瓯江水电站厂房枢纽及吊车梁结构的设计计算书

-1- 目 录 第一章第一章 机组选型机组选型.1 1.1 特征水位.1 1.1.1 Hmax 可能出现情况1 1.1.2 Hmin 可能出现情况.1 1.2 HL220 工作参数确定.2 1.2.1 转轮直径 D1 2 1.2.2 转速 n.2 1.2.3 效率修正.2 1.2.4 工作范围检验.2 1.2.5 吸出高度 Hs.3 第二章第二章 发电机选型及主要尺寸发电机选型及主要尺寸.4 2.1 主要尺寸估算4 2.1.1 平面尺寸.4 2.1.2 轴向尺寸.4 第三章第三章 调速器及油压装置选择与尺寸调速器及油压装置选择与尺寸.6 3.1 调速器6 3.2 油压装置7 第四章第四章 金属蜗壳及尾水管尺寸金属蜗壳及尾水管尺寸.9 4.1 金属蜗壳尺寸9 4.2 尾水管尺寸10 第五章第五章 起重设备选择与尺寸起重设备选择与尺寸.11 第六章第六章 基本剖面的拟定基本剖面的拟定.13 6.1 基本剖面拟定.13 6.2 非溢流坝段坝基面稳定及应力校核14 6.2.1 设计洪水位（持久状况）.14 6.2.2 校核洪水位（偶然状况）.17 6.3 非溢流坝段折坡面稳定校核18 6.3.1 设计洪水位（持久状况）.18 6.3.2 校核洪水位（偶然状况）.20 第七章第七章 溢流坝段剖面基本尺寸及稳定校核溢流坝段剖面基本尺寸及稳定校核.22 7.1 溢流坝段剖面基本尺寸22 7.1.1 堰顶高程确定.22 7.1.2 1/4 椭圆段：.22 7.1.3 WES 曲线段.23 7.1.4 导水墙高度.24 -2- 7.2 溢流坝段坝基面抗滑稳定校核25 7.2.1 设计洪水位25 7.2.2 效核洪水位26 第八章第八章 进水口及压力钢管设计进水口及压力钢管设计.28 8.1 压力钢管结构设计：28 8.1.1 确定钢管厚度：28 8.1.2 承受内水压力的结构分析：.29 第九章第九章 厂房轮廓尺寸估算厂房轮廓尺寸估算.33 9.1 高度.33 9.1.1 安装高程.33 9.1.2 水轮机层.33 9.1.3 定子安装高程（机座顶面高程）.33 9.1.4 发电机层.33 9.1.5 尾水管底高程.33 9.1.6 吊车轨顶的高程.33 9.1.7 厂房顶部高程.33 9.2 宽度34 第十章第十章 吊车梁专题吊车梁专题.36 10.1 截面设计及荷载计算.36 10.1.1 截面选择：36 10.1.2 吊车梁荷载36 10.2 内力计算.37 10.3 荷载计算.38 10.3.1 竖向正截面38 10.3.2 竖向斜截面39 10.3.3 横向正截面40 10.3.4 抗扭计算41 10.4 抗裂验算.42 10.5 挠度验算.42 10.6 吊装验算.42 参考文献参考文献.43 -1- 第一章 机组选型 1.1 特征水位 1.1.1 Hmax 可能出现情况 1.1.1.1 校核洪水位（293m） ，四台机组全发电 由 Q泄8840m3/s 查厂区水位流量曲线得：H下215.87m Hmax293215.8777.13m 1.1.1.2 设计洪水位（291m） ，四台机组全发电 由 Q设7920m3/s 查厂区水位流量曲线得：H下214.98m Hmax291214.9876.02m 1.1.1.3 设计蓄水位（285.0m） ，一台机组发电 20 万 KW 属中型电站，A8.5，N9.81QHAQH，考虑 2%水头 损失 设 Q180m3/s，查得 H下202m N8.580（285202）98%5.531 万 KW 设 Q2100m3/s，查得 H下202.125m N8.5100（285202.125）98%6.903 万 KW 设 Q370m3/s，查得 H下201.75m N8.550（285201.75）98%4.889 万 KW 由 Excell 试算 N5 万 KW 可得：Q71.62 m3/s 再由 Q71.62 m3/s 查得：H下201.79m Hmax285201.7983.21m 总之，Hmax83.21m 1.1.2 Hmin 可能出现情况 设计低水位（264.0m） ，四台机组全发电 设 Q1200m3/s，查得 H下202.6m N8.5200（264202.6）98%10.23 万 KW 设 Q2500m3/s，查得 H下203.9m N8.5500（264203.9）98%25.03 万 KW 设 Q3700m3/s，查得 H下204.5m N8.5700（264204.5）98%34.69 万 KW 由 Excell 试算 N5 万 KW 可得 Q394.1m3/s -2- 再由 Q394.1 m3/s 查得：H下203.51m Hmin264203.5160.49m Hav1/2（Hmax+Hmin）1/2（60.49+83.21）71.85m 坝后式 Hr0.95Hav68.26m 由工作水头范围 60.4983.21m 查表得：选用 HL220 水轮机 1.2 HL220 工作参数确定 1.2.1 转轮直径 D1 查表得限制工况 Q1/m1.15 m3/s，m89.0% 初设 Q1/ Q1/m1.15 m3/s，m90.9% Nr50000/96%52083.3kw，Hr68.26m m HrHrQ Nr D033 . 3 81 . 9 1 1 取 D13.3m 1.2.2 转速 n n10/m70.0r/min 设 n10/ n10/m70.0r/min Hav71.85m n10/70.0r/min D13.3m 取 n187.5r/min P16 对 min/ 8 . 179 1 1 r D Hn n av 1.2.3 效率修正 mmax91% D1m0.46m max1（1mmax）（D1m/D1）1/593.9% 93.9%91%2.9% 取 1% 1.9% maxmmax+91%+1.9%92.9% m+89.0%+1.9%90.9% 与假定值相同 n10/ n10/m（max/mmax）1/210.98%3% n、Q1/可不加修正 1.2.4 工作范围检验 0.971 m3/s1.15 m3/s 2 3 2 1 1 81 . 9 HrD Nr Q -3- 最大引用流量 Qmax Q1/max D12Hr1/287.36 m3/s n1/minnD1/Hmax1/267.83r/min n1/maxnD1/Hmin1/279.56r/min n1/rnD1/Hr1/274.89r/min 由 Q1/max、n1/min、n1/max 在 HL220 综合特性曲线上绘出工作范围 图 1-1 1.2.5 吸出高度 Hs 由 n1/r74.89r/min，Q1/max0.96 m3/s 查曲线得：0.115 由 Hr68.26m 查得：0.02 查下游水位流量关系曲线得水轮机安装海拔高程210m Hs10/900（+）Hr0.6m4.0m -4- 第二章 发电机选型及主要尺寸 2.1 主要尺寸估算 极距 Kj（Sf/2P）1/41050000/（0.85216） 1/465.48cm Sf50000/0.85 飞逸线速度 VfKf1.965.48124.412m/s 定子铁芯内径 Di2P/667cm 定子铁芯长度 ltSf/（CDi2ne）50000/（0.8551066672187.5） 141.04cm Di/（ltnN）667/（141.04187.5） 0.0250.035 为悬式 定子铁芯外径 DaDi+1.2745.58cm 2.1.1 平面尺寸 定子机座外径 D11.18Da869.78cm 风罩内径 D2 D1+2401114.78cm 转子外径 D3Di2Di667cm 下机架最大跨度 D4 D5+0.6520cm 水轮机机坑直径 D5460cm 推力轴承外径 D6310cm 励磁机外径 D7210cm 2.1.2 轴向尺寸 定子机座高度 h1lt+2+20291cm 上机架高度 h20.25Di166.75cm 推力轴承高度 h3150cm 励磁机高度 h4200cm 副励磁机高度 h580cm 永励磁机高度 h660cm 下机架高度 h70.12Di80.04cm 定子支座支承面至下机架支承面或下挡风板间距离 h80.15Di100.05cm 下机架支承面至主轴法兰底面间距 h980cm 转子磁轭轴向高度 h10lt+55196cm -5- 发电机主轴高度 h11（0.70.9）H0.7977.8684.46cm H h1+ h2+h4+ h5+ h6+ h8+ h9977.8cm 图 2-1 -6- 第三章 调速器及油压装置选择与尺寸 3.1 调速器 初选中型调速器 Nr9.81HmaxQ Q70.2m3/s 接力器容量 A（2228）Q（HmaxD1）1/225592.032571.1 中型调速器 （18003000）9.811765729430 选大型调速器 导叶数 Z024 取 0.03 b0/D10.25 0.452m 1 max0 1 D Hb Ddc 取 dc500mm 463.3/0.46330mm m m D D 1 1 maxmax 接力器最大行程 Smax=1.6330=0.528m 0.207m2 max 2 2 S d v c m vT V d s 115 . 0 45 175 . 0 44 查表选 DT150 型调速器 机械柜尺寸 lbh7509501375 基础板尺寸 LB12001500 电气柜尺寸 MNH5508042360 -7- l L N h H B M 图 3-1 3.2 油压装置 V0（1820）V（3.726 4.14）m3 查油压装置型谱表，选择 YZ4 型油压装置。其主要尺寸如下表： 表 3-1 压力油罐尺寸： V0（m3）D1（mm）D0（mm）H（mm）H（mm） 41336167041603237 -8- D1 D0 m H K Ln 图 3-2 表 3-2 回油箱尺寸： m（mm）n（mm）k（mm）L（mm） 1916190014402435 -9- 第四章 金属蜗壳及尾水管尺寸 4.1 金属蜗壳尺寸 包角 345由 Hr68.26m 查得：Vc6.8m/s 由 Hr68.26m，D13.3m 查得：Db4500mm，Da5150mm 360 2 360 maxi c i i V Q aira+i2.58+ 360 2 i Rira+2i2.58+ 360 4 i 图 4-1 表 4-1 金属蜗壳尺寸： i（） 3075120165210255300345 i（m） 0.5770.9131.1551.3541.5281.6831.8261.958 ai（m） 2.9573.4933.7353.9344.1084.2634.4064.538 -10- Ri（m） 3.5344.4064.8905.2885.6365.9466.2326.496 4.2 尾水管尺寸 h6 h5 L L1 D4 D1 图 4-2 尺寸由计算得出： D1D2 标准砼肘管 D13.3m （单位：m） 表 4-2 尾水管尺寸： hLB5D4h4h6L1h5 8.5814.858.984.464.462.236.014.03 -11- 第五章 起重设备选择与尺寸 发电机总重 GfK1（Sf/n0）2/3 9（58823.5/187.5）2/3415.54t 转子重 Gf/2207.77t 选一台双小车 2150t 表 5-1 平衡梁外形尺寸（自重 6.135t） （单位：mm） aa1a2a3bhh1 38803100138080013661100700 单台小车起重量 主钩 150t 副钩 25t 跨度 16m 小车轨距 4400mm 小车轮距 2000mm 大车轮距 4400mm 大梁底至轨道面距离 140mm 起重机最大宽度 9300mm 轨道中心至起重机外端距离 460mm 轨道面至起重机顶端距离 4300mm 轨道面至缓冲器外端距离 1200mm 车轮中心至缓冲器外端距离 920mm 操作室底面至轨面距离 2400mm 两小车吊钩间距 3100mm 吊钩至轨道面距离 主钩 840mm 副钩 240mm 吊钩至轨道中心距离 l1 1100mm l2 1600mm 推荷用大车轨道 QU100 极限距离 610mm -12- a1 图 5-1 -13- 第六章 基本剖面的拟定 6.1 基本剖面拟定 多年平均风速 Vf（1.52.0）1.151.7252.3m，取 Vf2.0m/s 吹程由地形图上量得 D0.7km 套用官厅水库公式得： 波高 2hl2h10.0166Vf5/4D1/30.016625/40.71/30.033m 浪高 2Ll10.4（2hl）0.810.40.0350.80.713m =0.005m 1 1 2 0 2 4 L H cth Ll hl h h设2h1+ h0+hc0.033+0.005+0.50.538 h校2h1+ h0+hc0.033+0.005+0.40.438 坝顶max h设+h设，h校+h校 max291.0+0.538，293.0+0.438 max291.538，293.438 取坝顶294m 初定下游坡比 1：0.75，上游坡比 1：0.15，坝底高程 200m，坝顶高程 294m，上游 2 折坡点一般取在坝高的 1：32：3 之间，故折坡点高程 240m。 -14- 图 6-1 6.2 非溢流坝段坝基面稳定及应力校核 6.2.1 设计洪水位（持久状况） 6.2.1.1 应力计算 1、自重 -15- 图 6-2 G11/2（1+21）15243960 G21/26.0040242880 G31/270.5942477840 M1 G133.95（153.5）108702 M2 G2（38.82/34.85）66829.8 M3 G3（33.95-72.75/3）821405.7 2、静水压力 上游：Px1/29.8191244267.6 Py1/29.814.85（91+62.7）3751.6 MxPx1/3911401807.3 MyPy（38.8e）133707 e（62.72+91）/（62.7+91）4.85/33.16m 下游：Px/1/29.8123.4522697.3 Py/1/29.8117.623.452024.4 Mx/ Px/1/323.4521083.9 My/ Py/（38.81/317.6）66670.2 3、扬压力 U177.623.459.8117848 U21.21/2222.277.610345.7 U31.21/2479.812.53598.6 -16- M2U2（38.877.6/3）111503.4 M3U3（38.8-12.5/3）124630.1 4. 浪压力过小，忽略不计。 表 6-1 坝基面持久状况稳定应力计算（设计洪水位） 名称荷载（KN）方向弯矩（KNm）方向 自重 88177996937.5 44267.61401807.3 上 游 3751.6133707 2697.321083.9 静 水 压 力 下 游 2024.466670.2 扬压力 31792.3236133.5 62160.7 合计 41570.3 552882.6 6.2.1.2 稳定计算 1、坝趾抗压 A77.6 T38.8 J1/1277.63 m20.75 =2242.210000KpaR 2 1 e m J MT A W S 满足要求 2、抗滑稳定 f/1.0/1.3 c/59.8110/3 01.0 1.0 rd1.2 SP41570.3 Rf/W+c/A60503.5 0S 1/rd R 满足要求 3、坝踵不出现拉应力 801550.90 J MT A W 满足要求 -17- 6.2.2 校核洪水位（偶然状况） 6.2.2.1 应力计算 1、自重 G11/2（1+21）15243960 G21/24.8532.3242880 G31/272.75972477840 M1 G133.95（153.5）108702 M2 G2（38.82/34.85）66829.8 M3 G3（33.95-72.75/3）821405.7 2、静水压力 上游：Px1/29.8193246151.1 Py1/29.814.85（93+62.7）3846.7 MxPx1/3931490680.5 MyPy（38.8e）140558.4 e（64.72+93）/（64.7+93）4.85/32.26m 下游：Px/1/29.8125.523189.5 Py/1/29.8119.115.22389.0 Mx/ Px/1/325.527110.8 My/ Py/（38.81/319.1）77403.6 3、扬压力 U177.625.59.8119415.5 U21/21.2226.877.6=10559.8 U31.21/2474.612.53559.6 M2U2（38.8-77.6/3）136221.4 M3U3（38.8-12.5/3）123162.2 表 6-2 坝基面偶然状况稳定应力计算（校核洪水位） 名称荷载（KN）方向弯矩（KNm）方向 自重 88177996937.5 46151.11490680.5 静 水 压 力 上 游 3846.7140558.4 -18- 3189.527110.8 下 游 2389.077403.6 扬压力 33534.9259383.6 60877.8 合计 42961.6 662861 6.2.2.2 应力计算 1、坝趾抗压 A77.6 T38.8 J1/1277.63 m20.75 2352.410000KpaR 2 1 e m J MT A W S 满足要求 2、抗滑稳定 f/1.0/1.3 c/59.8110/3 01.0 0.85 rd1.2 SP42961.6 Rf/W+c/A59516.7 0S 1/rd R 满足要求 3、坝踵不出现拉应力 784.5660.50 J MT A W 满足要求 6.3 非溢流坝段折坡面稳定校核 6.3.1 设计洪水位（持久状况） 6.3.1.1 应力计算 1、自重（单位：KN，KNm） G11/2（1+21）15243960 G21/239.75532437655.4 M1 G124.3（153.55）50886 M2 G3（2/348.524.3）306263.9 2、静水压力 -19- 上游：Px1/29.8162.7219283.0 MxPx1/362.7403014.7 3、扬压力 U21.21/2137.648.54004.2 U31.21/2477.55.151475.5 M2U2（24.348.3/3）32567.2 M3U3（24.3-5.15/3）33322.2 表 6-3 折坡面持久状况稳定应力计算（设计洪水位） 名称荷载（KN）方向弯矩（KNM）方向 自重 41615.4357149.9 静水压力 19283403014.7 扬压力 5479.765889.4 36135.7 合计 19283 111754.2 6.3.1.2 稳定计算 1、坝趾抗压 A48.5 T24.3 J1/1248.53 m20.75 156010000KpaR 2 1 e m J MT A W S 满足要求 2、抗滑稳定 f/1.25/1.3 c/1.45103/3 01.0 1.0 rd1.2 SP18215.6 Rf/W+c/A51647.8 0S 1/rd R 满足要求 3、坝踵不出现拉应力 745.1285.60 J MT A W 满足要求 6.3.2 校核洪水位（偶然状况） -20- 6.3.2.1 应力计算 1、自重（单位：KN，KNm） G21/248.564.72437655.4 G11/2（1+21）15243960 M2 G3（2/348.524.3）306263.9 M1 G124.3（153.55）50886 2、静水压力 上游：Px1/29.8164.7220532.8 MxPx1/364.7442824.1 3、扬压力 U21.21/248.5142.04132.2 U31.21/25.15492.71522.4 M2U2（23.5548.5/3）33608.5 M3U3（23.55-5.15/3）34381.8 表 6-4 折坡面偶然状况稳定应力计算（校核洪水位） 名称荷载（KN）方向弯矩（KNM）方向 自重 41615.4357149.9 静水压力 20532.8442824.1 扬压力 5654.667990.3 35960.8 合计 20532.8 153664.5 6.3.2.2 稳定计算 1、坝趾抗压 A48.5 T24.3 J1/1248.53 m20.75 1776.210000KpaR 2 1 e m J MT A W S 满足要求 2、抗滑稳定 f/1.25/1.3 c/1.45103/3 01.0 0.85 rd1.2 SP20532.8 -21- Rf/W+c/A58019.4 0S 1/rd R 满足要求 3、坝踵不出现拉应力 741.5392.80 J MT A W 满足要求 -22- 第七章 溢流坝段剖面基本尺寸及稳定校核 7.1 溢流坝段剖面基本尺寸 7.1.1 堰顶高程确定 设 NAQ0H Q0 设N/AH200000 /（8.591）247.8 m3/s QQSA Q088400.9247.88616.8 m3/s 取 q100 m2/s LQ/q8616.8/10086.2m 根据以上计算，溢流坝孔口宽度取为 90m 设每孔宽度为 1516m，则孔数 n 为 6，每孔净宽 15m。闸门采用立式矩形闸门，初定闸墩厚度为 4m，则溢流 坝段总长度 L nb+(n-1)d=90+45=110m 0 采用坝后式地面厂房 8616.8900.50.95（29.81）1/2 H03/2 H012.75 堰顶效H293.0012.75280.2m 闸门高度正常高水位堰顶高程+超高（0.10.2） =285280.2+0.25.0m 堰上最大水头 H=校核水位堰顶高程=293280.2=12.8m max 定型设计水头 H =（75%95%）H9.612.16m dmax 取为 10.5m,堰面可能出现的最大负压为 0.28 H =2.94m,小于允许值(最大不 d 超过 36m 水柱) 根据堰流公式计算 Q ,若满足%小于等于 5%,则设计的孔口符合要 QQQ/ )( 求,经计算,符合要求. 7.1.2 1/4 椭圆段： +=1 2 2 )(aHd x 2 2 )(bHd y Hd10.5m a0.282 a/b0.87+3a b0.164 -23- aHd2.96m bHd1.72m 图 7-1 7.1.3 WES 曲线段 设计定型水头 Hd=10.5m,堰顶曲线方程为 .会出 WES 堰剖面图, ykHx n d n1 基本剖面下游面与幂曲线的切点 C 的坐标 =17.5 d n c Hnmkx )1( /1 ./ 由得=13.5ykHx n d n1 c y 反弧段： 流速系数 =1-0.0155p/H=0.80 (p 为堰高,H 为堰上最大水头) max 鼻坎岀流断面平均流速=30.52 其 cc gzv2216 2 . 28081. 9286 . 0 中为挑坎末端高度 c z 该断面水深，其中 q 为校核水位时单宽流量为mvqh cc 93 . 2 52.30/ 4 . 88/ 100 时的最小孔口净宽。 01134.9301134 . 0 9381 . 9 285 0 . 93/8840932/2 0 . 93 2 22 00 gvT 由水力学公式： -24- T0hc0+q2/（2g2hc02） 试算得：hc0 2.93m T hc0+802/（29.810.952hc02） 0 R（610）hc0（17.5829.3）m 取 R24m 挑距: 连续式挑流鼻坎的水舌挑距 L=1/g 21 22 11 2 1 2sincoscossinhhgvvv =30 h1=hc0cos30=2.54 h2=216-200=16m 6 . 33216 2 . 28081 . 9 295. 02 1 h gv =95.3m 21 22 11 2 1 2sincossincos/1hhgvvvgL 冲坑深度 挑流冲坑深度估计采用 T，其中 kr=0.9 鼻坎单宽流量决定 11 . 0 89 . 0 44 . 2 /zhkr k 的临界水深 h =9.1 k 3 2 / gq 32 81 . 9 / 1 . 86 tr=2.44krhk0.89H0.11 =2.440.99.10.8974.20.11 =25.2 m 535.102002162 .25 3 . 95tTL 故泄水建筑物不受冲坑影响 7.1.4 导水墙高度 掺气水深 ha=h/(1-c) c=0.538(Ae-0.02) Ae=nv/R3/2=0.014*90.92/2.1725/2=0.183 c=0.188 ha=2.38m 导水墙应高出掺气水面以上 1.01.5m 故 h导=2.38+1.5=3.88m 取 h导=4.0m -25- 7.2 溢流坝段坝基面抗滑稳定校核 7.2.1 设计洪水位 图 7-2 1、自重 G113280 2、静水压力 上游 Px1/29.8183.2（93.2+11.7）42809.3 Py11/24.859.81（93.2+93.232.3）3665.9 下游 Px/1/29.8123.4523.452697.3 3、动水压力 Px0qv（cos2cos1） /g10036.9（1.732/20.75/1.5625）1137.3 Py0qv（sin1+sin2）/g10036.9（1/1.5625+1/2） 3358.9 4、扬压力 U123093.7521562.5 U21.21/2214.693.7512072.25 U31.21/212.5487.43665.5 表 7-1 非厂房段坝基面持久状况稳定应力计算（设计洪水位） -26- 名称荷载(KN)方向 自重 113280 42809.3 上游 3665.9 静水压力 下游 2697.3 1137.3 动水压力 3358.9 扬压力 37313.7 82991.1 合计 38974.7 SP38974.7 f/1.0/1.3 c/1.45103/3 01.0 1.0 rd1.2 A93.75 Rf/W+c/A109151.8 0S 1/rd R 满足要求 7.2.2 效核洪水位 1、自重 G113280 2、静水压力 上游 Px1/29.8183.2（95.2+13.7）44441.7 Py11/24.859.81（95.2232.3）3761.1 下游 Px/1/29.8125.525.53189.5 3、动水压力 Px0qv（cos2cos1） /g15841.86（1.732/20.75/1.5625）1469.1 Py0qv（sin1+sin2）/g15841.86（1/1.5625+1/2） 4338.7 4、扬压力 U125093.7523437.5 U21.21/2219.693.7512352.5 U31.21/212.54823615 表 7-2 非厂房段坝基面偶然状况稳定应力计算（校核洪水位） -27- 名称荷载(KN)方向 自重 113280 44441.7 上游 3761.1 静水压力 下游 3189.5 1469.1 动水压力 4338.7 扬压力 39405 81974 合计 39783.1 SP39783. f/1.25/1.3 c/1.45103/3 01.0 1.0 rd1.2 A93.75 Rf/W+c/A124133.6 0S 1/rd R 满足要求 -28- 第八章 进水口及压力钢管设计 坝后式电站采用单元供水，坝式进水口。 压力钢管内径：m H Q D2 . 4 2 . 5 7 3 max 进口采用三面收缩，底部水平的方式 顶部采用 1/4 椭圆曲线，方程为+=1 2 2 )10. 1 (D x 2 2 )3/(D y D=4.2m, 1.10D=4.62m, D/3=1.4m bDbA6 . 5 3 4 1 22 2 85.13 4 1 mDA v2=6m/s,设 v2=1.5v1 由 v1A1=v2A2 知: A1=1.5A2=20.77=6.24b b=3.33m 最小淹没深度为 Scr=cv=0.554=5.5m d24 . 6 进水口底高程为 264-5.5-6.24=252.26m。 渐变段水平，由矩形闸门段到圆形钢管段采用圆角过渡，渐变段长度为 7.00m。 8.1 压力钢管结构设计： 8.1.1 确定钢管厚度： 拟定三个断面进行计算，分别为进水口中心线高程 252.26 米处；压力钢管中 心线高程为 225 米处以及压力钢管末端处高程 203.1 米。 计算公式为： R aPWa a rHr t )cos( ; f d R 0 1 KHHP 式中:0为结构重要性系数取为 1.1 ra钢管内径为 2.10 米 设计状况系数，持久状况为 1.0 d结构系数，考虑钢管及混凝土联合受力和焊缝系数（0.95）取为 1.3 f钢材强度设计值，采用 16Mn 钢 f315mpa -29- H为上游水位到钢管中心线高程的距离； K为考虑水锤作用以后的系数，三段分别为 1.06、1.15 和 1.3 表 8-1 截面 钢管厚 11 截面22 截面33 截面备注 Ta(mm)1012.015.0 小于 10mm 的取为 10mm 8.1.2 承受内水压力的结构分析： 8.1.2.1 应力及传力计算： 外包混凝土厚度拟定为 4.0 米 0.8D，考虑混凝土和钢管联合受力。 钢管径向位移计算公式： )1( 2 2 a aa a a tE ap u 式中：Pa钢管承受的内水压力； ta钢管厚度； Ea钢材弹模，采用 16Mn 钢，为 2.10105N/mm2; a泊松比，取为 0.3； a钢管半径； b外包混凝土外缘距离 混凝土径向位移计算公式: c c c c c p a b a ba E u) ) 1( )1 (2 ( 1 2 2 22 式中：Pc混凝土承受的内水压力； Ec混凝土弹模，取为 3.0104N/mm2; c泊松比，取为 0.17 根据位移协调条件和内水压力守恒条件可计算出各个截面混凝土所受到的内水压 力 Pc 结果如下： 表 8-2 截面 内水压力 11 截面22 截面33 截面 Pc(mpa)0.3440.6321.01 根据拉梅公式可以计算处外包混凝土各点的应力，公式如下： -30- cc p r b ab a )1( 2 2 22 2 其中应力大于 ct的那部分应力由外包混凝土所配的钢筋承担。 ct为判断混凝土开裂的拉应力值（N/mm2）按素混凝土计算公式为： dc tmc ct f 0 式中：mc为截面抵抗矩塑性系数可按 DL/T5057-1996 规范采用，为 1.563； ct为混凝土拉应力限制系数为 0.7； ft为混凝土抗拉强度。 经计算 ct1.429mpa 计算简图如下： 图 8-2 经计算三个断面最终的配筋情况为： 11 截面，Ct =1.429 mpa c =0.471 mpa, 按最小配筋率配置钢筋; 22 截面, Ct =1.429 mpa c =0.786 mpa, 按最小配筋率配置钢筋; 33 截面，Ct =1.429 mpa c =1.19 mpa,经计算得配筋面积为 942mm2， 选配 518200（As=1272mm2） 。 故，三个断面均按 33 截面配置钢筋，即为：每米管混凝土内配置 5 根 直径为 18mm 的一级钢筋；构造立筋取为 728250（As=3622mm2） ，混凝土保护 层厚度取 60mm，则立筋环向半径 r=2860mm。 8.1.2.2 混凝土开裂情况的判别： 按照弹性力学厚壁圆筒多管法计算，钢管外包混凝土开裂情况分为未开裂、 -31- 内圈部分开裂和裂穿三种情况。 (1)内水压力设计值 PPMAX1时，为混凝土未开裂情况，是坝内埋管允许的情况， PMAX1由下式计算。 2 320 2 002 2 21 1max )( C ctS C ct CC ctSS E tEB t E CBEE p 式中：PMAX1混凝土未开裂时的情况，是坝内埋管所能承受的最大内水压力 （N/MM2） ； 1钢管与混凝土间缝隙值（mm） ； ES2平面应变问题的钢材弹性模量（N/mm2） ES钢材的弹性模量（N/mm2） S钢材泊松比； 钢管内半径（mm） ； B0参数，； 2 2 0 1 )1( C CC B C混凝土层相对开裂深度，取 C=，在混凝土未开裂的情况下，取 5 4 r r 5 r r c r4混凝土开裂区半径（mm） ； r5混凝土圈外半径（mm） ； C0参数， 2 2 2 0 1 )1( C C C C C2平面应变问题的混凝土泊松比，； c c c 1 2 C混凝土泊松比； Ct判别混凝土开裂的拉应力取值（mpa） ，按素混凝土抗弯构件计算 取，或按钢筋混凝土构件计算正截面抗裂验算取 dc tmc ct f 0 ，可由设计者视具体情况而定，设计状况系数 0 tkctmc ct f =1.0 故未计入公式； MC截面抵抗矩的塑性系数， ft混凝土轴心抗拉强度设计值（mpa） ； dc素混凝土结构受拉破坏的结构系数 ct混凝土拉应力限制系数采用 2.0 ftk混凝土轴心抗拉强度标准值（mpa） ； EC2平面应变问题的混凝土弹性模量（N/mm2） ； -32- EC混凝土弹性模量（N/mm2） ； t钢管管壁厚度（mm） ； t3混凝土内部钢筋折算层厚度（mm） ，孔口实际配筋应由同时承受内 水压力和坝体应力确定。 (2)内水压力设计值 PMAX1PPMAX2时，为混凝土部分开裂情况，是坝内埋管允许 的 情况，PMAX2由下式计算。 2 21max05 2max r tE r Ar p sct (3)内水压力设计值 PMAX2P 时，为混凝土裂穿情况，是坝内埋管不允许的情况。 此时内水压力完全由钢管和钢筋承担。发生这种情况就要校核钢管和钢筋的承载 力是否满足强度要求。 经计算得： PMAX1=0.873mpa，PMAX2=0.957mpa 11 截面属于混凝土未开裂的情况,22 截面属于混凝土未开裂的情况， 33 截面属于混凝土部分开裂情况，内水压力完全由钢管和钢筋承担而钢管和 钢筋的承载力满足强度要求，钢管能保持稳定。 -33- 第九章 厂房轮廓尺寸估算 9.1 高度 9.1.1 安装高程 mbHZ sws 01.2032/825 . 0 6 . 02022/ 0 mbDb825 . 0 3 . 325 . 0 25 . 0 / 010 9.1.2 水轮机层 mDZsZ2072/ 1 钢管直径 ，取为 4.2mm H Q D1975 . 4 2 . 5 7 3 max 9.1.3 定子安装高程（机座顶面高程） +进人孔（2m）+圈梁深（1m）=210.0m 12 ZZ 9.1.4 发电机层 上机架高度(部分埋入)=214m定子高度 23 ZZ 9.1.5 尾水管底高程 mh b Zs13.194 2 1 0 1 h1尾水管高度（m） bo导叶高度（m） 9.1.6 吊车轨顶的高程 吊车轨顶高程=发电机层高程（或装配厂高程）+发电机主轴高度+安全 6 距离（13m）=214+6.846+1=221.846m 取=224m 6 9.1.7 厂房顶部高程 -34- 厂房顶高程=吊车轨顶高程+吊车高+桥吊顶与横梁距（0.20.5m）+层顶 大梁高+层面板厚，取=230m 7 9.2 宽度 主厂房上部结构上游侧宽度由风罩内径 机电设备等的布置以及吊运水轮 机转轮和发电机转子的要求决定，并保证吊车外缘距排架柱距离不下于 6cm，距上游墙不小于 60cm 。主厂房下部机构上游侧宽度由上游侧蜗壳外缘 尺寸加上外包混凝土的厚度，以及油压设备的布置和通道要求，再加上外墙 厚度确定，可确定上游侧宽度为 4.406+1+3+2=10.406m 为保证以上要求，取 为 11.0m 下游侧宽度由厂房纵轴线下游侧蜗壳宽度加上蜗壳外围混凝土厚 度，再加上外墙厚度 5.946+1+2=8.946 或由发电机风罩内径加通道宽与排架 截面尺寸确定 5.6+0.05+2=5.7m 由此可知，下游侧宽度为 8.946m 取为 9.0m 则主厂房宽度为 11.0+9.0=20.0m 发电机风罩内径 :11.15m 水轮机层:27.00m 起重机跨度:16.00m 9.3 长度 1.机组间距： c l 机组间距由发电机尺寸控制：=发电机定子外径+2 风道宽+风道间过道 c l 宽=风罩内径+风道间过道宽=11.15m+3m=14.15m 机组间距由蜗壳尺寸控制：=蜗壳最大宽度+蜗壳间最大混凝土厚度 c l =6.496+3.534=10.03m 机组间距由尾水管尺寸控制：=尾水管出口宽+尾水管闸墩厚 c l =4.03+3=7.03m 综上可知，选择最大的控制尺寸，故机组间距取为 14.2m c l 2.边机组段长度： 与安装间相邻的边机组段长度，必须满足发电机层设备布置要求，下部块 体结构尺寸应考虑蜗壳外围或尾水管边墙混凝土在 0.8m 以上，取边机组长度 =7m 21 ll -35- 3.装配间长度： 按检修一台机组时能放置四大部件并留有足够的工作通道来确定，安装间 长度=（1.01.5）=14.221.3m 取=18m a l c l a l 故主厂房总长度 L=（n-1）+l +=3 14.2+7+7+18=74.6m c l 1 l 2a l -36- 第十章 吊车梁专题 10.1 截面设计及荷载计算 本设计采用“T”梁，且采用钢筋混凝土结构，做成简支单跨。因为“T” 截面与矩形截面相比，纵向与横向刚度均较大，抗扭性能较好，便于固定钢轨和 有较宽的检查走道，起重量较大或中等的吊车梁宜采用这种截面。 10.1.1 截面选择： 因为水电站吊车梁承受荷载较大，因此截面尺寸会比较大。梁的高跨比一般 取为 1/41/7，取 1.5m，梁高与肋宽的比例有时可达到 67,梁肋宽取为 30cm，上翼缘宽度除了满足承受水平荷载要求外，还要满足固定轨道的需要， 一般为 1/32/3 梁高，且大于 40 厘米取为 100cm，下翼缘宽度一般小于或等 于上翼缘宽度，翼缘高度一般取 1/51/8 梁高，取为 40cm。 对于吊车梁材料的要求：现浇混凝土的标号不得低于 200 号，钢筋宜用 级及以上，本次设计混凝土选择 C3