计算书：A坝后式水电站设计及发电机机座结构稳定计算

'目录1重力坝非溢流坝段41.1剖面设计41.1.1坝高的确定41.1.2坝底宽的确定41.1.3实用剖面51.2荷载计算61.2.1设计洪水位下荷载61.2.2校核洪水位下荷载71.3稳定验算91.3.1设计洪水位下91.3.2校核洪水位下91.4应力验算101.4.1设计洪水位下101.4.2校核洪水位下101.5坝内廊道及坝基处理111.5.1坝内廊道111.5.2坝基处理111.5.3坝体分缝122重力坝溢流坝段132.1剖面设计132.1.1堰顶高程的确定132.1.2堰面曲线142.1.3下游反弧段152.2荷载计算172.2.1设计洪水位下荷载172.2.2校核洪水位下荷载182.3稳定验算192.3.1设计洪水位下192.3.2校核洪水位下192.4应力校核202.4.1设计洪水诶下202.4.2校核洪水位下20-61- 2.5溢流坝消能抗冲刷措施212.5.1挑距212.5.2冲坑212.5.3导墙高度213机电设备及辅助设备选择223.1特征水头的计算223.1.1校核洪水位下223.1.2设计洪水位下223.1.3正常蓄水位+一台机组满发223.1.4正常蓄水位+四台机组满发223.1.5设计低水位+一台机组满发233.1.6设计低水位+四台机组满发233.2水轮机选型比较243.2.1转轮直径D1243.2.2转速n（最优工况）243.2.3效率修正243.2.4工作范围检验253.2.5吸出高度Hs263.3发电机选型及主要尺寸计算263.3.1主要尺寸估算263.3.2平面尺寸估算273.3.3轴向尺寸273.4蜗壳及尾水管计算283.4.1金属蜗壳尺寸283.4.2尾水管尺寸293.5调速器与油压装置的选择293.5.1调速器293.5.2油压装置303.6厂房桥吊设备的选择314水电站厂房结构计算324.1主厂房的特征高程324.1.1水轮机安装高程324.1.2尾水管底板高程324.1.3水轮机层地面高程324.1.4定子安装高程324.1.5发电机层地面高程（定子埋入式）324.1.6装配场地面高程32-61- 4.1.7吊车轨顶的高程324.1.8厂房顶部高程334.2水电站主厂房长宽尺寸的确定334.2.1主厂房宽度的确定334.2.2主厂房长度的确定334.3主厂房各层的布置354.3.1发电机层354.3.2水轮机层354.3.3蜗壳层364.4水电站副厂房各层高程及平面布置365水电站引水建筑物375.1进水口高程375.2压力钢管的布置375.3压力钢管的厚度375.4拦污栅及进水口闸门的设计385.5通气孔的面积确定396专题—发电机（含安装场）层板，梁布置及结构计算406.1楼板设计406.1.1第一部分416.1.2第二部分426.1.3第三部分446.1.6总结466.2次梁设计466.2.1C1梁466.2.2C2梁506.2.3总结576.3主梁计算………………………………………………………………………………………………………………...576.3.1主梁Z4576.3.2总结636.4安装间…………………………………………………………………..63-61- 1重力坝非溢流坝段1.1剖面设计1.1.1坝高的确定1.1.1.1设计洪水位下计算风速Vf=(1.5~2)*1.15=1.725~2.3取2m/sHm=291.0-200=91.0m吹程D=1.4kmhl=0.166vf5/4D1/3=0.045mho=cth=0.486mhc=0.7m坝高为291+0.045+0.486+0.7=292.23m1.1.1.2校核洪水位下计算风速Vf=1.15m/sHm=292-200=92m吹程D=1.4kmhl=0.166vf5/4D1/3=0.022mho=cth=0.203mhc=0.5m坝高为292+0.022+0.203+0.5=292.73m1.1.1.3坝高坝高取较大者292.73m。1.1.2坝底宽的确定基本剖面是以校核洪水位为高，再确定一个满足应力和稳定条件的最小坝底宽。稳定条件-61- 应力条件m=0.75图1-1非溢流坝基本剖面1.1.3实用剖面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9m。-61- 坝顶高程292.73m，坝底高程200.00m，折坡点高程230.91m，上游坝坡坡度1：0.15，下游坝坡坡度1：0.75，坝顶宽9.00m，坝底宽74.19m，上游侧4.64m，下游侧69.55m。图1-2重力坝非溢流坝实用剖面1.2荷载计算1.2.1设计洪水位下荷载1.自重G1＝1/2×4.64×30.91×23.5＝1685.21G2＝92.73×9×23.5＝19612.40G3＝1/2×60.55×80.73×23.5＝57436.372.静水压力上游：Px＝1/2×9.81×912＝40618.31Py＝1/2×9.81×4.64×（91+60.09）＝3438.69Mx＝Px×1/3×91＝1232088.74My＝Py×（74.19/2－e）＝120096.25-61- e＝（61.82×2+92.73）/（61.82+92.73）×4.64/3＝2.17下游：Px/＝1/2×9.81×142＝961.38Py/＝1/2×9.81×14×10.5＝721.84Mx/＝Px/×1/3×14＝4486.44My/＝Py/×（74.19/2－1/3×10.5）＝24250.213.扬压力U1＝74.1×14×9.81＝10189.25U2＝5.64×0.25×91×9.81＝1258.72U3＝0.5×5.64×（91-14-0.25*91）×9.81＝1500.78U4＝0.5×0.25×91×（74.19-5.64）×9.81＝7649.414.浪压力过小，忽略不计。表1-1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1685.21↓34.0057297.1419612.40↓27.96548362.7057436.37↓3.27187816.93静水压力上游40618.31→30.331232088.743517.43↓34.93120096.25下游961.38←4.674486.44721.84↓33.6024250.21扬压力10189.25↑001258.72↑34.2843148.921500.78↑35.2252857.477649.41↑8.6165861.421.2.2校核洪水位下荷载-61- 1.自重G1＝1685.21G2＝19612.40G3＝57436.372.静水压力上游：Px＝1/2×9.81×922＝41515.92Py＝1/2×9.81×4.64×（92+61.09）＝3484.21Mx＝Px×1/3×92＝1273154.88My＝Py×（74.19/2－e）＝121720.88e＝（61.09×2+92）/（61.09+92）×4.64/3＝2.16m下游：Px/＝1/2×9.81×15.542＝1184.52Py/＝1/2×9.81×15.54×11.66＝888.77Mx/＝Px/×1/3×15.54＝6135.81My/＝Py/×（74.19/2－1/3×11.66）＝29514.573.扬压力U1＝74.19×15.54×9.81＝11310.07U2＝5.64×0.25×92×9.81＝1272.55U3＝0.5×5.64×（92-15.54-0.25×92）×9.81＝1481.55U4＝0.5×0.25×92×（74.19-5.64）×9.81＝7733.474.浪压力过小，忽略不计。表1-2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1685.21↓34.0057297.1419612.40↓27.96548362.7057436.37↓3.27187816.93上游41515.9230.331273154.88-61- 静水压力3484.21↓34.93121720.88下游1184.526←4.676135.81888.77↓33.6029514.57扬压力11310.07↑001272.55↑34.2843623.011481.55↑35.2252180.197733.47↑8.6166585.181.3稳定验算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。1.3.1设计洪水位下1.3.1.1抗剪断公式1.3.1.2抗剪稳定公式-61- 1.3.1.3极限状态法1.3.2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2.3.1.3极限状态法1.4应力验算采用分项系数极限状态法进行坝体强度验算1.4.1设计洪水位下-61- 1.4.1.1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1.4.1.2坝踵抗拉强度验算满足要求1.4.2校核洪水位下1.4.2.1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1.4.2.2坝踵抗拉强度验算满足要求1.5坝内廊道及坝基处理1.5.1坝内廊道灌浆廊道距坝底5m，距上游坝面4m，廊道宽3m，高3.5m。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19m，49m沿灌浆廊道向上，间隔30m-61- 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2.1m，高2.4m，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。1.5.2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。1.5.3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，横缝间距为20m，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。-61- 2重力坝溢流坝段2.1剖面设计2.1.1堰顶高程的确定2.1.1.1设计洪水位下通过溢流坝顶的下泄流量为：＝7000-0.9×232.71=6790.56m3/s当河谷狭窄、岩石坚硬、且下游水深较大时，应选择较大的单宽流量，本工程所处河谷狭窄、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。单宽流量取为100。L＝Q/q＝67.91m机组段的间距为14.26m，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14.26-7=7.26m，取L＝7.26×3+16×4=85.78m溢流坝总宽度：-61- ∴L0＝85.78+4×7+2×3＝119.78m计算堰上水头：求得H=11.61m流速水头：则堰上水头H=11.61-0.004=11.61m堰顶高程=291-11.61=279.39m2.1.1.2校核洪水位下通过溢流坝顶的下泄流量为：＝8500-0.9×230.18=8292.84m3/s坝址岩基状况良好，故取设计状况下的单宽流量q＝100m2/sL＝Q/q＝82.93m机组段的间距为14.26m，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+16×4＝85.78m溢流坝总宽度：∴L0＝85.78+4×7+2×3＝119.78m计算堰上水头：求得H=13.264m流速水头：则堰上水头H=13.264-0.006=13.26m堰顶高程=292-13.26=278.74m-61- 2.1.1.3堰顶高程及闸门尺寸综上堰顶高程为279.39m闸门高度=正常蓄水位-堰顶高程+安全超高=285.0-279.39+1.5=7.11m取7.2m。选择平面闸门，根据孔口大小，闸门有两种尺寸，取为12.5m×8.1m12.5m×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。2.1.2堰面曲线溢流面曲线采用的为WES曲线，其曲线方程为：即：最大运行水头=292-279.39=12.61m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=11.35m堰顶与上游采用三圆弧连接，参数如下表所示表2-1三圆弧参数R1=0.5Hd=5.68R2=0.2Hd=2.27R3=0.04Hd=0.45B1=0.175Hd=1.99B2=0.27Hd=3.06B3=0.281Hd=3.19堰面形态如下图所示：-61- 图2-1堰面形态2.1.3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，反弧段的底高程为230.0m。试算hc0：假定：hc0=3假定：hc0=4假定：hc0=3.8假定：hc0=3.9-61- 假定：hc0=3.92假定：hc0=3.922假定：hc0=3.923假定：hc0=3.924假定：hc0=3.923试算得：hc0=2.011反孤段半径，取鼻坎挑角，取坎顶高程。图2-2溢流坝剖面图-61- 2.2荷载计算2.2.1设计洪水位下荷载1.自重（用CAD计算出溢流坝剖面的面积4508.1636）G1＝4508.1636×23.5＝105941.84462.静水压力上游：Px＝377.2917×100＝37729.17Py＝331.17×9.81＝3248.78下游：Px/＝1/2×9.81×18.922＝1755.823.扬压力U1＝97.7×18.92×9.81＝13753.34U2＝6.25×17.645×9.81＝1081.86U3＝1.2×1/2×17.645×91.45×9.81＝7914.88U4＝1.2×1/2×6.25×52.935×9.81＝1622.7884.浪压力过小，忽略不计。表2-2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→28.51075281.3453248.78↓47.8515747.1335下游1755.82←6.311061.666扬压力13753.34↑001081.86↑45.72549468.0487914.88↑12.1295928.341622.788↑46.7775897.79-61- 2.2.2校核洪水位下荷载1.自重（用CAD计算出溢流坝剖面的面积4508.1636）G1＝4508.1636×23.5＝105941.84462.静水压力上游：Px＝448.9517×100＝44895.17Py＝3360.8079下游：Px/＝1/2×9.81×21.682＝2305.463.扬压力U1＝97.7×21.68×9.81＝20778.9U2＝6.25×17.53×9.81＝1289.77U3＝1.2×1/2×17.53×91.45×9.81＝9435.955U4＝1.2×1/2×6.25×52.59×9.81＝1934.6554.浪压力过小，忽略不计。表2-3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2305.46←7.22616659.25扬压力20778.9↑001289.77↑45.72558974.739435.955↑12.12114363.771934.65↑46.7790483.812.3稳定验算-61- 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。2.3.1设计洪水位下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设计洪水诶下2.4.1.1坝趾抗压强度承载能力极限状态作用效应函数-61- 极限状态抗力函数满足要求2.4.1.2坝踵抗拉强度验算满足要求2.4.2校核洪水位下2.4.2.1坝趾抗压强度承载能力极限状态作用效应函数极限状态抗力函数满足要求2.4.2.2坝踵抗拉强度验算满足要求2.5溢流坝消能抗冲刷措施2.5.1挑距h1=3.923h2=33m-61- 挑距:=124.94m2.5.2冲坑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。2.5.3导墙高度掺气水深ha=hc=3.923mh导=3.923+1=4.923m取h导=5.0m3机电设备及辅助设备选择3.1特征水头的计算3.1.1校核洪水位下由Q泄＝8500m3/s查厂区水位流量曲线得：H下＝215.54m3.1.2设计洪水位下由Q泄＝7000m3/s查厂区水位流量曲线得：H下＝214m3.1.3正常蓄水位+一台机组满发A＝9.81*0.92*0.96=8.268，N＝9.81QHη＝AQH，考虑1%水头损失设Q1＝64m3/s，查得H下＝201.9mN＝8.268×64×（285-201.9）×99%＝4.361万KW-61- 设Q2＝80m3/s，查得H下＝202mN＝8.268×80×（285－202）×99%＝5.445万KW设Q3＝67.2m3/s，查得H下＝201.92mN＝8.268×67.2×（285－201.92）×99%＝4.524万KW则H下=201.92m3.1.4正常蓄水位+四台机组满发A＝9.81*0.92*0.96=8.268，N＝9.81QHη＝AQH，考虑1%水头损失设Q1＝540m3/s，查得H下＝204mN＝8.268×540×（285-204）×99%＝35.441万KW设Q2＝300m3/s，查得H下＝203.2mN＝8.268×300×（285－203.02）×99%＝25.754万KW设Q3＝270m3/s，查得H下＝203.1mN＝8.268×270×（285－203.1）×99%＝17.917万KW则H下=203.1m3.1.5设计低水位+一台机组满发A＝9.81*0.92*0.96=8.268，N＝9.81QHη＝AQH，考虑1%水头损失设Q2＝80m3/s，查得H下＝202mN＝8.268×80×（263－202）×99%＝3.954万KW设Q3＝96m3/s，查得H下＝202.1mN＝8.268×96×（263－202.1）×99%＝4.737万KW设Q4＝88m3/s，查得H下＝202.05mN＝8.268×88×（263－202.05）×99%＝4.346万KW设Q5＝91.2m3/s，查得H下＝202.07mN＝8.268×91.2×（263－202.07）×99%＝4.502万KW则H下=202.07m3.1.6设计低水位+四台机组满发A＝9.81*0.92*0.96=8.268，N＝9.81QHη＝AQH，考虑1%水头损失设Q1＝360m3/s，查得H下＝203.4mN＝8.268×360×（263-203.4）×99%＝17.385万KW设Q2＝384m3/s，查得H下＝203.48mN＝8.268×384×（263－203.48）×99%＝18.519万KW-61- 设Q3＝375m3/s，查得H下＝203.45mN＝8.268×375×（263－203.45）×99%＝18.094万KW则H下=203.45m综上设计低水位h=291-214=77m校核洪水位h=292-215.54=76.46m正常+一台h=（285.0-201.92）×0.98=81.418m正常+四台h=（285.0-203.1）×0.98=80.262m设低+一台h=（263-202.07）×0.98=59.711m设低+四台h=（263-203.45）×0.98=58.359m则Hmax＝81.418mHmin＝58.359mHr＝0.95Hav＝66.395m3.2水轮机选型比较由工作水头范围58.359~81.418m查表得：选用HL220水轮机3.2.1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=98%，Nr=Ngr/ηgr=48000/0.98=48979.59kwHr——设计水头（m），坝后式Hr=0.95Hav=66.4mη——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。3.2.2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＝66.4m。-61- 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。3.2.3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—3003.2.4工作范围检验＝1.014m3/s＜1.15m3/s最大引用流量Qmax＝Q1/maxD12Hr1/2＝74.36m3/s与特征水头Hmax、Hmin、Hr相对应的单位转速为n1/min＝nD1/Hmax1/2＝71.25r/minn1/max＝nD1/Hmin1/2＝84.16r/minn1/r＝nD1/Hr1/2＝78.90r/min在HL220水轮机模型综合特性曲线上绘出n1/min＝71.25r/min，n1/max＝84.16r/min，Q1/max=1.014m3/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。-61- 图3-1HL220水轮机模型综合特性曲线3.2.5吸出高度Hs由n1/r＝78.90r/min，Q1/max＝1.014m3/s查曲线得：σ＝0.123由Hr＝66.4m查得：△σ＝0.02水轮机安装海拔高程▽＝202.16m∴Hr0.2803.3发电机选型及主要尺寸计算发电机型号为：SF65—28/640-61- 图3-2悬式发电机3.3.1主要尺寸估算1、极距τ＝Kj×（Sf/2P）1/4＝9×[45000/0.85×（2×14）]1/4＝59.35cmSf—发电机额定客量（KVA）Sf＝45000kj—取8~10此时取9P—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*59.35/3.14=529.24cm4、定子铁芯长度lt＝Sf/（CDi2ne）＝45000/（0.85×5×10－6×529.242×214.3）＝176.4cm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＝529.24+59.35=588.59cm3.3.2平面尺寸估算-61- 1、定子机座外径D1＝1.20Da＝706.31cm2、风罩内径D2＝D1+240＝946cm3、转子外径D3＝Di－2δ＝Di＝529.24cm4、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＝300cm励磁机外径D7＝200cm3.3.3轴向尺寸1、定子机座高度h1＝lt+2τ=295.1cm2、上机架高度h2＝0.25Di＝132.31cm3、推力轴承高度h3＝150cm励磁机高度h4＝200cm副励磁机高度h5＝50cm永励磁机高度h6＝60cm4、下机架高度h7＝0.12Di＝63.51cm5、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＝79.39cm6、下机架支承面至主轴法兰底面间距h9＝70cm7、转子磁轭轴向高度h10＝lt+50＝226.4cm8、发电机主轴高度h11＝0.7H＝0.7×1036.8＝726cmH＝h1+h2+h4+h5+h6+h8+h9＝1036.8cm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=177.17t3.4蜗壳及尾水管计算3.4.1金属蜗壳尺寸包角345°由Hr＝66.4m查得：Vc＝6.5m/s-61- 由Hr＝66.4m，D1＝3.0m查得：Db＝4100mm，Da＝4700mm∴ai＝ra+ρi图3-3蜗壳Ri＝ra+2ρi表3-1金属蜗壳尺寸：ф3075120165210255300345ρi(mm)550870110012901460161017401870a（mm）29003220345036403810396040904220R（mm）345040904550493052705570583060903.4.2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＝3.0m（单位：m）表3-2尾水管尺寸：hLB5D4h4h6L1h57.813.58.164.054.052.0255.463.66-61- 图3-4尾水管3.5调速器与油压装置的选择3.5.1调速器3.5.1.1调速功计算Nr＝9.81ηHmaxQ∴Q＝61.91m3/s接力器容量A＝（200~250）Q（HmaxD1）1/2＝194000~242000>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。3.5.1.2接力器的选择导叶数Z0＝24取λ＝0.03b0/D1＝0.25∴＝0.406m选择与之相近且偏大的dc＝450mm的标准接力器3.5.1.3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-61- 由N11r=78.90Q11=1014L/S在模型综合特性曲线上差的a0=28D0m=534，选用的D0=1.15*D1=1.15*3=3.45Z0=24＝30.5×3450/534＝180.9mm则Smax=1.8*180.9=325.6mm3.5.1.4接力器容积计算＝0.104m2∴选用Ts=4S故选用DT-100型电气液压型调速器3.5.2油压装置压力油罐的容积：V0＝（18~20）V＝1.87~2.08m3选用组合式油压装置HYZ-2.5。图3-5组合式油压装置外形尺寸图-61- 表3-3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—2.5102823703270240017003.6厂房桥吊设备的选择最大起重量177.17t，机组台数4台，选用一台2×100t双小车起重机根据厂房部分计算，选择桥吊的跨度为16米。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146mm4水电站厂房结构计算4.1主厂房的特征高程4.1.1水轮机安装高程4.1.2尾水管底板高程-61- 4.1.3水轮机层地面高程4.1.4定子安装高程+进人孔高（2m）+圈梁高（1m）=208.924m4.1.5发电机层地面高程（定子埋入式）上机架高度=208.924+2.951+1.323=213.198m取213.2m。4.1.6装配场地面高程装配场与发电机层同高213.2m。4.1.7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=224.36m。4.1.8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=230.0m。4.2水电站主厂房长宽尺寸的确定4.2.1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=6.09+1.5=7.59m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-61- =4.93+1.5=6.43m主厂房宽度：L=l1+l2=14.02m。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=9.46+2×2+0.8=14.26m。c.选择桥吊跨度为16m，根据前面算出的发电机转子重量177.17t，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21.5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。4.2.2主厂房长度的确定4.2.2.1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。m尾水管层：-61- 式中——尾水管宽度度，；——尾水管混凝土边墩厚，。L＝11.16m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，L＝14.26经比较，确定机组段长度为14.26m。4.2.2.2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1.0m4.2.2.3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24m主厂房总长度=4×14.26+24＋2=83.04m4.3主厂房各层的布置4.3.1发电机层-61- 高程213.2m，总长79.8m，宽19m。每个机组段长14.26m。装配场长24m，可放下四大件（上机架直径9.46m，发电机转子直径5.29m，水轮机顶盖直径4.00m，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，。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。进厂公路正对装配场大门，顺水流方向，且在尾水平台处拐弯，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。尾水平台是在尾水管后的连续墙上搭的一个厚0.50m的板。4.3.2水轮机层高程205.92m，长9.8m。每个机组段长14.26m，从左至右1#~4#机组总长56.30m。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4.60m，外径8.60m。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1.60m。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。水轮机曾第四象限有楼梯上至发电机层。厂房上下游侧均为墙，不开窗，墙后由于尾水连续墙连系的框架结构，宽1.00m，厚0.50m，长3.00m。尾水连续墙要挡水，所以上游侧位变截面墙。水轮机层墙厚2m，水轮机层往上墙厚1.50m，蝸壳层墙厚3.00m。连续墙中开孔供尾水闸门起吊，孔洞为“凸”字形，下宽0.50m，长4.60m，上宽0.30m，长4.00m。每个机组段两孔间距0.40m，关于中心线对称布置，孔洞下游侧与尾水连续墙下游侧间距为1.40m，尾水连续墙在尾水闸门处开洞，以泄放发电尾水。4.3.3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。闸墩前方后圆，宽1m，半圆直径1m。尾水管底高程194.84m，开挖高程192.84m。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，空腔内设有直径1m的蝸壳进人孔。每两个尾水管共用一个3×3m2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。4.4水电站副厂房各层高程及平面布置-61- 副厂房长79.8m，宽8.00m，副厂房分三层，每层底高程分别为218.50m，215.50m，212.90m。副厂房顶高程为223.00m。第一层,层高4.50m，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。第二层为母线层，层高3.00m，从副厂房上游侧出线，在厂坝间搭设主变平台放置主变，再将母线拉至坝顶送出。第三层，层高2.60m，底部设有吊钩，供检修伸缩节时使用。副厂房上游侧由一堵宽1.00m的连续墙支撑，连续墙底高程206.16m。下游侧与主厂房共用一排柱子。5水电站引水建筑物5.1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。则进水口底高程为263-7.16-3.8-1.5=251m5.2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：-61- 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252.9m，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。5.3压力钢管的厚度钢管计算厚度：=180.77取11mm。5.4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-61- 本设计取拦污栅高度为7m，半径3.5米，A=76.97m2。图5-1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。我国目前大中型混凝土重力坝，溢流孔净宽一般常用8～12m。本设计采用溢流式厂房，其四个压力水管的进水口布置在溢流坝闸墩之下，这种布置方式进水口闸门及拦污栅的提降与溢流坝顶闸门的操作互不干扰，布置和运行都比较方便，5.5通气孔的面积确定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，-61- 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.通气孔导向下游。。第六章发电机层（安装间层）楼板设计将发电机层楼板划分成1—20，将主梁划分成Z1—Z2，将次梁划分成C1—C2。6.1楼板设计6.1.1第一部分分块楼板横跨均为7130mm，其中高度，可以简化为跨度为7130mm的板，取单宽来研究。楼板主要受到活载和恒载，活载以人群荷载代替，恒载主要是板的自重。-61- 6.1.1.1计算简图取图6-16.1.1.2内力计算图6-2yx12(1)136.36.1.1.3配筋计算选用Ⅱ级钢筋-61- 则选用B14@125的钢筋6.1.2第二部分该区楼板包括1.6.11.16区域楼板，简化成跨度3500的板，取单宽来研究。6.1.2.1计算简图取图6-3126.1.2.2内力计算图6-4-61- yx12(1)4.28＝12.44KN·m6.1.2.3配筋计算选用Ⅱ级钢筋则选用B6@100的钢筋6.1.3第三部分该区楼板可包含2.7.12.17进行简化成一个跨度为的板，取单宽来研究。-61- 6.1.3.1计算简图取图6-5126.1.3.2内力计算图6-6yx12(1)40.4-61- 6.1.3.3配筋计算选用Ⅱ级钢筋则A选用B6@100的钢筋6.1.6总结整个楼板横跨截面受力状况相同，且板的尺寸相同，则取B14@125的钢筋整个楼板纵向跨截面尺寸各不相同，但是从最大尺寸和第二大尺寸的计算结果来看，横跨尺寸较小，无需进行专门配筋，由3500mm横跨的截面计算可定，直接取B6@100的钢筋对于各板除了要配置受力钢筋，还要配置一些分布钢筋、构造钢筋。本设计配置的分布钢筋为B6@95.6.2次梁设计6.2.1C1梁C1梁作用于该梁上的荷载有-61- 6.2.1.1计算简图取图6-11126.2.1.2内力计算图6-12yx12225.5-61- 6.2.1.3配筋计算选用Ⅱ级钢筋则选用6根B16的钢筋6.2.1.4斜截面验算6.2.1.4.1绘制剪力图图6-13yx12394.7-394.76.2.1.4.2验算构件截面尺寸是否满足斜截面受剪承载力的要求-61- 满足6.2.1.4.3斜截面抗剪配筋计算则需要设置腹筋6.2.1.4.4计算配置腹筋选用B10@200的钢筋，则，查表得，可以6.2.1.4.5箍筋最小配筋率计算则满足6.2.1.5裂缝宽度验算该构件工作环境为Ⅰ级，则。6.2.1.5.1荷载效应短期组合：-61- 6.2.1.5.2荷载效应长期组合：则满足裂缝宽度要求。6.2.1.6受弯构件挠度验算6.2.1.6.1计算效应组合值短期组合：长期组合：6.2.1.6.2计算梁的短期刚度-61- 6.2.1.6.3计算梁的长期刚度对应于荷载效应短期组合对应于荷载效应长期组合6.2.1.6.4验算梁的挠度查表可知：则梁的挠度满足要求6.2.1.7总结则该梁纵筋选用6根B16的钢筋，箍筋B10@200能够满足要求。6.2.2C2梁C2梁作用于该梁上的荷载有,-61- 6.2.2.1计算简图取图6-14126.2.2.2内力计算图6-15yx12(1)228.67228.67406.7-61- 6.2.2.3配筋计算选用Ⅱ级钢筋则选用8根B20的钢筋6.2.2.4斜截面验算6.2.2.4.1绘制剪力图图6-16-61- yx12245231.07131.07231.07131.07-173.566.2.1.4.2验算构件截面尺寸是否满足斜截面受剪承载力的要求满足6.2.2.4.3斜截面抗剪配筋计算则需要设置腹筋6.2.2.4.4计算配置腹筋选用B8@200的钢筋，则，查表得，可以6.2.2.4.5箍筋最小配筋率计算则满足-61- 6.2.2.5裂缝宽度验算该构件工作环境为Ⅰ级，则。6.2.2.5.1荷载效应短期组合：6.2.2.5.2荷载效应长期组合：则满足裂缝宽度要求。6.2.2.6受弯构件挠度验算-61- 6.2.2.6.1计算效应组合值短期组合：长期组合：6.2.2.6.2计算梁的短期刚度6.2.2.6.3计算梁的长期刚度对应于荷载效应短期组合对应于荷载效应长期组合6.2.2.6.4验算梁的挠度查表可知：则梁的挠度满足要求-61- 6.2.2.7总结则该梁纵筋选用8根B20的钢筋，箍筋B8@200能够满足要求。6.2.3总结C1，6根B16的钢筋，箍筋B10@200。6.3主梁计算6.3.1主梁Z4主梁仅以Z4来计算作用于该梁上的荷载有,6.3.1.1计算简图取图6-17-61- 126.3.1.2内力计算图6-18yx12(1)1210.16.3.1.3配筋计算选用Ⅱ级钢筋-61- 则选用8根B32的钢筋6.3.1.4斜截面验算6.3.1.4.1绘制剪力图图6-19yx12(1)7426.3.1.4.2验算构件截面尺寸是否满足斜截面受剪承载力的要求满足6.3.1.4.3斜截面抗剪配筋计算则需要设置腹筋6.3.1.4.4计算配置腹筋-61- 选用B10@200的钢筋，则，查表得，可以6.3.1.4.5箍筋最小配筋率计算则满足6.3.1.5裂缝宽度验算该构件工作环境为Ⅰ级，则。6.2.2.5.1荷载效应短期组合：6.3.1.5.2荷载效应长期组合：-61- 则满足裂缝宽度要求。6.3.1.6受弯构件挠度验算6.3.1.6.1计算效应组合值短期组合：长期组合：6.3.1.6.2计算梁的短期刚度6.3.1.6.3计算梁的长期刚度对应于荷载效应短期组合对应于荷载效应长期组合-61- 6.3.1.6.4验算梁的挠度查表可知：则梁的挠度满足要求6.3.1.7总结则该梁纵筋选用8根B32的钢筋，箍筋B10@200能够满足要求。6.3.2总结其他主梁配筋均采用8根B32的钢筋，箍筋B10@200。6.4安装间对于安装间，因为承受荷载与发电机层不同，故配筋也有所不同。同发电机层算法一样，求得楼板配B14@125,以及B8@75钢筋，并且主次梁分别配8根34和6根22，箍筋配B8@200能满足要求。-61-'