资源描述
- 1 -目录1 坝工部分 .- 3 -1.1 坝型选择及枢纽布置 .- 3 -1.1.1 枢纽主要建筑物等级确定 - 3 -1.1.2 坝址及坝型的选择 - 3 -1.1.3 枢纽组成建筑物 - 4 -1.2 重力坝非溢流坝段设计 - 4 -1.2.1 水工筑物级别 - 4 -1.2.2 基本剖面尺寸确定 - 4 -1.2.3 实用剖面尺寸的确定 - 5 -1.2.4 坝体剖面验算 - 8 -1.3.1 重力坝溢流坝段设计 - 20 -1.3.2 溢流坝段应力稳定计算 .- 25 -2 水电站建筑物设计 .- 30 -2.1 特征水头的选择 - 30 -2.1.1 设计高水位 - 30 -2.1.2 设计低水位 - 31 -2.1.3 加权平均水头及设计水头 .- 31 -2.2 水电站设备选型 .- 32 - 2 -2.2.1 水轮机选型 - 32 -2.2.2 金属蜗壳及尾水管尺寸 - 38 -2.2.3 发电机的选择 - 39 -2.2.4 调速器的计算 .- 44 -2.2.5 油压装置的选择 - 45 -3.厂房尺寸确定 .- 46 -3.1 厂房高度的确定 - 46 -3.1.1 水轮机组安装高程 - 46 -3.1.2 尾水管地板高程和厂房基础开挖高程 .- 46 -3.1.3 水轮机层地面高程 .- 46 -3.1.4 发电机地板高程和安装场高程 .- 47 -3.1.5 轨顶高程 .- 47 -3.1.6 天花板高程和屋顶面高程 .- 47 -3.1.7 厂房总高 .- 47 -3.2 主厂房长度的确定 - 47 -3.3 主厂房的宽度的确定 - 48 -4 专题：压力钢管的设计 .- 49 -4.1 进水口形式和布置 .- 49 -4.1.1 钢管直径 - 49 -4.1.2 临界淹没深度 - 49 - 3 -4.1.3 渐变段及弯管段 .- 50 -4.2 拦污栅 - 51 -4.3 典型钢管身厚度 - 51 -4.3.2 承受内水压力的结构分析 .- 53 -参考文献: - 59 -1坝工部分1.1 坝型选择及枢纽布置1.1.1 枢纽主要建筑物等级确定由校核洪水位 292 查水库容积曲线 V 10108 查表 1-1，1-3（水工建筑物）m3m工程规模为大（1）型，过程等别为一，主要建筑物为 1 级。次要建筑物为 3 级。1.1.2 坝址及坝型的选择根据地形和地质剖面图，坝址处呈现 V 型河谷，多为花岗岩，经初步布置，满足- 4 -各建筑物布置要求。从地形条件，本坝址适合建拱坝，重力坝，经综合比较认为建重力坝较为合适。1.1.3 枢纽组成建筑物1）挡水建筑物：砼重力坝。2）泄水建筑物：坝身溢流道（溢流坝） 。3）水电站建筑物：坝后式地面水电站厂房，坝体引水钢管，开关站等。1.2 重力坝非溢流坝段设计1.2.1 水工筑物级别水工建筑物级别 1 级，结构安全为 I，结构重要系数 =1.1，设计状况系数0=1.0。1.2.2 基本剖面尺寸确定1.2.2.1 坝高的确定由坝轴线工程地质剖面图最低点为 202.5m，下挖坝址处底高程为 197m。设计洪水位 291m，所以基本坝高 H=291-197=94。1.2.2.2 坝底最小宽度确定应力条件：取 =0， =23.5 / , =9.81 / , =0.3。cKN3m0KN31- 5 -= -= 9423.59.81-0.3=64.93 稳定条件：取 =0.7， =1.1， =0， =23.5 / , =9.81 / , =0.3fkcKN3m0KN31=60.49= (+)= 1.1940.7(23.59.81+0-0.3)同时满足应力和稳定要求取 =64.93m，取上游坡 n=0，由 可得 =0，取BHBn上游折坡 =0.15，下游坡 =0.702，取 =0.7。nHm1m取折射坡点高程， 取 235m。所以 =（235-197+(1312)94=229244 B197）0.1567=72.71.2.3 实用剖面尺寸的确定1.2.3.1 坝顶高程坝顶高程由静水位+风浪涌高+ 安全超高。即：h 静 水 位式中：（2 =0.0166V /4D1/3 为浪高；Vf 为计算风速；D 为吹程） ；=1%+0+ 5为波浪中心线高出静水位高度； 为超高，由规范查得。0 (1)设计洪水位- 6 -吹程 D=5B，B 为上游狭窄处的 278m，D=1390 m；风速为 =15 m/s 0=(1.52) 1.815=25/ 安全超高 =0.7mch。20 1 113 312 2020205%57,9.8.85.76.0765.80.65.9.810%/.9(-)1.7=09mmmgDvhgDvgvhhphH所 以 为 累 积 频 率 为 的 波 高 。假 设 则 由 表 查 得故1%12.53.7502123.75220%043()8/9.810.74.314/.4/5.5075=+h9.ommhgLgDvmhL坝 顶假 设 满 足 ， 故设 计 水 位 3.(2)校核洪水位风速为 15m/s；安全超高 =0.7 m, b=283m 吹程为 1415 m；ch- 7 -20 1 13 31212020205%57,9.84576.0765.4.8%/1.9(-).4=0.31.903.8.12mmmgDvhgDvgvhhphH所 以 为 累 积 频 率 为 的 波 高 。假 设 则 由 表 查 得故假 设 满 足 ，1%12.53.7502220%42.8.3()79.14/.48/0.9.488.06=+h6ommhgLgDvh m坝 顶 故校 核 水 位m 所以，在坝顶加 1.2m 高的防浪墙，该重力坝坝顶高程取为 293.3 m。取折射坡点高程=197+（ m 取为 235m13 12） 99=230246.5n=0.15,(0 K=1.1=(-U)=0.770720.8141972.11=1.15满足稳定要求。（3）应力验算 =+62=70720.8172.2+ 6315430.7972.22 =616.5 =0.6 -0.1未出现拉应力。远小于混凝土和岩石的抗压应力(123.287 “=+62=1342.5=1.35 Mpa)。满足应力要求。 b.校核工况（1）坝体荷载坝体自重1= 1=23.512 5.738=2545.05 2= 2=23.59 96.3=20367.45 3= 3=23.512 5882.86=54066.15 校核洪水位 292 m。水压力：- 14 -上游 H 1 =292-197=95m。Px 上 =0.59.81952=44267.625kN Py 上=0.5（5795）5.79.81=4249.7kN下游 H 2 =215.538-197=18.538mPx 下 =0.59.81 18.52=1678.7 kNPy 下=0.5 12.9518.59.81=1175 kN扬压力：为降低扬压力，设抽排系统图 1-5 扬压力分布图=0.295=19m。11=0.518.5=9.25 m。22u1= KN1172.79.81=6551.61 u2= KN(1122)109.81=956.48 u3= KN(1122)79.81=669.5 u4= KN(222)79.812=317.6- 15 -u5= KN(111)109.812=3727.8浪压力：图 1-6 浪压力分布图PWK=9.8110.74(1.33+0.52)=48.7 KN表 1-2 坝基面短暂状况（校核洪水位）垂直（KN） 水平（KN） 弯矩（KN.m）荷载下 上 右 左力壁（m）G1 2545.05 32.3 82205.12G2 20365.45 25.9 527465.16自重G3 54066.5 2.56 138406.24水 PX1 44276.63 31.667 1401860.15- 16 -PY1 4249.69 33.49 142337.31PX2 1678.7 6.17 10410.21压力PY2 1175 27.49 32343.168浪压力PWK 48.73 93.96 4602U1 6551.61 0 0 0U2 956.48 31.1 29724.37U3 669.5 23.76 15902.7U4 317.6 33.43 10638.876扬压力U5 3727.8 32.77 122261.8总计 82398.69 12222 .99 44316.33 1678.4 1606500 911400W=70175.7 kNP=42637.93 kNM=69514.47 kN（2）稳定验算摩擦公式：K=1.1=() =0.770175.742637.93=1.12- 17 -满足稳定要求。（3）应力验算 -0.1 Mpa=+62=70175.772.7+ 6(-69514.47)72.72 =0.017 未出现拉应力。远小于混凝土和岩石的抗压应力。满足应力要求。“=62=0.177 1.2.4.2 坝折坡点验算a.设计工况（1）坝体荷载坝体自重 1= 1=23.558.39=12330.45 图 1-7 折坡点简1= 1=23.50.530.243.1=15294 设计洪水位 291 m。 水压力：上游 H 1 设=291-235=56m。 图 - 18 -Px 上=0.5r0h2 设=0.59.81562=15382kN扬压力：为降低扬压力，设抽排系统 图 1-8 扬压力简图=0.256=11.2 m。11U=U1+U2+U3U=9.81(34.911.2/2+4.311.2+(56-11.2) 4.3/2)=3334.6KNYC=(34.911.2/2+(4.334.9/2)+4.311.2+4.3(56-11.2) 4.3/3)/339.92=9.87 m浪压力：PWK=9.81A=48.73 KN- 19 -表 1-3 坝折坡面持久状况（设计洪水位）垂直（KN）水平（KN）力臂 （KN） 弯矩（KN.m）荷载下 上 右G1 11844 15.1 17.88自重G2 15294 0.53 0.82水压力PX上15382 18.7 28.76浪压力 PWK 48.73 92.826 2.45扬压力 U 3334.6 9.76 3.24总计 27138 3334.6 15430.74 324513 287012W=23803.4 kNP=15430.74 kNM=37512 kN（2）稳定验算摩擦公式：- 20 -K=1.1 满足稳定要求。=() =0.723803.415430.74=1.15（3）应力验算-0.1 MPa=+62=23803.439.263.7510439.22 =0.46 远小于砼岩石抗压应=202.95KPa0“=62=0.075 满足应力要求。b.校核工况(1）坝体荷载坝体自重1= 1=23.558.39=12330.45 1= 1=23.50.530.243.1=15294 水压力：上游 H 1 设=292-235=57m。Px 上=0.5r0h2 =0.59.81572=15936.3kN扬压力：为降低扬压力，设抽排系统。- 21 -图 1-9 扬压力简图U=9.81(34.911.4/2+4.3+11.4+(57-11.4) M=u1X6=3657.9710.214=37352.3KN.m浪压力：PWK=48.7 KN YC=93.96 m表 1-4 坝折坡面短暂状况（校核洪水位）荷载 垂直（KN）水平（KN）力臂 （KN）弯矩104（KN.m）- 22 -下 上 右G1 11844 15.1 17.88自重G2 15294 0.53 0.82水压力PX上15936.35 19 28.76浪压力 PWK 48.7 93.96 2.45扬压力 U 3397.5 6.4 3.24总计 27624.45 3397.5 15430.74 32.91 18.7W=27624.45 kNP=15985.05 kNM=142100 kN2）稳定验算摩擦公式： (T=39.2)K=1.05 满足稳定要求。=() =0.724226.9515985.05=1.06满足稳定要求。3）应力验算-0.1 MPa=+62=27624.4539.2614210039.22 =0.063 未出现拉应力。- 23 -=+62=27624.4539.2+614210039.22 =0.012 远小于混凝土抗压应力。满足应力要求。1.3.1 重力坝溢流坝段设计1.3.1.1 堰顶高程：（1）设计洪水位设计洪水下泄流量 Q 泄=7000m3/s。考虑下泄流量过大，另设泄槽分洪 。310/ms溢流坝单宽流量取 ，水轮机最大引用流量为3120/ms 379.2/msQ=Q 设-Q0=7000-0.83102.85 = 6653.6 M3/SL=Q/=6653.6/110=61.39 m，取 48m。分 4 段，以便安全调度，单孔净宽为16m。溢流坝闸墩取 4m 宽，导墙取 2m 宽。综上溢流坝段总长L0=L+(n+1)d=64+34=76 m由式 320QmgH- 24 -其中；00 10.2()kHnnb自由出流 hs/H00.75,查得半圆墩头 =0.45， =0.70k经试算 =0.9 ，m=0.502, g=9.81 m/s2得到 H0=13.08 设计行进流速0 =Q/A=7000/100(291-197)=0.744 m/s取 =1，得：202=1.744229.81=0.028堰上设计水头=15.05m堰=291-15.31=277.95m（2）校核洪水位校核洪水下泄流量 ，考虑下泄流量不能过大另设泄槽分洪3Q850/sm泄。水轮机最大引用流量为310/sm379.2/30Q825.16/s设由式- 25 -230HgmQ其中；0010.2()knnb经试算得 =0.905 ，m=0.502，g=9.81得到 H0=13.8m校核行进流速；AVQ/0.895/ms取 =1，20.4g堰上设计水头=13.76m堰=292-13.76=278.24m综上：堰顶高程 277.95m闸门高=正常蓄水位 -堰顶高程+ 安全超高=285-277.95+（0.3-0.5）取 8m所选闸门尺寸为：长宽=168m3.3.1.2 堰面曲线我国现行采用的为 WES 曲线，其曲线方程为：- 26 -1ndxykH式中：定型设计水头。d；max75%910.543.dHH（ ）取 ；12d上游堰面坡度有关的系数。k=2.0 ，n=1.85。kn、堰面曲线坐标原点取在堰顶点 O。与下游坝坡面相切，切点为 ，距20.（ ， 156）离上游 0.2m3.3.1.3 消能工（1）鼻坎设计本设计采用挑流消能，按校核洪水期允许下泄流量 查得下游最高水3850/Qms位为 ，鼻坎高于下游水位 。3850/Qms12m选定 为 ，鼻坎挑射角度 。R40为 3鼻坎伸出基本坡面 ， 15.86/2=.85Lh坎所以反弧半径- 27 -0416.24.cRhm（满足要求。（2）挑流消能挑距和冲坑深度设计1）坎顶平均流速： 25.7/Vghms其中 0.95,41.6h坎顶水面流速：。1.39.4/Vms又 126.3,8.61974.6hm挑距： 2 211112sincosin()6.4Lvvghmg- 28 -图 1-10 溢流坝简图1.3.2 溢流坝段应力稳定计算1.3.2.1 坝基面验算a. 设计工况(1）坝体荷载坝体自重G1= rcA=23.55.738/2=2545.05 KNG2= rcA=23.53.4(6+12.4)/2=735.08 KNG3= rcA=23.520.2(262.35-197+80.95)/2=34724.3 KNG4= rcA=23.513.486(262.35-197+53.4)/2=27648.5 KNG5= rcA=23.532.8(36.3+53.4)/2=9389.73 KNG6= rcA=23.520(36.6+41.46)/2=4769.5 KN- 29 -设计洪水位 291 m。动水压力：（c 点处的） g=103.16 vc=18.82, =9.81Px 上= rgv(cos 2-cos 1)/g=888.71 KNPy 上= rgv(sin 2+sin 1)/g =2560.84 KN扬压力：为降低扬压力，设抽排系统图 1-11 溢流坝扬压力简图=0.25 （河床式） 1=0.2 H2=41.46 , H1=94 H=(H1-H2)+ 1H2=0.25(94-20)+0.241.46=22.5 mU1=9.8141.4656.81=13883.11KNU2=9.811022.5=2207.2 KN- 30 -U3=(41.46-22.5)70.769.81/2=867.7 KNU4=(94-22.5)9.81/2=3507.1 KN静水压力：上 =129.81942129.8113.052=42505.24 上 =0=9.8180.95+(277.95-235)2 5.7=3464.06 表 1-5 坝基面持久状况（设计洪水位）荷载 下 上 右 左G1 2545.05 36.28 9.23G2 735.08 27.48 20200G3 34724.3 25.14 872900G4 27648.5 3.25 89900G5 9389.75 16.02 150400G6 4769.5 34.73 165600PX 888.7 1707 15000PY 2560.84 29.13 74600
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