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目錄HYPERLINK\l"_Toc232257000"目錄1HYPERLINK\l"_Toc232257001"1基本資料4HYPERLINK\l"_Toc232257002"2水輪機(jī)4HYPERLINK\l"_Toc232257003"2.1水電站水頭的確定4HYPERLINK\l"_Toc232257004"2.1.1的確定4HYPERLINK\l"_Toc232257005"2.1.2設(shè)計(jì)低水位的確定5HYPERLINK\l"_Toc232257006"2.1.3的確定6HYPERLINK\l"_Toc232257007"2.2水輪機(jī)型號(hào)選擇:6HYPERLINK\l"_Toc232257008"型水輪機(jī)方案的主要參數(shù)選擇6HYPERLINK\l"_Toc232257009"2.2.2HL180型水輪機(jī)方案的主要參數(shù)選擇7HYPERLINK\l"_Toc232257010"2.3HL180型水輪機(jī)方案的調(diào)速設(shè)備選擇9HYPERLINK\l"_Toc232257011"3發(fā)電機(jī)13HYPERLINK\l"_Toc232257012"3.1主要尺寸估算13HYPERLINK\l"_Toc232257013"3.2外形尺寸估算13HYPERLINK\l"_Toc232257014"4混凝土重力壩16HYPERLINK\l"_Toc232257015"4.1計(jì)算壩高16HYPERLINK\l"_Toc232257016"4.1.1設(shè)計(jì)洪水位情況16HYPERLINK\l"_Toc232257017"4.1.1校核洪水位情況16HYPERLINK\l"_Toc232257018"4.2壩頂寬度17HYPERLINK\l"_Toc232257019"4.3壩頂高程17HYPERLINK\l"_Toc232257020"4.4穩(wěn)定和應(yīng)力校核(以下計(jì)算均取單寬=1m,混凝土采用C20)17HYPERLINK\l"_Toc232257021"5溢流壩26HYPERLINK\l"_Toc232257022"5.1確定堰頂高程26HYPERLINK\l"_Toc232257023"5.1.1溢流壩下泄流量的確定26HYPERLINK\l"_Toc232257024"5.1.2由抗沖能力擬定單寬流量26HYPERLINK\l"_Toc232257025"5.1.3堰頂高程的確定27HYPERLINK\l"_Toc232257026"5.1.4閘門布置28HYPERLINK\l"_Toc232257027"5.2溢流壩的剖面布置28HYPERLINK\l"_Toc232257028"5.2.1溢流面曲線28HYPERLINK\l"_Toc232257029"5.2.1.1溢流前沿:28HYPERLINK\l"_Toc232257030"5.2.1.2溢流段:(溢流面曲線采用WES曲線)29HYPERLINK\l"_Toc232257031"直線段:29HYPERLINK\l"_Toc232257032"反弧段設(shè)計(jì)30HYPERLINK\l"_Toc232257033"5.3溢流壩穩(wěn)定驗(yàn)算31HYPERLINK\l"_Toc232257034"5.4鼻坎的型式和尺寸34HYPERLINK\l"_Toc232257035"5.5挑射距離和沖刷坑深度的估算34HYPERLINK\l"_Toc232257036"6引水建筑物36HYPERLINK\l"_Toc232257037"6.1基本尺寸36HYPERLINK\l"_Toc232257038"隧洞斷面36HYPERLINK\l"_Toc232257039"閘門斷面36HYPERLINK\l"_Toc232257040"6.1.3攔污柵斷面36HYPERLINK\l"_Toc232257041"6.2壓力管道設(shè)計(jì)37HYPERLINK\l"_Toc232257042"6.3托馬斷面38HYPERLINK\l"_Toc232257043"引水隧洞的水頭損失38HYPERLINK\l"_Toc232257044"6.3.2壓力鋼管的水頭損失40HYPERLINK\l"_Toc232257045"6.3.3斷面計(jì)算41HYPERLINK\l"_Toc232257046"6.4調(diào)壓室設(shè)計(jì)比較:42HYPERLINK\l"_Toc232257047"6.4.1阻抗式調(diào)壓室42HYPERLINK\l"_Toc232257048"差動(dòng)式調(diào)壓室46HYPERLINK\l"_Toc232257049"最低涌波水位計(jì)算46HYPERLINK\l"_Toc232257050"6.4.2.2最高涌波水位計(jì)算47HYPERLINK\l"_Toc232257051"7廠房50HYPERLINK\l"_Toc232257052"7.1廠房長度確定50HYPERLINK\l"_Toc232257053"機(jī)組段長度50HYPERLINK\l"_Toc232257054"端機(jī)組段長度50HYPERLINK\l"_Toc232257055"裝配場(chǎng)長度50HYPERLINK\l"_Toc232257056"7.2主廠房寬度確定50HYPERLINK\l"_Toc232257057"7.3主廠房頂高程確定51HYPERLINK\l"_Toc232257058"水輪機(jī)安裝高程:51HYPERLINK\l"_Toc232257059"尾水管底板高程51HYPERLINK\l"_Toc232257060"基巖開挖高程:51HYPERLINK\l"_Toc232257061"水輪機(jī)層地面高程51HYPERLINK\l"_Toc232257062"7.3.5定子安裝高程51HYPERLINK\l"_Toc232257063"橋吊安裝的高程52HYPERLINK\l"_Toc232257064"廠房頂部高程52HYPERLINK\l"_Toc232257065"8壓力鋼管結(jié)構(gòu)計(jì)算54HYPERLINK\l"_Toc232257066"8.1明鋼管的設(shè)計(jì)54HYPERLINK\l"_Toc232257067"確定經(jīng)濟(jì)管徑54HYPERLINK\l"_Toc232257068"確定管壁厚度δ54HYPERLINK\l"_Toc232257069"8.2管身應(yīng)力分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)55HYPERLINK\l"_Toc232257070"8.2.1跨中斷面1-155HYPERLINK\l"_Toc232257071"支承環(huán)附近斷面2─257HYPERLINK\l"_Toc232257072"8.2.3支承環(huán)斷面3─359HYPERLINK\l"_Toc232257073"8.3外壓穩(wěn)定校核67HYPERLINK\l"_Toc232257074"8.3.1無加勁環(huán)時(shí)68HYPERLINK\l"_Toc232257075"8.3.2對(duì)加勁環(huán)自身穩(wěn)定的臨界外壓計(jì)算68HYPERLINK\l"_Toc232257076"8.4地下埋管鋼襯結(jié)構(gòu)的計(jì)算681基本資料2水輪機(jī)2.1水電站水頭的確定的確定1.校核洪水位+滿發(fā)Z=240.00m=8500由xx水位流量關(guān)系曲線得:Z=128.30m=Z-Z=240.00-128.30=111.70m=96%×111.70=107.23m2.設(shè)計(jì)洪水位+滿發(fā) Z=238.00m=6250由xx水位流量關(guān)系曲線得:Z=125.92m=238.00-125.92=112.08m=96%×112.08=107.60m3.正常蓄洪水位+一臺(tái)機(jī)組發(fā)電Z=232.00m發(fā)電機(jī)出力N=4.25萬千瓦則即水輪機(jī)出力為==4.427萬KW(96%為大中型水輪機(jī)的效率)根據(jù)N=9.8ηQH,水電站的效率一般為85%即η=85%試算過程:表2-1試算過程Q()Z(m)Z(m)(m)(m)(萬KW)55232.00115.53116.47111.815.1350232.00115.48116.52111.864.6645232.00115.44116.56111.904.20由N~Q關(guān)系曲線,N=4.427萬KW→Q=47.47Z=115.46m=232.00-115.46=116.54m=96%×116.54=111.88m=max﹛107.23,107.60,111.88﹜=111.88m設(shè)計(jì)低水位的確定設(shè)計(jì)低水位(即設(shè)計(jì)死水位)+機(jī)組滿發(fā)Z=192.00m發(fā)電機(jī)出力N=9.8QHη=4.25×4=17萬千瓦,即水輪機(jī)出力為==17.71萬KW試算表2-2試算過程Q()Z(m)Z(m)(m)(m)(萬KW)350192.00116.9175.0972.0921.04300192.00116.7675.2472.2318.07250192.00116.6275.3872.3615.08由N~Q關(guān)系曲線,N=17.71萬KW→Q=293.98Z=116.74m=192.00-116.74=75.26m=96%×75.26=72.26m即=72.25m的確定加權(quán)平均水位=0.6max+0.4min=96.028m引水式水電站==96.028m2.2水輪機(jī)型號(hào)選擇:根據(jù)該水電站的水頭工作范圍72.25~111.88,查《水電站》教材型譜表選擇合適的水輪機(jī)型有HL200和HL180兩種?,F(xiàn)將這兩種水輪機(jī)作為初選方案,分別求出其有關(guān)參數(shù),并進(jìn)行比較分析。HL200型水輪機(jī)方案的主要參數(shù)選擇轉(zhuǎn)輪直徑(假定=91.1%)==2.357m取標(biāo)稱直徑=2.5m轉(zhuǎn)速n取n=300r/m,磁極對(duì)數(shù)P=10效率及單位參數(shù)修正=1.0%=1.5%(與上述假定相同)<3%單位轉(zhuǎn)速可不加修正,同時(shí),單位流量也可不加修正。4.工作范圍的檢驗(yàn)=0.839<0.84=51.39在圖上做出工作范圍。5.吸出高度Hs計(jì)算查《水電站》教材=0.105,△σ=0.02,由此可求出水輪機(jī)的吸出高度: Hs==-2.14>-4.0m 可見HL200型水輪機(jī)方案的吸出高度滿足電站要求HL180型水輪機(jī)方案的主要參數(shù)選擇轉(zhuǎn)輪直徑(假定=90.9%)==2.47m取標(biāo)稱直徑=2.5m轉(zhuǎn)速n取n=300r/m,磁極對(duì)數(shù)P=10效率及單位參數(shù)修正ε=1.0=1.9%(與上述假定相同)<3%單位轉(zhuǎn)速可不加修正,同時(shí),單位流量也可不加修正。4.工作范圍的檢驗(yàn)=0.839<0.86m3/s=51.39m3/s在圖上做出出工作范圍。5.吸出高度Hs計(jì)算算查《水水電站》教材材=0.0886,=0.02,由此可算算出水輪機(jī)的的吸出高度為為:Hs==-0.332-4.00m可見,HL1800型水輪機(jī)方方案的吸出高高度滿足電站站要求。2.3HL1180型水輪機(jī)方方案的調(diào)速設(shè)設(shè)備選擇調(diào)速功計(jì)算屬大型調(diào)速器,接接力器、調(diào)速速柜和油壓裝裝置應(yīng)分別進(jìn)進(jìn)行計(jì)算和選選擇。(1)接力器的選擇接力器直徑的計(jì)算算采用兩個(gè)接接力器來操作作水輪機(jī)的導(dǎo)導(dǎo)水機(jī)構(gòu),選選用額定油壓壓為2.5MPPa,則每個(gè)接接力器的直徑徑為:由此,在《水電站站機(jī)電設(shè)備》表4-4中選擇與之接近而偏大的的標(biāo)準(zhǔn)接力器。接力器最大行程的的計(jì)算導(dǎo)葉最大開開度可由模型型的求得:當(dāng)選用計(jì)算系數(shù)為為1.8時(shí),則接力器容積的計(jì)算算兩個(gè)接力器的總?cè)萑莘e(2)調(diào)速器的選擇::大型調(diào)速器的型號(hào)號(hào)是以主配壓壓閥的直徑來來表征的,主主配壓閥的直直徑(選用)由此在《水電站機(jī)機(jī)電設(shè)備》表表4-1中選擇擇與之相鄰而而偏大的DTT-80型電電氣液壓型調(diào)調(diào)速器。(3)油壓裝置的選擇擇此處油壓裝置不考考慮空放閥和和進(jìn)水閥的用用油,則壓力力油罐的容積積由此,在《水電站站機(jī)電設(shè)備》表4-2種選則與之相鄰而偏大的HYZ-1.6型組合式油壓裝置2.4HL1880型轉(zhuǎn)輪流道道尺寸HL180型轉(zhuǎn)輪輪流道尺寸()查教材《水電站機(jī)電設(shè)備》2.5蝸殼尺寸寸查教材《水電站機(jī)機(jī)電設(shè)備》附附表3斷面形狀采用圓形形,尾部采用用橢圓形包角=3455°,查教材《水電站站》圖2-8表2-3渦殼計(jì)算算表格角度(°)(m)(m)(m)3451.2853.3354.6203001.1983.2484.4462551.1043.1544.2582101.0023.0524.0541650.882.9383.8261200.7582.8083.566750.5992.6493.248300.3792.4292.8082.6尾水管尺尺寸的確定(變變肘形):3發(fā)電機(jī)3.1主要尺尺寸估算1、極距KVAcm2、定子內(nèi)徑cm3、定子鐵芯長度((采用空冷)cm比較合理4、定子鐵芯外徑>166.7rr/minDa=Di+τ=405..13+633.64=4468.788cm3.2外形尺寸估算(一)平面尺寸估估算1、定子機(jī)座外徑=300r/mmin2、風(fēng)罩內(nèi)徑>20000KVVAD2=D1+2.4m=8.26mm3、轉(zhuǎn)子外徑徑4、下機(jī)架最最大跨度10000<<110000KKVA為水輪機(jī)機(jī)坑直徑徑5、推力軸承外徑和和勵(lì)磁機(jī)外徑徑(二)軸向尺寸計(jì)算1、定子機(jī)座高度>214r/miin2、上機(jī)架高度>所以采用懸式3、推力軸承高度、勵(lì)勵(lì)磁機(jī)高度、副副勵(lì)磁機(jī)高度度和永磁機(jī)高高度(起重機(jī)架高0..8)~1.0mm4、下機(jī)架高度5、定子支座支承面面至下機(jī)架支支承面或下?lián)鯎躏L(fēng)板之間的的距離懸式6、下機(jī)架支承面主主主軸法蘭底底面距離=700mmm~1500mmm這里取7、轉(zhuǎn)子磁軛軸向高高度無風(fēng)扇時(shí)+(5500~600)mmm=1844.62cmm+(50~60)cmm=2.355m~2.45mm8、發(fā)電機(jī)主軸高度度=(0.7~0.9)H=7.6686~10.1116,取h11=9.0m9、定子鐵芯水平中中心線至法蘭蘭盤底面距(三)水輪發(fā)電機(jī)機(jī)重量估算水輪發(fā)電機(jī)的總重重量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子重量==發(fā)電機(jī)飛輪力矩4混凝土重力壩4.1計(jì)算壩高已知吹程D=2KKm 計(jì)算風(fēng)速: 設(shè)計(jì)洪水情況: 校核洪水情況:設(shè)計(jì)洪水位情況校核洪水位情況綜合以上兩種情況況,取最大值值,則4.2壩頂寬度壩頂寬度b=(88%~10%)H,且不小于于2m。本設(shè)計(jì)取11m4.3壩頂高程圖4-1非溢流壩壩剖面圖4.4穩(wěn)定和應(yīng)力校核(以以下計(jì)算均取取單寬=1m,混凝土采用用C20)4.4.1校核洪水位下,非非溢流壩壩基基面:圖4-2非溢流穩(wěn)定定校核示意圖圖壩體自重:上游水壓力:揚(yáng)壓力:浪壓力:表4-1壩基面校校核洪水位時(shí)時(shí)的應(yīng)力計(jì)算算表格編號(hào)荷載垂直(KN)水平(KN)力臂力矩(KN·m)向下向上向左向右m順時(shí)針逆時(shí)針1自重133554.44013421762507047.67241686.993115114.225.67652697.552水壓力176640.63341.673193615..0522204.57.0715585.84435898.2647.728134741719.5146.4979940.0223揚(yáng)壓力121629.09900211010.1335.6762427.44434454.9743.25192677.44546682.446.17308526.4414浪壓力175.31122.99255.6261.64122.647559.53.1穩(wěn)定分析 摩擦公式.2應(yīng)力分析校核洪水位情況下下,折坡點(diǎn)的的穩(wěn)定驗(yàn)算表表表4-2折坡點(diǎn)校校核洪水位時(shí)時(shí)的穩(wěn)定計(jì)算算表格荷載計(jì)算簡(jiǎn)式垂直力(KN)水平力(KN)力臂彎矩(KN·M)向下向上向右向左m順時(shí)針逆時(shí)針自重116394.417.9293459.776219718.6440.479267.76水壓力11765820353160揚(yáng)壓力12928.293.139165.5521030.0519.92049831545.0821.0732554.844.1穩(wěn)定分析.2應(yīng)力計(jì)算(不不計(jì)入揚(yáng)壓力力)正常蓄水位下,非非溢流壩壩基基面表4-3壩基面正正常蓄水位時(shí)時(shí)的穩(wěn)定計(jì)算算表格荷載計(jì)算簡(jiǎn)式垂直力水平力力臂彎矩向上向下向右向左M順時(shí)針逆時(shí)針自重133554.44013421762507047.67241686.993115114.225.67652697.55水壓力167144.555392618637..4525388.1449.17264934.884揚(yáng)壓力112410.2665.6770366.17725021.4943.25217179.44436987.0946.17322594.112.1穩(wěn)定分析.2應(yīng)力分析正常蓄水位下非溢溢流壩折坡點(diǎn)點(diǎn)荷載計(jì)算簡(jiǎn)式垂直力(KN)水平力(KN)力臂力矩(KN·m)向下向上向右向左M順時(shí)針逆時(shí)針自重116394.417.9293459.776219718.6440.479267.76水壓力113263.12217.67234359.333揚(yáng)壓力12537.853.137943.462829.7119.917764.93331339.0721.071360.14表4-4折坡點(diǎn)正正常蓄水位時(shí)時(shí)的穩(wěn)定計(jì)算算表格.1穩(wěn)定分析.2應(yīng)力分析 滿足足應(yīng)力要求5溢流壩5.1確定堰頂高高程溢流壩下泄流量的的確定按千年一遇設(shè)計(jì)。通過溢流壩頂?shù)南孪滦沽髁繛椋海河煽箾_能力擬定單單寬流量取單寬流量為1000,取孔數(shù)堰頂高程的確定閘墩選用半圓形的的墩頭();;圓弧形邊墩墩,此為的第一次近似似值,用以重重新計(jì)算得再次試算:再次試算:與上一次計(jì)算值相相近,作為正正確值。行進(jìn)流速堰頂高程閘門布置閘門高度=正常高高水位-堰頂高程+超高 =232-2225.01++0.31==7.3m選擇平面閘門,按按規(guī)范所給值值,又閘孔凈凈寬b=13m,所以閘門門取為14m×8m。閘墩取為3.0m,邊墩取為2.0mm工作閘門一般布置置在溢流堰頂頂點(diǎn),以減少少閘門高度。為為了避免閘門門局部開啟時(shí)時(shí)水舌脫離壩壩面而產(chǎn)生真真空,將閘門門布置在堰頂頂偏下游一些些,以壓低水水舌使其貼壩壩面下泄。檢檢修閘門位于于工作閘門之之前,為便于于檢修,兩者者之間留有11~3m的凈寬,本本設(shè)計(jì)取凈寬寬2m。5.2溢流壩的的剖面布置溢流面曲線.1溢流前沿::取,則.2溢流段:(溢溢流面曲線采采用WES曲線)——定型設(shè)計(jì)水頭K、n——與上上游壩面坡度度有關(guān)的系數(shù)數(shù)和指數(shù)(查查設(shè)計(jì)手冊(cè)知知k=2,n=1.885)即:則切點(diǎn)的坐標(biāo)為::(21.556,115.86)).3直線段:直線段采用與基本本剖面一樣的的坡度, 設(shè)與曲線相切的直直線方程為:: 聯(lián)立:對(duì)(1),(2)兩式求求導(dǎo)得: 求得:x=18..2,y=112.61,,即切點(diǎn)的坐坐標(biāo)為(18.2,12.61).4反弧段設(shè)計(jì)選擇挑流消能,取取R=26m,,Q=85000m3/s時(shí),下游水水位為21..2m,而鼻坎距下下游水位一般般為1~2m,故取h=23m。反弧段圓心距壩底底的距離H1=23+226cos3300=45.522m反弧段與直線段切切點(diǎn)距壩底的的距離:鼻坎超出基本剖面面的距離:,故無需驗(yàn)算超出段段應(yīng)力條件。試算求——總有效水頭,m;;——臨界水深(校核洪洪水位閘門全全開時(shí)反弧處處水深),m;——流速系數(shù)查表取取0.95。經(jīng)試算,反孤段半徑,所以以取R=26m,,合理。溢流壩斷面如下圖圖所示:溢流重力壩剖面如如下圖所示::圖5-1溢流壩剖剖面示意圖5.3溢流壩穩(wěn)定定驗(yàn)算1基本組合:(上游游為正常蓄水水位,下游水水位為0)壩體自重:(閘門門作為安全儲(chǔ)儲(chǔ)備)(垂直直向下)由AUTOCAD22004面域計(jì)算得G=1633673KNN上游水壓力:水平向右的水壓力力垂直向下的水壓力力揚(yáng)壓力:(垂直向向上)浪壓力:所以壩體混凝土與基巖巖接觸面的抗抗滑穩(wěn)定極限限狀態(tài):作用效應(yīng)函數(shù)抗滑穩(wěn)定抗力函數(shù)數(shù)滿足要求。偶然組合:(上游游水位為校核核水位,即2240.0mm,下游水位位21.2mm)圖5-2溢流壩剖剖面在校核洪洪水位時(shí)的示示意圖壩體自重:(垂直直向下)G=1636733KN上游水壓力:(水平向右)(垂直向下)下游水壓力:(水平向左)(垂直向下)揚(yáng)壓力:(垂直向向上)排水處處的揚(yáng)壓力==0.3×(1300--260)=312KKN浪壓力:(水平向向右)所以壩體混凝土與基巖巖接觸面的抗抗滑穩(wěn)定極限限狀態(tài):作用效應(yīng)函數(shù)抗滑穩(wěn)定抗力函數(shù)數(shù)滿足要求。5.4鼻坎的型式式和尺寸鼻坎采用平順連續(xù)續(xù)式的,高程比下游游水位高出兩兩米,即坎頂高程程為138mm.5.5挑射距離和和沖刷坑深度度的估算連續(xù)式挑流鼻坎的的水舌挑距按按水舌外緣計(jì)計(jì)算,其估算算公式為:又鼻坎處水流平均均流速v為:坎頂水面流速,坎頂垂直方向水深深坎頂至河床面高差差:代入公式計(jì)算得::L=2300.192mm最大沖坑水墊厚度度估算公式::式中:——水墊厚度,自水面面算至坑底,m;——沖坑深度,m q——單寬流量,這里為為128.443m3/s, H——上下游水位差,這這里為111.77m。 H2——下游水位位,這里為128.33-115==13.3mm,——沖坑系數(shù),堅(jiān)硬完完整的基巖為為0.9~1.2,這里取0.9 所以:為了保證大壩的安安全,挑距應(yīng)應(yīng)有足夠的長長度,一般當(dāng)當(dāng)時(shí),認(rèn)為是是安全的,這這里,所以大大壩是安全的的。6引水建筑物物6.1基本尺寸寸隧洞斷面隧洞采用圓形斷面面,取經(jīng)濟(jì)流流速為4。設(shè)計(jì)水位下機(jī)組滿滿發(fā)時(shí)隧洞流流量隧洞直徑實(shí)際取取為8.5mm閘門斷面閘門高度取為8..5m寬度取漸變段長度為113m,則擴(kuò)擴(kuò)散角攔污柵斷面取,則進(jìn)水口段,上唇線線采用四分之之一橢圓根據(jù)《水利水電工工程進(jìn)水口設(shè)設(shè)計(jì)規(guī)范》,考考慮到攔污柵柵面積要求取取橢圓方程為為:淹沒深度c取0.7,,實(shí)際取為7m。進(jìn)水口底部高程==攔污柵傾角為,實(shí)實(shí)際取為60o,這樣過水水面積大,且且易于清污。攔污柵凈高度=(8.5+7)/sin660o=177.9m攔污柵高度=,考考慮到一定的的安全超高實(shí)實(shí)際取為199m。攔污柵寬度S=235.9888.6%故滿足要求。6.2壓力管管道設(shè)計(jì)管道內(nèi)徑估算,采采用彭德舒公公式:估計(jì)壓力管道段全全長290mm,上游如需需調(diào)壓室,則則布置在最靠靠近廠房地面面高程2600m的地方。6.3托馬斷斷面引水隧洞的水頭損損失(1)沿程水頭損失計(jì)算托馬斷面時(shí)混混凝土襯砌,選選用最小糙率率0.012。(2)局部水頭損失攔污柵處(具有獨(dú)立支墩)過柵平均流速喇叭口段(取減縮段的面積積)閘門段(有兩個(gè)閘門門槽槽)4、閘門漸變段(兩兩個(gè)漸變段)(有兩個(gè)閘門門槽槽)(v按最不安全計(jì)算)5、隧洞轉(zhuǎn)彎處壓力鋼管的水頭損損失1.沿程水頭損失(糙糙率取最大值值0.013)壓力管道長度2局部水頭損失1緩管段(垂垂直方向)平均流速2分岔(共共三處斜分岔岔和一個(gè)彎管管段)(D=3.6m,RR=8m,)3蝶閥局部水頭損失:壓力管道水頭損失失:6.3.3斷面面計(jì)算隧洞斷面面積:為了保證穩(wěn)定性和和加快削減速速度,實(shí)際調(diào)調(diào)壓室的面積積還應(yīng)比托馬馬斷面大,工工程中往往將將其乘以1.05,所以得:=6.4調(diào)壓室室設(shè)計(jì)比較::阻抗式調(diào)壓室最低涌波水位上游取最低水位,,引水隧洞糙糙率n取大值0.015,m=0..5(兩臺(tái)增加加到四臺(tái))孔口面積:其其中最高涌波水位的計(jì)計(jì)算(設(shè)計(jì)水位滿滿發(fā)時(shí)的工況況)攔污柵處:喇叭口段:閘門槽:漸變段:隧洞拐彎處:校核洪水位情況::攔污柵處:喇叭口段:閘門槽:漸變段:隧洞拐彎處:差動(dòng)式調(diào)壓室.1最低涌波水位計(jì)算算上游水庫水位取最最低水位,m=0.55(兩臺(tái)增加到到四臺(tái)),升管斷面面面積.2最高涌波水水位計(jì)算1設(shè)計(jì)水位滿發(fā)時(shí)工工況假定,相應(yīng)大大井體積為::升管溢流量:溢流水:進(jìn)入大井水體積::兩者接近,故2校核洪水位情情況計(jì)算過程同設(shè)計(jì)洪洪水位假定,相應(yīng)大大井體積為::升管溢流量:溢流水:進(jìn)入大井水體積::兩者相近,取校核洪水位情況::7廠房7.1廠房長度確確定機(jī)組段長度1.由蝸殼層決定的的機(jī)組段長度度因設(shè)有蝴蝶閥,且且機(jī)組段之間間要分縫,按按構(gòu)造要求,取取蝴蝶閥一側(cè)側(cè)渦殼混凝土土厚度1.22m,另一側(cè)側(cè)為0.8mm;故所需機(jī)機(jī)組段長度為為4.62++3.8266+1.2++0.8=110.4466m2.尾水管層取閘墩最小厚度為為4.0m,尾尾水管出口寬寬度為6.88m,則所需需機(jī)組段長度度:10.88m3.發(fā)電機(jī)層L=發(fā)電機(jī)定子外外徑+2×風(fēng)道寬(0..8~1.5m)+風(fēng)道間過道道寬()=4.699+2+2××1.5=9..69m綜上,機(jī)組段最小小長度為100.8m,考考慮到布置間間隙及方便,最最終機(jī)組段的的長度定為112.0m。端機(jī)組段長度端機(jī)組段的附加長長度:ΔL=(0.2~11.0)D.根據(jù)需要取取為1.0mm裝配場(chǎng)長度裝配場(chǎng)長度L=(1.0~11.5.)L=(14~211)m取16m7.2主廠房寬度度確定由蝸殼層決定的廠廠房寬度:上游側(cè)最小寬度::=機(jī)組中心線線至上游蝸殼殼外緣尺寸++蝸殼外包混混凝土+蝴蝶閥凈寬寬+外墻厚 =下游側(cè)最小寬度::=機(jī)組中心線線至下游蝸殼殼外緣尺寸++蝸殼外包混混凝土+外墻厚 =7.3主廠房頂頂高程確定水輪機(jī)安裝高程::對(duì)于HL1880型水輪機(jī)機(jī)式中為設(shè)計(jì)尾水為為:由于本水水電站裝機(jī)四四臺(tái),故取一一臺(tái)水輪機(jī)滿滿發(fā)電時(shí)的額額定流量,即即對(duì)應(yīng)的xx水位流量量關(guān)系曲線中5出,。得到水輪機(jī)的安裝裝高程ZZs=1155.44m。尾水管底板高程▽=115.446.5==108.669m基巖開挖高程:=108.69--1.5=107.119m水輪機(jī)層地面高程程——蝸殼進(jìn)水口混凝土土厚度(1mm)定子安裝高程發(fā)電機(jī)層地面高程程(定子埋入入式)取125.3m裝配場(chǎng)層地面高度度采用發(fā)電機(jī)層和裝裝配場(chǎng)層不同同高方案,裝裝配場(chǎng)層與地地面同高,下下游最高水位位128.33m,取裝配配場(chǎng)層地面高高度128..5m。橋吊安裝的高程=裝配場(chǎng)高程+最大大吊運(yùn)部件尺尺寸+吊運(yùn)部件與與固定物之間間的安全距離離=128.5+99+1=1138.5mm。廠房頂部高程+軌道面至起重機(jī)頂頂端的距離++小車至天棚棚必要距離++屋頂大梁高高+_屋頂厚=1338.5+44.3+0..3+1+00.2=1444.3m。起重機(jī)的額定起重重量一般為發(fā)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子重重量、平衡梁梁重以及專用用吊具重量之之和根據(jù)本設(shè)計(jì)額定起起重量,選擇擇與之接近而而偏大的2×100橋機(jī)1、設(shè)備型號(hào)臺(tái)數(shù)選擇:選用一一臺(tái)雙小車起起重機(jī),跨度度14m。表7-1工作參數(shù)表表名義起重量T單臺(tái)小車起重量(t)跨度m起升高度m主鉤副鉤2×100100201426極限位置推薦用大車軌道軌道中心距起重機(jī)機(jī)外端距離B1軌道面至起重機(jī)頂頂端距離H吊鉤至軌道吊鉤至軌道中心距距離hh1L1L2主鉤副鉤11001600Qu-100400370012407008壓力鋼管結(jié)構(gòu)構(gòu)計(jì)算8.1明鋼管的的設(shè)計(jì)8.1.1確定經(jīng)濟(jì)濟(jì)管徑前面已經(jīng)算出,DD=6.6mm。8.1.2確定管壁壁厚度δ考慮工況:最大水水擊壓力=1.3HH設(shè)=124..84m根據(jù)公式=—壓力管壁厚度(計(jì)計(jì)算厚度),(㎜㎜);D—壓力管道直直徑(m),D=6.66m;—管頂以上的計(jì)算水水頭;—水的容重;—焊縫系數(shù),取=00.90;—鋼襯容許應(yīng)力,采采用16Mn低合金鋼,==345MPPa。對(duì)于明鋼鋼管膜應(yīng)力區(qū)區(qū)的容許應(yīng)力力基本組合==0.55==189.775MPa特殊組合=0.7=2241.5MMPa由于上述公式中未未計(jì)入一些次次要應(yīng)力,因因此確定管壁壁厚度時(shí)容許許應(yīng)力應(yīng)降低低15%,即=1899.75×(1-15%)=161..29MPaa?!?=28.2mm考慮到鋼板厚度的的誤差及運(yùn)行行中的銹蝕和和磨損,實(shí)際際采用的管壁壁厚度應(yīng)在計(jì)計(jì)算的基礎(chǔ)上上加2mm的裕度。則則=28.22+2=300.2mm結(jié)構(gòu)要求:≥D//800+44=12.225mm;制造安裝厚度大于于6mm。綜上,取=32mmm,則外徑D=D+22=66000+2×322=66644mm每間隔10m設(shè)立立一個(gè)支墩,在在每個(gè)折坡處處設(shè)立鎮(zhèn)墩。8.2管身應(yīng)力分分析和結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)本工程中,靠靠近廠房的露露天壓力鋼管管屬于最危險(xiǎn)險(xiǎn)段。該段段壓力管管道支墩間距距L=9.255m,計(jì)算厚度度δ=32-2=30mm。由于該段是最危險(xiǎn)險(xiǎn)段,如果這這段露天壓力力管道滿足應(yīng)應(yīng)力要求,則則其他段必然滿滿足要求。下下面對(duì)這壓力管道進(jìn)進(jìn)行應(yīng)力分析析。第四段管管道示意圖如如下圖所示::圖8-1管身計(jì)算斷面圖8-1管身計(jì)算斷面8.2.1跨中斷面面1-11、切向應(yīng)力==式中—壓力管管壁厚度(計(jì)計(jì)算厚度),(㎜㎜);D—壓力管道直直徑(m),D=6.6m;H—管頂以上的的計(jì)算水頭—管道中心線以上的的計(jì)算水頭,=H+D/2—管壁的計(jì)算點(diǎn)與垂垂直中線構(gòu)成成的圓心角—水的容重;—管軸線與水平線的的夾角,對(duì)于于水平段=00?對(duì)于水電站的壓力力管道,上式式等號(hào)右端的的第二項(xiàng)是次次要的,只有有當(dāng)>0.05時(shí)才才有記入的必必要。=126.556m。=3.3cossθ<0.05ⅹ126.556=6.3288m。所以,式子中的第第二項(xiàng)可省去去。==136.57MPPa(θ=0?、90?、180?)2、徑向應(yīng)力管壁內(nèi)內(nèi)表面的徑向向應(yīng)力等于該該處的內(nèi)水壓壓強(qiáng),即=--H,“-”表示壓應(yīng)力力,“+”表示拉應(yīng)力力。θ=0?==-98810(126.556-3.3)=-1.211MPa θ=90?=-=--98101126.566=-1.242MPPaθ=180?==--9810(126.556+3.3)=-1.274MPPa3、軸向應(yīng)力=0.253.1146.629.8110000+3..14((6.6+20.012)2-6.62)9.817..9=337.062kkN/m截面處彎矩M近近似取為M====2883.68kkN.mθ=0?=-=-==-2.811MPa θ=90?=0θ=180?=-22.81MMPa水平管段只計(jì)算水水流對(duì)管壁的的摩擦力水溫16.7時(shí),==37.37(θ==0?、90?、180?)>2320故,管道中水流為為紊流查表得管道當(dāng)量粗粗糙度,于是相對(duì)對(duì)粗糙度為=0.015查圖可得所以,沿程水頭損損失==0.033m==11.075KNN故=-=-0.01178MPaa=+所以θ=0?==-=-111.585MMPa θ=90?=0-00.01788=-0.01788MPaθ=180?=2..81-0.01788=2.79222MPa用第四強(qiáng)度理論進(jìn)進(jìn)行校核:≤式中為焊縫系數(shù),取00.9=0.9=1700.755MPa===0θ=0?=138..596MPPa<=170.7755MPPa θ=90?=1377.204MMPa<<=170.7755MPPaθ=180?=1335.8577MPa<=170.7755MPPa所以,跨中斷面11─1滿足強(qiáng)度要要求。8.2.2支承環(huán)附附近斷面2─2支承環(huán)附近斷面22─2在支承環(huán)附附近,但在支支承環(huán)的影響響范圍之外,故故仍為膜應(yīng)力力區(qū)。1、切向(環(huán)環(huán)向)應(yīng)力2─2斷面的與1─1斷斷面的相同=136.57MMPa(θ=0?、90?、180?)2、徑向應(yīng)力力2─2斷面的與1─1斷斷面的相同θ=0?==-1..21MPPa θ=90?=-=--1.2422MPaθ=180?==--1.2744MPa3、軸向應(yīng)力2─2斷面的與1─1斷斷面的大小相相等,方向相相反。θ=0?=2.811MPaθ=90?=0MMPaθ=180?=-22.81MMPa2─2斷面的與1─1斷斷面的相同=-0.01788MPa(θ=0?、90?、180?)=+所以θ=0?==2.81-0.01778=2.79222MPa θ=90?=-0..0178MMPaθ=180?=-22.81-00.01788=-2.88278MPPa斷面2─2除了以上應(yīng)力外,還還有管重和水水重在管道橫橫截面上引起起的剪應(yīng)力。管管重和水重在在支承環(huán)處引引起的剪力可可將管道視為為連續(xù)梁求出出,近似可取取為:式中—每米長的管管重和水重—支承環(huán)的中心距—管道傾角,對(duì)于水水平段=0?=0.538499.25×ccos0=1776kNN此剪力在管壁中引引起的θ向的剪應(yīng)力力====5.71MPaa式中—某斷斷面以上的管管壁面積對(duì)中中和軸的靜矩矩=2—管壁的截面慣性矩矩=π—管道半徑—受剪截面的寬度=2—管頂至計(jì)算點(diǎn)的圓圓心角θ=0?=5.7110=0MMPa θ=90?=5.7711=5.711MPaθ=180?=5..710=00MPa用第四強(qiáng)度理論進(jìn)進(jìn)行強(qiáng)度校核核==0θ=0?=167..15MPaa<=0.9××0.55××345=1170.555MPa θ=90?=1688.58MPPa<=170..55MPPaθ=180?=1669.4644MPa<=170..55MPPa所以,支承環(huán)附近近斷面2─2滿足強(qiáng)度要要求。8.2.3支承環(huán)環(huán)斷面3─3支承環(huán)處的管壁由由于支承環(huán)的的約束,在內(nèi)內(nèi)水壓力作用用下發(fā)生局部部彎曲,如下下圖所示:圖8-2管壁局部彎曲示意圖圖8-2管壁局部彎曲示意圖因此,與斷面2──2相比,增加加了局部彎曲曲應(yīng)力,切向向應(yīng)力也因支支承環(huán)影響而而改變。支承承環(huán)在管壁中中引起的局部部彎曲應(yīng)力隨隨離開支承環(huán)環(huán)的距離而很很快衰減,因因而影響范圍圍是不大的(超超過這個(gè)范圍圍可忽略不記記)。其等效效寬度=≈0.78式中─管道的半徑─管壁的厚度─泊松比,鋼材取00.3=245mm圖8-3加勁環(huán)斷面尺寸圖8-3加勁環(huán)斷面尺寸支承環(huán)斷面尺寸的的確定a在與2之間,取a=50mmh=300mm,,=30mm具體尺寸如右圖所所示:支承環(huán)斷斷面凈面積==0.01665m支承環(huán)斷斷面有效斷面面面積=0.0312m截面形心心軸O─O距支承環(huán)頂頂?shù)木嚯x為2235.677mm支承環(huán)有效斷面形形心的曲率半半徑===3402mm斷面慣性矩==3257555865..7mm===0.48支承環(huán)斷面3─33的與2─2斷面的相同θ=0?=2.811MPaθ=90?=0MMPaθ=180?=-22.81MMPa===119.31MMPa(內(nèi)為正,外外為負(fù))式中─水的容重─計(jì)算水頭D──管道內(nèi)徑─管壁的計(jì)算厚度==-0.0178MPa1、支承環(huán)處管壁引引起的局部應(yīng)應(yīng)力表8-1支承環(huán)處管管壁引起的局局部應(yīng)力 0?內(nèi)緣2.81119.31-0.0178122.1外緣-119.31-0.0178-116.5290?內(nèi)緣0119.31-0.0178119.29外緣-119.31-0.0178-119.32778180?內(nèi)緣-11.555119.31-0.0178116.52外緣-119.31-0.0178-122.12、徑向應(yīng)力徑向應(yīng)力在此處較較小,可不考考慮。徑向應(yīng)力在管壁外外表面較小,可可不考慮。內(nèi)緣::θ=0?=-1.221MPaaθ=90?=-1..242MPPaθ=180?=-11.274MPPa3、剪應(yīng)力支承環(huán)的約束在管管壁中引起的的剪應(yīng)力=式中─沿圓周向單位長度度管壁的剪力力,==0.48×0.2455×98100×126.566=146kNN在管壁的內(nèi)緣和外外緣故=0在管壁的中心點(diǎn)剪應(yīng)力最大=3×1466/(2×00.03)=7.33MPa4、由管重和水重在在管壁中引起起的剪應(yīng)力==5.71θ=0?=0MPaaθ=90?=5.771MPaθ=180?=0MPa5、切向應(yīng)力由b、c兩項(xiàng)荷載在支承環(huán)環(huán)中引起的切切向應(yīng)力=9810×1126.566×3.3×(1.566×0.488×+0.005)/0.01165==70.92MPa由d項(xiàng)荷載引起的應(yīng)力力一般比較小小,可不予考考慮。a項(xiàng)荷載作用下引起起的應(yīng)力(管段即為半半跨管重和水水重)計(jì)算需用到系數(shù)::為了充分利利用材料,b與R的最合理比比值是使支承承環(huán)上不同斷斷面的兩個(gè)最最大彎矩相等等,研究證明明滿足這一條條件的比值為為0.04,RK=R=34002mm,1/K=l′=245mm.由壓力鋼管管設(shè)計(jì)規(guī)范::=0.9446=0.881=-0.068由壓力鋼管設(shè)計(jì)規(guī)規(guī)范表2·2-4,得:表8-2Θ(°)K1K2K3K4K5K60-0.23873320.318310.0112688-0.06831100090上側(cè)-0.2500000000.2500000-0.07957770.3183100下側(cè)0.250000000-0.25000001800.2387322-0.3183110-0.01126680.068310000θ=0?=90.536kNN.m=779.456kN.mθ=90?上側(cè)=31.1775kN..m=-779.4556kN..m=-315.599kN.mm下側(cè)=-31.1175kNN.m=779.456kN.m=315.59kNN.mθ=180?=-990.5366kN.m=-130kNN.m=0θ=0?=-=-17.66Mpa(外緣)==26Mpa(內(nèi)內(nèi)緣)θ=90?上側(cè)=-=-6.077Mpa(外緣)==8.9Mpa(內(nèi)內(nèi)緣)下側(cè)==6.07Mpaa(外緣)=-=-8.9Mpa(內(nèi)緣)θ=180?=-=17.6MMpa(外緣)==-26Mpa(

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