紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计计算书.doc

1、目 录第一章 水轮机- 1 -1.1 特征水头的确定- 1 -1.2 水轮机选型- 3 -1.3 水轮机蜗壳及尾水管- 5 -1.3.1 蜗壳尺寸确定- 5 -1.3.2 尾水管尺寸确定- 5 -1.4 调速设备及油压设备选择- 5 -1.4.1 调速功计算- 5 -1.4.2 接力器选择- 6 -1.4.3 调速器的选择- 6 -1.4.4 油压装置- 6 -第二章 发电机- 8 -2.1 发电机的尺寸估算- 8 -2.1.1 主要尺寸估算- 8 -2.1.2 外形尺寸估算- 8 -2.2 发电机重量估算- 10 -第三章 混凝土重力坝- 11 -3.1 剖面设计- 11 -3.1.1 坝高

2、的确定- 11 -3.1.2 坝底宽度的确定- 13 -3.2 稳定与强度校核- 13 -3.2.1 作用大小- 13 -3.2.2 承载能力极限状态强度和稳定验算- 16 -3.2.3 正常使用极限状态进行强度的计算和验算- 22 -第四章 引水建筑物布置- 24 -4.1 压力钢管布置- 24 -4.1.1 确定钢管直径- 24 -4.2 进水口布置- 24 -4.2.1 确定有压进水口的高程- 24 -4.2.2 渐变段尺寸确定- 25 -4.2.3 拦污栅尺寸确定- 25 -4.2.4 通气孔的面积确定- 25 -第五章 主厂房尺寸及布置- 27 -5.1 厂房高度的确定- 27 -5

3、.1.1 水轮机安装高程- 27 -5.1.2. 尾水管顶部高程及尾水管底部高程- 27 -5.1.3 基岩开挖高程- 27 -5.1.4 水轮机层地面高程- 27 -5.1.5 发电机层楼板高程- 27 -5.1.6 吊车轨顶高程- 28 -5.1.7 厂房顶高程- 28 -5.2 主厂房长度的确定- 28 -5.2.1 机组段长度确定- 28 -5.2.2 端机组段长度- 29 -5.2.3 装配场长度- 29 -5.3 主厂房宽度和桥吊跨度的确定- 29 -第六章 混凝土溢流坝- 31 -6.1 溢流坝段总宽度的确定- 31 -6.1.1 单宽流量q的选择- 31 -6.1.2 确定溢流

4、前缘总净宽L- 31 -6.1.3 确定溢流坝段总宽度- 32 -6.2 堰顶高程的确定- 32 -6.2.1 堰顶高程的确定- 32 -6.2.2 闸门高度的确定- 32 -6.3 堰面曲线的确定- 32 -6.3.1 最大运行水头和定型设计水头的确定- 33 -6.3.2 三圆弧段的确定- 33 -6.3.3 曲线段的确定- 33 -6.3.4 直线段的确定- 33 -6.3.5 反弧段的确定- 34 -6.3.6 鼻坎挑角和坎顶高程的确定- 35 -6.3.7 溢流坝倒悬的确定- 35 -6.4 溢流坝强度和稳定验算- 35 -6.4.1 作用大小- 36 -6.4.2 承载能力极限状态

5、强度和稳定验算- 37 -6.4.3 正常使用极限状态进行强度的计算和验算- 40 -6.5 消能与防冲- 40 -6.5.1 挑射距离和冲刷坑深度的估算- 40 -第七章 压力钢管应力分析及结构设计- 41 -7.1 水力计算- 41 -7.1.1 水头损失计算- 41 -7.1.2 水锤计算- 46 -7.2 压力钢管厚度的拟定- 49 -7.3 钢管、钢筋、混凝土联合承受内压的应力分析- 51 -7.3.1 混凝土开裂情况判别- 51 -7.3.2 应力计算- 55 - 3 -第一章 水轮机1.1特征水头的确定1. 在校核洪水位下, 四台机组满发，下泄流量Q=14100m3/s,由厂区水

6、位流量关系可得，尾水位尾=220.54m，库=291.8m H1=0.99(库尾)=0.99(291.8220.54)=70.54m2, 在设计洪水位下，四台机组满发，下泄流量=11000 m3/s,由厂区水位流量关系得, 尾水位尾=217.82m, 库=289.94m H2=0.99(库尾)=0.99(289.94217.82)=71.40m3, 在设计蓄水位下,一台机组满发，由下列式子试算出该情况下对应的下泄流量和水头N=9.81QHH=0.99(库尾)尾=f (Q)=水电=0.950.9列表试算，得Q(m3/s)库(m)尾(m)H(m)N(kw)60284201.8881.3040916

7、.3565284201.9181.2744309.1870284201.9481.2447699.4267.5284201.9281.2646004.63当下泄流量为67.5 m3/s时，一台机组满发，对应水头为81.26m.，即H3=81.26m.4.在设计蓄水位下，四台机组满发，试算该情况下对应的下泄流量和水头，列表试算Q(m3/s)库(m)尾(m)H(m)N(kw)300284203.279.99201281.07250284203.0380.16168080.21270284203.180.09181377.16274284203.180.08184033.9 当下泄流量为274 m3

8、/s时，四台机组满发，对应水头为80.08m，即H4=80.08m。5.在设计低水位下，四台机组满发，试算该情况下对应的下泄流量和水头，列表试算Q(m3/s)库(m)尾(m)H(m)N(kw)300264203.260.19151459.02400264203.5359.87200838.21350264203.3760.02176217.81362264203.4159.97184000当下泄流量为362m3/s时，四台机组满发，对应水头为59.79m，即H5=59.79m.6.在设计低水位下，一台机组满发，试算该情况下对应的下泄流量和水头，列表试算Q(m3/s)库(m)尾(m)H(m)N(

9、kw)8026420261.3841186.2390264202.0661.3246287.808526461.3561.3543738.3189.4526461.3261.3246006.33 当下泄流量为89.45m3/s时，一台机组满发，对应水头为61.32m，即H6=61.32m. =81.2 =59.79 =72.74=69.11由H1=70.54m,H2=71.40m,H3=81.26m,H4=80.08m,H5=59.79m,H6=61.32m，确定：最大水头Hmax=81.2m ,最小水头Hmin=59.79m,加权平均水头Hav=0.6Hmax+0.4 Hmin 0.681.

10、2+0.459.79=72.74m,设计水头Hr=0.95 Hav=0.9572.74=69.11m1.2水轮机选型根据水头变化范围59.79m81.26m,在水轮机系列型谱表33.表34中查出合适的机型为HL220.HL220型水轮机的主要参数选择1. 转轮直径D1计算 查水电站表36和图312可得HL220型水轮机在限制工况下单位流量Q11M=1150L/s，效率=89.0%，由此可初步假定原型水轮机在该工况下单位流量Q11= Q11M=1150L/s，效率=90%。发电机的额定效率取为gr=96%,Nr=Ngr/gr=46000/96%=47916.67kwD1=2.866m选用与之接近

11、而偏大的标称直径D1=3.0m.2. 转速n计算 查水电站表34可得，HL220型水轮机在最优工况下单位转速n110M=70.0 r/min,初步假定n110=n110M=70.0r/min,Hav=72.74m,D1=3.0m. n=199.00r/min选择与上述计算值相近而偏大的同步转速n=214.3r/min。3. 效率及单位参数修正查表36可得HL220型水轮机在最优工况下的模型最高效率为Mmax =91%模型转轮直径D1M=0.46m max=1-(1-Mmax)=1-(1-91%)=93.8%则效率修正值为=93.8%-91%=2.8%。考虑到模型与原型水轮机在制造上的差异。常在

12、已求得的值中再减去一个修正值，现取=1.0%，可得修正值为=1.8%，原型水轮机在最优工况和限制工况下的效率为 max=Mmax+=91%+1.8%=92.8% =M+=89%+1.8%=90.8%90% 与假定不符重新假定效率=90.8%，采用上述过程，得出D1=3.0m,n=214.3r/min, max=93.8% =93.8%-91%-=93.8%-91%-1%=1.8% max=Mmax+=91%+1.8%=92.8% =M+=89%+1.8%=90.8% 与上述假定值相同单位转速的修正值 =(-1)=（-1）=0.98%由于3.0%，按规定单位转速可不加修正，同时，单位流量Q11也

13、可不加修正，由上可见，原假定的=90.8%，Q11= Q11M, n110=n110M是正确的。那么上述计算及选用的结果D1=3.0m,n=214.3r/min是正确的。4. 工作范围检查 水轮机在Hr,Nr下工作时，Q11= Q11max Q11max=1.0401.15 m3/s则水轮机的最大引用流量Qmax= Q11maxD12=1.04032=77.84 m3/s与特征水头Hmax 、Hmin 、Hr对应的单位转速为： =71.32 =83.02 = =77.33在 HL220水轮机模型综合特性曲线上绘出Q11max= 1040L/s，=83.02r/min，=71.32r/min的直线，如图所示，三根直线所围成的水轮机工作范围基本上包含了该特性曲线的高效率区，故对于HL220型水轮机方案，所选定的参数D1=3.0m和n=214.3r/min是合理的。 5. 吸出高度Hs的计算由水轮机的设计工况参数 =77.33r/min，Q11max= 1040L/s， 查HL220水轮机模型综合特性曲线可得，相应的气蚀系数=0.133，并在水电站图226上查得气蚀