水电站课程设计 - 副本

PAGEPAGE12编号（学号）：2011624111西藏大学农牧学院水电站课程设计封面题目：压力前池初步设计姓名：陈敬政专业：水利水电工程班级：水利工程2011级专科班学号：2011624111所在学院：水利土木工程学院指导教师：肖安伟完成日期：2013年12月06日目录TOC\o"1-2"\h\z\u设计任务书 1设计概述 2第一章压力前池结构设计的原则 3第二章控制水位的确定 3一、前池正常水位Z前正的计算 3二、前池最低水位Z最低的计算 4三、前池最高水位Z最高的计算 4第三章各部分尺寸的确定 4一、压力钢管直径的确定 4二、进水室总宽度B进 4三、进水室长度S 5四、前室宽度及长度 5五、进水室底板高程 5六、前池末端底板高程 5七、前池顶高程 6八、边墙高度 6九、泄水道 6十、冲沙孔的布置 7十一、分流墩的布置 7十二、压力前池平面布置图及剖面图 7第四章压力前池的主要设备的设计确定 8二、检修闸门和工作闸门 9三、通气孔和旁通管 9四、启闭机 9第五章边墙的设计与稳定计算 9一、边墙的基本设计拟定 9二、抗滑稳定计算 10课程设计总结 11附件压力前池相关图纸详图

设计任务书课程设计题目：非自动调节渠道压力前池的初步设计一、设计的基本资料：某水电站采用的是无压引水式水电站，已知渠道末端渠底高程为3087.9m，渠道的总长为890m，总落差50m。渠道纵坡选定为1/500，边坡m=0，糙率n=0.025,渠道的底宽b=1.51m，水深h=1.55m，边坡为1:0。装机容量按2台500KW机组计，共1000KW。设计保证流量3.0m3/s,相当设计保证率70%，保证处理1000KW，渠道引用流量3.2m3/s，水轮机设计流量Q=2.9m3/s，单机流量1.45m3/s。二、完成的任务：（1）确定压力前池的控制水位和各部分尺寸。（2）压力前池边墙的设计和稳定计算。（3）画出压力前池的平面图和纵剖面图（A3纸）。三、完成的时间此设计内容务必在12月09日前上交。

设计概述图1一、引水式水电站的引水渠道末端，常设有一个水池，用来联接引水渠道和水轮机的压力水管，称为前池，又叫压力前池。压力前池主要由前室、进水室、压力墙、泄水建筑物、排污、排沙、排冰建筑物组成。根据设计任务书，在本设计中采用如图1所示方式布置，此种布置方式中的渠线与压力管道轴线斜交，比较能适应地形、地质条件，而水流、开挖量、排污、排冰等条件都介于其它布置方式之间，这种布置在工程中采用较多。图1二、各组成部分的简要说明及结构设计概述2.1前室前室是引水渠道末端与进水室之间的扩大加深部分，其主要作用是将渠道断面过渡至进水室所需要的宽度和深度。前室应有一定的容积和水深，以满足沉沙的要求。前室在平面上以β=10°~15°的扩散角逐渐加宽。为了便于沉沙、排沙，防止有害泥沙进入进水室，前室末端底板高程应低于进水室底板高程0.5m以上。当水中含沙量较大时，宜适当加大此高差。当渠线与管线不一致时，为防止水流出现死水区，产生漩涡，造成过大的水头损失和局部淤积，应采用平缓的曲线连接并加设导流墙。2.2进水室进水室是压力前池最主要的组成部分，上游与前室相接，下游为埋设压力管道进口段的压力墙。当布置有两条以上的压力管道时，应以隔墩分成若干独立的进水室，每一进水室都设有拦污栅、检修闸门、工作闸门、通气孔、旁通管、工作桥和启闭设备等。这样，当一条压力管道或由此压力管道供水的机组发生事故或需要检修时，不致影响其它机组的正常运行。

第一章压力前池结构设计的原则压力前池中的边墙承受自重、顶部设备重和上游水压力等荷载，应在上游为进水室最高水位的条件下，按挡水坝进行强度和稳定计算。压力前池的边墙承受自重、设备重、水压力和土压力等荷载，应按挡土墙设计。溢流堰段则按溢流重力坝设计。工作桥和启闭机架一般为钢筋混凝土板梁结构和框架结构，承受自重、设备重和活荷载，启闭机架则还要承受启闭力和风荷载等，应分别按板梁和框架设计。进水室底板的构造和受力情况与水闸底板相似。当采用钢筋混凝土结构时，一般按弹性地基上的板进行设计；当采用素混凝土或浆砌石结构时，一般可不作计算，此时板的厚度约为0.5～1.0m。第二章控制水位的确定一、前池正常水位Z前正的计算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渠道末端正常水位=渠道末端渠底高程+渠道内正常水深=+=则=前室正常水深为二、前池最低水位Z最低的计算为了保证不形成漩涡，及不使空气进入压力水管，一般规定进水室的最低水位，应高出引水管进水口顶部两倍水管中的流速水头，设以代表这一高度，并不低于0.30~0.50m。即：式中：v为压力水管的流速，（m/s），根据压力水管的最大流速，则v=4.30计算：故，初拟前室内最低水位为渠道末端的底面高程，即拟定前池内最低水位为3087.9m。三、前池最高水位Z最高的计算由公式:式中：H0为溢流堰宣泄最大流量时，堰顶上的水头,一般为—,本设计取为则：第三章各部分尺寸的确定一、压力钢管直径的确定图3-1根据《水电站》书公式（5-3），，将Qmax=1.45m3/s，Hp=50m带入公式，计算得出：D=0.848m，取D=0.90m（具体如图3-1所示）图3-1二、进水室总宽度B进进水室宽度与压力水管的数目和管径有关，通常采用：b进=（1.5~1.8）D=1.8×0.90=1.62m，压力管道条数为2，隔墩厚度为0.6m，则进水室总宽度为：B进=nb进+（n－1）d=2×1.62+1×0.6=3.84m，在本设计中，根据设计任务书，共有两台机组，则n=2，采用混凝土隔墩，应规范要求，取d=0.6m。三、进水室长度S进水室长度取决于拦污栅、工作闸门、检修闸门、工作桥和启闭机设备等的布置，还要能容纳下拦污栅和工作闸门等设备，小型水电站常取，本次设计中进水室长度取为m。前室宽度及长度1、宽度前室净宽约为进水室总宽度的倍。即：本设计前室净宽取2、长度前室长度通常采用扩散后前室净宽的倍，即：本设计前室长度取五、进水室底板高程进水室底板高程可由公式：计算得到，式中：—压力水管管顶高程；—压力水管直径；—压力管道与水平面间的夹角；则。进水室底板高程取为3085.9m。六、前池末端底板高程前池末端底板高程可采用式子：=3084.63－0.5，计算得出3084.13m。七、前池顶高程前池顶高程可采用式子：=3088.21+0.5=3088.71（m）——安全超高（在本设计中，拟定安全超高为0.5m），八、边墙高度边墙高度==3088.71－3084.13=4.58m。取边墙高度为4.5m（基础深约为50cm）。九、泄水道（图3-2）泄水道通常设于渠末或前池的边墙上，其型式有溢流堰河虹吸管等。溢流堰顶高程应略高于前室中的正常水位（一般约5cm左右），以防止电站正常运行时发生溢流现象。在本设计中采用的型式为溢流侧堰，下游布置泄水陡槽和消能设施。溢流堰高程为▽溢顶=3087.91+0.05=3087.96m，溢流堰高（与前池底板高程一致）为3087.96－3084.13=3.83m，取溢流堰高为3.83m,溢流堰的断面形状为流线型的实用堰。在前室的最高水位确定后，溢流堰的长度为，（式中Qmax=3.2m3/s，ha为堰顶允许最大溢流深度，取ha=0.4m，M为溢流堰流量系数，实用堰中M=1.7）。图3-2计算得出L=7.44m。图3-2十、冲沙孔的布置冲沙孔设在前池最低处，在本设计中采用直径为30cm的混凝土管，管子进口处用木插板闸门控制，一般在洪水期冲沙，冲沙时开启闸门，平时关闭。此外，当引水渠道或前池检修时，或水电站停止运行而下游有灌溉要求时，也可利用冲沙孔放水。十一、分流墩的布置图3-3为减小池身的长度又不过分加大扩散角度，可在前室进口段设置一分流墩，在本设计中，上游方向做一30°的锐角，下游为流线型设计（图3-3）。图3-3十二、压力前池平面布置图及剖面图（图3-4，图3-5）根据所计算数据，在CAD中画出平面布置图，以下为示意图。图3-4图3-4图3-5I-I剖面图图3-5I-I剖面图第四章压力前池的主要设备的设计确定前池的主要设备有拦污栅、检修闸门、工作闸门、通气孔、旁通管、启闭设备和清污机等。一、拦污栅（图4-1）拦污栅设置在进水室入口处的栅槽中，下端支承于进水室底板，上端支承于防护梁上，防护梁与工作桥相连。拦污栅一般与水平面成70°～80°倾斜放置。拦污栅上的污物可采取人工清污或机械清污。图4-1在本设计中，采用扁钢作为栅条，由于水量小，与水平面成70°布置，栅片宽度为2m×2个（根据进水室宽度为3.84m），高度为3.6m（根据池顶高程减去进水室底板高程为3.492m，多余部分插入边墙中），厚度为8mm，宽为150mm，过栅水的流速为1.0m/s，一层拦污栅，采用人工清污的方式。图4-1二、检修闸门和工作闸门检修闸门位于工作闸门之前，也可位于拦污栅之前或之后，供检修拦污栅、工作闸门和进水室时堵水之用，一般采用叠梁式或平板式闸门。工作闸门的作用是当压力管道、水轮机阀门、或机组发生事故或检修时，用来关闭压力管道进口。另外，当电站长时间停机时，为了防止水轮机阀门漏水，也常需关闭工作闸门，工作闸门一般采用平面定轮闸门，明钢管必须采用快速闸门。检修闸门和工作闸门一般用电动螺杆或电动卷扬式启闭机操作。三、通气孔和旁通管通气孔布置在紧靠工作闸门的下游面。旁通管布置在进水室的边墙和隔墩内，一般用闸阀控制。旁通管可为铸铁管、钢管或钢筋混凝土管。在本设计中采用钢管。四、启闭机在本设计中，检修闸门采用电动螺杆，工作闸门采用电动卷扬式启闭机。第五章边墙的设计与稳定计算一、边墙的基本设计拟定图5-1图5-1重力式挡土墙依靠本身重力维持稳定，本设计中，根据“第二章·第七节