乌溪江水电站有压引水式地面厂房设计说明书打印

1、摘 要Abstract第一章 设计根本资料流域概况和地理位置水文与气象水文条件表1-1 坝址断面处山前峦水位流量关系曲线气象条件工程地质交通状况既给设计控制数据第二章 水能规划水头Hmax、Hmin、Hr选择3.1.1 Hmax 的可能出现情况水头损失按2%计：、Hmin的可能出现情况水头损失按2%计：水轮机选型比拟3.2.1 HL200水轮机方案的主要参数选择HL180水轮机方案主要参数选择HL200和HL180方案比拟3.2.4 水轮机安较高程第三章 枢纽布置、挡水及泄水建筑物枢纽布置枢纽布置形式坝轴线位置比拟选择挡水及泄水建筑物坝高确定坝顶超出静水位高度h挡水建筑物：砼重力坝坝基面：2.

2、2.3 泄水建筑物：砼溢流坝校核洪水位：表2-5设计状况下坝基面稳定计算：坝内构造坝顶结构溢流坝消能防冲措施第四章 水电站引水建筑物引水隧洞整体布置洞线布置水平位置洞线布置垂直方向细部构造隧洞洞径隧洞进口段4.2.3 进水口高程闸门断面尺寸进口底高程的计算以死水位192m为准隧洞渐变段压力管道设计调压室设计第五章 水电站厂房5.1 厂房内部结构5.1.1 水轮机发电机外形尺寸估算5.1.4 调速系统，调速设备选择5.1.5 水轮机阀门及其附件5.1.6 起重机设备选择5.2 主厂房尺寸5.2.1 长度5.2.2 宽度5.2.3 厂房各层高程确定5.3 厂区布置参考书目摘 要乌溪江水电站座落于浙

3、江省乌溪江湖南镇，属于梯级开发电站，根据地形要求，其开发方式为有压引水式。坝区地质条件较好，主要建筑物砼非溢流坝，泄水建筑物砼溢流坝，引水建筑物有压引水遂洞，调压室，地面厂房。水库设计洪水位238m千年一遇，相应的下泄流量4800m3/s；校核洪水位240m万年一遇，相应的下泄流量8500m3/s；正常挡水位232m.本设计确定坝址位于山前峦附近，非溢流坝坝顶高程242m。坝底高程112m。最大坝高130m。上游坝坡坡度1：，下游坝坡坡度1：0.80，溢流坝堰顶高程m。引水遂洞进口位于坝址上游凹口处，遂洞全长1290m。洞径8.6m，调压室位于厂房上游260m左右处，高程255m的山峦上，型式

4、为差动式大、小井别离式。厂房位于下游荻青位置。设计水头96m，装机容量4=万Kw，主厂房净宽18m，总长m。水轮机安装高程115.78m，发电机层高程m，安装场层高程129m比下游校核洪水位128 m略高。厂房附近布置开关站，主变等。受地形限制，为了减少开挖量，尾水平台兼作公路用，坝址与厂区通过盘山公路连接，形成枢纽体系。由此可见，本设计是合理可行的。Abstract The Wuxijiang hydropower station is located in HuNan Town in ZheJiang province ,which belongs to a chain of exploi

5、tation .According to the demand of topographic form ,I choose diversion hydropower station . The geology condition is good .The main construction conclude the water retaining structure (the concrete non over-fall dam) ,the release works (the concrete over fall dam) ,the diversion structure (pressure

6、 seepage tunnel ,the surge-chamber ) ,and the surface power station .The design water level is 238m ,its corresponding flow amount is 5400m3/s .The check level is m ,its corresponding flow is 9700 m3/s .The regular water retaining level is 232m .The dam site is near the former saddle .The crest elev

7、ation of the non-over-fall dam is m ,and the base elevation is 112m ,The max height of the dam is m ,The upstream dam slope is 1: ,the downstream dam slop is 1: ,the spillway crest elevation is 226m .The inducer of the seepage tunnel is located at the recess place ,The length of tunnel is 1100m ,the

8、 diametric of which is m .The surge-chamber is located at the mountain , which is 260m from the work shop building and is type is differential motion.The workshop building is located at downstream ,the design level of the turbine is m , the equipped capacitor is 17104Kw ,the clean width is 16m , its

9、 whole length is 72m . The fix level of the turbine is m , and the height lf dynamo is m , the level of the adjustment bay is m (higher than the downstream water level ) . Near the workshop building , there are switch station and the main transformer and so on .This design layout the bent structure

10、inside the main workshop building and calculate its distributed steel. 关键词：水利枢纽；挡水建筑物；泄水建筑物；稳定；应力；水轮机；选型；引水隧洞；调压室；厂房；发电引水隧洞。 第一章 设计根本资料流域概况和地理位置 乌溪江属衢江支流，发源于闽、浙、赣三省交界的仙霞岭，于衢县樟树潭附近流入衢江，全长170公里，流域面积2623平方公里。 流域内除黄坛口以下属衢江平原外，其余均属山区、森林覆盖面积小，土层薄，地下渗流小，沿江两岸岩石露头，洪水集流迅速，从河源至黄坛口段，河床比降为1/1000，水能蕴藏量丰富。水文与气象水文条

11、件湖南镇坝址断面处多年平均径流量为。实测最大洪峰流量为5440 m3/s，1954年，千年一遇洪水总量4日为11.0亿立方米，洪峰流量为11300m3/s。万年一遇洪水4日总量为16.2亿立方米，洪峰流量为16600m3/s。保坝洪水总量为17.2亿立方米，洪峰流量为22000m3/s。表1-1 坝址断面处山前峦水位流量关系曲线水位m流量m3/s105010020050010002000水位m流量m3/s300050007500100001250015000表1-2电站厂房处获青水位流量关系曲线水位m115116流量m3/s1020406080100120水位m流量m3/s1401601802

12、004007001000水位m流量m3/s15002000300040006000800010000气象条件乌溪江流域属副热带季风气候，多年平均气温，月平均最低气温，最高气温28。多年平均降雨为1710mm ，雨量年内分配极不均匀，4、5、6三个月属梅雨季节，降雨量占全年的50%左右。7、8、9月份会受台风过境影响，时有台风暴雨影响，其降雨量占全年的25%左右。工程地质库区多高山峡谷，平原极少。地层多为白垩纪流纹斑岩及凝灰岩分布，柱状节理及顺坡向节理裂隙普遍，断裂构造不甚发育，受水库回水影响，可能有局部土滑、崩塌等情况，但范围不会很大，因此库区的岸坡稳定问题是不严重的。唯坝前水库左岸的梧桐口至

13、坝址一段地形陡峭，顺坡裂隙较为发育，经调查有四处山坡因顺坡裂隙切割，不够稳定，每处不稳定岩体为23万立方米，在水库蓄水过程中，裂隙中充填物受潮软化，易崩塌、滑落，由于距坝趾较近，在施工过程中应注意平安。库取未发现有经济价值的矿床，仅湖南镇上游破石至山前峦一带有30余个旧矿，经地质部华东地质局浙西队调查，认为无经济价值。本工程曾就获青、项家、山前峦三个坝址进行地质勘测工作，经分析比拟，选用了山前峦坝址。山前峦坝址河谷狭窄，河床仅宽110m左右，两岸地形对称，覆盖层较薄，厚度一般在0.5m 以下，或大片基岩出露，河床局部厚约24m。岩石风化普遍不深，大局部为新鲜流纹斑岩分布，局部全风化岩层仅1m左

14、右，半风化带厚约212m，坝址地质构造条件一般较简单，经坝基开挖仅见数条挤压破碎带，产状以西北和北西为主，大都以高倾角发育，宽仅数厘米至数十厘米，规模及影响范围均不大，坝址的主要工程地质问题为左岸顺坡裂隙发育，差不多普及整个山坡，其走向与地形线一致，影响边坡岩体的稳定性。坝址地下水埋置不深，左岸为1126m，右岸1534m。岩石透水性小，相对抗水层条件吸水量埋深不大，一般在开挖深度范围内，因此坝基和坝肩渗透极微，帷幕灌浆深度可在设计时根据扬压力对大坝的影响考虑选用。坝址的可利用基岩的埋置深度，在岸1012m，右岸69m，河中68m，详见坝址地质剖面图。坝体与坝基岩石的摩擦系数采用。引水建筑物沿

15、线为流纹斑岩分布。岩石新鲜完整，地质条件良好。有十余条挤压破碎带及大裂隙，但宽度不大，破碎程度不严重。厂房所在位置地形陡峻，覆盖极薄，基岩大片出露，岩石完整，风化浅，构造较单一。有两小断层，宽，两岸岩石完好。本区地震烈度小于6度。交通状况坝址至衢县的交通依靠公路，衢县以远靠浙赣铁路。既给设计控制数据a .校核洪水位：240m，校核最大洪水下泄流量8500m3/s，相应的水库库容108m3b .设计洪水位：，设计洪水最大下泄流量4800m3/sc .设计蓄水位：232.00md .设计低水位：192.00me .装机容量：4万Kw=万Kwf .砼采用C20,容重取为24KN/m3,水的容重取为9

16、.81 KN/m3第二章 水能规划水头Hmax、Hmin、Hr选择3.1.1 Hmax 的可能出现情况水头损失按2%计：1、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，H毛=Z上Z下=113.82mH净=96%H毛=107.57m2、 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=12m，H毛=Z上Z下=111.67mH净=96%H毛=107.2m3、 正常蓄水位，一台机组发电：QH=AQH=8.3QH(因为N=万千瓦，属中型水电站)试算过程：表2-1试算过程QZmZ(m)(m)(m)

17、(万KW)20232115.17112.164023211111.866023211116.43111.77 由NQ关系曲线，N=万KWQ= Z=115.39m=232-115.39=m=96%=m、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：设计低水位即设计死水位+机组满发 Z=5.6*4=万千瓦，即水轮机出力为试算 表2-2试算过程QZmZ(m)(m)(m)(万KW)400300116.7675.24200116.4775.53 由NQ关系曲线，N=万KWQ=366 Z=116.95m=192.00-116.78=75.05m=96%75.05=即=72.05m确实定

18、加权平均水位=m 引水式水电站=m水轮机选型比拟根据该水电站的水头工作范围72.05111.39，查?水电站?教材型谱表选择适宜的水轮机型有HL200、HL180和HL220三种。现将这三种水轮机作为初选方案，分别求出其有关参数，并进行比拟分析。 HL200水轮机方案的主要参数选择1、转轮直径D1：查表?水电站?3-6得限制工况下单位流量Q11M=950L/s3/s,效率M，由此初步假定原型水轮机在此工况下的单位流量Q11Q11M3/s，效率。取gr=97%,那么水轮机额定力Nr=10497KW设计水头Hrm，所以：=m，取与之相近而偏大的标称直径D1m2、转速n计算：HL200最优工况下转速

19、n110M68r/min假设n110n110M68r 那么 取n=250r/m取偏大并与之相近的同步转速n250r/min 。3、效率及单位参数的修正HL200最优工况下Mmax=90.7%,模型转轮直径D1M那么原型效率Mmax：模型最优工况下效率； D1m：模型转轮直径。那么效率正修正值 maxMmax= 2.7%,取1%，那么=1.7%，max=Mmax+=92.4%，=M+=91.1%，与假设值相同。单位转速n的修正值=0.93%3%，所以单位转速可不加修正，同时单位流量也可不加修正。综上，转轮直径D1=2.75m以及转速n=250r/min的计算及选用是正确的。最后求得91.1%，D

20、12.75m，n=250/min。4、工作范围检验：水轮机在Hr、Nr条件下工作时：所以水轮机最大引用流量Qmax=Q11max D12=m3/s与特征水头Hmax、Hmin、Hr相对应的单位转速为： 在图上做出工作范围。5、吸出高度Hs计算H：水轮机安装位置的海拔高程，初始计算取下游平均水位海拔，本工程取为125m；：模型气蚀系数，查模型综合特性曲线得0.088；：9；H：水轮机设计水头。计算得Hs5m4m，吸出高度满足要求。HL180水轮机方案主要参数选择1、转轮直径D1：查表?水电站?3-6得限制工况下单位流量Q11M=860L/s=0.86m3/s,效率M89.5，由此初步假定原型水轮

21、机在此工况下的单位流量Q11Q11M=0.86m3/s，效率90.9。取gr=97%,那么水轮机额定力Nr=10497万KW设计水头Hrm，所以：=取与之相近而偏大的标称直径D12.75m2、转速n计算： HL180最优工况下转速n110M假设n110n110M67r/min 那么 取偏大并与之相近的同步转速n250r/min 3、效率及单位参数的修正HL180最优工况下Mmax=92%,模型转轮直径D1M=那么原型效率Mmax：模型最优工况下效率； D1m：模型转轮直径。那么效率正修正值 maxMmax= 2.4%,取1%，那么=1.4%，max=Mmax+=93.4%，=M+=90.9%，

22、与假设值相同。单位转速n的修正值=0.8%3%，所以单位转速可不加修正，同时单位流量也可不加修正。综上，转轮直径D1=2.75m以及转速n=250r/min的计算及选用是正确的。最后求得91.1%，D12.75m，n=300r/min。4、工作范围检验：水轮机在Hr、Nr条件下工作时： 5、吸出高度Hs计算H：水轮机安装位置的海拔高程，初始计算取下游平均水位海拔，本工程取为112m；：模型气蚀系数，查模型综合特性曲线得0.083；9；H：水轮机设计水头。计算得Hsm4m，吸出高度满足要求。3HL220型水轮机方案的主要参数选择1转轮直径(假定=90.8%)= m 取标称直径=2转速 n取n=2

23、50r/m3效率及单位参数修正 =1.0% =1.8% 与上述假定相同 3% 单位转速可不加修正，同时，单位流量也可不加修正。 4工作范围的检验 =0.70 HL200和HL180方案比拟方案参数对照表：31项 目HL200HL180模型参数推荐用水头范围m最优单位转速n10r/min最优单位流量Q10L/S最高效率bMmax(%)气蚀系数包含高效率区的多少901256880090.7%多901256772092%少原 型工作水头m转轮直径D1m转速n(r/min)额定出力Nr(kw)最大引用流量Qmax(m3/s)吸出高度m741162.75250583337411625058333由表可知

24、，HL200和HL180具有相同的工作水头范围和转速，但是HL200的高效区远远大于HL180的高效区并且HL200具有较小的转轮直径，故比拟之后选择HL200机型。3.2.4 水轮机安较高程Zs=+Hs+ZS：水轮机安装高程；：设计水尾位；bo：导叶高度，为1；Hs：吸出高度。求得ZS115.55m。第三章 枢纽布置、挡水及泄水建筑物枢纽布置枢纽布置形式因坝址附近河道蜿蜒曲折，多年平均径流量/s，较小；河床坡度比降1/1000，故根地形条件选用有压引水式地面厂房方案。上游山前峦断面布置挡水建筑物及泄水建筑物，大坝右岸上游约150m处有天然凹口，在此布置引水隧洞进水口。下游获青处布置地面厂房，

25、开关站等建筑物，具体位置见枢纽布置图。坝轴线位置比拟选择根据的山前峦坝址地形图，选择两条坝轴线进行方案比拟。a线沿东西向与河道垂直，纵坐标76350；b线也沿东西向且与河道垂直，纵坐标76388。a线总长440m，穿过左岸较多裂隙；b线总长450m，根本避开了左岸裂隙。由于坝轴线增加不多10m，地基处理费用相对多浇注少量混凝土要昂贵的多，所以选择b线方案。挡水及泄水建筑物坝高确定wm3，属级工程，主要建筑物级别：1级，次要建筑物级别：2级，临时建筑物级别：4级。.1坝顶超出静水位高度hh = hl+ho+hchl：1%情况下波浪涌高；ho：波浪中线高出静水位高度；hc：平安超高；H:5%情况下

26、波浪涌高。V:风速。d：吹程。该水库缘地势高峻，故采用官厅水库计算公式 Vf =20m/s，D=10Km hc：查?水工建筑物?上河海大学出版社 P53表2-8根本组合：hc=，特殊组合hc= 设计洪水位+h设+hc=239.71m.2 坝顶高程=max 校核洪水位+h校+hc=24 取坝顶高程为242m。.3 查坝轴线工程地质剖面图，得出可利用基岩最低点高程m，由此知大坝实际高度为242-11=130m挡水建筑物：砼重力坝.1根本剖面由于电站形式为引水式，故坝上右侧无有压进水口，上游坝坡坡度不受限制，同时用应力条件和稳定条件公式确定坝底的最小宽度 B/H= 联立 B=B：坝底宽度H：实际坝高

27、根本剖面H=238-112=126mc ：坝体材料容重0 ：水的容重1 ：扬压力折减系数k：根本组合平安系数f：坝体与坝基岩石的摩擦系数，采用 计算得： B=m 根据工程经验，一般上游坡n=00.2,下游坡0.85,坝顶宽约为坝高的，故取n=167m；m=0.8，下游折坡点高程为162m 此时 取B=104m.2实用剖面坝顶宽度=8%10%H=12m灌浆廊道距坝底5m，距上游坝面m，廊道宽3m，高m.3稳定及应力计算校核洪水位坝基面： 表2-1设计状况下坝基面稳定应力计算： 抗滑稳定计算综上，=G1+G2+G3+P2+P4U1p1-p2 = 154kn =kn故满足抗滑稳定要求。应力计算计入扬

28、压力 =：上游面正应力；：下游面正应力； B：计算截面沿上下游方向的宽度，见上图，取为104m；M：所有外力对计算截面形心的弯矩矢量和。求得=KPa，KPa,经计算，S(*)=1688=1755.5KPaR(*)=6582KPa S(*)=1KPaR(*)=6582KPa 故应力满足要求。上游折坡面162m高程处表2-2设计状况上游折坡面稳定应力计算：荷载名称垂直力(KN)水平力(KN)力臂(m)弯矩(KNm)自 重G10G22304026599040G361440163840水 压 力P1P20P30P40浪压力P184扬 压 力U10U25 抗滑稳定计算综上，=G1+G2U1U2=2304

29、0+61440KN =P1+P1P2=+49.10=28380.1KN 满足要求=M1+M2M3M1M2M1+M2=599040+163840+26392.5=- 4059 KN.m R(*)=(+A)=(-4059+64)=27032KNS(*)=28380=25847KN=+=1170KPa=-=1164KPaS(*)=1170=12220KPa, R(*)=6582KPaS(*)=KPa, 24s，故需要设上游调压室。L：压力水道包括螨壳及尾水管长度，m；g：重力加速度；H：设计水头Tw：压力水道的惯性时间常数，s。厂房下游LwLW：压力尾水道长度；TS：导叶关闭时间；v：恒定运行尾水道

30、中的流速；：水轮机安装工程；Hs：吸出高度。求得Lw=16m真实长度=15.4m，故下游可不设洞压室。计算托马断面Fk=L：隧洞洞线总长；f：隧洞断面面积。此时的计算条件为：上游死水位192m，引水隧洞可能的最小糙率0.012，压力钢管采用可能的最大糙率(0.0125)。死水位4台机组满发对应的隧洞流量Q366m3/s。 H1=H0hw03hwm0 hw0：隧洞段水头损失； hwmo：压力管道段水头损失。hwo=hf+hwhf：沿程水头损失；hw：局部水头损失，。隧洞段水头损失 压力管道局部C-谢才系数=m2.3调压室选择设计1、差动式最低涌浪Zmin计算死水位，引用流量最大，流量从0.5QQ

31、选大中面积m2m2,升孔m2,引水隧洞长1290m，断面积f56。72m/s,V0=4m/s,hwo计算得最低涌浪，阻抗孔面积m2最高涌浪1m第五章 水电站厂房5.1 厂房内部结构5.1.1 水轮机发电机外形尺寸估算1、极距sf发电机额定客量KVAkj取810 此时取10P磁极对数 P=122、定子内径 Di=2P/=553.22cm3、定子铁芯长度ltC系数 查表C=410-610-6ne额定转速 300r/min4、定子铁芯外径DaneDa=Di+=+=cm平面尺寸 300ne500r/min外形尺寸估算。1、定子机座外径D1 214300 r/min 2、风罩内径D2St20000KVA

32、 D2=D1+=990cm 3、转子外径D3 D3=Di+2S= 4、下机架最大跨度10000214r/min2、上机架高度判别型式采用悬式发电机上机架高度 3、推力轴承高度 励磁机高度h4和永磁机高度h6，副励磁机h5h3=2000mmh4=2000mm其中机架高度800mmh5=1000mmh6=700mm4、下机架高度 h7i=cm5、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悬式悬式 6、转子磁轭轴向高度h10，有风扇时h10=lt+(7001000)mm=182.47 cm取7、下机架支承面主主轴法兰底面距离h9=7001500mm这里取h9=1000mm8、h11=0.7

33、0.9H H=h1+h2+h9-h7=11.68m h11=0.8H，我们取9m9、定子铁芯水平中心线至法兰盘底面距h12 发电机重量估算K1系数，悬式K1=810，这里取9发电机转子重量= 水轮机蜗壳及尾水管水头范围72.911340m，故采用金属蜗壳，对于D1=2.75m3m的高水头混流水轮机，采用圆形焊接或铸造结构蜗壳半径：Vc蜗壳断面流速座环外径Da=4100mm，内径D6=3400mm表5-1蜗壳渐变段内径数据表角度m(m)(m)345300255210 1651207530尾水管尺寸标准砼肘管见附图h=2.2D1=6.05m1=1m，B5=， D4=h4=1.35 D1=m, h6

34、=0.675 D1=L12.5= h5=1.22 D1=3.35m水轮机转轮流道尺寸：查?动力设备手册?得表中尺寸表5-2水轮机转轮流道尺寸HL200D2D3D4D5D6b0h1h2h3h4.9015.1.4 调速系统，调速设备选择1、调速功计算Hmax最高水头 属大型调速器D1水轮机直径2、 a 接力器选择 bo/D1=0.2 bo=直径ds=D1选择与之相近且偏大的ds=375mm的标准接力器 b 最大行程 Smax=(1.41.8)a0maxa0max水轮机导叶最大开度a0max= a0 MmaxC、接力器容积计算选用Ts=4S Vm应选用DT-80型电气液压型调速器3、油压装置组合式5

35、.1.5 水轮机阀门及其附件由一根输水管向几台机组供水时，需设进水阀，水头较大，应选用蝴蝶阀配套设备：伸缩节、空气阀、旁通阀压力油源及设备a)油泵输油量 V=80L/minS3表5-3：油压装置外形尺寸型号油罐长度宽n(mm)总高H油罐高h油罐外径2400mm17003270237010282950mm2000445030501300进水阀附件旁通阀：直径取400mm空气阀：直径为便于进水阀安装有拆卸、附设伸缩节5.1.6 起重机设备选择1、设备型号台数选择：最大起重量155.9t，机组台数4台，选用一台双小车起重机，跨度15m根据厂房净宽确定表5-4 工作参数表名义起重量t单台小车起重量t跨

36、度lkm起重高度m速度m/min单台小车重t起升运行主钩副钩主钩副钩小车大车21001002015261619起重机最大轮压起重机总重t电动机型号/KW总容重KW单台小车起重量(t)起升机构运行主副小车大车94JZR2-51JZR2-22-6JZR2-41-89310020-18122/52/112主要尺寸小车轮距LT小车轮距KT大车轮距K大梁底面至轻道距F起重机最大宽度B轻道中心距起重机外端距离B1轨道面至起重机顶端距离H4400200044006509200460370轨道面至缓冲器距离 H1车轨中心至缓冲器外端距离操作室底面至轨道面 h3两小车吊钩间极限位置推荐用大车轨道吊钩至轨道吊钩至轨道hh1中心距离12001980290031