湖南镇水电站枢纽布置及调压室设计计算书（二）

目 录第一章 设计基本资料11.1.地理位置11.2.水文与气象11.2.1.水文条件11.2.2.气象条件11.3.工程地质11.4.交通状况11.5.既给设计控制数据1第二章 枢纽布置、挡水及泄水建筑物枢纽布置22.1.枢纽布置22.1.1.枢纽布置形式22.1.2.坝轴线位置比较选择22.2.挡水及泄水建筑物22.2.1.坝高确定22.2.2.挡水建筑物混凝土重力坝42.2.3.泄水建筑物混凝土溢流坝82.3.坝内构造112.3.1.坝顶结构112.3.2.坝体分缝112.3.3.坝内廊道112.3.4.坝基地基处理112.4.溢流坝消能防冲措施11第三章 水能规划123.1水头Hmax、Hmin、Hr确定123.1.1 Hmax 的可能出现情况（水头损失按2%计）：123.1.2 Hmin的可能出现情况（水头损失按2%计）：133.1.3 Hav 的确定：143.1.4 Hr的确定：143.2水轮机选型比较143.2.1 HL200水轮机方案的主要参数选择143.2.2 HL180水轮机方案主要参数选择143.2.3 HL200和HL180方案参数对照表153.2.4水轮机安装高程15第四章 水电站厂房164.1 厂房内部结构164.1.1 水轮机发电机外形尺寸估算164.1.2 发电机重量估算174.1.3 水轮机蜗壳及尾水管174.1.4 调速系统，调速设备选择184.1.5 起重机设备选择194.2主厂房尺寸194.2.1 长度194.2.2 厂房各层高程的确定20第五章 水电站引水建筑物215.1引水隧洞整体布置215.1.1洞线布置（水平位置）215.1.2洞线布置（垂直方向）215.2细部构造215.2.1隧洞洞径215.2.2隧洞进口段215.2.3 隧洞细部构造215.2.4闸门断面尺寸215.2.5进口底高程的计算215.2.6隧洞渐变段225.2.7压力管道设计22第六章 专题：调压室的设计236.1托马断面236.1.1引水隧洞部分236.1.2 压力管道部分246.2 简单式调压室266.3 阻抗式266.3.1 最低涌波：266.3.2 最高涌波水位的计算266.4 差动式调压室296.4.1 阻抗孔面积S与增加负荷时的最低涌波计算：296.4.2 丢弃全负荷时的最高涌波水位计算：2929第一章 设计基本资料1.1. 地理位置1.2. 水文与气象1.2.1水文条件1.2.2气象条件1.3. 工程地质1.4. 交通状况1.5. 既给设计控制数据第二章 枢纽布置、挡水及泄水建筑物枢纽布置2.1. 枢纽布置2.1.1枢纽布置形式2.1.2坝轴线位置比较选择2.2. 挡水及泄水建筑物2.2.1坝高确定校核洪水位下波浪高度 波长 波浪中心线高 安全超高 坝顶超出静水位高度 设计水位下：波浪高度 波长 波浪中心线高 安全超高 坝顶超出静水位高度 设计洪水位=238+2.81=240.81m坝顶高程=校核洪水位+=240+1.42=241.42m坝顶高取2415m 由应力条件确定最小坝宽：H=240.25-111=129.25m ，=0.25 按稳定条件确定最小坝宽： =23.5，=10K: 基本组合安全系数，查水工建筑物表27为K=1.1。代入数据得 解得=0.142， B=109.20mn=B/ H =m=坝顶宽度=(8%10%)129.25=10.3412.93m,取12m2.2.1. 挡水建筑物混凝土重力坝非溢流坝设计状况 ：计算成果如下表：校核状况下坝基面荷载名称垂直力(KN)水平力(KN)力臂(m)弯矩(KNm)自重 G13412.250.2171292.44G236519421533798G3120560.295.6699249.67水压力P1。1145252.376084.8P1。25560.551.3285253.65P22346.4348.14112960.4P382240.342.753515773.4P42933.08.0723679.4浪压力P134.80127.674442.12P227.73126.683512.85扬压力U126448.24000U21334.1813.818411.75U31716.5051.388056.19U42547.7452.4134916.513412.2+36519+120560.29+1452+5560.5+2346.43-26448.24-1334.18-1716.5-2547.50=137776.395kN 171292.44+1533798+699249.67+285253.65-112960.4-3515773.4+23679.4-4442.12+3512.85-18411.75-88056.19-13916.51=-946773.03kN.m 82240.3+34.80-2933.0-27.73=79314.37kN校核状况下折坡面荷载名称垂直力(KN)水平力(KN)力臂(m)弯矩(KNm)自 重G12411127.7667874.7G245078.593.23145753.13水压力 P135490.3128.08996686.28浪压力P134.8083.672911.13P227.7382.682292.73设计状况下坝基面荷载名称垂直力(KN)水平力(KN)力臂(m)弯矩(KNm)自重 G13412.250.2171292.4G236519421533798G3120560.35.8699249.7水压力P1696450.8353720.4P21656.4949.1781455.13P379380423333960P42070.616.7814045.6浪压力P1117.69125.0214713.74P290.10123.1711097.63扬压力U122222.2000U21354.9613.818698.47U31743.2351.389427.44U42614.8452.4137017.53412.2+36519+120560.29+6964+1656.49-22222.2-1354.96-1743.23-2614.84=141076.75kN 171292.4+1533798699249.7+353720.4-81455.13-3333960+14045.6-14713.74+11097.63-18698.47-89427.44-137017.5=755050.98KNm 设计状况上游折坡面荷载名称垂直力(KN)水平力(KN)力臂(m)弯矩(KNm)自 重G12411127.7667874.7G245078.323.23145753.13水压力 P133620 27.339189467浪压力P1117.6981.029535.26P290.1079.177133.2324111+45078.3=69189.29kN667874.7+145753.13-918946.7-9535.26+7133.23=-1728958.39KNm 2.2.2. 泄水建筑物混凝土溢流坝设计洪水位时，Q设=4800m3/s，Q引=184.6m3/s取=0.9，则校核洪水位时，Qs=8500m3/s，Q0=55.69m3/s(见后水能规划部分)，取=1，则：反弧段设计试算过程：表2-1 hco试算得T0实际T03123.38102.25471.70102.253.687.19102.253.3102.77102.253.31102.25102.25所以hco为3.31m。1）校核状况自重: G1=GGk=1.00.56.64423.5=3412.2KN （垂直向下） G2=GGk=1.0600023.5=141000KN（垂直向下） 水压力：静水压力： P1=GGk=1.0100.5129=82240.31KN （指向下游） P2=GGk=7506 KN （垂直向下） P3=GGk=1.00.59.8124.22=2933.04 KN （垂直向上）动水压力： （指向上游） （垂直向下） 扬压力:U1=1.024.229.81109.2=26448.24KN (垂直向上)U2=0.51.090.629.6=1334.18 KN (垂直向上) U3=1.06.69.8126.5=1716.50KN (垂直向上) U4=1.00.526.59.8119.6=2547.74KN(垂直向上)2）设计状况1）自重与校核状况相同 水压力： 静水压力： P1=0.5124.310=77223KN （指向下游） P2=1.00.59.81(1262-48)=6864 KN （垂直向下） P3=1.00.59.8120.54=2070.6KN （垂直向上) 动水压力： 2.3. 坝内构造2.3.1. 坝顶结构2.3.2. 坝体分缝2.3.3. 坝内廊道2.3.4. 坝基地基处理2.4. 溢流坝消能防冲措施 挑距 = H=240.25-136.05=104.12m 第三章 水能规划表3-1水头试算成果 正常蓄水位(1台)Q(m/s)1（m）2 (m)H1 (m)H (m)Nr(万kw)100230115.87 114.13 111.8 9.380230115.72 114.28 112.0 7.74 60230115.57114.43 112.1 5.78 40230115.39 114.61 112.3 3.8946230115.44 114.56 112.3 4.5 设计低水位（4台）Q(m/s)1（m）2 (m)H1 (m)H (m)Nr(万kw)100190115.87 74.13 72.65 6.28 200190116.47 73.53 72.0612.44 300190116.76 73.33 71.78 18.7 250190116.61 73.24 71.92 15.57 283.7190116.7 73.39 71.8 18.0 3.1水头Hmax、Hmin、Hr确定3.1.1 Hmax 的可能出现情况（水头损失按2%计）：3.1.1.1 校核洪水位，全部机组发电：由Q泄=8500m3/s查获青处水位流量关系曲线的下游水位：Z下=128.35m，3.1.1.2 设计洪水位，全部机组发电：由Q泄=4800m3/s查获青处水位流量关系曲线的下游水位：Z下=124.18m，3.1.1.3 正常蓄水位，仅一台机组发电，共配置四台4.5万千瓦的机组： （1） 假设Q=80m3/s，则： Z下=115.72m，N=AQH=7.68万Kw （2） 假设Q=40m3/s，则： Z下=115.39m，N=AQH=3.85万Kw （3） 假设Q=60m3/s，则： Z下=115.57m，N=AQH=5.77万Kw由（1）、（2）、（3）得NQ关系曲线：由N=4.5万Kw查NQ关系曲线得：Q=46.0m3/s Z下=115.44m综合1、2、3得：Hmax=112.3m3.1.2 Hmin的可能出现情况（水头损失按2%计）：设计低水位时全部机组发电：（1） 假设Q=200m3/s，则： Z下=116.47m，N=AQH=12.35万Kw（2） 假设Q=300m3/s，则： Z下=116.8m，71.78N=AQH=18.45万Kw （3）假设Q=250m3/s，则： Z下=116.61m，N=AQH=15.41万Kw由N=18万Kw试算求得：Q=283.7m3/s Z下=116.74m3.1.3 Hav 的确定：/2=(112.3+71.8)/2=92.05m3.1.4 Hr的确定：Hr=Hav=92.05m3.2水轮机选型比较3.2.1 HL200水轮机方案的主要参数选择3.2.1.1 转轮直径D1： 3.2.1.2 转速n计算： 3.2.1.3 效率及单位参数的修正。3.2.1.4 工作范围检验： 3.2.1.5 吸出高度Hs计算： 3.2.2 HL180水轮机方案主要参数选择3.2.1.1 转轮直径D1：3.2.1.2 转速n计算： 3.2.1.3 效率及单位参数的修正3.2.1.4 工作范围检验：3.2.1.5 吸出高度Hs计算 3.2.3 HL200和HL180方案参数对照表3.2.4水轮机安装高程 第四章 水电站厂房4.1 厂房内部结构4.1.1 水轮机发电机外形尺寸估算（1）、极距 （2）、定子内径 （3）、定子铁芯长度lt （4）、定子铁芯外径Dane166.7r/min 1、 定子机座外径D1: D1=1.20Da=638.8cm 2、风罩内径D2 St20000KVA D2=D1+2.4m=9.5m 3、 转子外径D3 D3=Di=524.1cm 4、 4、下机架最大跨度 D4=D5+0.6=480cm 5、推力轴承外径D6和励磁机外径D7St=53000KVA 查表得 D6=300cm D7=200cm轴向尺寸计算1、定子机座高度h1ne214r/min 2、上机架高度 判别型式 采用悬式发电机 上机架高度 h2=0.25Di=0.25456.5=114.1cm 3、推力轴承高度 h3、 励磁机高度h4、副励磁机高度h5、永磁机高度h6：h3=170cm，h4=230cm（其中上机架高度100cm）h5=100cm，h6=80cm4、 下机架高度 h7=0.12Di=54.8cm 5、 5、定子支座支承面至下机架支承面或下挡风板之间的距离h8悬式h8=0.15Di=68.5cm 6、 下机架到支承面主轴法兰底面之间的距离h9=100cm 7、 7、转子磁轭轴向高度h10，有风扇：=+90=293.5cm8、 h11=（0.70.9）H 9、 H=h1+h2+h9-h7=1209.5cm h11=0.8H=967.6cm9、定子铁芯水平中心线至主轴法兰盘底面距h12 h12=0.46h1+h10=453.0cm 4.1.2 发电机重量估算 4.1.3 水轮机蜗壳及尾水管混流式水轮机，采用圆形焊接或铸造结构蜗壳半径： 表4-1蜗壳渐变段内径数据表3075120165210255300345(mm)48777097411431289142015411652Ri(mm)33493915432346614953521554575679h=2.6D1=7.8m， L=4.5D1=13.5m，B5=2.72D1=8.16m,D4= h=1.35 D1=4.05m, h6=0.675 D1=2.025mL1=1.82 D1=5.46m，h5=1.22 D1=3.66m水轮机转轮流道尺寸：4.1.4 调速系统，调速设备选择4.1.4.1 调速功计算A =（200250）QD1 =297568371960N.m30000N.mHmax：最高水头； D1：水轮机直径；所以属大型调速器。4.1.4.2 a 接力器选择 bo/D1=0.2 bo=0.6m 直径ds= 选择与之相近且偏大的ds=450mm的标准接力器b 最大行程 Smax=(1.41.8)a0max a0max：水轮机导叶最大开度； a0max= a0 Mmax 采用系数1.6Smax=0.250c 接力器容积计算 选用Ts=6S，Vm=4.5m/s故选用DT-80型电气液压型调速器3、油压装置 VK=（1820）VS=1.2961.44m3 选用组合式油压装置HYZ-1.6组合式油压装置4.1.5 起重机设备选择4.2主厂房尺寸4.2.1 长度(1) 机组段长度A、蜗壳层 L=4.66+5.68+3=13.34mB、尾水管层 L=B出口+22=12.16mC、发电机层 L=3+b+23=13.8mB出口：尾水管出口处宽度；2：尾水管边墩混凝土厚度，取2m；3：发电机风罩内径；3：发电机风罩壁厚，取为0.5m； 两台机组之间风罩外壁的净距，因机组间布置楼梯，取为4m。最终取机组段长度13m（2）端机组段长度 同标准机组段长度，为了布置需要，可以将端部的外墙适当向外加厚，增加了1m的厚度。（3）安装场长度1.01.5 机组段长度再由吊车极限位置同时控制，确定安装场宽度为14m。4.2.2 厂房各层高程的确定（1）水轮机安装高程 ：（水轮机型号： HL180J-250） （2）尾水管底板高程 h1：尾水管高度（m）；bo：导叶高度（m）。（3）水轮机层地面高程=ZS+r2+ =118.85mr2：与蜗壳进口相接处的压力钢管半径：压力钢管上部外包混凝土厚度。（4）发电机层地面高程（上机架全部埋入）=+h1+h2+4（为了方便的布置蝴蝶阀的油压设备）=127.45m（下游最高尾水位128.35相差不到1米，不设装配厂层。）将发电机层的高程定为=129.0m（5）吊车轨顶的高程=140.0m（6）厂房顶部高程=146.0m4.3 厂区布置第五章 水电站引水建筑物5.1引水隧洞整体布置5.1.1洞线布置（水平位置）5.1.2洞线布置（垂直方向） 5.2细部构造5.2.1隧洞洞径 设计水位下四台机满发隧洞流量Q=228.2 m3/S Q=228.2m3/S假定有压隧洞中的经济流速v=4m/s,则隧洞直径=8.5 5.2.2隧洞进口段5.2.3 隧洞细部构造 a=(1.01.5)D=8.4412.66m b=()D=2.814.22m5.2.4闸门断面尺寸bh=8.58.5m2通气孔面积根据经验公式取通气孔面积为2m2。5.2.5进口底高程的计算以死水位190m为计算条件，此时引用流量Q=283.7m/s,则 5.2.6隧洞渐变段渐变段长度L=(1.5-2.0)D取为15m5.2.7压力管道设计 第六章 专题：调压室的设计6.1托马断面6.1.1引水隧洞部分6.1.1.1 喇叭口进口段, =0.1,6.1.1.2 拦污栅处 ,， 6.1.1.3 闸门段 ， 6.1.1.4 3个渐变段1个圆变矩, , 2个矩变圆，6.1.1.5 隧洞拐弯处（共两处） 6.1.2 压力管道部分6.1.2.1 拐弯处 ， 6.1.2.2 岔管处 6.1.2.3蝴蝶阀处 为了保证大波动衰减，调压室的断面必须大于临界断面，并有一定的安全余量