水电站设计清华

1、本科学生毕业论文论文题目：水电站设计学 院：水利电力学院年 级：Xxxx级专 业：水利水电工程姓 名：Xxxx学 号：xxxx指导教师：xxxx2 xxxx年 xx 月 xx日II摘要塔林西电站位于大兴安岭塔河县境内，黑龙江省右岸支流呼玛河中上游，该水电站是一座以发电和防洪为主，兼顾水产养殖等综合利用的水利枢纽工程。水电站电站总装机容量20MW，2台机组，单机容量为10MW，保证出力4.09MW，装机利用小时数为2153h。塔林西水电站水电站为混合式电站。引水隧洞位于坝址右岸山体内，进口位于右坝肩上游约1.0km处，洞轴线走向北偏东45°，洞长约800多m。电站厂房位于坝下游，厂房内

2、安装二台水轮机，采用联合供水的形式布置。发电厂主要由主厂房，安装间，副厂房，升压站，回车场、检修间、尾水渠等组成。关键词水电站；引水隧洞；压力引水道；压力管道；调压室；分岔管；电站厂房AbstractHeilongjiang tallinn west hydropower station of the greater hinggan mountains DaHeXian territory of heilongjiang province, heilongjiang province right bank called in the river tamar tributary oil in t

3、ahe town about 34 km west of place,is two waves river ways the waves of cascade hydropower stations in the planning four grade iii,the station mainly power generation and flood control mainly.Hydropower station 22MW,altogether 2 total installed capacity,standalone units installed capacity of 10 MW 2

4、153h hours for using.Tallinn west hydropower station for hybrid power hydropower station.Diversion tunnel located right in the dam in mountain,import right shoulders swam about 1.0 km dam,the hole axis in towards north by east 45 °,hole more than 1000 m long approximately.Power plant,located do

5、wnstream dam workshop installation two water turbine,decorate with combination of water supply for the form. Mainly by main workshop of power,installation, vice workshop,between pressor station,back to ash between wheel-dreven,maintenance,etc.Key wordsHydropower station;diversion tunnel;pressure div

6、ersion tunnel;pressure pipeline;surge chamber;branching pipes;hydropoer plant目录摘要IAbstractII前言11. 进水口的设计与计算31.1进水口的类型选择31.2确定隧洞的圆形断面尺寸41.3对进水口进行细部布置51.3.1拦污栅的布置51.3.2喇叭口的布置51.3.3启闭架及操作平台设计71.3.4闸门尺寸的布置81.3.5闸门井的布置81.3.6通气孔的布置91.4进水口处的底板高程及进水口桩号的布置91.4.1 进水口底板高程的设计91.4.2 隧洞进口处的进口桩号位置选择102. 进行压力水道的设计与

7、计算122.1判断是否设置调压室122.2压力水道的细部布置设计132.2.1隧洞进口渐变段的布置132.2.2隧洞坡降设计142.2.3竖向转弯段的设计152.2.4压力管道断面尺寸的设计152.2.5岔管的设计162.3水头损失计算172.3.1局部水头损失的计算172.3.2沿程水头损失的计算222.4调压室的计算242.4.1断面稳定断面的计算242.4.2全增负荷时调压室最低涌波水位的计算272.4.3丢弃负荷时最高涌波水位的计算282.4.4阻抗孔处尺寸设计292.5调节保证计算302.5.1机组转速变化最大时相对升高值302.5.2在设计水头下，压力管道位置末端水锤压力相对最大升

8、高值的计算323. 电站厂房的布置设计333.1工程概况333.2厂区布置333.3主厂房的平面设计343.3.1主厂房的上部结构353.3.2主厂房下部结构部分393.3.3主厂房长度的确定403.4主厂房的剖面设计403.4.1水轮机安装高程413.4.2主厂房基础开挖高程413.4.3水轮机层地面高程423.4.4发电机装置高程423.4.5发电机层楼板高程423.4.6起重机（吊车）的安装高程433.4.7屋顶高程433.4.8装配场的楼板高程443.5厂房的立面设计443.5.1分清主次和轻重443.5.2注意比例和尺寸453.6副厂房的布置45结论47参考文献48塔林西水电站设计前

9、言塔林西水电站位于黑龙江省大兴安岭的塔河县境内，黑龙江省右岸支流呼玛河中上游，在塔河镇以西约34km处，交通方便。呼玛河为黑龙江一级支流，发源于大兴安岭东麓，由西南向东北汇入黑龙江，河流全长542km，流域面积3392km2，河道平均坡降1.9，总落差342m。呼玛河流域无气象观测站，据气象站资料统计，多年平均气温2.8，夏季极端最高气温35.7，冬季极端最低气温为45。日平均气温小于等于零度的日数为170天，多年平均蒸发量为1164mm，多年平均降水量为485mm。多年平均风速2.9m/s，最大风速26.7m/s，冬季多西北风，夏季多东南风和西南风。水电站所在的呼玛河属于山区性河流，由于没有

10、控制性工程，该流域洪水灾害频繁，给国民经济和人民生命财产造成了巨大损失。从呼玛河流域洪灾特点可以看出，本流域暴雨洪水多，山区性洪水峰高量大，涨势迅猛，沿岸防洪工程薄弱，洪灾损失严重。只有尽快在中上游修建控制性工程拦蓄洪水，削峰治洪，才能从根本上治理洪涝灾害。按照流域规划，水电站是综合利用水利枢纽，坝址控制流域面积占全流域面积的85%，可以有效的拦蓄洪水，提高下游防洪标准。因此，水电站承担下游防洪任务，不仅合理可行，而且也是非常必要的。综上所述，从发电、防洪等各方面来看，水电站工程对满足国民经济各部门用电要求，保障呼玛河下游的防洪安全是完全必要和非常迫切的；对于提高大兴安岭的供电可靠性，改善供电

11、质量及国网向呼玛地区的延伸也有重要意义。本地区大地构造单元处于大兴安岭低山区， 区域地壳运动以缓慢上升为主，地震基本烈度小于度，区域稳定性好。水库库岸稳定性较好，无塌岸和渗漏问题，水库区周边无浸没问题，库区及附近无大的断裂构造通过，水库发生诱发地震的可能性较小。位于库区金矿点（1号矿点）还未开采，建议水库蓄水前开采完毕，并采取相应措施，不会对水库淤积产生影响。水位淹没对此矿体已构成压覆，建议水电站建成以前，将水体能够压覆的矿点开采完毕。通过计算表明：在天然无防渗措施条件下，该坝年渗漏量占正常蓄水位以下库容的51.4%，渗漏量较大，但主要渗漏部位为第四系松散层，即河床段。建议应在此段进行截渗处理

12、。对河谷段松散层进行渗透稳定性分析，判断变形类型为管涌型。建议允许水力比降取J允0.15为宜。通过物探资料，坝址区共发现二处断层破碎带（低速带），建议施工时采取适当的工程处理措施。隧洞沿线分布为黑云母花岗岩，洞长估计约900多m，局部为蚀变闪长玢岩。进口处洞身围岩大部分为类，围岩局部稳定性差，围岩强度不足，局部会产生塑性变形，施工中需采取适当的工程措施；洞身围岩大部分为类，围岩整体稳定，不会产生塑性变形，局部可能产生掉块。施工中可不支护或局部锚杆或喷薄层砼；在洞身中局部有6处波速低速带，推测为断层破碎带，在此位置洞身围岩分类为类，岩体极不稳定，围岩自稳时间很短，规模较大的各种变形和破坏都可能发

13、生，施工中应进行系统锚杆加钢筋网或浇筑混凝土衬砌。调压井处强风化岩体岩石完整性差，对成井不利，弱风化岩体岩石完整性一般，均需进行必要的工程处理。支洞分岔管处在微风化新鲜岩体中，岩体较完整。但上覆岩体厚度一般为15m20m，主洞与支洞相接处隧洞直径相对变大，成洞条件一般。在电站厂房区钻探揭露2处断层破碎带，施工时需采取适当的工程处理措施。升压站基础座于强风化、弱风化花岗斑岩中，工程地质条件较好。尾水渠渠道底处在强风化、弱风化与微风化岩体过渡带，岩体稳定性、抗冲性均较好。天然建筑材料储量丰富，砼骨料中粗骨料质量基本满足规程质量指标要求，细骨料多项指标不能满足质量指标要求，质量较差；沥青心墙保护层用

14、砂砾料较丰富； 块石料各项质量指标均可以满足块石料质量指标的技术要求。水电站电站总装机容量20MW，2台机组，单机容量为10MW，保证出力4.09MW，多年平均发电量4736×104kW·h，装机利用小时数为2153h。拦河主坝采用沥青砼心墙堆石坝，溢洪道布置在堆石坝右坝肩上游的鞍部，由进水渠、控制段、泄槽、挑流段及尾水渠组成；水电站引水洞线仍采用短洞洞线，洞轴线走向为NE45°，由进水口、引水隧洞、调压井及压力管道四部分组成。1. 进水口的设计与计算根据已知资料可知，塔林西水电站电站总装机容量20MW，2台机组，单机容量为10MW，保证出力4.09MW，多年平均

15、发电量4736×104kW·h，装机利用小时数为2153h。水电站坝址以下堤防在设计标准情况下总保护面积为35km2。堤防达到设计标准情况下总保护价值为10638万元。按2005年价格水平计算的由现状（约3年一遇）提高到10年一遇防洪标准多年平均防洪效益为724万元。观察塔林西水电站工程位置测量图与剖面图，塔林西水电站引水洞线采用短洞洞线，洞轴线走向为NE45°（北偏东45°），从地形平面图图上可以大致估量出洞长约为860m。进水口型式比较了竖井式和岸塔式两种，本次选取岸塔式进水口。进水口位于右坝肩上游约1.0km处，进水口设拦污栅和一孔工作闸门，清污及

16、检修工作平台与对外交通相连，全断面采用砼衬砌。塔林西水电站建筑物由进水口、引水隧洞、调压井、压力管道及发电厂房组成。塔林西水电站为混合式电站，电站厂房位于坝下游，厂房内安装二台水轮机，其中水轮机的型号采用哈大集团开发研制的水轮机两台发电机单机容量为11MW，总装机容量22MW。水轮机型号：HLA551LJ175（混流、立轴、金属蜗壳式水轮机，转轮直径1.75m）。水轮发电机的型号：SF1118/370 (立式水轮发电机，额定发电容量11万千瓦)。1.1进水口的类型选择进水口分为有压进水口和无压进水口两种形式，本电站采用有压进水口形式。在进水口的布置及结构形式上，可分为竖井式、塔式、岸塔式及斜坡

17、式等。考虑到塔林西水电站处的地形条件，进口出岩石较宽整，但节理裂隙较为发育，隧洞进口段属于类岩石，所以比较了竖井式和岸塔式两种布置方式。竖井式进水口的特点：结构简单，不受风浪和冰的影响，但是竖井式进水口的开挖比较困难，工程量开挖较大，投资较高，而且竖井前的隧洞检修不便，故一般工程中不采用。岸塔试进水口的特点：它主要靠在开挖后洞脸岩坡上，岸塔式的稳定性比塔式较好，塔室对岩坡有一定的支撑作用，施工安装较为方便，不需要太长的工作期，所以在设计中工程一般采用岸塔式进水口。综合上述，塔林西水电站的引水建筑物的进水口采用岸塔式进水口。1.2确定隧洞的圆形断面尺寸根据资料，已知隧洞的最大引用流量为Qmax=

18、53.2m3/s，该发电引水隧洞为有压隧洞，有压隧洞一般均采用圆形断面，原因是圆形断面的水流条件和受力条件都较为有利，过流能力较强。根据运用要求、泄流量、作用水头及纵剖面位置等，通过水利计算初步估计隧洞的洞身圆形断面的直径D：查资料可知，隧洞的经济流速一般为2.54.5m/s，由公式（见水力学课本）：式中：Q最大引用流量；S，即：； V经济流速，一般为2.54.5m/s。由于： => v经济在2.54.5m/s之间波动，当v取最小值，即：v=2.5m/s时，可求得：=>=>=5.2m当v取最大值，即：v=4.5m/s时，可求得：=>=>=3.9m综上，隧洞的圆形断

19、面尺寸的选择范围是：3.9m5.2m，只要所选值在此范围均能满足要求。所以隧洞的圆形断面尺寸选定为5.0m。1.3对进水口进行细部布置1.3.1拦污栅的布置进水口前一般要设置拦污栅，主要作用为拦阻漂浮物，有利于保护压力管道和水轮机。拦污栅通常布置为垂直和倾斜两种，当采用人工清污时，采用倾斜布置。本设计中岸塔试进水口的拦污栅采用倾斜布置，其倾斜角为70°。每块栅片包括边框和栅条，由型刚焊成，锚在柱墩与横梁上，每块栅片的宽度一般不超过2.5m，高度不超过4m。栅条的宽度和厚度由强度计算取得，通常宽度取值范围为100200mm，厚度取值范围为812mm。栅条的净距根据水轮机型号来确定，本水

20、电站采用混流式，型号HLA551-LJ-170，净距取值范围为 =（/30/20）。 所以，取 =1700/25=68（mm）。考虑到水头损失发电效益的影响，过栅流速不宜太高，因为流速过高，局部水头损失就越大，所以为了减少局部水头损失与清污困难，过栅流速取值为1m/s。1.3.2喇叭口的布置隧洞进水口常采用顶板和边墙顺水流方向三面收缩的平底矩形断面，为避免产生不利的负压与空蚀破坏。喇叭口的顶板常采用椭圆曲线1/4，其控制方程为：式中：椭圆长半轴，通常取=（11.5）；椭圆短半轴，通常取=（）。所以，取：= 1.0× = 1.0×5 = 5.0(m)= ×=

21、5;5 = 2.5(m)所以进口顶板的椭圆曲线的方程为：在喇叭口进口的端部，拦污栅的垂直高度=5.0+2.5=7.5（m）由：式中： ； （进口处拦污栅净宽）；。所以=>=>=>m由上，进口处拦污栅的净宽可以取m所以：= 0.89(m/s)= 7.98(m)m进水口喇叭口的局部剖面图为：1.3.3启闭架及操作平台设计从资料可知，设计取100年一遇的洪水位230.88m作为进口处的设计水位，即：H设=230.88m。进水口的闸结构主要由上部启闭架于下部闸门井组成，操作平台是工作人员检修闸门于拦污栅的基础平台，应在设计水位以上。所以操作平台的高度应该大于进水口设计水位，即：>

22、;230.88m，取操作平台的高度=231m。操作平台以上为启闭结构，已知=7.98m，加上拦污栅上下结合部的余幅2×0.2m=0.4m，所以拦污栅的净长度=7.98m+0.4m=8.38m。启闭平台主要是放置拦污栅启闭机与闸门启闭机动力设备的平台，因此启闭平台以下至拦污栅以上的净高应大于拦污栅的总长度，即：>，取=9m，所以启闭平台的高度为=231m+9m=240m。启闭架屋顶的高度为：=231m+9m+5m=245m。式中： 231m操作平台的高度；8m启闭物件的留有高度；5m启闭架以上房屋的高度。即：=245m。1.3.4闸门尺寸的布置闸门的空口常采用矩形或正方形，其宽度

23、一般等于隧洞直径，高度一般也等于隧洞直径。所以塔林西水电站的进水口的闸门尺寸为b×h=5m×5m，即：b=5m，h=5m，该闸门为工作闸门。通常情况下进水口闸门的设置为两道闸门，第一道闸门为检修闸门（静水中启闭），第二道闸门为工作闸门（动水中启闭）。由于发电供水洞的进水闸只需要一道工作闸门即可，所以塔林西水电站的闸门就可以只设一道，其闸门形状为正方形，尺寸为b×h=5m×5m。工作闸门以后设渐变段，以连接同形隧洞。1.3.5闸门井的布置闸门位置的闸底板厚度常取0.81.5m，此塔林西水电站的闸底板厚度取值为1.5m，即d=1.5m，最薄不小于0.6m。闸

24、门井是由前胸墙、后胸墙及两侧边墩组成，另外与岸坡连接的竖向面设置垂直挡墙，在后胸墙与挡墙之间设置通气孔。平面闸门的闸墩的厚度一般为11.5m，胸墙最小厚度不宜小于1m。所以在此水电站中边墩的取值为1.5m，前胸墙厚度取值为1.5m，后胸墙厚度取值为1m，挡墙厚度取值为1.5m，闸门的厚度取值为1.2m，即：=1.5m，=1.5m，=1m，=1.5m，=1.2m。两侧门槽与底部槽深取值为0.3m即可。其示意图为：1.3.6通气孔的布置在发电引水道中，在充水与防空过程中，闸门后需要排气和补气，特别是当动水关闭闸门时，问题较为突出，否则会引起压力管道局部真空而经受负压。在通气孔的面积布置选择上，一般

25、通气孔也做通人孔，通常通气孔面积是引水管道的5%7%，宽度不小于80cm，为方便进人需要，长度根据实际具体设定。此水电站的通气孔尺寸取值为：宽度80cm，长度2×1.5m。设置两孔，中间上部设置隔板。1.4进水口处的底板高程及进水口桩号的布置1.4.1 进水口底板高程的设计已知死水位为212m，有压进水口应低于运行中可能出现的最低水位，并且要有一定的淹没水深，避免进水口前出现漏斗状吸气漩涡并防止有压引水道中出现负压。在淹没水深中，我国通常采用戈登公式来计算淹没水深，即：式中：进水口处底于死水位以下并且在闸门上端以上的临界淹没水深；闸门的孔口净高度；经验系数，=0.550.73；闸门断

26、面的水流速度，即则：（m）考虑到进水口处的波浪与冰冻厚度等因素，取安全深度为h安全=3.1m，所以安全淹没深度为：（m）进水口处的底板高程：式中：闸门的高度；淹没水位的高度。所以底板上板面的高度：（m）已知底板的厚度为1.5m，即已知进水口处底板基础面的高度为：（m）1.4.2 隧洞进口处的进口桩号位置选择有压隧洞的进水口一定要满足成洞条件，在隧洞满足成洞条件下，我们尽量做到“早进洞，晚出洞”的原则。在设计中要满足成洞条件及除去进口出闸室的长度，对于有压隧洞，当考虑到围岩的弹性抗力时，隧洞上覆盖岩体的厚度要不小于3倍的洞径，并且有压隧洞的最小围岩厚度不小于0.4倍压力水道最大水位差，有压隧洞进

27、口桩号至少要放在微风化岩层线以后下面位置，进水口的底板应至少放在弱风化岩层线以内。所以隧洞线的进口处0+000桩号的上覆岩体的厚度为：>3×>0.4×Hmax式中：压力水道最大水位差，即：（m）；隧洞的断面直径。所以：>23m根据塔林西水电站地质剖面图，初步估计隧洞的进口桩号0+000在地质剖面图上的0+050处，即：隧洞洞线的实际长度为=862 50=812（m）。2. 进行压力水道的设计与计算在有压引水式水电站中，从隧洞进口0+000一直到厂房进口处，这个水道都称为压力水道。一般的引水系统中，压力水道分为压力引水道与压力管道，其分界先为调压室位置中心点

28、。从调压室中心点以前称为压力引水道，又称为压力隧洞，调压室中心点以后称为压力管道。在压力水道中，从隧洞进口0+000桩号开始，其组成部分为：隧洞进口的渐变段（由方形变为圆形）、隧洞坡降段、调压井、竖向转弯段、压力管道、岔管及支管。由已知资料及以上计算可知，初步估计出隧洞的总长度为812m，进口处的底板基面高程为199m。塔林西水电站的最大引用流量为=53.2m3/s，运行时设计水头为：=47.8m。2.1判断是否设置调压室在水电站导叶关闭过程中及开启时，会产生水锤波的反射，而减小水锤压力在引水道中传递的有效方法之一就是设置调压井。设置调压井后，利用调压井扩大的断面积和自由水面，水锤波会在调压室

29、反射到下游去，这样相当于把引水系统分为两段，前面称为压力引水道，后面称为压力管道。调压井以前的压力引水道基本上可以避免水锤压力的影响，调压井以后的压力管道，由于缩短了水锤波的传递路程，可以改善机组运行条件及供电质量。判断塔林西水电站是否需要设置调压井，可以利用压力水道的惯性时间常数值来判断是否需要设置调压井。的允许取值为24s，常取为3s。由公式：式中：为压力水道的长度之和；压力水道中的流速；为水电站的设计水头；重力加速度。因为 已知=53.2m3/s，=5m，即=2.5m所以 (m/s)由上得：（s）因为=3s，所以 > ，因此该水电站需要设置调压井。2.2压力水道的细部布置设计2.2

30、.1隧洞进口渐变段的布置塔林西水电站引水口的进入闸门后的尺寸为方形尺寸，即=5m×5m。从隧洞的进口0+000桩号开始由方变圆，即从正方形变为直径为5m的圆形。渐变段可以采用在正方形四个角加圆弧的办法进行逐渐过渡，有压隧洞过渡段的单边收缩角不大于10°，以6°10°为宜，边壁的收缩率控制在1:51:8之间。渐变施工复杂，所以不宜过长，但为了水流平顺，也不宜太短，一般渐变段长度采用洞径的1.52.0倍。渐变段由混凝土及钢筋混凝土衬砌而成，采用分段浇筑的方法施工，浇筑长度一般为612m。因为1.5<L渐<2.0，即7.5m<<10m，

31、所以渐变段长度取值为=9m。其布置形式如示意图所示：2.2.2隧洞坡降设计已知隧洞0+000桩号处底板进口高程为=200m，所以进口处底板中心处的高程为=200+2.5=202.5（m）。支管出口连接厂房处的安装高程初步设计为=177.47m。隧洞的纵坡应该根据运用要求、上下游衔接、施工和检修等因素综合分析比较后确定，有压隧洞不易采用平坡或反坡，因其不利于排水。有轨运输的底坡一般为35,但是不大于10；无轨运输的坡度为315，但不宜超过20。本水电站的纵坡采用10，由上可知隧洞的总长度L为812m，由坡降采用10而产生的纵坡的高度差为，考虑有些特殊段不能纵坡，由=812×10=8.1

32、2m，所以纵坡的高度差取值为=7m。已知=202.5m，=177.47m，所以=202.5-177.47=25.03（m）因为是洞线上纵坡初步选为10，由此产生的纵坡高度差为7m，而=25.03m，所以要在洞线上设置竖向转弯段。2.2.3竖向转弯段的设计由以上计算得出的结果判断需要在洞线上设计竖向转弯段来满足洞线的高差布置，其转弯段高差为：（m）对于隧洞竖向转弯段的转角一般不宜大于60°，转弯半径不宜小于5倍洞径。已知=18.03m，在竖向转弯段上，考虑到水流衔接畅流，要求上弯段于下弯段的进口及出口位置都要相切连接，所以：60°则有：m25m60°可取=50

33、76;，代人方程得=>=25.23（m）满足条件25m，所以取R=26m。2.2.4压力管道断面尺寸的设计压力管道是位于调压井中心线以后的部分统称为压力管道，它主要承担由水锤波反射而来的水锤压力。压力管道的经济引用流速为46m/s，已知=53.2m/s，由公式：所以管道进口直径的选择为：=>3.364.1152取时，则有：（m）当=3.8m时可以满足要求，所以选择压力管道的直径为3.8m。2.2.5岔管的设计在水电站引水管道中，考虑到投资关系，通常采用为联合供水，岔管的作用用于分配水流，岔管的设计要求满足以下要求：（1） 水流平顺，水头损失小，避免涡流与震动；（2） 结构合理简单，

34、受力条件好，不产生过大的应力集中和变形；（3） 制作运输安全方便。塔林西水电站的岔管采用对称的月牙类形岔管，月牙肋形岔管是三梁岔管的发展产物，在目前的水电站设计中引用较为广泛，已经积累了很多次的经验，近年来我国采用的也较多。月牙肋岔管是用一个嵌入管体内的月牙形板来代替三梁岔管的U形架，取消腰梁。月牙肋岔管由主管扩大段和支管收缩段组成，三者之间有一个公切球，使相贯线称为平面曲线。岔管进口处的管道直径等于压力管道直径，即=3.8m。由于本水电站安装了两台机组，所以岔管分岔后有两条支管，其支管的管径设计用流量控制。由于=2，且=53.2m/s，所以=26.6m/s。由公式：式中：支管的横切面积，即；

35、支管的流速，取值范围为4m/s6m/s。所以（m）月牙肋主管与岔管之间的公切球的半径由公式得：=>（m）一般情况下，岔管处的岔角考虑到肋宽比等因素的影响，常选择岔角角度为70°。综上，岔管的设计进口的直径为=3.8m，岔管设计出口的支管直径为=2.6m，公切球的直径为=4.4m，岔管岔角角度为=70°。2.3水头损失计算水头损失包括局部水头损失和沿程水头损失。其中局部水头损失在压力水道中包括拦污栅处的水头损失、喇叭口处的水头损失、闸门处的水头损失、渐变段的水头损失、调压井侧向的水头损失、渐缩短的局部水头损失、竖向转弯段的局部水头损失、岔管处的局部水头损失、岔管出口处支

36、管转弯段的局部水头损失及导叶位置处的水头损失。2.3.1局部水头损失的计算局部水头损失的计算公式为：式中：局部水头损失系数；发生局部水头损失处的断面的平均流速；重力加速度。已知=53.2m/s，（为过流断面面积）。（1） 拦污栅处水头损失 由以上计算可知，栅片的倾角为=70°，栅片净宽为=7.5m，栅片长为=7.98m，所以：（m2）m/s局部水头损失系数：式中：栅条厚度，取值范围为812mm；栅条净距，；与栅条的形状有关，该水电站栅条为矩形栅条，所以取值为2.34。所以：则拦污栅处的局部水头损失为：（m）（2） 喇叭口处的局部水头损失已知=59.85m2，=5×5=25m

37、2，所以:（m2）则：（m/s）查表得，喇叭口的局部水头损失系数为=0.1；则喇叭口处的局部水头损失为：（m）（3） 闸门槽处的局部水头损失该水电站采用平板闸门，查表得。由=5×5=25（m2），得（m）,则闸门槽处的局部水头损失为：（m）（4） 渐变段的局部水头损失已知=5×5=25（m2），=2.52=19.625（m2），则：（m2）（m/s）隧洞由方变圆时，其局部水头损失系数为=0.05。所以渐变段的局部水头损失为：（m）（5） 调压室位置侧向进水口处的局部水头损失查表，调压室侧口处的局部水头损失系数的取值为=0.1。调压室侧向进口面积一般大于或等于隧洞断面面积，则

38、：=2.52=19.625m2（m/s）则调压室侧向进口局部水头损失为：（m）（6） 渐缩段的局部水头损失从调压室中心线以后的部分为压力管道，以前的部分为压力引水道，且已知压力引水道的半径为=2.25m，压力管道的半径=1.85m，所以：（m2）（m2）（m2）（m/s）查表得渐缩段的局部水头损失系数取值为=0.1。则渐缩段的局部水头损失为：（m）（7） 竖向转弯段的局部水头损失由上已知转弯段的转弯半径为=26m，转角为=45°，由于竖向转弯段位于调压室中心线后，其压力管道的直径为=3.8m，竖向转弯段的局部水头损失系数为：=>=>由：（m2）（m/s）则竖向转弯段的局部

39、水头损失为：（m）（8） 岔管处的局部水头损失查表，岔管处的局部水头损失系数为=0.5。已知岔管进口处的管直径为=3.8m，出口支管处的管直径为=2.6m，则：（m2）（m2）（m2）（m/s）则岔管处的局部水头损失为：（m）（9） 岔管出口处支管转弯段的局部水头损失有压岔管的体型不作详细的设计，转弯处转角不知，所以可以将岔管出口处支管段转弯处的局部水头损失系数近似取为=0.131。已知支管的管直径为=2.6m，则：（m2）（m/s）则岔管处支管段转弯处的局部水头损失为：（m）（10） 导叶位置处的水头损失查资料，水电站关闭阀门导叶位置处的局部水头损失系数取=0.2。已知岔管支管的水流速度为=

40、5m/s，所以导叶位置处的局部水头损失为：（m）2.3.2沿程水头损失的计算沿程水头损失计算采用的公式为：式中：为沿程阻力系数，（C为谢齐系数，。为糙率，钢管材料取0.012，混凝土材料取0.014；R为水力半径。）；水道长度；管道中水流速度；管道直径。又以上计算初步估出洞线的长度为=812m，在引水道中分为压力引水道、压力管道及支管段，其管道管直径分别为=5m、=3.8m、=2.6m，所以：（m2）（m/s）（m2）（m/s）（m2）（m/s）由于糙率的取值范围为0.0120.014，所以本水电站的糙率取=0.013。因为压力引水道的长度和压力管道的长度未确定，所以可以近似估算沿程水头损失。

41、已知压力水道的总长度为810m，其水力半径为：（m）已知压力水道中的各段流速为=2.7m/s、=4.7m/s、=5m/s，所以其平均流速为：（m/s）由公式：=>则沿程阻力系数为：=>所以沿程水头损失为：=>>（m）2.4调压室的计算调压室的计算包括调压室断面稳定面积的计算、最高涌波水位计算及最低涌波水位计算。调压室的位置根据压力管道的地形、地质条件与厂房进行统一考虑，选择要尽量靠近厂房，以减少压力管道长度和水轮机的水锤压力。调压室考虑到自身的稳定因素，宜设在地下，还要避开不利的地质条件，以减少电站运行后渗水对围岩及边坡的影响。根据水电站的地质剖面图，初步把调压室的中心

42、线设置在0+740桩号处，目的是为了减少开挖深度，并且尽可能将调压室处于地面以下，如图所示。所以可以根据以调压室中心线为界，初步估算出压力引水道的长度为=700m，压力管道的长度为=112m。调压室初步选取简单式调压室和阻抗式调压室进行比较。简单式调压室虽然结构简单，但是工程量较大，适用于低水头水电站，故不可以采用；阻抗式调压室有阻抗孔，而且能最大限度的减少调压室容积和减少调压室水位升高值与降低值，这种调压室适用于中水头电站，所以本水电站采用阻抗式调压室。而其他型式的调压室考虑到施工技术与结构布置等因素，调压室的施工难度都比较大，一般不宜采用。2.4.1断面稳定断面的计算托马断面是保证稳定所需

43、要的最小断面，调压室水位波动的稳定条件是其断面满足托马断面，即：式中：压力引水道的断面面积，；压力引水道的长度；从水库到调压室处水头的损失系数，；最小发电水头，；压力引水道中的水头总损失，包括局部水头损失和沿程水头损失；压力管道的水头总损失，包括局部水头损失和沿程水头损失。由上得：式中：拦污栅处的局部水头损失；喇叭口处的局部水头损失；闸门槽处的局部水头损失；渐变段的局部水头损失；调压室位置侧进水口处的局部水头损失；压力引水道的沿程水头损失。即：（m）所以：（m）由已知得：式中：渐缩段的局部水头损失；竖向转弯段的局部水头损失；岔管处的局部水头损失；岔管出口处支管转弯段的局部水头损失；导叶位置处的

44、局部水头损失；压力管道的沿程水头损失。即：（m）所以：（m）水库到调压室处的水头损失系数为：因为：（m/s）m所以：电站的最小发电水头为：=>（m）由公式：所以：（m2）调压室为圆形断面，其断面面积为：=>（m）考虑到安全系数的取值=1.1，则：（m）所以取调压室的直径取为=12.4m。由上得，调压室的断面面积为：（m）>97.89m所以断面满足托马断面，即满足稳定条件。2.4.2全增负荷时调压室最低涌波水位的计算增加负荷时发生最低涌波水位，负荷增加一般由部分负荷增加到全负荷。本水电站由两台机组进行发电，可以认为全增负荷由一台机组发电增加到两台机组发电情况，则水电站流量由增加

45、到，其中=1/2，因为这个过程正好为一台机组发电流量增加到两台机组发电流量。最低涌波水位，其中Zmin为最低涌波发生时相对高的的最小值。由公式：式中：为无因次系数，（为压力引水道长度，值为700m；为压力引水道的断面面积，值为19.625m2；为压力引水道的流量，值为2.7m/s；为调压室的实际所取断面面积，值为120.7 m2；为压力引水道的水头总损失，值为1.762m。）。所以无因次系数为：则：=>2.00（m）所以取最低涌波水位为：（m）2.4.3丢弃负荷时最高涌波水位的计算调压室在丢弃负荷时最高涌波水位的计算公式为：调压室的最高涌波水位应该出现在最高水库水位时丢弃负荷的情况下。由

46、公式：式中：阻抗孔处的阻抗系数，（=2.00m，m，），所以；长度因次系数，；为一般系数，；为常数，=2.718。所以：=>=>对进行试算：当= 0.25时， 左边=右边=当= 0.23时，左边=右边=所以当= 0.23时满足等式要求，则最高涌波水位的相对高度为：=>（m）所以调压室的最高涌波水位为：=>（m）由以上的最高涌波水位得调压室的顶板高程为236.4m。2.4.4阻抗孔处尺寸设计由以上计算可知阻抗孔处的水头损失系数为，阻抗孔的水头损失，已知压力引水道的水头损失m，所以阻抗孔处的水头损失为（m）。由公式：式中：最大引用流量，；阻抗孔的流量系数，为0.60.8，取

47、=0.7；阻抗孔的面积，。则：=>6.24=>（m）所以阻抗孔处的孔口半径为2.2m。2.5调节保证计算 调节保证计算的目的是通过调节保证计算与分析，正确合理的解决导叶关闭时间，水锤压力和机组转速上升值三之间的关系，最后选择适当的导叶启闭时间和方式，使水锤压力和转速上升值在经济合理的允许范围内。本水电站的设计水头=47.8m，设计水头下机组转速的最大允许升高值=60%；管道水锤压力最大压力相对值=50%。水轮机的直径为=1.7m，机组在运行时飞轮转速惯性矩=215tm2，电站安装两台机组，单机装机=10000KW，水轮机的同步转速=333.3r/min。2.5.1机组转速变化最大时

48、相对升高值当水电站突然丢弃负荷时后，由于调速系统惯性的影响，导叶经过一小段迟滞时间后才开始有关闭动作，机组转速变化升高值与水锤波压力最大升高值是相互矛盾的。如果关闭时间过长，水锤压力升高值较小，而转速的升高值要偏大；如果关闭时间过短，水锤压力的升高值偏大，而转速的相对升高值要偏小。机组转速变化升高最大值通常采用的公式为：式中：调节迟滞时间，（为导叶不动时间，取为0.1s；为调速器的残留不均衡度，一般取值为0.020.06s，本水电站取为0.04s；为机组的时间常数，（s）。），所以；升速时间，（为机组导叶关闭时间；为比转速，r/min，），；水锤影响系数，（为管道的特性系数，），。所以：=&g

49、t;=>当关闭时间取不同值时与值的关系：取s时，；取s时，；取s时，；取s时，；取s时，；取s时，。由于<60%，所以关闭时间的允许值s。当s时，<满足要求。因此导叶的关闭时间的取值为s能满足要求。2.5.2在设计水头下，压力管道位置末端水锤压力相对最大升高值的计算由以上计算及资料可知，水电站的设计水头=47.8m/s，压力管道的特征系数，压力管道末端水锤相对升高最大值=50%。压力管道末端水锤最大升高值的计算公式为：当s时，所以： =>=>即<。当s时，且，满足要求，即导叶合理关闭时间为s，转速升高最大值为，压力管道末端水锤压力升高相对最大值为。3. 电站

50、厂房的布置设计水电站的厂房的布置设计又称建筑设计，包括平面设计、剖面设计和立面设计三个部分，它是水工、机械、电气、建筑等专业技术的相互配合，共同进行的工作。初步设计阶段主要任务是提出设计方案，在水电站厂房主要机电设备已经基本确定的条件下，进行厂房布置、选定建筑材料和结构方案，分析各方案在技术上、经济上的合理性。3.1工程概况电站厂房位于低山丘陵区，据钻探资料，在电站厂房区发现两处断层，均为压扭性断层，断层内充填物为断层泥和断层角砾岩。地下水以基岩裂隙水为主，地下水化学类型为HCO3 -Ca，pH=7.32，总矿化度为0.085g/l，总硬度2.44德国度，总碱度2.30德国度。地下水和地表水对

51、砼都具有分解类溶出型弱腐蚀性。电站厂房区地层发育有第四系，岩性为碎石混合土、级配良好细砾，最大厚度9.80m；基底为华力西晚期侵入岩花岗斑岩，岩性为花岗斑岩，新鲜面为肉红色，岩石致密坚硬，块状构造。局部为蚀变闪长玢岩岩脉（）：土灰色，岩石致密坚硬，块状构造。电站厂房区岩体可划分为强风化岩体、弱风化岩体。3.2厂区布置水电站为混合式电站，电站厂房位于坝下游，厂房内安装二台水轮机，其中水轮机的型号采用哈大集团开发研制的HLA551LJ170，以及二台与其配套的发电机，其中水轮发电机的型号为SF1118/370，两台发电机单机容量为11MW，总装机容量22MW。厂房建筑物等级为4级，设计洪水标准50

52、年，校核洪水标准100年。发电厂主要由主厂房，安装间，副厂房，升压站，回车场、检修间、尾水渠等组成。 升压站位于厂房上游侧山坡上，为地面开敞式，升压站平面尺寸与电站厂房平行布置。主厂房的平面布置中需要的水机尺寸参数：水轮机的型号HLA551LJ170（混流、立轴、金属蜗壳式水轮机，转轮直径1.70m）；水轮发电机的型号为SF1118/370(立式水轮发电机，额定发电容量11万千瓦)；已知水轮机的直径=1.70m，蜗壳半径， ；尾水管的宽度；发电机的风罩内径=6. 6m。主厂房的剖面高程布置中需要的水机尺寸参数：已知水轮机直径=1.70m，水轮机的吸出高度=0.76m，导叶的高度=0.32；尾水

53、管出口顶面到安装高程的位置距离；尾水管出口的净高度；尾水管底板混凝土的厚度=1m；定子与上机架的高度=0.7m；吊运部件与固定物体的净距=0.5m；最大吊运部件的发电机主轴高度=6m；吊运部件的与吊钩的垂直净距=0.5m；主钩的上限位置到轨顶的距离=0.5m；吊车上的移动小车的高度加预留检修高度=2m。3.3主厂房的平面设计主厂房的平面设计是将上部结构和下部结构部分结合起来，这两者的关系极为密切。主厂房的长度、宽度尺寸主要取决于水轮发电机定子及风罩墙、水轮机蜗壳、尾水管、调速设备系统的布置，以及主要设备的装卸方法和安装、检修、运行管理的要求，同时还考虑到结构布置和立面的艺术处理等问题。3.3.

54、1主厂房的上部结构（1） 机组段长度确定机组段长度L1是机组的中心距离，它随水电站类型和机型而不同，主要由蜗壳、尾水管。发电机风罩在方向（厂房纵向）的尺寸来定，并考虑机组附属设备及主要交通道、吊运通道、阀孔的布置等所需尺寸。机组段长度的计算公式为：式中：机组段方向的最大长度；机组段方向的最大长度。和可由公式按蜗壳层、尾水管层和发电机层分别计算，然后取其中的最大值。a）蜗壳层：式中：蜗壳沿方向半径，；蜗壳沿方向半径，；蜗壳外部混凝土厚度，初步设计取值范围为1.21.5m。则：（m）（m）所以机组段长度为：（m）b）尾水管层：式中：尾水管宽度，；尾水管混凝土边墩厚度，初步设计可取1.52.0m；尾

55、水管偏心距离，此为对称尾水管。则：（m）（m）所以机组段长度为：（m）c）发电机层：式中：发电机风罩内径；发电机风罩壁厚，一般取0.30.4m；两台机组之间风罩外壁净距，一般取1.52.0m。则：（m）（m）所以机组段长度为：（m）比较以上三种计算结果，机组段长度的取值为其最大值，所以机组长度的取值为=9.38m。（2） 端机组段长度的确定端机组段又称为边机组段，是在与装配场不同一端的机组段。端机组段长度L2的确定除了需考虑机组段因素外，还与装配场位置，厂内是否布置进水阀，起重机吊运设备的工作范围要求等因素有关。考虑到以上的各种因素，端机组段附加长度，取值为1.0m，所以端机组段长度取值为（m）。（3） 主厂房宽度的确定以机组中心线为界，厂房宽度可分为上游侧