緊水灘水電站及尾水管結(jié)構(gòu)設(shè)計

緊水灘水電站及尾水管結(jié)構(gòu)設(shè)計-目錄TOC\o"2-3"\h\z\t"標題1,1,水工,1,水工2,1"第一章機組選型 41.1特征水位 41.1.1Hmax可能出現(xiàn)情況 41.1.1.1校核洪水位（=291.8m），四臺機組全發(fā)電, 41.1.1.2設(shè)計洪水位（=289.94m），四臺機組全發(fā)電 41.1.1.3正常蓄水位（284.0m），一臺機組發(fā)電 51.1.2Hmin可能出現(xiàn)情況 51.1.3可能出現(xiàn)情況 61.2HL220工作參數(shù)確定 61.2.1轉(zhuǎn)輪直徑D1 61.2.2轉(zhuǎn)速n 71.2.3效率修正 71.2.4工作范圍檢驗 71.2.5吸出高度Hs 8第二章大壩基本剖面擬定及穩(wěn)定與應(yīng)力校核 92.1基本剖面的擬定 92.2非溢流壩段壩基面穩(wěn)定及應(yīng)力校核 102.2.1設(shè)計洪水位（持久狀況） 102.2.2校核洪水位（偶然狀況） 11第三章溢流壩段剖面基本尺寸及穩(wěn)定校核 133.1溢流壩段剖面基本尺寸 133.1.1堰頂高程的確定 133.1.2上游段曲線： 133.1.3WES曲線段： 143.1.4反弧段： 143.1.5水舌挑距: 143.2溢流壩段壩基面抗滑穩(wěn)定校核 153.2.1設(shè)計洪水位（持久狀況） 153.2.2校核洪水位（偶然狀況） 16第四章發(fā)電機選型及主要尺寸 184.1主要尺寸估算（單位：mm） 184.2外形尺寸（單位：mm） 184.2.1平面尺寸 184.2.2軸向尺寸 18第五章調(diào)速器及油壓裝置選擇與尺寸 205.1調(diào)速功計算：水輪機的調(diào)速功 205.2接力器選擇 205.2.1.接力器直徑ds 205.2.2最大行程Smax=(1.4~1.8) 205.2.3接力器容積計算 205.3油壓裝置選擇 21第六章金屬蝸殼尺寸 23第七章尾水管尺寸 24第八章起重設(shè)備選擇與尺寸 25第九章廠房輪廓尺寸估算 269.1廠房長度確定 269.1.1機組段長度 269.1.2端機組段長度 269.1.3裝配場長度 269.2主廠房寬度確定 269.3主廠房頂高程確定 279.3.1水輪機安裝高程： 279.3.2尾水管底板高程 279.3.3基巖開挖高程：=192m 289.3.4水輪機層地面高程 289.3.5定子安裝高程 289.3.6發(fā)電機層地面高程（定子埋入式） 289.3.7吊車軌頂?shù)母叱?289.3.8廠房頂部高程 289.3.9裝配廠地面高程 28第十章 壓力鋼管設(shè)計 2910.1引水管道的布置： 2910.2閘門及啟閉設(shè)備： 2910.3壓力鋼管結(jié)構(gòu)設(shè)計： 3010.3.1確定鋼管厚度： 3010.3.2承受內(nèi)水壓力的結(jié)構(gòu)分析： 3010.3.2.1應(yīng)力及傳力計算： 3010.3.2.2混凝土開裂情況的判別： 32專題設(shè)計 34尾水管結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算 34選出最危險截面下最危險狀況來進行彎矩計算，以求得配筋 37討論邊墩的配筋情況。 39討論頂梁和地基梁。 41第一章機組選型1.1特征水位20萬KW屬大型電站，A＝8.4，N＝9.81QHη＝AQH，考慮2%水頭損失1.1.1Hmax可能出現(xiàn)情況1.1.1.1校核洪水位（=291.8m），四臺機組全發(fā)電,=4×5/97%=20.61萬kw假定=275=203m=291.8-203=88.8m=88.8×0.98=87.024 N=AQ=275×8.4×87.024=20.1萬kw取=87.024m1.1.1.2設(shè)計洪水位（=289.94m），四臺機組全發(fā)電=4×5/97%=20.61萬kw假定=280=203m=289.94-203=86.94m=86.94×0.98=85.2mN=AQ=280×8.4×85.2=20萬kw取=85.2m1.1.1.3正常蓄水位（284.0m），一臺機組發(fā)電=4×5/97%=20.61萬kw假定=80=202m=284-202=82m=82×0.98N=AQ=8.4×80×82×0.98=5.4萬kw假定=300=203m=80.9m=80.9×0.98=79.282mN=AQ=79.282×8.4×30020萬kw取=79.282m綜上選取=87.024m1.1.2Hmin可能出現(xiàn)情況設(shè)計低水位（264.0m），四臺機組全發(fā)電=4×5/97%=20.61萬kw假定=350=203.3m=264-203.3=60.7m=60.7×0.98N=AQ=8.4×350×60.7×0.98=17.49萬kw假定=400=203.5m=60.5m=60.5×0.98mN=AQ=400×8.4×60.5×0.98205萬kw綜上選取=60.5×0.98=59.29m1.1.3可能出現(xiàn)情況正常蓄水位（284.0m），四臺機組發(fā)電=4×5/97%=20.61萬kw假定=80=202m=284-202=82m=82×0.98N=AQ=8.4×80×82×0.98=5.4萬kw假定=300=203m=80.9m=80.9×0.98=79.282mN=AQ=79.282×8.4×30020萬kw取=79.282m加權(quán)平均Hav=87.024×30%＋59.29×20%＋79.282×50%=75.636壩后式電站Hr=0.95Hav=71.854m已知水電站最大水頭=87.024m加權(quán)平均水頭=75.636m設(shè)計水頭=71.854m最小水頭=59.29m由工作水頭范圍查表得：選用HL220水輪機1.2HL220工作參數(shù)確定1.2.1轉(zhuǎn)輪直徑D1查表得限制工況Q1/m＝1.15m3/s，ηm初設(shè)Q1/＝1.15m3/s，ηm＝90.9Nr＝50000/96%＝52083kw，Hr＝71.854m∴取相鄰較大值D1＝3m1.2.2轉(zhuǎn)速n查表得HL220型在最優(yōu)工況下單位轉(zhuǎn)速為：n10/m＝70.0r/min設(shè)n10/＝n10/m＝70.0r/min∵Hav＝75.636mn10/＝70.0r/minD1＝3m∴取相鄰較大值n＝214.3r/minP＝14對1.2.3效率修正查表得HL220型在最優(yōu)工況下的模型最高效率ηmmax＝91%模型轉(zhuǎn)輪直徑D1m＝0.46m∴ηmax＝1－（1－ηmmax）×（D1m/D1）1/5＝93.8%△η＝93.8%－90.9%＝2.9%考慮制造工藝上的差異在△η值中減去一個修正值ε＝1.0%∴△η＝1.9%∴ηmax＝ηmmax+△η＝91%+1.9%＝92.9%η＝ηm+△η＝89.0%+1.9%＝91.9%與假定值相同∴△n10//n10/m＝（ηmax/ηmmax）1/2－1＝1%＜3%∴n、Q1/可不加修正1.2.4工作范圍檢驗在選定=3mn=214.3r/min后，水輪機的及各特征水頭相對應(yīng)的即可以計算出來。＝1.065m3/s＜1.15m3最大引用流量Qmax＝Q1/maxD12Hr1/2＝1.065×9×=81.2m3/s各特征水頭相對應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速為：n1/min＝nD1/Hmax1/2＝68.9r/minn1/max＝nD1/Hmin1/2＝83.5r/minn1/r＝nD1/Hr1/2＝75.8r/min由Q1/max、n1/min、n1/max在HL220綜合特性曲線上繪出工作范圍1.2.5吸出高度Hs由n1/r＝75.8r/min，Q1/max＝1.65m3/s查曲線得：σ由Hr＝71.854m查得：△σ＝0.019水輪機安裝海拔高程▽＝203m∴Hs＝10－▽/900－（σ+△σ）Hr＝-0.57m＞－4.0m第二章大壩基本剖面擬定及穩(wěn)定與應(yīng)力校核2.1基本剖面的擬定多年平均風速Vf＝（1.5～2.0）×1.15＝1.725～2.3m，取Vf＝2.3m吹程由地形圖上量得D＝0.7km套用官廳水庫公式得：波高2hl＝2h1＝0.0166Vf5/4D1/3＝0.0166×25/4×0.71/3＝0.04m浪高2Ll＝10.4×（2hl）0.8＝10.4×0.040.8＝=0.006m，△h設(shè)＝2h1+h0+hc＝0.04+0.006+0.5＝0.546△h校＝2h1+h0+hc＝0.04+0.006+0.4＝0.446∴▽壩頂＝max{h設(shè)+△h設(shè)，h校+△h校}＝max{289.94+0.546，291.8+0.446}＝max{290.486,292.246}取▽壩頂＝293圖1-1初定下游坡比1：0.75，上游坡比0，壩底高程194m，壩頂高程292.2非溢流壩段壩基面穩(wěn)定及應(yīng)力校核2.2.1設(shè)計洪水位（持久狀況）1、自重G1＝1/2×6×40×24＝2880G2＝10×99×24＝23760G3＝1/2×63.35/0.75×63.35×24＝75260M1＝G1×(79.35/2-2/3×6)＝102744M2＝G2×（79.35/2-6-5）＝681318M3＝G3×[2/3×(73.35-10)-79.35/2]＝4935802、靜水壓力上游：Px＝1/2×9.81×97.82＝46915.5Py＝1/2×9.81×6×（97.8+57.8）＝4579.3Mx＝Px×1/3×97.8＝1529445.3My＝Py×（39.675－e）＝168770e＝（57.8×2+97.8）/（57.8+97.8）×6/3＝2.36m下游：Px/＝1/2×9.81×27.32＝3655.6Py/＝1/2×9.81×20.475×27.3＝2741.7Mx/＝Px/×1/3×27.3＝33265.96My/＝Py/×（39.675－1/3×20.475）＝90064.83、揚壓力U1＝79.35×27.3×9.81＝21251U2＝1/2×0.25×63.35×（97.8-27.3）×9.81＝5332U3＝0.25×9.81×(97.8-27.3)×16＝2693.4U4＝1/2×9.81×(97.8-27.3)×16×0.75=4040M1＝0M2＝U2×（2/3×63.35-79.35/2）＝13649.9M3＝U3×（79.35/2－8）＝85326.9M4＝U4×（79.35/2－16/3）＝138733.6∴∑W-U＝2880+23760+75260+4579.3+2741.7-21251-5332-2693.4-4040＝75824.3∑M＝102744+681318+493580-1529445.3+168770+33265.96-90064.8-13649.9-85326.9-138733.6＝-227552.6穩(wěn)定分析S=∑P=46915.5-3655.6=43259.9f/＝1.0/1.3c/＝490.5/3γ0＝1.1＝0.95rd＝1.2A＝79.35（f/∑W+c/A）/＝44424.25〉γ0S=44341.9∴穩(wěn)定滿足要求2.2.2校核洪水位（偶然狀況）1、自重G1＝1/2×6×40×24＝2880G2＝10×99×24＝23760G3＝1/2×63.35/0.75×63.35×24＝75260M1＝G1×(79.35/2-2/3×6)＝102744M2＝G2×（79.35/2-6-5）＝681318M3＝G3×[2/3×(73.35-10)-79.35/2]＝4935802、靜水壓力上游：Px＝1/2×9.81×95.942＝45148Py＝1/2×9.81×6×（95.94+55.94）＝4499Mx＝Px×1/3×95.94＝1444736My＝Py×（39.675－e）＝166148e＝（55.94×2+95.94）/（55.94+95.94）×6/3＝2.74m下游：Px/＝1/2×9.81×24.42＝2920Py/＝1/2×9.81×24.42×0.75＝2190Mx/＝Px/×1/3×24.4＝23749.3My/＝Py/×（39.675－1/3×18.3）＝73529.53、揚壓力U1＝79.35×24.4×9.81＝1899.3U2＝1/2×0.25×63.35×（95.94-24.4）×9.81＝4148U3＝0.25×9.81×(95.94-24.4)×16＝2095.4U4＝1/2×9.81×(95.94-24.4)×16×0.75=3143M1＝0M2＝U2×（2/3×63.35-79.35/2）＝10618.9M3＝U3×（79.35/2－8）＝66382.3M4＝U4×（79.35/2－16/3）＝107930.6∴∑W-U＝2880+23760+75260+4499+2190-18993.5-4148-2095.4-3143＝80209.1∑M＝102744+681318+493580-1444736+166148+23749.3-73529.25-10618.9-66382.3-107930.6＝-235657.8穩(wěn)定分析S=∑P=45148-2920=42228f/＝1.0/1.3c/＝1.2/3γ0＝1.1＝0.85rd＝1.2A＝79.35（f/∑W+c/A）/＝43659.37〉γ0S=40464.28∴穩(wěn)定滿足要求第三章溢流壩段剖面基本尺寸及穩(wěn)定校核3.1溢流壩段剖面基本尺寸3.1.1堰頂高程的確定1.溢流壩孔口尺寸擬定通過溢流壩下泄的流量Q=Qs=11700m取q=120m則L=(Q－Q′)/q=(11700-280)/120=95.17取L=96m由于廠房布置在溢流壩后，壓力鋼管要放在閘墩上，所以取四孔，b=8md=6m取五孔,b=13md=4m則L0=nb+(n-1)d=136mH＝H0－v2/2g＝14.86m∴▽堰頂＝▽設(shè)－H＝275.08m2.校核工況下q＝（Q－Q）′/L＝152.34m2∵Q＝Lεm（2g）1/2H03/2∴H0＝17.62m∵v＝q/A＝1.55m/sH＝H0－v2/2g＝17.5m∴▽堰頂＝▽校－H＝274.3m所以，▽堰頂＝274.3m3.1.2上游段曲線：定型設(shè)計水頭Hd=（75%～95%）Hmax=13.125～16.625M取Hd＝15m上游段曲線根據(jù)規(guī)范采用3段圓弧R1=0.5Hd=7.5M對應(yīng)的圓弧末端距原點的水平距離為0.175Hd=2.625MR2=0.2Hd=3M對應(yīng)的圓弧末端距原點的水平距離為0.276Hd=4.14MR3=0.04Hd=0.6M對應(yīng)的圓弧末端距原點的水平距離為0.282Hd=4.23M3.1.3WES曲線段：曲線方程y＝x1.85/（2Hd0.85）∵dy/dx＝1.85x0.85/（2Hd0.85）＝1/0.75∴切點x＝23.06my＝16.62m表3-5X（m）5101523.06Y（m）0.983.547.516.623.1.4反弧段：由水力學公式T0＝hc0+q2/（2gφ2hc02）61.73＝hc0+1460.3/hc02試算得：hc0＝5.1m∴R＝（4~10）hc0＝（20.4~51）m取R＝30m反弧段最低到壩底距離=36m反弧段最低到鼻坎距離=3.6m鼻坎高程230.05+3.6=233.65m下游最高水位220.4m,3.1.5水舌挑距:α=20°h1=hc0cos20°=4.792h2=31.12m壩頂水面流速：壩頂平均水深在鉛直方向的投影==4.792m壩頂至河床表面高差=31.12m=144.27m導(dǎo)墻高摻氣水深ha=h/(1-c)c=0.538(Ae-0.02)Ae=nv/R3/2=0.014*90.92/2.1725/2=0.183c=0.188ha=2.38mh導(dǎo)=2.38+1.5=3.88m取h導(dǎo)=4.0m3.2溢流壩段壩基面抗滑穩(wěn)定校核3.2.1設(shè)計洪水位（持久狀況）圖1-2非溢流壩段典型剖面圖1、自重G=24(3939.85-218.5)=89312.42、靜水壓力上游Px＝1/2×9.81×(274.3-194.05)×（95.89+15.64）＝43901.14下游Px/＝2956.26動水壓力Px＝γ0qv（cosφ2－cosφ1）/g＝130.856×30.73×（cos－cos）＝1278.42Py＝γ0qv（sinφ1+sinφ2）/g＝130.856×30.73×（sin+sin）＝4609.82揚壓力U1＝24.55×74×9.81＝17821.827U2＝1.1×1/2×（1+0.3）×9.81×71.34×5＝2501.9U3＝1.2×1/2×0.3×71.34×69×9.81＝86692.08∴∑U＝29015.85表1-7壩基面持久狀況（設(shè)計洪水位）名稱荷載方向自重89312.4↓靜水壓力上游43901.14→0↓下游2956.26←動水壓力1278.42←4609.82↓揚壓力29015.85↑合計64901.37↓39666.46→S＝∑P＝43901.14×1.0-2956.26×1.0-1278.42×1.1f/＝1.0/1.3c/＝490.5/3γ0＝1.1＝0.95rd＝1.2A＝74（f/∑W+c/A）/＝51689.1〉γ0S=41451.451∴滿足要求3.2.2校核洪水位（偶然狀況）自重G=89312.4靜水壓力上游Px＝1/2×9.81×(274.3-194.05)×（97.75+17.5）＝45093.4下游Px/＝3669.053、動水壓力V==0.9×=31.32Px＝γ0qv（cosφ2－cosφ1）/g＝167.574×31.32×（cos－cos）＝1662.71Py＝γ0qv（sinφ1+sinφ2）/g＝167.574×31.32×（sin+sin）＝5995.544、揚壓力＝27.35×74×9.81＝19854.459=1.1×1/2×（1+0.3）×9.81×70.4×5+1.2×1/2×0.3×70.4×69×9.81＝11046.53表1-8壩基面偶然狀況（校核洪水位）名稱荷載方向自重89312.4↓靜水壓力上游45365.43→0↓下游3669.05←動水壓力1162.71←5995.54↓揚壓力30900.98↑合計58411.42↓40033.67→S＝∑P＝45365.431.0-3669.151.0-1662.711.1f/＝1.0/1.3c/＝490.5/3γ0＝1.1＝0.85rd＝1.2A＝74(f/∑w+c/A)/rd＝51369.01>γ0S=37431.48∴滿足要求第四章發(fā)電機選型及主要尺寸4.1主要尺寸估算（單位：mm）極距τ＝Kj×（Sf/2P）1/4＝10×[50000/（0.85×2×14）]1/4＝67.7Sf＝50000/0.85飛逸線速度Vf＝Kf×τ＝（1.7~2.0）×67.7＝115.09~135.4m/s定子鐵芯內(nèi)徑Di＝2Pτ/π＝603.7cm定子鐵芯長度lt＝Sf/（CDi2ne）＝50000/（0.85×6×10－6×603.72×214.3）＝125.5cm∵Di/（ltnN）＝603.7/（125.5×214.3）＝0.022＜0.035∴為懸式定子鐵芯外徑Da＝Di+τ＝671.44.2外形尺寸（單位：mm）4.2.1平面尺寸定子機座外徑D1＝1.20Da＝80風罩內(nèi)徑D2＝D1+240＝10轉(zhuǎn)子外徑D3＝Di－2δ＝Di＝60下機架最大跨度D4＝D5+0.6＝480cm水輪機機坑直徑D5＝420cm推力軸承外徑D6＝600勵磁機外徑D7＝240cm4.2.2軸向尺寸定子機座高度h1＝lt+2τ＝261cm上機架高度h2＝0.25Di＝151.1cm推力軸承高度h3＝150cm勵磁機高度h4＝200cm副勵磁機高度h5＝100cm永勵磁機高度h6＝80cm下機架高度h7＝0.12Di＝72.4cm定子支座支承面至下機架支承面或下?lián)躏L板間距離h8＝0.15Di＝90.6cm下機架支承面至主軸法蘭底面間距h9＝100cm轉(zhuǎn)子磁軛軸向高度h10＝lt+80＝205.5cm發(fā)電機主軸高度h11＝（0.7~0.9）H＝800cmH＝h1+h2+h4+h5+h6+h8+h9＝1132.6cm第五章調(diào)速器及油壓裝置選擇與尺寸5.1調(diào)速功計算：水輪機的調(diào)速功A=（22~28）Q=（2.88~3.67）×N.m>30000N.mHmax—最高水頭D1——水輪機直徑Q——最高水頭對應(yīng)的發(fā)電流量5.2接力器選擇5.2.1.接力器直徑ds采用兩個接力器，取額定油壓為2.5MPa，式中（由導(dǎo)葉數(shù)，為標準正曲率導(dǎo)葉，在表中查得）導(dǎo)葉相對高度=0.25bo=0.75m直徑ds=λD1在《水利機械》表5-4選擇與之相近且偏大的ds=450mm5.2.2最大行程Smax=(1.4~1.8)——水輪機導(dǎo)葉最大開度a0max=a0Mmax采用計算系數(shù)1.4-1.8，則Smax=310m5.2.3接力器容積計算選用Ts=4SVm=4.5m/s故選用DT-100型電氣液壓型調(diào)速器5.3油壓裝置選擇圖5-2壓力油罐尺寸VK=（18~20）VS=1.782～1.98選用相近而偏大的YZ-2.5型分離式油壓裝置。表5-1壓力油罐尺寸：V0（m3）D1（mm）D0（mm）H（mm）H（mm）2.51132139036542732表5-2回油箱尺寸：m（mm）n（mm）k（mm）L（mm）1916190014402435第六章金屬蝸殼尺寸包角345°由Hr＝71.85m查得：Vc＝8.7m/s由Hr＝71.85m，D1＝3m查得：Db＝4000mm，Da＝4750mm∴ai＝ra+ρi＝2.375+Ri＝ra+2ρi＝2.375+Ri＝ra+2ρi＝2.375+表6-1金屬蝸殼尺寸：Φi（°）3075120165210255300345ρi（m）0.480.881.081.311.401.611.771.98ai（m）2.8553.2553.4353.6853.6453.7753.9894.355Ri（m）3.3254.1354.3954.9955.0855.4255.8416.335第七章尾水管尺寸尺寸由計算得出：D1＜D2標準砼肘管D1＝3m（單位：m）表6-2尾水管尺寸：hLB5D4h4h6L1h57.82613.58.2504.0574.0572.0285.463.711第八章起重設(shè)備選擇與尺寸起重機的額定起重量一般為發(fā)電機轉(zhuǎn)子重量、平衡梁重以及專用吊具重量之和本設(shè)計額定起重量：選擇與之接近而偏大的2*100橋機1、設(shè)備型號臺數(shù)選擇：最大起重量183.7t，機組臺數(shù)4臺，選用一臺雙小車起重機，跨度16m。表8-1工作參數(shù)表名義起重量t單臺小車起重量（t）跨度lkm起重高度m主鉤副鉤2×100100201425極限位置推薦用大車軌道輕道中心距起重機外端距離B1軌道面至起重機頂端距離H吊鉤至軌道吊鉤至軌道hh1中心距離主鉤副鉤L1L2Qu-1004603700124070011001600平衡梁吊點至大車軌頂極限位置146mm表8-2平衡梁參數(shù)吊鉤起重量（t）平衡梁起重量(t)aa1a2a3bhh1自重(t)2×10025037803100145070013009406504.578第九章廠房輪廓尺寸估算9.1廠房長度確定9.1.1機組段長度由蝸殼層決定的機組段長度L=渦殼寬度+2=14.0m尾水管層L=尾水管出口斷面寬度+2=10.56mc.發(fā)電機層L=風罩直徑+尾水管邊墩厚+2*風罩邊凈距=14.0m尾水管邊墩砼厚度取1.0~1.5m發(fā)電機風罩壁厚，一般取0.3~0.4m兩臺機組之間風罩外壁的凈距，一般取1.5~2.0m綜上考慮取機組段長度14m。9.1.2端機組段長度端機組段的附加長度：.根據(jù)需要取為1.0m則端機組段的長度為：L=14+1=159.1.3裝配場長度同時考慮到水輪機頂蓋D=3.8m水渦輪D=2.7m上機架D=6.6m下機架D=4.6m發(fā)電機轉(zhuǎn)子D=4.8因裝配廠高程與發(fā)電機層同高，可以占用發(fā)電機層空間，取9.2主廠房寬度確定a.由渦殼層決定的廠房寬度：上游側(cè)寬度：=機組中心線至上游渦殼外緣尺寸+渦殼外包混凝土+外墻厚下游側(cè)寬度：=機組中心線至下游渦殼外緣尺寸+渦殼外包混凝土+外墻厚主廠房寬度：L==7.2+11.5=17.4mb.由發(fā)電層決定的廠房寬度L=風罩直徑+2*通道寬度+外墻厚=17.3m。c.由橋吊機決定的廠房寬度：由2×100橋機的規(guī)格，=14m得，L=+2*B+2*外墻厚+橋吊工作裕度=18m。d.裝配廠寬度：采用與主廠房寬度相同18m。綜上考慮，取主廠房寬度為18m。9.3主廠房頂高程確定9.3.1水輪機安裝高程：對于HL220-LJ-300型水輪機式中為設(shè)計尾水為：由于本水電站裝機四臺，故取一臺水輪機滿發(fā)電時的額定流量，從下游水位流量關(guān)系曲線中查得=202m。吸出高度Hs-0.57m，=0.375m得到水輪機的安裝高程Zs=201.19.3.2尾水管底板高程h1——尾水管高度（m）bo——導(dǎo)葉高度（m）尾水管頂部高程：=196.59.3.3基巖開挖高程：=192m9.3.4水輪機層地面高程=ZS++d=201.7+0.75/2+3.5=204.975md——蝸殼頂板厚度和外包混凝土厚度，取2.0~3.5M9.3.5定子安裝高程=+（1.8～2.0）+1.9=209m9.3.6發(fā)電機層地面高程（定子埋入式）=抬高++h1+h2=211.3m9.3.7吊車軌頂?shù)母叱?發(fā)電機層樓板高程+轉(zhuǎn)子軸長+工作裕度+定子外露高度+吊鉤極限位置=219.9.3.8廠房頂部高程=+吊車總高度+小車至天棚必要距離+屋頂厚=224.5m。9.3.9裝配廠地面高程為方便安裝并減小裝配廠長度采用發(fā)電機層和安裝場層同高方案，裝配廠層與發(fā)電機層地面同高，高程224.5m。第十章 壓力鋼管設(shè)計10.1引水管道的布置：壓力鋼管的型式：采用壩內(nèi)埋管的型式。管軸線布置：進水口高程，根據(jù)前面壩體剖面設(shè)計中對上游坡折點的敘述，進水口高程＝死水位－臨界淹沒水深＝257.96米。鋼管直徑根據(jù)管中經(jīng)濟流速和發(fā)電設(shè)計流量確定，定為4.2鋼管軸線沿主應(yīng)力方向。3、進水口：1）、進口段設(shè)計為平底，上唇收縮曲線為四分之一橢圓，長軸取為6.0米，短軸取為2.0米。2）、攔污柵鑒于本樞紐是壩后式水電站，攔污柵的立面布置采用垂直式。平面布置采用平面攔污柵。柵條厚度取為10mm,寬度取為200mm,間距取為128mm4、漸變段是由矩形閘門段到圓形管道的過渡段，采用圓角過渡，長度規(guī)范規(guī)定不少于一倍管徑，取6.0米。5、上彎段及下彎段設(shè)計：上彎段及下彎段轉(zhuǎn)彎半徑不得小于2～3倍的管徑，取為13米。10.2閘門及啟閉設(shè)備：1、閘門處凈過水斷面為隧洞斷面的1.1倍，壩式進水口為了適應(yīng)壩體的結(jié)構(gòu)要求，進水口長度要縮短，進口段與閘門段常合而為一。壩式進水口一般都做成矩形喇叭口狀，水頭較高時，喇叭開口較小，以減小閘門尺寸以及孔口對壩體結(jié)構(gòu)的影響；滲透較低時，孔口開口較大，以降低水頭損失。2、啟閉設(shè)備安放在壩頂。10.3壓力鋼管結(jié)構(gòu)設(shè)計：10.3.1確定鋼管厚度：擬定三個斷面進行計算，分別為進水口中心線高程74.57米處；壓力鋼管中心線高程為55.0米處以及壓力鋼管末端處高程35.0米。計算公式為：;式中:γ0——為結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取為1.1ra——鋼管內(nèi)徑為2.80米φ——設(shè)計狀況系數(shù)，持久狀況為1.0γd——結(jié)構(gòu)系數(shù)，考慮鋼管及混凝土聯(lián)合受力和焊縫系數(shù)（0.95）取為1.3f——鋼材強度設(shè)計值，采用16Mn鋼f＝315mpaH——為上游水位到鋼管中心線高程的距離；K——為考慮水錘作用以后的系數(shù)，三段分別為1.06、1.15和1.3表6-1截面鋼管厚1——1截面2——2截面3——3截面?zhèn)渥a(mm)1010.417.2小于10mm的取為10.3.2承受內(nèi)水壓力的結(jié)構(gòu)分析：10.3.2.1應(yīng)力及傳力計算：外包混凝土厚度擬定為4.0米>0.8D，考慮混凝土和鋼管聯(lián)合受力。鋼管徑向位移計算公式：式中：Pa——鋼管承受的內(nèi)水壓力；ta——鋼管厚度；Ea——鋼材彈模，采用16Mn鋼，為2.10×105N/mm2;μa——泊松比，取為0.3；a——鋼管半徑；b——外包混凝土外緣距離混凝土徑向位移計算公式:式中：Pc——混凝土承受的內(nèi)水壓力；Ec——混凝土彈模，取為3.0×104N/mm2;μc——泊松比，取為0.17根據(jù)位移協(xié)調(diào)條件和內(nèi)水壓力守恒條件可計算出各個截面混凝土所受到的內(nèi)水壓力Pc結(jié)果如下：表6-2內(nèi)水壓力Pc結(jié)果截面內(nèi)水壓力1——1截面2——2截面3——3截面Pc(mpa)0.3440.6321.01根據(jù)拉梅公式可以計算處外包混凝土各點的應(yīng)力，公式如下：其中應(yīng)力大于σct的那部分應(yīng)力由外包混凝土所配的鋼筋承擔。σct為判斷混凝土開裂的拉應(yīng)力值（N/mm2）按素混凝土計算公式為：式中：гmc——為截面抵抗矩塑性系數(shù)可按DL/T5057-1996規(guī)范采用，為1.563；αct——為混凝土拉應(yīng)力限制系數(shù)為0.7；ft——為混凝土抗拉強度。經(jīng)計算σct＝1.429mpa計算簡圖如下：圖6-1剖面圖經(jīng)計算三個斷面最終的配筋情況為：1——1截面，σCt=1.429mpa>σ?c=0.471mpa,按最小配筋率配置鋼筋;2——2截面,σCt=1.429mpa>σ?c=0.786mpa,按最小配筋率配置鋼筋;3——3截面，σCt=1.429mpa>σ?c=1.19mpa,經(jīng)計算得配筋面積為942mm2，選配5Φ18@200（As=1272mm2）。故，三個斷面均按3——3截面配置鋼筋，即為：每米管混凝土內(nèi)配置5根直徑為18mm的一級鋼筋；構(gòu)造立筋取為72Φ8@250（As=3622mm2），混凝土保護層厚度取60mm，則立筋環(huán)向半徑r=2860mm。10.3.2.2混凝土開裂情況的判別：按照彈性力學厚壁圓筒多管法計算，鋼管外包混凝土開裂情況分為未開裂、內(nèi)圈部分開裂和裂穿三種情況。(1)內(nèi)水壓力設(shè)計值P≦PMAX1時，為混凝土未開裂情況，是壩內(nèi)埋管允許的情況，PMAX1由下式計算。式中：PMAX1——混凝土未開裂時的情況，是壩內(nèi)埋管所能承受的最大內(nèi)水壓力（N/MM2）；δ1——鋼管與混凝土間縫隙值（mm）；ES2——平面應(yīng)變問題的鋼材彈性模量（N/mm2）ES——鋼材的彈性模量（N/mm2）υS——鋼材泊松比；г——鋼管內(nèi)半徑（mm）；B0——參數(shù)，；φC——混凝土層相對開裂深度，取φC=，在混凝土未開裂的情況下，取r4——混凝土開裂區(qū)半徑（mm）；r5——混凝土圈外半徑（mm）；C0——參數(shù)，υC2——平面應(yīng)變問題的混凝土泊松比，；υC——混凝土泊松比；σCt——判別混凝土開裂的拉應(yīng)力取值（mpa），按素混凝土抗彎構(gòu)件計算取，或按鋼筋混凝土構(gòu)件計算正截面抗裂驗算取，可由設(shè)計者視具體情況而定，設(shè)計狀況系數(shù)φ=1.0故未計入公式；гMC——截面抵抗矩的塑性系數(shù)，ft——混凝土軸心抗拉強度設(shè)計值（mpa）；гdc——素混凝土結(jié)構(gòu)受拉破壞的結(jié)構(gòu)系數(shù)αct——混凝土拉應(yīng)力限制系數(shù)采用2.0ftk——混凝土軸心抗拉強度標準值（mpa）；EC2——平面應(yīng)變問題的混凝土彈性模量（N/mm2）；EC——混凝土彈性模量（N/mm2）；t——鋼管管壁厚度（mm）；t3——混凝土內(nèi)部鋼筋折算層厚度（mm），孔口實際配筋應(yīng)由同時承受內(nèi)水壓力和壩體應(yīng)力確定。(2)內(nèi)水壓力設(shè)計值PMAX1≤P≤PMAX2時，為混凝土部分開裂情況，是壩內(nèi)埋管允許的情況，PMAX2由下式計算。(3)內(nèi)水壓力設(shè)計值PMAX2≤P時，為混凝土裂穿情況，是壩內(nèi)埋管不允許的情況。此時內(nèi)水壓力完全由鋼管和鋼筋承擔。發(fā)生這種情況就要校核鋼管和鋼筋的承載力是否滿足強度要求。經(jīng)計算得：PMAX1=0.873mpa，PMAX2=0.957mpa。1——1截面屬于混凝土未開裂的情況,2——2截面屬于混凝土未開裂的情況，3——3截面屬于混凝土部分開裂情況，內(nèi)水壓力完全由鋼管和鋼筋承擔而鋼管和鋼筋的承載力滿足強度要求，鋼管能保持穩(wěn)定。專題設(shè)計尾水管結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算發(fā)電機重量：G=370t取11截面進行計算。頂板荷載：自重：外荷載：邊墩自重：2N=30.875t中墩自重：底板荷載：自重：揚壓力：（此處討論檢修狀況，即放空情況下）地基反力：不平衡剪力的計算：Q=截面形心位置：（3.3*14+1.9*2.25+1.9*1+1.5*14）y=2.3*14*（1.9+1.5+3.3/2）+(1.9*3.25*2+1.9*1)*(1.9/2+1.5)+1.5*14*1.5/2推出：y=3.83m求截面慣性距：J=14*2.83^3/3+14*3.83^3/3+0.43^3*6.5/3-6.5*2.33^3/3=345.01求各高程的頂板處：頂板上：底板以上：底板處：為0根據(jù)公式計算各處的經(jīng)計算求得各部分分擔的剪力：頂板部分：墩子部分：底板部分;三個墩子集中力的和：同理可計算在1~~1，2~~2，3~~3截面處，檢修狀況和校核洪水位下的荷載情況。。計算如表中所示：頂板荷載邊墩自重中墩自重自重揚壓力地基反力4.751.7540.6252.51.53.75051.254.751.7540.6252.51.53.7524.575.753.348.2530.8751.91.53.75051.253.348.2530.8751.91.53.7524.575.75347.5523.21.53.75051.25347.5523.21.53.7524.575.75Q截面形心J面積距中性軸以上頂板以上墩子底板-50.1254.60711.79117.882