緊水灘水電站壩后式廠房方案論證設計說明書

- 1 - 摘要 緊水灘水電站位于龍泉溪上，是甌江上游干流梯級開發(fā)的第一級水電站，工 程以發(fā)電為主，兼顧航運、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，設計洪水位為 289.94m，相應的下泄流量為 11000m3/s；校核洪水位為 291.80m，相應的下泄流 量為 14100m3/s，正常蓄水位為 284m，設計低水位為 264m.非溢流壩壩頂高程 293.88m。壩基開挖至高程 200m。最大壩高 93.88m。上游壩坡坡度 1：0.15，下 游壩坡坡度 1：0.77，溢流壩堰頂高程 272.37m，水電站進水口中心線高程 254.2m 本樞紐河谷底寬 80m 左右，壩頂高程處壩軸線長 278m， ，泄水建筑物進口凈 寬 96m。根據(jù)布置，溢流壩段布置在河床中間，廠房布置在溢流壩段,為廠房頂溢 流形式。因右岸比較平緩，可布置開關站. 該工程采用壩后式水電站布置方式，通過計算選用了混流式水輪機型，轉輪 直徑為 3.0m,轉速為 214.3r/min。安裝水輪發(fā)電機組 4 臺， 單機容量 4.6 萬千 瓦，總裝機容量為 18.4 萬 kW。主廠房寬為 19m，長為 75.5m.副廠房是為保證水 電站正常運行需要，設置在主廠房上游側。主要布置各種機電輔助設備、房間、 生產間和必要生活設施房間。進場公路布置在左岸。 本設計還包括壩內埋管的結構設計。 關鍵詞關鍵詞 壩后式水電站 混凝土重力壩 水輪機 發(fā)電機 進水口 廠房 壩內埋管 - 2 - ABSTRACT Jin-shui-tan hydroelectric station is located on Long-quan stream which is the 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 sluicing. The design water level is 289.94m ,its corresponding flow amount is 11000m3/s .The check level is 291.80m ,its corresponding flow is 14100m3/s.The regular water retaining level is 284m .The crest elevation of the non-over-fall dam is 293.88m , the foundation of dam arrives to 192m height,The max height of the dam is 93.88m ,The upstream dam slope is 1:0.15 ,the downstream dam slop is 1:0.77 ,the crest elevation is 272.37m . The elevation of the water intake of the plant is 254.2m. The width of bottom of the river vale to this hinge is about 80m; the length of axis on top of dam is 278m; According to disposal, the overflowing lies in the middle of riverbed, whereas factory lies in the middle of overflowing dam .Because the left shore is much flater which can lay the switch station. This engineering uses such disposal that the hydroelectric station is behind the dam. We choose the mixed hydraulic turbine, whose diameter is 3.0m and r.p.m is 214.3r/min. One of Generator has 46000 kw electricity. It is ensured to generate 184000 kw electricity. The width of the main power house is 19m,the length is 75.5m. All kinds of auxiliary equipment and other kinds of rooms assemble in deputy house. This design concludes the penstock embeded in dam. Key Words：Power station at the toe of the dam ，concrete gravity ,overflow spillway, turbine, generator, intake, powerhouse, penstock embeded in dam - 3 - 目錄 摘要摘要.1 ABSTRACT.2 第一章第一章 設計基本資料設計基本資料 - 1 - 1.1 流域概況和地理位置流域概況和地理位置.- 1 - 1.1.1 水文條件 .- 1 - 1.1.2 氣象條件 .- 1 - 1.1.3 廠區(qū)水位流量關系 .- 2 - 1.1.4 水庫面積、容積 .- 2 - 1.1.5 工程地質 .- 3 - 1.1.6 當?shù)亟ㄖ牧?.- 4 - 1.1.7 工程效益 .- 4 - 1.2 設計資料設計資料.- 5 - 1.2.1 水能規(guī)劃 .- 5 - 1.2.2 擋水建筑物及泄水建筑物 .- 5 - 1.2.3 引水建筑物 .- 6 - 1.2.4 水電站廠房 .- 6 - 1.3 設計任務設計任務.- 6 - 1.3.1 水能利用 .- 6 - 1.3.2 樞紐布置、擋水及泄水建筑物 .- 6 - 1.3.3 水電站引水建筑物 .- 6 - 1.3.4 水電站廠房 .- 6 - 1.3.5 其他 .- 6 - 第二章第二章 水輪機水輪機 - 7 - 2.1 特征水頭的確定特征水頭的確定.- 7 - 2.2 水輪機選型水輪機選型.- 8 - 2.3 水輪機蝸殼及尾水管水輪機蝸殼及尾水管.- 10 - 2.3.1 蝸殼尺寸確定 .- 10 - 2.3.2 尾水管尺寸確定 .- 11 - 2.4 調速設備及油壓設備選擇調速設備及油壓設備選擇.- 12 - 2.4.1 調速功計算 .- 12 - 2.4.2 接力器選擇 .- 12 - - 4 - 2.4.3 調速器的選擇 .- 13 - 2.4.4 油壓裝置 .- 14 - 第三章 發(fā)電機 - 15 - 3.1 發(fā)電機的尺寸估算發(fā)電機的尺寸估算.- 15 - 3.1.1 主要尺寸估算 .- 15 - 3.1.2 外形尺寸估算 .- 16 - 3.2 發(fā)電機重量估算發(fā)電機重量估算.- 18 - 第四章 混凝土重力壩 - 19 - 4.1 剖面設計剖面設計.- 19 - 4.1.1 壩高的確定 .- 19 - 4.1.2 壩底寬度的確定 .- 21 - 4.2 穩(wěn)定與強度校核穩(wěn)定與強度校核.- 23 - 4.2.1作用組合和類型 .- 23 - 4.2.2 承載能力極限狀態(tài)強度和穩(wěn)定驗算 .- 29 - 4.2.3 正常使用極限狀態(tài)進行強度的計算和驗算。 .- 37 - 4.3 混凝土壩的材料與構造混凝土壩的材料與構造.- 40 - 4.3.1 材料 .- 40 - 4.3.2 構造 .- 40 - 4.4 地基處理地基處理.- 41 - 4.4.1 壩基帷幕灌漿 .- 41 - 4.4.3 壩基排水設施 .- 41 - 第五章第五章 引水建筑物布置引水建筑物布置 - 42 - 5.1 壓力鋼管布置壓力鋼管布置.- 42 - 5.1.1 確定鋼管直徑 .- 42 - 5.2 進水口布置進水口布置.- 42 - 5.2.1 確定有壓進水口的高程 .- 42 - 5.2.2 漸變段尺寸確定 .- 43 - 5.2.3 攔污柵尺寸確定 .- 44 - 5.2.4 通氣孔的面積確定 .- 45 - 第六章第六章 主廠房尺寸及布置主廠房尺寸及布置 - 46 - 6.1 廠房高度的確定廠房高度的確定.- 46 - 6.1.1 水輪機安裝高程 .- 46 - - 5 - 6.1.2. 尾水管頂部高程及尾水管底部高程 - 46 - 6.1.3 基巖開挖高程 .- 46 - 6.1.4 水輪機層地面高程 .- 46 - 6.1.5 發(fā)電機層樓板高程 .- 47 - 6.1.6 吊車軌頂高程 .- 47 - 6.1.7 廠房頂高程 .- 47 - 6.2 主廠房長度的確定主廠房長度的確定.- 47 - 6.2.1 機組段長度確定 .- 47 - 6.2.2 端機組段長度 .- 48 - 6.2.3 裝配場長度 .- 49 - 6.3 主廠房寬度和橋吊跨度的確定主廠房寬度和橋吊跨度的確定.- 49 - 第七章第七章 混凝土溢流壩混凝土溢流壩 - 51 - 7.1 溢流壩段總寬度的確定溢流壩段總寬度的確定.- 51 - 7.1.1 單寬流量 q 的選擇 .- 51 - 7.1.2 確定溢流前緣總凈寬 L- 51 - 7.1.3 確定溢流壩段總寬度 .- 52 - 7.2 堰頂高程的確定堰頂高程的確定.- 52 - 7.2.1 堰頂高程的確定 .- 52 - 7.2.2 閘門高度的確定 .- 53 - 7. 3 堰面曲線的確定堰面曲線的確定 - 53 - 7.3.1 最大運行水頭和定型設計水頭的確定.- 53 - max H d H 7.3.2 三圓弧段的確定 .- 53 - 7.3.3 曲線段的確定 .- 54 - 7.3.4 直線段的確定： .- 54 - 7.3.5 反弧段的確定 .- 54 - 7.3.6 鼻坎挑角和坎頂高程的確定 .- 55 - 7.3.7 溢流壩倒懸的確定 .- 55 - 7.4 溢流壩強度和穩(wěn)定驗算溢流壩強度和穩(wěn)定驗算.- 55 - 7.4.1 作用組合和類型 .- 55 - 7.4.2 承載能力極限狀態(tài)強度和穩(wěn)定驗算 .- 57 - 7.4.3 正常使用極限狀態(tài)進行強度的計算和驗算 .- 59 - 7.5 溢流壩的結構布置溢流壩的結構布置.- 60 - 7.6 因布置廠房調整后的溢流壩剖面因布置廠房調整后的溢流壩剖面.- 60 - 7.7 消能與防沖消能與防沖.- 60 - - 6 - 7.7.1 鼻坎的型式和尺寸 .- 60 - 7.7.2 挑射距離和沖刷坑深度的估算 .- 60 - 第八章第八章 壓力鋼管應力分析及結構設計壓力鋼管應力分析及結構設計 - 62 - 8.1 水力計算水力計算.- 62 - 8.1.1 水頭損失計算 .- 62 - 8.1.2 水錘計算 .- 69 - 8.2 壓力鋼管厚度的擬定壓力鋼管厚度的擬定.- 72 - 8.3 鋼管、鋼筋、混凝土聯(lián)合承受內壓的應力分析鋼管、鋼筋、混凝土聯(lián)合承受內壓的應力分析.- 74 - 8.3.1 混凝土開裂情況判別 .- 74 - 8.3.2 應力計算 .- 78 - 參考文獻參考文獻 - 81 - - 1 - 第一章 設計基本資料 1.1 流域概況和地理位置 緊水灘水電站在甌江支流龍泉溪上，壩址以上流域面積 2761 平方公里。龍 泉溪發(fā)源于浙閩交界仙霞嶺、洞官山，河流長度 153 公里，直線長度 77 公里， 平均寬度 36 公里。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，險灘較多。 本流域東側與甌江支流小溪相鄰，西側與錢塘江支流烏溪江相鄰，南側為閩 江支流松溪，北側為甌江支流松陰溪。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 1921 米，流域平均高度 662 米，河 道坡降上游陡、下游緩，平均坡降為 6.32 0.97，因河道陡，河槽調蓄能力 低，匯流快，由暴雨產生的洪水迅漲猛落，歷時短，傳播快，所以一次洪水過程 尖瘦，屬典型的山區(qū)性河流。 龍泉溪是浙江省木材主要產地，境內森林茂盛，植被良好，水土流失不嚴重。 本工程為甌江干支流規(guī)劃的五個梯級開發(fā)中的一級，以發(fā)電為主，兼顧航運、 放木（竹）以及防洪等綜合效益。電站建成后主要擔任華東電網(wǎng)調峰并供電麗水、 溫州，將使麗、溫兩地區(qū)通過 220 千伏輸電線路聯(lián)系，形成浙南電力系統(tǒng)。為解 決建壩后龍泉溪木材（竹）的流放和航運的發(fā)展，大壩左岸專門設置有貨筏過壩 建筑物。水庫有 1.53 億立方米的防洪庫容，用以減輕下游麗水、碧湖地區(qū)防洪 的負擔。 1.1.1 水文條件 緊水灘壩址與石富站流域面積僅差 41 平方公里，占控制流域面積的 15%，故 壩址處流量資料均不加修改，直接采用石富站資料。 1.1.2 氣象條件 1.1.2.1 氣溫 本地區(qū)地處浙東南沿海山區(qū)，屬溫帶季風氣候，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，實測最高氣溫為 40.7（1966 年 8 月） ，最低氣溫-8.1（1969 年 2 月） 。 - 2 - 1.1.2.2 濕度 流域內氣候濕潤，歷年平均相對濕度 79%，其中以六月份的 87%為最大，一 月份的 84%為最小，實測最小相對濕度僅 8%。 1.1.2.3 降雨量 本流域距東海僅 120180 公里，水汽供應充沛，壩址以上流域年平均雨量為 1833.8 毫米，但在年內分配很不均勻，39 月占年雨量為 80.5%，其中 56 兩月 為雷雨季節(jié)，降雨量占年雨量的三分之一，往往形成連綿起伏的洪水，本流域暴 雨常出現(xiàn)在此期間，實測最大 24 小時雨量為 236.8 毫米。79 月間臺風侵襲，也 有暴雨出現(xiàn)，最大 24 小時雨量曾達 145.4 毫米。 流域多年平均降水日數(shù)為 172 天，最多達 201 天，最少 145 天。 1.1.2.4 風向風速 本流域 4 至 8 月為東南風，1 至 3 月、9 至 12 月一般為東北風及西北風。歷 年平均風速 1.15 米/秒，出現(xiàn)在 1970 年 4 月，風向西北偏西。壩址區(qū)可能發(fā)生 最大風力為 11 級，相當于風速 32 米/秒。 1.1.3 廠區(qū)水位流量關系 表 11 廠區(qū)水位流量關系 水位 （m） 202203204205206207208209210 流量 （m3/s ） 8024054088012801740230029003620 水位 （m） 211212213214215216217218219 流量 (m3/s) 438052006060700079408980100801120012340 1.1.4 水庫面積、容積 表 12 水庫面積、容積 高程 （m） 205215220225230235240 - 3 - 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 （m） 280285290295300 面積 （km2） 31.235.240.348.158.4 容積 （108m3） 9.1010.7512.715.0517.7 1.1.5 工程地質 1.1.5.1 地形地勢 庫區(qū)周邊地勢高峻，無低矮分水嶺，巖石堅硬完整，雖有部分斷層伸延庫外，但斷層膠 結好，山體雄厚，且地下水位分布較高，故無永久滲漏之慮。 庫區(qū)巖石以山巖為主，物理地質現(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生大規(guī)模的邊坡不穩(wěn)定。 本地區(qū)的地震烈度為 6 度。 緊水灘峽谷長約 300 米，壩址上游河谷為東西向，進入壩址后轉為南北向， 水流湍急，河流徑急灘折向南偏東流出河谷，在壩址上游轉彎和下游急灘兩地段， 水流集中沖刷形成深潭。 河谷深切，河谷呈“V”型，兩岸地形坡度：200220 米高程為 35， 220260 米高程為 45，260340 米高程為 5060，河低高程約 200 米， 谷寬 80100 米，一般苦水面寬度：50 米，水深 13 米。 1.1.5.2 巖性 壩區(qū)位于 90 平方公里的“牛頭山”花崗斑巖巖枝的南緣，細?；◢弾r和小 - 4 - 型的石英巖脈、細晶巖脈，輝綠巖脈侵入穿摘其間與圍巖接觸良好。 1.1.5.3 地質構造 根據(jù)壩址區(qū)資料分析，緊水灘壩址兩岸地形對稱，巖性均一，較新鮮完整， 風化淺，構造不甚發(fā)育，水文地質條件較簡單，故屬工程地質條件較好的壩址。 但對緩傾角節(jié)理，低水頭的裂隙承壓水和兩岸壩肩的三角穩(wěn)定問題等需加重視。 1.1.6 當?shù)亟ㄖ牧?1.1.6.1 土料 下村料場：距壩址 0.5 公里，有效儲量 426700 立方米。 油坑料場：位于 500550 米高程的立平山丘上，為粘土及壤土組成。 1.1.6.2 砂石料 共計 23 個料場，有效儲量水下 557000 立方米，水上 3094600 立方米、合計 3651600 立方米 1.1.7 工程效益 本電站以發(fā)電為主，同時兼顧防洪、航運、漁業(yè)等綜合利用。 1.1.7.1 發(fā)電 龍泉溪水電站建成后連入華東電力系統(tǒng)，作為系統(tǒng)調峰電源之一。 1.1.7.2 防洪 水庫建成后，可減輕洪水對麗水縣城和碧湖平原的影響。在水庫五年一遇和 二十年一遇洪水時，緊水灘洪峰流量，由原來的 4270、6260 秒立方米。分別削 減為 2270、3560 秒立方米。 1.1.7.3 航運與木竹流放 水庫建成后，庫區(qū)可通航機動船，由于水庫的調節(jié)作用，壩址至麗水枯水期 的最小流量由原來的 2.23 秒立米提高到 50 秒立米，保證率（8085%）水深增 加了 0.6 米左右。從而改善了航運條件。 水庫建成后，經(jīng)水庫調節(jié)，流放竹、木條件可大為改善，有效流放時間可大 為增長，流放量由現(xiàn)在的 14 萬立方米提高到 27.4 萬立方米。 1.1.7.4 漁業(yè) - 5 - 水庫建成后，正常畜水位時，水庫面積達 34.2 平方公里，為發(fā)展?jié)O業(yè)及其 他水產養(yǎng)殖事業(yè)創(chuàng)造了有利條件。 1.2 設計資料 1.2.1 水能規(guī)劃 1.校核洪水位: 291.80m , 校核洪水最大下泄流量 14100m3/s. 2.設計洪水位: 289.94m, 設計洪水最大下泄流量 11000 m3/s. 3.設計蓄水位: 284.00m 4.設計低水位: 264.00m 5.裝機容量: 446MW 6.機組機型： 選型計算確定 7.其它：調速器、油壓裝置及起重機選型根據(jù)選定的水輪發(fā)電機組的參數(shù) 計算確定。 1.2.2 擋水建筑物及泄水建筑物 1.擋水建筑物： 混凝土重力壩 2.泄水建筑物： 混凝土溢流壩 3.其它 ： 無 1.2.3 引水建筑物 壩式進水口、單元供水、金屬蝸殼 1.2.4 水電站廠房 壩后式水電站 1.3 設計任務 1.3.1 水能利用 無 1.3.2 樞紐布置、擋水及泄水建筑物 - 6 - 確定本水電站工程樞紐的組成，建筑物及工程的等級，進行整體樞紐規(guī)劃布 置。用簡易方法計算擋水建筑物和泄水建筑物的基本輪廓尺寸，繪制本電站樞紐 布置圖和擋水建筑物、泄水建筑物典型橫剖面圖。 1.3.3 水電站引水建筑物 根據(jù)本電站的基本資料，選擇水輪機型號及其主要參數(shù)，選擇配套的發(fā)電機 和調速器、油壓裝置型號并確定主要尺寸。在此基礎上計算壓力鋼管主要參數(shù)并 進行布置，計算進水口、攔污柵基本參數(shù)，繪制壓力鋼管布置圖。 1.3.4 水電站廠房 在上述基礎上，計算本電站主廠房基本尺寸，選擇合適的起重設備，然后進 行廠區(qū)樞紐布置及主、付廠房設備布置。繪制廠房典型橫剖面圖，水輪機層平面 布置圖和發(fā)電機層平面布置圖各 1 張。 1.3.5 其他 用 AutoCAD 將上述圖紙中至少 1 張繪制成 1工程圖。專題：本電站壓力鋼 管應力分析及結構設計，并繪制結構圖。 - 7 - 第二章 水輪機 2.1 特征水頭的確定 在校核洪水位下, 四臺機組滿發(fā)，H1=70.54m； 在設計洪水位下，四臺機組滿發(fā)，H2=71.40m； 在設計蓄水位下, 一臺機組滿發(fā)，H3=81.26m.； 在設計蓄水位下，四臺機組滿發(fā)，H4=80.08m； 在設計低水位下，四臺機組滿發(fā)，H5=59.79m； 在設計低水位下，一臺機組滿發(fā)，H6=61.32m。 最大水頭為 =81.26m max123456 maxHHHHHHH 最小水頭為 =59.79m min123456 minHHHHHHH 加權平均水頭為 =72.74 maxmin 0.60.4 av HHH 設計水頭為 =69.11m0.95 rav HH 2.2 水輪機選型 根據(jù)水頭變化范圍 59.79m81.26m,在水輪機系列型譜表 33.表 34 中查 出合適的機型為 HL220. HL220 型水輪機的主要參數(shù)選擇 1. 轉輪直徑 D1計算 查水電站表 36 和圖 312 可得 HL220 型水輪機在限制工況下單位流 量 Q11M=1150L/s，效率 =89.0%，由此可初步假定原型水輪機在該工況下單位 流量 Q11= Q11M=1150L/s，效率 =90%。 D1= （2-1） r 11rr N 9.81Q HH - 8 - Nr=Ngr/gr 式中 Nr水輪發(fā)電機額定出力，kW； gr發(fā)電機的額定效率，gr=96%, Nr=Ngr/gr=46000/96%=47916.67kw Hr設計水頭，m； 原型水輪機的效率（%） ，由限制工況下的模型水輪機的效率修正 可得。 Nr=Ngr/gr=47916.67kw D1=2.866m r 11rr N 9.81Q HH 選用與之接近而偏大的標稱直徑 D1=3.0m. 2. 轉速 n 計算 查水電站表 34 可得，HL220 型水輪機在最優(yōu)工況下單位轉速 n110M=70.0 r/min,初步假定 n110=n110M=70.0r/min,Hav=72.74m,D1=3.0m. n=199.00r/min (2-2) 110 1 av nH D 選擇與上述計算值相近而偏大的同步轉速 n=214.3r/min。 3. 效率及單位參數(shù)修正 查表 36 可得 HL220 型水輪機在最優(yōu)工況下的模型最高效率為 Mmax =91% 模型轉輪直徑 D1M=0.46m max=1-(1-Mmax)=1-(1-91%)=93.8% (2-3) 1 5 1 M D D 5 0.46 3.0 則效率修正值為 =93.8%-91%=2.8%?？紤]到模型與原型水輪機在制造上的差 異。常在已求得的 值中再減去一個修正值 ，現(xiàn)取 =1.0%，可得修正值 為 =1.8%，原型水輪機在最優(yōu)工況和限制工況下的效率為 - 9 - max=Mmax+=91%+1.8%=92.8% =M+=89%+1.8%=90.8%90% 與假定不符。 重新假定效率 =90.8%，采用上述過程，得出 D1=3.0m,n=214.3r/min, max=93.8% =93.8%-91%-=1.8% max=Mmax+=92.8% =M+=90.8% 與上述假定值相同。 單位轉速的修正值 =(-1)= 0.98% (2-4) 110 110M n n max maxM 由于150r/min，選擇懸式發(fā)電機。查表，對應 SF65- 28/640,功率因數(shù) cos=0.90.則發(fā)電機額定容量 Sf為 Sf=Nf/cos=51111.11kVA 3.1.1 主要尺寸估算 1.極矩 （3-1） 4 2 f j S K p 式中 發(fā)電機額定容量（KVA） f S 取 810，此時取 9 f K P磁極對數(shù)，P=14 458.83 2 f j S Kcm p 2.定子內徑 Di Di=524.33cm （3-2） 2p 3.定子鐵芯長度 lt （3-3） 2 f t ie S l CD n 式中 C系數(shù)，C 取 5.510-6 - 16 - 額定轉速，rpm e n lt=157.73cm 2 f ie S CD n lt/=2.68 定子鐵芯長度 lt主要受發(fā)電機的通風冷卻和運輸條件的限制。當 lt/3 時， 通風較困難；當 lt/2.5m 時，一 般采用現(xiàn)場疊裝定子。 4.定子鐵芯外徑 Da ne166.7rpm Da=Di+=524.33+58.83=583.16cm 3.1.2 外形尺寸估算 3.1.2.1 平面尺寸估算 1. 定子基座外徑 D1 20000kVA D2= D1+2.4=7.0+2.4=9.4m 3. 轉子外徑 D3 D3= Di-2= Di=524.33cm （ 為單邊空氣間隙，初步估算時可 忽略不計） 4. 下機架最大跨度 D4 D4=D5+0.6=4.2+0.6=4.8m 5. 水輪機基坑直徑 D5 D5=4.2m 6. 推力軸承外徑 D6=3.4m 7. 勵磁機外徑 D7=2.4m 3.1.2.2 軸向尺寸計算 1. 定子機座高度 h1 - 17 - ne214.3r/min h1= lt+2=157.73+258.83=275.34cm 2. 上機架高度 h2 h2=0.25 Di=0.2558.83=131.08cm （懸式承載機架） 3. 推力軸承高度 h3 h3=1600mm 勵磁機高度 h4 h4=2100mm=2.1m （包括勵磁機架，高度 900mm） 副勵磁機高度 h5 h5=900mm=0.9m 永磁機高度 h6 h6=700mm=0.7m 4. 下機架高度 h7 h7=0.12 Di=0.12524.33=62.92cm （懸式非承載機架） 5. 定子支座支承面至下機架支承面的距離 h8 h8=0.15 Di=0.15524.33=78.65cm 6. 下機架支承面至主軸法蘭底面之間的距離 h9 h9=1m 按以生產的發(fā)電機統(tǒng)計資料，一般為 7001500mm，取 1000mm=1m。 7. 轉子磁軛軸向高度 h10 h10= lt+（500600）mm=1.58+0.52=2.1m (無風扇時) 8. 發(fā)電機主軸高度 h11= （0.70.9）H=（0.70.9）10.45=7.329.41 取 h11=7.5m 1 圖 3-1 發(fā)電機外形尺寸 3.2 發(fā)電機重量估算 水輪發(fā)電機的總重量 Gf=K1 2 3 f e S n - 18 - 式中 發(fā)電機總重量，t， f G 系數(shù)，懸式=810，這里取 9 1 K 1 K Gf=K1346.13t 2 3 f e S n 發(fā)電機轉子重量約為 0.5Gf=0.5346.13=173.1t 第四章 混凝土重力壩 - 19 - 4.1 剖面設計 重力壩剖面設計的任務在于選擇一個既滿足穩(wěn)定回去強度要求，又使體積最 小和施工簡單、運行方便的剖面。 - 20 - 4.1.1 壩高的確定 水庫總庫容 13.71 億 m3，工程規(guī)模為大（1）型，一等。主要建筑物為 1 級， 次要建筑物為 3 級，臨時性建筑物為 4 級。 壩頂高程=設計洪水位+h設=289.94+h設 壩頂高程=校核洪水位+h校=291.80+h校 壩頂超出靜水位高度 h=2h1%+hz+ hc 式中 2h1%累計頻率為 1%的波浪爬高，m； hz波浪中心線高出靜水位的高度，m； hc取決于壩的級別和計算情況的安全超高，m。 （4-1） 1 1 3 12 0 22 00 1 1 3.75 2.15 0 22 00 0.0076 0.331 m ghgD V VV gLgD V VV 式中 h當=20250 時，為累計頻率 5%的波高，m； 2 0 gD V V0計算風速，m/s，正常運用條件（正常蓄水位/設計洪水位） ，取多年 平均最大風速的 1.52.0 倍；非常運用條件（校核洪水位） ，取洪 水期多年平均最大風。 ； D風區(qū)長度，m； g重力加速度，m/s; Lm平均波長，m。 設計洪水位下（設=289.94 ） =27.13（20，250） 2 0 gD V h=0.91m 1 12 3 0 12 0 2 0 0.0076 VgD V Vg - 21 - h 為累計頻率 5%的波高,hm/Hm0 RRR RR WM T AJ 滿足要求。 4.2.3.2 壩體選定截面上游端點的拉應力驗算 要求壩體上游面的垂直應力不出現(xiàn)拉應力（計揚壓力） ，計算公式為 0 c c c c c J TM A W （4-17） 式中 c M 計算截面上全部作用對截面形心的力矩之和， ，逆時針 mKN 方向為正； c J 計算截面面積對形心軸的慣性矩， 4 m； c T 計算截面形心軸到上游的距離，m。 1.正常蓄水位 =29326KN c W =27097.6 c M KN m 626.60 cCc cc WM T AJ 滿足要求 2設計洪水位 =28930.3 KN， c W =-56300.5 c M KN m 4740 cCc cc WM T AJ 滿足要求。 4.2.3.3 施工期壩體下游面拉應力驗算 - 40 - 施工期屬短暫狀況，規(guī)范規(guī)定按正常使用極限狀態(tài)作用的標準值計算作用的 短暫組合。壩體下游面垂直拉應力應不大于 100kPa，計算公式為 （4-100 cCc cc WM T kPa AJ 18） 壩址處 83173.5 c WKN 860549.8 c MKN m : 214.4100 cCc cc WM T kPa AJ 滿足要求 選定截面下游端點 32585 c WKN 257228.2 c MKN m : 32.8100 cCc cc WM T kPa AJ 滿足要求 4.3 混凝土壩的材料與構造 4.3.1 材料 采用的混凝土編號為 20 C 4.3.2 構造 4.3.2.1 壩頂結構 采用實體結構，壩頂寬 9m，兩邊設 1.2 m 的欄桿，路面中間高，兩邊低，呈 圓拱狀，以便于排水，道路兩旁布置排水系統(tǒng)和照明設備。 4.3.2.2 壩體分縫 橫縫將壩體沿壩軸線方向分成若干壩段，其縫面常為平面，不設鍵槽，不進 行灌漿，使各壩段獨立工作?？p的寬度器取 1cm，橫縫間距有 18m 和 16m 兩種情 況，橫縫止水用兩道金屬止水片（紫銅片或不銹鋼片）和一道防滲瀝青井。 - 41 - 縱縫是為了適應混凝土的澆筑能力和減小施工期溫度應力而設置的臨時縫。 本設計采用兩條垂直縱縫，距離為 25+25+27.6=77.6m 為了加強壩體的整體性，縫面一般設置鍵槽，槽的短邊和長邊大致與第一及 第二主應力相交，使槽面基本承受正壓力。且鍵與槽互相咬合，可提高縱縫的抗 剪強度。 4.3.2.3 壩體排水 為了減小滲水對壩體的有害影響，降低壩體中的滲透壓力，在靠近上游壩面 處應設置排水管，將壩體滲水由排水管排入廊道，再由廊道匯集于集水井，由水 泵排向下游。排水管距上游壩面的距離為 4.5m，排水管間距為 2m，采用預制多 孔混凝土做成，管內徑為 20cm。上、下層廊道之間的排水管布置成垂直方向。 4.3.2.4 壩內廊道 基礎灌漿排水廊道向布設在壩踵附近，廊道上游壁到上游壩面的距離為 9m， 廊道底面至基巖面的距離為 5m，寬度為 3m，高度 3.5m?；A灌漿排水廊道軸線 沿地形向兩岸逐漸升高 基礎排水廊道沿縱橫兩個方向布置，且直接設在壩底基巖面上，廊道寬度為 2m，高度為 2.2m。 壩體縱向排水檢查廊道靠近壩的上右側隔 18 m 高差向上設置兩層，再隔 20m，向上設置第 4 層，其上游壁到上游壩面的距離為 4.5m。 4.4 地基處理 4.4.1 壩基帷幕灌漿 帷幕灌漿是在靠近上游壩基設一排或幾排鉆孔，利用高壓灌漿填塞基巖內的 裂縫和孔隙等滲水通道，在基巖中形成一道相對密實的阻水帷幕。其作用是：降 低壩基的滲透壓力，減少滲透流量；防止壩基內產生機械或化學管涌，即防止基 巖裂縫中的充填物被帶走或溶濾。 4.4.3 壩基排水設施 基礎排水廊道沿縱橫兩個方向布置，且直接設在壩底基巖面上，廊道寬度為 1.5m，高度為 2.5m。 - 42 - 第五章 引水建筑物布置 引水建筑物設立在溢流壩段，采用壩式進水口，壓力鋼管引水，壓力鋼管采 用壩內埋管形式。 （具體可見壩內埋管專題部分） 5.1 壓力鋼管布置 本電站采用壓力鋼管引水，鋼管直接埋入壩體混凝土中，二者結為總體，共 同承擔水壓力。 5.1.1 確定鋼管直徑 鋼管的經(jīng)濟直徑為 （5-1） 3 max 7 5.2Q D H 式中 壓力鋼管最大引用流量， max Q 3 /ms H最大引用流量對應的水頭 =4.47m 3 max 7 5.2Q D H 壩內埋管的經(jīng)濟流速為 57 ，蝸殼進水口的直徑為 3.4m，綜合考慮經(jīng)/m s 濟流速和蝸殼進水口直徑，確定壩內埋管的直徑為 3.8m，對應管內流速為 6，86 ，滿足經(jīng)濟流速要求。/m s 管道由上水平段、彎管段、傾斜段、彎管段和下水平段組成，彎管段曲率半 徑一般為直徑的 23 倍，即（7.6m11.4m） ，取為 9m。傾斜段斜率為 0.77. 與 壩體下游傾斜面斜率一致。 - 43 - 5.2 進水口布置 進水口采用壩式進水口。進水口長度較短，進口段與閘門段合而為一。 5.2.1 確定有壓進水口的高程 閘門孔口為矩形，其寬度一般等于或稍小于壓力管道直徑 D,本設計取其寬度 等于壓力管道直徑 D，3.8m。高度稍大于壓力管道直徑，取為 4.4m 閘門斷面流速：= max Q V A 4.66/m s 閘門門頂?shù)陀谧畹退坏呐R界淹沒深度： （5-2）dcvScr 式中 d閘門孔口高度，m； v閘門斷面的水流速度，m/s； 閘門門頂最低水位的臨界淹沒深度，m； cr S c經(jīng)驗系數(shù)，取 0.6。 =5.86mdcvScr 所以進水口高程 H=最低水位-=258.14m cr S 取閘門門頂高程 256.2m。壓力鋼管起始水平段中心線的高程為 254m。 進口段為平底，上唇收縮曲線為四分之一橢圓，方程為， 22 22 1 xy ab , ,確定橢圓曲線方程為11.5aD : 11 32 bDD: 22 22 1 4.11.6 xy 5.2.2 漸變段尺寸確定 漸變段水平是由矩形閘門段到圓形鋼管的過渡段，采用圓角過渡。漸變段 的長度一般為管道直徑的 1.52.0 倍，取為 5m。 - 44 - 圖 4-5 漸變段 5.2.3 攔污柵尺寸確定 攔污柵的功用是防止漂木，樹枝，樹葉，雜草，垃圾，浮冰等漂浮物隨水流 帶入進水口，同時不然這些漂浮物堵塞進水口，影響進水能力。此設計采用的壩 式進水口一般為垂直攔污柵，平面形狀為多邊形。 攔污柵的總面積常按電站的引用流量及擬定的過柵流速反算得出，過柵流 速以不超過 1.0m/s 為宜 - 45 - Q A V 2 77.84m 本設計取攔污柵高度為 7.2m，半徑 3.5 米，A=79.17 。 2 m 攔污柵通常由鋼筋混凝土框架結構支承。攔污柵框架由柱及橫梁組成，橫 梁間距一般不大于 4 米，本設計取 2.4 米 攔污柵由若干柵片組成，每塊柵片的寬度一般不超過 2.5 米，取 1.8m，高 度不超過 4 米，取 1.8 米。 柵條的厚度由強度計算決定，通常厚 8 至 12mm，對混流式水輪機, 柵條厚 度，本設計取 10mm。 1/30 bD 5.2.4 通氣孔的面積確定 通氣孔設在進水口工作閘門后，其功用是：當引水道充水時用以排氣，當閘 門關閉放空引水道時，用以補氣以防出現(xiàn)有害的真空。 通氣孔的面積常按最大進氣流量除以允許進氣流速得出。最大進氣流量出現(xiàn) 在閘門緊急關閉時，可近似認為等于進水口的最大引用流量。允許進氣流速與引 水道形式有關，對壩內埋管可取 7080m/s。 max Q V A 式中 A通氣孔的面積， 2 m 進水口的最大引用流量， max Q 3 /ms V壩內埋管允許進氣流速，m/s 通氣孔的直徑取為 1.2m，面積為，對應的進氣流速為 68.8 m/s. 2 1.13m 通氣孔頂端高出上游最高水位，防止水流溢出。 - 46 - 第六章 主廠房尺寸及布置 6.1 廠房高度的確定 根據(jù)廠房各部位之間的關系，可以從下到上一層一層確定，在確定過程中， 堅持符合規(guī)范和條件以及節(jié)省的原則。 6.1.1 水輪機安裝高程 Zs=w+Hs+b0/2 （6-1） 式中 w設計尾水位，1 臺水輪機的額定流量，水輪機選型時，可知水輪機 的額定流量為 79.36m3/s，對應水位為 202m，即w=202m。 吸出高度，m（Hs=0.03m） ； s H 導葉高度，m（b0=0.25 D1=0.75m） 0 b 得到水輪機的安裝高程 Zs=w+Hs+b0/2=202.41m 6.1.2. 尾水管頂部高程及尾水管底部高程 尾水管頂部高程為 Zs- b0/2=202.41-0.75/2=202.04m 尾水管頂部高程=尾水管頂部高程-尾水管高度 =202.04-7.8 =194.24m 6.1.3 基巖開挖高程 基巖開挖高程=尾水管底部高程-底板厚 =194.24-2 =192.24m 6.1.4 水輪機層地面高程 水輪機層地面高程=水輪機安裝高程+蝸殼進口斷面半徑+蝸殼上部混凝土厚 - 47 - =202.41+1.68+1 =205.09m 6.1.5 發(fā)電機層樓板高程 發(fā)電機層樓板高程=水輪機層地面高程+水輪機井進人孔高度（2m）+進人孔頂部 深梁（1m）+定子高度+上機架高度 =205.09+2+1+2.75+1.31 =212.15m 6.1.6 吊車軌頂高程 吊車軌頂高程=發(fā)電機層樓板高程+吊運物與固定物間垂直安全距離+起吊設備高 度 =202.15+1+7.5+0.146 =220.80m 6.1.7 廠房頂高程 廠房頂高程=軌頂高程+軌道面至起重機頂距離+房頂凈高+混凝土厚度 =220.80+3.7+0.3+3 =227.8m 6.2 主廠房長度的確定 6.2.1 機組段長度確定 機組段長度 1 L （6- 1maxmaxxx LLL 2） 式中，、機組段沿廠房縱軸線方向，在機組中心線兩側的最大 max x L max x L 尺寸。 蝸殼層 - 48 - max max 345 165 xi xi LR LR 式中 、蝸殼沿廠房縱軸線方向，在機組中心線345 i R 165 i R 兩側的最大尺寸 蝸殼四周的混凝土厚度，取為 1m。 1maxmax 12.39 xx LLLm 尾水管層 max max 2 2 x x B L B L 式中 尾水管寬度度，；B8.16Bm 尾水管混凝土邊墩厚，。1m 1maxmax 10.16 xx LLLm 發(fā)電機層 max max 22 22 x x b L b L 式中 發(fā)電機風罩內徑，=9.4m 發(fā)電機風罩壁厚，=0.5m 兩臺機組之間風罩外壁凈距，一般取 1.52.0m，若兩機組間設樓b 梯取為 34m，本設計取為 3.6m。 1maxmax 14 xx LLLm 經(jīng)比較，確定機組段長度為 14m。 6.2.2 端機組段長度 端機組段的附加長度： - 49 - L=（0.21.0）D1 式中 轉論直徑，m。 （=3.0m） 1 D 1 D 考慮到下部塊體在端部設置了檢修集水井和滲漏集水井，根據(jù)需要，附加長度取 為 1.5m 6.2.3 裝配場長度 裝配場長度 L=（1.01.5.）L =（1421）m ，考慮發(fā)電機轉子，發(fā)電機上機 1 架，水輪機轉輪，水輪機頂蓋的尺寸，確定裝配場的寬度為 17m 6.3 主廠房寬度和橋吊跨度的確定 主廠房寬度 B B= B1+ B2 式中 B1機組中心線至上游側的寬度，m； B2機組中心線至下游側的寬度，m。 由下部塊體決定的廠房最小寬度 上游側寬度 B1： B1=機組中心線至上游渦殼外緣尺寸+渦殼外包混凝土+外墻厚 =5.24+1+2=7.24m 下游側寬度 B2： B2=機組中心線至下游渦殼外緣尺寸+渦殼外包混凝土+外墻厚 =3.92+1+2=6.92m 則下部塊體寬度方向的最小尺寸為： B= B1+ B2=7.24+6.92=14.16m 由發(fā)電層決定的廠房寬度 B=風罩直徑+2通道寬度+外墻厚 =9.4+22+3=16.4m 。 選擇橋吊跨度為 16m，根據(jù)前面算出的發(fā)電機轉子重量 173.1t，選擇 2100（t） ，跨度為 16m 的雙小車橋式起重機。 本設計中，發(fā)電機轉子在上游側起吊，考慮到發(fā)電機轉子與周圍建筑物及設 備之間的最小間隙，水平方向為 0.4m，垂直方向 0.61.0m，若采用剛性吊具， - 50 - 垂直間隙可減為