水電站課程設(shè)計任務(wù)及指導(dǎo)書

1、水電站課程設(shè)計任務(wù)及指導(dǎo)書一、設(shè)計題目某水電站壓力管道結(jié)構(gòu)設(shè)計二、課程設(shè)計的目的穩(wěn)固加深所學(xué)的理論知識，培養(yǎng)學(xué)生運用理論知識和技術(shù)資料，分析、解決實際問題的能力。三、課程設(shè)計的時間1周2 005年3月1日5日四、根本資料某水電站地面壓力管道布置型式如下圖。鋼管直徑D=2m，末跨中心斷面的計算水頭包括水擊壓力為56.25m，支座斷面的計算水頭為49.08m,伸縮節(jié)斷面的計算水頭為7.89m,支承環(huán)間距16m，計算段上下鎮(zhèn)墩間距 64m，鋼管軸線與水平面傾角為44° °伸縮節(jié)距上鎮(zhèn)墩2m,伸縮節(jié)內(nèi)止水填料長度b=30cm，填料與管壁摩擦系數(shù)為 0.3,支承環(huán)的摩擦系數(shù)為0.1,

2、鋼管采用A3鋼。下鎮(zhèn)墩的上游端管中心的計算水頭為63.4m，鎮(zhèn)墩下游端和下游伸縮節(jié)中心計算水頭近似相等，取為66.1m，鎮(zhèn)墩下游端伸縮節(jié)的水平鋼管長度為5.0m，管內(nèi)流速為5m/s,鎮(zhèn)墩為混凝土結(jié)構(gòu)。五、設(shè)計任務(wù)1. 確定剛性環(huán)間距；2. 按正常運行情況根本荷載組合工況，對最后一跨的四個斷面進行結(jié)構(gòu)分析；3. 按正常運行工況設(shè)計下鎮(zhèn)墩。六、設(shè)計步驟及指導(dǎo)1 確定壓力管道厚度全長采用一個厚度，要求確定管壁計算厚度和結(jié)構(gòu)厚度;2. 設(shè)計壓力管道的剛性環(huán)的間距(1) 校核光滑管的穩(wěn)定性；(2) 設(shè)計剛性環(huán)的間距及尺寸；(3) 設(shè)計支承環(huán)的尺寸；3. 對最后一跨的四個斷面進行結(jié)構(gòu)分析(1) 受力分析：

3、按正常運行情況的根本組合計算不同斷面徑向力、法向力和軸向力；(2) 應(yīng)力計算及強度校核；(3) 抗外壓穩(wěn)定分析(包括管壁和支承環(huán)抗外壓穩(wěn)定分析)；4. 鎮(zhèn)墩設(shè)計鎮(zhèn)墩設(shè)計內(nèi)容包括抗滑穩(wěn)定計算，地基應(yīng)力校核和尺寸設(shè)計。計算步驟如下：(1) 按計算工況計算作用在鎮(zhèn)墩上的力；(2) 選定抗滑穩(wěn)定平安系數(shù)(K 一般取1.52.0)和鎮(zhèn)墩與地基的摩擦系數(shù)f,求出鎮(zhèn)墩抗滑穩(wěn)定需要的重量G；(3) 根據(jù)G計算鎮(zhèn)墩的體積，進行結(jié)構(gòu)布置，確定鎮(zhèn)尺寸，并復(fù)核地基應(yīng)力，使之滿足地基允許承載 力。如果不能滿足，重新調(diào)整鎮(zhèn)墩的形狀及尺寸，直到滿足為止。七、設(shè)計成果1 計算說明書一份2 設(shè)計圖：鎮(zhèn)墩結(jié)構(gòu)圖八、參考資料1 壓

4、力鋼管設(shè)計標準2 水電站設(shè)計參考資料(2)水電站廠房設(shè)計.原始資料及設(shè)計條件1. 電站的一般概況本電站為一壩后式水電站，電站廠房位于河流左岸，該電站水庫具有日調(diào)節(jié)性能，總庫容2.2X 108m3,有效庫容0.07 x 108m3，但具有年調(diào)節(jié)性能的上一級水電站與本電站聯(lián)合使用，故本電站分擔系統(tǒng)尖峰負荷。本電站樞紐中，主要有擋水壩，溢流壩和壩后式廠房三局部，其中溢流壩布置在右岸，左 岸為擋水壩及廠房(見圖1)圖1電站樞紐布置圖電站廠房前為混凝土寬縫重力壩，壩體縫寬為4.0m，最大壩高為55.0m，壩下游坡為1:0.7，機組進水口底坎高程為1600.0m，進水口漸變段后為壩內(nèi)埋藏式壓力引水管，其直

5、徑為5.63m，管軸線平行于下游壩坡見圖2。該工程以發(fā)電為主，初步設(shè)計時確定該電站裝機17.6X 104kW，年發(fā)電量為22.8X 108kw.h，其年利用小時數(shù)為5180h。根據(jù)電站裝機容量確定為二級建筑物設(shè)計。該河含沙量較大，多年平均輸沙量為 0.76X 108t，年平均含沙量為3.1kg/m3，其中大局部是對水輪機起磨損作 用的堅硬礦物。2.上游庫水位(1).校核洪水位(P=0.1%):1621.4m(2).設(shè)計洪水位(P=0.5%):1620.8m(3).正常咼水位：1619.0m(4).死水位：1618.5m圖2電站引水系統(tǒng)布置圖4362檢杏 廊道V1621.4A1620JV161S

6、.5visoooV1577It水s.s©+0,3. 下游尾水位:(1) . 校核洪水尾水位(P=0.1%):1585.45m(2) . 設(shè)計洪水尾水位(P=0.5%):1585.13m3(3) . 正常高尾水位(Q=1400m /s):1581.20m3(4) .最低尾水位(Q=140m/s):1579.8m4. 電站水頭(1).最大工作水頭：39.5m(2).最小工作水頭：35.5m(3).平均水頭：39.0m(4).設(shè)計水頭：38.0m5. 氣象資料該電站壩址以上局部屬大陸性氣候，受內(nèi)蒙古高原氣壓控制。(1) .溫度：絕對最高氣溫43.0 C,絕對最低氣溫-20.3 C(2) .

7、 最大風(fēng)速：25m/s，多年平均風(fēng)速：14m/s(3) . 年平均降水量：249.2mm.年平均蒸發(fā)量：1572.9mm6. 地質(zhì)條件壩址附近地質(zhì)條件較好，巖石堅硬，摩擦系數(shù)f=0.60.65,地震等級：八級電站廠房位于河流左岸，其下部靠河岸處基巖侵蝕面高程1579m，下覆卵礫石厚12m,黃土厚23m,而靠河床一側(cè)，基巖侵蝕面高程15771578m,無覆蓋層.因建筑物結(jié)構(gòu)要求，靠岸側(cè)基巖最大開挖深度達 26m, 靠河床處基巖開挖深度 913m.7. 對外交通左岸有上壩公路與對外的交通公路相通.另外，沿河流左岸，廠房以標準軌鐵路與國家的鐵路網(wǎng)接軌。8. 電站的供電對象該電站建成后全部投入 110

8、kV電力系統(tǒng)運行,農(nóng)業(yè)用電，其中新城用戶要求供電可靠性很高,主要供電對象為新城，紅古城及大川等工業(yè)負荷及某市市政,90%以上為一級負荷.電站距新城及紅古城均為 30km，距大川約8km。9. 主要機電設(shè)備機組臺數(shù)：4臺水輪機型號：HL240-LJ-410 ,其氣蝕系數(shù)為0.201發(fā)電機型號：TS 900/135-56 ,傘式發(fā)電機組數(shù)據(jù):容量：53000kVA ,45000kW,額定轉(zhuǎn)速 n 0=107r/min飛逸轉(zhuǎn)速：235r/min輸出電壓：10500V輸出電流：2920A轉(zhuǎn)子重：206t定子重：109t總重量：520tn=97.19%cos =0.85,2 2GD =1150t-m變壓

9、器：2臺機組共用一臺變壓器，其型號為：SF-106000/110，即三相油浸風(fēng)冷雙線圈銅線圈變壓器，其總重156.5t，器身重80t，油箱附件重37t,油重39.5t，運輸重量109.34t。調(diào)速器：型號：T-100 重量：5T油壓裝置：型號：YS-4二. 主要設(shè)備的尺寸1.發(fā)電機各局部尺寸見圖3，其中轉(zhuǎn)子直徑為772cm。圖3發(fā)電機尺寸，單位：cm座環(huán)立柱高 bo=i.5m座環(huán)外直徑 Da=6.3m座環(huán)立柱數(shù)12個2. 導(dǎo)水機構(gòu)導(dǎo)水機構(gòu)直徑 Do=475cm座環(huán)內(nèi)直徑Db=5.45m導(dǎo)水葉數(shù)24個3. 蝸殼取其包角為345°，可以計算出其各部位的尺寸如圖4。553圖4蝸殼尺寸圖，單

10、位：cm4. 尾水管采用4H型彎肘形尾水管，其尺寸根據(jù)水輪機轉(zhuǎn)輪標稱直徑Di確定。5. 變壓器最大外型尺寸為：長5800mm，寬2494mm，高3890mm。6. 調(diào)速器高度：1.9m , 平面尺寸：0.8 x 0.8m7. 油壓裝置40.928外徑：D=1336mm ,根底架外徑：1670mm,總高 4160mm,桶咼：3237mm ,油箱長度：1916mm ,油箱寬度:1900mm,油箱體高1440mm,油箱總高：2435mm。8.轉(zhuǎn)輪尺寸水輪機轉(zhuǎn)輪外形尺寸由轉(zhuǎn)輪標稱直徑D1確定，當D1=1.0m 時，各局部之間的尺寸比例如圖5。*1.078圖5HL240型水輪機轉(zhuǎn)輪流道尺寸圖三. 廠房建

11、筑物廠房建筑設(shè)計可參考使用定型設(shè)計與建筑設(shè)計手冊。以下是根據(jù)有關(guān)資料摘錄的局部構(gòu)件尺寸，供使用參考。由于廠房設(shè)計中涉及很多有關(guān)設(shè)備與建筑的資料, 下面列出的資料是很不全面的。一.常用木門窗尺寸1.常用木窗尺寸寬高、1.0m1.2m1.5m1.8m2.1m1.0mVVVVV1.2mVVVVV1.5mVVVVV1.8mVVVVV2.1mV |VV| VV2.4mVVVVV2.常用木門尺寸寬 高、0.7m0.80.91.31.51.82.73.01.95mVVVVVV/2.40m/VVVVV/2.70m/VVVVVV3.00m/VVVVV注：1 “/表示不常用尺寸，“V表示常用尺寸。2在材料可能情況

12、下，門洞口高、寬大于 2.4m時，應(yīng)盡量采用鋼木大門為宜。二 .主廠房屋面結(jié)構(gòu)主廠房的屋面結(jié)構(gòu)一般采用鋼筋混凝土予制構(gòu)件，以節(jié)省模板。常用的是薄腹屋面梁，其上部為大型予制屋 面板，見圖6。B280屋面梁尺寸單位：cm型號LH1H2h1h2B1B2SL-9895593912121830SL-121195895312142030SL-151495896614162240SL-1817951098016182440于46m跨度。屋面的防水層和保溫層可采用圖 8所示的結(jié)構(gòu)，保溫材料可采用爐渣或珍珠巖粉等，厚度由當?shù)貧鉁貤l件決録豆砂1 cm 三氈四油防水層 保溫層找平層2cm 丸型屋面板圖7預(yù)應(yīng)力預(yù)制槽

13、形屋面板三.吊車梁及吊車柱在初步設(shè)計時粱和柱的尺寸可參考如下經(jīng)驗數(shù)值估計。1吊車梁吊車梁的斷面圖如圖9。非預(yù)應(yīng)力的T形截面吊車梁，其截面高度一般約為跨度的1/71/10,圖8屋面結(jié)構(gòu)梁肋寬為梁高的1/31/4, 一般取為2040cm，翼板厚度常取為粱 高的1/61/10，但不小于10cm.翼板寬度除考慮受力條件外，還應(yīng) 有足夠尺寸以布置鋼軌及埋置錨固鋼軌的附件，一般不小于35cm。2吊車柱水電站廠房中現(xiàn)澆的吊車立柱大多采用矩形截面，當?shù)踯嚻鹬啬芰υ?0t以上時，下柱截面高度h不小于H2/12H2/14，截面寬度b 不小于 出/25在此，H2為下柱高度，一般要求 b>40cm.例如， 有的

14、工程設(shè)計中，吊車荷載為100t時，下柱截面取為50 x 100cm。 預(yù)制柱與大塊混凝土根底的連接，如圖10所示，柱子插入根底的深度比可考慮為：H1> h，H1> 2d H1> 0.05Hd為柱子縱筋直徑根底的杯口內(nèi)面在施工時必須拉毛，安裝時杯底及四周均用不小于200號的細石混凝土澆灌。四.墻磚砌體的厚度規(guī)定為24，37或49cm，采用的結(jié)構(gòu)厚度參照結(jié)構(gòu)要求。五.廠房抗震結(jié)構(gòu)要求四. 起重機1.額定起重量起重機允許起吊的最大部件重量和取物裝置如平衡粱，專用吊具等自重之和稱為額定起重量。水電站主廠房起重機的額定起重量，一般決定于發(fā)電機轉(zhuǎn)子重量，有時還要考慮起吊主變壓器的要求，水

15、電 站裝機超過四臺，建議采用兩臺起重量相等的起重機，每臺起重機的額定起重量為最大起重件，平衡梁和吊 具重量之和的一半。預(yù)計起重量時平衡梁和吊具的重量一般可按照增加10-12%的最大起重量件的重量來考慮采用兩臺起重機可以提高機動性，特別是在同時安裝數(shù)臺機組時，可以加快安裝進度。2跨度起重機兩端車輪中心線間的距離稱為起重機的跨度.起重機的跨度已列為國家標準，它由廠房跨度決定.規(guī)程中規(guī)定：“起重機跨度按每隔0.5m選定，以滿足水電站廠房寬度不一定符合標準要求。3.起升高度吊具上極限位置與下極限位置之間的距離稱為起升高度。在水電站中根據(jù)主鉤吊運水輪機轉(zhuǎn)輪帶軸或發(fā)電機轉(zhuǎn)子帶軸所必須的高度來確定上極限位置

16、，主鉤的下極限位置要滿足從機坑內(nèi)或水輪機進水主閥吊孔內(nèi)將水輪機轉(zhuǎn)輪帶軸或發(fā)電機轉(zhuǎn)子帶軸 或主閥分別吊運至檢 修場地.如果主鉤只用于吊裝發(fā)電機局部，那么主鉤的下極限位置采用等于地板的高程。付鉤的下極限位置，應(yīng)保證水輪機轉(zhuǎn)輪及埋設(shè)部件的安裝和檢修，可定為與水輪機的頂蓋高程相同。國內(nèi)起重機械廠生產(chǎn)的2 X 50450t門式起重機的根本參數(shù)和主要尺寸等有關(guān)資料可參考有關(guān)資料。4.特制吊車鋼軌特制吊車鋼軌規(guī)格，其主要尺寸和重量見下表，符號見圖11.鋼軌主要尺寸和重量mm型號bb1b2shh1h2RR1R2rr12QU707076.51202812032.5244002338661.5QU80808713

17、03213035264002644861.5QU1001001081503815040304503050882QU1201201291704417045355003456882四. 設(shè)計要求1計算水輪機安裝高程。2. 繪制蝸殼和尾水管單線圖。3. 確定廠房輪廓尺寸，包括長度，寬度和高度，確定各層高程。4. 根據(jù)起重量和寬度，確定橋吊型號。5. 劃分一，二期混凝土。6. 主廠房的結(jié)構(gòu)布置設(shè)計及廠房內(nèi)各種設(shè)備的布置。7. 副廠房的布置設(shè)計。8. 廠內(nèi)交通設(shè)計。9. 繪制出廠房橫剖面圖，發(fā)電機層和水輪機層平面圖。10. 提交設(shè)計說明計算書一份。五. 建議步驟1. 孰悉資料，復(fù)習(xí)教材第七章。2. 根據(jù)蝸殼和尾水管等結(jié)構(gòu)，確定下部塊體結(jié)構(gòu)最小尺寸。3. 繪制廠房橫剖面圖。(1) .計算水輪機安裝高程，確定機組軸線。(2) .繪出水輪機，蝸殼，尾水管和發(fā)電機。(3) .確定水輪機層高程和發(fā)電機層樓板高程。(4) .確定橋吊型號。(5) .確定橋吊軌面高程，廠房高度及寬度。(6) .劃分一，二期混凝土，確定尾水管，蝸殼和機墩等結(jié)構(gòu)尺寸。(7) .確定尾水管閘門的起閉方式