引水式水电站设计计算书.doc

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2．2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×（1.5×16）5/4×61/3=1.6m2Ll=10.4×1.60.8=15.15m校核状况2hl=0.0166×165/4×61/3=0.9653m2Ll=10.4×0.96530.8=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=(0.08~0.1)×127.56=10.2～12.756m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=1.0×24×[0.5×9×60+12×127.56+0.5×103×77.7]=.48kN力臂L=36.58m弯矩M=.48×(49.35-36.58)=.71kN.m水压力pxu=×9.81×1×1252=76640.625kN力臂L=41.67m弯矩M=76640.625×41.67=.84kN.mpyu=9.81×1×(9×125-0.5×9×60)=8387.55kNL=4.97mM=83857.55×(49.35-4.97)=.47kN.mPxd=pgH2=×9.81×1×19.12=2163.105kNL=7mM=2163.105×7=15141.735kN.mPyd=9.81×1×21×15.75×0.5=1622.33kNL=93.45mM=1622.33×(93.45-49.35)=71544.753kN.m扬压力 u1=98.7×24.525=2420.6kNu2=360.52×16=5768.32kNu3=0.5×15×360.52=2703.9kNu4=0.5×16×(1226.25-24.525-360.52)=6729.64knu5=0.5×15×(206.01-24.525)=1361.14kNU=u1+u2+u3+u4+u5=18983.6kNL=20.3mM=18983.6×(49.35-20.3)=.58kN.m浪压力L=123.186mM=94.968×123.186=11698.73kN.m稳定 满足要求。应力===1319.97(-1024.05)=2.344Mpaor0.295Mpa满足要求。校核状况G=1.0×24×[0.5×9×60+12×127.56+0.5×103×77.7]=.48kN力臂L=36.58m弯矩M=.48×(49.35-36.58)=.71kN.m水压力pxu=×9.81×1×1272=79112.745kN力臂L=42.33m弯矩M=79112.745×42.33=.496kN.mpyu=9.81×1×(9×67+0.5×9×60)=8564.13kNL=4.96mM=8564.13×(49.35-4.96)=.73kN.mPxd=pgH2=×9.81×1×23.32=2662.88kNL=7.77mM=2662.88×7.77=20690.5776kN.mPyd=0.5×9.81×23.3×17.475=1997.16kNL=92.875mM=1997.16×(92.875-49.35)=71544.753kN.m扬压力 u1=98.7×24.525=2420.6kNu2=366.4×16=5862.4kNu3=0.5×15×366.4=2748kNu4=0.5×16×(1245.87-24.525-366.4)=6839.56knu5=0.5×15×(228.573-24.525)=1530.34kNU=u1+u2+u3+u4+u5=19400.9kNL=20.79mM=19400.9×(49.35-20.79)=.7kN.m浪压力L=129.12mM=37.35×129.12=4822.632kN.m稳定满足要求。应力===1321.33(-1118.21)=2.439Mpaor0.203Mpa满足要求。 2.2.2.4折坡截面稳定及应力计算设计状况G=1.0×24×(12×67.56+0.5×32.47×43)=36211.8kN力臂L=13.78m弯矩M=36211.8×(22.235-13.78)=.769kN.m水压力pxu=×9.81×1×652=20723.625kN力臂L=21.67m弯矩M=20723.625×21.67=.95kN.m扬压力u1=4×127.53=510.12kNu2=(637.65-127.53)×4/2=1020.24kNu3=0.5×40.47×127.53=2580.57kNU=u1+u2+u3=4933.116kNL=11.56mM=4933.116×(22.235-11.56)=52661.0133kN.m浪压力PL=94.968kNL=63.186mM=94.968×63.186=6000.648kN.m稳定 满足要求。应力==1.314Mpaor0.091Mpa满足要求校核状况G=1.0×24×(12×67.56+0.5×32.47×43)=36211.8kN力臂L=13.78m弯矩M=36211.8×(22.235-13.78)=.769kN.m水压力pxu=×9.81×1×672=22018.545kN力臂L=22.3m弯矩M=22018.5455×22.3=.55kN.m扬压力u1=4×131.454=525.816kNu2=(657.65-131.45)×4/2=1052.392kNu3=0.5×40.47×131.454=2659.97kNU=u1+u2+u3=5085.81kNL=10.61mM=5085.81×(22.235-10.61)=54291.06kN.m浪压力PL=37.35kNL=69.12mM=37.35×69.12=2581.632kN.m稳定 满足要求。应力==1.431Mpaor0.013Mpa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=0.50Ho=()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=103.97mhc=2.792mT0=104.33mhc=2.796mT0=104.19mhc=2.798mT0=104.04m试算得hc=2.798m，R=(6~10)hc=16.788~27.98m，取R=20m2.2.3.3稳定计算坝基截面设计情况自重G=6128.7851×24=.8424kN上游水压力Pxu=0.5×9.81×140×112=75811.68kN上游水重Pyu=9.81×0.5×(65+125)×9=8387.55kN下游水压力Pxd=0.5×9.81×19.72=1903.58145kN动水压力Px=1.05×86.64×40.65×(cos250-cos53.130)=1132.7245kNPy=1.05×86.64×40.65×(sin250+sin53.130)=4521.253kN扬压力u1=100.62×24.525=2467.7kNu2=360.52×16=5768.32kNu3=0.5×15×360.52=2703.9kNu4=0.5×16×(1226.25-24.525-360.52)=6729.64knu5=0.5×16.92×(193.257-24.525)=1427.47kNU=u1+u2+u3+u4+u5=19097.03kN 满足要求。坝基截面校核情况自重G=6128.7851×24=.8424kN上游水压力Pxu=0.5×9.81×（15+127）×112=78009.12kN上游水重Pyu=9.81×0.5×(67+127)×9=8564.13kN下游水压力Pxd=0.5×9.81×23.12=2617.357kN动水压力Px=1.05×118.83×40.65×(cos250-cos53.130)=1553.574kNPy=1.05×1183.83×40.65×(sin250+sin53.130)=6201.067kN扬压力u1=100.62×24.525=2467.7kNu2=366.4×16=5862.4kNu3=0.5×15×366.4=2748kNu4=0.5×16×(1245.87-24.525-366.4)=6839.56kNu5=0.5×16.92×(226.611-24.525)=1709.65kNU=u1+u2+u3+u4+u5=19627.31kN 满足要求。折坡截面设计情况自重G=24×1515.866=36380.784kN上游水压力Pxu=0.5×9.81×(15+65)=24868.35kN扬压力U=1.2×[0.5×4×(191.295+637.65)+0.5×191.295×41.075]=6703.93kN满足要求。折坡截面校核情况自重G=24×1515.866=36380.784kN上游水压力Pxu=0.5×9.81×(15+67)=26948.07kN扬压力U=1.2×[0.5×4×(197.181+657.27)+0.5×197.181×41.075]=6910.21kN满足要求。 2.4溢流坝消能抗冲刷v1=1.1v1=1.1×40.65=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=8.3×200×109.7535=182.19Mw假定Q=195m3/sH=0.95×(232-116.45)=109.7725mN=8.3×195×109.7725=177.67Mw177.08Mw故H1=109.7725mHmax的确定正常蓄水位1台机组发电假定Q=60m3/sN=8.3×60×0.95×(232-115.57)=55.08Mw假定Q=50m3/sN=8.3×50×0.95×(232-115.48)=45.94Mw假定Q=48m3/sN=8.3×48×0.95×(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/sN=8.3×190×0.95×(238-116.42)=182.14Mw假定Q=185m3/sN=8.3×185×0.95×(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/sN=8.3×180×0.95×(240-116.37)=175.468Mw假定Q=182m3/sN=8.3×182×0.95×(240-116.38)=117.40Mw117.08Mw故H=0.95×(240-116.38)=117.44m综上得Hmax=117.44mHmin的确定死水位4台机组发电假定Q=300m3/sN=8.3×300×0.95×(192-116.65)=178.24Mw假定Q=298m3/sN=8.3×298×0.95×(192-116.64)=177.07117.08Mw 故Hmin=0.95×(192-116.64)71.59m加权平均Hav=H1×50%+Hmax×30%+Hmin×20%=109.77×0.5+110.76×0.3+71.59×0.2=102.431m引水式电站Hr=Hav=102.431m3.2水轮机选型比较3.2.1HL200型水轮机方案主要参数选择1.转轮直径==2.245m2.转速nr/m3.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==2.361m2．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3.2.3HL160型水轮机方案的主要参数选择1．转轮直径D1计算==2.676m2．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3.2.4HL220型水轮机方案的主要参数选择1．转轮直径D1计算==2.05m2．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=1038.5mm/s钢管L=213.5mm/ss>2~4s4.3.3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=7.5mR=30mθ=320一、二水平段平面转弯处的水头损失D=7.5mR=30mθ=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=7.86mR=78.6mθ=320隧洞圆弧弯二处的水头损失D=7.86mR=78.6mθ=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=7.86mR=78.6mθ=320隧洞圆弧弯二处的水头损失D=7.86mR=78.6mθ=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21.5mZmin= 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/π×τ=2×10/3.14×63=400cm3、定子铁芯长度 4、定子铁芯外径Dane>166.7r/minDa=Di+τ=400+63=463cm平面尺寸1、定子机座外径D1300≤ne≤500r/minD1=1.25Da=1.25×463=580cm2、风罩内径D2Sf>20000KVAD2=D1+2.4m=5.8+2.4=8.2m=820cm3、转子外径D3D3=Di=400cm4、下机架最大跨度10000214r/min2、上机架高度判别型式采用悬式发电机上机架高度h2=0.25Di=0.25×400=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=2000mmh4=2000mmh5=1000mmh6=800mm4、下机架高度h7=0.12Di=0.12×400=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=0.15×400=60cm6、转子磁轭轴向高度h10，无风扇时h10=lt+(500~600)mm=260cm7、下机架支承面主主轴法兰底面距离h9=700~1500mm 这里取h9=1000mm8、H=h1+h2+…+h9-h7=329+100+180+200+100+80+60+100=11.49mh11=（0.7~0.9）H=(0.7~0.9×)11.49=804.58~1034.46cm取h11=9m9、定子铁芯水平中心线至法兰盘底面距h12H12=0.46h1+h10=0.46×329+260=411.34cm5.1.2发电机重量估算发电机转子重G’=(0.45~0.55)G=122.4~149.6t取135t发电机飞轴力矩GD2==850~1275t.m2取1000t.m25.1.4调速系统，调速设备选择1、调速功计算A=（200~250）Q==（1.34~1.67）×105N.m>3000N.m2、a接力器选择bo/D1=0.2bo=0.45m直径ds=λD1b最大行程a0max=a0MmaxSmax=1.8a0max=1.8×128=0.23m c、接力器容积计算3、调速器的选择4、油压装置VK=（18~20）VS=(18~20)×0.039=0.702~0.78m3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=(0.45~0.55)G=122.4~149.6t取135t上支架及其零件重G3=(0.12~0.15)G=32.64~40.8t取35t下支架及其零件重G4=(0.07~0.09)G=19.04~24.48t取20t 正常扭矩tm短路扭矩tm转动惯量取1000t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=0.4×4.3××(4.1＋0.2)×2×24.5=1138.53kNG2=1.4×0.4××(3.1＋0.7)×2×24.5=327.58kNG3=0.5×0.6×1.4××(3.1＋1.4÷3)×2×24.5=230.6kNG4=0.9×0.6××(2.2＋0.45)×2×24.5=220.29kN机墩进人孔高1.8米，宽1.2米，则：G5=1.5×2.4××(1.6＋0.75)×2×24.5－1.2×1.8×1.5×24.5=1222.94kN(3)发电机定子基础上的荷载：动荷载：P3=1324.35+79.85+115=1519.2kN静荷载：P2=2615.97-1519.2=1096.77kN(4)发电机层楼板传给机墩的荷载P1=1365.31kN(5)下机架基础上的荷载P4=196.2kN所以G0=Gi=3139.94kNGiei=2968.75kNGiri2=37021.32kN.m2Pi=4177.48kNPiri2=42855.79kN.m2Pi动ei=303.84kN.mPi静ei=2763.99kN.m 6.3.2机墩动力计算（1）强迫振动频率计算：①水平强迫振动频率：正常运转时n1=n=300r/min飞逸时n2=np=570r/min②垂直强迫振动频率：=50400r/min自振频率计算：①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。=539.41kN=8.87×108m/kNP=+1.2×2.6×24.5=615.85kN =0.304kN.mkN所以n01=3319r/min②水平自振频率n02。kNm/kN所以=4256r/min③扭转自振频率n03。m4rad所以==2634r/min(3)共振校核：=3319r/min=4256r/min=2634r/minn1=300r/minn2=570r/min=50400r/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①垂直振幅A1。kN且=1.5=8.87×10-8m/kN=5.494×10-8m/kN=1.5×112×(8.87×10-8+5.494×10-8)=2.41×10-5m=0.0241mm②水平振幅A2，A2p。=0.104n=0.104×300=31.2rad/s=0.104np=0.104×570=59.28rad/s=0.0004×135×31.22=52.566kN=0.0004×135×59.282=189.762kN且=1.5=9.399×10-9m/kN所以mmmm③扭转振幅，。，取=2.0 且Mn=1151.694kN.mMk=5420.025kN.m所以mmmm④振幅验算：垂直振幅：=0.0241mm<0.1~0.15mm水平振幅：正常运行时：A2+A3=0.00074+0.01245=0.01319mm<0.15~0.20mm飞逸时：A2p=0.00268mm<0.15~0.20mm短路时：A2+A3=0.00074+0.05857=0.05931mm<0.15~0.20mm所以振幅满足要求。