湖南鎮(zhèn)水電站設計及岔管結構計算的設計說明書

摘要湖南鎮(zhèn)水電站座落于浙江省烏溪江，屬于梯級開發(fā)電站，根據地形要求，其開發(fā)方式為有壓引水式。壩區(qū)地質條件較好，主要建筑物（砼非溢流壩），泄水建筑物（砼溢流壩），引水建筑物（有壓引水遂洞，壓力鋼管，調壓室），地面廠房。水庫設計洪水位238m（千年一遇），相應的下泄流量5500m3/s；校核洪水位240m（萬年一遇），相應的下泄流量9700m3/s；正常擋水位230m.本設計確定壩址位于山前巒附近，非溢流壩壩頂高程241.7m。壩底高程112m。最大壩高129.7m。上游折坡坡度1：0.15，下游壩坡坡度1：0.8，溢流壩堰頂高程222.7m。引水遂洞進口位于壩址上游凹口處，遂洞全長1100m。洞徑8.4m，調壓室位于廠房上游280m左右處，高程180m的山巒上，型式為差動式。廠房位于下游荻青位置。設計水頭91.77m，裝機容量44.5=18萬kw，主廠房凈寬17.0m，總長54.4m。水輪機安裝高程116.74m，發(fā)電機層高程126.7m，校核尾水位129.5m。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。由此可見，本設計是合理可行的。關鍵詞：水利樞紐；擋水建筑物；泄水建筑物；穩(wěn)定；應力；水輪機；選型；引水隧洞；調壓室；廠房； Abstract The HuNan Town hydropower station is located in ZheJiang province ,which belongs to a chain of exploitation .According to the demand of topographic form ,I choose diversion hydropower station . The geology condition is good .The main construction conclude the water retaining structure (the concrete non over-fall dam) ,the release works (the concrete over fall dam) ,the diversion structure (pressure seepage tunnel ,the surge-chamber ) ,and the surface power station .The design water level is 238 m ,its corresponding flow amount is 5500 m3/s .The check level is 240 m ,its corresponding flow is 9700 m3/s .The regular water retaining level is 230m .The dam site is near the former saddle .The crest elevation of the non-over-fall dam is 241.7 m ,and the base elevation is 112m ,The max height of the dam is 129.7 m ,The upstream dam slope is 1:0.15 ,the downstream dam slop is 1:0.8 ,the spillway crest elevation is 222.7 m .The inducer of the seepage tunnel is located at the recess place ,The length of tunnel is 1100 m ,the diametric of which is 8.4 m .The surge-chamber is located at the mountain , which is 280 m from the work shop building and is type is differential motion.The workshop building is located at downstream ,the design level of the turbine is 91.77 m , the equipped capacitor is 18.0104kw ,the clean width is 17.0 m , its whole length is 54.4 m . The fix level of the turbine is 116.74 m , and the height lf dynamo is 126.7 m , the level of the adjustment bay is 129.5 m (higher of the downstream water level 0.5 m ) . Near the workshop building , there are switch station and the main transformer and so on .目 錄摘要IAbstractII目 錄III第一章設計基本資料- 1 -1.1.地理位置- 1 -1.2.水文與氣象- 1 -1.2.1.水文條件- 1 -1.2.2.氣象條件- 2 -1.3.工程地質- 3 -1.4.交通狀況- 3 -1.5.既給設計控制數(shù)據- 3 -第二章樞紐布置、擋水及泄水建筑物- 5 -2.1.樞紐布置- 5 -2.1.1.樞紐布置形式- 5 -2.1.2.壩軸線位置比較選擇- 5 -2.2.擋水及泄水建筑物- 5 -2.2.1.壩高確定- 5 -2.2.2.擋水建筑物砼重力壩- 6 -2.2.2.1.基本剖面- 6 -2.2.2.2.實用剖面- 7 -2.2.2.3.壩基面穩(wěn)定及應力計算- 8 -2.2.3.泄水建筑物砼溢流壩- 12 -2.2.3.1.堰頂高程- 12 -2.2.3.2.溢流壩實用剖面設計- 13 -2.2.3.3.溢流壩穩(wěn)定應力計算- 15 -2.3.壩內構造- 19 -2.3.1.壩頂結構- 19 -2.3.1.1.非溢流壩- 19 -2.3.1.2.溢流壩- 19 -2.3.2.壩體分縫- 19 -2.3.3.壩內廊道- 19 -2.3.4.壩基地基處理- 20 -2.4.溢流壩消能防沖措施- 20 -第三章 水輪機選型- 22 -3.1.水頭Hmax、Hmin、Hr確定- 22 -3.1.1.Hmax 的可能出現(xiàn)情況（水頭損失按2%計）- 22 -3.1.2.Hmin 的可能出現(xiàn)情況（水頭損失按2%計）- 23 -3.1.3.Hav 的確定- 23 -3.1.4.Hr的確定- 23 -3.2.水輪機選型比較- 23 -3.2.1.HL200水輪機方案的主要參數(shù)選擇- 23 -3.2.2.HL180水輪機方案主要參數(shù)選擇- 25 -3.2.3.HL200和HL180方案參數(shù)對照表- 27 -3.2.4.水輪機安較高程- 28 -第四章 水電站廠房- 29 -4.1.廠房內部結構- 29 -4.1.1.水輪機發(fā)電機外形尺寸估算- 29 -4.1.2.水輪機蝸殼及尾水管- 29 -4.1.3.調速系統(tǒng)，調速設備選擇- 30 -4.1.4.起重機設備選擇- 32 -4.2.主廠房尺寸- 34 -4.2.1.長度- 34 -4.2.2.廠房各層高程的確定- 35 -4.3.廠區(qū)布置- 35 -第五章 水電站引水建筑物- 37 -5.1.引水隧洞整體布置- 37 -5.1.1.隧洞洞徑- 37 -5.1.2.隧洞進口段- 37 -5.2.細部構造- 37 -5.2.1.隧洞洞徑- 37 -5.2.2.隧洞進口段- 38 -5.2.3.隧洞細部構造- 38 -5.2.4.閘門斷面尺寸- 39 -5.2.5.進口底高程的計算- 39 -5.2.6.隧洞漸變段- 39 -5.3.壓力管道設計- 39 -5.4.調壓室設計- 40 -5.4.1.根據近似準則判斷是否要設調壓室- 40 -5.4.2.計算調壓室托馬斷面- 41 -5.4.3.調壓室選型的方案比較- 42 -簡單式方案- 42 -阻抗式方案 -43差動式方案- 44 -第六章 岔管專題設計- 45 -6.1.岔管的布置原則- 45 -6.2.岔管形式的選擇- 45 -6.3.設計工況分析、荷載和允許應力要求- 45 -6.4.結構設計- 46 -6.4.1.管壁厚度的計算- 46 -6.4.2.岔管體形設計- 47 -6.4.2.1.腰線轉折角- 47 -6.4.2.2.公切球半徑- 48 -6.4.2.3.本體三錐沿腰線的節(jié)距- 48 -6.4.3.肋板計算- 49 -6.4.3.1.三錐兩兩交線與三錐- 49 -6.4.3.2.肋板頂點的位置c的計算- 50 -6.4.3.3.肋板與主岔、支岔- 51 -6.4.3.4.主岔、支岔兩錐對肋板中央截面的作用力- 52 -6.4.3.5.肋板寬度（）和厚度（）- 54 -參考文獻- 55 -畢設感想- 56 -V第一章 設計基本資料1.1. 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。1.2. 水文與氣象1.2.1. 水文條件湖南鎮(zhèn)壩址斷面處多年平均徑流量為83.0m3/s。壩址斷面處山前巒水位流量關系曲線水位（m）122.71123.15123.5124.04125.4126.6128.5流量（m3/s）105010020050010002000水位（m）130.1132.6135.3137.6139.8141.8流量（m3/s）300050007500100001250015000壩址斷面處山前巒水位流量關系曲線電站廠房處獲青水位流量關系曲線水位（m）115115.17115.39115.57115.72115.87116流量（m3/s）1020406080100120水位（m）116.13116.25116.37116.47117.05117.9118.5流量（m3/s）1401601802004007001000水位（m）119.45120.3121.97123.2125.65127.8129.8流量（m3/s）150020003000400060008000100001.2.2. 氣象條件烏溪江流域屬副熱帶季風氣候，多年平均氣溫10.4，月平均最低氣溫4.9，最高氣溫28；7、8、9月份會受臺風過境影響，時有臺風暴雨影響。1.3. 工程地質本工程曾就獲青、項家、山前巒三個壩址進行地質勘測工作，經分析比較，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，壩址地質構造條件一般較簡單，經壩基開挖僅見數(shù)條擠壓破碎帶，產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。壩址主要工程地質問題為左岸順坡裂隙、發(fā)育，差不多普及整個山坡，其走向與地形地線一致，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，故壩基和壩肩滲透極微，帷幕灌獎深度可在設計時根據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，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。1.4. 交通狀況壩址至衢縣的交通依靠公路，衢縣以遠靠浙贛鐵路。1.5. 既給設計控制數(shù)據a .校核洪水位：240.00m，校核最大洪水下泄流量9700m3/s，相應的水庫庫容2095.97108m3b .設計洪水位：238.00m，設計洪水最大下泄流量5500m3/sc .設計蓄水位：230.00md .設計低水位：190.00me .裝機容量：44.5Mw，即18 萬kw- 3 -第二章 樞紐布置、擋水及泄水建筑物2.1. 樞紐布置2.1.1. 樞紐布置形式因壩址附近河道蜿蜒曲折，多年平均徑流量83.0m3/s，較??；河床坡度比降1/1000，故根地形條件選用有壓引水式地面廠房方案。上游山前巒斷面布置擋水建筑物及泄水建筑物，大壩右岸上游約150m處有天然凹口，在此布置引水隧洞進水口。下游獲青處布置地面廠房，開關站等建筑物，具體位置見樞紐布置圖。2.1.2. 壩軸線位置比較選擇根據已知資料，山前巒壩址地形圖，選擇兩條壩軸線。a線沿東西向與河道垂直，縱坐標76380，b線也沿東西向，縱坐標76370。a線總長428m，穿過左岸部分裂隙；b線總長425m，避開左岸裂隙。由于壩軸線較短，穿過裂隙不多可作地基處理故選擇a 線方案。2.2. 擋水及泄水建筑物2.2.1. 壩高確定根據水電站裝機18萬kw，水庫總庫容2095.97108m3，取工程規(guī)模為大（1）型，主要建筑物級別：1級，次要建筑物：2級，臨時建筑物：4級。壩頂超出靜水位高度hh = h1+ho+hchl波浪涌高ho波浪中線高出靜水位高度hc安全超高a. hl=0.166vf5/4D1/3 vf 風速D 吹程b. ho=cthc. hc-查水工建筑物（上）河海大學出版社 P53表2-8基本組合：hc=0.7m，特殊組合hc=0.5m 設計洪水位+h=241.74m壩頂高程=max校核洪水位+h=241.55m則壩頂高程為241.7m。查壩軸線工程地質剖面圖，得出可利用基巖最低點高程112.0m，由此知大壩實際高度為241.7-112.0=129.7m。2.2.2. 擋水建筑物砼重力壩2.2.2.1. 基本剖面由于電站形式為引水式，在右岸設有壓進水口，上游壩坡坡度不受限制，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/H= （應力條件） B= （穩(wěn)定條件）B壩底寬度H實際壩高（基本剖面H=241.7-112=129.7m）壩體材料容重（23.5）水的容重(10)揚壓力折減系數(shù)k基本組合安全系數(shù)圖2-1 非溢流壩基本剖面示意圖取=0 計算得 B=106.8m上游折坡系數(shù) n=0 m=0.82 根據工程經驗，一般上游坡n=00.2,下游坡m=0.60.85,壩底寬約為壩高的0.70.9，故取n=0.15，m=0.8， B/H滿足要求2.2.2.2. 實用剖面壩頂寬度=8%10%H=12m?？紤]壩體的穩(wěn)定在上游側距壩底60m高處設一折坡，坡度為1：0.15。灌漿廊道距壩底5m，距上游壩面13m，廊道寬2.5m，高3.5m。2.2.2.3. 壩基面穩(wěn)定及應力計算（1） 穩(wěn)定及應力計算設計洪水位情況下設計狀況下壩基面穩(wěn)定應力計算荷載名稱垂直力(KN)水平力(KN)力臂(m)彎矩(KNm)自重 G16345 48.9 310270.5 G236575.4 39.9 1459358.46 G3115817.4 4.3 498014.82 水壓力P179380 42 3333960 P22234.5 7.05 15753.225 P38640 50.87 439516.8 P41787.6 47.85 85536.6浪壓力P197.05 121.845 11825.06 揚壓力U123211.7 0.00 0U25111.9 50.57 258493.0 U33407.95 48.4 164944.78 U412688.06 9.6 122228.3 抗滑穩(wěn)定計算： K= / ：摩擦系數(shù)，混凝土與基巖之間，取為0.68 ：作用于滑動面以上的力在鉛直方向投影的代數(shù)和；：作用于滑動面以上的力在水平方向投影的代數(shù)和；經計算，K=1.1=1.1故滿足抗滑穩(wěn)定要求。應力計算（計入揚壓力）：上游面正應力；：下游面正應力；B：計算截面沿上下游方向的寬度；：所有外力對計算截面形心彎矩的矢量和。經計算， =512kPa =1760.24kPa故應力滿足要求。上游折坡處：設計狀況上游折坡面穩(wěn)定應力計算：荷載名稱垂直力(KN)水平力(KN)力臂(m)彎矩(KNm)重力G119655.4 20.4 400970.16G224449.4 0.8 19559.52水壓力P121780 22 479160浪壓力P197.052 64.8856297.22揚壓力U11056 25.07 26470.4U2528 24.4 12883.2U33220.8 6.1319754.24抗滑穩(wěn)定計算：經計算，K=1.221.1故滿足抗滑穩(wěn)定要求。應力計算（計入揚壓力）：得=477.37KPa，=1011.27KPa故應力滿足要求。（2） 校核洪水位壩基面：校核狀況下壩基面穩(wěn)定應力計算荷載名稱垂直力(KN)水平力(KN)力臂(m)彎矩(KNm)自重 G1634548.9310270.5G236575.439.91459358.46G3115817.44.3498014.82水壓力P18192042.673495253.3P23206.58.4427067.1P3882049.94440478P42565.2248.15123507.5浪壓力P197.05123.84512019.16揚壓力U127805.75200U25005.45550.57253125.86U33336.9748.4164509.35U412423.7969.6119268抗滑穩(wěn)定計算：經計算，K=1.05=1.05故滿足抗滑穩(wěn)定要求。應力計算（計入揚壓力）：求得=395.59KPa，=1818.45KPa,故應力滿足要求。上游折坡面：校核狀況上游折坡面穩(wěn)定應力計算荷載名稱垂直力(KN)水平力(KN)力臂(m)彎矩(KNm)自 重G119655.420.4400970.16G224449.40.819559.52水壓力P123120 22.67524053.3浪壓力P118.967.151269.135揚 壓 力U1108825.0727272.53U254424.413273.6U33318.46.1320352.85抗滑穩(wěn)定計算：經計算，K=1.151.05故滿足抗滑穩(wěn)定要求。應力計算（計入揚壓力）：=384.96KPa，=1098.16KPa,故應力滿足要求。2.2.3. 泄水建筑物砼溢流壩2.2.3.1. 堰頂高程壩址巖基狀況良好，故取設計況下的單寬流量q=90m3/s,則過頂流量Q=Qs-aQ0=5500-0.9*57.28=5448.45m3/s,設計狀況下洪水下泄量來自溢流壩和電站廠房部分.則溢流壩前緣總凈寬 L=5448.45/90=60.54m，。溢流堰取5孔13m，邊墩取2m，閘墩取4m。計算堰上水頭 （設計狀況下）ho=（）2/3m流量系數(shù) 設計水頭下取0.52側收縮系數(shù) =0.90.95g重力加速度試算得 ho=12.06m重新試算得 ho=11.78m上游按照體形計算,則A0=126*295=37170m2 V0=0.147m/s,即得Hd=11.78m,則堰頂高程為226.22m校核狀況下Q=9700-0.9*57.28=9648.45m3/s試算得 ho=17.65m重新試算得 h0=17.25m則V0=0.256m/s,即得Hd=17.24m,則堰頂高程為222.7m故堰頂高程需按校核狀況設計取堰頂高程為222.7m,設計蓄水位為230m,取閘門高度8m 231 226.2+安全超高0.5=7.8m閘門合理高寬比在1.52.0范圍內,經檢驗符合,故采用.2.2.3.2. 溢流壩實用剖面設計設計堰上水頭Hd=17.24m下游段設計:下游溢流面曲線采用WES曲線 Xn=KHdn-1y Hd定型設計水頭 Kn 與上游壩面坡度有關的系數(shù)和指數(shù)（查手冊知k=2, n=1.85） Y=x1.85/(217。240.85)則與非溢流壩段下游相切的點處滿足如下方程:Y=1.85*X0.85/(2*17.240.85)=1.25即解得相應的解答 y=16.60 x=24.57上游段設計:上游若也做成WES曲線,則相應的高程處的寬度大于非溢流壩段處的寬度,故上游處做成倒懸形式,同時也有利于閘墩的放置.上游倒懸呈橢圓曲線形式,滿足方程:X2/(aHd)2+(bHd-y)2/(bHd)2=1.0其中根據規(guī)范取a=0.3 b=0.17,即aHd=5.17 bHd=2.92且dHmax/2,則取d=8m.溢流壩面曲線示意圖反孤段設計：查水力學（下） P53 取=0.95， q=114.12m3/s(校核狀況下泄流量)T0=hc0+q02/2g2hc02To- 總有效水頭Hco-臨界水深（校核洪水位閘門全開時反弧處水深）流速系數(shù)查表取0.95下游尾水位137.3m，故取挑坎高程137.3+12m=139mTo=240-112-24.6=103.4m試算得hco=2.7m則及孤段半徑R（610）hco=21m 鼻坎挑角30度2.2.3.3. 溢流壩穩(wěn)定應力計算設計洪水位情況(壩基處)：荷載計算荷載名稱垂直力(KN)水平力(KN)彎矩(KN.m)力臂(m)自 重G1278.612724.645.7G271333665.347.2G36345303925.547.9G42406.2106895.444.4G559125.21891824.232.0G673967.2112676.51.53G78848.7335119.737.8G85566.9275393.249.5水 壓 力P178210.03198440.340.9P22234.515745.87.05P37014.4405432.357.8浪壓力P197.0511825.1121.845揚 壓 力U123112.30U25437.1269498.949.6U32718.6128861.647.4U49912.392184.49.3動水壓力Px744.246698.662.75Py595.43393.85.7Dx976.424323.324.9Dy5182.2215409.941.6穩(wěn)定計算：由上表得K= / =1.181.10應力計算: 則得: =360.4kpa=2030.4kpa滿足要求。折坡處:荷載計算荷載名稱垂直力(KN)水平力(KN)彎矩(KN.m)力臂(m)自 重G1278.67570.527.2G271320180.528.3G31066.727654.225.9G424481.5341923.714.0G510930.4198787.518.2水 壓 力P120609.6413849.920.1P2866.823575.627.2浪壓力P197.056297.2264.885揚 壓 力U1105626470.425.1U252813094.424.8U33220.819754.246.1動水壓力Px404.76900.117.05Py323.84131.712.76穩(wěn)定計算: K=1.131.10 滿足要求應力計算: =93.3kpa =1189.1kpa滿足要求.校核洪水位情況:壩基處:荷載計算荷載名稱垂直力(KN)水平力(KN)彎矩(KN.m)力臂(m)自 重G1278.612724.645.7G271333665.347.2G36345303925.547.9G42406.2106895.444.4G559125.21891824.232.0G673967.2112676.51.53G78848.7335119.737.8G85566.9275393.249.5水 壓 力P180423.553320966.841.3P23206.527067.18.4P37014.4405432.357.8浪壓力P118.92403.1127.15揚 壓 力U127299.30U25339.2264821.949.6U32669.6126537.947.4U49733.790523.39.3動水壓力Px744.246698.662.75Py595.43393.85.7Dx1729.143055.724.9Dy9177.6381787.641.6穩(wěn)定計算：K=1.171.05 滿足要求.應力計算: =238.1kpa =2155.1kpa滿足要求折坡處:荷載計算荷載名稱垂直力(KN)水平力(KN)彎矩(KN.m)力臂(m)自 重G1278.67570.527.2G271320180.528.3G31066.727654.225.9G424481.5341923.714.0G510930.4198787.518.2水 壓 力P121623.6439554.820.3P2970.228186.529.05浪壓力P118.91269.167.15揚 壓 力U1108827308.825.1U254413491.224.8U33318.420242.26.1動水壓力Px404.76900.117.05Py323.84131.712.76穩(wěn)定計算: K=1.241.05 滿足要求應力計算: =148kpa =1320.4kpa滿足要求.2.3. 壩內構造2.3.1. 壩頂結構2.3.1.1. 非溢流壩壩頂款寬12m，兩邊設擋浪墻，兼做壩頂欄桿使用；路面中間高，兩邊低，呈圓拱狀，以便于排水，道路兩旁設排水管，具體布置見大圖。2.3.1.2. 溢流壩為便于布置上游側檢修閘門和工作閘門，溢流壩段壩頂較非溢流壩段向上游伸出，具體尺寸見大圖。壩上布置門機軌道，溢流堰上設置兩個閘門，上游側檢修閘門，堰頂略下游處布置工作閘門。閘墩寬度4m，故溢流壩段總長85m。2.3.2. 壩體分縫溢流壩段和非溢流壩段縱縫間距均為17m，具體位置見正圖。2.3.3. 壩內廊道沿壩基帷幕灌漿廊道向上，間隔30m布置一層廊道，共分四層，每層縱向廊道布置向下游延伸的橫向廊道，并在下游再布置一條或兩條、三條縱向貫穿廊道作為連接。非溢流壩段從上往下第二和第三層靠近岸坡的橫向廊道貫穿至下游，其余層橫向廊道均均不貫穿。2.3.4. 壩基地基處理由于壩址處巖基抗?jié)B性較好，故防滲帷幕灌漿處理比較簡單。左岸有斷層破碎帶貫穿整個山坡，故需進行灌槳加固處理，除適當加深表層砼塞外，仍需在較深的部位開挖若干斜并和平洞，然后用砼回填密實，形成由砼斜塞和水平塞所組成的剛性支架，用以封閉該范圍內的破碎充填物，限制其擠壓變形，減小地下水對破碎帶的有害作用。河床段及右岸靠近河床段的裂隙，采用砼梁和砼拱進行加固，具體分法是將軟弱帶挖至一定深度后，回填砼以提高地基局部地區(qū)的承載力。2.4. 溢流壩消能防沖措施 由于壩址處基巖較好，為了減少造價，采用較為經濟的挑流消能這種消能方式。挑距 L：水舌距(m)；：坎頂水面流速（m/s）可取坎頂平均流速的1.1倍；：鼻坎挑射角度，本工程為300；h1：坎頂平均水深在鉛直方向的投影；h2：坎頂至河床表面高差（m）；g：重力加速度。計算得L211.89m。沖坑深度tr: tr：沖刷坑深度；H：上下游水位差；hK：取決于出坎單寬流量q的臨界水深，：取決于巖石抗沖刷能力的無因次參數(shù)，對于中等的巖石=1.11.4，此處取1.4。計算得：tr24.3m。由于下游基巖質量較好，且水流沿河道較平順，故抗沖刷措施比較簡單。只需在溢流壩與非溢流壩交界處設2m寬的導水墻，下游岸坡做簡單防浪措施即可。- 55 -第三章 水輪機選型3.1. 水頭Hmax、Hmin、Hr確定3.1.1. Hmax 的可能出現(xiàn)情況（水頭損失按2%計）1）校核洪水位，全部機組發(fā)電：由Q泄=9700m3/s查獲青處水位流量關系曲線的下游水位：Z下=129.5m，H1=98% （Z上Z下 ）=108.29m2）設計洪水位，全部機組發(fā)電：由Q泄=5500m3/s查獲青處水位流量關系曲線的下游水位：Z下=125.04m，H2=98% （Z上Z下 ）=110.70m3）正常蓄水位，一臺機組發(fā)電：N=9.81QH=AQH=8.3QH(因為N=18萬千瓦，屬中型水電站)（3.1） 假設Q=50m3/s，則：Z下=115.645m，H3=Z上Z下 =114.355mN=AQH=4.746萬Kw（3.2） 假設Q=40m3/s，則：Z下=115.39m，H3=Z上Z下 =114.61mN=AQH=3.805萬Kw（3.3） 假設Q=45m3/s，則：Z下=115.435m，H3=Z上Z下 =114.565mN=AQH=4.279萬Kw由（3.1）、（3.2）、（3.3）得NQ關系曲線：由N=4.5萬Kw查NQ關系曲線得：Q=47.34m3/s Z下=115.45606mH3=98% (Z上Z下 )=112.25m綜合1、2、3得：Hmax=112.25m3.1.2. Hmin 的可能出現(xiàn)情況（水頭損失按2%計）設計低水位時全部機組發(fā)電：1） 假設Q=200m3/s，則：Z下=116.47m，H3=Z上Z下 =73.53mN=AQH=12.206萬Kw2） 假設Q=300m3/s，則：Z下=116.76m，H3=Z上Z下 =73.24mN=AQH=18.237萬Kw3）假設Q=290m3/s，則：Z下=116.731m，N=AQH=17.636萬Kw由1、2、3得NQ關系曲線如右圖所示：由N=20萬Kw查NQ關系曲線得：Q=296.05m3/s Z下=116.749mHmin=98% (Z上-Z下)=71.79m3.1.3. Hav 的確定Hav=(Hmax+Hmin)/2=91.77m3.1.4. Hr的確定因為本水電站為引水式電站，所以Hr=Hav=91.77m3.2. 水輪機選型比較根據水頭工作范圍和設計水頭查資料選擇水輪機型是為HL200或HL180。3.2.1. HL200水輪機方案的主要參數(shù)選擇1）轉輪直徑D1：查表水電站3-6，得限制工況下單位流量Q11M=950L/s=0.95m3/s,效率M89.4，由此初步假定原型水輪機在此工況下的單位流量Q11Q11M=0.95m3/s，效率90.7。取gr=96%,則水輪機額定力Nr=4.5964.6875萬KW設計水頭Hr為91.77m，所以：=2.512m， 取與之相近而偏大的標稱直徑D12.75m2）轉速n計算：HL200最優(yōu)工況下轉速n110M68r/min假設n110n110M68r/min 則 取偏小并與之相近的同步轉速n250r/min 。3）效率及單位參數(shù)的修正HL200最優(yōu)工況下Mmax=90.7%,模型轉輪直徑D1M=0.46m則原型效率 Mmax：模型最優(yōu)工況下效率； D1M：模型轉輪直徑。則效率正修正值 maxMmax= 2.8%,取=1.0%，則=1.8%，max=Mmax+=92.5%，=M+=91.2%，與假設值不相同。故假定=91.2%,重新代入則得之值與現(xiàn)在假設相同,故=91.2%.單位轉速n的修正值:=0.99%3%，所以單位轉速可不加修正，同時單位流量也可不加修正。綜上，轉輪直徑D1=2.75m以及轉速n=250r/min的計算及選用是正確的。最后求得91.2%，D12.75m，n=250r/min。4）工作范圍檢驗：水輪機在Hr、Nr條件下工作時： 所以水輪機最大引用流量Qmax=57.09m3/s與特征水頭Hmax、Hmin、Hr相對應的單位轉速為：n1min=64.89r/min n1max=81.14r/min n1r=71.77r/min5）吸出高度Hs計算 ：水輪機安裝位置的海拔高程，初始計算取下游平均水位海拔，本工程取為115m；：模型氣蝕系數(shù)，查模型綜合特性曲線得0.088；：氣蝕系數(shù)修正值，有Hr=94.92m查表得0.02；H：水輪機設計水頭。計算得Hs0.22m4m，吸出高度滿足要求。3.2.2. HL180水輪機方案主要參數(shù)選擇1）轉輪直徑D1：查表水電站3-6，得限制工況下單位流量Q11M=860L/s=0.86m3/s,效率M89.5，由此初步假定原型水輪機在此工況下的單位流量Q11Q11M=0.86m3/s，效率92。取gr=96%,則水輪機額定力Nr=4.5/974.6875萬KW設計水頭Hr為91.77m，所以：=2.62m，取與之相近而偏大的標稱直徑D12.75m2）轉速n計算：HL180最優(yōu)工況下轉速n110M67.0r/min假設n110n110M67r/min 則 取偏大并與之相近的同步轉速n250r/min 。3）效率及單位參數(shù)的修正HL180最優(yōu)工況下Mmax=92%,模型轉輪直徑D1M=0.46m則原型效率則效率正修正值 maxMmax= 2.4%,取=1%，則=1.4%，max=Mmax+=93.4%，=M+=90.9%，與假設值不相同。重新假設帶入計算,則得之值與現(xiàn)在假定相同,故=90.9%單位轉速n的修正值=0.76%3%，所以單位轉速可不加修正，同時單位流量