【文章內(nèi)容簡介】 置 廠房類型確定 根據(jù)基本資料可知，本工程為大（二）型工程，主要建筑物為 2級，次要建筑物為3級。 本工程壩體采用碾壓混凝土重力壩型式，地基以砂巖和泥巖為主，初步判斷廠房類型可設置為壩后式、河床 式、地下式或岸邊式。 由相關(guān)資料可知，壩體所處位置兩岸山谷較為陡峭，地質(zhì)構(gòu)造復雜，在壩后設置廠房開挖量過大，且易受壩體施工的影響，在溢流壩泄洪時產(chǎn)生的水霧易對廠房的安全運行造成干擾。同時，廠房設在壩體后面會大大減輕護坦防沖效果，對樞紐整體有較為不利的影響。 若將廠房與整個進水建筑物連為一體，即設為河床式電站，廠房本身起擋水的作用。 一般來說，河床式廠房較適于河道中下游地區(qū)，水頭較低，單機容量大的電站；不適于地質(zhì)條件較差，地應力分布較為復雜的地區(qū)。且這種廠房結(jié)構(gòu)復雜，通風和防滲施工較為困難。 若因在河谷兩岸找 不到較為合適的廠房位置，將廠房設在地下，即設為地下式廠房。又考慮到河谷兩岸地形地勢，僅左岸有較為合適的位置。但考慮左岸山體裂隙較為發(fā)育，且開挖難度過大，對工程穩(wěn)定性有較大的影響，所以在河谷兩岸設置地下廠房的方式也不理想。 若設置為岸邊式廠房，左岸地形明顯優(yōu)于右岸，在河岸下游 U型河谷左岸有一塊較為平坦的地區(qū)非常適合將地面廠房設置在其中。且考慮到引水道設于左岸，施工量將大大降低，能夠獲得較大的水頭差，發(fā)電效率明顯高于右岸。 綜上所述，將廠房設為壩后式則受地形條件所限，易受壩體影響；若將廠房設為河床式則受地質(zhì)條件 所限，不宜選用；若將廠房設在地下，則受開挖與地質(zhì)條件所限，穩(wěn)定性不夠。綜合比較幾種不同形式電站的優(yōu)缺點，本電站決定選用岸邊引水式廠房，廠址選在左岸下游側(cè)，進水口設在左岸上游，通過有壓引水隧洞引水。 西華大學畢業(yè)設計說明書 10 廠房各部分尺寸計算 蝸殼單線圖的繪制 蝸殼型式的確定 在資料中已經(jīng)給出了水輪機型號為 HL211— LJ— 225，而且電站最大工作水頭maxH =40m，查相關(guān)資料《水利機械》中蝸殼分類，蝸 殼型式為金屬。 蝸殼主要 參數(shù) 根據(jù)《水利機械》中規(guī)范，金屬蝸殼進口斷面包角 0 345? ? 。同時，已知蝸殼進口斷面流量 maxQ =80 sm/3 ，設計水頭 rH =35m。 查《水利 機械 》第二版第 99 頁中蝸殼進口斷面平均流速曲線可知， 蝸殼進口斷面平均流速為 cV = sm/ 。 已知水輪機型號為 HL211— LJ— 225，查相關(guān)資料中規(guī)范可知，蝸殼座環(huán)內(nèi)半徑br =，外半徑 ar =。 圖 21 蝸 殼尺寸示意圖（單位： mm） 蝸殼水力計算 西華大學畢業(yè)設計說明書 11 對于任一蝸殼斷面有 oii 360max?? ???coii vQ360m ax? iai rR ?2?? 其中： iQ 為任一蝸 殼 斷面流量， maxQ 為水輪機最大流量 cv 為進口斷面平均流速， i? 為斷面半徑， iR 為斷面外半徑 對于進口斷面 有， 斷面流量為 sm cc /6 6 6 03 4 5803 6 0 3m a x ???? ? ??? 斷面面積為 mVQFccc ??? 斷面半徑為 mFc a x ??? ?? 從軸中心線到蝸殼外徑的半徑 mrR a m a xm a x ?????? ? 蝸殼單線圖 對蝸殼由鼻端起，每隔 15176。取一個斷面計算，便可繪制出蝸殼單線圖，計算結(jié)果如下： 表 21 蝸殼單線圖表 ()i?? 3m a x ( / )360iiQ Q m s? ?? ? ?2cFm )(mFci ?? ? 2 ( )i a iR r m??? 0 0 0 0 15 30 45 10 60 75 90 20 105 120 135 30 150 西華大學畢業(yè)設計說明書 12 165 180 40 195 210 225 50 240 255 270 60 285 300 315 70 330 345 圖 22 蝸殼單線圖 尾水管單線圖的繪制 已知選定的水輪機型號為 HL211— LJ— 225，查相關(guān)資料可知：當水輪機直徑mD ? 且水輪機出口直徑 12DD? 時，由《水利機械》可查得 西華大學畢業(yè)設計說明書 13 表 22 尾水管各部位參數(shù)表 型式 h L 5B 4D 4h 6h 1L 5h 參數(shù) 尺寸 為減小尾水管開挖的深度，決定采用彎肘形尾水管，由進口直錐段、肘 管、出口擴散段組成，其計算過程在下面給出。 進口直錐段計算 由相關(guān)資料，可知 mDhh 4 0 3 9 121 ??? 進口錐管的高度為 3 1 2 4 2. 38h h h h h m? ? ? ? ? 錐管的單邊擴散角 0433 8 .12DDarctg h? ??? 進口錐管上下直徑 3 1. 05 2. 25 2. 36 3 ,Dm? ? ? ?2轉(zhuǎn) 輪 出 口 直 徑 D 由相關(guān)資料，對混流式水輪機，錐管的單邊擴散角可取 7~9176。，出口直徑 4D =。 肘管計算 肘管是一 90 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(zhuǎn)彎受到離心力的作用，使得壓力和流速的分布很不均勻，而在轉(zhuǎn)彎后流向水平段時又形成了擴散，因而在肘管中產(chǎn)生了較大的水力損失。影響這種損失的最主要的因素是轉(zhuǎn)彎的曲率半徑和肘管的斷面變化規(guī)率，曲率半徑越小則產(chǎn)生的離心率越大，一般推薦使用的合理半徑 4( ~ )RD? ，外壁 6R 用上限，內(nèi)壁 7R 用下限。 mR ??? mR ??? 出口擴散段計算 出口擴散段是一個水平放置斷面為矩形的擴散段，其出口寬度一般與肘管出口寬度相等，其頂板仰角 ? r c t a na r c t a n 2 65 ????? L hh?， 。, mLmL ?? 頂板長度 mDmLLL ~)3~2( 112 ????? 。 西華大學畢業(yè)設計說明書 14 尾水管高度 尾水管總高度是由導葉底環(huán)平面到尾水管之間的垂直高度，對于混流式水輪機可取mDmDD 6 123 ???? ，且屬于高比轉(zhuǎn)速混流式水輪機，取 mDh 1 ?? 。 尾水管單線圖 根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可繪制出尾水管單線圖，如下 圖 23 尾水管單線圖（單位： m） 主廠房尺寸計算 主廠房長度計算 廠房總長度主要由機組段長、端機組段的長度和安裝間的長度組成。 總長 ac LLLLnL ????? 21)1( ，其中 n 為機組臺數(shù)， cL 為機組段長度， aL 為裝配場長度， 1L 為左機組段長， 2L 為右機組段長，為便于安裝，廠房左端加長 Δ L。 西華大學畢業(yè)設計說明書 15 圖 24 廠房長度示意圖 機組段長度 cL 機組段長度 cL 主要由蝸殼、尾水管、發(fā)電機風罩在縱向的尺寸來決定。其長度按xxc LLL ?? ?? 來計算，其中， xL? 為機組段 +x 方向的最大長度， xL? 為機組段 x 方向的最大長度。 按蝸殼層計算時 2121 ?? ???? RRLc 其中， 1R 為 0345i?? 時的 iR ，即 1R = 2R 為當 0165i?? 時的 iR ，即 2R = 12,??分別為蝸殼左右外圍混凝土的厚度，取 則， 2121 ?? ???? RRLc =+++= 按尾水管層計算時 25 2???BLc 其中， 5B 為尾水管的出口寬度，即 5B = 2? 為尾水管混凝土邊墩厚度（大型取 5～ 7m,中型取 3～ 4m,小型取 1～ 2m），取 則 ， 25 2???BLc =+2 = 按發(fā)電機層計算時 33 2?? ??? bLc 其中 ， 3? 為發(fā)電機風壁厚，一般取 ~,取 b 為相鄰兩風罩外壁凈距，一般取 ~2m,取 3? 為發(fā)電機風罩內(nèi)徑，查相關(guān)資料， 3? = 則， 33 2?? ??? bLc =++2 = 尺寸調(diào)整：為保證三個層面計算長度一致，必須對尺寸進行調(diào)整，具體如下 12,??分別為蝸殼左右外圍混凝土的厚度，取 2? 為尾水管混凝土邊墩厚度，取 3? 為發(fā)電機風壁厚，取 b 為相鄰兩風罩外壁凈距，取 西華大學畢業(yè)設計說明書 16 綜上所述，機組段長度取為 。 安裝間長度 安裝間又稱為裝配廠，其寬度與主機間相同，長度一般為機組段長的 ~。對于混流式和懸式 水輪機 取偏小值，其長度取為 LLa? 即， LLa? = = 結(jié)合工程實際地形考慮，經(jīng)過后期調(diào)整，安裝間長度為 ，寬度為 ，具體布置見相關(guān)樞紐布置圖。 端機組段加長 左端機組段附加長度 1L 按蝸殼層計算 ??? 111 ?RL += 按尾水管層計算 251 2 tBL ??= ?? 按發(fā)電機層計算 1L =tf LD ?? 32 ?= ??? 則，綜上所述， 1L 取為 右端機組段附加長度 2L 按蝸殼層計算 mRL ????? ? 按尾水管層計算 2L = mtB 4 5 9 15 ???? 按發(fā)電機層計算 2L =tf LD ?? 32 ?= ??? 則，綜上所述， 2L 取為 主廠房總長度 綜合上訴數(shù)據(jù)，可計算出主廠房的總長為 ac LLLLnL ????? 21)1( = m4 7 5 8 ????? 綜合考慮，為方便計算將廠房長度選為 71m。 西華大學畢業(yè)設計說明書 17 主廠房寬度 計算 廠房寬度以機組中心線為界，分為上游側(cè)寬度 SB 和下游側(cè)寬度 XB 兩部分，其 計算式為 xs BBB ?? ，具體計算如下 上游側(cè)寬度 332SBA? ?? ? ? 其中， 3? 為發(fā)電機風罩內(nèi)徑，即 3? = 3? 為發(fā)電機風罩壁厚，即 3? = A 為風罩外壁到上游墻內(nèi)側(cè)的凈距 ,一般取 2~3m，取為 2m 則， 332SBA? ?? ? ?= ??? 下游側(cè)寬度 XB 除了滿足上面式子的要求外，還需要滿足蝸殼在 y? 方向的尺寸 和蝸殼外混凝土厚度的要求。 對發(fā)電機層 332XBA? ?? ? ? 其中， 3? 為發(fā)電機風罩內(nèi)徑，即 3? = 3? 為發(fā)電機風罩壁厚，即 3? = A 為風罩外壁到下游墻內(nèi)側(cè)的凈距，取為 6m 則， 332XBA? ?? ? ?= m5 5 5 ??? 對蝸殼 y 方向 2XB y l? ?? 其中， 2y 為 i? 為 0255 時的 iR ，取為 2y = l? 為混凝土保護層的厚度，取為 l? = 則， 2XB y l? ?? =+= 因此，廠房寬度為 xs BBB ?? =+= 由橋機跨度確定廠房寬度，已知跨度 L=16m，如圖 西華大學畢業(yè)設計說明書 18 圖 25 牛腿部分示意圖 其中，牛腿以上 122 ( 39。 )kbB l b b h? ? ? ? 牛腿以下 2( )kbB l e h? ? ? 其中， 1b 為橋機端與軌道中心線的距離，查相關(guān)資料，取為 2b 為橋機端部與上柱內(nèi)面間距，一般取 ~，取為 39。bh 為牛腿上部立柱截面高度，一般取 ~，取為 bh 為牛腿下部立柱截面高度，一 般取 ~，取為 e 為偏心距，一般取 0~，取為 則，牛腿以上 122 ( 39。 )kbB l b b h? ? ? ?=