【正文】 管是一90度變截面彎管，其進口為圓斷面，出口為矩形斷面，水流在肘管中由于轉彎收到離心力作用，使得壓力和流速分布很不均勻，而在轉彎后流向水平段時又形成了擴散，因而在肘管中產生了較大的水力損失。本水電站設計水頭為 因此選用金屬蝸殼對任一蝸殼斷面有 其中： 為任一蝸殼斷面流量 為水輪機最大流量 為進口斷面平均流速 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。 為鋼管內徑，即6m。 這里取。飛輪轉矩的計算： 上式中：為經驗系數(shù)，查水電站機電設計手冊水力機械分冊167頁表310，根據(jù)轉速為150r/。水流最大速度為：管道特性系數(shù)為： 丟棄全負荷時：，所以發(fā)生末相水擊。在最大水頭下丟棄全負荷，通常發(fā)生最大水錘壓力。選擇調速器合理的調節(jié)時間和調節(jié)規(guī)律，保證壓力和轉速變化不超過規(guī)定的允許值。這樣就相當于把引水系統(tǒng)分為兩段，調壓室以前這段引水道，基本上可以避免水錘壓力的影響；調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，改善了機組運行條件及供電質量?，F(xiàn)分別就所選兩條線路從各方面進行比較，以選擇合理的方案進行設計。~，但本水電站樞紐的水庫淤沙高程較低，不影響進水口高程的選擇與布置，因此該因素不予考慮。漸變段長度 收縮角取為 圖4—1 進水口漸變段剖面圖 圖4—2 進水口漸變段平面圖 圖4—3 進水口漸變段斷面圖 閘門段尺寸計算閘門段是引水道和進口段的連接段，考慮進口的穩(wěn)定性，進水口設支墩。 進水口尺寸計算進水口的尺寸計算應主要包括進口段尺寸計算、漸變段尺寸計算、閘門段尺寸計算等。而壩體左壩肩部分的地形地質條件都較好，因而考慮經濟成本因素，本水電站樞紐工程廠房的進水口采用岸邊式進水口。 發(fā)電機型號的選擇根據(jù)水輪機的轉輪直徑、轉速等計算，同時根據(jù)發(fā)電機的額定容量參考資料選擇發(fā)電機型號為SF75—40/854，懸式發(fā)電機。 轉速的計算 其中，為最優(yōu)工況下原型水輪機相應的最優(yōu)轉速。但混流式水輪機的適用水頭范圍廣、且結構簡單、運行穩(wěn)定、效率高。從機組臺數(shù)與水電站運行效率的方面考慮，較多機組臺數(shù)能使水電站有較高的平均效率。 3 主要設備的選擇 水輪機型號及主要參數(shù)選擇 水輪機是水電站中最主要的動力設備之一，它關系到水電站的工程投資、安全運行、動能指標及經濟效益等重大問題，因此在水能規(guī)劃的基礎上，根據(jù)水電站水頭和負荷的工作范圍，正確的進行水輪機的選擇是水電站設計中的主要任務之一。若采用地下廠房，根據(jù)地形資料以及地質資料，可以看到，僅有壩體右岸的山體內適宜開挖地下廠房，而左岸下游側的地勢較為平坦，開挖地下廠房的穩(wěn)定性不好。后者呈穿插分布。巖石飽和抗壓強度約為300～700公斤/平方厘米，屬中等堅硬巖石。引水遂洞一般選用巖石堅固系數(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山揚坪組上部（PtW1Y3），正片巖系褶皺早期基性侵入巖變質而成。河西寬70～90米，水深2～8米。泗河在陜西境內自南向北流，進入湖北境內轉自西向東行；官渡河有南向北來，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。廠房是整個水電站樞紐建筑物中的一個主要建筑物，它的正確設計對于水電站的正常運行以及經濟效益都有重大影響，不管是在國內還是在國外的水電站，對水電站廠房的設計都很重視。其設計的主要內容包括樞紐布置、主要設備型號選擇計算、引水系統(tǒng)設計、調節(jié)保證計算、廠房布置設計和結構設計。選擇水電站廠房設計作為這次的畢業(yè)設計主要是因為廠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，斷裂構造發(fā)育，巖石較破碎。 付片巖呈面狀風化，正片巖以裹狀風化較為顯著。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，因壩體的溢流壩段按照防洪設計要求，占用了較長的壩體長度。而在左岸下游側布置引水式廠房，則僅需開挖較少方量即可，且左岸的地質條件相比右岸好得多。從機組臺數(shù)與水電站投資的方面考慮，機組臺數(shù)過多時，相應的輔助設備等也會增多，勢必會增加投資。綜合考慮，本水電站樞紐選用兩臺機組。計算得轉輪直徑為，以使水輪機有一定的富裕容量?？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參數(shù)都比較合理。因壩式進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，故壩式進水口不適用?？紤]到本水電站僅有兩臺機組，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 漸變段尺寸計算漸變段是閘門段到壓力管道的過渡段，其斷面面積和流速應逐漸變化，使水流不產生漏流并盡可能減少水頭損失。為通氣孔進氣流速，一般為30~50m/s，這里取為40m/s。則進水口底板高程為： 引水道設計引水道的路線選擇是設計中的關鍵，它關系到隧洞的造價，施工難易，工程進度，運行可靠性等方面。另外考慮因素，2線路的優(yōu)勢在于進廠公路較好布置，1優(yōu)勢在于管道線路的轉彎角度較小，且尾水線路較短，開挖量小。則綜合經濟比較后，不設置調壓室。 調節(jié)保證計算的內容丟棄全負荷或部分負荷時：機組轉速最大升高值、壓力管道及蝸殼內的最大水擊壓強、尾水管真空度校核，同時應注意開度變化時的反擊水擊是否超過了增加負荷時的水擊值。 為導葉關閉至空轉開度的歷時，對于混流式和水斗式水輪機，對于軸流式水輪機。水流最大速度為：管道特性系數(shù)為： 丟棄全負荷時：，所以發(fā)生末相水擊。則尾水管進口處水錘壓力為： 尾水管進口處真空度為： 滿足要求。查水電站建筑物設計參考資料知各部分局部損失系數(shù)如下：喇叭進口，~。 蝸殼尺寸的確定本水電站樞紐工程的總裝機容量為15W千瓦，查表知屬于中型工程。對混流式水輪機錐管的單邊擴散角可取7~9度，出口直徑。 則，在（2~3）范圍內。其中：為時的半徑，則。 按發(fā)電機層計算機組段長按發(fā)電機層計算時。則。最終取廠房寬度為62m。A為風罩外壁到下游墻內側的凈距，主要用于主通道，一般取為2m。由牛腿上部計算：式中：為橋機跨度，為19m。 圖5—4 橋機端部結構示意圖 主廠房的剖面設計主廠房的剖面設計又稱豎向設計，主要是解決垂直方向空間處理上有關問題。則 主廠房基礎開挖高程計算從水輪機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，就得到廠房基礎開挖高程，可用下式表示：上式中：可由尾水管尺寸計算過程得到，即。可用下式表示：上式中：~。為吊運部件與固定的機組或設備間的垂直凈距。，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，并緊靠廠房上游面。 閘門的結構形式及布置 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止水的間距6m；閘門的計算跨度為 主梁的形式主梁是平面鋼閘門的主要受力構件，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。 面板設計根據(jù)SL—74—95《水利水電工程鋼閘門設計規(guī)范》修訂送審稿，關于面板的計算，應先估算面板厚度，然后在主梁界面選擇之后再驗算面板的局部彎曲與主梁整體彎曲的折算應力。根據(jù)值查表得：對于，得。彎矩與剪力的計算如下：需要的截面模量。每個翼緣需要截面面積為：下翼緣選用 需要，選用，在之間。剪切強度驗算，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驗算剪應力強度。則每片橫隔板在上懸臂的最大負彎矩為：橫隔板截面選擇和強度驗算。 水頭修正系數(shù)，當時，當時。這里選擇上翼緣尺寸為，腹板尺寸為，下翼緣尺寸為。 閘門附屬結構設計 行走支承設計滾輪計算：滾輪采用合金鑄鋼ZG50Mn2,。但在設計中尚存在一些問題，例如對引水系統(tǒng)的選擇與布置、副廠房的安排等考慮還是不太完善?？偨Y與體會本次畢業(yè)設計經過兩個月的時間圓滿完成，設計的主要內容基本上屬于所學的專業(yè)知識，包括水電站建筑物、水工鋼結構等。雖然在設計中遇到了很多的問題，但在不斷的閱讀多種有關規(guī)范以及各類資料后，在老師的幫助中，讓我對設計中的各種設計條件、設計要求等都有了更多的認識和熟悉，這不僅僅只是幫助我較為順利的完成了畢業(yè)設計，更是幫助了我再以后的工作中如何來運用這些知識、規(guī)范，所以對今后的工作也是有很大的幫助。則接觸應力為： 軸和軸套間接觸應力為： 取，則軸和軸承板之間的緊密接觸局部承壓應力為： 以上滾輪計算均滿足要求。 荷載和內力計算 圖6—7 邊梁尺寸結構圖（單位：mm） 圖6—8 滾輪布置圖 圖6—9 結構彎矩圖（單位KN選用單角鋼└，查表得：截面面積為： 回轉半徑為： 斜桿計算長度為：長細比為：驗算斜桿強度：考慮單角鋼受力偏心的影響，將容許應力降低15%進行強度驗算。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：彎應力強度驗算。則需要的截面模量為：腹板高度選擇。則對第一跨中選用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） 水平次梁的強度驗算由于支座B處彎矩最大，而截面模量最小，故只需驗算支座B處截面的抗彎強度，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算面板局部撓曲時產生的垂直于焊縫長度方向的橫拉力P按下式計算，已知面板的厚度為16mm，并且近似地取板中最大彎應力，則面板與主梁連接焊縫方向單位長度內的剪力為：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 。本設計跨度為6m，則選用實腹式組合梁的形式。為節(jié)省高壓導線和簡化構架，要求開關站盡可能靠近升壓變壓器場。 尾水平臺的布置每臺機組的尾水管出口分為兩孔，本水電站共4個尾水出口。 廠房樞紐布置 安裝間的位置選擇及計算因為進廠的公路在主廠房的左側，為了運輸方便，把安裝間布置在廠房的左側。為吊運部件與吊鉤之間的距離，~。則 發(fā)電機層樓板高程計算從水輪機層地面高程加上機墩高、定子高和上機架埋深即可得發(fā)電機層樓板高程。則 水輪機層地面高程計算從水輪機安裝高程向上量取蝸殼進口半徑和蝸殼頂混凝土層，可得水輪機層地面高程。根據(jù)水電站生產電能的需要，合理的確定主、副廠房上、下結構各部分的高程，滿足通風、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濟合理、技術可能的方案，為運行人員的操作運行管理創(chuàng)造優(yōu)良的工作環(huán)境。 。對蝸殼—y方向：其中：為時的，即。 上游側寬度計算上游側寬度為：其中：為發(fā)電機風罩內徑。則 安裝間長度的計算本設計中，取裝配室與主機室寬度相等，以便利用起重機沿主廠房縱向運行。 為發(fā)電機風罩壁厚，~。 、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 廠房平面尺寸計算主廠房的上部結構部分有主機室和裝配場。進口錐管上下直徑：。水輪機的型號是HL220。閘門槽，~。 沿程水頭損失計算沿程水頭損失一般計算公式為：上式中：為沿程水頭損失系數(shù)，其值與管壁光滑程度有關，查《水電站建筑物設計參考資料》。 為導葉關閉至空轉開度的歷時，對于混流式和水斗式水輪機，對于軸流式水輪機。 為水錘影響系數(shù)，查水電站建筑物教材141頁圖915水錘影響系數(shù)根據(jù)管道特性系數(shù)得。 設計水頭下丟棄全負荷計算相長為： 導葉啟