水电站课程设计-坝后式电站

目录第一章水轮机....................................... - 3 -1.1 特征水头的确定............................................. - 3 -1.2 水轮机选型................................................. - 5 -1.3 水轮机蜗壳及尾水管......................................... - 7 - 1.3.1 蜗壳尺寸确定............................................ - 8 - 1.3.2 尾水管尺寸确定.......................................... - 8 -1.4 调速设备及油压设备选择..................................... - 8 - 1.4.1 调速功计算.............................................. - 8 - 1.4.2 接力器选择.............................................. - 8 - 1.4.3 调速器的选择............................................ - 9 - 1.4.4 油压装置................................................ - 9 -第二章发电机...................................... - 11 -2.1 发电机的尺寸估算.......................................... - 11 - 2.1.1 主要尺寸估算........................................... - 11 - 2.1.2 外形尺寸估算........................................... - 11 -2.2 发电机重量估算............................................ - 13 - 第三章混凝土重力坝................................ - 14 -3.1 剖面设计.................................................. - 14 - 3.1.1 坝高的确定............................................. - 14 - 3.1.2 坝底宽度的确定......................................... - 16 -3.2 稳定与强度校核............................................ - 16 - 3.2.1 作用大小............................................... - 16 - 3.2.2 承载能力极限状态强度和稳定验算......................... - 19 - 3.2.3 正常使用极限状态进行强度的计算和验算................... - 25 -第四章引水建筑物布置.............................. - 27 -4.1 压力钢管布置 .............................................. - 27 - 4.1.1 确定钢管直径 ........................................... - 27 - 4.2 进水口布置 ................................................ - 27 - 4.2.1 确定有压进水口的高程 ................................... - 27 - 4.2.2 渐变段尺寸确定 ......................................... - 28 - 4.2.3 拦污栅尺寸确定 ......................................... - 28 - 4.2.4 通气孔的面积确定 ....................................... - 28 -第五章 主厂房尺寸及布置 ............................ - 29 -5.1 厂房高度的确定 ............................................ - 29 - 5.1.1 水轮机安装高程 ......................................... - 30 - 5.1.2. 尾水管顶部高程及尾水管底部高程 ......................... - 30 - 5.1.3 基岩开挖高程 ........................................... - 30 - 5.1.4 水轮机层地面高程 ....................................... - 30 - 5.1.5 发电机层楼板高程 ....................................... - 30 - 5.1.6 吊车轨顶高程 ........................................... - 30 - 5.1.7 厂房顶高程 ............................................. - 31 - 5.2 主厂房长度的确定 .......................................... - 31 - 5.2.1 机组段长度确定 ......................................... - 31 - 5.2.2 端机组段长度 ........................................... - 32 - 5.2.3 装配场长度 ............................................. - 32 - 5.3 主厂房宽度和桥吊跨度的确定 ................................ - 32 -第六章 混凝土溢流坝 ................................ - 33 -6.1 溢流坝段总宽度的确定 ...................................... - 33 - 6.1.1 单宽流量q 的选择 ....................................... - 33 - 6.1.2 确定溢流前缘总净宽L ................................... - 34 - 6.1.3 确定溢流坝段总宽度 ..................................... - 34 - 6.2 堰顶高程的确定 ............................................ - 34 - 6.2.1 堰顶高程的确定 ......................................... - 35 - 6.2.2 闸门高度的确定 ......................................... - 35 - 6.3 堰面曲线的确定 ............................................ - 35 - 6.3.1 最大运行水头max H 和定型设计水头d H 的确定 ............... - 35 - 6.3.2 三圆弧段的确定 ......................................... - 36 -6.3.3 曲线段的确定........................................... - 36 - 6.3.4 直线段的确定........................................... - 36 - 6.3.5 反弧段的确定........................................... - 37 - 6.3.6 鼻坎挑角和坎顶高程的确定............................... - 37 - 6.3.7 溢流坝倒悬的确定....................................... - 38 -6.4 溢流坝强度和稳定验算...................................... - 38 - 6.4.1 作用大小............................................... - 38 - 6.4.2 承载能力极限状态强度和稳定验算......................... - 40 - 6.4.3 正常使用极限状态进行强度的计算和验算................... - 43 -6.5 消能与防冲............................................... - 43 - 6.5.1 挑射距离和冲刷坑深度的估算............................. - 43 -第七章压力钢管应力分析及结构设计................... - 44 -7.1 水力计算.................................................. - 45 - 7.1.1 水头损失计算........................................... - 45 - 7.1.2 水锤计算............................................... - 49 -7.2 压力钢管厚度的拟定........................................ - 53 -7.3 钢管、钢筋、混凝土联合承受内压的应力分析 .................. - 54 - 7.3.1 混凝土开裂情况判别..................................... - 54 - 7.3.2 应力计算............................................... - 58 -第一章水轮机1.1特征水头的确定1. 在校核洪水位下, 四台机组满发,下泄流量Q=14100m3/s,由厂区水位流量关系可得,尾水位▽尾=220.54m,▽库=291.8mH1=0.99×▽库－▽尾=0.99×291.8－220.54=70.54m2, 在设计洪水位下,四台机组满发,下泄流量Ｑ=11000 m3/s,由厂区水位流量关系得, 尾水位▽尾=217.82m,▽库=289.94mH2=0.99×▽库－▽尾=0.99×289.94－217.82=71.40m3, 在设计蓄水位下,一台机组满发,由下列式子试算出该情况下对应的下泄流量和水头N=9.81QHηH=0.99×▽库－▽尾▽尾=f Qη=η水×η电=0.95×0.9列表试算,得当下泄流量为67.5 m3/s时,一台机组满发,对应水头为81.26m.,即H3=81.26m.4.在设计蓄水位下,四台机组满发,试算该情况下对应的下泄流量和水头,列表试算当下泄流量为274 m3/s时,四台机组满发,对应水头为80.08m,即H4=80.08m;5.在设计低水位下,四台机组满发,试算该情况下对应的下泄流量和水头,列表试算当下泄流量为362m 3/s 时,四台机组满发,对应水头为59.79m,即H 5=59.79m.6.在设计低水位下,一台机组满发,试算该情况下对应的下泄流量和水头,列表试算当下泄流量为89.45m 3/s 时,一台机组满发,对应水头为61.32m,即H6=61.32m.{}max 123456max H H H H H H H ={} =max 70.5471.4081.2680.0859.7961.32=81.2{}min 123456min H H H H H H H ={}=min 70.5471.4081.2680.0859.7961.32 =59.79max min 0.60.4av H H H =+0.681.260.459.79=⨯+⨯ =72.740.95r av H H =0.9572.74=⨯=69.11由H1=70.54m,H2=71.40m,H3=81.26m,H4=80.08m,H5=59.79m,H6=61.32m,确定：最大水头Hmax=81.2m ,最小水头Hmin=59.79m,加权平均水头Hav=0.6Hmax+0.4 Hmin 0.6×81.2+0.4×59.79=72.74m,设计水头H r =0.95 Hav=0.95×72.74=69.11m1.2水轮机选型根据水头变化范围59.79m —81.26m,在水轮机系列型谱表3—3.表3—4中查出合适的机型为HL220.HL220型水轮机的主要参数选择1. 转轮直径D 1计算查水电站表3—6和图3—12可得HL220型水轮机在限制工况下单位流量Q 11M =1150L/s,效率η=89.0%,由此可初步假定原型水轮机在该工况下单位流量Q 11= Q 11M =1150L/s,效率η=90%;发电机的额定效率取为ηgr =96%,N r =N gr /ηgr =46000/96%=47916.67kwD 1=2.866m选用与之接近而偏大的标称直径D 1=3.0m.2. 转速n 计算查水电站表3—4可得,HL220型水轮机在最优工况下单位转速n 110M =70.0 r/min,初步假定n 110=n 110M =70.0r/min,H av =72.74m,D 1=3.0m.1=199.00r/min选择与上述计算值相近而偏大的同步转速n=214.3r/min;3. 效率及单位参数修正查表3—6可得HL220型水轮机在最优工况下的模型最高效率为ηMmax =91%模型转轮直径D 1M =0.46m ηmax =1-1-η则效率修正值为Δη=93.8%-91%=2.8%;考虑到模型与原型水轮机在制造上的差异;常在已求得的Δη值中再减去一个修正值ε,现取ε=1.0%,可得修正值为Δη=1.8%,原型水轮机在最优工况和限制工况下的效率为 ηmax =ηMmax +Δη=91%+1.8%=92.8%η=ηM +Δη=89%+1.8%=90.8%≠90% 与假定不符重新假定效率η=90.8%,采用上述过程,得出D 1=3.0m,n=214.3r/min, ηmax =93.8% Δη=93.8%-91%-ε=93.8%-91%-1%=1.8% ηmax =ηMmax +Δη=91%+1.8%=92.8%η=ηM +Δη=89%+1.8%=90.8% 与上述假定值相同 单位转速的修正值110110M n n ∆按规定单位转速可不加修正,同时,单位流量Q 11也可不加修正,由上可见,原假定的η=90.8%,Q 11= Q 11M , n 110=n 110M 是正确的;那么上述计算及选用的结果D 1=3.0m,n=214.3r/min 是正确的;4. 工作范围检查水轮机在H r ,N r 下工作时,Q 11= Q 11max Q 11max=1.040<1.15 m 3/s 则水轮机的最大引用流量Q max = Q 11max D 1=1.040×32=77.84 m 3/s与特征水头H max 、H min 、H r 对应的单位转速为： 11min n=71.3211max n=83.0211r n==77.33在HL220水轮机模型综合特性曲线上绘出Q 11max =1040L/s,11max n =83.02r/min,11min n =71.32r/min 的直线,如图所示,三根直线所围成的水轮机工作范围基本上包含了该特性曲线的高效率区,故对于HL220型水轮机方案,所选定的参数D 1=3.0m 和n=214.3r/min 是合理的; 5. 吸出高度H s 的计算由水轮机的设计工况参数11r n =77.33r/min,Q 11max = 1040L/s, 查HL220水轮机模型综合特性曲线可得,相应的气蚀系数σ=0.133,并在水电站图2—26上查得气蚀系数修正值△σ=0.018,由此可求出水轮机吸出高度为H s =10–▽/900–σ+△σH=10-202/900-0.123+0.018=0.03所以,水轮机的额定出力满足要求;故选择水轮机型号为HL -220-LJ-300.1.3 水轮机蜗壳及尾水管1.3.1 蜗壳尺寸确定蜗壳采用金属蜗壳,断面为圆形;包角为345°,即0ϕ=345°,蜗壳进口断面的平均流速为V c =8.4m,由H r =69.11m,查图2—8蜗壳进口断面流速曲线得Vc ;查金属蜗壳座环尺寸系列,D 1=3000mm,座环内径D b =4000mm.座环外径D a =4700mm,r a=D a /2=4700/2=2350mm,r b =D b /2=4000/2=2000mm,Q max =77.84m 3/s.ρimax 360icV ϕπ R i =r a +2ρ1.3.2 尾水管尺寸确定采用弯锥型尾水管,H r =69.11m,采用标准混凝土肘管,D 1≤D 2h 51.4调速设备及油压设备选择1.4.1 调速功计算反击式水轮机A=200—=200—250×67.5 =210781.65—263477.07>30000Nm属大型调速器;调速柜、主接力器、油压装置三者分别选择;1.4.2 接力器选择大型调速器常采用两个接力器来操作导水机构,油压装置额定油压 2.5Mp,接力器直径d s =λD×3b 0/D 1=0.25 选用与之接近而偏大的400mm 的标准接力器;接力器最大行程 S max =1.4—1.8a 0max ,由n 11r =77.33r/min,Q 11max =1040L/s,在模型综合曲线上查得,a 0max =a 0Mmax0000M M D Z D Z =28.8×3240.4624⨯⨯=187.83 S max =1.4—1.8a 0max =1.4—1.8×187.83=269.96—338.09取S max =300两接力器总容积为V S =2max 12s d S π=2π×0.42×0.3=0.075m 31.4.3 调速器的选择主配压阀直径1.130.07294m == T s 为导叶从全开到全关的直线关闭时间,取为4s,选用DT801.4.4 油压装置压力油罐的容积 V k =18—20V s =18—20×0.075=1.35—1.5m 3,选用HYZ —1.6第二章 发电机2.1 发电机的尺寸估算额定转速n=214.3r/min >150r/min,选择悬式发电机;查表,对应SF65-28/640,功率因数cos φ=0.90.则发电机额定容量S f 为S f =N f /cos φ=46000/0.9=51111.11kV A2.1.1 主要尺寸估算1. 极矩τ τ=9K =由极矩τ,计算转子的飞逸速度K f =n f /n=410/214.3=1.91 V f =K f V=1.91×58.83=112.55m/s 2. 定子内径 D iD i =221458.83p τππ⨯=⨯=524.33cm3. 定子铁芯长度l tl t =2651111.115.510214.3f i eS CD n -=⨯⨯=157.73cm 查表7—1,C 取5.5×10-6 l t /τ=157.73/58.83=2.68定子铁芯长度l t 主要受发电机的通风冷却和运输条件的限制;当l t /τ>3时,通风较困难；当l t /τ<1时,电机效率较低；根据运输条件,当l t /τ>2.5m 时,一般采用现场叠装定子;4． 定子铁芯外径D an e >166.7rpm D a =D i +τ=524.33+58.83=583.16cm2.1.2 外形尺寸估算2.1.2.1 平面尺寸估算 1.定子基座外径214e n <300rpm D 1=1.20D a =1.20×583.16=699.79cm2. 风罩内径D 2= D 1+2.4=7.0+2.4=9.4m S f =51111.11>20000kV A3. 转子外径D 3= D i -2δ= D i =524.33cm δ为单边空气间隙,初步估算时可忽略不计 4. 下机架最大跨度D 4=D 5+0.6=4.2+0.6=4.8m5. 水轮机基坑直径D 5=4.2m6. 推力轴承外径D 6=3.4m7. 励磁机外径D 7=2.4m2.1.2.2 轴向尺寸计算 1. 定子机座高度h 1= l t +2τ=157.73+2×58.83=275.34cm n e ≥214.3r/min2. 上机架高度h 2=0.25 D i =0.25×58.83=131.08cm 悬式承载机架3. 推力轴承高度h 3=1600mm励磁机高度h 4=2100mm=2.1m 包括励磁机架,高度900mm副励磁机高度h 5=900mm=0.9m永磁机高度h 6=700mm=0.7m4. 下机架高度h 7=0.12 D i =0.12×524.33=62.92cm 悬式非承载机架5. 定子支座支承面至下机架支承面的距离h 8=0.15 D i =0.15×524.33=78.65cm6. 下机架支承面至主轴法兰底面之间的距离h 9=1m 按以生产的发电计资料,一般为700～1500mm,取1000mm=1m7. 转子磁轭轴向高度h10= l t+500—600mm=1.58+0.52=2.1m 无风扇时8. 发电机主轴高度h11= 0.7—0.9H=0.7—0.9×10.45=7.32—9.41 取h11=7.5m9.定子铁芯水平中心线至主轴法兰盘底面距离h12=0.46h1+h102.2 发电机重量估算水轮发电机的总重量G f=K1223351111.119214.3feSn⎛⎫⎛⎫=⨯⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭=346.13t发电机转子重量约为0.5G f=0.5×346.13=173.1t第三章 混凝土重力坝3.1 剖面设计水库总库容13.71亿m 3,工程规模为大1型,一等;主要建筑物为1级,次要建筑物为3级,临时性建筑物为4级;3.1.1坝高的确定水库总库容13.71亿m 3,工程规模为大1型,一等;主要建筑物为1级,次要建筑物为3级,临时性建筑物为4级;坝顶超出静水位高度Δh=2h 1%+h z + h c坝顶高程=设计洪水位+Δh 设=289.94+Δh 设 坝顶高程=校核洪水位+Δh 校=291.80+Δh 校计算风速V 0,正常运用条件正常蓄水位/设计洪水位,取多年平均最大风速的1.5—2.0倍；非常运用条件校核洪水位,取洪水期多年平均最大风速;113120220011 3.752.15022000.00760.331m gh gD V V V gL gD V V V --⎧⎛⎫⎪= ⎪⎪⎪⎝⎭⎨⎪⎛⎫⎪= ⎪⎪⎝⎭⎩ ▽设=289.9420gD V =29.81140022.5⨯=27.13∈20,250 h=1123012200.0076V gD V V g -⎛⎫ ⎪⎝⎭=0.0076×11231229.81140022.522.522.59.81-⨯⎛⎫⨯⨯ ⎪⎝⎭=0.91m h为累计频率5%的波高,h m /H m <0.1,查表得,h p /h m =1.95,则h m =0.91/1.95=0.47m,h 1%/h m =2.42,则h 1%=2.42×h m =2.42×0.47=1.13mL m =1123.7502.15200.331V gD V V g-⎛⎫ ⎪⎝⎭=1123.752.1529.81140022.50.33122.522.59.81-⨯⎛⎫⨯⨯⨯ ⎪⎝⎭=9.68m h z =221%2 1.13289.949.689.68m m h H cth cthL L ππππ⨯⨯=⨯=0.41m 坝的级别为1级,正常情况,h c =0.7mΔh=2h 1%+h z + h c =2×1.13+0.41+0.7=3.37m 坝顶高程为 ▽顶=289.94+3.37=293.31m▽校=291.80m20gD V =29.81141015⨯=61.48∈20,250 h=1123012200.0076V gD V V g -⎛⎫ ⎪⎝⎭=11231229.811410150.007615159.81-⨯⎛⎫⨯⨯⨯ ⎪⎝⎭ =0.55m h为累计频率5%的波高,h m /H m <0.1,查表得,h p /h m =1.95,则h m =0.55/1.95=0.28m,h 1%/h m =2.42,则h 1%=2.42×h m =2.42×0.28=0.68m L m =1123.7502.15200.331V gD V V g-⎛⎫ ⎪⎝⎭=1123.752.1529.811410150.33115159.81-⨯⎛⎫⨯⨯⨯ ⎪⎝⎭=6.46m21%2z mmh Hh cthL L ππ=式中 H ——水深,m ；1%h ——累计频率1%的波高,m ； h z =221%20.68291.806.46 6.46m m h H cth cthL L ππππ⨯⨯=⨯=0.22m 坝的级别为1级,校核情况,h c =0.5mΔh=2h 1%+h z + h c =2×1.13+0.41+0.7=3.37m 坝顶高程为 ▽校=291.80+2.08=293.88m 取两者的较大值为293.88m.3.1.2坝底宽度的确定(1) 应力条件: а=0.25 f 由资料查得,混凝土/新鲜花岗斑岩抗剪摩擦系数tan θ=0.7,f=0.7B H===0.69(2) 稳定条件： 荷载设计值：重力 G=1.0×93.88×93.88×23.5×0.5=103558.09 静水压力 P=1.0×93.88×93.88×10×0.5=103558.09扬压力 U=1.2×0.5×0.25×93.88×93.88×10×m=13220.18m 查表4—1,基本组合,1级,K=1.1 ()()0.7103558.0913220.1844067.27fW U K m P-⨯-==∑∑=1.1下游坝坡m=0.6—0.8,计算得,m=0.77,满足要求;B=0.77×93.88=72.3m,上游折坡的起坡点位置一般在坝高的1/3—2/3,坝高为93.88m,折坡点位置31.29m ～62.59m,取35m,高程为235m.上游坡n=0～0.2,取0.15.坝顶宽度可取坝高的8%～10%,7.51m ～9.388m,取为9m;3.2 稳定与强度校核本设计采用概率极限状态设计原则,以分项系数极限状态设计表达式进行结构计算;混凝土重力坝分别按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行强度和稳定的计算和验算;3.2.1 作用大小正常蓄水位坝体所受作用的大小为W1=0.5×5.3×35×23.5=2179.6W2=9×93.88×23.5=19855.6W3=82.2×63.3×23.5=61138.3P1=0.5×84×84×9.81=34609.7P2=0.5×3.1×3.1×9.81=47.1P3=0.5×49+84×5.3×9.81=3457.5P4=0.5×3.1×2.4×9.81=36.5U1=3.1×77.6×9.81=2359.5U2=0.5×65.6×20.2×9.81=6499.7U3=20.2×12×9.81=2377.9U4=0.5×6.33×4.8×9.81=3572.8L1=0.5×6.33×4.8×9.81=149.03L2=0.5×4.84×4.84×9.81=113.01正常蓄水位折坡面以上坝体所受作用的大小为W1=9×58.88×23.5=12453.1W2=0.5×47.2×36.3×23.5=20131.9P1=0.5×49×49×9.81=11776.9U1=4.5×9.8×9.81=432.6U2=0.5×40.8×9.8×9.81=1961.2U3=0.5×39.2×4.5×9.81=865.2L1=0.5×6.33×4.8×9.81=149.03L2=0.5×4.8×4.8×9.81=113.01设计洪水位坝体所受作用的大小为W1=0.5×5.3×35×23.5=2179.6W2=9×93.88×23.5=19855.6W3=82.2×63.3×23.5=61138.3P1=0.5×89.94×9.81×89.94=39677.5P2=0.5×17.82×9.81×17.82=1557.6P3=0.5×54.94+89.94×9.81×5.3=3766.4P4=0.5×13.7×17.82×9.81=1197.5U1=77.6×9.81×17.82=13565.6U2=176.9×65.6×0.5=5802.3U3=176.9×12=21228U4=0.5×54.09×12×9.81=3187.3L1=0.5×4.84×1.54+4.84×9.81=151.5L2=0.5×4.84×4.84×9.81=114.9设计洪水位折坡面以上坝体所受作用的大小W1=9×58.88×23.5=12453.1W2=0.5×47.2×36.3×23.5=20131.9P1=0.5×54.94×54.94×9.81=14805.3U1=4.5×10.99×9.81=485.2U2=0.5×40.8×10.99×9.81=2199.4U3=0.5×43.95×4.5×9.81=970.1L1=0.5×4.84×1.54+4.84×9.81=151.5L2=0.5×4.84×4.84×9.81=114.9校核洪水位坝体所受作用的大小为W1=0.5×5.3×35×23.5=2179.6W2=9×93.88×23.5=19855.6W3=82.2×63.3×23.5=61138.3P1=0.5×91.8×9.81×91.8=41335.6P2=0.5×20.54×9.81×20.54=2069.4P3=0.5×56.8+91.8×9.81×5.3=3863.1P4=0.5×15.82×20.54×9.81=1593.8U1=77.6×9.81×20.54=15636.2U2=17.8×65.6×9.81×0.5=5727.5U3=17.8×12×9.81=2095.4U4=0.5×53.46×12×9.81=3146.7L1=0.5×3.23×4.13×9.81=89.9L2=0.5×3.23×3.23×9.81=889.6校核洪水位折坡面以上坝体所受作用的大小为：W1=9×58.88×23.5=12453.1W2=0.5×47.2×36.3×23.5=20131.9P1=0.5×56.8×56.8×9.81=15824.7U1=4.5×11.36×9.81=501.5U2=0.5×40.8×11.36×9.81=2273.4U3=45.44×4.5×9.81=2005.9L1=0.5×3.23×4.13×9.81=65.43L2=0.5×3.23×3.23×9.81=51.173.2.2 承载能力极限状态强度和稳定验算承载能力极限状态设计包括：1.坝体与坝基接触面抗滑稳定计算；2.坝址的抗压强度验算；3.坝体选定截面下游端点的抗压强度验算；3.2.2.1 坝体与坝基接触面抗滑稳定计算正常蓄水位1．作用效应函数()R S P •==∑34605.8 KN2. 抗滑稳定抗力函数()''369367.12 1.2101.277.61.3395071.2R R R RR f W c A KN•=+⨯=⨯+⨯=∑0()S γψ•=1.1×1.0×34605.8KN=38066.38 ()dR γ•=95071.2/1.2=79226 KN()0()dR S γψγ••≤满足要求; 设计洪水位1． 作用效应函数()R S P •==∑37852.3KN2. 抗滑稳定抗力函数()''338315 1.2101.277.61.3366424.31R R R RR f W c A KN•=+⨯=⨯+⨯=∑0()S γψ•=1.1×1.0×37852.3=41607.83KN ()dR γ•=66424.31/1.2=55353.6KN()0()dR S γψγ••≤满足要求;校核洪水位1． 作用效应函数()R S P •==∑39283.3KN2. 抗滑稳定抗力函数()''372411.7 1.2101.277.61.3397881.6R R R RR f W c A KN•=+⨯=⨯+⨯=∑0()S γψ•=1.1×0.85×39283.3=36729.9KN ()dR γ•=97881.6/1.2=81568KN()0()dR S γψγ••≤满足要求;3.2.2.2坝趾抗压强度承载能力极限状态 正常蓄水位1. 作用效应函数RW∑=69367.12 KNRM∑=-268837.7KN m ⋅()()221m J T M A W S R RR R R +⎪⎪⎭⎫-⎝⎛=•∑∑()269367.12268837.710.7777.61003.63-⎛⎫=-⨯+ ⎪⎝⎭ =1850.6 KN2. 抗压强度极限状态抗力函数()/C m R f γ•==135001.529000/KN m =()dR γ•=90001.825000/KN m = 0()S γψ•=1.1×1.0×1850.6 =2035.6kp()0()dR S γψγ••≤满足要求 设计洪水位1. 作用效应函数RW∑=38315 KN,RM∑=-478320.04 KN m ⋅()()221m J T M A W S R RR R R +⎪⎪⎭⎫-⎝⎛=•∑∑()23831547832010.7777.61003.63-⎛⎫=-⨯+ ⎪⎝⎭=1545.7 kp2. 抗压强度极限状态抗力函数()2/13500/1.59000/C m R f KN m γ•===0()S γψ•=1.1×1.0×1700.2 kp=1870.2 kp ()290005000/1.8dR KN m γ•== ()0()dR S γψγ••≤满足要求 校核洪水位1. 作用效应函数RW∑=72411.7KNRM∑=-552294KN m ⋅()()221m J T M A W S R RR R R +⎪⎪⎭⎫-⎝⎛=•∑∑()272411.755229410.7777.61003.63⎛⎫=+⨯+ ⎪⎝⎭=2363.0kp2. 抗压强度极限状态抗力函数()/C m R f γ•==29000/KN m =0()S γψ•=1.1×0.85×2363.0=2209.4kp()dR γ•25000/KN m =()0()dR S γψγ••≤满足要求3.2.2.3 坝体选定截面下游端点的抗压强度验算 正常蓄水位1. 作用效应函数cW ∑=28674.2KN cM∑=19542.7KN m ⋅()()21c C cccW M T S m A J ⎛⎫•=-+ ⎪ ⎪⎝⎭∑∑()228674.219542.710.7745.3342⎛⎫=-⨯+ ⎪⎝⎭ =917.3kp2. 抗压强度极限状态抗力函数()2/13500/1.59000/C m R f KN m γ•===0()S γψ•=1.1×1.0×917.3=1009.03kp()290005000/1.8dR KN m γ•== ()0()dR S γψγ••≤满足要求 设计洪水位1. 作用效应函数cW ∑=28199.4 KN, cM∑=-64779.4KN m ⋅()()21c C cccW M T S m A J ⎛⎫•=-+ ⎪ ⎪⎝⎭∑∑()228199.464779.410.7745.3342-⎛⎫=-⨯+ ⎪⎝⎭=1290.7 kp2. 抗压强度极限状态抗力函数()2/13500/1.59000/C m R f KN m γ•===0()S γψ•=1.1×1.0×1290.7=1419.7 kp()290005000/1.8dR KN m γ•== ()0()dR S γψγ••≤满足要求 校核洪水位1. 作用效应函数cW ∑=26848KN cM∑=-118944.1KN m ⋅()()21c C cccW M T S m A J ⎛⎫•=-+ ⎪ ⎪⎝⎭∑∑ ()226848118944.110.7745.3342⎛⎫=-⨯+ ⎪⎝⎭=1498.1kp2.抗压强度极限状态抗力函数()/C m R f γ•==29000/KN m =0()S γψ•=1.1×0.85×1498.1=1400.68kp()dR γ•25000/KN m =()0()dR S γψγ••≤满足要求3.2.3 正常使用极限状态进行强度的计算和验算正常使用极限状态设计包括： 1. 坝踵拉应力验算；2. 坝体选定截面上游端点的拉应力验算3. 施工期坝体下游面拉应力验算 3.2.3.1 坝踵拉应力验算 正常蓄水位RW∑=71857.2KNRM∑=-221365.6KN m ⋅71857.2221365.677.61003.63RR RRRW MTA J -+=+∑∑=705.4>0 满足要求;设计洪水位RW∑=44357.8KN,RM∑=-435864.8KN m ⋅44357.8435864.877.61003.63RR RRRW MTA J -+=+∑∑=137.33>0 满足要求;3.2.3.2 坝体选定截面上游端点的拉应力验算 正常蓄水位cW ∑=29326KN cM∑=27097.6KN m ⋅2932627097.645.3342cC cc cW MTA J +=+∑∑=626.6>0 满足要求; 设计洪水位cW ∑=28930.3 KN, cM∑=-56300.5KN m ⋅28930.356300.545.3342cC cc cW MTA J -+=+∑∑=474>0 满足要求;3.2.3.3 施工期坝体下游面拉应力验算 坝址处83173.5cW KN =∑ 860549.8cM KN m =∑()214.4100cC cc cW M T kPa A J -+=-≤∑∑满足要求 选定截面下游端点32585cWKN =∑257228.2cMKN m =∑()32.8100cC cc cW M TkPa A J -+=≤∑∑满足要求第四章 引水建筑物布置引水建筑物设立在溢流坝段,采用坝式进水口,压力钢管引水,压力钢管采用坝内埋管形式;具体可见坝内埋管专题部分4.1压力钢管布置本电站采用压力钢管引水,钢管直接埋入坝体混凝土中,二者结为总体,共同承担水压力;4.1.1确定钢管直径钢管的经济直径为4.47D m ===坝内埋管的经济流速为5～7 /m s ,蜗壳进水口的直径为3.4m,综合考虑经济流速和蜗壳进水口直径,确定坝内埋管的直径为3.8m,对应管内流速V 的大小为 max 224477.84 6.86/3.8Q V m D ππ⨯===⨯满足经济流速要求;管道由上水平段、弯管段、倾斜段、弯管段和下水平段组成,弯管段曲率半径一般为直径的2～3倍,即7.6m ～11.4m,取为9m;倾斜段斜率为0.77. 与坝体下游倾斜面斜率一致;4.2进水口布置进水口采用坝式进水口;进水口长度较短,进口段与闸门段合而为一;4.2.1确定有压进水口的高程闸门孔口为矩形,其宽度一般等于或稍小于压力管道直径D,本设计取其宽度等于压力管道直径D,3.8m;高度稍大于压力管道直径,取为4.4m 闸门断面流速：max 77.844.66/4.4 3.8Q V m s A ===⨯ 闸门门顶低于最低水位的临界淹没深度：0.6 4.66 5.86cr S m ==⨯=进水口高程为H=最低水位-cr S =264-5.86=258.14m取闸门门顶高程256.2m;压力钢管起始水平段中心线的高程为254m;进口段为平底,上唇收缩曲线为四分之一椭圆,方程为22221x y a b +=,1 1.5a D = 3.8～5.7, 1132b D D = 1.3～1.9,确定椭圆曲线方程为222214.1 1.6x y += 4.2.2 渐变段尺寸确定渐变段水平是由矩形闸门段到圆形钢管的过渡段,采用圆角过渡;渐变段的长度一般为引水道宽的1.0～2.0倍,即3.8m ～7.6m,取为5m;4.2.3 拦污栅尺寸确定拦污栅的总面积常按电站的引用流量及拟定的过栅流速反算得出,过栅流速以不超过1.0m/s 为宜277.8477.841Q A m V === 本设计取拦污栅高度为7.2m,半径3.5米,A=79.17 2m ;拦污栅通常由钢筋混凝土框架结构支承;拦污栅框架由柱及横梁组成,横梁间距一般不大于4米,本设计取2.4米拦污栅由若干栅片组成,每块栅片的宽度一般不超过2.5米,取1.8m,高度不超过4米,取1.8米;栅条的厚度由强度计算决定,通常厚8至12mm,对混流式水轮机, 栅条厚度1/30b D ≈,本设计取10mm;4.2.4通气孔的面积确定通气孔的面积常按最大进气流量除以允许进气流速得出;最大进气流量出现在闸门紧急关闭时,可近似认为等于进水口的最大引用流量;允许进气流速与引水道形式有关,对坝内埋管可取70～80m/s;max Q V A通气孔的直径取为1.2m,面积为21.13m ,对应的进气流速为68.8 m/s.通气孔顶端高出上游最高水位,防止水流溢出;第五章 主厂房尺寸及布置5.1 厂房高度的确定根据厂房各部位之间的关系,可以从下到上一层一层确定,在确定过程中,坚持符合规范和条件以及节省的原则;5.1.1 水轮机安装高程Z s=▽w+H s+b0/2=202+0.03+0.75/2=202.41m5.1.2. 尾水管顶部高程及尾水管底部高程尾水管顶部高程为Z s- b0/2=202.41-0.75/2=202.04m尾水管顶部高程=尾水管顶部高程-尾水管高度=202.04-7.8=194.24m5.1.3 基岩开挖高程基岩开挖高程=尾水管底部高程-底板厚=194.24-2=192.24m5.1.4 水轮机层地面高程水轮机层地面高程=水轮机安装高程+蜗壳进口断面半径+蜗壳上部混凝土厚=202.41+1.68+1=205.09m5.1.5 发电机层楼板高程发电机层楼板高程=水轮机层地面高程+水轮机井进人孔高度2m+进人孔顶部深梁1m+定子高度+上机架高度=205.09+2+1+2.75+1.31=212.15m5.1.6 吊车轨顶高程吊车轨顶高程=发电机层楼板高程+吊运物与固定物间垂直安全距离+起吊设备高度=202.15+1+7.5+0.146=220.80m5.1.7 厂房顶高程厂房顶高程=轨顶高程+轨道面至起重机顶距离+房顶净高+混凝土厚度=220.80+3.7+0.3+3 =227.8m5.2 主厂房长度的确定5.2.1 机组段长度确定机组段长度1L1max max x x L L L +-=+式中max x L +、max x L -——机组段沿厂房纵轴线方向,在机组中心线两侧的最大尺寸; 蜗壳层()()max max 345165x i x i L R L R ϕδϕδ+-⎧==+⎪⎨==+⎪⎩ 式中 ()345i R ϕ=、()165i R ϕ=——蜗壳沿厂房纵轴线方向,在机组中心线两侧的最大尺寸δ——蜗壳四周的混凝土厚度,取为1m;1max max 4.68 5.711112.39x x L L L m +-=+=+++=尾水管层max max 22x xB L B L δδ+-⎧=+⎪⎪⎨⎪=+⎪⎩式中 B ——尾水管宽度度,8.16B m =；δ——尾水管混凝土边墩厚,1m δ=;1max max 8.161110.16x x L L L m +-=+=++=发电机层max max 2222x x b L b L φδφδ+-⎧=++⎪⎪⎨⎪=++⎪⎩式中φ——发电机风罩内径,φ=9.4mδ——发电机风罩壁厚,δ=0.5mb ——两台机组之间风罩外壁净距,一般取1.5～2.0m,若两机组间设楼梯取为3～4m,本设计取为3.6m;1max max 9.4 3.620.514x x L L L m +-=+=++⨯=经比较,确定机组段长度为14m;5.2.2 端机组段长度端机组段的附加长度：ΔL=0.2~1.0D 1 式中 1D ——转论直径,m;1D =3.0m考虑到下部块体在端部设置了检修集水井和渗漏集水井,根据需要,附加长度取为1.5m5.2.3 装配场长度装配场长度L=1.0~1.5.L 1=14~21m ,考虑发电机转子,发电机上机架,水轮机转轮,水轮机顶盖的尺寸,确定装配场的宽度为17m5.3主厂房宽度和桥吊跨度的确定主厂房宽度BB= B1+ B2式中 B1——机组中心线至上游侧的宽度,m ； B2——机组中心线至下游侧的宽度,m; 由下部块体决定的厂房最小宽度上游侧宽度B1：B1=机组中心线至上游涡壳外缘尺寸+涡壳外包混凝土+外墙厚=5.24+1+2=7.24m下游侧宽度B2：B2=机组中心线至下游涡壳外缘尺寸+涡壳外包混凝土+外墙厚=3.92+1+2=6.92m则下部块体宽度方向的最小尺寸为：B= B1+ B2=7.24+6.92=14.16m由发电层决定的厂房宽度B=风罩直径+2×通道宽度+外墙厚=9.4+2×2+3=16.4m ;选择桥吊跨度为16m,根据前面算出的发电机转子重量173.1t,选择2×100t,跨度为16m的双小车桥式起重机;本设计中,发电机转子在上游侧起吊,考虑到发电机转子与周围建筑物及设备之间的最小间隙,水平方向为0.4m,垂直方向0.6～1.0m,若采用刚性吊具,垂直间隙可减为0.25～0.5m,通过画图,为保证发电机转子在水平方向的安全距离,发电机主轴在垂直方向与发电机层楼板距离取为1.0m;机组中心线距上游距离为7.5m,据下游距离为8.5m;主厂房总宽度为7.5+8.5+1.5+1.5=19m;装配厂宽度：采用与主厂房宽度相同19m ;第六章混凝土溢流坝6.1溢流坝段总宽度的确定6.1.1单宽流量q的选择当河谷狭窄、岩石坚硬、且下游水深较大时,应选择较大的单宽流量,本工程所处河谷狭窄、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;单宽流量取为150()3/m s m ⋅;6.1.2确定溢流前缘总净宽L6.1.2.1 初拟溢流前缘总净宽L初步确定溢流前缘总净宽LQ L q ==14100150=94m 6.1.2.2溢流孔口和闸墩的尺寸确定和布置我国目前大中型混凝土重力坝,溢流孔净宽一般常用8～12m;本设计采用溢流式厂房,其四个压力水管的进水口布置在溢流坝闸墩之下,这种布置方式进水口闸门及拦污栅的提降与溢流坝顶闸门的操作互不干扰,布置和运行都比较方便,采用这种布置方式时,闸墩的厚度必须考虑布置进水口闸门井和拦污栅的需要,厚度需要增大,四个闸墩的尺寸相应的加宽定为6m,根据之前确定的一个机组段长度为14m,确定这四个闸墩间的溢流孔净宽为8m,根据初步确定的溢流前缘的宽度94m,再设置六个净宽为12m 的溢流孔;其余的四个闸墩宽度取为3m,边墩宽度取为2m; 6.1.2.3确定的溢流前缘总净宽最后确定的溢流前缘总净宽为83126⨯+⨯=96m对应的单宽流量Q q L =1410096==146.88<150()3/m s m ⋅ 6.1.3确定溢流坝段总宽度溢流段总宽度0L0831********L =⨯+⨯+⨯+⨯+⨯=136m6.2堰顶高程的确定6.2.1 堰顶高程的确定堰顶水头0H3/20q ξ=32017.58H m ⎛⎫=== 行近流速0110000.44/28089.94Q V m s A ===⨯ 堰上总水头22000.4417.5817.57229.81V H H m g =-=-=⨯=17.57m堰顶高程设计洪水位-H=289.94-17.57=272.37m6.2.2闸门高度的确定闸门高度=正常蓄水位-堰顶高程+安全超高 =284-272.37+0.3～0.5=12m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1～3m 的净宽,本设计取净宽1.5m;6.3堰面曲线的确定溢流堰采用WES 型剖面,上游堰面铅直,其堰顶上游部分由三段圆弧连接,下部与一倾斜直线相连接,再由圆弧与下游河床相连接;堰面曲线的确定与最大运行水头max H 和定型设计水头d H 有关;6.3.1最大运行水头max H 和定型设计水头d H 的确定最大运行水头max Hmax H =-校核洪水位堰顶高程=291.8-272.37=19.43m定型设计水头d H ,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d H =0.75～0.95max H ,即,14.57m ～18.46m,取d H =18m6.3.2三圆弧段的确定1230.1750.17518 3.20.2760.27618 5.00.2820.28218 5.1d d d b H m b H m b H m==⨯=⎧⎪==⨯=⎨⎪==⨯=⎩ 1230.50.51890.20.218 3.60.040.04180.72d d d R H mR H mR H m==⨯=⎧⎪==⨯=⎨⎪==⨯=⎩ 6.3.3 曲线段的确定y KH X n d n 1-=式中 d H ——定型设计水头K 、n ——与上游坝面坡度有关的系数和指数查设计手册知k=2, n=1.85即： 1.850.85218X y =⨯6.3.4直线段的确定：直线段采用与非溢流坝段剖面一样的坡度,直线段方程为： 0.77X y C =+联立方程1.850.852180.77X y Xy C ⎧=⨯⎪⎨=+⎪⎩'0.850.85' 1.8521810.77y X y ⎧=⎪⎪⨯⎨⎪=⎪⎩曲线段与直线段的切点的坐标为:26.83m, 18.83mX=5 1.85 1.850.850.8550.84218218X y ===⨯⨯X=10 1.85 1.850.850.8510 3.03218218X y ===⨯⨯ X=15 1.85 1.850.850.8515 6.42218218X y ===⨯⨯ X=20 1.85 1.850.850.852010.94218218X y ===⨯⨯ X=25 1.85 1.850.850.852516.53218218X y ===⨯⨯ 5,0.84 10,3.03 15,6.42 20,10.94 25,16.536.3.5反弧段的确定选择挑流消能, 总有效水头为2002002gV T α=-+校核洪水位()22114100291.8020091.8228291.829.81⨯=-+=⨯⨯⨯22000222200146.8891.82229.810.95c c c c q T h h g h h ϕ=+=+=⨯⨯ 0 3.6c h = 2022146.883.692.9129.810.95 3.6T =+=⨯⨯⨯0 3.65c h = 2022146.883.690.5329.810.95 3.65T =+=⨯⨯⨯0 3.62c h = 2022146.883.6291.8529.810.95 3.62T =+=⨯⨯⨯ 经试算,临界水深校核洪水位闸门全开时反弧处水深0 3.62c h =反孤段半径,()04~1014.48~36.2c R h m ==,取30R m =6.3.6鼻坎挑角和坎顶高程的确定鼻坎挑角︒︒=35~20θ,取︒=30θ坎顶高程距下游水位一般为1～2m,校核洪水位对应下游水位为220.54m,坎顶高程定为22m;6.3.7 溢流坝倒悬的确定曲线段与直线段的切点的坐标为:26.83m, 18.83m,溢流坝直线段与非溢流坝下游坝面齐平切点的高程为272.37-18.83=253.54m对应相同高程非溢流坝的宽度为非溢流坝坝顶高程-切点的高程×0.77 =293.88-253.54×0.77 =31.06m30.2820.28218 5.08d b H m==⨯=溢流坝超出非溢流坝的宽度为5.08+26.83-31.06=0.85m0.6d H ≥倒悬长度应0.60.61810.8d H m=⨯=倒悬长度取为11m;6.4溢流坝强度和稳定验算混凝土溢流坝同非溢流坝一样,分别按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行强度和稳定的计算和验算;6.4.1作用大小正常蓄水位溢流坝坝体所受的作用作用的大小为W1=23.5×3818.38=89731.9P1=0.5×11.63+84×72.37×9.81=33946.2P2=0.5×3.1×3.1×9.81=47.1P3=375.94×9.81=3766.4U1=3.1×94.5×9.81=2965.1.U2=9.81×20.2×12=8471.4U3=9.81×20.2×12=2377.9U4=0.5×60.7×12×9.81=3572.8校核洪水位溢流坝坝体所受的作用作用的大小为W1=23.5×3818.38=89731.9P1=0.5×19.43+91.8×72.37×9.81=40029.4P2=0.5×20.54×20.54×9.81=2069.4P3=9.81×440.85=4324.74U1=20.54×94.5×9.81=19646U2=0.5×9.81×85.5×17.8=7464.9U3=9.81×17.8×12=2095.4U4=0.5×53.46×12×9.81=3146.7D1=146.88×40.57×cos30°-cos52°=1491.9D2=146.88×40.57×sin30°+sin52°=7675.16 6.4.2承载能力极限状态强度和稳定验算承载能力极限状态强度和稳定验算包括1.坝体与坝基接触面抗滑稳定计算；2.坝址的抗压强度验算；6.4.2.1坝体与坝基接触面抗滑稳定计算正常蓄水位下,。

前言1.课程设计的目的：发电厂电气主系统课程设计是在学习电电气工程专业根底课程后的一次综合性训练，通过课程设计的实践到达：〔1〕巩固“发电厂电气主系统〞、“电力系统分析〞等课程的理论知识。

〔2〕熟悉国家能源开发策略和有关的技术规X、规定、导那么等。

〔3〕掌握发电厂〔或变电所〕电气局部设计的根本方法和内容。

〔4〕学习工程设计说明书的撰写。

〔5〕培养学生独立分析问题、解决问题的工作能力和实际工程设计的根本技2.课程设计的任务要求：〔1〕分析原始资料〔2〕设计主接线〔3〕计算短路电流〔4〕电气设备选择3.设计成果：〔1〕完整的主接线图一X〔2〕设计说明书一份目录前言错误!未定义书签。

第一局部设计说明书4第一章对原始资料的分析41.1主接线设计的根本要求6第二章电气主接线设计62.1 原始资料的分析62.2 电气主接线设计依据62.3 主接线设计的一般步骤62.4 发电机电压〔主〕接线方案10KV侧62.5 主接线方案的拟定92.6 水轮发电机的选择112.7 变压器的容量122.8主变的选择132.9相数的选择132.10绕组的数量和方式的选择132.11 普通型与自耦型的选择132.12 各级电压中性点运行方式选择14第三章短路电流计算15 3.1 短路电流计算的根本假设153.2 电路元件的参数计算153.3 网络变换与简化方法153.4 短路电流实用计算方法15第四章电气设备选择与校验164.1 电气设备选择的一般规定164.1.1 按正常工作条件选择164.1.2按短路条件校验174.2 断路器和隔离开关的选择和校验18第二局部设计计算书18第五章短路电流计算过程205.1 阻抗元件标么值计算20第六章电气设备选择与校验局部计算206.1 断路器和隔离开关的选择和校验206.1.1 机端断路器和隔离开关〔10.5KV〕的选择和校验206.1.2 主变压器出口断路器和隔离开关〔220KV〕的选择和校验216.1.3 220kV出线断路器和隔离开关的选择和校验226.2 导体、电缆的选择和校验226.2.1 220kv母线的选择校验22个人总结23参考文献23第一局部 设计说明书原始资料63×34MW 水利水力发电厂电气初设计水电厂装机容量3×34MW ，机组=max T 4500小时。

一、主要建筑物型式的选择1、确定枢纽的建筑物组成本水利枢纽工程同时兼有防洪、发电、灌溉、渔业等综合作用。

故枢纽组成建筑物应包括：挡水建筑物、泄水建筑物、水电站建筑物、输水建筑物、其他建筑物。

2、确定工程等别和建筑物级别枢纽工程的等别：根据水利部、原能源部颁布的水利水电工程的分等分级指标，考虑到本枢纽工的任务和资料的某些要求，同时由于坝址处河床较窄，河道陡，调蓄能力低、汇流快，汛期洪峰流量大等因素，枢纽工程等别定为I等。

水工建筑物的级别：永久性主要建筑物为1级，永久性次要建筑物为3级。

3、建筑物型式选择（1）挡水建筑物型式的定性选择在岩基上修建挡水坝有三种基本类型：重力坝、拱坝、土石坝。

通过对各种坝型的定性比较，综合考虑建筑材料、地形、地质自然条件、应用要求、施工条件后认为：拱坝对地形、地质的要求较高，理想地形是，左右两岸对称，岸坡平顺无突兀，在平面上向下游收缩的河谷段，坝端下游侧要有足够的岩体支撑，岸坡稳定，本工程中两岸山坡为第四系覆盖层，且左右岸各有走向互相垂直的二组陡倾角节理，约35˚~90˚，是修建拱坝的不利条件；土石坝的修建考虑充分利用当地建筑材料，虽然坝区附近砂石料易解决、且符合规范要求，但坝址处缺乏筑坝的土料，故土石坝方案不可取；考虑到坝址附近对外交通方便，当地砂石料可充分利用，重力坝对地形、地质条件适应性强，故选择混凝土重力坝方案。

（2）泄水建筑物型式的定性选择泄水重力坝既要挡水又要泄水，其泄水方式有坝顶溢流和坝身泄水孔泄水。

设计泄水重力坝，除应满足稳定和强度要求外，还需要根据洪水特性、水利枢纽布置、地形地质等问题确定其位置等的选择。

坝身泄洪是经济的，表面溢流孔泄流能力大，又具有较大的超泄潜力，宜优先考虑；深水泄水孔虽然泄流能力不及表面溢流孔，但进水口淹没在水面下，放水条件好、给水库的运用带来了很大的灵活性，可提高水库的利用率和安全度。

表面泄水孔具有排沙、放空水库、导流等功能，表面泄水孔泄流能力大、可以选择不同的溢流堰顶高程，故本工程的泄水建筑物选择兼有表面溢流孔和深水泄水孔。

水电站课程设计系院:水利与生态工程学院班级:水利水电工程姓名：学号：指导教师：孙笑老师目录一、................................................................... 厂区布置原贝U ......................................................................................................... 2.一、............................................................... 主厂房 2.二、............................................................ 副厂房3.三、.......................................................... 主变压器4.四、........................................................ 咼压开关站4.五、引水道、尾水道及对外交通线路的布置5二、水电站厂房布置说明书5.一、.................................................... 水电站基本资料6.二、................................................ 水电站厂房主要设备6.三、...................................................... 辅助设备系统9.四、厂区布置1.0五、主厂房场内布置10六、主厂房结构布置1.1七、主厂房轮廓尺寸主要参数表1.2八、............................................................... 副厂房布置.............................................................. 1.3三、................................................................... 设计计算说明书.......................................................... 1.4一、............................................................... 设计水头确定............................................................ 1.4二、............................................................... 压力管道直径及蝶阀的确定................................................ 1.4三、蜗壳尺寸的确定 (15)四、尾水管尺寸计算16五、水电站厂房尺寸设计17四、.............................................................. 参考文献22■、厂区布置原则厂区布置是指水电站的主厂房、副厂房、主变压器场、高压开关站、引水道、尾水道及厂区交通的相互位置的安排。

水电站课程设计HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】目录前言本课程设计主要是水利水电枢纽工程中水电站厂房设计的部分工作。

设计目的在于培养学生正确的设计思想，理论联系实际工作的工作作风，严肃认真、实事求是的科学态度和勇于探索的创新精神。

培养学生综合运用所学水电站知识，分析和解决水电工程技术问题的能力；通过课程设计实践训练并提高学生解决水利水电工程实际问题的能力。

进一步巩固和加深厂房部分的理论知识，培养学生独立思考、分析问题及运用理论知识解决实际问题的能力，提高学生制图、使用现行规范、查阅技术资料、使用技术资料的能力以及编写设计说明书的能力。

根据已有的原始资料和设计要求进行设计，主要内容有：水电站总体布置、水轮机型号的选择以及水轮机特性曲线的绘制、蜗壳尺寸的确定、绘制蜗壳平面和断面单线图、尾水管尺寸的确定及草图、水电站厂房尺寸的确定以及吊车梁内力计算和吊车梁配筋计算等，并根据要求绘制相应的平面布置图和剖面图。

第一部分水电站厂房一、设计资料资料：某水利枢纽工程，具有防洪、灌溉、发电、养殖、旅游等功能。

水电站厂房为坝后式，通过水能计算该水电站装机容量为25Mw，厂房所在处平均地面高程1.水位经多水位方案比较，最终采用正常蓄水位为： m，死水位为： m，距厂房下游100 m处下游水位流量关系见下表：2.机组供水方式：采用单元供水3. 水头该水电站水头范围：H HHH =, H HHH=,加权平均水头H H=二、水轮机选型水轮机型号选择水轮机型号的选择中起主要作用的是水头,本电站工作水头范围为～，根据水头范围从水轮机系列型谱中查得轴流式ZZ440型适应水头20m ～36m,混流式HL240型适应水头25～45m 两种型座位备选方案。

经方案比较后确定水轮机型号。

水轮机参数计算HL240型水轮机方案主要参数选择（两台机组）HL240水轮机水头范围25～45，HL240水轮机模型参数，见下表2-1 1.转轮直径H H 的计算根据水轮机型号HL240查上表得HL240型水轮机在限制工况下的单位流量H 1H ′=s ，效率H H =%，由此可以初步假定原水轮机的单位流量H 1′=H 1H ′=s,效率H H =92%.水轮机额定水头H 1=√H H9.81×H ×H 1′H H32式中：H 1——水轮机标称直径H 1′——水轮机单位流量 查得H 1′=1240L/s=s m /3 H H ——设计水头，对于坝后式水电站H H =（～）H H ，取H H =H H =0.95×H H —水轮机额定出力,由发电机的额定处理求得，对于中小型水电站H H =～，H H =H H /H H =25000/2/=13158kW 代入式中得H 1=√H H9.81×H ×H 1′×H H32=√131589.81×0.92×1.24×31.3532=,根据上式计算出的转轮直径259cm ，查表3—12水轮机转轮标称直径系列，选用相近而偏大的标准直径： H 1=275cm2.转速计算n=H 1′√H H 1=72×√332.75=min式中H 1′——单位转速采用最优单位转速H 1′=72r/minH ——采用设计水头D 1——采用选用的标准直径D 1=由额定转速系列表3-13查的相近而偏大的转速n=150r/min 3.效率及单位参数修正（1）效率修正。

第二篇水电站输水系统第五章水电站布置型式及其组成建筑物学习提示内容：介绍水电站的布置型式，水电站的组成建筑物。

重点：坝后式、河床式、引水式水电站的布置特点及组成建筑物。

要求：掌握水电站的基本布置型式及组成建筑物。

第一节水电站的布置型式如绪论中所述，水电站主要有坝式、引水式和混合式3种不同的开发方式，其建筑物的组成和布置型式也不同。

坝式水电站按厂房是否承受上游水压力又分为坝后式和河床式两大类型。

混合式水电站建筑物的组成和布置型式兼有坝式水电站和引水式水电站的特征。

混合式水电站和引水式水电站之间没有明确的分界线。

在工程界常将具有一定长度引水道的混合式电站统称为引水式电站，无论其是否靠坝集中一部分水头，而较少采用混合式水电站这个名称。

所以这里着重介绍坝后式、河床式和引水式水电站建筑物的组成和布置型式。

一、坝后式水电站布置型式坝后式水电站靠坝来集中水头，形成落差，电站规模大，水头较高，厂房本身不承受上游水压力，所有建筑物均布置在一个枢纽中。

坝后式水电站厂房在枢纽总体布置中的位置大都靠河岸一侧或两侧，以利于布置变电装置和对外交通。

泄水建筑物布置在河床中部。

坝后式水电站优点是利用水库调节流量，水能利用充分，发电有保证；综合利用效益高；建筑物集中布置便于运行管理。

缺点是淹没损失大、移民多；投资大、工期长、单价高；技术复杂。

适用于河道坡降较缓，流量较大，具有修建水库地形地质条件的中、高水头水电站。

坝后式水电站，厂房一般布置在坝后或与坝并排布置在附近河岸的山体中。

按厂房与坝的相对位置，又可分为坝后式厂房、地下式厂房、岸边式厂房、坝内式厂房和溢流式厂房等布置型式。

1.坝后式厂房厂房直接布置在坝址处，通过坝身压力钢管引水。

这是坝后式水电站最常见的布置型式。

如三峡、丹江口、三门峡、龙羊峡、刘家峡、李家峡、安康、宝珠寺、水口、岩滩、五强溪、东江、万家寨等众多大型或巨型水电站均为这种布置型式。

图5-1是丹江口水电站布置型式。

坝后式水电站建设计划方案一、实施背景水电站是一种利用水力发电的设施，其通过水流驱动涡轮，进而驱动发电机发电。

在全球能源需求增长的背景下，水电站作为一种清洁、可再生的能源形式，受到越来越多国家的重视。

然而，传统的水电站建设需要大量的土地、建筑和水资源，造成环境破坏和资源浪费。

为了解决这一问题，坝后式水电站应运而生。

坝后式水电站是一种将水电站建在已有水坝之后的设施，它不需要新建水坝，只需要利用已有的坝体，因此能够有效地节省土地资源，减少环境破坏，提高能源利用效率。

二、工作原理坝后式水电站的工作原理与传统水电站相似，其主要由水管、涡轮、发电机等组成。

不同的是，坝后式水电站的水管是连接已有水坝的，水坝所积累的水资源可直接供给水电站使用。

当水流经过水管时，由于水管的倾斜度和水压，水流速度加快，从而驱动涡轮旋转，涡轮通过轴承将动能转化为机械能，进而驱动发电机发电。

三、实施计划步骤1.确定建设地点：选择已有水坝的地点，考虑水电站建设的可行性和地理位置的优劣。

2.进行环境评估：对建设地点进行环境评估，评估建设对环境的影响。

3.制定设计方案：根据环境评估结果，制定符合环保要求的坝后式水电站设计方案。

4.进行施工：按照设计方案进行施工，包括安装水管、涡轮、发电机等设备。

5.进行测试：进行水电站的试运行和测试，确保水电站的正常运转。

6.投入使用：水电站投入正式使用，供给电力。

四、适用范围坝后式水电站适用于已有水坝的地点，可以利用已有的水坝资源，不需要新建水坝，因此适用范围广泛。

五、创新要点坝后式水电站创新之处在于其利用已有的水坝资源，不需要新建水坝，从而节省了土地资源和建筑成本，减少了环境破坏，提高了能源利用效率。

六、预期效果坝后式水电站的建设可以有效地节省土地资源，减少环境破坏，提高了能源利用效率，同时可以满足当地电力需求，提高能源供给的可靠性。

七、达到收益坝后式水电站建设可以为当地经济带来一定的收益，同时也可以提高城市居民的生活质量，改善当地能源供给的不足。

水电站课程设计-某坝后式电站考核方式：(1)总分100分，其中设计文档30分，图纸30分；平时成绩40分。

(2)设计文档和图纸提交时间为17周周四下午2点，超过1天扣总分5分。

(3)平时成绩包括出席情况和定期答疑（四次，分别为16周周二、周四、周五，17周周一）。

(4)教室安排（仅限上午）：16周周三20317，周四20302，周五30202；17周周一～周三：30302备注：16周周二上午9点30分统一讲解课程设计具体事项，地点30502。

设计内容一、枢纽布置（*）二、水轮发电机组选择(1) 选择机组台数、单机容量及水轮机型号（*）；(2) 确定水轮机的尺寸(包括水轮机标称直径D1、转速n、吸出高度Hs、安装高程Za)；(3) 选择蜗壳型式、包角、进口尺寸（*）；(4) 选择尾水管的型式及尺寸；(5) 选择相应发电机型号、尺寸(6) 选择相应调速器及油压装置（*）。

三、厂区枢纽及电站厂房的布置设计(1) 根据地形、地质条件、水文等资料，进行分析比较确定厂房枢纽布置方案；(2) 根据水轮发电机的资料，选择相应的辅助设备，进行主厂房的各层布置设计；(3) 确定主厂房尺寸；(4) 副厂房的布置设计；(5) 绘制主厂房横剖面图、发电机层平面图、水轮机层和蜗壳层平面图各一张。

四、引水系统设计(1) 进水口设计。

确定进水口高程、型式及轮廓尺寸；(2) 压力管道的布置设计。

确定压力管道的直径；确定压力管道的布置方式和各段尺寸；(3) 进水口横剖面图一张。

备注：标记（*）的本次课程设计可不做设计指南一、枢纽布置（*）首先根据给定的设计资料查相应的规范，确定工程等别及重要建筑物的级别。

再根据地质、地形条件、建筑材料、施工条件、泄洪要求等来确定坝型，可以对土坝、拱坝、混凝土重力坝三种方案进行比较。

枢纽布置应确定各种建筑物的相对位置，进行坝段划分。

本工程为坝后式水电站，主要包括拦河大坝与发电厂房两大部分。

首先要求根据所给出的资料确定总体布置方案。

《水电站》课程设计说明书院系：水电学院专业：水利水电工程姓名：学号：指导：袁吉栋老师目录第一章基本资料 (1)第二章机组台数与单机容量的选择 (2)第三章水轮机型号、装置方式的确定 (2)第四章水轮机特性曲线的绘制 (9)第五章蜗壳的设计 (11)第六章尾水管的设计 (12)第七章发电机的选择 (14)第八章调速设备的选择 (16)第一章基本资料某梯级开发电站，电站的主要任务是发电，并结合水库特性、地区要求可发挥水产养殖等综合效益。

电站建成后投入东北主网，担任系统调峰、调相及少量的事故备用容量，同时兼向周边地区供电。

该电站水库库容小不担任下游防洪任务。

经比较分析，该电站坝型采用混凝土重力坝，厂房型式为引水式。

经水工模型试验，采用消力戽消能型式。

经水能分析，该电站有关动能指标为：水库调节性能年调节保证出力 4万kw装机容量 16万kw多年平均发电量 42000 kwh最大工作水头 38.0 m加权平均水头 36.0 m设计水头 36.0 m最小工作水头 34.0 m平均尾水位 152.0 m设计尾水位 150.0 m发电机效率 96%-98%第二章机组台数与单机容量的选择水电站总装机容量等于机组台数和单机容量的乘积，在总装机容量确定的情况下可以拟订出不同的机组台数方案，当机组台数不同时，则当单机容量不同，水轮机的转轮直径、转速也就不同。

有时甚至水轮机的型号也会改变，从而影响水电站的工程投资、运行效率、运行条件以及产品供应。

在确定水电站机组台数和单机容量时，综合考虑下面的因素： （一） 机组台数与工程建设费用的关系；（二） 机组台数与设备制造、运输、安装及枢纽布置的关系； （三） 机组台数与水电站运行效率的关系； （四） 机组台数与水电站维护的关系； （五） 机组台数与电气主接线的关系；从而初步确定水电站采用4台机组，每台机组装机容量4万千瓦。

4万千瓦×4=16万千瓦满足水电站要求。

第三章 水轮机型号、装置方式的确定由基本资料，根据水电站的工作水头范围，在反击式水轮机系列型号谱表中查得HL240型水轮机和ZZ440型水轮机都可以使用。