紧水滩水电站坝后式厂房方案论证设计计算书12867.docx

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1、水利水电工程专业毕业设计目 录第一章 水轮机- 4 -1.1 特征水头的确定- 4 -1.2 水轮机机选型- 66 -1.3 水轮机机蜗壳及及尾水管管- 88 -1.3.11 蜗蜗壳尺寸寸确定- 88 -1.3.22 尾尾水管尺尺寸确定定- 88 -1.4 调速设设备及油油压设备备选择- 88 -1.4.11 调调速功计计算- 88 -1.4.22 接接力器选选择- 99 -1.4.33 调调速器的的选择- 99 -1.4.44 油油压装置置- 99 -第二章 发电机机- 111 -2.1 发电机机的尺寸寸估算- 111 -2.1.11 主主要尺寸寸估算- 111 -2.1.22 外外形尺寸寸

2、估算- 111 -2.2 发电机机重量估估算- 113 -第三章 混凝土土重力坝坝- 114 -3.1 剖面设设计- 114 -3.1.11 坝高高的确定定- 114 -3.1.22 坝底底宽度的的确定- 116 -3.2 稳定与与强度校校核- 116 -3.2.11 作作用大小小- 116 -3.2.22 承承载能力力极限状状态强度度和稳定定验算- 119 -3.2.33 正正常使用用极限状状态进行行强度的的计算和和验算- 225 -第四章 引水建建筑物布布置- 227 -4.1 压力钢钢管布置置- 227 -4.1.11 确定定钢管直直径- 227 -4.2 进水口口布置- 227 -4.

3、2.11 确定定有压进进水口的的高程- 227 -4.2.22 渐渐变段尺尺寸确定定- 228 -4.2.33 拦拦污栅尺尺寸确定定- 228 -4.2.44 通气气孔的面面积确定定- 228 -第五章 主厂房房尺寸及及布置- 330 -5.1 厂房高高度的确确定- 330 -5.1.11 水水轮机安安装高程程- 330 -5.1.22. 尾尾水管顶顶部高程程及尾水水管底部部高程- 330 -5.1.33 基基岩开挖挖高程- 330 -5.1.44 水水轮机层层地面高高程- 330 -5.1.55 发发电机层层楼板高高程- 330 -5.1.66 吊吊车轨顶顶高程- 331 -5.1.77 厂

4、厂房顶高高程- 331 -5.2 主厂房房长度的的确定- 331 -5.2.11 机机组段长长度确定定- 331 -5.2.22 端端机组段段长度- 332 -5.2.33 装配场场长度- 332 -5.3 主厂房房宽度和和桥吊跨跨度的确确定- 332 -第六章 混凝土土溢流坝坝- 334 -6.1 溢流坝坝段总宽宽度的确确定- 334 -6.1.11 单宽宽流量qq的选择择- 334 -6.1.22 确定定溢流前前缘总净净宽L- 334 -6.1.33 确定定溢流坝坝段总宽宽度- 335 -6.2 堰顶高高程的确确定- 335 -6.2.11 堰堰顶高程程的确定定- 335 -6.2.22

5、闸门门高度的的确定- 335 -6.3 堰面曲曲线的确确定- 335 -6.3.11 最大大运行水水头和定定型设计计水头的的确定- 336 -6.3.22 三圆弧段的的确定- 336 -6.3.33 曲线段段的确定定- 336 -6.3.44 直线线段的确确定- 336 -6.3.55 反弧弧段的确确定- 337 -6.3.66 鼻坎坎挑角和和坎顶高高程的确确定- 338 -6.3.77 溢流坝坝倒悬的的确定- 338 -6.4 溢流坝坝强度和和稳定验验算- 338 -6.4.11 作用用大小- 339 -6.4.22 承载载能力极极限状态态强度和和稳定验验算- 440 -6.4.33 正正常

6、使用用极限状状态进行行强度的的计算和和验算- 443 -6.5 消能与与防冲- 443 -6.5.11 挑射距距离和冲冲刷坑深深度的估估算- 443 -第七章 压力钢钢管应力力分析及及结构设设计- 444 -7.1 水力计计算- 444 -7.1.11 水头头损失计计算- 444 -7.1.22 水锤锤计算- 449 -7.2 压力钢钢管厚度度的拟定定- 552 -7.3 钢管、钢钢筋、混混凝土联联合承受受内压的的应力分分析- 554 -7.3.11 混凝凝土开裂裂情况判判别- 554 -7.3.22 应应力计算算- 558 -第一章 水轮机机1.1特征征水头的的确定1. 在在校核洪洪水位下下

7、, 四四台机组组满发，下下泄流量量Q=1141000m33/s,由厂区区水位流流量关系系可得，尾尾水位尾=2220.554m，库=291.8m HH1=0.99(库尾)=00.999(2991.882220.554)=70.54mm2, 在在设计洪洪水位下下，四台台机组满满发，下下泄流量量=1110000 mm3/s,由厂区区水位流流量关系系得, 尾水位位尾=2117.882m, 库=2889.994m HH2=0.99(库尾)=00.999(2889.9942217.82)=711.400m3, 在在设计蓄蓄水位下下,一台台机组满满发，由由下列式式子试算算出该情情况下对对应的下下泄流量量和水

8、头头N=9.881QHHH=0.999(库尾)尾=f (Q)=水电=0.950.99列表试算，得得Q(m3/s)库(m)尾(m)H(m)N(kw)60284201.88881.300409166.35565284201.99181.277443099.18870284201.99481.244476999.42267.5284201.99281.266460044.633当下泄流量量为677.5 m3/s时时，一台台机组满满发，对对应水头头为811.266m.，即即H3=811.266m.4.在设计计蓄水位位下，四四台机组组满发，试试算该情情况下对对应的下下泄流量量和水头头，列表表试算Q(m3

9、/s)库(m)尾(m)H(m)N(kw)300284203.2279.9992012881.007250284203.00380.1661680880.221270284203.1180.0991813777.116274284203.1180.0881840333.99 当下泄泄流量为为2744 m33/s时时，四台台机组满满发，对对应水头头为800.088m，即即H4=800.088m。5.在设计计低水位位下，四四台机组组满发，试试算该情情况下对对应的下下泄流量量和水头头，列表表试算Q(m3/s)库(m)尾(m)H(m)N(kw)300264203.2260.1991514559.0024

10、00264203.55359.8772008338.221350264203.33760.0221762117.881362264203.44159.9771840000当下泄流量量为3662m33/s时时，四台台机组满满发，对对应水头头为599.799m，即即H5=599.799m.6.在设计计低水位位下，一一台机组组满发，试试算该情情况下对对应的下下泄流量量和水头头，列表表试算Q(m3/s)库(m)尾(m)H(m)N(kw)8026420261.388411866.23390264202.00661.322462877.8008526461.35561.355437388.31189.45

11、526461.32261.322460066.333 当下下泄流量量为899.455m3/s时时，一台台机组满满发，对对应水头头为611.322m，即即H6=61.32mm. =81.2 =559.779 =72.74=69.111由H1=770.554m,H2=71.40mm,H33=811.266m,HH4=880.008m,H5=59.79mm,H66=611.322m，确确定：最最大水头头Hmaax=881.22m ,最小水水头Hmmin=59.79mm,加权平平均水头头Havv=0.6Hmmax+0.44 Hmmin 0.6681.2+00.459.79=72.74mm,设计水水头H

12、r=0.95 Havv=0.9572.74=69.11mm1.2水轮轮机选型型根据水头变变化范围围59.79mm81.26mm,在水水轮机系系列型谱谱表33.表表34中查查出合适适的机型型为HLL2200.HL2200型水轮轮机的主主要参数数选择1. 转轮直径DD1计算 查查水电电站表表36和图图312可可得HLL2200型水轮轮机在限限制工况况下单位位流量QQ11MM=11550L/s，效效率=899.0%，由此此可初步步假定原原型水轮轮机在该该工况下下单位流流量Q11= Q11MM=11550L/s，效效率=900%。发电机的额额定效率率取为gr=996%,Nr=Ngrr/gr=44600

13、00/996%=479916.67kkwD1=2.8866mm选用与之接接近而偏偏大的标标称直径径D1=3.0m.2. 转速n计算算 查水电站站表334可得得，HLL2200型水轮轮机在最最优工况况下单位位转速nn1100M=770.00 r/minn,初步步假定nn1100=n1110M=70.0r/minn,Haav=772.774m,D1=3.0m. nn=1999.000r/minn选择与上述述计算值值相近而而偏大的的同步转转速n=2144.3rr/miin。3. 效率及单位位参数修修正查表366可得HHL2220型水水轮机在在最优工工况下的的模型最最高效率率为Mmaax =91%模型

14、转转轮直径径D1MM=0.46mm maxx=1-(1-Mmaax)=1-(1-91%)=993.88%则效率修正正值为=993.88%-991%=2.88%。考考虑到模模型与原原型水轮轮机在制制造上的的差异。常常在已求求得的值中中再减去去一个修修正值，现取取=1.0%，可可得修正正值为=11.8%，原型型水轮机机在最优优工况和和限制工工况下的的效率为为 maxx=Mmaax+=991%+1.88%=992.88% =M+=889%+1.88%=990.88%90% 与与假定不不符重新假定效效率=900.8%，采用用上述过过程，得得出D1=3.0m,n=2214.3r/minn, maxx=9

15、33.8% =993.88%-991%-=933.8%-911%-11%=11.8% maxx=Mmaax+=991%+1.88%=992.88% =M+=889%+1.88%=990.88% 与与上述假假定值相相同单位转速的的修正值值 =(-1)=（-1）=0.998%由于3.0%，按规定单位转速可不加修正，同时，单位流量Q11也可不加修正，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=2214.3r/minn是正确确的。4. 工作范围检检查 水轮机在HHr,Nr下工作作时，QQ11= Q11mmax Q11m

16、aax=1.0400300000NNm属大型调速速器。调调速柜、主主接力器器、油压压装置三三者分别别选择。1.4.22 接接力器选选择大型调速器器常采用用两个接接力器来来操作导导水机构构，油压压装置额额定油压压2.55Mp，接接力器直直径ds=DD1=0.02993=0.3299m (b00/D1=0.25)选用与之接接近而偏偏大的4400mmm的标标准接力力器。 接力器器最大行行程 SSmaxx=(11.41.88)a00maxx，由nn11rr=777.333r/mmin,Q111maxx=10040LL/s,在模型型综合曲曲线上查查得，a0maxx=a0MMmaxx=288.8=1887

17、.883 Smmax=(1.41.88)a00maxx=(11.41.88)1877.833=2669.9963388.099取Smaxx=3000两接力器总总容积为为 VS=0.4420.33=0.0755m31.4.33 调调速器的的选择主配压阀直直径 dd=1.13 （Tss为导叶叶从全开开到全关关的直线线关闭时时间，取取为4ss），选选用DTT801.4.44 油压压装置压力油罐的的容积 Vk=（11820）VVs=（11820）0.0075=1.3351.55m3，选用用HYZZ1.66压力油罐尺尺寸：装置型号D（mm）h（mm）H（mm）m（mm）n（mm）HYZ11.610282

18、370327024001700第二章 发电机机2.1 发电机机的尺寸寸估算额定转速nn=2114.33r/mmin1500r/mmin，选选择悬式式发电机机。查表表，对应应SF665-228/6640,功率因因数coos=0.90.则发电电机额定定容量SSf为 Sf=Nf/coos=4660000/0.9=5511111.111kVVA2.1.11 主主要尺寸寸估算1. 极矩 =588.833cm由极矩，计计算转子子的飞逸逸速度 Kf=nf/n=4100/2114.33=1.91 Vff=KfV=11.91158.83=1122.555m/ss2. 定子内径 Di Dii=5224.333cm

19、m3. 定子铁芯长长度ltt lt=1557.773cmm (查查表71，CC取5.510-66) lt/=1557.773/558.883=22.688定子铁芯长长度ltt主要受受发电机机的通风风冷却和和运输条条件的限限制。当当lt/3时时，通风风较困难难；当llt/2.5m时时，一般般采用现现场叠装装定子。4 定子铁芯外外径Da nee1666.7rrpm DDa=Di+=5224.333+558.883=5583.16ccm2.1.22 外外形尺寸寸估算2.1.22.1 平面面尺寸估估算1.定子基基座外径径 200000kkVA）3. 转转子外径径 D3= DDi-2= Di=5224.

20、333cmm （为单边边空气间间隙，初初步估算算时可忽忽略不计计）4. 下机机架最大大跨度 D4=D55+0.6=44.2+0.66=4.8m5. 水水轮机基基坑直径径 D5=4.2m6. 推推力轴承承外径 D6=3.4m7. 励励磁机外外径 D7=2.4m2.1.22.2 轴向向尺寸计计算1. 定子子机座高高度 h1= llt+2=1557.773+2258.83=2755.344cm (nne2144.3rr/miin)2. 上上机架高高度 h2=0.25 Di=0.2558.83=1311.088cm （悬悬式承载载机架）3. 推推力轴承承高度 h3=16600mmm励磁机高度度 h4=

21、21100mmm=22.1mm （包包括励磁磁机架，高高度9000mmm） 副励磁机机高度 h5=9000mmm=0.9m 永磁机高高度 h6=7000mmm=0.7m 4. 下下机架高高度 h7=0.12 Di=0.125244.333=622.922cm （悬悬式非承承载机架架）5. 定子子支座支支承面至至下机架架支承面面的距离离 h8=0.15 Di=0.155244.333=788.655cm 6. 下下机架支支承面至至主轴法法兰底面面之间的的距离h9=1mm （按按以生产产的发电电计资料料，一般般为700015000mmm，取110000mm=1m） 7. 转子磁磁轭轴向向高度 h1

22、0= lt+（55006000）mmm=1.58+0.552=22.1mm (无风风扇时)8. 发发电机主主轴高度度 h11= （0.70.99）H=（0.70.99）10.45=7.3329.441取h11=7.55m9. 定子铁芯芯水平中中心线至至主轴法法兰盘底底面距离离 hh12=00.466h1+h1002.2 发电机机重量估估算水轮发电机机的总重重量 Gff=K1=3446.113t发电机转子子重量约约为 0.5Gff=0.53466.133=1773.11t第三章 混凝土土重力坝坝3.1 剖面设设计水库总库容容13.71亿亿m3，工程程规模为为大（11）型，一一等。主主要建筑筑物为

23、11级，次次要建筑筑物为33级，临临时性建建筑物为为4级。3.1.11坝高的的确定水库总库容容13.71亿亿m3，工程程规模为为大（11）型，一一等。主主要建筑筑物为11级，次次要建筑筑物为33级，临临时性建建筑物为为4级。坝顶超出静静水位高高度h=2hh1%+hhz+ hc坝顶高程=设计洪洪水位+h设=2889.994+h设坝顶高程=校核洪洪水位+h校=2991.880+h校计算风速VV0，正常常运用条条件（正正常蓄水水位/设设计洪水水位），取取多年平平均最大大风速的的1.552.00倍；非非常运用用条件（校校核洪水水位），取取洪水期期多年平平均最大大风速。设=2889.994 =277.1

24、33（200，2550） hh= =0.000766 =0.991mh为累计频频率5%的波高高,hmm/Hm0.11,查表表得,hhp/hm=1.95,则hmm=0.91/1.995=00.477m,hh1%/hhm=2.42,则h11%=22.422hm=2.420.447=11.133m Lmm= = =9.68mm hzz=0.41mm坝的级别为为1级,正常情情况,hhc=0.7m h=22h1%+hz+ hc=21.113+00.411+0.7=33.377m坝顶高程为为 顶=2889.994+33.377=2993.331m校=2991.880m =611.488(200,2550)

25、 h= = =00.555mh为累计频频率5%的波高高,hmm/Hm0.11,查表表得,hhp/hm=1.95,则hmm=0.55/1.995=00.288m,hh1%/hhm=2.42,则h11%=22.422hm=2.420.228=00.688m LLm= = =66.466m式中 HH水深深，m； 累计频频率1%的波高高，m； hz=0.22mm坝的级别为为1级,校核情情况,hhc=0.5m h=22h1%+hz+ hc=21.113+00.411+0.7=33.377m坝顶高程为为 校=2991.880+22.088=2993.888m取两者的较较大值为为2933.888m.3.1.

26、22坝底宽宽度的确确定(1) 应力条条件: =0.25 f由资资料查得得,混凝凝土/新新鲜花岗岗斑岩抗抗剪摩擦擦系数ttan =0.7,ff=0.7=0.699(2) 稳定条条件：荷载设计值值：重力 G=1.0093.8893.8823.50.55=10035558.009静水压力 PP=1.093.8893.88100.55=10035558.009扬压力 U=11.20.550.22593.8893.88810m=1132220.118m查表411，基本本组合，11级，KK=1.1 =1.1下游坝坡mm=0.60.88，计算算得，mm=0.77，满满足要求求。B=0.77793.88=72

27、.3m，上上游折坡坡的起坡坡点位置置一般在在坝高的的1/332/33,坝高高为933.888m，折折坡点位位置311.299m62.59mm,取335m,高程为为2355m.上上游坡nn=00.22，取00.155.坝顶顶宽度可可取坝高高的8%10%,7.51mm9.3388mm,取为为9m。3.2 稳定与与强度校校核本设计采用用概率极极限状态态设计原原则，以以分项系系数极限限状态设设计表达达式进行行结构计计算。混凝土重力力坝分别别按承载载能力极极限状态态和正常常使用极极限状态态进行强强度和稳稳定的计计算和验验算。3.2.11 作作用大小小正常蓄水位位坝体所所受作用用的大小为W1=0.55.3

28、33523.5=221799.6W2=993.8823.5=1198555.66W3=822.263.323.5=6611338.33P1=0.584849.881=3346009.77P2=0.53.113.119.881=447.11P3=0.5（499+844）5.339.881=334577.5P4=0.53.112.449.881=336.55U1=3.177.69.881=223599.5U2=0.565.620.29.881=664999.7U3=200.2129.881=223777.9U4=0.56.3334.889.881=335722.8L1=0.56.3334.889.

29、881=1499.033L2=0.54.8844.8849.881=1113.01正常蓄水位位折坡面面以上坝坝体所受受作用的的大小为为W1=958.8823.5=124453.1W2=0.547.236.323.5=201131.9P1=0.549499.881=117776.9U1=4.59.889.881=4322.6U2=0.540.89.889.881=19661.22U3=0.539.24.559.881=8655.2L1=0.56.3334.889.881=1499.033L2=0.54.884.889.881=1133.011设计洪水位位坝体所所受作用用的大小小为W1=0.55.

30、333523.5=221799.6W2=993.8823.5=1198555.66W3=822.263.323.5=6611338.33P1=0.589.949.88189.94=396677.5P2=0.517.829.88117.82=15557.66P3=0.5（544.944+899.944）9.8815.33=37766.4P4=0.513.717.829.881=111977.5U1=777.69.88117.82=135565.6U2=1776.9965.60.55=58802.3U3=1776.9912=212228U4=0.554.09129.881=331877.3L1=0

31、.54.884（1.54+4.884）9.881=1511.5L2=0.54.8844.8849.881=1114.9设计洪水位位折坡面面以上坝坝体所受受作用的的大小W1=958.8823.5=1124553.11W2=0.547.236.323.5=2201331.99P1=0.554.9454.949.881=1148005.33U1=4.510.999.881=4485.2U2=0.540.810.999.881=221999.4U3=0.543.954.559.881=9970.1L1=0.54.884（1.54+4.884）9.881=1511.5L2=0.54.8844.8849.

32、881=1144.9校核洪水位位坝体所所受作用用的大小小为W1=0.55.333523.5=221799.6W2=993.8823.5=1198555.66W3=822.263.323.5=6611338.33P1=0.591.89.88191.8=4413335.66P2=0.520.549.88120.54=20669.44P3=0.5（566.8+91.8）9.8815.33=38863.1P4=0.515.8220.549.881=115933.8U1=777.69.88120.54=156636.2U2=177.865.69.8810.55=57727.5U3=177.8129.88

33、1=220955.4U4=0.553.46129.881=331466.7L1=0.53.2234.1139.881=889.99L2=0.53.2233.2239.881=8889.6校核洪水位位折坡面面以上坝坝体所受受作用的的大小为为：W1=958.8823.5=1124553.11W2=0.547.236.323.5=2201331.99P1=0.556.856.89.881=1158224.77U1=4.511.369.881=5501.5U2=0.540.811.369.881=222733.4U3=455.4444.559.881=220055.9L1=0.53.2234.1139

34、.881=665.443L2=0.53.2233.2239.881=551.1173.2.22 承承载能力力极限状状态强度度和稳定定验算承载能力极极限状态态设计包包括：1.坝体与与坝基接接触面抗抗滑稳定定计算；2.坝址的的抗压强强度验算算； 3.坝体选选定截面面下游端端点的抗抗压强度度验算；3.2.22.1 坝体体与坝基基接触面面抗滑稳稳定计算算正常蓄水位位 11作用用效应函函数346055.8 KN2. 抗抗滑稳定定抗力函函数=1.11.00346605.8KNN=3880666.388=950771.22/1.2=7792226 KN满足要求。设计洪水位位1 作用用效应函函数378522.3KKN2. 抗抗滑稳定定抗力函函数 =1.11.00378852.3=4416007.883KNN=664224.331/11.2=553353.6KNN满足要求。校核洪水位位1 作作用效应应函数392833.3KKN2. 抗抗滑稳定定抗力函函数=1.10.885392283.3=3367229.99KN=978881.66/1.2=881566