毕业设计（论文） 太平哨水利枢纽引水式水电站设计

河北工程大学毕业设计PAGE第19页共95页毕业设计（论文）太平哨水利枢纽引水式水电站设计目录1基本资料…………61.1任务的提出………………………61.2工程地质条件……………………61.2.1地貌与地层………………61.2.2水库区工程地质条件……………………7………71.2.4付坝工程地质条件……………………81.2.5引水隧洞和厂房区工程地质条件……81.3建筑材料…………91.4水文与气象………………………111.4.1流域自然地理概况………111.4.2气象条件…………………111.4.3水文资料…………………121.5水利、动能及水库…………………171.5.1电站任务…………………17……………………18…………18……………………18………………………192水轮机选型设计……………………252.1机组台数与单机容量的选择…………………252.1.1机组台数选择………………25…………262.2水轮机型号及装置方式的选择………………26……………262.2.2装置方式的选择…………………262.3水轮机参数计算………………26HL240型水轮机方案主要参数选择………26ZZ440型水轮机方案主要参数选择…………292.3.3HL240型水轮机及ZZ44型水轮机两种方案的比较………31…………………32…………32…………332.4.3等吸出高度曲线的绘制……………………34………………352.5.1蜗壳形式的选择……………352.5.2断面形状及包角的选择……………………35………………35………362.5.5图的绘制………36…………………37………………372.6.2弯肘形尾水管部分尺寸的确定……………372.7发电机的选择………………382.7.1发电机型式的选择…………38……………………382.8调速器设计……………………392.8.1调速设备的选择……………39………………392.8.3调速器的选择………………402.8.4液压装置的选择……………41………………………423坝区枢纽总布置…………………463.1坝轴线及坝型选择……………463.1.1坝轴线选择…………………463.1.2坝型选择……………………463.2泄洪方式选择及调洪演算……………………473.3枢纽布置………………………474拦河坝设计………………………48……………………484.2挡水坝剖面设计……………484.2.1挡水坝坝顶高程的确定……………………484.2.2挡水坝的剖面尺寸确定……………………48……………49………49………………504.4洪水下泄流量校核……………51……………………514.4.2底孔过流能力验算…………534.5闸门闸墩及工作桥设…………545挡水坝稳定及应力分析…………565.1计算说明……………………565.1.1计算内容……………………565.1.2计算工况……………………565.1.3计算单元与计算截面………565.2挡水坝稳定及应力分析………565.2.1荷载计算……………………565.2.2抗滑稳定分析………………575.2.3应力分析……………………586细部构造设计…………………606.1坝体分区及标选择……………606.2分缝与止水……………………60廊道系统和排水系统的布置…………………616.3.1廊道系统布置………………616.3.2排水设施布置………………62………………………62…………62……………62……………………62……………62……………62坝基的防渗处理……………63……………………63…………………637水电站引水系统设计……………64…………64……………………64………………647.2进水口设计……………………65…………65……………65…………66……………………677.3引水隧洞……………………677.3.1线路与坡度的确定…………677.3.2断面形式与断面尺寸………687.3.3洞身衬砌……………………687.4调压室设计…………………697.4.1是否设置调压室判断………697.4.2调压室位置的选择…………707.4.3调压室的布置方式与型式的选择…………70…………70…………72………………72………72………737.6压力管道设计…………………757.6.1压力管道的布置……………757.6.2压力管道直径的选择………767.6.3调节保证计算………………767.6.4压力管道的结构设计及稳定计算…………767.7防止地下埋管产生外压失稳的措施…………788水电站厂房设计…………………79……………79………………79…………798.2.2主厂房宽度确定……………80………………818.3.1机组的安装高程……………818.3.2尾水管底板高程……………818.3.3基础开挖高程………………818.3.4水轮机地面高程……………818.3.5发电机定子安装高程………828.3.6发电机层楼板高程…………828.3.7吊车轨顶高程………………828.3.8天花板高程…………………828.3.9屋顶高程……………………83…………83谢辞…………84参考资料…………85外文资料…………86外文翻译…………891.1任务的提出浑江是鸭绿江在我国境内的较大支流，也是我国东北地区水力资源较为丰富的一条河流，因此，合理开发利用浑江水力资源是个重要的课题。浑江发源于长白山老岭，河流全长430余公里，河流坡降约为1/1000;流域面积15000平方公里。流域形状近于椭圆，南北长160公里，东西宽约170公里。根据浑江河道自然特性的变化，大致以通化为上、中游之分界：以桓仁为中、下游之分界。河流系山区河流，蜿蜒于山谷之中，沿河山势陡峭，支流众多，于支流入口处，地势较为开阔，出现山间盆地。浑江流域水系图参见图1。浑江下游（桓仁以下）的水能利用与梯级开发问题曾进行了长时间的研究，基本上归纳为两种开发方案，即：eq\o\ac(○,1)桓仁、沙尖子两级开发方案与eq\o\ac(○,2)桓仁、回龙山、太平哨、高岭、金坑等多级开发方案。目前，在桓仁水电站早已建成投产的情况下，实际上变成为沙尖子高坝大库与回龙、太平哨、高岭、金坑等梯级开发方式之争。本任务书取材于梯级开发方案的太平哨水电站，并拟定为混合式开发的地面厂房型式。有关浑江下游梯级开发情况可参见附图1。1.2工程地质条件1.2.1地貌与地层本地区的地貌景观按其成因类型可分为两类：eq\o\ac(○,1)构造剥蚀地形，海拔高程360—770米，相对高度200—600米，为中低山地形，由古老的变质岩系组成，山脊较狭窄，起伏不大，无明显的峰峦，地形坡度较大。eq\o\ac(○,2)侵蚀堆积地形，本区可见相对高度为20—30米的二级阶地，3—12米的一级阶地和2—4米的河漫滩。水库区及水工建筑物区出露的地层有：前震旦系，震旦系、寒武系、朱罗系、和第四系，简单分述如下：eq\o\ac(○,1)前震旦系：主要为一套区域变质岩石，部分经受不同程度的混合岩化作用，形成各种类型的混合质变质岩。各水工建筑物均位于本地层的混合变质岩上。eq\o\ac(○,2)震旦系：仅在水库区东南局部出露，主要为石英砂岩、石英砾岩、粉砂岩、页岩等。eq\o\ac(○,3)寒武系：该系出露更少，仅局部可见，主要为灰岩。eq\o\ac(○,4)朱罗系：该系在水库区北部，雅河口以上至回龙山一带广泛分布，为陆相火山岩建造，主要为安山岩、安山质凝灰岩、流纹岩等。eq\o\ac(○,5)第四系：在本区出露的有上更新统和全新统。前者分布于浑江二级阶地，为洪—冲积层，主要为砂卵砾石、砂和亚粘土，后者包括一级阶地、河漫滩及河床上堆积的亚砂土、砂砾石，残积的亚粘土等。1.2.2水库区工程地质条件本库区两岸山体高峻，高程为360—700米，分水岭厚度均在0.8公里以上。库岸岩石在雅河口以上为侏罗纪火山碎屑岩类，以下为震旦纪变质岩和混合质变质岩，地下水位较高，不会向邻谷产永久性渗漏。不存在塌岸问题。曾选两条坝线（上坝线与下坝线）进行比较。上、下坝线相距200—300米，地质条件基本相同，但下坝线右岸地形更单薄，左岸岩石完整性较差，呈片状破碎，风化也较深，而上坝线左岸则比较完整。河谷部分，下坝线岩石普遍风化较深，而上坝线只有个别地段风化较深。从上述分析确定选用上坝线。修建土坝或混凝土重力坝，地质上都是可能的。——2米。河床砂卵砾石厚0—3.5米。坝址区两岸发现有断层三条，其中一条为平推断层（F3）位于左岸，走向NE36°,倾向南东，倾角70°，破碎带宽5米。另外两条北东向断层F1与F2°据分析F1就是区域性的太平哨大断裂，在右坝头西北约300米处通过;F2位于右岸，产状为走向北东40—50°，倾角80°，断层带宽3—4米。F1与F2对建筑物均无直接影响。—15米范围内单位吸水量的平均值为0.1升/分，25米以下时为0.027升/分。据分析，若采用混凝土重力坝坝型时（估计坝高40米左右），大坝将建基于比较完整的半风化岩石之上。河谷部分的开挖深度（自基岩面算起）约为2—7米，相应于此开挖标准，坝基岩石与混凝土摩擦系数建议为0.6，河床部位岩石风化较浅，实际上可挖至微风化岩石，建议摩擦系数采用为0.65。坝址右岸岩石强烈风化，全风化岩石深达30米。强烈风化的原因主要是黑云母混合片麻岩中斜长石和黑色矿物含量较多，长石结晶体粗大，抗风化能力较薄弱所致。建议处理意见是：砂砾状全风化层（深15米左右）可采用混凝土防渗墙方法处理，块状全风化层以下采用帷幕灌浆方法处理。左岸F3断层以及局部破碎带可按常规办法处理。1.2.4付坝工程地质条件葫芦细子地段山体低缓，最低点地面高程仅为192米，需要修建付坝。若主坝采用土坝型式，则此处可修建岸坡式溢洪道。此处山体最狭窄处宽仅70米，上、下游水为差7米。此坡地形陡峭，基岩裸露，南坡较缓，坡度一般约20°—30°。此垩口是浑江侵蚀堆积二级阶地，垩口顶部和山坡上分布有砂卵砾石，厚度1—5米，其地质时代为上更新世坡积层。本地段地层主要是前震旦纪黑云母斜长石注入片麻岩，混合岩化程度较低，岩性不均一，有的地方可见变质岩基体。本地段发现断层共七条，但规模均很小，宽度大都在一米以内，最大宽对为1.5米。这些断层大多延伸不长，对建筑物无影响，设计与施工时按常规方法处理即可。通过地质分析与稳定计算可以认为，此地段山体是稳定的。为了确保建筑物安全，建议在设计时要加强帷幕灌浆与排水措施。1.2.5引水隧洞和厂房区工程地质条件浑江在中下游地段，侧向侵蚀作用十分强烈，形成迂回曲折的蛇曲地貌，为修建引水式电站提供了有利的地形条件。太平哨水电站的引水隧洞和厂房位于南天门岭，此处分水岭宽约800米，而两端河水位差达13米。本区地层主要为前震旦系的黑云母混合片麻岩，所有建筑物均将在此岩层上。第四纪包括出口和进口河漫滩的冲积洪积层，岩性为亚砂土，细沙和砂卵砾石，两侧山坡的坡积残积层，岩性为亚砂土，细砂和砂卵砾石；两侧山坡的坡积残积层，岩性为亚砂土夹碎块石。隧洞均将在黑云母混合片麻岩中通过，沿洞线未发现断层，且洞顶上部覆盖新鲜岩体很厚，达80—160米，深部裂隙已趋闭合，因此工程地质条件较好，建议采用：f=6—7,k0=500。洞线前部通过两条较大岩脉，均大致与洞线相交，一条为石英斑岩，宽30—40米，另一条为正常闪长岩。宽26—30米。据地表槽探观察，岩脉与围岩接触良好，但从钻孔资料分析，石英斑岩裂隙比较发育，故建议，通过岩脉处的参数选用为：f=4,K0=300。厂房后山坡地形坡度约50°—60°，坡高40米左右，通过剖面裂隙绘得知，厂房后坡存在两组顺坡裂隙，第一组倾角为68°—74°，第二组倾角稍缓，为40°—45°。表部裂隙张开1—3厘米，坡脚部位岩块已经位移。根据上述情况。可认为后山边坡基本上是稳定的，建议在开挖时基本上沿着上述两组裂隙挖成阶梯状边坡，对已经位移或张开宽度较大的岩块予以清除，对局部不稳定岩块可采取相应的加固措施。厂房基础将坐落在新鲜的黑云母混合片麻岩上。1.3建筑材料天然建筑材料的调查，包括混凝土重力坝和粘土心墙砂砾壳坝两种坝型所需要的各种材料，其需要量初步按：混凝土坝方案，混凝土方量50万米3，砂砾石料150万米3，土坝方案：粘土料14万米3，坝壳砂砾料120万米3，护坡块石料5万米33。通过勘探、试验工作，可以满足上述要求，砂砾料与粘土料场分布、储量、质量评价等详见表1与表2。土坝护坡用石料场，选择了葫芦头和榆树底两处。葫芦头石料场位于坝址上游左岸约3公里，交通方便，基岩为黑云母混合片麻岩，榆树底位于坝上游右岸约3公里，料场山体比高100—500米，山势陡峻，覆盖厚约1米，基岩仍为黑云母混合片麻岩。砂砾料场位置、储量及质量情况一览表表1料场名称位置面积（米2）体积（万米2）勘探等级质量评价开采意见无效层有效层水上水下合计葫芦头（漫滩）坝线上游右岸1公里277，800B各项指标均满足混凝土骨料要求运距短交通方便夹心子—216，300296060120B本料场为土坝方案服务上长岭坝线下游右岸6公里414,00001020102B各项指标能满足混凝土骨料要求运输困难下长岭175,000047047B同上南天门隧洞进口36,800212012B各项指标能满足混凝土骨料要求粘土杂质含量较高下甸子厂区上游右岸1公里90,000024024B同上粘土料场储量、质量情况一览表表2料场名称地貌单元位置体积（万米3）天然含水量（%）天然容重渗透系数固结快剪有效层无效层湿干凝聚力内摩擦角葫芦头一级阶地—231.×10-63.×10-60.2126老营沟一级阶地坝线上游左岸5公里181.×10-6251.4水文与气象1.4.1流域自然地理概况太平哨电站位于鸭绿江支流浑江下游，本站以上集水面积12950平方公里，其上游约86公里和37公里处分别有桓仁，回龙山水电站，其集水面积坝址以上分别为10，375平方公里与12，506平方公里。浑江流域地理坐标在东经124°24′—126°36′，北纬40°40′—42°10′之间。其相邻流域北为第二松花江，东为鸭绿江干流，西侧为辽河流域左岸支流浑河、太子河，南为鸭绿江右岸支流蒲石河、河。浑江属于山区性河流，流域内高山群立，山势陡峭，地势起伏较大，山坡上一半多生杂草和林从，植被较好。1.4.2气象条件浑江属于山区河流，地形对气候的作用比较明显，流域东北系长白山系的主峰白头山，海拔高达2744米，自此分向西北，西南与东南三方向逐渐低下，到流域南部的丹东，海拔高程为59米，自丹东向北至宽甸，地形突然上升（海拔高程约300米），高差达240米，因此当偏南气流入境后，受地形抬升影响，产生强烈降水，降雨中心多在鸭绿江下游至宽甸间，浑江正处于该暴雨中心北部边缘，故降雨量很大，降雨量集中在夏季，各地6—8月降雨量占全年的60%左右，尤以7、8两月为最多，最多月雨量与最小月雨量之比达30倍之多。浑江流域正处于西风带大陆的东部，冬季在蒙古高压的控制下，天气寒冷干燥，为期漫长，全流域一月份平均温度均在-10°以下，极端最低气温发生在一月份，并在-30°以下。全年右4—°C(桓仁)，年差很大，参见表3。1.4.3水文资料浑江桓仁以下，干流有桓仁、回龙山、沙尖子水文站，支流有二户来、普乐堡及太平哨水文站。各站资料以桓仁较长。太平哨水库年径流系用回龙山、沙尖子及支流半拉江上的太平哨水文站径流资料，按面积比推求而得，详见表4。各站年径流有关参数详见表5。浑江的洪水主要由急剧而强烈的暴雨形成，暴雨多集中在三天，其中强度最大的暴雨又多集中在一天之内。就较大洪水年份分析，形成暴雨的天气系统有台风，气旋（华北气旋，渤海气旋、江淮气旋、黄海气旋）以及副热带高压边缘的幅合扰动，如1960年发生了浑江的50年一遇洪水，形成此次暴雨的天气系统在黄海上空正在恢复中的台风输送水汽与副热带高压边缘的扰动，再加上南部连续移来三个低压想遭遇。一月二月三月四月五月六月七月八月九月十月十一十二年降水量（毫米）沙尖子多年平均17太平哨多年平均313宽甸多年平均蒸发量（毫米20厘米蒸发皿）沙尖子多年平均88太平哨多年平均宽甸多年平均沙尖子平均-11太平哨最高4926313宽甸最低-3187极端最大风速（米/秒）沙尖子风速1616151116太平哨风向NWNWSWNWSENSNNNWNWNSES宽甸发生年月1955545555585558555454551956本区气象要素表表3一月二月三月四月五月六月七月八月九月十月十一十二年均19362733163846015075371501612591937203204512294812024414619382196243855322401422011939441742265142999302220819403563401050186193194115123732047834012616117319421316014511207011721022221943113793101012095393899618519441531203044093052581481945733543501451893441091946143241127764381148194727515112563381434135209194824713614020722732105194925835460847412517919503578521067314719518923115817202183271672581952250136107149256132102107113195310924252196392210943112501954138164134164312191069514331819551441881546188612619561342853804192383908327177195738612716236010503061142161958107132112592452195913615315372028034822712389196025117169599298166030327290196114351054253514119419622632022296372841441701963102116028610712434217719647001521366351500261301196521235380513292107太平哨电站年径流系列表（流量：秒立米）表4浑江下游主要站年径流参数表（流量：秒立米）表5站名多年平均流量CVCS/CV设计值P%510509095桓仁14422272051398978回龙山1782280254172110太平哨1872295266181116101沙尖子2442353319216138121东北历年大暴雨的分布规律看，在鸭绿江的中下游（包括浑江一带）暴雨出现的机会和强度都才超过其他流域，多年平均三日暴雨在120毫米以上。浑江历史洪水的调查曾先后进行了5次，调查河段上至通化，下至沙尖子。这对洪水分析提供了可靠的历史资料。桓仁站实测洪水资料较长，加之历史洪水调查资料，故洪水分析成果较为可靠。回龙山与沙尖子的洪峰洪量系分析和桓仁相关插补而延长。太平哨水电站由于无实测资料，故洪峰洪量参数用回龙山参数，洪峰用2/3次方，洪量用一次方，按面积比推求。由于上游桓仁电站库容较大，对洪水起一定的调蓄控制作用，故区间洪水对下游梯级起主要作用。太平哨水电站设计洪水地区组成曾用典型年法和频率组合法（以回龙山为控制）推求组合洪水进行比较,两种方法计算成果相近,故采用典型年法成果,即桓仁，桓—回，回—太区间设计洪水过程线，系以回龙山三日洪量为控制，按典型年分配，同倍比放大各控制点设计洪水过程线。太平哨水库入库洪水系将桓仁入库洪水，经桓仁调节后，如桓—回区间而得回龙山水库入库洪水，在经回龙山水库调节后，加回—太区间而得太平哨入库洪水，详见表6。太平哨水库入库洪水成果表表6流量：秒立米单位水位：米12桓仁入流量出流量库水位298001850023200146001850011200165009470144008780回龙山入流量出流量库水位16900168001200012000110001100095009500回—太区间洪峰流量3170253022601970太平哨入库流量1750014000.124001080051020桓仁入流量出流量库水位89907750802068806550583049604120回龙山入流量出流量库水位92909250750075006550610045004500回—太区间洪峰流量1610902835557太平哨入库流量98208070695049801.5水利、动能及水库1.5.1电站任务太平哨水电站位于浑江干流，是桓仁、回龙山的下一级，本工程开发主要目的是发电。由于本电站承接上游桓仁等梯级水库对浑江丰富水量的调节，故能以较少库容获得较好的能量指标。电站建成后以下沿江无较大城镇与工矿企业，对水库无防洪要求。库下宽甸县太平哨公社有5000亩耕地需灌溉，在水库水量平衡中可按1秒立方米考虑。浑江自然落差较大，水量丰富，在太平哨水库回水范围内多为崇山峻岭，淹没耕地、村屯较少。库区老营沟附近虽发现有铅锌矿，但据辽宁省地质局调查，该矿储量有限，规模不够，未能纳入国家开采计划，仅有生产队组织开采。由于桓仁水库的修建，极大的改变了浑江的径流在年内分布的不均匀性，弥补了太平哨水库的库容小，调节性能差的缺陷。太平哨电站应尽可能的利用河段自然落差，因而，从与其上级回龙电站尾水位衔接角度的分析，太平哨水库正常高水位定为191.5米为宜。水库死水位则应结合输水建筑物的布置分析确定。（死水位190米，正常高水位191.5米，设计洪水位(P=1%)191.7米，

Q=12400m3/s,校核洪水位（P=0.1%）194.7米Q=17500m3/s）。根据本工程的条件，应采用Ⅱ级设计标准，即水利枢纽永久性建筑物按百年一遇洪水设计，千年一遇洪水校核。考虑到上一级回龙地下电站交通洞的高程，要求本水库设计洪水位也不应超过198.0米高程。东北地区工农业生产不断提高，现有电源特别是水电远远不能满足系统负荷增长的需要。经与东北电力局研究认为，太平哨水电站将在负荷曲线的尖峰位置上工作，并应适当担任一部分备用容量，为此，本电站的利用小时数不宜过高，可控制在2500小时左右或更低些，可结合机组选择合理确定。（最后确定太平哨水电站的装机容量N为16万千瓦，保证出力2.5万千瓦，年发电量4.3亿度，年利用小时数2680小时。特征水头：最大水头38.1米，最小水头34.6米，设计水头36.2米，加权平均水头36.2米，发电机效率98%。）考虑到施工技术条件，引水洞洞径不宜超过12米，否则的话，可考虑采用两条引水隧洞的方案，应结合机组数的选择合理确定。附图1-1：浑江下游梯级开发示意图附图1-2：太平哨水库容积、面积曲线附图1-3：太平哨坝下H—Q关系曲线附图1-4：太平哨水电站尾水H—Q关系曲线附图1-5：HL240-46转轮综合特性曲线附图1-6：ZZ440-46转轮综合特性曲线附图1-7：坝址区地形图附图1-8：引水道沿线地形、地质图第23页共95页附图1-1：浑江下游梯级开发示意图附图1-2：太平哨水库容积、面积曲线附图1-3：太平哨坝下H—Q关系曲线附图1-4：太平哨水电站尾水H—Q关系曲线第26页共95页2.1机组台数与单机容量的选择2.1.1机组台数选择水电站总装机容量等于机组台数和单机容量的成积，在总装机容量确定的情况下可以拟订出不同的机组台数方案，当机组台数不同时，则当单机容量不同，水轮机的转轮直径、转速也就不同。有时甚至水轮机的型号也回改变，从而影响水电站的工程投资、运行效率、运行条件以及产品供应。因此，在选择机组台数时，应从下列几方面综合考虑：台数与机电设备的关系机组台数增多，单机容量减少，尺寸减小，制造及运输较易，这对制造能力和运输条件较差的地区有利的，但实际上说，用小机组时单位千瓦消耗的材料多，制造工作量大，所以最好选用较大容量的机组。2）机组台数与水电站投资的关系当选用机组台数较多时，不仅机组本身单位千瓦的造价多，而且相应的阀门、管道、调速设备、辅助设备、电气设备的套数增加，电气结构较复杂，厂房平面尺寸增加，机组安装，维护的工作量增加，因而水电站单位千瓦的投资将随台数的增加而增加，但采用小机组时，厂房的起重能力、安装场地、机坑开挖量都可以缩减，因而有减小一些水电站的投资，在大多数情况下，机组台数增多将增大投资。3）机组台数与水电站运行的关系当水电站在电力系统中担任基荷工作时，引用流量较固定，选择机组台数较少，可使水轮机在较长时间内以最大工况运行，使水电站保持较高的平均效率，当水电站担任系统尖峰负荷时，由于负荷经常变化，而且幅度较大，为使每台机组都可以高效率工作，需要更多的机组台数。组台数与水电站运行维护的关系当机组的台数过多时，水电站的进行方式激动灵活、易于调度、每台机组的事故影响较小，检修工作也比较容易安排，但运行检修、维护工作量及年运行费用和事故率将随机组台的增多而增加，因此机组的台数不宜过多。上述各种因素是相互联系而又相互对立的，不可能同时一一满足，为了制造安装运行，维护及设备供应的方便，在一个水电站内应尽可能选择相同型号的机组，大中型水电站机组常采用扩大单元信线，为了使电器主结线对称。大多数情况下机组台数用偶数，本设计引水式水电站的总装机容量为16万千瓦，属中型水电站，我国的建成的中型水电站一般采用4—6台机组，由于上述各种因素，本设计选用4台机组。单机容量N=16万÷4=4万KW（满足保证出力2.5万千瓦。）水轮机额定出力Nґ=N÷98﹪=40000÷98﹪32.2水轮机型号及装置方式的选择根据水头范围从型谱中查得ZZ440型适应水头20～40,HL24型适应水头25～45两种型号均适用。将两种机型作为初选方案计算其参数作分析比较确定一种作为最终方案2.2.2装置方式的选择在大中型水电站中,其水轮机发电机组尺寸一般较大,安装高程也较低,因此七装置方式多采用立轴式。它可使发电机的安装高程较高不易受潮,机组的传动效率较高而且水电站厂房的面积较小,因此本设计采用立轴式装置。2.3水轮机参数计算HL240型水轮机方案主要参数选择1）转轮直径的计算查表3—6和图3—12得HL240型水轮机在限制工况下的单位流量3/s，效率=90.4%，由此可以初步假定原水轮机的单位流量=3/s,效率=92%.式中：——水轮机标称直径——水轮机单位流量查得——设计水头——水轮机额定出力代入式中得采用与其相近的标准转轮直径2）转速计算=r/min式中——单位转速采用最优单位转速r/minH——D1——采用选用的标准直径D1采用与其接近的同步转速n=107.1r/min3）效率及单位参数修正查表3—6可得HL240型水轮机在最优工况下的模型最高效率=92.0%,模型转轮直径D,由公式：=1-(1-)=1-(1-0.92)×=94.8%则=-=94.8%-92%=2.8%考虑模型与原型水轮机的质量差异,常在减去一个修正=1.0%,=1.8%=+=92%+1.6%=93.6%=+=90.4%+1.8%=92.2%(与假设基本相同)因为,=-1=0.97%<3%所以，不需要修正。则原假定的n=107.1r/min,Q1′=1.24m3/s,D1是正确的。4）出力校核设计流量由水轮机运转特性曲线查得M修正得水轮机效率NT=9.81×125.4×36.2×0.938=41771大于40816满足要求5）运行范围校核在选定,=107.1r/min后,水轮机的及特征水头相对应的可以计算出来.===1.235<1.24m3/s水轮机的最大引用流量为3/s各个特征水头相对应的单位转速列表比较如表2-1所示，由计算值绘运行范围图，从模型综合特性曲线上看出基本包括了高效率区。表2-1项目水头单位转速73单位流量6）吸出高程的计算式中：————气蚀系数H——水头表2-2HL240型水轮机吸出高度计算见表项目最小水头设计水头最小水头水头单位转速73气蚀系数修正值吸出高度Hs采用最小值作为其吸出高度7）安装高程的计算HL240型水轮机的安装高程的计算式中：导叶相对高度b0/D1为吸出高度ZZ440型水轮机方案主要参数选择ZZ440型适用水头范围25～45,其模型参数如表2-3表2-3叶片数m0导叶相对高度b0/D1’最优单位转速（r/min）限制工况单位流量（m3/s）气蚀系数模型直径D1m（m）实验水头Hm（m）61151）转轮直径D1的计算由上表查得ZZ440型水轮机在限制工况下的单位流量′3/s,同时该工况的气蚀系数=0.72,[]=-4时其相应的气蚀系数：式中为气蚀系数修正值，由图2-26查得。在满足-4m吸出高度的前提下,从图可查知(=115r/min,处的流量Q1′=1000L/s,M=88.3%,假定水轮机的效率为91.6%.D1=选用与之接近的标准直径D1转速：式中：n1’——单位转速，采用n1’10’=126.5r/minH——水头采用H=Hpn=采用与其接近的同步转速n=166.7r/min磁极对数p=183）效率及单位参数的修正轴流转浆式水轮机的原型最高效率采用效率修正值，对不同装置角计算结果列表如表2-4叶片转角-10°-5°0°5°10°15°8886-表2-4ZZ440型水轮机效率修正值计算表由于最优工况接近于=0°=2.9%作为修正值则原型的最高效率=+=89%+2.9%=91.9%已知在吸出高程为-4m,限制工况点(=115r/min,Q1′=1000L/s)处的模型效率=88.1%而该工况在5°—10°之间，用内差法可求得=3.28%.由此可得该工况点的原型水轮机效率为=88.3%+3.28%=91.78%（与上假定相近）因为==1.62%<3%14）工作范围校核D1==1.0321m3/s水轮机的最大引用流量为126.8m3/s各个特征水头相对应的单位转速：在HL240型水轮机模型综合特性曲线图上分别绘出，，的直线，可看出，包括了高效率区。5）吸出高度及安装高程的计算由水轮机的设计工况点(=127.45r/min,=10321L/s,)在图3—25可查得相应的气蚀系数为=0.33，并可以从图2—26查得气蚀修正值则：=10-152.6/900-(0.33+0.034)×由此可见ZZ440型水轮机的方案的吸出高程满足水电站的要求。6）安装高程的计算ZZ440型水轮机安装高程的计算ZA=ZDmin+Hs+xD12.3.3HL240型水轮机及ZZ44型水轮机两种方案的比较表2－5水轮机方案参数对照表序号项目HL240ZZ4401模型水轮机参数推荐使用的水头范围25～4520～362最优单位转速721153最优单位流量11008004限制工况单位流量124016505最高效率92896气蚀系数7原型水轮机参数工作水头范围8转轮直径9转速10最高效率11额定出力408164081612最大引用流量13吸出高度14安装高程由表2－5可见两种方案中HL240型水轮机运行效率高，安装高程较高使得其开挖量较ZZ40型水轮机的开挖量要小得多且有利于提高年发电量，而ZZ440型水轮机机组转速较高使得其气蚀系数较高不利于安全，虽然发电机尺寸较小但同时使得水轮机调节系统造价升高综合以上因素选择HL240型方案更为有利水轮机运转特性曲线时表示转速，转轮直径为常数时水头，流量，出力，效率，河吸出高度等参数间的关系曲线包括等效率曲线，出力限制线和等吸出高曲线，它反映了水轮机实际运行中各个参数间的关系是指导水电站运行的依据。在水轮机的工作水头范围以内取三个水头,,并绘制每个水头下的工作特性曲线如附图2-1（a）,在该图上以某一效率为常数作平行线，他与诸曲线相交并可得出各交点上的H,N值，然后依H，N值将各点落在H-N的坐标场中，并绘制成一光滑曲线如附图2-1(b)，即为该效率的等效率曲线，计算表2－6表2－6等效率曲线计算表868686878787888888898989909090919191919191909090898989888888878787868686水轮机最大出力受到发电机额定出力和水轮机5%出力贮备线的双重限制，在运转综合特性曲线图上，H≥Hr时的出力线为N=Hr的一段垂直直线，H<Hr时水轮机出力受5%出力贮备线的限制,A点与B点的连线即为出力线。做法上见图。发电机额定出力的限制即为水轮额定出力的限制（=为发电机的额定效率），因此在运转综合特性曲线图上，时出力限制线的一段垂直直线，如下图由于是水轮机发出额定出力的最小水头，所以当时，水轮机出力受5%出力储备线的限制。在相应的模型综合特性曲线图中的5%出力储备线上找出相应于的工况点然后求出对应的在图中把点与点连成直线，即得到时的出力限制线，如附图2-2。而相应于的工况点流量2.4.3等吸出高度曲线的绘制1）根据等效率曲线计算表中的和N作不同水头下N=f()的辅助曲线2）在向相应的模型综合特性曲线上，佐以各水头下为常数的水平线，它与气蚀系数线交于许多点，记下各点的和值并将其列入表其中的值可由Hr查得3）由上述已知的可在N=f()辅助曲线上查得相应的N值并记入表中有公式Hs=10-，计算出不同之相应的吸出高Hs并列入表中。4）根据表中对应的Hs和N作各水头下的的辅助曲线如附图2-3(a)。5）在得辅助曲线上，作某一Hs为常数的水平线它与该辅助曲线交于许多点，并可各点上的H，N值。然后将各点连成光滑曲线即得该吸出高的等吸出高度线如附图2-3(b),计算过程见表2-7表2-7吸出高度计算表HN()HHs3224.2.5.1蜗壳形式的选择蜗壳形式有金属蜗壳和混凝土蜗壳，金属蜗壳适用于水头大于40m或小型卧式机组，混凝土蜗壳适用于水头小于40m由水电站的水头范围34.6～38.1m，同时考虑为了节约钢材,且梯形断面与圆形断面相等时，梯形断面可以沿轴向上下延伸,与圆形相比径向尺寸较小,可以减少厂房的面积和土建投资,所以本设计采用了混凝土蜗壳,并采用平顶梯形断面。2.5.2断面形状及包角的选择从蜗壳的鼻端至蜗壳进口断面之间的夹角称为蜗壳包角,常用来表示,对于混凝土蜗壳由于勘测流量较大,允许的流速减小,允许流速较小,通常采用包角为180°～270°，本设计选择270°断面形式使用平顶梯形，本设计采用了平顶梯形,所以n=0,当n=0时,r=10°～15°,～可达到2.0,本设计选用r=15°,，。根据水电站规模本电站采用平顶梯形断面混凝土蜗壳由《水力机械》附表以及附表二查得HL240型水轮机Da=6.35m,Db进口断面流速式中ac进口断面流量/s设计流量=125.4m/s进口断面面积F1=根据几何关系确定进口断面尺寸如下进口断面面积应满足下式解上面方程组得a1，b1，m1在图5中CH对角线为当混凝土蜗壳的进水口断面形状确定后，其中间断面形状可由各断面顶角点及底角点的变化规律来确定，本设计采用直线变化规律。查《水电站设计手册》(水利机械卷)表12-15,可知Da，Db2.5.5图的绘制根据《水电站》的公式(2-3)和(2-4)式可知中间断面面积Fi与包角的关系为,所以是直线绘制辅助曲线,在进口断面做出若干个中间断面,如图2-4。结合及已知数据可以求出每个断面的面积Fi,,根据下表2-8可就可以绘制曲线，见附图2-5断面02701158274320表2-8查图得表2-9表2-904590135180225270R6依据上表绘制蜗壳单线图如附图2-6。尾水管是反击式水轮机的重要过流部件，其形式和尺寸在很大程度上影响到水电站下部土建工程的投资和水轮机运行的效率及稳定性。尾水管的形式很多,常用的有直锥形,弯锥形和弯肘形,大中型反击式水轮机均采用弯肘形，本设计采用弯肘形，它不但可以减小尾水管开挖深度，而且具有良好的水力性能。弯肘形尾水管由进口直锥段中间肘管段和出口扩散段三部分组成。2.6.2弯肘形尾水管部分尺寸的确定由《水电设计手册》查得HL240型水轮机转轮流道尺寸D尾水管尺寸采用推荐尺寸。1)进口直锥段是一段垂直的圆锥形扩散管,进口直径为D3高度为h3锥管段均设金属里衬,以防止旋转水流对管壁的破坏,对混流式水轮机,单边的扩散角的最优值为7°～9°,本设计选用8°,进口直径D3=D22）中间弯肘段肘管是一段90°转角的边截面弯管,其进口断面为圆形,出口断面为矩形,管内一般不设金属里衬,由于肘管形状太复杂，所以肘管内一般不设金属里衬，但当流速很大特别含沙时应设里衬，由于该电站水头小150，所以不设金属内衬.3）出口扩散段是一段水平放置,两侧平行,顶板上翘的矩形扩散管,一般取10°～13°,本设计取12°当出口断面宽度过大时,可按水工结构要求加设中间设墩,它的厚度取(0.10～0.15)B5.并考虑尾水门槽不止的需要，出口扩散段内通常不加金属里衬。弯管段尺寸计算见表2-10D4B6L1aR6R7R811扩散段尺寸计算见表2-11D1HLB5D4L11利用以上数据绘制尾水管如附图2-7。2.7发电机的选择2.7.1发电机型式的选择水轮发电机的结构型式主要取决于水轮机的型式和转速，同时要兼顾厂房的布置要求，本设计水轮机的额定转速,故采用伞式水轮发电机。本设计中水轮发电机的型号采用推荐型号为SF45-56/900，即：立式空冷水轮发电机，额定容量为45MW，磁极个数为56个，定子铁芯外径9000，SF45-56/900型水轮发电机有关资料如下（查《水电站机电设计手册》水力机械卷）：定子外径：Da=900定子内径：Di=842定子长度：Lt=135定子机座高度：h1=2590上机架高度：h2=838推力轴承高度：h3=870励磁机高度：h4=2070永磁机及转速继电器高度：h6=455定子支撑面至下机架支撑面距离：h8=785转子磁轭轴向高度：h10=1980发电机主轴高度：h11=2035（副）h11=7020（主）定子水平中心线至法兰底面距离： h12=6120法兰盘地面至发电机层地板高度：H=9055定子支承至发电机层地板高度：h=3428机座外径：D1=10170风罩内经：D2=12800转子外径：D3=8390水轮机机坑直径：D5=6000下机架最大跨度：D4=7760推力轴承装置外径：D6=3200励磁机外径：D7=2640/3000布置特点说明：上机架埋入地板内、励磁机及其机架在其上露出地面，推力轴承在下机架之上。见附图2-8。2.8调速器设计2.8.1调速设备的选择水轮机调速系统的基本任务是：使水轮发电机组稳定地以额定转速运行，在机组负荷变化或其他外扰作用下，保证机组的转速变化不超过一定的范围，并能迅速地稳定与新的工况，从而保证发电机输出的交流电频率满足用电设备的要求。水轮机调节是通过调速系统根据机组转速的不断地改变水轮机过流量来实现的。调速功《水力机械》式5-4式中：H——水轮机的最大水头HmaxQ——最大水头下发出额定出力时的流量D1—由得最大水头下发出额定出力的流量由绘制的运转特性曲线图上查得=94.6%=（288463—360579N）·>3000N·选属大型调速器则接力器,调速柜和油压装置应分别为计算和选择。1）接力器直径的选择参考《水力机械》式5-6D10=24采用标准正曲率导叶式中为系数查《水力机械》表5-3得=0.03导叶高度=2）接力器最大行程的计算应用《水力机械》（5-8）式接力器最大行程为：导叶最大开度可由模型的求得。式中：——原形和模型水轮机导叶轴心圆的直径。——原形和模型水轮机导叶数目则由（查得==241.6计算系数取1.8smax×24=434.953）接力器容积的计算《水力机械》式5-102.8.3调速器的选择大型调速器的型号是以主配压阀的直径来表征的，主配压阀直径d可由《水力机械》（5-15）式计算：d=式中：——导叶从全开到全关的直线关闭时间，——管内油的流速（）本设计选用=4s，则查《水力机械》表5-1选择与之接近的D-T100电气液压型调速器2.8.4液压装置的选择油压装置是向水轮发电机的调速系数供给压力油能源设备，设调速系统的重要组成设备。同时也作为进水阀，调压阀以及液压操作原件的压力油源。油压装置的工作能力由压力油罐的额定油压及总容量来标志，目前国内生产的油压装置，其额定油压一般为，在不考虑转轮浆液接力器和水轮机进水阀门接力器容量时，可用《水力机械》（5-16）式估算：式中：——压力油罐总体积（）——导叶接力器的总体积（）查《水力机械》表5-2选与之接近且偏大的YZ-4型分离式油压装置所以综上所述总结如下：型水轮机调速器设备方案：1、接力器直径2、调速器主配压阀直径3、调速器型号型电器液压调速器4、油压装置型号型分离式油压装置附图2-1工作特性曲线和等效率曲线附图2-2出力限制线附图2-3Hs=f(N)辅助曲线和等吸出高度线附图2-4蜗壳断面单线图附图2-5蜗壳半图解法计算图附图2-6蜗壳平面单线图附图2-7尾水管示意图附图2-8发电机外形尺寸图3.1坝轴线及坝型选择3.1.1坝轴线选择坝轴线的选择主要是根据地质条件,地形条件,施工条件建筑材料供应和效益及远景指标等因素选择合理经济的坝轴线.=1\*GB3①地质条件地质条件是坝址选择的重要条件,太平哨电站曾选用两条坝轴线(上坝轴线与下坝轴线),上下坝轴线相距200～300,地质条件基本相同,但下坝轴线与右岸岩石完整性较差,呈片状破碎,风化也较深.=2\*GB3②地形条件在高山峡谷地区布置水利枢纽,减少开挖,坝址选在峡谷地段,坝轴线断,坝体工程量小,但不利于泄水建筑物的布置,因此需要综合考虑.在选用坝址时,应考虑如何防止泥沙和漂木进入,取小建筑物,对与于有通航要求的枢纽,应主意通航建筑物与河道的连接.=3\*GB3③施工条件坝址附近特别是其下游应有较开阔的地形,以便布置施工机械应在交通干线的附近,便于施工运输,可与永久电网连接,解决施工用电问题,却便于施工导流.=4\*GB3④建筑材料坝址附近有足够数量符合质量要求的天然建筑材料,对于材料分布埋置深度,开采条件以及施工期淹没等问题都应认真考虑.=5\*GB3⑤综合效益对于不同坝址要综合考虑防洪灌溉发电航运旅游等各个方面的经济效益.综上所述,并结合本设计情况,确定选用上坝线.根据资料选两条坝线进行比较，上下坝线相距200-300，地质条件基本相同，但下坝线右岸地形更单薄，左岸岩石完整性较差呈片状破碎风化也较深而上坝线左岸比较完整河谷部分上坝线处岩石风化比下坝线轻许多故采用上坝线作为最终方案3.1.2坝型选择(1)重力坝对地形、地址条件要求试用性强，安全可靠.剖面尺寸大,坝内应力较低,筑坝材料强度高,耐久性好,枢纽泄洪问题容易解决,便于施工导流.(2)拱坝拱坝坝体轻韧,弹性较好,是一种很优越的坝型,但对地形条件和地质条件要求严格,地形要求左右两岸对称,在平面上向下游收缩的峡谷段,地质条件要求岩基较均匀,坚固完整.在本设计中在地形上左岸较陡峭,右岸较缓且下游扩大,因不宜修建拱坝.(3)土石坝可就地,就近取材,适应于不同地形,但土坝的泄洪需修溢洪道、泄洪洞，从而提高了工程造价.鉴于上述比较,坝型选用重力坝更为经济合理。3.2泄洪方式选择及调洪演算根据重力坝要求和其自身特点选择表孔泄流和底孔泄流相结合，溢流坝泄流泄量大，可减小孔口尺寸，闸门上压力小操作方便，且其经济性最好。而底孔的运用便于施工导流，在运用中可兼作排沙以减少水库淤积，同时也可更大程度放空水库便于检修。通过调洪演算得下泄方案：设计洪水情况下表孔下泄流量11100m3/s，底孔泄洪流量920m3/s。校核洪水情况下表孔下泄流量16200m3/s，底孔下泄流量1000m3/s表孔净宽B1为168，底孔为四孔的矩形孔3.3枢纽布置合理安排枢纽中各个水工建筑物的相互位置为枢纽布置，其应遵循的一般原则：①坝址、坝及其重要建筑物的形式选择和枢纽布置做到：施工方便，工期短，造价低。②枢纽布置应当满足各个建筑物在布置上的要求，保证其在任何工作条件下正常工作。③在满足建筑物强度和稳定条件下，降低枢纽总造价和年运行费用。④枢纽中各建筑物布置紧凑、尽量将同一工种的建筑物布置在一起以减少联结建筑。⑤尽可能使枢纽中的部分建筑物早期投产，提前发挥效益。⑥枢纽外观应与周围环境相协调在条件下注意美观。（1）溢流坝段：布置在河床中断主流位置以利于泄洪，其中泄洪孔初设14孔每孔12m×闸墩及分缝：中孔分离闸孔并支承闸门工作桥其厚一般取3～5取4共七座边墩：除支承上部结构外还起分隔溢流及非溢流坝段的作用厚取4m两座缝墩：考虑不均匀沉降影响将缝设在闸墩中间,缝宽20共六座溢流坝段总长度：L=12×14+2×4+13×4=228m桩号0+260～0+488（2）底孔坝段：孔数采用4孔尺寸为4×B2=4×4=16布置采用两孔一组，中间隔墩为8边墩为4总宽度L=4×4+8+4×4=40桩号为0+220～0+260（3）非溢流坝段布置在两岸，桩号为0+000～0+220，0+488～0588混凝土重力坝级别Ⅱ级，混凝土容重为24KN/m3，水容重为10KN/m3计算方法：稳定计算用抗剪公式，应力计算用材料法，设计流量12400m3，校核流量17500m3/s,下游水位172，风速v=16m，建基面高程1604.2挡水坝剖面设计4.2.1挡水坝坝顶高程的确定（1）校核洪水位情况：波浪高度波浪长度波浪中心线到静水面的高度安全超高按Ⅱ级建筑物查《水工建筑物》表1-11得坝顶高出水库静水位（2）设计洪水情况：风速×波浪高度波浪长度波浪中心线到静水位面的高度安全超高查表得坝顶高出静水位作坝顶高程4.2.2挡水坝的剖面尺寸确定1）根据交通与运行管理的需要及启闭机移动工作时的需要，坝顶应有足够的宽度。一般取坝高的8%-10%，且小于2。当坝顶布置移动式启闭机时，坝顶宽度应满足安装门机轨道的要求，本设计取83）基本剖面：根据工程经验，上游坝坡系数常采用n＝0～0.2，常做成铅直上部或下部倾向上游，下游坝坡系数采用m＝0.6～0.8，坝底宽约为坝高的0.7～0.9倍。挡水坝剖面图如下图：4.3.1溢流坝面曲线设计定型设计水头Hs－181.5)×75～95%取Hs=12Hs/Hzmax<3，故满足要求．1）堰顶上游侧采用四分之一椭圆曲线，其方程为：(aHs)2=12.96bHs=2.04(bHs)2曲线方程为：156m～179.46m高程段为垂直直线段。溢流剖面堰型采用WES曲线由《水工建筑物》表2-10查得n=1.85曲线方程为即3）直线段与WES曲线相切，坡率m=0.75与基本剖面相同设切点为（xc,yc）由有解得41则切点（xc,yc41）(1)消能方式的选择消能方式的选择主要取决于水利枢纽的具体条件，施工条件消能效果与经济比较选用，坝下消能防冲设计原则；应尽量利用水体内部撞击摩阻的消能效果，尽量减小水体对固体边界的冲刷磨蚀作用，限制下池水流对下游河床的冲刷范围，使其不危及坝体，坝下建筑物的安全，不引起岸坡的塌坍和河床的过度冲刷。岩基上溢流重力坝消能设施型式可分为底流式，挑流式，面流式和消力戽四种。①底流消能底流消能是在坝下设置消力池等消能设施，通过水跃将池水建筑物泄出的急流转变为缓流，以消除多杀能的消能方式，底流消能是具有流态稳定，消能效果好，对地质条件和尾水变幅适应性强，可适用于高中低水头，大中小流量的各类泄水建筑物，多用于低水头，大流量的溢流重力坝。底流消能的主要问题在于，护坦板较厚较长，开挖量大，投资较大，断面落差H值大，水头较多时，护坦的前部承受较高的流速，易于发生空蚀及磨损，动水作用力及脉幼荷载问题也较突出。②挑流消能泄水建筑物的末端设置挑流鼻坎，利用集中急流的动能，把水股向下游河床的位置，范围和流量分布对尾水变幅适应性强，结构简单，施工维修方便，耗资省。其问题在于对下游产生同部冲刷，对工程和岸坡的稳定产生威胁且水花飞溅及雾化影响较大。适用于尾水位较深，地质条件较好的中高水头各类池水建筑物，是运用非常广泛的一种消能。③面流消能利用鼻坎将高速水流挑至尾水表面，在主流表面河床之间形成反漩流，使高速不流与河床隔开，避免了对临近坝址处河床的冲，一般不需做护坦。其问题在于，要防止反向漩流挟带石块磨蚀坝址地基，以及下池水流冲刷作用的危害，对下游水位和下池流量变幅的限制较严，下游水流在较长距离内不够平稳，影响发电和航运。适用于下游尾水较深，（大于跃后水深），水位变幅不大，下池流量变化范围不大，河床和两岸有较高的抗冲能力。④消力戽消能，挑流鼻坎潜没在水下，形成自由水面，水流在戽内产生漩滚径鼻坎将高速水流的挑至表面，可减轻对河床的冲刷，不需要做护坦。其问题与面流消能大体相同。适用于尾水较深（大于跃后水深）且下游水位和下泄流量的变幅较小。依据消能工作设计原则与各消能方式的特点，结合本电站具体情况，太平哨电站下游尾水位深，坝址岩基为黑云母混合片麻岩，河床及两岸抗冲能力较强，选用连续式消力戽消能方式。(2)连续式消力戽的尺寸选择①挑射角度的选择目前已建成的大多数工程采用450，当值较大时，发生稳定戽流的下游水范围较大。但涌浪的曲率和高度都较大，且戽坎下游的水深范围较大，但涌浪的曲率和高度都圈套，且戽坎下游的入水角也较大，冲刷能力较强，当值较小时，则形成稳定戽流的下游水深范围较小，海浪稍平缓，下游局部冲刷问题稍轻。本电站工程下游地质条件良好，综合考虑适用=450，②戽底高程一般取与下游河床同高，厚则上要保证在各吸流量和下游水位条件均能发生稳定戽流，戽底高程确定的较高时易形成挑流流态，太低时将增加开挖量，本设计取与下游河床同高即戽底高程为161。③反弧半径R的确定消力戽戽底反弧半径R 愈大，坝上水流的出流条件愈好，同时增加戽内旋滚水体，对消能也有利；但当反弧半径R大于某一值时，R的增大对出流状况的影响不大，而且戽体工程加大。参照国内外二十七项工程的实际尺寸点出的关系图，查用《水力计算手册》P254消能比式中：q——单宽流量H——从戽底起算的上游水头，戽底取与原河床齐平高程161mH将已知代入上式，得：查图得：多数工程采用戽斗的反弧半径介于12~20之间(《水工设计手册》P6-376)本设计采用R=12④戽坎高度a的确定为了防止泥沙或石块卷入戽内，戽坝顶高于河床，对于戽端无切线延长时，有a=R(1-cos),一般尾水深的1/6，高度不够的可用切线延长加高（《水工设计手册》）a=12x(1-cos450尾水位=×。溢流坝坝面曲线如下图4.4洪水下泄流量校核在拟定的孔口尺寸下利用公式校验泄洪能力1）在通过设计洪水时淹没系数=1H0m为流量系数查《水力学》图8.12有H0/Hd1/Hdd=0.975md 为侧收缩系数 当孔为中孔时b/B=12/16=0.75当孔为边孔时>11100满足泄洪要求2）当通过校核洪水时=1H0=194.7-181.5=13.2mH0/Hdd，>17500满足泄洪要求4.4.2底孔过流能力验算底孔设计流量920校核流量1000孔口尺寸4×3.5采用孔口出流公式底孔包括喇叭口段，门槽，闸门及出口部分存在局部损失设计洪水情况下=239四孔泄量=4×239=956〉920满足泄洪要求校核洪水情况下四孔泄量=4×257=1028，满足泄量要求。4.5闸门闸墩及工作桥设考虑经济使用因素本设计采用弧形闸门作工作闸门，用平板闸门作检修闸门平板门采用12×12取12作为设计门高宽为孔宽12支铰位置一般在1/2～3/4倍门高处即6～9的位置取8弧形门最低点位置距堰顶靠后一段布置以保证水流沿堰面下泄牛腿距堰顶水平距离L=闸墩的作用：①将溢流坝分成若干孔，以便控制水流。②用来支承和引导堰顶，控制闸门及承受水压力。③支承坝顶的工作和交通桥，闸墩的尺寸和外形均需按这些要求设计。闸墩中检修门门槽宽门槽深闸门长度按各部分要求大致设为25m头部使用半圆形，尾部使用流线型闸墩宽4m尾部尺寸r=1.708d=6.832mL=1.208d=4.832m其简图如下5.1计算说明5.1.1计算内容1）抗滑稳定计算2）坝基最小、最大应力计算3）坝基面上下游边缘主应力计算5.1.2计算工况只做正常蓄水位情况下的基本组合计算5.1.3计算单元与计算截面取最大剖面出1m计算单元5.2挡水坝稳定及应力分析5.2.1荷载计算选择工况为正常蓄水位情况自重：W1=W2静水压力：p1=2p2=1/2×10×112=605扬压力：重力坝建成后在上，下游水位差的作用下，水流绕过坝体，坝基和两岸坝头向下游渗透，在某个截面上，由于渗透引起的水压力称为渗透压力，由下游水深引起的水压力称为浮托力，渗透压力与浮托力之和称为扬压力。见下图U1=浪压力由，H1，H1>L/2属深水波h=波浪高度/2+h0垂直力水平力力臂力矩向上向下向右向左正负自重W151618W28287水压力P11049613P26052523扬压力U13014U2457U35599U41739U55850U60浪压力pl132644007305.2.2抗滑稳定分析水工建筑物时2-20式中：f——为接触面摩擦系数——为坝基面以上的总铅直力——为坝基面上的总水平力U——为作用在坝基面上的扬压力>[]满足抗滑稳定要求5.2.3应力分析1)未记入扬压力情况坝基面上垂直正应力为，剪应力为，水平正应力，主应力，及，2)记入扬压力情况水平正应力由以上计算看出不计扬压力时小于基岩的抗压强度,满足规范要求主应力小于基岩的抗压强度满足规范要求记入扬压力时满足规范要求。6细部构造设计6.1坝体分区及标选择坝体各部分的工作条件不同,对混凝土强度、抗渗、抗冻、抗冲刷、抗裂等性能的要求也不同．为了节约和合理利用水泥．通常把坝体按不同部件和不同工作条件分区，采用不同标号的混凝土。Ⅰ区—为上下游最高水位以上坝体表层混凝土，在寒冷地区多采用2～3的抗冻混凝土，标号一般为C15，S4，D150土本设计采用3的C15混凝土Ⅱ区—为上下游水位变化区的坝体表层混凝土都采用厚3～5的抗渗抗冻并具有抗侵蚀性的混凝土，标号一般为C15，S8，D200。设计用3的C15混凝土Ⅲ区和Ⅳ区—分别为上下游最低水位以下坝体表层混凝土和靠近地基的基础混凝土，对抗渗强度和低热要求较高，多采用2～3，标号C20,S12,D200,对于Ⅳ区还要求为低热混凝土Dw.本设计采用3的C15混凝土Ⅴ区—为坝体内部混凝土，都采用低标号低热混凝土，强度根据坝面应力大小，上部多采用C10；下部多采用用C15Ⅵ区—抗冲刷部位的混凝土，如溢流面，泄水孔，导墙和闸墩。抗压强度不低于20MPa～25MPa（90天龄期），严寒地区应满足D150～D250要求。坝体不同分区的混凝土，所用水泥，应尽量采用同一品种。6.2分缝与止水为了满足施工要求，防止坝在运行期间由于温度变化和地基不均匀变形和施工要求。如：混凝土浇筑能力及温度控制等。横缝间距（既坝段宽度）一般为12～20，也有的用到24左右，主要取决于地基特性、河谷地形、温度变化、结构布置、和浇筑能力等。横缝有永久和暂时之分。1)横缝：横缝与坝轴线垂直，将坝体分为若干坝段，横缝间距一般15～20，缝距大小主要取决于地基特性，河谷地形，混凝土浇注能力，结构布置和温度变化等，横缝有永久性和临时性两种。厚的紫铜片,作成可伸缩的形,每侧埋入混凝土长度20～25,第一道止水与上游坝面距离应有利于改善该部位应力,一般为0.5～2,缝间贴沥青油毡，沥青井呈圆形其井内设加热设备，在井底设沥青排水管。止水片与沥青井应深入基岩约30～50，在横缝止水后宜设排水井。临时性横缝：其缝面设置键槽、埋设设灌浆系统，当主要是为了增加水平向抗剪能力时，则键槽应为水平向。2)纵缝：纵缝平行于坝轴线，其设置目的在于适应混凝土浇注能力和减少施工期的温度应力。新混凝土浇注前，旧混凝土应形式干净的麻面再铺一层2～3的水泥沙浆，然后再浇注一层混凝土。廊道系统和排水系统的布置6.3.1廊道系统布置为了满足灌浆，排水检查观测维修和交通的需要，须在坝内设置各种廊道成竖井一项互连通构成廊道系统。1)基础灌浆廊道：在坝内靠近上游坝锺部位设置，断面为城门洞型，尺寸定为200×280，高3，上游段帷幕灌浆下游段排水管廊道应缓于45，以利用钻孔灌浆操作和设备搬运。2)检查坝体排水廊道，为了便于检查和排除坝体排水，在靠近坝体上游面，高15～30设一检查兼排水用的廊道，断面形式定为城门洞型，本设计定为140×250,高36.3.2排水设施布置为了减小