水電站引水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

某水電站引水系統(tǒng)設(shè)計(jì)該水電站所在河流中下游地段側(cè)向侵蝕作用十分強(qiáng)烈，形成迂回曲折蛇形地貌，為修建引水式水電站提供了有利地形條件。某水電站引水隧洞和廠房位于南天門(mén)嶺，此處分水嶺寬約800，而兩端河水位差達(dá)13，本區(qū)地層主要是前震旦系黑云母混合片麻巖通過(guò)，沿洞線(xiàn)未發(fā)現(xiàn)斷層，且洞線(xiàn)頂上部新鮮巖體厚達(dá)80～160，深部裂隙已趨閉合因此工程地質(zhì)條件較好，洞線(xiàn)前部通過(guò)兩條較大巖脈均大致及洞線(xiàn)正交，一條為石英斑巖，寬30～40，另一條為正常閃巖，寬26～30，巖脈及圍巖接觸良好，廠房后山坡地形坡度約50o～60o，坡高40左右，后山坡邊坡基本穩(wěn)定。布置考慮了地質(zhì)條件、地形條件、施工條件及水力條件，由于施工技術(shù)條件限制，引水洞徑不宜大于12，因此，選擇兩條引水隧洞，四條壓力管道分別給每臺(tái)機(jī)組供水，供水方式為單元供水（即單管單機(jī)），鋼管軸線(xiàn)及廠房軸線(xiàn)相垂直，這樣可以使水流平順，減小水頭損失。由于水輪機(jī)選型部分已知單機(jī)最大引用流量：隧洞斷面面積：式中：由上式得：則洞徑本設(shè)計(jì)中取。1）地質(zhì)條件：盡可能位于完整堅(jiān)硬巖石中，避開(kāi)巖體軟弱、山巖壓力大、地下水充沛及巖石破碎帶、地震區(qū)。必須穿越軟弱夾層或斷層時(shí)盡可能正交布置。隧洞通過(guò)層狀巖體時(shí)洞線(xiàn)及巖層走向夾角盡可能大，以利于圍巖穩(wěn)定，提高承載力。2）地形條件：出口處地形宜陡，進(jìn)口段洞口圍巖厚度宜大于一倍開(kāi)挖洞徑，一般要求周?chē)鷪?jiān)固厚度不小于三倍開(kāi)挖洞徑。3）施工條件：便于施工。4）水力條件：轉(zhuǎn)彎半徑大于五倍洞徑，轉(zhuǎn)彎面不宜大于60o7.2進(jìn)水口設(shè)計(jì)在水利水電工程中，為發(fā)電供水等綜合利用目，往往需要在水位便服天然河道，湖泊或人工水庫(kù)和調(diào)節(jié)池中取水，深式進(jìn)水口及有壓進(jìn)水口為了適應(yīng)這一需要而設(shè)置一種水工建筑物，深式進(jìn)水口應(yīng)滿(mǎn)足水工建筑物一般要求，即結(jié)構(gòu)安全，布置簡(jiǎn)單，施工方便，造價(jià)低廉，運(yùn)行可靠并適應(yīng)注意美觀。其組成為：①行進(jìn)段②進(jìn)口段③閘門(mén)段④閘門(mén)漸變段⑤操作平臺(tái)和交通橋。太平哨水電站為有壓進(jìn)水式，岸邊地質(zhì)條件較好，因此選擇深式進(jìn)水口中隧洞式進(jìn)水口為宜。深式進(jìn)水口主要形式：隧洞式進(jìn)水口，其進(jìn)口段和閘門(mén)井均從山體中開(kāi)鑿而成適應(yīng)于進(jìn)口地質(zhì)條件良好，擴(kuò)大斷面和開(kāi)挖閘門(mén)豎井均不會(huì)引起塌方，坡度適中。洞式進(jìn)水口充分利用了巖石作用，鋼筋混凝土工程量較小，這一種既經(jīng)濟(jì)又安全結(jié)構(gòu)形式。①壓力墻進(jìn)水口：其進(jìn)口段和閘門(mén)段均布置在山體之外適用于洞口附近地質(zhì)條件較差或不宜采用洞式進(jìn)水口時(shí)不宜擴(kuò)大開(kāi)挖坡度較緩時(shí)。②壩式進(jìn)水口：其基本特征是進(jìn)水口附近在壩體上適用于壩后時(shí)廠房或河床式水電站廠房上游壩體內(nèi)，進(jìn)水口及壩體成統(tǒng)一整體。③塔式進(jìn)水口：適用于水電站廠房布置在河床壩后，攔河壩采用當(dāng)?shù)夭牧蠅位蛩畮?kù)地質(zhì)條件較差，坡度較平緩不利于岸坡上修建進(jìn)水口。，為避免進(jìn)水口前出現(xiàn)漩渦和吸氣漏斗，需有一定淹沒(méi)水深。所需要淹沒(méi)深度：式中：——無(wú)吸漩渦臨界淹沒(méi)水深——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般取0.55～0.73，對(duì)稱(chēng)進(jìn)水時(shí)取小值，側(cè)面進(jìn)水時(shí)取大值，本設(shè)計(jì)取——閘門(mén)斷面水流流速，由于閘門(mén)面積比引水隧洞斷面面積稍大，則其流速比引水隧洞小，本設(shè)計(jì)取——閘門(mén)孔口高度，本設(shè)計(jì)取由上式得：綜合分析并考慮到風(fēng)浪影響，取則進(jìn)水口底板高程：1）進(jìn)口段：其作用是連接攔污柵及閘門(mén)段。根據(jù)國(guó)內(nèi)外實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)口段頂板曲線(xiàn)采用1/4橢圓曲線(xiàn)，曲線(xiàn)方程為：式中：a——橢圓曲線(xiàn)長(zhǎng)半軸，一般取(1～1.5)D，本設(shè)計(jì)取——橢圓曲線(xiàn)短半軸，一般取(1/3～1/2)D，本設(shè)計(jì)取一般情況下橢圓曲線(xiàn)，當(dāng)引用流量及流速不大時(shí)，也可采用圓弧曲線(xiàn)代替，重要工程應(yīng)根據(jù)模型試驗(yàn)決定進(jìn)口曲線(xiàn)，進(jìn)口流速不宜太大。進(jìn)口面積不小于下式計(jì)算值：式中：——進(jìn)口斷面面積——引水?dāng)嗝婷娣e（按漸變段末端）則：——引水道中心線(xiàn)水平面間夾角，本設(shè)計(jì)取——收縮系數(shù)，一般取0.6～0.7，本設(shè)計(jì)取由上式得：2）閘門(mén)段：閘門(mén)段是引水道和進(jìn)口段連接段，閘門(mén)口采用矩形，考慮進(jìn)口結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，進(jìn)水口設(shè)支墩，布置兩孔，高4.5，寬9.5矩形平板閘門(mén)并相應(yīng)設(shè)兩孔檢修閘門(mén)，檢修閘門(mén)及工作閘門(mén)間距取2。3）漸變段：漸變段是閘門(mén)段到壓力引水管道過(guò)渡段，其斷面面積和流速應(yīng)逐漸變化，使水流不產(chǎn)生漏流并盡量減小水頭損失。由矩形變成圓形通常采用四角加圓角過(guò)渡圓弧中心位置和圓角半徑r均按直線(xiàn)變化，漸變段長(zhǎng)度根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般為壓力隧洞直徑1.5～2.0倍，收縮角不超過(guò)10o，以6～9o為宜。本設(shè)計(jì)取其長(zhǎng)度為16。4）通氣孔和進(jìn)人孔：通氣孔設(shè)在事故閘門(mén)之后其功用是當(dāng)引水道充水時(shí)可以排氣，當(dāng)事故閘門(mén)關(guān)閉放空引水道時(shí)，可以補(bǔ)氣以防出現(xiàn)有害真空。通氣孔面積按下式計(jì)算：式中：——3/s——通氣孔進(jìn)氣流速，一般為30～50m/s，本設(shè)計(jì)取40m/s由上式得：為了便于進(jìn)水口及壓力水道維護(hù)及檢修，需設(shè)進(jìn)人孔。本設(shè)計(jì)采用通氣孔兼作進(jìn)人孔。1）攔污柵設(shè)計(jì)：為防止結(jié)冰及漂浮物堵塞和進(jìn)入進(jìn)水口，進(jìn)水口前需設(shè)攔污柵，攔污柵在平面上布置或直線(xiàn)上面為垂直布置，即傾角為90o，過(guò)柵水流凈流速應(yīng)盡量小，以減小水頭損失和清污困難，不宜大于1m/s，本設(shè)計(jì)取過(guò)柵流速為1m/s。則攔污柵凈面積為：閘門(mén)設(shè)計(jì)：工作閘門(mén)：選用平板閘門(mén)，閘門(mén)高度應(yīng)大于洞徑，本設(shè)計(jì)取9.5，閘門(mén)寬度一般等于或小于壓力管道直徑，由于進(jìn)水口設(shè)中墩，閘門(mén)寬度取4.5，門(mén)厚0.8，要求在靜水中開(kāi)啟，動(dòng)水中關(guān)閉。檢修閘門(mén)：采用平板閘門(mén)，尺寸同工作閘門(mén)，要求在靜水中開(kāi)啟，靜水中關(guān)閉。檢修閘門(mén)及工作閘門(mén)之間距離很近，為了便于檢修，要求2～4間距，本設(shè)計(jì)取為2，布置在同一閘室內(nèi)，在閘門(mén)井上方布置一個(gè)共用啟閉機(jī)房。7.3引水隧洞7.3.1線(xiàn)路及坡度確定引水隧洞路線(xiàn)選擇是設(shè)計(jì)中關(guān)鍵，它關(guān)系到隧洞造價(jià)，施工難易，工程進(jìn)度，運(yùn)行可靠性等方面，選擇洞線(xiàn)一般原則和要求為：①隧洞路線(xiàn)應(yīng)盡量避免不利地質(zhì)構(gòu)造，圍巖可能不穩(wěn)定及地下水位高，滲水量豐富地段，以減小作用于襯砌上圍巖壓力和外水壓力，洞線(xiàn)要及巖層層面、構(gòu)造破碎帶和節(jié)理面有較大交角，在高地應(yīng)力區(qū)應(yīng)使洞線(xiàn)及最大水平地應(yīng)力方向盡量一致，以減小隧洞側(cè)向圍巖壓力，隧洞進(jìn)出口在開(kāi)挖過(guò)程中容易塌方，易受地震破壞，應(yīng)選在覆蓋層風(fēng)化較淺，巖石比較堅(jiān)固完整地段。②洞線(xiàn)在平面上求短直，這樣既可以減少工程量，方便施工。有良好水流條件，若因地形，地質(zhì)，樞紐布置等必須轉(zhuǎn)彎時(shí)應(yīng)以曲線(xiàn)相連。③隧洞應(yīng)有一定埋藏深度，包括：洞頂覆蓋厚度和傍山隧洞岸邊一側(cè)巖體厚度，統(tǒng)稱(chēng)為圍巖厚度，圍巖厚度涉及開(kāi)挖時(shí)成洞條件，運(yùn)行中在內(nèi)外水壓力作用下圍巖穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)計(jì)算邊界條件和工程造價(jià)等。④隧洞縱坡應(yīng)根據(jù)運(yùn)用要求，上下游銜接，施工和檢修等因素，綜合分析比較后確定，無(wú)壓隧洞縱坡應(yīng)大于臨界坡度，有壓隧洞縱坡主要取決于進(jìn)口高程，要求全線(xiàn)洞頂在最不利條件下保持不小于2壓力水頭。有壓隧洞不宜采用平坡或反坡，因?yàn)槠洳焕跈z修和排水。⑤對(duì)于長(zhǎng)隧洞，選擇洞線(xiàn)時(shí)還應(yīng)注意地形，地質(zhì)條件。布置一些施工之洞，斜井，豎井，以便增加工作面，有利于改善施工條件加快施工進(jìn)度。太平哨水電站根據(jù)上面原則和要求，選擇了兩條引水隧洞，所經(jīng)路線(xiàn)地質(zhì)構(gòu)造良好，洞線(xiàn)在平面上短直，即減小工程造價(jià)、方便施工、具有良好水流條件，隧洞有一定埋深，圍巖厚度大于3倍洞徑。為了利于檢修及排水，隧洞縱坡率為2%，其工作閘門(mén)及檢修閘門(mén)設(shè)在進(jìn)口，隧洞在平面上有彎角，對(duì)于低流隧洞曲率半徑不宜小于5倍洞徑，現(xiàn)取6倍洞徑，即54，轉(zhuǎn)角不宜大于60°，取30°，具體布置見(jiàn)壩區(qū)引水系統(tǒng)平面布置圖。7.3.2斷面形式及斷面尺寸隧洞斷面形式取決于水流流態(tài)、地質(zhì)條件、施工條件及運(yùn)行條件等，有壓隧洞一般采用圓形斷面，原因是圓形斷面水流條件受力條件都較為有利，本設(shè)計(jì)中隧洞斷面采用圓形，直徑為9。7.3.3洞身襯砌為了保證水工隧洞安全有效運(yùn)行通常需要對(duì)隧洞進(jìn)行襯砌，襯砌作用是①限制圍巖變形，保證圍巖穩(wěn)定。②承受?chē)鷰r壓力、內(nèi)水壓力等負(fù)荷。③防止?jié)B漏。④保證巖石免受水流，空氣，溫度，干濕變化等充蝕破壞作用。⑤減小表面糙率。隧洞襯砌主要類(lèi)型①平整襯砌：亦稱(chēng)護(hù)面或抹平襯砌，它不承受外力只起減小隧洞表面糙率，防止?jié)B漏和保護(hù)巖石不受風(fēng)化作用平整襯砌適應(yīng)于圍巖條件較好，能自行穩(wěn)定且水頭，流速較低情況下。②單層襯砌：由混凝土、鋼筋混凝土或漿砌石等組成，適用于中等地質(zhì)條件斷面較大，水頭及流速較高情況。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，混凝土及鋼筋混凝土厚度，一般約為洞徑或洞寬1/8-1/12且不小于25，由襯砌最終計(jì)算確定。③組合式襯砌：由內(nèi)層鋼板，鋼筋網(wǎng)噴漿，外層為混凝土或鋼筋混凝土，有頂拱為混凝土邊墻或底板為漿砌石和頂拱邊墻噴錨后再進(jìn)行混凝土或鋼筋混凝土等形式。渾江太平哨水電站，為了保證引水隧洞安全有效運(yùn)行，限制圍巖變形，保證圍巖穩(wěn)定，承受?chē)鷰r壓力，內(nèi)水壓力等荷載，防止?jié)B漏，保證巖石免受水流、空氣、溫度、干濕變化等沖蝕破壞作用，減小表面粗糙，需要對(duì)其進(jìn)行襯砌，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，采用單層襯砌形式，混凝土厚度為1。7.4調(diào)壓室設(shè)計(jì)7.4.1是否設(shè)置調(diào)壓室判斷為了改善水錘現(xiàn)象，常在有壓引水隧洞及壓力管道銜接處建造調(diào)壓室，調(diào)壓室利用擴(kuò)大斷面和自由水面反射水錘波將有壓引水系統(tǒng)分為兩段：上游段有有壓引水隧洞，調(diào)壓室使隧洞基本上避免了水錘壓力影響；下游為壓力管道，由于長(zhǎng)度縮短了，從而降低了壓力管道中水錘值，改善了機(jī)組運(yùn)行條件。調(diào)壓室功用歸納為以下三點(diǎn)：①反射水錘波，基本上避免了壓力管道中水錘波進(jìn)入有壓引水道。②縮短壓力管道長(zhǎng)度從而減小壓力管道及廠房過(guò)流部分鐘水錘壓力。③改善機(jī)組在負(fù)荷變化時(shí)運(yùn)行條件及系統(tǒng)供電質(zhì)量。在有壓引水系統(tǒng)中設(shè)置調(diào)壓室后，一方面使有壓引水道基本上避免了水錘壓力影響，減小了壓力管道中水錘壓力，改善了機(jī)組運(yùn)行條件，從而減小了他們?cè)靸r(jià)；但另一方面卻增加了設(shè)置調(diào)壓室造價(jià)，所以是否設(shè)置調(diào)壓室應(yīng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)方案比較來(lái)決定。我國(guó)《水電站調(diào)壓室設(shè)計(jì)規(guī)范》建議以下式作為初步判別是否需要設(shè)置上游調(diào)壓室近似準(zhǔn)則：式中：Li——壓力水道（包括蝸殼機(jī)為水管）長(zhǎng)度，有壩區(qū)系統(tǒng)平面圖量得約為800-850mVi——壓力水道中平均流速，取4.5m/sg——H0——電站最小靜水頭；即：則：需要設(shè)置調(diào)壓室。7.4.2調(diào)壓室位置選擇調(diào)壓室位置選擇一般原則為：①調(diào)壓室位置需根據(jù)壓力管道地形、地質(zhì)條件及廠房位置統(tǒng)一考慮，應(yīng)盡可能靠近廠房，以減少壓力管道及水輪機(jī)水擊壓力。②調(diào)壓室距廠房較近，且多設(shè)在臨近山坡處，以避開(kāi)不利地質(zhì)條件，以減輕電站運(yùn)行后滲水對(duì)圍巖及邊坡穩(wěn)定不利影響，以免由于地下水改變導(dǎo)致圍巖失穩(wěn)塌滑。太平哨水電站調(diào)壓室所處地形為長(zhǎng)條形山脊，且山脊寬度較小，為獲得調(diào)壓室上覆蓋巖體有足夠厚度，并使兩個(gè)調(diào)壓室間保持一定距離，把兩個(gè)調(diào)壓室沿山脊一前一后布置，調(diào)壓室所處風(fēng)化層較厚，為了保持頂拱以上新鮮巖體有較大厚度，則調(diào)壓室位置需盡量往進(jìn)水口方向布置，但這樣縮短了主洞線(xiàn)，增加了壓力管道長(zhǎng)度，不僅增加了工程量和投資，而且對(duì)機(jī)組調(diào)節(jié)保證也有不利影響，為了滿(mǎn)足各方面要求，選取較為合理位置，1#主洞長(zhǎng)675，壓力管道長(zhǎng)125，2#主洞625，壓力管道長(zhǎng)175。7.4.3調(diào)壓室布置方式及型式選擇根據(jù)調(diào)壓室及廠房相對(duì)位置關(guān)系，調(diào)壓室基本方式有三種：上游調(diào)壓室、下游調(diào)壓室、上下游雙調(diào)壓室，太平哨水電站上游又較長(zhǎng)引水道，而下游無(wú)尾水隧洞，故選擇布置方式為：上游調(diào)壓室。其基本類(lèi)型有：圓筒式、阻抗式、雙室式、溢流式、差動(dòng)式、氣墊式，太平哨水電站從投資、施工難易以及地形、地質(zhì)條件綜合考慮，選用簡(jiǎn)單圓筒式，并采用“三合一”型式，即調(diào)壓、分岔及閘門(mén)三者布置在一個(gè)井中。調(diào)壓室水利計(jì)算調(diào)壓室基本尺寸是由水力計(jì)算來(lái)確定，其內(nèi)容包括：調(diào)壓室水位波動(dòng)穩(wěn)定條件，確定調(diào)壓室斷面面積確定調(diào)壓室最高涌水位，從而確定調(diào)壓室頂部高程確定調(diào)壓室最低涌水位，確定其底部及壓力管道進(jìn)口高程。1）應(yīng)根據(jù)電站及引水道實(shí)際情況，選擇可能出現(xiàn)最不利情況作為水力計(jì)算條件，使調(diào)壓室自阿確保安全前提下最經(jīng)濟(jì)合理，采用托馬公式：《水工手冊(cè)》7-156式中：Fk——臨界界面Lf——引水道長(zhǎng)度及斷面面積g——重力加速度H——穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)水輪機(jī)承受靜水頭，采用可能出現(xiàn)最小凈水頭，取34.6m——壓力管道水頭損失α——引水道水頭損失系數(shù)式中：R——為水力學(xué)半徑V——ξ——局部水頭損失系數(shù)ξ為局部水頭損失系數(shù)，查《水力學(xué)》表3-3得：eq\o\ac(○,1)進(jìn)水口水頭損失ξ1=0.1，eq\o\ac(○,2)攔污柵水頭損失，eq\o\ac(○,3)閘門(mén)段水頭損失（門(mén)槽），eq\o\ac(○,4)漸變段局部水頭損失：ξ4=0.05，則∑ξ則：壓力管道水頭損失計(jì)算（局部忽略不計(jì)）：式中：L——壓力管道查長(zhǎng)度取1#洞長(zhǎng)為125N——V——管內(nèi)流速，取5D——壓力管道直徑，即：取D=6R——?jiǎng)t：所以臨界斷面：調(diào)壓室直徑：對(duì)于投入電力系統(tǒng)運(yùn)行，當(dāng)電站容易小于1/3系統(tǒng)無(wú)調(diào)頻任務(wù)時(shí)或機(jī)組及調(diào)速器性能度機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行有充分時(shí)，取F=KFK（其中K為折減系數(shù)）實(shí)際工程D=20m2）計(jì)算調(diào)壓室最高涌波水位：查《水工設(shè)計(jì)手冊(cè)》7-134查《水電站》表10-5得Xmax則：Zmax=XmaxZ=Z校+Zmax3）計(jì)算調(diào)壓室最低涌波水位查《水電站》10-5得X2所以：Z2=X2Z=Z設(shè)-Z2，滿(mǎn)足隧洞布置要求。水擊計(jì)算目：確定管道為最大內(nèi)水壓力作用為設(shè)計(jì)或校核壓力管道、蝸殼和水輪機(jī)強(qiáng)度依據(jù)，確定管道內(nèi)最小水壓力作為管道布置、防止壓力管道中產(chǎn)生負(fù)壓和校核尾水管內(nèi)真空度依據(jù)，研究水擊和機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行惡關(guān)系（調(diào)保計(jì)算）研究降低水擊壓強(qiáng)措施.調(diào)節(jié)保證計(jì)算目：為了保證電站運(yùn)行經(jīng)濟(jì)及安全，需選擇合理導(dǎo)葉啟閉時(shí)間，使水擊壓強(qiáng)及機(jī)組轉(zhuǎn)速變化率都控制在允許范圍內(nèi)：丟棄全負(fù)荷或部分負(fù)荷時(shí)：機(jī)組轉(zhuǎn)速最大升高值壓力管道及蝸殼內(nèi)最大水擊壓強(qiáng)尾水管真空度校核，同時(shí)應(yīng)注意開(kāi)度變化時(shí)反擊水擊是否超過(guò)了增加負(fù)荷時(shí)水擊值增加全負(fù)荷或部分負(fù)荷：機(jī)組轉(zhuǎn)速最大降低值，只對(duì)單獨(dú)運(yùn)行電站運(yùn)行，加入系統(tǒng)運(yùn)行電站，轉(zhuǎn)速受系統(tǒng)頻率制約，不可能有很大降低。壓力管道和蝸殼內(nèi)最大壓力降低值說(shuō)明：大中型水輪發(fā)電機(jī)組通常并入電力系統(tǒng)運(yùn)行，大幅度突增負(fù)荷情況一般不會(huì)出現(xiàn)，只有對(duì)單獨(dú)運(yùn)行電站，增加負(fù)荷調(diào)保計(jì)算才有意義，本電站建成后并入東北電網(wǎng)，因此不用進(jìn)行增加全部負(fù)荷或部分負(fù)荷時(shí)計(jì)算：《機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)》P206(1)水電站調(diào)保計(jì)算一般按兩種工況計(jì)算，并取較大值：eq\o\ac(○,1)在設(shè)計(jì)水頭下用全負(fù)荷（通常發(fā)生最大轉(zhuǎn)速升高）eq\o\ac(○,2)在最大水頭下用全負(fù)荷（通常發(fā)生最大壓力值）ⅰ.壓力管道長(zhǎng)度：2#引水隧洞壓力管道長(zhǎng)度大于1#所以2#管道取L=175ⅱ.壓力管道直徑D：ⅲ.壓力管道平均水擊波速：壓力管道是地下埋式鋼管，水擊波速C=1200ⅳ.機(jī)組轉(zhuǎn)速：（額定容量、單機(jī)引水流量）n0萬(wàn)3/sⅴ.導(dǎo)葉起閉時(shí)間：初選擇TZ=8所以，有效時(shí)間為：Ts=（）TZ=（0.54+0.04×8）ⅵ.水電站設(shè)計(jì)水頭：Hrⅶ.機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)慣貫GD2：GD2=K2Dilt《機(jī)電手冊(cè)》P164式中：Di——定子鐵芯內(nèi)徑Dilt——定子鐵芯長(zhǎng)度ltK2——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)查表3-10K2所以，GD2×1.35=12159.88t·(2)水擊壓強(qiáng)及調(diào)節(jié)保證計(jì)算①在設(shè)計(jì)水頭下用全荷載，所以，發(fā)生間接水擊。特性常數(shù)丟棄全荷載時(shí)：Z0=1，ρZ0=7.5>1所以發(fā)生末相水擊式中：σ——閥門(mén)開(kāi)度變化時(shí)管道中水流流量德相對(duì)變化率水擊壓強(qiáng):△H=ξmHr總壓力值：Hr+△轉(zhuǎn)速變化率：式中：N0——機(jī)組額定容量，取4萬(wàn)KWTs1s×6.88=5.848sF——N——機(jī)組轉(zhuǎn)速最高值：nmax=n0（β+1）=107.1×（0.378+1）②最大水頭下用全負(fù)荷：丟棄全負(fù)荷時(shí)Z0=1ρZ0=7.1＞1發(fā)生末相水擊水擊壓力：△H=ξmHmax總壓力值：H+△機(jī)組轉(zhuǎn)速最高值：nmax=n0（1+β）=×水擊壓力計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)如下：壓力升高：當(dāng)H＜40m時(shí)[ξ]=本設(shè)計(jì)中：ξ＝ｍａｘ（ξＨｒ，ξＨｍａｘ<[ξ]所以滿(mǎn)足要求。（3）壓力降低：負(fù)水擊時(shí)，一壓力管道頂部任何一點(diǎn)不出現(xiàn)負(fù)壓并有2H2O以上余壓為限，尾水管進(jìn)口允許最大真空度為8H2O。轉(zhuǎn)速變化率計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)：丟棄全負(fù)荷時(shí)[β]=0.6《機(jī)電手冊(cè)》P98本設(shè)計(jì)β=max（0.378，0.374）=0.378<[β滿(mǎn)足要求7.6壓力管道設(shè)計(jì)7.6.1壓力管道布置結(jié)合電站廠房綜合考慮，廠房和機(jī)組間距17，故壓力管道中心間距也定為17，管道內(nèi)徑6，襯砌厚度60-160，靠近調(diào)壓室附近分岔起點(diǎn)處巖壁厚5，厚度雖小，但圍巖巖性較好，節(jié)理裂隙不發(fā)育，采用混凝土襯砌，可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，這種平面布置，從調(diào)壓室后以25°角分岔，并設(shè)平面線(xiàn)R=30，中心角α=12°30′，此處在布置壓力管道是充分考慮到了地質(zhì)條件，調(diào)壓室后壓力管道不只。在立面上適宜位置處轉(zhuǎn)彎，以避免不了地質(zhì)條件，滿(mǎn)足廠房安裝高程要求。7.6.2壓力管道直徑選擇依據(jù)管內(nèi)經(jīng)濟(jì)流速4～6，進(jìn)行直徑確定，經(jīng)計(jì)算管徑為6，毅力管道直徑取值不計(jì)算值稍大原因是：eq\o\ac(○,1)、壓力管道較長(zhǎng)。采用較大洞徑，相對(duì)流速較低，可改善機(jī)組運(yùn)行條件；eq\o\ac(○,2)、太平哨水電站為中水頭大流量電站，水流較為寶貴，采用較大洞徑可獲得較多電能。7.6.3調(diào)節(jié)保證計(jì)算經(jīng)調(diào)節(jié)保證計(jì)算，確定水輪機(jī)導(dǎo)葉啟閉時(shí)間為8s，最大水擊壓力為13.34，壓力管道壓力值為51.435，機(jī)組轉(zhuǎn)速最大升值147.16，滿(mǎn)足要求。7.6.4壓力管道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及穩(wěn)定計(jì)算基本資料：《水工設(shè)計(jì)手冊(cè)》普通碳素鋼A3，屈服強(qiáng)度σs=235000KPa低合金鋼16Mn，屈服強(qiáng)度σs=345000K