水利水电工程专业水电站毕业设计

目录
摘要........................................................................ -.5- ABSTRACT .............................................................. -.5- 第一章设计基本资料.......................................................... -.7- 1.1流域概况和地理位置.................................................... 7-
1.1.1水文条件 ...................................................... .-..7-
1.1.2气象条件....................................................... .-..7-
1.1.3厂区水位流量关系 ................................................ ..8-
1.1.4水库面积、容积 .................................................. -.8-
1.1.5工程地质....................................................... .-..9-
1.1.6 当地建筑材料 ................................................. .-..10-
1.1.7工程效益....................................................... -..10- 1.2设计资料.. (11)
1.2.1水能规划 ....................................................... -.11-
1.2.2挡水建筑物及泄水建筑物 ....................................... .-.11-
1.2.3引水建筑物 ..................................................... -.11-
1.2.4水电站厂房....................................................... -.11- 1.3设计任务 (11)
1.3.1水能利用 ....................................................... -.11-
1.3.2枢纽布置、挡水及泄水建筑物 ..................................... -.11-
1.3.3水电站引水建筑物 ............................................. ...12-
1.3.4水电站厂房 ................................................... -..12-
1.3.5其他 .......................................................... ...12 - 第二章水轮机........................................................... ...13- 2.1特征水头的确定........................................................ 13- 2.2水轮机选型.. (13)
2.3水轮机蜗壳及尾水管.................................................... 1-6
2.3.1蜗壳尺寸确定
.-..16 -
2.3.2尾水管尺寸确定................................................... -.17 -
2.4调速设备及油压设备选择 (17)
2.4.1调速功计算 ................................................... -..18-
2.4.2接力器选择..................................................... -..18 -
243 调速器的选择.................................................. .-.19- 244油压装置.......................................................... -..19-
第三章发电机.............................................................. -.2 1-
3.1发电机的尺寸估算....................................................... 2-1
3.1.1主要尺寸估算.................................................. .-..21
-
3.1.2外形尺寸估算.................................................. .-.22- 3.2发电机重量估算......................................................23- 第四章混凝土重力坝...................................................... .-.25- 4.1剖面设计 (25)
4.1.1坝高的确定..................................................... -..25-
4.1.2坝底宽度的确定.................................................. -.27 - 4.2稳定与强度校核 (28)
4.2.1作用组合和类型................................................. -.29 -
4.2.2承载能力极限状态强度和稳定验算................................. -.34 -
4.2.3正常使用极限状态进行强度的计算和验算。

......................... .-.42- 4.3混凝土坝的材料与构造. (45)
4.3.1材料........................................................... ..45 -
4.3.2构造........................................................... ..45 -
4.4地基处理 (46)
4.4.1坝基帷幕灌浆.................................................. .-..46
-
4.4.3坝基排水设施.................................................... .-..46 -
第五章引水建筑物布置.................................................... -.47 -
5.1压力钢管布置 (47)
5.1.1确定钢管直径.................................................. .-..47
-
5.2进水口布置 (47)
5.2.1确定有压进水口的高程.......................................... -.47 -
5.2.2渐变段尺寸确定................................................. -.48 -
5.2.3拦污栅尺寸确定................................................ -.49 -
5.2.4通气孔的面积确定................................................ ..50 - 第六章主厂房尺寸及布置.................................................... -.51 -
6.1厂房高度的确定..................................................... 5-1 -
6.1.1水轮机安装高程................................................. -.51 -
6.12 尾水管顶部高程及尾水管底部高程.................................. :.51 -
6.1.3基岩开挖高程
.-.51-
6.1.4水轮机层地面高程................................................ ..51 -
6.1.5发电机层楼板高程............................................... ..52 -
6.1.6吊车轨顶高程.................................................. .-.52
-
6.1.7厂房顶咼程................................................... -..52 -6.2主厂房长度的确定..................................................... .52
6.2.1机组段长度确定................................................ -.52 -
6.2.2端机组段长度
.-..53 ..................................................... -
6.2.3装配场长度...................................................... -..54- 6.3主厂房宽度和桥吊跨度的确定........................................... 54- 第七章混凝土溢流坝 ...................................................... ..56 - 7.1溢流坝段总宽度的确定.. (56)
7.1.1单宽流量q的选择.............................................. ..56 -
7.1.2确定溢流前缘总净宽L ...................................... .-..56 -
7.1.3确定溢流坝段总宽度.............................................. ..57 - 7.2堰顶高程的确定. (57)
7.2.1堰顶高程的确定................................................. -.57 -
7.2.2闸门高度的确定.................................................. -.58 - 7.3堰面曲线的确定. (58)
7.3.1最大运行水头H max和定型设计水头H d的确定........................... -58 -
7.3.2三圆弧段的确定.................................................. -.58 -
7.3.3曲线段的确定................................................. .-..59 -
7.3.4直线段的确定：.................................................. -.59 -
7.3.5反弧段的确定.................................................. .-..59 -
7.3.6 鼻坎挑角和坎顶高程的确定
.-..60 ..................................................... -
7.3.7溢流坝倒悬的确定................................................ ..60 - 7.4溢流坝强度和稳定验算.................................................. .60
7.4.1作用组合和类型................................................. -.60 -
7.4.2承载能力极限状态强度和稳定验算................................. -.62 -
7.4.3正常使用极限状态进行强度的计算和验算........................... -.64- 7.5 溢流坝的结构布置 (65)
7.6因布置厂房调整后的溢流坝剖面......................................... 65- 7.7消能与防冲............................................................ 65-
7.7.1鼻坎的型式和尺寸............................................... ..65-
7.7.2挑射距离和冲刷坑深度的估算.................................... .-.65- 第八章压力钢管应力分析及结构设计........................................... -.67-
8.1水力计算 (67)
8.1.1水头损失计算..................................... .-..67 -
8.1.2水锤计算...................................................... -..74-
8.2压力钢管厚度的拟定................................................... 7-7-
8.3钢管、钢筋、混凝土联合承受内压的应力分析 (79)
8.3.1混凝土开裂情况判别 ................................. ..79-
8.3.2应力计算........................................................ -..83- 参考文献................................................................. .-•.86-
摘要
紧水滩水电站位于龙泉溪上，是瓯江上游干流梯级开发的第一级水电站，工程以发电为主，兼顾航运、放木及防洪等综合利用要求。

该工程挡水建筑物为混凝土重力坝，泄水建筑物为溢流坝，设计洪水位为
__ 3
289.94m,相应的下泄流量为11000m/s;校核洪水位为291.80m,相应的下泄流量为
14100m3/s，正常蓄水位为284m,设计低水位为264m.非溢流坝坝顶高程293.88m。

坝基开挖至高程200m最大坝高93.88m。

上游坝坡坡度1：0.15，下游坝坡坡度1：0.77，溢流坝堰顶高程272.37m,水电站进水口中心线高程254.2m
本枢纽河谷底宽80m左右，坝顶高程处坝轴线长278m，泄水建筑物进口净宽96m。

根据布置，溢流坝段布置在河床中间，厂房布置在溢流坝段，为厂房顶溢流形式。

因右岸比较平缓，可布置开关站.
该工程采用坝后式水电站布置方式，通过计算选用了混流式水轮机型，转轮直径为
3.0m,转速为21
4.3r/min。

安装水轮发电机组4台，单机容量4.6万千瓦，总装机容量为18.4万kW主厂房宽为19m长为7
5.5m.副厂房是为保证水电站正常运行需要，设置在主厂房上游侧。

主要布置各种机电辅助设备、房间、生产间和必要生活设施房间。

进场公路布置在左岸。

本设计还包括坝内埋管的结构设计。

关键词坝后式水电站混凝土重力坝水轮机发电机进水口厂房
坝内埋管
ABSTRACT
Jin-shui-tan hydroelectric station is located on Long-quan stream which is the first hydroelectric station of the upper mainstream of Ouriver. The primary effect of the whole engineering is generating electricity that also meets the dema nd of shipp ing, drift wood, flood con trol and etc.
This engin eeri ng use con crete gravity dam to preve nt the water and overflowing dam to sluicing. The design water level is 289.94m ,its corresponding flow amount is 11000m3/s .The check level is 291.80m ,its corresponding flow is 14100m3/s.The regular water retaining level is
284m .The crest elevation of the non-over-fall dam is 293.88m , the
foun dati on of dam arrives to 192m height,The max height of the dam is
93.88m ,The upstream dam slope is 1:0.15 ,the downstream dam slop is
1:0.77 ,the crest elevati on is 272.37m . The elevati on of the water in take of the plant is 254.2m.
The width of bottom of the river vale to this hinge is about 80m; the length of axis on top of damis 278m; According to disposal, the overflowing lies in the middle of riverbed, whereas factory lies in the middle of overflow ing dam .Because the left shore is much flater which can lay the switch stati on.
This engin eeri ng uses such disposal that the hydroelectric stati on is behind the dam. We choose the mixed hydraulic turbine, whose diameter is 3.0m and r.p.m is 214.3r/mi n. One of Gen erator has 46000 kw electricity.
It is en sured to gen erate 184000 kw electricity. The width of the mai n power
house is 19m,the length is 75.5m. All kinds of auxiliary equipment and other kinds of rooms assemble in deputy house.
This desig n con cludes the pen stock embeded in dam.
Key Words： Power station at the toe of the dam , concrete gravity ,overflow spillway, turb ine, gen erator, in take, powerhouse, pen stock embeded in dam
第一章设计基本资料
1.1流域概况和地理位置
紧水滩水电站在瓯江支流龙泉溪上，坝址以上流域面积2761平方公里。

龙泉
溪发源于浙闽交界仙霞岭、洞官山，河流长度153公里，直线长度77公里，平均
宽度36公里。

除龙泉县城附近及赤石仁三处有小片盆地外，其余地段多为峡谷，河床覆盖多以大块石和卵石组成，险滩较多。

本流域东侧与瓯江支流小溪相邻，西侧与钱塘江支流乌溪江相邻，南侧为闽江支流松溪，北侧为瓯江支流松阴溪。

河流四周均为岭南山系洞官山脉包围，山脉走向与河流流向一致，最高峰黄茅尖高达1921米，流域平均高度662米，河道
坡降上游陡、下游缓，平均坡降为6.32%。

~0.97 %。

，因河道陡，河槽调蓄能力低，汇流快，由暴雨产生的洪水迅涨猛落，历时短，传播快，所以一次洪水过程尖瘦，属典型的山
区性河流。

龙泉溪是浙江省木材主要产地，境内森林茂盛，植被良好，水土流失不严重。

本工程为瓯江干支流规划的五个梯级开发中的一级，以发电为主，兼顾航运、放木（竹）以及防洪等综合效益。

电站建成后主要担任华东电网调峰并供电丽水、温州，将使丽、温两地区通过220千伏输电线路联系，形成浙南电力系统。

为解决建坝后龙泉溪木材（竹）的流放和航运的发展，大坝左岸专门设置有货筏过坝建筑物。

水库有1.53亿立方米的防洪库容，用以减轻下游丽水、碧湖地区防洪的负担。

1.1.1水文条件
紧水滩坝址与石富站流域面积仅差41平方公里，占控制流域面积的15%故坝址处流
量资料均不加修改，直接采用石富站资料。

1.1.2气象条件
1.1.
2.1气温
本地区地处浙东南沿海山区，属温带季风气候，气候温和，坝址区历年平均气温17.3 C,月平均气温以1971年7月份30.7 C最高，1962年1月份13C最低，实测最高气温为40.7 C（1966年8月），最低气温-8.1 C（1969年2月）。

1.1.
2.2湿度
流域内气候湿润，历年平均相对湿度79%其中以六月份的87%为最大，一月份的84%为最小，实测最小相对湿度仅8%
1.123降雨量
本流域距东海仅120~180公里，水汽供应充沛，坝址以上流域年平均雨量为1833.8毫米，但在年内分配很不均匀，3~9月占年雨量为80.5%，其中5~6两月为雷雨季节，降雨量占年雨量的三分之一，往往形成连绵起伏的洪水，本流域暴雨常出现在此期间，实测最大24小时雨量为236.8毫米。

7~9月间台风侵袭，也有暴雨出现，最大24小时雨量曾达145.4毫米。

流域多年平均降水日数为172天，最多达201天，最少145天。

1.1.
2.4风向风速
本流域4至8月为东南风，1至3月、9至12月一般为东北风及西北风。

历年平均风速1.15米/秒，出现在1970年4月，风向西北偏西。

坝址区可能发生最大风力为11级，相当于风速32米/秒。

1.1.3 厂区水位流量关系
表1 —1厂区水位流量关系
1.1.4 水库面积、容积
表1 —2水库面积、容积
1.1.5 工程地质
1.1.5.1地形地势
库区周边地势高峻，无低矮分水岭，岩石坚硬完整，虽有部分断层伸延库外，但断层胶结好，山体雄厚，且地下水位分布较高，故无永久渗漏之虑。

库区岩石以山岩为主，物理地质现象以小型塌滑体居多，蓄水后小型的边坡再造虽有可能但不致产生大规模的边坡不稳定。

本地区的地震烈度为6度。

紧水滩峡谷长约300米，坝址上游河谷为东西向，进入坝址后转为南北向，水流湍急，河流径急滩折向南偏东流出河谷，在坝址上游转弯和下游急滩两地段，水流集中冲刷形成深潭。

河谷深切，河谷呈“ V”型，两岸地形坡度：200〜220米高程为35°，220〜260米高程为45°, 260〜340米高程为50°〜60°,河低高程约200米，谷宽80〜100米，一般苦水面宽度：50米，水深1〜3米。

1.1.5.2岩性
坝区位于90平方公里的“牛头山”花岗斑岩岩枝的南缘，细粒花岗岩和小型的石英岩脉、细晶岩脉，辉绿岩脉侵入穿摘其间与围岩接触良好。

1.1.5.3地质构造
根据坝址区资料分析，紧水滩坝址两岸地形对称，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。

但对缓倾角节理，低水头的裂隙承压水和两岸坝肩的三角稳定问题等需加重视。

1.1.6当地建筑材料
1.1.6.1土料
下村料场：距坝址0.5公里，有效储量426700立方米。

油坑料场：位于500〜550米高程的立平山丘上，为粘土及壤土组成。

1.1.6.2砂石料
共计23个料场，有效储量水下557000立方米，水上3094600立方米、合计3651600立方米
1.1.7工程效益
本电站以发电为主，同时兼顾防洪、航运、渔业等综合利用。

1.1.7.1发电
龙泉溪水电站建成后连入华东电力系统，作为系统调峰电源之一。

1.1.7.2防洪
水库建成后，可减轻洪水对丽水县城和碧湖平原的影响。

在水库五年一遇和二十年一遇洪水时，紧水滩洪峰流量，由原来的4270、6260秒立方米。

分别削减
为2270、3560秒立方米。

1.1.7.3航运与木竹流放
水库建成后，库区可通航机动船，由于水库的调节作用，坝址至丽水枯水期的最小流量由原来的2.23秒立米提高到50秒立米，保证率（80〜85%水深增加了0.6米左右。

从而改善了航运条件。

水库建成后，经水库调节，流放竹、木条件可大为改善，有效流放时间可大为增长，流放量由现在的14万立方米提高到27.4万立方米。

1.1.7.4渔业
水库建成后，正常畜水位时，水库面积达34.2平方公里，为发展渔业及其他
水产养殖事业创造了有利条件。

1.2 设计资料
1.2.1水能规划
1.校核洪水位：291.80m ,校核洪水最大下泄流量14100m3/s.
2.设计洪水位：289.94m,设计洪水最大下泄流量11000 m 3/s.
3.设计蓄水位：28
4.00m
4.设计低水位：264.00m
5.装机容量：4 X 46MW
6.机组机型：选型计算确定
7.其它：调速器、油压装置及起重机选型根据选定的水轮发电机组的参数计
算确定。

1.2.2挡水建筑物及泄水建筑物
1.挡水建筑物：混凝土重力坝
2.泄水建筑物：混凝土溢流坝
3.其它：无
1.2.3引水建筑物
坝式进水口、单元供水、金属蜗壳
1.2.4水电站厂房
坝后式水电站
1.3 设计任务
1.3.1水能利用
无
1.3.2枢纽布置、挡水及泄水建筑物
确定本水电站工程枢纽的组成，建筑物及工程的等级，进行整体枢纽规划布置。

用简易方法计算挡水建筑物和泄水建筑物的基本轮廓尺寸，绘制本电站枢纽
布置图和挡水建筑物、泄水建筑物典型横剖面图。

133 水电站引水建筑物
根据本电站的基本资料，选择水轮机型号及其主要参数，选择配套的发电机和调速器、油压装置型号并确定主要尺寸。

在此基础上计算压力钢管主要参数并进行布置，计算进水口、拦污栅基本参数，绘制压力钢管布置图。

1.3.4水电站厂房
在上述基础上，计算本电站主厂房基本尺寸，选择合适的起重设备，然后进行厂区枢纽布置及主、付厂房设备布置。

绘制厂房典型横剖面图，水轮机层平面布置图和发电机层平面布置图各1张。

1.3.5其他
用AutoCAD将上述图纸中至少1张绘制成1# 工程图。

专题：本电站压力钢管应力分析及结构设计，并绘制结构图。

第二章水轮机
2.1 特征水头的确定
在校核洪水位下, 四台机组满发，H1=70.54m；
在设计洪水位下，四台机组满发，H2=71.40m；
在设计蓄水位下, 一台机组满发，H3=81.26m.;
在设计蓄水位下，四台机组满发，H4=80.08m；
在设计低水位下，四台机组满发，H5=59.79m；
在设计低水位下，一台机组满发，H6=61.32m。

最大水头为
H max^maxif H
2H
3
H
4
H
5
H6?=81.26m
最小水头为
H min 二minfH i 战H3 H4 H5 H^ =59.79m
加权平均水头为
H av = 0.6H max 0.4H min =72.74
设计水头为
H r =0.95H av=69.11m
2.2 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D1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 H M=1150L/S，效率n =89.0%,由此可初步假定原型水轮机在该工况下单位流量Q H=
Q H M=1150L/S，效率n =90%
D1= N r(2-1)
\9.81QnH^/H r n
Nr=Ngr/ n gr
式中 Nr ——水轮发电机额定出力，kW ;
n gr -- 发电机的额定效率，n gr=96%,
Nr=Ngr/ n gr=46000/96%=47916.67kw
Hr -- 设计水头，m ；
n ——原型水轮机的效率(%),由限制工况下的模型水轮机的效率修正 可得。

Nr=Ngr/ n gr=47916.67kw
选用与之接近而偏大的标称直径 D i =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.
n=哑 匹=199.00r/min
(2-2)
D 1
选择与上述计算值相近而偏大的同步转速
n=214.3r/mi n 。

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 n Mmax =91%莫
型转轮直径D 1M =0.46m
n max =1-(1- n Mmax ) 5 *M =1-(1-91%)5=93.8% (2-
3)
则效率修正值为△ n =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△ n 值中再减去一个修正值& ,现取& =1.0%,可得修正值为△ n =1.8%,原型水轮机在最优工况和限制工况下的效率为
n max = n Mmax +△ n =91%+1.8%=92.8% n = n M + A n =89%+1.8%=90.8唏 90%
与假定不符。

重新假定效率 n =90.8%，采用上述过程，得出
D 1=3.0m,n=214.3r/min, n
max =93.8%
D i =
N 9.81Q ii H r..H?
=2.866m
△ n =93.8%-91%-& =1.8% n max = n Mmax + △ n =92.8% n = n M + △ n =90.8%
与上述假定值相同。

单位转速的修正值
由于0.928 <3.0%,按规定单位转速可不加修正，同时，单位流量 Qu 也可不加修
\ 0.91
正，由上可见，原假定的n =90.8%, Q ii = Q IIM , n ii0= n ii0M 是正确的。

那么上述计 算及选用的结果D i =3.0m,n=2i4.3r/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 ii = Q i imax
则水轮机的最大引用流量
Q max = Q iimax D i 2VH7=77.84 m 3
/s
与特征水头 H max 、H min 、 H r 对应的单位转速为：
n iimax — ■- =83.02
在HL220水轮机模型综合特性曲线上绘出
Q iimax =i040L/s, n iimax =83.02r/min .
n iimin =7i.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 i =3.0m 和
n=2i4.3r/min 是合理的。

5. 吸出高度H s 的计算
(2-4)
Q ii max —
N r
9.8iDjH r H
3
=i.040<i.i5 m
(2-5)
n
ii r
学-=77.33
H r
n
i10M
-1)= 0.98%
n
iimin
式中I ――水轮机安装位置的海拔高程， m ；
(T ---- 模型气蚀系数，由水轮机的设计工况参数
n n r =77.33r/min ，Q iimax =
1040L/S ,查HL220水轮机模型综合特性曲线可得，相应的气蚀系 数c =0.133查模型综合特性曲线得(T m = 0.13
△ c ——气蚀系数修正值，在《水电站》图 2—26上查得气蚀系数修正值厶
c =0.018
H r ---- 水轮机设计水头66.41m
H s =10-^/900 — ( c +△c ) H r =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-22OLJ- 300.
2.3
水轮机蜗壳及尾水管
2.3.1
蜗壳尺寸确定
蜗壳采用金属蜗壳，断面为圆形。

包角为
345，即申0=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
3
D a =4700mm,r a=D a /2=4700/2=2350mm,i b =D b /2=4000/2=2000mm,6ax =77.84m /s.
式中 V c ――蜗壳断面流速;
i
——蜗壳包角;
Q max -------- 相应的最大流速，m 3
/S
表2— 1蜗壳尺寸
i
30° 75° 120° 165° 210° 255° 300° 345° p i (mm) 496 784
992 1163 1312 1445 1568 1681 R i (mm) 3342 3918
4333
4675
4973
5241
5486
5713
P i =
R i =r a +2
(2-7)
(max i
\ 360 -：
V c
232 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 i< D2h5
表2—2尾水管尺寸
I 'i
■
D4
图2-2 混流式水轮机尾水管
2.4 调速设备及油压设备选择
241
调速功计算
1. 调速功的计算
反击式水轮机 A=(200—250)Q H^aX D ?
( 2-8)
式中 H max ――最高水头，m
Q ――最大水头下额定出力时的流量， m 3/s ；
D 1 ――水轮机直径，m
A=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。

2.4.2 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 =入 D ^DD ^ Hm ax
(2-
9)
式中 ------ 标准正曲率导叶参数，由导叶数 Z 0=24,查得• =0.029
b 0——导叶高度，b 0/D 1=0.25
ds
=入 D1
=0.329m
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 — 1.8)cl 0max ，
(2-10)
式中 C omax ――水轮机导叶最大开度
式中 D o 、D OM --------- 原型和模型水轮机导叶轴心圆的直径;
Z 。

、Z 0M ――原型和模型水轮机的导叶数目
由n 11r =77.33r/min,Q 11max =1040L/s,在模型综合曲线上查得,
C 0max =a 0Mmax
D 0Z
0M
D
0M Z
(2-11)
a 0max a 0Mmax
.83
D 0M Z
S max =(1.4 〜1.8)a omax =269.96〜338.09
V s =］二 d s 2S max =0.075m 3 2
2.4.3 调速器的选择
大型调速器的型号是以主配压阀的直径来表征的，主配压阀的直径为
管内油的流速，m/s,当油压装置的额定油压为 2.5MR 时，一般取
V m 乞 4 5m/ s
d".社巾0729钿
选择与之相邻而偏大的DT-80气液压型调速器。

2.4.4 油压装置
压力油罐的容积 V k = (18— 20) V S = (18— 20)x 0.075=1.35 — 1.5m 3
，选用 HYZ —1.6
表2-3油压装置尺寸大小 装置型号
D ( mr)i h ( mm H （ mr ） m ( mm n (mr)i HYZ —1.6
1028
2370
3270
2400
1700
取 S max =300 两接力器总容积为
d =1.13 仏
T
s V
m
(2-12)
式中，T
s 导叶从全开到全关的直线关闭时间，s ；
图2-3油压装置尺寸图
第三章发电机
3.1
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 功率因数cos © =0.90.则发电机额定容量S f 为
S f =N f /cos 护51111.11kVA
3.1.1主要尺寸估算
1. 极矩T
式中 S f ――发电机额定容量（KVA
K f ——取8〜10,此时取9 P ――磁极对数，P=14
2. 定子内径D i
D&
= 524.33cm
31
3. 定子铁芯长度I t
n e 额定转速，rpm
S f
l t = 厂=157.73cm
CD j n e
l t / T =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
式中 C
l t
系数，C 取 5.5 X 10-6
S f
CD%
(3-3)
SF65-28/640, (3-1)
(3-2)
当l t / T >3时，通
风较困难；当I t/T <1时，电机效率较低；根据运输条件，当I t/T >2.5m时，一般采用现场叠装定子。

4.定子铁芯外径D a
n e>166.7rpm D a=D i+ T =524.33+58.83=583.16cm
3.1.2 外形尺寸估算
3.121平面尺寸估算
1.定子基座外径D1
214 _n e<300rpm D1=1.20D a=1.20X 583.16=699.79cm
2.风罩内径D2
S=51111.11>20000kVA D2= D1+2.4=7.0+2.4=9.4m
3.转子外径D3
D3= D i-2 S = D i=524.33cm （S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D4
D4=D5+0.6=4.2+0.6=4.8m
5.水轮机基坑直径D5
D5=4.2m
6.推力轴承外径
D6=3.4m
7.励磁机外径
D7=2.4m
3.1.2.2轴向尺寸计算
1.定子机座高度h1
n e>214.3r/min m= l t+2 T =157.73+2X 58.83=275.34cm
2.上机架高度h2
h2=0.25 D i=0.25X 58.83=131.08cm （悬式承载机架）
3.推力轴承高度h3
h3=1600mm
励磁机高度h4
h4=2100mm=2.1m （包括励磁机架，高度900mm）
副励磁机高度h5
永磁机高度h 6
h 6=700mm=0.7m
4. 下机架高度h 7
h 7=0.12 D i =0.12X 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
h 8=0.15 D i =0.15X 524.33=78.65cm
6. 下机架支承面至主轴法兰底面之间的距离
h 9
h 9=1m
按以生产的发电机统计资料，一般为
700— 1500mm ,取1000mm=1m 。

7. 转子磁轭轴向高度h i0
h i0= l t + (500—600) mm=1.58+0.52=2.1m
(无风扇时)
8. 发电机主轴高度
h ii = (0.7— 0.9) H= (0.7— 0.9)X 10.45=7.32— 9.41 取
hn=7.5m
图3-1发电机外形尺寸
3.2 发电机重量估算
水轮发电机的总重量
h 5
=900mm=0.9m
式中 G f ——发电机总重量,
K i ――系数，悬式 K i =8〜10,这里取9
2
f S f 3
G f =K i —
=346.13t l n e .丿
发电机转子重量约为
0.5G f =0.5X 346.13=173.1t
G f =K i
第四章混凝土重力坝
4.1
剖面设计
重力坝剖面设计的任务在于选择一个既满足稳定回去强度要求，又使体积最 小和施工简单、运行方便的剖面。

4.1.1坝高的确定
水库总库容13.71亿m
1 2 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。

坝顶高程=设计洪水位+△ h 设=289.94+4 h 设 坝顶高程=校核洪水位+△ h 校=291.80+A h 校
坝顶超出静水位高度
V 0――计算风速，m/s ,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。

；
D ――风区长度，m ； g 重力加速度，m/s; L m ――平均波长，m 。

设计洪水位下（▽设=289.94 ）
(4-1)
gD
■X 丿
A h=2h 1%+h z + h e
式中2h 1%――累计频率为1%的波浪爬高，m ； 波浪中心
线高出静水位的高度，m ； 取决于坝的级别和计算情况的安全超高,
h z h e
m。

聖=0.0076V/2
gD
式中
VD=20〜250时’为累计频率
5%的波高,
m ；
g
D 2 =27.13 €( 20, 250)
h 为累计频率5%的波高,h m /H m <0.1査表得 h p /h m =1.95则 h m =0.47m.
h 1%/h m =2.42,则 h 1%=2.42X h m =1.13m
式中 H ——水深，m ；
hi % ――累计频率1%的波高，m ；
坝的级别为1级，正常情况,h c =0.7m
△ h=2h 1%+h z + h c =3.37m
坝顶高程为
▽顶=289.94+3.37=293.31m 校核洪水位
（▽校=291.80m ）
gD _ 9.81 1410 =61.48 €
(20,250)
1
h=0.0076V°P 1
=0.91m
1
一1 f D 话 V
2
h=0.0076V 0"2 马仏=0.55m I%丿g
h 为累计频率5%的波高,h m /H m <0.1査表得 h p /h m =1.95,则 h m =0.55/1.95=0.28m, h 1%/h m =2.42,则 h 1%=2.42X h m =2.42X 0.28=0.68m 1
'375 V
2
丄=6.46m g __ L m = 0.3317。

融 gD <Vc 2y
h z
L m
式中 H ——水深，m ；
1
L m = 0.331V 。

五
h z
cth
L m
V 。

2
=9.68m =0.41m
(4-2)
(4-3)
hi % ――累计频率1%的波高，m ；
坝的级别为1级，校核情况,h c =0.5m
△ h=2h i%+h z + h c =2X 1.13+0.41+0.7=3.37m
坝顶高程为
▽校=291.80+2.08=293.88m
坝顶高程，取两者的较大值为293.88m.
4.1.2坝底宽度的确定
(1) 应力条件:
rc ——坝体材料，容重取值为 23.5KN/m 3
r0——水容重取值为 9.81 KN/m 3 a ——
0.25
式中 -W ――作用于滑动面以上的力在铅直方向投影的代数和;
x
P ――作用于滑动面以上的力在水平方向投影的代数和;
U ――作用于滑动面以上的扬压力； f ――滑动面以上的抗剪摩擦系数，由资料查得
，混凝土 /新鲜花岗斑岩抗
剪摩擦系数 tan 0 =0.7,f=tan 0 =0.7
K ――按抗剪强度公式计算的抗滑稳定安全系数，查《水工建筑物》，表4
—1,基本组合，1级，K=1.1
荷载设计值:
(4-4)
(2) 稳定条件: 23
・5
—
0.25
10
=0.69
(4-5)
h z =
二
h%2
cth
L m
2
二
0.68 6.46
cth 三上180
6.46
=0.22m
式中
重力G=103558.09
静水压力P=103558.09
扬压力U= 1 3 22 0.m1 8
查表4—1,基本组合，1级，K=1.1
f (E W- U) 0.0 1 0 35 58.09 1 32 20 . 1 8
K m =1.1
Z P 44 06 7.2 7
下游坝坡m=0.6—0.8,计算得，m=0.77,满足要求。

B=0.77X 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(31.29〜62.59)，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%,(7.51 〜9.388)取为9m。

图4-1 非溢流坝实用剖面图
4.2 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。

421
作用组合和类型
表4-1
非溢流坝的作用类型和组合
作用组合
主要考虑情况
作用类型
自重
静水压力
扬压力
浪压力
基本 组合
长期组合 1.正常畜水位 1 2 3 4 短期组合
2 •防洪高水位
1 2 3 4 偶然组合
校核洪水情况
1
2
3
4
4.2.1.1 作用的大小
图4-2非溢流坝坝体所受作用示意图
00 C0 6
图4-3浪压力示意图
图4-4折坡面以上坝体所受作用示意图
正常蓄水位坝体所受作用大小
表
表4-3正常蓄水位折坡面以上坝体所受作用大小
表4-4设计洪水位坝体所受作用的大小
表4-5设计洪水位折坡面以上坝体所受作用的大小
表4-6校核洪水位坝体所受作用大小
表4-7校核洪水位折坡面以上坝体所受作用的大小
422 承载能力极限状态强度和稳定验算
承载能力极限状态基本组合，应采用下列极限状态设计表达式
；'O©S(；'G G K , ；'Q Q K , a K )兰~ R ^",a K
「di I「m 」
(4-6) 式中，S•——作用效应函数；
R *——结构及构件抗力函数；
0——结构重要系数对应于结构安全级别为I、U、川级的结构及构件,
可分别取用1.1、1.0、0.9;
表4-8水工建筑物结构安全级别
本工程的级别为1级，结构安全级别为I级，0=1.1.
――设计状况系数，对应于持久状况、偶然状况，可分别取用1.0 > 0.85;
G――永久作用分项系数，见表4-9 ;
Q——可变作用分项系数，见表4-9 ;
G
K——永久作用标准值；
Q
K——可变作用标准值;
a K——几何参数的标准值(可作为定值处理)；
f K -------- 材料性能的标准值；
m——材料性能分项系数，见表4-11 ；
d1——基本组合结构系数，见表4-10 <
承载能力极限状态偶然组合，应采用下列极限状态设计表达式
1 f f
怡（，G G K ,，Q Q K , A K , ）兰—R —,a K
式中，
A K
——偶然作用代表值；
d2――偶然组合结构系数，
见表4-10
表
作用分项系数
表4-10结构系数
(4-7)
表4-11材料性能分项系数
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;
4.221坝体与坝基接触面抗滑稳定计算
坝体混凝土与基岩接触面的抗滑稳定极限状态: 作用效应函数
S •八 P R
抗滑稳定抗力函数
R ■二 fd W R C R
民
式中' P R
——坝基面上全部切向作用之和，kN ；
f R
——坝基面抗剪摩擦系数； C
'
R
——坝基面抗剪断黏聚力，kPa 。

核算坝基面抗滑稳定极限状态时，根据规定，应按材料的标准值和作用的标 准值或代表值分别计算基本组合和偶然组合。

1.正常蓄水位下，
作用效应函数
S”)八 P R =34605.8 KN
(4-8)
(4-9)
抗滑稳定抗力函数
R •二 f R、W R久宀=95071.2KN
o S(” =38066.38KN
—=79226 KN
d
满足要求。

2.设计洪水位下
作用效应函数
S(沪為P R =37852.3KN 抗滑稳定抗力函数
R •二fA W R C R A R =66424.31KN
o- S(・) =41607.83KN
匸-=55353.6KN
d
°F)启
d
满足要求。

2.校核洪水位下
作用效应函数
S(・)二亠P R=39283.3KN 抗滑稳定抗力函数
R • = W R C R A R -97881.6KN
o- S( *) =36729.9KN
•-=81568KN
d
满足要求。

4.222坝趾抗压强度承载能力极限状态：
作用效应函数
ml
（4-10）抗压强度极限状态抗力函数
R …fc/ m （4-11）式中'W R——坝基面上全部法向作用之和，kN，向下为正；
'M R――全部作用对坝基面形心的力矩之和，KN，m,逆时针方向为正；
A R ――坝基面的面积，m2；
J R——坝基面对形心轴的惯性矩，m4；
T R——坝基面形心轴到下游面的距离，m ；
2
m――坝体下游坡度；
f
c ――混凝土抗压强度，kPa ；
1.正常蓄水位
作用效应函数
Z W R =69367.12 KN
'M R =-268837.7KN m
=1850.6 KN
抗压强度极限状态抗力函数
S --
Z。