁机外径D7＝200cm1.1.2轴向尺寸3.3.3.1定子机座高度h1＝lt+2τ＝306.38cm3.3.3.2上机架高度h2＝0.25Di＝149cm3.3.3.3推力轴承高度h3＝200cm励磁机高度h4＝220cm副励磁机高度h5＝100cm永励磁机高度h6＝80cm3.3.3.4下机架高度h7＝0.12Di＝71.52cm3.3.3.5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＝89.4cm-57- 水利水电工程专业毕业设计3.3.3.6下机架支承面至主轴法兰底面间距h9＝100cm3.3.3.7转子磁轭轴向高度h10＝lt+90＝262.7cm3.3.3.8发电机主轴高度h11＝（0.7~0.9）H＝871.35-1120.3故取900cmH＝h1+h2+h4+h5+h6+h8+h9＝1244.78cm3.3.3.9定子铁芯中心线至主轴法兰盘底距离h12h12=0.46h1+h10=403.63cm1.1.1发电机重量估算（3-8）K1—系数，悬式K1=8~10，这里取9发电机转子重=Gf=183.67t1.2调速器及油压装置的选择1.2.1调速器3.4.1.1调速功计算初选中型调速器∵Nr＝9.81ηHmaxQ∴Q＝66.24m3/s接力器容量A＝（22~28）Q（HmaxD1）1/2＝206000~257000Nm（3-9）Hmax—最高水头D1——水轮机直径3.4.1.2接力器导叶数Z0＝24取λ＝0.03b0/D1＝0.25∴＝0.4m（3-10）选择与之相近且偏大的dc＝400mm的标准接力器3.4.1.3最大行程-57- 水利水电工程专业毕业设计Smax=(1.4~1.8)amax（3-11）a0max——水轮机导叶最大开度＝46×2.9/0.46＝290mm则Smax=450mm3.4.1.4、接力器容积计算＝0.113m2（3-12）∴选用Ts=4SVm=5m/s故选用DT-100型电气液压型调速器3.4.1.5基本尺寸机械柜尺寸l×b×h＝750×950×1375基础板尺寸L×B＝1200×1500电气柜尺寸M×N×H＝550×804×2360图3-5调速器简图-57- 水利水电工程专业毕业设计1.1.1油压装置V0＝（18~20）V＝（2.034~2.26）m3选用组合式油压装置YZ-2.5图3-6油压装置简图1.2起重设备选择起重机额定起重量一般为发电机转子重量本设计额定起重量Gr=183.67t选择与之接近且偏大的2×100t桥机设备型号及台数选择：最大起重量183.67t，机组共4台选用一台双小车起重机，跨度16m。表3-3工作参数表名义起重量t单台小车起重量（t）跨度lkm主钩副钩2×1001002016极限位置推荐用大车轨道轻道中心距起重机外端距离B1轨道面至起重机顶端距离H吊钩至轨道吊钩至轨道hh1中心距离主钩副钩L1L2Qu-1004603700124070011001600平衡梁吊点至大车轨顶极限位置146mm-57- 水利水电工程专业毕业设计表3-4平衡梁参数吊钩起重量（t）平衡梁起重量(t)aa1a2a3bhh1自重(t)2×10025037803100145070013009406504.5781.1蜗壳型式与尺寸水头范围60.5~82.63m>40m，故采用金属蜗壳，对于D1=3.0m的高水头混流水轮机，采用圆形焊接或铸造结构蜗壳包角345°由Hr＝69m查得：Vc＝6.8m/s由Hr＝69m，D1＝3.0m查得：Db＝4000mm，Da＝4700mm∴ai＝ra+ρi＝2.35+Ri＝ra+2ρi＝2.35+-57- 水利水电工程专业毕业设计表3-5金属蜗壳尺寸：Φi（°）3075120165210255300345ρi（m）0.550.871.11.281.451.61.731.86ai（m）2.93.223.453.633.83.954.084.21Ri（m）3.454.094.554.915.255.555.816.071.1尾水管型式与尺寸尾水管采用标准混凝土肘管，尺寸通过计算得出：表3-6尾水管尺寸：hLB5D4h4h6L1h57.54137.893.923.921.965.283.54图3-9尾水管简图2水电站引水建筑物2.1压力钢管的布置坝后式厂房采用坝式进水口，引水建筑物为压力钢管-57- 水利水电工程专业毕业设计4.1.1压力钢管内径：（4-1）式中：Qmax——钢管的最大设计流量，m3/sH——设计水头，m考虑到经济流量与蜗壳尺寸，去D=3.8m，A=11.34所以Qmax/A=79.67/11.34=7符合经济流速5-7的要求。4.1.2闸门尺寸闸门高度等于管道内径，宽度一般稍小于压力管道内径，取3m。闸门处净过水断面为隧洞断面的1.1倍，坝式进水口为了适应坝体的结构要求，进水口长度要缩短，进口段与闸门段常合二为一，坝式进水口一般都做成矩形喇叭口状，水头较高时，喇叭开口较小，以减小闸门尺寸以及孔口对坝体结构的影响，渗透较低时，孔口开口较小，以降低水头损失。4.1.3启闭设备几个进水口可合用一扇检修门，几个进水口合用一台移动式的启闭机。启闭设备安放在坝顶4.1.4渐变段由矩形闸门到圆形管道的过渡段，采用圆角过渡，长度不少于一倍管径，故取6m。平面收缩角为0，立面收缩角取7°，圆弧中心位置和半径按直线规律变化。图4-1渐变段示意图4.1.5上、下弯段上、下弯段转弯半径不得小于2-3倍管径，故取10m-57- 水利水电工程专业毕业设计4.1.6进水口高程不出现吸气漩涡的最小淹没深度为Scr=cv=8.18m。（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。进水口底高程为264-8.18=255.82m故取255m。4.1.7进水口布置进水口形状进口采用椭圆曲线三面收缩，底部水平的方式。顶部采用1/4椭圆曲线，方程为+=1a=1-1.5D通常用1.1D=4.2mb=1/3D-1/2D取1.6m两侧面曲线方程为+=14.1.8拦污栅拦污栅立面垂直，在平面上为半圆弧形，其总面积由电站的引用流量及过栅流速推得。拦污栅弧形半径3.5米，高7.5米斜直段钢管轴线与下游坝坡平行，即基本上与坝体最大主压应力的方向一致，这样也可以减小坝体荷载在孔口边缘引起的应力。本设计中将钢管直接埋置在坝体混凝土中，二者结为整体，共同承受内水压力。1.1压力钢管的结构计算1.1.1水头损失计算4.2.1.1沿程水头损失沿程水头损失是随着流程的长度而增加的，选用曼宁公式-57- 水利水电工程专业毕业设计R=A/L=D/4=3.8/4=0.95R——水力半径A——钢管截面面积L——湿周，取钢管周长v==Q/A=7mv——平均流速J——水力梯度，J==0.006n——糙率系数，取焊接钢管n=0.011Q——水轮机最大引用流量A——管道面积=JL=0.638m（4-2）L——管段长度，从进水口计算至蜗壳中心线。L=106.4m4.2.1.2局部水头损失=++++（4-3）（1）拦污栅处水头损失==0.009（4-4）b——栅片厚度s——栅片间净距v——栅前行进流速——栅面与水平面倾角（2）进水口处水头损失==0.24m（4-5）——进口处水头损失系数，取0.1v——进水口处平均流速,==6.98m/s(3)渐变段处水头损失-57- 水利水电工程专业毕业设计==0.12m（4-6）——渐变段水头损失系数，取0.05(4)转弯处水头损失=（4-7）=0.11(5)闸门出水头损失=（4-8）=0.99故总局部水头损失=1.469m总水头损失=+=2m1.1.1压力钢管厚度确定坝内埋管荷载主要是内水压力，本设计采用简化公式Hp——最大计算水头K——水锤压力系数进口处K=1.0,出口处K=1.3中间各处线性插值求得H——净水头钢管计算厚度（4-9）——钢管内径的一半——水的容重-57- 水利水电工程专业毕业设计——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）选用16Mn钢f=315mpa=0.6对整个钢管取五个典型断面，分设计洪水位和校核洪水位，分别计算厚度，计算结果列表如下：表4-1设计洪水位（290.5m）断面ⅠⅡⅢⅣⅤ高程(m)203.18215.66228.14240.62253.1K1.31.2251.151.0751.0H(m)87.3274.8462.3649.8837.4Hp(m)113.5291.6871.7153.6237.4(MPa)242.31ta(mm)8.887.145.64.213表4-2校核洪水位（292.5m）断面ⅠⅡⅢⅣⅤ高程(m)203.18215.66228.14240.62253.1K1.31.2251.151.0751.0H(m)89.3276.8464.3651.8839.4Hp(m)116.1294.137455.7739.4(MPa)302.88ta(mm)7.225.864.623.52.5考虑到钢板厚度的误差及运行中的锈蚀和磨损，实际采用的管壁厚度应在计算厚度的基础上再加2mm的裕量。-57- 水利水电工程专业毕业设计压力管道的内水压力一般愈向下游愈大，为了节约钢材，通常将管道分成若干段，每段采用不同的管壁厚度，按该段最低断面处的内水压力确定并使得厚度相近的管段取同一厚度，且满足D<5m时，=10mm故：203.18m-215.66m高程段钢管厚度为11mm215.66m-253.10m高程段钢管厚度为10mm1.1.1.1水锤压力系数的计算水锤计算应与机组转速变化计算配合，应计算：⑴正常工况最高压力线，即，相应于水库正常蓄水位，由钢管供水的全部机组突然同时丢弃负荷。⑵特殊工况最高压力线，即，相应于最高发电水位（校核洪水位），由钢管供水的全部机组突然同时丢弃负荷。通过上面进水口到压力钢管末端水头损失的计算，可以看出压力管道的水力损失占电站水头的比重很小，在下面的水锤计算中忽略压力水管的水力损失，且这样计算偏于安全。当反击式水轮机的流量发生变化时，在蜗壳中亦将发生水锤现象。蜗壳相当与压力水管的延续部分，其水锤现象与压力水管相同。下面在计算水库正常蓄水位时机组丢弃全负荷产生的正常最高水压力和水库最高发电水位时机组丢弃全负荷产生的特殊最高水压力时，将蜗壳作为压力水管的延续部分，用冲击式水轮机的水锤计算公式近似计算内水压力。T=2L/c=2×106.4/1200=0.177s（4-10）式中L——压力管道长度，m；c——埋藏式钢管水锤波速，埋藏式钢管可近似的取1200m/s；因为=4s>TTs——导叶关闭时间，s。故发生间接水锤。水锤常数=cVmax/2gHo（4-11）=8.57初始开度，>1，发生极限水锤。（4-12）-57- 水利水电工程专业毕业设计（4-13）式中——极限水锤相对压强；——水锤常数=0.31（4-14）=0.34，取0.3当压力管道末端出现极限水锤时，管道沿线的最大水锤压强都是按直线规律分布的，管道末端的最大水锤为，则任一点p的最大水锤为（4-15）式中——任一点p的最大水锤；——管道末端的最大水锤；——p点至压力钢管起始端的距离，m；L——管道长度，m。1.1压力钢管周围混凝土配筋坝内埋管采用钢管与周围混凝土联合受力，以减小钢管厚度。混凝土标号为C30。根据规范：混凝土承受的内水压力（4-16）混凝土径向位移计算公式（4-17）泊松比钢管半径a=D/2=1.9-57- 水利水电工程专业毕业设计混凝土层半径b=a+>0.8D=a+2a=5.7钢管厚度ta以米为单位代入计算混凝土各点应力，r=2.34~7.02（4-18）——判断混凝土开裂的拉应力取值（按素混凝土抗弯构件计算）——截面抵抗矩的塑性系数，矩形截面取为1.55——混凝土轴心抗拉强度设计值（N/mm2）——素混凝土结构受拉破坏的结构系数，取为2.0荷载分设计洪水位和校核洪水位两种情况计算，结果见下表：表4-3设计洪水位（290.50m）断面ⅠⅡⅢⅣⅤ高程(m)203.18215.66228.14240.62253.1H(m)87.3274.8462.3649.8837.4Hp(m)113.5291.6871.7153.6237.4ta(mm)99888c0.040.040.0350.0350.035p(MPa)1.1140.900.7030.5260.367pc(MPa)1.070.860.680.510.35(MPa)0.927~0.220.610~0.890.48~0.060.36~0.050.25~0.036表4-4校核洪水位（292.50m）断面ⅠⅡⅢⅣⅤ高程(m)203.18215.66228.14240.62253.1H(m)89.3276.8464.3651.8839.4-57- 水利水电工程专业毕业设计Hp(m)116.1294.137455.7739.4ta(mm)99888c0.0460.0460.0410.0410.041p(MPa)1.1390.9230.730.550.387pc(MPa)1.090.880.70.530.37(MPa)0.945~0.2260.62~0.090.5~0.070.37~0.060.26~0.04钢筋选用Q235，ft=215N/mm2，超出部分面积，即为需要配筋的部分p=A*1，，表4-5设计洪水位（290.50m）断面ⅠⅡⅢⅣⅤ面积A00000p00000165.38As(mm2)按构造配筋表4-6校核洪水位（292.50m）断面ⅠⅡⅢⅣⅤ面积A00000p00000206.73As(mm2)按构造配筋总之，钢管按构造配置环向钢筋Φ16@200，纵向按构造配Φ10@300高程（m）管壁材料管壁厚度（mm）环向钢筋纵向钢筋203.18-215.66Q235,C级钢板11Φ16@200Φ10@300215.66-253.10Q235,C级钢板10Φ16@200Φ10@3001.1判断混凝土开裂情况-57- 水利水电工程专业毕业设计按照弹性力学厚壁圆筒多层管法计算，钢管开裂情况分为未开裂、内圈部分开裂、裂穿三种情况。根据初步估算的钢管壁厚和外围钢筋的数量（折算成连续的壁厚），判别混凝土的开裂情况，允许混凝土开裂，但不允许混凝土出现裂穿的情况，因混凝土裂穿就不再具有承载能力，不能和混凝土联合受力，开裂未裂穿的混凝土仍具有承载能力。4.4.1未开裂情况当内水压力设计值时，为混凝土未开裂情况（4-19）——混凝土未开裂情况所能承受的最大内水压力（N/mm2）——钢管于混凝土间缝隙值（mm）计算坝内埋管承受最大内压、钢管传至混凝土层的内水压力、混凝土裂缝深度、混凝土和钢筋应力时=0——平面应变问题的钢材弹性模量（N/mm2）——钢材弹性模量（N/mm2）——钢材泊松比r——钢管内半径（mm）,r=1900mm——参数-57- 水利水电工程专业毕业设计——混凝土层相对开裂深度，取，在混凝土未开裂情况下，取=1.9/5.7=0.33——混凝土开裂区半径（mm）——混凝土圈外半径（mm）,r5=5700mm——参数——平面应变问题的混凝土泊松比——混凝土泊松比0.167——判断混凝土开裂的拉应力取值（按素混凝土抗弯构件计算）——截面抵抗矩的塑性系数，矩形截面取为1.55——混凝土轴心抗拉强度设计值（N/mm2）——素混凝土结构受拉破坏的结构系数，取为2.0——平面应变问题的混凝土弹性模量（N/mm2）-57- 水利水电工程专业毕业设计——混凝土弹性模量（N/mm2）t——钢管管壁厚度（mm）t3——混凝土内钢筋折算层厚度（mm），孔口实际配筋应由同时承受内水压力和坝体应力决定（4-20）1、Ⅰ截面t=11mm，设计洪水位，校核洪水位均大于∴开裂2、Ⅱ截面t=11mm，设计洪水位，校核洪水位校核洪水位大于∴有开裂3、Ⅲ截面t=10mm，设计洪水位，校核洪水位均小于∴未开裂4、Ⅳ截面t=10mm，设计洪水位，校核洪水位均大于-57- 水利水电工程专业毕业设计5、Ⅴ截面t=10mm，设计洪水位，校核洪水位均大于4.4.2内圈部分开裂情况由于外围混凝土厚度5700-1900=3800mm>0.8D,当时，未内圈部分开裂情况：（4-21）——混凝土内圈部分开裂情况所能承受的最大内水压力（N/mm2）——参数A0的最大值可由~D0关系曲线查得r2——内圈环筋半径（mm），r2=2050mm对Ⅳ、Ⅴ截面，8由此查得：=0.35∴∴∴只会部分开裂，不会裂穿。总之，压力钢管周围混凝土不会裂穿，满足要求。1.1抗外压稳定校核-57- 水利水电工程专业毕业设计钢衬承受的外压有以下三种：1.外部地下水压力；2.浇筑混凝土垫层时未凝固混凝土的压力；3.灌浆压力。对于光面管，在均匀外水压力的作用下，用简便的公式初步计算临界外压（4-22）——光面管临界外压——钢管壁厚，取9mm——钢材的屈服点，取315MPaR——钢管层半径，取1.9m钢衬的容许外压P≤/KK——安全系数，取2.0故p≤0.81MPa由规范查得，施工期的灌浆压力一般不小于0.2MPa.<,故初步认定钢管稳定。1水电站厂房1.1厂房型式与布置整个厂房布置在4#~7#引水坝段后方，全部采用溢流式厂房，溢流前缘宽度较宽，开挖量较大，但是现代施工工艺已经能满足大量开挖及高边坡的处理要求，故本电站采用溢流式厂房。将副厂房布置在主厂房的上游侧，合理利用空间。主厂房长70.60m，宽16.70m，高35.00m，副厂房长70.60m，宽7.20m，高10.66m。装配场宽16.70m，长15.00m。主厂房四个机组段布置在装配场右侧，中间机组段长13.00m，两端机组段长14m。-57- 水利水电工程专业毕业设计使装配厂与发电机层同高，因为下游尾水位高于发电机层楼板高，故须挖一条隧洞进厂。1.1主厂房各层高程确定1.1.1水轮机安装高程（5-1）ZS－水轮机安装高程ω--设计尾水位（213.90m）由于电站装机台数为4台，所以确定设计尾水位的水轮机过流量为1台水轮机的额定流量。b0--导叶高度（m）Hs--吸出高度(0.92m)求得ZS＝203.18m1.1.2尾水管底板高程（5-2）h1——尾水管高度（m）bo——导叶高度（m）1.1.3水轮机层地面高程（5-3）压力钢管直径--蜗壳外包混凝土最小厚度（1m）-57- 水利水电工程专业毕业设计1.1.1定子安装高程+进人孔高（2m）+圈梁高（1m）=209.06m（5-4）1.1.2发电机层地面高程（定子埋入式）上机架高度（0.7m）=212.82m（5-5）1.1.3装配场地面高程发电机层与装配场进厂公路同高，均高于下游尾水位，高程为212.82m。1.1.4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1m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=222.97m。1.1.5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，由于在厂房顶溢流，必须并留有一定混凝土厚度。本电站厂房顶部高程为=230.00m。1.2厂房主要尺寸的确定1.2.1机组间距机组间距由发电机层、蜗壳层、尾水管层分别计算决定-57- 水利水电工程专业毕业设计1.1.1.1发电机层：=10.35+2+0.7=13.05m（5-6）——风罩直径，m——发电机机坑壁厚，m——安全距离,取2m1.1.1.2蜗壳层蜗壳在水平方向的最大宽度为：=+=4.91+6.07+2=12.98m（5-5）b——蜗壳之间的混凝土厚度,取2m1.1.1.3尾水管层==7.89+2=9.89m（5-6）由上述三个机组间距，取最大的机组段长度为L=13m1.1.2主厂房长度1.1.2.1最后一台机组段的附加长度=0.112～1.12m，取=1m1.1.2.2装配场长度根据实际需要取，装配场长度装配场长度;,同时考虑到-57- 水利水电工程专业毕业设计因装配厂高程与发电机层同高，可以占用发电机层空间，取1.1.1.1主厂房总长度=2×14+2×13＋15=69m1.1.2主厂房宽度主厂房宽度由发电机层、蝸壳层、起重机跨度分别决定1.1.2.1发电机层L=风罩直径+2*通道宽度+外墙厚=16.35m。1.1.2.2蝸壳层厂房宽度：上游侧宽度：=机组中心线至上游涡壳外缘尺寸+涡壳外包混凝土+外墙厚=4.09+1+3=8.09m下游侧宽度：=机组中心线至下游涡壳外缘尺寸+涡壳外包混凝土+外墙厚=5.55+1+3=9.55m主厂房宽度：L==17.64m1.1.2.3起重机最小跨度由2×100桥机的规格，=16m得，L=+2B+2外墙厚+桥吊工作裕度=18.92m综上考虑，取主厂房宽度为20m1.2主厂房各层布置及轮廓尺寸-57- 水利水电工程专业毕业设计1.1.1发电机层高程212.82m，总长70.60m，宽16.70m。每个机组段长13m，两端机组14m，从左至右1#~4#机组总长54.00m。装配场长15.00m，可放下四大件（上机架直径7.95m，发电机转子直径5.96m，下机架直径4.40m，水轮机转轮直径3.00m），在装配场层的地面上开了一个4×4m2的吊物孔,供安装检修设备时使用。装配场大门朝向左岸，正对进厂隧洞。发电机上盖板直径10.35m，分为六块钢板，下面焊接角钢，使受力均匀，以增加盖板刚度。每台发电机第二象限放置一台调速器，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，伸缩缝一边均设柱子。每个机组段均在第四象限靠墙处设有一个楼梯，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。进厂隧洞正对装配场大门，厂前有平直段，以保证车辆可以平稳缓慢的进入厂房。交通洞的的最大纵坡小于8%，转弯半径大于20m，厂房附近有足够空间设回车场。当下游尾水位较高时，则关闭进场交通洞的大门。尾水平台上设有两条连续轨道供门机行走。尾水平台是在尾水管后的连续墙上搭的一个厚0.50m的板，板上在闸门起吊处开了孔洞，每个孔洞长4.00m，宽1.20m。尾水平台左侧山体也开一个隧洞，与进厂隧洞相通，便于机械的运输，检修。厂房一侧柱子截面0.8×1.4m2，墙厚0.40m。中心线处柱子和尾水管中墩对齐。伸缩缝左边设一柱子，上游侧墙位于柱子中间，成为主副厂房间共同的连续墙。副厂房上游设有窗户，便于采光通风1.1.2水轮机层高程206.06m，长65.00m，宽27.10m。每个机组段长13.00m，两侧机组段14.00m，从左至右1#~4#机组总长54.00m。装配场下方布置一个油桶室，一个气室，供全厂用油用气。水轮机基坑内径4.00m，外径4.70m。-57- 水利水电工程专业毕业设计每个水轮机第二象限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1.50m。水轮机第一象限上方处出线至副厂房母线层，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。水轮机层第四象限有楼梯上至发电机层。水轮机层下游墙厚1.6m，上游墙厚0.4m，厂房一侧柱子截面0.8×1.4m2，墙厚0.40m。中心线处柱子和尾水管中墩对齐。伸缩缝左边设一柱子，上游侧墙位于柱子中间，成为主副厂房间共同的连续墙。1.1.1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。闸墩前方后圆，宽1m，半圆直径1m。尾水管底高程195.00m，开挖高程194.00m。尾水管上游侧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4.20m，空腔内设有直径0.8m的蝸壳进人孔。四个尾水管有一个5×1.8m2的集水井，排水管直径0.3m。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1.2副厂房布置副厂房长70.60m，宽7.20m，高10.66m。副厂房分三层，每层底高程分别为216.72m，212.82m，209.92m，206.06m。副厂房顶部设有拉杆，支撑在厂房和坝体之间，增加结构的稳定性。第一层为母线层，层高3.86m，从副厂房上游侧出线，在坝内设出线洞台，再将线拉至坝顶的主变送出。第二层为电缆层，层高2.9m,控制室电器所接的线在该层穿过。上游接母线的出现洞，母线在该层进入出线洞，接至闸墩中的出线室。第三层,层高3.9m，包括：值班室、中央控制室、继电保护室、载波机值班室、载波机室、自动远动室、厂用配电室、直流盘室、储酸室、蓄电池室、通风机室。副厂房上游侧由一堵宽0.30m的连续墙支撑，连续墙底高程119.16m。下游侧与主厂房共用一排柱子。-57- 水利水电工程专业毕业设计主要参考文献[1]《混凝土重力坝设计规范》DL5108/1999[2]《水工建筑物荷载设计规范》DL5077/1997[3]《水电站压力钢管设计规范》DT/T5141—2001[4]河海大学水电系主编，《水电站机电设备》[5]沈长松，2008《水工建筑物》.中国水利水电出版社[6]刘启钊，1980《水电站》.中国水利水电出版社[7]水电站坝内埋管设计手册及图集编写组，1988《水电站坝内埋管设计手册及图集》.水利电力出版社[8]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[9]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[10]清华大学水利系主编，《水电站建筑物设计参考图册》[11]董哲仁，《钢衬钢筋混凝土压力管道设计与非线性分析》.中国水利水电出版社[12]董哲仁，下游坝面压力管道正交异性状态应力分析.水利学报,1986（1）[13]DonZheren(董哲仁)，ZhaoQifa,SongChangChunandChangTYP.NonlinearAnalysisofSteelLiner-ReinforcedConcretePenstocks,TransationsoftheASME,JournalofPressureVesselTechnology.1990.2[14]HoroldG..NewDesignCriteriaforUSBRPenstocks,Pro.OftheASCEJour.ofthePowerDivision.1970.96(1)[15]M.Bergeret,LightSteelLiningsforHighPressureTunnels,UndergroundHydro-powerPlants,Oslo.1986.209/2011:46102机体齿飞面孔双卧多轴组合机床及CAD设计09/0820:023kN微型装载机设计09/2015:0945T旋挖钻机变幅机构液压缸设计08/3015:325吨卷扬机设计-57- 水利水电工程专业毕业设计10/3017:12C620轴拨杆的工艺规程及钻2-Φ16孔的钻床夹具设计09/2113:39CA6140车床拨叉零件的机械加工工艺规程及夹具设计83100308/3015:37CPU风扇后盖的注塑模具设计09/2016:19GDC956160工业对辊成型机设计08/3015:45LS型螺旋输送机的设计10/0723:43LS型螺旋输送机设计09/2016:23P-90B型耙斗式装载机设计09/0820:17PE10自行车无级变速器设计10/0709:23话机机座下壳模具的设计与制造09/0820:20T108吨自卸车拐轴的断裂原因分析及优化设计09/2113:39X-Y型数控铣床工作台的设计09/0820:25YD5141SYZ后压缩式垃圾车的上装箱体设计10/0709:20ZH1115W柴油机气缸体三面粗镗组合机床总体及左主轴箱设计09/2115:34ZXT-06型多臂机凸轮轴加工工艺及工装设计10/3016:04三孔连杆零件的工艺规程及钻Φ35H6孔的夹具设计08/3017:57三层货运电梯曳引机及传动系统设计10/2914:08上盖的工工艺规程及钻6-Ф4.5孔的夹具设计10/0413:45五吨单头液压放料机的设计10/0413:44五吨单头液压放料机设计09/0923:40仪表外壳塑料模设计09/0820:57传动盖冲压工艺制定及冲孔模具设计09/0821:00传动系统测绘与分析设计10/0723:46保护罩模具结构设计09/2015:30保鲜膜机设计10/0414:35减速箱体数控加工工艺设计10/0413:20凿岩钎具钎尾的热处理工艺探索设计09/0821:33分离爪工艺规程和工艺装备设计10/3015:26制定左摆动杠杆的工工艺规程及钻Ф12孔的夹具设计10/2914:03前盖板零件的工艺规程及钻8-M16深29孔的工装夹具设计10/0708:44加油机油枪手柄护套模具设计09/2015:17加热缸体注塑模设计10/0709:17动模底板零件的工艺规程及钻Φ52孔的工装夹具设计10/0820:23包缝机机体钻孔组合机床总体及夹具设计09/2115:19升板机前后辅机的设计09/0922:17升降式止回阀的设计09/2218:52升降杆轴承座的夹具工艺规程及夹具设计09/0916:41升降杠杆轴承座零件的工艺规程及夹具设计08/3015:59半自动锁盖机的设计（包装机机械设计）08/3015:57半轴零件的机械加工工艺及夹具设计10/2913:31半轴零件钻6-Φ14孔的工装夹具设计图纸09/2613:53单吊杆式镀板系统设计08/3016:20单级齿轮减速器模型优化设计08/3016:24单绳缠绕式提升机的设计-57- 水利水电工程专业毕业设计09/0923:08卧式加工中心自动换刀机械手设计09/0822:10厚板扎机轴承系统设计09/1820:56叉杆零件的加工工艺规程及加工孔Φ20的专用夹具设计08/3019:32双卧轴混凝土搅拌机机械部分设计09/0922:33双模轮胎硫化机机械手控制系统设计09/0922:32双辊驱动五辊冷轧机设计09/0820:36变位器工装设计--0.1t普通座式焊接变位机09/2816:50叠层式物体制造快速成型机机械系统设计09/0822:41可急回抽油机速度分析及机械系统设计09/0822:42可移动的墙设计及三维建模10/0413:25右出线轴钻2-Ф8夹具设计10/0413:23右出线轴钻6-Ф6夹具设计09/0822:36咖啡杯盖注塑模具设计10/0708:33咖啡粉枕式包装机总体设计及横封切断装置设计09/0916:15啤酒贴标机的设计（总体和后标部分的设计）10/2913:58喷油泵体零件的工艺规程及钻Φ14通孔的工装夹具设计08/3019:39四工位的卧式组合机床设计及其控制系统设计09/2113:39四方罩模具设计08/3019:42四组调料盒注塑模具设计10/0723:55固定座的注塑模具设计09/0923:52圆柱坐标型工业机器人设计09/0923:48圆珠笔管注塑模工艺及模具设计10/1316:36圆盘剪切机设计09/2113:25基于PLC变频调速技术的供暖锅炉控制系统设计09/0822:20基于pro-E的减速器箱体造型和数控加工自动编程设计08/3018:00基于PROE的果蔬篮注塑模具设计08/3019:37基于UG的TGSS-50型水平刮板输送机---机头段设计09/2115:16塑料油壶盖模具设计09/0922:41塑料胶卷盒注射模设计10/0709:25多功能推车梯子的设计09/0821:25多功能齿轮实验台的设计08/3016:32多层板连续排版方法及基于ＰＬＣ控制系统设计08/3016:30多层板连续排版方法毕业设计08/3016:42多用角架搁板的注塑模具设计及其仿真加工设计08/3016:39多绳摩擦式提升机的设计09/0821:05大型矿用自卸车静液压传动系统设计09/2016:27大型耙斗装岩机设计09/0821:01大批生产的汽车变速器左侧盖加工工艺及指定工序夹具设计10/3015:42套筒的机械加工工艺规程及攻6-M8-6H深10的夹具设计10/3015:38套筒的机械加工工艺规程及钻φ40H7孔的夹具设计10/2914:13套筒零件的工艺规程及钻3-Φ10孔的工装夹具设计-57-'