引水式水电站设计计算书(共40页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上目 录第一章 （空）第二章 枢纽布置、挡水及泄水建筑物22挡水及泄水建筑物2.2.1坝高的确定2.2.1.1 设计状况 2hl=0.0166（1.516）5/461/3=1.6m2Ll=10.41.60.8=15.15m 校核状况2hl=0.0166165/461/3=0.9653m2Ll=10.40.96530.8=10.11m 2.2.1.2 坝顶高程 取坝顶防浪墙高为1.2m，则坝顶高程为241.76-1.2=240.56m2.2.2 挡水建筑物2.2.2.1基本剖面应力条件 稳定条件 坝底宽度 取89.7m2.2.2.2实用剖面 坝顶宽度(8%10%)H=(0

2、.080.1)127.56=10.212.756m 取坝顶宽为12米。2.2.2.3坝基面稳定及应力计算设计状况 G=1.0240.5960+12127.56+0.510377.7 =.48kN 力臂L=36.58m 弯矩M=.48(49.35-36.58)=.71kN.m 水压力 pxu=9.8111252=76640.625kN 力臂L=41.67m 弯矩M=76640.62541.67=.84kN.m pyu=9.811(9125-0.5960)=8387.55kN L=4.97m M=83857.55(49.35-4.97)=.47kN.m Pxd=pgH2=9.81119.12=21

3、63.105kN L=7m M=2163.1057=15141.735kN.m Pyd=9.8112115.750.5=1622.33kN L=93.45m M=1622.33(93.45-49.35)=71544.753kN.m扬压力 u1=98.724.525=2420.6kN u2=360.5216=5768.32kN u3=0.515360.52=2703.9kN u4=0.516(1226.25-24.525-360.52)=6729.64kn u5=0.515(206.01-24.525)=1361.14kN U=u1+u2+u3+u4+u5=18983.6kNL=20.3mM=1

4、8983.6(49.35-20.3)=.58kN.m浪压力 L=123.186mM=94.968123.186=11698.73kN.m 稳定 满足要求。应力= = =1319.97(-1024.05) =2.344 Mpa or 0.295 Mpa 满足要求。校核状况 G=1.0240.5960+12127.56+0.510377.7 =.48kN 力臂L=36.58m 弯矩M=.48(49.35-36.58)=.71kN.m 水压力 pxu=9.8111272=79112.745kN 力臂L=42.33m 弯矩M=79112.74542.33=.496kN.m pyu=9.811(967+

5、0.5960)=8564.13kN L=4.96m M=8564.13(49.35-4.96)=.73kN.m Pxd=pgH2=9.81123.32=2662.88kN L=7.77m M=2662.887.77=20690.5776kN.m Pyd=0.59.8123.317.475=1997.16kN L=92.875m M=1997.16(92.875-49.35)=71544.753kN.m扬压力 u1=98.724.525=2420.6kN u2=366.416=5862.4kN u3=0.515366.4=2748kN u4=0.516(1245.87-24.525-366.4)

6、=6839.56kn u5=0.515(228.573-24.525)=1530.34kN U=u1+u2+u3+u4+u5=19400.9kNL=20.79mM=19400.9(49.35-20.79)=.7kN.m浪压力 L=129.12mM=37.35129.12=4822.632kN.m 稳定 满足要求。应力= = =1321.33(-1118.21) =2.439 Mpa or 0.203 Mpa 满足要求。2.2.2.4 折坡截面稳定及应力计算 设计状况G=1.024(1267.56+0.532.4743) =36211.8kN 力臂L=13.78m 弯矩M=36211.8(22.

7、235-13.78)=.769kN.m 水压力 pxu=9.811652=20723.625kN 力臂L=21.67m 弯矩M=20723.62521.67=.95kN.m扬压力 u1=4127.53=510.12kN u2=(637.65-127.53)4/2=1020.24kN u3=0.540.47127.53=2580.57kN U=u1+u2+u3 =4933.116kNL=11.56mM=4933.116(22.235-11.56)=52661.0133kN.m浪压力 PL=94.968kN L=63.186mM=94.96863.186=6000.648kN.m 稳定 满足要求。

8、应力= =1.314 Mpa or 0.091 Mpa 满足要求校核状况G=1.024(1267.56+0.532.4743) =36211.8kN 力臂L=13.78m 弯矩M=36211.8(22.235-13.78)=.769kN.m 水压力 pxu=9.811672=22018.545kN 力臂L=22.3m 弯矩M=22018.545522.3=.55kN.m扬压力 u1=4131.454=525.816kN u2=(657.65-131.45)4/2=1052.392kN u3=0.540.47131.454=2659.97kN U=u1+u2+u3 =5085.81kNL=10.

9、61mM=5085.81(22.235-10.61)=54291.06kN.m浪压力 PL=37.35kN L=69.12mM=37.3569.12=2581.632kN.m 稳定 满足要求。应力= =1.431 Mpa or 0.013 Mpa 满足要求2.2.3 泄水建筑物2.2.3.1 堰顶高程 设计洪水时，取q=86.64m3/s溢流前缘总净宽 L=L+(n-1)d=70+(5-1)4=86m 取 m=0.50 Ho=()2/3=12.18m故校核状况假定L不变，q=Ho=()2/3=15.04m故堰顶高程225.0m,正常挡水位232m2.2.3.2溢坝实用剖面设计反弧段设计 hc=

10、2.8mT0=103.97m hc=2.792mT0=104.33mhc=2.796mT0=104.19mhc=2.798mT0=104.04m试算得hc=2.798m，R=(610) hc=16.78827.98m，取R=20m2.2.3.3稳定计算坝基截面设计情况自重 G=6128.785124=.8424kN上游水压力Pxu=0.59.81140112=75811.68kN上游水重 Pyu=9.810.5(65+125)9=8387.55kN下游水压力Pxd=0.59.8119.72=1903.58145kN动水压力 Px=1.0586.6440.65(cos250-cos53.130)

11、=1132.7245kN Py=1.0586.6440.65(sin250+sin53.130)=4521.253kN扬压力 u1=100.6224.525=2467.7kN u2=360.5216=5768.32kN u3=0.515360.52=2703.9kN u4=0.516(1226.25-24.525-360.52)=6729.64kn u5=0.516.92(193.257-24.525)=1427.47kN U=u1+u2+u3+u4+u5=19097.03kN 满足要求。坝基截面校核情况 自重 G=6128.785124=.8424kN上游水压力Pxu=0.59.81（15+

12、127）112=78009.12kN上游水重 Pyu=9.810.5(67+127)9=8564.13kN下游水压力Pxd=0.59.8123.12=2617.357kN动水压力 Px=1.05118.8340.65(cos250-cos53.130)=1553.574kN Py=1.051183.8340.65(sin250+sin53.130)=6201.067kN扬压力 u1=100.6224.525=2467.7kN u2=366.416=5862.4kN u3=0.515366.4=2748kN u4=0.516(1245.87-24.525-366.4)=6839.56kN u5=

13、0.516.92(226.611-24.525)=1709.65kN U=u1+u2+u3+u4+u5=19627.31kN 满足要求。折坡截面设计情况 自重 G=241515.866=36380.784kN 上游水压力 Pxu=0.59.81(15+65)=24868.35kN 扬压力 U=1.20.54(191.295+637.65)+0.5191.29541.075=6703.93kN 满足要求。折坡截面校核情况自重 G=241515.866=36380.784kN 上游水压力 Pxu=0.59.81(15+67)=26948.07kN 扬压力 U=1.20.54(197.181+657

14、.27)+0.5197.18141.075=6910.21kN 满足要求。2.4溢流坝消能抗冲刷v1=1.1v1=1.140.65=44.715m/sh1=h/cos=2.798/cos250=3.087mh2=137.84-120=17.84m 满足要求。第三章 水能规划3.1水头Hmax , Hmin ,H1，Hr选择 H1的确定假定Q=200m3/sH=0.95(232-116.47)=109.7535mN=8.3200109.7535=182.19Mw假定Q=195m3/sH=0.95(232-116.45)=109.7725mN=8.3195109.7725=177.67Mw177.

15、08Mw故H1=109.7725m Hmax的确定正常蓄水位1台机组发电假定Q=60m3/s N=8.3600.95(232-115.57)=55.08Mw 假定Q=50m3/s N=8.3500.95(232-115.48)=45.94Mw 假定Q=48m3/s N=8.3480.95(232-115.41)=44.13Mw44.27Mw 故H=0.95(232-)=110.76m 设计洪水位4台机组发电 假定Q=190m3/s N=8.31900.95(238-116.42)=182.14Mw 假定Q=185m3/s N=8.31850.95(238-116.39)=117.39Mw117

16、.08Mw 故H=0.95(238-116.39)=115.53m 校核洪水位4台机组发电 假定Q=180m3/s N=8.31800.95(240-116.37)=175.468Mw 假定Q=182m3/s N=8.31820.95(240-116.38)=117.40Mw117.08Mw 故 H=0.95(240-116.38)=117.44m综上得 Hmax=117.44 mHmin 的确定死水位4台机组发电假定Q=300m3/s N=8.33000.95(192-116.65)=178.24Mw假定 Q=298m3/s N=8.32980.95(192-116.64)=177.0711

17、7.08Mw故 Hmin=0.95(192-116.64)71.59m加权平均 Hav=H150%+Hmax30%+Hmin20%=109.770.5+110.760.3+71.590.2=102.431m引水式电站 Hr=Hav=102.431m3.2 水轮机选型比较3.2.1 HL200型水轮机方案主要参数选择1. 转轮直径 =2.245 m 2. 转速 n r/m 3. 效率修正 =93.2%-90.7%=2.5% 4工作范围检验 5 吸出高度 3.2.2HL180型水轮机方案的主要参数选择1转轮直径D1计算=2.361 m2转速n计算 r/m3效率及单位参数修正=94.3%-92%=2

18、.3% 4工作范围的检验 5吸出高度Hs计算 3.2.3 HL160型水轮机方案的主要参数选择1转轮直径D1计算=2.676 m2转速n计算 r/m3效率及单位参数修正=93.7%-91%=2.7% 4工作范围的检验 5吸出高度Hs计算 3.2.4 HL220型水轮机方案的主要参数选择1转轮直径D1计算=2.05 m2转速n计算 r/m3效率及单位参数修正=93.4%-91%=2.4% 4工作范围的检验 5吸出高度Hs计算 第四章 水电站引水建筑物4.2 细部构造4.2.1隧洞洞径设计水位下四台机组满发时隧洞流量 4.2.2进水口底版高程 4.3 调压室4.3.2 设置调压室的条件隧洞 L=1

19、038.5 m m/s 钢管 L=213.5 m m/s s 24 s4.3.3 压力管道设计4.3.3.1管道内径估算 4.3.3.2 岔管处管道直径的确定1#岔管主岔压力管道直径的确定a 由经济直径确定 b 由经济流速确定 2#岔管主岔压力管道直径的确定a 由经济直径确定 b 由经济流速确定 4.3.4 计算托马断面4.3.4.1 压力钢管水头损失的计算 1#岔管的水头损失 2#岔管的水头损失 3#岔管的水头损失 蝴蝶阀处的水头损失 斜井顶、底部立面转弯水头损失 D=7.5 m R=30 m =320 一、二水平段平面转弯处的水头损失 D=7.5 m R=30 m =210 压力管道的沿程

20、水头损失 压力管道总的水头损失4.3.4.2 引水隧洞的水头损失 隧洞圆弧弯一处的水头损失 D=7.86 m R=78.6 m =320 隧洞圆弧弯二处的水头损失 D=7.86 m R=78.6 m =430 进水口水头损失 取0.1拦污栅水头损失 闸门槽水头损失引水道渐变段水头损失 n=0.014l=12mR=1.89m 引水道总的水头损失hj=0.013+0.15+0.16+0.087+0.15+0.175=0.6mhf=3+0.0028+0.276+0.034=3.0644m（正常蓄水位时对应水头损失用于计算最高涌浪）沿程水头损失、 n=0.012 隧洞圆弧弯一处的水头损失 D=7.86

21、 m R=78.6 m =320 隧洞圆弧弯二处的水头损失 D=7.86 m R=78.6 m =430 进水口水头损失 取0.1拦污栅水头损失 闸门槽水头损失引水道渐变段水头损失 引水道总的水头损失hj=0.013+0.077+0.068+0.037+0.064+0.075=0.334mhf=0.946+0.00087+0.0073+0.011=0.96517m4.3.4.3 断面计算4.4.5 调压室方案比较4.3.5.1简单式调压室 最高涌波水位根据公式 -0.19-0.0185-0.186-0.1853-0.1852-0.0207-0.-0.0198-0.01964-0.01961试算

22、得 最低涌波水位可能有两种情况，取其小值。A：相应最高涌波时下降的最低涌波水位根据公式 -0.15-0.16-0.17-0.165-0.01252-0.01435-0.01633-0.01532试算得 B：上游取最低水位，对应流量298，引水隧洞糙率n取大值0.014， 根据公式Zmin=4.3.5.2 差动式调压室 取21.5m Zmin= 最高涌波水位的计算假定Zmax=-10m 第五章 水电站厂房5.1厂房内部结构5.1.1 水轮机发电机外形尺寸估算1、极距 2、定子内径 Di=2P/=210/3.1463=400cm3、定子铁芯长度 4、定子铁芯外径Dane166.7r/min Da=

23、Di+=400+63=463cm平面尺寸 1、定子机座外径D1 300ne500 r/min D1=1.25Da=1.25463=580cm2、风罩内径D2Sf20000KVA D2=D1+2.4m=5.8+2.4=8.2m=820cm 3、转子外径D3 D3=Di=400cm 4、下机架最大跨度10000Sf214r/min 2、上机架高度 判别型式 采用悬式发电机上机架高度 h2=0.25Di=0.25400=100cm3、推力轴承高度 励磁机高度h4和永磁机高度h6，副励磁机h5h3=2000mm h4=2000mmh5=1000mm h6=800mm4、下机架高度 h7=0.12Di=

24、0.12400=48.0cm5、定子支座支承面至下机架支承面或下挡风板之间的距离h8悬式h8=0.15Di=0.15400=60cm6、转子磁轭轴向高度h10，无风扇时h10=lt+(500600)mm=260cm7、下机架支承面主主轴法兰底面距离h9=7001500mm这里取h9=1000mm8、H=h1+h2+h9-h7=329+100+180+200+100+80+60+100=11.49m h11=（0.70.9）H=(0.70.9)11.49=804.581034.46 cm 取 h11=9m9、定子铁芯水平中心线至法兰盘底面距h12H12=0.46h1+h10=0.46329+26

25、0=411.34cm5.1.2 发电机重量估算发电机转子重 G=(0.450.55) G=122.4149.6t 取 135 t发电机飞轴力矩GD2=8501275t.m2 取1000 t.m25.1.4 调速系统，调速设备选择1、调速功计算A=（200250）Q=（1.341.67）105 N.m3000N.m2、a 接力器选择 bo/D1=0.2 bo=0.45m直径ds=D1 b 最大行程 a0max= a0 Mmax Smax=1.8a0max=1.8128=0.23mc、接力器容积计算3、调速器的选择 4、油压装置VK=（1820）VS=(1820)0.039=0.7020.78m3

26、第六章 专题 机墩结构动力计算6.3 求解步骤6.3.1 荷载计算（1） 基本资料中各种参数的估算发电机重量 G= t发电机转子连轴重 G1=(0.450.55)G=122.4149.6 t 取 135 t上支架及其零件重 G3=(0.120.15)G=32.6440.8 t 取 35 t下支架及其零件重 G4=(0.070.09)G=19.0424.48 t 取 20 t正常扭矩 tm短路扭矩 tm转动惯量取1000 t 水轮机总重 转轮连轴重 轴向水推力 取115各荷载及其作用在机墩上的位置，如图 专1 所示。 图 专1 机墩荷载示意图(2) 结构自重：按全圆筒计算G1=0.44.3(4.

27、10.2)224.5=1138.53 kNG2=1.40.4(3.10.7)224.5=327.58kNG3=0.50.61.4(3.11.43)224.5=230.6 kNG4=0.90.6(2.20.45)224.5=220.29 kN机墩进人孔高1.8 米，宽1.2 米 ，则：G5=1.52.4(1.60.75)224.51.21.81.524.5=1222.94 kN(3) 发电机定子基础上的荷载： 动荷载：P3=1324.35+79.85+115=1519.2 kN静荷载：P2=2615.97-1519.2=1096.77 kN (4)发电机层楼板传给机墩的荷载 P1=1365.31

28、 kN(5)下机架基础上的荷载 P4=196.2 kN所以 G0=Gi=3139.94 kN Giei=2968.75 kN Giri2=37021.32 kN.m2 Pi=4177.48 kNPiri2=42855.79 kN.m2Pi动ei=303.84 kN.mPi静ei=2763.99 kN.m6.3.2机墩动力计算（1） 强迫振动频率计算：水平强迫振动频率： 正常运转时 n1=n=300 r/min 飞逸时 n2=np=570 r/min垂直强迫振动频率： =50400 r/min自振频率计算：垂直自振频率n01。 沿机墩筒壁中心周长取单位长度按单自由度体系计算，计算简图如 图专2

29、（a） (b) 所示。=539.41 kN=8.87108 m/kN P=+1.22.624.5=615.85 kN =0.304 kN.m kN 所以 n01=3319 r/min水平自振频率n02 。 kN m/kN所以 =4256 r/min扭转自振频率n03。 m4 rad所以 =2634 r/min (3) 共振校核：=3319 r/min =4256 r/min =2634 r/minn1=300 r/min n2=570 r/min =50400 r/min 故满足避免发生共振的要求。（4）动力系数验算。 满足要求。 在以下计算中取=1.5。（5）振幅验算垂直振幅A1。 kN且=

30、1.5 =8.8710-8 m/kN =5.49410-8 m/kN= 1.5112(8.8710-8+5.49410-8)=2.4110-5m=0.0241mm水平振幅A 2 ，A2p 。 =0.104n=0.104300=31.2 rad/s=0.104np=0.104570=59.28 rad/s=0.000413531.22=52.566 kN=0.000413559.282=189.762 kN且 =1.5 =9.39910-9 m/kN所以 mm mm扭转振幅，。 ，取=2.0且 Mn=1151.694 kN.mMk=5420.025 kN.m所以 mm mm 振幅验算：垂直振幅：=0.0241 mm 0.10.15 mm水平振幅：正常运行时：A2+A3=0.00074+0.01245=0.01319 mm 0.150.20 mm 飞逸时：A2p=0.00268 mm 0.150.20 mm短路时：A2+A3=0.00074+0.05857=0.05931 mm 0.150.20 mm 所以振幅满足要求。专心-专注-专业