古阳河水电站设计(两台贯流机组)

'古阳河水电站设计（两台贯流机组）目录1设计资料31概况32特征水位33地质资料44坝址选定52枢纽布置62.1工程等级及主要建筑物的级别62.2坝型选择62.3厂房的型式的选择72.4枢纽布置72.4.1枢纽总布置方案选择72.4.2枢纽总布置72.5水库枢纽建筑物的布置82.5.1挡水坝剖面设计82.5.2溢流坝坡面设计103水轮发电机组的选择143.1选择机组台数、单机容量及水轮机型号143.1.1HL-310型水轮机参数计算143.1.1.1转轮直径计算143.1.1.2效率修正值计算153.1.1.3转速计算153.1.1.4工作范围验算163.1.1.5水轮机吸出高程HS计算173.1.2ZZ—560型水轮机参数计算173.1.2.1转轮直径计算173.1.2.2效率修正值计算18第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）3.1.2.4转速计算193.1.2.4工作范围验算193.2水轮机方案比较213.2.1ZZ560型水轮机运转特性曲线绘制223.3蜗壳水利计算243.4尾水管水利计算263.5调速器选择283.5.1调速功计算283.5.2接力器选择293.5.2.3接力器容积的计算303.5.3调速器选择303.5.4油压装置选择303.6发电机选型313.6.1水轮发电机外形尺寸估算313.6.1.1主要尺寸估算313.6.2外形尺寸估算323.6.2.1平面尺寸估算323.6.2.2轴向尺寸计算333.6.3水轮发电机重量估算354厂区枢纽及电站厂房的布置设计364.1分析比较确定枢纽布置方案364.2主厂房的平面设计384.2.1主厂房的总长度384.2.1.2端机组段长度的确定424.2.1.3装配尺寸计算424.2.1.4主厂房长度的确定424.2.1.5主厂房长度的确定424.2.2水轮机层的布置444.2.2.1蜗壳层44第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）4.2.2.2进人孔444.2.2.3尾水管层444.2.2.4装配厂下层444.2.2.5尾水平台444.3主厂房的剖面设计454.3.1水轮机安装高程454.3.2主厂房基础开挖高程454.3.3水轮机层地面高程464.3.4发电机装置高程464.3.5发电机层楼板高程464.3.6吊车安装高程474.3.7屋顶高程474.3.8厂房总高度484.4副厂房布置设计484.4.1中央控制室484.4.2集缆室484.4.3继电保护盘室484.4.4通讯室484.4.5开关室494.4.6母线廊道494.4.7直流系统房494.4.8电子计算机室494.4.9巡回检测装置室494.4.10电气实验室494.4.11值班室和调度室504.4.12办公室和生活用房505机墩结构设计50第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）5.1基本资料505.2机墩结构计算515.3机墩动力计算535.4机墩的静力计算58参考文献62致谢63第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）1设计资料1概况古阳河水库枢纽工程位于湖南省古丈县古阳镇长潭村境内，发电厂房所组成的一座以灌溉、防洪为主，结合供水、发电的综合利用水利枢纽工程。古阳河水库大坝控制流域面积为124km2，干流河长21.2km，河流坡降9.81‰。多年平均流量2.95m3/s，多年平均产水量9300万m3，单位面积年产水量75万m3。思源桥与古阳河水库大坝区间有两条较大支流水田溪(F=8.3km2)、红沙溪(F=10.3km2)汇入。坝区正常蓄水位295.5m,校核洪水位295.62m,设计洪水位295.50m，死水位281.5m，正常蓄水位库容1680万m3，总装机180000KW。2特征水位古阳河大坝：50年一遇设计洪水时,坝前最高洪水位295.5m，最大下泄流量737m3/s，坝下相应洪水位277.20m；500年一遇校核洪水时，坝前最高洪水位295.62m，最大下泄流量1652m3/s，坝下相应洪水位280.08m；30年一遇校核洪水时，坝前最高洪水位295.50m，最大下泄流量588m3/s，坝下相应洪水位277.58m。古阳河电站厂房：30年一遇设计洪水位264.01m(588+6.83m3/s)；50年一遇校核洪水位264.55m(737+6.83m3/s)。正常蓄水位：295.5m死水位：281.5m第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）表1.2-3古阳河水库坝址各频率与洪峰流量表（单位：Q-m3/s,Z-m）P(%)0.20.330.5123.335102050Q(m3/s)1652148913551139932820665474308140W1d(万m3)341131302904253121501879166313029555283地质资料地质构造及地震坝区内出露地层主要为第四系人工堆积层、残坡积层、冲洪积层和板溪群马底驿组及五强溪组、震旦系。坝址区为单斜构造，岩层产状210～225°∠10-15°。凤凰——古丈北东向区域性断裂从坝址北西侧550m处通过，断层倾向北西，为正断层，南东盘为上升盘，北西盘为下降盘。坝址区未发现断层。根据《中国地震动参数区划图（GB18306-2001）》，本区地震动峰值加速度＜0.5g，地震动反应谱特征周期为0.35s,地震基本烈度＜6度，属弱震区。水库枢纽工程位于工作区无断裂构造，属非全新活动构造，构造上属相对稳定地块，适宜大坝建设。根据《中国地震动参数区划图》GB18306-2001，本工程地震动峰值加速度小于0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35s。根据规范，可不作抗震设计。4坝址选定第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）在《可研报告》阶段，设计已对工程选址做了大量工作，按照其工程任务，结合河流地形、地质条件，《初设阶段》又对坝址增加做了钻孔和槽探工作，最终选择了古丈县城上游2.5km城南加油站附近河段作为古阳河水库大坝推荐坝址。古阳河在城南加油站至老寨1.5km河段范围内，河谷河流流向发生急剧变化，蜿蜒曲折，呈连续的“S”型走向，其地形有利于坝址选择和工程布置。且两岸山体厚实，附近无低矮邻谷，库盆封闭状态良好，不存在向邻谷渗漏的问题；坝址工程区无断裂构造，属相对稳定地块，坝址工程地质条件与水文地质件条都较为简单，坝顶边坡坡角较缓，岸坡稳定，无构造断裂、滑坡、崩塌等不良地质现象，适宜大坝建设。加油站坝址处的临河侧老寨加油站所处位置即为推荐坝轴线，记为A-A’轴线，在该坝址处可供选择的还有另外一条坝轴线，即B-B’轴线，两坝线相距280m。从地形上看，两条坝线均适宜建坝，下坝轴线B～B，线左岸所跨的山包比较单薄且河流弯曲角度大，可选布置型式不多；上坝轴线A～A，线两岸山体雄厚、完整且河流顺直，更利于坝型选择和进行水工布置。因此，上坝轴线A～A，线建坝地形条件略优于下坝线。上坝轴线基岩完整，裂隙不发育，但坝基覆盖层较厚，坝线较长；而下坝轴线虽然河谷较窄，覆盖层厚度较小，但左岸山体单薄，且层面倾向下游，水库建成后，容易成为稳定及渗水的安全隐患，相比之下上坝轴线地质条件比下轴线优越。本次设计选择上坝轴线A～A，线为古阳河水库推荐坝线。电站特征水头最大水头15.5m第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）最小水头10.5m加权平均水头15.35m额定水头15m2枢纽布置2.1工程等级及主要建筑物的级别古阳河说电站的总装机容量为18WM，根据《水工建筑物》表2-1，古阳河水电站的工程级别为Ⅳ级。根据《水工建筑物》表2-2，古阳河水电站主要建筑物的级别为4级。2.2坝型选择本工程坝址控制流域面积124km²，多年平均流量2.95m³/s，最大水头15.5m，属于低水头低坝工程。由于泄洪任务重，要求泄流前沿宽度较大，坝址又地处谷河段，两岸山体雄厚，没有布置大型溢流的条件，故无法考虑土石坝坝型；加之泄流孔口数量多，孔口尺寸大，拱坝坝型对本工程也不适合；故本设计阶段采用重力坝坝型。根据本工程泄洪建筑物规模大、河床相对较窄、施工导流难度较大及工程进度要求快等特点，对常态砼重力坝、碾压砼重力坝和浆砌石重力坝进行了定性分析比较，最终选用常态砼重力坝。2.3厂房的型式的选择第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）基于本工程水头较低，选择河床式厂房，厂房与整个进水建筑物连成一体，起到挡水的作用。2.4枢纽布置2.4.1枢纽总布置方案选择左右岸厂房方案比较：方案一：左岸厂房，中部溢流坝，右岸船闸。方案二：右岸厂房，中部溢流坝，左岸船闸。左岸稳定条件好，在对外交通、地形地质、施工、航运、运行条件以及经济指标等方面进行了比较，左岸厂房方案在总体布局、运行条件、施工条件及造价方面均优于右岸厂房，故采用方案一。2.4.2枢纽总布置本工程枢纽建筑按“一”字型布置，从右至左布置挡水重力坝，电站厂房。左岸布置河床式厂房长87米，厂房里面装置两台单机容量为9000千瓦的轴流转浆式水轮发电机组，混凝土重力挡水坝高24.86米，调流效能。在靠主厂房的左侧布置安装场，安装场的后面布置主变场，副厂房布置在主变场后面靠左的位子，将开关站布置在进厂公路的一侧。2.5水库枢纽建筑物的布置基本资料：混凝土重力坝级别Ⅲ级，混凝土容重为24kn/m³，水容重9.8kn/m³设计洪水位295.50m设计流量Q设=932m³/s校核洪水位295.62m校核流量Q校=1652m³/s第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）下游水位277.20m风速V0=7m/s建基高程271.50m吹程D=2.0km2.5.1挡水坝剖面设计（1）挡水坝坝顶高程的确定校核洪水位情况波浪高度hl=0.00166V05/4D1/3=0.238m波浪长度L=10.4（hl）0.8=3.30m波浪中心线到静水面的高度Hz==0.054m安全超高按Ⅲ级建筑物查《水工建筑物》表2-8得m坝顶高出水库静水位Δh校==0.592m设计洪水位情况风速V设=1.52.0V取V设=1.6V=1.6*7=11.2m/s波浪高度hl=0.00166V设5/4D1/3=0.429m波浪长度L=10.4（hl）0.8=5.28m第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）波浪中心线到静水面的高程：Hz==0.109m安全超高查表得=0.4m坝顶高出静水位Δh设==0.938m两种情况下的坝顶或防浪墙顶高程分别如下：校核洪水位295.62+0.592=296.21设计洪水位295.50+0.938=296.44取二者中较大值296.44米作为坝顶高程。（2）挡水坝的剖面尺寸确定已知建基高程271.5m,,坝顶高程为296.44m坝高为：296.44-271.5=24.86m坝顶宽度应根据设备布置，运行、检修、施工和交通等需要确定并应满足抗震，特大洪水时维护等要求。因天气特殊要求，根据规范，坝顶宽度可采用坝顶的8%10%取值且不小于2m，并应满足交通和运行管理的需要。按坝高的8%计算，即为2m，考虑到上游防浪墙下游侧护栏，排水沟及人行道等。取坝顶宽为2.5m，以满足大坝维修作业通行需要。（3）坝坡的确定实体重力坝上游坝坡宜采用1:0.11:0.2，下游坝坡宜采用1:0.61:0.8.第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）由于死水位为281.5m，上游折点取在283.0m的位置，通过最优方案比较，上游坝坡去1:0.15，下游坝坡取1:0.8。（4）坝底宽度拟定坝底宽度约为坝高的0.70.9倍，本工程坝高为24.86m，通过已经确定的上下游坝坡坡率，最终确定坝底宽度B=22.41.2.5.2溢流坝坡面设计（1）泄水方式的选择：为使重力坝具有足够的泄水能力选择开敞式孔口。（2）洪水标准的确定：本次设的重力坝是Ⅳ级建筑物根据SD252-2000L水利水电工程等级划分及洪水标准采用50年一遇的洪水标准设计，50年一遇的洪水标准校核。（3）流量的确定：设计情况下，溢流坝的下泄流量为737m³/s。校核情况下溢流坝的下泄流量为1652m³/s。（4）单宽流量的选择坝址外基岩完整、裂缝不发育，构造上属相对稳定地块。综合枢纽的布置及下游的消能防冲要求单宽流量去5080m³/（s·m)（5）孔口净宽拟定分别计算设计和校核情况下溢流所需的孔口宽度，计算结果如下表所示：孔口净宽计算计算情况流量Q单宽流量q孔口净宽B设计情况73750809.214.7校核情况1652508020.733.0根据以上计算，溢流坝孔口净宽取25m,假设每孔宽度为5m，则孔口数n第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）为5.（6）溢流坝段总长度（溢流孔口的总宽度）的确定，初拟定中墩厚度为d=3m，边墩厚度为t=2m，则溢流坝段的总长度B0为：B0=+(n-1)d+2t=41m（7）坝顶高程的确定开敞式溢流堰泄流能力计算公式为：Q=Hw3/2式中：—堰顶以上作用水头.mg—重力加速度g=9.81m/s²m—流量系数m=0.502c—上游面坡度的修正系数，当上游面铅直是取1.0ξ—侧收缩系数，由闸墩厚度及墩头形状而定可取0.95δs—淹没系数，视泄流的淹没程度而定，取1.0堰顶高程计算计算情况流量侧收缩系数流量系数孔口净宽堰上水头堰顶高程设计情况7370.950.502255.8289.7校核情况16520.950.502259.9285.6第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）根据以上计算，初步拟定堰顶高程为285.6m.（8）闸门高程的确定门高=正常水头-堰顶高程+超高=295.50-285.6+（0.10.2）=1010.1m按规范取门高为11m（9）定型设计水头的确定堰上最大水头=校核洪水位-堰顶高程即：=295.62-285.6=10.02m定型设计水头Hs=（75%95%）=7.59.5m取Hs=9m，而9/10.02=0.898在规定范围内。（10）溢流坝面内面设计A.堰顶上游侧采用椭圆曲线，方程为：式中a=0.260.30a/b=1.76取a=0.3,即b=0.17=7.29第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）=2.34所以上游坝面高程283.2275.0m垂直，一下坡度1:0.15坝基高程240.5mB.溢流坝剖面堰型采用幂曲线，其方程为：Χ1.85=2Hs0.85y=12.946y故可得幂曲线方程为Χ1.85=12.946yC.反弧段半径R溢流坝面反弧段具有使沿溢流面下泄水流转向的工程设施，通常采用圆滑直线，《混凝土重力坝设计规范》DL5108-1999建设反弧半径R使用，R=（0.30.7)×Z为校核洪水位反弧最低点的高差Z=285.1-271.5=13.6mR=(0.30.7)×13.6=(4.089.52)m本设计R取7.0m第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）3水轮发电机组的选择3.1选择机组台数、单机容量及水轮机型号根据该水电站工作水头范围，在反击式水轮机系列型普表中查得ZZ-560、HL-310均可使用，下面对这两种型号水轮机分别比较。3.1.1HL-310型水轮机参数计算3.1.1.1转轮直径计算根据公式：为水轮机模型效率为82.6%。由此初步假定原型水轮机在该工况下1.4m³/s,效率η=86%由公式：得D1=3.74m又因为转轮直径应选符合转轮直径系列并比计算值稍大的值,故为3.8m。3.1.1.2效率修正值计算查《水力机械》附录表1得水轮机模型在最优工况下=89.6%,模型转轮直径DM=0.390m,则原型水轮机的最高效率ηmax为：ηmax=1-（1-）=0.934=93.4%第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）考虑到制造工艺水平的情况取ε1=1%；由于水轮机所应用的蜗壳和尾水管的形式与模型基本相似，故认为ε2=0，故效率修正值Δη为：Δη=ηmax--ε1=0.028由此求得水轮机在限制工况下的效率为：η=ηM+Δη=0.854（与原来假设的数值很接近）3.1.1.3转速计算(3-1)式中n"10=n"10M+Δn"1由《水力机械》附表1查得模型在最优工况下的n"10M=88.3r/min,同时由于所以Δ可忽略不计，则以带入上式得：选与之接近偏大的标准同步转速.3.1.1.4工作范围验算在选定的D1=3.80m、的情况下，水轮机的和各种特征水头下相应的值分别为：第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）m³/s则水轮机的最大应用流量为：对值：在设计水头Hr=15m时在最大水头时在最小水头m时在HL-260型水轮机的模型综合曲线图上，分别画出直线，可以看出直线所包围的范围基本包括了高效率区，但仍需与其它型号的水轮机比较。3.1.1.5水轮机吸出高程HS计算由水轮机的设计工况（）在水力机械图3-7上可查得相应的汽蚀系数σ=0.36；由于设计水头，在图2-16（水力机械）上查得，则可求得水轮机的吸出高程为：第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）——水轮机安装处海拔高程，在初步设计时采用下游平均水位表得：277.2m。3.1.2ZZ—560型水轮机参数计算3.1.2.1转轮直径计算查《水利机械》附表2，该型水轮机在限制工况下，汽蚀系数，相应的装置气蚀系数：根据工况点（），查得，假设水轮机效率为89%，则：(3-2)=3.14m选用标准直径3.3m。3.1.2.2效率修正值计算对轴流转浆式水轮机，叶片在不同转角时的最大效率可用下式计算，即：（3-3）第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）已知，代入上式，则得：叶片在不同转角时的可由图查得，由此便可应用上式求得相应于该角时的水轮机最高效率，并将计算结果列于表3-1表3-1ZZ-560型水轮机效率修正值计算表叶片转角-10-50+5+10+15+20+2587.690.091.888.587.386.083.681.291.393.094.292.091.190.288.586.8-3.732.43.53.84.24.95.62.721.42.52.83.23.94.6当选取制造工艺影响的效率修正值和不考虑异性部件的影响时，便可计算的不同时效率修正值为：(3-4)将的计算结果同时代入上表。查《水力机械》附录表2，在最优工况下模型的最高效率，故接近等转角线，所以采用效率修正率。则原型水轮机的最高效率第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）已知在限制工况下（模型效率为85.3%，而该点位于两等转角线之间，用内插法可求得，由此可求得水轮机在限制工况下的效率为：与原假定的89%接近，不在校正。3.1.2.4转速计算由于故不考虑的修正，则根据公式：选用与之接近而偏大的标准同步转速n=166.7r/min3.1.2.4工作范围验算在选定的情况下，水轮机的和各种特征水头下相应的值分别为：则水轮机的最大应用流量为：第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）对值：在设计水头=15m时在最大水头时在最小水头m时在ZZ-560模型综合特性曲线图上分别画出的直线，可以看出直线所包围的范围只包含了一部分高效率区。3.1.2.5水轮机吸出高计算有水轮机的设计工况（)查得汽蚀系数;由于设计水头，在书上查得则可求得:满足要求。第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）3.2水轮机方案比较表3-3水轮机方案参数对照表序号项目HL310ZZ560模型转轮机参数推荐使用水头范围（m）＜3010~22最优单位转速（r/min）88.3130最优单位流量1220940限制工况单位流量（L/s)14002000最高效率82.689设计工况汽蚀系数0.360.75序号项目HL310ZZ560原型水轮机参数工作水头范围（m）10.5~15.510.5~15.5转轮直径（m）3.83.3转速n(r/min)93.8166.7最高效率93.487.5额定出力9473.6849487.684最大引用流量75.5073.39从上述的对照可以看出，两种不同机型方案在同样的水头下同时满足额定出力的情况下，HL310与ZZ560相比较来看，它具有效率高工作范围好、汽蚀系数小等优点，这可以提高水电站的年发电量和减少厂房开挖量，而ZZ560的优点在于水轮机的转速高，可以选用尺寸较小的发电机以节省水电站的投资，相较而言ZZ560更加合适。因此选用两台轴流ZZ560，单机容量9473.684kw。3.2.1ZZ560型水轮机运转特性曲线绘制第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）转叶转角效率修正值（%）（%）(m³/s)(%)N(MW)（%）(m³/s)(%)N(MW)-10°2.787.50.6090.23.5387.30.6190.02.75-5°2.088.80.8090.84.7488.50.8190.53.670°1.492.00.9393.45.7088.90.9690.34.33+5°2.588.51.1191.06.5988.61.1391.15.15+10°2.887.31.3290.17.7587.31.3590.16.08+15°3.285.91.4589.18.4285.81.5889.07.03转叶转角效率修正值第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）-10°2.786.00.6688.73.6385.60.6888.32.18-5°2.087.20.8989.24.9287.00.8089.02.580°1.487.91.0689.35.8787.31.1088.73.54+5°2.587.51.2690.07.0387.21.3089.94.23+10°2.886.41.5089.28.3086.01.5488.84.96+15°3.284.01.7587.29.4683.01.8186.25.66工作特性曲线3.3蜗壳水利计算由古阳河水电站的设计水头为15m,小于40m,为了节约钢材故采用混凝土蜗壳，考虑到施工模板制作的方便，采用梯形平顶式断面形状。由于它的过流量比较大，为了减小蜗壳的尺寸，一般采用蜗壳包角第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）。蜗壳进口流速为,由《水力机械》图4-30得=3.35m/s蜗壳进口断面：m³/s进口断面面积㎡蜗壳进口断面各部分尺寸计算(3-5)查《水力机械》得假定使之在1.5~1.8范围之内。计算结果列表如下：10.962.13.620.2681.180.5911.553.351.0810.961.83.320.2680.870.4311.393.670.9第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）10.962.33.820.2681.420.7111.673.181.210.962.54.020.2681.670.8411.803.021.3310.962.74.220.2681.950.9811.942.881.47计算不同断面的蜗壳尺寸，如下表所示：不同断面蜗壳尺寸，面积计算4.081.23.922.4027.83.881.03.752.2321.253.680.83.301.7815.833.480.62.801.2811.263.280.42.410.897.483.080.22.020.504.46计算不同角，对应的蜗壳直径值，如下表所示：0°45°90°135°180°225°3.044.274.655.025.415.65第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）混凝土蜗壳单线图3.4尾水管水利计算根据本水电站的总装机容量（18MW）为大中型水电站，为了减少尾水管的开挖深度，采用弯肘型尾水管，由进口直锥段、肘管和出口扩散段三部分组成。使用推荐尾水管尺寸表查《水力机械》表4-17得到本电站尾水管尺寸参数尾水管标准型式与实际计算表第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）参数标准参数1.02.34.52.421.21.20.61.621.27实际参数3.37.5914.857.993.963.961.985.354.19则=2.05m取第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）尾水管单线图3.5调速器选择3.5.1调速功计算水轮机调速功A为第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）A=（200~250）(3-6)式中Q为水轮机在下额定出力工作时的流量，即：，水轮机工况点（）工作时的效率可由运转效率曲线图查得为88%，故m³/s∴A=（200~250）=（200~250）×503＞30000N·m属大型调速器，则接力器、调速柜和油压装置应分别进行计算和选择3.5.2接力器选择3.5.2.1导叶接力器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则每个接力器的直径为：(3-7)式中：λ——计算系数，查表《水力机械》表5-3得λ=0.029——导叶高度，1.52m代入上式得：第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）由此，在《水力机械》表5-4中选择与之接近而偏大的的标准接力器。3.5.2.2接力器最大行程的计算接力器的最大行程的计算：=（1.4~1.8）导叶最大开度可由模型求得=（3-8）式中可由设计工况点（m³/s）在模型综合特性曲线图上查得为38.8mm，同时查得选用水轮机的∴当选用系数1.8时，3.5.2.3接力器容积的计算两个接力器的容积m³3.5.3调速器选择第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）主配压阀的直径（3-9）选用则：选择与之接近而偏大的DT-80型双调节电器液压调速器3.5.4油压装置选择（18~20）（3-10）此处油压装置不考虑空放阀的用油，则压力油管的容积可按上式计算（18~20）×0.05=0.9~1.0m³由此在《水力机械》表5-2中选择与之相邻而偏大的YZ-1型分离式油压装置。3.6发电机选型3.6.1水轮发电机外形尺寸估算3.6.1.1主要尺寸估算（1）极距τ：（3-11）式中—发电机额定容量（第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）功率因）;P—极对数（18）；—系数，一般取为（8-10）。此处取10（2）定子内径（3）定子铁芯长度(3-12)式中—额定转速（166.7r/min）C—系数（）此处取4×故采用悬式发电机。（4）定子铁芯外径由于3.6.2外形尺寸估算第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）3.6.2.1平面尺寸估算（1）定子机座外径N＜214r/min，（2)风罩内径由于＜20000KVA（3）转子外径式中δ为单边空气间隙，初步设计时可忽略不计（4）下机架最大跨度为水轮机机坑直径，查表得（5）推力轴承外径和励磁机外径查表得：取第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）3.6.2.2轴向尺寸计算（1)定子机座高度由于（2）上机架高度（3）推力轴高度，励磁机高度和永磁机高度由《水电站设计手册—水力机械》表3-8查得（4）下机架高度悬式非承载机架：（5）定子支座支承面至下机架支承面之间的距离（6）下机架承载面至主轴法兰底面之间的距离（7）转子励磁轴高度第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）（有风扇）（8）发电机主轴高度=（0.7~0.9）H式中H—发电机总高度，即法兰底面至发电机顶部的高度（9）定子铁芯水平中心线至主轴法兰底面距离根据以上计算数据，画出发电机的外形尺寸图，见下图第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）3.6.3水轮发电机重量估算（1）发电机总重量=(3-13)式中—发电机总重量（t）—系数，悬式发电机取7~9，此处取为7。（2）发电机转子重量一般可按发电机总重量的1/2计算4厂区枢纽及电站厂房的布置设计4.1分析比较确定枢纽布置方案（1）左右厂房方案比较从地形、地质、工程量和投资施工条件和工期以及运行条件等因素来进行比较：地形第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）从地形上看，两条坝线均适宜建坝，下坝轴线B~B线左岸所跨的山包比较单薄且河流弯曲角度大，可选布置形式不多；上坝轴线A~A线两岸山体雄厚、完整且河流顺直，更利于坝型选择和进行水工布置。因此，上坝轴线A~A线建坝地形条件略优于下坝线。上坝轴线基岩完整，裂缝不发育，但坝基覆盖层较厚，坝线较长；而下坝轴线虽然河谷较窄，覆盖层厚度较小，但左岸山体单薄，且层面倾向下游，水库建成后，容易成为稳定及渗水的安全隐患，相比之下上坝轴线地质条件比下轴线优越。地质从地质上看，左右岸属于同一类岩性，坝区内出露地层主要为第四系人工对基层、残破积层、冲洪积层和板溪群马底驿及五强溪组、震旦系。坝址区为单斜构造，且两岸山体厚实，附近无低矮邻谷，库盆封闭状态良好，不存在向邻谷渗漏的问题。右岸溢洪道开挖料上坝利用率比左岸溢洪道高，因此地质条件没有明显的区别。工程量和投资结合溢洪道工程量一起考虑，左岸的溢洪道工程量比右岸的溢洪道工程量少；从地下厂房以及引水系统的工程总量来看，右岸厂房比左岸开挖量多。其他建筑物工程量两方案相似。现拟定以下几种方案：方案一：厂房布置在左岸，副厂房布置在主厂房的上游侧，副厂房的长度与主厂房的长度一样长；方案二：厂房布置在左岸，副厂房布置在主厂房的下游侧，其位置在尾水平台上，长度与主厂房同长；第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）方案三：厂房布置在左岸，副厂房布置在主厂房的左侧一端。由于本工程采用的是河床式厂房，方案一中，副厂房布置在主厂房的上游侧，这会增加引水道的长度，不适合；方案二中，副厂房布置在主厂房的下游侧，这会增加开挖土方量，并且这也会影响到主厂房的采光以及通风系统；方案三中，副厂房布置在主厂房的左侧，其主要优点在于主厂房以及副厂房的总宽度较小，能适应电站的分期建设、初期发电等特点，运行与机电设备安装干扰较小。综合多方面的因素考虑，最终选择方案三。（2）厂房枢纽布置厂房枢纽的主要布置如下：主厂房：主厂房中的装配场布置在厂房的左侧，并且在装配厂朝向下游的一侧设置大门。尾水道：为减少开挖量，尾水渠道采用1:5的倒坡，并作护坡和护底。主变场：主变场设置在安装场后面。副厂房：副厂房在主变场后面，其长度为10m，宽度取9m。开关站：设置在进厂公路的一侧。4.2主厂房的平面设计4.2.1主厂房的总长度主厂房的总长度包括机组段的长度，端机组段的长度和安装场的长度，并考虑必要的水工结构分缝要求的尺寸4.2.1.1机组长度的确定机组段长度可按下式计算：第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）（4-1）式中，—机组段+x方向的最大长度—机组段-x方向的最大长度（1）蜗壳尺寸的计算蜗壳平面示意图（4-2）第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）式中，—蜗壳外部混凝土厚度，（2）尾水管层尺寸计算（对称尾水管）第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）尾水管平面示意图式中，B—尾水管宽度，B=7.99m—尾水管混凝土边墩厚度，取第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）（3）发电机层尺寸计算发电机风罩平面示意图（4-3）式中，—发电机风罩内径，—发电机风罩壁厚，取—两台机组之间风罩外壁净距，取第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）m取蜗壳层、尾水管层、发电机层三者之中最大值，因此机组段长度。4.2.1.2端机组段长度的确定(4-4)式中，，则4.2.1.3装配尺寸计算安装间长度=（1.0~1.5）4.2.1.4主厂房长度的确定（4-5）式中，n为机组台数4.2.1.5主厂房长度的确定以机组中心为界，厂房宽度B可分为上游侧宽度和下游侧宽度两部分。（4-6）第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）（4-7）（4-8）式中，—风罩外壁至上游墙内侧的净距，取—风罩外壁至下游墙内侧的净距，考虑到布置调速器等设备，取—发电机风罩壁厚，取—发电机风罩内径，代入数据得：则：4.2.2水轮机层的布置水轮机层是指发电机层地面以下与蜗壳顶部混凝土以上的空间4.2.2.1蜗壳层第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）采用180°的梯形断面的钢筋混凝土蜗壳4.2.2.2进人孔为了方便于蜗壳和尾水管的检修工作，一般在水轮机层设有通向蜗壳和尾水管的进人孔。蜗壳进人孔位置在靠近蜗壳进口断面的顶面或者侧面，然而通向尾水管的进人孔，设置在尾水管的直锥段。4.2.2.3尾水管层（1）尾水管为了减少基础开挖量，采用弯肘形尾水管，尾水管设有进人孔，尺寸为0.6m×0.6m。（2）集水井和水泵室主厂房内在下部结构部分的基础快体最低部位设置集水井，并在上方设水泵室，以便及时利用水泵排除基础渗水、厂内技术用水和生活用水的废水以及蜗壳、尾水管检修时排水。4.2.2.4装配厂下层装配厂下面一层作辅助生产车间，这一层地面高层与水轮机层相同，便于交通，这层布置油库、油处理室、油化验室、压气机室、检修间和电工维修车间等。4.2.2.5尾水平台由于流量较大，尾水管长度较长，尾水平台相应地也较宽，可以在尾水平台上布置尾水启闭台。4.3主厂房的剖面设计第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）4.3.1水轮机安装高程（4-9）式中，—1台机组流量相应的尾水位，=277.2m—ZZ560水轮机吸出高程，—导叶高度，=1.52m代入上式得：4.3.2主厂房基础开挖高程从水轮机安装高程向下量取到尾水管出口顶面的距离，加上所选的尾水管出口高度及尾水管底板混凝土厚度，就得到厂房基础开挖高程。（4-10）式中，4.3.3水轮机层地面高程第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）从水轮机安装高程向下量取到尾水管出口顶面的距离，加上所选的尾水管出口高度及尾水管底板混凝土厚度，就得到厂房基础开挖高程（4-11）式中，r—蜗壳进口段半径，r=4.08m—蜗壳顶部混凝土厚度，水轮机层地面高程一般取100mm的整数倍，因此取4.3.4发电机装置高程（4-12）式中，—发电机机墩进人孔高度—进人孔顶部厚度4.3.5发电机层楼板高程由于发电机为埋没式布置，则有式中，第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）4.3.6吊车安装高程吊车的安装高程是指吊车轨顶高程，它是确定主厂房上部结构高度的重要因素。式中，—上机架高度，=0.482m—吊运部件与固定的机组设备的垂直净距，取=1m—发电机主轴高度，=5.32m—吊运部件与吊钩间的距离，取=1.2m—主钩最高位置至轨顶面距离，=1m4.3.7屋顶高程式中，—轨顶至小车顶高度，=3.7m—检修吊车高度，=0.5m—大梁高度、防水层、保温层厚度（取2m）第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）4.3.8厂房总高度4.4副厂房布置设计4.4.1中央控制室中央控制室是整座水电站厂房运行保护、调度、控制和监视的神经中枢，室内要求通风良好，光线均匀柔和，避免阳光直射，设置隔热遮阳等设施。中央控制室净高4m，场8m，宽6m，顶部设照明夹层。4.4.2集缆室布置在中控室和继电保护盘室的下层，面积等于中央控制室，室内只有电缆和电缆吊架，布置简单，室内净高取2.5m，集缆室安全出口为两个，并做防潮设计。4.4.3继电保护盘室布置在中控室附近4.4.4通讯室为了电站与系统调度中心联系，由系统调度中心指挥电站运行，专设载波电话通讯室，这个房间毗邻与中控室且同一高程，室内高度为4.0m，防尘、防震设计，避免过大的噪声。4.4.5开关室第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）布置在靠近主厂房的一端，通向防爆间隔的通道净宽为1.5m，高度为2.0m。通道上不设有裸露的电器设备、导体和电缆封端。开关室的耐火等级为2级，采用自然通风。4.4.6母线廊道发电机与主变压器之间的母线，要经过母线廊道引到主变压器。4.4.7直流系统房一般包括蓄电池室、储酸室、套间、通风机室和充电机室等，考虑到副厂房布置离主厂房有一定距离，在装配厂的下层有很大一部分空间，将这些房间布置在水轮机层。4.4.8电子计算机室布置在中控室近旁的同一高程的房间里面，室内保持恒温、恒湿，设置自动空调装置。进入电子计算机室要通过一个套间，防止剧烈震动和腐蚀性气体侵入。4.4.9巡回检测装置室为及时发现事故，减轻运行人员巡视和抄表的劳动而设巡回检测装置，将主机柜、变换器柜、电动发电机组布置在继电保护盘室内，将远方操作台及打字台布置在中控室内。4.4.10电气实验室包括继电保护和自动装置，测量表针、精密仪表等部分，设置通风、采暖、防尘、防潮等措施。4.4.11值班室和调度室与中控室临近，设置在靠近主厂房的一端。第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）4.4.12办公室和生活用房将厕所布置在靠近装配场，每层都布置一个厕所。会议室、夜班休息室布置在安静的地方。5机墩结构设计5.1基本资料（1）发电机资料容重N：9000kw正常转速：166.7r/min飞逸转速：766r/min功率因素：cos=0.8转子连轴重：（0.45~0.55）G取367.5kn发电机重：取1136.8kn（2）水轮机资料转轮连轴重：2.7t26.49kn总重：37t362.97kn第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）轴向水推力：159.15kw转轮叶片数：4导叶叶片数：24（3）机墩钢筋混凝土混凝土标号：C15容重：24.5kn/m³受压弹性模量：22.54×pa受变弹性模量：14.21×pa5.2机墩结构计算各荷载及作用在机墩上的位置，如上图所示，已知发电机层楼板传给机墩风罩顶上的荷载为357kn，其他荷载计算如下：（1）结构自重，按圆筒计算(2)发电机定子基础上的荷载第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）动荷载:静荷载：（3）各荷载及力臂见下表结构自重荷载568.9KN3.151.15521.52KN2.980.98116.3KN2.850.85703.8KN2.170.17动荷载752.05KN2.040.04静载荷384.3KN2.040.04357KN3.151.15所以，KN·㎡第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）5.3机墩动力计算（1）强迫震动频率计算1.水平强迫振动频率正常运转时：飞逸时：2.垂直强迫振动频率式中：俩数的最大公约数。（2）自振频率计算1.垂直自振频率，沿机墩筒壁中心周长取单位长度按单位自由度计算：式中，—集中于机墩顶单位周长上的全部垂直荷载—在单位垂直力作用下机墩顶端的垂直变位P—作用于机墩墩壁中心圆周单位周长上的全部垂直荷载第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）—蜗壳顶板在单位力作用下的挠度所以由蜗壳进口断面结构图得蜗壳顶板厚0.7m，长1.6m，得：由结构力学得：则，所以，2.水平自振频率，将整个机墩作为下端固定上端自由的悬臂梁，断面形状为圆环，不考虑蜗壳顶板的变位：式中，G—相当于集中在机墩顶端的荷载转动惯量第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）—机墩顶端在单位水平力的作用下的水平变位因为，G=所以，3.扭转自振频率式中，—相当于集中在机墩顶端的荷载转动惯量—单位扭转作用下机墩的转角所以，（3）共振校核按最不利情况考虑，当水平振动是：第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）＞20%~30%故满足避免发生共振的要求（4）动力系数验算，按最不利情况考虑，当水平振动时：＜1.5~2.0满足要求，在以下计算中取（5）振幅验算1.垂直振幅，沿机墩筒壁周长取单位长度计算，计算公式为：式中，P为垂直动载荷66.36KN故，2.水平振幅正常运行时：飞逸时：因为：第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）所以：故：（3）扭转振幅、正常运转时：；飞逸时：;式中，，为正常扭矩和短路扭矩计算的所以，（4）振幅验算垂直振幅;＜0.1~0.15mm水平振幅，第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）正常运行时：＜0.15~0.2mm飞逸时：＜0.15~0.2mm短路时：＜0.15~0.2mm所以满足要求。5.4机墩的静力计算（1）正应力计算：因为式中，—混凝土泊松比；—圆筒的平均半径，取2m—圆筒筒壁厚度，取1.2m则，m＞H=3.1m所以机墩可是为短圆筒，可沿筒中心周长取单位长度按上端自由，下端固定的偏心受压计算，则机墩底部外、内缘正应力为：式中，F—单宽圆筒截面面积，J—单宽圆筒截面惯性矩、为单宽圆筒底部上的垂直荷载和弯矩第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）因为，J==（1901.52+752.05+384.3+357）/4×3.14-1.2=431.25KN==164.92KN所以，因为混凝土强度为取安全系数为则机墩混凝土的容许应力为故机墩的正应力小于土的允许应力，机墩竖向钢筋可按构造要求配筋。（2）主拉应力验算1.正常扭矩和短路扭矩引起的剪应力取全圆筒计算，正常运行时；筒壁內缘：筒壁外缘：短路时；筒壁內缘：筒壁外缘：式中，为圆筒内、外半径，因，所以第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）2.水平离心力引起的剪应力、，取全圆筒计算；正常运行时：飞逸时：式中，F=，且为3.02KN，为95.195KN=1.5，，所以，3.机墩底部截面內缘总剪应力正常运行时；筒壁內缘：筒壁外缘：飞逸时：筒壁內缘：筒壁外缘：短路时：4.主拉应力及其验算，按不利情况进行验算。正常运行时：=-328.36kpa特殊情况下：=-351.46kpa正常运行时，特殊情况下（短路时），K取1.4，第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）所以机墩內缘主拉应力小于混凝土允许拉应力，故机墩满足截面强度要求，不需要配置斜筋。参考文献(1)SL252-2000，水利水电工程等级划分及洪水标准[S].北京：中国水利水电出版社，1997.第64页共65页 古阳河水电站设计（两台贯流机组）(2)DL5077-1997，水工建筑物荷载设计规范[S].北京：中国水利水电出版社，1997.(3)DL5021-93，水利水电工程初步设计报告编制规程[S].北京：水利电力出版社.1993.(4)DL5073-1997，水工建筑物抗震设计规范[S].北京：中国水利水电出版社，1997.(5)DL5073-1997，水工钢筋砼结构设计规范[S].北京：中国水利水电出版社，1997.(6)王世夏.水工设计的理论和方法[M].水利水电出版社，2000年7月.(7)索丽生等.水利水电工程专业毕业设计指南[M]中国水利水电出版社，2001.(8)水电站机电设计手册—水力机械[S].北京：中国水利水电出版社，1988.（9）SL266-2001，水电站厂房设计规范[S].北京：中国水利水电出版社，2001.（10）吴媚玲等.水工设计图集[M].北京：中国水利水电出版社，1995.（11）张治滨等，水电站建筑物设计参考资料[M].北京：中国水利水电出版社，1997。第64页共65页'