水電站畢業設計計算書-資料下載頁

　　

【正文】 彎取直的一般布置原則。 右岸引水方案線路長約 ，右岸引水方案穿越林場溝、尾聲溝、 足馬坪溝、益繞溝、西里溝 5條較大沖溝，溝谷切割深度相對左岸沖溝較淺，谷底相對左岸沖溝較窄，谷底沖洪積堆積物相對左岸沖溝較淺。右岸引水方案位于泥曲河凸岸，有利于線路截彎取直。 為了利于檢修與排水，隧洞縱坡率為 2%，其工作閘門與檢修閘門設在進口，隧洞在平面上有彎角，對于低流隧洞曲率半徑不宜小于 5倍的洞徑，現取 5倍的洞徑，即 29m，轉角不宜大于 60176。，取 30176。，具體布置見壩區引水系統平面布置圖。 綜上所述，從地質條件上，左右岸總體成洞地質條件差別不大，洞線布置上看，右岸引水不但洞線較短，繞溝難度也相對較小，故本階 段選擇右岸一條洞線作為推薦方案。 25 進水口設計 進水口型式的選擇 在水利水電工程中，為發電供水等綜合利用的目的，往往需要在水位便服的天然河道，湖泊或人工水庫和調節池中取水，深式進水口及有壓進水口為了適應這一需要而設置的一種水工建筑物，深式進水口應滿足水工建筑物的一般要求，即結構安全，布置簡單，施工方便，造價低廉，運行可靠并適應注意美觀。其組成為：進口段，閘門段，漸變段。 深式進水口主要的形式： （ 1）隧洞式進水口，其進口段和閘門井均從山體中開鑿而成適應于進口地質條件良好，擴大斷面和開挖閘門豎 井均不會引起塌方，坡度適中。洞式進水口充分利用了巖石作用，鋼筋混凝土工程量較小，這一種既經濟又安全的結構形式。 （ 2）壓力墻進水口：其進口段和閘門段均布置在山體之外適用于洞口附近地質條件較差或不宜采用洞式進水口時不宜擴大開挖坡度較緩時。 （ 3）壩式進水口：其基本特征是進水口附近在壩體上適用于壩后時廠房或河床式水電站廠房的上游壩體內，進水口與壩體成統一的整體。 （ 4）塔式進水口：適用于水電站廠房布置在河床壩后，攔河壩采用當地材料壩或水庫地質條件較差，坡度較平緩不利于岸坡上修建進水口。 XX 水電站為有壓進水式， 岸邊地質條件較好，因此選擇深式進水口中的隧洞式進水口為宜。 有壓進水口位置、高程的確定 有壓進水口頂部高程應保證在上游最低運行水位時仍有足夠的淹沒深度，以進水口前不出現漏斗式吸氣漩渦為原則。因為漏斗式吸氣漩渦會帶入空氣，吸入漂浮物，引起噪音和振動，減小過水能力，影響水電站的正常發電。 《水利水電工程進水口設計規范》（ SL285— 2021)建議，防止出現漏斗式吸氣漩渦的臨界淹沒深度可按下面經驗公式計算 HvCS? （ 31） 式中， H— 閘門孔口凈高， m，本設計取 ； v— 閘門斷面平均流速， m/s；本設計取經濟流速 v=4m/s 26 C— 系數，取 C=； S— 閘門頂低于最低水位的臨界淹沒深度， m。 ）（ ????? CS 故閘頂高程 )( 3 5 45 . 3 03 3 6 0 mS ????? 死閘頂 閘底高程為 ）（閘頂閘底 3 4 3 5 4 ??????? H 進水口尺寸的擬定 (1)進口段：其作用是連接攔污柵與閘門段。根據國內外實踐經驗，進口段頂板曲線采用 1/4 橢圓曲線，曲線方程為： 221xyab?? （ 32） 式中： a— 橢圓曲線長半軸，對于頂板曲線約等于閘門處的孔口高度 H,本設計取 a=； b— 橢圓曲線短半軸，對于頂板曲線，可取 H/3，本設計取 b=. 故進口段曲線方程為： 2222 ?? yx 進口段的長度沒有一定的標準，在滿足工程結構布置與水流順暢的條件下，盡可能緊湊。本設計取 。 圖 31 進水口示意圖 (2)閘門段：閘門段是引水道和進口段的連接段，閘門口采用矩形，閘門凈過水面積為（ ～ ）隧洞面積，門寬 B等于或稍小于洞徑 D，門高h等于洞徑 D,取門寬 B=，門高 h=。 27 ????AB 在（ ～ ）范圍內，符合設計要求。 (3)漸變段：漸變段是閘門段到壓力引水管道的過渡段，其斷面面積和流速應逐漸變化，使水流不產生漏流并盡量減小水頭損失。由矩形變成圓形通常采用四角加圓角過渡圓弧的中心位置和圓角半徑 r均按直線變化，漸變段長度根據經驗，一般為壓力隧洞直徑的 ～ 倍，收縮角不超過 10186。，以 6～ 9186。為宜。本設計取其長度為 21m，收縮角約為 8186。 圖 3２ 漸變段輪廓尺寸圖 進口設備 有壓進水口 主要設置攔污設備、閘門及其 啟閉設備、通氣孔等。 已知單臺水輪機的最大流量為 Qmax=，則通過閘門的總流量為）（總 s / 3m a x ???? 。 (1)攔污柵設計：為防止結冰及漂浮物堵塞和進入進水口，進水口前需設攔污柵，攔污柵的立面布置可以是傾斜的或垂直的，洞式及墻式進水口的攔污柵常布置成傾斜的，傾角為 60186。70186。，本次設計取傾角為 60186。的平面攔污柵，過柵的水流凈流速應盡量小，以減小水頭損失和清污困難，不宜大于 1m/s，本設計取過柵流速為 1m/s。則攔污柵凈面積為 ： ）（總 ??? vQA 攔污柵通常由鋼筋混凝土框架結構支承，攔污柵框架由柱墩及橫梁組成，柱墩的間距一般不大于 ，本設計取 2m；橫梁間距一般不大于 4m，間距過大會加大柵片的橫斷面積，過小會減小凈過水面積，增加水頭損失，本設計取 4m。 28 柵條的凈距應保證通過攔污柵的污物不會卡在水輪機過流部件中。對混流式水輪機的可取 ）（ 1 ??? D ，取 b=70mm。 攔污柵被污物堵塞后水頭損失明 顯增大，因此攔污柵必須及時清污，以免造成額外的水頭損失。清污方式有人工清污和機械清污兩種。人工清污一般適用于小型水電站的淺水、傾斜攔污柵。大中型水電站常用清污機械清污，本設計采用機械清污方式。 (2）閘門設計工作閘門：選用平板閘門，門寬 B=，門高 h=。，要求在靜水中開啟，動水中關閉。 檢修閘門：采用平板閘門，尺寸同工作閘門，要求在靜水中開啟，靜水中關閉。 檢修閘門與工作閘門之間的距離很近，為了便于檢修，要求 2～ 4m 的間距，本設計取為 2m ，布置在同一閘室內，在閘門井上方布置一個共用的啟閉機房。 (3）通氣孔和進人孔：通氣孔設在事故閘門之后其功用是當引水道充水時可以排氣，當事故閘門關閉放空引水道時，可以補氣以防出現有害真空。 通氣孔面積按下式計算： avQA a? （ 33） 式中： aQ — 進水口進水量，一般為最大引用流量 av— 通氣孔進氣流速，一般為 30～ 50m/s，本設計取 40m/s。 代入數值得： ）（ 2a ??? avQA 為了便于進水口及壓力水道的維護與檢修，需設進人孔。本設計采用通氣孔兼作進人孔。 引水隧洞設計 有壓引水隧洞斷面形式及斷面尺寸 隧洞斷面形式取決于水流流態、地質條件、施工條件及運行條件等，有壓隧洞一般采用圓形斷面，原因是圓形斷面的水流條件受力條件 都較為有利，本設計 29 中隧洞斷面采用圓形。 隧洞斷面面積為： evQA 總? （ 34） 式中： ve經濟流速，取 smve /4? 由上式得：隧洞面積 （㎡） m a x ??? evQA 洞徑 ）（總 ?????? evQAD ?? 本設計中取 ?D 。 隧洞襯砌的主要類型選擇 為了保證水工隧洞的安全有效運行通常需要對隧洞進行襯砌，襯砌作用是①限制圍巖變形，保證圍巖穩定。②承受圍巖壓力、內水壓力等負荷。③防止滲漏。④保證巖石免受水流，空氣，溫度，干濕變化等充蝕破壞作用。⑤減小表面糙率。 (1）平整襯砌：亦稱護面或抹平襯砌，它不承受外力只起減小隧洞表面糙率，防止滲漏和保護巖石不受風化作用平整襯砌適應于圍巖條件較好，能 自行穩定且水頭，流速較低的情況下。 （ 2）單層襯砌：由混凝土、鋼筋混凝土或漿砌石等組成，適用于中等地質條件斷面較大，水頭及流速較高情況。根據工程經驗，混凝土及鋼筋混凝土厚度，一般約為洞徑或洞寬的 1/8～ 1/12 且不小于 25cm，由襯砌最終計算確定。 （ 3）組合式襯砌：由內層的鋼板，鋼筋網噴漿，外層為混凝土或鋼筋混凝土，有頂拱為混凝土邊墻或底板為漿砌石和頂拱邊墻噴錨后再進行混凝土或鋼筋混凝土等形式。 為了保證引水隧洞安全有效運行，限制圍巖變形，保證圍巖穩定，承受圍巖壓力，內水壓力等荷載，防止滲漏，保證巖石免受 水流、空氣、溫度、干濕變化等沖蝕破壞作用，減小表面粗糙，需要對其進行襯砌，根據工程經驗，采用單層襯砌形式，混凝土厚度為 1m。 30 壓力管道的布置 壓力管道是從水庫或引水道末端的壓力前池或調壓室，將發電所需用水在有壓的狀況下引入水輪機的輸水管。其特點：一般由上彎、豎井管道或者斜井管道、下彎、下平段、漸變段組成。在集中供水和分組供水方式下需要岔管連接。 壓力管道的布置要求是管線應盡量短直，以減少工程量降低水擊壓力，改善機組運行條件；管路沿線應有良好的地址條件，無活動性地質構造；明管線路應盡量減少起伏波折，并且 不應布置在山水集中地谷地；明管線路傾角應滿足施工及安裝的要求。 壓力管道類型的選擇 （ 1）鋼管 鋼管具有強度高，防滲等優點，常用于大中型水電站。鋼管布置在地面稱為明鋼管；布置在壩體混凝土中稱為壩內鋼管；埋設在巖體中稱為地下埋管。 （ 2）鋼筋混凝土管 鋼筋混凝土管具有造價低、能承受較大外壓和經久耐用等優點，通常用于內壓不高的中小型水電站。普通鋼筋混凝土管易開裂，一般用在水頭 H 和內徑 D的乘積小于 50m2的情況下；預應力和自應力鋼筋混凝土管的 HD值可超過 200m2；預應力鋼絲網水泥管由于抗裂性能好， 抗拉強度高， HD 值可超過 300m2。 （ 3）鋼襯鋼筋混凝土管 鋼襯鋼筋混凝土管是在鋼筋混凝土管內襯以鋼板構成。在內水壓力作用下鋼襯與外包鋼筋混凝土聯合受力，從而可減小鋼襯的厚度，適用于大 HD 值的管道。由于鋼襯可以防滲，外包鋼筋混凝土可按允許開裂設計，以充分發揮鋼筋的作用。 結合鋼管的特點及 XX水電站的基本狀況本設計擬采用地下埋管向機組供水，采用 Q345R 型鋼材。 壓力管道引進及供水方式 壓力管道的引進方式有正向引進、側向引進和斜向引進三種。其中正向引近適用于低水頭電站，水流平順、水頭損失小，開 挖量小、交通方便。鋼管發生事故時直接危機廠房安全；側向引近適用于高、中水頭電站，避免水流直沖廠房。從電站廠房安全的角度考慮選擇側向引進的方式。 31 壓力管道向多臺機組供水的方式有三種，單元供水、聯合供水和分組供水。分組供水為多管多級，適用于管道較長、機組臺數多的電站，本水電站設計僅有三臺機組，因此分組供水不適用；單元供水方式一條壓力管道只向一臺機組供水，工程量大，造價高，適用于水頭低而流量大、管線長度較短的水電站，本設計電站水頭高、管線長，故不適用單元供水方式；聯合供水即在一條壓力管道的末端分岔后分別向廠房內全 部機組供水，節省了管道工程量，降低造價，適用于管道長、水頭高的電站。 結合地形、地質條件、管線長度及對廠房安全的要求，本設計擬采用側向引進、聯合供水（一管多級）的方式向機組供水，即由一條壓力管道一個非對稱 Y型三岔管向三臺機組供水。 壓力管道直徑、管壁厚度及抗外壓穩定的計算 壓力管道通常呈圓形斷面，其管徑可按經濟流速確定： ）（ ???? evQD 壓力鋼管的管壁計算厚度可由鍋爐公式計算得出： ][0 ???Hrt ? （ 35） 式中， H— 內水壓力，包含水擊值，當 H100m 時，水擊值為凈水頭的 ～ 倍，取 倍； R— 鋼管內半徑， m； ][? — 材料容許內力，設計中鋼材全部使用 QH345 型鋼，故）（ 2s N / m1 8 9 7 5 03 4 5 0 0 00 . 5 ???? ； ? — 焊縫系數，雙面焊縫時取 . 故 ）（）（ 18 97 ][0 ?? ?????? ??? Hrt取t0=30mm。 考慮銹蝕、磨蝕和鋼板厚度誤差等因素，管壁結構厚度應至少比計算厚度增加 2mm，故取結構厚度為 32mm，大于 D/800+4 且大于 6mm，滿足設計要求。 32 壓力管道抗外壓穩定校核 水電站壓力鋼管可能在機組負荷變化的過程中產生負水擊，使管道產生負壓或者在鋼管放空時由于通氣孔失靈而產生真空。鋼管在管外大氣壓 的作用下可能失去穩定，管壁被壓扁。因此，必須根據鋼管處于真空狀態時不產生不穩定變形的條件來校核管壁厚度或采取必要的措施。 光滑無剛性環的明鋼管不失穩的最小管壁厚度計算公式為： KPDtEP cr ?????????? 3021 2 ? （ 36） 式中， D鋼管直徑， m； 0t 鋼管管壁厚度， m； P抗外壓荷載設計值，取 100KPa E鋼材的彈性模量， aMPE ??