1、目錄11 基本資料42 水輪機42.1 水電站水頭的確定42.1.1 的確定42.1.2 設計低水位的確定52.1.3 的確定62.2 水輪機型號選擇：6型水輪機方案的主要參數選擇62.2.2 HL180型水輪機方案的主要參數選擇72.3 HL180型水輪機方案的調速設備選擇93 發電機133.1 主要尺寸估算1332 外形尺寸估算134 混凝土重力壩1641計算壩高164.1.1 設計洪水位情況164.1.1 校核洪水位情況1642壩頂寬度1743壩頂高程1744 穩定和應力校核（以下計算均取單寬=1M,混凝土采用 C20）175 溢流壩26確定堰頂高程265.1.1 溢流壩下泄流量的確定2

2、65.1.2 由抗沖能力擬定單寬流量265.1.3 堰頂高程的確定275.1.4 閘門布置285.2 溢流壩的剖面布置285.2.1 溢流面曲線285.2.1.1 溢流前沿：285.2.1.2 溢流段：（溢流面曲線采用WES曲線）29直線段：29反弧段設計30溢流壩穩定驗算31鼻坎的型式和尺寸34挑射距離和沖刷坑深度的估算346 引水建筑物366.1 基本尺寸36隧洞斷面36閘門斷面366.1.3 攔污柵斷面366.2 壓力管道設計376.3 托馬斷面38引水隧洞的水頭損失386.3.2 壓力鋼管的水頭損失40斷面計算416.4 調壓室設計比較：426.4.1 阻抗式調壓室42差動式調壓室46

3、最低涌波水位計算466.4.2.2 最高涌波水位計算477 廠房50廠房長度確定50機組段長度50端機組段長度50裝配場長度50主廠房寬度確定507.3 主廠房頂高程確定51水輪機安裝高程：51尾水管底板高程51基巖開挖高程：51水輪機層地面高程517.3.5 定子安裝高程51橋吊安裝的高程52廠房頂部高程528 壓力鋼管結構計算548.1 明鋼管的設計54確定經濟管徑54確定管壁厚度548.2 管身應力分析和結構設計558.2.1 跨中斷面1-155支承環附近斷面22578.2.3 支承環斷面33598.3 外壓穩定校核678.3.1 無加勁環時688.3.2 對加勁環自身穩定的臨界外壓計算

4、688.4 地下埋管鋼襯結構的計算681基本資料2水輪機2.1 水電站水頭的確定的確定1. 校核洪水位+滿發 Z=8500 由獲青水位流量關系曲線得：Z= Z- Z=240.00-128.30=96%111.70=2. 設計洪水位+滿發 Z=6250由獲青水位流量關系曲線得：Z=238.00-125.92=96%112.08=3. 正常蓄洪水位+一臺機組發電 Z=4.427萬KW（96%為大中型水輪機的效率）根據N=9.8QH ，水電站的效率一般為85%即=85%試算過程：表2-1試算過程Q（）Z（m）Z(m)(m)(m)(萬KW)555045Z=232.00-115.46=96%116.54

5、=max107.23,107.60,111.88= 設計低水位的確定設計低水位（即設計死水位）+機組滿發 Z發電機出力N=9.8QH=4.254=17萬千瓦，即水輪機出力為=試算 表2-2試算過程Q（）Z（m）Z(m)(m)(m)(萬KW)350300250Z=192.00-116.74=96%75.26=即=的確定加權平均水位=0.6max+0.4min=m引水式水電站=2.2 水輪機型號選擇：根據該水電站的水頭工作范圍72.25111.88，查水電站教材型譜表選擇合適的水輪機型有HL200和HL180兩種。現將這兩種水輪機作為初選方案，分別求出其有關參數，并進行比較分析。HL200型水輪機

6、方案的主要參數選擇轉輪直徑(假定=91.1%)=1.0% =1.5%3%也可不加修正。 在圖上做出工作范圍。=0.105，=0.02，由此可求出水輪機的吸出高度：Hs=-2.14 可見HL200型水輪機方案的吸出高度滿足電站要求 HL180型水輪機方案的主要參數選擇轉輪直徑(假定=90.9%)= =1.0 =1.9%3%也可不加修正。 =0.83920000KVA D2=D1+= 3、轉子外徑 4、下機架最大跨度10000214r/min 2、上機架高度所以采用懸式 3、推力軸承高度、勵磁機高度、副勵磁機高度和永磁機高度（起重機架高0.8）4、下機架高度5、定子支座支承面至下機架支承面或下擋風

7、板之間的距離懸式 6、下機架支承面主主軸法蘭底面距離=700mm1500mm這里取7、轉子磁軛軸向高度無風扇時 +(500600)mm=+(5060)cm=8、發電機主軸高度=（0.70.9）H=7.68610.116，取h11=9、定子鐵芯水平中心線至法蘭盤底面距（三）水輪發電機重量估算水輪發電機的總重量發電機轉子重量=發電機飛輪力矩4混凝土重力壩41計算壩高已知吹程D=2Km計算風速：設計洪水情況：校核洪水情況： 設計洪水位情況 校核洪水位情況綜合以上兩種情況，取最大值，則42壩頂寬度43壩頂高程圖4-1 非溢流壩剖面圖44穩定和應力校核（以下計算均取單寬=1m,混凝土采用C20）441校

8、核洪水位下，非溢流壩壩基面：圖4-2非溢流穩定校核示意圖壩體自重：上游水壓力：揚壓力：浪壓力：表4-1 壩基面校核洪水位時的應力計算表格編號荷載垂直(KN)水平(KN)力臂力矩（KNm）向下向上向左向右m順時針逆時針1自重14013421762507032水壓力12328134743揚壓力1002344浪壓力12.1 穩定分析摩擦公式.2 應力分析 校核洪水位情況下，折坡點的穩定驗算表表4-2 折坡點校核洪水位時的穩定計算表格荷載計算簡式垂直力(KN)水平力(KN)力臂彎矩(KNM)向下向上向右向左m順時針逆時針自重12926776水壓力11765820353160揚壓力12204983.1

9、穩定分析.2 應力計算（不計入揚壓力） 正常蓄水位下，非溢流壩壩基面表4-3 壩基面正常蓄水位時的穩定計算表格荷載計算簡式垂直力水平力力臂彎矩向上向下向右向左m順時針逆時針自重14013421762507047673567水壓力1392揚壓力123.1穩定分析 .2應力分析荷載計算簡式垂直力（KN）水平力（KN）力臂力矩（KNm）向下向上向右向左m順時針逆時針自重12水壓力1揚壓力123表4-4 折坡點正常蓄水位時的穩定計算表格.1穩定分析.2應力分析滿足應力要求5 溢流壩確定堰頂高程 溢流壩下泄流量的確定 由抗沖能力擬定單寬流量堰頂高程的確定閘墩選用半圓形的墩頭（）；圓弧形邊墩，此為的第一次

10、近似值，用以重新計算得再次試算：再次試算：與上一次計算值相近，作為正確值。行進流速堰頂高程 閘門布置閘門高度=正常高水位-堰頂高程+超高選擇平面閘門，按規范所給值，又閘孔凈寬b=13m，所以閘門取為14m8m。工作閘門一般布置在溢流堰頂點，以減少閘門高度。為了避免閘門局部開啟時水舌脫離壩面而產生真空，將閘門布置在堰頂偏下游一些，以壓低水舌使其貼壩面下泄。檢修閘門位于工作閘門之前，為便于檢修，兩者之間留有13m的凈寬，本設計取凈寬2m。5.2 溢流壩的剖面布置 溢流面曲線.1 溢流前沿：取，則.2 溢流段：（溢流面曲線采用WES曲線）直線段采用與基本剖面一樣的坡度，設與曲線相切的直線方程為：聯立

11、：對（1），（2）兩式求導得：求得：x=18.2,y=12.61,即切點的坐標為（18.2，12.61）.4反弧段設計選擇挑流消能，取R=26m,Q=8500m3/s 時，下游水位為,而鼻坎距下游水位一般為12m，故取h=23m。反弧段圓心距壩底的距離H1=23+26cos300=m反弧段與直線段切點距壩底的距離：鼻坎超出基本剖面的距離：,故無需驗算超出段應力條件。試算求總有效水頭，m；臨界水深（校核洪水位閘門全開時反弧處水深），m；流速系數查表取0.95。經試算，反孤段半徑,所以取R=26m，合理。溢流壩斷面如下圖所示：溢流重力壩剖面如下圖所示：圖5-1 溢流壩剖面示意圖圖5-2 溢流壩剖面

12、在校核洪水位時的示意圖5.4鼻坎的型式和尺寸鼻坎采用平順連續式的,高程比下游水位高出兩米,即坎頂高程為138m.挑射距離和沖刷坑深度的估算連續式挑流鼻坎的水舌挑距按水舌外緣計算，其估算公式為：又鼻坎處水流平均流速v為：坎頂水面流速，坎頂垂直方向水深坎頂至河床面高差：最大沖坑水墊厚度估算公式：式中：水墊厚度，自水面算至坑底，m；沖坑深度，mq 單寬流量，這里為3/s,H 上下游水位差，這里為。H2 下游水位，這里為128.3-115=13.3m，沖坑系數，堅硬完整的基巖為，這里取所以：為了保證大壩的安全，挑距應有足夠的長度，一般當時，認為是安全的，這里，所以大壩是安全的。6 引水建筑物6.1 基

13、本尺寸隧洞斷面閘門斷面 攔污柵斷面，6.2 壓力管道設計管道內徑估算，采用彭德舒公式：估計壓力管道段全長290m，上游如需調壓室，則布置在最靠近廠房地面高程260m的地方。6.3 托馬斷面引水隧洞的水頭損失（1）沿程水頭損失計算托馬斷面時混凝土襯砌，選用最小糙率0.012。（2）局部水頭損失1、 攔污柵處（具有獨立支墩）過柵平均流速2、 喇叭口段 （取減縮段的面積）3、 閘門段（有兩個閘門門槽）4、閘門漸變段（兩個漸變段）（有兩個閘門門槽）5、隧洞轉彎處 壓力鋼管的水頭損失1沿程水頭損失（糙率取最大值0.013）2局部水頭損失6.4 調壓室設計比較：阻抗式調壓室最低涌波水位上游取最低水位,引水

14、隧洞糙率n取大值0.015， m=0.5（兩臺增加到四臺)孔口面積： 其中最高涌波水位的計算(設計水位滿發時的工況)攔污柵處：喇叭口段： 閘門槽： 漸變段： 隧洞拐彎處：校核洪水位情況：攔污柵處:喇叭口段： 閘門槽： 漸變段： 隧洞拐彎處：6.4.2 差動式調壓室.1最低涌波水位計算上游水庫水位取最低水位，m=0.5(兩臺增加到四臺)，升管斷面面積.2 最高涌波水位計算1 設計水位滿發時工況假定， 相應大井體積為：升管溢流量：溢流水：進入大井水體積：兩者接近， 故2 校核洪水位情況計算過程同設計洪水位假定， 相應大井體積為：升管溢流量：溢流水：進入大井水體積：兩者相近，取校核洪水位情況：7 廠

15、房機組段長度1由蝸殼層決定的機組段長度因設有蝴蝶閥，且機組段之間要分縫，按構造要求，取蝴蝶閥一側渦殼混凝土厚度，另一側為；故所需機組段長度為4.62+3.826+1.2+0.8=2尾水管層取閘墩最小厚度為，尾水管出口寬度為，則所需機組段長度：3發電機層L=發電機定子外徑+2風道寬（）+風道間過道寬（）=4.69+2+21.5=綜上，機組段最小長度為，考慮到布置間隙及方便，最終機組段的長度定為。由蝸殼層決定的廠房寬度：上游側最小寬度：=機組中心線至上游蝸殼外緣尺寸+蝸殼外包混凝土+蝴蝶閥凈寬+外墻厚=下游側最小寬度:=機組中心線至下游蝸殼外緣尺寸+蝸殼外包混凝土+外墻厚=7.3 主廠房頂高程確定

16、水輪機安裝高程：對于 HL180型水輪機式中為設計尾水為：由于本水電站裝機四臺，故取一臺水輪機滿發電時的額定流量，即對應的獲青水位流量關系曲線中查得=。吸出高度，。得到水輪機的安裝高程 Zs=。尾水管底板高程-6.5=基巖開挖高程：=108.691.5水輪機層地面高程蝸殼進水口混凝土厚度（1m）定子安裝高程發電機層地面高程（定子埋入式）取 裝配場層地面高度采用發電機層和裝配場層不同高方案，裝配場層與地面同高，下游最高水位，取裝配場層地面高度。橋吊安裝的高程=裝配場高程+最大吊運部件尺寸+吊運部件與固定物之間的安全距離=128.5+9+1= 。廠房頂部高程+軌道面至起重機頂端的距離+小車至天棚必

17、要距離+屋頂大梁高+_屋頂厚=138.5+4.3+0.3+1+0.2=。起重機的額定起重量一般為發電機轉子重量、平衡梁重以及專用吊具重量之和根據本設計額定起重量，選擇與之接近而偏大的2100橋機1、設備型號臺數選擇：選用一臺雙小車起重機，跨度14m。表7-1工作參數表名義起重量t單臺小車起重量（t）跨度m起升高度m主鉤副鉤2100100201426極限位置推薦用大車軌道軌道中心距起重機外端距離B1軌道面至起重機頂端距離H吊鉤至軌道吊鉤至軌道中心距離hh1L1L2主鉤副鉤11001600Qu-100400370012407008 壓力鋼管結構計算8.1 明鋼管的設計8確定經濟管徑前面已經算出，D

18、=6.6m。8確定管壁厚度考慮工況：最大水擊壓力 設根據公式 =壓力管壁厚度（計算厚度），（）； D 壓力管道直徑（m），D=6.6m；管頂以上的計算水頭；水的容重；焊縫系數，取=0.90；=考慮到鋼板厚度的誤差及運行中的銹蝕和磨損，實際采用的管壁厚度應在計算的基礎上加2mm的裕度。則結構要求：D/800+4=12.25mm；制造安裝厚度大于6mm。綜上，取=32mm，則外徑D=D+2=6600+232=6664mm8.2 管身應力分析和結構設計 本工程中，靠近廠房的露天壓力鋼管屬于最危險段。該段段壓力管道支墩間距L=m，計算厚度=32-2=30mm。由于該段是最危險段，如果這段露天壓力管道滿

19、足應力要求，則其他段必然滿足要求。下面對這壓力管道進行應力分析。第四段管道示意圖如下圖所示：圖8-1管身計算斷面8跨中斷面1-11、切向應力 = =式中 壓力管壁厚度（計算厚度），（）； D 壓力管道直徑（m），D=m； H 管頂以上的計算水頭管道中心線以上的計算水頭，=H+D/2 管壁的計算點與垂直中線構成的圓心角水的容重；管軸線與水平線的夾角，對于水平段=0對于水電站的壓力管道，上式等號右端的第二項是次要的，只有當時才有記入的必要。=m。 =cos=m。所以，式子中的第二項可省去。=1 MPa（=0、90、180）2、徑向應力 管壁內表面的徑向應力等于該處的內水壓強，即=-H，“-”表示壓

20、應力，“+”表示拉應力。=0=-9810（-）=- MPa=90=-=-9810=-1.242 MPa=180=-9810（+）=-1.274 MPa3、軸向應力2(+212)2-2)=kN/m截面處彎矩 M近似取為 M=kNm=0=-=-=- MPa=90=0 =180=- MPa水平管段只計算水流對管壁的摩擦力水溫時，=（=0、90、180）2320故，管道中水流為紊流查表得管道當量粗糙度 ，于是相對粗糙度為=0.015查圖可得 所以，沿程水頭損失=0.033m=KN故=-=-178MPa=+所以 =0=-=-MPa=90=0-178=-178MPa=180=-178=MPa用第四強度理論

21、進行校核： 式中 = MPa=0=0=MPa = MPa=90=1MPa = MPa=180=1MPa = MPa所以，跨中斷面11滿足強度要求。8.2.2支承環附近斷面22支承環附近斷面22在支承環附近，但在支承環的影響范圍之外，故仍為膜應力區。 1、切向（環向）應力22斷面的與11斷面的相同= MPa（=0、90、180） 2、徑向應力22斷面的與11斷面的相同=0= MPa=90=-=- MPa=180= MPa3、軸向應力22斷面的與11斷面的大小相等，方向相反。=0=MPa=90=0 MPa=180=- MPa22斷面的與11斷面的相同178 MPa （=0、90、180）=+所以

22、=0=-=MPa=90=MPa=180=MPa斷面22除了以上應力外，還有管重和水重在管道橫截面上引起的剪應力。管重和水重在支承環處引起的剪力可將管道視為連續梁求出，近似可取為：式中 每米長的管重和水重支承環的中心距管道傾角，對于水平段=03849.25cos0=1776kN此剪力在管壁中引起的向的剪應力= MPa式中 某斷面以上的管壁面積對中和軸的靜矩 =2管壁的截面慣性矩 = 管道半徑 受剪截面的寬度 =2 管頂至計算點的圓心角=0=0= 0MPa=90=1=MPa=180=0=0MPa用第四強度理論進行強度校核 =0=0=1MPa =0.90.55345=170.55 MPa=90=1MPa =170.55 MPa=180= MPa =170.55 MPa所以，支承環附近斷面22滿足強度要求。8.2.3 支承環斷面33支承環處的管壁由于支承環的約束，在內水壓力作用下發生局部彎曲，如下圖所示： 圖8-2 管壁局部彎曲示意圖因此，與斷面22相比，增加了局部彎曲應力，切向應力也因支承環影響而改