紧水滩水电站设计及坝内埋管说明书.doc

水利水电工程专业毕业设计目 录摘要4第一章 自然地理及工程地质61.1 流域概况61.2 水文与气候61.3 地形与地质81.3.1 水库区工程地质81.3.2 坝址地质81.4 天然建筑材料91.4.1 土料91.4.2 砂石料91.5 既给设计控制数据9第二章 枢纽布置及挡水、泄水建筑物102.1枢纽布置102.2挡水建筑物的形式、尺寸和布置112.2.1坝高确定112.2.2挡水建筑物-混凝土重力坝122.3泄水建筑物的形式、尺寸与布置142.3.1 主要泄水建筑物-混凝土溢流坝142.4 坝内构造192.4.1 坝顶结构192.4.2 纵缝192.4.3 坝内廊道192.4.4 坝基地基处理202.5 溢流坝消能抗冲刷措施202.5.1 消能方式202.5.2 挑距202.5.3 冲坑202.5.4 导墙高度21第三章 机电设备及辅助设备的选择213.1特征水位213.1.1 hmax可能出现情况223.1.2 hmin可能出现情况233.1.3 设计水头243.2水轮机选型243.2.1 转轮直径d1243.2.2 转速n253.2.3 效率修正253.2.4 工作范围检验253.2.5 吸出高度hs273.3发电机尺寸估算273.3.1 发电机主要尺寸273.3.2 平面尺寸283.3.3 轴向尺寸283.3.4 发电机重量估算293.4调速器及油压装置的选择293.4.1 调速器293.4.2 油压装置313.5起重设备选择313.6蜗壳型号与尺寸333.7尾水管型式与尺寸33第四章 水电站引水建筑物344.1 压力钢管的布置344.1.1 压力钢管内径344.1.2 闸门尺寸344.1.3 启闭设备354.1.4 渐变段354.1.5 上、下弯段354.1.6 进水口高程354.1.7 进水口布置354.1.8 拦污栅364.2 压力钢管的结构计算364.2.1 水头损失计算364.2.2 压力钢管厚度确定384.3 压力钢管周围混凝土配筋414.4 判断混凝土开裂情况434.4.1 未开裂情况434.4.2 内圈部分开裂情况464.5 抗外压稳定校核47第五章 水电站厂房485.1 厂房型式与布置485.2 主厂房各层高程确定485.2.1 水轮机安装高程485.2.2 尾水管底板高程495.2.3 水轮机层地面高程495.2.4 定子安装高程495.2.5 发电机层地面高程495.2.6 装配场地面高程495.2.7 吊车轨顶高程495.2.8 厂房顶部高程505.3厂房主要尺寸的确定505.3.1 机组间距505.3.2 主厂房长度505.3.3 主厂房宽度515.4主厂房各层布置及轮廓尺寸525.4.1发电机层525.4.2水轮机层535.4.3蜗壳层535.5副厂房布置53参考文献55摘要紧水滩电站紧水滩水电站位于龙泉溪上，是瓯江上游干流梯级开发的第一级水电站，工程以发电为主，兼顾航运、放木及防洪等综合利用要求。该工程挡水建筑物为混凝土重力坝，泄水建筑物为溢流坝，设计洪水位为290.50m，相应的下泄流量为11700m3/s；校核洪水位为292.50m，相应的下泄流量为14900m3/s，正常蓄水位为284.5m，设计低水位为264.0m.非溢流坝坝顶高程294.0m。坝基开挖至高程196m。最大坝高98.0m。上游坝坡坡度1：0.15，下游坝坡坡度1：0.75，溢流坝堰顶高程283.0m，水电站进水口中心线高程253.1m本枢纽河谷底宽86m左右，坝顶高程处坝轴线长271m，泄水建筑物进口净宽83.5m。根据布置，溢流坝段布置在河床中间，厂房布置在溢流坝段,为厂房顶溢流形式。因右岸比较平缓，可布置开关站.该工程采用坝后式水电站布置方式，通过计算选用了混流式水轮机型，转轮直径为3.0m,转速为214.3r/min。安装水轮发电机组4台， 单机容量4.75万千瓦，总装机容量为19.0万kw。主厂房宽为17.64m，长为70.6m.副厂房是为保证水电站正常运行需要，设置在主厂房上游侧。主要布置各种机电辅助设备、房间、生产间和必要生活设施房间。abstractjin-shui-tan hydroelectric station is located on long-quan stream which is the first hydroelectric station of the upper mainstream of ou river. the primary effect of the whole engineering is generating electricity that also meets the demand of shipping, drift wood, flood control and etc.this engineering use concrete gravity dam to prevent the water and overflowing dam to sluicing. the design water level is 290.50m ,its corresponding flow amount is 11700m3/s .the check level is 292.50m ,its corresponding flow is 14300m3/s.the regular water retaining level is 284.5m .the crest elevation of the non-over-fall dam is 294.0m , the foundation of dam arrives to 196m height, the max height of the dam is 98.0m ,the upstream dam slope is 1:0.15 ,the downstream dam slop is 1:0.75 ,the spillway crest elevation is 283.0m . the elevation of the water intake of the plant is 253.1m.the width of bottom of the river vale to this hinge is about 86m; the length of axis on top of dam is 271m; according to disposal, the overflowing lies in the middle of riverbed, whereas factory lies in the middle of dam overflowing dam .because the left shore is much flatter which can lay the switch station and facilities of office. this engineering uses such disposal that the hydroelectric station is behind the dam. we choose the mixed hydraulic turbine, whose diameter is 3.0m and rotate speed is 214.3r/min. one of generator has 47500 kw electricity. it is ensured to generate 190000 kw electricity. the width of the main power house is 17.64m,the length is 70.6m. all kinds of auxiliary equipment and other kinds of rooms assemble in deputy house.1 自然地理及工程地质1.1 流域概况紧水滩水电站在瓯江支流龙泉溪上，坝址以上流域面积2761km2。龙泉溪发源于浙闽交界仙霞岭、洞官山，河流长度153km，直线长度77km，平均宽度36km。除龙泉县城附近及赤石仁三处有小片盆地外，其余地段多为峡谷，河床覆盖多以大块石和卵石组成，险滩较多。本流域东侧与瓯江支流小溪相邻，西侧与钱塘江支流乌溪江相邻，南侧为闽江支流松溪，北侧为瓯江支流松阴溪。河流四周均为岭南山系洞官山脉包围，山脉走向与河流流向一致，最高峰黄茅尖高达1921m，流域平均高度662m，河道坡降上游陡、下游缓，平均坡降为6.32 0.97，因河道陡，河槽调蓄能力低，汇流快，由暴雨产生的洪水迅涨猛落，历时短，传播快，所以一次洪水过程尖瘦，属典型的山区性河流。龙泉溪是浙江省木材主要产地，境内森林茂盛，植被良好，水土流失不严重。本工程为瓯江干支流规划的五个梯级开发中的一级，以发电为主，兼顾航运、放木（竹）以及防洪等综合效益。电站建成后主要担任华东电网调峰并供电丽水、温州，将使丽、温两地区通过220千伏输电线路联系，形成浙南电力系统。为解决建坝后龙泉溪木材（竹）的流放和航运的发展，大坝左岸专门设置有货筏过坝建筑物。水库有1.53亿立方米的防洪库容，用以减轻下游丽水、碧湖地区防洪的负担。1.2 水文与气候本地区地处浙东南沿海山区，属温带季风气候，气候温和，坝址区历年平均气温17.3，月平均气温以1971年7月份30.7最高，1962年1月份13最低，实测最高气温为40.7（1966年8月），最低气温-8.1（1969年2月）。流域内气候湿润，历年平均相对湿度79%，其中以6月份的87%为最大，1月份的84%为最小，实测最小相对湿度仅8%。本流域距东海仅120180km，水汽供应充沛，坝址以上流域年平均雨量为1833.8mm，但在年内分配很不均匀，39月占年雨量为80.5%，其中56两月为雷雨季节，降雨量占年雨量的1/3，往往形成连绵起伏的洪水，本流域暴雨常出现在此期间，实测最大24小时雨量为236.8mm。79月间台风侵袭，也有暴雨出现，最大24小时雨量曾达145.4mm。本流域4至8月为东南风，1至3月、9至12月一般为东北风及西北风。历年平均风速1.15m/s，出现在1970年4月，风向西北偏西。坝址区可能发生最大风力为11级，相当于风速32m/s。紧水滩坝址与石富站流域面积仅差41km2，占控制流域面积的15%，故坝址处流量资料均不加改正，直接采用石富站资料。泥沙对紧水滩水库使用不会有严重的影响。表1-1 厂区水位流量关系：水位（m）202203204205206207208209210流量（m3/s）8024054088012801740230029003620水位（m）211212213214215216217218219流量（m3/s）438052006060700079408980100801120012340图1-1厂区水位流量关系曲线表1-2 水库面积、容积：高程（m）205215220225230235240面积（km2）01.32.33.95.77.79.7容积（108m3）00.050.20.350.60.9251.375高程（m）245250255260265270275面积（km2）11.613.615.918.321.324.527.7容积（108m3）1.92.53.24.055.056.257.575高程（m）280285290295300面积（km2）31.235.240.348.158.4容积（108m3）9.1010.7512.715.0517.7图1-2水库容积曲线1.3 地形与地质1.3.1 水库区工程地质水库周边地势高峻，无低矮分水岭，岩石坚硬较完整，虽有部分断层延伸库外，但断层胶结好，山体雄厚，且地下水位分布较高，故无永久渗漏之虑。由于库岸有第四系松散地层分布，岩石节理发育，水库暂时渗漏损失甚小，对水库蓄水无影响。库区岩石以山岩为主，物理地质现象以小型塌滑体居多，蓄水后小型的边坡再造虽有可能但不致产生大规模的边坡不稳定。本地区地震烈度为6度，可不考虑抗震设计，不计地震荷载。1.3.2 坝址地质坝区位于90km2的“牛头山”花岗斑岩岩技的南缘，其中有后期的细粒花岗岩和小型的石英岩脉、细晶岩脉、辉缘岩脉侵入穿摘其间与围岩接触良好。混凝土/新鲜花岗斑岩抗剪摩擦系数0.7，凝聚力5kg/cm2，抗剪断摩擦系数1.0。混凝土/混凝土抗剪断摩擦系数1.25，凝聚力1.45103kpa。根据坝址区资料分析，紧水滩坝址两岸地形对称，岩性均一，较新鲜完整，风化浅，构造不甚发育，水文地质条件较简单，故属工程地质条件较好的坝址。1.4 天然建筑材料1.4.1 土料：下村料场：位于平缓的山坡上，高程300以下，主要为壤土，料场距坝址0.5km，有效储量426700m3。油坑料场：位于500550m高程的低平山丘上，为粘土及壤土组成，料场距坝址1.5km，有效储量747600m3。1.4.2 砂石料：局村至小顺区六个料场，左右岸各三个，最远距坝址16.5km。局村至坝址区十个料场，左岸4个，右岸6个，最远距坝址9km。坝址至赤石区七个料场，最远距坝址12.2km。共计23个料场，有效储量水下557000m3，水上3094600m3，合计3651600m3。1.5 既给设计控制数据1.校核洪水位：292.50m，校核最大洪水下泄流量14900m3/s2.设计洪水位：290.50m，设计洪水最大下泄流量11700m3/s3 .设计蓄水位：284.50m4 .设计低水位：264.00m5 .装机容量：44.75万kw，即19万kw2 枢纽布置及挡水泄水建筑物2.1 枢纽布置 枢纽由非溢流坝段、溢流坝段及坝后式溢流式厂房组成。溢流坝段（4#11#）因泄水需要布置在河谷中央，总宽118.50m，溢流前缘净宽83.50m。分七孔，设168m2闸门四扇，设6.58m2。采用挑流消能，反弧半径25m，鼻坎高程为232.34m。 非溢流坝段（1#3#、12#13#）布置在河谷两岸，左岸坝段（12#13#）宽66.42m，其后布置坝后式地面厂房，右岸坝段（1#3#）宽86.12m。坝轴线垂直水流方向。坝顶高程294.00m，坝基面高程196.00m。坝高98.00m。坝长271.09m。电站厂房一台机组段长13m，两端机组段长14米，总长70.60m，宽24.55m，高35m。关于发电机层、装配场和进厂公路的高程，设计时考虑过两个方案。方案一：若将装配厂放在厂房左侧，则进厂公路高程约220.3m，而发电机层高程仅212.82m，所以不宜使装配厂与公路同高。方案二：若使装配厂与发电机层同高，装配厂放在厂房右侧，挖一条隧洞进厂，这样方便装配厂工作，而且当下游尾水位较高时避免了从尾水平台的公路进场。但是隧洞也存在以下缺点：宽度受限制，机组运输和检修不便，且做隧洞费用较高。综合考虑后选择方案二。厂房全部采用地面式，厂房左侧开挖一高边坡。这样做虽增加了开挖量，但也减小了厂房结构设计的难度，使厂房受力简单明了。且由于现在施工技术的改进，这种高边坡和大开挖量已经能很好地解决了。设计采用溢流式厂房，厂房下部与坝连接处设置纵向沉降伸缩缝将厂坝结构分开，厂房在上部设置拉板与坝连接。因布置坝后式溢流厂房，溢流坝剖面需要进行调整本，由前面确定的主厂房宽度为19m，厂房顶高程为230.0m，因此需要将溢流坝反弧段底高程加高为230.0m，挑流鼻坎坎顶高程加高为232.4m，反弧弧底应设置一个延长的水平段。厂房下部与坝连接处设置纵向沉降伸缩缝将厂坝结构分开，厂房不影响坝的强度和稳定性。2.2 挡水建筑物的型式、尺寸和布置2.2.1 坝高确定根据水电站装机19万kw，水库总库容14.1108m3，取工程规模为大型，主要建筑物级别：3级，次要建筑物：4级，临时建筑物：5级。2.2.1.1 坝顶超出静水位高度h h = 2hl+ho+hc （2-1） 2hl波浪涌高ho波浪中线高出静水位高度hc安全超高a. 2hl=0.166vf5/4d1/3式 中： v f 为计算风速，设计情况宜采用洪水期多年平均最大风速的1.52倍，校核情况宜采用洪水期多年平均最大风速；d库面吹程（km），指坝前沿水面至对岸的最大直线距离，可根据水库形状确定。但若库形特别狭长，应以5倍平均库面宽为准。 该水库缘地势高峻，故采用官厅水库计算公式vf =2m/s，d=0.7km 2hl=10.4(2hl)0.8 （2-2）2ll波长b. ho=cthc. hc-查水工建筑物（上）河海大学出版社 p53表2-8基本组合：hc=0.5m，特殊组合hc=0.4m2.2.1.2 坝顶高程 设计洪水位+h设=290.478m坝顶高程=max校核洪水位+h校=292.238mh设2h1+ h0+hc0.035+0.005+0.70.74h校2h1+ h0+hc0.035+0.005+0.50.54 坝顶max291.24，293.04取坝顶高程为294m2.2.1.3 大坝高度 查坝轴线工程地质剖面图，得出可利用基岩最低点高程196.00m，由此知大坝实际高度为294.00-196.00=98.00m2.2.2 挡水建筑物混凝土重力坝2.2.2.1 实用剖面图2-1非溢流坝剖面图上游折坡的起坡点位置应结合应力控制条件和引水、泄水建筑物的进口高程来选定。一般在坝高的1 /3 2 /3 的范围内。为尽量利用水重，在满足应力要求前提下，上游坡应尽可能缓。同时考虑电站进水口闸门拦污栅和操作便利，为尽量利用水重，在满足应力要求的前提下，折坡点高程定在230.00m处。坝顶需要有一定的宽度，以满足设备布置、运行、交通及施工的需要，非溢流坝的坝顶宽度一般可取坝高的 810 %，并不小于2m，如作交通要道或有移动式启闭机设施时，应根据实际需要确定，当有较大的冰压力或漂浮物撞击力时，坝顶最小宽度还应满足强度的要求。根据坝顶双线公路交通要求，坝顶b取为10m。坝顶高程294.00m，坝底高程196.00m，折坡点高程230.00m，上游坝坡坡度1：0.15，下游坝坡坡度1：0.75，坝顶宽10.00m，坝底宽77.50m，上游侧5.10m，下游侧72.40m。灌浆廊道距坝底4m，距上游坝面5m，廊道宽2.5m，高3m。坝体纵向排水检查廊道一般靠近坝的上游侧，每隔15-30m高差设置一层，取25m高差。2.2.2.2 非溢流坝段稳定应力计算表2-1 坝基面持久状况稳定应力计算（设计洪水位） 名称荷载（kn）方向弯矩（knm）方向自重88356.08937563.4静水压力上游43802.881379790.723877.4141098.59下游2469.9318442.11845.8561189.93扬压力28059.81252733合计66019.44535421.341332.95表2-2 坝基面偶然状况稳定应力计算（校核洪水位）名称荷载（kn）方向弯矩（knm）方向自重88356.08937563.4静水压力上游45676.61469263.53977.46144700下游2896.3523460.442172.2766580.08扬压力283764.84228473合计63473.21635133.5942780.25表2-3 坝基面偶然状况稳定应力计算（正常洪水位）名称荷载（kn）方向弯矩（knm）方向自重88356.08937563.4静水压力上游38417.191108848.713577.223962321.4扬压14合计76677.224544636.54438417.19满足坝趾抗压强度要求及坝基抗滑稳定，且坝踵不出现拉应力2.3 泄水建筑物的型式、尺寸和布置2.3.1 主要泄水建筑物混凝土溢流坝 2.3.1.1 堰顶高程设 naq0h q0设n/ah190000 /（8.594.5）236.54 m3/sqqsq0117000.9236.5411487.11 m3/s 坝址岩基状况良好，故取设计状况下的单宽流量q137.5 m2/slq/q11487.11/137.583.5m式中 l溢流前缘净宽，取 l83.5=164+6.53l0 164+6.53+6.54+33118.5ml0溢流前缘总宽，m取4孔16m的闸门，3孔6.5m的闸门 （2-3）式中 q单宽流量，侧收缩系数，0.9m表征泄流能力的流量系数，0.5h0堰上水头求得h0 = 7.5 h h0v2/2g=7.5堰顶高程=设计洪水位-h故堰高堰顶校h=290.5-7.5=283m闸门高度=正常蓄水位-堰顶高程+安全超高 =290.5-283+（0.30.5）=8m选择平面闸门，工作闸门一般布置在溢流堰顶点，以减少闸门高度。为了避免闸门局部开启时水舌脱离坝面而产生真空，将闸门布置在堰顶偏下游一些，以压低水舌使其贴坝面下泄。检修闸门位于工作闸门之前，为便于检修，两者之间留有13m的净宽，本设计取净宽1.5m。2.3.1.2 溢流坝实用剖面设计1. 溢流面曲线采用wes曲线溢流堰采用wes型剖面，上游堰面铅直，其堰顶下部与一非溢流坝下游面直线相切，再由圆弧与下游挑坎相连接。堰面曲线的确定与最大运行水头和定型设计水头有关。2. 最大运行水头=292.5-283=9.5m3. 定型设计水头为使实际运行时m较大而负压绝对值较小，对于wes剖面设计，常取=（0.750.95），取=8m4. 曲线段的确定xn=khdn-1y （2-4）hd定型设计水头 kn 与上游坝面坡度有关的系数和指数（查手册知k=2, n=1.85）则曲线方程 yx1.85/（2hd0.85） dy/dx1.85x0.85/（2hd0.85）1/0.75 切点 x13.77m y8.85m表2-4 y=x1.85/11.7x（m）36912y（m）0.652.354.988.48堰顶点上游椭圆曲线 +=1 （2-5）a0.3 a/b0.87+3a b0.169ahd2.4m bhd1.352m故椭圆方程为+=1倒悬高度d hmax/2 = 4.8 取d=5m5. 反孤段设计采用挑流消能，按校核洪水期允许下泄流量q=14900m3/s 查得下游最高水位为220.37米， 故t1=292.5-220.37=72.13m取q=80m3/s，由水力学计算得： =72.13 （2-6）to- 总有效水头hco-临界水深（校核洪水位闸门全开时反弧处水深）流速系数查表取0.95试算得hco=3.887m则反孤段半径 r（610）hc0（23.338.9）m 取 r25m鼻坎挑角25 鼻坎高程=220.37+（1-cos25）25=222m最低点高程=222-（1-cos25）25=220.37m 图2-2溢流坝剖面图2.3.1.3 坝段稳定应力计算表2-5 坝基面持久状况稳定应力计算（设计洪水位）名称荷载（kn）方向弯矩（knm）方向自重90119.21248976静水压力上游4481814709213877.4150776.53扬压力31330.68228592.35合计62667.5299762.544818表2-6 坝基面偶然状况稳定应力计算（校核洪水位）名称荷载（kn）方向弯矩（knm）方向自重90119.21248976静水压力上游4632115599223977.5154683.42扬压力32778224636合计61321.2638090146321 表2-7坝基面持久状况稳定应力计算（正常蓄水位）名称荷载（kn）方向弯矩（knm）方向自重88356.08937563.4静水压力上游38406.151132981.413577.223141277.7扬压力16070275350.83合计7762817977.838406.15满足坝体混凝土层面抗滑稳定要求。2.4 坝内构造2.4.1 坝顶结构2.4.1.1 非溢流坝坝顶需要有一定的宽度，以满足设备布置、运行、交通及施工的需要，非溢流坝的坝顶宽度一般可取坝高的 810 %，并不小于2m，如作交通要道或有移动式启闭机设施时，应根据实际需要确定，当有较大的冰压力或漂浮物撞击力时，坝顶最小宽度还应满足强度的要求。根据坝顶双线公路交通要求，坝顶b取为10m。坝顶宽10.00m，两边设1.00 m的栏杆，路面中间高，两边低，呈圆拱状，以便于排水，道路两旁设排水管。上游侧设1.00m高的防浪墙。2.4.1.2 溢流坝溢流坝段坝顶较非溢流坝段向上游伸出3.25m，故坝顶总宽为25.75m，坝上布置门机轨道，溢流堰上设置两个闸门，上游侧事故检修闸门，堰顶布置工作闸门。闸墩中间布置进水口的闸门，与溢流堰闸门平行布置。闸墩宽度6.50m，闸门门槽深0.50m，宽1.0 m。2.4.2 分缝： 2.4.2.1 横缝： 其压力水管的进水口布置在溢流坝闸墩之下，因此，坝段的横缝只能设置在闸墩外。考虑到坝址处岩性均一，较新鲜完整，风化浅，构造不甚发育，属工程地质条件较好的坝址，将横缝布置在闸室中间。2.4.2.2 纵缝： 溢流坝段和非溢流坝段纵缝间距均为16m。溢流坝段由于坝内埋有压力钢管以及出线洞，因此在必须垂直相交，以保证与主应力方向相垂直。2.4.3 坝内廊道沿灌浆廊道向上，间隔25m布置一层廊道，共分3层，每层纵向廊道布置向下游延伸的横向廊道，并在下游再布置一条纵向贯穿廊道作为连接。非溢流坝段除底层廊道横向不贯穿至下游外，其余横向廊道均贯穿，非溢流坝段横向廊道连接两排纵向廊道。廊道尺寸宽2.50m，高3.00m，由于上游坝面倾斜，故廊道上下并非垂直布置，而是向下游倾斜，这使得排水管亦倾斜布置，但角度不大，在允许的范围内。2.4.4 坝基地基处理由于坝址处岩基抗渗性较好，故防渗帷幕灌浆处理比较简单。在坝基处进行简单的固结灌浆。2.5 溢流坝消能抗冲刷措施2.5.1 消能方式由于坝址处基岩良好，故采用挑流消能2.5.2 挑距=25 h1=hc0cos25=3.523 h2=222-196=26m挑距: =163.62m （2-7）式中：l水舌距(m) v1坎顶水面流速（m/s）可取坎顶平均流速v的1.1倍,取38.87m 鼻坎挑射角度 h1坎顶平均水深在铅直方向的投影h2坎顶至河床表面高差（m）g重力加速度2.5.3 冲坑冲坑深度 （2-8）tr冲刷坑深度(m)h上下游水位差(m)hk取决于出坎单宽流量q的临界水深，,g为重力加速度。取决于岩石抗冲刷能力的无因次参数，对于坚硬岩石kr1=0.71.1此处取1.0计算得tr=33.8t/ts = l/(tr-t)=8.39故抗冲满足要求由于下游基岩质量较好，且水流沿河道较平顺，故抗冲刷措施比较简单。只需在溢流坝与非溢流坝交界处设2.00m宽的导水墙，下游岸坡做简单防浪措施即可。2.5.4 导墙高度 掺气水深ha=h/(1-c)c=0.538(ae-0.02) ae=nv/r3/2=0.183c=0.188 ha=2.38mh导=2.38+1.5=3.88m 取h导=4.0m3 机电设备及辅助设备的选择3.1 特征水头hmax、hmin、hr的选择nf9.81qh总h上下游水头差nf9.81q（hh）总8.5hq 考虑1%的水头损失3.1.1 hmax可能出现情况3.1.1.1 校核洪水位（292.5m），四台机组全发电由q泄14900 m3/s查厂区水位流量曲线得：h下220.37m hmax292.5220.3772.13m hmax净 =（1-1%）72.13=71.4m3.1.1.2 设计洪水位（290.5m），四台机组全发电由q设11700 m3/s查厂区水位流量曲线得：h下218.44m hmax290.5218.4472mhmax净 =（1-1%）72=71.34m3.1.1.3 设计蓄水位（284.5m），一台机组发电19万kw属中型电站，a8.31，n9.81qhaqh，考虑2%水头损失nf =4.75/97%=4.8969万kw设q180m3/s，查得h下202mn8.3180（284.5202）98%5.375万kw设q2100m3/s，查得h下202.125mn8.31100（284.5202.125）98%6.71万kw设q350m3/s，查得h下201.81mn8.3150（284.5201.81）98%3.37万kw由以上三组数据作nq图图3-1 nq曲线图由n4.89万kw查得：q73 m3/s再由q73 m3/s查得：h下201.87mhmax净=82.63m3.1.1.4 设计蓄水位（284.5m），四台机组发电nf =19/97%=19.59万kw设q180m3/s，查得h下202mn8.3180（284.5202）98%5.375万kw设q2100m3/s，查得h下202.125mn8.31100（284.5202.125）98%6.71万kw设q3150m3/s，查得h下202.44mn8.31150（284.5202.44）98%10.03万kw设q1220m3/s，查得h下202.88mn8.31220（284.5202.88）98%14.62万kw设q2250m3/s，查得h下203.03mn8.31250（284.5203.03）98%16.59万kw设q3300m3/s，查得h下203.2mn8.31300（284.5203.2）98%19.86万kwhmax净=79.6m综上所述，hmax83m3.1.2 hmin可能出现情况设计低水位（264.0m），四台机组全发电设q1200m3/s，查得h下202.6mn8.5200（264202.6）97%10.23万kw设q2500m3/s，查得h下203.9mn8.5500（264203.9）97%24.47万kw设q3700m3/s，查得h下204.5mn8.5700（264204.5）97%33.92万kw由以上三组数据作nq图图3-2 nq曲线图由n19.59万kw查得：q393m3/s再由q393 m3/s查得：h下203.51mhmin264203.5160.5m3.1.3 设计水头加权平均水头hav50% h设max +30%hmax+20%hmin =50%71.34+30%83+20%60.5 =72.67m坝后式hr0.95hav69m3.2 水轮机选型比较由工作水头范围60.5-83m查表得：选用hl220水轮机hl220水轮机方案的主要参数选择：3.2.1 转轮直径d1表水电站3-6得限制工况下单位流量查表得限制工况q1/m1.15 m3/s，m89.0%，由此初步假定原型水轮机在此工况下的单位流量初设q1/ q1/m1.15 m3/s，m90.8% （3-1）式中： nr水轮发电机额定出力（kw），4台机组情况，已知发电机额定出力。，gr=96%，nr=ngr/gr=47500/0.97=48969kwhr设计水头（m），坝后式hr=0.95 hav=69m 原型水轮机的效率（%），由限制工况下的模型水轮机的效率修正可得。根据水轮机转轮直径模型水轮机尺寸系列的规定，由上述计算出的转轮直径，选用比计算值稍大的转轮直径值d1=3m。3.2.2 转速n计算hl220最优工况下转速n10/m70.0r/min （3-2）式中： hav 加权平均水头（m），hav72.67m。 d1 转轮直径（m），d1 取为3.0m。 n10/ 采用略高于最优单位转速的设计单位转速（r/min），取n10/ n10/m70.0r/min。 水轮机的转速一般采用发电机的标准转速，选择与上述计算值相近的发电机标准转速取n214.3r/min ， 磁极对数2p28。3.2.3 效率修正mmax91% d1m0.46m 原型效率% （3-3）mmax模型最优工况下效率d1m模型转轮直径效率正修正值=max -mmax93.8%91%2.8%取1% 1.8%maxmmax+91%+1.8%92.8%m+89.0%+1.8%90.8% 与假定值相同 n10/ n10/m10.97%3% n、q1/可不加修正最后求得90.8%，d13.0m，n=214.3r/min水轮机型号：hl220lj3303.2.4 工作范围检验1.14 m3/s1.15 m3/s最大引用流量qmax q1/max d12hr1/279.67 m3/s与特征水头hmax、hmin、hr相对应的单位转速为n1/minnd1/hmax1/270.57r/minn1/maxnd1/hmin1/282.65r/minn1/rnd1/hr1/277.4r/min在 hl220水轮机模型综合特性曲线上绘出n1/min70.57r/min，n1/max82.65r/min，q1/max=1.07 m3/s的直线，其所围的区域为水轮机的工作区域。图3-3 hl220水轮机模型综合特性曲线图中阴影部分基本包括了该特性曲线的高效区。3.2.5 吸出高度hs计算 由n1/r74.28r/min，q1/max1.14 m3/s查曲线得：0.135由hr69m查得：0.02水轮机安装海拔高程202m hr （3-4）水轮机安装位置的海拔高程，初始计算取下游平均水位海拔202.00mm模型气蚀系数，查模型综合特性曲线得m0.135气蚀系数修正值，查表得0.02hr水轮机设计水头69m计算得hs0.92m 满足开挖要求，不增加开挖量3.3 发电机尺寸估算3.3.1 发电机主要尺寸3.3.1.1 极距 kj（sf/2p）1/41047500/（0.85214） 1/466.84cm （3-5）sf发电机额定客量（kva）sf47500/0.85kj取810 此时取10p磁极对数 p=14飞逸线速度 vfkf1.966.84126.99m/s3.3.1.2 定子铁芯内径 di2p/596cm （3-6）3.3.1.3 定子铁芯长度 ltsf/（cdi2ne）50000/（0.8551066672187.5）172.7cm （3-7）c系数 查表c=510-6ne额定转速=214.3r/min di/（ltnn）596/（172.7214.3） 0.0160.035 为悬式3.3.1.4 定子铁芯外径 ne 166.7rpm dadi+662.84cm发电机型号为：sf 5032/745.63.3.2 平面尺寸 图3-4 发电机尺寸3.3.2.1 定子机座外径 d11.2da795.41cm3.3.2.2 风罩内径 d2 d1+2401035.41cm3.3.2.3 转子外径 d3di2di596cm3.3.2.4 下机架最大跨度d4 d5+0.6480cm水轮机机坑直径d5420cm3.3.2.5 推力轴承外径d6300cm励磁机外径d7200cm3.3.3 轴向尺寸3.3.3.1 定子机座高度h1lt+2306.38cm3.3.3.2上机架高度 h20.25di149cm3.3.3.3 推力轴承高度 h3200cm励磁机高度 h4220cm副励磁机高度 h5100cm永励磁机高度 h680cm3.3.3.4 下机架高度 h70.12di71.52cm3.3.3.5 定子支座支承面至