引水式水电站布置调压室结构设计及计算书.docx
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1、目录目录- 1 -第一章 设计基本资料- 3 -1.1地理位置- 3 -1.2水文气象- 3 -1.2.1水文条件- 3 -1.2.2气象条件- 4 -1.3工程地质- 4 -1.4交通状况- 5 -1.5设计控制数据- 5 -第二章 水轮机- 5 -2.1 特征水头- 5 -2.1.1 Hmin的确定- 5 -2.1.1.1校核洪水位- 5 -2.1.1.2 设计洪水位- 6 -2.1.1.3 正常蓄洪水位- 6 -2.1.1.4设计低水位- 7 -2.1.2 Hmax的确定- 7 -2.1.2.1 校核洪水位- 7 -2.1.2.2 设计洪水位- 8 -2.1.2.3 正常蓄洪水位- 8
2、-2.1.2.4设计低水位- 9 -2.1.3 Hav的确定- 10 -2.2选型比较- 10 -3.3 调速系统- 14 -3.4水轮机转轮流道尺寸:- 15 -3.4.1蜗壳尺寸- 15 -3.4.2尾水管尺寸- 16 -第三章发电机- 16 -第四章 混凝土重力坝- 18 -4.1枢纽布置- 18 -4.1.1枢纽布置形式- 18 -4.1.2坝轴线位置- 18 -4.2挡泄水建筑物- 18 -4.2.1坝顶高程确定- 18 -4.2.1.1坝顶超出静水位高度h- 19 -4.2.2挡水建筑物砼重力坝- 19 -4.2.2.1基本剖面- 20 -4.2.2.2实用剖面- 21 -4.2.
3、2.3设计情况下- 21 -第五章 溢流坝- 27 -5.1 泄水建筑物砼溢流坝- 27 -5.1.2 堰顶高程- 28 -5.1.3 溢流坝实用剖面设计- 29 -5.2溢流坝稳定应力计算- 32 -5.2.1设计洪水位(239.0)- 32 -5.2.2校核情况下(240.8 m)- 34 -5.3坝内构造- 36 -5.3.1坝顶结构- 36 -5.3.1.1非溢流坝- 36 -5.3.1.2溢流坝- 36 -5.3.2坝体分缝- 36 -5.3.2.1 给缝- 36 -5.3.4坝内廊道- 36 -5.3.5坝基地基处理- 36 -5.4溢流坝消能防冲- 37 -第六章 引水建筑物-
4、38 -6.1引水隧整体布置- 38 -6.1.1洞线布置(水平方向)- 38 -6.1.2洞线布置(垂直方向)- 38 -6.2细部构造- 38 -6.2.1隧洞洞径- 39 -6.2.2隧洞进口段- 39 -6.2.3拦污栅- 39 -6.2.4闸门断面尺寸- 40 -6.2.5进口高程计算- 40 -6.2.6压力管道设计- 41 -第七章 专题部分调压室- 42 -7.1托马断面计算- 42 -7.2涌浪计算- 44 -7.2.1简单式调压室- 44 -7.2.2阻抗式调压室- 45 -7.2.3.差动式调压室- 46 -7.3调压室结构设计- 48 -7.3.1应力计算- 48 -7
5、.3.2调压室配筋- 51 -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)122.71123.15123.5124.04125.4126.6128.5流量(m3/s)10501002
6、0050010002000水位(m)130.1132.6135.3137.6139.8141.8流量(m3/s)300050007500100001250015000表1-2电站厂房处获青水位流量关系曲线水位(m)115115.17115.39115.57115.72115.87116流量(m3/s)1020406080100120水位(m)116.13116.25116.37116.47117.05117.9118.5流量(m3/s)1401601802004007001000水位(m)119.45120.3121.97123.2125.65127.8129.8流量(m3/s)1500200
7、03000400060008000100001.2.2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,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
8、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
9、,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设计控制数据a .校核洪水位:240.8m,校核最大洪水下泄流量8510.0m3/s.b .设计洪水位:239.0m,设计洪水最大下泄流量4800.0m3/sc .设计蓄水位:232.5md .设计低水位:192.0me .装机容量: 36.0万kw第二章 水轮机2.1 特征水头2.1.1 Hmin的确定 2.1.1.1校核洪水位 校核洪水位240.80m下3台机组满发 ,Z=240.80m,发电机出力N=6
10、.0万千瓦则即水轮机出力为 根据N=9.8QH ,水电站的效率一般为93%即=93%表2-1试算过程 Q()Z(m)Z(m)(万KW)2000240.80128.5022.46500240.80125.405.7715024 240.8012 123.7817.55 由NQ关系曲线,N= KWQ=180 Z=123.90m Hmin =( Z- Z)97% =113.39m2.1.1.2 设计洪水位 设计洪水位,3台满发时 Z=239.00m 发电机出力N=18.0万千瓦则即水轮机出力为= ,根据N=9.8QH ,水电站的效率一般为93%即=93%表2-2试算过程Q()Z(m)Z(m)(万KW
11、)500239.00125.405.68200239.00124.042.30180239.00123.8721.29由NQ关系曲线,N= KWQ=185 Z=123.92mHmin =( Z- Z)97% =111.64m2.1.1.3 正常蓄洪水位 正常蓄洪水位232.5m时,3台机组满发,发电机出力N=18.0万千瓦则即水轮机出力为= KW,根据N=9.8QH ,水电站的效率一般为93%即=93%表2-3算过程Q()Z(m)Z(m)(万KW)200232.5124.0421.69180232.5123.9019.58190232.5124.0020.62 由NQ关系曲线,N=KWQ=19
12、0 Z=124.00mHmin=( Z- Z)97% =105.25m2.1.1.4设计低水位设计低水位192.00m设计低水位192.00m 3台机组满发时发电机出力N=18.0万千瓦则即水轮机出力为= KW,根据N=9.8QH ,水电站的效率一般为93%即=93%表2-4算过程Q()Z(m)(万KW)350192.0023.56300192.0020.25320192.0021.59由NQ关系曲线,N=KWQ=190 Z=124.52mHmin=( Z- Z)97% =65.46m综合以上得校核洪水位240.8m 3台机组满发时,Hmin=123.90 m;设计洪水位239.0 m , 3
13、台机组满发时,Hmin=111.64 m;设计蓄水位232.2 m 3台机组满发时,Hmin=105.25 m;设计低水位192.0m,3台机组满发时,Hmin=65.46 m; 所以Hmin=65.46 m2.1.2 Hmax的确定2.1.2.1 校核洪水位校核洪水位240.80m下1台机组满发 (另外2台机组停机) ,Z=240.80m 发电机出力N=6.0万千瓦则即水轮机出力为= ,根据N=9.8QH ,水电站的效率一般为93%即=93%表2-5试算过程Q()Z(m)Z(m)(万KW)100240.80128.5011.7350240.80125.405.8875 24 240.8012
14、 123.788.81 由NQ关系曲线,N= KWQ=60 Z=123.20mHmax =( Z- Z)97% =114.72m2.1.2.2 设计洪水位设计洪水位+1台满发(另外2台机组停机), Z=239.00m 发电机出力N=6.0万千瓦则即水轮机出力为= ,根据N=9.8QH ,水电站的效率一般为93%即=93%表2-6试算过程Q()Z(m)Z(m)(万KW)100239.00123.511.5560239.00 123.206.9550239.0012 123.155.79 由NQ关系曲线,N= KWQ=65 Z=123.91mHmax =( Z- Z)97% =112.33m2.1
15、.2.3 正常蓄洪水位正常蓄洪水位232.5m时,1台机组满发(另外2台机组停机) ,发电机出力N=6.0万千瓦则即水轮机出力为= KW,根据N=9.8QH ,水电站的效率一般为93%即=93%表2-7算过程Q()Z(m)Z(m)(万KW)200232.5124.0421.69500232.5125.45.3650232.5123.155.47 由NQ关系曲线,N=KWQ=190 Z=123.25mHmax=( Z- Z)97% =105.97m2.1.2.4设计低水位设计低水位192.00m设计低水位192.00m 1台机组满发(另外2台机组停机) 发电机出力N=6.0万千瓦则即水轮机出力为
16、= KW,根据N=9.8QH ,水电站的效率一般为93%即=93%表2-4算过程Q()Z(m)(万KW)200192.0013.59100192.006.85110192.007.53 由NQ关系曲线,N=KWQ=190 Z=123.50mHmin=( Z- Z)97% =66.45m由以上可知:校核洪水位240.8m ,1台满发,另外2台停机时,Hmax=114.07 m设计洪水位239.0 m ,1台满发,另外2台停机时 Hmax=112.33 m;设计蓄水位232.2 m ,1台满发,另外2台停机时,Hmax=105.97 m;设计低水位192.0m, 1台满发,另外2台停机时,Hmax
17、=66.45 m;综合上述,Hmax=114.07 m 2.1.3 Hav的确定Hav =H,其中=1取Hav =0.5(Hmax + Hmin)=0.5(114.07 m+65.46 m)=89.77 m对于引水式电站Hav = Hr =89.77 m2.2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HL180HL200水轮机方案的主要参数选择1转轮直径D1查表水电站3-6得限制工况下单位流量QiM=950L/S=1.15m3/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Qi Qin=0.95m3/S,效率90.7水轮机额定力Nr=6.0104 KW
18、97设计水头Hr=Hav=90.84 m=2.93m 取之相近而偏大的标称直径D13.0m2转速n计算HL200最优工况下Mmax=90.7%,模型转轮直径D1M=0.46m,单位转速n110m=68.0prm,水轮机转速n:=214.7 prm,选择与之相近的同步转速n=214.3 prm,磁极对数P=14.3效率及单位参数修正HL200型水轮机在在最优工况下的模型最高效率Mmax=90.7%,模型转轮直径D1 m=0.46m,max= =92.3%,则效率修正系数为=92.3%-90.7%=1.6%。考虑到原型与模型在制造工艺质量上的差异,常在中减去一个修正值,现取=0.6%,则可得效率修
19、正值=1%,由此可得原型水轮机在最优工况和限制工况下的效率为:max=Mmax+=90.7%+1.0%=91.7%=M+=89.4+1.0%=90.4%(与上述假设相同)n= 则=1.44%3.0%按规定,单位转速可不加修正,同时,流量也不加修正,故D1=3.0 m. n=214.3 prm 4、工作范围检验在Hr,Nr条件下, Q11max=Nr/(9.81 D12Hr1.5)=0.908 m3/ s0.950 m3/ s则水轮机的最大引用流量Qmax= Q11max D12 Hr0.5=77.43 m3/ s与特征水头Hmax Hmin Hr相对应的单位转速为n111 min= =60.1
20、95 prmn111max= =79.46 prmn111r= =67.85 prm在HL200型水轮机模型综合特性曲线上分别绘出Q11max=0.908 3/ s,n111max=79.46 prm,n111 min=60.195 prm 3条直线所围成的水轮机工作范围基本上包括了该特性曲线的高效率区,因此,所选HL200型水轮机D1=3.0m,n=214.3 prm是合理的!5、吸出高度Hs计算 由水轮机设计工况参数n111r= 67.85 prm,Q11max=0.908 m3/ s查表3-6(水电站教材)得HL200的气蚀系数为m=0.088,查得气蚀修正系数m=0.02,m, =0.
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