资源描述
- 1 -目 录目 录 .- 1 -第一章 基本资料 .- 4 -第二章 水轮机 .- 4 -2.1 水电站水头的确定 - 4 -2.1.1 最高水位的确定 .- 4 -2.1.2 设计低水位 的确定 - 6 -minH2.1.3 加权水头的确定 .- 6 -2.2 水轮机型号选择： - 6 -(1)HL200 型水轮机方案的主要参数选择 .- 7 -(2) HL180 型水轮机方案的主要参数选择 - 8 -（3）HL220 型水轮机方案的主要参数选择 - 10 -接力器的选择 .- 11 -2.3.1 接力器直径的计算 - 11 -2.3.2 接力器最大行程的计算 - 12 -2.3.4 接力器容积的计算 .- 12 -蜗壳尺寸 .- 13 -第三章 发电机 .- 14 -3.1 主要尺寸估算 - 14 -1、极距 .- 14 -2、定子内径 .- 15 -iD3、定子铁芯长度 (采用空冷) - 15 -tl 6102.5c4、定子铁芯外径 - 15 -a32 外形尺寸估算 .- 15 -（一）平面尺寸估算 .- 15 -(二) 轴向尺寸计算 - 16 -（三） 水轮发电机重量估算 .- 17 - 2 -第四章 混凝土重力坝 .- 17 -41 确定坝高 - 17 -坝顶宽度 .- 18 -4.4 稳定和应力校核（以下计算均取单宽=1M,混凝土采用 C20） - 19 -第五章 溢流坝 .- 25 -5.1 溢流坝孔口尺寸的确定 .- 25 -5.1.1 溢流坝下泄流量的确定 .- 25 -5.1.2 溢流孔口尺寸确定和布置 - 25 -5.1.3 堰顶高程的确定 - 25 -5.1.4 闸门布置 .- 26 -5.2 溢流坝的剖面布置 - 26 -5.2.1 溢流面曲线 .- 26 -5.2.2 溢流重力坝剖面如下图所示： - 28 -图 5-1 溢流坝剖面示意图 .- 28 -5.3 溢流坝稳定验算 .- 28 -1 基本组合：（上游为正常蓄水位，下游水位为 0） - 28 -图 5-2 溢流坝剖面在校核洪水位时的示意图 .- 30 -5.5.1 鼻坎的型式和尺寸 - 32 -5.5.2 挑射距离和冲刷坑深度的估算 - 32 -第六章引水建筑物 .- 32 -6.1 基本尺寸 - 32 -6.1.1 隧洞断面 - 32 -6.1.2 闸门断面 - 32 -6.1.3 拦污栅断面 .- 33 -6.2 托马断面 - 34 -6.2.1 引水隧洞的水头损失 - 34 -6.2.2 压力钢管的水头损失 .- 36 -6. 2.3 断面计算 .- 37 -6.3 调压室设计选择： - 38 -差动式方案： .- 38 -第七章 厂房 .- 42 - 3 -7.1 厂房长度确定 .- 42 -7.1.1 机组段长度 - 42 -7.1.2 端机组段长度 - 43 -7.1.3 装配场长度 - 43 -7.2 主厂房宽度确定 .- 43 -7.3 主厂房顶高程确定 - 43 -7.3.1 水轮机安装高程： - 43 -7.3.2 尾水管底板高程 - 44 -7.3.3 基岩开挖高程： - 44 -7.3.4 水轮机层地面高程 .- 44 -47.3.5 发电机层地面高程（定子埋入式） - 44 -7.3.6 桥吊安装的高程 - 44 -7.3.7 厂房顶部高程 - 45 -8：专题计算 .- 46 -尾水管结构设计和计算 .- 46 -选出最危险截面下最危险状况来进行弯矩计算，以求得配筋 .- 49 -讨论边墩的配筋情况。 .- 51 -讨论顶梁和地基梁。 .- 54 - 4 -第一章 基本资料第二章 水轮机2.1 水电站水头的确定2.1.1 的确定maxH1. 校核洪水位+满发 Z =240.00m =8500 由获青水位流量关系曲线得：上 下Qsm3Z =128.33m下= Z - Z =240.00-128.33=111.67m毛H上 下=96%111.67= 107.2m净2. 设计洪水位 +满发 Z =238.00m =4800 由获青水位流量关系曲线得：上 下Qsm3Z =124.18m下=238.00-124.18=113.82m毛H=96%113.82=107.57m净3. 正常蓄洪水位 +一台机组发电 Z 232m上- 5 -发电机出力 N=5.6 万千瓦则即水轮机出力为 = =5.83水N5.609万 KW（96%为大中型水电站根据 N=9.8QH ，水电站的效率一般为 85%即 =85%试算过程：表 2-1 试算过程Q（ ）sm3Z （m上）Z (m)下 (m)毛H(m)净 (万 KW)水N20 232 115.17 116.83 112.16 1.9040 232 115.48 116.52 111.86 3.8060 232 115.57 116.43 111.77 5.69由 NQ 关系曲线，N=5.83 万 KWQ=58.2 Z =115.39msm3下=232-115.39=116.61m毛H=96%116.61=111.95m净2.1.2 设计低水位 的确定min设计低水位（即设计死水位）+机组满发 Z 192.00m上发电机出力 N=9.8QH=5.6*4=22.4 万千瓦，即水轮机出力为 23.33 万千瓦试算表 2-2 试算过程Q（ ）sm3Z （ m上）Z (m)下 (m)毛H(m)净 (万 KW)水N400 192.00 117.05 74.95 71.95 24.43300 192.00 116.76 75.24 72.09 18.39- 6 -200 192.00 116.47 75.53 71.95 12.31由 NQ 关系曲线，N=23.33 万 KWQ=366 Z =116.95msm3下=192.00-116.78=75.05m毛H=96%75.05=72.21m 即 =72.05m净 minH2.1.3 加权水头的确定加权平均水位= mmaxin0.6*.495.h引水式水电站 = =95.99mrHav2.2 水轮机型号选择：根据该水电站的水头工作范围 72.05111.39，查水电站教材型谱表选择合适的水轮机型有 HL200、HL180 和 HL220 三种。现将这三种水轮机作为初选方案，分别求出其有关参数，并进行比较分析。(1)HL200 型水轮机方案的主要参数选择2.2.1.1 转轮直径 (假定 =91.1%)1D= =2.72 m r11H8Q.9N45.83109.1069.9.7%取标称直径 =2.75m2.2.1.2 转速 n取 n=250r/m10avH6895.24.rminD7- 7 -2.2.1.3 效率 及单位参数修正1M55maxmaxD0.461()(9.7%)93.2.3ax=1.0% =1.7%4.927.1.90Mmaxax （与上述假定相同） 4.83% 93.017.9.21nMmax10 单位转速可不加修正，同时，单位流量 也可不加修正。1Q2.2.1.4 范围的检验4 r1max221rN5.8310Q9.8DH9.179.9.7%=0.922 0.95sm3s3=68.3122max1axrQ0.9.759.31inaxD5.64.8rinH 11maxin20.78.90rmi1rrD5.n./inH9r在图上做出工作范围。- 8 -2.2.1.5 气蚀系数 查水电站教材 =0.107(2) HL180 型水轮机方案的主要参数选择1.转轮直径 (假定 =90.9%)1D= =2.63 m r11H8Q.9N45.83109.1069.92%取标称直径 =2.75m2.转速 n取 n=250r/m10avnH6795.238D3.效率 及单位参数修正 %4.975.260)91()1(51Mmaxmax .4.max=1.0% =1.4%4.93.192Mmaxax （与上述假定相同） .0.5.83% 93.17.94.21nMmax10 单位转速可不加修正，同时，单位流量 也可不加修正。1Q- 9 -4工作范围的检验4 r1max221rN5.8310Q9.8DH9.179.92%=0.784 0.86sm3s3=56.9628.957.84.02r21maxax 3inr6.3.5HnDaxi1ir90.82.70nmin1ax1 inr5.8.925HDr1r1在图上做出工作范围。5 气蚀系数 查水电站教材 =0.079（3）HL220 型水轮机方案的主要参数选择1 转轮直径 (假定 =90.8%)1D= =2.98 m r11H8Q.9N4583109.10672.98%取标称直径 =3.0m2 转速 n取 n=250r/m10avH6795.214.rminD30- 10 -3 效率 及单位参数修正 %8.390.46)19(D)1( 551Mmaxmax .2.%8.3ax=1.0% =1.8%8.29.19Mmaxax （与上述假定相同） %.08.0.3% 1.8.9.21nMmax10 单位转速可不加修正，同时，单位流量 也可不加修正。1Q4工作范围的检验4 r1max221rN5.830Q9.8DH9.109.9.8%=0.70 0.67 不满足sm3s3要求=57.0628.90.6HDQ2r21maxax s35 气蚀系数 查水电站教材 =0.07HL200 型水轮机方案的调速设备选择 minr250,7.D1调速功计算53rmaxN.8310Q6.48s9.81H4.9- 11 -30Nm1)20.76.1(DHQ5A5max属大型调速器，接力器、调速柜和油压装置应分别进行计算和选择。接力器的选择 2.3.1 接力器直径的计算采用两个接力器来操作水轮机的导水机构，选用额定油压为 2.5MPa，则每个接力器的直径 为：sd2.0Db110smaxH.27.5.21.9539由此，在水电站机电设备表 4-4 中选择与之接近而偏大的的标准接力器。sd752.3.2 接力器最大行程的计算0maxmax8.14S导叶最大开度 可由模型的 求得：0ax0Max0maxax0DZ3217.5492.8m01Mmax0.317.5D5与 查 附 图- 12 -当选用计算系数为 1.8 时，则 maxS(1.48)93m270342.3.4 接力器容积的计算两个接力器的总容积 sV22 3ssmaxdS0.359.470.m调速器的选择：大型调速器的型号是以主配压阀的直径来表征的，主配压阀的直径(选用sSmV0.7d1.31.3.4m7T5) 5.4,s由此在水电站机电设备表 4-1 中选择与之相邻而偏大的 DT-80型电气液压型调速器。油压装置的选择此处油压装置不考虑空放阀和进水阀的用油，则压力油罐的容积 3KSV(1820)(1820).71.86.54m由此，在水电站机电设备表 4-2 种选则与之相邻而偏大的 HYZ-1.6型组合式油压装置HL200 型转轮流道尺寸（ ）查教材水电站机电设备75.2D1207P蜗壳尺寸 rH95.m 3maxQ65.9s5m.07.20Db10 查教材水电站机电设备 附表 3 21P5.4Da65.3b- 13 -断面形状采用圆形，尾部采用椭圆形 包角 =345 0（查教材水电站 ） 图 2-8sm1.9vc32P表 2-2 涡壳计算表格角度（） （m ）i(m)ia(m)iR345 1.586 3.861 5.447300 1.479 3.754 5.233255 1.364 3.639 5.002210 1.237 3.513 4.750165 1.097 3.372 4.469120 0.935 3.210 4.14675 0.740 3.014 3.75430 0.468 2.743 3.210尾水管尺寸的确定（变肘形）： 1541611562756.0123.48357.072156.82.3.tanhDmLBhLDmh155 511231244380.7.0().92.451.60870.213.8tan().7bBmbmhDmhD 考 虑 到 闸 墩 的 厚 度 取 为 米 ，.80- 14 -第三章 发电机3.1 主要尺寸估算1、极距 KVA4fSNcos5.610.8652.3cmf44j .k7.2p22、定子内径 iDcmi2p472.38513、定子铁芯长度 (采用空冷) tl 6102.ccmft262ieS58.3l 3.47cDn.10比较合理tl134784、定子铁芯外径 a166.7r/min Da=Di+=553.22+72.38=625.6cmen- 15 -32 外形尺寸估算（一）平面尺寸估算 1、定子机座外径 1D214 300 r/min en1a.20D.625.70cm.52、风罩内径 220000KVA D2=D1+2.4m=7.5+2.4=9.9mfS3、转子外径 3D3i5.m4、下机架最大跨度 410000214r/min en1tl23.472.387cm2.2、上机架高度 2h所以采用悬式 en2ih0.5D.253.18.c.3- 16 -3、推力轴承高度 、励磁机高度 、副励磁机高度 和永磁机高度3h4h5h6h（起重机架高 0.8）1.0m32.0m42.0.1h5 7.h64、下机架高度 77i0.12D.53.26.85、定子支座支承面至下机架支承面或下挡风板之间的距离 8h悬式 8ih0.15.53.28.9cm0.36、下机架支承面主主轴法兰底面距离 =700mm1500mm9h这里取 0.1mh97、转子磁轭轴向高度 10无风扇时 +(500600)mm=132.47cm+(5060)t10lhcm=182.47192.47m这里取 10h.9m8、发电机主轴高度 112345689Hhhh.78.0.07.316 m=（0.70.9 ）H=8.17610.512 取为 9m1h9、定子铁芯水平中心线至法兰盘底面距 12h1210h.46h.4627.903.7m- 17 -（三） 水轮发电机重量估算水轮发电机的总重量 2233ff1eS658.GK969.4tn0发电机转子重量= fG14.7t2第四章 混凝土重力坝 41 确定坝高 吹程 1000m，11320.76*ghgdv推出5%0.7hm1%.9523.7502.15013.752.15.3*9.840.498786movgdLv21%0.3zmhl1%0.9536.47zchh设计洪水位+ h 设 =238+1.71=239.71m坝顶高程=max校核洪水位+ h 校 =240+1.71=241.75=242mB= )(1fKH- 18 -= )5.0(68.012604=97.5m坝顶宽度坝顶宽度=8%10%130=10.413m，取坝体宽度 12m图 4-1 非溢流坝剖面图4.4 稳定和应力校核（以下计算均取单宽=1m,混凝土采用 C20） 稳定及应力计算设计状况坝基面： - 19 -自重:G1= GGk=1.00.555024=3000KN力臂： m13.7L弯矩： 58.*016.MknG2= GGk=1.0*12*130*24=37440KN力臂： 46Lm弯矩： 370*1240G3= GGk=1.00.5（130-12/0.8）9224=126960KN力臂： 39.Lm弯矩： 3.*12608496.MkNm水压力：P1= GGk=1.00.59.81(240112) 2=80363.52KN力臂： 128/34.7Lm弯矩： 106.5*3152.MkNMP2= GGk=1.00.59.81(12850128) 5=6278.4 KN力臂： 256Lm弯矩： 23*78.456.9MknmP3= GGk=1.00.59.8124.22=2872.5642KN力臂： 3526.4.5L- 20 -弯矩： 3287.5*41837.2MknmP4= GGk=1.00.59.8124.2*24.2*0.8=2298.05136KN力臂： 35.Lm弯矩： 4.*29814.Mkn浪压力： 1%1()4*9.8760.9536)25wkmzprlh扬压力:浮托力：U 1= GGk=1.024.29.81109=25876.818KN力臂： 0Lm弯矩：为 0 渗透力：p1= GGk = 1.29.81(12824.2)*1.25*10*0.5= 7637.085 KN/m 力臂： 158Lm弯矩： 763*4296.Mknmp2= GGk =9.81*（128-24.2 ）*0.25*99*1.2*0.5 = 15121.43kn/m力臂： 214Lm弯矩： 2*5.32170.Mknm综上， W=G1+G2+G3+P2+P4U 1p1-p2= 154879.14kn- 21 -P= 83261.35kn满足要求()0.68*14791532fwukp160724386.985399617052MdR(*)= d( kfW+ kcA)= 2.( 3154879.14 + 0.39104)=101345.8KN0S(*)= 0P=1.10.9583261.35=87007.12KNy= BW 26= + =1688.03KPa154879.0258.9*1y= B 26= - =1117.09KPa47.092568.9*10S(*)= 0y=1.10.951688=1755.5KPa,0S(*)= 0y=1.10.951117.09=1161.741KPa,折坡面：- 22 -G23自重:G1= GGk=1.0128024=23040KN力臂 L1=26 m弯矩 M1= G2L2=23040*26=599040KN.m G2= GGk=1.00.5806424=61440KN力臂 L2=2.7m弯矩 M2= G3 L 3=6174402.7=163840KN.m 水压力：P1= GGk=1.00.59.81(240162) 2=28331.28 KN力臂 L1=25.33m弯矩 M1= P1L1=28331.28*25.33=717725.8KN.m - 23 -P2、 M2、P 3、M 3、 P4、M 4 均为零 浪压力： P1= G ro(Ll+2hl+h0) Ll/2=49.1 KN力臂 L1 取为 84 m弯矩 M1=P1 L1=49.184=4120.8KN.m扬压力:浮托力：U 1=0、弯矩 M1=0渗透力：p1= GGk = 1.29.81(238162)=745.56KN/mp2= p1 =0.3745.56=223.668KN/mU2=0.5223.759=7157.4 KN 力臂 L2=5m弯矩 M2= U2 L2=7157.45=26392.5 KN.mU3=0.5（745.56+223.7 ）5=2423.4KN 力臂 L3=29.5m弯矩 M3= U3 L3=4247.222=71482.9 KN.m综上， W=G1+G2U 1U 2=23040+614407157.42423.4=74899.2KNP=P1+P1P 2=28331.28+49.10=28380.1KN - 24 -满足要求*0.68*749.213fwkpM=M1+M2M 3M 1 M2M 1+M2=599040+163840717725.84120.8+26392.5 71482.9=- 4059 KN.m d1R(*)= d( kfW+ kcA)= 2.1( 35（-4059） + 0.314564)=27032KN0S(*)= 0P=1.10.9528380=25847KNy= B 26= + =1170KPa7489.605*4y= BW 2= - 2.63815=1164KPa789.0S(*)= 0y=1.10.951170=12220KPa,0S(*)= 0y=1.10.951328.4=1216.18KPa,d1R(*)= dckf= 8.1 5.0=6852KPa第五章 溢流坝5.1 溢流坝孔口尺寸的确定5.1.1 溢流坝下泄流量的确定按千年一遇设计。- 25 -通过溢流坝顶的下泄流量为： 3048.215.674.sQms5.1.2 溢流孔口尺寸确定和布置取单宽流量 为 90 ， 取 L=52mqsm34726.51.4790QLq按规范闸墩取为 4.0m=1.0m+1.5m2，边墩取为 2.0m。5.1.3 堰顶高程的确定堰顶高程=设计洪水位 -H3 32 20 005.490.81476.13.46QLmgHm5.1.4 闸门布置闸门高度=正常蓄水位 -堰顶高程+ 安全超高=232-224.54+1=8.46m选择平面闸门，按规范所给值，又闸孔净宽=13m，所以闸门取为13m9m。工作闸门一般布置在溢流堰顶点，但本设计取稍偏上游。检修闸门位于工作闸门之前，为便于检修，两者之间留有 13m 的净宽，本设计取净宽 1.0m。2 20.38.(.6).5981VHg- 26 -5.2 溢流坝的剖面布置5.2.1 溢流面曲线5.2.1.1 溢流前沿： max 24051.46Hm校 核 堰 顶 高 程Hd 87.39.195.07.max）（取 ， 则 13.46d.2.d0.263.71dH0.752.d10.5.73dRm269dRm3.40.dRHm5.2.1.2 溢流段：（溢流面曲线采用 WES 曲线）yKXndn1定型设计水头dHK、n 与上游坝面坡度有关的系数和指数（查设计手册知 k=2, n=1.85）即： 1.852yx则切点的坐标为:(23.77 , 17.14) 5.2.1.3 直线段：直线段采用与基本剖面一样的坡度，直线段方程为： 14.5608xy5.2.1.4 反弧段设计 下有最高水位=128.3-112=16.3根据鼻坎应高出下游 水位 12m，取为 18m- 27 -假设反弧段半径为 16m，挑射角为 20.则反弧段圆心距坝底距离为 186cos203.Hm反弧段与坝后坡面切点距坝点距离为316cos(arin0.8)23.4m鼻坎超出基本 坡面距离=33-16=17m选择挑流消能， ，查水力学 （下） 53P200cchgqT总有效水头，m；0T临界水深（校核洪水位闸门全开时反弧处水深） ，m；0ch流速系数 查表取 0.95。34892.5QqmsL01T经试算， 02.3ch反孤段半径 ，取 0613.82cRhm16R鼻坎挑角 ，取52溢流坝断面如下图所示：- 28 -5.2.2 溢流重力坝剖面如下图所示： ： 0.8： 0.1（ ） （ 2）图 5-1 溢流坝剖面示意图5.3 溢流坝稳定验算1 基本组合：（上游为正常蓄水位，下游水位为 0）坝体自重：（闸门作为安全储备） （垂直向下）将溢流坝作于方格纸上利用数格子的方法，计算溢流坝的自重= 135G上游水压力：水平向右的水压力 2 21019.8(3.0)1753.Ph KN垂直向下的水压力 209.8/(20)1460PS- 29 -扬压力：（垂直向上）坝踵处的扬压力=（232-112.0 ）9.81=1177.2KN排水处的扬压力=0.31177.2=353.16KN135.60351.6UKN2.94.70.31(7.35.16)412.8根据抗剪强度公式： ()0.*(35.6704.12.8460)1.fWUKP 满足要求。偶然组合：（上游水位为校核水位，即 240.0m，下游水位由下泻流量，对应山前峦的水位流量关系曲线可得385021.6784.Qms下游水位=136-110=20m）- 30 -（ 2）（ 1） ： 0.8： 0.图 5-2 溢流坝剖面在校核洪水位时的示意图坝体自重：（垂直向下） 135G上游水压力：（水平向右）2 21019.8(40.)18450Ph KN（垂直向下）20.3576S下游水压力：（水平向左） 221019.8658.PhKN扬压力：（垂直向上）坝踵处的扬压力=（240.0-112.0 ）9.81=1255.68KN坝趾处的扬压力=169.81=156.96KN
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