本科学生毕业论文 论文题目： Xxxxx水电站设计 学 院： 水利电力学院 年 级： xxxx级 专 业： 水利水电工程 姓 名： xxxx 学 号： xxxx 指导教师： xxxx xxxx年 xx月 xx日 摘要 xxxx电站位于xxxx东宁县西南大绥芬河上游，电站正常蓄水位225m、装机容量18MW，是一座以发电为主，兼有防洪、灌溉等综合效益的水电工程。 黑龙江省东宁县罗家店水电站，是在1995年黑龙江省水利水电勘测设计研究院提交的《绥芬河流域规划报告》的基础上，对上游的罗家店坝址向上游移动40m进行的勘察。 工作区内交通条件较差，仅有两条砂石公路与东宁县、绥阳林业局相通，但雨季有时交通中断。从罗家店村至枢纽区无公路，只有一条种地的便路，大型车辆无法通过。 本次设计内容主要有：进水口的设计与计算、压力水道的设计与计算、水电站厂房设计和计算。 关键词 进水口；压力水道；厂房 Abstract The graduation project is entitled Lo stores Hydroelectric Power Station. Lo store power in the East County of Heilongjiang Province, Southwest Suifenhe upstream, power normal water level 225m, capacity of 042.4 million cubic meters, installed capacity of 18 MW, is an order based power generation, both flood control, irrigation and hydropower projects and other comprehensive benefits . The design of the main contents are: design and calculation of the intake, design and calculation of the pressure waterways, hydropower plant design and calculation. Key words Inlet; pressure waterways; plant 目录 摘要 I Abstract II 前言 1 1. 进水口的设计与计算 3 1.1进水口的类型选择 3 1.2确定隧洞的圆形断面尺寸 4 1.3对进水口进行细部布置 5 1.3.1拦污栅的布置 5 1.3.2喇叭口的布置 5 1.3.3启闭架及操作平台设计 7 1.3.4闸门尺寸的布置 7 1.3.5闸门井的布置 8 1.3.6通气孔的布置 8 1.4进水口处的底板高程及进水口桩号的布置 8 1.4.1进水口底板高程的设计 8 1.4.2隧洞进口处的进口桩号位置选择 9 2. 进行压力水道的设计与计算 11 2.1判断是否设置调压室 11 2.2压力水道的细部布置设计 12 2.2.1隧洞进口渐变段的布置 12 2.2.2隧洞坡降设计 12 2.2.3竖向转弯段的设计 13 2.2.4压力管道断面尺寸的设计 14 2.2.5岔管的设计 14 2.3水头损失计算 15 2.3.1局部水头损失的计算 16 2.3.2沿程水头损失的计算 20 2.4调压室的计算 22 2.4.1断面稳定断面的计算 23 2.4.2全增负荷时调压室最低涌波水位的计算 25 2.4.3丢弃负荷时最高涌波水位的计算 26 2.4.4阻抗孔处尺寸设计 28 2.5调节保证计算 29 2.5.1机组转速变化最大时相对升高值 29 2.5.2在设计水头下，压力管道位置末端水锤压力相对最大升高值的计算 31 3. 电站厂房的布置设计 32 3.1工程概况 32 3.2厂区布置 32 3.3主厂房的平面设计 33 3.3.1主厂房的上部结构 33 3.3.2主厂房下部结构部分 37 3.3.3主厂房长度的确定 38 3.4主厂房的剖面设计 39 3.4.1水轮机安装高程 39 3.4.2主厂房基础开挖高程 40 3.4.3水轮机层地面高程 40 3.4.4发电机装置高程 41 3.4.5发电机层楼板高程 41 3.4.6起重机（吊车）的安装高程 41 3.4.7屋顶高程 42 3.4.8装配场的楼板高程 42 3.5厂房的立面设计 43 3.6副厂房的布置 43 结论 45 参考文献 46 致谢 47 前言 罗家店水电站位于黑龙江省东宁县西南大绥芬河上游，距东宁县直线km。左岸有林业运材公路通至长汀镇，交通方便。 大绥芬河发源于老爷岭，罗家店距源头约20km，大绥芬河由西南向东北流经本区，河床比降大，水流湍急。主要支流有小绥芬河、寒葱河、大小烂泥河、大小黑瞎子沟等。大绥芬河河流域面积为2630km2，年平均降水量在570mm~680mm,丰水年份可达800mm以上。流域内雨量充沛，天然落差较大，河流的水能资源较为丰富。但利用率很低，流域内至今没有完备的控制性水利工程。因此，大绥芬河水能资源的尽快开发利用，对于发展水电事业，解决该地区以电代柴问题以及拉动地区经济均有着重要的意义。 亚布力水电站工作区的位于张广才岭，地势北低南高，海拔高程小于500m，相对高差小于300m。该区属地区寒冷，冬季漫长寒冷，夏季短暂炎热，年平均气温-2℃~2℃，多年月平均最低气温~38.5℃，最高37.6℃。年平均无霜期95天~120天，季节性冻土深度达2.5m。多年平均降水量550mm~650mm，多集中在7月-9月份，多年平均蒸发量1000mm~1100mm，多集中在4月-6月份。平均风速3-4m/s，最大风速20-30m/s。 该段河流由西向东流入库区后折向南，再转向东流经坝址区，呈“Z”字型，在转弯处可见0.50m高的数级迭水，最大水深达2.5m。河谷呈不对称“V”字型，河床宽35m-40m，漫滩呈窄条状展布于左右两岸，滩面高程325m-330m，宽约60m-80m，面平坦，微倾向河床，后缘斜交坡积裙前缘，坝后局部坡积裙宽约200m，地形坡度5°左右，地面高程350m-380m。右岸为中山区，近河谷段地势陡峭，岩石，山顶高程620m。 本区在大地构造上，处于天山—兴安地槽褶皱区吉黑褶皱系张广才岭隆起带中段。以断裂构造为主。燕山运动时期，北北东向构造形成，同时出现了近东西向（海林断裂）、北东和北西向断裂（山市断裂、梨树沟断裂）。本区在大地构造上属新华夏系体系的第二巨型隆起带——张广才岭、老爷岭褶皱中山区，受其影响主要发育有NNE及NNW向构造断裂。本流域及其附近地区发生的地震震级均小于3级。该区地震动峰值加速度小于0.05g，MW，2台机组，单机容量为9MW,装机利用小时数为2253h。拦河主坝采用沥青砼心墙堆石坝；溢洪道布置在堆石坝右坝肩上游的鞍部，由进水渠、控制段、泄槽、挑流段及尾水渠组成；水电站引水洞线仍采用短洞洞线°，由进水口、引水隧洞、调压井及压力管道四部分组成。 1. 进水口的设计与计算 根据已知资料可知，罗家店水电站电站总装机容量18MW，2台机组，单机容量为9MW,装机利用小时数为2253h。堤防在设计标准情况下总保护面积为35km2。堤防达到设计标准情况下总保护价值为10638万元。按2005年价格水平计算的由现状（约3年一遇）提高到10年一遇防洪标准多年平均防洪效益为724万元。 观察罗家店水电站工程位置测量图与剖面图，罗家店水电站引水洞线采用短洞洞线°），从地形平面图图上可以大致估量出洞长约为860m。进水口型式比较了竖井式和岸塔式两种，本次选取岸塔式进水口。进水口位于右坝肩上游约1.0km处，进水口设拦污栅和一孔工作闸门，清污及检修工作平台与对外交通相连，全断面采用砼衬砌。罗家店水电站建筑物由进水口、引水隧洞、调压井、压力管道及发电厂房组成。 罗家店水电站为混合式电站，电站厂房位于坝下游，厂房内安装二台水轮机，其中水轮机的型号采用哈大集团开发研制的水轮机，两台发电机单机容量为9MW，总装机容量18MW。 水轮机型号：HLA551—LJ—175（混流、立轴、金属蜗壳式水轮机，转轮直径1.75m）。 水轮发电机的型号：SF11—18/370(立式水轮发电机，额定发电容量0.9万千瓦)。 1.1进水口的类型选择 进水口分为有压进水口和无压进水口两种形式，本电站采用有压进水口形式。在进水口的布置及结构形式上，可分为竖井式、塔式、岸塔式及斜坡式等。考虑到罗家店水电站处的地形条件，进口出岩石较宽整，但节理裂隙较为发育，隧洞进口段属于Ⅲ类岩石，所以比较了竖井式和岸塔式两种布置方式。 竖井式进水口的特点：结构简单，不受风浪和冰的影响，但是竖井式进水口的开挖比较困难，工程量开挖较大，投资较高，而且竖井前的隧洞检修不便，故一般工程中不采用。 岸塔试进水口的特点：它主要靠在开挖后洞脸岩坡上，岸塔式的稳定性比塔式较好，塔室对岩坡有一定的支撑作用，施工安装较为方便，不需要太长的工作期，所以在设计中工程一般采用岸塔式进水口。 综合上述，罗家店水电站的引水建筑物的进水口采用岸塔式进水口。 1.2确定隧洞的圆形断面尺寸 根据资料，已知隧洞的最大引用流量为Qmax=50m/s，该发电引水隧洞为有压隧洞，有压隧洞一般均采用圆形断面，原因是圆形断面的水流条件和受力条件都较为有利，过流能力较强。 根据运用要求、泄流量、作用水头及纵剖面位置等，通过水利计算初步估计隧洞的洞身圆形断面的直径D： 查资料可知，隧洞的经济流速一般为2.5~4.5m/s，由公式（见水力学课本）： 式中：Q——最大引用流量； S——，即：； V——经济流速，一般为2.5~4.5m/s。 由于： = v经济在2.5~4.5m/s之间波动，当v取最小值，即：v=2.5m/s时，可求得： = ==5.0m 九游会官网 J9平台当v取最大值，即：v=4.5m/s时，可求得： = ==3.8m 综上，隧洞的圆形断面尺寸的选择范围是：3..8m≤≤5.0m，只要所选值在此范围均能满足要求。 所以隧洞的圆形断面尺寸选定为4.5m。 1.3对进水口进行细部布置 1.3.1拦污栅的布置 进水口前一般要设置拦污栅，主要作用为拦阻漂浮物，有利于保护压力管道和水轮机。拦污栅通常布置为垂直和倾斜两种，当采用人工清污时，采用倾斜布置。本设计中岸塔试进水口的拦污栅采用倾斜布置，其倾斜角为70°。 每块栅片包括边框和栅条，由型刚焊成，锚在柱墩与横梁上，每块栅片的宽度一般不超过2.5m，高度不超过4m。栅条的宽度和厚度由强度计算取得，通常宽度取值范围为100~200mm，厚度取值范围为8~12mm。栅条的净距根据水轮机型号来确定，本水电站采用混流式，型号HLA551-LJ-195，净距取值范围为σ =（/30~/20）。 所以，取σ =1650/25=66（mm）。 考虑到水头损失发电效益的影响，过栅流速不宜太高，因为流速过高，局部水头损失就越大，所以为了减少局部水头损失与清污困难，过栅流速取值为≤1m/s。 1.3.2喇叭口的布置 隧洞进水口常采用顶板和边墙顺水流方向三面收缩的平底矩形断面，为避免产生不利的负压与空蚀破坏。喇叭口的顶板常采用椭圆曲线，其控制方程为： 式中：——椭圆长半轴，通常取=（1~1.5）； ——椭圆短半轴，通常取=（~）。 所以，取： = 1.5× = 1.5×4.5 = 6.8(m) = ×=×4.5 = 2.3(m) 所以进口顶板的椭圆曲线的方程为： 在喇叭口进口的端部，拦污栅的垂直高度=4.5+2.3=6.8（m） 由： 式中： ； （??进口处拦污栅净宽）； 。 所以 = = =m 由上，进口处拦污栅的净宽可以取m 所以： = 0.92(m/s) = 7.24(m) m 1.3.3启闭架及操作平台设计 从资料可知，设计取100年一遇的洪水位226.0m作为进口处的设计水位，即：H设=226.0m。 进水口的闸结构主要由上部启闭架于下部闸门井组成，操作平台是工作人员检修闸门于拦污栅的基础平台，应在设计水位以上。所以操作平台的高度应该大于进水口设计水位，即：226.0m，取操作平台的高度=227m。操作平台以上为启闭结构，已知=7.24m，加上拦污栅上下结合部的余幅2×0.2m=0.4m，所以拦污栅的净长度=7.24m+0.4m=7.64m。 启闭平台主要是放置拦污栅启闭机与闸门启闭机动力设备的平台，因此启闭平台以下至拦污栅以上的净高应大于拦污栅的总长度，即：，取=8m，所以启闭平台的高度为=227m+8m=235m。 启闭架屋顶的高度为：=227m+8m+5m=240m。 式中： 227m??操作平台的高度； 8m??启闭物件的留有高度； 5m??启闭架以上房屋的高度。 即：=240m。 1.3.4闸门尺寸的布置 闸门的空口常采用矩形或正方形，其宽度一般等于隧洞直径，高度一般也等于隧洞直径。所以罗家店水电站的进水口的闸门尺寸为b×h=4.5m×4.5m，即：b=4.5m，h=4.5m，该闸门为工作闸门。 通常情况下进水口闸门的设置为两道闸门，第一道闸门为检修闸门（静水中启闭），第二道闸门为工作闸门（动水中启闭）。由于发电供水洞的进水闸只需要一道工作闸门即可，所以罗家店水电站的闸门就可以只设一道，其闸门形状为正方形，尺寸为b×h=4.5m×4.5m。 工作闸门以后设渐变段，以连接同形隧洞。 1.3.5闸门井的布置 闸门位置的闸底板厚度常取0.8~1.5m，此罗家店水电站的闸底板厚度取值为1.2m，即d=1.2m，最薄不小于0.6m。 闸门井是由前胸墙、后胸墙及两侧边墩组成，另外与岸坡连接的竖向面设置垂直挡墙，在后胸墙与挡墙之间设置通气孔。平面闸门的闸墩的厚度一般为1~1.5m，胸墙最小厚度不宜小于1m。所以在此水电站中边墩的取值为1.5m，前胸墙厚度取值为1.2m，后胸墙厚度取值为1m，挡墙厚度取值为1.2m，闸门的厚度取值为1.2m，即：=1.5m，=1.2m，=1m，=1.2m，=1.2m。两侧门槽与底部槽深取值为0.3m即可。 1.3.6通气孔的布置 在发电引水道中，在充水与防空过程中，闸门后需要排气和补气，特别是当动水关闭闸门时，问题较为突出，否则会引起压力管道局部真空而经受负压。在通气孔的面积布置选择上，一般通气孔也做通人孔，通常通气孔面积是引水管道的5%~7%，宽度不小于80cm，为方便进人需要，长度根据实际具体设定。此水电站的通气孔尺寸取值为：宽度80cm，长度2×1.2m。设置两孔，中间上部设置隔板。 1.4进水口处的底板高程及进水口桩号的布置 1.4.1进水口底板高程的设计 已知死水位为209.m，有压进水口应低于运行中可能出现的最低水位，并且要有一定的淹没水深，避免进水口前出现漏斗状吸气漩涡并防止有压引水道中出现负压。在淹没水深中，我国通常采用戈登公式来计算淹没水深，即： 式中：??进水口处底于死水位以下并且在闸门上端以上的临界淹没水深； ——闸门的孔口净高度； ——经验系数，=0.55~0.73； ——闸门断面的水流速度，即。 则： （m） 考虑到进水口处的波浪与冰冻厚度等因素，取安全深度为h安全=2.8m，所以安全淹没深度为： （m） 进水口处的底板高程： 式中：——闸门的高度； ——淹没水位的高度。 所以底板上板面的高度： （m） 已知底板的厚度为1.2m，即已知进水口处底板基础面的高度为： （m） 1.4.2隧洞进口处的进口桩号位置选择 有压隧洞的进水口一定要满足成洞条件，在隧洞满足成洞条件下，我们尽量做到“早进洞，晚出洞”的原则。在设计中要满足成洞条件及除去进口出闸室的长度，对于有压隧洞，当考虑到围岩的弹性抗力时，隧洞上覆盖岩体的厚度要不小于3倍的洞径，并且有压隧洞的最小围岩厚度不小于0.4倍压力水道最大水位差，有压隧洞进口桩号至少要放在微风化岩层线以后下面位置，进水口的底板应至少放在弱风化岩层线以内。所以隧洞线桩号的上覆岩体的厚度为： 3× 0.4×Hmax 式中：——压力水道最大水位差，即： （m）； ——隧洞的断面直径。 所以： 20m 根据罗家店水电站地质剖面图，初步估计隧洞的进口桩号0+000在地质剖面图上的0+050处，即：隧洞洞线. 进行压力水道的设计与计算 在有压引水式水电站中，从隧洞进口0+000一直到厂房进口处，这个水道都称为压力水道。一般的引水系统中，压力水道分为压力引水道与压力管道，其分界先为调压室位置中心点。从调压室中心点以前称为压力引水道，又称为压力隧洞，调压室中心点以后称为压力管道。在压力水道中，从隧洞进口0+000桩号开始，其组成部分为：隧洞进口的渐变段（由方形变为圆形）、隧洞坡降段、调压井、竖向转弯段、压力管道、岔管及支管。 由已知资料及以上计算可知，初步估计出隧洞的总长度为810m，进口处的底板基面高程为196.1m。罗家店水电站的最大引用流量为=50m3/s，运行时设计水头为 =45m。 2.1判断是否设置调压室 在水电站导叶关闭过程中及开启时，会产生水锤波的反射，而减小水锤压力在引水道中传递的有效方法之一就是设置调压井。设置调压井后，利用调压井扩大的断面积和自由水面，水锤波会在调压室反射到下游去，这样相当于把引水系统分为两段，前面称为压力引水道，后面称为压力管道。调压井以前的压力引水道基本上可以避免水锤压力的影响，调压井以后的压力管道，由于缩短了水锤波的传递路程，可以改善机组运行条件及供电质量。 判断红旗水电站是否需要设置调压井，可以利用压力水道的惯性时间常数值来判断是否需要设置调压井。[]的允许取值为2~4s，常取为3s。由公式： 式中：——为压力水道的长度之和； ——压力水道中的流速； ——为水电站的设计水头； ——重力加速度。 因为： 已知=50m3/s，=4.5m，即=2.25m 所以 (m/s) 由上： （s） 因为[]=3s，所以 []，因此该水电站需要设置调压井。 2.2压力水道的细部布置设计 2.2.1隧洞进口渐变段的布置 红旗水电站引水口的进入闸门后的尺寸为方形尺寸，即=4.5m×4.5m。从隧洞的进口0+000桩号开始由方变圆，即从正方形变为直径为4.5m的圆形。渐变段可以采用在正方形四个角加圆弧的办法进行逐渐过渡，有压隧洞过渡段的单边收缩角不大于10°，以6°~10°为宜，边壁的收缩率控制在1:5~1:8之间。渐变施工复杂，所以不宜过长，但为了水流平顺，也不宜太短，一般渐变段长度采用洞径的1.5~2.0倍。 渐变段由混凝土及钢筋混凝土衬砌而成，采用分段浇筑的方法施工，浇筑长度一般为6~12m。因为1.5L渐2.0，即6.75m9m，所以渐变段长度取值为=8m。 2.2.2隧洞坡降设计 已知隧洞0+000桩号处底板进口高程为=197.3m，所以进口处底板中心处的高程为=197.3+2.25=199.55（m）。支管出口连接厂房处的安装高程初步设计为 =177.47m。 隧洞的纵坡应该根据运用要求、上下游衔接、施工和检修等因素综合分析比较后确定，有压隧洞不易采用平坡或反坡，因其不利于排水。有轨运输的底坡一般为3‰~5‰,但是不大于10‰；无轨运输的坡度为3‰~15‰，但不宜超过20‰。本水电站的纵坡采用10‰，由上可知隧洞的总长度L为810m，由坡降采用10‰而产生的纵坡的高度差为，考虑有些特殊段不能纵坡，由=810×10‰=8.1m，所以纵坡的高度差取值为=7.5m。 已知=199.55m，=177.47m，所以 =199.5 5-177.47=22.08（m） 因为是洞线‰，由此产生的纵坡高度差为7.5m，而=22.08m，所以要在洞线竖向转弯段的设计 由以上计算得出的结果判断需要在洞线上设计竖向转弯段来满足洞线的高差布置，其转弯段高差为： （m） 对于隧洞竖向转弯段的转角一般不宜大于60°，转弯半径不宜小于5倍洞径。已知=14.58m，在竖向转弯段上，考虑到水流衔接畅流，要求上弯段与下弯段的进口及出口位置都要相切连接，所以： α≤60° 则有： m ≥22.5m ≤60° 可取α=47°，代人方程得 ==23（m） 满足条件≥22.5m，所以取R=23m。 2.2.4压力管道断面尺寸的设计 压力管道是位于调压井中心线以后的部分统称为压力管道，它主要承担由水锤波反射而来的水锤压力。压力管道的经济引用流速为4~6m/s，已知=50.0m/s，由公式： 所以管道进口直径的选择为： =3.26≤≤3.99 取时，则有： （m） 当=3.6m时可以满足要求，所以选择压力管道的直径为3.6m。 2.2.5岔管的设计 在水电站引水管道中，考虑到投资关系，通常采用为联合供水，岔管的作用用于分配水流，岔管的设计要求满足以下要求： 水流平顺，水头损失小，避免涡流与震动； 结构合理简单，受力条件好，不产生过大的应力集中和变形； 制作运输安全方便。 罗家店水电站的岔管采用对称的月牙类形岔管，月牙肋形岔管是三梁岔管的发展产物，在目前的水电站设计中引用较为广泛，已经积累了很多次的经验，近年来我国采用的也较多。月牙肋岔管是用一个嵌入管体内的月牙形板来代替三梁岔管的U形架，取消腰梁。月牙肋岔管由主管扩大段和支管收缩段组成，三者之间有一个公切球，使相贯线成为平面曲线。 岔管进口处的管道直径等于压力管道直径，即==3.6m。由于本水电站安装了两台机组，所以岔管分岔后有两条支管，其支管的管径设计用流量控制。由于=2，且=50m/s，所以=25m/s。由公式： 式中：——支管的横切面积，即； ——支管的流速，取值范围为4m/s~6m/s。 所以 （m） 月牙肋主管与岔管之间的公切球的半径由公式得： =（m） 一般情况下，岔管处的岔角考虑到肋宽比等因素的影响，常选择岔角角度为70°。 综上，岔管的设计进口的直径为=3.6m，岔管设计出口的支管直径为=2.5m，公切球的直径为=4.2m，岔管岔角角度为=70°。 2.3水头损失计算 水头损失包括局部水头损失和沿程水头损失。其中局部水头损失在压力水道中包括拦污栅处的水头损失、喇叭口处的水头损失、闸门处的水头损失、渐变段的水头损失、调压井侧向的水头损失、渐缩短的局部水头损失、竖向转弯段的局部水头损失、岔管处的局部水头损失、岔管出口处支管转弯段的局部水头损失及导叶位置处的水头损失。 2.3.1局部水头损失的计算 局部水头损失的计算公式为： 式中：——局部水头损失系数； ——发生局部水头损失处的断面的平均流速； ——重力加速度。 已知=50m/s，（为过流断面面积）。 拦污栅处水头损失 由以上计算可知，栅片的倾角为=70°，栅片净宽为=7.5m，栅片长为=7.24m，所以： （m2） m/s 局部水头损失系数： 式中：——栅条厚度，取值范围为8~12mm； ——栅条净距，J9九游会 - 真人游戏第一品牌； ——与栅条的形状有关，该水电站栅条为矩形栅条，所以取值为2.34。 所以： 则拦污栅处的局部水头损失为： （m） 喇叭口处的局部水头损失 已知=54.3m2，=4.5×4.5=20.25m2，所以: （m2） 则： （m/s） 查表得，喇叭口的局部水头损失系数为=0.1； 则喇叭口处的局部水头损失为： （m） 闸门槽处的局部水头损失 该水电站采用平板闸门，查表得。由=4.5×4.5=20.25（m2）（m）,则闸门槽处的局部水头损失为： （m） 渐变段的局部水头损失 已知=4.5×4.5=20.25（m2），=π?2.252=15.9（m2），则： （m2） （m/s） 隧洞由方变圆时，其局部水头损失系数为=0.05。 所以渐变段的局部水头损失为： （m） 调压室位置侧向进水口处的局部水头损失 查表，调压室侧口处的局部水头损失系数的取值为=0.1。调压室侧向进口面积一般大于或等于隧洞断面面积，则： =π?2.252=15.9m2 （m/s） 则调压室侧向进口局部水头损失为： （m） 渐缩段的局部水头损失 从调压室中心线以后的部分为压力管道，以前的部分为压力引水道，且已知压力引水道的半径为=2.25m，压力管道的半径=1.8m，所以： （m2） （m2） （m2） （m/s） 查表得渐缩段的局部水头损失系数取值为=0.1。 则渐缩段的局部水头损失为： （m） 竖向转弯段的局部水头损失 由上已知转弯段的转弯半径为=23m，转角为=47°，由于竖向转弯段位于调压室中心线后，其压力管道的直径为=3.6m，竖向转弯段的局部水头损失系数为： = = 由： （m2） （m/s） 则竖向转弯段的局部水头损失为： （m） 岔管处的局部水头损失 查表，岔管处的局部水头损失系数为=0.5。已知岔管进口处的管直径为=3.6m，出口支管处的管直径为=2.5m，则： （m2） （m2） （m2） （m/s） 则岔管处的局部水头损失为： （m） 岔管出口处支管转弯段的局部水头损失 有压岔管的体型不作详细的设计，转弯处转角不知，所以可以将岔管出口处支管段转弯处的局部水头损失系数近似取为=0.131。已知支管的管直径为=2.5m，则： （m2） （m/s） 则岔管处支管段转弯处的局部水头损失为： （m） 导叶位置处的水头损失 查资料，水电站关闭阀门导叶位置处的局部水头损失系数取=0.2。已知岔管支管的水流速度为=5m/s，所以导叶位置处的局部水头损失为： （m） 2.3.2沿程水头损失的计算 沿程水头损失计算采用的公式为： 式中：——为沿程阻力系数，（C为谢齐系数，。为糙率，钢管材料取0.012，混凝土材料取0.014；R为水力半径。）； ——水道长度； ——管道中水流速度； ——管道直径。 又以上计算初步估出洞线m，在引水道中分为压力引水道、压力管道及支管段，其管道管直径分别为=4.5m、=3.6m、=2.5m，所以： （m2） （m/s） （m2） （m/s） （m2） （m/s） 由于糙率的取值范围为0.012~0.014，所以本水电站的糙率取=0.013。因为压力引水道的长度和压力管道的长度未确定，所以可以近似估算沿程水头损失。已知压力水道的总长度为810m，其水力半径为： （m） 已知压力水道中的各段流速为=3.4m/s、=5m/s、=5m/s，所以其平均流速为： （m/s） 由公式： = 则沿程阻力系数为： = 所以沿程水头损失为： = =（m） 2.4调压室的计算 调压室的计算包括调压室断面稳定面积的计算、最高涌波水位计算及最低涌波水位计算。调压室的位置根据压力管道的地形、地质条件与厂房进行统一考虑，选择要尽量靠近厂房，以减少压力管道长度和水轮机的水锤压力。调压室考虑到自身的稳定因素，宜设在地下，还要避开不利的地质条件，以减少电站运行后渗水对围岩及边坡的影响。根据水电站的地质剖面图，初步把调压室的中心线桩号处，目的是为了减少开挖深度，并且尽可能将调压室处于地面以下。如示意图所示： 所以可以根据以调压室中心线为界，初步估算出压力引水道的长度为=740m，压力管道的长度为=70m。 调压室初步选取简单式调压室和阻抗式调压室进行比较。简单式调压室虽然结构简单，但是工程量较大，适用于低水头水电站，故不可以采用；阻抗式调压室有阻抗孔，而且能最大限度的减少调压室容积和减少调压室水位升高值与降低值，这种调压室适用于中水头电站，所以本水电站采用阻抗式调压室。而其他型式的调压室考虑到施工技术与结构布置等因素，调压室的施工难度都比较大，一般不宜采用。 2.4.1断面稳定断面的计算 托马断面是保证稳定所需要的最小断面，调压室水位波动的稳定条件是其断面满足托马断面，即： 式中：——压力引水道的断面面积，； ——压力引水道的长度； ——从水库到调压室处水头的损失系数，； ——最小发电水头，； ——压力引水道中的水头总损失，包括局部水头损失和沿程水头损失； ——压力管道的水头总损失，包括局部水头损失和沿程水头损失。 由上得： 式中：——拦污栅处的局部水头损失； ——喇叭口处的局部水头损失； ——闸门槽处的局部水头损失； ——渐变段的局部水头损失； ——调压室位置侧进水口处的局部水头损失； ——压力引水道的沿程水头损失。 即： （m） 所以： （m） 由已知得： 式中：——渐缩段的局部水头损失； ——竖向转弯段的局部水头损失； ——岔管处的局部水头损失； ——岔管出口处支管转弯段的局部水头损失； ——导叶位置处的局部水头损失； ——压力管道的沿程水头损失。 即： （m） 所以： （m） 水库到调压室处的水头损失系数为： 因为： （m/s） m 所以： 电站的最小发电水头为： =（m） 由公式： 所以： （m2） 调压室为圆形断面，其断面面积为： =（m） 考虑到安全系数的取值=1.1，则： （m） 所以取调压室的直径取为=12.5m。 由上得，调压室的断面面积为： （m）93.0m 所以断面满足托马断面，即满足稳定条件。 2.4.2全增负荷时调压室最低涌波水位的计算 增加负荷时发生最低涌波水位，负荷增加一般由部分负荷增加到全负荷。本水电站由两台机组进行发电，可以认为全增负荷由一台机组发电增加到两台机组发电情况，则水电站流量由增加到，其中=1/2，因为这个过程正好为一台机组发电流量增加到两台机组发电流量。最低涌波水位，其中Zmin为最低涌波发生时相对高的的最小值。由公式： 式中：——为无因次系数，（为压力引水道长度，值为740m；为压力引水道的断面面积，值为15.9m2；为压力引水道的流速，值为3.1m/s；为调压室的实际所取断面面积，值为122.6m2；为压力引水道的水头总损失，值为3.041m。）。 所以无因次系数为： 则： = =3.49（m） 所以取最低涌波水位为： （m） 2.4.3丢弃负荷时最高涌波水位的计算 调压室在丢弃负荷时最高涌波水位的计算公式为： 调压室的最高涌波水位应该出现在最高水库水位时丢弃负荷的情况下。由公式： 式中：——阻抗孔处的阻抗系数，（=3.49m，m，），所以； ——长度因次系数，； —九游会官网 J9平台—为一般系数，； ——为常数，=2.718。 所以： = = 对进行试算： 当= ?0.225时， 左边= 右边= 当= ?0.224时， 左边= 右边= 所以当= ? 0.224时满足等式要求，则最高涌波水位的相对高度为： =（m） 所以调压室的最高涌波水位为： =（m） 由以上的最高涌波水位得调压室的顶板高程为230.17m。 2.4.4阻抗孔处尺寸设计 由以上计算可知阻抗孔处的水头损失系数为，阻抗孔的水头损失，已知压力引水道的水头损失m，所以阻抗孔处的水头损失为（m）。 由公式： 式中：——最大引用流量，； ——阻抗孔的流量系数，为0.6~0.8，取=0.7； ——阻抗孔的面积，。 则： = =（m） 所以阻抗孔处的孔口半径为1.6m。 2.5调节保证计算 调节保证计算的目的是通过调节保证计算与分析，正确合理的解决导叶关闭时间，水锤压力和机组转速上升值三之间的关系，最后选择适当的导叶启闭时间和方式，使水锤压力和转速上升值在经济合理的允许范围内。 本水电站的设计水头=45m，设计水头下机组转速的最大允许升高值[]=60%；管道水锤压力最大压力相对值[]=50%。水轮机的直径为=1.65m，机组在运行时飞轮转速惯性矩=205tm2，电站安装两台机组，单机装机=9000KW，水轮机的同步转速=333.3r/min。 2.5.1机组转速变化最大时相对升高值 当水电站突然丢弃负荷时后，由于调速系统惯性的影响，导叶经过一小段迟滞时间后才开始有关闭动作，机组转速变化升高值与水锤波压力最大升高值是相互矛盾的。如果关闭时间过长，水锤压力升高值较小，而转速的升高值要偏大；如果关闭时间过短，水锤压力的升高值偏大，而转速的相对升高值要偏小。机组转速变化升高最大值通常采用的公式为： 式中：——调节迟滞时间， （为导叶不动时间，取为0.1s；为调速器的残留不均衡度，一般取值为0.02~0.06s，本水电站取为0.04s；为机组的时间常数，（s）。），所以； ——升速时间，（为机组导叶关闭时间；为比转速，r/min，），； ——水锤影响系数，（为管道的特性系数，），。 所以： = = 当关闭时间取不同值时与值的关系： 取s时，； 取s时，； 取s时，； 取s时，； 取s时，； 取s时，； 取s时，； 取s时，； 由于[]60%，所以关闭时间的允许值s。当s时，[]满足要求。 因此导叶的关闭时间的取值为s能满足要求。 2.5.2在设计水头下，压力管道位置末端水锤压力相对最大升高值的计算 由以上计算及资料可知，水电站的设计水头=48m/s，压力管道的特征系数，压力管道末端水锤相对升高最大值[]=50%。 压力管道末端水锤最大升高值的计算公式为： 当s时， 所以： = = 即[ζ]。 当s时，且，满足要求，即导叶合理关闭时间为s，转速升高最大值为，压力管道末端水锤压力升高相对最大值为。 3. 电站厂房的布置设计 水电站的厂房的布置设计又称建筑设计，包括平面设计、剖面设计和立面设计三个部分，它是水工、机械、电气、建筑等专业技术的相互配合，共同进行的工作。初步设计阶段主要任务是提出设计方案，在水电站厂房主要机电设备已经基本确定的条件下，进行厂房布置、选定建筑材料和结构方案，分析各方案在技术上、J9九游会 - 真人游戏第一品牌经济上的合理性。 3.1工程概况 电站厂房位于低山丘陵区，据钻探资料，在电站厂房区发现两处断层，均为压扭性断层，断层内充填物为断层泥和断层角砾岩。地下水以基岩裂隙水为主，地下水化学类型为HCO3 -Ca，pH=7.32，总矿化度为0.085g/l，总硬度2.44德国度，总碱度2.30德国度。地下水和地表水对砼都具有分解类溶出型弱腐蚀性。电站厂房区地层发育有第四系，岩性为碎石混合土、级配良好细砾，最大厚度9.80m；基底为华力西晚期侵入岩花岗斑岩，岩性为花岗斑岩，新鲜面为肉红色，岩石致密坚硬，块状构造。局部为蚀变闪长玢岩岩脉（δμ）：土灰

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