紧水滩水电站枢纽布置及钢管应力设计计算书
水电站枢纽布置毕业设计论文及计算书
水电站枢纽布置毕业设计论文及计算书题目：XXX水电站枢纽布置设计毕业设计说明及计算书专业：水利水电建筑工程班级：姓名：学号：指导教师：xxx、xxx、xxxXXX年月日前言 (3)工程特性表 (6)第一章综合说明 (7)1.1 流域概况 (7)1.2 水文气象 (7)1.2.1水文及气象 (7)1.2.2水文气象及径流条件 (8)第二章工程地质 (9)2.1 地形地质 (9)2.1.1 测区地质 (9)2.1.2 工程区地质 (10)2.2 区域及水库地质 (10)2.2.1 地形地貌 (10)2.2.2地层 (11)2.2.3地质构造 (11)2.2.4水文地质 (11)2.2.5库区工程地质评价 (11)2.3库区工程地质 (11)2.3.1 地形地貌 (11)2.3.2地层 (12)2.3.3地质构造 (12)2.3.4水文地质 (12)2.3.5库区工程地质评价 (13)2.4坝区工程地质 (13)2.5枢纽区工程地质 (14)2.6 岩体力学参数 (14)2.7 天然建筑材料 (15)2.8 工程地质评价 (16)第三章工程任务及规模 (17)第四章工程布置及建筑物 (18)4.1坝轴线、坝型的确定 (18)4.1.1坝轴线的确定 (18)4.1.2 坝型选择 (20)4.2非溢流重力坝的设计 (20)4.2.1 剖面设计 (20)实用剖面的确定 (21)4.2.2坝体强度和稳定承载能力极限状态验算 (23)4.3溢流重力坝的设计 (37)4.4进水口段的确定 (46)4.6.2主厂房的平面设计 (49)4.6.3副厂房的平面设计 (55)第五章施工组织设计 (56)第六章结束语 (56)前言设计题目：水利水电工程枢纽毕业设计一、项目名称：XXX水电站枢纽二、工程地点及建筑规模：XXX水电站位于都匀市东南部的坝固镇明英附近的马尾河中下游河段。
明英水电站工程等别为Ⅳ等，挡水坝为4级建筑物，次要建筑物为5级。
紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计计算书
目录第一章水轮机....................................... - 3 -1.1 特征水头的确定............................................. - 3 -1.2 水轮机选型................................................. - 5 -1.3 水轮机蜗壳及尾水管......................................... - 7 - 1.3.1 蜗壳尺寸确定............................................ - 8 - 1.3.2 尾水管尺寸确定.......................................... - 8 -1.4 调速设备及油压设备选择..................................... - 8 - 1.4.1 调速功计算.............................................. - 8 - 1.4.2 接力器选择.............................................. - 8 - 1.4.3 调速器的选择............................................ - 9 - 1.4.4 油压装置................................................ - 9 -第二章发电机...................................... - 11 -2.1 发电机的尺寸估算.......................................... - 11 - 2.1.1 主要尺寸估算........................................... - 11 - 2.1.2 外形尺寸估算........................................... - 11 -2.2 发电机重量估算............................................ - 13 - 第三章混凝土重力坝................................ - 14 -3.1 剖面设计.................................................. - 14 - 3.1.1 坝高的确定............................................. - 14 - 3.1.2 坝底宽度的确定......................................... - 16 -3.2 稳定与强度校核............................................ - 16 - 3.2.1 作用大小............................................... - 16 - 3.2.2 承载能力极限状态强度和稳定验算......................... - 19 - 3.2.3 正常使用极限状态进行强度的计算和验算................... - 25 -第四章引水建筑物布置.............................. - 27 -4.1 压力钢管布置 .............................................. - 27 - 4.1.1 确定钢管直径 ........................................... - 27 - 4.2 进水口布置 ................................................ - 27 - 4.2.1 确定有压进水口的高程 ................................... - 27 - 4.2.2 渐变段尺寸确定 ......................................... - 28 - 4.2.3 拦污栅尺寸确定 ......................................... - 28 - 4.2.4 通气孔的面积确定 ....................................... - 28 -第五章 主厂房尺寸及布置 ............................ - 29 -5.1 厂房高度的确定 ............................................ - 29 - 5.1.1 水轮机安装高程 ......................................... - 30 - 5.1.2. 尾水管顶部高程及尾水管底部高程 ......................... - 30 - 5.1.3 基岩开挖高程 ........................................... - 30 - 5.1.4 水轮机层地面高程 ....................................... - 30 - 5.1.5 发电机层楼板高程 ....................................... - 30 - 5.1.6 吊车轨顶高程 ........................................... - 30 - 5.1.7 厂房顶高程 ............................................. - 31 - 5.2 主厂房长度的确定 .......................................... - 31 - 5.2.1 机组段长度确定 ......................................... - 31 - 5.2.2 端机组段长度 ........................................... - 32 - 5.2.3 装配场长度 ............................................. - 32 - 5.3 主厂房宽度和桥吊跨度的确定 ................................ - 32 -第六章 混凝土溢流坝 ................................ - 33 -6.1 溢流坝段总宽度的确定 ...................................... - 33 - 6.1.1 单宽流量q 的选择 ....................................... - 33 - 6.1.2 确定溢流前缘总净宽L ................................... - 34 - 6.1.3 确定溢流坝段总宽度 ..................................... - 34 - 6.2 堰顶高程的确定 ............................................ - 34 - 6.2.1 堰顶高程的确定 ......................................... - 35 - 6.2.2 闸门高度的确定 ......................................... - 35 - 6.3 堰面曲线的确定 ............................................ - 35 - 6.3.1 最大运行水头max H 和定型设计水头d H 的确定 ............... - 35 - 6.3.2 三圆弧段的确定 ......................................... - 36 -6.3.3 曲线段的确定........................................... - 36 - 6.3.4 直线段的确定........................................... - 36 - 6.3.5 反弧段的确定........................................... - 37 - 6.3.6 鼻坎挑角和坎顶高程的确定............................... - 37 - 6.3.7 溢流坝倒悬的确定....................................... - 38 -6.4 溢流坝强度和稳定验算...................................... - 38 - 6.4.1 作用大小............................................... - 38 - 6.4.2 承载能力极限状态强度和稳定验算......................... - 40 - 6.4.3 正常使用极限状态进行强度的计算和验算................... - 43 -6.5 消能与防冲............................................... - 43 - 6.5.1 挑射距离和冲刷坑深度的估算............................. - 43 -第七章压力钢管应力分析及结构设计................... - 44 -7.1 水力计算.................................................. - 45 - 7.1.1 水头损失计算........................................... - 45 - 7.1.2 水锤计算............................................... - 49 -7.2 压力钢管厚度的拟定........................................ - 53 -7.3 钢管、钢筋、混凝土联合承受内压的应力分析 .................. - 54 - 7.3.1 混凝土开裂情况判别..................................... - 54 - 7.3.2 应力计算............................................... - 58 -第一章水轮机1.1特征水头的确定1. 在校核洪水位下, 四台机组满发,下泄流量Q=14100m3/s,由厂区水位流量关系可得,尾水位▽尾=220.54m,▽库=291.8mH1=0.99×▽库－▽尾=0.99×291.8－220.54=70.54m2, 在设计洪水位下,四台机组满发,下泄流量Ｑ=11000 m3/s,由厂区水位流量关系得, 尾水位▽尾=217.82m,▽库=289.94mH2=0.99×▽库－▽尾=0.99×289.94－217.82=71.40m3, 在设计蓄水位下,一台机组满发,由下列式子试算出该情况下对应的下泄流量和水头N=9.81QHηH=0.99×▽库－▽尾▽尾=f Qη=η水×η电=0.95×0.9列表试算,得当下泄流量为67.5 m3/s时,一台机组满发,对应水头为81.26m.,即H3=81.26m.4.在设计蓄水位下,四台机组满发,试算该情况下对应的下泄流量和水头,列表试算当下泄流量为274 m3/s时,四台机组满发,对应水头为80.08m,即H4=80.08m;5.在设计低水位下,四台机组满发,试算该情况下对应的下泄流量和水头,列表试算当下泄流量为362m 3/s 时,四台机组满发,对应水头为59.79m,即H 5=59.79m.6.在设计低水位下,一台机组满发,试算该情况下对应的下泄流量和水头,列表试算当下泄流量为89.45m 3/s 时,一台机组满发,对应水头为61.32m,即H6=61.32m.{}max 123456max H H H H H H H ={} =max 70.5471.4081.2680.0859.7961.32=81.2{}min 123456min H H H H H H H ={}=min 70.5471.4081.2680.0859.7961.32 =59.79max min 0.60.4av H H H =+0.681.260.459.79=⨯+⨯ =72.740.95r av H H =0.9572.74=⨯=69.11由H1=70.54m,H2=71.40m,H3=81.26m,H4=80.08m,H5=59.79m,H6=61.32m,确定：最大水头Hmax=81.2m ,最小水头Hmin=59.79m,加权平均水头Hav=0.6Hmax+0.4 Hmin 0.6×81.2+0.4×59.79=72.74m,设计水头H r =0.95 Hav=0.95×72.74=69.11m1.2水轮机选型根据水头变化范围59.79m —81.26m,在水轮机系列型谱表3—3.表3—4中查出合适的机型为HL220.HL220型水轮机的主要参数选择1. 转轮直径D 1计算查水电站表3—6和图3—12可得HL220型水轮机在限制工况下单位流量Q 11M =1150L/s,效率η=89.0%,由此可初步假定原型水轮机在该工况下单位流量Q 11= Q 11M =1150L/s,效率η=90%;发电机的额定效率取为ηgr =96%,N r =N gr /ηgr =46000/96%=47916.67kwD 1=2.866m选用与之接近而偏大的标称直径D 1=3.0m.2. 转速n 计算查水电站表3—4可得,HL220型水轮机在最优工况下单位转速n 110M =70.0 r/min,初步假定n 110=n 110M =70.0r/min,H av =72.74m,D 1=3.0m.1=199.00r/min选择与上述计算值相近而偏大的同步转速n=214.3r/min;3. 效率及单位参数修正查表3—6可得HL220型水轮机在最优工况下的模型最高效率为ηMmax =91%模型转轮直径D 1M =0.46m ηmax =1-1-η则效率修正值为Δη=93.8%-91%=2.8%;考虑到模型与原型水轮机在制造上的差异;常在已求得的Δη值中再减去一个修正值ε,现取ε=1.0%,可得修正值为Δη=1.8%,原型水轮机在最优工况和限制工况下的效率为 ηmax =ηMmax +Δη=91%+1.8%=92.8%η=ηM +Δη=89%+1.8%=90.8%≠90% 与假定不符重新假定效率η=90.8%,采用上述过程,得出D 1=3.0m,n=214.3r/min, ηmax =93.8% Δη=93.8%-91%-ε=93.8%-91%-1%=1.8% ηmax =ηMmax +Δη=91%+1.8%=92.8%η=ηM +Δη=89%+1.8%=90.8% 与上述假定值相同 单位转速的修正值110110M n n ∆按规定单位转速可不加修正,同时,单位流量Q 11也可不加修正,由上可见,原假定的η=90.8%,Q 11= Q 11M , n 110=n 110M 是正确的;那么上述计算及选用的结果D 1=3.0m,n=214.3r/min 是正确的;4. 工作范围检查水轮机在H r ,N r 下工作时,Q 11= Q 11max Q 11max=1.040<1.15 m 3/s 则水轮机的最大引用流量Q max = Q 11max D 1=1.040×32=77.84 m 3/s与特征水头H max 、H min 、H r 对应的单位转速为： 11min n=71.3211max n=83.0211r n==77.33在HL220水轮机模型综合特性曲线上绘出Q 11max =1040L/s,11max n =83.02r/min,11min n =71.32r/min 的直线,如图所示,三根直线所围成的水轮机工作范围基本上包含了该特性曲线的高效率区,故对于HL220型水轮机方案,所选定的参数D 1=3.0m 和n=214.3r/min 是合理的; 5. 吸出高度H s 的计算由水轮机的设计工况参数11r n =77.33r/min,Q 11max = 1040L/s, 查HL220水轮机模型综合特性曲线可得,相应的气蚀系数σ=0.133,并在水电站图2—26上查得气蚀系数修正值△σ=0.018,由此可求出水轮机吸出高度为H s =10–▽/900–σ+△σH=10-202/900-0.123+0.018=0.03所以,水轮机的额定出力满足要求;故选择水轮机型号为HL -220-LJ-300.1.3 水轮机蜗壳及尾水管1.3.1 蜗壳尺寸确定蜗壳采用金属蜗壳,断面为圆形;包角为345°,即0ϕ=345°,蜗壳进口断面的平均流速为V c =8.4m,由H r =69.11m,查图2—8蜗壳进口断面流速曲线得Vc ;查金属蜗壳座环尺寸系列,D 1=3000mm,座环内径D b =4000mm.座环外径D a =4700mm,r a=D a /2=4700/2=2350mm,r b =D b /2=4000/2=2000mm,Q max =77.84m 3/s.ρimax 360icV ϕπ R i =r a +2ρ1.3.2 尾水管尺寸确定采用弯锥型尾水管,H r =69.11m,采用标准混凝土肘管,D 1≤D 2h 51.4调速设备及油压设备选择1.4.1 调速功计算反击式水轮机A=200—=200—250×67.5 =210781.65—263477.07>30000Nm属大型调速器;调速柜、主接力器、油压装置三者分别选择;1.4.2 接力器选择大型调速器常采用两个接力器来操作导水机构,油压装置额定油压 2.5Mp,接力器直径d s =λD×3b 0/D 1=0.25 选用与之接近而偏大的400mm 的标准接力器;接力器最大行程 S max =1.4—1.8a 0max ,由n 11r =77.33r/min,Q 11max =1040L/s,在模型综合曲线上查得,a 0max =a 0Mmax0000M M D Z D Z =28.8×3240.4624⨯⨯=187.83 S max =1.4—1.8a 0max =1.4—1.8×187.83=269.96—338.09取S max =300两接力器总容积为V S =2max 12s d S π=2π×0.42×0.3=0.075m 31.4.3 调速器的选择主配压阀直径1.130.07294m == T s 为导叶从全开到全关的直线关闭时间,取为4s,选用DT801.4.4 油压装置压力油罐的容积 V k =18—20V s =18—20×0.075=1.35—1.5m 3,选用HYZ —1.6第二章 发电机2.1 发电机的尺寸估算额定转速n=214.3r/min >150r/min,选择悬式发电机;查表,对应SF65-28/640,功率因数cos φ=0.90.则发电机额定容量S f 为S f =N f /cos φ=46000/0.9=51111.11kV A2.1.1 主要尺寸估算1. 极矩τ τ=9K =由极矩τ,计算转子的飞逸速度K f =n f /n=410/214.3=1.91 V f =K f V=1.91×58.83=112.55m/s 2. 定子内径 D iD i =221458.83p τππ⨯=⨯=524.33cm3. 定子铁芯长度l tl t =2651111.115.510214.3f i eS CD n -=⨯⨯=157.73cm 查表7—1,C 取5.5×10-6 l t /τ=157.73/58.83=2.68定子铁芯长度l t 主要受发电机的通风冷却和运输条件的限制;当l t /τ>3时,通风较困难；当l t /τ<1时,电机效率较低；根据运输条件,当l t /τ>2.5m 时,一般采用现场叠装定子;4． 定子铁芯外径D an e >166.7rpm D a =D i +τ=524.33+58.83=583.16cm2.1.2 外形尺寸估算2.1.2.1 平面尺寸估算 1.定子基座外径214e n <300rpm D 1=1.20D a =1.20×583.16=699.79cm2. 风罩内径D 2= D 1+2.4=7.0+2.4=9.4m S f =51111.11>20000kV A3. 转子外径D 3= D i -2δ= D i =524.33cm δ为单边空气间隙,初步估算时可忽略不计 4. 下机架最大跨度D 4=D 5+0.6=4.2+0.6=4.8m5. 水轮机基坑直径D 5=4.2m6. 推力轴承外径D 6=3.4m7. 励磁机外径D 7=2.4m2.1.2.2 轴向尺寸计算 1. 定子机座高度h 1= l t +2τ=157.73+2×58.83=275.34cm n e ≥214.3r/min2. 上机架高度h 2=0.25 D i =0.25×58.83=131.08cm 悬式承载机架3. 推力轴承高度h 3=1600mm励磁机高度h 4=2100mm=2.1m 包括励磁机架,高度900mm副励磁机高度h 5=900mm=0.9m永磁机高度h 6=700mm=0.7m4. 下机架高度h 7=0.12 D i =0.12×524.33=62.92cm 悬式非承载机架5. 定子支座支承面至下机架支承面的距离h 8=0.15 D i =0.15×524.33=78.65cm6. 下机架支承面至主轴法兰底面之间的距离h 9=1m 按以生产的发电计资料,一般为700～1500mm,取1000mm=1m7. 转子磁轭轴向高度h10= l t+500—600mm=1.58+0.52=2.1m 无风扇时8. 发电机主轴高度h11= 0.7—0.9H=0.7—0.9×10.45=7.32—9.41 取h11=7.5m9.定子铁芯水平中心线至主轴法兰盘底面距离h12=0.46h1+h102.2 发电机重量估算水轮发电机的总重量G f=K1223351111.119214.3feSn⎛⎫⎛⎫=⨯⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭=346.13t发电机转子重量约为0.5G f=0.5×346.13=173.1t第三章 混凝土重力坝3.1 剖面设计水库总库容13.71亿m 3,工程规模为大1型,一等;主要建筑物为1级,次要建筑物为3级,临时性建筑物为4级;3.1.1坝高的确定水库总库容13.71亿m 3,工程规模为大1型,一等;主要建筑物为1级,次要建筑物为3级,临时性建筑物为4级;坝顶超出静水位高度Δh=2h 1%+h z + h c坝顶高程=设计洪水位+Δh 设=289.94+Δh 设 坝顶高程=校核洪水位+Δh 校=291.80+Δh 校计算风速V 0,正常运用条件正常蓄水位/设计洪水位,取多年平均最大风速的1.5—2.0倍；非常运用条件校核洪水位,取洪水期多年平均最大风速;113120220011 3.752.15022000.00760.331m gh gD V V V gL gD V V V --⎧⎛⎫⎪= ⎪⎪⎪⎝⎭⎨⎪⎛⎫⎪= ⎪⎪⎝⎭⎩ ▽设=289.9420gD V =29.81140022.5⨯=27.13∈20,250 h=1123012200.0076V gD V V g -⎛⎫ ⎪⎝⎭=0.0076×11231229.81140022.522.522.59.81-⨯⎛⎫⨯⨯ ⎪⎝⎭=0.91m h为累计频率5%的波高,h m /H m <0.1,查表得,h p /h m =1.95,则h m =0.91/1.95=0.47m,h 1%/h m =2.42,则h 1%=2.42×h m =2.42×0.47=1.13mL m =1123.7502.15200.331V gD V V g-⎛⎫ ⎪⎝⎭=1123.752.1529.81140022.50.33122.522.59.81-⨯⎛⎫⨯⨯⨯ ⎪⎝⎭=9.68m h z =221%2 1.13289.949.689.68m m h H cth cthL L ππππ⨯⨯=⨯=0.41m 坝的级别为1级,正常情况,h c =0.7mΔh=2h 1%+h z + h c =2×1.13+0.41+0.7=3.37m 坝顶高程为 ▽顶=289.94+3.37=293.31m▽校=291.80m20gD V =29.81141015⨯=61.48∈20,250 h=1123012200.0076V gD V V g -⎛⎫ ⎪⎝⎭=11231229.811410150.007615159.81-⨯⎛⎫⨯⨯⨯ ⎪⎝⎭ =0.55m h为累计频率5%的波高,h m /H m <0.1,查表得,h p /h m =1.95,则h m =0.55/1.95=0.28m,h 1%/h m =2.42,则h 1%=2.42×h m =2.42×0.28=0.68m L m =1123.7502.15200.331V gD V V g-⎛⎫ ⎪⎝⎭=1123.752.1529.811410150.33115159.81-⨯⎛⎫⨯⨯⨯ ⎪⎝⎭=6.46m21%2z mmh Hh cthL L ππ=式中 H ——水深,m ；1%h ——累计频率1%的波高,m ； h z =221%20.68291.806.46 6.46m m h H cth cthL L ππππ⨯⨯=⨯=0.22m 坝的级别为1级,校核情况,h c =0.5mΔh=2h 1%+h z + h c =2×1.13+0.41+0.7=3.37m 坝顶高程为 ▽校=291.80+2.08=293.88m 取两者的较大值为293.88m.3.1.2坝底宽度的确定(1) 应力条件: а=0.25 f 由资料查得,混凝土/新鲜花岗斑岩抗剪摩擦系数tan θ=0.7,f=0.7B H===0.69(2) 稳定条件： 荷载设计值：重力 G=1.0×93.88×93.88×23.5×0.5=103558.09 静水压力 P=1.0×93.88×93.88×10×0.5=103558.09扬压力 U=1.2×0.5×0.25×93.88×93.88×10×m=13220.18m 查表4—1,基本组合,1级,K=1.1 ()()0.7103558.0913220.1844067.27fW U K m P-⨯-==∑∑=1.1下游坝坡m=0.6—0.8,计算得,m=0.77,满足要求;B=0.77×93.88=72.3m,上游折坡的起坡点位置一般在坝高的1/3—2/3,坝高为93.88m,折坡点位置31.29m ～62.59m,取35m,高程为235m.上游坡n=0～0.2,取0.15.坝顶宽度可取坝高的8%～10%,7.51m ～9.388m,取为9m;3.2 稳定与强度校核本设计采用概率极限状态设计原则,以分项系数极限状态设计表达式进行结构计算;混凝土重力坝分别按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行强度和稳定的计算和验算;3.2.1 作用大小正常蓄水位坝体所受作用的大小为W1=0.5×5.3×35×23.5=2179.6W2=9×93.88×23.5=19855.6W3=82.2×63.3×23.5=61138.3P1=0.5×84×84×9.81=34609.7P2=0.5×3.1×3.1×9.81=47.1P3=0.5×49+84×5.3×9.81=3457.5P4=0.5×3.1×2.4×9.81=36.5U1=3.1×77.6×9.81=2359.5U2=0.5×65.6×20.2×9.81=6499.7U3=20.2×12×9.81=2377.9U4=0.5×6.33×4.8×9.81=3572.8L1=0.5×6.33×4.8×9.81=149.03L2=0.5×4.84×4.84×9.81=113.01正常蓄水位折坡面以上坝体所受作用的大小为W1=9×58.88×23.5=12453.1W2=0.5×47.2×36.3×23.5=20131.9P1=0.5×49×49×9.81=11776.9U1=4.5×9.8×9.81=432.6U2=0.5×40.8×9.8×9.81=1961.2U3=0.5×39.2×4.5×9.81=865.2L1=0.5×6.33×4.8×9.81=149.03L2=0.5×4.8×4.8×9.81=113.01设计洪水位坝体所受作用的大小为W1=0.5×5.3×35×23.5=2179.6W2=9×93.88×23.5=19855.6W3=82.2×63.3×23.5=61138.3P1=0.5×89.94×9.81×89.94=39677.5P2=0.5×17.82×9.81×17.82=1557.6P3=0.5×54.94+89.94×9.81×5.3=3766.4P4=0.5×13.7×17.82×9.81=1197.5U1=77.6×9.81×17.82=13565.6U2=176.9×65.6×0.5=5802.3U3=176.9×12=21228U4=0.5×54.09×12×9.81=3187.3L1=0.5×4.84×1.54+4.84×9.81=151.5L2=0.5×4.84×4.84×9.81=114.9设计洪水位折坡面以上坝体所受作用的大小W1=9×58.88×23.5=12453.1W2=0.5×47.2×36.3×23.5=20131.9P1=0.5×54.94×54.94×9.81=14805.3U1=4.5×10.99×9.81=485.2U2=0.5×40.8×10.99×9.81=2199.4U3=0.5×43.95×4.5×9.81=970.1L1=0.5×4.84×1.54+4.84×9.81=151.5L2=0.5×4.84×4.84×9.81=114.9校核洪水位坝体所受作用的大小为W1=0.5×5.3×35×23.5=2179.6W2=9×93.88×23.5=19855.6W3=82.2×63.3×23.5=61138.3P1=0.5×91.8×9.81×91.8=41335.6P2=0.5×20.54×9.81×20.54=2069.4P3=0.5×56.8+91.8×9.81×5.3=3863.1P4=0.5×15.82×20.54×9.81=1593.8U1=77.6×9.81×20.54=15636.2U2=17.8×65.6×9.81×0.5=5727.5U3=17.8×12×9.81=2095.4U4=0.5×53.46×12×9.81=3146.7L1=0.5×3.23×4.13×9.81=89.9L2=0.5×3.23×3.23×9.81=889.6校核洪水位折坡面以上坝体所受作用的大小为：W1=9×58.88×23.5=12453.1W2=0.5×47.2×36.3×23.5=20131.9P1=0.5×56.8×56.8×9.81=15824.7U1=4.5×11.36×9.81=501.5U2=0.5×40.8×11.36×9.81=2273.4U3=45.44×4.5×9.81=2005.9L1=0.5×3.23×4.13×9.81=65.43L2=0.5×3.23×3.23×9.81=51.173.2.2 承载能力极限状态强度和稳定验算承载能力极限状态设计包括：1.坝体与坝基接触面抗滑稳定计算；2.坝址的抗压强度验算；3.坝体选定截面下游端点的抗压强度验算；3.2.2.1 坝体与坝基接触面抗滑稳定计算正常蓄水位1．作用效应函数()R S P •==∑34605.8 KN2. 抗滑稳定抗力函数()''369367.12 1.2101.277.61.3395071.2R R R RR f W c A KN•=+⨯=⨯+⨯=∑0()S γψ•=1.1×1.0×34605.8KN=38066.38 ()dR γ•=95071.2/1.2=79226 KN()0()dR S γψγ••≤满足要求; 设计洪水位1． 作用效应函数()R S P •==∑37852.3KN2. 抗滑稳定抗力函数()''338315 1.2101.277.61.3366424.31R R R RR f W c A KN•=+⨯=⨯+⨯=∑0()S γψ•=1.1×1.0×37852.3=41607.83KN ()dR γ•=66424.31/1.2=55353.6KN()0()dR S γψγ••≤满足要求;校核洪水位1． 作用效应函数()R S P •==∑39283.3KN2. 抗滑稳定抗力函数()''372411.7 1.2101.277.61.3397881.6R R R RR f W c A KN•=+⨯=⨯+⨯=∑0()S γψ•=1.1×0.85×39283.3=36729.9KN ()dR γ•=97881.6/1.2=81568KN()0()dR S γψγ••≤满足要求;3.2.2.2坝趾抗压强度承载能力极限状态 正常蓄水位1. 作用效应函数RW∑=69367.12 KNRM∑=-268837.7KN m ⋅()()221m J T M A W S R RR R R +⎪⎪⎭⎫-⎝⎛=•∑∑()269367.12268837.710.7777.61003.63-⎛⎫=-⨯+ ⎪⎝⎭ =1850.6 KN2. 抗压强度极限状态抗力函数()/C m R f γ•==135001.529000/KN m =()dR γ•=90001.825000/KN m = 0()S γψ•=1.1×1.0×1850.6 =2035.6kp()0()dR S γψγ••≤满足要求 设计洪水位1. 作用效应函数RW∑=38315 KN,RM∑=-478320.04 KN m ⋅()()221m J T M A W S R RR R R +⎪⎪⎭⎫-⎝⎛=•∑∑()23831547832010.7777.61003.63-⎛⎫=-⨯+ ⎪⎝⎭=1545.7 kp2. 抗压强度极限状态抗力函数()2/13500/1.59000/C m R f KN m γ•===0()S γψ•=1.1×1.0×1700.2 kp=1870.2 kp ()290005000/1.8dR KN m γ•== ()0()dR S γψγ••≤满足要求 校核洪水位1. 作用效应函数RW∑=72411.7KNRM∑=-552294KN m ⋅()()221m J T M A W S R RR R R +⎪⎪⎭⎫-⎝⎛=•∑∑()272411.755229410.7777.61003.63⎛⎫=+⨯+ ⎪⎝⎭=2363.0kp2. 抗压强度极限状态抗力函数()/C m R f γ•==29000/KN m =0()S γψ•=1.1×0.85×2363.0=2209.4kp()dR γ•25000/KN m =()0()dR S γψγ••≤满足要求3.2.2.3 坝体选定截面下游端点的抗压强度验算 正常蓄水位1. 作用效应函数cW ∑=28674.2KN cM∑=19542.7KN m ⋅()()21c C cccW M T S m A J ⎛⎫•=-+ ⎪ ⎪⎝⎭∑∑()228674.219542.710.7745.3342⎛⎫=-⨯+ ⎪⎝⎭ =917.3kp2. 抗压强度极限状态抗力函数()2/13500/1.59000/C m R f KN m γ•===0()S γψ•=1.1×1.0×917.3=1009.03kp()290005000/1.8dR KN m γ•== ()0()dR S γψγ••≤满足要求 设计洪水位1. 作用效应函数cW ∑=28199.4 KN, cM∑=-64779.4KN m ⋅()()21c C cccW M T S m A J ⎛⎫•=-+ ⎪ ⎪⎝⎭∑∑()228199.464779.410.7745.3342-⎛⎫=-⨯+ ⎪⎝⎭=1290.7 kp2. 抗压强度极限状态抗力函数()2/13500/1.59000/C m R f KN m γ•===0()S γψ•=1.1×1.0×1290.7=1419.7 kp()290005000/1.8dR KN m γ•== ()0()dR S γψγ••≤满足要求 校核洪水位1. 作用效应函数cW ∑=26848KN cM∑=-118944.1KN m ⋅()()21c C cccW M T S m A J ⎛⎫•=-+ ⎪ ⎪⎝⎭∑∑ ()226848118944.110.7745.3342⎛⎫=-⨯+ ⎪⎝⎭=1498.1kp2.抗压强度极限状态抗力函数()/C m R f γ•==29000/KN m =0()S γψ•=1.1×0.85×1498.1=1400.68kp()dR γ•25000/KN m =()0()dR S γψγ••≤满足要求3.2.3 正常使用极限状态进行强度的计算和验算正常使用极限状态设计包括： 1. 坝踵拉应力验算；2. 坝体选定截面上游端点的拉应力验算3. 施工期坝体下游面拉应力验算 3.2.3.1 坝踵拉应力验算 正常蓄水位RW∑=71857.2KNRM∑=-221365.6KN m ⋅71857.2221365.677.61003.63RR RRRW MTA J -+=+∑∑=705.4>0 满足要求;设计洪水位RW∑=44357.8KN,RM∑=-435864.8KN m ⋅44357.8435864.877.61003.63RR RRRW MTA J -+=+∑∑=137.33>0 满足要求;3.2.3.2 坝体选定截面上游端点的拉应力验算 正常蓄水位cW ∑=29326KN cM∑=27097.6KN m ⋅2932627097.645.3342cC cc cW MTA J +=+∑∑=626.6>0 满足要求; 设计洪水位cW ∑=28930.3 KN, cM∑=-56300.5KN m ⋅28930.356300.545.3342cC cc cW MTA J -+=+∑∑=474>0 满足要求;3.2.3.3 施工期坝体下游面拉应力验算 坝址处83173.5cW KN =∑ 860549.8cM KN m =∑()214.4100cC cc cW M T kPa A J -+=-≤∑∑满足要求 选定截面下游端点32585cWKN =∑257228.2cMKN m =∑()32.8100cC cc cW M TkPa A J -+=≤∑∑满足要求第四章 引水建筑物布置引水建筑物设立在溢流坝段,采用坝式进水口,压力钢管引水,压力钢管采用坝内埋管形式;具体可见坝内埋管专题部分4.1压力钢管布置本电站采用压力钢管引水,钢管直接埋入坝体混凝土中,二者结为总体,共同承担水压力;4.1.1确定钢管直径钢管的经济直径为4.47D m ===坝内埋管的经济流速为5～7 /m s ,蜗壳进水口的直径为3.4m,综合考虑经济流速和蜗壳进水口直径,确定坝内埋管的直径为3.8m,对应管内流速V 的大小为 max 224477.84 6.86/3.8Q V m D ππ⨯===⨯满足经济流速要求;管道由上水平段、弯管段、倾斜段、弯管段和下水平段组成,弯管段曲率半径一般为直径的2～3倍,即7.6m ～11.4m,取为9m;倾斜段斜率为0.77. 与坝体下游倾斜面斜率一致;4.2进水口布置进水口采用坝式进水口;进水口长度较短,进口段与闸门段合而为一;4.2.1确定有压进水口的高程闸门孔口为矩形,其宽度一般等于或稍小于压力管道直径D,本设计取其宽度等于压力管道直径D,3.8m;高度稍大于压力管道直径,取为4.4m 闸门断面流速：max 77.844.66/4.4 3.8Q V m s A ===⨯ 闸门门顶低于最低水位的临界淹没深度：0.6 4.66 5.86cr S m ==⨯=进水口高程为H=最低水位-cr S =264-5.86=258.14m取闸门门顶高程256.2m;压力钢管起始水平段中心线的高程为254m;进口段为平底,上唇收缩曲线为四分之一椭圆,方程为22221x y a b +=,1 1.5a D = 3.8～5.7, 1132b D D = 1.3～1.9,确定椭圆曲线方程为222214.1 1.6x y += 4.2.2 渐变段尺寸确定渐变段水平是由矩形闸门段到圆形钢管的过渡段,采用圆角过渡;渐变段的长度一般为引水道宽的1.0～2.0倍,即3.8m ～7.6m,取为5m;4.2.3 拦污栅尺寸确定拦污栅的总面积常按电站的引用流量及拟定的过栅流速反算得出,过栅流速以不超过1.0m/s 为宜277.8477.841Q A m V === 本设计取拦污栅高度为7.2m,半径3.5米,A=79.17 2m ;拦污栅通常由钢筋混凝土框架结构支承;拦污栅框架由柱及横梁组成,横梁间距一般不大于4米,本设计取2.4米拦污栅由若干栅片组成,每块栅片的宽度一般不超过2.5米,取1.8m,高度不超过4米,取1.8米;栅条的厚度由强度计算决定,通常厚8至12mm,对混流式水轮机, 栅条厚度1/30b D ≈,本设计取10mm;4.2.4通气孔的面积确定通气孔的面积常按最大进气流量除以允许进气流速得出;最大进气流量出现在闸门紧急关闭时,可近似认为等于进水口的最大引用流量;允许进气流速与引水道形式有关,对坝内埋管可取70～80m/s;max Q V A通气孔的直径取为1.2m,面积为21.13m ,对应的进气流速为68.8 m/s.通气孔顶端高出上游最高水位,防止水流溢出;第五章 主厂房尺寸及布置5.1 厂房高度的确定根据厂房各部位之间的关系,可以从下到上一层一层确定,在确定过程中,坚持符合规范和条件以及节省的原则;5.1.1 水轮机安装高程Z s=▽w+H s+b0/2=202+0.03+0.75/2=202.41m5.1.2. 尾水管顶部高程及尾水管底部高程尾水管顶部高程为Z s- b0/2=202.41-0.75/2=202.04m尾水管顶部高程=尾水管顶部高程-尾水管高度=202.04-7.8=194.24m5.1.3 基岩开挖高程基岩开挖高程=尾水管底部高程-底板厚=194.24-2=192.24m5.1.4 水轮机层地面高程水轮机层地面高程=水轮机安装高程+蜗壳进口断面半径+蜗壳上部混凝土厚=202.41+1.68+1=205.09m5.1.5 发电机层楼板高程发电机层楼板高程=水轮机层地面高程+水轮机井进人孔高度2m+进人孔顶部深梁1m+定子高度+上机架高度=205.09+2+1+2.75+1.31=212.15m5.1.6 吊车轨顶高程吊车轨顶高程=发电机层楼板高程+吊运物与固定物间垂直安全距离+起吊设备高度=202.15+1+7.5+0.146=220.80m5.1.7 厂房顶高程厂房顶高程=轨顶高程+轨道面至起重机顶距离+房顶净高+混凝土厚度=220.80+3.7+0.3+3 =227.8m5.2 主厂房长度的确定5.2.1 机组段长度确定机组段长度1L1max max x x L L L +-=+式中max x L +、max x L -——机组段沿厂房纵轴线方向,在机组中心线两侧的最大尺寸; 蜗壳层()()max max 345165x i x i L R L R ϕδϕδ+-⎧==+⎪⎨==+⎪⎩ 式中 ()345i R ϕ=、()165i R ϕ=——蜗壳沿厂房纵轴线方向,在机组中心线两侧的最大尺寸δ——蜗壳四周的混凝土厚度,取为1m;1max max 4.68 5.711112.39x x L L L m +-=+=+++=尾水管层max max 22x xB L B L δδ+-⎧=+⎪⎪⎨⎪=+⎪⎩式中 B ——尾水管宽度度,8.16B m =；δ——尾水管混凝土边墩厚,1m δ=;1max max 8.161110.16x x L L L m +-=+=++=发电机层max max 2222x x b L b L φδφδ+-⎧=++⎪⎪⎨⎪=++⎪⎩式中φ——发电机风罩内径,φ=9.4mδ——发电机风罩壁厚,δ=0.5mb ——两台机组之间风罩外壁净距,一般取1.5～2.0m,若两机组间设楼梯取为3～4m,本设计取为3.6m;1max max 9.4 3.620.514x x L L L m +-=+=++⨯=经比较,确定机组段长度为14m;5.2.2 端机组段长度端机组段的附加长度：ΔL=0.2~1.0D 1 式中 1D ——转论直径,m;1D =3.0m考虑到下部块体在端部设置了检修集水井和渗漏集水井,根据需要,附加长度取为1.5m5.2.3 装配场长度装配场长度L=1.0~1.5.L 1=14~21m ,考虑发电机转子,发电机上机架,水轮机转轮,水轮机顶盖的尺寸,确定装配场的宽度为17m5.3主厂房宽度和桥吊跨度的确定主厂房宽度BB= B1+ B2式中 B1——机组中心线至上游侧的宽度,m ； B2——机组中心线至下游侧的宽度,m; 由下部块体决定的厂房最小宽度上游侧宽度B1：B1=机组中心线至上游涡壳外缘尺寸+涡壳外包混凝土+外墙厚=5.24+1+2=7.24m下游侧宽度B2：B2=机组中心线至下游涡壳外缘尺寸+涡壳外包混凝土+外墙厚=3.92+1+2=6.92m则下部块体宽度方向的最小尺寸为：B= B1+ B2=7.24+6.92=14.16m由发电层决定的厂房宽度B=风罩直径+2×通道宽度+外墙厚=9.4+2×2+3=16.4m ;选择桥吊跨度为16m,根据前面算出的发电机转子重量173.1t,选择2×100t,跨度为16m的双小车桥式起重机;本设计中,发电机转子在上游侧起吊,考虑到发电机转子与周围建筑物及设备之间的最小间隙,水平方向为0.4m,垂直方向0.6～1.0m,若采用刚性吊具,垂直间隙可减为0.25～0.5m,通过画图,为保证发电机转子在水平方向的安全距离,发电机主轴在垂直方向与发电机层楼板距离取为1.0m;机组中心线距上游距离为7.5m,据下游距离为8.5m;主厂房总宽度为7.5+8.5+1.5+1.5=19m;装配厂宽度：采用与主厂房宽度相同19m ;第六章混凝土溢流坝6.1溢流坝段总宽度的确定6.1.1单宽流量q的选择当河谷狭窄、岩石坚硬、且下游水深较大时,应选择较大的单宽流量,本工程所处河谷狭窄、坝址两岸地形对称,岩性均一,较新鲜完整,风化浅,构造不甚发育,水文地质条件较简单,故属工程地质条件较好的坝址;单宽流量取为150()3/m s m ⋅;6.1.2确定溢流前缘总净宽L6.1.2.1 初拟溢流前缘总净宽L初步确定溢流前缘总净宽LQ L q ==14100150=94m 6.1.2.2溢流孔口和闸墩的尺寸确定和布置我国目前大中型混凝土重力坝,溢流孔净宽一般常用8～12m;本设计采用溢流式厂房,其四个压力水管的进水口布置在溢流坝闸墩之下,这种布置方式进水口闸门及拦污栅的提降与溢流坝顶闸门的操作互不干扰,布置和运行都比较方便,采用这种布置方式时,闸墩的厚度必须考虑布置进水口闸门井和拦污栅的需要,厚度需要增大,四个闸墩的尺寸相应的加宽定为6m,根据之前确定的一个机组段长度为14m,确定这四个闸墩间的溢流孔净宽为8m,根据初步确定的溢流前缘的宽度94m,再设置六个净宽为12m 的溢流孔;其余的四个闸墩宽度取为3m,边墩宽度取为2m; 6.1.2.3确定的溢流前缘总净宽最后确定的溢流前缘总净宽为83126⨯+⨯=96m对应的单宽流量Q q L =1410096==146.88<150()3/m s m ⋅ 6.1.3确定溢流坝段总宽度溢流段总宽度0L0831********L =⨯+⨯+⨯+⨯+⨯=136m6.2堰顶高程的确定6.2.1 堰顶高程的确定堰顶水头0H3/20q ξ=32017.58H m ⎛⎫=== 行近流速0110000.44/28089.94Q V m s A ===⨯ 堰上总水头22000.4417.5817.57229.81V H H m g =-=-=⨯=17.57m堰顶高程设计洪水位-H=289.94-17.57=272.37m6.2.2闸门高度的确定闸门高度=正常蓄水位-堰顶高程+安全超高 =284-272.37+0.3～0.5=12m选择平面闸门,工作闸门一般布置在溢流堰顶点,以减少闸门高度;为了避免闸门局部开启时水舌脱离坝面而产生真空,将闸门布置在堰顶偏下游一些,以压低水舌使其贴坝面下泄;检修闸门位于工作闸门之前,为便于检修,两者之间留有1～3m 的净宽,本设计取净宽1.5m;6.3堰面曲线的确定溢流堰采用WES 型剖面,上游堰面铅直,其堰顶上游部分由三段圆弧连接,下部与一倾斜直线相连接,再由圆弧与下游河床相连接;堰面曲线的确定与最大运行水头max H 和定型设计水头d H 有关;6.3.1最大运行水头max H 和定型设计水头d H 的确定最大运行水头max Hmax H =-校核洪水位堰顶高程=291.8-272.37=19.43m定型设计水头d H ,为使实际运行时m 较大而负压绝对值较小,对于WES 剖面设计,常取d H =0.75～0.95max H ,即,14.57m ～18.46m,取d H =18m6.3.2三圆弧段的确定1230.1750.17518 3.20.2760.27618 5.00.2820.28218 5.1d d d b H m b H m b H m==⨯=⎧⎪==⨯=⎨⎪==⨯=⎩ 1230.50.51890.20.218 3.60.040.04180.72d d d R H mR H mR H m==⨯=⎧⎪==⨯=⎨⎪==⨯=⎩ 6.3.3 曲线段的确定y KH X n d n 1-=式中 d H ——定型设计水头K 、n ——与上游坝面坡度有关的系数和指数查设计手册知k=2, n=1.85即： 1.850.85218X y =⨯6.3.4直线段的确定：直线段采用与非溢流坝段剖面一样的坡度,直线段方程为： 0.77X y C =+联立方程1.850.852180.77X y Xy C ⎧=⨯⎪⎨=+⎪⎩'0.850.85' 1.8521810.77y X y ⎧=⎪⎪⨯⎨⎪=⎪⎩曲线段与直线段的切点的坐标为:26.83m, 18.83mX=5 1.85 1.850.850.8550.84218218X y ===⨯⨯X=10 1.85 1.850.850.8510 3.03218218X y ===⨯⨯ X=15 1.85 1.850.850.8515 6.42218218X y ===⨯⨯ X=20 1.85 1.850.850.852010.94218218X y ===⨯⨯ X=25 1.85 1.850.850.852516.53218218X y ===⨯⨯ 5,0.84 10,3.03 15,6.42 20,10.94 25,16.536.3.5反弧段的确定选择挑流消能, 总有效水头为2002002gV T α=-+校核洪水位()22114100291.8020091.8228291.829.81⨯=-+=⨯⨯⨯22000222200146.8891.82229.810.95c c c c q T h h g h h ϕ=+=+=⨯⨯ 0 3.6c h = 2022146.883.692.9129.810.95 3.6T =+=⨯⨯⨯0 3.65c h = 2022146.883.690.5329.810.95 3.65T =+=⨯⨯⨯0 3.62c h = 2022146.883.6291.8529.810.95 3.62T =+=⨯⨯⨯ 经试算,临界水深校核洪水位闸门全开时反弧处水深0 3.62c h =反孤段半径,()04~1014.48~36.2c R h m ==,取30R m =6.3.6鼻坎挑角和坎顶高程的确定鼻坎挑角︒︒=35~20θ,取︒=30θ坎顶高程距下游水位一般为1～2m,校核洪水位对应下游水位为220.54m,坎顶高程定为22m;6.3.7 溢流坝倒悬的确定曲线段与直线段的切点的坐标为:26.83m, 18.83m,溢流坝直线段与非溢流坝下游坝面齐平切点的高程为272.37-18.83=253.54m对应相同高程非溢流坝的宽度为非溢流坝坝顶高程-切点的高程×0.77 =293.88-253.54×0.77 =31.06m30.2820.28218 5.08d b H m==⨯=溢流坝超出非溢流坝的宽度为5.08+26.83-31.06=0.85m0.6d H ≥倒悬长度应0.60.61810.8d H m=⨯=倒悬长度取为11m;6.4溢流坝强度和稳定验算混凝土溢流坝同非溢流坝一样,分别按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行强度和稳定的计算和验算;6.4.1作用大小正常蓄水位溢流坝坝体所受的作用作用的大小为W1=23.5×3818.38=89731.9P1=0.5×11.63+84×72.37×9.81=33946.2P2=0.5×3.1×3.1×9.81=47.1P3=375.94×9.81=3766.4U1=3.1×94.5×9.81=2965.1.U2=9.81×20.2×12=8471.4U3=9.81×20.2×12=2377.9U4=0.5×60.7×12×9.81=3572.8校核洪水位溢流坝坝体所受的作用作用的大小为W1=23.5×3818.38=89731.9P1=0.5×19.43+91.8×72.37×9.81=40029.4P2=0.5×20.54×20.54×9.81=2069.4P3=9.81×440.85=4324.74U1=20.54×94.5×9.81=19646U2=0.5×9.81×85.5×17.8=7464.9U3=9.81×17.8×12=2095.4U4=0.5×53.46×12×9.81=3146.7D1=146.88×40.57×cos30°-cos52°=1491.9D2=146.88×40.57×sin30°+sin52°=7675.16 6.4.2承载能力极限状态强度和稳定验算承载能力极限状态强度和稳定验算包括1.坝体与坝基接触面抗滑稳定计算；2.坝址的抗压强度验算；6.4.2.1坝体与坝基接触面抗滑稳定计算正常蓄水位下,。
水电站(压力钢管分岔管结构设计专题)计算书
目录目录 (1)第1章枢纽布置、挡水及泄水建筑物 (5)1.1混凝土非溢流坝 (5)1.1.1 剖面设计 (5)1.1.2 稳定与应力校核 (9)1.2 混凝土溢流坝 (34)1.2.1 溢流坝孔口尺寸的确定 (34)1.2.2 溢流坝堰顶高程的确定 (35)1.2.3 闸门的选择 (36)1.2.4 溢流坝剖面 (37)1.2.5 溢流坝稳定验算 (39)1.2.6 溢流坝的结构布置 (48)1.2.7 消能与防冲 (48)第2章水电站厂房 (51)2.1 水轮机的选择 (51)2.1.1 特征水头的选择 (51)1 / 1082.1.2 水轮机型号选择 (55)2.1.3 水轮机安装高程 (61)2.2 厂房内部结构 (62)2.2.1 电机外形尺寸估算 (62)2.2.2 发电机重量估算 (64)2.2.3 水轮机蜗壳及尾水管 (65)2.2.4 调速系统，调速设备选择 (66)2.2.5 水轮机阀门及其附件 (69)2.2.6 起重机设备选择 (70)2.3 主厂房尺寸及布置 (70)2.3.1 长度 (70)2.3.2 宽度 (72)2.3.3 厂房各层高程确定 (72)第3章引水建筑物 (77)3.1 细部构造 (77)3.1.1 隧洞洞径 (77)3.1.2 隧洞进口段 (77)3.2 调压室 (80)3.2.1 设置调压室的条件 (80)3.2.2 压力管道设计 (80)3.2.3 计算托马断面 (81)3.2.4 计算最高涌波引水道水头损失 (86)3.2.5 计算最低涌波引水道水头损失 (89)3.2.6 调压室方案比较 (91)第四章岔管专题设计 (100)4.1结构设计 (100)4.1.1 管壁厚度的计算 (100)4.1.2 岔管体形设计 (101)4.1.3 肋板计算 (103)3 / 108第1章枢纽布置、挡水及泄水建筑物1.1混凝土非溢流坝1.1.1剖面设计1.1.1.1差不多剖面5 / 1081.1.1.1.1坝高的确定（1）按差不多组合（正常情况）计算：m H 235.5112123.5m =∇-∇=-=设计底220gD 9.81220042.63v 22.5⨯== 由（1）得5%h 1.057m = 由（2）得m L 10.92m =由《水工建筑物》表2—12 查得5%mh 1.95h = m h 0.542m ∴= 1%mh 2.42h = 1%h 2.420.542 1.31m ∴=⨯= 221%m z m m h 2H 1.312123.5h cth cth 0.49m L L 10.9210.92πππ⨯π⨯∴=== 大坝级不1级 正常情况c h 0.7m =1%z c h 2h h h 2 1.310.490.7 3.81m ∆=++=⨯++=设坝顶高程=设计洪水位+h ∆设235.5 3.81239.31m =+=(2)按专门组合（校核情况）计算：m H 238112126m =∇-∇=-=校核底220gD 9.81222597.01v 15⨯== 由（1）得5%h 0.64m = 由（2）得m L 7.30m =7 / 108由《水工建筑物》表2—12 查得5%mh 1.95h = m h 0.328m ∴= 1%mh 2.42h = 1%h 2.420.3280.79m ∴=⨯= 221%m z m m h 2H 0.792126h cth cth 0.27m L L 7.37.3πππ⨯π⨯∴=== 大坝级不1级 非正常情况c h 0.5m =1%z c h 2h h h 20.790.270.5 2.35m ∆=++=⨯++=设坝顶高程=校核洪水位+h ∆校238 2.35240.35m =+=综上：坝顶高程取为240.35 m 。
紧水滩水电站枢纽布置及钢管应力设计说明书
摘要紧水滩电站在瓯江上游干流梯级开发的第一级水电站，工程以发电为主，兼顾航运、漂木及防洪等综合利用要求。
瓯江流域处浙东南沿海山区，属于年调节水库。
本次设计的水库死水位为264m，正常蓄水位为284m。
根据历史洪水资料设计洪水（P=0.1%），水库的设计洪水位290.0m。
校核洪水位（P=0.01%）为292.0m。
水电站装机容量为20万kW，三台机组单机 5.0万kW。
水轮机型号为HL220-LJ-330；发电机型号为定做；为坝后厂房顶溢流式厂房，开关站布置在左岸。
主厂房总宽定为19m，总长73.5m。
水轮机安装高程为203.53m。
起重机选用电动双钩桥式起重机，最大起重量选2×125吨，跨度选用16m。
装配场长度取15.5m，进场公路布置在左岸。
副厂房是为保证水电站正常运行需要，设置在主厂房上游侧。
主要布置各种机电辅助设备、房间、生产间和必要生活设施房间。
电站建成后主要担任华东电网调峰并供电丽水、温州将使丽、温两地区通过220千伏输电线路联系，形成浙南电力系统。
此外，电站的建设，将带动当地工农业发展，为当地居民创造就业条件，改善当地社会经济，促进当地以及周围地区的发展。
AbstractThe Jinshuitan hydropower station is the first step hydropower station in upper reaches of the Ou Jiang River. The main purpose of the project is to generate electricity, but also considered the flowing woods and the floods protection. Ou Jiang River basin located in the southeast area in Zhe Jiang Province, and the hydropower station is a year adjust reservoirThe design dead water level is 264m, and the normal water level is 285m. According to the historical flood date (P=0.1%), the designed flood level is 291.0m, the proofread level is 292.0m (P=0.01%).The total electric capacity is 200,000kW, and three generates whose capacity is 50,000kW are installed. The type of the turbine is HL-220-LJ-330, and we have the type of the generator made in order. The power house is situated under the over-flow dam. The width of the main power house is 19m, and the length is73.5m. All kinds of auxiliary equipment and other kinds of rooms are assembled in deputy house.When the hydropower station is constructed, it will regulate the electric network of the southeast of China, and it also supple electricity to Li Shui and Wen Zhou. At last, a net of electricity will be formed. Additionally, the construction of the hydropower station will spur on the development of the industry and agricultures in the area. It will also spur on the job improvement of the economic condition.目 录第一章 自然地理及工程地质 (5)1.1 流域概况 (5)1.2 水文与气候 (5)1.3 地形与地质 (6)1.3.1 水库区工程地质 (6)1.3.2 坝址地质 (7)1.4 天然建筑材料 (7)1.4.1 土料 (7)1.4.2 砂石料 (7)第二章 经济、水利与动能 (7)2.1 工程效益 (7)2.2 特征水位及机组型号 (8)第三章 机组选型 (8)3.1 特征水位 (8)3.1.1 Hmax 可能出现情况 (8)3.1.2 Hmin 可能出现情况 (10)3.1.3 av H 的计算 (10)3.2 水轮机的选择 (11)3.2.1 HL220工作参数确定 (11)3.2.2 HL200工作参数确定 (13)第四章 发电机选型及主要尺寸 (15)4.2 外形尺寸 （单位：cm ） (16)4.2.1 平面尺寸 (16)4.2.2 轴向尺寸 (16)第五章 金属蜗壳尺寸 (17)第六章 尾水管尺寸 (17)第七章 调速器及油压装置选择与尺寸 (18)7.1 调速功计算：水轮机的调速功 (18)7.2 接力器选择 (18)7.2.1 接力器直径ds (18)7.2.2 最大行程 (18)7.2.3 接力器容积计算 (19)7.3 油压装置选择 (19)第八章 大坝基本剖面拟定及稳定与应力校核 (19)8.1 坝高的确定 (19)8.1.1 坝顶上游防浪墙顶应超出静水位的高度△h (20)8.1.1 坝顶高程 (21)8.2 挡水建筑物-混凝土重力坝 (21)8.2.1 基本剖面 (21)8.2.2 实用剖面 (22)8.2.3 稳定计算 (23)8.3 泄水建筑物-混凝土溢流坝 (31)8.3.1 单宽流量q (31)8.3.2 溢流前缘总净宽L (31)8.3.3 孔数n (32)8.3.4 每孔净宽b (32)8.3.5 堰顶高程 (32)8.3.6 实用剖面设计 (34)8.3.7 冲坑挑距 (36)8.3.8 稳定计算 (37)第九章起重设备选择与尺寸 (40)第十章厂房轮廓尺寸估算 (42)10.1 主厂房长度确定 (42)10.1.1 机组段长度 (42)10.1.2 装配场长度 (42)10.2 主厂房宽度确定 (42)10.3 主厂房顶高程确定 (43)10.3.1 水轮机安装高程 (43)10.3.2 尾水管底板高程 (43)10.3.3 厂房基础开挖高程 (43) (43)10.3.4 水轮机层地面高程410.3.5 定子安装高程 (44)10.3.6 发电机层地面高程（定子埋入式） (44)10.3.7 装配场地面高程 (44)10.3.8 吊车轨道高程 (44)10.3.9 主厂房顶高程 (44)专题压力钢管应力计算 (44)结语 (51)参考文献 (52)第一章自然地理及工程地质1.1 流域概况紧水滩水电站在瓯江支流龙泉溪上，坝址以上流域面积2761平方公里。
进水口整体稳定及基底应力计算资料
进水口整体稳定及基底应力计算1. 计算总说明1.1 计算目的及要求某水电站进水口根据电站枢纽布置、地形、地质条件设为岸塔式进水口，“镶嵌”在L型基础中，塔背有基岩对其起支撑作用，靠自重和岸坡岩体支撑维持稳定，加之该进水口置于土质地基上，因建基面不允许出现拉应力，因此可不进行抗倾覆稳定计算。
通过对进水口整体抗浮稳定与基底应力计算，以复核其是否满足规范要求。
1.2 基本资料进水口纵横剖面结构尺寸见附图。
水容重：3k N m10/钢筋混凝土容重：3k N m25/'=。
基础与混凝土之间f值为：0.4f'=，0.08c Mpaσ=地基承受能力：[]0.42M P a校核洪水位：1886.109m设计洪水位：1884.069m正常蓄水位：1900.000m死水位：1896.000m多年平均最大风速：11.00/m s吹程：0.7km拦污栅及对应启闭机重：52t、8t事故检修门及对应启闭机重：38t、15t计算采用规范及参考书：a.《水电站进水口设计规范》DL/T5398-2007b.《水工建筑物荷载设计规范》DL5077-1997c.《水工建筑物荷载设计规范》d.《水电站厂房设计规范》SL266-2001e．《公路桥涵设计通用规范》JTJ021-89f.《水闸设计规范》SL265-2001；g.《土力学》河海大学出版社出版,卢廷浩主编；h.某水电站首部枢纽平面布置图及主要建筑物剖面图；i.《孔隙比与压力关系曲线表》；1.3 计算原理及假定岸塔式进水口根据自身的结构特点，只要基底应力在允许应力或允许抗力范围内，塔体就不会发生整体失稳，根据规范要求及进水口的布置情况，对塔体做以下假定：1）将塔体视为刚体，在荷载作用下，岩体变形产生抗力；2）抗力或反力强度值采用材料力学法和刚体极限平衡法求得。
3）计算地基沉降量时，不考虑周边结构对进水口塔体的影响。
此算稿按荷载组合{基本组合、特殊组合}计算。
工况1：正常运行期，正常蓄水位1900.000m；工况2：正常运行期，设计洪水位1884.069m；工况3：非常运行期，校核洪水位1886.109m；工况4：检修期，正常蓄水位1900.000m ； 工况5：施工完建未挡水期。
引水式水电站设计计算书
目录第一章（空） (2)第二章枢纽布置、挡水及泄水建筑物 (2)第三章水能规划 (14)第四章水电站引水建筑物 (20)第五章水电站厂房 (32)第六章专题机墩结构动力计算 (35)第一章 （空）第二章 枢纽布置、挡水及泄水建筑物2．2挡水及泄水建筑物2.2.1坝高的确定2.2.1.1 设计状况2h l =0.0166×（1.5×16）5/4×61/3=1.6m 2L l =10.4×1.60.8=15.15mm L H cth L h ho L L L 53.0115.156.124212=⨯⨯==πππm h 83.27.053.06.1=++=∆设校核状况2h l =0.0166×165/4×61/3=0.9653m2L l =10.4×0.96530.8=10.11mm L H cth L h ho L L L 29.0111.109653.024212=⨯⨯==πππm h 76.17.029.09653.0=++=∆校2.2.1.2 坝顶高程m h H h H 76.24176.24176.124083.24083.2238max =⎭⎬⎫⎩⎨⎧=+=∆+=+=∆+=校校设设坝顶高程取坝顶防浪墙高为1.2m ，则坝顶高程为241.76-1.2=240.56m2.2.2 挡水建筑物2.2.2.1基本剖面应力条件 m HB c22.813.081.924119101=-=-=αγγ稳定条件 m f KH B c68.893.0081.92468.011910.1)(102=⎪⎭⎫⎝⎛-+⨯⨯=-+=αλγγ坝底宽度 m B B B 68.8968.8922.81max max 21=⎭⎬⎫⎩⎨⎧=⎭⎬⎫⎩⎨⎧= 取89.7m2.2.2.2实用剖面坝顶宽度(8%~10%)H=(0.08~0.1)×127.56=10.2～12.756m 取坝顶宽为12米。
水电站压力钢管结构计算书
⑤ 轴向力的合力∑A
计算公式： A A1 A5 A6 A7
轴向力合力∑A计算表
A1
A5
A6
A7
∑A(N)
1831
-197
1086
63500
66220
4.1.2 跨中管壁断面应力计算
（1）径向内水压力P在管壁中产生的环向应力σθ1
计算公式：
1
Pr t
1
r H
coscosrDFra bibliotek2400
45.000°
180° 0.0000098 500
400
45.000°
σr(N/mm2) -0.002 -0.005 -0.008
4.1.3 跨中管壁断面各计算点应力条件复核
复核公式：
2
2 x
2 r
x
r
x r
式中：
1 x x1 x2
相应计算工况的允许应力：［σ］=0.55σs= 129.250N/mm²
1831
② 套筒式伸缩节端部的内水压力A5
计算公式：
A5
4
D12 D2 2 P
P H w
式中：
伸缩节端部管道中心内水压力……………………………H´= 500mm
伸缩节内套管外径…………………………………………D1= 768mm
伸缩节内套管内径…………………………………………D2= 800mm
φ［σ］ 122.7875 122.7875 122.7875
4500
4.926
15674
（3）轴向力∑A ① 钢管自重轴向分力A1
计算公式： A1 qs L3 sin
式中：
A1 qs L3 sin
伸缩节至计算截面处的钢管长度…………………………L3= 1500mm
紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计计算书
经济效益分析
发电效益
根据设计装机容量和发电量预测 ，计算出紧水滩水电站的年发电 效益，为项目经济效益评估提供 依据。
防洪效益
紧水滩水电站的建设能够有效提 高下游河道的防洪能力，减少洪 水灾害对下游地区的影响，从而 产生显著的防洪效益。
社会效益评估
促进就业
紧水滩水电站的建设将为当地提供大 量的就业机会，缓解当地就业压力， 促进社会稳定和发展。
总结词
发电量最大化
详细描述
发电量计算是水电站设计的核心目标之一，需要综合考虑水流量、水头、机组效率等因 素，以最大化发电效益。在计算过程中，需要采用合适的计算方法和公式，确保发电量 计算的准确性和可靠性。同时，还需要考虑水电站的运行调度和负荷变化等因素，制定
合理的运行方案，以最大化发电效益。
04
结构设计
电源接入方式
根据电网结构和电站地理位置，确定电源接入方 式，包括架空线路和电缆线路。
电源容量
根据电站装机容量和负荷需求，确定合理的电源 容量，确保电站安全稳定运行。
电气设备选型
发电机组选型
01
根据电站水头、流量和负荷需求，选择合适的发电机组型号和
台数。
变压器选型
02
根据电压等级和负荷需求，选择合适的变压器型号和台数，确
推动地方经济发展
紧水滩水电站的建设将促进当地基础 设施建设、物流业和相关产业的发展 ，提高地方经济水平。
07
环境影响评价
对水环境的影响
施工期影响
施工期排放的废水、废气和固体废弃物可能对水环境造成一定影响 ，如悬浮物、油类物质、重金属等污染物的排放。
运行期影响
运行期水库水位变化、下泄流量调节等可能对下游水文情势、水生 生物和鱼类栖息地产生影响。
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目录目录 (1)第一章机组选型 (4)1.1 特征水位 (4)1.1.1 Hmax可能出现情况 (4)1.1.2 Hmin可能出现情况 (5)H的计算 (6)1.1.3 av1.2 水轮机的选择 (6)1.2.1 HL220工作参数确定 (6)1.2.2 HL200工作参数确定 (9)第二章发电机选型及主要尺寸 (11)2.1 主要尺寸估算（单位：mm） (11)2.2 外形尺寸（单位：cm） (11)2.2.1 平面尺寸 (11)2.2.2 轴向尺寸 (11)第三章金属蜗壳尺寸 (12)第四章尾水管尺寸 (13)第五章调速器及油压装置选择与尺寸 (13)5.1 调速功计算：水轮机的调速功 (13)5.2 接力器选择 (14)5.2.1 接力器直径ds (14)5.2.2 最大行程 (14)5.2.3 接力器容积计算 (14)5.3 油压装置选择 (14)第六章大坝基本剖面拟定及稳定与应力校核 (15)6.1 坝高的确定 (15)6.1.1 坝顶上游防浪墙顶应超出静水位的高度△h (15)6.1.1 坝顶高程 (16)6.2 挡水建筑物-混凝土重力坝 (17)6.2.1 基本剖面 (17)6.2.2 实用剖面 (17)6.2.3 稳定计算 (18)6.3 泄水建筑物-混凝土溢流坝 (26)6.3.1 单宽流量q (27)6.3.2 溢流前缘总净宽L (27)6.3.3 孔数n (27)6.3.4 每孔净宽b (27)6.3.5 堰顶高程 (28)6.3.6 实用剖面设计 (29)6.3.7 冲坑挑距 (32)6.3.8 稳定计算 (33)第七章起重设备选择与尺寸 (36)第八章厂房轮廓尺寸估算 (37)8.1 主厂房长度确定 (37)8.1.1 机组段长度 (37)8.1.2 装配场长度 (37)8.2 主厂房宽度确定 (38)8.3 主厂房顶高程确定 (38)8.3.1 水轮机安装高程 (38)8.3.2 尾水管底板高程 (38)8.3.3 厂房基础开挖高程 (39)8.3.4 水轮机层地面高程4 (39)8.3.5 定子安装高程 (39)8.3.6 发电机层地面高程（定子埋入式） (39)8.3.7 装配场地面高程 (39)8.3.8 吊车轨道高程 (39)8.3.9 主厂房顶高程 (40)专题压力钢管应力计算 (40)第一章 机组选型1.1 特征水位20万KW 属中型电站，A ＝8.31，N ＝9.81QH η＝AQH ，考虑2%水头损失1.1.1 Hmax 可能出现情况1.1.1.1 校核洪水位（H=292.0m ），三台机组全发电r N =20/98%=20.41万kw由泄Q =12900 s m 3 查获下游水位2H =219.4 m毛Hmax =292.0-219.4=72.6 m 净Hmax =72.6×0.98=71.15 m1.1.1.2 设计洪水位（1H =290.0m ），四台机组全发电r N =20.41万kw由泄Q =10080s m 3 查获下游水位2H =217.0m毛Hmax =291.0-217.0=73.0 m 净Hmax =73.0×0.98=71.15m1.1.1.3 正常蓄水位（284.0m ），一台机组发电r N =5/98%=5.1万kw假定1Q =80s m 3 查获下游水位2H =202.0m毛H =284-202.0=82 m 净H =82×0.98=80.36 mN=AQ 净H =8.31×80×80.36=5.34万kw假定1Q =100s m 3 查获下游水位2H =202.3m毛H =284-202.3=81.7m 净H =81.7×0.98=80.01 m N=AQ 净H =8.31×100×80.01×0.98=6.65万kw假定1Q =240s m 3 查获下游水位2H =203 m毛H =284-203=81 m 净H =81×0.98=79.38 m N=AQ 净H =8.31×200×79.38=15.83万kw 作N ～Q 曲线，查得 N=5万kw 时，Q=76 s m 3 所以 max H 净=N/（8.31Q ）=5/（8.31×76）=79.17 m综上选取max H =79.17 m1.1.2 Hmin 可能出现情况设计低水位（264.0m ），四台机组全发电 r N =20/98%=20.41万kw 当1Q =240s m 3 查获下游水位2H =203 m毛H =263-203=60 m 净H =61×0.98=59.78 m N=AQ 净H =8.31×240×59.78=11.91万kw当1Q =300s m 3 查获下游水位2H =203.2m毛H =264-203.2=60.8m 净H =60.8×0.98=59.58 m N=AQ 净H =8.31×300×59.58=14.85万kw当1Q =450 s m 3 查获下游水位2H =203.8 m毛H =264-203.8=60.2 m 净H =60.2×0.98=59.0 m N=AQ 净H =8.31×450×59.0=22.1万kw作N ～Q 曲线，查得 N=20.41万kw 时，Q=409 s m 3，所以 下H =203.6 m 故min H =263-203.6=60.4 s m 3 综上选取min H = 60.4m1.1.3 av H 的计算av H =max H /2+min H /2=(79.17+60.4)/2=69.79m 设计水头H r =0.95×H av =0.95×69.79=66.3m 水电站水头变化范围为60.4—79.17由工作水头范围查表得：选用HL220水轮机或HL200水轮机1.2 水轮机的选择1.2.1 HL220工作参数确定1.2.1.1 转轮直径D1查表得限制工况Q 1/m ＝1.15 m 3/s ，ηm ＝89.0% 初设Q 1/ ＝1.15m 3/s ，ηm ＝91.7% Nr ＝60000/96%＝62500 kw ，Hr ＝73.76 mD 1==3.05 m取相邻较大值D 1＝3.3 m1.2.1.2 转速n查表得HL220型在最优工况下单位转速为：n 10/m ＝70.0r/min 设n 10/＝ n 10/m ＝70.0r/min ∵ Hav ＝69.79m n 10/＝70.0r/min D 1＝3.3m ∴取相邻值n ＝187.5r/min P ＝16对1.2.1.3 效率修正查表得HL220型在最优工况下的模型最高效率ηmmax＝91%模型转轮直径 D 1m ＝0.46m∴ηmax ＝1－（1－ηmmax ）×（D 1m /D 1）1/5＝93.9% △η＝93.9%－91%＝2.9%考虑制造工艺上的差异在△η值中减去一个修正值ε＝1.0 % ∴ △η＝1.9% ∴ηmax＝ηmmax+△η＝91%+1.9%＝92.9%η＝ηm +△η＝89.0%+2.9%＝91.9% 与假定值相同 ∴ △n 10// n 10/m ＝（ηmax/ηmmax）1/2－1＝1.04%＜3%∴ n 、Q 1/可不加修正1.2.1.4 工作范围检验在选定1D =3.3m n=187.5r/min 后，水轮机的'max 1Q 及各特征水头相对的'1n 即可以计算出来。
η2321'max 181.9Hr D Nr Q =＝0.983 m 3/s ＜1.15 m 3/s最大引用流量Qmax ＝ Q 1/max D 12Hr 1/2＝0.983×3.32×=87.14 m 3/s各特征水头相对应的单位转速为：n 1/min ＝nD 1/Hmax 1/2＝69.5 r/min n 1/max ＝nD 1/Hmin 1/2＝79.62 r/min n 1/r ＝nD 1/Hr 1/2＝75.99 r/min由Q 1/max 、n 1/min 、n 1/max 在HL220综合特性曲线上绘出工作范围图中斜线部分基本包括了该特性曲线的高效区(见下图)。
HL220综合特性曲线1-11.2.1.5 吸出高度由n1/r＝75.99r/min，Q1/max＝983 m3/s查曲线得：ζ＝0.112由Hr＝66.3m查得：△ζ＝0.02下游平均水位▽取202.1m∴ Hs＝10－▽/900－（ζ+△ζ）Hr＝1.02＞－4.0m 符合要求1.2.2 HL200工作参数确定1.2.2.1 转轮直径D1查表得限制工况Q1/m＝0.95 m3/s，ηm＝89.4%初设Q1/＝0.95m3/s，ηm＝92.6%Nr＝50000/96%＝52083 kw，Hr＝66.3 mD1==3.03 m取相邻较大值D1＝3.3 m1.2.2.2 转速n查表得HL220型在最优工况下单位转速为：n 10/m＝68.0r/min 设n10/＝ n10/m＝68.0r/min∵ Hav＝69.79m n10/＝68.0r/min D1＝3.3m∴取相邻值n＝187.5r/min P＝16对1.2.2.3 效率修正查表得HL220型在最优工况下的模型最高效率ηmmax＝90.7%模型转轮直径 D1m＝0.46m∴ηmax ＝1－（1－ηmmax）×（D1m/D1）1/5＝93.9%△η＝93.9%－91%＝3.2%考虑制造工艺上的差异在△η值中减去一个修正值ε＝1.0 %∴△η＝2.2%∴ηmax ＝ηmmax+△η＝90.7%+2.2%＝92.9%η＝ηm+△η＝89.4%+3.2%＝92.6% 与假定值相同∴△n10// n10/m＝（ηmax/ηmmax）1/2－1＝1.21%＜3%∴ n、Q1/可不加修正1.2.2.4 工作范围检验在选定1D =3.3m n=187.5r/min 后，水轮机的'max 1Q 及各特征水头相对的'1n 即可以计算出来。
η2321'max 181.9Hr D Nr Q =＝0.975 m 3/s ＜1.15 m 3/s最大引用流量Qmax ＝ Q 1/max D 12Hr 1/2＝0.975×3.32×=86.5 m 3/s各特征水头相对应的单位转速为：n 1/min ＝nD 1/Hmax 1/2＝69.15 r/min n 1/max ＝nD 1/Hmin 1/2＝79.62 r/min n 1/r ＝nD 1/Hr 1/2＝75.99 r/min1.2.2.5 吸出高度由n 1/r ＝75.99r/min ，Q 1/max ＝975 m 3/s 查曲线得：ζ＝0.101 由Hr ＝66.3m 查得：△ζ＝0.02 下游平均水位▽取202.1m∴ Hs ＝10－▽/900－（ζ+△ζ）Hr ＝1.75＞－4.0m符合要求HL220和HL200吸出高度都为正，相差不大。