乌溪江水电站厂房设计及岔管设计计算书（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12.1.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.挡水建筑物砼重力坝22.2.2.1.基本剖面22.2.2.2.实用剖面22.2.3.泄水建筑物砼溢流坝72.2.3.1.堰顶高程72.2.3.2.溢流坝实用剖面设计82.2.3.3.溢流坝稳定应力计算92.3.坝内构造132.3.1.坝顶结构132.3.1.1.非溢流坝132.3.1.2.溢流坝132.3.2.坝体分缝132.3.3.坝内廊道132.3.4.坝基地基处理132.4.溢流坝消能防冲措施13第三章 水轮机选型143.1.水头Hmax、Hmin、Hr确定143.1.1. Hmax 的可能出现情况（水头损失按2%计）143.1.2. Hmin 的可能出现情况（水头损失按2%计）143.1.3. Hav 的确定153.1.4. Hr的确定153.2.水轮机选型比较153.2.1.HL200水轮机方案的主要参数选择153.2.2 HL180水轮机方案主要参数选择163.2.3 HL200和HL180方案参数对照表173.2.4 水轮机安装高程17第四章 水电站厂房184.1.厂房内部结构184.1.1.水轮机发电机外形尺寸估算184.1.2.发电机重量估算184.1.3.水轮机蜗壳及尾水管184.1.4.调速系统，调速设备选择184.1.5.起重机设备选择184.2.主厂房尺寸194.2.1.长度194.2.2.厂房各层高程的确定194.3.厂区布置19第五章 水电站引水建筑物205.1.引水隧洞整体布置205.1.1.隧洞洞径205.1.2.隧洞进口段205.2.细部构造205.2.1.隧洞洞径205.2.2.隧洞进口段205.2.3.闸门断面尺寸205.2.4.进口底高程的计算205.2.5.隧洞渐变段215.3.压力管道设计215.4调压室设计215.4.1.根据近似准则判断是否要设调压室215.4.2.计算调压室托马断面215.4.3.计算最高涌波引水道水头损失255.4.4.计算最低涌波引水道水头损失285.4.5.调压室方案比较302第一章 设计资料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 (2-1)设计情况下：h = h1% +Hz +hc =2.03+1.01+0.7=3.74m校核情况下：h = h1% +hz+hc =1.23+0.54+0.5=2.27m2.2.2. 挡水建筑物砼重力坝2.2.2.1. 基本剖面2.2.2.2. 实用剖面坝顶宽度8%10%130.30 =10.413.0m取为12m坝基面稳定及应力计算设计洪水位情况下，下游水位21.30m坝基面：自重:W1=12(242.3-112)23.5=36744.6KN （垂直向下）W2=0.588(226.29-112)23.5=118171.4KN （垂直向下）W3=0.56(172-112)23.5=4230KN （垂直向下）相应力臂E1=1062-6-122=41.0mE2=8823-1062=5.7mE3=1062-623=49m水压力：P1=0.59.81(238-112)2=77871.8KN （指向下游）P2=0.59.81(133.7-112)2=2309.7 KN（指向上游）Q1=(238-172)69.81=3884.8KN （垂直向下）Q2=0.5(172-112)69.81=1765.8KN （垂直向下）Q3=0.5(133.7-112)2B29.81=1778.5KN（垂直向下）相应力臂E1=(238-112)3=42.0mE2=(133.7-112)3=7.2m E1=1062-62=50mE2=1062-63=51mE3=1062-(133.7-112)30.77=47.4m浪压力： Pwk=38.1KN（指向下游）相应力臂E1=236.08-112=124.1 m扬压力:U1=106(133.7-112)9.810.5=11282.5 KN （垂直向上）U2=(0.2(238-112)-0.5(133.7-112)149.81=1970.8KN （垂直向上） U3=(0.2(238-112)-0.5(133.7-112)80.59.81=563.1KN （垂直向上） U4=(133.7-1120.5)100.59.81=3811.2KN （垂直向上） U5=(238-112)-0.2(238-112)140.59.81=6921.9KN（垂直向上）相应力臂E1=0E2=1062-142=46mE3=1062-14-83=36.3mE4=1062-103=49.7mE5=1062-143=48.3m综上，（垂直向下）（顺时针） (2-2)故满足稳定要求 (2-3) ,故满足应力要求折坡面：自重:W1=12(242.3-172)23.5=19824.6KN（垂直向下）W2=(226.29-172)20.770.523.5=26662.4KN（垂直向下）相应力臂E1=53.802-122=20.9mE2=(226.29-172)0.8323-53.802=3.1m水压力：P1=0.59.81(238-172)2=21366.2KN（指向下游）相应力臂E1=(238-172)3=22.0m浪压力： Pwk=38.1KN（指向下游）相应力臂E1=236.08-172=64.1m综上， （垂直向下） （顺时针）则 (2-4) (2-5) ，故满足应力要求,校核洪水位情况下，下游水位25.3m坝基面：自重:W1=12(242.3-112)23.5=36744.6 KN（垂直向下）W2=0.588(226.29-112)23.5=118171.4 KN（垂直向下）W3=0.56(172-112)23.5=4230.0 KN（垂直向下）相应力臂E1=1062-6-122=41.0mE2=8823-1062=5.7mE3=1062-623=49m水压力：P1=0.59.81(241-112)2=81624.1 KN（指向下游）P2=0.59.81(137.3-112)2=3139.6 KN（指向上游）相应力臂E1=(241-112)3=43.0mE2=(137.3-112)3=8.4mQ1=(241-172)69.81=4061.3 KN（垂直向下）Q2=0.5(172-112)69.81=1765.8 KN（垂直向下）Q3=0.5(137.3-112)2B29.81=2417.5 KN（垂直向下）相应力臂E1=1062-62=50mE2=1062-63=51mE3=1062-(137.3-112)30.77=46.5m浪压力： Pwk=95.2 KN（指向下游）E1=240.13-112=128.1m扬压力:U1=106(137.3-112)9.810.5=13154.2 KN （垂直向上）U2=(0.2(241-112)-0.5(137.3-112)149.81=1806.0 KN （垂直向上）U3=(0.2(241-112)-0.5(137.3-112)80.59.81=516.0 KN （垂直向上）U4=(137.3-1120.5)100.59.81=3987.8 KN （垂直向上）U5=(241-112)-0.2(241-112)140.59.81=7086.7 KN （垂直向上）相应力臂E1=0mE2=1062-142=46.0mE3=1062-14-83=36.3mE4=1062-103=49.7mE5=1062-143=48.3m综上， （垂直向下） （顺时针）故满足稳定要求 (2-6) (2-7)经计算， ,故应力满足要求。折坡面：自重:W1=12(242.3-172)23.5=19824.6 KN（垂直向下）W2=(226.29-172)20.770.523.5=26662.4 KN（垂直向下）相应力臂E1=53.82-122=20.9mE2=(226.29-172)0.8323-53.82=3.1m水压力：P1=0.59.81(241-172)2=23352.7 KN （指向下游）相应力臂E1=(241-172)3=23.0m 浪压力： Pwk=95.2 KN （指向下游）E1=240.13-172=68.1m扬压力:c点：=604.3Kpad点：=86.6Kpa综上， （垂直向下）（顺时针）计入扬压力后，故满足应力要求2.2.3. 泄水建筑物砼溢流坝2.2.3.1. 堰顶高程设计洪水位时，Qs=6000m3/s，Q0=62.69m3/s取=0.9，则 (2-8)校核洪水位时，Qs=9700m3/s，Q0=62.7m3/s(见后水能规划部分)，取=1，则：考虑上游行进流速水头，但因上游断面宽阔，水深较大，则近似则堰顶高程:H=224.2m,正常挡水位231m，考虑安全超高，取0.7m,取闸门高度7.5m , 故闸门尺寸：宽高=107.52.2.3.2. 溢流坝实用剖面设计反弧段设计 (2-9)试算过程：表2-1 hco试算得T0实际T02.0116.36112.242.030112.93112.242.032112.82112.242.038112.17112.24所以hco为2.038m。2.2.3.3. 溢流坝稳定应力计算1）校核状况自重:W1=100.718.4723.5=43708 KN（垂直向下）W2=100.781.530.523.5=96468 KN（垂直向下）W3=0.566023.5=4230 KN（垂直向下）W4=20.2324.980.523.5=5938 KN（垂直向下）W5=24.98723.5=4109 KN（垂直向下）W6=11.520.570.523.5=2780 KN（垂直向下）相应力臂E1=56.5-6-18.472=41.3mE2=56.5-6-18.47-81.533=4.9mE3=56.5-623=52.5mE4=56.5-7-20.233=43.1mE5=56.5-72=53.0mE6=56.5-6-20.973=43.5m 水压力： 静水压力：P1=(241-229.1)9.81(229.1-112)=13670.1 KN （指向下游）P2=0.5(229.1-112)29.81=67259.4 KN （指向下游）P3=0.5(137.3-112)29.81=3139.6 KN（指向上游）相应力臂E1=0.5(229.1-112)=58.6mE2=(229.1-112)3=39.0mE3=(137.3-112)3=8.4m 动水压力：Px=909.81(901.9)(COS(42)-COS(46)=1364.3 KN（指向上游）Py=-90901.99.81(SIN(42)+SIN(46)=616. 0KN（垂直向下）相应力臂E1=25.3mE2=56.5-16.29=40.2m （垂直向下）扬压力:U1=1130.5(137.3-112)9.81=14022.9 KN （垂直向上）U2=14(0.2(241-112)-0.5(137.3-112)9.81=1806.0 KN （垂直向上）U3=0.59.81(0.2(241-112)-0.5(137.3-112)8=516.0 KN （垂直向上）U4=(137.3-112)-0.5(137.3-112)170.59.81=1054.8 KN （垂直向上）U5=14(241-112)-0.2(241-112)0.59.81=7086.7 KN （垂直向上）相应力臂E1=0E2=56.5-142=49.5mE3=56.5-14-83=39.8mE4=56.5-173=50.8mE5=56.5-143=51.8mm综上， （垂直向下） （指向下游）故稳定满足要求经计算故满足应力要求2）设计状况自重W1：100.718.4723.5=43708 KN（垂直向下） W2：100.781.530.523.5=96468 KN（垂直向下）W3：0.566023.5=4230 KN（垂直向下）W4：20.2324.980.523.5=5938 KN（垂直向下）W5：24.98723.5=4109 KN（垂直向下）W6：11.520.570.523.5=2780 KN（垂直向下）相应力臂：E2=56.5-6-18.47-81.533=4.9mE3=56.5-623=52.5mE4=56.5-7-20.233=42.8mE5=56.5-72=53mE6=56.5-6-20.973=43.5m水压力：静水压力：P1=(238-229.1)9.81(229.1-112)=10223.9 KN （指向下游）P2=0.5(229.1-112)29.81=677259.4 KN （指向下游）P3=0.5(133.7-112)29.81=2309.7 KN（指向上游）相应力臂：E1=0.5(229.1-112)=58.6mE2=(229.1-112)3=39.0mE3=(133.7-112)3=7.2m动水压力：Px=909.81(901.9)(COS(42)-COS(46)=1346.3 KN（指向上游）Py=-90901.99.81(SIN(42)+SIN(46)=616 KN（垂直向下）相应力臂：E1=25.3E2=56.5-10.62=40.2扬压力:UI=1130.5(133.7-112)9.81=12027.6 KN （垂直向上）U2=14(0.2(238-112)-0.5(133.7-112)9.81=1970.8 KN （垂直向上）U3=0.59.81(0.2(238-112)-0.5(133.7-112)8=563.1 KN （垂直向上）U4=(133.7-112)-0.5(133.7-112)170.59.81=904.7 KN （垂直向上）U5=14(238-112)-0.2(238-112)0.59.81=6921.9 KN （垂直向上）相应力臂：E1=0E2=56.5-142=49.5mE3=56.5-14-83=39.8mE4=56.5-173=50.8mE5=56.5-143=51.8 综上， （垂直向下） （指向下游）故稳定满足要求经计算故满足应力要求2.3. 坝内构造2.3.1. 坝顶结构2.3.1.1. 非溢流坝2.3.1.2. 溢流坝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 第三章 水轮机选型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）1、H1=98% （Z上Z下 ）=109.30m2、H2=98% （Z上Z下 ）=110.10m3、（3.1） 假设Q=80m3/s，则：Z下=115.72m，H3=98%（Z上Z下）=112.97mN=AQH=7.36万Kw（3.2） 假设Q=40m3/s，则：Z下=115.30m，H3=98%（Z上Z下）=113.39mN=AQH=3.70万Kw（3.3） 假设Q=60m3/s，则：Z下=115.57m，H3=98%（Z上Z下） =113.12mN=AQH=5.53万Kw由（3.1）、（3.2）、（3.3）得NQ关系曲线：由N=5万Kw查NQ关系曲线得：Q=54.2m3/s Z下=115.49mH3=98% (Z上Z下 )=113.20m综合1、2、3得：Hmax=113.20m3.1.2. 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=116.35m，H3=98%（Z上Z下） =73.16N=AQH=11.91万Kw（2） 假设Q=300m3/s，则：Z下=116.7m，H3=98%（Z上Z下）=72.81N=AQH=17.79万Kw（3）假设Q=400m3/s，则：Z下=117.05m，H3=98%（Z上Z下）=72.47N=AQH=23.60万Kw由（1）、（2）、（3）得NQ关系曲线如右图所示：由N=20万Kw查NQ关系曲线得：Q=368m3/s Z下=116.91mHmin=98% (Z上-Z下)=72.61m3.1.3. Hav 的确定Hav=(Hmax+Hmin)/2=92.91m3.1.4. Hr的确定因为本水电站为引水式电站，所以Hr=Hav=92.91m3.2. 水轮机选型比较3.2.1. HL200水轮机方案的主要参数选择1. 转轮直径 (3-1)2. 转速 (3-2) 3. 效率及单位参数的修正 (3-3) =1.0% =1.8% (3-4) (3-5)4、工作范围检验 (3-6)Qmax=Q11max D12= 0.862.752=62.70m3/s (3-7) (3-8) (3-9) (3-10)5、吸出高度(3-11)3.2.2 HL180水轮机方案主要参数选择1、转轮直径 转速 效率及单位参数的修正 =1.0% =2.5%4、工作范围检验 5、吸出高度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4.1.2. 发电机重量估算 (4-1)4.1.3. 水轮机蜗壳及尾水管4.1.4. 调速系统，调速设备选择(4-2)接力器: 直径 : (4-3)最大行程 : (4-4)油压装置: (4-5) (4-6)4.2. 主厂房尺寸4.2.1. 长度4.2.2. 厂房各层高程的确定4.3. 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. 隧洞洞径5.1.2. 隧洞进口段5.2. 细部构造5.2.1. 隧洞洞径 （5-1）5.2.2. 隧洞进口段隧洞进口顶部采用椭圆曲线连接，俯视时成直线型喇叭口，内部断面为矩形,即喇叭口三面收缩，地板不收缩： (5-2)即： 5.2.3. 闸门断面尺寸bh=8.78.7m25.2.4. 进口底高程的计算v=Q(bh)=4.0m/s隧洞进口底高程为172.30m。5.2.5. 隧洞渐变段5.3. 压力管道设计 (5-3) (5-4) (5-5) (5-6)5.4 调压室设计5.4.1. 根据近似准则判断是否要设调压室上游调压室：, (5-7)故需设上调压室5.4.2. 计算调压室托马断面1）引水道的水头损失（1）沿程水头损失 L=1100m计算选用糙率（最小） (5-8)（2）局部水头损失拦污栅处 (5-9) 式中 与栅条形状有关系数 2.42与栅柱形状有关系数 1.035栅条厚或直径0.08m栅柱厚0.7m栅条净距0.2m栅柱净距7.9m 过栅平均流速 喇叭口段矩形断面平均收缩时0.050.1，取损失系数为0.05 （取减缩段面积）闸门段闸门处损失系数0.050.1，两个闸门，0.152=0.3三个渐变段方形渐变成圆形0.05，圆形渐变成方形0.10 隧洞转弯处 2）压力钢管的水头损失（1）沿程水头损失 糙率取最大值0.013 岔管前： 岔管后： （2）局部水头损失 转弯段共两处 蝶阀处相应各段流速 蝶阀处损失由于，则 3）断面计算 (5-10) 式中 ： L引水隧洞长1100m引水道断面面积 59.45m2引水道水头损失系数 引水道通过流量Q时的水头损失压力管道通过流量Q时的水头损失为了保证稳定性和加快削减速度，实际调压室的面积还应比托马断面大，工程中往往将其乘以1.05，所以得：5.4.3. 计算最高涌波引水道水头损失1）沿程水头损失 L=1100m计算选用糙率（最小） （2）局部水头损失1) 拦污栅处式中 与栅条形状有关系数 2.42与栅柱形状有关系数 1.035栅条厚或直径0.08m栅柱厚0.7m栅条净距0.2m栅柱净距7.9m 过栅平均流速2) 喇叭口段矩形断面平均收缩时0.050.1，取损失系数为0.05 （取减缩段面积）3) 闸门段闸门处损失系数0.050.1，两个闸门，0.152=0.34) 三个渐变段方形渐变成圆形0.05，圆形渐变成方形0.10 5) 隧洞转弯处 5.4.4. 计算最低涌波引水道水头损失1）沿程水头损失 L=1100m计算选用糙率（最小） （2）局部水头损失1） 拦污栅处式中 与栅条形状有关系数 2.42与栅柱形状有关系数 1.035栅条厚或直径0.08m栅柱厚0.7m栅条净距0.2m栅柱净距7.9m 过栅平均流速 2）喇叭口段矩形断面平均收缩时0.050.1，取损失系数为0.05 （取减缩段面积）3）闸门段闸门处损失系数0.050.1，两个闸门，0.152=0.34)三个渐变段方形渐变成圆形0.05，圆形渐变成方形0.10 5) 隧洞转弯处 5.4.5. 调压室方案比较1）阻抗式调压室（1）最低涌波计算，上游水库水位选用死水位191米，引水道的糙率选用最大糙率0.016，经过计算引水隧洞水头损失：计算参数 按平衡要求设计，计算 (5-11)即 (5-12) (5-13) (5-14)孔口面积： (5-15)有 (5-16)故不致恶化水锤波的反射（2）最高涌波计算，上游水库水位选用设计洪水位238米，引水道的糙率选用最小糙率0.012，经过计算引水隧洞水头损失： (5-17)又以X0=0.01435，=13.93代入式 (5-18)得经试算得Xm=-0.09166则2）差动式调压室差动式调压室的合理设计，应该使升管和大井中的最高水位相同，最低水位也相同，即所谓平衡设计。另外，应使开机或关机时，升管能在较短的时段内达到极限水位，使调压室具有高的灵敏度。（1）阻抗孔面积S与增加负荷时的最低涌波计算：(5-19)式中： 升管断面面积，取与引水道相同 大室断面面积， 压力管道断面面积，代入数据： 带入算出阻抗孔面积： 式中： 水自大室流入升管（或压力水道）时的孔口阻抗损失相对值 水自大室流入升管（或压力水道）时的孔口流量系数，取代入数据： (5-20)阻抗直径： （2）丢弃全负荷时的最高涌波水位计算：设计情况： 水自升管（或压力水道）流入大室时的孔口阻抗损失