西华大学水电站厂房毕业设计说明书(厂房+引水系统).doc

'目录摘要....................................................................................................................1前言....................................................................................................................31基本资料..........................................................................................................41.1工程概况......................................................................................................41.2工程地质......................................................................................................41.3工程水文、气象............................................................................................51.4工程特性值..................................................................................................51.5工程主要建筑物..........................................................................................6... 1.6工程主要机电设备......................................................................................71.7起重设备的选择..........................................................................................82枢纽布置..........................................................................................................92.1厂房类型确定..............................................................................................92.2厂房各部分尺寸计算................................................................................102.2.1蜗壳单线图的绘制..........................................................................102.2.2尾水管单线图的绘制......................................................................122.2.3主厂房尺寸计算..............................................................................142.3... 厂区枢纽布置............................................................................................222.3.1主厂房位置的选择.........................................................................222.3.2变压器场及开关站位置的选择.....................................................242.3.3尾水平台及尾水闸室的布置........................................................242.3.4安装间的布置................................................................................242.3.5副厂房的布置................................................................................242.3.6厂区交通........................................................................................253引水系统的设计............................................................................................253.1进水口的类型............................................................................................253.2... 供水方式的选择........................................................................................253.3引水道直径................................................................................................253.4进水口尺寸................................................................................................263.4.1进口段尺寸....................................................................................263.4.2渐变段尺寸....................................................................................263.4.3闸门段尺寸....................................................................................273.4.4通气孔和进人孔............................................................................273.5进水口高程................................................................................................283.6压力管道径计算... ....................................................................................273.7引水道线路................................................................................................283.8调压室设计................................................................................................293.9调节保证计算............................................................................................303.9.1计算标准和计算条件....................................................................303.9.2调节保证计算过程........................................................................313.9.3水头损失计算................................................................................364结构设计........................................................................................................384.1工作闸门结构设计....................................................................................38... 4.1.1闸门基本资料..................................................................................384.1.2闸门的结构形式及布置..................................................................384.1.3面板设计..........................................................................................394.1.4水平次梁、顶梁和底梁设计............................................................404.1.5主梁设计..........................................................................................454.1.6横隔板设计......................................................................................514.1.7纵向连接系设计..............................................................................534.1.8边梁设计..........................................................................................544.2... 闸门附属结构设计....................................................................................584.2.1行走支承设计..................................................................................584.2.2轨道设计..........................................................................................594.2.3闸门启闭力及吊座计算..................................................................594.2.4拦污栅设计......................................................................................615结论................................................................................................................64总结与体会..........................................................................................................65谢辞..................................................................................................................66参考文献... ........................................................................................................67... 摘要本次毕业设计主要完成了以电站厂房为主的水电站发电枢纽工程设计，设计容主要包括了河水电站的厂房设计、枢纽布置、引水系统设计和相应的结构设计。设计中根据实际情况采用了引水式厂房，厂址设在坝址左岸下游800m处，引水设计采用了岸边式进水口，并通过有压隧洞引水，隧洞长约300m。将副厂房布置在主厂房下游侧，主变场及其他设施均布置在厂房靠进场公路一侧。本工程为大（二）型，采用起重机型号为100T/20T单小车桥式起重机。厂房长度为71m，宽度为19.8m，进水口尺寸为7.5×8.8m。闸门尺寸为7.8×9.0m，采用潜孔式平面钢闸门，5根主梁均匀布置，并通过计算验证了其稳定性。关键词：厂房设计；枢纽布置；引水系统；结构设计... AbstractThisgraduationdesignismainlycompletedbypowerplantpowerhubofyuxihydropowerstationengineeringdesign,designcontentmainlyincludestheyuxiriverpowerstationfactorybuildingdesign,generallayout,waterdiversionsystemdesignandthecorrespondingstructuredesign。Accordingtotheactualsituationadoptedinthedesignofwaterdiversiontypeworkshop,800mdownstreamofthesiteislocatedintheleftbankofdamsite,thedesignadoptedtheshoretypeinlet,waterdiversionfree-flowtunneldiversion,andthroughthetunnelisabout300mlong.Willviceworkshoplayoutinthedownstreamsideofmainbuilding,maintransformerandotherfacilitiesarearrangedatthesideoftheworkshoponapproachroads。ThisengineeringisofⅡmodel,adoptsthesinglehoistcranemodelfor100t/20tgantrycrane.Plantlengthof71m,width19.8m,inletsizeis7.5×8.8m.Gatesizeis7.8×9.0m,useofplanesteelgateofDTH,fivemaingirderuniformarrangement,anditsstabilityisverifiedbycalculation。Keywords:plantdesign,layoutdesign,waterdiversionsystem,structuraldesign... 前言本次毕业设计是对我们四年来所学所见的一次综合考评，也是对我们这四年来所见所闻的知识的一次集中展示。在本次设计当中，我遇到了许多的问题，这也是对我个人能力的一次考验。虽然面临了许多困难，但迎难而上，克服困难解决问题才是我们大学毕业生应有的态度。设计中包含了枢纽布置、厂房设计、引水设计等一系列问题。首先要解决的便是厂房类型的问题，在综合考虑河地形地质及施工、造价等各方面因素后，初选了坝后式、引水式、地下式等三种厂房，综合比较几种厂房的优缺点后决定采用引水式厂房。在决定了厂房类型后，初步设计了厂房尺寸及各个细部构件的尺寸。同时，联系前面已有的数据，将厂房位置选定并进行了相应的厂区枢纽布置设计。在初步进行了厂房各个部件设计后，考虑厂房位置与引水道的关系，进行了相应的进水口、进水道的设计。因本次设计重点为厂房部分，故对引水系统部分只进行了粗略的计算，对调压室、水锤损失等细节部分没有进一步涉及。... 1基本资料1.1工程概况河是某江下游右岸的一条支流，全长190km，流域面积3582，按自然特性划分，上游河道长81km，海拔高程一般为1000~2000m，河道比降20~30‰，至河口总落差1890m，平均比降9.8‰，控制流域面积3162，占流域面积的88.3％。规划河段约长135km，天然落差262m，水能蕴藏量为377MW，占全河的70％左右。本工程为河梯级电站的其中一级，距河口46km，距某市106km，距下游某电站17km。本电站主要任务是发电，总装机容量为60MW，保证出力为8.8MW，年平均发电量1.15亿KW·h，年利用小时数4.80h，总库容2.02亿，具有季节调节性能。水库建成后淹没耕地2795亩，迁移人口3786人，淹没库区房屋10.90万，淹没库区公路长度约30km，工程永久占地120亩。电站建成后接入省南部地区电网，并在电力系统中担任主调峰，调频及事故备载等任务。1.2工程地质工程所处位置河道两岸峡谷较为陡峭，地质构造较为复杂，两岸山体较为破碎，裂隙较多，节理发育较为严重，地震基本烈度为，山体滑坡、岩石剥落现象时有发生。河道两岸地表浮土层较厚，且主要由砂质泥岩、泥质粉砂岩构成，其抗冲刷能力和抗腐蚀、风化能力较差，因表层泥土被水流等因素冲刷至河道中形成的泥沙是河道中悬移质的主要组成部分。经过统计，坝址多年平均悬移质年输沙量159万吨，平均多年含沙量0.426，实测最大含沙量21.9。最大年输沙量398万吨，是多年平均输沙量的2.5倍，最小年输沙量为26.1万吨。输沙量主要集中在汛期5～10月，占全年的97.5％，其中7～8月占全年的75.3％。... 悬移质最大粒径0.88mm，中粒径0.048mm，平均粒径0.068mm。1.3工程水文、气象河全流域面积为3582，多年平均降雨量20.4亿m3，多年平均流量65m3/s，实测最大流量3830m3/s，实测最小流量12.1m3/s，调查历史最大流量4090m3/s，正常运用（设计）洪水标准P=1％，流量4260m3/s，设计洪水量2.7亿m3(3d)，非常运用（校核）洪水标准P=0.1％，流量6000m3/s，校核洪水洪量3053亿m3(3d)，施工导流标准P=33.3％，流量150m3/s。河流域地处盆地与高山过渡地带，属于亚热带季风气候.由于域高差悬殊，气候直接变化显著，上游地区为高山气候,较为寒冷潮湿，中下游特点是冬暖夏热，湿润多雨。河流域地形有利水汽输入和抬升，降雨量较为丰沛，但由于地形变化复杂，降雨量各地相差较大.降雨量丰沛有两个地区，一为营河一带,年平均降雨量在1700mm以上，另一地区是河中上游，年平均降雨量在1500mm以上。及河谷地带降雨量较少，年平均降雨量在1000～3000mm。该地区无气象观测资料，根据龙门和溪口（与坝轴线距离分别为28km和24km）两个气象站资料统计，年平均气温分别为17.5℃和17.3℃,历年极端最高气温为38.2℃和37.9℃,极端最低气温为-2.6℃和-3.9℃，年平均相对湿度为81％和84％，历年最小相对湿度为18％，年平均蒸发量为1096.5mm和958.6mm。该地区多年平均降雨量为1270.4mm，一日最大降雨量为147.5mm，多年平均降雨天数为192天。1.4工程特性值表1—1工程特性值表水库水位校核洪水位433.00m设计洪水位428.30m正常蓄水位429.00m汛期限制水位423.00m死水位412.00m... 正常发电死水位414.00m水库容积总库容（校核洪水位以下）2.02亿m3正常蓄水位以下库容1.62亿m3调节库容1.137亿m3死库容0.483亿m3水量利用系数为93.9％设计洪水位时最大下泄流量3100m3/s（泄洪洞下泄1160m3/s）相应下游水位386.20m校核洪水位时最大泄流量4840m3/s（泄洪洞下泄1160）相应下游水位387.44m调节流量80.0m3/s（电站满载发电流量）相应下游水位377.90m最小流量45.0m3/s（单台机组发电流量）相应下游水位376.20m正常蓄水位时水库面积为9.26km2，回水长度25.5km1.5工程主要建筑物挡水坝为碾压混凝土重力坝，地基特性为砂岩和泥岩，地震基本烈度为7°，坝顶高程为435m，最大坝高65m，顶部长度90m，左岸挡水坝54m，右岸挡水坝36m。溢流坝为混凝土重力坝，地基特性为砂岩，堰顶高413.00m，溢流坝长度82m，共5孔，每孔宽×水深为12×16m，单宽流量180.7m3/s，消能方式为底流消能，闸门为弧形闸门，共5扇，尺寸为12×16.5m，液压起闭机5台。其地基特性为泥岩，断面为直墙圆拱形，尺寸为8×10m，泄洪流量（设计，校核）为1160m3/s，最大流速15.59m/s。地面开关站：地基为砂岩，总面积（长×宽）为40×50m（其中110kv开关站30×40m，35kv开关室20×40m）。砂岩的天然容重为2.2～2.8g/cm3，变形模量为400～500㎏/cm3，允许承载力为10～25㎏/cm3。... 1.6工程主要机电设备表1—2工程机电设备参数表水轮机4台，型号HL211—LJ—225额定出力15000KW额定转速125r/min气蚀系数0.165气蚀修正系数0.027最大工作水头50.8m最小工作水头29.9m额定水头35m额定流量45.5m3/s导叶高度675mm转轮重量8.8吨转轮轴重6.0吨调速器型号T—100调速器重量1.7吨油压装置型号MHY—17油压装置重量（包括油重）7.3吨发电机4台，型号TS550/79—28转子带轴重量98吨定子外壳直径6500mm定子外壳高度2100mm转子外径4900mm转子轴长5020mm发电机转子GD21579T·m2发电机功率因数0.85额定电压10.5KV主变压器2台，容量及型号SFL40500/121铁芯重41吨总重88吨外形尺寸长×宽×高=6960×4976×6350mm箱身长×宽×高=4000×2000×4180mm... 轨距长度方向1435mm宽度方向2000mm发电机机旁盘每台5块机盘尺寸长×宽×高=1200×400×1900mm进水蝶阀4台，直径3400mm1.7起重设备的选择考虑发电机设备中最重的部件，转子带轴重量为98吨<100吨。故选择1台单小车桥式起重机，型号为100T/20T，具体数据如下：表1—3起重机参数表跨度起重机总重起重机最大轮压起重机最小轮压8.3小车轨距小车轮距大车轮距大梁底面至轨道面距离起重机最大宽度轨道中心至起重机外端距离轨道中心至起重机顶端距离主钩至轨面距离：吊钩至轨道中心距离（主）副吊钩至轨道中心距离轨道型号... 2枢纽布置2.1厂房类型确定根据基本资料可知，本工程为大（二）型工程，主要建筑物为2级，次要建筑物为3级。本工程坝体采用碾压混凝土重力坝型式，地基以砂岩和泥岩为主，初步判断厂房类型可设置为坝后式、河床式、地下式或岸边式。由相关资料可知，坝体所处位置两岸山谷较为陡峭，地质构造复杂，在坝后设置厂房开挖量过大，且易受坝体施工的影响，在溢流坝泄洪时产生的水雾易对厂房的安全运行造成干扰。同时，厂房设在坝体后面会大大减轻护坦防冲效果，对枢纽整体有较为不利的影响。若将厂房与整个进水建筑物连为一体，即设为河床式电站，厂房本身起挡水的作用。一般来说，河床式厂房较适于河道中下游地区，水头较低，单机容量大的电站；不适于地质条件较差，地应力分布较为复杂的地区。且这种厂房结构复杂，通风和防渗施工较为困难。若因在河谷两岸找不到较为合适的厂房位置，将厂房设在地下，即设为地下式厂房。又考虑到河谷两岸地形地势，仅左岸有较为合适的位置。但考虑左岸山体裂隙较为发育，且开挖难度过大，对工程稳定性有较大的影响，所以在河谷两岸设置地下厂房的方式也不理想。若设置为岸边式厂房，左岸地形明显优于右岸，在河岸下游U型河谷左岸有一块较为平坦的地区非常适合将地面厂房设置在其中。且考虑到引水道设于左岸，施工量将大大降低，能够获得较大的水头差，发电效率明显高于右岸。综上所述，将厂房设为坝后式则受地形条件所限，易受坝体影响；若将厂房设为河床式则受地质条件所限，不宜选用；若将厂房设在地下，则受开挖与地质条件所限，稳定性不够。综合比较几种不同形式电站的优缺点，本电站决定选用岸边引水式厂房，厂址选在左岸下游侧，进水口设在左岸上游，通过有压引水隧洞引水。... 2.2厂房各部分尺寸计算2.2.1蜗壳单线图的绘制2.2.1.1蜗壳型式的确定在资料中已经给出了水轮机型号为HL211—LJ—225，而且电站最大工作水头=50.8m>40m，查相关资料《水利机械》中蜗壳分类，蜗壳型式为金属。2.2.1.2蜗壳主要参数根据《水利机械》中规，金属蜗壳进口断面包角。同时，已知蜗壳进口断面流量=80，设计水头=35m。查《水利机械》第二版第99页中蜗壳进口断面平均流速曲线可知，蜗壳进口断面平均流速为=4.3。已知水轮机型号为HL211—LJ—225，查相关资料中规可知，蜗壳座环半径=1.625m，外半径=1.925m。图2-1蜗壳尺寸示意图（单位：mm）2.2.1.3蜗壳水力计算... 对于任一蜗壳断面有其中：为任一蜗壳断面流量，为水轮机最大流量为进口断面平均流速，为断面半径，为断面外半径对于进口断面有，断面流量为断面面积为断面半径为从轴中心线到蜗壳外径的半径2.2.1.4蜗壳单线图对蜗壳由鼻端起，每隔15°取一个断面计算，便可绘制出蜗壳单线图，计算结果如下：表2-1蜗壳单线图表00001.925153.330.770.492.91306.671.550.703.3245102.320.863.646013.33.100.993.917516.673.871.114.1490204.651.214.3610523.335.421.314.5512026.676.201.404.73135306.971.494.9015033.337.751.575.06... 16536.678.521.645.22180409.301.725.3619543.3310.071.795.5021046.6710.851.855.642255011.621.925.7724053.3312.401.985.8925556.6713.172.046.022706013.952.106.1328563.3314.722.166.2530066.6715.502.226.363157016.272.276.4733073.3317.052.326.5834576.6717.822.386.68图2-2蜗壳单线图2.2.2尾水管单线图的绘制已知选定的水轮机型号为HL211—LJ—225，查相关资料可知：当水轮机直径且水轮机出口直径时，由《水利机械》可查得表2-2尾水管各部位参数表... 型式参数2.64.52.721.351.350.6751.821.22尺寸5.8510.136.123.043.041.524.102.75为减小尾水管开挖的深度，决定采用弯肘形尾水管，由进口直锥段、肘管、出口扩散段组成，其计算过程在下面给出。2.2.2.1进口直锥段计算由相关资料，可知进口锥管的高度为锥管的单边扩散角进口锥管上下直径由相关资料，对混流式水轮机，锥管的单边扩散角可取7~9°，出口直径=3.04m。2.2.2.2肘管计算肘管是一变截面弯管，其进口为圆断面，出口为矩形断面，水流在肘管中由于转弯受到离心力的作用，使得压力和流速的分布很不均匀，而在转弯后流向水平段时又形成了扩散，因而在肘管中产生了较大的水力损失。影响这种损失的最主要的因素是转弯的曲率半径和肘管的断面变化规率，曲率半径越小则产生的离心率越大，一般推荐使用的合理半径，外壁用上限，壁用下限。2.2.2.3出口扩散段计算出口扩散段是一个水平放置断面为矩形的扩散段，其出口宽度一般与肘管出口宽度相等，其顶板仰角，顶板长度。... 2.2.2.4尾水管高度尾水管总高度是由导叶底环平面到尾水管之间的垂直高度，对于混流式水轮机可取，且属于高比转速混流式水轮机，取。2.2.2.5尾水管单线图根据以上数据，可绘制出尾水管单线图，如下图2-3尾水管单线图（单位：m）2.2.3主厂房尺寸计算2.2.3.1主厂房长度计算厂房总长度主要由机组段长、端机组段的长度和安装间的长度组成。总长，其中n为机组台数，为机组段长度，为装配场长度，为左机组段长，为右机组段长，为便于安装，厂房左端加长ΔL。... 图2-4厂房长度示意图2.2.3.1.1机组段长度机组段长度主要由蜗壳、尾水管、发电机风罩在纵向的尺寸来决定。其长度按来计算，其中，为机组段+x方向的最大长度，为机组段-x方向的最大长度。按蜗壳层计算时其中，为时的，即=6.689m为当时的，即=5.221m分别为蜗壳左右外围混凝土的厚度，取1.5m则，=6.689+5.221+1.5+1.5=14.91m按尾水管层计算时其中，为尾水管的出口宽度，即=6.12m为尾水管混凝土边墩厚度（大型取5～7m,中型取3～4m,小型取1～2m），取1.8m则，=6.12+2×1.8=9.72m按发电机层计算时其中，为发电机风壁厚，一般取0.3~0.4m,取0.4m为相邻两风罩外壁净距，一般取1.5~2m,取1.8m为发电机风罩径，查相关资料，=8.4m则，=8.4+1.8+2×0.4=11.0m尺寸调整：为保证三个层面计算长度一致，必须对尺寸进行调整，具体如下分别为蜗壳左右外围混凝土的厚度，取1.5m... 为尾水管混凝土边墩厚度，取4.395m为发电机风壁厚，取1.355m为相邻两风罩外壁净距，取3.0m综上所述，机组段长度取为14.91m。2.2.3.1.2安装间长度安装间又称为装配厂，其宽度与主机间相同，长度一般为机组段长的1.0~1.5。对于混流式和悬式水轮机取偏小值，其长度取为即，=1.1×14.91=16.40m结合工程实际地形考虑，经过后期调整，安装间长度为19.8m，宽度为10.0m，具体布置见相关枢纽布置图。2.2.3.1.3端机组段加长左端机组段附加长度按蜗壳层计算6.689+1.5=8.189m按尾水管层计算=按发电机层计算==则，综上所述，取为8.189m右端机组段附加长度按蜗壳层计算按尾水管层计算=按发电机层计算==则，综上所述，取为7.555m2.2.3.1.4主厂房总长度... 综合上诉数据，可计算出主厂房的总长为=综合考虑，为方便计算将厂房长度选为71m。2.2.3.2主厂房宽度计算厂房宽度以机组中心线为界，分为上游侧宽度和下游侧宽度两部分，其计算式为，具体计算如下上游侧宽度其中，为发电机风罩径，即=8.4m为发电机风罩壁厚，即=1.355mA为风罩外壁到上游墙侧的净距,一般取2~3m，取为2m则，=下游侧宽度除了满足上面式子的要求外，还需要满足蜗壳在方向的尺寸和蜗壳外混凝土厚度的要求。对发电机层其中，为发电机风罩径，即=8.4m为发电机风罩壁厚，即=1.355m为风罩外壁到下游墙侧的净距，取为6m则，=对蜗壳-y方向其中，为为时的，取为=6.021m为混凝土保护层的厚度，取为=1.5m则，=6.+1.5=7.521m因此，厂房宽度为=7.555+11.555=19.11m... 由桥机跨度确定厂房宽度，已知跨度L=16m，如图图2-5牛腿部分示意图其中，牛腿以上牛腿以下其中，为桥机端与轨道中心线的距离，查相关资料，取为0.4m为桥机端部与上柱面间距，一般取0.3~0.6m，取为0.5m为牛腿上部立柱截面高度，一般取0.6~1.2m，取为1.0m为牛腿下部立柱截面高度，一般取1.0~2.5m，取为1.7m为偏心距，一般取0~0.25m，取为0.15m则，牛腿以上=16+2×（0.4+0.5+1）=19.8m牛腿以下=16+2×（0.15+1.7）=19.7m综合上述数据，可知主厂房宽度为19.8m。2.2.3.3主厂房剖面设计主厂房剖面设计又被称为竖向设计，主要解决垂直方向空间处理上的问题。2.2.3.3.1水轮机安装高程水轮机安装高程是一个控制性高程，主要取决于水轮机的机型、允许吸出高和电站建成后厂房的下游最低水位。已知本电站采用的水轮机型式为立轴混流式，其安装高程计算过程如下：... 其中，为水电站厂房建成后下游设计最低水位（当有3台或4台机组时，取1台机组流量相应的尾水位）即，=376.20m。为水轮机允许吸出高度为导叶高度，一般取=0.1～0.39，取=0.2=0.2×6.75=1.35m为汽蚀系数，已知=0.165为汽蚀系数的修正值，已知=0.027为设计水头，即=35m为电站厂房所在地点海拔高程的校正值，即=378.40m则，=10.3-（0.165+0.027）×35-378.4-1=2.16m=376.2+2.16+=379.05m2.2.3.3.2尾水管底板高程尾水管底板高程主要由水轮机安装高程、导叶高度及尾水管高度决定，其计算过程如下0其中，为水轮机安装高程，即=379.05m为导叶高度，已知=1.35m为尾水管高度，即=5.85m则，=379.05--5.85=372.53m2.2.3.3.3主厂房基础开挖高程... 主厂房基础开挖高程由水轮机安装高程减去尾水管底板混凝土厚度与尾水管顶面距离得到，计算过程如下▽F=▽T－（h1+h2+h3）其中，h1为尾水管底板混凝土厚度，取为=1.5m为尾水管出口高度为从水轮机安装高程向下量取到尾水管出口顶面的距离，即=5.85m则，▽F=▽T－（h1+h2+h3）=379.05-5.85-1.5=371.70m2.2.3.3.4水轮机层地面高程水轮机层地面高程由水轮机层安装高程加上蜗壳顶板厚度及蜗壳进口面半径，计算过程如下其中，为蜗壳进口断面半径，即=2.382m为蜗壳顶板厚度，即=1.5m则，=379.05+2.382+1.5=383.0m2.2.3.3.5发电机装置高程水轮机层地面高程加上机墩进人孔高度及进人孔上部高度就得到发电机装置高程，计算过程如下其中，为进人孔高度，一般取1.8~2.0m，取为=2.0m为进人孔上部高度，取为=1.0m则，=383+2+1=386m2.2.3.3.6发电机层楼板高程发电机层楼板高程由发电机装置高程加上机墩高度、定子高度及上机架埋深得到，还需满足水轮机层净高不小于3.5~4.0m。其中，为机墩高，查相关资料可知，即=0.8m... 为定子高，查相关资料可知，即=1.8m为上机架埋深，即=0.4m则，=386+0.8+1.8+0.4=389.0m且，符合厂房运行要求。2.2.3.3.7起重机安装高程起重机安装高程又称为吊车轨顶高程，主要由发电机层楼板高程与发电机定子与上机架高度之和，调运部件与固定设备间的垂直净距，最大吊运部件高度，吊运部件与吊钩之间的距离以及主勾最高位置到轨顶面之间的距离决定，计算过程如下▽C=▽2+h7+h8+h9+h10+h11其中，为发电机定子与上机架的高度，即=1.22m为吊运部件与固定物之间的垂直安全距离，一般取0.6~1.0m，取为=1.0m为最大吊运部件尺寸，查相关资料可知为转子轴长，即=5.02m为吊运部件与吊钩之间的距离，一般取1.0～1.5m，取为=1.2m为主钩到轨顶面距离，由起重机参数表可知，=1.474m则，▽C=▽2+++++=389+1.22+1.0+5.02+1.2+1.474=398.91m2.2.3.3.8屋顶高程屋顶高程主要由起重机安装高程、吊车上小车高度、为检修小车预留的高度、屋面大梁高、混凝土屋面板厚度、保湿防护层厚度决定，其计算过程如下其中，为吊车上小车的高度，查起重机参数表可知，即=3.692m为为检修吊车上小车预留的高度，即=0.5m为屋面大梁高，一般取（）B，取=B==1.98m为混凝土屋面板厚度，取为=0.25m为保湿防护层厚度，取为=0.15m则=398.91+3.692+0.5+1.98+0.25+0.15=405.48m... 2.2.3.3.9安装间高程为方便场交通及机组安装，安装间高程设为与发电机层楼板相同的高度，即取为389m。2.3厂区枢纽布置2.3.1主厂房位置的选择根据河水电站的类型，结合相关地形地质资料，初步拟定了一下三种厂区布置方案，其一，将副厂房布置在主厂房下游侧；其二，将副厂房布置在主厂房上游侧；其三，将副厂房布置在主厂房靠进场公路的一侧。具体布置如下图：图2-6厂区布置图一... 图2-7厂区布置图二图2-8厂区布置图三... 对方案一，将副厂房布置在主厂房下游侧，其优点是设备线路与水轮机进水设备互不干扰；缺点是发电机母线等易受到尾水管振动的影响，可能需要加长副厂房下部结构。对方案二，将副厂房布置在主厂房上游侧，其优点是布置紧凑；缺点是副厂房中的设备线路及电气设备与进水系统设备易发生干扰，且施工干扰较大。对方案三，将副厂房布置在主厂房靠近进场公路的一侧，其优点是便于施工，主副厂房之间不易产生干扰；缺点是出线较长，且大大增加开挖量，使工程造价升高。综合比较上述三种方案，考虑施工和经济效益等各方面因素，初选方案一作为厂区布置的方式。2.3.2变压器场及开关站位置的选择变压器场因电压较高，其位置应设置在厂外，同时不能离发电机组太远以节省投资。综合考虑地形及造价要求，初步决定将主变设在厂房靠近进场公路的一侧。对开关站位置的选择，开关站不能设在离变压器场太远的地方，且为了检修和日常维护的方便，初步决定将开关站设在厂房靠近进场公路的一侧并紧靠主变压器场。2.3.3尾水平台及尾水闸室的布置本水电站共4台机组，故在厂房下游尾水平台设置4个尾水出口，出口尺寸为2.75×6.12m，尾水闸门尺寸为2.95×6.32m，4个尾水出口分别设置1个闸门，4个闸门共用1台电动尾水闸门启闭机移动闸门。2.3.4安装间的布置考虑进场公路的位置将安装间布置在厂房靠近公路的一侧，且已知安装间长19.8m，宽10m，其地面高程为389m，在其下游侧设置8×6m的变压器坑，在其上游侧设3×3m的吊物孔和宽度为1.2m的检修楼梯，大门尺寸因最大部件转子带轴长5.02m，外径4.9m，故设为6×6m。2.3.5副厂房的布置... 根据前面的分析，结合地形地质及施工和工程造价等方面考虑，将副厂房设置在厂房上游侧紧靠主厂房的位置。2.3.6厂区交通为满足施工运输条件，进场公路设在厂房下游侧，且在安装间出口设置宽20m的平台，方便车辆进出。为满足厂交通需要，在主厂房下游侧设宽2.5m的通道，且在生活区设置通往主变场及开关站的通道。3引水系统设计3.1进水口的类型进水口的类型一般分为有压与无压两类，查阅相关资料可知，本电站所在的河汛期主要集中在5~10月，因此汛期较短，水位波动较大，为保证水流稳定决定采用有压式进水口。有压式进水口又分为岸边式、塔式与坝式。首先，因本电站采用引水式厂房故排除坝式进水口；考虑河道两岸地质条件较差，地基主要由泥质砂岩组成且地表流土现象严重，若设置塔式进水口开挖量过大，稳定性得不到保障；再结合地形，发现河道两岸山坡陡峭比较适合设置岸式进水口，利用两岸自然条件可大大降低施工量。综合考虑后，决定将进水口设为岸边式。3.2供水方式的选择根据工程实际施工和投资需要，考虑有压隧洞特点，可选用单元供水、联合供水、分组供水三种方式。若采用单元供水，则施工管线较长，投资过大；若采用分组供水，考虑流量大小与投资规模不适于采用。综合比较后决定采用联合供水的方式。3.3引水道直径根据经验公式其中，为隧洞最大引用流量，已知=320... H为设计水头，已知H=35mQ为电站设计流量，已知Q=182综合考虑后，取引水道主管径为D=7.5m3.4进水口的尺寸进水口的尺寸包括进口段、渐变段与闸门段三种不同类型组成，计算过程如下3.4.1进口段的尺寸进口段顶板曲线采用椭圆曲线其中，a为长轴，一般取1~1.5D，取为1.1D=1.1×7.5=8.25mb为短轴，一般取，取为则，曲线方程为3.4.2渐变段尺寸渐变段长度一般为压力管道的1.5~2.0倍，本设计取1.7倍，即长度L=1.7D=1.7×7.5=12.75m收缩角一般取6~9度，本设计取为7度。图3-1进水口渐变段平面图图3-2进水口渐变段剖面图... 图3-3进水口渐变段断面图（单位：m）其中，3.4.3闸门段尺寸闸门段长度D=7.5m，长度，形状为矩形。图3-4进水口闸门段断面图（单位：m）3.4.4通气孔和进人孔通气孔面积计算按公式其中，为进水口流量，取单机最大引用流量... 为通气孔进气流速，一般取30~50m/s，取为40m/s则，进人孔，其位置位于工作闸门之后，与通气孔共用一孔，供检修人员进入。3.5进水孔高程为保证进水口有一定淹没深度，需求得最小淹没深度，其值按以下公式计算：其中，为经验系数，一般取为0.55~0.73，对称进水时取小值，侧面进水时取大值，本设计取为0.55为闸门断面的水流流速，取闸门段面最大引用流量时的流速，即取=2.71为闸门孔口净高，本设计取为=5.9m则，=综合考虑各方面因素，将淹没深度取为7.0m，故进水口顶部高程为根据后续设置，确定进水口底板高程为396.2m3.6压力管道径计算根据经验公式其中为设计流量182则，结合上述公式计算结果，取压力管道径为，且压力管道分管至蜗壳进口段为渐变段，径逐渐减小。3.7引水道线路... 引水隧道的选线关系到整个工程的造价、布置及施工，十分重要。因此，有必要对引水隧洞的线路做一个初步估计，在不同方案中选出较为合适的作为施工方案。首先，本工程采用有压岸式进水口，在观察相关地形后，决定将进水口设在左岸坝址上游80m处。初步估计隧洞长约300m，线路较短，故引水隧洞均采用压力钢管布置。经过初步考虑后，在工程地形图上初选出两条较为合理的引水线路。两条引水线路分别由1#、2#来表示。两条引水隧洞进水口都设在坝址上游80m处，1#线路由于更靠近山体中部故线路较2#线路长30~40m，但对整个工程施工进度影响不大。考虑2#线路位于山体外侧，其稳定性不如1#线路，且1#线路所处地区地质情况较2#线路优越。总结一下发现1#线路优点是地质条件好，2#线路优点是路径较短，转折角更小。考虑到下游厂房布置，最终决定选择1#线路作为引水隧洞的布置方案。图3-5引水道线路图3.8调压室设计一般来说对，于有压引水道，水锤是造成水力损失的重要原因之一。为减小水锤压力在引水道中的传递，在引水道中设置调压室是有效的解决办法。... 调压室的修建一般要求较为严格，其造价较高。是否修建调压室一般要经过调节保证计算和工程造价、施工难度等多方面考虑才能做出较为合理的判断。初步判断时一般可以采用有压引水道惯性时间值来作为是否设置调压室的条件。其计算过程如下其中，为有压引水道（包括蜗壳及尾水管）各段之长度为上述各段水道相应的流速为重力加速度为水轮机的设计水头为的允许值，一般取为2~4s有压引水道长度约为300m，压力管道中的水流流速取均值为1.8，设计水头已知为35m，则综合考虑造价等各方面因素后，引水道设计决定采用无调压室的方案。3.9调节保证计算3.9.1计算标准和计算条件调节保证计算主要目的是要确定水锤压力和转速变化在在水流波动的情况下在技术与经济上能达到一个较为合理的稳定值。水锤压力值的大小对管道布线、水轮机及蜗壳的选择有极大的影响，为选择适当的导叶启闭时间及调节规律，使得水锤压力和转速上升值在经济合理的围，我们有必要对水锤变化做出计算，具体标准如下3.9.1.1水锤压力的计算标准水锤压力最大值根据相关技术经济要求确定，查教材《水电站建筑物》第102页，可知标准为当设计水头时，水锤压力最大值当设计水头时，水锤压力最大值... 当设计水头时，水锤压力最大值引水系统中不允许产生负压，且应该有水柱高的余压，以保证引水管线的稳定。尾水管进口的允许最大真空度高度为水柱高。3.9.1.2转速变化的计算标准转速的变化对机组正常运行及发电的电压稳定有极大的影响，在已知本电站接入省南部地区电网，并在电力系统中担任主调峰，调频及事故备载等任务的情况下，保证转速的稳定更为重要。根据国机组设计、制造、运行等情况，转速变化允许值如下当机组容量占电力系统总容量的比重较大，且担负调频任务时，应小于当机组容量占电力系统总容量的比重不大或担任基荷时，应小于对于斗叶式水轮机，应小于对于容量占比大于上述值者，也应该有相关论证。3.9.1.3调节保证的计算条件一般来讲，机组并网发电后，大幅度的突然使其负荷增加的情况不会出现。而水锤压力在机组丢弃负荷的情况下一般分为两种情况，一是在设计水头下丢弃全部负荷，二是在最大水头下丢弃全部负荷。通常情况下，最大转速升高发生在工况一，而最大压力值产生于工况二。因此我们需要对这两种情况分别计算，确定其计算结果满足要求。3.9.2调节保证计算过程根据前面讲的，调节保证计算分别对在设计水头下丢弃全部负荷，以及在最大水头下丢弃全部负荷的两种情况进行计算，其过程如下3.9.2.1调节保证计算基本数据设计水头为35m，最大水头为50.8m压力管道长度为300m，管道直径为7.5m单机最大引用流量为，机组转速为由于采用了地下埋管，管材采用钢管，衬砌为混凝土单层衬砌，水锤波速c为... 导叶启闭时间初选为4s，如不满足，依次递增为5s、6s、7s来计算。3.9.2.2设计水头下丢弃全部负荷计算水锤波在管道中传播一个来回的时间为，称为一“相”，相长为导叶启闭时间为，因此发生间接水锤。水流在管道中的最大流速按下式计算管道特性系数可按照下列式子计算在设计水头下机组丢弃全部负载时，导叶开度，根据判断发生末相水锤，其水锤上升率为经过计算，可知水锤压力上升值满足要求，其值计算过程如下总压力值为查阅教材《水电站建筑物》第141页可知，转速上升率的计算可按下式进行，计算过程如下其中，为机组额定容量，为15MW为导叶关闭至空转开度的历时，对于混流式和水斗式水轮机... ，对于轴流式水轮机这里取为水锤影响系数，查水电站建筑物教材141页图9-15水锤影响系数根据管道特性系数得飞轮转矩的计算其中，为经验系数，查水电站机电设计手册水力机械分册167页表3-10，根据转速为125r/min查得该系数为5.2为定子铁芯径为4.39m为定子铁芯长度为0.79m经过计算可知则，将数据代入计算公式，转速上升率为计算可知，转速上升率满足要求，则机组转速最高值为由此可知，在设计水头下，机组丢弃全部负荷，导叶启闭时间为4s时，水锤压力上升值及转速上升率均满足要求。3.9.2.3最大水头下丢弃全部负荷计算与在设计水头下丢弃全部负荷相同，相长为导叶启闭时间为，因此发生间接水锤。水流在管道中的最大流速按下式计算... 管道特性系数可按照下列式子计算在设计水头下机组丢弃全部负载时，导叶开度，根据判断发生末相水锤，其水锤上升率为经过计算，可知水锤压力上升值满足要求，其值计算过程如下总压力值为查阅教材《水电站建筑物》第141页可知，转速上升率的计算可按下式进行，计算过程如下其中，为机组额定容量，为15MW为导叶关闭至空转开度的历时，对于混流式和水斗式水轮机，对于轴流式水轮机这里取为水锤影响系数，查水电站建筑物教材141页图9-15水锤影响系数根据管道特性系数得飞轮转矩的计算其中，... 为经验系数，查水电站机电设计手册水力机械分册167页表3-10，根据转速为125r/min查得该系数为5.2为定子铁芯径为4.39m为定子铁芯长度为0.79m经过计算可知则，将数据代入计算公式，转速上升率为计算可知，转速上升率满足要求，则机组转速最高值为由此可知，在设计水头下，机组丢弃全部负荷，导叶启闭时间为4s时，水锤压力上升值及转速上升率均满足要求。3.9.2.4尾水管进口处负压计算尾水管处负压的大小对尾水管道、蜗壳、发电机的稳定运行有十分重要的影响。因此，有必要对尾水管进口处的真空度进行计算，尾水管进口处的允许负压高度一般为，其流速取有压隧道平均流速为，长度取为20m，其计算过程如下尾水管进口处得水锤压力值大小按下式计算则，尾水管处真空度为其中，为吸出高，计算可得为设计水头，已知为尾水管平均流速，取为则，计算可知由上面计算结果可知，尾水管进口处真空度满足要求。... 3.9.3水头损失计算已知本电站的设计水头为35m，属于中低水头电站，引水系统中的水头损失如果过大将对水的动能及势能造成较大影响，从而影响机组正常工作，降低水能利用效率，使发电效率变差，所以有必要对其进行计算，从而提升能量利用效率。一般来讲，引水系统中的水头损失分为沿程损失和局部损失。下面就这两种水力损失进行了计算，计算过程如下。3.9.3.1沿程损失计算沿程损失的一般计算公式为其中，为沿程水头损失系数，其值与管壁光滑程度有关，查《水电站建筑物设计参考资料》得其值为0.007为钢管径，已知为水流速度，已知为计算管段长度，取为则，沿程损失为3.9.3.2局部损失计算引水系统中的局部水力损失一般包括进口水流收缩、拦污栅、闸门槽、渐变段、钢管转弯损失、渐变锥管处损失、分岔管损失和闸门损失等。其计算公式一般为而查阅水电站建筑物参考资料可知，引水系统中各部分局部损失系数分别为查水电站建筑物设计参考资料知各部分局部损失系数如下：喇叭进口，局部水头损失系数一般为0.01~0.05，这里取为0.02拦污栅处，局部水头损失系数取为0.1... 闸门槽，局部水头损失系数一般为0.05~0.20，这里取为0.1渐变段，局部水头损失系数取为0.05平面转弯处局部水头损失按下式计算其中，为钢管直径，已知为7.5m为转弯半径，查地形图上管线布置，大致取为100m为转弯角度，查相关地形图上管线布置，取为则平面转弯处局部水头损失为立面转弯处局部水头损失按下式计算其中，为钢管直径，已知为7.5m为转弯半径，查地形图上管线布置，大致取为50m为转弯角度，查相关地形图上管线布置，取为则平面转弯处局部水头损失为则，由上面计算结果可知，引水系统局部水头损失系数为引水系统局部水头损失为由以上计算结果可知，引水系统的局部损失较小，处于可接受的围。4结构设计... 4.1工作闸门结构设计4.1.1闸门基本资料闸门形式：潜孔式平面钢闸门孔口净宽：7.5m孔口净高：8.8m结构材料：选用Q235钢设计水头：35.0m4.1.2闸门的结构形式及布置4.1.2.1闸门的尺寸确定闸门高度：考虑防漏等要求，闸门高度取为9.0m闸门的荷载跨度为两侧止水的间距7.5m闸门的计算跨度为4.1.2.2主梁的形式主梁是平面钢闸门的主要受力构件，根据闸门的跨度和水头大小，主梁的形式有扎成梁、组合梁和桁架。扎成梁用于小跨度，低水头的闸门，可采用实腹式和桁架式；对于中等跨度（5~10m）常采用实腹式和组合梁，为缩小门槽宽度和节约钢材，常采用变高度的主梁；对于大跨度的闸门，则宜采用桁架式闸门。本设计跨度为7.8m，则选用实腹式组合梁的形式。4.1.2.3主梁的布置根据闸门的高跨比初步选择两根主梁，经计算所需面板厚度达32mm，钢板的制造较难。因本闸门的水头较大，闸门上下部分所承受的水压力相差不大，这里改选选用主梁均匀布置的形式，根据水头的大小，选择均匀布置5主梁。则主梁间距为1.5m。4.1.2.4梁格的布置和形式... 梁格采用等高布置，水平次梁穿过横隔板上的预留孔并被横隔板所支承。水平次梁为连续梁，其间距也均匀布置，两主梁之间布置一水平次梁。4.1.2.5连接系的布置和形式横向连接系，根据主梁的跨度以及水头大小，决定布置2道横隔板，其间距为2.6m，横隔板兼做竖直次梁。4.1.3面板设计根据SL—74—95《水利水电工程钢闸门设计规》修订送审稿，关于面板的计算，应先估算面板厚度，然后在主梁界面选择之后再验算面板的局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力。4.1.3.1估算面板厚度面板的厚度按下式计算：当时，，则当时，，则列表计算如下：表4—1面板厚度的估算区格a（mm）b(mm)b/akP(N/mm2)t(mm)1（顶梁）75025903.450.750.0720.23212.22275025903.450.50.0.20410.713（主梁）75025903.450.50.0.21211.18475025903.450.50.0980.22111.625（主梁）75025903.450.50.1050.23012.05675025903.450.50.1120.23712.467（主梁）75025903.450.50.1200.24512.86875025903.450.50.1270.25213.25... 9（主梁）75025903.450.50.1350.25913.621075025903.450.50.1420.26613.9911（主梁）75025903.450.50.1490.27314.351275025903.450.50.1570.28014.7013（底梁）75025903.450.750.1640.35016.42根据上表的计算，选用面板厚度为t=16mm。4.1.3.2面板与梁格的连接计算面板局部挠曲时产生的垂直于焊缝长度方向的横拉力P按下式计算，已知面板的厚度为16mm，并且近似地取板中最大弯应力，则面板与主梁连接焊缝方向单位长度的剪力为：面板与主梁连接的焊缝厚度为：面板与梁格连接的焊缝取为4.1.4水平次梁、顶梁和底梁设计4.1.4.1荷载与力计算水平次梁和顶、底梁都是支承在横隔板上的连续梁，作用在它们上面的水压力可按下式计算：荷载计算如下表：... 表4—2水平次梁、顶梁和底梁均布荷载的计算梁号梁轴线处水压力强度p（kN/mm2）梁间距（m）（m）（kN/m）1（顶梁）10.130.75275.950.7556.96250.753（主梁）83.30.7562.4750.75490.650.7567.98750.755（主梁）980.7573.50.756105.350.7579.01250.757（主梁）112.70.7584.5250.758120.050.7590.03750.759（主梁）127.40.7595.550.7510134.750.75101.06250.7511（主梁）142.10.75106.5750.7512149.450.75112.08750.7513（底梁）156.80.75117.6顶梁荷载按下图计算图4-1顶梁荷载图（单位：m）... 根据上表计算得水平次梁计算荷载取为112.09kN/m，水平次梁为三跨连续梁，跨度为2.6m，水平次梁弯曲时的边跨中弯矩为：支座B处的负弯矩为：图4—2水平次梁荷载示意图4.1.4.2截面选择根据所需的截面模量，查表初步选择[36c，查《水工钢结构》附表知：面板参加次梁工作有效跨度分别按下式计算，然后取其中较小值。式1式2（对跨间正弯矩段）（对支座负弯矩段）按12号梁计算，梁间距为750mm，确定式2中面板有效宽度系数时，需要知道梁弯矩零点之间的距离与梁间距b之比值。对于第一跨中正弯矩段取。对于支座负弯矩段取。根据值查表得：... 对于，得。则对于，得。则对第一跨中选用B=608mm，则水平次梁组合截面面积为：图4—3第一跨中面板参加水平次梁工作组合截面（单位：mm）组合截面形心到槽钢中心线的距离为：跨中组合截面的惯性矩及截面模量为：对支座选用B=293mm，则组合截面面积为：组合截面形心到槽钢中心线距离为：... 支座处组合截面的惯性矩及截面模量为：图4—4支座处面板参加水平次梁工作组合截面（单位：mm）4.1.4.3水平次梁的强度验算由于支座B处弯矩最大，而截面模量最小，故只需验算支座B处截面的抗弯强度，则有：因此，水平次梁选用槽钢[36c满足要求。4.1.4.4水平次梁的挠度验算受均布荷载的等跨连续梁，最大挠度发生在边跨，由于水平次梁在B支座处的截面弯矩已经求得，则边跨挠度可近似地按下式计算：... 则水平次梁选用槽钢[36c满足强度和刚度要求。4.1.4.5顶梁和底梁顶梁所承受的荷载很小，为保证刚度要求，顶梁和底梁都选用槽钢[36c。4.1.5主梁设计4.1.5.1设计基本数据主梁跨度：净跨为7.5m，计算跨度为7.8m，荷载跨度为7.5m；闸门总水压力为12483.24KN/m，则主梁荷载为249.6KN/m，五根主梁均匀分布，最下面的主梁所承受的荷载最大，这里取280KN/m计算；横向隔板间距为2.6m；主梁容许挠度为。4.1.5.2主梁计算主梁计算容包括：截面选择、梁高改变、翼缘焊缝、腹板局部稳定验算、面板局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力验算。4.1.5.2.1截面选择弯矩与剪力。弯矩与剪力的计算如下：需要的截面模量。已知Q235钢的容许应力为... ，考虑钢闸门的自重引起的附加应力的作用，取容许应力为。则需要的截面模量为：腹板高度选择。按刚度要求的最小梁高为：经济梁高为：由于钢闸门中的横向隔板重量将随主梁增高而增加，故主梁的高度宜选得比经济梁高小，但不小于最小梁高。现选用腹板高度为。腹板厚度选择。按经验公式计算：考虑弯矩较大，这里选用腹板厚度为2cm。翼缘截面选择。每个翼缘需要截面面积为：下翼缘选用需要，选用，在之间。上翼缘的部分面积可利用面板，故只需设置较小的上翼缘板同面板相连，选用。面板兼做主梁上翼缘的有效宽度为：上翼缘面积为：弯应力强度验算。主梁跨中截面的几何特性如下表：表4—3主梁跨中截面的几何特性部位截面尺寸... （）截面面积A（）各形心离面板表面距离各形心离中和轴距离（）面板部分116×1.6185.60.8148.5-46.5401314上翼缘板20×2.0402.6104-44.779924腹板120×2.024063.61526416.363766下翼缘42×2.084124.610466.477.3501924合计549.6259831046928截面形心矩为：截面惯性矩为：截面模量为：上翼缘顶边下翼缘底边弯应力为：（安全）... 图4—5主梁跨中截面尺寸结构图（单位：mm）整体稳定性与挠度验算。因主梁上翼缘直接同钢面板相连，按规规定可不必验算整体稳定性。又因梁高大于按刚度要求的最小梁高，故梁的挠度也不必验算。4.1.5.2.2截面改变因主梁跨度较大，为减小门槽宽度和支撑边梁高度以节省钢材，有必要将主梁支承端腹板高度减小为。梁高开始改变的位置取在邻近支承端的横向隔板下翼缘的外侧，离开支承端的距离为800-10=790mm。剪切强度验算，考虑到主梁端部的腹板及翼缘都分别同支承边梁的腹板及翼缘相焊接，故可按工字形截面来验算剪应力强度。主梁支承端截面的集合特性如下表：表4—4主梁端部截面的几何特性... 部位截面尺寸（）截面面积A（）各形心离面板表面距离各形心离中和轴距离（）面板部分116×1.6185.60.8148.5-26.5130338上翼缘板20×2.0402.6104-24.724404腹板72×2.014439.65702.412.321786下翼缘42×2.08476.66434.449.3204161合计453.612389380689截面形心矩为：截面惯性矩为：截面下半部对中和轴的面积矩为：剪应力为：（安全）... 图4—6主梁支承端截面尺寸结构图（单位：mm）4.1.5.2.3翼缘焊缝翼缘焊缝厚度按受力最大的支承端截面计算。最大剪力为，截面惯性矩为。上翼缘对中和轴的面积矩为：下翼缘对中和轴的面积矩为：需要的焊缝厚度为：全梁的上、下翼缘焊缝均采用。4.1.5.2.4腹板的加劲肋和局部稳定验算加劲肋的布置：因为，故不需要设置横加劲肋。... 4.1.5.2.4面板局部弯曲与主梁整体弯曲的折算应力的验算从面板的厚度计算可见，直接与主梁相邻的面板区格，只有区格11所需要的板厚较大，这意味着该区格的长边中点应力也较大，所以选取区格11按下面各式验算其长边中点的折算应力。面板区格11在长边中点的局部弯曲应力为：对应于面板区格11在长边中点的主梁弯矩和弯应力为：面板区格11的长边中点的折算应力为：上面各式中、和的取值均以拉应力为正号，压应力为负号。故面板厚度选用16mm，满足强度要求。4.1.6横隔板设计4.1.6.1荷载和力计算横隔板同时兼做竖直次梁，它主要承受水平次梁、顶梁和底梁传来的集中荷载以及面板传来的分布荷载，计算时可把这些荷载用以三角形分布的水压力来代替，并且把横隔板作为支承在主梁上的双悬臂梁。则每片横隔板在上悬臂的最大负弯矩为：... 横隔板截面选择和强度验算。横隔板腹板选用与主梁腹板同高，采用，上翼缘利用面板，下翼缘采用的扁钢。上翼缘可利用面板的宽度按确定，其中b=2600mm，按，查表得。则，取B=1080mm。计算横隔板截面几何特性：截面形心到腹板中心线的距离为：截面惯性矩为：截面模量为：验算弯应力：由于横隔板截面高度较大，剪切强度更不必验算。横隔板翼缘焊缝采用最小焊缝厚度。图4—7横隔板结构尺寸图（单位：mm）... 4.1.7纵向连接系设计4.1.7.1荷载和力计算纵向连接系承受闸门自重。潜孔式平面滚轮闸门门叶自重按下式计算：上式中：为孔口面积；为闸门工作性质系数，对于工作闸门与事故闸门，对于检修闸门与导流闸门；孔口高宽比修正系数，当时，，当时，其它情况。水头修正系数，当时，，当时，。则闸门自重为：下游纵向连接系承受4.1.7.2斜杆截面计算采用两根斜杆连接各主梁，则斜杆承受的最大拉力为110.17kN，同时考虑闸门偶然扭曲时可能承受压力，故长细比的限制应与压杆相同，即。选用单角钢└，查表得：截面面积为：回转半径为：斜杆计算长度为：长细比为：... 验算斜杆强度：考虑单角钢受力偏心的影响，将容许应力降低15%进行强度验算。4.1.8边梁设计边梁的截面形式有单腹式和双腹式两种。单腹式边梁构造简单，便于与主梁连接，但抗扭刚度差，这对于因闸门弯曲变形、温度变化引起的胀缩及其他偶然力作用而在边梁中产生扭距的情况是不利的。单腹式截面的边梁主要适用于滑道式支承的闸门，也适于悬臂轮式的小型定轮闸门，但必须在边梁腹板侧的两主梁之间增加一道轮轴支承板。双腹式边梁抗扭刚度大，也便于设置滚轮和吊轴，但构造复杂且用钢量较多，双腹式边梁广泛用于定轮闸门。本设计边梁选用双腹式，边梁的截面尺寸按构造要求确定，即截面高度与主梁端部高度相同，腹板厚度与主梁腹板厚度相同，为了便于安装压合胶木滑块，下翼缘宽度不宜小于300mm。这里选择上翼缘尺寸为，腹板尺寸为，下翼缘尺寸为。边梁是闸门的重要受力构件，由于受力情况复杂，故在设计时可将容许应力值降低20%作为考虑受扭影响的安全储备。4.1.8.1荷载和力计算... 图4—8边梁尺寸结构图（单位：mm）图4—9滚轮布置图图4—10结构弯矩图（单位KN·m）... 图4—11结构剪力图(单位：KN)在每侧边梁各设5个滚轮，其布置位置为：闸门下侧4根主梁的位置对应4个滚轮，第一根主梁和顶梁中点设一个滚轮。由前面计算得主梁上最大作用力为1050KN，这里为保证安全，考虑为所有主梁的作用力均为最大值1050KN，滚轮布置图以及通过结构力学求解器求得的力结果图如上。由图知，最大弯矩值为，最大剪力值为。最大轴向力为作用在一个边梁上的起吊力，估计为250KN。在最大弯矩作用截面上的轴向力，等于起吊力减去滚轮的摩阻力，该轴向力为：4.1.8.2边梁的强度验算截面面积为：截面形心矩为：上半部分对中和轴的面积矩为：... 下半部分对中和轴的面积矩为：截面惯性矩为：截面抵抗矩为：截面边缘最大剪应力验算：腹板最大剪力验算：腹板与下翼缘连接处折算应力验算：... 以上验算均满足强度要求。4.2闸门附属结构设计4.2.1行走支承设计滚轮计算：滚轮采用合金铸钢ZG50Mn2,。由计算得下滚轮受力最大为1814kN，设滚轮轮缘宽度b=200mm，轮径D=600mm，轮轴直径d=200mm，轴套工作长度。则接触应力为：轴和轴套间接触应力为：取，则轴和轴承板之间的紧密接触局部承压应力为：以上滚轮计算均满足要求。... 4.2.2轨道设计4.2.2.1确定轨道底板宽度轨道底板采用Q235钢，查相关资料可知其容许承压力为，则其需要的轨道底板宽度可按照下式计算。按承压强度计算所需底板宽度为：取宽度为B=100mm。则轨道地面的压应力为：满足应力要求。4.2.2.2确定轨道底板的厚度轨道底板的最大弯应力为：取t=20mm。4.2.3闸门启闭力及吊座计算启门力按下式计算其中闸门自重G=548.2KN滑道摩阻力止水摩阻力... 因橡皮止水与钢板间摩擦系数f=0.65橡皮止水受压宽度取为b=0.08m每边侧止水受压长度H=8.8m侧止水平均压强p=9.8×7.9=77.4KN/㎡故=20.650.088.877.4=70.9kN下吸力Px底止水橡皮采用I110-16型，其规格为宽16mm，长110mm。底止水沿门跨长4.8m，根据SL74-95修订稿：启门时闸门底缘平均下吸强度一般按20KN/㎡计算，则下吸力：=故闸门的启门力：=1.1584.2+1.2（1498+70.9）+2.5=2528（kN）闭门力可按下式计算：=1.2（+）-0.9G=1.2（1498+70.9）-0.9584.2=1357（kN）由上述算式可知，靠闸门自重不能关闭闸门，可以考虑在闸门上设置一个重量为1500kN的加载梁。4.2.3.1吊轴和吊耳板验算吊轴，采用Q235钢，由表查得，采用双吊点，每边起吊力为吊轴每边剪力需要吊轴截面积又故吊轴直径，取d=140mm... 吊耳板强度验算：按局部紧接承压条件，吊耳板需要厚度按下式计算。由表查得Q235钢的，故因此在边梁腹板上端部各焊一块厚度为20mm的轴承板。轴承板采用圆形，其直径取为D=3d=3×140=420mm。吊耳孔壁拉应力按下式计算：式中，吊耳板半径R=210mm，轴孔半径r=70mm，由表查得，所以孔壁拉应力：经过验算，拉应力满足要求。4.2.4拦污栅计算拦污栅的栅条有垂直放置的金属栅条相互连接构成，方式为焊接。水头高度为15.8m，对于拦污栅整体宽度为7.5＋0.3=7.8m，宽度为1.2×8.8=9.0m；对于单片栅条高度为h=1.8m，宽度为d=1.56m；对于单个栅条净距为b=水轮机直径/30=7.5cm，宽度为s=b/10=0.8cm.即栅条中心距为0.075m，横梁间距为0.75m,栅条厚度为8mm，高度为180mm，下面通过计算验证了栅条设计的可行性。4.2.4.1荷载计算根据下列公式，对拦污栅所受到的静水荷载进行计算其中，为水的比重=10H为计算水头H=15.8m为栅条中心距=7.5cm计算可得，拦污栅所受静水荷载为q=11.85... 图4-12拦污栅尺寸示意图（单位：cm）4.2.4.2强度验算已知横梁间距为0.75m，栅条厚度为0.8cm，高度为1.8m。其截面上的弯矩可以按照下式计算其中，q为栅条所受的静水荷载，前面计算得q=11.85l为横梁间距，l=0.75m计算可得，拦污栅截面所受弯矩为拦污栅截面上的抗弯矩模量则可按下式计算其中，为栅条厚度=8mmh为栅条高度h=1800mm计算可得，... 拦污栅应力验算按下式进行其中，M为截面弯矩M=833203W为截面抗弯模量W=43200计算可得，经过验算，可知强度满足要求。4.2.4.3稳定性验算对于矩形截面的拦污栅而言，其受到的均布荷载可按照受均布荷载的简支梁来计算，其临界荷载可按下式计算其中，E为钢的弹性模量E=2.06×G为钢的剪切弹性模量为截面对y轴的惯性矩为截面的抗扭惯性矩计算可得，=拦污栅实际工作荷载按下式计算其中，q为拦污栅所受的静水压力荷载l为横梁间距l=0.75m计算可得，实际工作荷载=因此，安全因素经过验算，可知拦污栅的稳定性满足要求。... 5结论本次毕业设计主要是对河水电站枢纽工程进行厂房的设计，还包括了一部分厂房布置及相关引水系统等部分的设计。设计电站类型为引水式，进水口类型为岸边式，设计之初论证了多种电站厂房型式的可能性，经过比较后发现引水式厂房更加适于工程实际情况。同时，在岸边式、塔式、坝式进水口中进行比较，确定并采用了岸边式进水口的方案。引水系统的设计本应于厂房等其他设施之前完成，但因设计之初就完成了厂房的设计，故将其置于设计后部，这是欠考虑的部分。当然，一个完整的设计不能仅仅局限于某一部分先后的计较中。无论是引水系统亦或是厂房都不能独立的存在，两者是相互影响、相互作用的关系。因此，在设计中更应该将它们结合起来看，才能对整个枢纽工程有一个全面的了解。在完成了厂房与相应引水系统设计后，综合工程相关数据，对厂区枢纽进行了粗略的布置。经多种方案比较后确定了将副厂房置于主厂房下游，将主变场、开关站等设施置于厂房靠进场公路一侧的方案。最后，在闸门设计中，运用结构力学求解器等方法确定了闸门部分的结构及型式。总而言之，本次毕业设计是作为检验一个水利水电工程应届毕业生能力的考试而设置的。在设计过程中有许多细节限于设计者水平的问题还不够完善，有许多问题还值得探讨。... 总结与体会毕业设计开始到现在大概已有两个月了，在这两个月中要完成论文题目的选择，相关资料的准备，论文容的创作，附带图纸的绘制。时间匆匆而过，随着毕业设计逐渐的完成，毕业的脚步也渐渐临近了。在完成这次河水电站枢纽设计过程中，涉及到我们所学到的水文学、水电站建筑物、水工钢结构、水力机械、材料力学等各方面的知识。水电站厂房的设计主要参考了水电站建筑物及相关资料，闸门结构设计则主要参考了水工钢结构等资料。虽然之前也有类似的设计经历，但要完成一个水电站枢纽的设计，也不是光凭胆量就能做好的。在设计中不免有一些遗落与瑕疵的地方。在遇到不理解的地方时，老师和同学们的热情帮助就是我战胜困难的最大法宝。毕业设计对我们来说不仅仅是完成一项学习任务，它是检验我们学习成果的手段，更是我们告别校园，走向更加广阔的天地的阶梯。借助毕业设计，我们不仅完成了对自己这四年所学知识的肯定，也让我们对未来走向实际工作岗位有了更多的憧憬。在设计当中有许多地方不仅仅靠公式定理就能解决，这就需要我们随时掌握新的知识，全面提高自身的能力，才能对问题有更全局的了解。总的来说，两个月来日以继夜的辛劳终于有所回报。毕业设计已近尾声，我们作为学生身份的生活也即将结束，但这只是我们踏入社会生活中的起点。在未来，我们也要用克服困难，勇于创新的态度去学习生活。... 谢辞时间匆匆过去，转眼就到了毕业设计即将结束的日子。在本次毕业设计过程中，我在其中遇到了许多的问题，有些是因为资料模糊造成的，有些是因为自己粗心大意造成的。但在老师与同学们热情的帮助下都一一克服了过去。在这里我要向在本次设计中提供过帮助的老师和同学们表达自己衷心的感谢，正是因为你们的帮助，才能让我在短短两个月完成自己的任务，少走了许多弯路。同时，在这里我必须感谢一下我的指导老师，涂兴怀老师。涂老师在平时就是一位平易近人、耐心十足的老师，在教学过程中更是一位细致严谨、有教无类的老师。在这次设计过程中，他经常询问我们是否有问题，关心我们的设计进度。在同学向他提出问题后总是能在很短的时间做出回应，在同学有问题是也总是很耐心的向我们解答。总之，感谢所有在大学四年中给予我无私帮助的老师、长辈、同学与朋友们，感谢在生活在给予我关心支持的师长、亲友们。在毕业设计即将结束的日子，向你们表达我最真挚的感谢。... 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