引水式水电站设计计算书.doc

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1、精品文档，仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除目 录第一章 （空）2第二章 枢纽布置、挡水及泄水建筑物2第三章 水能规划13第四章 水电站引水建筑物19第五章 水电站厂房30第六章 专题 机墩结构动力计算33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=10.11m2.2.1.2 坝顶高程 取坝顶防浪墙高为1.2m，则坝顶高程为2

2、41.76-1.2=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=(0.080.1)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 =139254.48kN 力臂L=36.58m 弯矩M=139254.48(49.35-36.58)=1778279.71kN.m 水压力 pxu=9.8111252=76640.625kN 力臂L=41.67m 弯矩M=76640.62541

3、.67=3193614.84kN.m pyu=9.811(9125-0.5960)=8387.55kN L=4.97m M=83857.55(49.35-4.97)=372239.47kN.m Pxd=pgH2=9.81119.12=2163.105kN 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=27

4、03.9kN 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=18983.6(49.35-20.3)=551473.58kN.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 =139254

5、.48kN 力臂L=36.58m 弯矩M=139254.48(49.35-36.58)=1778279.71kN.m 水压力 pxu=9.8111272=79112.745kN 力臂L=42.33m 弯矩M=79112.74542.33=3348842.496kN.m pyu=9.811(967+0.5960)=8564.13kN L=4.96m M=8564.13(49.35-4.96)=380161.73kN.m Pxd=pgH2=9.81123.32=2662.88kN L=7.77m M=2662.887.77=20690.5776kN.m Pyd=0.59.8123.317.475=

6、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)=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)=554089.7kN.m浪压力 L=129.12mM=37.35129.12=482

7、2.632kN.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(22.235-13.78)=306170.769kN.m 水压力 pxu=9.811652=20723.625kN 力臂L=21.67m 弯矩M=20723.62521.67=449080.95kN.m扬压力 u1=4127.53=510.12kN u2=(637.65-127.53)4

8、/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。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)=306170.769kN.m 水压力

9、pxu=9.811672=22018.545kN 力臂L=22.3m 弯矩M=22018.545522.3=491013.55kN.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=10.61mM=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 M

10、pa 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=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.

11、3稳定计算坝基截面设计情况自重 G=6128.785124=147090.8424kN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)=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.

12、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=147090.8424kN上游水压力Pxu=0.59.81（15+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(

13、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=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

14、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+657.27)+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

15、.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=177.67Mw177.08Mw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

16、.48)=45.94Mw 假定Q=48m3/s N=8.3480.95(232-115.41)=44.13Mw44.27Mw 故H=0.95(232-115341)=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)=117.39Mw117.08Mw 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/

17、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)=177.07117.08Mw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

18、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%=2.3%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

19、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=1038.5 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#

20、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

21、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 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+

22、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 -0.19-0.0185-0.186-0.1853-0.1852-0.0207-0.019567-0.0198-0.01964-0.01961试算得 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

23、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=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

24、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=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=7

25、001500mm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+260=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=（2002

26、50）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=3

27、2.6440.8 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(4.10.2)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.

28、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 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=303.8

29、4 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 （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

30、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=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=0.104n

31、p=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。【精品文档】第 19 页