緊水灘水電站設(shè)計(jì)及壩內(nèi)埋管說(shuō)明書(shū)

1、水利水電工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)目 錄摘要4第一章 自然地理及工程地質(zhì)61.1 流域概況61.2 水文與氣候61.3 地形與地質(zhì)81.3.1 水庫(kù)區(qū)工程地質(zhì)81.3.2 壩址地質(zhì)81.4 天然建筑材料91.4.1 土料91.4.2 砂石料91.5 既給設(shè)計(jì)控制數(shù)據(jù)9第二章 樞紐布置及擋水、泄水建筑物102.1樞紐布置102.2擋水建筑物的形式、尺寸和布置112.2.1壩高確定112.2.2擋水建筑物-混凝土重力壩122.3泄水建筑物的形式、尺寸與布置142.3.1 主要泄水建筑物-混凝土溢流壩142.4 壩內(nèi)構(gòu)造192.4.1 壩頂結(jié)構(gòu)192.4.2 縱縫192.4.3 壩內(nèi)廊道192.4.4 壩基地

2、基處理202.5 溢流壩消能抗沖刷措施202.5.1 消能方式202.5.2 挑距202.5.3 沖坑202.5.4 導(dǎo)墻高度21第三章 機(jī)電設(shè)備及輔助設(shè)備的選擇213.1特征水位213.1.1 Hmax可能出現(xiàn)情況223.1.2 Hmin可能出現(xiàn)情況233.1.3 設(shè)計(jì)水頭243.2水輪機(jī)選型243.2.1 轉(zhuǎn)輪直徑D1243.2.2 轉(zhuǎn)速n253.2.3 效率修正253.2.4 工作范圍檢驗(yàn)253.2.5 吸出高度Hs273.3發(fā)電機(jī)尺寸估算273.3.1 發(fā)電機(jī)主要尺寸273.3.2 平面尺寸283.3.3 軸向尺寸283.3.4 發(fā)電機(jī)重量估算293.4調(diào)速器及油壓裝置的選擇293.4

3、.1 調(diào)速器293.4.2 油壓裝置313.5起重設(shè)備選擇313.6蝸殼型號(hào)與尺寸333.7尾水管型式與尺寸33第四章 水電站引水建筑物344.1 壓力鋼管的布置344.1.1 壓力鋼管內(nèi)徑344.1.2 閘門(mén)尺寸344.1.3 啟閉設(shè)備354.1.4 漸變段354.1.5 上、下彎段354.1.6 進(jìn)水口高程354.1.7 進(jìn)水口布置354.1.8 攔污柵364.2 壓力鋼管的結(jié)構(gòu)計(jì)算364.2.1 水頭損失計(jì)算364.2.2 壓力鋼管厚度確定384.3 壓力鋼管周?chē)炷僚浣?14.4 判斷混凝土開(kāi)裂情況434.4.1 未開(kāi)裂情況434.4.2 內(nèi)圈部分開(kāi)裂情況464.5 抗外壓穩(wěn)定校核4

4、7第五章 水電站廠(chǎng)房485.1 廠(chǎng)房型式與布置485.2 主廠(chǎng)房各層高程確定485.2.1 水輪機(jī)安裝高程485.2.2 尾水管底板高程495.2.3 水輪機(jī)層地面高程495.2.4 定子安裝高程495.2.5 發(fā)電機(jī)層地面高程495.2.6 裝配場(chǎng)地面高程495.2.7 吊車(chē)軌頂高程495.2.8 廠(chǎng)房頂部高程505.3廠(chǎng)房主要尺寸的確定505.3.1 機(jī)組間距505.3.2 主廠(chǎng)房長(zhǎng)度505.3.3 主廠(chǎng)房寬度515.4主廠(chǎng)房各層布置及輪廓尺寸525.4.1發(fā)電機(jī)層525.4.2水輪機(jī)層535.4.3蝸殼層535.5副廠(chǎng)房布置53參考文獻(xiàn)55摘要緊水灘電站緊水灘水電站位于龍泉溪上，是甌江上

5、游干流梯級(jí)開(kāi)發(fā)的第一級(jí)水電站，工程以發(fā)電為主，兼顧航運(yùn)、放木及防洪等綜合利用要求。該工程擋水建筑物為混凝土重力壩，泄水建筑物為溢流壩，設(shè)計(jì)洪水位為290.50m，相應(yīng)的下泄流量為11700m3/s；校核洪水位為292.50m，相應(yīng)的下泄流量為14900m3/s，正常蓄水位為284.5m，設(shè)計(jì)低水位為264.0m.非溢流壩壩頂高程294.0m。壩基開(kāi)挖至高程196m。最大壩高98.0m。上游壩坡坡度1：0.15，下游壩坡坡度1：0.75，溢流壩堰頂高程283.0m，水電站進(jìn)水口中心線(xiàn)高程253.1m本樞紐河谷底寬86m左右，壩頂高程處壩軸線(xiàn)長(zhǎng)271m，泄水建筑物進(jìn)口凈寬83.5m。根據(jù)布置，溢流

6、壩段布置在河床中間，廠(chǎng)房布置在溢流壩段,為廠(chǎng)房頂溢流形式。因右岸比較平緩，可布置開(kāi)關(guān)站.該工程采用壩后式水電站布置方式，通過(guò)計(jì)算選用了混流式水輪機(jī)型，轉(zhuǎn)輪直徑為3.0m,轉(zhuǎn)速為214.3r/min。安裝水輪發(fā)電機(jī)組4臺(tái)， 單機(jī)容量4.75萬(wàn)千瓦，總裝機(jī)容量為19.0萬(wàn)kW。主廠(chǎng)房寬為17.64m，長(zhǎng)為70.6m.副廠(chǎng)房是為保證水電站正常運(yùn)行需要，設(shè)置在主廠(chǎng)房上游側(cè)。主要布置各種機(jī)電輔助設(shè)備、房間、生產(chǎn)間和必要生活設(shè)施房間。ABSTRACTJin-shui-tan hydroelectric station is located on Long-quan stream which is the

7、first hydroelectric station of the upper mainstream of Ou river. The primary effect of the whole engineering is generating electricity that also meets the demand of shipping, drift wood, flood control and etc.This engineering use concrete gravity dam to prevent the water and overflowing dam to sluic

8、ing. The design water level is 290.50m ,its corresponding flow amount is 11700m3/s .The check level is 292.50m ,its corresponding flow is 14300m3/s.The regular water retaining level is 284.5m .The crest elevation of the non-over-fall dam is 294.0m , the foundation of dam arrives to 196m height, The

9、max height of the dam is 98.0m ,The upstream dam slope is 1:0.15 ,the downstream dam slop is 1:0.75 ,the spillway crest elevation is 283.0m . The elevation of the water intake of the plant is 253.1m.The width of bottom of the river vale to this hinge is about 86m; the length of axis on top of dam is

10、 271m; According to disposal, the overflowing lies in the middle of riverbed, whereas factory lies in the middle of dam overflowing dam .Because the left shore is much flatter which can lay the switch station and facilities of office. This engineering uses such disposal that the hydroelectric statio

11、n is behind the dam. We choose the mixed hydraulic turbine, whose diameter is 3.0m and rotate speed is 214.3r/min. One of Generator has 47500 kw electricity. It is ensured to generate 190000 kw electricity. The width of the main power house is 17.64m,the length is 70.6m. All kinds of auxiliary equip

12、ment and other kinds of rooms assemble in deputy house.1 自然地理及工程地質(zhì)1.1 流域概況緊水灘水電站在甌江支流龍泉溪上，壩址以上流域面積2761km2。龍泉溪發(fā)源于浙閩交界仙霞嶺、洞官山，河流長(zhǎng)度153km，直線(xiàn)長(zhǎng)度77km，平均寬度36km。除龍泉縣城附近及赤石仁三處有小片盆地外，其余地段多為峽谷，河床覆蓋多以大塊石和卵石組成，險(xiǎn)灘較多。本流域東側(cè)與甌江支流小溪相鄰，西側(cè)與錢(qián)塘江支流烏溪江相鄰，南側(cè)為閩江支流松溪，北側(cè)為甌江支流松陰溪。河流四周均為嶺南山系洞官山脈包圍，山脈走向與河流流向一致，最高峰黃茅尖高達(dá)1921m，流域平均高度

13、662m，河道坡降上游陡、下游緩，平均坡降為6.32 0.97，因河道陡，河槽調(diào)蓄能力低，匯流快，由暴雨產(chǎn)生的洪水迅漲猛落，歷時(shí)短，傳播快，所以一次洪水過(guò)程尖瘦，屬典型的山區(qū)性河流。龍泉溪是浙江省木材主要產(chǎn)地，境內(nèi)森林茂盛，植被良好，水土流失不嚴(yán)重。本工程為甌江干支流規(guī)劃的五個(gè)梯級(jí)開(kāi)發(fā)中的一級(jí)，以發(fā)電為主，兼顧航運(yùn)、放木（竹）以及防洪等綜合效益。電站建成后主要擔(dān)任華東電網(wǎng)調(diào)峰并供電麗水、溫州，將使麗、溫兩地區(qū)通過(guò)220千伏輸電線(xiàn)路聯(lián)系，形成浙南電力系統(tǒng)。為解決建壩后龍泉溪木材（竹）的流放和航運(yùn)的發(fā)展，大壩左岸專(zhuān)門(mén)設(shè)置有貨筏過(guò)壩建筑物。水庫(kù)有1.53億立方米的防洪庫(kù)容，用以減輕下游麗水、碧湖地區(qū)

14、防洪的負(fù)擔(dān)。1.2 水文與氣候本地區(qū)地處浙東南沿海山區(qū)，屬溫帶季風(fēng)氣候，氣候溫和，壩址區(qū)歷年平均氣溫17.3，月平均氣溫以1971年7月份30.7最高，1962年1月份13最低，實(shí)測(cè)最高氣溫為40.7（1966年8月），最低氣溫-8.1（1969年2月）。流域內(nèi)氣候濕潤(rùn)，歷年平均相對(duì)濕度79%，其中以6月份的87%為最大，1月份的84%為最小，實(shí)測(cè)最小相對(duì)濕度僅8%。本流域距東海僅120180km，水汽供應(yīng)充沛，壩址以上流域年平均雨量為1833.8mm，但在年內(nèi)分配很不均勻，39月占年雨量為80.5%，其中56兩月為雷雨季節(jié)，降雨量占年雨量的1/3，往往形成連綿起伏的洪水，本流域暴雨常出現(xiàn)在此

15、期間，實(shí)測(cè)最大24小時(shí)雨量為236.8mm。79月間臺(tái)風(fēng)侵襲，也有暴雨出現(xiàn)，最大24小時(shí)雨量曾達(dá)145.4mm。本流域4至8月為東南風(fēng)，1至3月、9至12月一般為東北風(fēng)及西北風(fēng)。歷年平均風(fēng)速1.15m/s，出現(xiàn)在1970年4月，風(fēng)向西北偏西。壩址區(qū)可能發(fā)生最大風(fēng)力為11級(jí)，相當(dāng)于風(fēng)速32m/s。緊水灘壩址與石富站流域面積僅差41km2，占控制流域面積的15%，故壩址處流量資料均不加改正，直接采用石富站資料。泥沙對(duì)緊水灘水庫(kù)使用不會(huì)有嚴(yán)重的影響。表1-1 廠(chǎng)區(qū)水位流量關(guān)系：水位（m）202203204205206207208209210流量（m3/s）8024054088012801740230

16、029003620水位（m）211212213214215216217218219流量（m3/s）438052006060700079408980100801120012340圖1-1廠(chǎng)區(qū)水位流量關(guān)系曲線(xiàn)表1-2 水庫(kù)面積、容積：高程（m）205215220225230235240面積（km2）01.32.33.95.77.79.7容積（108m3）00.050.20.350.60.9251.375高程（m）245250255260265270275面積（km2）11.613.615.918.321.324.527.7容積（108m3）1.92.53.24.055.056.257.575高程（

17、m）280285290295300面積（km2）31.235.240.348.158.4容積（108m3）9.1010.7512.715.0517.7圖1-2水庫(kù)容積曲線(xiàn)1.3 地形與地質(zhì)1.3.1 水庫(kù)區(qū)工程地質(zhì)水庫(kù)周邊地勢(shì)高峻，無(wú)低矮分水嶺，巖石堅(jiān)硬較完整，雖有部分?jǐn)鄬友由鞄?kù)外，但斷層膠結(jié)好，山體雄厚，且地下水位分布較高，故無(wú)永久滲漏之慮。由于庫(kù)岸有第四系松散地層分布，巖石節(jié)理發(fā)育，水庫(kù)暫時(shí)滲漏損失甚小，對(duì)水庫(kù)蓄水無(wú)影響。庫(kù)區(qū)巖石以山巖為主，物理地質(zhì)現(xiàn)象以小型塌滑體居多，蓄水后小型的邊坡再造雖有可能但不致產(chǎn)生大規(guī)模的邊坡不穩(wěn)定。本地區(qū)地震烈度為6度，可不考慮抗震設(shè)計(jì)，不計(jì)地震荷載。1.3.

18、2 壩址地質(zhì)壩區(qū)位于90km2的“牛頭山”花崗斑巖巖技的南緣，其中有后期的細(xì)?；◢弾r和小型的石英巖脈、細(xì)晶巖脈、輝緣巖脈侵入穿摘其間與圍巖接觸良好?；炷?新鮮花崗斑巖抗剪摩擦系數(shù)0.7，凝聚力5kg/cm2，抗剪斷摩擦系數(shù)1.0?；炷?混凝土抗剪斷摩擦系數(shù)1.25，凝聚力1.45×103KPa。根據(jù)壩址區(qū)資料分析，緊水灘壩址兩岸地形對(duì)稱(chēng)，巖性均一，較新鮮完整，風(fēng)化淺，構(gòu)造不甚發(fā)育，水文地質(zhì)條件較簡(jiǎn)單，故屬工程地質(zhì)條件較好的壩址。1.4 天然建筑材料1.4.1 土料：下村料場(chǎng)：位于平緩的山坡上，高程300以下，主要為壤土，料場(chǎng)距壩址0.5km，有效儲(chǔ)量426700m3。油坑料場(chǎng)：位

19、于500550m高程的低平山丘上，為粘土及壤土組成，料場(chǎng)距壩址1.5km，有效儲(chǔ)量747600m3。1.4.2 砂石料：局村至小順區(qū)六個(gè)料場(chǎng)，左右岸各三個(gè)，最遠(yuǎn)距壩址16.5km。局村至壩址區(qū)十個(gè)料場(chǎng)，左岸4個(gè)，右岸6個(gè)，最遠(yuǎn)距壩址9km。壩址至赤石區(qū)七個(gè)料場(chǎng)，最遠(yuǎn)距壩址12.2km。共計(jì)23個(gè)料場(chǎng)，有效儲(chǔ)量水下557000m3，水上3094600m3，合計(jì)3651600m3。1.5 既給設(shè)計(jì)控制數(shù)據(jù)1.校核洪水位：292.50m，校核最大洪水下泄流量14900m3/s2.設(shè)計(jì)洪水位：290.50m，設(shè)計(jì)洪水最大下泄流量11700m3/s3 .設(shè)計(jì)蓄水位：284.50m4 .設(shè)計(jì)低水位：264

20、.00m5 .裝機(jī)容量：4×4.75萬(wàn)kw，即19萬(wàn)kw2 樞紐布置及擋水泄水建筑物2.1 樞紐布置 樞紐由非溢流壩段、溢流壩段及壩后式溢流式廠(chǎng)房組成。溢流壩段（4#11#）因泄水需要布置在河谷中央，總寬118.50m，溢流前緣凈寬83.50m。分七孔，設(shè)16×8m2閘門(mén)四扇，設(shè)6.5×8m2。采用挑流消能，反弧半徑25m，鼻坎高程為232.34m。 非溢流壩段（1#3#、12#13#）布置在河谷兩岸，左岸壩段（12#13#）寬66.42m，其后布置壩后式地面廠(chǎng)房，右岸壩段（1#3#）寬86.12m。壩軸線(xiàn)垂直水流方向。壩頂高程294.00m，壩基面高程196.0

21、0m。壩高98.00m。壩長(zhǎng)271.09m。電站廠(chǎng)房一臺(tái)機(jī)組段長(zhǎng)13m，兩端機(jī)組段長(zhǎng)14米，總長(zhǎng)70.60m，寬24.55m，高35m。關(guān)于發(fā)電機(jī)層、裝配場(chǎng)和進(jìn)廠(chǎng)公路的高程，設(shè)計(jì)時(shí)考慮過(guò)兩個(gè)方案。方案一：若將裝配廠(chǎng)放在廠(chǎng)房左側(cè)，則進(jìn)廠(chǎng)公路高程約220.3m，而發(fā)電機(jī)層高程僅212.82m，所以不宜使裝配廠(chǎng)與公路同高。方案二：若使裝配廠(chǎng)與發(fā)電機(jī)層同高，裝配廠(chǎng)放在廠(chǎng)房右側(cè)，挖一條隧洞進(jìn)廠(chǎng)，這樣方便裝配廠(chǎng)工作，而且當(dāng)下游尾水位較高時(shí)避免了從尾水平臺(tái)的公路進(jìn)場(chǎng)。但是隧洞也存在以下缺點(diǎn)：寬度受限制，機(jī)組運(yùn)輸和檢修不便，且做隧洞費(fèi)用較高。綜合考慮后選擇方案二。廠(chǎng)房全部采用地面式，廠(chǎng)房左側(cè)開(kāi)挖一高邊坡。這樣

22、做雖增加了開(kāi)挖量，但也減小了廠(chǎng)房結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難度，使廠(chǎng)房受力簡(jiǎn)單明了。且由于現(xiàn)在施工技術(shù)的改進(jìn)，這種高邊坡和大開(kāi)挖量已經(jīng)能很好地解決了。設(shè)計(jì)采用溢流式廠(chǎng)房，廠(chǎng)房下部與壩連接處設(shè)置縱向沉降伸縮縫將廠(chǎng)壩結(jié)構(gòu)分開(kāi)，廠(chǎng)房在上部設(shè)置拉板與壩連接。因布置壩后式溢流廠(chǎng)房，溢流壩剖面需要進(jìn)行調(diào)整本，由前面確定的主廠(chǎng)房寬度為19m，廠(chǎng)房頂高程為230.0m，因此需要將溢流壩反弧段底高程加高為230.0m，挑流鼻坎坎頂高程加高為232.4m，反弧弧底應(yīng)設(shè)置一個(gè)延長(zhǎng)的水平段。廠(chǎng)房下部與壩連接處設(shè)置縱向沉降伸縮縫將廠(chǎng)壩結(jié)構(gòu)分開(kāi)，廠(chǎng)房不影響壩的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。2.2 擋水建筑物的型式、尺寸和布置2.2.1 壩高確定根據(jù)水電

23、站裝機(jī)19萬(wàn)kw，水庫(kù)總庫(kù)容14.1×108m3，取工程規(guī)模為大型，主要建筑物級(jí)別：3級(jí)，次要建筑物：4級(jí)，臨時(shí)建筑物：5級(jí)。2.2.1.1 壩頂超出靜水位高度h h = 2hl+ho+hc （2-1） 2hl波浪涌高h(yuǎn)o波浪中線(xiàn)高出靜水位高度hc安全超高a. 2hl=0.166vf5/4D1/3式 中： V f 為計(jì)算風(fēng)速，設(shè)計(jì)情況宜采用洪水期多年平均最大風(fēng)速的1.52倍，校核情況宜采用洪水期多年平均最大風(fēng)速；D庫(kù)面吹程（km），指壩前沿水面至對(duì)岸的最大直線(xiàn)距離，可根據(jù)水庫(kù)形狀確定。但若庫(kù)形特別狹長(zhǎng)，應(yīng)以5倍平均庫(kù)面寬為準(zhǔn)。 該水庫(kù)緣地勢(shì)高峻，故采用官?gòu)d水庫(kù)計(jì)算公式vf =2m/s

24、，D=0.7km 2hl=10.4(2hl)0.8 （2-2）2ll波長(zhǎng)b. ho=cthc. hc-查水工建筑物（上）河海大學(xué)出版社 P53表2-8基本組合： hc=0.5m，特殊組合hc=0.4m2.2.1.2 壩頂高程 設(shè)計(jì)洪水位+h設(shè)=290.478m壩頂高程=max校核洪水位+h校=292.238mh設(shè)2h1+ h0+hc0.035+0.005+0.70.74h校2h1+ h0+hc0.035+0.005+0.50.54 壩頂max291.24，293.04取壩頂高程為294m2.2.1.3 大壩高度 查壩軸線(xiàn)工程地質(zhì)剖面圖，得出可利用基巖最低點(diǎn)高程196.00m，由此知大

25、壩實(shí)際高度為294.00-196.00=98.00m2.2.2 擋水建筑物混凝土重力壩2.2.2.1 實(shí)用剖面圖2-1非溢流壩剖面圖上游折坡的起坡點(diǎn)位置應(yīng)結(jié)合應(yīng)力控制條件和引水、泄水建筑物的進(jìn)口高程來(lái)選定。一般在壩高的1 /3 2 /3 的范圍內(nèi)。為盡量利用水重，在滿(mǎn)足應(yīng)力要求前提下，上游坡應(yīng)盡可能緩。同時(shí)考慮電站進(jìn)水口閘門(mén)攔污柵和操作便利，為盡量利用水重，在滿(mǎn)足應(yīng)力要求的前提下，折坡點(diǎn)高程定在230.00m處。壩頂需要有一定的寬度，以滿(mǎn)足設(shè)備布置、運(yùn)行、交通及施工的需要，非溢流壩的壩頂寬度一般可取壩高的 810 %，并不小于2m，如作交通要道或有移動(dòng)式啟閉機(jī)設(shè)施時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要確定，當(dāng)有較

26、大的冰壓力或漂浮物撞擊力時(shí)，壩頂最小寬度還應(yīng)滿(mǎn)足強(qiáng)度的要求。根據(jù)壩頂雙線(xiàn)公路交通要求，壩頂B取為10m。壩頂高程294.00m，壩底高程196.00m，折坡點(diǎn)高程230.00m，上游壩坡坡度1：0.15，下游壩坡坡度1：0.75，壩頂寬10.00m，壩底寬77.50m，上游側(cè)5.10m，下游側(cè)72.40m。灌漿廊道距壩底4m，距上游壩面5m，廊道寬2.5m，高3m。壩體縱向排水檢查廊道一般靠近壩的上游側(cè)，每隔15-30m高差設(shè)置一層，取25m高差。2.2.2.2 非溢流壩段穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算表2-1 壩基面持久狀況穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算（設(shè)計(jì)洪水位） 名稱(chēng)荷載（KN）方向彎矩（KNm）方向自重88356.08

27、937563.4靜水壓力上游43802.881379790.723877.4141098.59下游2469.9318442.11845.8561189.93揚(yáng)壓力28059.81252733合計(jì)66019.44535421.341332.95表2-2 壩基面偶然狀況穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算（校核洪水位）名稱(chēng)荷載（KN）方向彎矩（KNm）方向自重88356.08937563.4靜水壓力上游45676.61469263.53977.46144700下游2896.3523460.442172.2766580.08揚(yáng)壓力283764.84228473合計(jì)63473.21635133.5942780.25表2-3

28、壩基面偶然狀況穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算（正常洪水位）名稱(chēng)荷載（KN）方向彎矩（KNm）方向自重88356.08937563.4靜水壓力上游38417.191108848.713577.223962321.4揚(yáng)壓14合計(jì)76677.224544636.54438417.19滿(mǎn)足壩趾抗壓強(qiáng)度要求及壩基抗滑穩(wěn)定，且壩踵不出現(xiàn)拉應(yīng)力2.3 泄水建筑物的型式、尺寸和布置2.3.1 主要泄水建筑物混凝土溢流壩 2.3.1.1 堰頂高程設(shè) NAQ0H Q0設(shè)N/AH190000 /（8.5×94.5）236.54 m3/sQQSQ0117000.9×236.5411487.

29、11 m3/s 壩址巖基狀況良好，故取設(shè)計(jì)狀況下的單寬流量q137.5 m2/sLQ/q11487.11/137.583.5m式中 L溢流前緣凈寬，取 L83.5=16×4+6.5×3L0 16×4+6.5×3+6.5×4+3×3118.5mL0溢流前緣總寬，m取4孔16m的閘門(mén)，3孔6.5m的閘門(mén) （2-3）式中 q單寬流量，側(cè)收縮系數(shù)，0.9m表征泄流能力的流量系數(shù)，0.5H0堰上水頭求得H0 = 7.5 H H0v2/2g=7.5堰頂高程=設(shè)計(jì)洪水位-H故堰高堰頂校H=290.5-7.5=283m閘門(mén)高度=正常蓄水位-堰頂高程+

30、安全超高 =290.5-283+（0.30.5）=8m選擇平面閘門(mén)，工作閘門(mén)一般布置在溢流堰頂點(diǎn)，以減少閘門(mén)高度。為了避免閘門(mén)局部開(kāi)啟時(shí)水舌脫離壩面而產(chǎn)生真空，將閘門(mén)布置在堰頂偏下游一些，以壓低水舌使其貼壩面下泄。檢修閘門(mén)位于工作閘門(mén)之前，為便于檢修，兩者之間留有13m的凈寬，本設(shè)計(jì)取凈寬1.5m。2.3.1.2 溢流壩實(shí)用剖面設(shè)計(jì)1. 溢流面曲線(xiàn)采用WES曲線(xiàn)溢流堰采用WES型剖面，上游堰面鉛直，其堰頂下部與一非溢流壩下游面直線(xiàn)相切，再由圓弧與下游挑坎相連接。堰面曲線(xiàn)的確定與最大運(yùn)行水頭和定型設(shè)計(jì)水頭有關(guān)。2. 最大運(yùn)行水頭=292.5-283=9.5m3. 定型設(shè)計(jì)水頭為使實(shí)際運(yùn)行時(shí)m較大

31、而負(fù)壓絕對(duì)值較小，對(duì)于WES剖面設(shè)計(jì)，常取=（0.750.95），取=8m4. 曲線(xiàn)段的確定Xn=KHdn-1y （2-4）Hd定型設(shè)計(jì)水頭 Kn 與上游壩面坡度有關(guān)的系數(shù)和指數(shù)（查手冊(cè)知k=2, n=1.85）則曲線(xiàn)方程 yx1.85/（2Hd0.85） dy/dx1.85x0.85/（2Hd0.85）1/0.75 切點(diǎn) x13.77m y8.85m表2-4 Y=x1.85/11.7X（m）36912Y（m）0.652.354.988.48堰頂點(diǎn)上游橢圓曲線(xiàn) +=1 （2-5）a0.3 a/b0.87+3a b0.169aHd2.4m bHd1.352m故橢圓方程為+=1倒懸高度d >

32、 Hmax/2 = 4.8 取d=5m5. 反孤段設(shè)計(jì)采用挑流消能，按校核洪水期允許下泄流量Q=14900m3/s 查得下游最高水位為220.37米， 故T1=292.5-220.37=72.13m取q=80m3/s，由水力學(xué)計(jì)算得： =72.13 （2-6）To- 總有效水頭Hco-臨界水深（校核洪水位閘門(mén)全開(kāi)時(shí)反弧處水深）流速系數(shù)查表取0.95試算得hco=3.887m則反孤段半徑 R（610）hc0（23.338.9）m 取 R25m鼻坎挑角25 °鼻坎高程=220.37+（1-cos25）×25=222m最低點(diǎn)高程=222-（1-cos25）×25=220

33、.37m 圖2-2溢流壩剖面圖2.3.1.3 壩段穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算表2-5 壩基面持久狀況穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算（設(shè)計(jì)洪水位）名稱(chēng)荷載（KN）方向彎矩（KNm）方向自重90119.21248976靜水壓力上游4481814709213877.4150776.53揚(yáng)壓力31330.68228592.35合計(jì)62667.5299762.544818表2-6 壩基面偶然狀況穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算（校核洪水位）名稱(chēng)荷載（KN）方向彎矩（KNm）方向自重90119.21248976靜水壓力上游4632115599223977.5154683.42揚(yáng)壓力32778224636合計(jì)61321.2638090146321 表2-7壩

34、基面持久狀況穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算（正常蓄水位）名稱(chēng)荷載（KN）方向彎矩（KNm）方向自重88356.08937563.4靜水壓力上游38406.151132981.413577.223141277.7揚(yáng)壓力16070275350.83合計(jì)7762817977.838406.15滿(mǎn)足壩體混凝土層面抗滑穩(wěn)定要求。2.4 壩內(nèi)構(gòu)造2.4.1 壩頂結(jié)構(gòu)2.4.1.1 非溢流壩壩頂需要有一定的寬度，以滿(mǎn)足設(shè)備布置、運(yùn)行、交通及施工的需要，非溢流壩的壩頂寬度一般可取壩高的 810 %，并不小于2m，如作交通要道或有移動(dòng)式啟閉機(jī)設(shè)施時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要確定，當(dāng)有較大的冰壓力或漂浮物撞擊力時(shí)，壩頂最小寬度還應(yīng)滿(mǎn)足強(qiáng)度的

35、要求。根據(jù)壩頂雙線(xiàn)公路交通要求，壩頂B取為10m。壩頂寬10.00m，兩邊設(shè)1.00 m的欄桿，路面中間高，兩邊低，呈圓拱狀，以便于排水，道路兩旁設(shè)排水管。上游側(cè)設(shè)1.00m高的防浪墻。2.4.1.2 溢流壩溢流壩段壩頂較非溢流壩段向上游伸出3.25m，故壩頂總寬為25.75m，壩上布置門(mén)機(jī)軌道，溢流堰上設(shè)置兩個(gè)閘門(mén)，上游側(cè)事故檢修閘門(mén)，堰頂布置工作閘門(mén)。閘墩中間布置進(jìn)水口的閘門(mén)，與溢流堰閘門(mén)平行布置。閘墩寬度6.50m，閘門(mén)門(mén)槽深0.50m，寬1.0 m。2.4.2 分縫： 2.4.2.1 橫縫： 其壓力水管的進(jìn)水口布置在溢流壩閘墩之下，因此，壩段的橫縫只能設(shè)置在閘墩外?？紤]到壩址處巖性均一

36、，較新鮮完整，風(fēng)化淺，構(gòu)造不甚發(fā)育，屬工程地質(zhì)條件較好的壩址，將橫縫布置在閘室中間。2.4.2.2 縱縫： 溢流壩段和非溢流壩段縱縫間距均為16m。溢流壩段由于壩內(nèi)埋有壓力鋼管以及出線(xiàn)洞，因此在必須垂直相交，以保證與主應(yīng)力方向相垂直。2.4.3 壩內(nèi)廊道沿灌漿廊道向上，間隔25m布置一層廊道，共分3層，每層縱向廊道布置向下游延伸的橫向廊道，并在下游再布置一條縱向貫穿廊道作為連接。非溢流壩段除底層廊道橫向不貫穿至下游外，其余橫向廊道均貫穿，非溢流壩段橫向廊道連接兩排縱向廊道。廊道尺寸寬2.50m，高3.00m，由于上游壩面傾斜，故廊道上下并非垂直布置，而是向下游傾斜，這使得排水管亦傾斜布置，但角

37、度不大，在允許的范圍內(nèi)。2.4.4 壩基地基處理由于壩址處巖基抗?jié)B性較好，故防滲帷幕灌漿處理比較簡(jiǎn)單。在壩基處進(jìn)行簡(jiǎn)單的固結(jié)灌漿。2.5 溢流壩消能抗沖刷措施2.5.1 消能方式由于壩址處基巖良好，故采用挑流消能2.5.2 挑距=25° h1=hc0cos25°=3.523 h2=222-196=26m挑距: =163.62m （2-7）式中：L水舌距(m) V1坎頂水面流速（m/s）可取坎頂平均流速V的1.1倍,取38.87m 鼻坎挑射角度 h1坎頂平均水深在鉛直方向的投影h2坎頂至河床表面高差（m）g重力加速度2.5.3 沖坑沖坑深度 （2-8）tr沖刷坑深度(m)H上

38、下游水位差(m)hk取決于出坎單寬流量q的臨界水深，,g為重力加速度。取決于巖石抗沖刷能力的無(wú)因次參數(shù)，對(duì)于堅(jiān)硬巖石Kr1=0.71.1此處取1.0計(jì)算得tr=33.8T/Ts = L/(tr-t)=8.39故抗沖滿(mǎn)足要求由于下游基巖質(zhì)量較好，且水流沿河道較平順，故抗沖刷措施比較簡(jiǎn)單。只需在溢流壩與非溢流壩交界處設(shè)2.00m寬的導(dǎo)水墻，下游岸坡做簡(jiǎn)單防浪措施即可。2.5.4 導(dǎo)墻高度 摻氣水深ha=h/(1-c)c=0.538(Ae-0.02) Ae=nv/R3/2=0.183c=0.188 ha=2.38mh導(dǎo)=2.38+1.5=3.88m 取h導(dǎo)=4.0m3 機(jī)電設(shè)備及輔助設(shè)備的選擇3.1

39、 特征水頭Hmax、Hmin、Hr的選擇Nf9.81QH總H上下游水頭差Nf9.81Q（hh）總8.5HQ 考慮1%的水頭損失3.1.1 Hmax可能出現(xiàn)情況3.1.1.1 校核洪水位（292.5m），四臺(tái)機(jī)組全發(fā)電由Q泄14900 m3/s查廠(chǎng)區(qū)水位流量曲線(xiàn)得：H下220.37m Hmax292.5220.3772.13m Hmax凈 =（1-1%）72.13=71.4m3.1.1.2 設(shè)計(jì)洪水位（290.5m），四臺(tái)機(jī)組全發(fā)電由Q設(shè)11700 m3/s查廠(chǎng)區(qū)水位流量曲線(xiàn)得：H下218.44m Hmax290.5218.4472mHmax凈 =（1-1%）72=71.34m3.1.1.3 設(shè)

40、計(jì)蓄水位（284.5m），一臺(tái)機(jī)組發(fā)電19萬(wàn)KW屬中型電站，A8.31，N9.81QHAQH，考慮2%水頭損失Nf =4.75/97%=4.8969萬(wàn)KW設(shè)Q180m3/s，查得H下202mN8.31×80×（284.5202）×98%5.375萬(wàn)KW設(shè)Q2100m3/s，查得H下202.125mN8.31×100×（284.5202.125）×98%6.71萬(wàn)KW設(shè)Q350m3/s，查得H下201.81mN8.31×50×（284.5201.81）×98%3.37萬(wàn)KW由以上三組數(shù)據(jù)作NQ圖圖3-1 N

41、Q曲線(xiàn)圖由N4.89萬(wàn)KW查得：Q73 m3/s再由Q73 m3/s查得：H下201.87mHmax凈=82.63m3.1.1.4 設(shè)計(jì)蓄水位（284.5m），四臺(tái)機(jī)組發(fā)電Nf =19/97%=19.59萬(wàn)KW設(shè)Q180m3/s，查得H下202mN8.31×80×（284.5202）×98%5.375萬(wàn)KW設(shè)Q2100m3/s，查得H下202.125mN8.31×100×（284.5202.125）×98%6.71萬(wàn)KW設(shè)Q3150m3/s，查得H下202.44mN8.31×150×（284.5202.44）

42、15;98%10.03萬(wàn)KW設(shè)Q1220m3/s，查得H下202.88mN8.31×220×（284.5202.88）×98%14.62萬(wàn)KW設(shè)Q2250m3/s，查得H下203.03mN8.31×250×（284.5203.03）×98%16.59萬(wàn)KW設(shè)Q3300m3/s，查得H下203.2mN8.31×300×（284.5203.2）×98%19.86萬(wàn)KWHmax凈=79.6m綜上所述，Hmax83m3.1.2 Hmin可能出現(xiàn)情況設(shè)計(jì)低水位（264.0m），四臺(tái)機(jī)組全發(fā)電設(shè)Q1200m3/s，查

43、得H下202.6mN8.5×200×（264202.6）×97%10.23萬(wàn)KW設(shè)Q2500m3/s，查得H下203.9mN8.5×500×（264203.9）×97%24.47萬(wàn)KW設(shè)Q3700m3/s，查得H下204.5mN8.5×700×（264204.5）×97%33.92萬(wàn)KW由以上三組數(shù)據(jù)作NQ圖圖3-2 NQ曲線(xiàn)圖由N19.59萬(wàn)KW查得：Q393m3/s再由Q393 m3/s查得：H下203.51mHmin264203.5160.5m3.1.3 設(shè)計(jì)水頭加權(quán)平均水頭Hav50% H設(shè)max

44、 +30%Hmax+20%Hmin =50%×71.34+30%×83+20%×60.5 =72.67m壩后式Hr0.95Hav69m3.2 水輪機(jī)選型比較由工作水頭范圍60.5-83m查表得：選用HL220水輪機(jī)HL220水輪機(jī)方案的主要參數(shù)選擇：3.2.1 轉(zhuǎn)輪直徑D1表水電站3-6得限制工況下單位流量查表得限制工況Q1/m1.15 m3/s，m89.0%，由此初步假定原型水輪機(jī)在此工況下的單位流量初設(shè)Q1/ Q1/m1.15 m3/s，m90.8% （3-1）式中： Nr水輪發(fā)電機(jī)額定出力（kW），4臺(tái)機(jī)組情況，已知發(fā)電機(jī)額定出力。，gr=96%，Nr=Ng

45、r/gr=47500/0.97=48969kwHr設(shè)計(jì)水頭（m），壩后式Hr=0.95 Hav=69m 原型水輪機(jī)的效率（%），由限制工況下的模型水輪機(jī)的效率修正可得。根據(jù)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑模型水輪機(jī)尺寸系列的規(guī)定，由上述計(jì)算出的轉(zhuǎn)輪直徑，選用比計(jì)算值稍大的轉(zhuǎn)輪直徑值D1=3m。3.2.2 轉(zhuǎn)速n計(jì)算HL220最優(yōu)工況下轉(zhuǎn)速n10/m70.0r/min （3-2）式中： Hav 加權(quán)平均水頭（m），Hav72.67m。 D1 轉(zhuǎn)輪直徑（m），D1 取為3.0m。 n10/ 采用略高于最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速的設(shè)計(jì)單位轉(zhuǎn)速（r/min），取n10/ n10/m70.0r/min。 水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速一般采用發(fā)電機(jī)的標(biāo)

46、準(zhǔn)轉(zhuǎn)速，選擇與上述計(jì)算值相近的發(fā)電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速取n214.3r/min ， 磁極對(duì)數(shù)2P28。3.2.3 效率修正mmax91% D1m0.46m 原型效率% （3-3）Mmax模型最優(yōu)工況下效率D1m模型轉(zhuǎn)輪直徑效率正修正值=max -Mmax93.8%91%2.8%取1% 1.8%maxmmax+91%+1.8%92.8%m+89.0%+1.8%90.8% 與假定值相同 n10/ n10/m10.97%3% n、Q1/可不加修正最后求得90.8%，D13.0m，n=214.3r/min水輪機(jī)型號(hào)：HL220LJ3303.2.4 工作范圍檢驗(yàn)1.14 m3/s1.15 m3/s最大引用流量Qm

47、ax Q1/max D12Hr1/279.67 m3/s與特征水頭Hmax、Hmin、Hr相對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速為n1/minnD1/Hmax1/270.57r/minn1/maxnD1/Hmin1/282.65r/minn1/rnD1/Hr1/277.4r/min在 HL220水輪機(jī)模型綜合特性曲線(xiàn)上繪出n1/min70.57r/min，n1/max82.65r/min，Q1/max=1.07 m3/s的直線(xiàn)，其所圍的區(qū)域?yàn)樗啓C(jī)的工作區(qū)域。圖3-3 HL220水輪機(jī)模型綜合特性曲線(xiàn)圖中陰影部分基本包括了該特性曲線(xiàn)的高效區(qū)。3.2.5 吸出高度Hs計(jì)算 由n1/r74.28r/min，Q1/max

48、1.14 m3/s查曲線(xiàn)得：0.135由Hr69m查得：0.02水輪機(jī)安裝海拔高程202m Hr （3-4）水輪機(jī)安裝位置的海拔高程，初始計(jì)算取下游平均水位海拔202.00mm模型氣蝕系數(shù)，查模型綜合特性曲線(xiàn)得m0.135氣蝕系數(shù)修正值，查表得0.02Hr水輪機(jī)設(shè)計(jì)水頭69m計(jì)算得Hs0.92m 滿(mǎn)足開(kāi)挖要求，不增加開(kāi)挖量3.3 發(fā)電機(jī)尺寸估算3.3.1 發(fā)電機(jī)主要尺寸3.3.1.1 極距 Kj×（Sf/2P）1/410×47500/（0.85×2×14） 1/466.84cm （3-5）Sf發(fā)電機(jī)額定客量（KVA）Sf47500/0.85kj取810

49、此時(shí)取10P磁極對(duì)數(shù) P=14飛逸線(xiàn)速度 VfKf×1.9×66.84126.99m/s3.3.1.2 定子鐵芯內(nèi)徑 Di2P/596cm （3-6）3.3.1.3 定子鐵芯長(zhǎng)度 ltSf/（CDi2ne）50000/（0.85×5×106×6672×187.5）172.7cm （3-7）C系數(shù) 查表C=5×10-6ne額定轉(zhuǎn)速=214.3r/min Di/（ltnN）596/（172.7×214.3） 0.0160.035 為懸式3.3.1.4 定子鐵芯外徑 ne >166.7rpm DaDi+662.84

50、cm發(fā)電機(jī)型號(hào)為：SF 5032/745.63.3.2 平面尺寸 圖3-4 發(fā)電機(jī)尺寸3.3.2.1 定子機(jī)座外徑 D11.2Da795.41cm3.3.2.2 風(fēng)罩內(nèi)徑 D2 D1+2401035.41cm3.3.2.3 轉(zhuǎn)子外徑 D3Di2Di596cm3.3.2.4 下機(jī)架最大跨度D4 D5+0.6480cm水輪機(jī)機(jī)坑直徑D5420cm3.3.2.5 推力軸承外徑D6300cm勵(lì)磁機(jī)外徑D7200cm3.3.3 軸向尺寸3.3.3.1 定子機(jī)座高度h1lt+2306.38cm3.3.3.2上機(jī)架高度 h20.25Di149cm3.3.3.3 推力軸承高度 h3200cm勵(lì)磁機(jī)高度 h4220cm副勵(lì)磁機(jī)高度 h5100cm永勵(lì)磁機(jī)高度 h680cm3.3.3.4 下機(jī)架高度 h70.12Di71.52cm3.3.3.5 定子支座支承面至下機(jī)架支承面或下?lián)躏L(fēng)板間距離 h80.15Di89.4cm3.3.3.6 下機(jī)架支承面至主軸法