太平哨水利枢纽引水式水电站设计_学位论文.doc

'河北工程大学毕业设计毕业设计（论文）太平哨水利枢纽引水式水电站设计目录1基本资料…………………………………………………………………………61.1任务的提出………………………………………………………………………61.2工程地质条件……………………………………………………………………61.2.1地貌与地层………………………………………………………………61.2.2水库区工程地质条件……………………………………………………71.2.3坝址工程地质条件………………………………………………………71.2.4付坝工程地质条件……………………………………………………81.2.5引水隧洞和厂房区工程地质条件……………………………………81.3建筑材料…………………………………………………………………………91.4水文与气象………………………………………………………………………111.4.1流域自然地理概况………………………………………………………111.4.2气象条件…………………………………………………………………111.4.3水文资料…………………………………………………………………121.5水利、动能及水库…………………………………………………………………171.5.1电站任务…………………………………………………………………171.5.2水库水位……………………………………………………………………181.5.3装机容量的选择…………………………………………………………181.5.4引水隧洞的洞径选择……………………………………………………181.5.5附图………………………………………………………………………192水轮机选型设计……………………………………………………………………25第19页共92页 河北工程大学毕业设计2.1机组台数与单机容量的选择…………………………………………………252.1.1机组台数选择………………………………………………………………252.1.2机组单机容量选择…………………………………………………………262.2水轮机型号及装置方式的选择………………………………………………262.2.1水轮机型号选择……………………………………………………………262.2.2装置方式的选择…………………………………………………………………262.3水轮机参数计算………………………………………………………………262.3.1HL240型水轮机方案主要参数选择………………………………………262.3.2ZZ440型水轮机方案主要参数选择…………………………………………292.3.3HL240型水轮机及ZZ44型水轮机两种方案的比较………………………312.4水轮机运转特性曲线的绘制…………………………………………………322.4.1等效率曲线的绘制…………………………………………………………322.4.2出力限制线的绘制…………………………………………………………332.4.3等吸出高度曲线的绘制……………………………………………………342.5水轮机蜗壳设计………………………………………………………………352.5.1蜗壳形式的选择……………………………………………………………352.5.2断面形状及包角的选择……………………………………………………352.5.3进口断面面积及尺寸的确定………………………………………………352.5.4中间断面尺寸的确定………………………………………………………362.5.5图的绘制………………………………………………………362.6尾水管设计…………………………………………………………………372.6.1尾水管的形式………………………………………………………………372.6.2弯肘形尾水管部分尺寸的确定……………………………………………372.7发电机的选择………………………………………………………………382.7.1发电机型式的选择…………………………………………………………382.7.2水轮发电机的结构尺寸……………………………………………………382.8调速器设计……………………………………………………………………392.8.1调速设备的选择……………………………………………………………392.8.2接力器的选择………………………………………………………………392.8.3调速器的选择………………………………………………………………402.8.4液压装置的选择……………………………………………………………412.9附图………………………………………………………………………423坝区枢纽总布置…………………………………………………………………463.1坝轴线及坝型选择……………………………………………………………46第19页共92页 河北工程大学毕业设计3.1.1坝轴线选择…………………………………………………………………463.1.2坝型选择……………………………………………………………………463.2泄洪方式选择及调洪演算……………………………………………………473.3枢纽布置………………………………………………………………………474拦河坝设计………………………………………………………………………484.1基本资料……………………………………………………………………484.2挡水坝剖面设计……………………………………………………………484.2.1挡水坝坝顶高程的确定……………………………………………………484.2.2挡水坝的剖面尺寸确定……………………………………………………484.3溢流坝剖面设计……………………………………………………………494.3.1溢流坝面曲线设计………………………………………………………494.3.2消能防冲设计………………………………………………………………504.4洪水下泄流量校核……………………………………………………………514.4.1溢流坝过流能力的验算……………………………………………………514.4.2底孔过流能力验算…………………………………………………………534.5闸门闸墩及工作桥设…………………………………………………………545挡水坝稳定及应力分析…………………………………………………………565.1计算说明……………………………………………………………………565.1.1计算内容……………………………………………………………………565.1.2计算工况……………………………………………………………………565.1.3计算单元与计算截面………………………………………………………565.2挡水坝稳定及应力分析………………………………………………………565.2.1荷载计算……………………………………………………………………565.2.2抗滑稳定分析………………………………………………………………575.2.3应力分析……………………………………………………………………586细部构造设计…………………………………………………………………606.1坝体分区及标选择……………………………………………………………606.2分缝与止水……………………………………………………………………606.3廊道系统和排水系统的布置…………………………………………………616.3.1廊道系统布置………………………………………………………………616.3.2排水设施布置………………………………………………………………626.4坝顶构造………………………………………………………………………626.4.1非溢流坝坝顶构造…………………………………………………………626.4.2溢流坝坝顶构造……………………………………………………………62第19页共92页 河北工程大学毕业设计6.5坝基处理……………………………………………………………………626.5.1坝基开挖及清理……………………………………………………………626.5.2坝基的加固处理……………………………………………………………626.5.3坝基的防渗处理……………………………………………………………636.5.4地基排水……………………………………………………………………636.5.5两岸的处理…………………………………………………………………637水电站引水系统设计……………………………………………………………647.1隧洞洞径及洞线选择…………………………………………………………647.1.1有压引水隧洞洞径计算……………………………………………………647.1.2洞线选择原则………………………………………………………………647.2进水口设计……………………………………………………………………657.2.1进水口型式的选择…………………………………………………………657.2.2进水口高程确定……………………………………………………………657.2.3进水口尺寸的拟定…………………………………………………………667.2.4进口设备……………………………………………………………………677.3引水隧洞……………………………………………………………………677.3.1线路与坡度的确定…………………………………………………………677.3.2断面形式与断面尺寸………………………………………………………687.3.3洞身衬砌……………………………………………………………………687.4调压室设计…………………………………………………………………697.4.1是否设置调压室判断………………………………………………………697.4.2调压室位置的选择…………………………………………………………707.4.3调压室的布置方式与型式的选择…………………………………………707.4.4调压室的水利计算…………………………………………………………707.5水击及调节保证计算…………………………………………………………727.5.1调保计算目的………………………………………………………………727.5.2调节保证计算的内容………………………………………………………727.5.3调节保证计算的过程………………………………………………………737.6压力管道设计…………………………………………………………………757.6.1压力管道的布置……………………………………………………………757.6.2压力管道直径的选择………………………………………………………767.6.3调节保证计算………………………………………………………………767.6.4压力管道的结构设计及稳定计算…………………………………………767.7防止地下埋管产生外压失稳的措施…………………………………………78第19页共92页 河北工程大学毕业设计8水电站厂房设计…………………………………………………………………798.1厂区枢纽平面布置……………………………………………………………798.2主厂房平面设计………………………………………………………………798.2.1主厂房长度的确定…………………………………………………………798.2.2主厂房宽度确定……………………………………………………………808.3主厂房剖面设计………………………………………………………………818.3.1机组的安装高程……………………………………………………………818.3.2尾水管底板高程……………………………………………………………818.3.3基础开挖高程………………………………………………………………818.3.4水轮机地面高程……………………………………………………………818.3.5发电机定子安装高程………………………………………………………828.3.6发电机层楼板高程…………………………………………………………828.3.7吊车轨顶高程………………………………………………………………828.3.8天花板高程…………………………………………………………………828.3.9屋顶高程……………………………………………………………………838.4副厂房的布置与设计…………………………………………………………83谢辞…………………………………………………………………………84参考资料…………………………………………………………………………85外文资料…………………………………………………………………………86外文翻译…………………………………………………………………………89第19页共92页 河北工程大学毕业设计1.基本资料1.1任务的提出浑江是鸭绿江在我国境内的较大支流，也是我国东北地区水力资源较为丰富的一条河流，因此，合理开发利用浑江水力资源是个重要的课题。浑江发源于长白山老岭，河流全长430余公里，河流坡降约为1/1000;流域面积15000平方公里。流域形状近于椭圆，南北长160公里，东西宽约170公里。根据浑江河道自然特性的变化，大致以通化为上、中游之分界：以桓仁为中、下游之分界。河流系山区河流，蜿蜒于山谷之中，沿河山势陡峭，支流众多，于支流入口处，地势较为开阔，出现山间盆地。浑江流域水系图参见图1。浑江下游（桓仁以下）的水能利用与梯级开发问题曾进行了长时间的研究，基本上归纳为两种开发方案，即：桓仁、沙尖子两级开发方案与桓仁、回龙山、太平哨、高岭、金坑等多级开发方案。目前，在桓仁水电站早已建成投产的情况下，实际上变成为沙尖子高坝大库与回龙、太平哨、高岭、金坑等梯级开发方式之争。本任务书取材于梯级开发方案的太平哨水电站，并拟定为混合式开发的地面厂房型式。有关浑江下游梯级开发情况可参见附图1。1.2工程地质条件1.2.1地貌与地层本地区的地貌景观按其成因类型可分为两类：构造剥蚀地形，海拔高程360—770米，相对高度200—第19页共92页 河北工程大学毕业设计600米，为中低山地形，由古老的变质岩系组成，山脊较狭窄，起伏不大，无明显的峰峦，地形坡度较大。侵蚀堆积地形，本区可见相对高度为20—30米的二级阶地，3—12米的一级阶地和2—4米的河漫滩。水库区及水工建筑物区出露的地层有：前震旦系，震旦系、寒武系、朱罗系、和第四系，简单分述如下：前震旦系：主要为一套区域变质岩石，部分经受不同程度的混合岩化作用，形成各种类型的混合质变质岩。各水工建筑物均位于本地层的混合变质岩上。震旦系：仅在水库区东南局部出露，主要为石英砂岩、石英砾岩、粉砂岩、页岩等。寒武系：该系出露更少，仅局部可见，主要为灰岩。朱罗系：该系在水库区北部，雅河口以上至回龙山一带广泛分布，为陆相火山岩建造，主要为安山岩、安山质凝灰岩、流纹岩等。第四系：在本区出露的有上更新统和全新统。前者分布于浑江二级阶地，为洪—冲积层，主要为砂卵砾石、砂和亚粘土，后者包括一级阶地、河漫滩及河床上堆积的亚砂土、砂砾石，残积的亚粘土等。1.2.2水库区工程地质条件本库区两岸山体高峻，高程为360—700米，分水岭厚度均在0.8公里以上。库岸岩石在雅河口以上为侏罗纪火山碎屑岩类，以下为震旦纪变质岩和混合质变质岩，地下水位较高，不会向邻谷产永久性渗漏。不存在塌岸问题。1.2.3坝址工程地质条件曾选两条坝线（上坝线与下坝线）进行比较。上、下坝线相距200—300米，地质条件基本相同，但下坝线右岸地形更单薄，左岸岩石完整性较差，呈片状破碎，风化也较深，而上坝线左岸则比较完整。河谷部分，下坝线岩石普遍风化较深，而上坝线只有个别地段风化较深。从上述分析确定选用上坝线。修建土坝或混凝土重力坝，地质上都是可能的。坝址区出露的地层有前震旦系和第四系。前震旦系为经受中等程度混合岩化作用的变质岩系，包括黑云母斜长石注入片麻岩、黑云母混合片麻岩和大理岩，前者分布在左岸，后者分布在右岸，两者为整合接触。第四系包括各种不同成因的松散堆积物。堆积层分布于两岸山坡，为亚砂土夹碎石，厚度左岸为1.5—4.0米，右岸为0.3—2米。河床砂卵砾石厚0—3.5米。坝址区两岸发现有断层三条，其中一条为平推断层（F3第19页共92页 河北工程大学毕业设计）位于左岸，走向NE36°,倾向南东，倾角70°，破碎带宽5米。另外两条北东向断层F1与F2°据分析F1就是区域性的太平哨大断裂，在右坝头西北约300米处通过;F2位于右岸，产状为走向北东40—50°，倾角80°，断层带宽3—4米。F1与F2对建筑物均无直接影响。坝址区基岩的透水性，根据19个孔、75次压水试验成果统计，单位吸水量由上而下逐渐减小。距地面深4.3—15米范围内单位吸水量的平均值为0.1升/分，25米以下时为0.027升/分。据分析，若采用混凝土重力坝坝型时（估计坝高40米左右），大坝将建基于比较完整的半风化岩石之上。河谷部分的开挖深度（自基岩面算起）约为2—7米，相应于此开挖标准，坝基岩石与混凝土摩擦系数建议为0.6，河床部位岩石风化较浅，实际上可挖至微风化岩石，建议摩擦系数采用为0.65。坝址右岸岩石强烈风化，全风化岩石深达30米。强烈风化的原因主要是黑云母混合片麻岩中斜长石和黑色矿物含量较多，长石结晶体粗大，抗风化能力较薄弱所致。建议处理意见是：砂砾状全风化层（深15米左右）可采用混凝土防渗墙方法处理，块状全风化层以下采用帷幕灌浆方法处理。左岸F3断层以及局部破碎带可按常规办法处理。1.2.4付坝工程地质条件葫芦细子地段山体低缓，最低点地面高程仅为192米，需要修建付坝。若主坝采用土坝型式，则此处可修建岸坡式溢洪道。此处山体最狭窄处宽仅70米，上、下游水为差7米。此坡地形陡峭，基岩裸露，南坡较缓，坡度一般约20°—30°。此垩口是浑江侵蚀堆积二级阶地，垩口顶部和山坡上分布有砂卵砾石，厚度1—5米，其地质时代为上更新世坡积层。本地段地层主要是前震旦纪黑云母斜长石注入片麻岩，混合岩化程度较低，岩性不均一，有的地方可见变质岩基体。本地段发现断层共七条，但规模均很小，宽度大都在一米以内，最大宽对为1.5米。这些断层大多延伸不长，对建筑物无影响，设计与施工时按常规方法处理即可。通过地质分析与稳定计算可以认为，此地段山体是稳定的。为了确保建筑物安全，建议在设计时要加强帷幕灌浆与排水措施。1.2.5引水隧洞和厂房区工程地质条件第19页共92页 河北工程大学毕业设计浑江在中下游地段，侧向侵蚀作用十分强烈，形成迂回曲折的蛇曲地貌，为修建引水式电站提供了有利的地形条件。太平哨水电站的引水隧洞和厂房位于南天门岭，此处分水岭宽约800米，而两端河水位差达13米。本区地层主要为前震旦系的黑云母混合片麻岩，所有建筑物均将在此岩层上。第四纪包括出口和进口河漫滩的冲积洪积层，岩性为亚砂土，细沙和砂卵砾石，两侧山坡的坡积残积层，岩性为亚砂土，细砂和砂卵砾石；两侧山坡的坡积残积层，岩性为亚砂土夹碎块石。隧洞均将在黑云母混合片麻岩中通过，沿洞线未发现断层，且洞顶上部覆盖新鲜岩体很厚，达80—160米，深部裂隙已趋闭合，因此工程地质条件较好，建议采用：f=6—7,k0=500。洞线前部通过两条较大岩脉，均大致与洞线相交，一条为石英斑岩，宽30—40米，另一条为正常闪长岩。宽26—30米。据地表槽探观察，岩脉与围岩接触良好，但从钻孔资料分析，石英斑岩裂隙比较发育，故建议，通过岩脉处的参数选用为：f=4,K0=300。厂房后山坡地形坡度约50°—60°，坡高40米左右，通过剖面裂隙绘得知，厂房后坡存在两组顺坡裂隙，第一组倾角为68°—74°，第二组倾角稍缓，为40°—45°。表部裂隙张开1—3厘米，坡脚部位岩块已经位移。根据上述情况。可认为后山边坡基本上是稳定的，建议在开挖时基本上沿着上述两组裂隙挖成阶梯状边坡，对已经位移或张开宽度较大的岩块予以清除，对局部不稳定岩块可采取相应的加固措施。厂房基础将坐落在新鲜的黑云母混合片麻岩上。1.3建筑材料天然建筑材料的调查，包括混凝土重力坝和粘土心墙砂砾壳坝两种坝型所需要的各种材料，其需要量初步按：混凝土坝方案，混凝土方量50万米3，砂砾石料150万米3，土坝方案：粘土料14万米3，坝壳砂砾料120万米3，护坡块石料5万米3，反滤料4.5万米3。通过勘探、试验工作，可以满足上述要求，砂砾料与粘土料场分布、储量、质量评价等详见表1与表2。土坝护坡用石料场，选择了葫芦头和榆树底两处。葫芦头石料场位于坝址上游左岸约3公里，交通方便，基岩为黑云母混合片麻岩，榆树底位于坝上游右岸约3公里，料场山体比高100—500米，山势陡峻，覆盖厚约1米，基岩仍为黑云母混合片麻岩。第19页共92页 河北工程大学毕业设计砂砾料场位置、储量及质量情况一览表表1第19页共92页 河北工程大学毕业设计料场名称位置面积（米2）体积（万米2）勘探等级质量评价开采意见无效层有效层水上水下合计葫芦头（漫滩）坝线上游右岸1公里277，8006.345.581.1126.6B各项指标均满足混凝土骨料要求运距短交通方便夹心子坝线下游0.5—2.5公里216，300296060120B本料场为土坝方案服务上长岭坝线下游右岸6公里414,00001020102B各项指标能满足混凝土骨料要求运输困难下长岭厂区上游左岸2.5公里175,000047047B同上南天门隧洞进口36,800212012B各项指标能满足混凝土骨料要求粘土杂质含量较高下甸子厂区上游右岸1公里90,000024024B同上第19页共92页 河北工程大学毕业设计粘土料场储量、质量情况一览表表2料场名称地貌单元位置体积（万米3）天然含水量（%）天然容重渗透系数固结快剪有效层无效层湿干凝聚力内摩擦角葫芦头一级阶地坝线上游右岸0.5—1.5公里46.48.228.3231.81.891.411.541.×10-63.×10-60.210.1722.226老营沟一级阶地坝线上游左岸5公里184.924.91.751.401.×10-60.26251.4水文与气象1.4.1流域自然地理概况太平哨电站位于鸭绿江支流浑江下游，本站以上集水面积12950平方公里，其上游约86公里和37公里处分别有桓仁，回龙山水电站，其集水面积坝址以上分别为10，375平方公里与12，506平方公里。浑江流域地理坐标在东经124°24′—126°36′，北纬40°40′—42°10′之间。其相邻流域北为第二松花江，东为鸭绿江干流，西侧为辽河流域左岸支流浑河、太子河，南为鸭绿江右岸支流蒲石河、河。浑江属于山区性河流，流域内高山群立，山势陡峭，地势起伏较大，山坡上一半多生杂草和林从，植被较好。1.4.2气象条件浑江属于山区河流，地形对气候的作用比较明显，流域东北系长白山系的主峰白头山，海拔高达2744米，自此分向西北，西南与东南三方向逐渐低下，到流域南部的丹东，海拔高程为59米，自丹东向北至宽甸，地形突然上升（海拔高程约300米），高差达240米，因此当偏南气流入境后，受地形抬升影响，产生强烈降水，降雨中心多在鸭绿江下游至宽甸间，浑江正处于该暴雨中心北部边缘，故降雨量很大，降雨量集中在夏季，各地6—第19页共92页 河北工程大学毕业设计8月降雨量占全年的60%左右，尤以7、8两月为最多，最多月雨量与最小月雨量之比达30倍之多。浑江流域正处于西风带大陆的东部，冬季在蒙古高压的控制下，天气寒冷干燥，为期漫长，全流域一月份平均温度均在-10°以下，极端最低气温发生在一月份，并在-30°以下。全年右4—5个月气温在零度以下，夏季炎热而短促，极端最高气温可达39.5°C(桓仁)，年差很大，参见表3。1.4.3水文资料浑江桓仁以下，干流有桓仁、回龙山、沙尖子水文站，支流有二户来、普乐堡及太平哨水文站。各站资料以桓仁较长。太平哨水库年径流系用回龙山、沙尖子及支流半拉江上的太平哨水文站径流资料，按面积比推求而得，详见表4。各站年径流有关参数详见表5。浑江的洪水主要由急剧而强烈的暴雨形成，暴雨多集中在三天，其中强度最大的暴雨又多集中在一天之内。就较大洪水年份分析，形成暴雨的天气系统有台风，气旋（华北气旋，渤海气旋、江淮气旋、黄海气旋）以及副热带高压边缘的幅合扰动，如1960年发生了浑江的50年一遇洪水，形成此次暴雨的天气系统在黄海上空正在恢复中的台风输送水汽与副热带高压边缘的扰动，再加上南部连续移来三个低压想遭遇。第19页共92页 河北工程大学毕业设计一月二月三月四月五月六月七月八月九月十月十一十二年降水量（毫米）沙尖子多年平均10.311.827.247.373.696.9286.1261.31.0551.637.2171020.2太平哨多年平均14.810.923.350.357.788.7326.7313102.151.339.418.61089.6宽甸多年平均13.913.627.448.975.9102.8394.8316.4120.362.742.619.71218.5蒸发量（毫米20厘米蒸发皿）沙尖子多年平均13.724.955.1113.9155.9135.8116.3100.88862.331.517.4916.3太平哨多年平均13.625.960.4138.4214.7174.2136.8116.396.471.333.314.61095.9宽甸多年平均20.430.660.4106.3156.8140.3118.7122.399.177.337.422.3998.3沙尖子平均-15.1-11-2.88.114.119.122.422.316.37.6-1.4-15.45.4太平哨最高4916.2263134.237.535.228.224.516.3337.5宽甸最低-31-28.4-25.5-8.7-0.2814.511.87-6.5-17.6-32.1-32.1极端最大风速（米/秒）沙尖子风速8.66.78.312.5169.3167.915115.815.516太平哨风向NWNWSWNWSENSNNNWNWNSES宽甸发生年月1955545555585558555454551956本区气象要素表表3第19页共92页 河北工程大学毕业设计一月二月三月四月五月六月七月八月九月十月十一十二年均193627.811.192.227331638460150753715016145.425919372017.720.93204555.612294812054.524413.214619389.78.446.673.694.221962438553224014240.5201193922.44440.117422651429969.59301.849.722208194014.29.740.481.273.3356340105018658.775.932.9193194115.97.815123732047897.634012616197.436.2173194218.81377.916014536.7112070117290.510234.4222194314.41196.83793101012095393899653.629.3185194420.416.966.315312030440930525861.942.319.614819459.27324.593.635435014518958.734420.213.2109194614.414335.724112763.376438155.944.723.818.4148194721.815.623.427515112563381434154.473523.3209194817.817.158.624713614020722799.066.13219.2105194912.226.235.425835495.260847412580.452.930.3179195016.910.136.582.780.835785210678.67356.811.614719512.82.228.38973.4231158172021832716769.2258195222.616.756.625013610714925613210210720.811319537.16.841.61092425219639221094319.411250195412.510.6138164134164312191069514397.967.2318195521.317.477.81441881546188660.150.568.830.2126195610.47.446.313428538041923839070.88327177195717.113.122.3386127162360105030611470.347.7216195821.416.210713211273.659245271.965.941.319.598.3195911.114.535.113615315372028034822712363.98919602519.093.7117169599298166030391.562.227290196115.615.079.314396.346.851054253514196.295.1194196220.615.641.326320251.222963728414494.147.4170196321.615.538.310275.946.7116028610712485.5342177196422.313.847.2700152136635150026166.446.321.1301196518.218.553.32123538051329285.248.440.617.9107太平哨电站年径流系列表（流量：秒立米）表4第19页共92页 河北工程大学毕业设计浑江下游主要站年径流参数表（流量：秒立米）表5站名多年平均流量CVCS/CV设计值P%510509095桓仁1440.3222272051398978回龙山1780.32228025417211096.6太平哨1870.322295266181116101沙尖子2440.322353319216138121东北历年大暴雨的分布规律看，在鸭绿江的中下游（包括浑江一带）暴雨出现的机会和强度都才超过其他流域，多年平均三日暴雨在120毫米以上。浑江历史洪水的调查曾先后进行了5次，调查河段上至通化，下至沙尖子。这对洪水分析提供了可靠的历史资料。桓仁站实测洪水资料较长，加之历史洪水调查资料，故洪水分析成果较为可靠。回龙山与沙尖子的洪峰洪量系分析和桓仁相关插补而延长。太平哨水电站由于无实测资料，故洪峰洪量参数用回龙山参数，洪峰用2/3次方，洪量用一次方，按面积比推求。由于上游桓仁电站库容较大，对洪水起一定的调蓄控制作用，故区间洪水对下游梯级起主要作用。太平哨水电站设计洪水地区组成曾用典型年法和频率组合法（以回龙山为控制）推求组合洪水进行比较,两种方法计算成果相近,故采用典型年法成果,即桓仁，桓—回，回—太区间设计洪水过程线，系以回龙山三日洪量为控制，按典型年分配，同倍比放大各控制点设计洪水过程线。太平哨水库入库洪水系将桓仁入库洪水，经桓仁调节后，如桓—回区间而得回龙山水库入库洪水，在经回龙山水库调节后，加回—太区间而得太平哨入库洪水，详见表6。第19页共92页 河北工程大学毕业设计太平哨水库入库洪水成果表表6流量：秒立米单位水位：米0.010.10.512桓仁入流量出流量库水位2980018500308.32320014600306.01850011200305.46165009470304.85144008780304.22回龙山入流量出流量库水位1690016800225.821200012000223.251100011000222.7395009500221.85回—太区间洪峰流量3170253022601970太平哨入库流量1750014000.12400108003.351020桓仁入流量出流量库水位89907750301.2280206880301.665505830300.9549604120300.86回龙山入流量出流量库水位92909250221.7475007500220.5865506100219.9245004500218.50回—太区间洪峰流量1610902835557太平哨入库流量98208070695049801.5水利、动能及水库1.5.1电站任务第19页共92页 河北工程大学毕业设计太平哨水电站位于浑江干流，是桓仁、回龙山的下一级，本工程开发主要目的是发电。由于本电站承接上游桓仁等梯级水库对浑江丰富水量的调节，故能以较少库容获得较好的能量指标。电站建成后以下沿江无较大城镇与工矿企业，对水库无防洪要求。库下宽甸县太平哨公社有5000亩耕地需灌溉，在水库水量平衡中可按1秒立方米考虑。1.5.2水库水位浑江自然落差较大，水量丰富，在太平哨水库回水范围内多为崇山峻岭，淹没耕地、村屯较少。库区老营沟附近虽发现有铅锌矿，但据辽宁省地质局调查，该矿储量有限，规模不够，未能纳入国家开采计划，仅有生产队组织开采。由于桓仁水库的修建，极大的改变了浑江的径流在年内分布的不均匀性，弥补了太平哨水库的库容小，调节性能差的缺陷。太平哨电站应尽可能的利用河段自然落差，因而，从与其上级回龙电站尾水位衔接角度的分析，太平哨水库正常高水位定为191.5米为宜。水库死水位则应结合输水建筑物的布置分析确定。（死水位190米，正常高水位191.5米，设计洪水位(P=1%)191.7米， Q=12400m3/s,校核洪水位（P=0.1%）194.7米Q=17500m3/s）。根据本工程的条件，应采用Ⅱ级设计标准，即水利枢纽永久性建筑物按百年一遇洪水设计，千年一遇洪水校核。考虑到上一级回龙地下电站交通洞的高程，要求本水库设计洪水位也不应超过198.0米高程。1.5.3装机容量的选择东北地区工农业生产不断提高，现有电源特别是水电远远不能满足系统负荷增长的需要。经与东北电力局研究认为，太平哨水电站将在负荷曲线的尖峰位置上工作，并应适当担任一部分备用容量，为此，本电站的利用小时数不宜过高，可控制在2500小时左右或更低些，可结合机组选择合理确定。（最后确定太平哨水电站的装机容量N为16万千瓦，保证出力2.5万千瓦，年发电量4.3亿度，年利用小时数2680小时。特征水头：最大水头38.1米，最小水头34.6米，设计水头36.2米，加权平均水头36.2米，发电机效率98%。）1.5.4引水隧洞的洞径选择考虑到施工技术条件，引水洞洞径不宜超过12米，否则的话，可考虑采用两条引水隧洞的方案，应结合机组数的选择合理确定。第19页共92页 河北工程大学毕业设计1.5.5附图附图1-1：浑江下游梯级开发示意图附图1-2：太平哨水库容积、面积曲线附图1-3：太平哨坝下H—Q关系曲线附图1-4：太平哨水电站尾水H—Q关系曲线附图1-5：HL240-46转轮综合特性曲线附图1-6：ZZ440-46转轮综合特性曲线附图1-7：坝址区地形图附图1-8：引水道沿线地形、地质图第19页共92页 河北工程大学毕业设计附图1-1：浑江下游梯级开发示意图第23页共92页 河北工程大学毕业设计附图1-2：太平哨水库容积、面积曲线第23页共92页 河北工程大学毕业设计附图1-3：太平哨坝下H—Q关系曲线第23页共92页 河北工程大学毕业设计附图1-4：太平哨水电站尾水H—Q关系曲线第23页共92页 河北工程大学毕业设计2.水轮机选型设计2.1机组台数与单机容量的选择2.1.1机组台数选择水电站总装机容量等于机组台数和单机容量的成积，在总装机容量确定的情况下可以拟订出不同的机组台数方案，当机组台数不同时，则当单机容量不同，水轮机的转轮直径、转速也就不同。有时甚至水轮机的型号也回改变，从而影响水电站的工程投资、运行效率、运行条件以及产品供应。因此，在选择机组台数时，应从下列几方面综合考虑：1）台数与机电设备的关系机组台数增多，单机容量减少，尺寸减小，制造及运输较易，这对制造能力和运输条件较差的地区有利的，但实际上说，用小机组时单位千瓦消耗的材料多，制造工作量大，所以最好选用较大容量的机组。2）机组台数与水电站投资的关系当选用机组台数较多时，不仅机组本身单位千瓦的造价多，而且相应的阀门、管道、调速设备、辅助设备、电气设备的套数增加，电气结构较复杂，厂房平面尺寸增加，机组安装，维护的工作量增加，因而水电站单位千瓦的投资将随台数的增加而增加，但采用小机组时，厂房的起重能力、安装场地、机坑开挖量都可以缩减，因而有减小一些水电站的投资，在大多数情况下，机组台数增多将增大投资。3）机组台数与水电站运行的关系当水电站在电力系统中担任基荷工作时，引用流量较固定，选择机组台数较少，可使水轮机在较长时间内以最大工况运行，使水电站保持较高的平均效率，当水电站担任系统尖峰负荷时，由于负荷经常变化，而且幅度较大，为使每台机组都可以高效率工作，需要更多的机组台数。4）组台数与水电站运行维护的关系当机组的台数过多时，水电站的进行方式激动灵活、易于调度、每台机组的事故影响较小，检修工作也比较容易安排，但运行检修、维护工作量及年运行费用和事故率将随机组台的增多而增加，因此机组的台数不宜过多。上述各种因素是相互联系而又相互对立的，不可能同时一一满足，为了制造安装运行，维护及设备供应的方便，在一个水电站内应尽可能选择相同型号的机组，大中型水电站机组常采用扩大单元信线，为了使电器主结线对称。大多数情况下机组台数用偶数，本设计引水式水电站的总装机容量为16万千瓦，属中型水电站，我国的建成的中型水电站一般采用4—6台机组，由于上述各种因素，本设计选用4台机组。第92页共92页 河北工程大学毕业设计2.1.2机组单机容量选择单机容量N=16万÷4=4万KW（满足保证出力2.5万千瓦。）水轮机额定出力Nґ=N÷98﹪=40000÷98﹪=40816.332.2水轮机型号及装置方式的选择2.2.1水轮机型号选择水轮机型号的选择中起主要作用的是水头,本电站工作水头范围为34.6～38.1根据水头范围从型谱中查得ZZ440型适应水头20～40,HL24型适应水头25～45两种型号均适用。将两种机型作为初选方案计算其参数作分析比较确定一种作为最终方案2.2.2装置方式的选择在大中型水电站中,其水轮机发电机组尺寸一般较大,安装高程也较低,因此七装置方式多采用立轴式。它可使发电机的安装高程较高不易受潮,机组的传动效率较高而且水电站厂房的面积较小,因此本设计采用立轴式装置。2.3水轮机参数计算2.3.1HL240型水轮机方案主要参数选择1）转轮直径的计算查表3—6和图3—12得HL240型水轮机在限制工况下的单位流量=1.24m3/s，效率=90.4%，由此可以初步假定原水轮机的单位流量==1.24m3/s,效率=92%.式中：——水轮机标称直径——水轮机单位流量查得=1240L/s=1.24——设计水头——水轮机额定出力代入式中得采用与其相近的标准转轮直径=4.12）转速计算第92页共92页 河北工程大学毕业设计=r/min式中——单位转速采用最优单位转速r/minH——采用设计水头36.2D1——采用选用的标准直径D1=4.1采用与其接近的同步转速n=107.1r/min3）效率及单位参数修正查表3—6可得HL240型水轮机在最优工况下的模型最高效率=92.0%,模型转轮直径D=0.46,由公式：=1-(1-)=1-(1-0.92)×=94.8%则=-=94.8%-92%=2.8%考虑模型与原型水轮机的质量差异,常在减去一个修正=1.0%,=1.8%=+=92%+1.6%=93.6%=+=90.4%+1.8%=92.2%(与假设基本相同)因为,=-1=0.97%<3%所以，不需要修正。则原假定的n=107.1r/min,Q1′=1.24m3/s,D1=4.1是正确的。4）出力校核设计流量由水轮机运转特性曲线查得M=0.908修正得水轮机效率=0.908+0.03=0.938NT=9.81×125.4×36.2×0.938=41771大于40816满足要求5）运行范围校核在选定=4.1,=107.1r/min后,水轮机的及特征水头相对应的可以计算出来.===1.235<1.24m3/s第92页共92页 河北工程大学毕业设计水轮机的最大引用流量为124.91m3/s各个特征水头相对应的单位转速列表比较如表2-1所示，由计算值绘运行范围图，从模型综合特性曲线上看出基本包括了高效率区。表2-1项目水头38.136.234.6单位转速71.17374.7单位流量1.11.241.246）吸出高程的计算式中：——当地高程为152.6——气蚀系数H——水头表2-2HL240型水轮机吸出高度计算见表项目最小水头设计水头最小水头水头38.136.234.6单位转速71.17374.7气蚀系数0.20.20.2修正值0.0380.0390.049.0688.6528.304吸出高度Hs-0.2380.1780.526第92页共92页 河北工程大学毕业设计采用最小值作为其吸出高度Hs=-0.247）安装高程的计算HL240型水轮机的安装高程的计算=152.6-0.24+0.74825=153.1式中：导叶相对高度b0/D1=0.365为设计尾水位152.6为吸出高度2.3.2ZZ440型水轮机方案主要参数选择ZZ440型适用水头范围25～45,其模型参数如表2-3表2-3叶片数m0导叶相对高度b0/D1’最优单位转速（r/min）限制工况单位流量（m3/s）气蚀系数模型直径D1m（m）实验水头Hm（m）60.3751151.650.720.463.51）转轮直径D1的计算由上表查得ZZ440型水轮机在限制工况下的单位流量′=1.65m3/s,同时该工况的气蚀系数=0.72,[]=-4时其相应的气蚀系数：=0.382-0.034=0.3480.72式中为气蚀系数修正值，由图2-26查得=0.034。在满足-4m吸出高度的前提下,从图可查知(=115r/min,=0.348处的流量Q1′=1000L/s,M=88.3%,假定水轮机的效率为91.6%.D1==4.57选用与之接近的标准直径D1=4.51）转速：第92页共92页 河北工程大学毕业设计式中：n1’——单位转速，采用n1’=1.1n10’=126.5r/minH——水头采用H=Hp=36.2n=(r/min)=153.876r/min采用与其接近的同步转速n=166.7r/min磁极对数p=183）效率及单位参数的修正轴流转浆式水轮机的原型最高效率采用效率修正值，对不同装置角计算结果列表如表2-4叶片转角-10°-5°0°5°10°15°84.98888.888.387.28690.292.292.792.491.790.9-5.34.23.94.14.54.94.33.22.93.13.53.9表2-4ZZ440型水轮机效率修正值计算表由于最优工况接近于=0°的时候.故采用=2.9%作为修正值则原型的最高效率=+=89%+2.9%=91.9%已知在吸出高程为-4m,限制工况点(=115r/min,Q1′=1000L/s)处的模型效率=88.1%而该工况在5°—10°之间，用内差法可求得=3.28%.由此可得该工况点的原型水轮机效率为=88.3%+3.28%=91.78%（与上假定相近）因为==1.62%<3%所以n不用修正.则D1=4.5m,n=166.7r/min是正确的4）工作范围校核D1=4.5m,n=166.7r/min第92页共92页 河北工程大学毕业设计==1.0321m3/s水轮机的最大引用流量为126.8m3/s各个特征水头相对应的单位转速：在HL240型水轮机模型综合特性曲线图上分别绘出，，的直线，可看出，包括了高效率区。5）吸出高度及安装高程的计算由水轮机的设计工况点(=127.45r/min,=10321L/s,)在图3—25可查得相应的气蚀系数为=0.33，并可以从图2—26查得气蚀修正值=0.034则：=10-152.6/900-(0.33+0.034)×36.2=-3.35>-4.0由此可见ZZ440型水轮机的方案的吸出高程满足水电站的要求。6）安装高程的计算ZZ440型水轮机安装高程的计算ZA=ZDmin+Hs+xD1=152.6-3.35+0.41×3.8=150.8始终x为高度系数从《水电站》查得取0.412.3.3HL240型水轮机及ZZ44型水轮机两种方案的比较表2－5水轮机方案参数对照表第92页共92页 河北工程大学毕业设计序号项目HL240ZZ4401模型水轮机参数推荐使用的水头范围25～4520～362最优单位转速721153最优单位流量11008004限制工况单位流量124016505最高效率92896气蚀系数0.1950.727原型水轮机参数工作水头范围34.6～38.134.6～38.18转轮直径4.14.59转速107.1166.710最高效率94.891.911额定出力408164081612最大引用流量124.9126.813吸出高度-0.24-3.3514安装高程153.1150.8由表2－5可见两种方案中HL240型水轮机运行效率高，安装高程较高使得其开挖量较ZZ40型水轮机的开挖量要小得多且有利于提高年发电量，而ZZ440型水轮机机组转速较高使得其气蚀系数较高不利于安全，虽然发电机尺寸较小但同时使得水轮机调节系统造价升高综合以上因素选择HL240型方案更为有利2.4水轮机运转特性曲线的绘制水轮机运转特性曲线时表示转速，转轮直径为常数时水头，流量，出力，效率，河吸出高度等参数间的关系曲线包括等效率曲线，出力限制线和等吸出高曲线，它反映了水轮机实际运行中各个参数间的关系是指导水电站运行的依据。2.4.1等效率曲线的绘制在水轮机的工作水头范围以内取三个水头,,第92页共92页 河北工程大学毕业设计并绘制每个水头下的工作特性曲线如附图2-1（a）,在该图上以某一效率为常数作平行线，他与诸曲线相交并可得出各交点上的H,N值，然后依H，N值将各点落在H-N的坐标场中，并绘制成一光滑曲线如附图2-1(b)，即为该效率的等效率曲线，计算表2－6表2－6等效率曲线计算表860.8187.827.58860.7987.824.91860.79687.823.45870.8388.828.58870.8488.826.79870.83588.824.88880.8689.829.95880.8789.828.06880.87589.826.37890.9190.832.04890.9290.830.01890.92590.828.03900.9491.833.46900.9591.831.33900.95591.829.42910.9892.835.27910.9992.833.00911.092.831.14911.1892.842.47911.292.840.00911.2192.837.68901.2291.843.43901.2391.840.56901.24591.838.36891.24590.843.84891.2690.841.10891.2690.838.40881.27589.844.40881.2989.841.61881.2989.838.88871.31588.845.28871.3188.841.79871.32388.839.43861.3487.845.63861.3587.842.58861.35287.839.842.4.2出力限制线的绘制第92页共92页 河北工程大学毕业设计水轮机最大出力受到发电机额定出力和水轮机5%出力贮备线的双重限制，在运转综合特性曲线图上，H≥Hr时的出力线为N=Hr的一段垂直直线，H3000N·选属大型调速器则接力器,调速柜和油压装置应分别为计算和选择。2.8.2接力器的选择第92页共92页 河北工程大学毕业设计1）接力器直径的选择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2.5Mpa每个接力器直径按下式计算参考《水力机械》式5-6D1=4.1m位于2.5-7.5之间Z0=24采用标准正曲率导叶式中为系数查《水力机械》表5-3得=0.03导叶高度=1.5==0.4592）接力器最大行程的计算应用《水力机械》（5-8）式接力器最大行程为：导叶最大开度可由模型的求得。式中：——原形和模型水轮机导叶轴心圆的直径。——原形和模型水轮机导叶数目则由（查得=26.9==241.6计算系数取1.8smax=1.8×241.6=434.9mm=0.4353）接力器容积的计算《水力机械》式5-102.8.3调速器的选择第92页共92页 河北工程大学毕业设计大型调速器的型号是以主配压阀的直径来表征的，主配压阀直径d可由《水力机械》（5-15）式计算：d=式中：——导叶从全开到全关的直线关闭时间，——管内油的流速（）本设计选用=4s，=4.5则查《水力机械》表5-1选择与之接近的D-T100电气液压型调速器2.8.4液压装置的选择油压装置是向水轮发电机的调速系数供给压力油能源设备，设调速系统的重要组成设备。同时也作为进水阀，调压阀以及液压操作原件的压力油源。油压装置的工作能力由压力油罐的额定油压及总容量来标志，目前国内生产的油压装置，其额定油压一般为，在不考虑转轮浆液接力器和水轮机进水阀门接力器容量时，可用《水力机械》（5-16）式估算：式中：——压力油罐总体积（）——导叶接力器的总体积（）查《水力机械》表5-2选与之接近且偏大的YZ-4型分离式油压装置所以综上所述总结如下：型水轮机调速器设备方案：1、接力器直径2、调速器主配压阀直径3、调速器型号型电器液压调速器4、油压装置型号型分离式油压装置第92页共92页 河北工程大学毕业设计2.9附图附图2-1工作特性曲线和等效率曲线附图2-2出力限制线第92页共92页 河北工程大学毕业设计附图2-3Hs=f(N)辅助曲线和等吸出高度线附图2-4蜗壳断面单线图第92页共92页 河北工程大学毕业设计附图2-5蜗壳半图解法计算图附图2-6蜗壳平面单线图第92页共92页 河北工程大学毕业设计附图2-7尾水管示意图附图2-8发电机外形尺寸图第92页共92页 河北工程大学毕业设计3.坝区枢纽总布置3.1坝轴线及坝型选择3.1.1坝轴线选择坝轴线的选择主要是根据地质条件,地形条件,施工条件建筑材料供应和效益及远景指标等因素选择合理经济的坝轴线.①地质条件地质条件是坝址选择的重要条件,太平哨电站曾选用两条坝轴线(上坝轴线与下坝轴线),上下坝轴线相距200～300,地质条件基本相同,但下坝轴线与右岸岩石完整性较差,呈片状破碎,风化也较深.②地形条件在高山峡谷地区布置水利枢纽,减少开挖,坝址选在峡谷地段,坝轴线断,坝体工程量小,但不利于泄水建筑物的布置,因此需要综合考虑.在选用坝址时,应考虑如何防止泥沙和漂木进入,取小建筑物,对与于有通航要求的枢纽,应主意通航建筑物与河道的连接.③施工条件坝址附近特别是其下游应有较开阔的地形,以便布置施工机械应在交通干线的附近,便于施工运输,可与永久电网连接,解决施工用电问题,却便于施工导流.④建筑材料第92页共92页 河北工程大学毕业设计坝址附近有足够数量符合质量要求的天然建筑材料,对于材料分布埋置深度,开采条件以及施工期淹没等问题都应认真考虑.⑤综合效益对于不同坝址要综合考虑防洪灌溉发电航运旅游等各个方面的经济效益.综上所述,并结合本设计情况,确定选用上坝线.根据资料选两条坝线进行比较，上下坝线相距200-300，地质条件基本相同，但下坝线右岸地形更单薄，左岸岩石完整性较差呈片状破碎风化也较深而上坝线左岸比较完整河谷部分上坝线处岩石风化比下坝线轻许多故采用上坝线作为最终方案3.1.2坝型选择(1)重力坝对地形、地址条件要求试用性强，安全可靠.剖面尺寸大,坝内应力较低,筑坝材料强度高,耐久性好,枢纽泄洪问题容易解决,便于施工导流.(2)拱坝拱坝坝体轻韧,弹性较好,是一种很优越的坝型,但对地形条件和地质条件要求严格,地形要求左右两岸对称,在平面上向下游收缩的峡谷段,地质条件要求岩基较均匀,坚固完整.在本设计中在地形上左岸较陡峭,右岸较缓且下游扩大,因不宜修建拱坝.(3)土石坝可就地,就近取材,适应于不同地形,但土坝的泄洪需修溢洪道、泄洪洞，从而提高了工程造价.鉴于上述比较,坝型选用重力坝更为经济合理。3.2泄洪方式选择及调洪演算根据重力坝要求和其自身特点选择表孔泄流和底孔泄流相结合，溢流坝泄流泄量大，可减小孔口尺寸，闸门上压力小操作方便，且其经济性最好。而底孔的运用便于施工导流，在运用中可兼作排沙以减少水库淤积，同时也可更大程度放空水库便于检修。通过调洪演算得下泄方案：设计洪水情况下表孔下泄流量11100m3/s，底孔泄洪流量920m3/s。校核洪水情况下表孔下泄流量16200m3/s，底孔下泄流量1000m3/s堰顶高程为181.5，底孔高程为172.5表孔净宽B1为168，底孔为四孔4×3.5的矩形孔3.3枢纽布置合理安排枢纽中各个水工建筑物的相互位置为枢纽布置，其应遵循的一般原则：①第92页共92页 河北工程大学毕业设计坝址、坝及其重要建筑物的形式选择和枢纽布置做到：施工方便，工期短，造价低。②枢纽布置应当满足各个建筑物在布置上的要求，保证其在任何工作条件下正常工作。③在满足建筑物强度和稳定条件下，降低枢纽总造价和年运行费用。④枢纽中各建筑物布置紧凑、尽量将同一工种的建筑物布置在一起以减少联结建筑。⑤尽可能使枢纽中的部分建筑物早期投产，提前发挥效益。⑥枢纽外观应与周围环境相协调在条件下注意美观。（1）溢流坝段：布置在河床中断主流位置以利于泄洪，其中泄洪孔初设14孔每孔12m×10.5闸墩及分缝：中孔分离闸孔并支承闸门工作桥其厚一般取3～5取4共七座边墩：除支承上部结构外还起分隔溢流及非溢流坝段的作用厚取4m两座缝墩：考虑不均匀沉降影响将缝设在闸墩中间,缝宽20共六座溢流坝段总长度：L=12×14+2×4+13×4=228m桩号0+260～0+488（2）底孔坝段：孔数采用4孔尺寸为4×3.5B2=4×4=16布置采用两孔一组，中间隔墩为8边墩为4总宽度L=4×4+8+4×4=40桩号为0+220～0+260（3）非溢流坝段布置在两岸，桩号为0+000～0+220，0+488～05884.拦河坝设计4.1基本资料混凝土重力坝级别Ⅱ级，混凝土容重为24KN/m3，水容重为10KN/m3坝基岩石容许压应力为坝基落在较完整的半风化岩石上把体与基岩摩擦系数f=0.6计算方法：稳定计算用抗剪公式，应力计算用材料法设计洪水位191.7，设计流量12400m3/s,校核洪水位194.7，校核流量17500m3/s,下游水位172，风速v=16m/s，吹程D=1.13，建基面高程1604.2挡水坝剖面设计4.2.1挡水坝坝顶高程的确定（1）校核洪水位情况：波浪高度波浪长度波浪中心线到静水面的高度安全超高按Ⅱ级建筑物查《水工建筑物》表1-11得=0.4第92页共92页 河北工程大学毕业设计坝顶高出水库静水位坝顶高程为194.7+1.1=195.8（2）设计洪水情况：风速～2.0取1.8×16=28.8m/s波浪高度波浪长度波浪中心线到静水位面的高度安全超高查表得=0.5坝顶高出静水位坝顶高程为191.7+2.013=193.713比较两种情况取二者中较大者195.8作坝顶高程4.2.2挡水坝的剖面尺寸确定1）根据交通与运行管理的需要及启闭机移动工作时的需要，坝顶应有足够的宽度。一般取坝高的8%-10%，且小于2。当坝顶布置移动式启闭机时，坝顶宽度应满足安装门机轨道的要求，本设计取82）坝高：最大坝高为坝顶高程-建基面高程=195.8-160=35.83）基本剖面：根据工程经验，上游坝坡系数常采用n＝0～0.2，常做成铅直上部或下部倾向上游，下游坝坡系数采用m＝0.6～0.8，坝底宽约为坝高的0.7～0.9倍。本设计采用直线坡，上游面坡率为0，下游坡率为0.75利用几何关系可知下游折坡高程185.13坝底宽度为26.85挡水坝剖面图如下图：第92页共92页 河北工程大学毕业设计4.3溢流坝剖面设计4.3.1溢流坝面曲线设计定型设计水头Hs=(194.7－181.5)×75～95%取Hs=12Hs/Hzmax=12/13.2=0.91查表得:最大负压值2.4<3，故满足要求．1）堰顶上游侧采用四分之一椭圆曲线，其方程为：其中a=0.3由a/b=0.87+3a解得b=0.17(aHs)2=12.96bHs=2.04(bHs)2=4.16曲线方程为：156m～179.46m高程段为垂直直线段。2）溢流剖面堰型采用WES曲线由《水工建筑物》表2-10查得=2.0n=1.85曲线方程为即3）直线段与WES曲线相切，坡率m=0.75与基本剖面相同设切点为（xc,yc）第92页共92页 河北工程大学毕业设计由有解得x=18.84,y=13.71则切点（xc,yc）为（18.84，13.71）4.3.2消能防冲设计(1)消能方式的选择消能方式的选择主要取决于水利枢纽的具体条件，施工条件消能效果与经济比较选用，坝下消能防冲设计原则；应尽量利用水体内部撞击摩阻的消能效果，尽量减小水体对固体边界的冲刷磨蚀作用，限制下池水流对下游河床的冲刷范围，使其不危及坝体，坝下建筑物的安全，不引起岸坡的塌坍和河床的过度冲刷。岩基上溢流重力坝消能设施型式可分为底流式，挑流式，面流式和消力戽四种。①底流消能底流消能是在坝下设置消力池等消能设施，通过水跃将池水建筑物泄出的急流转变为缓流，以消除多杀能的消能方式，底流消能是具有流态稳定，消能效果好，对地质条件和尾水变幅适应性强，可适用于高中低水头，大中小流量的各类泄水建筑物，多用于低水头，大流量的溢流重力坝。底流消能的主要问题在于，护坦板较厚较长，开挖量大，投资较大，断面落差H值大，水头较多时，护坦的前部承受较高的流速，易于发生空蚀及磨损，动水作用力及脉幼荷载问题也较突出。②挑流消能泄水建筑物的末端设置挑流鼻坎，利用集中急流的动能，把水股向下游河床的位置，范围和流量分布对尾水变幅适应性强，结构简单，施工维修方便，耗资省。其问题在于对下游产生同部冲刷，对工程和岸坡的稳定产生威胁且水花飞溅及雾化影响较大。适用于尾水位较深，地质条件较好的中高水头各类池水建筑物，是运用非常广泛的一种消能。③面流消能利用鼻坎将高速水流挑至尾水表面，在主流表面河床之间形成反漩流，使高速不流与河床隔开，避免了对临近坝址处河床的冲，一般不需做护坦。其问题在于，要防止反向漩流挟带石块磨蚀坝址地基，以及下池水流冲刷作用的危害，对下游水位和下池流量变幅的限制较严，下游水流在较长距离内不够平稳，影响发电和航运。第92页共92页 河北工程大学毕业设计适用于下游尾水较深，（大于跃后水深），水位变幅不大，下池流量变化范围不大，河床和两岸有较高的抗冲能力。④消力戽消能，挑流鼻坎潜没在水下，形成自由水面，水流在戽内产生漩滚径鼻坎将高速水流的挑至表面，可减轻对河床的冲刷，不需要做护坦。其问题与面流消能大体相同。适用于尾水较深（大于跃后水深）且下游水位和下泄流量的变幅较小。依据消能工作设计原则与各消能方式的特点，结合本电站具体情况，太平哨电站下游尾水位深，坝址岩基为黑云母混合片麻岩，河床及两岸抗冲能力较强，选用连续式消力戽消能方式。(2)连续式消力戽的尺寸选择①挑射角度的选择目前已建成的大多数工程采用450，当值较大时，发生稳定戽流的下游水范围较大。但涌浪的曲率和高度都较大，且戽坎下游的水深范围较大，但涌浪的曲率和高度都圈套，且戽坎下游的入水角也较大，冲刷能力较强，当值较小时，则形成稳定戽流的下游水深范围较小，海浪稍平缓，下游局部冲刷问题稍轻。本电站工程下游地质条件良好，综合考虑适用=450，②戽底高程一般取与下游河床同高，厚则上要保证在各吸流量和下游水位条件均能发生稳定戽流，戽底高程确定的较高时易形成挑流流态，太低时将增加开挖量，本设计取与下游河床同高即戽底高程为161。③反弧半径R的确定消力戽戽底反弧半径R愈大，坝上水流的出流条件愈好，同时增加戽内旋滚水体，对消能也有利；但当反弧半径R大于某一值时，R的增大对出流状况的影响不大，而且戽体工程加大。参照国内外二十七项工程的实际尺寸点出的关系图，查用《水力计算手册》P254消能比式中：q——单宽流量H——从戽底起算的上游水头，戽底取与原河床齐平高程161mH=194.7-161.0=33.7将已知代入上式，得：第92页共92页 河北工程大学毕业设计查图得：多数工程采用戽斗的反弧半径介于12~20之间(《水工设计手册》P6-376)本设计采用R=12④戽坎高度a的确定为了防止泥沙或石块卷入戽内，戽坝顶高于河床，对于戽端无切线延长时，有a=R(1-cos),一般尾水深的1/6，高度不够的可用切线延长加高（《水工设计手册》）a=12x(1-cos450)=3.5尾水位=×（174.2-161.0）=2.2，取戽坎高度3.5。溢流坝坝面曲线如下图4.4洪水下泄流量校核4.4.1溢流坝过流能力的验算在拟定的孔口尺寸下利用公式校验泄洪能力1）在通过设计洪水时淹没系数=1H0=191.7-181.5=10.2m为流量系数查《水力学》图8.12有H0/Hd=10.2/12=0.85P1/Hd=25.5/12=21.25查得m/md=0.975md=0.502m=0.489为侧收缩系数当孔为中孔时b/B=12/16=0.75=0.1第92页共92页 河北工程大学毕业设计=0.982当孔为边孔时=0.19b/B=12/20=0.6=0.973>11100满足泄洪要求2）当通过校核洪水时=1H0=194.7-181.5=13.2mH0/Hd=13.2/12=1.1m/md=1.0125，m=0.508>17500满足泄洪要求4.4.2底孔过流能力验算底孔设计流量920校核流量1000孔口尺寸4×3.5采用孔口出流公式底孔包括喇叭口段，门槽，闸门及出口部分存在局部损失L根据相似三角形求得L为17.5水力半径求得R为0.933设计洪水情况下第92页共92页 河北工程大学毕业设计=239四孔泄量=4×239=956〉920满足泄洪要求校核洪水情况下四孔泄量=4×257=1028，满足泄量要求。4.5闸门闸墩及工作桥设考虑经济使用因素本设计采用弧形闸门作工作闸门，用平板闸门作检修闸门平板门采用12×12弧形门门高按设计洪水位考虑10.2，按校核洪水位考虑为13.2取12作为设计门高宽为孔宽12，弧形门半径R按规范R/H=1.1～1.5,取1.3得弧形门半径R=15.6支铰位置一般在1/2～3/4倍门高处即6～9的位置取8则支铰高程为181.5+8=189.5弧形门最低点位置距堰顶靠后一段布置以保证水流沿堰面下泄牛腿距堰顶水平距离L==13.4闸墩的作用：①将溢流坝分成若干孔，以便控制水流。②用来支承和引导堰顶，控制闸门及承受水压力。③支承坝顶的工作和交通桥，闸墩的尺寸和外形均需按这些要求设计。闸墩中检修门门槽宽（cm）=1.3门槽深取0.7闸门长度按各部分要求大致设为25m头部使用半圆形，尾部使用流线型闸墩宽4m尾部尺寸r=1.708d=6.832mL=1.208d=4.832m其简图如下第92页共92页 河北工程大学毕业设计工作桥墩顶高程：弧形闸门全开时最高点高程+安全超高按几何关系求得为203.75.挡水坝稳定及应力分析5.1计算说明5.1.1计算内容第92页共92页 河北工程大学毕业设计1）抗滑稳定计算2）坝基最小、最大应力计算3）坝基面上下游边缘主应力计算5.1.2计算工况只做正常蓄水位情况下的基本组合计算5.1.3计算单元与计算截面取最大剖面出1m计算单元5.2挡水坝稳定及应力分析5.2.1荷载计算选择工况为正常蓄水位情况自重：W1==1/2×26.85×35.8×24×1=11534.8W2=1/2×8×10.67×24×1=1024.3静水压力：p1=1/2×10×31.52=4961.25p2=1/2×10×112=605扬压力：重力坝建成后在上，下游水位差的作用下，水流绕过坝体，坝基和两岸坝头向下游渗透，在某个截面上，由于渗透引起的水压力称为渗透压力，由下游水深引起的水压力称为浮托力，渗透压力与浮托力之和称为扬压力。见下图U1=512.5第92页共92页 河北工程大学毕业设计浪压力由L=11.66，H1=31.5，H1>L/2属深水波h=波浪高度/2+h0=1.154+0.359=1.513垂直力水平力力臂力矩向上向下向右向左正负自重W11153.84.47551618W21024.38.098287水压力P14961.251049613P26054.172523扬压力U1256.2511.763014U261.57.425457U3512.510.9255599U4184.59.4251739U5580.8650U62953.50浪压力pl44.130.07132644007305.2.2抗滑稳定分析水工建筑物时2-20式中：f——为接触面摩擦系数——为坝基面以上的总铅直力第92页共92页 河北工程大学毕业设计——为坝基面上的总水平力U——为作用在坝基面上的扬压力由水工建筑物表2-8查得本坝基本组合容许最小抗滑稳定安全系数[K]=1.05>[]满足抗滑稳定要求5.2.3应力分析1)未记入扬压力情况坝基面上垂直正应力为，剪应力为，水平正应力，主应力，及，2)记入扬压力情况第92页共92页 河北工程大学毕业设计水平正应力由以上计算看出不计扬压力时小于基岩的抗压强度,满足规范要求主应力小于基岩的抗压强度满足规范要求记入扬压力时满足规范要求。6细部构造设计6.1坝体分区及标选择第92页共92页 河北工程大学毕业设计坝体各部分的工作条件不同,对混凝土强度、抗渗、抗冻、抗冲刷、抗裂等性能的要求也不同．为了节约和合理利用水泥．通常把坝体按不同部件和不同工作条件分区，采用不同标号的混凝土。Ⅰ区—为上下游最高水位以上坝体表层混凝土，在寒冷地区多采用2～3的抗冻混凝土，标号一般为C15，S4，D150土本设计采用3的C15混凝土Ⅱ区—为上下游水位变化区的坝体表层混凝土都采用厚3～5的抗渗抗冻并具有抗侵蚀性的混凝土，标号一般为C15，S8，D200。设计用3的C15混凝土Ⅲ区和Ⅳ区—分别为上下游最低水位以下坝体表层混凝土和靠近地基的基础混凝土，对抗渗强度和低热要求较高，多采用2～3，标号C20,S12,D200,对于Ⅳ区还要求为低热混凝土Dw.本设计采用3的C15混凝土Ⅴ区—为坝体内部混凝土，都采用低标号低热混凝土，强度根据坝面应力大小，上部多采用C10；下部多采用用C15Ⅵ区—抗冲刷部位的混凝土，如溢流面，泄水孔，导墙和闸墩。抗压强度不低于20MPa～25MPa（90天龄期），严寒地区应满足D150～D250要求。坝体不同分区的混凝土，所用水泥，应尽量采用同一品种。6.2分缝与止水为了满足施工要求，防止坝在运行期间由于温度变化和地基不均匀变形和施工要求。如：混凝土浇筑能力及温度控制等。横缝间距（既坝段宽度）一般为12～20，也有的用到24左右，主要取决于地基特性、河谷地形、温度变化、结构布置、和浇筑能力等。横缝有永久和暂时之分。1)横缝：横缝与坝轴线垂直，将坝体分为若干坝段，横缝间距一般15～20第92页共92页 河北工程大学毕业设计，缝距大小主要取决于地基特性，河谷地形，混凝土浇注能力，结构布置和温度变化等，横缝有永久性和临时性两种。永久性横缝：永久性横缝常作成铅直平面，不设键槽、缝内不灌浆以便各坝段独立工作，横缝内设止水，采用两道金属止水片，中间设沥青井金属止水片采用1.0～1.6厚的紫铜片,作成可伸缩的形,每侧埋入混凝土长度20～25,第一道止水与上游坝面距离应有利于改善该部位应力,一般为0.5～2,缝间贴沥青油毡，沥青井呈圆形其井内设加热设备，在井底设沥青排水管。止水片与沥青井应深入基岩约30～50，在横缝止水后宜设排水井。临时性横缝：其缝面设置键槽、埋设设灌浆系统，当主要是为了增加水平向抗剪能力时，则键槽应为水平向。2)纵缝：纵缝平行于坝轴线，其设置目的在于适应混凝土浇注能力和减少施工期的温度应力。3)水平施工缝：水平施工缝分为上下层浇注新老混凝土的结合面，每层浇注块厚度约为1.5～4.0新混凝土浇注前，旧混凝土应形式干净的麻面再铺一层2～3的水泥沙浆，然后再浇注一层混凝土。6.3廊道系统和排水系统的布置6.3.1廊道系统布置为了满足灌浆，排水检查观测维修和交通的需要，须在坝内设置各种廊道成竖井一项互连通构成廊道系统。1)基础灌浆廊道：在坝内靠近上游坝锺部位设置，断面为城门洞型，尺寸定为200×280，高3，上游段帷幕灌浆下游段排水管廊道应缓于45，以利用钻孔灌浆操作和设备搬运。2)检查坝体排水廊道，为了便于检查和排除坝体排水，在靠近坝体上游面，高15～30设一检查兼排水用的廊道，断面形式定为城门洞型，本设计定为140×250,高36.3.2排水设施布置为了减小坝体的渗透压力靠近上游坝面设置排水管线，排水管离上游坝面的距离一般为水头的1/15～1/25且不小于2，排水管间距2～3管径约为15～20第92页共92页 河北工程大学毕业设计，排水管线一般做成铅直的纵向排水，检查廊道相通上端应尽量通主廊道便于清洁和检查本设计管径取156.4坝顶构造6.4.1非溢流坝坝顶构造坝顶常作为公路交通，其宽度按公路等级确定。路面应有适当的横向坡度，设置相应的排水沟管并引致上游水库或坝体排水管内，两侧人行道以高出路20～30cm，把顶上下右侧需设置栏杆有时上有栏杆有防浪墙代替。6.4.2溢流坝坝顶构造见第四章第三节6.5坝基处理6.5.1坝基开挖及清理坝基开挖是指清除地基覆盖层和风化破碎的岩石，直达把直接建筑在坚实完整的岩基上。开挖的深度应根据坝基应力岩石强度及完全性结合上部结构对地基的要求研究确定，根据第一章基本资料结合蓝图及设计基岩线为准。坝基加固处理坝基处理的目的，在于提高基岩的整体性和弹性模量，减少基岩受力后的变形，提高基岩的抗压抗剪强度，降低坝基的渗透性。本设计大坝建基于比较完整的半风化岩石上，适当挖出后有较好的整体性和强度，基岩的透水性由试验统计单位吸出量，又上之下逐渐减少，所以把及渗透性较低，当即眼展开裂缝发育或松软填充物，适当挖除至新岩具可灌性时，并根据坝高在地基范围内进行固结灌浆，并应根据坝基应力及地质条件向八基础上下游适当扩大处理范围。6.5.2坝基的加固处理基岩加固的目的在于提高基岩整体性和弹性模量，减少基岩受力后变形，提高基岩的抗压、抗剪强度，降低坝基的渗透性。①坝基固结灌浆固结灌浆孔一般布置在应力较大的坝踵和坝址附近，以及节理裂缝发育和破碎带范围内灌浆呈梅花状或方格状布置。孔距，排距，和孔深取决于坝高和基岩构造情况。固结灌浆孔的方向根据主要裂缝产状结合施工条件确定，并应尽量穿过较多裂缝为了提高灌浆效果，钻孔方向应尽可能正交于主要裂缝面，但倾角不宜过大。②断层破裂带和软弱夹层处理第92页共92页 河北工程大学毕业设计断层破裂带强度低压强变形大，易使坝基产生不均匀沉降，导致坝体裂开，对于倾角较陡的走向近于顺河河流流向破碎带，可采用开挖回填混凝土的措施，造成混凝土塞，或成混凝土拱。软弱夹层厚度较薄，遇水易软化或泥化，使抗剪强度降低，不利于坝体抗滑稳定，对于浅埋的软弱夹层可采用明挖换基的方法将夹层混凝土深齿墙，在夹层内设混凝土塞，在坝址下游侧岩体内设钢筋混凝土抗滑桩等方法。6.5.3坝基的防渗处理坝基和两岸的防渗措施，主要是设置灌浆帷幕；防渗帷幕布置于靠近上游面坝轴线附近，自河床向两岸延伸，钻孔和灌浆常在坝体内特设的廊道内进行，靠近岸坡处可在坝坡或平洞内进行帷幕灌浆必须浇筑一定厚度的坝体混凝土后施工。帷幕灌浆的目的是：①减少坝基和浇坝渗透，防止对坝基及两岸边坡稳定产生不良影响。②防止在软弱夹层、断层破粹带、岩石裂隙填充物以及抗水性能差的岩层中产生管涌。③在帷幕和坝基排固共同作用下，使帷幕后坝基面渗透压力降至允许范围内。6.5.4地基排水为了充分降低坝底扬压力和排除渗水需在帷幕下游设置坝基排水系统，首先在帷幕灌浆廊道下游侧钻设一排主排水孔称主排水孔幕，对尾水较高采用抽排降压措施的高坝，还需再设2-3排辅助排水孔。为了降低岸坡部位的渗透压力，可在岸坡、坝段、坝体内设置排水廊道并向岸坡内钻排水孔和设置专门的排水设施，使渗水尽量在靠近基础面的位置排出坝外。6.5.5两岸的处理本设计坝址两岸岩石强烈风化,全风化岩石深过30m,沙砾层全风化层,深15m左右.可采用混凝土防渗墙方法处理,块状全风化层以下采用帷幕灌浆处理,左岸的平推断层F3,局部破碎带按常规办法处理两岸的开挖以蓝图设计基岩线开挖.7.水电站引水系统设计浑江在中下游地段侧向侵蚀作用十分强烈，形成迂回曲折的蛇形地貌，为修建引水式水电站提供了有利的地形条件。太平哨水电站的引水隧洞和厂房位于南天门岭，此处分水岭宽约800，而两端河水位差达13第92页共92页 河北工程大学毕业设计，本区地层主要是前震旦系的黑云母混合片麻岩通过，沿洞线未发现断层，且洞线顶上部新鲜岩体厚达80～160，深部裂隙已趋闭合因此工程地质条件较好，洞线前部通过两条较大岩脉均大致与洞线正交，一条为石英斑岩，宽30～40，另一条为正常闪岩，宽26～30，岩脉与围岩接触良好，厂房后山坡地形坡度约50º～60º，坡高40左右，后山坡边坡基本稳定。7.1隧洞洞径及洞线选择布置考虑了地质条件、地形条件、施工条件与水力条件，由于施工技术条件的限制，引水洞径不宜大于12，因此，选择两条引水隧洞，四条压力管道分别给每台机组供水，供水方式为单元供水（即单管单机），钢管轴线与厂房轴线相垂直，这样可以使水流平顺，减小水头损失。7.1.1有压引水隧洞洞径计算由于水轮机选型部分已知单机最大引用流量：隧洞断面面积：式中：由上式得：则洞径本设计中取。7.1.2洞线选择原则1）地质条件：尽可能位于完整坚硬的岩石中，避开岩体软弱、山岩压力大、地下水充沛及岩石破碎带、地震区。必须穿越软弱夹层或断层时尽可能正交布置。隧洞通过层状岩体时洞线与岩层走向夹角尽可能大，以利于围岩稳定，提高承载力。2）地形条件：出口处的地形宜陡，进口段洞口围岩厚度宜大于一倍开挖洞径，一般要求周围坚固厚度不小于三倍开挖洞径。3）施工条件：便于施工。4）水力条件：转弯半径大于五倍洞径，转弯面不宜大于60º7.2进水口设计7.2.1进水口型式的选择第92页共92页 河北工程大学毕业设计在水利水电工程中，为发电供水等综合利用的目的，往往需要在水位便服的天然河道，湖泊或人工水库和调节池中取水，深式进水口及有压进水口为了适应这一需要而设置的一种水工建筑物，深式进水口应满足水工建筑物的一般要求，即结构安全，布置简单，施工方便，造价低廉，运行可靠并适应注意美观。其组成为：①行进段②进口段③闸门段④闸门渐变段⑤操作平台和交通桥。太平哨水电站为有压进水式，岸边地质条件较好，因此选择深式进水口中的隧洞式进水口为宜。深式进水口主要的形式：隧洞式进水口，其进口段和闸门井均从山体中开凿而成适应于进口地质条件良好，扩大断面和开挖闸门竖井均不会引起塌方，坡度适中。洞式进水口充分利用了岩石作用，钢筋混凝土工程量较小，这一种既经济又安全的结构形式。①压力墙进水口：其进口段和闸门段均布置在山体之外适用于洞口附近地质条件较差或不宜采用洞式进水口时不宜扩大开挖坡度较缓时。②坝式进水口：其基本特征是进水口附近在坝体上适用于坝后时厂房或河床式水电站厂房的上游坝体内，进水口与坝体成统一的整体。③塔式进水口：适用于水电站厂房布置在河床坝后，拦河坝采用当地材料坝或水库地质条件较差，坡度较平缓不利于岸坡上修建进水口。7.2.2进水口高程确定太平哨水电站是有压式进水，岸边地质条件较好，选择深式进水口，洞室底板高程应在水库淤积高程以上1.0～1.5，为避免进水口前出现漩涡和吸气漏斗，需有一定淹没水深。所需要的淹没深度：式中：——无吸漩涡的临界淹没水深——经验系数，一般取0.55～0.73，对称进水时取小值，侧面进水时取大值，本设计取——闸门断面的水流流速，由于闸门面积比引水隧洞断面面积稍大，则其流速比引水隧洞小，本设计取——闸门孔口高度，本设计取由上式得：综合分析并考虑到风浪影响，取则进水口底板高程：第92页共92页 河北工程大学毕业设计7.2.3进水口尺寸的拟定1）进口段：其作用是连接拦污栅与闸门段。根据国内外实践经验，进口段顶板曲线采用1/4椭圆曲线，曲线方程为：式中：a——椭圆曲线长半轴，一般取(1～1.5)D，本设计取——椭圆曲线短半轴，一般取(1/3～1/2)D，本设计取一般情况下椭圆曲线，当引用流量及流速不大时，也可采用圆弧曲线代替，重要的工程应根据模型试验决定进口曲线，进口流速不宜太大。进口面积不小于下式计算值：式中：——进口断面面积——引水断面面积（按渐变段末端）则：——引水道中心线水平面间夹角，本设计取——收缩系数，一般取0.6～0.7，本设计取由上式得：2）闸门段：闸门段是引水道和进口段的连接段，闸门口采用矩形，考虑进口的结构稳定性，进水口设支墩，布置两孔，高4.5，宽9.5的矩形平板闸门并相应设两孔检修闸门，检修闸门与工作闸门间距取2。3）渐变段：渐变段是闸门段到压力引水管道的过渡段，其断面面积和流速应逐渐变化，使水流不产生漏流并尽量减小水头损失。由矩形变成圆形通常采用四角加圆角过渡圆弧的中心位置和圆角半径r均按直线变化，渐变段长度根据经验，一般为压力隧洞直径的1.5～2.0倍，收缩角不超过10º，以6～9º为宜。本设计取其长度为16。4）通气孔和进人孔：通气孔设在事故闸门之后其功用是当引水道充水时可以排气，当事故闸门关闭放空引水道时，可以补气以防出现有害真空。通气孔面积按下式计算：式中：——进水口进水量，一般为最大引用流量124.91m3/s——通气孔进气流速，一般为30～50m/s，本设计取40m/s由上式得：第92页共92页 河北工程大学毕业设计为了便于进水口及压力水道的维护与检修，需设进人孔。本设计采用通气孔兼作进人孔。7.2.4进口设备1）拦污栅设计：为防止结冰及漂浮物堵塞和进入进水口，进水口前需设拦污栅，拦污栅在平面上布置或直线上面为垂直布置，即倾角为90º，过栅的水流净流速应尽量小，以减小水头损失和清污困难，不宜大于1m/s，本设计取过栅流速为1m/s。则拦污栅净面积为：2）闸门设计：工作闸门：选用平板闸门，闸门高度应大于洞径，本设计取9.5，闸门宽度一般等于或小于压力管道直径，由于进水口设中墩，闸门宽度取4.5，门厚0.8，要求在静水中开启，动水中关闭。检修闸门：采用平板闸门，尺寸同工作闸门，要求在静水中开启，静水中关闭。检修闸门与工作闸门之间的距离很近，为了便于检修，要求2～4的间距，本设计取为2，布置在同一闸室内，在闸门井上方布置一个共用的启闭机房。7.3引水隧洞7.3.1线路与坡度的确定引水隧洞的路线选择是设计中的关键，它关系到隧洞的造价，施工难易，工程进度，运行可靠性等方面，选择洞线的一般原则和要求为：①隧洞的路线应尽量避免不利的地质构造，围岩可能不稳定及地下水位高，渗水量丰富的地段，以减小作用于衬砌上的围岩压力和外水压力，洞线要与岩层层面、构造破碎带和节理面有较大交角，在高地应力区应使洞线与最大水平地应力方向尽量一致，以减小隧洞侧向围岩压力，隧洞的进出口在开挖过程中容易塌方，易受地震破坏，应选在覆盖层风化较浅，岩石比较坚固完整的地段。②洞线在平面上求短直，这样既可以减少工程量，方便施工。有良好的水流条件，若因地形，地质，枢纽布置等必须转弯时应以曲线相连。③隧洞应有一定的埋藏深度，包括：洞顶覆盖厚度和傍山隧洞岸边一侧的岩体厚度，统称为围岩厚度，围岩厚度涉及开挖时的成洞条件，运行中在内外水压力作用下围岩的稳定性，结构计算的边界条件和工程造价等。④第92页共92页 河北工程大学毕业设计隧洞的纵坡应根据运用要求，上下游衔接，施工和检修等因素，综合分析比较后确定，无压隧洞的纵坡应大于临界坡度，有压隧洞的纵坡主要取决于进口高程，要求全线洞顶在最不利条件下保持不小于2的压力水头。有压隧洞不宜采用平坡或反坡，因为其不利于检修和排水。⑤对于长隧洞，选择洞线时还应注意地形，地质条件。布置一些施工之洞，斜井，竖井，以便增加工作面，有利于改善施工条件加快施工进度。太平哨水电站根据上面原则和要求，选择了两条引水隧洞，所经路线地质构造良好，洞线在平面上短直，即减小工程造价、方便施工、具有良好的水流条件，隧洞有一定的埋深，围岩厚度大于3倍洞径。为了利于检修与排水，隧洞纵坡率为2%，其工作闸门与检修闸门设在进口，隧洞在平面上有弯角，对于低流隧洞曲率半径不宜小于5倍的洞径，现取6倍的洞径，即54，转角不宜大于60°，取30°，具体布置见坝区引水系统平面布置图。7.3.2断面形式与断面尺寸隧洞断面形式取决于水流流态、地质条件、施工条件及运行条件等，有压隧洞一般采用圆形断面，原因是圆形断面的水流条件受力条件都较为有利，本设计中隧洞断面采用圆形，直径为9。7.3.3洞身衬砌为了保证水工隧洞的安全有效运行通常需要对隧洞进行衬砌，衬砌作用是①限制围岩变形，保证围岩稳定。②承受围岩压力、内水压力等负荷。③防止渗漏。④保证岩石免受水流，空气，温度，干湿变化等充蚀破坏作用。⑤减小表面糙率。隧洞衬砌的主要类型①平整衬砌：亦称护面或抹平衬砌，它不承受外力只起减小隧洞表面糙率，防止渗漏和保护岩石不受风化作用平整衬砌适应于围岩条件较好，能自行稳定且水头，流速较低的情况下。②单层衬砌：由混凝土、钢筋混凝土或浆砌石等组成，适用于中等地质条件断面较大，水头及流速较高情况。根据工程经验，混凝土及钢筋混凝土厚度，一般约为洞径或洞宽的1/8-1/12且不小于25，由衬砌最终计算确定。③组合式衬砌：由内层的钢板，钢筋网喷浆，外层为混凝土或钢筋混凝土，有顶拱为混凝土边墙或底板为浆砌石和顶拱边墙喷锚后再进行混凝土或钢筋混凝土等形式。浑江太平哨水电站，为了保证引水隧洞安全有效运行，限制围岩变形，保证围岩稳定，承受围岩压力，内水压力等荷载，防止渗漏，保证岩石免受水流、空气、温度、干湿变化等冲蚀破坏作用，减小表面粗糙，需要对其进行衬砌，根据工程经验，采用单层衬砌形式，混凝土厚度为1。7.4调压室设计第92页共92页 河北工程大学毕业设计7.4.1是否设置调压室判断为了改善水锤现象，常在有压引水隧洞与压力管道衔接处建造调压室，调压室利用扩大的断面和自由水面的反射水锤波将有压引水系统分为两段：上游段有有压引水隧洞，调压室使隧洞基本上避免了水锤压力的影响；下游为压力管道，由于长度缩短了，从而降低了压力管道中的水锤值，改善了机组运行条件。调压室功用归纳为以下三点：①反射水锤波，基本上避免了压力管道中水锤波进入有压引水道。②缩短压力管道的长度从而减小压力管道及厂房过流部分钟水锤压力。③改善机组在负荷变化时的运行条件及系统供电质量。在有压引水系统中设置调压室后，一方面使有压引水道基本上避免了水锤压力影响，减小了压力管道中的水锤压力，改善了机组的运行条件，从而减小了他们的造价；但另一方面却增加了设置调压室的造价，所以是否设置调压室应进行技术经济方案的比较来决定。我国《水电站调压室设计规范》建议以下式作为初步判别是否需要设置上游调压室的近似准则：式中：Li——压力水道（包括蜗壳机为水管）长度，有坝区系统平面图量得约为800-850mVi——压力水道中的平均流速，取4.5m/sg——重力加速度，取9.81H0——电站最小静水头；即：死水位至电站下游水位190.0-152.6=37.4则：需要设置调压室。7.4.2调压室位置的选择调压室位置选择的一般原则为：①调压室的位置需根据压力管道的地形、地质条件与厂房位置统一考虑，应尽可能靠近厂房，以减少压力管道与水轮机的水击压力。②调压室距厂房较近，且多设在临近山坡处，以避开不利的地质条件，以减轻电站运行后渗水对围岩及边坡稳定的不利影响，以免由于地下水改变导致围岩失稳塌滑。第92页共92页 河北工程大学毕业设计太平哨水电站调压室所处地形为长条形山脊，且山脊宽度较小，为获得调压室上覆盖岩体有足够的厚度，并使两个调压室间保持一定的距离，把两个调压室沿山脊一前一后布置，调压室所处风化层较厚，为了保持顶拱以上新鲜岩体有较大厚度，则调压室位置需尽量往进水口方向布置，但这样缩短了主洞线，增加了压力管道长度，不仅增加了工程量和投资，而且对机组调节保证也有不利影响，为了满足各方面要求，选取较为合理的位置，1#主洞长675，压力管道长125，2#主洞625，压力管道长175。7.4.3调压室的布置方式与型式的选择根据调压室与厂房的相对位置关系，调压室的基本方式有三种：上游调压室、下游调压室、上下游双调压室，太平哨水电站上游又较长的引水道，而下游无尾水隧洞，故选择布置方式为：上游调压室。其基本类型有：圆筒式、阻抗式、双室式、溢流式、差动式、气垫式，太平哨水电站从投资、施工难易以及地形、地质条件综合考虑，选用简单圆筒式，并采用“三合一”的型式，即调压、分岔及闸门三者布置在一个井中。7.4.4调压室的水利计算调压室的基本尺寸是由水力计算来确定的，其内容包括：调压室水位波动的稳定条件，确定调压室断面面积确定调压室最高涌水位，从而确定调压室顶部高程确定调压室最低涌水位，确定其底部及压力管道进口高程。1）应根据电站及引水道的实际情况，选择可能出现的最不利情况作为水力计算条件，使调压室自阿确保安全的前提下最经济合理，采用托马公式：《水工手册》7-156式中：Fk——临界界面Lf——引水道长度与断面面积g——重力加速度H——稳定状态时水轮机承受的静水头，采用可能出现的最小净水头，取34.6m——压力管道的水头损失α——引水道的水头损失系数第92页共92页 河北工程大学毕业设计式中：R——为水力学半径R=A/x=D/4=9/4=2.25V——引水道内流速，取4.2ξ——局部水头损失系数ξ为局部水头损失系数，查《水力学》表3-3得：进水口水头损失ξ1=0.1，拦污栅水头损失，闸门段水头损失（门槽），渐变段局部水头损失：ξ4=0.05，则∑ξ=0.655则：压力管道水头损失计算（局部忽略不计）：式中：L——压力管道查长度取1#洞长为125N——糙率《水力学》表3-2取0.012V——管内流速，取5D——压力管道直径，即：取D=6R——水力半径取R=D/4=6/4=1.5则：所以临界断面：调压室直径：对于投入电力系统运行，当电站容易小于1/3系统无调频任务时或机组及调速器性能度机组稳定运行有充分时，取F=KFK（其中K为折减系数）实际工程D=20m第92页共92页 河北工程大学毕业设计2）计算调压室最高涌波水位：查《水工设计手册》7-134查《水电站》表10-5得Xmax=0.27则：Zmax=Xmaxλ=0.27×48.2=13.0Z=Z校+Zmax=194.7+13=207.33取调压室顶部高程为210.03）计算调压室最低涌波水位查《水电站》10-5得X2=0.21所以：Z2=X2λ=0.21×48.2=10.1Z=Z设-Z2=191.5-10.1=181.4最低涌波水位（181.4）-隧洞顶高程（179.0）=2.4取2.5，满足隧洞布置要求。7.5水击及调节保证计算7.5.1调保计算目的水击计算的目的：确定管道为最大的内水压力作用为设计或校核压力管道、蜗壳和水轮机强度的依据，确定管道内最小水压力作为管道布置、防止压力管道中产生负压和校核尾水管内真空度的依据，研究水击和机组稳定运行的恶关系（调保计算）研究降低水击压强的措施.调节保证计算的目的：为了保证电站运行的经济与安全，需选择合理的导叶启闭时间，使水击压强及机组转速变化率都控制在允许的范围内：7.5.2调节保证计算的内容丢弃全负荷或部分负荷时：机组转速最大升高值压力管道及蜗壳内的最大水击压强尾水管真空度校核，同时应注意开度变化时的反击水击是否超过了增加负荷时的水击值增加全负荷或部分负荷：第92页共92页 河北工程大学毕业设计机组转速最大降低值，只对单独运行的电站运行，加入系统运行的电站，转速受系统频率的制约，不可能有很大降低。压力管道和蜗壳内最大压力降低值说明：大中型水轮发电机组通常并入电力系统运行，大幅度突增负荷的情况一般不会出现，只有对单独运行的电站，增加负荷的调保计算才有意义，本电站建成后并入东北电网，因此不用进行增加全部负荷或部分负荷时的计算：《机电设计手册》P2067.5.3调节保证计算的过程(1)水电站的调保计算一般按两种工况计算，并取较大值：在设计水头下用全负荷（通常发生最大转速升高）在最大水头下用全负荷（通常发生最大压力值）ⅰ.压力管道长度：2#引水隧洞的压力管道长度大于1#所以2#管道取L=175ⅱ.压力管道直径D：由前面计算D=6.0ⅲ.压力管道平均水击波速：压力管道是地下埋式钢管，水击波速C=1200ⅳ.机组转速：（额定容量、单机引水流量）n0=107.1r/minN=4万KWQ=124.91m3/sⅴ.导叶起闭时间：初选择TZ=8所以，有效时间为：Ts=（0.54+0.047Z）TZ=（0.54+0.04×8）×8=6.88ⅵ.水电站设计水头：Hr=36.2ⅶ.机组转动惯贯GD2：GD2=K2Di3.5lt《机电手册》P164式中：Di——定子铁芯内径Di=8.42lt——定子铁芯长度lt=1.35K2——经验系数查表3-10K2=5.2所以，GD2=5.2+8.423.5×1.35=12159.88t·(2)水击压强与调节保证计算①在设计水头下用全荷载，第92页共92页 河北工程大学毕业设计所以，发生间接水击。特性常数丢弃全荷载时：Z0=1，ρZ0=7.5>1所以发生末相水击式中：σ——阀门开度变化时管道中水流流量的德相对变化率水击压强:△H=ξmHr=0.371×36.2=13.4总压力值：Hr+△H=36.2+13.4=49.6转速变化率：式中：N0——机组额定容量，取4万KWTs1=0.85Ts=0.85×6.88=5.848sF——水击影响系数，查《水电站》9-22得：f=1.47N——额定转速，取107.1机组转速最高值：nmax=n0（β+1）=107.1×（0.378+1）=147.58②最大水头下用全负荷：丢弃全负荷时Z0=1ρZ0=7.1＞1发生末相水击第92页共92页 河北工程大学毕业设计水击压力：△H=ξmHmax=0.35×38.1=13.335总压力值：H+△H=38.1+13.335=51.435水击压力系数，查《水电站》表2-22知f=1.45机组转速最高值：nmax=n0（1+β）=107.1×（1+0.374）=147.16水击压力的计算标准如下：压力升高：当H＜40m时[ξ]=0.7-0.5本设计中：ξ＝ｍａｘ（ξＨｒ，ξＨｍａｘ）＝0.371<[ξ]所以满足要求。（3）压力降低：负水击时，一压力管道顶部任何一点不出现负压并有2H2O以上余压为限，尾水管进口的允许最大真空度为8H2O。转速变化率的计算标准：丢弃全负荷时[β]=0.6《机电手册》P98本设计β=max（0.378，0.374）=0.378<[β]=0.6满足要求7.6压力管道设计7.6.1压力管道的布置结合电站厂房综合考虑，厂房和机组间距17，故压力管道中心间距也定为17，管道内径6，衬砌厚度60-160，开挖直径7.2-8，则管道间岩壁厚味9-9.8，靠近调压室附近的分岔起点处岩壁厚5，厚度虽小，但围岩岩性较好，节理裂隙不发育，采用混凝土衬砌，可以满足设计要求，这种平面布置，从调压室后以25°角分岔，并设平面线R=30，中心角α=12°30′，此处在布置压力管道是充分考虑到了地质条件，调压室后压力管道的不只。在立面上适宜位置处转弯，以避免不了的地质条件，满足厂房安装高程的要求。7.6.2压力管道直径的选择第92页共92页 河北工程大学毕业设计依据管内经济流速4～6，进行直径确定，经计算管径为6，相应流速为4.42，毅力管道直径取值不计算值稍大原因是：、压力管道较长。采用较大洞径，相对流速较低，可改善机组运行条件；、太平哨水电站为中水头大流量电站，水流较为宝贵，采用较大洞径可获得较多电能。7.6.3调节保证计算经调节保证计算，确定水轮机导叶启闭时间为8s，最大水击压力为13.34，压力管道压力值为51.435，机组转速最大升值147.16，满足要求。7.6.4压力管道的结构设计及稳定计算基本资料：《水工设计手册》普通碳素钢A3，屈服强度σs=235000KPa低合金钢16Mn，屈服强度σs=345000KPa，岩石弹性拉力系数K0=400，为了安全，涉及何在为外水压力50水柱高，内水压力60水柱高，钢材弹性模量E为：E=2.06×108KPa，泊松比为0.3压力管道壁厚初估：为了安全起见，不考虑岩石的弹性拉力，自阿内水压力作用下，荷载由钢管单独承担，依据锅炉公式：《水电站》P143式中：γ——水溶重9.81H——内水压力为60D0——管道直径为6φ——焊缝系数，采用双面对焊0.95[σ]——钢材允许应力，本设计采用16Mn钢，取0.55σs，再降低20%。考虑钢管锈蚀、磨损及钢板厚度误差，管壁应力比计算值增加了2，所以结构厚度为12+2=14另外，管壁最小厚度除满足上述结构稳定要求，还需考虑制造工艺、安装运输等要求，管壁有必要的刚度，因此管壁最小机构厚度应满足δ≥D/800+4=11.5,且不小于6，故利用锅炉公式计算出的12与结构厚度14，满足要求。钢管抗外压失稳计算第92页共92页 河北工程大学毕业设计（1）在外水压力作用下，地下埋藏管为光面管时外压失稳计算：式中：——钢称厚度，本设计取为12——钢称半径，TP300——钢称屈服强度，3500kg/mm2由上式得：光面管外压失稳，安全系数为2.0，即为允许设计外压，然而外压力因此光面管无法满足抗外压失稳要求，若采用增加钢称厚度或提高钢称屈服强度是不经济和不合理的，采用加劲环是工程中常用的方法（2）设加劲环外压失稳计算①加劲环稳定分析在外水压力作用下每隔0.5m设加劲环，加劲环尺寸为高15，厚为12，加劲环钢板为16Mn钢，采用公式:式中:——钢板屈服强度，——加劲环有效截面式中：——加劲环形心轴处半径，——加劲环间距，即加劲环的临界处压力为外水压力为因此，加劲自身不抗外力，满足要求。②加劲环间管壁的稳定分析相应最小临界压力系数第92页共92页 河北工程大学毕业设计（＝0.3）外水压力因此，外加劲环间壁满足抗外压失稳要求7.7防止地下埋管产生外压失稳的措施降低地下水压力是防止失稳的根本办法，排水廊道结合排水孔是较广泛的有效措施。精心施工做好钢称与混凝土之间的接缝灌浆，减小缝隙，有利于抗外压失稳，但应注意，避免灌浆压力过大引起失稳。8.水电站厂房设计8.1厂区枢纽平面布置本节主要是根据地形、地质、水文、施工管理等资料,进行定性分析,比较确定枢纽布置方案,即主厂房、变压器、开关站的相对位置.第92页共92页 河北工程大学毕业设计太平哨水电站在引水道出口处、地形等高线基本与浑江沿岸平行,且坡度均匀平缓,电站所在地质条件较好,为黑云母混合麻片岩,岩体平整坚硬,承载能力强,为了便于施工及交通,采用垂直引进方式,这样可以减小岩体开挖量,水流怒,水流条件好,且尾水管出水方式也较好,交通方便,根据太平哨电站地形图,安装见布置在厂房右侧,变压器场布置在厂房右侧,副厂房不止在主厂房上游侧.8.2主厂房平面设计主厂房长度、宽度尺寸,主要取决于水轮机发电机定子季风罩墙、水轮机蜗壳、尾水管与调速系统的布置.同时要将上部结构和下部结构结合考虑.8.2.1主厂房长度的确定1）机组段长度的确定:机组段长度L1随水电站类型和机型不同,主要有蜗壳、尾水管、发电季风罩在X轴方向的尺寸来确定,并考虑机组附属设备及主要交通道、吊车运输、阀门布置等所需的尺寸。L1按下式计算：L1=L+x+L-x式中:L+x——及阻断+x方向的最大长度.L-x——机组段-x方向的最大长度.i.蜗壳层L+x=R1+δL-x=R+δ式中：δ——蜗壳外部混凝土厚度,初设时为1.2-1.5，现在取为1.4R1——蜗壳+x方向最大平面尺寸:6.875R2——蜗壳-x方向最大平面尺寸:5.075所以,L+x=6.875+1.4=8.275mL-x=5.075+1.4=6.475ii.尾水管层L+x=B/2+δL-x=B/2+δ式中：B——尾水管宽度,取为11.152δ2——尾水管边墩混凝土厚度,由水工结构确定,初设取：1.2-1.5，对大型机组取2，安全起见,取为1.5。所以L+x=L-x=11.152/2+1.5=7.7.5发电基层L+x=Φ3/2+b/2+δ3L-x=Φ3/2+b/2+δ3式中:Φ3——发电机风罩内径,Φ3=12.8.b——两台机组监外罩的净距，一般可取为1.5～2.0.若在机组间设楼梯，一般取3～4，现取1.8。δ3——发电机风罩壁厚，一般取0.3～0.4，现取0.4。第92页共92页 河北工程大学毕业设计所以L+x=L-x=12.8/2+1.8/2+0.4=7.7在蜗壳层、尾水管层、发电机层的计算中,L+x、L-x均取最大值：L1=L+X+L-X=8.275+7.7=15.975考虑到设备布置、交通、楼梯、分缝等问题取：L+x=9.3：L-x=7.7，则：L1=9.3+7.7=17.02)端机组段又称边机组段，是指在安装间不同一端的机组段，其长度L2的确定除需要考虑上述机组的因素外还与装配场（安装间）位置，厂内是否布置进水闸、安装间的位置、起重机吊运设备的要求等因素有关。因本设计安装间在厂房右侧，端机组段L+x多取1.0。即L=1800=183)安装间安装间又称装配场，它是组装、检修设备的场所。安装间的位置设在厂房右侧、高程与对外交通道同高166.0。安装间的宽度与主机室宽度相等。以便利用起重机，沿主厂房纵向运行。确定安装间的尺寸主要在于确定长度，一般均为机组段长度的1.0～2.0倍，本设计取1.4倍。La=1.4L1=1.4×17=23.8，取24.0。此外，安装间面积按一台机组扩大性检修面积确定。即可以布置下四大件。因而，主厂房长度为：L=nL1+L2+La式中：L1——机组段长度n为机组台数减1。L2——端机组段长度La——安装间长度所以：L=3×1700+1800+2400=9300=938.2.2主厂房宽度确定以机组段中心县为界，厂方宽度可分为上游侧宽度Bs和下右侧宽度Bx两部分。B=BS+Bx,BS=Φ3/2+δ3+A式中：A——风罩外壁至上游墙内侧，去170δ3——发电机风罩壁厚，取0.4Φ3——发电机风罩内径，取为1280所以，BS=1280/2+40+170=850主厂房下游侧的宽度BX，除满足上面要求外，还要满足蜗壳在-y方向的尺寸和蜗壳外的砼厚度要求。如果下游侧需要布置电气设备，机组附属设备或者以下游侧作吊运通道时，尚需使使这些条件满足，最后决定厂房的总宽度时，需满足吊车标准跨度的要求，所以本设计下游侧的宽度Ba比BS增加1。Ba=950第92页共92页 河北工程大学毕业设计所以本社及下游侧的宽度Bx比BS增加1。Ba=BS+Bx=850+950=1800cm=18此宽度是净宽，指上、下游内墙间距离，墙厚取0.5。8.3主厂房剖面设计主厂房剖面设计又成竖向设计，主要解决垂直方向空间处理上的有关问题，合理的确定主、副厂房上、下结构部分的高程，满足通风、采光需要及发电、配电的合理安排。8.3.1机组的安装高程下min——下欧最低尾水位取151.5b0——导叶高度1.5HS——水轮机吸出高度1.504所以，=151.5+1.504+（1.5/2）=153.754考虑到吸出高度的计算中采用的是设计水头，此外在实际运行中为防止水轮机气蚀等因素，决定降低安装高程，取为152.08.3.2尾水管底板高程式中：h1----尾水管高度。取为10.66所以，=152.0-1.5/2-10.66=140.68.3.3基础开挖高程式中：S----尾水管底板厚度。岩基：S=1.2-2.0；土中：S=3-4，本设计中取1.6所以，8.3.4水轮机地面高程式中：---金属蜗壳进口断面半径，混凝土蜗壳为进口断面在水轮机安装高程以上的高度，本设计为b0/2=1.5/2=0.75δ---蜗壳顶部混凝土厚度，初设时可取0.8-1.0左右，大型机组可达2-3,本设计取为2.55。第92页共92页 河北工程大学毕业设计所以，8.3.5发电机定子安装高程（发电机装置高程）式中：——水轮机楼板高程，155.3h孔——进人控高度1.0-2.0m取2.0所以，=155.3+2=157.38.3.6发电机层楼板高程=157.3+3.428=160.728。可取为160.758.3.7吊车轨顶高程(起重机装置高程)依据最重部件:发电机转子250个,选择双小车2×150T.桥吊主钩150T,标准跨度16H=a+Hm+c+h式中:a——垂直向安全距离,可取为0.5Hm——最高部件高度,本电站为水轮机转轮带轴为9.13C——钓钩极限状态位置长度,由《机电设计手册》,取为171.258.3.8天花板高程式中:——桥吊在轨道以上高程,由机电手册取为4.5——敲掉小车顶部余隙不小于0.3取为0.7所以,8.3.9屋顶高程=176.25+1.8=178.05其中:h为屋顶结构厚度,取为1.8所以屋顶高程为：178.05第92页共92页 河北工程大学毕业设计8.4副厂房的布置与设计水电站副厂房室设置机电设备运行、控制、试验、管理和运行人员工作和生活的空间.副厂房的组成按性质可分为三类:直接身长副厂房、直接辅助生产副厂房和间接辅助生产副厂房.太平哨水电站副厂房不只在主厂房上游侧,其优点是布置紧凑、电缆段、监视机组方便,主厂房下游侧采光通风好,给工作人员创造了良好的工作条件,能适应电站分期建设、初期发电等特点,运行与机电设备安装干扰较小,能减轻记住振动与噪声对中控室的影响。谢辞第92页共92页 河北工程大学毕业设计为期一个多月的毕业设计紧张有序的做完了。这次设计是对我们几年来所学知识的综合运用与总结，涉及内容及问题较多，时间不长，工作量大。根据实际，本设计对太平哨引水式水电站进行设计。通过大量的设计工作，大大加深了对理论知识的理解，延伸了思维，培养了我们从大处着手，统筹考虑问题的设计思想，初步有了运用理论知识解决设计中实际问题的能力。我要感谢我的毕业设计指导老师：袁吉栋老师。感谢他在百忙之中抽出时间给我们上课，指导我们的毕业设计。感谢他为我们提供书籍资料，答疑解惑。为我们能较好的完成设计给予了极大的帮助。他对学生严格要求、对工作尽职尽责的，给我们留下深刻的影象。设计期间，我们遇到很多的问题，在我们同组成员的共同讨论和老师的细心指导下，我们都一一的解决了，在此感谢共同奋战一个多月的同组成员们。通过本次设计发现自己的知识还不够丰富和能力还不够高，在以后的学习工作中，还需要继续努力，掌握更多的知识，从而为祖国的工程建设事业贡献自己的力量。追求真理、注重实践，用知识武装自己，为中国的水利工程建设而奋斗！参考资料[1]华东水利学院水工设计手册（第七卷水电站建筑物）水利电力出版社1989[2]吴持恭水力学（第三版）高等教育出版社2003[3]王世夏水工设计的理论和方法中国水利水电出版社2000[4]马文英刘建军李显军水工建筑物黄河水利水电出版社2003[5]徐招才刘申水电站中国水利水电出版社2003第92页共92页 河北工程大学毕业设计[6]杨树宽水工建筑物设计与习题中国水利水电出版社1998[7]金钟元水力机械中国水利水电出版社1996[8]水轮机（上下册）（武汉水利水电学院）[9]M·Fanelli,AutomatedObservationforthesafetycontrolofDams·ICOLD,1982[10]水电站（浙江水利水电专科学校；长春水利水电高等专科学院）[11]水电站厂房设计（水利电力出版社）[12]水电站厂房设计规范，SD335-89,水力电力出版社，1990[13]CommitteeonMonitoringofDamsandTheirFoundations,Monitoringof--DamandTheirfoundations,StateoftheBulletin68,Paris.ICOLD,1988外文资料ConstructionofsmallhydropowerstationsontheManagementofConstructionSafetyⅠconstructionofhydropowerstationsneedtoConstructionSafetyManagementThewaterandelectricityengineeringproject"sconstruction,isacomplexsystemsengineering,participatesinthepersonnelbeingmany,thelarge-scalemachinesandtoolsaremany,theprojectoccupyinglandareascopeisbig,theconstructionwascomplex,involvesthedemolition,theupperair第92页共92页 河北工程大学毕业设计operationandsoonspecialwork,project"scharacteristichaddecidedsafetycontrol"simportance,willhaveslightly,willthenhavecarelesslytheaccident.zuijin1-2niancomes,althoughalllevelsofthegovernmentdepartmenthasenlargedtothesafetyinproductionsupervisiondynamics,buttheaccidentstillunceasinglyoccurred.Ifpresentisconstructingthreecanyonkeyproject,oncehadthetowerbeltmachinebreaktocreatedies3personofheavyaccidents;Littlewhileago,whenthreecanyonworksite378jointmanagementbody120worksiteconstructionpathconcreteshasthelandslide,dies5people.Ourprovincesimilaraccidentalsomany,ifsomepowerplantwithshipstheearthstonematerialthecablecarmanned,becausethecablebreakscauses5dead;TheGanzizhouhotfullpowerplant3#machinecaulkingruptures,causesthefloodingworkshop,3dead;AssoonasGanzizhouinstallsequipmentonly120kilowattsmallpowerplantsideslopecollapsing,causes12personofdeathsandsoon.Thesimilarexamplealsohadmany,blood"slessonhassoundedthealarmtous.OurprovincealllevelsofwateradministrationDepartmentresponsiblefortheworkformanyyearshasdonethemuchworksforthewaterandelectricityconstruction,hasmadetheremarkableprogress.Butjin1-2nianlai,becauseincorporatereformprocess"ssomeadjustments,causedthewaterandelectricityprojecttheconstructionmanagementtoappearhavecomeapartthephenomenon,manywereconstructingtheprojectconstructionsecurityandtheprojectqualitynobody"ssconcern.Especiallythenon-waterconservationSystemhouseevenPrivateenterpriseinvestedthewaterandelectricityconstructiontobegettingmoreandmoreinrecentyears,thepartialownernotclearourcountry"scapitalconstructionprocedure,didnotunderstandthatproject"ssecurityandthequalityinvolvedthepublicsafetyandthepublicinterest(waterandelectricityproject,oncehadaccident,willgiverivercoursedownstreampeoplelifeandpropertytocreateheavyloss).Therefore,underthenewsituation,takesthegovernmentwateradministrationDepartmentresponsibleforthework,thesafetycontrolstillshouldmakeconstantandfrequentgraspnotunremitting,cannotrelax,mustdowellthewaterandelectricityconstructionmanagementbounden,guaranteedthattheprojectconstructionsecurity,thesafeguardsocietypublicinterest,maintainsthesocialstability.Ⅱimprovewatersafetycontrolmeasures(A)raiseawareness,clearresponsibilities.Corporateconstructionprojectsandconstructionunitsanddesign,supervisionunitslegalrepresentativeisthefirstresponsibilityforsafetyofpeopleontheconstructionprojectorworkunitoverallresponsibilityforsecurity.Theunit"sheadofprojectsoftheunitswereinconstructionworkinthesecuritydirectlyresponsible.Projectlegalandconstructionunitisthefocusofconstructionsafetymanagementunit.Legalpersonshallcarryoutthefollowingtasks:1.Implementthenational,ministerial,provincialproductionsafetyrules,andproceduresandworkplans.2.Inaccordanceproject,aclearprojectmanagementofcorporatesecurityinthespecificresponsibilities,safetymanagementsystemdevelopmentproject.3.Thedevelopmentofmajorconstructionprojectsinsecuritytechnologymeasurestocoordinatetheimplementationofthefunds;strengthenlocalgovernmentandconstructionprojects,contact.4.Fortheconstructionofunitstocreatethenecessaryconditionsforsafeproduction.Constructionunitshoulddothefollowingtasks:First,earnestlyimplementtheDepartmentofStateandProvincialauthoritiesissuedsafetyregulationsandrequirements;istobuild,adaptandimproveconstructionsafetymanagementorganization,safetyandsafeproductionresponsibilitysystemasthecoreofthesafetymanagementsystem;third,theconstructionorganizationsinthedevelopmentofdesign,safetytechnologyplanmustbedevelopedbysequentialexamination,organizedandimplementedafterapproval,第92页共92页 河北工程大学毕业设计andreportprojectlegalandsupervisoryunitsofnuclearequipment;IV,insisttheplan,layout,inspection,reviewandappraisalofproductionatthesametime,planning,layout,inspection,reviewandappraisalsafety.（B)Torationalizethesystem,standardizedmanagement.Wateradministrationdepartmentsofmediumandsmallhydropowerconstructionindustryadministration,ininstitutionalreformandthereformarecompletedshouldcontinuetofunction,strengthenmanagement.Provincesetuplastyear,theprovincialsafetyproductionsupervisionandauthorityoftheprovincetoundertakeacomprehensivesafetymanagement.Integratedmanagementandnotasubstituteforprofessionalmanagementtoeachother,shouldcomplementeachother,complementeachother,andworktogetherwell.(C)Accordingtolaw.Aboutsafetyeveryyear,butmajoraccidentsoccureveryyear.Tochangethissituation,managementshouldbeimplementedaccordingtolawinsteadofadministrativeorders.ProvinceshouldformulateappropriatelawsandregulationstofacilitatethesafetysupervisiondepartmentandtheprovincialWaterResourcesDepartment,City,StateBureauofWaterResourcesfromtheperspectiveoflawenforcement,mandatorysafetymanagementofhydropowerprojects,andpenaltiesimposedonoffenders.Inadditiontoprovincialregulations,theindustrialmanagementdepartmentshoulddevelopprofessionalmanagementrulesasasupplement.Currently,thelocalelectricityauthoritiesinSichuanProvinceisdrafting"thelocalpowerconstructioninSichuanWaterConservancyConstructionSafetyManagementInterimProvisions",isexpectedrecentlyintroduced.(D)Strengthentheroutineinspection.Wateradministrationdepartmentstobuildhydropowerprojectsintheregularorirregularsafetyinspectionsontheconstructionofallunitsinvolvedinraisingawareness,strengtheningmanagement.Inspectionitemsinclude:allunitsofconstructionsafetymanagementsystemtoestablishthesituation;constructionsafetyrulesandregulationsandimplementation;employeesafetyeducationandtrainingsituation;safetymanagementarchives.(E)Designandsupervisionunitsshouldactivelyparticipateinconstructionsafetymanagement.Legalperson,theconstructionunitistheprimaryunitofconstructionsafetymanagement,butthedesignandsupervisionshouldalsobestartingtheirownactiveparticipationinsafetymanagement.TheDesigningdepartmentmainlyshouldservesafelyfromthefollowingseveralaspectsfortheconstruction:First,theengineeringdesignmustconformtonational,theprofessionstandardaswellas,theprovinceregulationsandthestipulation;Second,totheconstructionriskbigspot"sdesign,mustplacesafelytheconstructionthefirstplace,consideredfullytheexecutionconditionsandthetechnicalmeasure,shouldparticipateintheestablishmentconstructionsecuritytheexecutiveregulationorthesafeobservationsystem"sdesign;Third,meetstheinfluencesecuritytotheconstructionineachkindofdangeroussituation,mustcompleteaccordingtothestipulationmeasuredthattheforecastwork,promptlytotheprojectlegalperson,overseeingandtheConstructionsuggestedtakestheeffectivetechnologyprotectivemeasure;Fourth,assiststoeachkindofaccident"sinvestigationprocessing,causestheprojectqualityquestiontothesafetyincidenttoproposetheprocessingplan.Engineeringsupervisionunitshouldmeetwiththeprojectlegalperson,thesecuritysituationontheconstructionsiteforsupervision.Primarilytodothefollowingpoints:First,tourgetheconstructionunittodevelopandimplementconstructionsafetymanagementsystem;thesecondisthesafetymanagementofconstructionunitsdailyinspections;Third,reviewtheconstructionunitoftheconstructionorganizationdesignmeetstherelevantsafetyregulations;Fourththesafetymanagementofconstructionenterprises第92页共92页 河北工程大学毕业设计seriouslyoutofcontrol,constructionsafetydoesnotguarantee,therighttoordersuspendproductionforrectification..Ⅶ　improvewaterandelectricityprojectthefloodpreventionhighwater.Thefloodpreventionhighwateristhewaterandelectricityprojectsafetycontrolimportantcontent,alwaystakeseveryyear"sfloodpreventionhighwaterworkfromthecentralcommitteetothelocalAlllevelsofthegovernment,besidesnationalStateFloodControlandDroughtReliefHeadquarter,theprovincefloodpreventionmanagesthegeneralarrangement,thewateradministrationDepartmentresponsiblefortheworkshouldfromtheconstructionmanagementangle,payspecialattentiontheconstructioninprogressfloodpreventionhighwaterwork.First,mustguaranteethatintheprojectareascopetherivercourseisunimpeded,cannot,becauseconstructsthepowerplantprojectintheriverstoinvadetherivermagicalskillHongcrosssection,raisestherivercoursewaterlevel,causesbothbankstoincreasethesubmergencescopealongtheriver.Second,mustassuretheprojectitselffloodseasonsecurity,cannot,becausetheconstructioncofferdamhasnotachievedtheproperfloodcontrolstandardtofloodtheholeexcavatedforbuildingfoundation,createstheequipmenttroubleandthepersonnelcasualty.Third,eachkindofbuildingmateriallikecement,thesteelbarandsoonshouldpileupabovethesecurityelevation,inordertoavoidfloods.(G)theestablishmentofsafetyandaccidentreportingsystem.First,theconstructionofhydropowerprojectsinthecorporate,shouldreportregularlytothecompetentauthoritiesoftheprojectconstructionsafetymanagement,varioustypesofaccidentsshouldhaveoccurredforstatisticalanalysis,toidentifythereasonsforclarifyingtheresponsibilitytoidentifymanagementproblems,developimprovements.2isfirmlycommittedtotheaccidentExpresssystem,seriousaccidentsshouldbewithin6hours,majoraccidentsshouldbewithin24hours,usuallywithin48hoursoftheaccidentshouldbereportedlevelbylevel,notconceal.(H)Improvesafetyeducationandtraining.Safetyeducationandtrainingistheprimarymeansofnationalsafetyawareness.Thecompetentdepartmentsineachoftheprojectsdealwiththesecurityresponsibilityofunitsinvolvedaswellasfull-time(orpart-time)toconductsafetymanagementtraining.Theenterpriseshouldbuildtheunitsintheprojectatleastannuallytoallemployeestoconductasafetyeducationandtraining.Engagedinspecialtypesofwork,dangerousworkofthestaffmustholdrelevantcertificates.(I)Tocarryoutsafeandcivilizedconstructioncontest.Withineachprovinceasafeandcivilizedconstructioncontest,allhydropowerprojectsandconstructionunitsshouldparticipateincorporate,year-endcomparisonandappraisal.Constructionprojectsdoagoodjobonthecorporatesecurityandconstructionunits,andadvancedindividualrecognitionawards,projectmanageroftherelevantdepartmentsshouldbecommended.Constructionmanagementofsecurityunitsnotperformingwellinformedcriticismofthenegligence,haveseriousconsequencesforthoseresponsibleforacrimeisconstituted,criminalresponsibilityshouldbeinvestigatedundercriminallaw.LargeHydropowerProjectpre-bidqualification,wemustreviewthesafetyperformanceofconstructionunits.外文翻译第92页共92页 河北工程大学毕业设计对中小水电站建设施工安全管理的思考一、水电站建设施工安全管理的必要性　　水电工程项目的施工，是一项复杂的系统工程，参与人员较多，大型机具多，工程占地范围大，施工复杂，涉及爆破、高空操作等特种作业，工程本身的特点决定了安全管理的重要性，稍有不慎，便会发生事故。最近一两年来，虽然各级政府部门加大了对安全生产的监管力度，但事故仍不断发生。如目前在建的三峡枢纽工程，曾发生塔带机断裂造成死亡3人的重大事故；前不久，三峡工地378联营体120工地浇筑道路混凝土时发生塌方，死亡5人。我省的类似事故也不少，如某电站用运送土石料的缆车载人，因缆绳断造成5人死亡；甘孜州热足电站3#机堵头爆裂，造成水淹厂房、3人死亡；甘孜州一装机仅120千瓦的小电站边坡垮塌，造成12人死亡等。类似的例子还有不少，血的教训给我们敲响了警钟。　　我省各级水行政主管部门多年来为水电建设做了大量工作，取得了显著成绩。但是近一两年来，由于机构改革过程中的一些调整，使得水电项目的建设管理出现了脱节现象，许多在建项目施工安全与工程质量无人过问。尤其是近年来非水利系统企业甚至私营企业投资水电建设的越来越多，部分业主不清楚我国的基本建设程序，不懂得工程本身的安全和质量涉及公众安全和公共利益(水电工程一旦发生事故，将会给河道下游的人民生命财产造成巨大损失)。因此，新的形势下，作为政府水行政主管部门，安全管理仍应常抓不懈，丝毫不能放松，要义不容辞地搞好水电建设管理，保证工程施工安全，保障社会公共利益，维护社会稳定。　　二、搞好水电施工安全管理的措施　　(一)提高认识，明确职责。建设项目法人、施工单位和设计、监理单位的法人代表是安全工作的第一责任人，对建设项目或本单位的安全工作负全面责任。各单位在工程项目上的负责人分别对本单位在工程建设中的安全工作负直接责任。项目法人和施工单位是施工安全管理的重点单位。项目法人应做好以下各项工作：　　1.贯彻国家、部、省有关安全生产的规定、办法和工作部署。　　2.根据工程实际情况，明确项目法人在安全管理工作中的具体职责，制定工程项目安全管理制度。　　3.制定工程建设中的重大安全技术措施，协调有关经费的落实；加强与建设项目所在地政府和有关部门联系。　　4.为施工单位的安全生产创造必要条件。　　施工单位应做好以下各项工作：一是认真执行国家和部、省有关部门颁发的安全生产法规和规定；二是建立、健全适应工程建设的安全管理机构、安全工作体系和以安全生产责任制为核心的安全管理制度；三是在制定施工组织设计时，必须制定安全技术措施计划，经逐级审核、审定后组织实施，并报项目法人和监理单位核备；四是坚持在计划、布置、检查、总结和评比生产的同时，计划、布置、检查、总结和评比安全工作。第92页共92页 河北工程大学毕业设计　　(二)理顺体制，规范管理。水行政主管部门作为中、小水电建设的行业行政管理部门，在机构改革中和改革完成后，应继续履行职能，加强管理。我省于去年设立了省安全生产监督管理局，对全省安全生产进行综合性管理。综合性管理与专业管理彼此不能替代，应相互补充，互相配合，共同作好工作。　　(三)依法管理。安全生产年年都讲，但重特大事故年年都在发生。要改变这种现状，应实施依法管理，以法规代替行政命令。我省应制定相应的法规条例，以利于安全监管部门和省水利厅、市州水利局从执法的角度进行水电工程强制安全管理，对违法者给予惩罚。除了省级法规外，行业管理部门应制定专业性的管理规定作为补充。目前，四川省地方电力局正在起草《四川省水利地方电力建设施工安全管理暂行规定》，有望近期出台。　　(四)加强日常检查。水行政主管部门要对在建水电工程进行定期或不定期安全检查，督促参与工程建设的各单位提高认识，加强管理。检查的内容主要包括：各单位的施工安全管理体系建立情况；施工安全规章制度及执行情况；职工安全教育培训情况；安全管理档案等。　　(五)设计、监理单位要积极参与工程施工安全管理。项目法人、施工单位是施工安全管理主要单位，但设计监理也应从自身出发，积极参与安全管理。　　设计单位主要应从以下几个方面为施工安全服务：一是工程设计必须符合国家、行业标准以及部、省规程和规定；二是对施工风险较大部位的设计，必须把施工安全放在首位，充分考虑施工条件和技术措施，应参与编制施工安全的实施细则或安全监测系统的设计；三是对施工中遇到影响安全的各种险情，必须按规定做好测、预报工作，及时向项目法人、监理和施工单位建议采取有效的技术防护措施；四是协助对各类事故的调查处理，对安全事故引起的工程质量问题应提出处理方案。　　工程监理单位应与项目法人配合，对施工现场的安全情况进行监理。主要做好以下几点：一是督促施工单位制定并执行施工安全管理制度；二是对施工单位的安全管理进行日常检查；三是审查施工单位的施工组织设计是否符合有关安全管理规定；四是施工企业的安全管理工作严重失控、施工安全没有保证时，有权责令其停产整顿。　　(六)搞好水电工程的防洪度汛。防洪度汛是水电工程安全管理的重要内容，从中央到地方各级政府历来重视每年的防洪度汛工作，除了国家防总、省防汛办的总体布置外，水行政主管部门应从建设管理的角度，抓好在建工程的防洪度汛工作。一是要保证工程区范围内的河道畅通，不能因为在河流上兴建电站工程而侵占河道行洪断面，抬高河道水位，造成沿河两岸增加淹没范围。二是要保证工程本身汛期安全，不能因为施工围堰未达到应有的防洪标准而水淹基坑，造成设备损坏及人员伤亡。三是各种建筑材料如水泥、钢筋等应堆放在安全高程以上，以免被水淹。　　(七)建立安全情况及事故报告制度。一是各在建水电工程项目法人，应定期向主管部门报告本项目施工安全管理情况，应对已发生的各类事故进行统计分析，查清原因，分清责任，找出管理中存在的问题，制定改进措施。二是坚决实行事故快报制度，特大事故应在6小时内、重大事故应在24小时内、一般事故应在48小时内逐级上报，不得隐瞒。第92页共92页 河北工程大学毕业设计　　(八)搞好安全教育培训。安全教育培训是提高全民安全意识的主要手段。主管部门每年应对各项目参建单位的安全责任人以及专职(或兼职)安全管理人员进行一次培训。各企业应对本单位从事该项目建设的全体员工每年至少进行一次安全教育培训。从事特殊工种、危险作业的人员，必须持证上岗。　　(九)开展安全文明施工竞赛活动。每年在全省范围内进行一次安全文明施工竞赛，所有水电建设项目法人和施工单位均应参加，年终进行评比。对安全施工搞得好的项目法人和施工单位以及先进个人进行表彰奖励，对相应的项目主管部门也应进行表彰。对安全施工管理做得不好的单位进行通报批评，对玩忽职守、产生严重后果构成犯罪的责任人，要按照刑法追究其刑事责任。大水电建设项目的投标资质预审时，要审查施工单位的安全生产业绩。第92页共92页'