水工厂房毕业设计

'毕业设计(论文)题目“调水工程”第二级水电站厂房设计专业水利水电工程班级学生指导教师5 “调水工程”第二级水电站厂房设计摘要二郎坝水电站位于陕西省宁强县境内，是一项中型跨流域调水工程，具有灌溉、发电、工业供水等综合利用效益。是引嘉入汉水梯级水电开发的第二级水电站，由一级天生桥电站尾水穿过5.63km隧洞至二郎坝乡黄家湾，建二郎坝二级电站，设计水头60.90m，设计流量14.5m3/s，装机容量0.75万kW，年发电量2971万kW·h，二级电站尾水穿过分水岭隧洞，经4.77km隧洞引水至卧龙台，建三级卧龙台电站，二郎坝水电工程充分利用了水资源的优越条件。龙头水库调节性能好，库容7760万m3，年调节水量2.14亿m3，水量利用率可达89%；电站利用水头高，梯级电站总水头高达418m，为发电、灌溉、供水提供了可靠的保证。在本次毕业设计中，应完成的主要工作量为完成水轮机及发电机和蜗壳，尾水管的选型，厂房的布置及尺寸确定，设计要合理，布局要紧凑。关键词：引嘉入汉梯级水电调水工程跨流域5 目录第1章绪论···················································1第2章基本资料2.1工程概况及目的·······································42.2工程基本资料·········································5第3章工程任务及工程布置···································203.1工程任务·············································203.2工程规模·············································213.3工程布置·············································21第4章水轮发电机组及辅助设备选择···························264.1水轮机的选择·········································264.25 发电机选择···········································324.3辅助设备选择·········································37第5章主厂房布置设计·······································385.1厂房长度确定········································385.2厂房宽度确定·········································405.3厂房高程确定·········································405.4装配厂布置设计·······································41第6章副厂房布置设计·······································42致谢·························································44参考文献·····················································455 第1章5 第1章绪论水电站厂房是水工建筑物、机械及电气设备的综合体，是水能转化为电能的生产场所，也是运行人员进行生产和活动的场所。其任务是通过一系列工程措施，将水流平顺的引入水轮机，使水能转换成为可供用户使用的电能，并将各种必需的机电设备安置在恰当的位置，创造良好的安装、检修及运行条件，为运行人员提供良好的工作环境。水电站厂房设计的发展随着生产力的发展而不断发展,且随着人们生活水平的提高有新的发展趋向,近年向以人为本的方向发展，厂房设计的方法随着计算机的发展有很大的发展和改善。毕业设计是我们在校期间的最后一门必修课，也是一次全面性总结性的实践环节，对我们走向工作岗位起着承上启下的作用。它是在老师指导下，综合运用四年来所学知识和科学研究的基本内容和基本工作程序，树立较强的工作概念、工程概念、经济概念，培养分析问题和解决问题的能力，完成作为一个工程师的基本训练，是为将来顺利走向工作岗位提供业务知识和能力的保证。水电站厂房设计是水电站主要工程任务之一，水电站是将水能转换为电能的综合工程设施。在厂房中安装的水轮机、发电机和各种辅助设备。通过能量的转换，水轮发电机发出的电能，经变压器、开关站等输入电网送往用户。所以说水电站厂房是水、机、电的综合体，又是运行人员进行生产活动的场所。水电站厂区设计包括：（1）主厂房设计。布置着水电站的主要动力设备（水轮发电机组）和各种辅助设备的主机室（主机间），及组装、检修设备的装配场（安装间），是水电站厂房的主要组成部分。（2）副厂房设计。布置着控制设备、电气设备和辅助设备，是水电站的运行、控制、监视、通讯、试验、管理和运行人员工作的房间。（3）主变压器场设计。装设主变压器的地方。电能经过主变压器升高到规定的电压后引到开关站。1 （4）开关站设计（户外高压配电装置）。装设高压开关、高压母线和保护措施等高压电气设备的场所，高压输电线由此将电能输往用户，要求占地面积较大。但是由于水电站的开发方式、枢纽布置、水头、流量、装机容量、水轮发电机组形式等因素，及水文、地质、地形等条件的不同，加上政治、经济、及生态等因素的影响，厂房的布置方式也各不相同，所以厂房的类型有各种不同的划分，根据厂房在水电站枢纽中的位置及其结构特征，水电站厂房可分为以下三种基本类型：（1）坝后式厂房。厂房位于拦河坝下游坝趾处，厂房与坝直接相连，发电用水直接穿过坝体引人厂房。（2）河床式厂房。厂房位于河床中，本身也起挡水作用，如广西西津水电站厂房。若厂房机组段内还布置有泄水道，则成为泄水式厂房（或称混合式厂房）。（3）引水式厂房。厂房与坝不直接相接，发电用水由引水建筑物引人厂房。当厂房设在河岸处时称为引水式地面厂房。水电站厂房设计是水工任务中的重中之重,它具有一般水工建筑物的共性,故其设计有以下的特点:（1）厂房内安装水轮机发电机组和辅助设备,以及控制操作和进行量测的设备,主要任务是发电,所以厂房设计必须保证机电设备的安全运行和提供良好的维护条件。（2）水电站厂房是水工、机械和电机以及自动控制、电子设备的综合体,在设计、施工和运行中,必须把几个方面配合好,使综合体优化。水电站厂房设计应力求紧凑和简单,使建筑上美观,运行方便,而不求豪华。（3）厂房内运行管理人员应力求精简,应保证他们有良好工作条件和卫生环境。（4）水电站厂房多建在偏僻地区,而机电设备一般既大又重,所以必须有较好的对外交通运输条件。（5）设计水电站厂房时,要根据当地的地形、地质和水文条件,既考虑安排好压力输水管的进水和尾水管的出水条件,又要考虑到厂房与变压器和开关站在布置上的配合要求。43 由上述特点可见,水电站厂房设计是比较复杂的,其中最关键的是要选择好水轮发电机组,即要尽可能选用转速高、尺寸小、重量轻的机组,因为厂房尺寸和起重设备的规模等都是随着机组的尺寸而定的。对于一般的地面式厂房,选择合适的吸出高度也是非常重要的。而且,全厂的机组台数不宜太多。总之,在设计中要做多个比较布置方案,进行技术经济、运行管理综合比较,以选择确定最优设计方案。第2章基本资料2.1工程概况基本情况:二郎坝水电工程位于陕西省宁强县，是一项中型跨流域调水综合开发的水电工程。具有发电、灌溉、工业供水、养殖和旅游等综合效益。宁强县地处陕西省汉中地区西南角与四川、甘肃两省毗邻，是入川的门户，汉江的源头，宝成铁路和阳安铁路穿过县境，川陕公路通过县城。在宁强县东南隅，嘉陵江的二级支流西流河与汉江一级支流玉带河在二郎坝乡附近只有一山之隔，最短直线距离仅5.5km，而两河流水面高差竟达229m。二郎坝水电工程就是利用了这一优越的自然条件，开凿隧洞，跨流域引水，综合开发利用西流河的水资源，因此有人也将二郎坝水电工程称之为二郎坝“引嘉入汉”水电工程。二郎坝水电工程包括三个梯级电站。一级电站是在宁强县水田坪乡西流河上修建天生桥水库枢纽，利用水库形成的落差发电。电站设计水头80m，设计流量17.19m3/s，装机1.2万kw，年发电量4290万kw·h。一级电站尾水穿过5.6km引水隧洞至二郎坝乡黄家湾，建二级电站二郎坝电站。二级电站尾水穿过4.77kw长的分水岭隧洞引至高塞子镇卧龙台，建三级卧龙台电站。设计流量14.22m3/s，装机3.05万kw，年发电量12680万kw·h。43 二郎坝水电工程充分利用了水资源的优越条件。龙头水库调节性能好，库容7760万m3，年调节水量2.14亿m3，水量利用率可达89%；电站利用水头高，梯级电站总水头高达418m，为发电、灌溉、供水提供了可靠的保证。三级电站总装机5万kw，年发电量2亿kw·h。2.2基本资料2.2.1水文资料1.流域的自燃地理状况西流河（下游称毛坝河或盐井河）为嘉陵江上游二级支流，发源于米仑山脉北部之黎坪山区，流经陕西省南郑县和宁强县与四川省旺苍县，至双河场汇入嘉陵江一级支流东河。西流河在陕西省境内流域面积852，河道长98km，流域形状为扇形，支流规模较小，10以上的支流约14条。河流穿行于崇山峻岭之间，主河道呈倒钩形，由南向北流至元坝折向西到二郎坝，再折向南至毛坝河出陕。二郎坝水位站以上流域面积451，主河道长72.4km，距二郎坝以上约8km处即为天生桥水库坝址。控制流域面积397，主河道长64.5m，河谷呈V形，两岸山势陡峻，最高海拔2312m（石马山主峰），流域平均海拔高度约1700m。区域地质为强烈侵蚀剥蚀的中山地貌类型。主要岩性为灰岩和砂岩与页岩。在灰岩地区沿断裂层面形成溶洞和溶槽的岩溶地貌。河道两侧有残缺不全的侵蚀堆积基座阶地，部分岸边陡峭之下有滑坡和崩塌等物理地质现象。流域内植被良好，除河谷地带的二郎坝.水田坪.元坝等地较为开阔且分布有稻田.耕地外，绝大部分为天然林木。属常绿针叶为主的针阔混交林带。流域内人烟稀少，人类活动对环境影响不大。水土流失轻微，流水清澈透底，含沙量甚小，水质清洁。43 西流河地处北亚热带边缘，属山地暖温带湿润季风气候类型。四季分明，夏无酷热，冬无严寒，春季升温慢，秋季降温快，冬春偏旱，秋季多涝，日照偏短，秋封较早。多年平均气温13℃，极端最高气温36.2℃（1974年6月17日），极端最低气温-10.3℃（1977年1月30日）。多年平均降雨量1108mm，多年平均水面蒸发量1098.6mm，多年平均风速1.3m/s，历年最大风速20m/s,盛行西南风。多年平均地面温度14.7℃，最大积雪深度17cm，最大冻土深度11cm，（上述特征值系宁强气象站资料）。1.泥沙西流河无实测泥沙资料，经分析下垫面条件，与漾家河相似。借用元墩站1965-1985年多年平均侵蚀模数632.5t/，乘以天生桥坝址流域面积397，得西流河天生桥多年平均悬移质输沙量25.1万吨。泥沙主要由暴雨洪水冲蚀形成，元墩站汛期7-9月份占年来沙的76.9%，其中7月份占全年的40.8%。推移质估算。参考《水库泥沙》一书，取悬移质的15%，得天生桥坝址多年平均推移质输沙量为3.8万吨。年输沙总量（悬移质和推移质之和）为29万吨。2.2.2工程地质1.区域地质概况（1）.地形地貌：该区处于大巴山脉北山区，区内群山绵恒，最高山峰为宁勉交界的烂泥沟，海拔高程1982.4米，一般地面高程800-1800米，玉带河河床最低海拔高程682米，为强烈侵蚀的中山地貌类型。区内河溪较发育，多呈树枝状，侵蚀下切强烈。玉带河.西流河分别属于汉江和嘉陵江水系。西流河东西横贯本区，河谷狭窄，呈“V”字型峡谷地貌。天生桥水库处于处于本区的西南角，由于河流下切，从天生桥至周家营为一峡谷型库容，沿西流河两岸多处残留有基座阶地，在天生桥处，因岩溶作用河流呈暗河穿山而过，形成“天生桥”及遗弃的古河道。（2）43 地层岩性：本区地层主要由震旦.寒武.奥陶.志留.二迭.三迭及第四系地层组成，依据本次1:10万区测资料，由老至新简述如下：震旦系上统灯影组（zbdn）:由浅灰白色砂质灰岩夹薄层砂岩组成，厚度410米。寒武系由下寒武统：石碑组和石龙洞组地层组成。石碑组岩性为褐灰色石英粉砂岩和灰绿色砂岩页岩组成。石龙洞组由岩性上部为肉红色砂岩夹紫红色页岩；下部为灰色白云岩.砂纸白云岩.白云质砂岩夹紫红色泥页岩组成。底部为深灰色粉砂岩粘土岩。总厚度达330米。中寒武统：岩性由紫色及灰绿色砂岩页岩.灰色砂岩和褐黄色泥沙岩组成。主要分布于元坝附近，厚度60米。志留系分为下志留统龙马溪组和中上志留统组成。下志留统龙马溪组：岩性为灰绿色粉砂岩。深灰色砂岩页岩及泥质页岩组成。区内分布很广，厚度220米。中上志留统：岩性为灰绿色页岩，紫红色页岩夹生物灰岩透镜体，灰绿色砂岩页岩组成。区内分布多而广，厚度158米。二迭系由上统和下统组成，下统岩性为深灰色灰岩夹沥青质灰岩.泥灰岩.灰色燧石灰岩.底部有黑色炭质页岩组成。分布于将军石-天台山.大竹坝-罗家坝之南，厚度120米。上统下部为黑灰色炭质页岩，铝土质页岩；上部为深灰色燧石灰岩。厚度93米。下三迭统：本区分布极少，多构成向斜轴部地层。按岩性分中部和下部。中部为紫色钙质页岩夹泥灰岩，厚100米；下部为褐黄色泥质灰岩夹紫色页岩，厚度20米。第四系：全区均有分布。中下更新统为湖相沉积及洪积层，上更新统为河道两岸二级阶地堆积；全新统为一级阶地和漫滩砂砾石堆积。（3）地质构造褶皱：二郎坝--水田坪背斜，背斜为NEE--SWW向延伸，向SWW倾伏，倾角为8°，在天生桥之西，其轴部在寒武系地层消失，而呈单斜地层，在天生桥以东背斜轴基本沿断层分布，于库尾蒋家咀一带汇入二郎坝--水田坪逆断层中。43 宁强--将军石向斜，向斜轴沿将军石--天台山呈NEE-SWW方向延伸，尖灭在天台山二迭系地层中。西流河--玉带河之间分水岭展布在向斜轴的轴部。断层：罗家坝--水田坪逆断层（即苍耳山--汉中--洋县活动断层的一段）：系二郎坝至水田坪逆断层的分支断层，从天生桥坝址河湾眨和库尾蒋家咀通过（库区编码F1），断层走向NE55°-65°，倾向NW或SE（断层面陡直弯曲），垂直位移100-180米，为压扭性断层。向西与天生桥河湾砭规模变小，破碎带窄，在罗家坝尖灭。二郎坝--水田坪逆断层（即华山--水田坪逆断层的一段）：走向NEE-SWW，倾向NWW。倾角70-87°，模穿全区，切断震旦.寒武.奥陶.志留系地层。破碎带30-35米，由混杂的断层角砾岩.碎屑岩组成。将军石南侧正断层：走向NE60-70°，倾向SE，倾角85°。切割志留.二迭.三迭系地层，长10余公里。将军石正断层：断层走向NE50-70°，倾向NE，倾角约65°。断层破碎带宽达50-80米，由断层角砾岩组成。于卧龙台--二郎坝公路可见，长达18公里。（4）区域稳定性及地震烈度根据区域构造背景分析，该工程处于地壳活动相对稳定的准地台区。距汉中断陷盆地边缘40公里，为基岩山区，本区主要有苍耳山--汉中--洋县活动断裂带通过本区。在汉中盆地中历史地震活动有记载的大于5级地震有3次，其震中烈度未超过7°。从地震迁徙规律分析，地震主要活动于汉中--洋县之间，在1967年8月20日南郑以西发生的五级地震，亦未超出汉中盆地。天生桥坝址距发震点月40公里，强度未超过6°，库坝区附近经访问，在坝址东南方向于1973年11月18日发生过一次1.6级地震，距坝址7公里。本区区域稳定性特征：该工程场地区域构造是稳定性好的山区，从历史地震分析其场地地震基本烈度未超过6°。根据1：100万陕西省地震危险区划图，该水库坝址地震基本烈度为6°。F1断层为压纽性逆断层，规模不大，胶结尚好，远离汉中盆地，该区历史上从未发生过中强地震。因此，库坝区地震活动是微弱的，可以产生诱发地震的可能性不大。43 库坝区岩溶不甚发育，且发育深度有限。因此沿其发生水库诱发地震的可能性小，即使发生，其烈度不会超过3°。综上所述，本区地震基本烈度定为6°是合适的。（5）水文地质本区属温暖代办湿润气候，年平均降雨量1200毫米，地表水系发育，地下水以潜水的形式存在。地下水高出河床，潜水多以泉的形式出露于地表.流量.水位均受降雨的影响。区内的河水.地下水.矿化度均低，水质良好。2.水库工程地质条件（1）地层岩性：寒武系下统石龙洞组：该地层因受罗家坝--水田坪断层（库坝区编号为F1）的切断影响，从天生桥（暗河出口）至河溪砭（F1断层处）分布高程1000米--1260米，河湾砭至谢家河分布于河床，高程1080--1085米，岩性同区域中所述。奥陶系：下奥陶统分上下断层。下断层为石砾岩。砖红色，厚层状。砾石以黑色燧石为主，中等磨圆度。粒径2-20毫米。硅质胶结，坚硬，强度高，抗风化力强，分布于天生桥古河道两岸及谢家河河床地段，厚约40米，与寒武系下统砂岩呈平行不整合接触。上断层为砂岩互层，巨厚层状，灰绿.肉红色；中细粒结构。成分以石英.长石为主，其中夹薄层燧石砾岩，顶部为3米厚紫红色泥岩。岩层走向30-45°（大致平行西流河），倾向120-135°，倾角8-25°（倾向水库左岸）。区内分布很广，从天生桥坝址F1断层的上盘起，经潘家河，李家咀至熊家坝以上500米，水库两岸高程1260--1280米，全为砂岩，页岩互层；从熊家坝以上500米至1100米砂页岩在河床左岸零星出露（高程在1180米以下），该地层是良好的隔水层，厚约93米。43 中上奥陶统的上部为灰绿色页岩夹砂岩。浅灰色瘤状灰岩及薄层泥灰岩，厚度小于10米。中部为紫红色，灰白色龟裂纹灰岩，结晶灰岩，泥灰岩组成，厚层状，岩溶发育。该地层从天生桥坝址F1起至潘家河，分布高程左岸1250米以上，右岸1280米以上；从潘家河之熊家坝分布高程左岸1200米以上，右岸1230米以上；熊家坝至库尾末端，分布高程左岸1180米以上，右岸局部地段低于1180米。志留系分为下志留统龙马溪组和中上志留统。下志留统龙马溪组：为灰绿色砂岩，深灰色页岩及砂质页岩组成，厚度约220米，广泛分布于河流的左岸。中上志留统：岩性为灰绿色，浅红色页岩，灰绿色砂岩及页岩，夹钙质页岩，厚约158米，区内分布面积很广。第四系：主要为阶地和漫滩冲积砂砾石层及崩坡碎石土等组成。（2）地质构造褶皱：水库处于二郎坝--水田坪背斜的南翼，背斜轴向NE50--60°，向西倾伏，岩层倾角8-25°，次一级的小褶皱比较发育，如高领子大沙河向斜，浑塘倾伏背斜。库内河床高程1200米以下的地层为单斜层，走向280--300°，倾向SW，倾角15--20°（倾向左岸）。断层：库区内有大断层两条（F1.F2）F1：从天生桥暗河进口上游200米处横切河谷，经椑子地北侧至库尾，于元坝电站再次横切河谷伸至库外，汇入二郎坝--水田坪逆断层中。断层走向NE50-65°，倾向NW，倾角55--86°，于库尾瓦房子处地层明显逆盖于地层上。断层带宽5--45米，由黄绿色断层泥.棕红色断层角砾岩组成，为一压纽性逆断层，断层带胶结尚好，断面清晰可见。F2：从老房子经潘家河延至七垭子，两次横切河谷。断层走向NE55°，倾向NW，倾角86°43 。在潘家河河床中断层带宽20米，为角砾岩，碎屑岩组成。胶结良好，为一压纽性逆断层，在断层带上有泉水出露，断层长约2公里，两端均尖灭于志留系地层中。（3）水文地质特征水库区年雨量充沛，地表水系发育，沿河流两岸溪沟较多。呈树枝状，各冲沟内，水量丰富，常年有流水汇入河内，地下水位一般高出水库正常蓄水位（1180米），在高程1200米以上多处可见下降泉水及水塘和裂隙出水点，常年不涸。（4）水库渗漏问题据水库区的地形地貌特征。认为水库渗漏有以下三种可能性：水库向翁山沟方向产生临谷渗漏：翁山沟南距西流河库区2.1-2.9公里。翁山沟沟底高程1040--1060米，低于正常库水位（1180米）120-140米。而翁山沟分布的龟裂纹灰岩呈一带状，厚层状，岩溶发育。但该地表层向南被三条东西向区域性逆断层所切割，灰岩向南直接与非可溶性砂岩，砂质页岩接触，即翁山沟--水库间之分水岭为弱透水性，非可溶性地层所组成，水库区亦分布该套地层，因此，不存在邻谷渗漏问题。水库区灰岩地段渗漏问题：水库区龟裂纹灰岩分布的范围为：从天生桥坝址经潘家河至熊家坝以上500米，灰岩呈带状分布于两岸山顶部位，高程在1250--1300米以上，远高出库水位。不存在沿灰岩渗漏的问题；从熊家坝以上500米至库尾，长约0.9公里，灰岩分布于河床及岸坡部位，低于库水位，灰岩中岩溶发育，但该段灰岩在右岸及河床部位，下伏地层为砂页岩，而左岸分布的灰岩，下伏地层，上部被砂页岩所覆盖，故不能产生沿灰岩向库外渗漏。沿F1断层破碎带的渗漏问题：F1断层于天生桥暗河进口上游200米处，横切西流河，向西通向库外，在地貌形成陡峭深沟，沟宽10-20米，断层带为构造碎屑岩和断泥层，宽1--3米，较密实，影响带宽约30米左右，岩石破碎，断层北侧为砂纸白云岩，发育岩溶，地下水位仅高出河水位3-5米，从目前资料判断，不仅存在沿可熔岩（白云岩）的渗漏，还存在沿F1断层破碎带的渗漏，故有必要进行处理，但预计处理工程量不大。43 以上分析说明，水库蓄水条件良好。（5）库岸稳定问题水库区为基岩峡谷地貌，岸坡一般陡峭，大部分地段呈直立峭壁，局部有残余的阶地岸坡和崩坡积岸坡，但松散岩层一般较薄。根据河谷剖面分析，岩层主要倾向左岸倾角一般小于20°，断层裂隙不甚发育，因此当水库蓄水后，发生大型库岸坍塌的可能性很小，经分析，局部的坍塌，滑动式有可能的，如李家庙堂对岸，簸箕湾等处，局部基岩和小体积的坍塌，蓄水后可能发生，但对坝址建筑物影响甚小。（6）水库浸没问题水库区浸没地区较少，也无矿产及经济区，仅在周家营，李家咀，熊家坝有少量农田和村庄被浸没，其他地区均为山区峡谷。2.2.3梯级电站厂房地区的地质状况1.天生桥地形地貌（库区）天生桥水库处于本区的西南角，由于河流下切，从天生桥至周家营为一峡谷型河谷库容，沿西流河两岸多处残留有基座阶地，在天生桥处，因岩溶作用河流呈暗河穿山而过，形成“天生桥”及遗弃的古河道。地层岩性及地质构造（库区）本区地层主要由震旦、寒武、奥陶、志留、二迭、三迭及第四系地层组成。库坝区地震活动是微弱的，可以产生诱发地震的可能性不在。库区（坝区）岩溶不甚发育，且发育深度有限。水库诱发地震的可能性小，即使发生，其烈度也不会超过3°。坝址的工程地质条件天生桥坝址拟封堵暗河以山体当坝，蓄水成库，引水发电，天生桥暗河处于西流河中游峡谷中，由于岩溶的发育，河流在天生桥穿山而过，形成了长235米一段暗河，暗河进口高程1080—1078米，河床宽35~40米，呈“V”字型，两岸山顶高程1300~1350米，相对高差200~270米，两岸山坡陡峻，坡度70~80°，暗河宽30.5~55.5，高25~28.5米，暗河内水流湍急，比降大。43 坝址区分布为下寒武系石龙洞组，下奥陶系和第四系地层。坝址区的主要断层有4条：F1属区域性压扭性逆断层；F2属压扭性正断层；F3属张性正断层；F4为压性扭断层。坝址区岩石一般完整，烈隙不发育，主要发育有三组裂隙：层面裂隙，走向50~70°，走向300~325°。暗河封堵段工程地质条件为：堵头段基岩强风化厚度：左岸1~5米，洞顶无强风化，右岸1~3米，河底基岩1~2米。封堵段的岩体按砼重力坝设计规范中关于基岩石工程分级标准为I至II级，属很好的和好的岩石，作为拱坝、重力坝的基础都是适宜的；坝体封堵后不会因水压力产生山体变形位移，因此封堵段岩体是稳定的。工程布置特点天生桥坝址利用天然有利条件，封堵暗河以山体挡水形成水库，与一常见水库枢纽比较，有其特殊性，主要表现在：砼拱堵头、山体防渗、及泄洪建筑物的布置。现将各单项工程介绍如下：①砼拱堵头：暗河全长约235m，高25~30m，宽30.5~50m，在暗河上游侧修建双曲砼拱堵头挡水。拱堵头为定圆心，定半径等厚度，变中心角型，堵头宽度为64m，高39m，厚18m，堵头顶高程1105m底高程1065.372m，中心高程1089m。②山体防渗帷幕：防渗帷幕轴线全长762m，最大幕深157m，幕坝高程1181.5m，沿帷幕轴线共设三层灌浆平洞，底层洞长65m，设计高程1085m，中层洞长612m，设计高程1129m，顶层洞长326m，设计高程1187m。③副坝：在右岸古河道垭口处，对原河床进行防渗处理，修建砼心墙土石坝。副坝坝顶高程1187m，坝顶宽度15m，底宽147m，副坝全长213m，粘土心墙与砼心墙同厚均为0.8m，心墙深7m与砼防渗心墙相接。砼心墙长214m，最深处达50m，深入基岩，下部与防渗帷幕相接。帷幕最浅处也达到16m深。④左岸溢洪洞：布置在左岩，进口设14×17（宽×43 高）弧形工作闸门，进口高程1160.0m，出口高程1089.938m，全长384.27m，包括进口引渠段、闸室段、洞身段、出口明槽段四部分，洞身断面为城门洞型，在上游校核洪水位1185.2m时，最大泄流能力为2765m3/s，单宽流量198~277m3/s，落差95.2m，最大流速38m/s。⑤发电引水洞：布置在左岸，进口设拉污栅、平板工作闸门、通气孔等主要设备，进口高程1134.5m，支洞与主洞轴线成55°，将水引入机组。在主洞出口处设有放空闸门。⑥厂房、变电站及尾水一级天生桥电站厂房布置在暗河洞处，距洞口130m，总装机1.2万kw，电压等级为35kv送往卧龙台中心变电站，10kv供近区，库区负荷用，尾水管通过长输水洞流入二郎坝电站。二郎坝地区地质地貌（一）二郎坝电站关山梁引水枢纽工程地质条件关山梁引水枢纽坝址工程地质条件分析位置主要地质特征主要工程地质评价左岸为寒武系的泥砂质灰岩，岩层倾向坡外10°左右，中层厚新鲜时坚硬。谷坡近河床部分，坡角70°，其上为高300余米的斜坡。上游150~300米有一滑坡，切层滑动。1.坝基为层状结构的岩体。2.岸坡是稳定的。3.上游的滑塌体在水的作用下，可能失去稳定性。河床上部为2~3米的砂砾石层。下部基岩为砂泥质灰岩，中厚层，河床可见岩石新鲜完整、坚硬。1.河床松散层应当清除。2.基础为层状结构的岩体。右岸为中厚层的砂、泥质灰岩、岩层倾向坡内，在坝顶高程以下斜坡较缓，其上高差达500米。1.坝基为层状结构的岩体。2.岸坡是稳定的。43 结论意见：①两岸在清除强风化后，基岩即为弱~微风化岩体，河闲在清除覆盖层后，基岩即为微~新鲜岩体，按“SDT21-78规范补充分规定”为好至中等的岩石（I~II级）建议指标用II级，可以作为30米高的砼重力坝地基。②左、右岸在坝顶以上有高差300~500m的基岩斜坡，据目测是稳定的，但应清除危石。③上游滑体估计方量24万m3，可能失去稳定性。（二）二郎坝电站引水隧洞工程地质条件隧洞周围围岩分为两类：1．强度较高的坚硬岩，包括白云岩、砂岩、砾岩、灰岩，单位弹性抗力系数500~700kg/cm3，牢固系数为6~8（II类岩石）；2．强度较低的软岩，单位弹性抗力系数50~60kg/cm3，牢固系数为2。二郎坝~水田坪逆断层横切隧洞附近，破碎带宽10余米，倾角70~80°，需加强支护。（三）二郎坝站址工程地质条件站址位于胡家坝附近，已成渠道右岸。岩性较单一，为砂质页岩，站址有出露，覆盖层为坡洪积物含碎块石粘土、壤土。覆盖层和强风化层厚度3~5m。厂房基础坡洪积物较厚，为软塑状或流塑状粘土。卧龙台电站工程地质条件①厂房：位于玉带河一级阶地上，地形平坦，上部为松散层，主要为人工堆积粘土、碎石，厚4~9m，下部为砂卵石、砾石、厚4~4.5m，（即覆盖层厚9.0¬10.0m），基岩面高程746~748.5m，东西向高程相等，南北高差2.6m，页岩强风化厚约2.0m，其下为弱风化，厂房置于弱风化页岩上，因此基础开挖深度应按15m考虑，临时坡比按1:1.5，地下水高程752~756.5m（深3~4m），高于基础需基坑排水。②管坡：位于土梁上，基本呈一直线，总厂611m，厂房后侧坡高110米，为基岩坡，岩坡下部高30m，坡度较陡为50°，上部高40m，坡度较缓为39°43 ，其它地段坡度较缓，土复坡积层厚5~8m，下部为页岩，强风化2~3米，无地下水，平缓段有农田，灌溉季节有水，管基可置于弱风化页岩上，整体坡是稳定的，但页岩易风化而影响其长期稳定性，应设防护层，基础开挖深度约10米，建议基岩开挖坡比为2:1，上部土层坡比为1:1.25。③前池：位于基滑坡体上，滑坡体经初步验算处于极限平衡状态，开挖前池后处于不稳定状态，应设挡土墙支挡，据钻孔揭露，基岩高程为999~1012m，东西高差9m，南高北低相差13m。基础可置于弱风化页岩上，开挖深度约25m左右，以土层为主，建议土层开挖坡比用1:2，基础开挖坡比用2:1。地下水位埋深为4~9m，需基坑排水。2.2.3环境的影响及评价1.水库环境影响评价及对策经调查，天生桥水库无矿藏，无文物古迹，无地方病，水质洁净无污染。水库建成后，将在崇山峻岭中形成一个厂14.9km，面积3630亩的湖泊，碧波荡漾，两岸葱郁，优化了生态环境。在闭塞的山区建设一座水库及梯级电站，对促进当地的交通，经济，文化的发展，将起到巨大作用。水库两岸高山陡坡，地下水位高于正常蓄水位，库盆多为不透水的碎屑岩类，水库建成后，不会在库外出现沼泽，盐碱化现象。水库仅为年调节水库，消落深度大，死库容小，库内不易滋生细菌，水藻，厌氧微生物等，但在库盆清理时，将细致发清林木。水库运用时注意水质监测，可防治水质恶化。两岸山势虽陡，但无大体积的塌岸问题，仍拟在库区设立20余个监测断面，定期观测。43 对坝址上游200米左右有横切河谷的区域断层（F1）通过，水库可能诱发地震问题，认为该区历史上从未发生过中强地震，库坝区地震活动微弱，可能性不大，F1断层与水库相交仅350米，断层带胶结尚好，渗漏是可以采取工程措施预防的。2.跨流域引水环境影响评价及对策在武侯镇以上汉江河源区内，干支流上均无较大调水水库，本工程将西流河水调节后，平均每年将2.14亿立方米水量跨流域调入玉带河，汇流汉江（占汉江武侯镇断面平均年净流量的16%），其社会效益和经济效益是明显的。天生桥水库以下，西流河仍在深山峡谷中穿行，至毛坝河乡陕川省姐处止，河段长33.5km,区间流域面积455.2，区间平均年净流量2.75亿立方米，沿河人口稀少，耕地，住户都分散在缓坡上和支沟中，生产生活用水依靠众多的支流的丰沛的降雨量解决，对干流河水没有使用要求。因此，宁强县在其《水资源与区划》中，只将西流河水量视为过境客水，并未将其计入本县的水资源总量中。本工程跨流域引水后，西流河平均每年仍有近3亿立方米的水量流入四川省旺苍县，旺苍是米仓山的一个山区县，境内相当长的河段情况与宁强县相似，在旺苍县城以北约20km,即有东河的另一分支宽滩河与西流河（旺苍县境内称为盐井河）汇流而成东河，县境内水量充沛，东河旺苍水文站控制流域面积为2701，多年平均流量70.6m³/s，多年平均净流量22.24亿m³，上游天生桥水库流域面积占其流域面积的14.7%，调入汉江的水量仅约占该站水量的9.6%左右。旺苍县郭家坝处，东河上建有容量3000KW的国华电站，为一径流式电站，设计流量37.5m³/s，保证流量（P=90%）8.94m³/s，设计水头10.5m，年发电量1585万千瓦时，天生桥坝址多年平均流量7.62m³/s，90%保证量（未调水前）仅1.3m³/s，调水后对改电站的保证出力和发电量影响甚小。而且，对该电站的影响，实际上主要源于1975年动工兴建的卧龙台（一期）跨流域引水径流电站。卧龙台一期工程，设计引水流量4.4m³/s，（P=39.5%），保证流量（P=90%）1.45m³/s。设计水头240m,装机容量8000KW，平均年发电量5000万千瓦时，年平均引入汉江水量1亿m³（年平均流量3.1m³/s）。天生桥水库只是在此一期工程的基础上，进一步调节利用了坝址以上的洪水流量，并没有扩大对下游已建工程的影响程度。43 总之，从西流河上游跨流域引水，对其下游的用水和生态环境并没有突出的影响。3.综合评价现将环境影响列出清单并用模糊语言评价，以求一目了然，看出他的利弊。环境因子清单及模糊言语评价表环境影响评价因子很有利有利一般有影响不利发展农田灌溉∆水力发电∆汉钢供水∆促进宁强工业发展∆改善人民生活∆水库淹没土地∆迁徙人口，安置移民∆淹没房屋赔偿∆库周人群健康∆对供水地区人群健康∆对水田坪，二郎坝，卧龙台村镇繁荣∆对汉江梯级电站∆对西流河下游用水（陕西）∆对西流河下游用水（四川）∆对下游防洪∆施工期和建成后增加副业∆劳动力就业∆施工临时占地∆建筑物永久占地∆水库调蓄对水质影响∆∆43 水库蓄水对库尾淤积上延库区植物群落∆库区动物∆库区水生生物∆库区微生物∆库区局部气候∆库区土壤基岩对库水水质影响∆水库渗漏∆水库塌岸∆水库诱发地震∆施工期对卧龙台电站运行影响∆施工期噪声对居民及施工人员的影响∆二郎坝引嘉入汉工程的开发，对促进“老，少，边，穷”地区国民经济的发展很有必要，建设这一工程主导方面是很有利的，至于一些不利影响除不可逆转外，均可采取措施加以减小或免除。第3章工程任务及工程布置3.1工程任务二郎坝电站的主要任务是发电，是引嘉入汉跨流域调水工程中的一个重要的水力资源的合理开发，电站站址处于偏远山区，电站建成后对该地区的交通，副业，经济的发展提供了良好的机遇，并且对周边地区输送了电能，为国家的西部建设贡献了自己的力量。二郎坝引嘉（陵江）入汉（江）水电站，位于陕西省宁强县境内，是一项中型跨流域调水工程，具有灌溉、发电、工业供水等综合利用效益，多年平均调水量2.14亿m3。灌溉面积12.2万亩，其中扩灌4万亩，电站分三级开发，总装机容量5万kW，保证出力1.36万kW（P=80%），多年平均发电量2亿kW•h，年利用小时数4000h。43  嘉陵江的二级支流西流河与汉江一级支流玉带河之间，仅一岭相隔，直线距离5.5km，水面高差229m，具有跨流域开发的条件，本工程就是利用这一优越自然条件，开发利用西流河的水力资源。  1984年10月12日曾将西流河水调入玉带河建成了卧龙台一期电站，装机8000kW，年发电量5000万kW•h，保证出力0.35万kW（P=80%），年利用小时3689h。 1988年11月宁强县正式委托本院对二郎坝引嘉（陵江）入汉（江）水电站进行全面勘测设计，1989年10月张定陆、白静清、秦赞平等人完成《陕西省宁强县二郎坝引嘉（陵江）入汉（江）水利工程设计任务书》，经省工程咨询公司，在省、地、县参与下，对《设计任务书》进行审查，会议原则同意总体布置和梯级开发方案。  1990年本院首先以天生桥水库枢纽布置为主导，由张定陆等人开展初步设计。专家对初设审查意见认为：开发方案合理，三级电站开发水量利用率达82%，电站总水头418m，尤其是第三级电站水头253m，并为灌溉、供水发电提供了可靠保证。  该工程包括三个梯级电站。工程实施方案是在宁强县水田坪乡西流河上封堵天然暗河，形成以山体挡水的天生桥水库。坝址以上流域面积401km2，西流河多年平均径流2.5亿m3，水库总库容7800万m3，其中：兴利库容5030万m3，调洪库容1930万m3。水库枢纽由混凝土拱型堵头、副坝及古河道截渗墙、山体防渗帷幕、右岸溢洪洞、左岸泄洪洞、左岸压力输水隧洞和一级天生桥电站等七项工程组成。库区基岩强度高、岩溶渗漏范围小，采取防渗措施是可行的，库区不存在邻谷渗漏和库岸坍塌问题，蓄水条件良好。天生桥电站设计水头80m，设计流量17.19m3/s，装机容量1.2万kW，年发电量4350万kW•h，一级电站尾水穿过5.63km隧洞至二郎坝乡黄家湾，建二郎坝二级电站，设计水头60.9m，设计流量14.5m3/s，装机容量0.75万kW，年发电量2971万kW•h，二级电站尾水穿过分水岭隧洞，经4.77km隧洞引水至卧龙台，建三级卧龙台电站，设计水头240m，设计流量15.5m3/s，装机容量3.05万kW（包括已建的8000kW装机），年发电量12679万kW•h，电站尾水退入玉带河，汇入汉江，沿途除满足灌溉用水外，保证汉江钢铁厂工业用水。43   参加施工图阶段设计的人员主要有白静清、吴翠英、王平等。工程于1999年8月28日主体工程建设完成，卧龙台II期电站首台机组发电。2000年6月15日三级电站10台机组全部投产运行，至2005年12月31日累计发电96825.9万kW•h，实现售电收入19698.63万元。3.2工程规模二郎坝电站装机容量0.6万KW，定为4等工程，其主要建筑物按4级建筑物标准设计，次要建筑物按5级标注设计。永久挡水，泄水建筑物洪水标准：设计洪水：频率P=3.33%,Q=1690m³/s水库调洪后下泄量；校核洪水：频率P=0.5%,Q=2270m³/s水库调洪后下泄量。3.3工程布置3.3.1二郎坝电站引水方案选择二郎坝电站规划了两个引水方案1.长洞方案(方案I)从天生桥电站尾水池直接引水，穿山打洞至二郎坝电站前池。隧洞进口在天生桥电站对岸（西流河右岸），进口高程为1073.25m，洞长5645.6m，比降为1/1000.城门洞型断面，底宽3.2m，直墙高2.5m，半圆拱1.6m，设计流量14.5m³/s，设计水深3米。天生桥电站尾水需跨河进洞，跨河建筑物为表面可溢流的涵洞，涵洞断面尺寸同隧洞，溢流面顶部高程1079m，涵洞全长30m,尾水池出口（涵洞进口）设3.2*2.5m平面闸门控制进洞流量。43 隧洞出口之后有116米明渠段与二郎坝电站前池相连接，前池进口设计水位为1069.92m。2.短洞方案（方案II）关山梁枢纽工程：为了抬高水位，在天生桥坝址的下游2公里处建关山梁引水枢纽工程。主体工程为砌石重力坝，坝高28m，溢流段长100m，两端坝顶高程1081.5m，溢流坝顶高程1074m,死水位1072m，正常蓄水位1074m，校核洪水为1079.6m,总库容万m³，调节库容19万m³，死库容137万m³。校核洪水流量2575m³/s，（P=0.2%），设计洪水流量1810m³/s（P=2%），（天生桥水库调洪下跩流量）。取水口位于右岸，进口设3.2*1.5m的平板闸门控制引用流量。闸后为长16m的消力池及354.3米长的明渠，渠后接3.387Km的隧洞，洞断面尺寸同方案I.3.方案比较两方案的主要工程量和主体工程投资对比表。项目单位长洞方案短洞方案砂卵石开挖万m³0.88明挖土石方万m³0.253.16洞挖石方万m³9.216.12竖井开挖万m³0.33砼万m³0.181.4砌石万m³1.274.7帷幕灌浆万m0.17弯扎钢筋T9.1124钢材T9.510投资万元991992短洞方案（方案II）是设想在不增加投资的情况下，用关山梁枢纽来缩短引水隧洞长度（2.26公里），并获得一个反调节水库。关山梁坝址是天生桥坝址下游唯一的一个比较理想的坝址，地质条件良好，然而其位置偏靠上游，缩短隧洞长度不多，由以上两个方案的经济比较可知，该方案是不经济的，运用维护也不方便，故只能选择长洞方案。43 3.3.2二郎坝电站站址选择对黄家湾-偏坡子地段曾进行了多次踏勘，站址均不够理想，管线或尾水渠过长，且穿过稻田，民房。最后在黄家湾村西南沿卧龙台站的引水渠线选择了两处站址。上站址（站址I）位于卧龙台电站引水渠道桩号3+402处；下站址（站址II）位于桩号3+800处。1.上站址（方案I）压力前池：压力前池布置在黄家湾村南约200多米的山头上，前池上游通过116米的明渠段与引水隧洞相连接，地面高程1066米。前池尺寸为20*20m,容积2800m³，池顶高程1071m,池底高程1058.09m，前池最高水位1070.42米，最低水位1062.920m，正常水位1069.92m,工作水深7m.结构材料为水泥砂浆砌石，为了增加抗渗性，池内衬20厘米厚的钢筋混凝土。压力管道：压力管道由前池朝西南方向顺山坡布置，至厂房约220米。山坡覆盖层厚2-3m,下部为砂质页岩。管线为单线供水，管径是根据三台机组的最大过流量（Q=14.37m³/s）及经济流速V=3-5m/s的条件进行水力计算而定，D=2.2m，主管中最大流速V=3.8m/s。支管中最大流速V=3.9m/s（D支=1.25m）。水管承受的最大净水头为58.7m，最小净水头为47.4m,水锤压力为17m,水头损失2.8m。管壁厚度：是在最大净水头中加入水锤压力之后并考虑水管本身的稳定性，按水压力所产生的环向应力计算的，计算的管壁厚度为22mm，材料为镇静钢。因管径较大，支墩支座的结构形式为滚动式，支墩及镇墩采用砼。压力管道的进口段设3*4m的拦污栅一道，以免柴草及沉木进入管道。其后设2.2*2.2m的平板钢闸门一扇，以控制引用流量及机组管道检修时用。拦污栅采用10T电动葫芦起吊，闸门采用25T油压启闭机。溢水道：溢水道布置在压力管道右侧（北侧）的一冲沟内，表面覆盖较薄，下部为页岩。其进口高程为1069.92m，其进口的下转能力按堰流进行计算。当B=12m,时，H0=0.8m，43 当机组甩负荷时，前池中的来水全部由溢水道拽至渠道。溢水道全场约175m，出口高程1010m，出口宽度15m,断面为梯形，边墙为水泥砂浆砌石。厂房：厂房尺寸在后文的计算中给出。尾水建筑物：尾水管末端通过5.7m的尾水渠与卧龙台电站引水渠道相连接，通过水轮机的尾水直接进入渠道。厂房位于卧龙台电站盘山渠道右侧的山坡处，渠道右侧为一高达10m以上的陡坎，厂房置于弱风化砂质页岩上，基础条件较好。但该站址厂房，变电站等所有建筑物的场地，均需要开挖山坡获得，石方开挖量较大，场地较狭窄，交通也不太方便，并且施工对附近居民稍有影响。故此站址不甚太理想。1.下站址（方案II）压力前池：位置与方案I相距约60m，处于同一山头上，地面高程1075m左右，前池尺寸25*40m³，容积6800m³，池底高程，池顶高程及特征水位等均与方案I相同。压力管道：压力管道由前池向北偏西顺山坡布置，至厂房约130m，地质情况与方案I相同。管道的所有设计数据（管道直径，流速，管壁厚）及进口布置形式同方案I。最大净水头：57.06m，设计水头51.2m,最小净水头：48.66m水锤压力：17m水头损失：2.18m溢水道：位置与方案I同，只是较方案I长约60m，进口宽度B=12m，其余皆与方案I同。厂房：厂房位于黄家湾村的西南角边缘处，卧龙台电站引水渠道的右侧，占用了几户农民的院落，渠道左侧也有几户农民，并有一片水田，故厂房的场地开阔，土石方开挖量小。厂房的北侧为密集的居住区，施工将严重威胁住户的安全，再者搬迁困难。管坡的页岩倾向大致与管坡一致，对压力管道的稳定性不利。厂房基础有软塑状粘土，并且深度较深，厂房不能坐落在岩石基础上，基础需专门处理。通过以上两站址的条件比较，方案I较好一些，尽管厂房部分土石方开挖量大，压力管道长90m，投资比方案II多，但矛盾较少，较易实施。43 第4章水轮发电机组及辅助设备选择4.1水轮机选择4.1.1水轮机型号及主要参数选择水电站最大水头=65.04m，设计水头=60.9m，加权平均水头==60.9m，最小水头=58.84m，装机容量7500kw，初步布置3台机组，则单机容量为2500kw。根据该水电站的水头变化范围58.84m～65.04m，在水轮机系列型谱表3-4，查出合适的机型有HL220（50-85m），与HL230型，现将这两种水轮机作为初选方案，分别求出其有关系数，并进行分析。1、水轮机HL230型水轮机方案的主要参数选择（1）转轮直径计算查表3-6可得HL230型水轮机在限制工况下的单位流量=1110L/S,=1.11/s，效率=85.2%，由此可初步假定原型水轮机在该工况下的单位流量==1.110/s,效率=86.0%。设=95%水轮机的额定出力===2631.6kw将上述的、和=2631.6KW、=60.9m带入===0.74m选用与之接近且偏大的标称直径=0.84m（2）转速n的计算查表3-4可得HL230水轮机在最优工况下单位转速=71.0r/min，初步假定==71.0r/min,将已知的和=60.9m，43 =0.84m代入式n===660r/min,选用与之接近而偏大的同步转速n=750.or/min。（3）.效率及单位参数修正HL230型水轮机在最优工况下的模型最高效率为=90.7%，模型转轮直径为=0.404，根据式3-14可得原型效率：=1-=1-（1-0.907）=92.0%则效率修正值为=92.0%—90.7%=1.3%考虑到模型与原型水轮机在制造工艺质量上的差异，常在已求得的值中再减去一个修正值。先取=1.0%，则可得效率修正值为=1.0%，由此可得原型水轮机在最优工况和限制工况下的效率为ηηmax=ηMmax+Δη=90.7%+0.3%=91.0%η=ηM+Δη=85.5%（与上述假定值相同）单位转速的修正值按下式计算：则=-1=—1=0.16%由于，按规定单位转速可不加修正，同时单位流量也可不加修正。由上可见原假定的=92.0%、=1.110m3/s、是正确的，那么上述计算及选用的结果D1=0.84m，n=750r/min是正确的。（4）.工作范围的检验在选定D1=0.84m，n=750r/min后，水轮机的及各特征水头相对应的即可计算出来。水轮机在下工作时，其即为，故43 ===0.930＜1.11m³/s则水轮机的最大引用流量为=0.930××=5.12m³/s与特征水头和相对应的单位转速为n’1min===78.12r/minn’1max===82.13r/minn’1r===80.73r/min在HL230型水轮机模型综合特性曲线图上分别画出,，的直线，这三根直线所围成的水轮机工作范围（图中阴影部分）基本上包含了该特性曲线的高效率区，所以对于HL100型水轮机方案，所选定的参数D1=0.84m，n=750r/min是合理的。（5）.吸出高度计算由水轮机的设计工况参数n’1r==80.73r/min，==0.930=930L/s，在图上可查得相应的气蚀系数约为0.170由此可得水轮机的吸出高度为Hs=-1.48m>-4.0m.可见HL230型水轮机方案的吸出高度满足电站要求。2.水轮机HL220型水轮机方案的主要参数选择43 （1）转轮直径计算查表3-6可得HL220型水轮机在限制工况下的单位流量=1150L/S,=1.15/s，效率=90.0%，由此可初步假定原型水轮机在该工况下的单位流量==1.110/s,效率=89.0%。设=95%水轮机的额定出力===2631.6kw将上述的、和=2631.6KW、=60.9m带入===0.72m选用与之接近且偏大的标称直径=0.84m（2）转速n的计算查表3-4可得HL230水轮机在最优工况下单位转速=70.0r/min，初步假定==70.0r/min,将已知的和=60.9m，=0.84m代入式n===650r/min,选用与之接近而偏大的同步转速n=750.or/min。（3）.效率及单位参数修正HL230型水轮机在最优工况下的模型最高效率为=91.0%，模型转轮直径为=0.460，根据式3-14可得原型效率：=1-=1-（1-0.910）=92.0%则效率修正值为=92.0%—91.0%=1%考虑到模型与原型水轮机在制造工艺质量上的差异，常在已求得的值中再减去一个修正值。先取=1.0%，则可得效率修正值为43 =1.0%，由此可得原型水轮机在最优工况和限制工况下的效率为ηηmax=ηMmax+Δη=92.0%η=ηM+Δη=85.5%（与上述假定值相同）单位转速的修正值按下式计算：则=-1=90.0%（与上述假设值相同）。由于，按规定单位转速可不加修正，同时单位流量也可不加修正。由上可见原假定的=90.0%、=1.150m3/s、是正确的，那么上述计算及选用的结果D1=0.84m，n=750r/min是正确的。（4）.工作范围的检验在选定D1=0.84m，n=750r/min后，水轮机的及各特征水头相对应的即可计算出来。水轮机在下工作时，其即为，故===0.897＜1.15m³/s则水轮机的最大引用流量为=0.930××=4.84m³/s与特征水头和相对应的单位转速为n’1min===78.12r/minn’1max===82.13r/minn’1r===80.73r/min43 在HL220型水轮机模型综合特性曲线图上分别画出,，的直线，这三根直线所围成的水轮机工作范围（图中阴影部分）基本上包含了该特性曲线的高效率区，所以对于HL100型水轮机方案，所选定的参数D1=0.84m，n=750r/min是合理的。（5）.吸出高度计算由水轮机的设计工况参数n’1r==80.73r/min，==0.879=879L/s，在图上可查得相应的气蚀系数约为0.110由此可得水轮机的吸出高度为Hs=-0.90m>-4.0m.可见HL220型水轮机方案的吸出高度满足电站要求。3.两种方案的比较分析及运行范围检验水轮机方案对照表序号项目HL230HL2201推荐使用水头35-6550-852最优单位转速n10"71703模型机参数9308794最大效率90.7915气蚀系数0.170.116工作水头范围58.84-65.0458.84-65.047转轮直径0.840.848转速n7507509最高效率929210额定出力2631.62631.611最大引用流量5.124.8412吸出高度-1.480.943 由表可见，两种机型转轮直径D相同，转速n相同，但HL220型水轮机运行效率高，气蚀系数小，有利于提高年发电量，故初步选用HL220型水轮机方案，型号为HL220-LJ—84.4.1.2.蜗壳断面形式及尺寸计算因本电站手头超过40m。故采用金属蜗壳，有线变化结构简单，水力损失大：抛物线变化结构复杂，水利损失小。为了改善蜗壳的受力条件使水利损失最大，故采用抛物线变化规律的圆形断面，圆形金属蜗壳断面包角通常采用f=蜗壳进口断面流量：—水轮机最大引用流量蜗壳进口断面平均流速则蜗壳进口断面面积：43 断面半径：由《水力机械》可查得，金属蜗壳做环尺寸，水头在70m以下座环外径R==1.5/2+20.417表5-1蜗壳断面半径随角度的变化蜗壳包角f断面半径（m）R(m)3450.4171.5843000.3891.5282550.3581.4672100.3251.4001650.2881.3271200.2461.242750.1941.139300.1230.9964.1.3尾水管形式及其尺寸确定根据本电站的总装机容量为中小型水电站，为了减少尾水管的开挖深度，采用标准弯肘型尾水管。弯肘型尾水管。是由进口直锥段，肘管和出口扩散段三部分组成，其大致形状如图所示，使用推荐的尾水管尺寸43 表5-2本电站尾水管尺寸参数肘管形式适用范围h/L/标准混凝土肘管混流式2.64.52.721.350.6751.821.22本电站尾水管尺寸参数参数hL标准0.842.1843.782.2851.1340.5671.5291.025尾水管肘管是一90度变断面，起出口为矩形，断面水流由于在肘管中转弯受到离心力的作用，由于曲率越小，半径越小，产生的离心力越大。一般推荐使用合理半径R=（0.6~1.0），外壁用上限，内壁用下限，为了减少水流在转弯处的脱流及涡流损失，因此将肘管出口做成收缩断面，并使断面的高度缩小，宽度增大，高宽比约为0.25，肘管进出口面积比约为1.3左右。所以，外壁半径=1.01.134=1.134m,内壁半径=0.61.134=0.68m图3-1混流式水轮机尾水管43 4.2水轮发电机的型式选择因本电站为小型，故查得发电机参数如下表4-2发电机的主要参数单机容量(KW)功率因数（）额定容量（KVA）25000.8031254.2.1发电机主要尺寸估算1.极距：式中：—发电机额定容量（3125KVA）P—磁极对数（4）—系数，一般取（8-10）在这里取=102.定子内径3.定子铁芯长度===式中;_额定转速（r/min）_定子内径C-系数（4*）此处取5*43 <0.035所以采用悬式水轮发电机4.定子铁芯外径（机座号）=则取=158cm.4.2.2外形尺寸估算1、平面尺寸估算（1）定子机座外径ne=750r/min＞500（2）风罩内径（3）转子外径单边空气间隙，初步估算时可忽略不计（4）下机座最大跨度式中为水轮机基坑直径=1.88m=1.88+0.6=2.48m（5）推力轴承外径和励磁机外径查《水利机械》可得：=150cm，=100cm2.轴向尺寸计算1．定子机座高度43 ,hl=lt+2τ=64.92+244.46=153.84cm2．上机架高度对于悬式承载机架=3．推力轴承高度，励磁机高度和永磁机高度=1000mm,=1500~1800,取1500mm，其中机架高500~700，在这里取600mm,=600mm,=500mm4．下机架高度悬式非承载机架=0.12D=0.125．定子支座支承面至下机架支承面或下挡风板之间的距离悬式非承载机架=0.156．下机架支承面至主轴法兰底面之间的距离按已生产的发电机统计资料，一般为700~1500mm,取=700mm7．转子磁轨轴向高度有风扇时，8．发电机主轴高度，H—发电机总高度，即由主轴法兰盘底面至发电机顶部的高度H=++++++可得：H=629.17cm,9．定子铁芯水平中心线至主轴法兰盘底面距离=0.46=0.46153.84+134.92=205.69cm4.2.3水轮发电机重量43 1.发电机总重量（t）==25.95t=8（一般取8-10）2.发电机转子重量发电机重量一般按发电机的1/2估算。故G=/2=12.95t3.发电机飞轮力矩CD4.3辅助设备的选择调速器，油压装置，启闭设备、阀门等辅助设备在图上均以有表示，均按有关规定选取，这里就不在做说明。第5章主厂房布置设计主厂房主要尺寸的确定即主厂房总长，总高和总宽的确定。主厂房的总长度包括机组段的长度（机组中心间距）机组段和安装场的长度，并考虑必要的水工结构分缝要求的尺寸。5.1主厂房长度确定主厂房尺寸图：43 5.1.1机组段长度确定装有立轴反击式机组的厂房机组段长度，主要由蜗壳，尾水管，发电机等设备在X轴方向的尺寸确定，同时还考虑机组附属设备即主要通道，吊物孔的布置及其所需尺寸。1.机组段长度可按下式计算式中机组段+X方向的最大长度机组段-X方向的最大长度和可按《水力机械》中的公式按尾水管，蜗壳层和发电机层分别计算，取其中的最大值。（1）蜗壳层：=1.584+1.2=2.784m=1.327+1.2=2.527m—蜗壳外部混凝土厚度，一般为1.2~1.5，这里取1.2（2）尾水管层：==—尾水管边墩混凝土厚度，一般为1.2~1.5，这里取1.2—尾水管宽度蜗壳+X方向最大平面尺寸蜗壳-X方向最大平面尺寸43 （1）发电机层：==式中发电机风罩内径b—两台机组间风罩外壁的净距，一般为1.5~2.0m，这里取1.8m—发电机风罩壁厚一般为0.3~0.4m，这里取0.3m所以发电机机组段长度取7m.2.边机组段的附加长度因本水电站设计为中小型，故=05.1.2安装间长度=（1.0~2.0）L1=1.5×7=10.5m，本电站取1.5.5.1.3主厂房长度L:L=nL1+L2+=.式中：n-为机组台数5.2厂房宽度的确定机组中心线为界，厂房宽度B可分为上游侧宽度Bs和下游侧宽度Bx两部分43 式中：B—主厂房净宽Bx—下游侧宽度Bs—上游侧宽度下游侧厂房宽度，Bx=(3.5～5)D=5×0.84=4.2m上游侧厂房宽度Bs=аD=5×0.84=4.2mа取值范围为1.8～6.0.所以厂房的宽度B=Bx+Bs=4.2+4.2=8.4m5.3．厂房各高层的确定1.水轮机安装高程：对于立轴混流式水轮机=m2尾水管底板高程：m3.水轮机地面高程：=+m4.发电机层地面高程=+=1007.07+2.0+1.040=1011.11m5.吊车轨道顶的高程=+=1015.11+0.8+0.5+4.5+0.8+1.2=1018.91m6.厂房顶梁底高程=1018.91+3.8+0.3=1023.01m7.主厂房高度：=11.9m=6.46m。43 5.3．装配厂布置设计装配厂在图中已画出，详见图纸。厂区布置图第6章副厂房布置设计水电站副厂房室设置机电设备运行、控制、试验、管理和运行人员工作和生活的空间.副厂房的组成按性质可分为三类:直接身长副厂房、直接辅助生产副厂房和间接辅助生产副厂房.二郎坝水电站副厂房不只在主厂房上游侧,其优点是布置紧凑、电缆段、监视机组方便,主厂房下游侧采光通风好,给工作人员创造了良好的工作条件,能适应电站分期建设、初期发电等特点,运行与机电设备安装干扰较小,能减轻记住振动与噪声对中控室的影响.43 致谢为期一个多月的毕业设计紧张有序的做完了。这次设计是对我们几年来所学知识的综合运用与总结，涉及内容及问题较多，时间不长，工作量大。根据实际，本设计对太平哨引水式水电站进行设计。通过大量的设计工作，大大加深了对理论知识的理解，延伸了思维，培养了我们从大处着手，统筹考虑问题的设计思想，初步有了运用理论知识解决设计中实际问题的能力。设计期间，我们遇到很多的问题，在我们同组成员的共同讨论和老师的细心指导下，我们都一一的解决了，在此一并感谢共同奋战一个多月的同组成员们。通过本次设计发现自己的知识还不够丰富和能力还不够高，在以后的学习工作中，还需要继续努力，掌握更多的知识，从而为祖国的工程建设事业贡献自己的力量。追求真理、注重实践，用知识武装自己，为中国的水利工程建设而奋斗！43 参考文献：[1]林继镛编著.《水工建筑物》第五版.中国水利水电出版社，2011年8月第19次印刷[2]崔冠英，朱济祥等编著.《水利工程地质》.中国水利水电出版社,2012年1月第20次印刷[3]李建中编著.《水力学》.陕西：陕西科学技术出版社.2002.9[4]周之豪，沈曾源等编著《水利水能规划》.北京：中国水利水电出版社.2004.02[5]潘家铮编著.《重力坝设计》.水利电力出版社，1987[6]潘家铮编著.《重力坝的设计与计算》.水利电力出版社，1987[7]吴持恭主编.《水力学》上册.高等教育出版社，2005[8]吴持恭主编.《水力学》下册.高等教育出版社，2005[9]华东水利学院主编.《水工设计手册》第一卷[M].北京：水利电力出版社.1984.12[10]华东水利学院主编.《水工设计手册》第二卷[M].北京：水利电力出版社.1984.12[11]詹道江，徐向阳，陈元芳主编.《工程水文学》第4版.中国水利水电出版社[12]畅建霞，王丽学主编.《水资源规划及利用》.郑州：黄河水利出版社[13]中华人民共和国水利部.SL319-2005混凝土重力坝设计规范.北京：中国水利水电出版社，2005[14]中华人民共和国国家经济贸易委员会.DL5108-1999混凝土重力坝设计规范，北京：中国电力出版社，2000[15]中华人民共和国水利部.SL20-92水工建筑物测流规范，北京：中国水利水电出版社，1992[16]中华人民共和国水利部.SL203-97水工建筑物抗震设计规范.北京：中国水利水电出版社，199743 [17]中华人民共和国国家标准.水利水电工程结构可靠度设计统一标准GB50199-94，1994[18]中华人民共和国电力工业部.DL5077-1997水工建筑物荷载设计规范.北京：中国电力出版社，1998[19]田嘉宁，吴文平等主编.泄水建筑物体型设计[M].西安：陕西科学技术出版社.2005[20]袁光裕，胡志根主编.《水利工程施工》[M].北京：中国水利水电出版社，2005[21]祁庆和主编.《水工建筑物》[M].北京：中国水利水电出版社.2004.06[22]水利科学研究院王涌泉.坝上堰流系数.JournalofHydraulicEngineeringSocietyofChina.1958年第3期[23]李炜主编.水力计算手册.2版.中国水利水电出版社，2006年2月第2次印刷[24]韩玙，叶林主编.《水利水电工程学习指导》下册[M].陕西：陕西人民出版社[25]刘启钊.水电站.北京：中国水利水电出版社，1998年5月[26]水电站机电设计手册编写组.水电站机电设计手册（水力机械）.北京：水利电力出版社，1983年11月[27]于英乐，申建红，牛腾飞.工程结构.北京：化学工业出版社，2006年6月[28]马善定，汪如泽.水电站建筑物.北京：中国水利水电出版社，1996年10月[29]西北勘查设计研究院.水工混凝土结构设计规范（SL∕T191-96）.北京：中国水利水电出版社，1997年3月43'