水电站厂房设计引水隧洞和厂房毕业设计说明书.docx
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水电站厂房设计引水隧洞和厂房毕业设计说明书
水电站厂房设计(引水隧洞和厂房)毕业设计说明书
摘要1
前言3
1基本资料4
1.1工程概况4
1.2工程地质4
1.3枢纽布置情况7
1.4工程特性表8
2枢纽布置11
2.1厂房类型确定11
3主要设备的选择12
3.1水轮机型号及主要参数选择12
3.1.1水轮机机组台数和单机容量选择12
3.1.2水轮机型号选择13
3.1.3水轮机主要参数选择13
3.2水轮机重量估算16
3.3转轮重量估算16
3.4发电机型号的选择16
3.5起重设备的选择17
3.5.1起重机的型号确定17
4引水系统的设计19
4.1进水口设计19
4.1.1进水口的类型19
4.1.2供水方式的选择19
4.1.3引水道直径计算19
4.1.4进水口尺寸计算20
4.1.5进水口高程计算23
4.2引水道设计24
4.2.1线路比较24
4.3调压室设计25
4.3.1调压室作用25
4.3.2调压室的设置判断25
4.4调节保证计算26
4.4.1调节保证计算的任务26
4.4.2调节保证计算的目的27
4.4.3调节保证计算的标准27
4.4.4调节保证计算的容27
4.4.5调节保证计算过程27
4.5水头损失计算32
4.5.1沿程水头损失计算32
4.5.2局部水头损失计算32
4.6压坡线的绘制34
5厂房布置设计35
5.1蜗壳尺寸的确定35
5.2尾水管单线图的绘制38
5.2.1进口直锥段计算38
5.2.2肘管计算38
5.2.3出口扩散段计算39
5.2.4尾水管高度39
5.2.5尾水管单线图39
5.3厂房平面尺寸计算39
5.3.1主厂房长度计算40
5.3.2主厂房宽度计算42
5.3.3主厂房的剖面设计44
5.4厂房枢纽布置47
5.4.1安装间的位置选择及计算47
5.4.2尾水平台的布置47
5.4.3厂房电气设备布置48
6结构设计49
6.1工作闸门结构设计49
6.1.1闸门基本资料49
6.1.2闸门的结构形式及布置49
6.1.3面板设计50
6.1.4水平次梁、顶梁和底梁设计51
6.1.5主梁设计56
6.1.6横隔板设计62
6.1.7纵向连接系设计63
6.1.8边梁设计65
6.2闸门附属结构设计68
6.2.1行走支承设计68
6.2.2轨道设计69
结论71
总结与体会72
辞73
参考文献74
摘要
本次毕业设计的题目是黄龙滩水电站厂房设计。
其设计的主要容包括枢纽布置、主要设备型号选择计算、引水系统设计、调节保证计算、厂房布置设计和结构设计。
整个设计过程主要通过课程所学知识、查阅相关设计规以及设计手册等有关资料并在老师的指导下完成。
主要的设计成果有以下容:
水轮机型号为HL220—LJ—380,发电机型号为SF75—40/854,起重机为400/100t单小车桥式起重机,进水口类型为岸边式,引水管道直径为6m,主厂房长度为62m,主厂房宽度为22.2m。
关键词:
枢纽布置引水系统布置设计结构设计
Abstract
ThesubjectofthisgraduationprojectisofHubeiHuanglongtanhydropowerplantdesign.
Themaincontentofthisdesignincludethelayoutofthehub,theselectionandcalculationofthemodelofthemainequipment,designofthediversionsystem,adjusttoensurethatthecalculation,plantlayoutandstructuraldesign.
Throughoutthedesignprocess,mainlythroughclassroomknowledge,accesstotherelevantdesignspecificationsanddesignmanuals,andcompletedundertheguidanceoftheirteachers.
Majordesignachievementsinclude:
themodeloftheturbineHL220-LJ-380generatormodelSF75-40/854,cranebridgecrane400/100tsinglecar,typeofinletforshore-style,diversionthediameterofthepipelineis6m,thelengthofthemainplantis62m,thewidthofthemainplantis22.2m.
Keywords:
Projectlayout,Waterdiversionsystem,layoutdesign,Structuredesign
前言
本毕业设计的主要目的是对我这几年专业学习成绩的一个检验,当然这次毕业设计的意义不仅仅是对学习的一个检验。
检验学习的成绩只是一个基本的要求,在完成设计的过程中更是锻炼了让我们在遇到新知识时勇于去学习、解决的能力。
选择水电站厂房设计作为这次的毕业设计主要是因为厂房在水电站中占有较大的投资比例,且其具有极大的重要性。
并且想通过这次的设计将所学知识合理的运用到设计中去,让自己所学的知识在设计中体现,以顺利完成该设计的目标和要求。
这次设计的主要围是引水系统和厂房两部分,设计达到的深度大致为主要结构尺寸确定和部分设备、线路的布置描述。
厂房是整个水电站枢纽建筑物中的一个主要建筑物,它的正确设计对于水电站的正常运行以及经济效益都有重大影响,不管是在国还是在国外的水电站,对水电站厂房的设计都很重视。
这次设计主要需解决的问题在于各种主要设备的参数、尺寸等的计算,以此根据相关资料选择经济合理的设备型号;引水系统的布置以及进水口尺寸、管道尺寸的计算和选择;厂房的平面尺寸以及立面尺寸的计算和选择;潜孔闸门的尺寸计算、选择以及强度等验算。
1基本资料
1.1工程概况
本枢纽工程是堵河最下游的一个梯级电站。
以发电为主,并兼有工业供水、农田灌溉、改善航运、发展渔业等,是以综合利用的水利枢纽。
供电对象主要是本地区以第二汽车厂为中心的机械工业,铁路运输业以及其他工业,同时为农田电力排灌及市政照明提供电力负荷。
堵河系汉江中上游南岸的一大支流。
位于省西北部,发源于大巴山脉北麓的崇山峻岭之中。
有两源:
南源名官渡河,西源称泗河,以西源为主源。
泗河在境自南向北流,进入境转自西向东行;官渡河有南向北来,两源汇合于竹山县城上游约30公里的两河口后,称堵河,有西南向东北汇入汉江。
河流全长318公里,流域总面积11.725平方公里。
黄龙滩电站位于堵河干流下段,在黄龙滩镇上首之大峡沟口处,距堵河口约25公里,集水面积11.140平方公里,占流域总面积的95%。
堵河系山溪性河流,河谷狭窄,滩多流急,河道平均坡降约为上游15‰、中游约3‰、下游约1‰。
本流域地理位置在北纬310.21o~320.50o,东经109.031o~110.041o之间,属北亚热带江北湿润区,为付热带季风气候,流域平均气温,平均为15.4℃,最高为43.4℃,最低零下9.9℃。
年平均相湿度为76%。
流域平均风速为每秒1.1米,最大风速可达每秒20米以上;地面风向受地形影响以偏东风居多。
1.2工程地质
坝址位于堵河下游长700米的峡谷出口段,两岸第一排山脊均高于300米高程,岸坡350—500。
常水位标高162.0米,河西宽70~90米,水深2~8米。
河床中偏右为一顺河向深槽,复盖沙砾石层厚12~14米。
本枢纽所处大构造单元为武当隆起区,下游基本以黄龙—草店大断层为界,毗邻北岭海西准褶皱带。
地质构造线与上述两质构造单元的北西西构造线基本相符。
枢纽区经多次构造运动,断裂构造和节理裂隙比较发育。
右坝肩山高坡陡,断裂构造发育,岩石较破碎。
在长期物理地质作用下,岸坡表层稳定条件较差,但不存在大的整体滑动变形。
枢纽区出露基岩为古老的结晶片岩,计有正,付片岩两类。
付片岩属元古界武当山扬坪组上部(PtW1Y3),正片岩系褶皱早期基性侵入岩变质而成。
按其所含矿物成分和含量不同,可分为如下几种主要岩性:
付片岩有局部含石榴子石白云母石英纳长片岩(Y23)、富含白云母石英纳长片岩(Y2y3),富含大颗粒石榴子石白云母石英纳长片岩(Y2s3),富含小颗粒石榴子白云母石英纳长片岩(Y2‘3);正片岩有绿泥阳起钠长片岩(U1y2),绿泥钠长片岩(U1n2)。
正、付片岩穿插分布频繁,规律性很差。
在正、付片岩接触带附近,常有宽度不等的硅化,云母化、绿泥化等接触蚀变现象。
左岸台地2~15米厚砂质粘土层,右坝肩有5~15米厚残坡积层。
付片岩呈面状风化,正片岩以裹状风化较为显著。
岩石风化带厚:
河床0~10米,左岸10~35米,右岸30~60米。
其岩石主要物理力学性质指标见下表:
岩石力学性质指标表
岩石名称
风项
化
程度目
正片岩
付片岩
绿泥化带构造破碎带
新
鲜
容量(吨/立米)
3.0
2.68~2.7
饱和抗压强度
(公斤/平方厘米)
大于800
500~600
软化系数
0.7~0.8
0.74~0.77
饱和吸水率(%)
0.33
0.23~0.49
变形模量
(公斤/平方厘米)
11~24×
104
15~22×
104
摩擦系数(f)
0.65
0.70
弱
风
化
容量(吨/立米)
2.68
饱和抗压强度
(公斤/平方厘米)
700~800
200~400
小于50
饱和吸水率(%)
2.57
变形模量
(公斤/平方厘米)
3.5~5.8×
104
2.2~12×
104
0.2~1.0×
104
摩擦系数(f)
0.55
设计采用基岩与大坝混凝土接触面的摩擦系数为0.57~0.67。
引水遂洞一般选用岩石坚固系数为2~7;单位弹性抗力系数为100~600。
本区地震基本烈度,经中国科学院地球物理研究所鉴定为6度,场地设防烈度采用7~7.5度。
坝址区水文地质条件简单,地下水为基岩裂隙潜水,含水层埋藏深度:
左岸14~33米,右岸25~62米。
两岸地下水补给河水。
相对阻水层(W〈0.01升/分〉顶板埋藏深度:
河床5~25米,左岸25~35米,右岸25~90米。
一般正片岩透水性大于付片岩。
河水及地下水均为重碳酸钙镁型水PH值为7~8,呈微弱碱性,对混凝土无侵蚀性。
引水隧洞地质条件:
引水隧洞通过地带沿线出露有正、付片岩两类:
付片岩主要为白云母石英纳长片岩,正片岩为绿泥钠长片岩,绿泥阳起钠长片岩。
岩石饱和抗压强度约为300~700公斤/平方厘米,属中等坚硬岩石。
岩石坚固系数f和单位弹性抗力系数K0的选定方法:
因无试验资料,参考已建的相类似的工程比较选取。
单位弹性抗力系数K0是应用野外岩体静弹试验资料,选用以下公式计算作基本依据,再类比一些已建工程确定。
K0=E0/(rb(1+µ))
式中E0——岩石变形模量;
µ——岩石泊桑比;
rb——遂洞跨度之半,取1米代入。
围岩不同岩石坚固系数f值及单位弹性抗力系数K0值表:
岩性
f
K0
绿泥钠长片岩岩石呈弱风化
1~2
50~70
白云母石英钠长片岩新鲜完整
6~7
600
绿泥阳起钠长片岩新鲜完整
6~7
500
白云母石英钠长片岩岩石呈弱风化
3
70~100
厂区地质条件:
发电厂房位于大峡沟右侧,尾水经由尾水渠泄入大峡沟,再流入堵河河道。
主、副厂房基础出露的付片岩主要为白云母石英钠长片岩,正片岩为绿泥钠长片岩。
后者呈穿插分布。
片理产状忌的趋势走向北西西,侧向北北东,倾角大于60o在高程159.0以下呈微风化或新鲜状态,其上均呈弱风化状态。
岩性
白云母石英钠长片岩
硅化白云母石英钠长片岩
绿泥钠
长片岩
绿泥
化带
断层
破碎带
风化程度
新鲜
或微
风化
弱风化
新鲜
微风化
新鲜
微风化
弱风化
弱风化
容量(吨/立方米)
2.7
2.65
2.75
2.85
2.80
饱和抗压强度
(公斤/平方厘米)
400
~
500
250
700
700~
800
小于
700
小于
50
变形模量E0=A×104
(公斤/平方厘米)
10—
15
2—3
10—12
10—12
5—6
0.04—0.05
0.5
各种岩石饱和抗压强度Ru,变形模量E0等物理力学性质指标如下表:
1.3枢纽布置情况
坝顶高程:
▽252m;防浪墙▽253.5
坝段说明:
坝段号
坝段长(米)
说明
2
18.5
3
20
4
20
5
20
6
20
升船机
7
16
非常溢洪道(表孔),溢流面高程▽238
8~13
16
潜孔溢洪道,溢流面高程▽223
14
20
原导流明渠底坎高160.5后封填,设197泄水孔
15
16
放坝顶门库,15~16之间的沿带放电梯井202.5与对外道路相连
16
16
坝顶变压器室
17
18
厂房坝段D=6.5
18
18
厂房坝段D=6.5
19
16
油泵间
20
21
22
23
16
8
16
16
与上坝公路相接
1.4工程特性表
枢纽水文特性
序号
名称
单位
数量
备注
1
流域面积
全流域
平方公里
11,725
坝址以上
平方公里
11,140
2
利用水文系列年限
年
31
3
多年平均年迳流量
亿立米
60.2
4
代表性流量
多年平均流量
立米/秒
191
实测最大流量
立米/秒
10,600
1937年9月26日
调查历史最大流量
立米/秒
12,300
1867年
设计洪水流量(p=1%)
立米/秒
13,300
坝址洪水
校核洪水流量(p=0.2%)
立米/秒
16,600
坝址洪水
非常洪水流量(p=0.1%)
立米/秒
17,800
坝址洪水
施工初期导流流量
立米/秒
800
枯水期5年一遇
5
泥沙
多年平均年输沙量
万吨
858
多年平均含沙量
公斤/立米
1.37
实测最大含沙量
公斤/立米
45
6
天然水位
下游常水位
米
162
实测最低水位
米
160.42
黄龙滩站1958年2月25日
(相应流量)
立米/秒
19
实测最高洪水位
米
176.46
黄龙滩站1937年9月26日
(相应流量)
立米/秒
160,00
调查最高洪水位
米
178.18
黄龙滩站1867年
水库特性
序号
名称
单位
数量
备注
1
水库水位
正常高水位
米
247.0
设计洪水位(p=1%)
米
248.2
坝址洪水位
校核洪水位(p=0.2%)
米
251.9
坝址洪水位
非常洪水位(p=0.1%)
米
253.5
坝址洪水位
死水位
米
222.0
非常死水位
米
218.5
2
水库面积
平方公里
32
正常高水位
3
水库容量
总库容
亿立米
12.28
校核洪水位以下
调节库容
亿立米
5.99
死库容
亿立米
4.14
222.0米以下
4
库容系数
0.1
5
调节特性
季调节
6
径流利用系数
0.718
枢纽下泄流量及相应下游水位
序号
名称
单位
数量
备注
1
设计洪水时最大下泄流量
立米/秒
12,130
相应下游水位
米
176.4
2
校核洪水时最大下泄流量
立米/秒
14,250
相应下游水位
米
178.0
3
非常洪水时最大下泄流量
立米/秒
14.860
相应下游水位
178.7
4
设计枯水段调节流量(p=95%)
立米/秒
84.3
相应下游水位
米
161.6
主要建筑物特性
序号
名称
单位
数量
备注
1
拦河坝
坝型
混凝土重力坝
坝顶高程
米
252
最大坝高
米
107
坝顶总长
米
371
拦河坝控制点
米
{X=3616955.338;
Y=37455240.863}
{X=361729.730;
Y=3745038.054}
2
泄洪建筑物
⑴
潜孔溢洪道
孔数
孔
6
堰顶高程
米
227
堰顶宽度
米
12
一孔
单宽流量
立米/秒,米
116
设计情况
消能方式
挑流
差动式鼻坎
闸门尺寸(宽×高)
米
12×10
设计泄洪量(p=1%)
立米/秒
11,140
六孔
校核泄洪量(p=0.2%)
立米/秒
12,220
六孔
⑵
表孔非常溢洪道
孔数
孔
1
堰顶高程
米
238
堰顶宽度
米
10
单宽流量
立米/秒,米
101
校核情况
消能方式
挑流
扭曲斜鼻坎
闸门尺寸(宽×高)
米
10×12
最大泄洪量(p=0.2%)
立米/秒
1,010.
⑶
深式泄水孔
孔数
孔
1
堰顶高程
米
197
单宽流量
立米/秒,米
164
校核情况
消能方式
挑流
平滑鼻坎
孔口尺寸(宽×高)
米
5×6
设计泄洪量(p=1%)
立米/秒
790
校核泄洪量(p=0.2%
立米/秒
820
2枢纽布置
2.1厂房类型确定
本枢纽工程大坝坝体为混凝土重力坝,根据初步判定,厂房类型可选择的有坝后式厂房、河床式厂房、地下厂房和岸边引水式厂房。
因本水电站枢纽坝址所在处河流堵河系山溪性河流,河谷狭窄、滩多流急,坝址处横向空间较小。
因此布置河床式厂房较不适宜,因为倘若布置为河床式厂房,会使坝体段,特别是溢流坝段的长度减小,当与洪水时不通顺,不能达到要求的泄洪流量,不能达到防洪效果。
同时,因坝体的溢流坝段按照防洪设计要求,占用了较长的坝体长度。
若布置为坝后式厂房,溢流坝段泄洪时,所产生的水雾以及震动等将对厂房造成影响,甚至可能干扰厂房的正常运行。
并且厂房的尾水与溢流段的水流相隔太近,尾水的消能效果得不到保证,对下游的冲刷影响较大。
若采用地下厂房,根据地形资料以及地质资料,可以看到,仅有坝体右岸的山体适宜开挖地下厂房,而左岸下游侧的地势较为平坦,开挖地下厂房的稳定性不好。
但右岸侧的山体山高坡陡,断裂构造发育,岩石较为破碎,有多条岩层分界线。
在长期的物理作用下,岸坡表层稳定条件较差。
因此右岸山体开挖地下厂房的条件同样不理想,且开挖地下厂房的投资成本较高。
若厂房类型选用引水式厂房,则厂房只适宜布置在左岸下游侧,因右岸地形地势较陡,布置引水式厂房没有合适的位置,并且开挖量比较大,也很难保证稳定。
而在左岸下游侧布置引水式厂房,则仅需开挖较少方量即可,且左岸的地质条件相比右岸好得多。
综合考虑,因地形位置因素,河床式厂房与坝后式厂房均不适宜,因地质条件因素,地下厂房不适宜,且开挖地下厂房的成本较高。
故本水电站枢纽工程厂房采用岸边引水式厂房,在左岸上游侧布置进水口,通过引水隧洞或管道引水至左岸下游侧的厂房。
3主要设备的选择
3.1水轮机型号及主要参数选择
水轮机是水电站中最主要的动力设备之一,它关系到水电站的工程投资、安全运行、动能指标及经济效益等重大问题,因此在水能规划的基础上,根据水电站水头和负荷的工作围,正确的进行水轮机的选择是水电站设计中的主要任务之一。
水轮机的选择,在确定水轮机的型号和有关参数时,应结合枢纽布置、工期安排以及水轮机的制造、运输、安装和运行维护等方面的因素,列出可能的水轮机待选方案,进行各方案之间的动能经济比较和综合分析,力求选出技术上先进可靠,经济上合理的水轮机.
3.1.1水轮机机组台数和单机容量选择
当机组台数不同时,单机容量不同,水轮机的直径、转速、效率和吸出高等也就不同,从而引起工程投资、运行效益及产品供应等情况的不同。
本水电站总装机容量为15W千瓦,可考虑机组台数为1台、2台、3台、4台。
从机组台数与机电设备制造的方面考虑,采用3台机组和4台机组的情况下,单位千瓦消耗的材料太多,且制造工作量大,安装时间也较多。
且每台机组的容量过小,水轮机和发电机的生产都较为麻烦。
从机组台数与水电站投资的方面考虑,机组台数过多时,相应的辅助设备等也会增多,势必会增加投资。
但采用小机组时,厂房的起重能力、安装场地、基坑开挖量等可缩减,减少投资。
但在大多数情况下,机组台数增多将会增加投资。
从机组台数与水电站运行效率的方面考虑,较多机组台数能使水电站有较高的平均效率。
因此若选用1台机组不适宜。
从机组台数与水电站运行维护的关系方面考虑,机组台数多,运行方式较为灵活,但同时管理人员增多,因此也不适宜选用过多的机组台数。
为了水电站的运行可靠性和灵活性,一般应不少于两台机组。
并且为了接线等对称,大多数情况下都希望选用偶数组机组台数。
综合考虑,本水电站枢纽选用两台机组,单机容量预算为7.5W千瓦。
3.1.2水轮机型号选择
根据水文资料等,已知本水电站的设计水头,最大水头,最小水头。
可供选择的水轮机基本类型有混流式和轴流式。
但混流式水轮机的适用水头围广、且结构简单、运行稳定、效率高。
相比轴流式水轮机应用也较为
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