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I摘要乌溪江水电站座落于浙江省乌溪江，湖南镇，属于梯级开发电站，根据地形要求，其开发方式为有压引水式。坝区地质条件较好，主要建筑物（砼非溢流坝），泄水建筑物（砼溢流坝） ，引水建筑物（有压引水遂洞，调压室） ，地面厂房。水库设计洪水位 238m（千年一遇） ，相应的下泄流量 6000m3/s；校核洪水位241m（万年一遇） ，相应的下泄流量 9700m3/s；正常挡水位 231m.本设计确定坝址位于山前峦附近，非溢流坝坝顶高程 243.4m。坝底高程112m。最大坝高 131.4m。上游折坡坡度 1：0.15，下游坝坡坡度 1：0.79，溢流坝堰顶高程 226.2m。引水遂洞进口位于坝址上游凹口处，遂洞全长 1100m。洞径 9.0m，调压室位于厂房上游 280m 左右处，高程 180m 的山峦上，型式为差动式。厂房位于下游荻青位置。设计水头 92.9m，装机容量 55=20 万 kw，主厂房净宽 18.9m，总长 57.4m。水轮机安装高程 115.6m，发电机层高程 125.6m，校核尾水位 126.4m。厂房附近布置开关站，主变等。受地形限制，尾水平台兼作公路用，坝址与厂区通过盘山公路连接，形成枢纽体系。由此可见，本设计是合理可行的。关键词：水利枢纽；挡水建筑物；泄水建筑物；稳定；应力；水轮机；选型；引水隧洞；调压室；厂房；IIAbstractThe Wuxijiang hydropower station is located in HuNan Town 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 6000 m3/s .The check level is 241 m ,its corresponding flow is 9700 m3/s .The regular water retaining level is 231m .The dam site is near the former saddle .The crest elevation of the non-over-fall dam is 243.4 m ,and the base elevation is 112m ,The max height of the dam is 131.4 m ,The upstream dam slope is 1:0.15 ,the downstream dam slop is 1:0.79 ,the spillway crest elevation is 226.2 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 9.00 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 92.9 m , the equipped capacitor is 20.0104kw ,the clean width is 18.9 m , its whole length is 57.4 m . The fix level of the turbine is 155.6 m , and the height lf dynamo is 125.6 m , the level of the adjustment bay is 126.4 m (higher of the downstream water level 0.9 m ) . Near the workshop building , there are switch station and the main transformer and so on .III目 录摘要 .IAbstract II目 录 .III第一章设计基本资料 .- 1 -1.1. 地理位置 .- 1 -1.2. 水文与气象 .- 1 -1.2.1. 水文条件 - 1 -1.2.2. 气象条件 - 2 -1.3. 工程地质 .- 2 -1.4. 交通状况 .- 3 -1.5. 既给设计控制数据 .- 3 -第二章枢纽布置、挡水及泄水建筑物 .- 5 -2.1. 枢纽布置 .- 5 -2.1.1. 枢纽布置形式 - 5 -2.1.2. 坝轴线位置比较选择 - 5 -2.2. 挡水及泄水建筑物 .- 5 -2.2.1. 坝高确定 - 5 -2.2.2. 挡水建筑物 砼重力坝 - 6 -2.2.2.1. 基本剖面 - 6 -2.2.2.2. 实用剖面 - 7 -2.2.2.3. 坝基面稳定及应力计算 - 8 -2.2.3. 泄水建筑物 砼溢流坝 .- 13 -2.2.3.1. 堰顶高程 .- 13 -2.2.3.2. 溢流坝实用剖面设计 .- 14 -2.2.3.3. 溢流坝稳定应力计算 .- 16 -2.3. 坝内构造 - 17 -2.3.1. 坝顶结构 .- 17 -2.3.1.1. 非溢流坝 .- 17 -2.3.1.2. 溢流坝 .- 17 -2.3.2. 坝体分缝 .- 18 -2.3.3. 坝内廊道 .- 18 -2.3.4. 坝基地基处理 .- 18 -2.4. 溢流坝消能防冲措施 - 18 -第三章 水轮机选型 .- 20 -3.1. 水头 Hmax、H min、H r确定 .- 20 -3.1.1. Hmax 的可能出现情况（水头损失按 2%计） .- 20 -3.1.2. Hmin 的可能出现情况（水头损失按 2%计） .- 21 -IV3.1.3. Hav 的确定 .- 21 -3.1.4. Hr 的确定 - 21 -3.2. 水轮机选型比较 - 21 -3.2.1. HL200 水轮机方案的主要参数选择 .- 21 -3.2.2. HL180 水轮机方案主要参数选择 .- 23 -3.2.3. HL200 和 HL180 方案参数对照表 .- 25 -3.2.4. 水轮机安较高程 .- 26 -第四章 水电站厂房 .- 27 -4.1. 厂房内部结构 - 27 -4.1.1. 水轮机发电机外形尺寸估算 .- 27 -4.1.2. 发电机重量估算 .- 29 -4.1.3. 水轮机蜗壳及尾水管 .- 29 -4.1.4. 调速系统，调速设备选择 .- 30 -4.1.5. 起重机设备选择 .- 32 -4.2. 主厂房尺寸 - 34 -4.2.1. 长度 .- 34 -4.2.2. 厂房各层高程的确定 .- 35 -4.3. 厂区布置 - 35 -第五章 水电站引水建筑物 .- 37 -5.1. 引水隧洞整体布置 - 37 -5.1.1. 隧洞洞径 .- 37 -5.1.2. 隧洞进口段 .- 37 -5.2. 细部构造 - 37 -5.2.1. 隧洞洞径 .- 37 -5.2.2. 隧洞进口段 .- 38 -5.2.3. 隧洞细部构造 .- 38 -5.2.4. 闸门断面尺寸 .- 39 -5.2.5. 进口底高程的计算 .- 39 -5.2.6. 隧洞渐变段 .- 39 -5.3. 压力管道设计 - 39 -5.4. 调压室设计 - 40 -5.4.1. 根据近似准则判断是否要设调压室 .- 40 -5.4.2. 计算调压室托马断面 .- 41 -5.4.3. 调压室选型的方案比较 .- 42 -5.4.3.1. 简单式方案 .- 42 -5.4.3.1. 差动式方案 .- 43 -第六章 岔管专题设计 .- 45 -6.1. 岔管的布置原则 - 45 -6.2. 岔管形式的选择 - 45 -6.3. 设计工况 分析、荷载和允许应力要求 - 45 -6.4. 结构设计 - 46 -6.4.1. 管壁厚度的计算 .- 46 -6.4.2. 岔管体形设计 .- 47 -V6.4.2.1. 腰线转折角 - 47 -123、6.4.2.2. 公切球半径 .- 48 -0R6.4.2.3. 本体三锥沿腰线的节距 .- 48 -6.4.3. 肋板计算 .- 49 -6.4.3.1. 三锥两两交线与三锥 .- 49 -6.4.3.2. 肋板顶点的位置 c 的计算 .- 50 -6.4.3.3. 肋板与主岔、支岔 .- 51 -6.4.3.4. 主岔、支岔两锥对肋板中央截面的作用力 .- 52 -6.4.3.5. 肋板宽度（ ）和厚度（ ） .- 54 -TBwt参考文献 - 56 -VI- 1 -第一章 设计基本资料1.1. 地理位置乌溪江属衢江支流，发源于闽、浙、赣三省交界的仙霞岭，于衢县樟树潭附近流入衢江，全长 170 公里，流域面积 2623 平方公里。流域内除黄坛口以下属衢江平原外，其余均属山区、森林覆盖面积小，土层薄，地下渗流小，沿江两岸岩石露头，洪水集流迅速，从河源至黄坛口段，河床比降为 1/1000，水能蕴藏量丰富。1.2. 水文与气象1.2.1. 水文条件湖南镇坝址断面处多年平均径流量为 83.0m3/s。表 1-1 坝址断面处山前峦水位流量关系曲线水位（m） 122.71 123.15 123.5 124.04 125.4 126.6 128.5流量（m 3/s） 10 50 100 200 500 1000 2000水位（m） 130.1 132.6 135.3 137.6 139.8 141.8流量（m 3/s） 3000 5000 7500 10000 12500 15000- 2 -山 前 峦 水 位 流 量 关 系 曲 线1211221231241251261271281291301311321331341351361371381391401411421430 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000流 量 (立 方 米 )水位(米)图 1-1 坝址断面处山前峦水位流量关系曲线表 1-2 电站厂房处获青水位流量关系曲线水位（m） 115 115.17 115.39 115.57 115.72 115.87 116流量（m 3/s） 10 20 40 60 80 100 120水位（m） 116.13 116.25 116.37 116.47 117.05 117.9 118.5流量（m 3/s） 140 160 180 200 400 700 1000水位（m） 119.45 120.3 121.97 123.2 125.65 127.8 129.8流量（m 3/s） 1500 2000 3000 4000 6000 8000 100001.2.2. 气象条件乌溪江流域属副热带季风气候，多年平均气温 10.4，月平均最低气温4.9，最高气温 28；7、8、9 月份会受台风过境影响，时有台风暴雨影响。1.3. 工程地质本工程曾就获青、项家、山前峦三个坝址进行地质勘测工作，经分析比较，- 3 -选用了山前峦坝址。山前峦坝址河谷狭窄，河床仅宽 110m 左右，两岸地形对称，覆盖层较薄，厚度一般在 0.5m 以下，或大片基岩出露，河床部分厚约 24m。岩石风化普遍不深，大部分为新鲜流纹斑岩分布，局部全风化岩层仅 1m 左右，半风化带厚约 212m，坝址地质构造条件一般较简单，经坝基开挖仅见数条挤压破碎带，产状以西北和北西为主，大都以高倾角发育，宽仅数厘米至数十厘米。坝址主要工程地质问题为左岸顺坡裂隙、发育，差不多普及整个山坡，其走向与地形地线一致，影响边坡岩体的稳定性。坝址地下水埋置不深，左岸为 1126m，右岸 1534m。岩石透水性小，相对抗水层（条件吸水量 0.01L/dm）埋深不大，一般在开挖深度范围内，故坝基和坝肩渗透极微，帷幕灌奖深度可在设计时根据扬压力对大坝的影响考虑选用。坝址的可利用基岩的埋置深度，在岸 1012m，右岸 69m，河中 68m，坝体与坝基岩石的摩擦系数采用 0.68。引水建筑物沿线为流纹斑岩分布。岩石新鲜完整，地质条件良好。有十余条挤压破碎带及大裂隙，但宽度不大，破碎程度不严重。厂房所在位置地形陡峻，覆盖极薄，基岩大片出露，岩石完整，风化浅，构造较单一。有两小断层，宽 0.50.8m，两岸岩石完好。本区地震烈度小于 6 度。1.4. 交通状况坝址至衢县的交通依靠公路，衢县以远靠浙赣铁路。1.5. 既给设计控制数据a .校核洪水位：241.00m，校核最大洪水下泄流量 9700m3/s，相应的水库库容2095.97108m3b .设计洪水位：238.00m，设计洪水最大下泄流量 6000m3/sc .设计蓄水位： 231.00md .设计低水位：191.00m- 4 -e .装机容量：45.0Mw，即 20 万 kw- 5 -第二章 枢纽布置、挡水及泄水建筑物2.1. 枢纽布置2.1.1. 枢纽布置形式因坝址附近河道蜿蜒曲折，多年平均径流量 83.0m3/s，较小；河床坡度比降1/1000，故根地形条件选用有压引水式地面厂房方案。上游山前峦断面布置挡水建筑物及泄水建筑物，大坝右岸上游约 150m 处有天然凹口，在此布置引水隧洞进水口。下游获青处布置地面厂房，开关站等建筑物，具体位置见枢纽布置图。2.1.2. 坝轴线位置比较选择根据已知资料，山前峦坝址地形图，选择两条坝轴线。a 线沿东西向与河道垂直，纵坐标 76380，b 线也沿东西向，纵坐标 76370。a 线总长 428m，穿过左岸部分裂隙；b 线总长 425m，避开左岸裂隙。由于坝轴线较短，穿过裂隙不多可作地基处理故选择 a 线方案。2.2. 挡水及泄水建筑物2.2.1. 坝高确定根据水电站装机 20 万 kw，水库总库容 2095.97108m3，取工程规模为大（1）型，主要建筑物级别：1 级，次要建筑物：2 级，临时建筑物：4 级。坝顶超出静水位高度hh = 2h 1+ho+hc2hl波浪涌高ho波浪中线高出静水位高度hc安全超高a. 2hl=0.166vf5/4D1/3- 6 -vf 风速D 吹程b. ho= cthL24LH1c. hc-查水工建筑物 （上）河海大学出版社 P 53表 2-8基本组合： h c=0.7m，特殊组合 hc=0.5m设计洪水位+h =241.81m设坝顶高程=max校核洪水位+h =243.35m核则坝顶高程为 243.4m。查坝轴线工程地质剖面图，得出可利用基岩最低点高程 112.0m，由此知大坝实际高度为 243.4-112.0=131.4m。2.2.2. 挡水建筑物砼重力坝2.2.2.1. 基本剖面由于电站形式为引水式，在右岸设有压进水口，上游坝坡坡度不受限制，同时用应力条件和稳定条件公式确定坝底的最小宽度B/H= （应力条件）10cB= （稳定条件）)(10cfKHB坝底宽度H实际坝高（基本剖面 H=243.4-112=131.4m）- 7 -坝体材料容重（23.5 ）c 2MKN水的容重(10 )2扬压力折减系数1k基本组合安全系数 图 2-1非 溢 流 坝 基 本 剖 面 示 意 图图 2-1 非溢流坝基本剖面示意图取 =0 计算得 B=103.8m上游折坡系数 n= =0 m= =0.75HBB)1(根据工程经验，一般上游坡 n=00.2,下游坡 m=0.60.85,坝底宽约为坝高的0.70.9，故取 n=0.15，m=0.79， B/H 满足要求2.2.2.2. 实用剖面坝顶宽度=8%10%H=12m。考虑坝体的稳定在上游侧距坝底 60m 高处设一折坡，坡度为 1：0.15。灌浆廊道距坝底 5m，距上游坝面 12.45m，廊道宽 2.5m，高 3.25m。- 8 -2.2.2.3. 坝基面稳定及应力计算（1） 稳定及应力计算设计洪水位情况下表 2-3 设计状况下坝基面稳定应力计算垂直力(KN) 水平力(KN) 弯矩(KNm)荷载名称 力臂(m)G1 4060.80 50.70 205882.56 G2 37040.70 42.30 1566821.61 自重 G3 125339.13 5.70 714433.04 P1 79380.00 42.00 3333960.00 P2 2350.10 7.20 16920.70 P3 7344.00 48.30 354715.20 水压力P4 1856.89 49.79 92454.50 P1 198.20 120.46 23875.20 浪压力P2 149.10 119.86 17871.10 U1 24064.80 0.00 U2 4746.60 46.40 220242.24 U3 11970.70 6.40 76612.50 扬压力U4 7119.80 49.40 17871.10 - 9 -抗滑稳定计算：公式 2-PS00(*)7公式 2-)(1) AcWfRmdd8：结构重要性系数，因本工程属级工程，取为 1.1；0：结构系数，对于水工建筑物，稳定校核时，取 1.2，应力校核时，取d1.8；：设计状况系数，对于设计洪水位，属短暂状况，取为 0.95；对于校核洪水位，属偶然状况，取为 0.85；：摩擦系数，混凝土与基岩之间，取为 1.0，混凝土与混凝土之间，取f为 1.25；：黏聚力，混凝土与基岩之间，取为 900KPa，混凝土与混凝土之间，取c为 1450 KPa；：材料性能分项系数，对于 ,取为 1.3，对于 ，取为 3.0；m fcR(*)：结构构件抗力设计值；S(*)：荷载效应组合值；：作用于滑动面以上的力在铅直方向投影的代数和；W：作用于滑动面以上的力在水平方向投影的代数和；PA：单位坝段与基岩接触面面积。 经计算， =80557.8KN =127891.5KN(*)0S(*)1Rd故满足抗滑稳定要求。应力计算（计入扬压力）- 10 -公式 2-2 6BMWy9公式 2-102y：上游面正应力；y：下游面正应力；B：计算截面沿上下游方向的宽度；：所有外力对计算截面形心弯矩的矢量和。M经计算， =1824.9KPa = =6851.8KPa00(*)yS(*)1Rdckdf=1721.5 KPa = =6851.8KPa00()y ()dckdf故应力满足要求。上游折坡处：图 2-3 设 计 状 况 下 上 游折 坡 处 稳 定 及 应 力 校 核G1表 2-2 设计状况上游折坡面稳定应力计算：（160m 高程处）荷载名称 垂直力(KN) 水平力(KN) 力臂(m) 弯矩(KNm)- 11 - G123504.70 27.00 634627.00 重力G243192.70 3.70 159813.00 P130420.00 26.00 790920.00 P20.00 P30.00 水压力P40.00 P1198.20 72.46 14362.00 浪压力P2149.10 71.86 10714.30 U12145.00 27.50 58988.00 U25352.80 3.70 19805.00 扬压力U33217.50 29.30 94273.00 抗滑稳定计算：经计算， =1914.4KN =19277.8KN(*)0S(*)1Rd故满足抗滑稳定要求。应力计算（计入扬压力）：求的 =1950KPa， =1650KPayy经计算， =1900KPa= =6582KPa00(*)yS(*)1Rdckdf=1701 KPa = =6582KPa00()y ()dckdf故应力满足要求。- 12 -（2） 校核洪水位坝基面：表 2-3 校核状况下坝基面稳定应力计算垂直力(KN) 水平力(KN) 弯矩(KNm)荷载名称 力臂(m)G1 4060.8 50.7 205882.56 G2 37040.7 42.3 1566821.61 自重 G3 125339.13 5.7 714433.04 P1 83205 43 3577815P2 3200.45 8.4 26993.8 P3 7560 50.5 381780水压力P4 1265 48.8 61732P1 198.2 123.46 23875.2浪压力P2 149.1 121.86 17871.1 U1 24064.8 0 U2 4199.85 46.4 194873.04U3 12029.2 6.4 76986.88扬压力U4 6299.77549.4 311208.9抗滑稳定计算：经计算， =73983KN =96053KN(*)0S(*)1Rd故满足抗滑稳定要求。应力计算（计入扬压力）：求得 =740KPa， =2195KPa,yy经计算， =758KPa = =6582KPa00(*)yS(*)1Rdckdf=2200KPa = =6582KPa00()y ()dckdf故应力满足要求。上游折坡面（160m 高程处）：- 13 -表 2-4 校核状况上游折坡面稳定应力计算垂直力(KN) 水平力(KN) 弯矩(KNm)荷载名称 力臂 (m)G1 23504.7 27 634627自 重 G2 43192.7 3.7 159813P1 32805 27 885735 P2 0 P3 0 水 压 力P4 0 P1 198.2 72.46 14362 浪压力P2 149.1 71.86 10714.3U1 6682.5 27.5 183768.75 U2 5558.6 3.7 20566.9 扬 压 力 U3 334125 29.3 97898.6 抗滑稳定计算：经计算， =1813.4KN =182177.8KN(*)0S(*)1Rd故满足抗滑稳定要求。应力计算（计入扬压力）： =184KPa， =1970KPa,yy经计算， =190KPa= =6400KPa00(*)yS(*)1Rdckdf=1980KPa = =6400KPa00()y ()dckdf故应力满足要求。- 14 -2.2.3. 泄水建筑物砼溢流坝2.2.3.1. 堰顶高程坝址岩基状况良好，故取设计况下的单宽流量 q=90m3/s,则溢流坝前缘总净宽 L=5943.57/90=66m，设计状况下洪水下泄量来自溢流坝和电站厂房部分。溢流堰取 5 孔 13m，边墩取 2m，闸墩取 4m。计算堰上水头 （设计状况下）ho=（ ） 2/32m流量系数 设计水头下取 0.52侧收缩系数 =0.90.95g重力加速度试算得 h o=10.58m校核状况下Q=L m H2/3g2Ho=11.81m , =0.941 m=0.51求得 Q=6317.5m3/s9000m3/s故堰顶高程需按校核状况设计经度算得 H=11.79m 时 m=0.51 0.928Q 总=9637.3+200=9837.3m 3/s 满足要求则堰顶高程 H=226.2m , 正常挡水位 231m取闸门高度 6m 231 226.2+安全超高 0.5=5.3m- 15 -2.2.3.2. 溢流坝实用剖面设计设计堰上水头 Hd=12.5ma . 溢流面曲线采用 WES 曲线Xn=KHdn-1yHd定型设计水头Kn 与上游坝面坡度有关的系数和指数（查手册知 k=2, n=1.85）Y=x1.85/(1.97120.85)堰顶点上游采用三段圆弧组成=0.5Hd=6.25m =0.175Hd=2.191R1b=0.2Hd=2.5m =0.276Hd=3.452 2=0.04Hd=0.5m =0.282Hd=3.533 3b图 2溢 流 堰 面 曲 线 示 意 图图 2-4 溢流坝面曲线示意图反孤段设计：查水力学 （下） P53 取 =0.9， q=118.14m3/s(校核状况下泄流量)24810hcogTo- 16 -To- 总有效水头Hco-临界水深（校核洪水位闸门全开时反弧处水深）4流速系数 查表取 0.9下游尾水位 137.3m，故取挑坎高程 137.3+12m=140mTo=241-112-25.19=103.81m试算得 上 hco=2.50m则及孤段半径 R（610）h co=21m 鼻坎挑角 30 度2.2.3.3. 溢流坝稳定应力计算校核洪水位情况：表 25 荷载计算垂直力(KN) 水平力(KN)荷载名称 G1 4060.8自 重 G2 141091P1 83205P2 7488P3 3200.5水 压 力P4 0P1 76.44浪压力P2 0U1 31726.2U2 7182.4扬 压 力 U3 10656.1Px 1149.46动水压力 Py 5913.46稳定计算： =85514KN =108287.8KN(*)0S(*)1Rd满足要求。- 17 -设计洪水位情况表 26 荷载计算垂直力(KN) 水平力(KN)荷载名称 G1 4060.8 自 重 G2 141091 P1 79380 P2 7344 P3 2350.1水 压 力P4 0 P1 76.44 浪压力P2 0U1 27211.8 U2 8629.6 扬 压 力 U3 10956.4 Px 688.78 动水压力 Py 3543.47 稳定计算： =79800.35KN =104733.8KN(*)0S(*)1Rd满足要求2.3. 坝内构造2.3.1. 坝顶结构2.3.1.1. 非溢流坝坝顶款宽 12m，两边设挡浪墙，兼做坝顶栏杆使用；路面中间高，两边低，呈圆拱状，以便于排水，道路两旁设排水管，具体布置见大图。- 18 -2.3.1.2. 溢流坝为便于布置上游侧检修闸门和工作闸门，溢流坝段坝顶较非溢流坝段向上游伸出，具体尺寸见大图。坝上布置门机轨道，溢流堰上设置两个闸门，上游侧检修闸门，堰顶略下游处布置工作闸门。闸墩宽度 4m，故溢流坝段总长 85m。2.3.2. 坝体分缝溢流坝段和非溢流坝段纵缝间距均为 25m，具体位置见正图。 2.3.3. 坝内廊道沿坝基帷幕灌浆廊道向上，间隔 30m 布置一层廊道，共分四层，每层纵向廊道布置向下游延伸的横向廊道，并在下游再布置一条或两条、三条纵向贯穿廊道作为连接。非溢流坝段从上往下第二和第三层靠近岸坡的横向廊道贯穿至下游，其余层横向廊道均均不贯穿。2.3.4. 坝基地基处理由于坝址处岩基抗渗性较好，故防渗帷幕灌浆处理比较简单。左岸有断层破碎带贯穿整个山坡，故需进行灌桨加固处理，除适当加深表层砼塞外，仍需在较深的部位开挖若干斜并和平洞，然后用砼回填密实，形成由砼斜塞和水平塞所组成的刚性支架，用以封闭该范围内的破碎充填物，限制其挤压变形，减小地下水对破碎带的有害作用。河床段及右岸靠近河床段的裂隙，采用砼梁和砼拱进行加固，具体分法是将软弱带挖至一定深度后，回填砼以提高地基局部地区的承载力。2.4. 溢流坝消能防冲措施由于坝址处基岩较好，为了减少造价，采用较为经济的挑流消能这种消能方式。挑距 公式 2-)(2sincosin1 212112 hgvvgL 15- 19 -L：水舌距(m)；：坎顶水面流速（ m/s）可取坎顶平均流速 的 1.1 倍；1v v：鼻坎挑射角度，本工程为 300；h1：坎顶平均水深在铅直方向的投影；h2：坎顶至河床表面高差（m） ；g：重力加速度。计算得 L227.1m。公式 2-tHhKtrr 1.089.4.216tr：冲刷坑深度；H：上下游水位差；hK：取决于出坎单宽流量 q 的临界水深， 32gqhK：取决于岩石抗冲刷能力的无因次参数，对于中等的岩石r=1.11.4，此处取 1.4。r计算得：tr24m。由于下游基岩质量较好，且水流沿河道较平顺，故抗冲刷措施比较简单。只需在溢流坝与非溢流坝交界处设 2m 宽的导水墙，下游岸坡做简单防浪措施即可。- 20 -第三章 水轮机选型3.1. 水头 Hmax、H min、H r确定3.1.1. Hmax 的可能出现情况（水头损失按 2%计）1）校核洪水位，全部机组发电：由 Q 泄 =9000m3/s 查获青处水位流量关系曲线的下游水位：Z 下 =129.5m，H 1=98% （Z 上 Z 下 ）=109.27m2）设计洪水位，全部机组发电：由 Q 泄=6000m 3/s 查获青处水位流量关系曲线的下游水位：Z 下 =125.65m，H 2=98% （Z 上 Z 下 ）=110.01m3）正常蓄水位，一台机组发电：N=9.81QH=AQH=8.3QH(因为 N=20 万千瓦，属中型水电站)（3.1） 假设 Q=80m3/s，则：Z 下 =115.72m，H 3=Z 上 Z 下 =115.28mN=AQH=7.7 万 Kw（3.2） 假设 Q=40m3/s，则：Z 下 =115.57m，H 3=Z 上 Z 下 =115.61mN=AQH=3.8 万 Kw（3.3） 假设 Q=52m3/s，则：Z 下 =115.50m，H 3=Z 上 Z 下 =115.5mN=AQH=5.03 万 Kw由（3.1） 、 （3.2） 、 （3.3）得 NQ 关系曲线：由 N=5 万 Kw 查 NQ 关系曲线得：Q=51.6m 3/s Z 下 =115.51mH 3=98% (Z 上 Z 下 )=113.20m综合 1、2、3 得：H max=113.20- 21 -3.1.2. Hmin 的可能出现情况（水头损失按 2%计）设计低水位时全部机组发电：1） 假设 Q=200m3/s，则：Z 下 =116.47m，H 3=Z 上 Z 下 =74.53N=AQH=12.51 万 Kw2） 假设 Q=300m3/s，则：Z 下 =116.8m，H 3=Z 上 Z 下 =74.53N=AQH=18.68 万 Kw3）假设 Q=321m3/s，则：Z 下 =116.7m，N=AQH=18.97 万 Kw由 1、2、3 得 NQ 关系曲线如右图所示：由 N=20 万 Kw 查 NQ 关系曲线得：Q=321.4m 3/s Z 下 =116.82mH min=98% (Z 上 -Z 下 )=72.70m3.1.3. Hav 的确定Hav=(Hmax+Hmin)/2=92.95m3.1.4. Hr 的确定因为本水电站为引水式电站，所以 Hr=Hav=92.95m3.2. 水轮机选型比较根据水头工作范围和设计水头查资料选择水轮机型是为 HL200 或 HL180。3.2.1. HL200 水轮机方案的主要参数选择1）转轮直径 D1：- 22 -查表水电站3-6，得限制工况下单位流量 Q11M=950L/s=0.95m3/s,效率 M89.4，由此初步假定原型水轮机在此工况下的单位流量Q11 Q11M=0.95m3/s，效率 91.1。取 gr=96%,则水轮机额定力 Nr=5965.21 万 KW设计水头 Hr为 92.95m，所以：=2.61m， 公式 3-1QNDir18.9取与之相近而偏大的标称直径 D12.75m2）转速 n 计算：HL200 最优工况下转速 n110M68r/min假设 n110n 110M68r/min 则 公式 3-2mi/8.2410rDHnav取偏小并与之相近的同步转速 n250r/min 。3）效率及单位参数的修正HL200 最优工况下 M max=90.7%,模型转轮直径 D1M=0.46m则原型效率 公式 3-3%4.93)1(51maxmax DM Mmax：模型最优工况下效率； D1M：模型转轮直径。则效率正修正值 max Mmax= 2.7%,取 =1.0%，则=1.7%， max= Mmax+=93.7%，= M+=91.1%，与假设值相同。单位转速 n 的修正值=1.48%3%，所以单位转速可不加修正，同时单位)1-/(Mmax1Mn- 23 -流量也可不加修正。综上，转轮直径 D1=2.75m 以及转速 n=250r/min 的计算及选用是正确的。最后求得 91.1%，D 12.75m，n=250r/min。4）工作范围检验：水轮机在 Hr、N r条件下工作时：公式 3-4smQsmDNQMr /95.0/86.081.9 3135.2max1 所以水轮机最大引用流量 Qmax= =62.70m3/sHrD21ax与特征水头 Hmax、H min、H r相对应的单位转速为：公式 3-5 min/62.4/max1min1 r公式 3-63.80inaxD公式 3-7i/7/11 rHrr5）吸出高度 Hs计算 公式 3-8ms )(90.：水轮机安装位置的海拔高程，初始计算取下游平均水位海拔，本工程取为 115m；：模型气蚀系数，查模型综合特性曲线得 0.088；m：气蚀系数修正值，有 Hr=94.92m 查表得 0.02； mH：水轮机设计水头。计算得 Hs0.1672m4m，吸出高度满足要求。3.2.2. HL180 水轮机方案主要参数选择1）转轮直径 D1：- 24 -查表水电站3-6，得限制工况下单位流量 Q11M=860L/s=0.86m3/s,效率 M89.5，由此初步假定原型水轮机在此工况下的单位流量Q11 Q11M=0.86m3/s，效率 91。取 gr=96%,则水轮机额定力 Nr=5/975.21 万 KW设计水头 Hr为 92.95m，所以：=2.71m，QDir18.9取与之相近而偏大的标称直径 D12.75m2）转速 n 计算：HL180 最优工况下转速 n110M67.0r/min假设 n110n 110M67r/min 则 min/7.23010rDHav取偏大并与之相近的同步转速 n250r/min 。3）效率及单位参数的修正HL180 最优工况下 Mmax=92%,模型转轮直径 D1M=0.46m则原型效率 %5.94)1(51maxmax M则效率正修正值 max Mmax= 2.5%,取 1%，则=1.5%， max= Mmax+=93.5%，= M+=91%，与假设值相同。单位转速 n 的修正值=1.36%3%，所以单位转速可不加修正，同时单位)1-/(Mmax1Mn流量也可不加修正。综上，转轮直径 D1=2.75m 以及转速 n=250r/min 的计算及选用是正确的。最后求得 91.1%，D12.5m，n=300r/min。
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