畢業設計-太平哨水利樞紐引水式水電站設計(存儲版)

　　

【正文】 支鉸位置一般在1/2～3/4倍門高處即6～+8=弧形門最低點位置距堰頂靠后一段布置以保證水流沿堰面下泄牛腿距堰頂水平距離L= =閘墩的作用 ：① 將溢流壩分成若干孔，以便控制水流。Ⅰ區—為上下游最高水位以上壩體表層混凝土，在寒冷地區多采用2～3的抗凍混凝土，標號一般為C15，S4，D150土本設計采用3的C15混凝土Ⅱ區—為上下游水位變化區的壩體表層混凝土都采用厚3～5的抗滲抗凍并具有抗侵蝕性的混凝土，標號一般為C15，S8，D200。參照國內外二十七項工程的實際尺寸點出的 關系圖，查用《水力計算手冊》P254消能比式中：q——單寬流量 H——從戽底起算的上游水頭，戽底取與原河床齊平高程161mH==將已知代入上式，得：查圖得：多數工程采用戽斗的反弧半徑介于12~20之間(《水工設計手冊》P6376)本設計采用R=12④ 戽坎高度a的確定為了防止泥沙或石塊卷入戽內，戽壩頂高于河床，對于戽端無切線延長時，有a=R(1cos),一般尾水深的1/6，高度不夠的可用切線延長加高（《水工設計手冊》）a=12x(1cos450)=尾水位=（）=。④ 消力戽消能，挑流鼻坎潛沒在水下，形成自由水面，水流在戽內產生漩滾徑鼻坎將高速水流的挑至表面，可減輕對河床的沖刷，不需要做護坦。① 底流消能底流消能是在壩下設置消力池等消能設施，通過水躍將池水建筑物泄出的急流轉變為緩流，以消除多殺能的消能方式，底流消能是具有流態穩定，消能效果好，對地質條件和尾水變幅適應性強，可適用于高中低水頭，大中小流量的各類泄水建筑物，多用于低水頭，大流量的溢流重力壩。⑤盡可能使樞紐中的部分建筑物早期投產，提前發揮效益。油壓裝置的工作能力由壓力油罐的額定油壓及總容量來標志，目前國內生產的油壓裝置，其額定油壓一般為 ，在不考慮轉輪漿液接力器和水輪機進水閥門接力器容量時，可用《水力機械》（516）式估算：式中：——壓力油罐總體積（）——導葉接力器的總體積（）查《水力機械》表52選與之接近且偏大的YZ4型分離式油壓裝置所以綜上所述總結如下：型水輪機調速器設備方案：接力器直徑 調速器主配壓閥直徑 調速器型號 型電器液壓調速器油壓裝置型號 型分離式油壓裝置附圖21 工作特性曲線和等效率曲線附圖22 出力限制線附圖23 Hs=f(N)輔助曲線和等吸出高度線附圖24 蝸殼斷面單線圖附圖25 蝸殼半圖解法計算圖附圖26 蝸殼平面單線圖附圖27 尾水管示意圖附圖28 發電機外形尺寸圖 壩軸線及壩型選擇 壩軸線選擇壩軸線的選擇主要是根據地質條件,地形條件,施工條件建筑材料供應和效益及遠景指標等因素選擇合理經濟的壩軸線.① 地質條件地質條件是壩址選擇的重要條件,太平哨電站曾選用兩條壩軸線(上壩軸線與下壩軸線),上下壩軸線相距200～300,地質條件基本相同,但下壩軸線與右岸巖石完整性較差,呈片狀破碎,風化也較深.② 地形條件在高山峽谷地區布置水利樞紐,減少開挖,壩址選在峽谷地段,壩軸線斷,壩體工程量小,但不利于泄水建筑物的布置,應考慮如何防止泥沙和漂木進入,取小建筑物,對與于有通航要求的樞紐,應主意通航建筑物與河道的連接.③ 施工條件壩址附近特別是其下游應有較開闊的地形,以便布置施工機械應在交通干線的附近,便于施工運輸,可與永久電網連接,解決施工用電問題,卻便于施工導流.④ 建筑材料壩址附近有足夠數量符合質量要求的天然建筑材料,對于材料分布埋置深度,開采條件以及施工期淹沒等問題都應認真考慮.⑤ 綜合效益對于不同壩址要綜合考慮防洪灌溉發電航運旅游等各個方面的經濟效益.綜上所述,并結合本設計情況,確定選用上壩線.根據資料選兩條壩線進行比較，上下壩線相距200300，地質條件基本相同，但下壩線右岸地形更單薄，左岸巖石完整性較差呈片狀破碎風化也較深而上壩線左岸比較完整河谷部分上壩線處巖石風化比下壩線輕許多故采用上壩線作為最終方案 壩型選擇(1)重力壩對地形、地址條件要求試用性強，,壩內應力較低,筑壩材料強度高,耐久性好,樞紐泄洪問題容易解決,便于施工導流.(2)拱壩拱壩壩體輕韌,彈性較好,是一種很優越的壩型,但對地形條件和地質條件要求嚴格,地形要求左右兩岸對稱,在平面上向下游收縮的峽谷段,地質條件要求巖基較均勻,右岸較緩且下游擴大,因不宜修建拱壩.(3)土石壩可就地,就近取材,適應于不同地形,但土壩的泄洪需修溢洪道、泄洪洞，從而提高了工程造價.鑒于上述比較,壩型選用重力壩更為經濟合理。水輪機調節是通過調速系統根據機組轉速的不斷地改變水輪機過流量來實現的。～ 13176。尾水管的形式很多,常用的有直錐形,彎錐形和彎肘形, 大中型反擊式水輪機均采用彎肘形，本設計采用彎肘形，它不但可以減小尾水管開挖深度，而且具有良好的水力性能。斷面形式使用平頂梯形，本設計采用了平頂梯形,所以n=0,當n=0時, r= 10176。在相應的模型綜合特性曲線圖中的5%出力儲備線上找出相應于的工況點然后求出對應的在圖中把點與點連成直線，即得到時的出力限制線，如附圖22。=%作為修正值則原型的最高效率 =+=89%+%=%已知在吸出高程為4m,限制工況點(=115r/min, Q1′=1000L/s)處的模型效率=%而該工況在5176。表21項目水頭單位轉速73單位流量6）吸出高程的計算式中：————氣蝕系數H——水頭表22 HL240型水輪機吸出高度計算見表項目最小水頭設計水頭最小水頭水頭單位轉速73氣蝕系數修正值吸出高度Hs采用最小值作為其吸出高度Hs=7）安裝高程的計算HL240型水輪機的安裝高程的計算=+=式中：導葉相對高度b0/D1=為吸出高度 ZZ440型水輪機方案主要參數選擇ZZ440型適用水頭范圍25～45,其模型參數如表23表23葉片數m0導葉相對高度b0/D1’最優單位轉速（r/min）限制工況單位流量（m3/s）氣蝕系數模型直徑D1m（m）實驗水頭Hm （m）61151）轉輪直徑D1的計算由上表查得ZZ440型水輪機在限制工況下的單位流量′=,同時該工況的氣蝕系數=,[]=4時其相應的氣蝕系數：==式中為氣蝕系數修正值，由圖226查得=。）水輪機額定出力N?=N247。因此，在選擇機組臺數時，應從下列幾方面綜合考慮：1） 臺數與機電設備的關系機組臺數增多，單機容量減少，尺寸減小，制造及運輸較易，這對制造能力和運輸條件較差的地區有利的，但實際上說，用小機組時單位千瓦消耗的材料多，制造工作量大，所以最好選用較大容量的機組。考慮到上一級回龍地下電站交通洞的高程。渾江自然落差較大，水量豐富，在太平哨水庫回水范圍內多為崇山峻嶺，淹沒耕地、村屯較少。太平哨水電站由于無實測資料，故洪峰洪量參數用回龍山參數，洪峰用2/3次方，洪量用一次方，按面積比推求。各站年徑流有關參數詳見表5。渾江流域正處于西風帶大陸的東部，冬季在蒙古高壓的控制下，天氣寒冷干燥，為期漫長，全流域一月份平均溫度均在10176。渾江流域地理坐標在東經124176。根據上述情況。據地表槽探觀察，巖脈與圍巖接觸良好，但從鉆孔資料分析，石英斑巖裂隙比較發育，故建議，通過巖脈處的參數選用為：f=4,K0=300。為了確保建筑物安全，建議在設計時要加強帷幕灌漿與排水措施。此處山體最狹窄處寬僅70米，上、下游水為差7米。據分析，若采用混凝土重力壩壩型時（估計壩高40米左右），大壩將建基于比較完整的半風化巖石之上。另外兩條北東向斷層F1與F2176。壩址區出露的地層有前震旦系和第四系。 水庫區工程地質條件本庫區兩岸山體高峻，高程為360—700米。侵蝕堆積地形，本區可見相對高度為20—30米的二級階地，3—12米的一級階地和2—4米的河漫灘。根據渾江河道自然特性的變化，大致以通化為上、中游之分界：以桓仁為中、下游之分界。流域形狀近于橢圓，南北長160公里，東西寬約170公里。 工程地質條件 地貌與地層本地區的地貌景觀按其成因類型可分為兩類：構造剝蝕地形，海拔高程360—770米，相對高度200—600米，為中低山地形，由古老的變質巖系組成，山脊較狹窄，起伏不大，無明顯的峰巒，地形坡度較大。前者分布于渾江二級階地，為洪—沖積層，主要為砂卵礫石、砂和亞粘土，后者包括一級階地、河漫灘及河床上堆積的亞砂土、砂礫石，殘積的亞粘土等。修建土壩或混凝土重力壩，地質上都是可能的。破碎帶寬5米。—。若主壩采用土壩型式，則此處可修建岸坡式溢洪道。通過地質分析與穩定計算可以認為 ，此地段山體是穩定的。寬26—30米。表部裂隙張開1—3厘米，坡腳部位巖塊已經位移。砂礫料場位置、儲量及質量情況一覽表 表1料場名稱位置面積（米2）體積（萬米2）勘探等級質量評價開采意見無效層有效層水上水下合計葫蘆頭（漫灘）壩線上游右岸1公里277，800B各項指標均滿足混凝土骨料要求運距短交通方便夾心子—216，300296060120B本料場為土壩方案服務上長嶺壩線下游右岸6公里414,00001020102B各項指標能滿足混凝土骨料要求運輸困難下長嶺175,000047047B同上南天門隧洞進口36,800212012B各項指標能滿足混凝土骨料要求粘土雜質含量較高下甸子廠區上游右岸1公里90,000024024B同上粘土料場儲量、質量情況一覽表 表2料場名稱地貌單元位置體積（萬米3）天然含水量（%）天然容重滲透系數固結快剪有效層無效層濕干凝聚力內摩擦角葫蘆頭一級階地—231.1063.10626老營溝一級階地壩線上游左岸5公里181.10625 水文與氣象 流域自然地理概況太平哨電站位于鴨綠江支流渾江下游，本站以上集水面積12950平方公里，其上游約86公里和37公里處分別有桓仁，回龍山水電站，其集水面積壩址以上分別為10，375平方公里與12，506平方公里。 氣象條件渾江屬于山區河流，地形對氣候的作用比較明顯，流域東北系長白山系的主峰白頭山，海拔高達2744米，自此分向西北，西南與東南三方向逐漸低下，到流域南部的丹東，海拔高程為59米，自丹東向北至寬甸，地形突然上升（海拔高程約300米），高差達240米，因此當偏南氣流入境后，受地形抬升影響，產生強烈降水，降雨中心多在鴨綠江下游至寬甸間，渾江正處于該暴雨中心北部邊緣，故降雨量很大，降雨量集中在夏季，各地6—8月降雨量占全年的60%左右，尤以8兩月為最多，最多月雨量與最小月雨量之比達30倍之多。太平哨水庫年徑流系用回龍山、沙尖子及支流半拉江上的太平哨水文站徑流資料，按面積比推求而得，詳見表4。回龍山與沙尖子的洪峰洪量系分析和桓仁相關插補而延長。庫下寬甸縣太平哨公社有5000畝耕地需灌溉，在水庫水量平衡中可按1秒立方米考慮。根據本工程的條件，應采用Ⅱ級設計標準，即水利樞紐永久性建筑物按百年一遇洪水設計，千年一遇洪水校核。有時甚至水輪機的型號也回改變，從而影響水電站的工程投資、運行效率、運行條件以及產品供應。4=4萬KW（。4）出力校核設計流量由水輪機運轉特性曲線查得M=修正得水輪機效率=+=NT==41771大于40816滿足要求5）運行范圍校核在選定=, = r/min后,水輪機的及特征水頭相對應的可以計算出來.= == m3/s水輪機的最大引用流量為各個特征水頭相對應的單位轉速列表比較如表21所示，由計算值繪運行范圍圖，從模型綜合特性曲線上看出基本包括了高效率區。8886表24 ZZ440型水輪機效率修正值計算表 由于最優工況接近于=0176。發電機額定出力的限制即為水輪額定出力的限制（=為發電機的額定效率），因此在運轉綜合特性曲線圖上，時出力限制線的一段垂直直線，如下圖由于是水輪機發出額定出力的最小水頭，所以當時，水輪機出力受5%出力儲備線的限制。本設計選擇270176。尾水管是反擊式水輪機的重要過流部件，其形式和尺寸在很大程度上影響到水電站下部土建工程的投資和水輪機運行的效率及穩定性。轉角的邊截面彎管,其進口斷面為圓形,出口斷面為矩形,管內一般不設金屬里襯,由于肘管形狀太復雜，所以肘管內一般不設金屬里襯，但當流速很大特別含沙時應設里襯，由于該電站水頭小150，所以不設金屬內襯.3）出口擴散段是一段水平放置,兩側平行,頂板上翹的矩形擴散管, 一般取10176。 調速器設計 調速設備的選擇水輪機調速系統的基本任務是：使水輪發電機組穩定地以額定轉速運行，在機組負荷變化或其他外擾作用下，保證機組的轉速變化不超過一定的范圍，并能迅速地穩定與新的工況，從而保證發電機輸出的交流電頻率滿足用電設備的