【正文】 管是一90度變截面彎管，其進(jìn)口為圓斷面，出口為矩形斷面，水流在肘管中由于轉(zhuǎn)彎收到離心力作用，使得壓力和流速分布很不均勻，而在轉(zhuǎn)彎后流向水平段時(shí)又形成了擴(kuò)散，因而在肘管中產(chǎn)生了較大的水力損失。本水電站設(shè)計(jì)水頭為 因此選用金屬蝸殼對(duì)任一蝸殼斷面有 其中： 為任一蝸殼斷面流量 為水輪機(jī)最大流量 為進(jìn)口斷面平均流速 為斷面半徑 為斷面外半徑斷面平均流速 上式中K為流速系數(shù)。漸變段。 為鋼管內(nèi)徑，即6m。 這里取。飛輪轉(zhuǎn)矩的計(jì)算： 上式中：為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，查水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)水力機(jī)械分冊(cè)167頁(yè)表310，根據(jù)轉(zhuǎn)速為150r/。水流最大速度為：管道特性系數(shù)為： 丟棄全負(fù)荷時(shí)：，所以發(fā)生末相水擊。在最大水頭下丟棄全負(fù)荷，通常發(fā)生最大水錘壓力。選擇調(diào)速器合理的調(diào)節(jié)時(shí)間和調(diào)節(jié)規(guī)律，保證壓力和轉(zhuǎn)速變化不超過(guò)規(guī)定的允許值。這樣就相當(dāng)于把引水系統(tǒng)分為兩段，調(diào)壓室以前這段引水道，基本上可以避免水錘壓力的影響；調(diào)壓室以后的壓力管道，由于縮短了水錘波傳遞的路程，從而減少了壓力管道中的水錘值，改善了機(jī)組運(yùn)行條件及供電質(zhì)量?，F(xiàn)分別就所選兩條線路從各方面進(jìn)行比較，以選擇合理的方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。~，但本水電站樞紐的水庫(kù)淤沙高程較低，不影響進(jìn)水口高程的選擇與布置，因此該因素不予考慮。漸變段長(zhǎng)度 收縮角取為 圖4—1 進(jìn)水口漸變段剖面圖 圖4—2 進(jìn)水口漸變段平面圖 圖4—3 進(jìn)水口漸變段斷面圖 閘門段尺寸計(jì)算閘門段是引水道和進(jìn)口段的連接段，考慮進(jìn)口的穩(wěn)定性，進(jìn)水口設(shè)支墩。 進(jìn)水口尺寸計(jì)算進(jìn)水口的尺寸計(jì)算應(yīng)主要包括進(jìn)口段尺寸計(jì)算、漸變段尺寸計(jì)算、閘門段尺寸計(jì)算等。而壩體左壩肩部分的地形地質(zhì)條件都較好，因而考慮經(jīng)濟(jì)成本因素，本水電站樞紐工程廠房的進(jìn)水口采用岸邊式進(jìn)水口。 發(fā)電機(jī)型號(hào)的選擇根據(jù)水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪直徑、轉(zhuǎn)速等計(jì)算，同時(shí)根據(jù)發(fā)電機(jī)的額定容量參考資料選擇發(fā)電機(jī)型號(hào)為SF75—40/854，懸式發(fā)電機(jī)。 轉(zhuǎn)速的計(jì)算 其中，為最優(yōu)工況下原型水輪機(jī)相應(yīng)的最優(yōu)轉(zhuǎn)速。但混流式水輪機(jī)的適用水頭范圍廣、且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定、效率高。從機(jī)組臺(tái)數(shù)與水電站運(yùn)行效率的方面考慮，較多機(jī)組臺(tái)數(shù)能使水電站有較高的平均效率。 3 主要設(shè)備的選擇 水輪機(jī)型號(hào)及主要參數(shù)選擇 水輪機(jī)是水電站中最主要的動(dòng)力設(shè)備之一，它關(guān)系到水電站的工程投資、安全運(yùn)行、動(dòng)能指標(biāo)及經(jīng)濟(jì)效益等重大問(wèn)題，因此在水能規(guī)劃的基礎(chǔ)上，根據(jù)水電站水頭和負(fù)荷的工作范圍，正確的進(jìn)行水輪機(jī)的選擇是水電站設(shè)計(jì)中的主要任務(wù)之一。若采用地下廠房，根據(jù)地形資料以及地質(zhì)資料，可以看到，僅有壩體右岸的山體內(nèi)適宜開挖地下廠房，而左岸下游側(cè)的地勢(shì)較為平坦，開挖地下廠房的穩(wěn)定性不好。后者呈穿插分布。巖石飽和抗壓強(qiáng)度約為300～700公斤/平方厘米，屬中等堅(jiān)硬巖石。引水遂洞一般選用巖石堅(jiān)固系數(shù)為2～7；單位彈性抗力系數(shù)為100～600。付片巖屬元古界武當(dāng)山揚(yáng)坪組上部（PtW1Y3），正片巖系褶皺早期基性侵入巖變質(zhì)而成。河西寬70～90米，水深2～8米。泗河在陜西境內(nèi)自南向北流，進(jìn)入湖北境內(nèi)轉(zhuǎn)自西向東行；官渡河有南向北來(lái)，兩源匯合于竹山縣城上游約30公里的兩河口后，稱堵河，有西南向東北匯入漢江。廠房是整個(gè)水電站樞紐建筑物中的一個(gè)主要建筑物，它的正確設(shè)計(jì)對(duì)于水電站的正常運(yùn)行以及經(jīng)濟(jì)效益都有重大影響，不管是在國(guó)內(nèi)還是在國(guó)外的水電站，對(duì)水電站廠房的設(shè)計(jì)都很重視。其設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括樞紐布置、主要設(shè)備型號(hào)選擇計(jì)算、引水系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)節(jié)保證計(jì)算、廠房布置設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。選擇水電站廠房設(shè)計(jì)作為這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)主要是因?yàn)閺S房在水電站中占有較大的投資比例，且其具有極大的重要性。 堵河系漢江中上游南岸的一大支流。年平均相濕度為76%。右壩肩山高坡陡，斷裂構(gòu)造發(fā)育，巖石較破碎。 付片巖呈面狀風(fēng)化，正片巖以裹狀風(fēng)化較為顯著。一般正片巖透水性大于付片巖?！獛r石泊桑比； rb——遂洞跨度之半，取1米代入。同時(shí)，因壩體的溢流壩段按照防洪設(shè)計(jì)要求，占用了較長(zhǎng)的壩體長(zhǎng)度。而在左岸下游側(cè)布置引水式廠房，則僅需開挖較少方量即可，且左岸的地質(zhì)條件相比右岸好得多。從機(jī)組臺(tái)數(shù)與水電站投資的方面考慮，機(jī)組臺(tái)數(shù)過(guò)多時(shí)，相應(yīng)的輔助設(shè)備等也會(huì)增多，勢(shì)必會(huì)增加投資。綜合考慮，本水電站樞紐選用兩臺(tái)機(jī)組。計(jì)算得轉(zhuǎn)輪直徑為，以使水輪機(jī)有一定的富裕容量?？梢钥闯鲞@些直線所圍成的范圍基本上包括了特性曲線的高效率區(qū)，所以所選擇的水輪機(jī)參數(shù)都比較合理。因壩式進(jìn)水口適用于壩后式廠房和河床式廠房，而本水電站樞紐工程的廠房類型為岸邊引水式，故壩式進(jìn)水口不適用。考慮到本水電站僅有兩臺(tái)機(jī)組，為保證發(fā)電的穩(wěn)定性，最終決定采用單元供水方式。一般情況下 漸變段尺寸計(jì)算漸變段是閘門段到壓力管道的過(guò)渡段，其斷面面積和流速應(yīng)逐漸變化，使水流不產(chǎn)生漏流并盡可能減少水頭損失。為通氣孔進(jìn)氣流速，一般為30~50m/s，這里取為40m/s。則進(jìn)水口底板高程為： 引水道設(shè)計(jì)引水道的路線選擇是設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵，它關(guān)系到隧洞的造價(jià)，施工難易，工程進(jìn)度，運(yùn)行可靠性等方面。另外考慮因素，2線路的優(yōu)勢(shì)在于進(jìn)廠公路較好布置，1優(yōu)勢(shì)在于管道線路的轉(zhuǎn)彎角度較小，且尾水線路較短，開挖量小。則綜合經(jīng)濟(jì)比較后，不設(shè)置調(diào)壓室。 調(diào)節(jié)保證計(jì)算的內(nèi)容丟棄全負(fù)荷或部分負(fù)荷時(shí)：機(jī)組轉(zhuǎn)速最大升高值、壓力管道及蝸殼內(nèi)的最大水擊壓強(qiáng)、尾水管真空度校核，同時(shí)應(yīng)注意開度變化時(shí)的反擊水擊是否超過(guò)了增加負(fù)荷時(shí)的水擊值。 為導(dǎo)葉關(guān)閉至空轉(zhuǎn)開度的歷時(shí)，對(duì)于混流式和水斗式水輪機(jī)，對(duì)于軸流式水輪機(jī)。水流最大速度為：管道特性系數(shù)為： 丟棄全負(fù)荷時(shí)：，所以發(fā)生末相水擊。則尾水管進(jìn)口處水錘壓力為： 尾水管進(jìn)口處真空度為： 滿足要求。查水電站建筑物設(shè)計(jì)參考資料知各部分局部損失系數(shù)如下：喇叭進(jìn)口，~。 蝸殼尺寸的確定本水電站樞紐工程的總裝機(jī)容量為15W千瓦，查表知屬于中型工程。對(duì)混流式水輪機(jī)錐管的單邊擴(kuò)散角可取7~9度，出口直徑。 則，在（2~3）范圍內(nèi)。其中：為時(shí)的半徑，則。 按發(fā)電機(jī)層計(jì)算機(jī)組段長(zhǎng)按發(fā)電機(jī)層計(jì)算時(shí)。則。最終取廠房寬度為62m。A為風(fēng)罩外壁到下游墻內(nèi)側(cè)的凈距，主要用于主通道，一般取為2m。由牛腿上部計(jì)算：式中：為橋機(jī)跨度，為19m。 圖5—4 橋機(jī)端部結(jié)構(gòu)示意圖 主廠房的剖面設(shè)計(jì)主廠房的剖面設(shè)計(jì)又稱豎向設(shè)計(jì)，主要是解決垂直方向空間處理上有關(guān)問(wèn)題。則 主廠房基礎(chǔ)開挖高程計(jì)算從水輪機(jī)安裝高程向下量取到尾水管出口頂面的距離，加上所選用的尾水管出口高度及尾水管底板混凝土厚度，就得到廠房基礎(chǔ)開挖高程，可用下式表示：上式中：可由尾水管尺寸計(jì)算過(guò)程得到，即?？捎孟率奖硎荆荷鲜街校簙。為吊運(yùn)部件與固定的機(jī)組或設(shè)備間的垂直凈距。，以作通道之用。根據(jù)以上要求以及地形上的限制，現(xiàn)將主變壓器布置在廠房的上游側(cè)，并緊靠廠房上游面。 閘門的結(jié)構(gòu)形式及布置 閘門的尺寸確定閘門高度：考慮防漏等要求，；閘門的荷載跨度為兩側(cè)止水的間距6m；閘門的計(jì)算跨度為 主梁的形式主梁是平面鋼閘門的主要受力構(gòu)件，根據(jù)閘門的跨度和水頭大小，主梁的形式有扎成梁、組合梁和桁架。 面板設(shè)計(jì)根據(jù)SL—74—95《水利水電工程鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范》修訂送審稿，關(guān)于面板的計(jì)算，應(yīng)先估算面板厚度，然后在主梁界面選擇之后再驗(yàn)算面板的局部彎曲與主梁整體彎曲的折算應(yīng)力。根據(jù)值查表得：對(duì)于，得。彎矩與剪力的計(jì)算如下：需要的截面模量。每個(gè)翼緣需要截面面積為：下翼緣選用 需要，選用，在之間。剪切強(qiáng)度驗(yàn)算，考慮到主梁端部的腹板及翼緣都分別同支承邊梁的腹板及翼緣相焊接，故可按工字形截面來(lái)驗(yàn)算剪應(yīng)力強(qiáng)度。則每片橫隔板在上懸臂的最大負(fù)彎矩為：橫隔板截面選擇和強(qiáng)度驗(yàn)算。 水頭修正系數(shù)，當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)。這里選擇上翼緣尺寸為，腹板尺寸為，下翼緣尺寸為。 閘門附屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 行走支承設(shè)計(jì)滾輪計(jì)算：滾輪采用合金鑄鋼ZG50Mn2,。但在設(shè)計(jì)中尚存在一些問(wèn)題，例如對(duì)引水系統(tǒng)的選擇與布置、副廠房的安排等考慮還是不太完善?？偨Y(jié)與體會(huì)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)兩個(gè)月的時(shí)間圓滿完成，設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容基本上屬于所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，包括水電站建筑物、水工鋼結(jié)構(gòu)等。雖然在設(shè)計(jì)中遇到了很多的問(wèn)題，但在不斷的閱讀多種有關(guān)規(guī)范以及各類資料后，在老師的幫助中，讓我對(duì)設(shè)計(jì)中的各種設(shè)計(jì)條件、設(shè)計(jì)要求等都有了更多的認(rèn)識(shí)和熟悉，這不僅僅只是幫助我較為順利的完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)，更是幫助了我再以后的工作中如何來(lái)運(yùn)用這些知識(shí)、規(guī)范，所以對(duì)今后的工作也是有很大的幫助。則接觸應(yīng)力為： 軸和軸套間接觸應(yīng)力為： 取，則軸和軸承板之間的緊密接觸局部承壓應(yīng)力為： 以上滾輪計(jì)算均滿足要求。 荷載和內(nèi)力計(jì)算 圖6—7 邊梁尺寸結(jié)構(gòu)圖（單位：mm） 圖6—8 滾輪布置圖 圖6—9 結(jié)構(gòu)彎矩圖（單位KN選用單角鋼└，查表得：截面面積為： 回轉(zhuǎn)半徑為： 斜桿計(jì)算長(zhǎng)度為：長(zhǎng)細(xì)比為：驗(yàn)算斜桿強(qiáng)度：考慮單角鋼受力偏心的影響，將容許應(yīng)力降低15%進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。上翼緣可利用面板的寬度按確定，其中b=800mm，按，查表得。最大剪力為，截面慣性矩為。面板兼做主梁上翼緣的有效寬度為：上翼緣面積為：彎應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算。則需要的截面模量為：腹板高度選擇。則對(duì)第一跨中選用B=254mm，則水平次梁組合截面面積為： 圖6—2 第一跨中面板參加水平次梁工作組合截面（單位：mm）組合截面形心到槽鋼中心線的距離為：跨中組合截面的慣性矩及截面模量為： 對(duì)支座選用B=102mm，則組合截面面積為：組合截面形心到槽鋼中心線距離為：支座處組合截面的慣性矩及截面模量為： 圖6—3 支座處面板參加水平次梁工作組合截面（單位：mm） 水平次梁的強(qiáng)度驗(yàn)算由于支座B處彎矩最大，而截面模量最小，故只需驗(yàn)算支座B處截面的抗彎強(qiáng)度，則有：因此，水平次梁選用槽鋼14a滿足要求。 面板與梁格的連接計(jì)算面板局部撓曲時(shí)產(chǎn)生的垂直于焊縫長(zhǎng)度方向的橫拉力P按下式計(jì)算，已知面板的厚度為16mm，并且近似地取板中最大彎應(yīng)力，則面板與主梁連接焊縫方向單位長(zhǎng)度內(nèi)的剪力為：面板與主梁連接的焊縫厚度為： 面板與梁格連接的焊縫取為 。本設(shè)計(jì)跨度為6m，則選用實(shí)腹式組合梁的形式。為節(jié)省高壓導(dǎo)線和簡(jiǎn)化構(gòu)架，要求開關(guān)站盡可能靠近升壓變壓器場(chǎng)。 尾水平臺(tái)的布置每臺(tái)機(jī)組的尾水管出口分為兩孔，本水電站共4個(gè)尾水出口。 廠房樞紐布置 安裝間的位置選擇及計(jì)算因?yàn)檫M(jìn)廠的公路在主廠房的左側(cè)，為了運(yùn)輸方便，把安裝間布置在廠房的左側(cè)。為吊運(yùn)部件與吊鉤之間的距離，~。則 發(fā)電機(jī)層樓板高程計(jì)算從水輪機(jī)層地面高程加上機(jī)墩高、定子高和上機(jī)架埋深即可得發(fā)電機(jī)層樓板高程。則 水輪機(jī)層地面高程計(jì)算從水輪機(jī)安裝高程向上量取蝸殼進(jìn)口半徑和蝸殼頂混凝土層，可得水輪機(jī)層地面高程。根據(jù)水電站生產(chǎn)電能的需要，合理的確定主、副廠房上、下結(jié)構(gòu)各部分的高程，滿足通風(fēng)、采光需要及發(fā)電、配電的合理安排，全面綜合分析研究做出經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可能的方案，為運(yùn)行人員的操作運(yùn)行管理創(chuàng)造優(yōu)良的工作環(huán)境。 。對(duì)蝸殼—y方向：其中：為時(shí)的，即。 上游側(cè)寬度計(jì)算上游側(cè)寬度為：其中：為發(fā)電機(jī)風(fēng)罩內(nèi)徑。則 安裝間長(zhǎng)度的計(jì)算本設(shè)計(jì)中，取裝配室與主機(jī)室寬度相等，以便利用起重機(jī)沿主廠房縱向運(yùn)行。 為發(fā)電機(jī)風(fēng)罩壁厚，~。 、為蝸殼外部混凝土厚度，~。取 尾水管單線圖 圖5—3 尾水管尺寸圖 廠房平面尺寸計(jì)算主廠房的上部結(jié)構(gòu)部分有主機(jī)室和裝配場(chǎng)。進(jìn)口錐管上下直徑：。水輪機(jī)的型號(hào)是HL220。閘門槽，~。 沿程水頭損失計(jì)算沿程水頭損失一般計(jì)算公式為：上式中：為沿程水頭損失系數(shù)，其值與管壁光滑程度有關(guān)，查《水電站建筑物設(shè)計(jì)參考資料》。 為導(dǎo)葉關(guān)閉至空轉(zhuǎn)開度的歷時(shí)，對(duì)于混流式和水斗式水輪機(jī)，對(duì)于軸流式水輪機(jī)。 為水錘影響系數(shù)，查水電站建筑物教材141頁(yè)圖915水錘影響系數(shù)根據(jù)管道特性系數(shù)得。 設(shè)計(jì)水頭下丟棄全負(fù)荷計(jì)算相長(zhǎng)為： 導(dǎo)葉啟