河岸式水電站設計及進水口攔污柵結(jié)構(gòu)計算的設計說明書

摘 要黃壇口水電站于浙江省烏溪江，黃壇口，屬于二級開發(fā)電站，于湖南鎮(zhèn)水電站間距29km,根據(jù)地形要求，其開發(fā)方式為有壓引水式。壩區(qū)地質(zhì)條件較好，主要建筑物（混凝土重力壩），泄水建筑物（混凝土溢流壩），引水建筑物（有壓引水遂洞、調(diào)壓室和壓力鋼管），河岸式地面廠房。水庫設計洪水位119.50m（千年一遇），相應的下泄流量5340m3/s；校核洪水位121m（萬年一遇），相應的下泄流量6600m3/s；正常蓄水位116m.非溢流壩壩頂高程126.5m。壩底高程70.0m。最大壩高126.5m。上游壩坡坡度1：0.15，下游壩坡坡度1：0.72，溢流壩堰頂高程112.1m。引水遂洞進口位于壩址上游凹口處，遂洞全長200m。洞徑10m，調(diào)壓室位于廠房上游80m左右處，高程150m左右的山巒上，型式為差動式。裝機容量41.8=7.2萬kw，主廠房凈寬16m，凈長82m。水輪機安裝高程88.78m，發(fā)電機層高程100.4m，安裝場層高程100.4（大于下游校核洪水位88.78m）。廠房附近布置開關站，主變等。受地形限制，尾水平臺兼作公路用，壩址與廠區(qū)通過盤山公路連接，形成樞紐體系。關鍵詞：水利樞紐；擋水建筑物；泄水建筑物；水輪機；引水隧洞；調(diào)壓室；廠房；排架。AbstractWuxijiang Hydropower Station is located in Zhejiang Province Wuxijiang, Hunan town power station belonging to the cascade development, according to the terrain requirements for the development of pressure-type water. Dam good geological conditions, the main building (concrete gravity dam), discharge structure (concrete spillway), diversion of buildings (with ballast water hole was, the surge tank and pressure pipe), riparian terrestrial plants. Reservoir design flood level 119.50m (a case of the Millennium), the corresponding discharge flow of 5340m3 / s; check flood level 121.0m (once in every million years), the corresponding discharge flow of 6600m3 / s; normal water level 116m. To determine the design of the dam site is located near the front Luan, non-overflow dam crest elevation 126.5m. Dam at the end of elevation 70.0m. Maximum height of 126.5m. Upper reaches of the slope gradient of 1:0.15, downstream slope gradient 1:0.72, top spillway weir elevation 、112.1m. Diversion dam was located in the upper reaches of the import-hole notch, the hole has a total length of 200m. Diameter 10m, surge tank factory is located in the upper reaches around 80m, the 150m elevation of the mountains around, the patterns for the differential. installed capacity of 4 1.8= 7.2 million kw, the main plant凈寬16m, net long-82m. Turbine installation elevation 88.78m, generator layer elevation 100.4m, the installation of field layer height 100.4 (more than downstream flood check 88.78m). Switching station near the plant layout, such as main transformer. Subject to topographical constraints, the end of the level of Taiwan serves as road, dam and plant through the winding roads connect to form a hub system. In addition, the design of the plant was designed and conducted a bent structure calculation.目 錄1.1 流域概況和地理位置51.1.1 水文條件51.1.2氣象條件61.1.3 工程地質(zhì)61.1.4 當?shù)亟ㄖ牧?1.2 設計資料71.2.1 水能規(guī)劃71.2.2 擋水建筑物及泄水建筑物81.2.3 引水建筑物81.2.4 水電站建筑物81.2.5 專題81.3 設計任務81.3.1 樞紐布置、擋水及泄水建筑物81.3.2 水電站引水建筑物81.3.3 水電站廠房81.1樞紐主要建筑物的等級確定91.2混凝土非溢流壩91.2.1剖面設計91.2.1 實用剖面101.3 廊道布置111.4壩體剖面驗算121.4.1基本驗算121-5 壩體折坡點驗算182.1. 設計水位下212.1.1溢流壩孔口尺寸的確定212.1.1.1 溢流壩下泄流量的確定212.1.2 溢流孔口尺寸確定和布置212.1.3 堰頂高程的確定212.2.1堰頂高程的確定222.2.2 閘門高度222.3.1.2反弧段設計222.4溢流壩段穩(wěn)定驗算233.1水輪機水頭的確定263.1.1 的確定263.1.2設計低水位的確定273.1.3 的確定283.2 水輪機型號選擇：283.2.1 HL240型水輪機方案的主要參數(shù)選擇283.3 ZZ440型水輪機方案的主要參數(shù)選擇313.3.2 轉(zhuǎn)速n的計算313.3.4單位轉(zhuǎn)速、單位流量的修正333.3.5水輪機的流量333.3.6工作范圍檢驗334.1 主要尺寸估算3542 外形尺寸估算364.2.1平面尺寸估算364.2.2 軸向尺寸計算364.3水輪發(fā)電機重量計算和型號選擇374.4水輪機蝸殼尺寸及尾水管384.4.1.蝸殼尺寸：384.5 調(diào)速系統(tǒng)，調(diào)速設備選擇394.5.2油壓裝置394.5.3.水輪機閥門及其附件404.5.4 起重機設備選擇404.6主廠房尺寸404.6.1長度404.6.2廠房寬度確定414.6.3 廠房各層高程確定415.2.2.1閘門斷面435.2.2.2進口具體形式435.2.2.3隧洞進口頂部高程435.4水頭損失計算455.4.1引水隧洞的水頭損失455.4.2 壓力鋼管的水頭損失474.4.2.1沿程水頭損失（糙率取最大值0.013）475.4.2.2局部水頭損失475.5斷面計算485.6.1 阻抗式調(diào)壓室481 設計基本資料1.1 流域概況和地理位置烏溪江屬衢江支流，發(fā)源于閩、浙、贛三省交界的仙霞嶺，于衢縣樟樹潭附近流入衢江，全長170公里，流域面積2623平方公里。流域內(nèi)除黃壇口以下屬衢江平原外，其余均屬山區(qū)、森林覆蓋面積小，土層薄，地下滲流小，沿江兩岸巖石露頭，洪水集流迅速，從河源至黃壇口段，河床比降為1/1000，水能蘊藏量豐富。流域內(nèi)已建成二級水電站，第一級為湖南鎮(zhèn)水電站，壩址位于衢縣境內(nèi)烏溪江區(qū)山前巒處，壩址以上流域面積為2151平方公里。第二級為黃壇口水電站，壩址位于衢縣黃壇口公社。壩址以上流域面積為2328平方公里。水文與氣象1.1.1 水文條件湖南鎮(zhèn)壩址斷面處多年平均徑流量為83.0m3/s。實測最大洪峰流量為5440 m3/s，（1954年），千年一遇洪水總量（4日）為11.0億立方米，洪峰流量為11300m3/s。萬年一遇洪水（4日）總量為16.2億立方米，洪峰流量為16600m3/s。保壩洪水總量為17.2億立方米，洪峰流量為22000m3/s。表1-1 下游水位流量關系曲線表1-2電站廠房處獲青水位流量關系曲線1.1.2氣象條件烏溪江流域?qū)俑睙釒Ъ撅L氣候，多年平均氣溫10.4，月平均最低氣溫4.9，最高氣溫28。多年平均降雨為1710mm ，雨量年內(nèi)分配極不均勻，4、5、6三個月屬梅雨季節(jié)，降雨量占全年的50%左右。7、8、9月份會受臺風過境影響，時有臺風暴雨影響，其降雨量占全年的25%左右。 1.1.3 工程地質(zhì)庫區(qū)多高山峽谷，平原極少。地層多為白堊紀流紋斑巖及凝灰?guī)r分布，柱狀節(jié)理及順坡向節(jié)理裂隙普遍，斷裂構(gòu)造不甚發(fā)育，受水庫回水影響，可能有局部土滑、崩塌等情況，但范圍不會很大，因此庫區(qū)的岸坡穩(wěn)定問題是不嚴重的。唯壩前水庫左岸的梧桐口至壩址一段地形陡峭，順坡裂隙較為發(fā)育，經(jīng)調(diào)查有四處山坡因順坡裂隙切割，不夠穩(wěn)定，每處不穩(wěn)定巖體為23萬立方米，在水庫蓄水過程中，裂隙中充填物受潮軟化，易崩塌、滑落，由于距壩趾較近，在施工過程中應注意安全。庫取未發(fā)現(xiàn)有經(jīng)濟價值的礦床，僅湖南鎮(zhèn)上游破石至山前巒一帶有30余個舊礦，經(jīng)地質(zhì)部華東地質(zhì)局浙西隊調(diào)查，認為無經(jīng)濟價值。本工程曾就獲青、項家、山前巒三個壩址進行地質(zhì)勘測工作，經(jīng)分析比較，選用了山前巒壩址。山前巒壩址河谷狹窄，河床僅寬110m左右，兩岸地形對稱，覆蓋層較薄，厚度一般在0.5m 以下，或大片基巖出露，河床部分厚約24m。巖石風化普遍不深，大部分為新鮮流紋斑巖分布，局部全風化巖層僅1m左右，半風化帶厚約212m，壩址地質(zhì)構(gòu)造條件一般較簡單，經(jīng)壩基開挖僅見數(shù)條擠壓破碎帶，產(chǎn)狀以西北和北西為主，大都以高傾角發(fā)育，寬僅數(shù)厘米至數(shù)十厘米，規(guī)模及影響范圍均不大，壩址的主要工程地質(zhì)問題為左岸順坡裂隙發(fā)育，差不多普及整個山坡，其走向與地形線一致，影響邊坡巖體的穩(wěn)定性。壩址地下水埋置不深，左岸為1126m，右岸1534m。巖石透水性小，相對抗水層（條件吸水量0.01L/dm）埋深不大，一般在開挖深度范圍內(nèi)，因此壩基和壩肩滲透極微，帷幕灌漿深度可在設計時根據(jù)揚壓力對大壩的影響考慮選用。壩址的可利用基巖的埋置深度，在岸1012m，右岸69m，河中68m，詳見壩址地質(zhì)剖面圖。壩體與壩基巖石的摩擦系數(shù)采用0.68。引水建筑物沿線為流紋斑巖分布。巖石新鮮完整，地質(zhì)條件良好。有十余條擠壓破碎帶及大裂隙，但寬度不大，破碎程度不嚴重。廠房所在位置地形陡峻，覆蓋極薄，基巖大片出露，巖石完整，風化淺，構(gòu)造較單一。有兩小斷層，寬0.50.8m，兩岸巖石完好。本區(qū)地震烈度小于6度。1.1.4 當?shù)亟ㄖ牧?本工程需要礫石約186萬立方米，砂67萬立方米。經(jīng)勘測，砂的粒徑偏細，礫石超粒徑的含量偏多，其他指標均能滿足要求，但壩址附近幾個料場的貯量不能完全滿足設計要求。故不足的礫石用軋石解決，軋石料場選在大壩左岸距壩址0.8-12公里的范圍內(nèi)。不足的砂料用樓里村附近的幾個料場補充，距壩址2.5 公里。壩址至衢縣的交通依靠公路，衢縣以遠靠浙贛鐵路。1.2 設計資料1.2.1 水能規(guī)劃1.校核洪水位：121.0m，校核最大洪水下泄流量6600；2 .設計洪水位：119.5m，設計洪水最大下泄流量5340；3 .設計蓄水位：116m；4 .設計低水位：108.5m；5 .裝機容量：，7.2萬KW，即41.8=7.2萬KW；6.機組機型：自選1.2.2 擋水建筑物及泄水建筑物1.擋水建筑物： 混凝土重力壩2.泄水建筑物： 混凝土溢流壩1.2.3 引水建筑物 有壓引水 1.2.4 水電站建筑物 河岸式地面廠房 1.2.5 專題 攔污柵結(jié)構(gòu)計算1.3 設計任務1.3.1 樞紐布置、擋水及泄水建筑物要求對整個水利樞紐進行布置（包括擋水及泄水建筑物、引水建筑物、廠房、對外交通、進水口及開關站等，繪出樞紐平面布置圖）要求根據(jù)現(xiàn)有資料設計擋水及泄水壩段的斷面型式，進行必要的穩(wěn)定計算，繪出擋水及泄水壩的剖面圖。1.3.2 水電站引水建筑物根據(jù)地形、地質(zhì)條件選頂引水隧洞的路線，并設計隧洞斷面的型式，繪出引水隧洞的布置圖（含進水口）。根據(jù)地形、地質(zhì)及水力計算，確定調(diào)壓室的位置、型式和尺寸并繪出調(diào)壓室剖面圖。1.3.3 水電站廠房根據(jù)所選機型及水位計算條件，確定廠房的輪廓尺寸，并繪出發(fā)電機層、水輪機層和渦殼層的平面布置圖以及廠房的橫剖面圖。對廠區(qū)進行布置并繪出平面布置圖（包括開關站、主變場、廠房、尾水渠和對外交通等）1混凝土非溢流重力壩1.1樞紐主要建筑物的等級確定按黃壇口水庫水位容積關系曲線算出校核洪水位121米是的V=1.02108m31108m3. 所以工程類型為大（2）型，工程等別為二，主要建筑物2，次要建筑物為3級。1.2混凝土非溢流壩1.2.1剖面設計重力壩的基本剖面，一般指在主要載荷作用下滿足壩基面穩(wěn)定和應力控制條件的最小三角剖面。因此，基本剖面分析的任務是在滿足強度和穩(wěn)定的要求下，根據(jù)給定的壩高求得一個最小的壩底寬度，也就是確定三角形的上下游坡度。為分析方便計，沿壩軸線方向取單位長度的壩體進行研究，其上下游面的水平投影長度分別為和。假定上游庫滿水位平三角形頂點水深為，下游無水。壩的載荷只考慮上游水平壓力、水重和壩體自重以及揚壓力，在此情況下，討論及應如何取值才能滿足安全和經(jīng)濟的要求。1.2.1.1 按應力條件確定壩底最小寬度 式中為設計洪水位，為上游坡度取時可以得到： 1.2.1.2 按穩(wěn)定條件確定壩底最小寬度由于電站形式為引水式，故壩上游側(cè)無有壓進水口，上游壩坡坡度不受限制，取上游面坡度，同時用應力條件和穩(wěn)定條件公式確定壩底的最小寬度。 B壩底寬度，m；H基本剖面壩高，m（基本剖面H=126.5.0-70=56.5m）；壩體材料容重，；水的容重，；揚壓力折減系數(shù),按規(guī)范壩基面取0.3；摩擦系數(shù)，由資料可得本設計采用0.68；K基本組合安全系數(shù)。考慮一定的裕度，壩底寬度最終定為70m。1.2.1 實用剖面1.2.1.1壩頂寬度 壩頂寬度b=（8%10%）H，且不小于2m。本設計取5m1.2.1.2 壩頂高程壩頂高程=靜水位+h 式中：h=h1%+hz+hc 式中：h1%=累計頻率為1%的破浪高度 hz=波浪中心線高出靜水位的高度。 hc=取決于壩的級別和計算情況的安全超高 gh2%/v0=0.0065v1/6(gD/V0)1/3; glm/v0=0.386(gD/v02)1/2(a) 設計洪水位計算風速度vt取15m/s,設計洪水位下吹成D=5B,B=197m,風速v0=(1.52)vt v0取25m/s.h2%=0.00625v01/6(gD/v02)1/3 v02/g =1.696查表2-12得出h2%/hm=2.23 hm=0.761 ; h1%/ hm=2.42h1%=1.84lm=0.386(gD/v02)1/2 v02/g = 9.7hz=3.14h1%2 /( lmcth23.14h/lm)hz=3.141.842 /9.71=1.1hc=0.5 根據(jù)水庫水位容積曲線V（1 10）108m3.大（2)型工程 所以hc=0.5。h=h1%+hz+hc =1.84+1.1+0.5=3.44m（b）校核水位計算風速度vt取15m/s,設計洪水位下吹成D=5B,B=197m,風速v0=(1.52)vt v0取23m/s.h2%=0.00625v01/6(gD/v02)1/3 v02/g =2.43查表2-12得出h2%/hm=2.23 hm=1.043m ; h1%/ hm=2.42h1%=2.524mlm=0.386(gD/v02)1/2 v02/g=8.896mhz=3.14h1%2 / (lmcth23.14h/lm)hz=3.142.5242 /8.8961=2.248hc=0.5h=h1%+hz+hc =2.524+2.248+0.5=5.272壩高取126.5m1.3 廊道布置廊道斷面一般為城門洞形 寬2.53.0，高3.03.5取23.0m壩體縱向排水檢查廊道，距上游側(cè)每隔1530m 取15m?；A排水廊道（1.52.5）（2.22.5）取22.51.4壩體剖面驗算1.4.1基本驗算a設計工況壩體自重G1=RCA =23.5213.151/2=777.3KNG2=RCA= 23.5549.5=5816.25KNG3=RCA=23.535.6349.51/2=20723.3KN水壓力PY上=R0A=9.81(49.5+28.5)/23.15=1968.97KNPy上的形心：Py上=（28.53.152/2+1/2213.1522/3）/(28.53.15+213.15/2)=1.46mPX上=1/2Pgh12=1/29.8149.52=12018.48KN下游：h2=18.72mPX下=1/2R0h22=9.8118.7221/2=1718.91KNPY下=R0A=9.8113.4918.721/2=1238.KN下游受水壓力圖揚壓力（為降低揚壓力設副排系統(tǒng)及抽排系統(tǒng)）查表2-5（p49）得a1=0.2,a2=0.5a1H1=0.249.5=9.9ma2H2=0.518.72=9.36m揚壓力受力圖U1= a2H243.789.81=4251.87KNU2=( a1H1- a2H2) 9.815=26.49KNU3=( a1H1- a2H2) 9.8191/2=23.84KNU4=(H2- a2H2) 9.8181/2=367.29KNU5=(H1- a1H2) 9.8151/2=(49.5-9.9) 9.8151/2=971.19KN浪壓力：（LM=9.7m,h1%=1.84m,hz=h0=1.1m）壩前水深H=49.5 LM./2=4.85m 則選用公式：PWK=1/4 LM(h1%+ hz)PWK=1/4 9.819.7(1.84+1.1)=69.94KNe=1/44.85(4.85+2.94)21/3-1/24.8521/34.85/(1/24.85(4.85+2.94)-1/24.854.85=1.32非溢流壩浪壓力作用圖浪壓力1-1表編號荷載垂直水平力臂力矩m正向逆向1自重G1777.319.7915382.77G25816.2516.2494455.9G3207231.86338606.952水壓力PX上12018.4816.5198304.92PY上1969.97120.239793.4Px下1718.96.2410725Py下1238.6712.915978.8433揚壓力U14251.87000U226.4919.89513.64U323.8413.89331.14U4367.2918.566815.68U5971.1920.2219637.464浪壓力Pwt69.94115.978110.94總30525.495640.6812088.421718.9242876.94205780.64W=30525.49-5640.68=24884.81KNP=12088.42-1718.9=10508.02KNM=3.71104MPa(1) 穩(wěn)定驗算 （f=0.68）K=f（W-U）/P=0.6824884.8/10508.02=1.61k=1.1 滿足穩(wěn)定要求。(2)應力驗算 （T=43.78）y=WT+MT2=24884.843.78+6(3.71104) 43.782 =0.05 Mp-0.1Mp 未出現(xiàn)拉應力y=WT-MT2=24884.843.78-6(3.71104 ） 43.782 =0.07 Mp 遠遠小于巖石的抗滑應力（123.287 Mp）b.校核工況壩體荷載（H1=121-70=51m ,H2 =88.78-70=18.78m）G1=RCA =23.5213.151/2=777.3KNG2=RCA= 23.5551=5992.5KNG3=RCA=23.535.68511/2=21351.3KN 水壓力上游：PX上=1/2Pgh12=1/29.81512=12757.02KN PY上=R0A=9.81(49.5+28.5)/23.15=1968.97KN PY上的形心：y=(303.152/2+21213.1522/6)/(303.15+213.15/2)=2.26m下游：PX下=1/2R0h22=9.8118.7821/2=1628.31KNPY下=R0A=9.8113.4818.781/2=1237.76KN揚壓力（為降低揚壓力設副排系統(tǒng)及抽排系統(tǒng)）查表2-5（p49）得a1=0.2,a2=0.5a1H1=0.251=10.2ma2H2=0.518.78=9.39mU1= a2H243.789.81=2894.71KNU2=( a1H1- a2H2) 9.815=169.713KNU3=( a1H1- a2H2) 9.8191/2=152.74KNU4=(H2- a2H2) 9.8181/2=587.62KNU5=(H1- a1H1) 9.8151/2=(51-10.2) 9.8151/2=1000.62KN浪壓力 （LM=8.89m,h1%=2.524m,hz=h0=2.281m）h0+ h1%=4.805壩前水深H=51 LM./2=4.448m 則選用公式：PWK=1/4 LM(h1%+ hz)=1/49.818.8964.805=104.83KN=164.448(4.4484.805)2-16 4.4483124.4484.448+4.805-124.4482 =4.23 (120.78-70=50.78m) 校核水位下非溢流壩浪壓力作用圖 表2-1編號荷載垂直水平力臂力矩m正向逆向1自重G1777.319.7915382.77G25992.516.2497318.2G321351.31.86339776.912水壓力PX上12757.9117216884.47PY上2503.0214.77136972.11Px下1628.316.2410160.65Py下1237.7612.915967.13揚壓力U12894.71000U2169.71319.393290.74U3152.7413.893290.56U4587.6218.5610906.32U5100.6220.2220232.544浪壓力Pwt104.8350.785323.27總31861.884805.412826.741628.31243587.14230748.44W=31861.88-4805.4=27056.48KNP=12826.74-1628.31=11198.43KNM=243587.14-230748.44=12838.56KN（2）穩(wěn)定驗算 （f=0.68）K=f（W-U）/P=0.6827056.48/11198.43=1.643k=1.05 滿足穩(wěn)定要求。1 應力驗算 （T=43.78）y=WT+MT2=27056.4843.78+612838.56 43.782 =0.58 Mp-0.1Mp 未出現(xiàn)拉應力y=WT-MT2=27056.4843.78-612838.56 43.782 =0.66 Mp 遠遠小于巖石的抗滑應力（123.287 Mp）滿足應力條件。 1-5 壩體折坡點驗算a.設計工況（H1=49.5m）壩體自重 G1=RCA =23.52128.55=3348.75KNG2=RCA= 23.521.5615.521/2=3931.68KN水壓力PX上=1/2Pgh12=1/29.8128.52=3984.86KN揚壓力U=U1+U2+U3=9.8118.67+5.712+1.875.7+28.5-5.71.8512=833.33KN yc=18.675.712+1.85+18.673+1.855.71.852+121.85(28.5-5.7)1.853A=84.85 = 5.33m（4）浪壓力 PWK=69.94KN 表1-3荷載力臂彎距彎距G13348.787.7625986.3G23931.680.125.33px上3984.869.537856.17U823.334.934103.39PWK69.94115.978110.94總7280.43823.334054.850095.826011.6W=6457.1KNP=4054.8KNM=24084.2KN1.穩(wěn)定驗算 （f=0.68）K=f（W-U）/P=0.686457.1KN/4054.8KN=1.12k=1.1 滿足穩(wěn)定要求。2.應力驗算 （T=20.52）y=WT+MT2=6457.120.52+624084.2 20.522 =-0.01 Mp-0.1Mp 未出現(xiàn)拉應力y=WT-MT2=6457.120.52-624084.2 20.522 =0.66 Mp遠遠小于巖石的抗滑應力滿足應力條件。b.校核工況壩體自重 (H1=30m) G1=RCA =3725KNG2=RCA= 3931.68KN水壓力PX上=1/2Pgh12=1/29.81302=4415.5KN揚壓力U=U1+U2+U3=9.8118.67+612+1.876+30-61.8512=913.79KNyc=18.67612+1.85+18.673+1.8561.852+121.85(30-6)1.85393.15 = 5.1m（4）浪壓力 PWK=104.83KN1-4表荷載knknkn力臂彎距kn彎距knG137257.7627354G23931.680.125.33393.17px上4415.51044155U913.764.243874.47PWK104.8350.785323.27總7656.68913.764520.3353352.7427747.171.W=6742.89KNP=4520.33KNM=25605.57KN2.穩(wěn)定驗算 （f=0.68）K=f（W-U）/P=0.686742.89KN/4520.33KN=1.061k=1.05 滿足穩(wěn)定要求。3.應力驗算 （T=20.52）y=WT+MT2=6742.8920.52+625605.57 20.522 =-0.04 Mp-0.1Mp 未出現(xiàn)拉應力y=WT-MT2=6742.8920.52-625605.57 20.522 =0.7 Mp遠遠小于巖石的抗滑應力滿足應力條件。第二章 混凝土溢流壩2.1. 設計水位下2.1.1溢流壩孔口尺寸的確定2.1.1.1 溢流壩下泄流量的確定按千年一遇設計涉及洪水位下流量Q泄=5340m3/s,水輪機最大引用流量為77.46 m3/s則通過溢流壩頂?shù)南滦沽髁繛椋?（取=0.8）2.1.2 溢流孔口尺寸確定和布置（無）2.1.3 堰頂高程的確定堰頂高程=設計洪水位-H 設計行進流速：0=QA=534050119.5-70=1.4m/sH=H0-022g=11.65-0.09=7.4m堰=119.5-7.4=112.1mb.校核洪水位 ( Q泄=6600m3/s,H=121m )2.2.1堰頂高程的確定同樣的方法經(jīng)行計算 H=113.82m綜上：堰頂高程=112.1m取單寬流量q為50， 取為102m單孔凈寬度為102/10=10.2m,溢流壩段的閘墩取為4m寬，導墻取2m則溢流壩段的總寬度為：L0=L（n-1）d=102+210=122m2.2.2 閘門高度閘門高度=正蓄-堰+安全高度0.30.5=4.3m所選閘門為：長寬=124.3m22.3.1.2反弧段設計 選擇挑流消能，查水力學（下） 總有效水頭，m；臨界水深（校核洪水位閘門全開時反弧處水深），m；流速系數(shù)查表取0.95。經(jīng)試算， 反孤段半徑，取R=15m鼻坎挑角，取坎頂高程h2=16mH2=H1-Rcos =arctan10.72=540.25H1=h2-Rcos=1615cos300=29mH2=H1-Rcos=20.3mL=Rsin+Rsin- H20.72= 8m反孤段水流速度=2ghc=0.90529.812.66=6.9m/s2.3.1.3 為了保證壩的基本不尺寸不變溢流壩段需要在上游伸出一段因為b3=2 L1=(1.52)b1=4.76.6取L1=5m,L2=2.7m溢流壩斷面如下圖所示：溢流壩剖面圖2.4溢流壩段穩(wěn)定驗算a. 設計水位計算結(jié)果如表所示：2-1表KNKNKNKN力臂104KN104KNG1777.328.092.18G2466.421.641.01G313401.9813.718.361G43782.611.754.5G5235022.395.3U16149.42000U2578.7923.391.4U37345.60.4U41003.7323.712.3PX156.9100.159Py724.9318.391.315PX上11403.216.518.82Py上92461.521.4總30749.218465.9411403156.931.33525.9（詳細內(nèi)容請看計算書）W=2.23104KN P=1.13104KN M =54500KN 穩(wěn)定驗算 K=f(W-U)P=0.682,231041.13104=1.361.1 滿足要求 。b.校核水位 （計算結(jié)果如表所示）2-2表KNKNKNKN力臂104KN104KNG1777.328.092.18G2466.421.641.01G313401.9813.718.361G43782.611.754.5G5235022.395.3U16195.3000U2588.623.391.4U37345.60.4U41030.0523.712.44PX156.9100.159Py724.9318.391.315PX上11966.81720.344Py上85911.521.31總26311.61854711966.8156.932.85927.26W=1.87104KN P=11809.9KN M =55990KN 穩(wěn)定驗算 K=f(W-U)P=0.681.8710411809.9=1.061.05 滿足要求 。 第三章水輪機3.1水輪機水頭的確定3.1.1 的確定1. 校核洪水位+四臺機組滿發(fā) Z=88.783m= Z- Z=121-88.78=32.22m=98%32.22=31.58m2. 設計洪水位+四臺機組滿發(fā) Z=119.5m， Z=88.72m=119.5-88.72=30.78m=98%30.78=30.2m3. 正常蓄洪水位+一臺機組發(fā)電 Z116m 12MWNR100MW 水輪機為中型水輪機則k=8.08.5,且 K=9.81=0.820.85根據(jù)N=9.8QH ，水電站的效率一般為85%即=85%.表3-1試算過程Q（）Z（m）Z(m)(m)(m)(萬KW)7111684.94331.05730.441.759757211684.94631.05430.431.783957311684.82731.04930.491.81229 7273之間又插值計算，N=1.8萬KW 72.51m3/s,Z下=84.888m 取84.89m.=116-84.89=31.11m=98%31.11=30.49m=max31.58,30.2,30.49=31.58m3.1.2設計低水位的確定設計低水位（即設計死水位）+機組滿發(fā) Z108.5m發(fā)電機出力N=1.84=7.2萬KW 表3-2試算過程Q（）Z（m）Z(m)(m)(m)(萬KW)400108.586.00222.00222.057.19962350108.586.00622.49422.047.232089300108.586.0122.4922.047.26298 由NQ關系曲線，N=7.2萬KWQ=401.03 Z=86.002m=22.5m=98%22.5=22.05m 即 22.05m 水頭（22.0531.58）3.1.3 的確定加權(quán)平均水位=26.82m引水式水電站=26.82m3.2 水輪機型號選擇： 根據(jù)該水電站的水頭工作范圍22.0531.58，查水電站教材型譜表選擇合適的水輪機型有HL240、ZZ440種?，F(xiàn)將這二種水輪機作為初選方案，分別求出其有關參數(shù)，并進行比較分析。3.2.1 HL240型水輪機方案的主要參數(shù)選擇3.2.1.1查表水電站3-6得限制工況下單位流量Q1M=1240L/S=1.24m3/S效率hm90.4，由此初步假定原型水輪機在此工況下的單位流量Q1Q1M=1.24m3/S,效率92轉(zhuǎn)輪直徑(假定=92%)=3.47 m 取標稱直徑 =3.5m3.2.1. 2.轉(zhuǎn)速n的計算HL240型水輪機在最優(yōu)工況下單位轉(zhuǎn)速n10M=72r/min, 初步假定n10=n10M；取與之接近而偏大的同步轉(zhuǎn)速n=107r/m 3.2.1.3 效率及單位參數(shù)修正HL240最優(yōu)工況下Mmax=92%,模型轉(zhuǎn)輪直徑D1M=0.46m則原型效率則效率正修正值94.692%=2.7%考慮到模型與原型水輪機在制造工藝質(zhì)量上的差異，在求的值中減去一個修正值。取=1%，則=2.7%1%=1.6%由此可得原型水輪機在最優(yōu)工況下和限制工況下的效率為： 單位轉(zhuǎn)速的修正：，當 時，單位轉(zhuǎn)速、單位流量可不加修正；由于，故單位轉(zhuǎn)速、單位流量不加修正；由上可見：原假定92%，是正確的，那么D13.50m ，n=107r/min也是正確的；3.2.1.4 工作范圍的檢驗在選定D1=3.50m、n=107r/min后，水輪機的及各種特征水頭相對應的即可計算出來。水輪機在、下工作時，其即為，故1.221m3/s1.24 m3/s水輪機的最大引用流量：與特征水頭、相對應的單位轉(zhuǎn)速為：在HL240型水輪機模型綜合特性曲線圖上分別繪出，和的直線，這三條直線所圍成的水輪機工作范圍基本上包含了該特征區(qū)線的高效區(qū)（水電站機電設備，P65）所以對于HL240型水輪機方案所選參數(shù)D1=3.50m、n=107r/min是合理的。3.2.1.5 吸出高度計算由水輪機的模型轉(zhuǎn)輪主要參數(shù)表中可查得相應的氣蝕系數(shù)為，并且查得氣蝕系數(shù)的修正值約為，則：可見，HL200型水輪機方案的吸出高度滿足電站要求。3.3 ZZ440型水輪機方案的主要參數(shù)選擇3.3.1 轉(zhuǎn)輪直徑D1查表水電站3-7得限制工況下單位流量Q1M=1650L/S=1.65m3/S,同時可查的該工況下的氣蝕系數(shù)，HS=-4 時相應的為：=10-