乌溪江水电站枢纽布置及岔管毕业设计计算书

目录
目录................................................................................................................................................... - 1 -
第一章基本资料............................................................................................................................. - 4 -第二章水轮机................................................................................................................................. - 4 -
2.1水电站水头的确定 (4)
2.2水轮机型号选择 (4)
2.2.1HL200型水轮机方案的主要参数选择........................................................................... - 4 -
2.2.2 HL180型水轮机方案的主要参数选择............................................................................ - 6 -2.3调速设备及油压装置选择 .. (7)
2.3.1调速功计算........................................................................................................................ - 7 -
2.3.2接力器的选择.................................................................................................................... - 7 -
2.3.3调速器的选择.................................................................................................................... - 8 -
2.3.4油压装置的选择................................................................................................................ - 9 -2.4水轮机安装高程 (9)
2.5蜗壳及尾水管 (9)
2.5.1蜗壳断面型式.................................................................................................................... - 9 -
2.5.2蜗壳水力计算.................................................................................................................... - 9 -
2.5.3尾水管尺寸的确定.......................................................................................................... - 10 -2.6水轮机进水阀和起重设备 (10)
第三章发电机............................................................................................................................... - 12 -
3.1主要尺寸 (12)
3.2水轮发电机重量 (12)
第四章混凝土重力坝................................................................................................................... - 13 -
4.1坝顶高程 (13)
4.1.1设计洪水位情况.............................................................................................................. - 13 -
4.1.2校核洪水位情况.............................................................................................................. - 13 -4.2坝顶宽度 . (14)
4.3重力坝基本剖面 (14)
4.4重力坝实用剖面 (14)
4.5稳定和应力校核 (15)
4.5.1设计洪水情况.................................................................................................................. - 15 -
4.5.2校核洪水位情况.............................................................................................................. - 19 -
第五章溢流坝............................................................................................................................... - 24 -
5.1溢流坝孔口尺寸的确定 (24)
5.1.1 溢流坝下泄流量的确定................................................................................................. - 24 -
5.1.2孔口净宽溢流坝段总长度.............................................................................................. - 24 -
5.1.3堰顶高程的确定.............................................................................................................. - 24 -
5.1.4 闸门高度......................................................................................................................... - 25 -
5.1.5 定型设计水头................................................................................................................. - 25 -5.2溢流坝的剖面设计 (25)
5.2.1 溢流面曲线..................................................................................................................... - 25 -
5.2.2 消能防冲设计................................................................................................................. - 25 -5.3溢流坝稳定验算 . (27)
5.3.1设计洪水位...................................................................................................................... - 27 -
5.3.2校核洪水位...................................................................................................................... - 29 -第六章引水建筑物....................................................................................................................... - 31 -
6.1有压进水口 (31)
6.1.1有压进水口高程.............................................................................................................. - 31 -
6.1.2进口段.............................................................................................................................. - 31 -
6.1.3闸门段和渐变段.............................................................................................................. - 31 -
6.1.4 拦污栅断面..................................................................................................................... - 31 -6.2压力管道及分岔管.. (31)
6.3调压室 (32)
6.3.1 设置调压室条件............................................................................................................. - 32 -
6.3.2 托马断面......................................................................................................................... - 32 -
6.3 .3 调压室设计比较............................................................................................................ - 36 -第七章厂房................................................................................................................................... - 47 -
7.1主厂房长度确定 (47)
7.1.1机组间距.......................................................................................................................... - 47 -
7.1.2端机组段长度.................................................................................................................. - 47 -
7.1.3安装间长度...................................................................................................................... - 47 -7.2主厂房宽度确定 . (47)
7.3主厂房主要高程确定 (48)
7.3.1尾水管底板高程.............................................................................................................. - 48 -
7.3.2基岩开挖高程.................................................................................................................. - 48 -
7.3.3水轮机层地面高程.......................................................................................................... - 48 -
7.3.4主阀廊道地面高程.......................................................................................................... - 48 -
7.3.5发电机层地面高程和安装间地面高程.......................................................................... - 48 -
7.3.6尾水平台高程.................................................................................................................. - 48 -
7.3.7吊车轨顶高程.................................................................................................................. - 48 -
7.3.8厂房天花板高程和厂房顶部高程.................................................................................. - 49 -第八章岔管................................................................................................................................... - 50 -
8.1岔管布置及结构分析 (50)
8.1.1 布置形式......................................................................................................................... - 50 -
8.1.2 几何尺寸......................................................................................................................... - 50 -8.2水力计算及壁厚计算 .. (73)
8.2.1正常运行情况最高压力及壁厚计算.............................................................................. - 73 -8.2.2特殊运行情况最高压力及壁厚计算.............................................................................. - 75 -8.3抗外压稳定校核 (77)
第一章 基本资料 第二章 水轮机
2.1 水电站水头的确定
根据N=8.3QH 绘N ～H 曲线图。

设计蓄水位下四台机组满发查N ～H 曲线图得H=109.97m 设计低水位下四台机组满发查N ～H 曲线图得H=71.5m
设计洪水位下最大下泄流量5400s m 3,查获青水位流量关系得下游水位124.915m,净水头H=96％×（237.5-124.915）=108.1m
校核洪水位下最大下泄流量9700m 3，查获青水位流量关系曲线得下游水位129.5m,净水头H=96％×（239-129.5）=105.12m
故最大水头max H =109.97m ，最小水头min H =71.5m,平均水头av H =0.6×109.97+0.4×71.5=94.6m
2.2 水轮机型号选择
根据该水电站的水头工作范围71.5～109.97m ，查《水电站》教材型谱表选择合适的水轮机型有HL200、HL180两种。

现将这两种水轮机作为初选方案，分别求出其有关参数，并进行比较分析。

本电站4台机组，装机容量N=170000kW ，发电机效率η=97％，则水轮机单机出力N=
ηm N =97
.04170000⨯=43814.43kW 2.2.1HL200型水轮机方案的主要参数选择
2.2.1.1转轮直径1D (假定η=90%)
η
r r '
1r
1H H 81Q .9N D =
=
%
906.946.9495.081.943
.43814⨯⨯⨯⨯=2.39 m 取标称
直径1D =2.5m 2．2.1.2转速 n
min r 6.2645
.26
.9468D H n n 1
av
'10=⨯=
=
取n=300r/min
2.2.1.3效率η及单位参数修正
%4.935
.246
.0%)7.901(1D D )1(155
1M 1Mmax max =--=--=ηη ε=1.5% %6.0%5.1%7.90%4.93max M max =--=-=∆ηηη M 89.4%0.6%90%ηηη=+∆=+=（与上述假定相同）
%5.11%7.90%4.931n n Mmax max '
10
'
1
=-=-=∆ηη＜3% 单位转速可不加修正，同时，单位流量'1Q 也可不加修正。

2.2.1.4工作范围的检验
%
906.946.945.281.943
.43814H H D 81.9N Q 2r r 2
1r
'
max 1⨯⨯⨯⨯=
=
η
=0.863
m 3
6.945.2863.0H D Q Q 2r 2
1
'max 1max ⨯⨯===52.46m 3 min
r 5.7197.1095.2300H nD n max 1'min 1=⨯=
=
min
r 7.885
.715.2300H nD n min
1'max 1=⨯==
min
r 1.776
.945.2300H nD n r
1'r 1=⨯=
=
在HL200型水轮机模型综合特性曲线图上画出工作范围。

2.2.1.5水轮机吸出高度Hs 计算
min r 1.77n 'r 1=,='max 1Q 0.863m 3,在该型号水轮机模型综合特性曲线中查得
模型气蚀系数σ=0.105.根据设计水头Hr=94.6m 查《水电站》图2-26得气蚀系数修正值σ∆=0.018，下游平均水位查获青水位流量关系曲线得▽=115.74m ，故水轮
机吸出高度Hs=10-900∇-（σσ∆+）H=10-900
74
.115-（0.105+0.018）×94.6=-1.764m
2.2.2 HL180型水轮机方案的主要参数选择
2.2.2.1转轮直径1D (假定η=90%)
ηr r '
1r 1H H 81Q .9N D =
=%
906.946.9486.081.943
.43814⨯⨯⨯⨯=2.5m 取标称直径1D =2.5m 2．2.2.2转速 n
min r 7.2605
.26
.9467D H n n 1
av
'10=⨯=
=
取n=250r/min
2.2.2.3效率η及单位参数修正
%3.945
.246
.0%)921(1D D )1(155
1M 1Mmax max =--=--=ηη 018.0=ε %5.0%8.1%92%3.94max max =--=--=∆εηηηM
%90%5.0%5.89M =+=∆+=ηηη （与上述假定相同）
%3.11%92%3.941n n Mmax max '10
'
1
=-=-=∆ηη＜3%
单位转速可不加修正，同时，单位流量'
1Q 也可不加修正。

2.2.2.4工作范围的检验
%
096.946.945.281.943
.43814H H D 81.9N Q 2
r r 2
1
r
'max 1⨯⨯⨯⨯=
=
η
=0.863s m 3
6.945.2863.0H D Q Q 2
r
21'max 1max ⨯⨯===52.46m 3 min r 59.697.1095.2025H nD n max 1'
min 1=⨯=
=
min r 73.95
.715.2250H nD n min 1'max 1=⨯==
min r 26.646
.945.2025H nD n r
1'r 1=⨯=
=
在HL180型水轮机模型综合特性曲线图上绘出工作范围。

2.2.2.5 水轮机吸出高度Hs
min r 26.64n 'r 1=,='max 1Q 0.863s m 3,在该型号水轮机模型综合特性曲线中查
得模型气蚀系数σ=0.086.根据设计水头Hr=94.6m 查《水电站》图2-26得气蚀系数修正值σ∆=0.018，下游平均水位查获青水位流量关系曲线得▽=115.74m ，故水
轮机吸出高度Hs=10-900∇-（σσ∆+）H=10-900
74
.115-（0.086+0.018）×94.6=0.033m 根据水轮机方案参数对照表可看出，两种不同机型方案在同样水头下满足额定出力情况下，HL180型具有工作范围好，气蚀系数小，安装高程高等优点，故选择HL180型水轮机。

2.3 调速设备及油压装置选择
2.3.1调速功计算
s m 45.139
.0109.9781.943814.4381H .9N Q 3
max r =⨯⨯==
η
()30000N m
Nm 10)1.87~5.1(D H Q 250~200A 5
1
max >⨯== 属大型调速器，接力器、调速柜和油压装置应分别进行计算和选择。

2.3.2接力器的选择
2.3.2.1接力器直径的计算
采用两个接力器来操作水轮机的导水机构，选用额定油压为2.5MPa ，03.0=λ，则每个接力器的直径s d 为：⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛=2.0D b 10
352m m
109.972.05.203.0H D b D d max 0
1
s 1
=⨯⨯⨯==λ
由此，在《水电站机电设备》表4-4中选择与之接近而偏大的375mm d s =的标准接力器。

2.3.2.2接力器最大行程的计算
()0m a x
m a x a 8.1~4.1S = 导叶最大开度0max a 可由模型的0M max a 求得：
175m m
24
53424
287532.5Z D Z D a a 0
0M 0M
00Mmax
0max =⨯⨯⨯
==
在模型综合特性曲线上查得a max 0M =32.5mm,D M 0=534mm,Z M 0=24
2875mm
5.215.115D .1D 10=⨯==
当选用计算系数为1.8时，则315m .01758.1S max ==⨯= 2.3.2.3接力器容积的计算
两个接力器的总容积s V ()3
2
m a x 2s s 07m .0315.0375.02
S d 2
V =⨯⨯=
=
π
π
2.3.3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
71mm 071m .05
.4407
.013.1V T V 13
.1d m S s ==⨯⨯== (选用s m 5.4V ,4s T m s ==) 由此在《水电站机电设备》表4-1中选择与之相邻而偏大的DT-80型电气液压型调速器。

2.3.4油压装置的选择
此处油压装置不考虑空放阀和进水阀的用油，则压力油罐的容积
3S K 4m .1~26.107.0)20~18(V )20~18(V =⨯==
由此，在《水电站机电设备》表4-2种选则与之相邻而偏大的YZ-1.6分离式油压装置。

2.4 水轮机安装高程
一台水轮机额定流量Q=
ηHr N
81.9=9
.06.9481.943.43814⨯⨯=52.46m 3/s,查获青水位流
量关系曲线得设计尾水位▽w =115.5m
水轮机安装高程Zs=▽w +Hs+b 0/2=115.5+0.033+0.25=115.783m,取为115.8m 。

2.5 蜗壳及尾水管
2.5.1蜗壳断面型式
金属蜗壳，断面为圆形，座环蝶形边切线与水平中心线夹角α=55︒，蜗壳包角0ϕ=345︒
2.5.2蜗壳水力计算
通过任一断面i 的流量Q i =Q max i ϕ/360︒，断面半径i ρ=
c
i
v Q πϕ︒
360max ，断面中心距a i =r a +i ρ,断面外半径R i =r a +2i ρ。

蜗壳进口断面平均流速v c 根据水轮机设计
水头查《水电站》图2-8得v
c =7.5m/s，r
a
=D
a
/2=4.1/2=2.05m，
r
b =D
b
/2=3.4/2=1.7m
表2-1 涡壳计算表格
从蜗壳鼻端
至断面i的
包角
i
ϕ
（°）
断面半径
i
ρ（m）
断面中心
距
i
a(m)
断面外半
径
i
R(m)
345 1.46 3.51 4.97
300 1.36 3.41 4.77
255 1.26 3.31 4.57
210 1.14 3.19 4.33
165 1.01 3.06 4.07
1200.86 2.91 3.77
750.68 2.73 3.41
300.43 2.48 2.91
2.5.3尾水管尺寸的确定
采用弯肘形尾水管
2.5.
3.1进口直锥段
单边扩散角θ=8︒
2.5.
3.2中间弯肘段
h
4=1.35D
1
=3.375m, D
4
=1.35D
1
=1.35× 2.5=3.375m,
h
6=0.675D
1
=1.6875m, L
1
=1.82D
1
=4.55m
2.5.
3.3出口扩散段
尾水管水平长度L=4.5D
1=11.25m，尾水管高度h=2.6D
1
=6.5m，
h
5=1.22D
1
=3.05m，顶板仰角α=15︒，B
5
=2.72D
1
=6.8m。

由于下游布置副厂房，
尾水管加长至15.55m。

2.6 水轮机进水阀和起重设备
采用蝴蝶阀，直径D α
D f =
，671.00687.013max =-=H α，进口断面直径
D 0=3.5m ，D f =m 3.4671
.05.3=，选用蝴蝶阀直径D m f 6.4=。

最重吊运部件重量162t ，机组台数4台，选用一台双小车桥式起重机，名义起重量2×100t ，跨度L m k 14=。

第三章 发电机
由N=42500kW 和250r/min ，套用《水电站机电设备》附表8，选SF42.5-24/520型发电机。

3.1 主要尺寸
定子内径i D =4600mm ，定子铁芯长度t l
=1820mm ，定子铁芯外径
a D =5200mm ，
定子机座外径6390mm D 1=，风罩内径D 2 =8800mm ，转子外径3D =4572mm ，下机架最大跨度4100mm D 4=，定子机座高度1h = 2980mm ，上机架高度
2h =1250mm ，永磁机高度6h =600mm ，定子支座支承面至下机架支承面或下挡风板之间的距离8h =540mm ，下机架支承面主主轴法兰底面距离9h =1105mm ，转子磁轭轴向高度10h =2550mm ，发电机主轴高度11h =6968mm ，定子铁芯水平中心线至法兰盘底面距12h =3180mm
3.2 水轮发电机重量
水轮发电机的总重量 G F =318t ，发电机转子重量 G Z =162t
第四章 混凝土重力坝
4.1 坝顶高程
4.1.1设计洪水位情况
山区峡谷受台风影响，取计算风速V ︒=14m/s,有效吹程2000m 。

0284.014200081.914
0076.00076.03
/1212
/13
/1212/12
=⎪
⎭
⎫ ⎝⎛⨯⨯⨯=⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛=-︒-︒
︒
v gD v v gh
故h=0.0284m 57.081.9/142=⨯
3313.014200081.914331.0331.075
.3/12
15.2/175
.3/1215.2/12=⎪⎭
⎫
⎝⎛⨯⨯⨯=⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛=-︒-︒
︒v gD v v gL m
故L m =0.3313m 62.681.9/142=⨯ 由于1.1002
=︒
v gD ，h 相当于累积频率5%的波高。

查《水工建筑物》表2-12得
h %
1=0.71m。

波
浪
中
心
线
高
出
计
算
静
水
位
h m cth L H cth L h m m
z 24.062
.65
.122262.671.0222
%1=⨯⨯==
ππππ。

安全超高查《水工建筑物》
表4-5得h c
=0.7m ，故坝顶上游防浪墙顶应超出水库静水位高度
m h h h h c z 65.17.024.071.0%1=++=++=∆设。

坝顶上游防浪墙顶高程=设计洪水位+m h 15.23965.15.237=+=∆设
4.1.2校核洪水位情况
h %1=0.71m ，h m z 24.0=,安全超高查得h m c 5.0=,故坝顶上游防浪墙顶应超出水库静水位高度m h h h h c z 45.15.024.071.0%1=++=++=∆校。

坝顶上游防浪墙顶
高程=校核洪水位+m h 45.24045.1239=+=∆校
比较上述两种情况得坝顶防浪强顶高程为240.5m ，防浪墙高度取1m ，最后确定坝顶高程为239.5m ，查坝轴线工程地质剖面图得可利用基岩最低点高程115m ，故最大坝高=239.5-115=124.5m
4.2 坝顶宽度
坝顶宽度b=（8%～10%）H ，且不宜小于3m ，取10m 。

4.3 重力坝基本剖面
按在主要荷载作用下剖面满足坝基面稳定和应力控制条件确定坝底最小宽度。

联立求解B/H=
()()1211
αλλλ--+-︒
r r c
，B=
⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛-+︒1αλr r f kH c 。

其中H=239-115=124m ，坝体材料容重r c =24kN/m 3，水容重r ︒=10kN/m 3，坝基摩擦系数f=0.68，扬压力折减系数1α=0.25，基本组合安全系数k=1.0.
解得004.0=λ，B=84.66m
4.4 重力坝实用剖面
上游坡n=0.1,下游坡m=0.8，折坡点高程175m ，此时坝底宽度B=105.2m 。

图4-1 非溢流坝剖面图
4.5 稳定和应力校核
4.5.1设计洪水情况
4.5.1.1坝基面
坝体自重：
kN V W c 432016062
1
2411=⨯⨯⨯⨯==γ
kN V W c 2988015.124102422=⨯⨯⨯==γ
kN V W c 6.1193495.1112.892
1
2433=⨯⨯⨯==γ
静水压力：
kN H P H 66.736055.1222181.92122
101=⨯⨯==γ
kN H P H 53.159403.1881.92
12122
202=⨯⨯==γ
kN V P V 75.3678
165.6281.9101=⨯⨯⨯==γ kN V P V 8.1765160621
81.922=⨯⨯⨯⨯==︒γ
kN V P V 62.1275103.18424.142
1
81.933=⨯⨯⨯⨯==︒γ
扬压力：
kN B H U 18.1860703.182.10581.921=⨯⨯==︒γ kN HB U 91.2305947.10481.925.012=⨯⨯⨯==︒αγ
kN HB U 83.123232.9681.947.10425.02
1
2123=⨯⨯⨯⨯==︒αγ
()()kN B H H H U 88.3458947.10481.925.003.1881.95.12281.92
1
2
1
1214=⨯⨯⨯-⨯-⨯⨯=--=
︒︒︒αγγγ
浪压力：
坝前水深H 1=122.5m ＞L m /2=3.31m ，为深水波。

P L =()()kN h h L z m 43.1524.071.062.681.94
1
41%10=+⨯⨯⨯=+γ
表4-1 非溢流坝坝基面荷载计算表格
坝基面抗滑稳定分析：
不计凝聚力，抗滑稳定安全系数 k=
()17.156
.7202697
.12357368.0=⨯=∑-∑=P U W f 滑动力阻滑力＞1.10。

抗滑稳定满足要求。

坝基面应力分析：
坝踵处垂直应力a y MP B M B W 666.02.105567
.93843862.10597.12357362
2=⨯-=∑+∑=
'σ 坝趾处垂直应力a y MP B M B W 683.12
.105567.93843862.10597.12357362
2=⨯+=∑-∑=''σ 应力满足要求。

4.5.1.2折坡面：
坝体自重：
kN V W c 1548015.64102411=⨯⨯⨯==γ
kN V W c 6.254615.512.412
1
2422=⨯⨯⨯==γ
静水压力：
kN H P H 16.191605.622
1
81.92122101=⨯⨯==γ
扬压力：
kN B H U 625.110395.6281.92.011031=⨯⨯⨯==γα
kN B H U 39.25872.425.6281.92.021
2121032=⨯⨯⨯⨯==γα
()kN B H H U 25.22079)5.6281.92.05.6281.9(21
211103103=⨯⨯⨯-⨯⨯=-=γαγ
浪压力：
()()kN h h L P z L m 43.1524.071.062.681.94
1
41%10=+⨯⨯⨯=+=γ
表4-2 非溢流坝折坡面荷载计算表格
折坡面应力分析：
坝体上游面垂直应力
a y
MP B M B W 425.02.5109.11346462.51335.3504362
2=⨯-=∑+∑='σ 坝体下游面垂直应力
a y
MP B M B W 944.02.5109.11346462.51335.3504362
2=⨯+=∑-∑=''σ 应力满足要求。

4.5.2校核洪水位情况
4.5.2.1坝基面：
坝体自重：
kN V W c 432016062
1
2411=⨯⨯⨯⨯==γ
kN V W c 2988015.124102422=⨯⨯⨯==γ
kN V W c 6.1193495.1112.892
1
2433=⨯⨯⨯==γ
静水压力：
kN H P H 28.754191242181.92122
101=⨯⨯==γ
kN H P H 59.244332.2281.92
12122
202=⨯⨯==γ
kN V P V 04.3767
166481.9101=⨯⨯⨯==γ kN V P V 8.1765160621
81.922=⨯⨯⨯⨯==︒γ
kN V P V 87.1954132.22856.172
1
81.933=⨯⨯⨯⨯==︒γ
扬压力：
kN B H U 51.2303432.222.10581.921=⨯⨯==︒γ kN HB U 33.2244968.10181.925.012=⨯⨯⨯==︒αγ
kN HB U 71.119942.9681.968.10125.02
1
2123=⨯⨯⨯⨯==︒αγ
()kN B H H H U 51.3366968.10175.081.92
1
2
1
1214=⨯⨯⨯⨯=--=
︒︒︒αγγγ
浪压力：
坝前水深H 1=124m ＞L m /2=3.31m ，为深水波。

P L =()()kN h h L z m 43.1524.071.062.681.94
1
41%10=+⨯⨯⨯=+γ
表4-3 非溢流坝坝基面荷载计算表格
坝基面抗滑稳定分析： 不计
凝
聚
力
，
抗
滑
稳定安全系数
k=
()122.112
.7299125
.12039768.0=⨯=∑-∑=P U W f 滑动力阻滑力＞1.05。

抗滑稳定满足要求。

坝基面应力分析：
坝踵处垂直应力a y MP B M B W 571.02
.105308
.105688762.10525.120397622=⨯-=∑+∑=
'σ 坝趾处垂直应力a y
MP B M B W 717.12.105308.105688762.10525.12039762
2=⨯+=∑-∑=''σ 应力满足要求。

4.5.2.2折坡面：
坝体自重：
kN V W c 1548015.64102411=⨯⨯⨯==γ
kN V W c 6.254615.512.412
1
2422=⨯⨯⨯==γ
静水压力：
kN H P H 88.20090642
1
81.92122101=⨯⨯==γ
扬压力：
kN B H U 112.113096481.92.011031=⨯⨯⨯==γα
kN B H U 48.26492.426481.92.021
2121032=⨯⨯⨯⨯==γα
()kN B H H U 224.22609)6481.92.06481.9(21
211103103=⨯⨯⨯-⨯⨯=-=γαγ
浪压力：
()()kN h h L P z L m 43.1524.071.062.681.94
1
41%10=+⨯⨯⨯=+=γ
表4-2 非溢流坝折坡面荷载计算表格
折坡面应力分析：
坝体上游面垂直应力
a y MP B M B W 346.02.51218.14665062.51784.3490162
2=⨯-=∑+∑='σ 坝体下游面垂直应力
a y MP B M B W 017.12.51218.14665062.51784.3490162
2=⨯+=∑-∑=''σ 应力满足要求。

第五章 溢流坝
5.1溢流坝孔口尺寸的确定
5.1.1 溢流坝下泄流量的确定
设计洪水下最大下泄流量5400m s /3，查获青水位流量关系曲线得下游水位124.915m ，由N=8.3QH 即170000=8.3Q ×0.96×（237.5-124.915）得Q 引=189.5 m s /3，此时通过溢流坝的下泄流量Q=Q =-引Q S α5400-0.8×189.5=5248.4 m s /3
校核洪水下最大下泄流量9700 m s /3，查获青水位流量关系曲线得下游水位129.5m ，由N=8.3QH 即170000=8.3Q ×0.96×（239-129.5）得Q 引=194.84 m s /3，此时通过溢流坝的下泄流量Q=Q =-引Q S α9700-1×194.84=9505.16m s /3
5.1.2孔口净宽溢流坝段总长度
单宽流量50～100 m s /3，分别计算设计和校核情况下孔口宽度。

表5-1孔口净宽计算
溢流坝孔口宽度取60m ，每孔宽度10m ，孔数n=6，初拟闸墩厚度为3m ，则溢流坝总长度L 0=nb+（n-1）d=60+15=75m
5.1.3堰顶高程的确定
由q=m 2
302H g 计算堰顶水头，计算水位减去相应堰上水头即为堰顶高程。

表5-2堰顶高程计算
取堰顶高程221.81m 。

5.1.4 闸门高度
闸门高度=正常蓄水位-堰顶高程+安全超高 =231-221.81+0.1=9.29m 取门高10m 。

5.1.5 定型设计水头
堰上水头H max =校核洪水位-堰顶高程=239-221.81=17.19m
定型设计水头H d =（75%～95%）H max =12.89～16.33m ，取H d =15m ，则15/17.19=0.873，查《水利水电工程专业毕业设计指南》表2-8知堰面可能出现最大负压0.28 H d =4.2m ，小于规定允许值（最大不超过3～6m 水柱）
5.2 溢流坝的剖面设计
5.2.1 溢流面曲线
采用WES 型堰，定型设计水头H d =15m ，堰面曲线方程1
n n d x kH y -=，
基
本
剖面下游
面与幂曲线的切点坐标
x c =m H m n k d n 4.211585.18.0285
.011
1=⨯⎪
⎭
⎫
⎝⎛⨯=⎪
⎭
⎫ ⎝⎛-由1n n d x kH y -=，得y c =14.5m
表5-3 WES 曲线方程参数表
5.2.2 消能防冲设计
采用挑流消能，挑射角︒=30θ，挑流鼻坎高出下游最高水位1～2m ，鼻坎高程137.4+1=138.4m 5.2.2.1反弧半径 （1）设计情况
流速系数86.057
.1181
.1060155.010155.01=⨯-=-
=︒H p φ，鼻坎出流断面平均流速V ()s m gZ c c /93.374.1385.23781.9286.02=-⨯⨯⨯==φ
该断面水深h m V q c c 31.293
.375.87===
反弧半径R=（6～10）h c =13.86～23.1m （2）校核情况
流速系数9.019
.1781
.1060155.010155.01=⨯-=-
=︒H p φ，鼻坎出流断面平均流速V ()s m gZ c c /99.394.13823981.929.02=-⨯⨯⨯==φ
该断面水深h m V q c c 96.399
.394.158===
反弧半径R=（6～10）h c =23.76～39.6m ，比较选用反弧半径R=25m 5.2.2.2挑射距离和冲刷坑深度的估算
坎顶垂直向水深m h h c 43.330cos 96.3cos 1=⨯==︒θ 坎顶至河床面高差m h 4.231154.1382=-= 坎顶水面流速s m V V c /99.4399.391.11.11=⨯==
[()]()[]
m h h g V V V g L 8.2084.2343.381.9230sin 99.4330cos 99.4330cos 30sin 99.4318.912sin cos cos sin 12222122112
1=+⨯⨯+︒︒+︒︒=+++=
θθθθ
挑流冲刷坑深度采用
11.089
.044.2Z h k T k r
=，k r =0.9，鼻坎单宽流量决定的临界水深h k =m g q 68.1381.9/4.158/3223==，上下游水位差Z=239-137.4=101.6m ，代入得T=37.5m
故
()
83.131154.1375.378
.208=--=-t T L ＞4～5，泄水建筑物不受冲坑影响。

图5-1 溢流坝剖面示意图
5.3 溢流坝稳定验算
5.3.1设计洪水位
a 自重G
G=147535.10 KN 方向铅直向下 力臂b=14.55 m
力矩M= 2146664.81 KN ·m 方向逆时针 b 扬压力U
U 1 =17470.53 KN 方向铅直向上
力臂b1=0
力矩M1=0
U2 =7993.60 KN 方向铅直向上
力臂b2=9.72 m
力矩M2=77697.79 KN·m 方向顺时针U3=1925.11 KN 方向铅直向上
力臂b3=45.68 m
力矩M3= 87939.02 KN·m 方向顺时针U4=3850.23 KN 方向铅直向上
力臂b4=47.51 m
力矩M4=182924.43 KN·m 方向顺时针c水平静水压力P
P1=11529.15 KN 方向水平向右
力臂b1=56.83 m
力矩M1=655201.59 KN·m 方向顺时针P2=63365.71 KN 方向水平向右
力臂b2=37.89 m
力矩M2=2400926.75 KN·m 方向顺时针P3=14850.38 KN 方向水平向左
力臂b3=5.8 m
力矩M3=86132.20 KN·m 方向逆时针d 利用水重W
W1=2890.42 KN 方向铅直向下
力臂b1=49.18 m
力矩M1= 142150.86 KN·m方向逆时针W2=784.8 KN 方向铅直向下
力臂b2=48.51 m
力矩M2= 38070.65 KN·m 方向逆时针∑=-1026527.184 KN·m
W
∑=118595.956 KN
W-U
∑=60044.48 KN
P
2
W-U W-U
B B 6y ∑∑'σ=-=
118595.956118595.956698.41298.41-⨯=507.77 KN/ m2
2
W-U W-U
B B +6y ∑∑''σ==118595.956118595.956698.412
98.41+⨯=1859.956 KN/ m2
满足应力要求
K= P U W f ∑-∑)(=1.34309＞1.1，满足抗滑稳定要求
5.3.2校核洪水位
a 自重G 同设计情况下）
b 扬压力U
U 1 =21486.74 KN 方向铅直向上
力臂b 1=0 力矩M 1=0
U 2 =7796.45 KN 方向铅直向上 力臂b 2=9.72 m
力矩M 2=75781.49 KN ·m 方向顺时针 U 3=1877.63 KN 方向铅直向上 力臂b 3=45.68 m
力矩M 3= 85770.14 KN ·m 方向顺时针 U 4=3755.27 KN 方向铅直向上 力臂b 4=47.51 m
力矩M 4=178412.88 KN ·m 方向顺时针 c 水平静水压力P
P 1=13536.16 KN 方向水平向右 力臂b 1=56.83 m
力矩M 1=769259..97 KN ·m 方向顺时针 P 2=63365.71 KN 方向水平向右 力臂b 2=37.89 m
力矩M 2=2400926.75 KN ·m 方向顺时针 P 3=22462.94 KN 方向水平向左 力臂b 3=7.13 m
力矩M 3=160160.748 KN ·m 方向逆时针 d 利用水重W
W 1=2890.42 KN 方向铅直向下 力臂b 1=49.18 m
力矩M 1= 142150.86 KN ·m 方向逆时针 W 2=784.8 KN 方向铅直向下 力臂b 2=48.51 m
力矩M 2= 38070.65 KN ·m 方向逆时针
εM=-1057100.613 KN ·m εW-U=114989.295 KN εP=54438.93 KN
2W-U W-U
B B 6y ∑∑'σ=-=518.02 KN/ m2 2W-U W-U
B B +6y ∑∑''σ==1728.96 KN/ m2
所以满足应力要求 K=
P
U W f ∑-∑)
(=1.436338＞1.05所以满足抗滑稳定要求
第六章 引水建筑物
6.1 有压进水口
6.1.1有压进水口高程
有压进水口应低于运行中可能出现的水位，不出现吸气漩涡的临界淹没深度按戈登经验公式估算，S cr =cv d ,经验系数c=0.55，隧洞采用圆形断面，设计低水位下机组满发时隧洞流量s m Q 3max 5.286=
m H Q D 77.75
.715.2862.52.573
7max
3=⨯==，实际取为d=D=8m 。

闸门断面水流速
度v=Q bd /max =286.5/（7×8）=5.12m/s 。

故S cr =0.55×5.12×8=7.97m ，隧洞顶部高程为191.2-7.97=183.23m
6.1.2进口段
采用平底三向收缩，上唇收缩曲线为四分之一椭圆，椭圆曲线方程为
12
2
22=+b y a x ，a=1.1D=8.8，b=0.5D=4 6.1.3闸门段和渐变段
闸门孔口采用矩形，宽度b=7m ，高度d=8m 。

渐变段断面由矩形变为圆形采用在四角加圆角过渡，渐变段长度为14m 。

6.1.4 拦污栅断面
拦污栅倾角为︒︒70~60，实际取为60º，这样过水面积大，且易于清污。

每块栅片宽度2m ，高度3.5m ，栅条厚度10mm ，宽度150mm 。

6.2 压力管道及分岔管
压力管道经济直径m H Q D 77.75
.715.2862.52.573
7max
3=⨯==，取D=8m 。

压力管道分岔方式采用y 形，管道直径D 1=8m ，
m H Q D 87.65
.71875.2142.52.573
7max
32=⨯==，取D 2=7m
m H Q D 77.55
.7125.1432.52.573
7
max 33=⨯==，取D 3=6m
m H Q D 29.45
.71625.712.52.5737max
34=⨯==,取D 4=3.5m
6.3 调压室
6.3.1 设置调压室条件
根据近似准则判别是否需要设置上游调压室，T w =gH LV /∑，进口段长度L 1=15.73m ，平均流速V s m /2.31=，渐变段长度L m 142=，平均流速V s m /4.52=，引水隧洞及压力管道长度L m 17.12823=，平均流速V s m /7.53=，蜗壳长度L 4=11.41m ，平均流速V 4=4.5m/s ，尾水管长度L 5=11.25m ，平均流速V 5=3.8m/s ，压力水道不计分岔管道情况下估算压力水道惯性时间常数T w =（15.73×3.2+14×5.4+1282.17×5.7+11.41×4.5+11.25×3.8）/9.81×71.5=10.72＞4s,需设上游调压室。

不设尾水调压室的尾水道临界长度L ⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛--∇-=s d s
w H g V V
T
2900852
，水轮机导叶关闭时间T s s 4=，恒定运行时尾水道中流速V=3.8m/s ，尾水管进口流速V s m d /24.6=，水轮机安装高程m 8.115=∇，水轮机吸出高度H m s 033.0=，代入计算得L m w 81.30=＞真实长度，故不设尾水调压室。

6.3.2 托马断面
F k =Lf/21gH α，调压室稳定断面采用正常运行时可能出现最低水头计算，此时
4台机组满发对应隧洞流量Q=286.5m s /3 6.3.2．1引水隧洞的水头损失 （1）沿程水头损失f h
水力半径24
==
D
R m L 8.11381= 计算托马断面时混凝土衬砌，选用最小糙率n=0.012。

平均流速s m A Q v 7.5165
.286==
=π 谢才系数54.93161
==R n
c
m R c L v h f 12.22
54.938.11387.52
2212=⨯⨯== （2）局部水头损失j h
拦污栅处j1h ：
321
.060sin 8.42.1035.1831042.22.1sin 34
3
4341123411=︒⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯+⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯=⎥⎥⎦
⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=αδβδβξb b k
过栅平均流速s m v 29.186
.13165
.2861=⨯=
m g v h j 027.081.9229.1321.022
2
111=⨯⨯==ξ
喇叭口段j2h ：
08.02＝ξ
平均流速 s m A Q v 29.186
.13165
.2862=⨯==
m g
v
h j 007.022
222==ξ
闸门段j3h ：
3.03=ξ
平均流速v s m A Q /12.58
75.2863=⨯==
m g v
h j 4.022
333==ξ
闸门渐变段j4h ： 05.04=ξ
平均流速v s m /12.54=
m g v
h j 067.022
444==ξ
隧洞转弯处j5h ：
]103.090565681632.0131.0901632.0131.02
127
2
1
275=⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛⨯⎢⎣⎡⎪
⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎭⎫ ⎝
⎛︒⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛︒︒
θξR D ＋＝‘
]087.090405681632.0131.0901632.0131.02
1
27
21
275=⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛⨯⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪⎭⎫ ⎝⎛︒⎥⎥⎦
⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛''︒︒
θξR D ＋＝
19.0087.0103.055
5=+=''+'=ξξξ m g
v
h j 315.022
555==ξ
局部水头损失h j =m h i ji 816.0315.0067.04.0007.0027.05
1=++++=∑=
引水隧洞水头损失m h h h j f w 936.2816.012.20=+=+= 6.3.2.2 压力钢管的水头损失
（1）沿程水头损失f h （糙率取最大值0.013）
平均流速s m A Q v 7.5165.286===
π
压力管道长度L 2=173.1m
34.866
1
==n
R C
m R C v L h f 377.02
34.861
.1737.522222=⨯⨯=
= （2）局部水头损失j h 缓管段：
093
.090455681632.0131.0901632.0131.021
2721
271=⎪
⎭⎫ ⎝
⎛︒︒⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⎪
⎭⎫ ⎝⎛︒︒⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+θξR D ＝ m g
v
h j 154.0)2(2
111==ξ
分岔(共三处斜分岔和一个弯管段) ： 斜分岔处损失系数15.02=ξ，
0969.090)(1632.0131.02
1
27'2=⎪
⎭⎫ ⎝⎛︒︒⎥⎦⎤⎢⎣
⎡
⨯+=θξR D (D=3.5m,R=9m,︒45＝θ)
m g v g
v h j 571.081.9245.7)0969.0315.0()2(3222
2
'22
222
=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯+⨯=+⨯⎪⎪⎭
⎫ ⎝
⎛=ξξ 蝶阀：
损失系数15.03=ξ，平均流速v s m A Q /45.775.1625
.7123===
π
m g
v
h j 155.022
333==ξ
局部水头损失h j =m h i ji 88.0155.0571.0154.03
1=++=∑=
压力管道水头损失m h h h j f wm 257.188.0377.00=+=+= 6.3.2.3 断面计算
H 1=H m H H wm w 793.64257.13936.25.71300min =⨯--=--
216
.081
.9215.0103.0315.0093.019.005.03.008.0321.081
.921234.861.173254.938.1138221222=⨯++⨯+++++++
⨯+⨯+⨯=++=∑g g R C L ξα
隧洞断面面积222
24.504
814.34m D f =⨯==π 故K F =
()793
.6481.9216.0224.501.2288.113821⨯⨯⨯⨯+=
gH Lf α=250.1m 2 6.3 .3 调压室设计比较
6.3.3.1 阻抗式调压室
最低涌波水位Z min ：
上游取最低水位,引水隧洞糙率n 取大值0.015， m=0.5（两台增加到四台)
83.74015
.0486
1
61=⎪⎭⎫ ⎝⎛==n R c
m h f 3.34
8
83.747.58.113822
=⨯
⨯=
m h j 816.0=
m h h h j f 116.4816.03.30=+=+=ω
72.44116
.41.25081.97.5848.113822
22
20
1=⨯⨯⨯⨯⨯=
=
π
εωgFh fv L
()766.265.0119.01.0275.05.0162.00min min =⎪⎭
⎫
⎝⎛--⎪⎭⎫ ⎝⎛-+-+==
εεεωm m m h z x ()064.105
.05.0766.212
2
2
20
min
=-=--=
m m h z ωη m h h c 42.41116.4064.1000=⨯==ωη 阻抗孔面积：20
036.1442
.4181.927.05
.2862m gh Q
c c =⨯⨯⨯=
=
ϕω 其中
()8.0~6.0ϕ
%15%6.28%10084
36
.142
>=⨯⨯=π
ω隧洞
A c
最高涌波水位Z max 计算：
上游取正常高水位,引水隧洞糙率n 取小值0.012 （1）沿程水头损失h f
隧洞流量s m H N Q /25.18697
.1093.8170000
3.83=⨯==
s m A Q V /71.384
25.1862
=⨯==
54.93012
.04
86
1=⎪⎭⎫ ⎝⎛=C
m
h f 896.04
8
54.9371.38.113822
=⨯
⨯=
（2）局部水头损失j h
拦污栅处j1h ：
321
.060sin 8.42.1035.1831042.22.1sin 34
3
4341123411=︒⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯+⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=αδβδβξb b k
过栅平均流速s m v 84.086
.131625
.1861=⨯=
m g v h j 012.081.9284.0321.022
2
111=⨯⨯==ξ
喇叭口段j2h ：
08.02＝ξ
平均流速 s m A Q v 84.086
.131625
.1862=⨯==
m g v
h j 003.022
222==ξ
闸门段j3h ：
3.03=ξ
平均流速v s m A Q /33.38
725.1863=⨯==
m g v
h j 17.022
333==ξ
闸门渐变段j4h ： 05.04=ξ 平均流速v s m /33.34=
m g v
h j 028.022
444==ξ
隧洞转弯处j5h ：。