水利水电工程毕业设计

大学生毕业设计觉木沟水电站取水枢纽设计目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首部枢纽设计第一节挡水坝枢纽布置第二节溢流坝段设计第三节非溢流坝段设计

第一节挡水坝枢纽布置1.1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。1.2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

1.3非溢流坝坝底高程及溢流堰堰顶高程确定

由地形图资料可知，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1.4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；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。第二节溢流坝段设计2.1溢流坝剖面拟定（1）坝顶采用三圆弧段WES剖面，见下图：（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.2.2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3040.8m。根据下式计算共轭水深：跃前水深

跃后水深消力池池深

消力池池长海曼长度计算有：消力池池深0.97m；消力池长度为L=15.96m；海漫长度Lp=25.0m。第三节非溢流坝设计3.1剖面设计上游坝坡宜采用1:0.2~1:0，取m1＝0；下游坝坡宜采用1:0.8~1:0.6，取m2＝0.7；坝底宽度约为坝高的0.7～0.9倍，在这里我们取7.3m。坝顶宽拟定为3m。3.2荷载计算(1)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。3.3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。荷载组合荷载组合123基本组合1.101.051.05特殊组合（1）、校核洪水情况1.051.001.00（2）、地震情况1.001.001.00坝基面抗滑稳定安全系数K3.4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：

由此可知坝体在所有计算工况下的稳定、应力均满足规范要求。计算情况坝堹处坝趾处

基本组合（设计洪水位）59.980059.980100.970.44849.314100.90特殊组合（校核洪水位）48.670048.670106.84574.7952.35106.8450第二章冲砂闸设计

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。2.1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：力力臂力矩

1304.853.0003914.55

475.124.0001900.48163.6251.133185.387523.60.850445.06363.8253.8001382.5351940.44.8509410.94116.464.000-465.85=16773.1022.2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=19.38m；海漫长度Lp=35.0m。2.3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。第三章进水闸、引水渠道设计3.1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3.三2进水三闸下三游消三能计三算根据三下式三计算三共轭三水深三：跃前三水深跃后三水深消力三池池三深消力三池池三长计算三有：消力三池池三深1三.1三0m三；消三力池三长度三为L三=三1三5.三62三m3.三3引三水渠三道假三定（1三）结三合本三工程三的地三形、三地质三，施三工、三运行三及枢三纽总三体布三置等三条件三，引三水渠三沿半三山建三筑；三从工三程量三及安三全运三行等三方面三考虑三，选三用非三自动三调节三渠道三。（2三）由三于八三一镇三附近三山谷三冬季三较冷三，根三据地三质资三料建三议，三渠道三纵坡三选定三为1三/7三50三，以三防止三在冬三季最三冷期三零下三20三℃渠三道冻三结。（3三）结三合本三工程三的地三形、三地质三条件三，以三及参三考资三料，三本引三水渠三道采三用明三渠布三置形三式。（4三）由三于本三设计三的渠三道布三置形三式为三非自三动调三节渠三道，三所以三需要三设置三工作三闸门三和检三修闸三门。（5三）根三据S三L/三T2三05三-9三7《三水电三站引三水渠三道及三前池三设计三规范三》，三由于三本电三站水三工建三筑物三级别三5级三，故三渠道三的设三计防三洪标三准为三10三年，三校核三洪水三标准三为3三0年三。3.三4引三水渠三道横三断面三设计由试三算法三求出三渠道三正常三水位三：则渠三道横三断面三尺寸三为：三底宽三，水三深三，安三全超三高查三小水三电站三上册三可知三当三时三，三。渠三道横三断面三图见三后附三图。3.三5校三核渠三道流三速正常三水深三为1三.7三m三对应三过水三面积三为2三.5三5m2，则三渠道三内流三速三。由渠三道水三深h三=1三.7三，查三《小三型水三电站三》上三册可三知，三本设三计中三渠道三的最三大不三冲流三速三，三可知三，不三於流三速三，，即三计算三流速三在允三许范三围内三，满三足不三冲不三於的三要求三。3.三6渠三底高三程及三断面三其他三尺寸渠道三末端三正常三高程三=渠三道进三口底三高程三-渠三道纵三坡×三渠道三长渠堤三顶宽三应考三虑管三理维三修方三便，三可以三行人三和通三过手三推车三，设三计可三参考三表1三0-三4取三1m三作为三马道三。渠道三上方三边坡三较陡三、考三虑降三水量三大时三对渠三道的三破坏三，在三马到三靠山三坡的三一边三，挖三截水三沟，三横截三面为三30三cm三*3三0c三m的三矩形三。3.三7渠三道伸三缩缝渠道三横缝三的作三用是三减少三和防三止基三础不三均匀三沉降三和混三凝土三伸缩三带来三的影三响，三其间三距为三10三~2三0，三寒冷三地区三宜取三小值三，在三本次三设计三中，三间距三取1三0.三00三m，三缝内三防渗三采用三橡胶三型止三水，三填充三物采三用沥三青木三板。第四三章三压三力前三池4.三1前三池布三置说三明根据三本工三程的三地形三、地三质条三件，三前池三采用三正面三进水三，侧三面溢三流的三布置三形式三，其三布置三见平三面总三布置三图。由公三式:则：（4三）进三水室三正常三水位由公三式：则进三水室三正常三水位三为三。4.三2前三池控三制水三位（1三）前三室正三常水三位前室三正常三水位三近似三的认三为等三于渠三道末三端正三常水三位(2三)前三室内三最低三水位由公三式：计算三得：三由公三式：故：三初步三拟定三前室三内最三低水三位3三04三1.三02三m。（3三）前三室内三最高三水位4.三3前三池各三部分三尺寸4.三3.三1进三水室（1三）宽三度~则：三。（2三）长三度小型三水电三站常三取2三~5三m，三本次三设计三中进三水室三长度三取为三3m三。4.三3.三2前三室（1三）宽三度由公三式：三本三设计三前室三净宽三取1三0.三00三m。（2三）长三度三由公三式：本设三计前三室长三度取三为2三6.三00三m。4.三3.三3压三力管三管顶三高程由公三式：三取三为3三04三0.三00三m。4.3三.4三进水三室底三板高三程可由三公式三：三。4.三3.三5前三室末三端底三板高三程4.三3.三6前三池顶三高程4.三4构三造设三计4.三4.三1边三墙进水三室外三边墙三高度三取三2.三00三m。前室三外边三墙高三度三取三3.三00三m.4.三4.三2压三力墙（1三）压三力墙三的构三造压力三墙采三用水三泥砂三浆砌三石筑三成，三并在三临水三一侧三用水三泥砂三浆抹三面。（2三）压三力墙三抗滑三稳定三性计三算①、三垂直三方向三力为三压力三墙自三重标准三值：三w=三57三9.三04三KN设计三值：三w=三57三9.三04三KN②、三水平三方向三为静三水压三力标准三值：三p=三47三.0三7K三N三设计三值：三p=三47三.0三7K三N③、三抗滑三稳定三系数即，三满足三抗滑三稳定三要求三。4.三4.三3溢三流堰溢流三堰采三用实三用堰三，溢流三堰前三沿长三度可三由公三式4.三4.三4冲三砂孔冲沙三孔设三在前三池末三端底三部，三高程三为3三04三0.三60三m。4.三4.三5通三气孔通气三孔设三在闸三门后三面的三压力三水管三上，三通气三孔采三用铸三铁管三,通三气孔三直径三0.三3m三。4.4三.6三工作三闸门工作三闸门三采用三平面三钢闸三门，三设置三在紧三贴压三力水三管进三口处。平面三尺寸三图如三下所三示：4.4三.7三拦污三栅拦污三栅采三用竹三木混三合物三，设三置在三进水三室前。拦污三栅高三=3三.0三6m拦污三栅宽三=3三.2三0m。第五三章三压力三钢管第一三节三压三力水三管第二三节三镇三墩、三支墩第一三节三压力三钢管5.三1.三1三压力三水管三的类三型由于三该水三利枢三纽为三一高三水头三小流三量引三水式三水利三枢纽三，其三水头三远大三于5三0m三，故三不宜三采用三钢筋三混凝三土管三，木三管更三加不三宜使三用。三拟定三此水三利枢三纽的三压力三水管三为露三天式三钢管三。5.三1.三2压三力水三管的三布置三方式由设三计资三料，三我们三知道三该水三电站三装机三容量三为2三台7三00三kw三机组三，共三14三00三kw三。水三轮机三设计三流量三为4三m3三/s三，单三机流三量为三2三m3三/s三。故三宜采三用结三构简三单、三运行三方便三可靠三的单三独供三水方三式。。5.三1.三3三压力三水管三的管三坡设三计根据三地形三资料三建议三，考三虑边三坡稳三定性三因素三，压三力水三管管三坡设三计小三于350。本三次设三计中三，管三坡设三计为300。5.三1.三4三压三力水三管经三济直三径选三择对于三小型三水电三站，三压力三水管三的直三径D选择三，可三参考三下面三的经三验公三式作三初步三估算三：计算三求得三：D=三0.三97三4m三,三取D=三1.三0m5.三1.三5三压力三水管三的管三壁厚三度管壁三最小三厚度三不宜三小于三下式三的计三算值三，也三不应三小于6m三m。计算三求得三：为安三全起三见,还应三加2三mm三的锈三蚀及三安全三磨损三量，故压三力钢三管管三壁厚三度设三计为8m三m。5.1.6三水头三损失三计算水流三经输三水道三锁产三生的三水头三损失三，按三其性三质分三为沿三程损三失和三局部三损失三，则三总水三头损三失为（1）沿三程水三头损三失计三算钢三管沿三程水三头损三失计算三采用三如下三公式三：计算三求得三：由于三水流三状态三的改三变及三形成三旋流三等而三消耗三部分三能量三,即三为局三部损三失。三它集三中于三很短三流段三上，三通常三假定三集中三于局三部断三面上三。压三力管三局部三损失三一般三按下三式计三算：（2三）局三部损三失计三算a、三拦污三栅局三部损三失拦污三栅局三部损三失计三算如三下：——三拦污三栅局三部损三失系三数，三可由三下式三计算三：经计三算有：b、进三口局三部损三失代入三局部三损失三计算三公式三有：c、阀三门局三部损三失故每三道门三槽的三水头三损失三可按三下式三计算：（1）水三锤波三的传三播速三度a=0三.0三40三8m所以三：d、三出口三处局三部损三失发电三水流三以一三定的三流速三泄向三下游三，将三部分三能量三以动三能形三式损三失掉三。三一三般，三出口三局部三损失三系数三则：计算三求得三：综合三上述三计算三可知三，5.1.三7水锤三压力三计算钢管三的水三锤波三传播三速度三可按三下式三计算计算三==9三30三m/三s。（2三）水三锤压三力形三式的三判别。为了三计算三水锤三压力三，首三先要三判别三是直三接水三锤或是间三接水三锤以三及间接三水锤的形三式，三不同三的形三式各三有其三不同三的水三锤压三力。由下三式可三算出三水锤三波在三水管三中来三回传三播一三次所三需的三时间三：由以三上计三算可三知（3三）水三锤压三力计三算水锤三压力三相对三值计三算公三式有三：计算三得，故压三力钢三管末三端水三锤压三力升三高的三绝对三值为由此三可知三，压三力钢三管末三端最三大设三计水三头为三：5.三1.三8压三力钢三管强三度校三核由强三度校三核公三式：经计三算，mm<8三mm故设三计的三钢管三管壁三厚度三满足三要求三。5.三1.三9压三力钢三管稳三定校三核必须三对管三壁的三稳定三性校三核计三算。三保证三钢管三不丧三失稳三定性三的条三件是：经计三算求三得：故管三壁厚三度满三足强三度要三求。5.三2.三1三镇墩对于三小型三水电三站的三镇墩三，一三般均三将压三力水三管埋三入墩三内。三故此三次也三设计三为埋三填式三镇墩三（见下三图）。镇墩三采用三水泥三浆砌三石块三，初三步拟三定镇三墩尺三寸如三图所三示：则拟三定的三镇墩三总重三量第二三节三镇墩三、支三墩5.三2.三2支三墩支墩三材料三采用三水泥三砂浆三砌石三块或三混凝三土。三为阻三止水三管有三垂直三于管三轴线三方向三的移三动和三防止三水管三断面三在充三水和三放水三时变三形，三支墩三的支三承面三应包三围水三管一三定的三角度三，三一般三采用三的包三角，三此设三计中三取。三为了三检修三方便三，管三底离三地面三至少三应有三30三cm三。（1）作三用在三支墩三上的三力由《小型三水电三站》表11三-8可知三作用三在镇三墩上三各个三力的三计算三公式三。a、管三重在三垂直三轴线三的分三力经计三算求三得，b、管三中水三重在三垂直三轴线三的分三力经计三算求三得：c、温三度变三化时三，传三给支三墩的三摩擦三力经计三算求三得：支墩三自重初步三拟定三支墩三尺寸三为如三图所三示则拟三定的三支墩三墩总三重量分解三总作三用力三为水三平分三力和三垂直三分力以支三墩顶三面的三中点三为坐三标原三点，三取水三平轴三为X三轴，三顺水三流方三向为三正；三垂直三轴为三Y轴三，以三向下三为正三。各三力在三X轴三上的三水平三分力三为：计算三求得三：计算三求得三：3）校三核支三墩抗三滑稳三定支墩三抗滑三稳定三安全三系数三：计算三求得三：故支三墩的三抗滑三稳定三是满三足要三求的三。第六三章三厂三房尺三寸拟三定6.三1水三轮机三型号三的选三择由已三知资三料：三本设三计水三头H三=5三0M三，设三置两三台机三组，三单机三容量三N=三70三0k三w，三单机三流量三，三保证三出力三（三在保三证率三条件三下）三等参三数，三根据三查阅三参考三资料三可知三该水三电站三为小三型水三电站三。规三模较三小，三因此三采用三卧轴三混流三式水三轮机三。初三步拟三定水三轮机三机组三为：，三水轮三机在三最优三工况三下，三单机三转速三，效三率9三1%三，三汽蚀三系数三0.三13三3。6.三2三尾水三渠6.三2.三1尾三水渠三断面三尺寸三及水三深的三计算尾水三渠采三用混三凝土三矩形三断面三，底三坡取三，试三算水三深及三底宽三。由三于流三量三（三两台三机组三同时三工作三时）三，三（三一台三机组三工作三时）三因此三规模三较小三，拟三定底三宽三.三由厂三房。三由厂三房处三地质三地形三条件三查阅三可知三粗糙三率n三=0三.0三15三，查三表三，当三时由公三式：三计三算当两三台机三组正三常工三作时三：三，则1）三假定三h三=0三.5三m，三查附三录Ⅱ三，表三Ⅱ―三2，三当n三=0三.0三15三，R三=0三.4三17三m三时，三流速三系数三c三取三57三.2三0三由三此验三算：三与已三知三不三符，三重新三计算三。2）三、假三定三，查三附录三知：三则三与已三知三很相三近，三故尾三水渠三道正三常水三深校核三流速三是否三在允三许范三围内三：查附三录Ⅱ三表Ⅱ三―1三，对三于浆三砌坚三硬块三石最三大允三许不三冲流三速为查小三型水三电站三上三册表三10三―3三，不三淤流三速为三，因三此符三合设三计要三求。综上三试计三算结三果，三可知三尾水三渠的三正常三水深三，最低三水深三.6.三2.三2尾三水渠三特征三水位三的确三定（1三）尾三水渠三正常三水位前池三正常三水位三高程三为三，引三水系三统水三头损三失为三，三设计三水头三为三50三m，三推求三水三渠正三常水三位高三程：三设计三取正三常尾三水位三为三。（2三）尾三水渠三最低三水位三为(3三)根三据正三常尾三水位三,三尾水三渠底三板高三程为三。6.三2.三3尾三水渠三防渗三措施渠道三一般三都存三在不三同程三度的三渗漏三。渗三漏不三仅减三少了三渠道三的输三水量三，而三且影三响渠三道边三坡的三稳定三。其三防渗三措施三一般三采用三混凝三土衬三砌。三衬砌三不仅三减少三了渠三道的三渗漏三损失三，还三可保三护渠三道免三受水三流的三冲刷三破坏三，并三可稳三定边三坡，三减少三了渠三床糙三率以三提高三输水三能力三，防三止渠三坡长三草及三动物三破坏三。6.三3蜗三壳的三确定引水三式厂三房内三混流三式水三轮机三一般三采用三钢蜗三壳，三尺寸三由水三轮机三厂家三提供三。蜗三壳埋三入混三凝土三中以三防止三振动三，并三由