水利水电工程毕业设计课件

1、大学生毕业设计大学生毕业设计觉木沟水电站取水枢纽设计觉木沟水电站取水枢纽设计目目 录录第一章 首部枢纽设计第二章 冲砂闸设计第三章 进水闸、引水渠道设计第四章 压力前池设计第五章 压力钢管设计第六章 厂房尺寸拟定第一章第一章 首部枢纽设计首部枢纽设计v第一节第一节 挡水坝枢纽布置挡水坝枢纽布置v第二节第二节 溢流坝段设计溢流坝段设计v第三节第三节 非溢流坝段设计非溢流坝段设计第一节第一节 挡水坝枢纽布置挡水坝枢纽布置v 1.11.1枢纽等级的确定枢纽等级的确定 根据SL252-2000水利水电工程等级划分及洪水标准，按照装机容量大小确定本枢纽的等别。由于此枢纽的装机容量为1400kw，故确定本

2、枢纽的等别为小（2）型工程，由水工建筑物查得，该水利枢纽其主要建筑物为5级，次要及临时建筑物也为5级。v 1.21.2溢流坝堰上水头确定溢流坝堰上水头确定 由资料可得校核洪水流量为Q校150m2/s，此洪水流量作为溢流能力计算依据。假设每孔尺寸宽约7m，共需3孔，中墩和边墩厚取1m。横缝设在每个溢流孔中间。由资料可知，溢流坝长度为25m，故单宽流量q单宽=7.143m2/s。溢流净宽B=21m。 又由堰流公式： 即可求得设计水头H0设 =1.8m 和校核水头H0校 =2.3m 2302 HgmBQ设v 1.31.3非溢流坝坝底高程及溢流堰堰顶高程确定非溢流坝坝底高程及溢流堰堰顶高程确定 由地形

3、图资料可知，非溢流坝坝顶高程为3050m。 坝底高程=坝顶高程设计/校核洪水位安全超高溢流坝坝高，选用其中较小者。初步拟定溢流坝坝高为5m。 安全超高 坝底高程 堰顶高程 设计、校核水位 非溢流坝坝高mhhhhcz)8 . 1 (9 . 1)3 . 0(4 . 03 . 02 . 1%1mhhH) 3 .3041(9 .30400 . 5-3050设底mH9 .30455 底堰mH）（）（堰2 .30487 .30473 . 28 . 1mHH1 . 9-3050底坝v 1.41.4坝轴线选择及坝型选择坝轴线选择及坝型选择 坝轴线选择原因： 就地形而言，坝址一般以选在狭窄河谷处，节省工程量；

4、便于取水、排沙、泄洪； 就河势来说，坝址要选在河流顺直段，靠近坝址上、下游河流如有急湾最不利 ，应予避免； 坝型选择原因： 从基本资料所给的坝址地址可发现河谷两岸节理、裂隙发育，故不宜选择拱坝； 泄水方式采用的是溢流坝坝顶泄水，故不宜采用土石坝； 重力坝由于结构简单，安全可靠，对地形、地质条件适应性强，枢纽泄洪问题容易解决，便于施工导流，故选择重力坝。第二节第二节 溢流坝段设计溢流坝段设计v 2.1溢流坝剖面拟定溢流坝剖面拟定（1）坝顶采用三圆弧段WES剖面，见下图：YXsn1kH Ynx =b3b2b1OR1R2R3R1=0.5HdR2=0.2HdR3=0.04Hdb1=0.175Hdb2=

5、0.276Hdb3=0.2818Hd（2）中间直线段采用0.7的坡降；（3）反弧段：半径取 ，而 ，经试算有： R=35m .hR10hEgqh02v 2.2消能设计消能设计 （1）消能形式： 由于该水利枢纽的等别为小（2），工程所在地地基岩性较差，抗冲能力若，且水头不高。而底流消能是在坝址下游设消力池，消力坎等，促使水流在限定范围内产生水跃，通过水流内部的旋涡、摩擦、掺气和撞击消耗能量。底流消能具有流态稳定，消能效果好，对地质条件和尾水变幅适应性强及水流雾化等优点。底流消能适应于中低坝或基岩较软弱的河道，故决定选用底流消能。（2）消能计算 初拟消力池底板高程3040.8 m。根据下式计算共轭

6、水深： 跃前水深 跃后水深 消力池池深 消力池池长 海曼长度 计算有：消力池池深0.97m；消力池长度为L = 15.96 m； 海漫长度 Lp = 25.0 m。22202cchgaqhE181232cccghaqhh下hhdc)(6cchhLLLp)40. 263. 1 (第三节第三节 非溢流坝设计非溢流坝设计v 3.1剖面设计剖面设计 上游坝坡宜采用1:0.21:0，取m10；下游坝坡宜采用1:0.81:0.6，取m20.7；坝底宽度约为坝高的0.70.9倍，在这里我们取7.3m。坝顶宽拟定为3m。1:0.7PPuw1w2PaU1U2B1B2B3H2H3H1v 3.2荷载计算荷载计算(1

7、)坝体自重：(2)静水压力：(3)扬压力：见下图，可知(4)淤沙压力、地震压力、波浪压力，由于缺少具体资料，故假设为0。CVW221HPw7.329.17.1U1U2HBBHUUUww21221v 3.3稳定分析稳定分析 抗滑稳定计算时以一个坝段或去单宽作为计算单元。计算公式选择抗剪公式： 求出的K与表中的安全系数作比。设计、校核水位下的K值均大于表中安全系数，故满足要求。PUWfK/坝基面抗滑稳定安全系数坝基面抗滑稳定安全系数Kv 3.4应力分析应力分析 由水工建筑物中的应力分析公式可分别求出上下游坝基面的应力，然后与坝基岩体容许应力112Mpa作比。求出的应力大小见下表： 由此可知坝体在所

8、有计算工况下的稳定、应力均满足规范要求。yuuxuu1u2ydxdd1d2d第二章第二章 冲砂闸设计冲砂闸设计v 由所给地质资料可知，河床两岸表层分布为砂壤土，为防止泥沙在进水闸进水口处淤积，减少泥沙被进水闸引水时携带入渠，故需要在进水口的相邻位置设置冲砂闸。为使冲砂闸有较好的冲砂效果，冲砂闸设在来水正对方向。 根据设计基本资料及泄水建筑物宣泄洪水要求，初拟冲砂闸底板高程为3040.9m，布置单孔冲砂闸，闸孔为1.50*2.00（宽*高），采用平面钢闸门，闸孔形式采用宽顶孔口形式。v 2.1冲砂闸泄流能力计算冲砂闸泄流能力计算 冲砂闸泄流能力根据水力学中宽顶堰型闸孔自由出流的计算公式：gHBe

9、Q2XY1W2W3W4W5WMmKNv 2.2冲砂闸下游消能计算冲砂闸下游消能计算 所给资料中因无消能防冲建筑物洪水设计重现期的流量资料，故冲砂闸下游消能按设计流量进行计算。 根据地形图，冲砂闸下游河床高程为3041.5m，初拟消力池底板高程为3040.5m。因无坝址处水位流量关系曲线，故假设在设计洪水时单孔冲砂闸下泄流量为40m3/s，下游水深为0.5m，则 根据下式计算共轭水深： 跃前水深 跃后水深 消力池池深smq33.1325 . 1/4022202cchgaqhE181232cccghaqhh下hhdc 消力池池长 海曼长度 计算有：消力池池深1.15m；消力池长度为L = 19.

10、38m； 海漫长度 Lp = 35.0 m。v 2.3冲砂闸闸顶高程计算冲砂闸闸顶高程计算 由水闸设计规范查的，闸顶高程为正常蓄水位、设计洪水位、校核洪水位加相应安全超高中的最大值。由于该水闸为5级建筑物，故安全超高在挡水时取0.3m，泄水时取0.4m，由此计算，闸顶高程确定为 。)(6cchhLLLp)40. 263. 1 (mH5 .30483 . 0 校核闸顶第三章第三章 进水闸、引水渠道设计进水闸、引水渠道设计v 3.1进水闸尺寸拟定进水闸尺寸拟定 选择闸址，应避免在河道急流或靠近急弯处。计划的闸孔轴线应能使水流顺畅，避免因水流改变方向以致发生一侧冲刷，而另一侧又有淤积现象。 由于冲砂

11、闸底板高程为3040.9m，故初拟定进水闸底板高程为3041.5m，比冲砂闸底板高0.6m。闸孔宽度可由公式 计算求得： ，取1.5m。闸孔高度可由公式 计算求得： ， 取gZBhQ2下mB466. 1gHBeQs2mH0 . 49 .30419 .3045me52. 0me0 . 1v 3.2进水闸下游消能计算进水闸下游消能计算根据下式计算共轭水深： 跃前水深 跃后水深 消力池池深 消力池池长 计算有：消力池池深1.10m；消力池长度为L = 15.62 m22202cchgaqhE181232cccghaqhh下hhdc)(6cchhLv 3.3引水渠道假定引水渠道假定（1）结合本工程的地

12、形、地质，施工、运行及枢纽总体布置等条件，引水渠沿半山建筑；从工程量及安全运行等方面考虑，选用非自动调节渠道。（2）由于八一镇附近山谷冬季较冷，根据地质资料建议，渠道纵坡选定为1/750，以防止在冬季最冷期零下20渠道冻结。（3）结合本工程的地形、地质条件，以及参考资料，本引水渠道采用明渠布置形式。（4）由于本设计的渠道布置形式为非自动调节渠道，所以需要设置工作闸门和检修闸门。（5）根据SL/T205-97水电站引水渠道及前池设计规范，由于本电站水工建筑物级别5级，故渠道的设计防洪标准为10年，校核洪水标准为30年。v 3.4引水渠道横断面设计引水渠道横断面设计 由试算法求出渠道正常水位： 则

13、渠道横断面尺寸为：底宽 ，水深 ，安全超高查小水电站上册可知当 时， 。渠道横断面图见后附图。 3.5校核渠道流速校核渠道流速 正常水深为1.7m 对应过水面积为2.55m2 ，则渠道内流速 。 由渠道水深h=1.7，查小型水电站上册可知，本设计中渠道的最大不冲流速 ，可知，不於流速 ， ，即计算流速在允许范围内，满足不冲不於的要求。mh7 . 1mb50. 1mh70. 1smQ/00. 4mh40. 0smv/89. 121smv/57. 12smv/72. 02212vvvv 3.6渠底高程及断面其他尺寸渠底高程及断面其他尺寸 渠道末端正常高程=渠道进口底高程-渠道纵坡渠道长 渠堤顶宽应

14、考虑管理维修方便，可以行人和通过手推车，设计可参考表10-4取1m作为马道。 渠道上方边坡较陡、考虑降水量大时对渠道的破坏，在马到靠山坡的一边，挖截水沟，横截面为30cm*30cm的矩形。v 3.7渠道伸缩缝渠道伸缩缝 渠道横缝的作用是减少和防止基础不均匀沉降和混凝土伸缩带来的影响，其间距为1020，寒冷地区宜取小值，在本次设计中，间距取10.00m，缝内防渗采用橡胶型止水，填充物采用沥青木板。m81.304000.8907501-00.3042-iLZZ渠进底渠末底第四章第四章 压力前池压力前池v 4.14.1前池布置说明前池布置说明 根据本工程的地形、地质条件，前池采用正面进水，侧面溢流的

15、布置形式，其布置见平面总布置图。v 由公式: 则： （4）进水室正常水位 由公式： 则进水室正常水位为 。 0zHz前正最高mz01.3043最高局前正进正h-zzm01.3042v 4 4.2.2前池前池控制控制水位水位（1）前室正常水位 前室正常水位近似的认为等于渠道末端正常水位(2)前室内最低水位 由公式： 计算得： 由公式： 故：初步拟定前室内最低水位3041.02m。（3）前室内最高水位 m51.3042h渠水深渠末底渠末正Zzgh22202.1 h管顶最低zv 4.3前池各部分尺寸前池各部分尺寸v 4.3.1进水室进水室v （1）宽度 则： 。v （2）长度 小型水电站常取25m，

16、本次设计中进水室长度取为3m。v 4.3.2前室前室 （1）宽度 由公式： 本设计前室净宽取10.00m。 （2）长度 由公式： 本设计前室长度取为26.00m。）（进进1n nbBDb）（进1.8 1.5mB60.4进进前BB3100.3000.25) 35 . 2(L4.3.3压力管管顶高程压力管管顶高程 由公式： 取为3040.00m。4.3.4进水室底板高程进水室底板高程 可由公式： 。 4.3.5前室末端底板高程前室末端底板高程 4.3.6前池顶高程前池顶高程 3039.79mh-最低管顶Z3039.00mD/COS-管顶进底Zm00.303800.1-进底前底m51.304350.

17、 0最高前顶Z4.4构造设计构造设计4.4.1边墙边墙进水室外边墙高度 取2.00m。 前室外边墙高度 取3.00m.4.4.2压力墙压力墙（1）压力墙的构造 压力墙采用水泥砂浆砌石筑成，并在临水一侧用水泥砂浆抹面。（2）压力墙抗滑稳定性计算 、垂直方向力为压力墙自重标准值：w=579.04KN 设计值：w=579.04KNm90.1-进底池顶m91.2-前底池顶v 、水平方向为静水压力标准值：p=47.07KN 设计值：p=47.07KN、抗滑稳定系数 即，满足抗滑稳定要求。4.4.3溢流堰溢流堰溢流堰采用实用堰， 溢流堰前沿长度可由公式 4.4.4冲砂孔冲砂孔 冲沙孔设在前池末端底部，高程

18、为3040.60m。5.108.3PWfKC。前正堰顶m56.304205.0mmHQB8 .7234.4.5通气孔通气孔通气孔设在闸门后面的压力水管上，通气孔采用铸铁管,通气孔直径0.3m。4.4.6工作闸门工作闸门v 工作闸门采用平面钢闸门，设置在紧贴压力水管进口处。v 平面尺寸图如下所示：v 4.4.7拦污栅拦污栅v 拦污栅采用竹木混合物，设置在进水室前。v 拦污栅高=3.06mv 拦污栅宽=3.20m。工 作 闸 门 平 面 尺 寸 图第五章第五章 压力钢管压力钢管v第一节第一节 压力水管压力水管v第二节第二节 镇墩、支墩镇墩、支墩第一节第一节 压力钢管压力钢管v 5.1.1 5.1.

19、1 压力水管的类型压力水管的类型 v 由于该水利枢纽为一高水头小流量引水式水利枢纽，其水头远大于50m，故不宜采用钢筋混凝土管，木管更加不宜使用。拟定此水利枢纽的压力水管为露天式钢管。v .2压力水管的布置方式压力水管的布置方式v 由设计资料，我们知道该水电站装机容量为2台700kw机组，共1400kw。水轮机设计流量为4m3/s，单机流量为2 m3/s。故宜采用结构简单、运行方便可靠的单独供水方式。v。5 5. .1.31.3 压力水管的管坡设计压力水管的管坡设计根据地形资料建议，考虑边坡稳定性因素，压力水管管坡设计小根据地形资料建议，考虑边坡稳定性因素，压力水管管坡设计小于

20、于350 0 。本次设计中，管坡设计为。本次设计中，管坡设计为300 0 。5 5. .1.4 1.4 压力水管经济直径选择压力水管经济直径选择对于小型水电站，压力水管的直径对于小型水电站，压力水管的直径D选择，可参考下面的经验选择，可参考下面的经验公式作初步估算：公式作初步估算：732 . 5HQD最大 计算求得：D=0.974m , 取 D=1.0m 5 5. .1.5 1.5 压力水管的管壁厚度压力水管的管壁厚度管壁最小厚度不宜小于下式的计算值，也不应小于6mm。计算求得：mmt25. 5为安全起见,还应加2mm的锈蚀及安全磨损量，4800 Dtv 故压力钢管管壁厚度设计为8mm。 5.

21、1.6 水头损失计算水头损失计算 水流经输水道锁产生的水头损失，按其性质分为沿程损失和局部损失，水流经输水道锁产生的水头损失，按其性质分为沿程损失和局部损失，则总水头损失则总水头损失 为为h局沿hhh（1）沿程水头损失计算）沿程水头损失计算钢钢管沿程水头损失管沿程水头损失计算计算采用如下公式：采用如下公式：LDQmLDvmh9 . 49 . 11 . 19 . 1631. 0沿计算求得：计算求得：mh741. 0沿 由于水流状态的改变及形成旋流等而消耗部分能量由于水流状态的改变及形成旋流等而消耗部分能量,即为局部即为局部损失。它集中于很短流段上，通常假定集中于局部断面上。压力管损失。它集中于很

22、短流段上，通常假定集中于局部断面上。压力管局部损失一般按下式计算：局部损失一般按下式计算：（2）局部损失计算）局部损失计算v gvh22局局a a、拦污栅局部损失、拦污栅局部损失 拦污栅局部损失计算如下拦污栅局部损失计算如下：gvh22拦拦 拦污栅局部损失系数，可由下式计算：拦污栅局部损失系数，可由下式计算：拦sin34Kbs拦经计算有经计算有：5468. 0拦mh02787. 0拦b b、进口局部损失、进口局部损失代入局部损失计算公式有：代入局部损失计算公式有：mgvh0204. 081. 920 . 210. 0222进进gh2v2闸闸c c、阀门局部损失、阀门局部损失故每道门槽的水头损失

23、可按下式计算故每道门槽的水头损失可按下式计算： （1）水锤波的传播速度）水锤波的传播速度a =0.0408m=0.0408m所以：所以：d d、出口处局部损失、出口处局部损失发电水流以一定的流速泄向下游，将部分能量以动能形式损失掉。发电水流以一定的流速泄向下游，将部分能量以动能形式损失掉。 一般，出口局部损失系数一般，出口局部损失系数 则：则：0 . 1出gvgvh2222出出出出计算求得：计算求得：mh12.0出综合上述计算可知，综合上述计算可知，mhhh95. 0局沿5.1.7 水锤压力计算水锤压力计算钢管的水锤波传播速度可按下式计算钢管的水锤波传播速度可按下式计算DEa11425v 计算

24、=12581000D=930m/s=930m/s。 （2）水锤压力形式的判别）水锤压力形式的判别为了计算水锤压力，首先要判别是直接水锤或 是间接水锤以及间接水锤的形式，不同的形式各有其不同的水锤压力。由下式可算出水锤波在水管中来回传播一次所需的时间：aLtr2mHZH36.11末由以上计算可知由以上计算可知str215. 0（3 3）水锤压力计算）水锤压力计算水锤压力相对值计算公式有：水锤压力相对值计算公式有：计算得，计算得，故压力钢管末端水锤压力升高的绝对值为故压力钢管末端水锤压力升高的绝对值为mHHH36.61设2100DH设由此可知，压力钢管末端最大设计水头为：由此可知，压力钢管末端最大

25、设计水头为：5 5. .1.81.8压力钢管强度校核压力钢管强度校核 由强度校核公式：由强度校核公式： 经计算，经计算， mm8mm147. 3故设计的钢管管壁厚度满足要求。故设计的钢管管壁厚度满足要求。5 5. .1.91.9压力钢管稳定校核压力钢管稳定校核 必须对管壁的稳定性校核计算。保证钢必须对管壁的稳定性校核计算。保证钢管不丧失稳定性的条件是管不丧失稳定性的条件是：1301D经计算求得：经计算求得：1301125110008D故管壁厚度满足强度要求故管壁厚度满足强度要求。 5 5. .2.12.1 镇墩镇墩对于小型水电站的镇墩，一般均将压力水管埋入墩内。故此次也设计对于小型水电站的镇墩

26、，一般均将压力水管埋入墩内。故此次也设计为埋填式镇墩（为埋填式镇墩（见下图见下图）。）。镇墩采用水泥浆砌石块，初步拟定镇墩尺镇墩采用水泥浆砌石块，初步拟定镇墩尺寸如图所示：寸如图所示：则拟定的镇墩总重量则拟定的镇墩总重量KNKNWWWWWW0 .278799.287454321第二节第二节 镇墩、支墩镇墩、支墩v 5.2.2支墩支墩 支墩材料采用水泥砂浆砌石块或混凝土。为阻止水管有垂支墩材料采用水泥砂浆砌石块或混凝土。为阻止水管有垂直于管轴线方向的移动和防止水管断面在充水和放水时变形，直于管轴线方向的移动和防止水管断面在充水和放水时变形，支墩的支承面应包围水管一定的角度支墩的支承面应包围水管一

27、定的角度， 一般采用一般采用 的包的包角，此设计中取。为了检修方便，管底离地面至少应有角，此设计中取。为了检修方便，管底离地面至少应有30cm30cm。（1）作用在支墩上的力）作用在支墩上的力由由小型水电站小型水电站表表11-8可知作用在镇墩上各个力的计算公可知作用在镇墩上各个力的计算公式。式。a a、管重在垂直轴线的分力、管重在垂直轴线的分力coslgn管管ghhhDg)( 管经计算求得，经计算求得， mKNg989. 1管KNn61. 8管b b、管中水重在垂直轴线的分力、管中水重在垂直轴线的分力coslgn水水241Dg水经计算求得：经计算求得：mKNg854. 7水KNn0 .30管c

28、 c、温度变化时，传给支墩的摩擦力、温度变化时，传给支墩的摩擦力经计算求得：经计算求得：KNa166.23v 支墩自重支墩自重初步拟定支墩尺寸为如图所示初步拟定支墩尺寸为如图所示支墩纵断面图支墩横断面图支撑环一毡两油则拟定的支墩墩总重量则拟定的支墩墩总重量KNWWWWWW2 .22054321v 分解总作用力为水平分力和垂直分力分解总作用力为水平分力和垂直分力v 以支墩顶面的中点为坐标原点，取水平轴为X轴，顺水流方向为正；垂直轴为Y轴，以向下为正。各力在X轴上的水平分力为：sin)(cos8水管nnaX计算求得：计算求得：KNX76. 01KNX37.392qnnaYcos)(sin8水管计算

29、求得：计算求得：KNY22.2651KNY05.24223 3）校核支墩抗滑稳定）校核支墩抗滑稳定支墩抗滑稳定安全系数：支墩抗滑稳定安全系数：XfYKc计算求得：计算求得：5 . 1148. 6cK故支墩的抗滑稳定是满足要求的。故支墩的抗滑稳定是满足要求的。第六章第六章 厂房尺寸拟定厂房尺寸拟定v 6.1水轮机型号的选择水轮机型号的选择由已知资料：本设计水头H=50M，设置两台机组，单机容量N=700kw，单机流量 ，保证出力 （在保证率条件下）等参数，根据查阅参考资料可知该水电站为小型水电站。规模较小，因此采用卧轴混流式水轮机。初步拟定水轮机机组为： ， 水轮机在最优工况下，单机转速 ，效率

30、91% ，汽蚀系数0.133。v 6.2 尾水渠尾水渠 6.2.1尾水渠断面尺寸及水深的计算尾水渠断面尺寸及水深的计算 尾水渠采用混凝土矩形断面，底坡取 ，试算水深及底宽。由于流量 （两台机组同时工作时）， （一台机组工作时）因此规模较小，拟定底宽 . 由厂房。 由厂房处地质地形条件查阅可知粗糙率n=0.015，查表 ，当 时 由公式： 计算 当两台机组正常工作时： ， 则 1）假定 h=0.5m，查附录，表2，当n=0.015，R=0.417m 时，流速系数 c取 57.20 由此验算： 与已知 不符，重新计算。 2）、假定 ，查附录知： 则 与已知 很相近，故尾水渠道正常水深 校核流速是否在允许范围内： 查附录表1，对于浆砌坚硬块石最大允许不冲流速为 查小型水电站 上册表103，不淤流速为 ，因此符合设计要求。 综上试计算结果，可知尾水渠的正常水深 ，