壩后式水電站設(shè)計(jì)及吊車梁配筋計(jì)算分析研究 水電工程管理專業(yè)

目錄中文摘要英文摘要TOC\o"1-3"\h\uNorthChinaUniversityofWaterResourcesandElectricPower 1目錄 4摘要 71基本資料 11.1基本數(shù)據(jù) 11.1.1設(shè)計(jì)水位與設(shè)計(jì)流量 11.1.2地震級別 11.1.3風(fēng)速和吹程 11.1.4主壩最大泄量 21.1.5裝機(jī)容量 21.2工程等別的確定 21.3關(guān)鍵建筑物級別 22水電站開發(fā)方式及整體布置 32.1確定水電站開發(fā)方式 32.2確定壩區(qū)樞紐布置 32.2.1壩軸線選擇 32.2.2壩型選擇 32.2.3樞紐布置 33水輪機(jī)選擇 43.1特征水頭的確定 43.2水輪機(jī)型號大小及其裝置 43.1.1水輪機(jī)使用的參數(shù)大小 43.1.2水輪機(jī)型號選擇 43.1.3使用裝置 43.3對水輪機(jī)的參數(shù)大小進(jìn)行運(yùn)算 53.3.1HL180型水輪機(jī)參數(shù)計(jì)算 53.3.2HL160型水輪機(jī)關(guān)鍵參數(shù)大小 73.3.3HL180型水輪機(jī)及HL160型水輪機(jī)兩種方法的比較 93.4設(shè)計(jì)蝸殼方案 93.4.1選擇蝸殼型方案 93.4.2蝸殼的水力大小 93.4.3蝸殼的外輪廓尺寸確定 103.5尾水管的設(shè)計(jì)方法 123.5.1尾水管的可選形式 123.5.2彎肘尾水管的尺寸大小 123.6發(fā)電機(jī)選擇過程 143.7調(diào)速器計(jì)算 163.7.1選擇合適的調(diào)速器 163.7.2選擇油壓裝置 163.7.3調(diào)速設(shè)備的選擇 163.7.4選擇接力器的過程 174.水力發(fā)電站引水系統(tǒng)設(shè)計(jì) 194.1進(jìn)水口設(shè)計(jì)方法 194.1.1選擇合適的進(jìn)水口 194.1.2進(jìn)水口的外形 194.1.3進(jìn)水口的高程計(jì)算 194.1.4進(jìn)口設(shè)備 204.2壓力管道的計(jì)算 204.2.1壓力管道的布置 214.2.2選擇合適的壓力管道的直徑 214.2.3調(diào)節(jié)保證計(jì)算 214.2.4壓力管道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及穩(wěn)定計(jì)算 214.2.5避免地下埋管而發(fā)生失穩(wěn) 235.水電站廠房設(shè)計(jì) 245.1選擇合適的起重設(shè)備 245.1.1選擇合適的吊車形式 245.1.2主要工作參數(shù)的選擇 245.2確定廠區(qū)樞紐布置 245.3設(shè)計(jì)主廠房平面 245.3.1主廠房的上部輪廓 255.3.2主廠房的下部輪廓 275.4主廠房的剖面設(shè)計(jì)方式 285.4.1水輪機(jī)安裝高程的計(jì)算方法 285.4.2尾水管底板的高程計(jì)算方法 285.4.3主廠房基礎(chǔ)開挖高程的計(jì)算方法 295.4.4水輪機(jī)層地面高程的計(jì)算方法 295.4.5發(fā)電機(jī)定子安裝高程的計(jì)算方法 295.4.6發(fā)電機(jī)層樓板高程的計(jì)算方法 305.4.7吊車軌頂高程的計(jì)算方法 305.4.8屋頂高程的計(jì)算方法 305.4.9廠房總高度的計(jì)算方法 315.5布置與設(shè)計(jì)（副廠房） 316.1荷載的確定 336.1.1靜荷載 336.1.2動(dòng)荷載 336.2吊車梁的內(nèi)力計(jì)算 356.2.1承受移動(dòng)豎向輪壓作用的內(nèi)力計(jì)算 356.2.2受橫向水平剎車力的內(nèi)力計(jì)算 376.3配筋計(jì)算 386.3.1彎矩作用下的配筋計(jì)算 386.3.2剪力作用下的箍筋配算 396.3.3扭矩作用下的配筋計(jì)算 406.4校核驗(yàn)算 446.4.1撓度的驗(yàn)算 446.4.2裂縫寬度驗(yàn)算 44XJB壩后式水電站設(shè)計(jì)及吊車梁配筋計(jì)算摘要在金沙江整個(gè)體系的開發(fā)過程中，壩后式水力發(fā)電站是屬于最后的一級，所處四川省和云南省的中間，水力發(fā)電站的上游就是金沙江。金沙江的左側(cè)就是宜賓縣兒金沙江的右側(cè)就是水富縣。本設(shè)計(jì)的任務(wù)是XJB水電站的廠房設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)內(nèi)容包含XJB水電站的整體布置和水輪機(jī)選擇以及引水系統(tǒng)設(shè)計(jì)和廠房設(shè)計(jì)。本水電站的整體布置中采取中壩線，混凝土重力壩方案，電站樞紐布置中，主要有大壩，副壩、引水隧洞和發(fā)電廠部分。引水系統(tǒng)按照兩條引水隧洞和四條壓力鋼管安置，設(shè)有兩道閘門，廠房為地面式布置。水輪機(jī)選擇部分主要包含水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)和蝸殼設(shè)計(jì)、尾水管設(shè)計(jì)以及發(fā)電機(jī)選擇和調(diào)速器設(shè)計(jì)。尺寸主要通過定量分析獲得，水輪機(jī)型號為HL160型，五臺(tái)機(jī)組；蝸殼為金屬蝸殼，平頂梯形斷面；尾水管為彎肘型；發(fā)電機(jī)型號為SF800；調(diào)速器型號為WTZ-250-6.4電氣液壓型。引水系統(tǒng)設(shè)計(jì)包含進(jìn)水口設(shè)計(jì)、調(diào)壓室設(shè)計(jì)以及壓力管道設(shè)計(jì)、有壓引水隧洞設(shè)計(jì)，主要通過定性及定量分析確定型式的選擇以及相關(guān)尺寸。電站廠房的設(shè)計(jì)主要包含確定廠房平面尺寸和剖面尺寸，以及對副廠房進(jìn)行定性選擇。最后，便可畫出主廠房的平面布置圖、橫剖面設(shè)計(jì)圖。關(guān)鍵詞：水電站廠房；水輪機(jī)；引水系統(tǒng)

DesignofXJBdamtypehydropowerstationandcalculationofcranebeamreinforcementAbstractTheXJBhydropowerstationisthelaststepoftheJinshaRivercascadedevelopment.ThedamsiteislocatedatthelowerreachesoftheJinshaRiveratthejunctionofSichuanandYunnan.TheleftbankisinYibinCounty,SichuanProvinceandtherightbankisShuifuCountyinYunnanProvince.ThetaskofthisdesignisthedesignoftheplantoftheXJBhydropowerstation.ThedesignincludestheoveralllayoutoftheXJBhydropowerstationandtheselectionoftheturbine,aswellasthedesignofthediversionsystemandthedesignoftheplant.TheoverallarrangementofthehydropowerstationadoptstheZhongbaLine,theconcretegravitydamscheme,andthelayoutofthepowerstationhub.Themaindamsincludedams,auxiliarydams,diversiontunnelsandpowerplantsections.Thewaterdiversionsystemisarrangedinaccordancewithtwodiversiontunnelsandfourpressurepipes,withtwogates,andtheworkshopisground-based.Theturbineselectionsectionmainlyincludesturbineselectiondesign,volutedesign,drafttubedesign,generatorselectionandgovernordesign.Thesizeismainlyobtainedthroughquantitativeanalysis.ThehydraulicturbinemodelisHL160type,withfiveunits;thevoluteisametalvolute;theflat-toppedtrapezoidalsection;thedrafttubeisanelbowtype;thegeneratormodelisSF800;thegovernormodelisWTZ-250-6.4Electro-hydraulictype.Thedesignofthewaterdiversionsystemincludesinletdesign,surgetankdesign,pressurepipelinedesignandpressurediversiontunneldesign.Theselectionofthetypeandrelateddimensionsaremainlydeterminedbyqualitativeandquantitativeanalysis.Thedesignofthepowerstationplantmainlyincludesthedeterminationoftheplanedimensionsandprofiledimensionsoftheworkshop,aswellasthequalitativeselectionoftheauxiliarybuilding.Finally,thefloorplanandcrosssectiondesignofthemainbuildingcanbedrawn.Keywords：Hydropowerplant;waterturbine;waterdiversionsystem設(shè)計(jì)說明書1基本資料向家壩所處四川省和云南省的中間，水力發(fā)電站的上游就是金沙江。金沙江的左側(cè)就是宜賓縣兒金沙江的右側(cè)就是水富縣。水力發(fā)電站和四川省宜賓市兩者相距不是很遠(yuǎn)，大約為左右，而水力發(fā)電站和云南水富縣之間的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于前者，其間距僅。同時(shí)由于水力發(fā)電站的地理優(yōu)勢，它到四川省的最短距離為；到武漢最短距離還不到一千米。建造和維修水力發(fā)電站的任務(wù)是以發(fā)電為基礎(chǔ)，兼顧溪洛渡水電站導(dǎo)航，防洪，灌溉，攔沙和監(jiān)管條件?？紤]到四川和重慶兩省的電力需求，電站主要供應(yīng)中國東部和中部地區(qū)。XJB水電站樞紐由攔河大壩、左岸壩后廠房、右岸地下廠房、泄洪沉沙廠、兩側(cè)灌溉水口和左岸垂直升船機(jī)組成。攔河壩是一種普通的混凝土重力壩，壩頂高程384米，壩頂長度909.26米。垂直升船機(jī)位于壩后廠房的左側(cè)，它的設(shè)計(jì)符合六級導(dǎo)航通道的標(biāo)準(zhǔn)。最大舉升高度為114.2米，它的設(shè)計(jì)目的是每年在大壩上運(yùn)輸112噸貨物，年客運(yùn)量為40萬人次，可以通過2×500噸的船隊(duì)。灌溉取水口安排在河兩岸非溢流壩上，每年取水量為16.07億立方米。XJB水庫正常蓄水位380米，死水位270米，調(diào)節(jié)庫容9.03億立方米，水庫總庫容51.63億立方米，可進(jìn)行不完全年調(diào)節(jié)。該項(xiàng)目于2004年4月開始籌建，主體工程于2006年10月開工建設(shè)，2013年竣工投產(chǎn)，總建設(shè)期約9年零6個(gè)月。按2001年價(jià)格水平計(jì)算，項(xiàng)目總靜態(tài)投資額達(dá)355.90億元。XJB水電站建設(shè)條件良好，總體效益可觀，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)越，它是西電東送的中堅(jiān)力量。大壩控制的流域面積為45.88萬平方米，總庫容量為51.85億立方米?；炷林亓蔚淖畲髩胃邽?61米，壩頂長度為897.484米，泄水壩段長232米，最大泄量為48480立方米每秒，裝機(jī)容量為600萬千瓦。消能工為中—表孔交叉間隔布置的底流消能形式，消力池長228米，分為兩個(gè)區(qū)域，中導(dǎo)墻厚度10米，高度54米(235.0-289.0)，沿水流方向每隔24米提供一個(gè)結(jié)構(gòu)接頭。1.1基本數(shù)據(jù)1.1.1設(shè)計(jì)水位與設(shè)計(jì)流量正常蓄水位380m，下游相應(yīng)水位257m；設(shè)計(jì)洪水位382m，下游水位254m；校核水位381.83m，下游水位296m。1.1.2地震級別XJB壩址區(qū)地震基本強(qiáng)度為7度，設(shè)計(jì)中不考慮地震的荷載。1.1.3風(fēng)速和吹程風(fēng)速：積年最大風(fēng)速在20.0m/s左右，最大風(fēng)速主要出現(xiàn)在冬季，與風(fēng)向相對應(yīng)的最大風(fēng)速主要為偏北或偏南。所以設(shè)計(jì)情況為26m/s；校核情況為32m/s。1.1.4主壩最大泄量由附表3的數(shù)據(jù)，進(jìn)行洪水調(diào)度演算，主壩的最大泄量為48480m3/s。1.1.5裝機(jī)容量5×375000KW1.2工程等別的確定把水力發(fā)電的建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行級別分類，第一步就是按照建設(shè)項(xiàng)目的準(zhǔn)則來進(jìn)行的，這和水力發(fā)電建設(shè)項(xiàng)目的整體效益以及金沙江下方的百姓人身安全、個(gè)人財(cái)產(chǎn)密不可分。同時(shí)也會(huì)使得項(xiàng)目的建設(shè)成本以及建設(shè)速度發(fā)生一定程度的改變，其不僅僅是是工程項(xiàng)目的關(guān)鍵因素，同時(shí)也是十分有效的判斷標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)榇髩巫疃嗫梢匀菁{水含量約為億平方米，可裝機(jī)的最大含量約等于萬千瓦，所以能夠翻閱本文的附表《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》發(fā)現(xiàn)此建設(shè)項(xiàng)目屬于Ⅰ級，建設(shè)項(xiàng)目的大小為型。1.3關(guān)鍵建筑物級別根據(jù)I級工程級別標(biāo)準(zhǔn)，能夠翻閱附表（《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》確定所有的關(guān)鍵建筑物的級別，廠房等級為為Ⅰ級，而且根據(jù)其最大洪水重現(xiàn)期為139年，該廠房為非雍水廠房，即并非是擋水建筑物，所以根據(jù)附錄表3得該廠房的洪水標(biāo)準(zhǔn)。2水電站開發(fā)方式及整體布置2.1確定水電站開發(fā)方式通過分析布局條件，為滿足要求，樞紐布置的發(fā)電廠房位置確定為左岸壩后廠房，五臺(tái)正常運(yùn)行水輪機(jī)。2.2確定壩區(qū)樞紐布置2.2.1壩軸線選擇對于擬建的上、中、下3條比較壩線，進(jìn)行全面的經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較后推薦選擇中壩線。2.2.2壩型選擇(1)重力壩安全可靠，斷面大，壩內(nèi)應(yīng)力小，壩體材料強(qiáng)度高，耐久性好，易于解決樞紐泄洪問題，便于施工導(dǎo)流。(2)拱壩拱壩是輕質(zhì)，堅(jiān)韌和有彈性的，是一種優(yōu)越的壩型。然而，它需要嚴(yán)格的地形條件和地質(zhì)條件。地形要求兩邊對稱，峽谷部分在平面上向下游收縮。地質(zhì)條件需要更均勻，堅(jiān)固和完整的巖石基礎(chǔ)。在這設(shè)計(jì)中，左岸較陡，右岸較緩，下游區(qū)域較寬，因此不宜建筑拱壩。(3)土石壩當(dāng)?shù)夭牧峡梢栽诋?dāng)?shù)孬@得并適應(yīng)不同的地形。然而，土壩泄洪需要建設(shè)溢洪道和泄洪洞，所以增加了建設(shè)成本。鑒于上述地區(qū)地形地質(zhì)條件的比較對比，選用常態(tài)混凝土重力壩更經(jīng)濟(jì)，更合理。2.2.3樞紐布置正確的布置樞紐里面多個(gè)內(nèi)建筑物的相對位置，由于是樞紐的中心，所以要按照下面的規(guī)定：①壩址、大壩及其重要建筑物和樞紐布局的選擇應(yīng)為：施工方便，施工周期短，成本低。②中心安排要滿足所有建筑物的標(biāo)準(zhǔn)，保證大壩無論發(fā)生什么突發(fā)情況，都可以穩(wěn)定的進(jìn)行。③在能夠達(dá)到多數(shù)建筑物的建造標(biāo)準(zhǔn)和結(jié)構(gòu)的情況下，盡可能降低樞紐的總建筑成本和運(yùn)營成本。④樞紐中的建筑物布局緊湊，盡可能安排相同類型的建筑物，以減少連接建筑物的數(shù)量。⑤使樞紐中的一些建筑物盡早投入使用。⑥中心部位的外觀不應(yīng)表現(xiàn)得特別突出，總體建筑風(fēng)格結(jié)構(gòu)要能融入到環(huán)境當(dāng)中去。在電站樞紐布局中，主要有四大部分：大壩，副壩，引水隧洞，電站廠房。

3水輪機(jī)選擇3.1特征水頭的確定根據(jù)XJB水電站的基本資料，水電站的最大水頭為：114.2×0.99=113.058m；最小水頭為：水力發(fā)電站，所以這個(gè)水力發(fā)電站的水頭大小，為了使得計(jì)算簡便，此處從向家壩的水力發(fā)電站中獲取相關(guān)信息得知：。3.2水輪機(jī)的型號大小及其裝置3.1.1水輪機(jī)使用參數(shù)大小根據(jù)XJB水電站的基本資料，水電站總裝機(jī)容量5×375000KW，對比資料得到此水電站屬于大型水電站，機(jī)組臺(tái)數(shù)為5臺(tái)，單機(jī)容量為37.5萬KW。根據(jù)公式可以得到水輪機(jī)的額定出力N?=N/η電，通常大型機(jī)組或中型機(jī)組的η電=96%～98﹪，因本水電站應(yīng)安置大型機(jī)組取所以η電=95﹪，則Nr=375000/98﹪=382653.06。3.1.2水輪機(jī)型號選擇水輪機(jī)在水電站中占據(jù)著重要的地位。在工作過程中，使用不同的水輪機(jī)可以產(chǎn)生不同的效果，所以在選擇水輪機(jī)時(shí)要十分的小心。一般來說，要按照下面的幾個(gè)要點(diǎn)來對水輪機(jī)進(jìn)行選擇：首先，要掌握水力發(fā)電站的出力大小以及水力發(fā)電站的有關(guān)指標(biāo)的前提下，應(yīng)盡可能選擇性能好，體積不大的的水輪機(jī)進(jìn)行工作，然后要盡可能的使用規(guī)格相同，大小一致的水輪機(jī)。為了最大程度的避免資金的浪費(fèi)，在正常的生產(chǎn)中，一定要確保使用有限的水輪機(jī)。在水力發(fā)電廠中，有兩種常見的水輪機(jī)。第一種是有擊水輪機(jī)，第二種是沖擊水輪機(jī)。按照對水輪機(jī)輪子的轉(zhuǎn)動(dòng)情況，可以把反擊式水輪機(jī)在轉(zhuǎn)動(dòng)中的水體流動(dòng)分成4種類型：（1）混流式。（2）軸流式。（3）斜流式。（4）貫流式。這幾種類型中，水頭大小分別為（1）混流式（2）軸流式小于。（3）斜流式。（4）貫流式小于。因?yàn)樗娬竟ぷ魉^較大，下泄流量較大，因此混流式水輪機(jī)更為合適。根據(jù)水頭范圍從型譜中查得HL180型適應(yīng)水頭90～125，HL160型適應(yīng)水頭110～150兩種型號都適用。計(jì)算兩種機(jī)型的參數(shù)作為主要選擇，并將其中的一個(gè)確定為可實(shí)行的計(jì)劃。3.1.3使用裝置在選擇水力發(fā)電站中，無論是大型的水力發(fā)電站還是中等大小的水利發(fā)電站，里面的水輪機(jī)的占用面積都比較大，同時(shí)在安裝過程中的高程不是很高。所以，在安裝過程中，可以有很多種選擇，但研究人員常常把立軸式作為常見的選項(xiàng)。立軸式能夠保證發(fā)電機(jī)的高程大小，還能夠保證水輪機(jī)防潮。同時(shí)還能保證水輪機(jī)在使用過程中保持高效的運(yùn)轉(zhuǎn)功率，水力發(fā)電站的區(qū)域不大。所以，要選擇立軸式的水輪機(jī)為最佳。3.3對水輪機(jī)的參數(shù)大小進(jìn)行運(yùn)算3.3.1型水輪機(jī)參數(shù)計(jì)算使用的水輪機(jī)時(shí)，可以選擇的水頭大小應(yīng)該在之間，它的參數(shù)大小可以見附表。水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪大小式3-1式中：——轉(zhuǎn)輪直徑大??；——單位時(shí)間的流量（有限）；——水頭高度大小，；——正常工作條件的出力大小，=。同時(shí)，從表中查閱得到型的水輪機(jī)在單位時(shí)間下，單位的流量，有效功率%，所以認(rèn)為在目前情況下，水輪機(jī)的==，有效功率基本符合標(biāo)準(zhǔn)的直徑，故選擇轉(zhuǎn)輪直徑為=6.9有效功率大小糾正HL180型水輪機(jī)=92.0%，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪大小為，因?yàn)橛惺阶樱海ナ?-2根據(jù)實(shí)際情況，選擇%；因?yàn)樵趯λ啓C(jī)使用中蝸殼或者尾水管類別和型號大體相同，因而認(rèn)為ε2=0，則效率修正值為：=--ε1=95.4%-92.0%-1.0%=2.4%式3-3所以水輪機(jī)效率為：式3-4計(jì)算結(jié)果同預(yù)算大體相同，故不需要檢驗(yàn)。使用范圍的檢驗(yàn)確認(rèn),的前提下，和能夠通過計(jì)算求得：==0.831m3/s式3-5可以達(dá)到有限工程概況的式3-6水輪機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度大小式3-7式中：查閱資料可以知道，在工程狀況最好的情況下，，而且因?yàn)楣誓軌虿蛔饔?jì)算，選擇，而且：——選擇水頭長度為；——選擇直徑大小為。把上述的已知條件代入公式進(jìn)行計(jì)算，通常來講，確保渦輪機(jī)在有效區(qū)域內(nèi)運(yùn)行的情況下，使用同步轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)額相對大的，因此選擇的，兩端的磁極數(shù)為。計(jì)算每個(gè)水頭的大小為：=61.295r/min=75.51r/min=67.409r/min使用相關(guān)數(shù)值來畫出工作運(yùn)行圖，在《水力機(jī)械》一文中可以得出，通過這種線條來做記號的水輪機(jī)，通常情況下，使用的工作圖，都有特征曲線的有效運(yùn)行使用區(qū)域。的大小式3-8公式里：——機(jī)器所處位置的高度，最初的位置選擇金沙江的下游；——?dú)怏w的腐蝕常數(shù)。通過查閱水輪機(jī)的相關(guān)參數(shù)，通過在水輪機(jī)的函數(shù)曲線上計(jì)算后，能夠得知相關(guān)的氣體的腐蝕常數(shù)；——空氣的腐蝕常數(shù)的糾正常數(shù)，通常情況下選擇的范圍在之間，此處選擇；——計(jì)劃水頭的高度，。得到：=-13.34m高程位置的計(jì)算混流式：高程位置的大小公式3-9公式里：——混流式機(jī)器導(dǎo)葉值，導(dǎo)葉位置的相對值：，故；——尾水位置的大小，此處選擇的水位值=；——吸出高程的數(shù)值大小。3.3.2型的水輪機(jī)關(guān)鍵參數(shù)大小HL160型水輪機(jī)適用水頭范圍為110~150，其模型參數(shù)如附表6。轉(zhuǎn)輪直徑的計(jì)算公式3-10公式里：——HL160型水輪機(jī)的直徑大??；——HL160型水輪機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)的流量大小；——HL160型水輪機(jī)水頭高度值，；——HL160型水輪機(jī)在正常情況下的使用功率，千瓦。而且，通過查閱相關(guān)的文獻(xiàn)資料，可以大致得知型水輪機(jī)在一定條件下，單位時(shí)間的水流量，有效功率，所以能夠暫時(shí)認(rèn)為，水輪機(jī)在這種情況下，單位時(shí)間的水流量，有效功率。將上述的已知條件引入公式中進(jìn)行計(jì)算大體上，達(dá)到了正常條件下的直徑要求，所以使用的直徑大小有效功率的糾正計(jì)算通過查閱型的水輪機(jī)相關(guān)數(shù)據(jù)，選取，同時(shí)選取轉(zhuǎn)輪的直徑大小為，通過計(jì)算得出：公式3-11因?yàn)楦鶕?jù)實(shí)際的不同，所以選擇；因?yàn)樗啓C(jī)的使用中，蝸殼以及尾水管的類別和型號大體相同，所以取，所以得出有效功率的糾正值等于：-公式3-12有效功率：公式3-13計(jì)算結(jié)果同猜想相差不大，故不需要檢驗(yàn)。使用范圍檢查確認(rèn)了,的前提下，水輪機(jī)流量和可以得到為：在總體上達(dá)到受限制情況下的工程狀況。其計(jì)算得，水流量的最大值等于：公式3-14轉(zhuǎn)動(dòng)速度的大小公式3-15公式里：查閱相關(guān)的數(shù)據(jù)可知，在環(huán)境條件最優(yōu)的情況下，，而且因?yàn)橛捎谀軌虿蛔鲇?jì)算，所以選擇的而且——選擇的水頭高度為；——選擇的直徑大小為；把上述的已知條件用在公式中，通常來講，保證渦輪機(jī)在有效區(qū)域內(nèi)運(yùn)行的情況下，使用同步轉(zhuǎn)動(dòng)數(shù)額相對大的，因此選擇的，兩端的磁極數(shù)為。計(jì)算每個(gè)水頭的大小為：使用相關(guān)數(shù)值來畫出工作運(yùn)行圖，在《水力機(jī)械》一文中能夠得出，通過這種線條來做記號的水輪機(jī)，通常情況下，使用的工作圖，都有特征曲線的有效運(yùn)行使用區(qū)域。的大小公式里：——機(jī)器所處位置的高度，最初的位置選擇金沙江的下游；——?dú)怏w的腐蝕常數(shù)。通過查閱水輪機(jī)的相關(guān)參數(shù)，通過在水輪機(jī)的函數(shù)曲線上計(jì)算后，能夠得知相關(guān)的氣體的腐蝕常數(shù)；——空氣的腐蝕常數(shù)的糾正常數(shù)，通常情況下選擇的范圍在之間，此處選擇；——計(jì)劃水頭的高度，。通過有關(guān)計(jì)算得知：高程位置的大小混流式：高程位置的大小式3-17公式里：——混流式機(jī)器導(dǎo)葉值，導(dǎo)葉位置的相對值：，故；——尾水位置的大小，此處選擇的水位值=；——吸出高程的數(shù)值大小。3.3.3HL180型水輪機(jī)及HL160型水輪機(jī)兩種方法的比較這兩個(gè)水輪機(jī)的詳細(xì)比較見附表7。從比較可以看出，HL160型水輪機(jī)工作范圍大，工作效率高，二者安裝高度相近，挖掘量相差不大，HL160略小于HL180，HL180水輪機(jī)體積更大，HL180水輪機(jī)葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)速度值比較大，所以使得空氣腐蝕的情況不斷出現(xiàn)。造成的空蝕現(xiàn)象也相對較大。的使用效率也比較高，可以幫助水力發(fā)電的穩(wěn)定運(yùn)行。因?yàn)檫x擇的發(fā)電機(jī)的長、寬、高都不是特別大，所以綜合考慮，使用型為最優(yōu)方案。3.4設(shè)計(jì)蝸殼方案3.4.1選擇蝸殼型方案在選擇蝸殼的過程中，經(jīng)常有兩種蝸殼的可供選擇，分別是：（1）金屬型蝸殼。（2）混凝土型蝸殼。如果水輪機(jī)在工作中，水頭的運(yùn)行高度超過，那么通常都會(huì)選擇金屬型蝸殼。同理，如果水輪機(jī)在運(yùn)行過程中的高度不大于時(shí)，研究人員經(jīng)常選擇混凝土蝸殼。由于本文研究的水頭屬于，因此可以選擇金屬式蝸殼。這種蝸殼大多用于高水頭的混流式水輪機(jī)。被在座外環(huán)外緣包圍的角度稱為蝸殼的一種包角。通過研究得出，蝸殼的包角大，則在座環(huán)中，流入的水流也就更加平穩(wěn)。實(shí)際情況下，金屬式蝸殼的包角多數(shù)情況較大，通常為345°左右，通常也叫全蝸殼。為了在使用金屬蝸殼中，其可以有很好的抗壓能力，我們通常把金屬式蝸殼的表面打造成圓形或近似圓形。因?yàn)橐恍┻吘壍暮附犹幙梢宰龅椒浅５钠交?，所以在鼻端附近，橫截面形狀接近橢圓。于實(shí)際情況下，如果是水頭范圍比較高或者水利發(fā)電的效率高，那么通常可以選擇金屬式蝸殼。3.4.2蝸殼的水力大小1進(jìn)入蝸殼內(nèi)的水量根據(jù)上述分析選擇的水輪機(jī)，由于水流經(jīng)過水輪機(jī)，可以形成平穩(wěn)的水流。水流剛剛進(jìn)入蝸殼時(shí)，流動(dòng)狀態(tài)和包角有一定的關(guān)系，我們此處把蝸殼的包角取345°，所以進(jìn)入蝸殼內(nèi)的水量等于：m3/s公式3-182蝸殼的進(jìn)口平均流速蝸殼入口的平均流速越大，蝸殼尺寸越小，這可能減小水電站的平面尺寸。然而，蝸殼入口的進(jìn)口速度過大將不可避免地提高水力的浪費(fèi)，降低了能量的轉(zhuǎn)換率。得：公式3-19公式里的的含義是水體流動(dòng)流常數(shù)。通常在使用到時(shí)，我們可以從和水頭的函數(shù)曲線上得到，曲線，為。的含義是指：設(shè)計(jì)的水頭高度，此處取。=8.39m/s3.4.3蝸殼的外輪廓尺寸確定根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)圓形，從入口到鼻端的蝸殼被認(rèn)為從大變小。對于進(jìn)口斷面面積=44.89m2公式3-20則進(jìn)口斷面的半徑=3.78m公式3-21從水輪機(jī)主軸的中心線到蝸殼入口的外邊緣的半徑是=1.3+2×3.78=8.86m公式3-22對中間任一端面，流量為公式3-23斷面半徑公式3-24式中：的含義是指以蝸殼鼻端開始，計(jì)算斷面結(jié)束的角度大小以主軸的中心為圓點(diǎn)，斷面邊緣為邊，計(jì)算半徑大?。汗?-25公式里的含義是指：底座環(huán)的固定導(dǎo)葉的外半徑，如圖3-2所示圖3-2蝸殼計(jì)算簡圖列表計(jì)算，如附表8所示。蝸殼表面線圖。如圖3-3所示：圖3-3蝸殼表面線圖3.5尾水管的設(shè)計(jì)方法3.5.1尾水管的可選形式為了保證反擊式水輪機(jī)的流通良好，運(yùn)行順暢，選取形狀合適的尾水管是重中之重。有多種類型的尾水管，如（1）帶彎錐形的尾水管.（2）直錐形的尾水管，（3）彎肘形的尾水管。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)選擇彎肘形的尾水管。好處是不僅可以避免尾水管的過度深挖，還可以提高水利發(fā)電的效率。3.5.2彎肘尾水管的尺寸大小水體在流動(dòng)過程中，首先經(jīng)過轉(zhuǎn)輪后，然后再流入到水輪機(jī)尾水管處。如果把能量作為出發(fā)點(diǎn)來研究問題，水輪機(jī)的兩種類型：（1）混流式水輪機(jī)。（2）軸流式水輪機(jī)，前者的過流性能要高于后者，而且混流式尾水管能夠變得更小一些?？墒?，因?yàn)樵诨炝鞯乃啓C(jī)中，其葉片不可以發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，所以不是在正常的設(shè)計(jì)情況下，轉(zhuǎn)輪外側(cè)的水流能夠形成渦流，通常還會(huì)有空氣腐蝕的現(xiàn)象出現(xiàn)。為了確保各個(gè)部位的穩(wěn)定工作，可以通過提高水輪機(jī)的尾水管高度來實(shí)現(xiàn)。保證渦流接觸不到管的底部，進(jìn)而降低了設(shè)備的受損程度。所以本實(shí)驗(yàn)使用的水輪機(jī)型號是，水輪機(jī)各個(gè)部位的尺寸大小能夠在對應(yīng)的表格里找到，因?yàn)樵瓉肀砀竦臄?shù)據(jù)都是按照直徑時(shí)來計(jì)算的，本次實(shí)驗(yàn)的水輪機(jī)直徑等于，所以應(yīng)該進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換，如表3-1，單位：表3-1尾水管各部分尺寸表通過查找上述表格中尺寸大小，能夠畫出相應(yīng)的尾水管圖，如圖3-5：圖3-5混流水輪機(jī)的尾水管的縱剖面圖圖3-6混流水輪機(jī)的尾水管的橫剖面圖由于在實(shí)際情況中，尾水管中磨損程度最高的部位就是肘管，所以要是想改變肘管的大小，不是一件非常容易的事情。實(shí)驗(yàn)分析表明，四號肘管的效果非常好，所以可以選擇四號，同理，因?yàn)樵瓉肀砀竦臄?shù)據(jù)都是按照直徑時(shí)來計(jì)算的，本次實(shí)驗(yàn)的水輪機(jī)直徑等于，所以應(yīng)該進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換，如表3-2，單位：表3-2四號肘管尺寸大小通過查找上述表格中尺寸大小，能夠畫出相應(yīng)的尾水管圖，如圖3-7圖3-7四號尾水管的肘管尺寸圖3.6發(fā)電機(jī)選擇過程按照水輪機(jī)正常情況下的轉(zhuǎn)動(dòng)速度；正常情況下的功率千瓦，所以本實(shí)驗(yàn)所選擇的發(fā)動(dòng)機(jī)是，其通常情況下能夠容納的電量為千瓦，包含電磁極的個(gè)數(shù)是，鐵芯外側(cè)半徑等于。發(fā)電機(jī)各部位表3-3發(fā)電機(jī)的各部件尺寸圖3-8發(fā)電機(jī)的尺寸圖3.7調(diào)速器的計(jì)算3.7.1選擇合適的調(diào)試器選擇合適的調(diào)速器，主要是根據(jù)壓力閥的直徑大小為依據(jù)的，d可以通過以下公式求得：公式3-26其中：的含義：導(dǎo)葉一周期的開閉所用時(shí)間的含義：導(dǎo)管里的液體流動(dòng)速度本實(shí)驗(yàn)取，，所以翻閱相關(guān)的數(shù)據(jù)可知：是單調(diào)節(jié)調(diào)速器。3.7.2選擇油壓裝置油壓設(shè)備是一個(gè)壓力油能源設(shè)備，它提供發(fā)電機(jī)的調(diào)速器系數(shù)，并且是調(diào)速器體系的一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。而且是進(jìn)水閥、調(diào)壓閥中的重要環(huán)節(jié)。在正常工作中，評價(jià)油壓裝置的好壞與否，就是通過其最大容量和正常工作情況下油罐標(biāo)準(zhǔn)油壓來體現(xiàn)的，現(xiàn)階段，我國制造的油壓設(shè)備，標(biāo)準(zhǔn)的油壓大小在左右，計(jì)算方法如下：式3-27式中：的含義是壓力油罐的最大容積（）的含義是導(dǎo)葉的接力器最大體積（）翻閱相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，選擇型的油壓裝置器。3.7.3調(diào)速設(shè)備的選擇要確保水力發(fā)電機(jī)能夠正常的運(yùn)行，在外界因素的干擾狀態(tài)下，在極短時(shí)間內(nèi)使機(jī)組的出力發(fā)生改變，來適應(yīng)于外界負(fù)荷的變化，確保設(shè)備轉(zhuǎn)速變化，即保持在允許范圍內(nèi)或供電頻率恢復(fù)，并且設(shè)備之間的負(fù)載分配實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)合理的運(yùn)行。公式3-28公式里：的含義是水頭高度最大值是；的含義是正常情況下，水頭的流量是。的含義是實(shí)驗(yàn)中的轉(zhuǎn)輪直徑是。公式式3-29其中由繪制的運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線圖上查得=94.6%=325.39m3/s=20459922557490N·>3000N·如果選擇功率大的調(diào)速器，就要在算出和找到接力器的同時(shí)，還要找到調(diào)速柜。3.7.4選擇接力器的過程選取接力器的過程在選擇接力器的過程中，接力器能夠用來進(jìn)行導(dǎo)水。正常情況下，油壓設(shè)備的產(chǎn)生壓力大小為，計(jì)算其直徑大小的方法如下：公式3-30公式里：的含義：常數(shù)，能夠查到，這里取0.15；P0—調(diào)速系統(tǒng)的額定油壓，Mpa；b0—導(dǎo)葉高度，m；D1—水輪機(jī)直徑，m。查下表選擇與之接近的標(biāo)準(zhǔn)接力器直徑ds=200mm。表3-3正常的接力器直徑的計(jì)算方法如下：公式3-31的數(shù)值能夠通過小型的得出。公式3-32公式里：的含義是導(dǎo)葉的中心圓直徑D的含義是模型的導(dǎo)葉的中心圓直徑；的含義是導(dǎo)葉的數(shù)量的含義是模型導(dǎo)葉的數(shù)量=0.631=392.97m3/s在模型綜合特性曲線上查得=26.9=取常數(shù)值為接力器的最大容積=0.1m3綜上型調(diào)速器的相關(guān)數(shù)據(jù)：1、水輪機(jī)接力器的直徑大小2、水輪機(jī)調(diào)速器的主、配壓閥直徑大小3、水輪機(jī)的調(diào)速器的型號型液壓調(diào)速裝置4、水輪機(jī)的油壓設(shè)備的型號型油壓分離裝置

4.水力發(fā)電站引水系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1進(jìn)水口設(shè)計(jì)方法4.1.1選擇合適的進(jìn)水口向家壩的水力發(fā)電建設(shè)項(xiàng)目中，想要更好的發(fā)電和輸出水，通常需要從選取一些湖水或者河流水。因?yàn)椋瑸榱烁臃奖愕娜∷?，就要建造一些比較深的進(jìn)水口和高壓進(jìn)口水的建筑物，更好的達(dá)到施工的要求。也就是更好的施工，降低施工成本，控制結(jié)構(gòu)。XJB水電站為有壓進(jìn)水式，岸上地質(zhì)條件良好，廠房為壩后式廠房，因而選擇壩式進(jìn)水口是最佳方案。4.1.2進(jìn)水口的外形因?yàn)橄蚣覊嗡Πl(fā)電站屬于混合式的水電站一種，所以進(jìn)水口輪廓為大喇叭形狀。按照大壩建造攔污柵的外形。為了讓進(jìn)口水能夠更好的流入大壩中，就要保證水流能在各個(gè)環(huán)節(jié)都能夠平穩(wěn)流入，同時(shí)也要對各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行尺寸計(jì)算，計(jì)算出的結(jié)果要能使得進(jìn)水口水流平穩(wěn)，盡可能的減少，而且速度也不能超過一定的限度。一般情況下，進(jìn)口段都會(huì)被建造成大喇叭形，大閘門的外形是長方形，漸變段是圓形段面以及矩形斷面的連接段。進(jìn)口段。連接閘門段與攔污柵，隧洞進(jìn)口段為平底，兩側(cè)收縮曲線為雙曲線，上部曲線一般為四分之一橢圓。橢圓方程為式4-1式中：a——橢圓長半軸，對于地板曲線大約等于閘門處的孔口高度H；b—橢圓的短半軸，對于底板曲線，可用H/3。這里H=6.4，具體如下：閘門段。閘門段是漸變段和進(jìn)口段的連接部分，閘門及啟閉設(shè)備安置在此部分。這里的閘門為矩形，大閘門段的水流量的面積超過S隧洞倍，它和閘門口的大小一樣。漸變段。漸變段的長度為隧洞直徑的1.5倍，側(cè)面擴(kuò)散角為8度。4.1.3進(jìn)水口的高程計(jì)算一般情況下，水力發(fā)電站依靠壓力進(jìn)水，河岸或者湖泊的環(huán)境都非常好，選擇進(jìn)水口深度比較大的，洞室下的高程要超過水庫的淤積高程的，如果想避免進(jìn)水口前出現(xiàn)漩渦現(xiàn)象或者倒吸，吸入漂浮物，引起振動(dòng)和噪音，影響水電站的正常發(fā)揮，需要有一定的淹沒水深，按下列公式可以估算得到。淹沒的深度計(jì)算：公式4-2公式里：的含義是：不產(chǎn)生吸漩渦的最大水深度的含義是：計(jì)算常數(shù)，通常是由人們的經(jīng)驗(yàn)所得到的，常數(shù)的范圍在之間。選取通常有兩種情況：（1）對稱狀態(tài)，取。（2）側(cè)面狀態(tài)，取，本實(shí)驗(yàn)選擇的計(jì)算常數(shù)為的含義是：流動(dòng)水在閘門斷面處的速度，因?yàn)殚l門的面稍微大于水洞的面，所以速度就變得比較小了：實(shí)驗(yàn)取的含義是：閘門孔的高度值，本設(shè)計(jì)取通過計(jì)算得到：考慮到外界的因素干擾，如大風(fēng)大浪，選取因此進(jìn)水口底板高程：=370-10.0=360m由于XJB水電站位于嚴(yán)寒地區(qū)，因此有必要考慮凍結(jié)的影響，可在柵面上通過50V以下的電流，可形成回路并使柵條發(fā)熱。4.1.4進(jìn)口設(shè)備攔污設(shè)備的功能是使機(jī)組正常運(yùn)行。1）設(shè)計(jì)合適的攔污柵：如果想要讓進(jìn)水口的流通順暢，就不能讓一些雜物堵在進(jìn)水口處，一定要在進(jìn)水口的位置上安放一個(gè)攔污柵，保證攔污柵的位置豎直擺放，也就是和地面所成的角是直角，要保證水流通過攔污柵速度不超過一定的界限，盡可能的降低日后工人清理垃圾和雜物的難度，通過速度最好小于，本設(shè)計(jì)選擇水流速度是。所以，其面積大小等于：=785.92m2式4-3其中為水輪機(jī)最大引用流量=392.96m3/s2）閘門設(shè)計(jì)：工作閘門：采用平板閘門，高度取9.5，寬度4.5，門厚0.8。檢修閘門：為了方便檢修，取為2。4.2壓力管道的計(jì)算水體流動(dòng)會(huì)通過壓力管道，其可以把三個(gè)部位的水都集中到水輪機(jī)管道里，這三個(gè)部分是（1）壓力前池（2）水庫（3）調(diào)壓室。最大的不同之處是它包括了水力發(fā)電站的的大部分或全部水頭，此外，坡度陡峭，內(nèi)部水壓較大，同時(shí)也受到了水的沖擊的干擾，而且離工廠的位置不是特別遠(yuǎn)，如果壓力管道受損，這會(huì)給廠房造成很大危險(xiǎn)。所以，保證壓力管道的結(jié)實(shí)度是非常關(guān)鍵的。那么就要選擇合適的材料﹑正確的設(shè)計(jì)方法。此設(shè)計(jì)為混凝土壩式廠房的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)水頭為100m，此設(shè)計(jì)較高，并且考慮到鋼的高強(qiáng)度和良好的抗?jié)B性，因此，使用鋼襯混凝土襯砌管道。壓力管道向多個(gè)單元供水，本設(shè)計(jì)采用單元供水模式。每個(gè)單元都有供水壓力管道，不設(shè)下閥門，結(jié)構(gòu)簡單，靈活性好，工作可靠，當(dāng)管道檢修或發(fā)生事故時(shí)，只有一個(gè)單元受到影響，其他單元將照常工作。另外，單元供水管易制造，無岔管，但管道在平面上占用面積大，成本高。明管的布局，由于設(shè)計(jì)水頭較大，因此設(shè)計(jì)采用縱向引進(jìn)的方式，一旦鋼管破裂，可避免水流直沖廠房。4.2.1壓力管道的布置結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行分析，機(jī)組到廠房之間的長度是米，所以把管道的間距設(shè)為米，取壓力管道的半徑為米，開挖的長度要在以內(nèi)，所以管道的厚度在以內(nèi)，與分岔起點(diǎn)位置的巖壁距離是左右，盡管厚度不是特別大，可是圍巖的質(zhì)量特別好，能夠通過建造的混凝土來實(shí)現(xiàn)。通過平面設(shè)計(jì)，從調(diào)壓室開始，經(jīng)過角的分隔，取平面線為，。通過合適的位置轉(zhuǎn)彎，防止出現(xiàn)難以預(yù)料的地址問題，盡可能的達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。4.2.2選擇合適的壓力管道的直徑按照管內(nèi)流速4～6，最大不超過7m，選定流速為5m/s，來進(jìn)行直徑確定，用下列公式計(jì)算可以得到式4-3式中：Q—為水管引用流量。通過管道的內(nèi)徑數(shù)值是，流動(dòng)的速度是。實(shí)際情況下，管道的壓力大于計(jì)算的壓力值是由于：首先，管道太長，而且洞的半徑比較大，且管道內(nèi)水體的流動(dòng)速度不高，因此水體的流動(dòng)環(huán)境也就發(fā)生了改變。其次，向家壩水電站是適中型的水力發(fā)電站，水流量不是特別大，但也不是特別小，能夠通過比較大的直徑來得到源源不斷的電力。4.2.3調(diào)節(jié)保證計(jì)算通過相應(yīng)的計(jì)算，可以知道水輪機(jī)每次導(dǎo)葉的開始和關(guān)閉所花費(fèi)的時(shí)間是，需要水體的沖擊力是牛頓；壓力管上的數(shù)值是牛頓，機(jī)組葉片的最大運(yùn)轉(zhuǎn)速度是，所以可以達(dá)到要求。4.2.4壓力管道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及穩(wěn)定計(jì)算相關(guān)數(shù)據(jù)：使用常見的碳素鋼材，其屈服強(qiáng)度的大小為低度混合的鋼材，其屈服強(qiáng)度的大小為，其彈性拉力常數(shù)等于，想要保證管道的質(zhì)量，就要設(shè)定管道外外水體產(chǎn)生的壓力值等于的水柱高，管道內(nèi)的水體產(chǎn)生壓力值等于水柱高。鋼材的彈性模量的大小取。對管道的簡單計(jì)算：為了保證安全，不管巖石的拉力大小，在受到內(nèi)部壓力的干擾下，壓力全部都由鋼管承受，計(jì)算如下：公式4-4公式里：的含義是水容重，取值為；的含義：管道內(nèi)部產(chǎn)生的水體壓力，大小??；的含義:壓力管的直徑取值；的含義：焊縫常數(shù)，通常選擇；的含義：鋼材允許應(yīng)力，本方案選擇低度混合的鋼材，取，然后再減少。而且還要把銹蝕鋼材、磨損等情況都加以考慮，所以實(shí)際情況下管壁的應(yīng)力要大于計(jì)算值，數(shù)值約為，所以管道的厚度大小等于而且，設(shè)計(jì)管壁不僅僅要考慮到厚度的穩(wěn)定性，還要把一些其他因素加以考慮，比如制造技術(shù)、運(yùn)輸?shù)囊蟮?。所以所設(shè)計(jì)的管壁厚度:不小于，而且還要大于，所以通過鍋爐的計(jì)算可以算出、結(jié)構(gòu)厚度為，故達(dá)到要求。鋼管抵抗外力的失穩(wěn)計(jì)算過程如下：（1）受到外界的干擾下，光面管的失穩(wěn)計(jì)算公式：式4-5公式里：的含義：鋼襯的厚度值，為；的含義：鋼襯的半徑大小，的含義：鋼襯屈服強(qiáng)度，3500kg/mm2由以上公式可以計(jì)算得到：當(dāng)光面管外壓失穩(wěn)，安全系數(shù)為2.0，即為允許設(shè)計(jì)外壓，然而外壓力所以，光面管達(dá)不到抗壓的要求，想要提高鋼襯的厚度和強(qiáng)度可能會(huì)造成經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)，所以常常會(huì)使用加勁環(huán)來進(jìn)行改善。（2）加勁環(huán)外壓的失穩(wěn)計(jì)算步驟①分析加勁環(huán)通過外界因素的干擾下，每相隔半米處就會(huì)安裝一個(gè)加勁環(huán)，加勁環(huán)高，厚度大小等于，使用下面的計(jì)算公式：公式4-6公式里:的含義：鋼板的屈服強(qiáng)度，——加勁環(huán)有效斷面,——加勁環(huán)形心軸處半徑，——加勁環(huán)之間的距離，所以所以施加在加勁環(huán)上的最大壓力值等于外界水體可以產(chǎn)生的壓力大小等于故不滿足要求。②加勁環(huán)間管壁的穩(wěn)定的計(jì)算公式壓力常數(shù)的最小值等于：公式4-7（＝0.3）外水壓力故達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)要求。4.2.5避免地下埋管而發(fā)生失穩(wěn)為了避免穩(wěn)定性被干擾，我們可以通過降低水體的壓力的方法，并且也可以使用排水廊道、孔結(jié)合的辦法。

5.水電站廠房設(shè)計(jì)5.1選擇合適的起重設(shè)備水力發(fā)電站的起重裝置有兩種：（1）橋式起重機(jī)。（2）門式起重機(jī)。而橋式起重機(jī)又分成：單、雙類型。雙小車起重機(jī)和單小車起重機(jī)的區(qū)別在于，橋架上有兩個(gè)小車能夠一起使用，也可以單獨(dú)進(jìn)行使用，一個(gè)小車對應(yīng)一個(gè)吊鉤，手動(dòng)改變起重速度能夠通過主、副鉤配合使用，如果提升的零件比較大時(shí)，可以同時(shí)使用兩臺(tái)小車。5.1.1選擇合適的吊車形式起重部件最大的是262噸的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，可選用300噸/40的單小車橋式起重機(jī)。5.1.2主要工作參數(shù)的選擇1）起重重量可以通過查閱相關(guān)數(shù)據(jù)得知，正常的起重重量等于。2）跨度大小跨度：指的是起重機(jī)的多個(gè)中心的間距大小，通常選用為衡量。本設(shè)計(jì)中跨度設(shè)為。3)起升的高度值起重機(jī)的小車都有一個(gè)相應(yīng)的起重機(jī)部分。4)吊鉤在生產(chǎn)廠房里，一個(gè)起重機(jī)的小車都會(huì)有主、副鉤各一個(gè)。要保證主鉤可以達(dá)到起吊額定就可以。5)其它主要尺寸，如附表9和附表10所示。5.2確定廠區(qū)樞紐布置本設(shè)計(jì)在確定廠房的總體布局時(shí)，需要考慮到一些因素的影響，如地理?xiàng)l件、施工環(huán)境等等。外界因素的不同，也就會(huì)影響廠房的總體布局以及各個(gè)部分的相對位置。5.3設(shè)計(jì)主廠房平面主廠房的長度和寬度主要取決于發(fā)電機(jī)定子季風(fēng)罩墻、尾水管、水輪機(jī)蝸殼和調(diào)速系統(tǒng)的布局。同時(shí)考慮上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的組合。5.3.1主廠房上部輪廓5.3.1.1主機(jī)室主機(jī)室也被稱為主機(jī)間，它是水電站最關(guān)鍵的部分。它的內(nèi)部布局必須與廠房樞紐各種建筑物協(xié)調(diào)一致，布局要求合理，易于操作和易于維護(hù)。1）確定機(jī)組的長度大小:水力發(fā)電站的型號不同或者類型不一樣，都會(huì)影響機(jī)組長度，表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)的不同：（1）發(fā)電季風(fēng)罩的尺寸大?。?）尾水管的尺寸大?。?）蝸殼尺寸等。的運(yùn)算方法如下：公式5-1公式里：的含義：機(jī)組段在軸正方向上的長度最大值；的含義：機(jī)組段在軸負(fù)方向上的長度最大值。Ⅰ.蝸殼層的計(jì)算方法：公式里：的含義是：混凝土在蝸殼外部的寬度值大小，范圍大小是，本設(shè)計(jì)取值；的含義是：蝸殼在軸正方向上面積的最大值，??；的含義是：蝸殼在軸負(fù)方向上面積的最大值，取。故Ⅱ.尾水管層的L值公式里：的含義：寬度值大大小為；的含義是：混凝土在尾水管側(cè)面的寬度值，范圍在，一般體積大的機(jī)組選擇的為，本設(shè)計(jì)取。故Ⅲ.發(fā)電機(jī)層的L值計(jì)算方法：公式里：的含義是：風(fēng)罩內(nèi)徑大小，取值為；的含義是：機(jī)組外罩之間的最短距離，范圍大小在。如果機(jī)組之間擺放樓梯，范圍變?yōu)?，筆者選；的含義是：風(fēng)罩壁的厚度，范圍在，筆者取。所以在上述計(jì)算中，或者取值都選最大的值：在計(jì)算時(shí)，需要考慮到一些外界因素的影響，故?。簣D5-1機(jī)組的長度圖2)計(jì)算邊機(jī)組段長度大小邊機(jī)組段的含義：在安裝位置上處于不同地點(diǎn)的機(jī)組段，在計(jì)算是，不僅僅要考慮上面所說的外界因素，還要考慮吊運(yùn)設(shè)備的要求、安裝的位置等。裝配廠所處的位置在左側(cè)，計(jì)算方法如下：式5-2其中，這里取。3)安裝間計(jì)算人們把安裝間也叫做裝配場，其作用是用來維修廠房的地點(diǎn)。廠房的右側(cè)就是安裝間、安裝間的高程和交通通道一樣高。安裝間的寬很大，是為了方便起重機(jī)的工作。安裝間的長寬確定主要是計(jì)算長度，一般情況下，是機(jī)組長度一倍到一點(diǎn)五倍，，此處取。此外，安裝間尺寸大小受到一個(gè)單元的大小影響。故，主廠房的總長度的大小等于：式5-3公式里：的含義是機(jī)組的長度大?。坏暮x等于機(jī)組總數(shù)再去掉一臺(tái)；的含義是端機(jī)長度大??；的含義是安裝間的尺寸大小。故本設(shè)計(jì)的廠房墻的厚度大小，得5.3.2.2主廠房寬度的尺寸大小本設(shè)計(jì)把機(jī)組中心做線，可以把主廠房分成：上游下游。公式5-4公式5-5公式里：的含義是從風(fēng)罩外側(cè)到上游墻的距離大小，本設(shè)計(jì)選??；的含義是：風(fēng)罩的厚度大小，范圍在，本設(shè)計(jì)??；的含義是：風(fēng)罩內(nèi)徑的大小，。所以：下側(cè)的BX，一定要達(dá)到上述的標(biāo)準(zhǔn)，而且還要能夠達(dá)到軸負(fù)方向上的蝸殼大小以及蝸殼外側(cè)厚度。若想要在廠房下側(cè)安放電氣設(shè)備，那就更要達(dá)到這些要求，一旦計(jì)算出了廠房的尺寸時(shí)，要使吊車可以正常的進(jìn)行跨度，取值為。向家壩水力發(fā)電站無其他設(shè)備，只需要達(dá)到交通標(biāo)準(zhǔn)。下游側(cè)的向家壩水力發(fā)電站凈寬是：上游側(cè)墻的厚度是；下游側(cè)墻的厚度是；所以發(fā)電廠的寬度等于：；副廠房寬度大小等于。5.3.2主廠房的下部輪廓主廠房下部可分為水輪機(jī)層﹑尾水管層和蝸殼層等。5.3.2.1水輪機(jī)層水輪機(jī)所處的位置在蝸殼頂部上面，而又在發(fā)電機(jī)下面。水輪機(jī)的位置如下：發(fā)電機(jī)的最下面是其底座，用于支撐水輪機(jī)部分的水輪機(jī)定子支架。該內(nèi)腔被稱為機(jī)坑﹑水輪機(jī)井或定子坑。機(jī)墩形式根據(jù)機(jī)組的容量是圓筒型，有良好的穩(wěn)定性能，同時(shí)也可以降低成本，減少鋼材的浪費(fèi)。機(jī)墩里面什么都沒有，是為了方便水輪機(jī)的正常工作和維修。機(jī)墩里面放接力裝置，還有一些油、氣、線等。通常情況下，工人要每隔一段時(shí)間都要對機(jī)墩的內(nèi)部進(jìn)行安全隱患的排查，機(jī)墩的尺寸不能太大，也不能太小，其直徑范圍應(yīng)該在發(fā)單機(jī)轉(zhuǎn)子直徑和水輪機(jī)直徑之間，而且也要考慮實(shí)際情況。按照以前的設(shè)計(jì)，內(nèi)徑D#可按下列公式選定：D#≧(1.3~1.5)D1=10.14~11.7m式5-6式中：D1——水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑，D1=7.8m。所以選定機(jī)墩內(nèi)徑為11m。為了方便蝸殼和尾水管的檢修工作，在水輪機(jī)層設(shè)有一個(gè)通向蝸殼和尾水管的進(jìn)入孔。蝸殼進(jìn)入孔的位置大多布置在靠近蝸殼進(jìn)口段的一側(cè)。其他通向水泵室和檢修廊道的通道可以位于主廠房的兩端。由于此設(shè)計(jì)的蝸殼為金屬蝸殼，在+y方向的蝸殼尺寸最小，作用筒布置在上游一側(cè)。拐臂不長，調(diào)速器在+y范圍內(nèi)安置。5.3.2.2蝸殼層蝸殼的含義是指：水輪機(jī)引水裝置和其他用混凝土建造的砌塊。這個(gè)部位的結(jié)構(gòu)和水頭的含量有關(guān)。該水電站的設(shè)計(jì)水頭為104.78m，內(nèi)部水壓較大，因此，使用鋼制蝸殼，而且蝸殼的入口端近似一個(gè)圓形，然后又慢慢的變成了橢圓形，蝸殼的包角大小等于，蝸殼的材料是由混凝土制成的，蝸殼的上部由其他軟材料制成，以防止或減少內(nèi)部水壓傳遞到外部混凝土。5.3.2.3發(fā)電機(jī)層發(fā)電機(jī)嵌入上部機(jī)架，需要安排發(fā)電機(jī)，調(diào)速設(shè)備，機(jī)旁盤，樓梯，吊閥孔，行車道等。5.4主廠房剖面設(shè)計(jì)方式主廠房橫截面的設(shè)計(jì)也叫豎向設(shè)計(jì)，大多數(shù)都是用來處理空間的問題，要求使用正確的方法計(jì)算廠房的相關(guān)數(shù)據(jù)，是為了更好的滿足發(fā)電廠的運(yùn)行條件。5.4.1水輪機(jī)的安裝高程的計(jì)算方法豎軸水輪機(jī)的計(jì)算方式：故等于。5.4.2尾水管底板高程的計(jì)算方法運(yùn)算方法如下：式5-7公式：的含義是尾水管的高度值，本設(shè)計(jì)取值；的含義是導(dǎo)葉的高度值，本設(shè)計(jì)取。故5.4.3主廠房基礎(chǔ)開挖高程的計(jì)算方法求得水輪機(jī)和尾水管出口兩者之間的長度，然后把尾水管出口高度、厚度加上到剛才的結(jié)果中，來獲得基礎(chǔ)的開挖高程?？捎上铝泄接?jì)算：式5-8式中：—水輪機(jī)的安裝高程，；的含義：尾水管底板的厚度值。巖基：；土中：，筆者選擇；的含義：尾水管的出口高度值，本設(shè)計(jì)??；的含義：和尾水管的出口頂面兩者之間的長度，取。所以5.4.4水輪機(jī)層地面高程的計(jì)算方法水輪機(jī)在地面的高程計(jì)算方法如下：：式5-9式中：的含義：金屬蝸殼的進(jìn)口處的斷面半徑，本方案取值：的含義：蝸殼頂最上面的混凝土的厚度值，通常大型的機(jī)組的取值范圍在，本實(shí)驗(yàn)取值為。故通常情況下，由于水輪機(jī)層地面的高程可以被整除，故取值為。5.4.5發(fā)電機(jī)定子安裝高程的計(jì)算方法發(fā)電機(jī)定子的計(jì)算方法，由水輪機(jī)的地面高程再兩個(gè)孔最高處的厚度，計(jì)算方法如下：公式5-10公式里：，；，。因此，5.4.6發(fā)電機(jī)層樓板高程的計(jì)算方法在對樓板進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)著重考慮：水輪機(jī)層的凈高不少于3.5~4.0m，否則無法合理安置廠內(nèi)設(shè)備。確定樓板的各個(gè)高程在同一水平線上。再將孔的高度加到水輪機(jī)層地面上，取值為、加孔頂厚的取值為、加定子機(jī)座高程取值為。故：。因此得出結(jié)論：樓板高程以及裝配場的高程大小都等于。5.4.7吊車軌頂高程的計(jì)算方法吊車軌頂高程主要有下列要素來決定：機(jī)組拆卸檢修部件與地面水平間距為0.3m，垂直間距通常為0.6~1.0m，并滿足檢修變壓器時(shí)的所需高度。因而起重機(jī)的安裝高程可以由下列公式計(jì)算得到：式5-11式中：；；；，（1.0-1.5m）；；因此5.4.8屋頂?shù)母叱痰挠?jì)算方法本方案中，起重機(jī)的最高處到小車最高處的長度等于，屋面上層結(jié)構(gòu)為2m，并為檢修吊車留0.5m的高度。故：。。5.4.9廠房總高度的計(jì)算方法由于在設(shè)計(jì)中，廠房必須要有一段安裝在地面以下，因此，廠房總高度計(jì)算方法為：圖5-5廠房橫剖面各高程的確定示意圖5.5布置與設(shè)計(jì)（副廠房）水電站副廠房的布局應(yīng)該考慮到工作人員的生活與工作環(huán)境，并把機(jī)電設(shè)備的正常有效運(yùn)行放在重要地位。對于此水電站，副廠房應(yīng)該建設(shè)在靠近公路的一端。此舉的意義在于可以給工作人員帶來良好的生活與工作環(huán)境，盡可能給他們帶來方便，并且可以保證廠房內(nèi)各機(jī)電設(shè)備之間干擾較小，可是機(jī)電設(shè)備更安全更有效率的運(yùn)行。

6.專題──吊車梁的配筋計(jì)算6.1荷載的確定6.1.1靜荷載吊車梁的自重主要包括混凝土的重量以及鋼軌及附件重量組成。后者需要根據(jù)廠家的資料確定。據(jù)《水電站》（徐國賓主編）可知其值大約是1.5～2.0kN/m，本設(shè)計(jì)中取為2.0kN/m。吊車梁分為多跨布置，本設(shè)計(jì)廠房的長度為159.015m，由于一個(gè)機(jī)組段長約30m，每個(gè)機(jī)組段設(shè)計(jì)一個(gè)分縫，因此按分縫設(shè)計(jì)其跨長，每跨長大約為10m。由《水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)》可知T形梁截面混凝土的截面高度一般取為跨長的15～18，即其取值范圍大致為2～1.25m。本設(shè)計(jì)取為1.5m。梁肋寬一為梁高的則個(gè)荷載如下：混凝土部分自重q梁上的鋼軌及附件重量由前述說明已知q其自重荷載為：q=6.1.2動(dòng)荷載據(jù)《水電站》（徐國賓主編）可知?jiǎng)雍奢d的計(jì)算分為豎向最大輪壓Pmax，橫向水平制動(dòng)力T1以及縱向水平剎車力T2（1）豎向最大輪壓Pmax由《水電站》（徐國賓主編）可知起計(jì)算按照吊車起吊的最重要物件（本設(shè)計(jì)中為水輪機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子連軸），且小車移至主鉤極限位置L1時(shí)來計(jì)算其值，既有其表達(dá)式為：Pmax=1公式里：m—單個(gè)吊車在單側(cè)吊車梁上的輪子個(gè)數(shù)，本文??；G—吊車總重，由前述吊車各參數(shù)可知其值取為66.4t；G1G2L1Lk將上述各值代入式（6-1）中可得：P由于動(dòng)力影響，在最大輪壓上需要乘一個(gè)動(dòng)力系數(shù)，本設(shè)計(jì)中動(dòng)力系數(shù)取為1.05，即可知豎向最大輪壓值為24.49t。（2）橫向水平制動(dòng)力T1的確定由《水電站》（徐國賓主編）可知一臺(tái)吊車工作時(shí)其表達(dá)式為：軟吊鉤T1=0.08硬吊鉤T1=0.由于本設(shè)計(jì)采用軟鉤，將本設(shè)計(jì)中得各值代入式（6-2）有：T即橫向水平制動(dòng)力T1的值為1.64t。（3）縱向水平剎車力T2的確定由《水電站》（徐國賓主編）可知縱向水平剎車力對吊車設(shè)計(jì)沒有過大的影響，故與本設(shè)計(jì)中忽略不予計(jì)算。6.2吊車梁的內(nèi)力計(jì)算6.2.1承受移動(dòng)豎向輪壓作用的內(nèi)力計(jì)算由前述可知其跨長為10m，因結(jié)構(gòu)以及荷載對稱，可取半個(gè)跨長計(jì)算，每個(gè)計(jì)算點(diǎn)相間隔1m，共6各計(jì)算截面。（1）均布荷載作用下的各截面彎矩，剪力計(jì)算梁兩端支反力相等既有：F0=F式中F0F11有已知q=26.5kN/m，l=10m代入式（6-4）中有：F以0點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，建立xy坐標(biāo)系。以x軸為長度，分別以y軸為剪力與彎矩作出其內(nèi)力圖其中圖6-1為均布荷載下的梁的剪力圖，圖6-2為均布荷載下梁的彎矩圖：圖6-1剪力圖圖6-2彎矩圖由《材料力學(xué)》（白新里主編）可知其內(nèi)力方程為：剪力：F彎矩：M由此可知個(gè)計(jì)算截面在均布荷載作用下的內(nèi)力表如表6-1：表6-1各截面內(nèi)力表項(xiàng)目012345M（kN·m）0119.25212278.25318331.25Fs132.510679.55326.50注：截面及其受力對稱，只列出其前半段跨長上的個(gè)點(diǎn)截面的計(jì)算。（2）吊車最大豎向輪壓作用下的各截面最大（?。﹥?nèi)力計(jì)算根據(jù)《結(jié)構(gòu)力學(xué)》（第三版龍馭球主編）作各截面的影響線，將豎向輪壓視為集中力其大小為933.2kN。按機(jī)動(dòng)法做影響線如圖6-3，以2點(diǎn)處截面為例。圖6-3剪力影響線圖6-4彎矩影響線當(dāng)集中力作用于點(diǎn)2處時(shí)有：M2=6.4×233.3=1493.12kN·mFF由此其各截面的最大（小）剪力與彎矩如表6-2。表6-2動(dòng)荷載作用下截面最大（?。┘袅澗乇眄?xiàng)目012345M（kN·m）0839.881493.121959.722239.682233FQmax933.2839.88746.56653.24559.92466.6FQmin0-93.32-186.64-279.96-373.28-466.66注：截面及其受力對稱，只列出其前半段跨長上的個(gè)點(diǎn)截面的計(jì)算。將表6-1與表6-2可得如下表6-3表6-3合荷載作用下截面最大（小）剪力彎矩表項(xiàng)目012345M（kN·m）0959.131705.122237.972557.682564.25FQmax1065.7945.88826.06706.24586.42466.6FQmin132.512.668-107.14-226.96-346.78-466.6注：截面及其受力對稱，只列出其前半段跨長上的個(gè)點(diǎn)截面的計(jì)算。6.2.2受橫向水平剎車力的內(nèi)力計(jì)算橫向水平剎車力通過作用在梁上的吊車軌道而作用于吊車梁上，與豎向里一樣，只是將其值的大小代替豎向力的大小計(jì)算，且作用點(diǎn)的位置一樣，即將4Pmax其彎矩表如表6-4。表6-4水平剎車力作用下的內(nèi)力表項(xiàng)目012345MT（kN·m）014.7626.2434.4439.3639.24注：截面及其受力對稱，只列出其前半段跨長上的個(gè)點(diǎn)截面的計(jì)算。6.3配筋計(jì)算6.3.1彎矩作用下的配筋計(jì)算本設(shè)計(jì)混凝土采用C30（fc=1