沙溪口水電站設計及廠房整體穩(wěn)定性分析計算書

1、目錄目錄 摘要摘要.- 3 - 中文摘要 .- 3 - 關鍵字 .- 3 - abstract .- 4 - keywords .- 5 - 1 樞紐布置樞紐布置.- 5 - 2 重力壩擋水壩段設計重力壩擋水壩段設計.- 5 - 2.1 剖面設計.- 5 - 2.1.1 壩頂高程 .- 5 - 2.1.2 壩頂寬度 .- 6 - 2.1.3 上游折坡的起坡點位置 .- 7 - 2.1.4 上下游邊坡 n、m.- 7 - 2.2 荷載的計算.- 7 - 2.2.1 自重 .- 8 - 2.2.2 上下游水壓力 .- 8 - 2.2.3 揚壓力 .- 9 - 2.2.4 浪壓力 .- 11 - 2

2、.2.5 地震荷載和冰壓力 .- 11 - 2.3 擋水重力壩的穩(wěn)定分析.- 12 - 2.3.1 設計水位情況下荷載計算 .- 12 - 2.3.2 校核水位下的荷載計算 .- 14 - 2.3.3 正常蓄水位下的荷載計算 .- 15 - 3 重力壩溢流壩段設計重力壩溢流壩段設計.- 17 - 3.1 溢流壩段剖面設計.- 17 - 3.1.1 堰頂高程 .- 18 - 3.1.2 堰面曲線 .- 19 - 3.1.3 消能方式 .- 20 - 3.2 荷載的計算 .- 21 - 3.2.1 自重 .- 21 - 3.2.2 上下游水壓力 .- 22 - 3.2.3 揚壓力 .- 22 -

3、3.3 穩(wěn)定與應力分析 .- 24 - 3.3.1 設計水位下的荷載計算 .- 24 - 3.3.2 校核水位下的荷載計算 .- 26 - 4 水電站機電設備選擇水電站機電設備選擇.- 29 - 4.1 特征水頭的選擇.- 29 - 4.1.1 hmax 的選擇.- 29 - 4.1.2 hmin的選擇.- 30 - 4.2 水電站水輪機組的選型.- 30 - 4.2.1 zz460 水輪機方案的主要參數(shù)選擇 .- 31 - 4.2.2 zz560 水輪機方案的主要參數(shù)選擇 .- 31 - 4.3 發(fā)電機的選擇與尺寸估算 .- 34 - 44 調(diào)速器與油壓裝置的選擇.- 35 - 4.4.1

4、調(diào)速功計算 .- 35 - 4.4.2 接力器的選擇 .- 35 - 4.4.3 調(diào)速器的選擇 .- 36 - 4.4.4 油壓裝置 .- 36 - 4.5 廠房橋吊設備的選擇.- 36 - 5 水電站廠房水電站廠房.- 38 - 5.1 蝸殼和尾水管的計算.- 38 - 5.2 主廠房各層高程及長寬尺寸的確定.- 41 - 5.2.1 主廠房各層高程 .- 41 - 5.2.2 主廠房平面尺寸 .- 43 - 5.3 廠房進水段.- 44 - 6 水電站廠房的穩(wěn)定計算水電站廠房的穩(wěn)定計算.- 45 - 6.1 荷載的計算.- 45 - 6.1.1 浪壓力 p3， （h1l1）深水波.- 45

5、 - 6.1.2 泥沙壓力 .- 45 - 6.1.3 水壓力 .- 46 - 6.1.4 自重 w1.- 46 - 6.1.5 機電設備重 g .- 47 - 6.1.6 基礎揚壓力 .- 47 - 6.2 廠房抗滑穩(wěn)定計算.- 49 - 6.2.1 正常運行（考慮兩種水位組合） .- 49 - 6.2.2 非常運行情況 .- 50 - 6.2.3 機組大修情況 .- 50 - 6.2.4 施工情況(二期混凝土未澆注).- 50 - 摘要 中文摘要 沙溪口水電站是福建省閩江流域的一個梯級電站，位于閩江支流西溪上，距 離平市 14km，距福州市 135km，三明市 95km。該電站以發(fā)電為主，

6、兼有航運過木 等綜合效益，電站總裝機容量 4x6.75 萬千瓦。水庫正常蓄水位 87.80m 高程，電 站保證出力 50 萬千瓦。300t 級船閘航運外，兼有過木過竹作用。該電站為低水 頭徑流式電站，庫容 1.54 億立方米，沒有防洪效益。 該工程為二等工程，樞紐主要建筑物按二級建筑物，次要建筑物級別三級， 臨時建筑物四級設計。電站水利樞紐由重力擋水壩、溢流壩、河床式廠房、開關 站和通航建筑物組成。 沙溪口水利樞紐工程采用重力壩擋水，壩頂高程 94.00m，壩軸線總長 610.0m。溢流壩位于左岸主河槽中，為 16 孔單寬 17.00m 開敞式表孔泄流，總長 304m，堰頂高程 78.5m，溢

7、流壩下游采用底流消能。發(fā)電廠廠房位于河道右岸， 廠房尺寸 128m*68m*50.75m（長*寬*高） ；四臺機組發(fā)電，單機裝機 67.5mw,110 kv 和 220kv 輸電，開關站位于右岸裝配廠下游。船閘設于左岸主河槽中，采用 一級船閘。詳見樞紐布置圖。 關鍵字 沙溪口、河床式廠房、重力壩、溢流壩、水輪機、發(fā)電機、高程、穩(wěn)定、應 力、揚壓力 abstract shaxikou hydropower station is one of the cascade development in the minjiang river basin in fujian province. it is

8、located on xixi river, a tributary in the upper reach of minjiang river, 14km upstream of nanping city，135km upstream of fuzhou city，95km upstream of sanming city. the main function of shaxikou project is to generate electricity for the fujian provincial power system. after the project being complet

9、ed the navigability of the shaxi river and futunxi river above the damsite will be improved. the project has a total installed capacity of 300 t, a firm capacity of 50mw. the reservoir with a total storage capacity of 143*106 m3 is of daily pondage type. the main structures of the shaxikou project c

10、onsist of overflow spillway dam, non-overflow dam, powerhouse incorporated into the dam, switchyards and navigation lock. dcl.dam crestlever is 94.00m.crest length is 618.50m. the dam is of concrete gravity type. the spillway is arranged on the left portion of the riverbed. the spillway with 16 open

11、ings each of 17m wide has a total length of 304m,crest lever with 78.5m, discharging most flood flow still along the main river channel. the powerhouse with dimension of 128*68*50.75m(l*w*h) is located at the right side of the spillway andi ncorporated into the dam. it houses 4 axial-flow turbines c

12、oupled with generators 67.5mw each. both 110 kv and 220kv switchyards are arranged on the platform at the left portion of downstream tailrace. the shiplock with the dimension of 100*30*5m(l*w*min. water depth) is located on the right side of the spillway. the lock chamber of monolithic structures is

13、 filled and emptied with long gallery conduits at bottom in spreading form. keywords shaxikou block power plant concrete gravity dam over flow dam combinatory hydro-generator altitude stable stress uplift pressure 1 樞紐布置 壩址位置設計洪水位 87.8m ，對應下游水位可由下泄流量在流量與下游水 位關系曲線查得 80m ,水頭為 7.8m 。校核洪水位 89m ,同理可查得下游水

14、位 83m ，水頭為 6m ，初步設計選擇采用河床式廠房發(fā)電。 經(jīng)綜合分析，主河槽位于左河床靠近左岸 3050m 之間，開挖至弱風化巖層 需至 48.00m 高程左右，初步設計布置船閘易于通航需求；沿壩軸線自此至右岸 500600m 之間，開挖至弱風化巖層需至 58.00m 高程左右，初步設計選擇布置溢 流壩和河床式廠房。 綜上，初步設計采用重力壩擋水，溢流壩泄洪，底流消能，河床式廠房發(fā)電。 工程等別二等，主要建筑物級別二級，次要建筑物級別三級，臨時建筑物四級。 2 重力壩擋水壩段設計 上游設計洪水位 87.8m；校核洪水位：89m；正常蓄水位 86.2m；下游設計洪水位 80m；校核洪水位

15、83m；正常蓄水位：65.9m（四臺機組發(fā)電）。壩底高程取未風 化巖石邊界開挖線 51.00m。 =24.0 kn/ , =9.81 kn/，云母長英片 1 3 m 0 3 m 巖與混凝土邊界 f=0.5,k=1.05，c=0.6kg/c,k=3.0。 2.1 剖面設計 2.1.1 壩頂高程 壩頂高程由靜水位+相應情況下的風浪涌高和安全超高。即： =靜水位+h 式中：h=2hl+h0+hc 2hl=0.0166vf5/4d1/3為浪高；vf為計算風速；d 為吹程； d=10km h0為波浪中心線高出靜水位高度；hc為超高，由規(guī)范查得。 計算風速為 30m/s； 設計洪水位下： 2hl=0.01

16、66vf5/4d1/3=2.51m； 2ll=10.4（2hl）0.8=21.72m； h0=0.92m； l 1 l 2 l l h cth l2 h4 hc=0.5m h=2hl+h0+hc=2.51+0.92+0.5=3.93m 壩頂高程=87.8+3.93=91.73m 取 93m 校核洪水位下： 2hl=0.0166vf5/4d1/3=2.51m； 2ll=10.4（2hl）0.8=21.72m； h0=0.92m； l 1 l 2 l l h cth l2 h4 hc=0.4m h=2hl+h0+hc=2.51+0.92+0.4=3.83m 壩高=89+3.83=92.33m 取

17、94m 考慮其他因素，該重力壩壩頂高程取 94m 2.1.2 壩頂寬度 壩底高程取未風化巖石邊界開挖錢 58.00，由于 58m 做壩基時，大壩抗剪 強度無法滿足要求，故向下開挖 7m，取 51m 高程開挖，則壩高為壩高為 95- 51=44m,壩頂寬度一般為壩高的 8%-10%，并不得小于 2.0m。考慮交通等綜合條件， 及根據(jù)壩頂雙線公路要求，壩頂寬度取為 10m。 2.1.3 上游折坡的起坡點位置 上游折坡的起坡點位置應結(jié)合應力控制條件和引水、泄水建筑物的進口高 程來選定。一般在壩高的 1 /3 2 /3 的范圍內(nèi)。為盡量利用水重，在滿足應力 要求前提下，上游坡應盡可能緩。為盡量利用水重

18、，在滿足應力要求的前提下， 折坡點高程定在 67.00m 處。 2.1.4 上下游邊坡 n、m 由穩(wěn)定和應力要求確定。n=0.2,m=0.80 2.2 荷載的計算 參考水工建筑物 荷載的分布如圖所示。 開挖高程51米 圖圖 2 21 1 非溢流壩剖面圖 2.2.1 自重 1 0.5 3 15 24540wkn m 2 10 43 2410320wkn m 3 0.5 30 37.5 2413500wkn m 123 24360wwwwkn m 2.2.2 上下游水壓力 （1）設計情況 上游水壓力 px = 22 01 1 0.5 9.81 387083 2 r hkn m py1=3289.8

19、1=824 kn m py2=3159.810.5=221 kn m 下游水壓力 px = 22 02 1 0.5 9.81 27.53710 2 r hkn m py=0.527.5 0.89.81=2968kn/m 2 （2）校核情況 上游水壓力 px = 22 01 1 0.5 9.81 38.57271 2 r hkn m py1=328.59.81=839 kn/m py2=3159.810.5=221kn/m 下游水壓力 px = 22 02 1 0.5 9.81 28.53984 2 r hkn m py=0.528.5 0.89.81=3187kn/m 2 （3）正常情況 上游

20、水壓力 px = 22 01 1 0.5 9.81 356009 2 r hkn m py1=3209.81=589kn/m py2=3159.810.5=221kn/m 下游水壓力 px = 22 02 1 0.5 9.81 13.34873 2 kn r h m py=0.513.340.89.81=698kn/m 2 2.2.3 揚壓力 由于揚壓力較大，壩體設有防滲帷幕和上下游主副排水系統(tǒng)，由規(guī)范 dl5077-1997，壩基面滲透壓力揚壓力強度系數(shù)為： =0.25 =0.20 =0.50 012 揚壓力的求法便是根據(jù)上下游的水位來確定整個圖形的面積, （1）設計情況 u1=437.69

21、.81=3206 kn/m u2=0.5930.49.81=1342 kn/m u3=0.586.159.81=241 kn/m u4=266.159.81=1569 kn/m u5=0.513.7589.81=540 kn/m u=u1+u2+u3+u4+u5= 6898kn/m （2）校核情況 u1=437.79.81=3248 kn/m u2=0.5930.89.81=1360 kn/m u3=0.586.559.812=257 kn/m u4=266.559.81=1671 kn/m u5=0.514.2589.81=560 kn/m u=u1+u2+u3+u4+u5=7096kn/m

22、 （3）正常情況 u1=436.679.81=2814 kn/m u2=0.586.679.81=262 kn/m u3=90.339.81=29 kn/m u4=0.580.339.81=13 kn/m u5=0.59289.81=1236kn/m u=u1+u2+u3+u4+u5= 4354kn/m 2.2.4 浪壓力 壩前水深 h ll 1 pl=r0(ll+2hl+h0)ll/2- r0l2l/2 =9.81x(10.86+1.26+0.93)x10.86/2- 9.81x10.86x10.86/2 =183kn/m 2.2.5 地震荷載和冰壓力 本工程基本列度 6 級,主要建筑物為二

23、級,所以設計烈度為基本烈度,對于小 于 7 級烈度的工程可不考慮地震荷載,本工程在閩江西溪流域?qū)賮啛釒Ъ撅L氣候, 年平易氣溫為 19.3 攝氏度,全年最低氣溫小于零度的天數(shù)平均為 7 天,所以不考 慮冰壓力,不考慮其對工程的影響. 2.3 擋水重力壩的穩(wěn)定分析 2.3.1 設計水位情況下荷載計算 表 21 設計水位(90.0m)情況下壩基面上的荷載計算如表 壩基面抗滑穩(wěn)定 (*)(72833710) 1.0(761 578) 1.23593skn 作用力作用力引起的彎矩 序號作用類別作用 方向 計算結(jié) 果 單位 作用 方向 力作 用點 計算結(jié)果 單位 1540kn+19.510530 2103

24、20kn+13.5139320 1 自重 313500kn-1.520250 kn.m 水平向 7083kn-12.789718kn.m 豎直向 1 221kn+20.54531kn.m2 上游側(cè)靜水 壓力 豎直向 2 824kn+2016481 水平向 3710kn+9.133756 3 下游側(cè)靜水 壓力堅直向 2968kn-1441552 kn.m 13206kn00 21342kn-18.524827 3241kn-7.21735 41569kn+8.513336 4 揚壓力 5540kn+18.810144 kn.m 浪壓力 1 761kn-29.922777 7 浪壓力 2 578k

25、n+28.816649 kn.m 0.5 (*)(540 10320 13500) 1.0(221 8242968) 1.03206 1.0 1.3 60 (1342241 1569540) 1.243 3 8836 r kn 0 (*)1.0 0.95 35933128(*)/1.27363sknrkn 顯然滿足穩(wěn)定要求 壩址處抗壓強度 m=(10530+139320-20250) 1.0-(89718-33756) 1.0+(4531+16481-41552) 1.0-(24827+1735.2-13336-10144)1.2-(22777-16649)1.2 =39646kn.m 2 6

26、 (*)() 1.64579. mm skn m bb r(*)=14300/1.3=9533 0 (*)1.0 0.95 579550.(*)/1.85296.skn mrkn m 顯然滿足要求 壩踵處抗拉強度 =572kn/0 2 y b m6 b m 顯然滿足要求 邊緣應力的計算： 參考水工建筑物 按要求應考慮壩基面和折坡面的邊緣應力，此處只進行了壩基面的相關計算。 2.3.2 校核水位下的荷載計算 表 22 校核水位（89m）情況下壩基面上的荷載計算如表 壩基面抗滑穩(wěn)定 (*)(7271 3984) 1.0(761 578) 1.23507skn 作用力作用力引起的彎矩 序號作用類別作

27、用 方向 計算結(jié) 果 單位 作用 方向 力作 用點 計算結(jié)果 單位 1540kn+19.510530 210320kn+13.5139320 1 自重 313500kn-1.520250 kn.m 水平向 7271kn-12.893311kn.m 豎直向 1 221kn+20.54531kn.m2 上游側(cè)靜水 壓力 豎直向 2 839kn+2016775 水平向 3984kn+9.537849 3 下游側(cè)靜水 壓力堅直向 3187kn- 13 9 44299 kn.m 13248kn00 21360kn-18.525154 3257kn-7.21851 41671kn+8.514201 4 揚

28、壓力 5560kn+18.810513 kn.m 浪壓力 1 761kn-29.922777 7 浪壓力 2 578kn+28.816649 kn.m 0.5 (*)(540 10320 13500) 1.0(221 8393187) 1.03248 1.0 1.3 60 (1360257 1671 560) 1.243 3 8837 r kn 0 (*)1.0 0.95 35073332(*)/1.27363sknrkn 顯然滿足穩(wěn)定要求 壩址處抗壓強度 m=(10530+139320-20250) 1.0-(93311-37849) 1.0+(4531+16775-44299) 1.0-(

29、25154+1851-14201-10513)1.2-(22777-16649)1.2 =41042knm 2 6 (*)() 1.64573. mm skn m bb r(*)=14300/1.3=9533 0 (*)1.0 0.95 573550.(*)/1.85296.skn mrkn m 顯然滿足要求 壩踵處抗拉強度 = =615kn/0 2 y b m6 b m 顯然滿足要求 2.3.3 正常蓄水位下的荷載計算 表 23 正常蓄水位情況下壩基面上的荷載計算如表 壩基面抗滑穩(wěn)定 (*)(6009873) 1.0(761 578) 1.25356skn 0.5 (*)(540 10320

30、 13500) 1.0(221 589698) 1.02814 1.0 1.3 60 (26229 13 1236) 1.243 3 9017 r kn 作用力作用力引起的彎矩 序號作用類別作用 方向 計算結(jié) 果 單位 作用 方向 力作 用點 計算結(jié)果 單位 1540kn+19.510530 210320kn+13.5139320 1 自重 313500kn-1.520250 kn.m 水平向 6009kn-11.770301kn.m 豎直向 1 221kn+20.54531kn.m2 上游側(cè)靜水 壓力 豎直向 2 589kn+2011772 水平向 873kn+4.53882 3 下游側(cè)靜水

31、 壓力堅直向 698kn-1812564 kn.m 12814kn00 2262kn+18.84926 329kn-17493 413kn-9.8127 4 揚壓力 51236kn-18.522867 kn.m 浪壓力 1 761kn-29.922777 7 浪壓力 2 578kn+28.816649 kn.m 0 (*)1.0 1.0 53565356(*)/1.27514sknrkn 顯然滿足穩(wěn)定要求 壩址處抗壓強度 m=(10530+139320-20250) 1.0-(70301-3882) 1.0+(4531+11772-12564) 1.0-(4926+493+127+22867)

32、1.2-(22777-16649)1.2 =25470knm 2 6 (*)() 1.64674. mm skn m bb r(*)=14300/1.3=9533 0 (*)1.0 1.0 674674.(*)/1.25296.skn mrkn m 顯然滿足要求 壩踵處抗拉強度 =583kn/0 2 y b m6 b m 顯然滿足要求 3 重力壩溢流壩段設計 3.1 溢流壩段剖面設計 溢流壩剖面，除應滿足強度、穩(wěn)定和經(jīng)濟條件外，其外形尚需考慮水流運動 要求。通常它也是由基本三角形剖面修改而成。溢流面由頂部溢流段、中部直線 段和反弧段組成，上游面為直線或折線。 初步設計采用 16 孔開敞式溢流堰

33、，孔寬 17.0m ，溢流前沿總凈寬 l=272m， 閘埻厚 2.0m，單寬流量 q=70/s. q =ql=70 x272=19040m /s 3 q =q+q s0 設計工況 =0.9 q =21500 m /s s 3 q =（ q - q）/=（21500-19040）/0.9 =342 m /s 0s 3 校核工況 =1.0 q =27500 m /s s 3 q =（ q - q）/=（27500-19040）/1.0 =1692m /s 0s 3 由于發(fā)電用水，過船泄水，排沙泄水等影響，此多余泄量 q 應能完全下泄， 0 不再設其他泄水設施。則溢流段總長為 304m。 3.1.1

34、 堰頂高程 2/3 0 h2gmlq m = 0.502 =0.90 設計 87.8m 時堰上水深為 23 0 ()10.7 2 q h lg 0 5.38 q vm s a 2 0 9.3 2 v hhm g 則堰頂高程=設計洪水位-h=87.8-9.3=78.5 閘門寬高比為 1.52，所以取閘門高為 11.5m,78.5+11.5=90m89m 3.1.2 堰面曲線 我國現(xiàn)行采用的為 wes 曲線，其曲線方程為： y= 1n d n kh x hd為定型設計水頭。因為設計洪水位 90.0m，堰頂高程為 80.5m，所以， hd= (0.750.95)h=9m；k、n 為上游堰面坡度有關的

35、系數(shù)。k=2.0，n=1.85 。得： y=x/(29) 85 . 1 85 . 0 堰頂點下游曲線坐標： 1.850.85 2 9 1.25 xy yxc 12.83 8.7 x y 表 3-1 最終定出坐標關系曲線 y00.281.002.133.625.477.66 x024681012 堰頂點上游曲線坐標： =0.175h =1.575 m r =0.5 h =4.5 m 1 b d1d =0.276 h =2.484m r =0.2 h =1.8 m 2 b d2d =0.282 h =2.538m r =0.04 h =0.36 m 3 b d3d 溢流壩段底寬=27.872+2.

36、538+3=33.4 3.1.3 消能方式 采用底流消能 10 3.28 x r 3.282116 11.864 vh x h x=1.59 r=12 米 單寬流量 q= 70/s 0 5.38 q vm s a 0.95 堰上水頭 9.5m t=35.2m 2 0 0 35.3 2 v ttm g 2 3 2 8.8 c q hm g 0 4.4 c t h 由 水力學 附錄查得 0 0.4 c c h h 0 3.52 c hm 2 0 2.04 c c h h 2 0 17.95 c hm 2 0 805426 tc hmh 發(fā)生淹沒水躍?？梢圆蛔鱿Τ?，做護袒即可 護袒厚度度計算： c

37、 uap k 2 0 0.1 2 c gv a g =2m c uap k 護坦長度: 21 6.9()6.917.953.5283.77 jcoco lhhm 取mll j 02.6764.588 . 07 . 0ml60 3.2 荷載的計算 3.2.1 自重 圖圖 31 溢流壩段剖面圖 1 0.5 3 15 24540wkn m 2 10 26 246720wkn m 3 0.5 20 20.5 247056wkn m 123 11700wwwwkn m 3.2.2 上下游水壓力 （1）設計情況 上游水壓力 px = 22 01 1 0.5 9.81 36.86636 2 r hkn m

38、py1=321.89.81=642 kn/m py2=3159.810.5=221kn/m 下游水壓力 px = 22 02 1 0.5 9.81 294250 2 r hkn m py=0.529 0.89.81=3304kn/m 2 （2）校核情況 上游水壓力 px = 22 01 1 0.5 9.81 387083 2 r hkn m py1=3239.81=677 kn/m py2=3159.810.5=221kn/m 下游水壓力 px = 22 02 1 0.5 9.81 325023 2 r hkn m py=0.532 0.89.81=4018kn/m 2 3.2.3 揚壓力 壩

39、體設有防滲帷幕和上下游主副排水系統(tǒng)，由規(guī)范 dl5077-1997，壩基面滲 透壓力揚壓力強度系數(shù)為： =0.25 =0.20 =0.50 012 揚壓力的求法便是根據(jù)上下游的水位來確定整個圖形的面積, （1）設計情況 u1=357.69.81=2535 kn/m u2=0.5930.49.81=1342 kn/m u3=0.586.159.81=241 kn/m u4=176.159.81=1026 kn/m u5=0.513.7589.81=540 kn/m u=u1+u2+u3+u4+u5=5684kn/m （2）校核情況 u1=357.79.81=2569 kn/m u2=0.5930

40、.89.81=1360 kn/m u3=0.586.559.812=257 kn/m u4=186.559.81=1092 kn/m u5=0.514.2589.81=560 kn/m u=u1+u2+u3+u4+u5=5838kn/m 3.3 穩(wěn)定與應力分析 3.3.1 設計水位下的荷載計算 表 31 在設計水位(87.8m)下各荷載對壩體基面作用如下表 壩基面抗滑穩(wěn)定 (*)(70833710) 1.0(761 578) 1.2250 1.23293s 0.5 (*)(54067207056) 1.0(221 8242968) 1.03206 1.0 1.3 60 (1342241 102

41、6540) 1.2716 1.243 3 5143 r kn 作用力作用力引起的彎矩 序號作用類別作用 方向 計算結(jié) 果 單位 作用 方向 力作 用點 計算結(jié)果 單位 1540kn+158100 26720kn+960480 1 自重 37056kn-321168 kn.m 水平向 7083kn-12.789718kn.m 豎直向 1 221kn+163536kn.m2 上游側(cè)靜水 壓力 豎直向 2 824kn+15.512772 水平向 3710kn+9.133756 3 下游側(cè)靜水 壓力堅直向 2968kn-9.528196 kn.m 水平向 250kn+61500 4 動水壓力 豎直向

42、716kn-64296 kn.m 13206kn00 21342kn-1418788 3241kn-2.7651 41026kn+8.58721 4 揚壓力 5540kn+14.37722 kn.m 浪壓力 1 761kn-29.922777 7 浪壓力 2 578kn+28.816649 kn.m 0 (*)1.0 0.95 32933128(*)/1.24286sknrkn 顯然滿足穩(wěn)定要求 壩址處抗壓強度 m=(8100+60480-21168) 1.0-(89718-33756) 1.0+(3536+12722-28196) 1.0-(8721+7722-18788-651)1.2-(

43、22777-16649)1.2 =-24033kn.m 2 6 (*)() 1.64764. mm skn m bb r(*)=14300/1.3=9533 0 (*)1.0 0.95 764579.(*)/1.85296.skn mrkn m 顯然滿足要求 壩踵處抗拉強度 =217kn/0 2 y b m6 b m 顯然滿足要求 3.3.2 校核水位下的荷載計算 表 32 在校核水位下各荷載對壩體基面作用如下表 壩基面抗滑穩(wěn)定 (*)(7271 3984) 1.0(761 578) 1.2250 1.23207skn 作用力作用力引起的彎矩 序號作用類別作用 方向 計算結(jié) 果 單位 作用 方

44、向 力作 用點 計算結(jié)果 單位 1540kn+158100 26720kn+960480 1 自重 37056kn-321168 kn.m 水平向 7271kn-12.893311kn.m 豎直向 1 221kn+163536kn.m2 上游側(cè)靜水 壓力 豎直向 2 839kn+15.513005 水平向 3984kn+9.537849 3 下游側(cè)靜水 壓力堅直向 3187kn-9.429958 kn.m 水平向 250kn+61500 4 動水壓力堅直 向 716kn-64296 kn.m 12569kn00 21360kn-1419040 3257kn-2.7694 41092kn+8.5

45、9285 4 揚壓力 5560kn+14.38008 kn.m 浪壓力 1 761kn-29.922777 7 浪壓力 2 578kn+28.816649 kn.m 0.5 (*)(54067207056) 1.0(221 8393187) 1.02569 1.0 1.3 60 (1360257 1092560) 1.2716 1.2716 1.243 3 5722 r kn 0 (*)1.0 0.95 32073128(*)/1.24768sknrkn 顯然滿足穩(wěn)定要求 壩址處抗壓強度 m=(8100+60480-21168) 1.0-(93311-37849) 1.0+(3536+1300

46、5-19958) 1.0-(9285+8008-19040-694)1.2-(22777-16649)1.2 =-24396kn.m 2 6 (*)() 1.64840. mm skn m bb r(*)=14300/1.3=9533 0 (*)1.0 0.95 840796.(*)/1.85296.skn mrkn m 顯然滿足要求 壩踵處抗拉強度 =259kn/0 2 y b m6 b m 顯然滿足要求 4 水電站機電設備選擇 4.1 特征水頭的選擇 裝機容量： n=27 萬 kw，單機容量（機組臺數(shù) 4 臺）6.75 萬 kw。 1）設計洪水位 87.8m ，對應下游水位可由下泄流量在流

47、量與下游 水位關系曲線查得 80m ,水頭為 7.8m 。 2）校核洪水位 89m ,同理可查得下游水位 83m ，水頭為 6m 。 3）汛期限制水位時，一臺機組發(fā)電，下泄流量分別假設三個值， 由 n=aqh 可得 qn 關系曲線，從而由單機裝機 6.75 萬 kw,可得 q 值。a=8.3 4.1.1 hmax 的選擇 1）校核水位四臺機組發(fā)電。 hmax=89-83=6m 2)設計水位四臺機組發(fā)電 hmax=7.8m 3）正常蓄水位一臺機組發(fā)電 2%水頭損失 6.75 7.11 9.5 r nkw 假定 n q 做關系曲線如下 qn關系曲線 0 100 200 300 400 500 60

48、0 0246810 n q 圖 4-1 下游水位為 64.4m hmax=22.2m 4.1.1 hmin 的選擇 設計低水位四臺機組發(fā)電（83m） 27 27.8 0.97 r nkw萬 9.81 () r nq hh 下上 將 n 及 q 帶入公式試算得到 65.9h 下 h=17.1m 加權(quán)平均水頭為 h=19.7m av 設計水頭 h = 0.9h=17.7mr av 4.2 水電站水輪機組的選型 根據(jù)該水電站的水頭變化范圍 17.7m22.2m 在水輪機型普表查得可選水輪 機有：zz560，zz460 下面進行選型比較計算。 4.2.1 zz460 水輪機方案的主要參數(shù)選擇 1） 轉(zhuǎn)

49、輪直徑 d1 d1=)h/(9.81qn 3/2 r 1r 式中：nr水輪發(fā)電機額定出力（kw） 6.96 gr r gr n n hr設計水頭（m） ，取 17.7m。 設計流量（m/s） ，它是限制工況下的 q1p值，查表 3-7 得 1m q 1.75。 3 ms 原型水輪機的效率（%） ，由限制工況下的模型水輪機的效率修 正可得，由于轉(zhuǎn)輪直徑未知，為知，可先估算效率修正值，限制工況下的模 型水輪機的效率為 =85.9%。 m d1= =12m )h/(9.81qn 3/2 r 1r 直徑偏大 4.2.2 zz560 水輪機方案的主要參數(shù)選擇 1） 轉(zhuǎn)輪直徑 d1 d1=)h/(9.81

50、qn 3/2 r 1r 式中：nr水輪發(fā)電機額定出力（kw） nr=6.96 萬 kw hr設計水頭（m） ，取 17.7m。 設計流量（m/s） ，它是限制工況下的 q1p值，查表 3-7 得 1m q 2.0 m/s 原型水輪機的效率（%） ，由限制工況下的模型水輪機的效率修 正可得，由于轉(zhuǎn)輪直徑未知，為知，可先估算效率修正值，限制工況下的模 型水輪機的效率為 =81.0%。 m d1= =7.4m )h/(9.81qn 3/2 r 1r 根據(jù)水輪機轉(zhuǎn)輪直徑模型水輪機尺寸系列的規(guī)定，由上述計算出的轉(zhuǎn)輪直 徑，選用比計算值稍大的轉(zhuǎn)輪直徑值。d1=7.5m 2）選擇水輪機的轉(zhuǎn)速 n =76.9

51、 r/min 1av 10 d/hnn 水輪機的轉(zhuǎn)速一般采用發(fā)電機的標準轉(zhuǎn)速，選擇與上述計算值相近的發(fā)電 機標準轉(zhuǎn)速 n=79r/min，p=38 3）效率及單位參數(shù)的修正 510 maxmax11 1 (1)(0.30.7/ mmm ddhh =0.46m, =3m, =7.5m, h=17.7m, =89% m1 d m h 1 d maxm maxmax 1 (1)0.635 m 考慮制造工藝，=1，將不同角度時的效率及修正計算如下表 0 0 表 4-1 水輪機效率的修正 葉片轉(zhuǎn)角 -10-50510152023 maxm 87.888.488.988.487.385.983.580.2

52、 max 92.392.693.092.691.991.189.587.4 - max maxm 6.07.2 56.2 zz4460 水輪機最優(yōu)工況的模型效率為=89.0，由于最優(yōu)工況接近 maxm 0 0 于等轉(zhuǎn)角線，故采用=3.1作為修正值，從而原型最高效率為 0 0 0 0 =89+3.1=92.1 m0 0 0 0 0 0 限制工況的=81.0，則 =22 22 ，由內(nèi)插得=5.6，從而該 mm 0 0 00 0 0 工況下原型水輪機效率 =81+5.6=86.6 0 0 0 0 0 0 與假定值接近。 4）水輪

53、機的流量 水輪機在 hr，nr 下工作時，： =1.95m/s max q rr 2 1r hhd81 . 9 /n 水輪機最大引用流量 = d12 =461.47m/s max q 1max q r h 電站機組臺數(shù)為 4 臺，所以，電站最大引用流量為 4=4461.47=1845.88 m/s max q 5）工作范圍檢驗 與特征水頭 hmin 、hmax 、hmin 、hr對應的單位轉(zhuǎn)速為： n1max =nd1/=143r/minminh n1min =nd1/=126r/minmaxh n1r =nd1/ =140.8 r/minrh 6）吸出高度 hs hs=10/900(+)h

54、式中： 水輪機安裝高程（m） ，取 65.9m。 氣蝕系數(shù)，由水輪機的設計工況參數(shù) =137r/min， 1 r n =1.79m/s 查 zz560 水輪機模型綜合特性曲線可得， 取 0.73。 max q 氣蝕系數(shù)修正值， 取 0.05 hs=10/900(+)h=-3.88m-4.0m 4.3 發(fā)電機的選擇與尺寸估算 由發(fā)電機轉(zhuǎn)速 n=79 r/min 上下各差百分之十(67.5-82.5) 出力 nr=6.75x104, 上下差百分之二十(5.44x104 8.16x104) 套用 sf-96/1350 型全傘式發(fā)電機 圖 4-1 發(fā)電機尺寸示意圖 44 調(diào)速器與油壓裝置的選擇 4.4

55、.1 調(diào)速功計算 a=（200250）q =(1.1361.42)x10 n.m30000n.m max1 dh 6 最高水頭 （屬大型調(diào)速器） max h d1水輪機直徑 4.4.2 接力器的選擇 a 接力器直徑 =0.4 =0.03 0 1 b d 直徑=d1 s d max 1 670 o b hmm d 選擇與之相近且偏大的=700mm 的標準接力器 s d b 最大行程 =(1.41.8) max s max0 a 00 0max0ax 0 720 m m m d z aa d 水輪機導葉最大開度,其中 d15m 時選用 1.5 則=1.5720=1296mm max s c、接力器

56、容積計算 23 max 1 2 ss vd sm 4.4.3 調(diào)速器的選擇 1.13/ ssm dvtv 選用 ts=4s vm=4.5m/s 1.13 1/4 4.5265dmm 故選用 dst-300 型電氣液壓型調(diào)速器 4.4.4 油壓裝置 vk=（1820）vs=1820m3 選用分離式油壓裝置 yz-20 4.5 廠房橋吊設備的選擇 設備型號 臺數(shù)選擇：最大起重量 382t，機組臺數(shù) 4 臺，選用一臺雙小車橋式起重機， 額定起重量 200t，跨度 25m（根據(jù)廠房凈寬確定） 。 表 4-2 工作參數(shù)表 單臺小車起重 （t） 跨度 lkm大車軌道名義起重量 t 主鉤副鉤 2*20020

57、04025qu120 表 4-3 吊車梁主要尺寸表 主要尺寸 小車軌距 lt 小車輪距 kt 大車輪距 k 大梁底面 至軌道距 f 起重機最 大寬度 b 軌道中心 距起重機 外端距離 b1 軌道面至 起重機頂 端距離 h 580027005800250106804605000 極限位置 吊鉤至軌 道 吊鉤至軌道 軌道面至 緩沖器距 離 h1 車軌中心 至緩沖器 外端距離 操作室底 面至軌道 面 h3 兩小車 吊鉤距 離 l hh1 中心距離 平衡吊 點至大 車軌頂 極限 主鉤 副 鉤 l1l2 120092025003600 130069016001800 109 吊具：雙小車平衡梁 圖 4-

58、2 吊鉤 5 水電站廠房 5.1 蝸殼和尾水管的計算 水頭范圍 hl1）深水波 =183 01002 3 (2) 22 lll r lhhlr l p kn m 3 23 1834209knp 段 6.1.2 泥沙壓力 廠房處的泥沙深度取 6.63m p4=103.46，) 2 45( 2 1 022 tghr nn kn m p4=103.4623=1701/kn 段 6.1.3 水壓力 (1)設計情況時，上游水位 87.8 米，下游水位 80 米， 上游水壓力 p11= ， 22 01 11 9.81 34.25737 22 r hkn m p1=573723=131952 /kn 段 下

59、游水壓力 p21=， 2 2 02 11 9.818046.255587 22 r hkn m p2=558723=128503/kn 段 (2)校核情況時，上游水位 89 米，下游水位 83 米 上游水壓力 p11= ， 22 01 11 9.81 35.46147 22 r hkn m p1=614723=141375 /kn 段 下游水壓力 p21= ， 2 2 02 11 9.818046.255587 22 r hkn m p2=558723=128503 /kn 段 (3)正常情況時，上游水位 86.2 米，下游水位 65.9 米 上游水壓力 p11= ， 2 2 01 11 9.

60、8186.253.65213 22 r hkn m p1=521323=119895/kn 段 下游水壓力 p21= ， 2 2 02 11 9.8165.946.751799 22 r hkn m p2=179923=41371/kn 段 6.1.4 自重 w1 =11(83-46.25)+1020+3328-(12+15) 7 23=840000 1 w/kn 段 6.1.5 機電設備重 g 發(fā)電機 907.510009.81=8903kn 6.1.6 基礎揚壓力 由于揚壓力較大，廠房基礎設有防滲帷幕和上下游主副排水系統(tǒng)，由規(guī)范 dl5077-1997，壩基面滲透壓力揚壓力強度系數(shù)為： =