【文章內(nèi)容簡介】 強(qiáng)度和氣蝕等條件的限制，混流式水輪機(jī)不再適用時(shí)。②斜流式水輪機(jī)：過流量大，但效率較低，適用水頭一般為20～300m。③雙擊式水輪機(jī)：結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、但效率低、轉(zhuǎn)輪葉片強(qiáng)度差，僅適用于單機(jī)出力不超過1000KW的小型水電站。適用水頭一般為5～100m。2. 機(jī)型選擇根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)和本工程的實(shí)際情況，確定秋池水電站采用混流式機(jī)組，立軸型式，金屬蝸殼。根據(jù)該電站的水頭范圍和該機(jī)組的出力范圍，在水輪機(jī)系列型譜表中查出該電站最好選擇HL220機(jī)型。（1）水輪機(jī)的額定出力計(jì)算 （2—12）式中 —為水輪機(jī)額定出力；—為水輪機(jī)效率為90%；—為水輪機(jī)出力為15000KW。 故Ngr=15000/90%=。（2）水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑的計(jì)算 （2—13）式中 —水輪機(jī)的出力，； —水輪機(jī)效率； —原型水輪機(jī)在該工況下流量（）； —轉(zhuǎn)輪直徑（m）； —水輪機(jī)的工作水頭。為水輪機(jī)模型效率為89%，為該出力下模型的流量。由此初步假定原型水輪機(jī)在該工況下 ,效率 由公式（2—13）求得： 又因?yàn)檗D(zhuǎn)輪直徑應(yīng)選符合轉(zhuǎn)輪直徑系列并比計(jì)算值稍大的值，故選取水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑。（3）水輪機(jī)轉(zhuǎn)速的計(jì)算。由公式 （2—14）計(jì)算 式中 —水輪機(jī)轉(zhuǎn)速（）； —最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速（）； —計(jì)算水頭（m）； —轉(zhuǎn)輪直徑（m）。初步假定 ， （對于壩后式水電站）。解得 又因?yàn)樗啓C(jī)的轉(zhuǎn)速要采用發(fā)電機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速，為此要選取與上述公式得出的轉(zhuǎn)速相近的發(fā)電機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速。常選取稍大的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速作為水輪機(jī)采用的轉(zhuǎn)速。故為 。又因?yàn)楫?dāng)時(shí)水輪機(jī)的效率比較低，故選取比標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速稍小的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速。故選取。4. 水輪機(jī)型號查《水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊》，本工程選用的水輪機(jī)型號為HL220—LJ—550。 發(fā)電機(jī)選型水輪發(fā)電機(jī)分為臥式和立式兩種布置方式。一般低中速的大中型機(jī)組多采用立式發(fā)電機(jī)。立式發(fā)電機(jī)根據(jù)推力軸承位置又分懸吊型和傘型兩種。：適用于機(jī)組轉(zhuǎn)速在以上，優(yōu)點(diǎn)是推力軸承損耗小，裝配方便，運(yùn)行較穩(wěn)定；缺點(diǎn)是機(jī)組布置較高，消耗的鋼材較多。：適用于機(jī)組轉(zhuǎn)速在以下，優(yōu)點(diǎn)是機(jī)組高度低，可以降低廠房的高度，節(jié)約鋼材；缺點(diǎn)是推力軸承損耗小，安裝維護(hù)不方便。本工程水輪機(jī)組轉(zhuǎn)速，經(jīng)過對比確定選用傘型發(fā)電機(jī)組。又根據(jù)本工程的水輪機(jī)型號和類似工程經(jīng)驗(yàn)，選用發(fā)電機(jī)型號SF15060/1280。 水輪發(fā)電機(jī)組的技術(shù)參數(shù)表 2—7 水輪機(jī)參數(shù)水輪機(jī)型號額 定出 力N（MW）水頭（m）流量（）轉(zhuǎn)速（）吸 出高 度（m）尾水管型號水輪機(jī)重量（t）轉(zhuǎn)輪總重HL220LJ5501002234H650表 2—8 發(fā)電機(jī)參數(shù)發(fā)電機(jī)型號型式額定容量功 率因 素額定電壓U（V）轉(zhuǎn)速（）飛輪力矩(）重量 （t）轉(zhuǎn)子定子總重SF15060/1280全傘式150157501002185200004902651150 同等規(guī)模工程比較由于本工程與福建棉花灘水電站在單機(jī)容量，總裝機(jī)容量及設(shè)計(jì)水頭等許多方面都可進(jìn)行對比，比較如下：秋池與福建棉花灘水電站有關(guān)參數(shù)比較如表29：表29 秋池與棉花灘水電站相關(guān)參數(shù)比較電站 項(xiàng)目設(shè)計(jì)水頭（） 總裝機(jī)容量(萬千瓦)機(jī)組臺數(shù)（臺）單機(jī)容量（萬千瓦）總庫容最大壩高（）棉花灘60415111QC6041590 廠房輪廓尺寸的確定主廠房的長度取決于機(jī)組臺數(shù)、機(jī)組間距、邊機(jī)組段長度和及安裝間長度。（1）機(jī)組間距機(jī)組段的長度是相鄰兩機(jī)組軸線之間的水平距離，當(dāng)機(jī)組等距離布置時(shí)，機(jī)組間距等于一個(gè)機(jī)組段長度。一般中、低水頭大流量機(jī)組，常取決于蝸殼或尾水管的最大寬度；而高水頭小流量機(jī)組，常取決于發(fā)電機(jī)尺寸。此外，輔助設(shè)備的的布置和廠房的分縫，對機(jī)組段長度也有影響。①當(dāng)機(jī)組間距由發(fā)電機(jī)尺寸控制時(shí)： （2—15）式中 —發(fā)電機(jī)定子外徑（m），發(fā)電機(jī)定子外徑由制造廠家提供； —風(fēng)道之間的通道寬一般不小于2m。通道的寬度除應(yīng)滿足附屬設(shè)備調(diào)速器和樓板結(jié)構(gòu)布置時(shí)要求外，；—風(fēng)道寬度，～。 ② 當(dāng)機(jī)組間距由蝸殼 尺寸控制時(shí)：=蝸殼最大寬度+蝸殼混凝土厚度。金屬蝸殼或混凝土蝸殼的最大寬度可由基本數(shù)據(jù)資料確定，兩蝸殼之間的混凝土厚度，等于蝸殼兩側(cè)混凝土厚度之和。③ 當(dāng)機(jī)組間距有尾水管控制時(shí)：=尾水管出口寬度（包括中墩）+尾水閘墩厚。尾水管出口高度，可以基本數(shù)據(jù)資料得出，值由尾水閘門槽深度及設(shè)備布置決定，一般2～３m，大、中型機(jī)組可達(dá)3～4m。確定機(jī)組間距時(shí)，一般先應(yīng)根據(jù)上面三種情況分別擬定出機(jī)組間距，從中選出最大者作為采用數(shù)據(jù)，然后再校核是否能滿足其他各方面的要求，并進(jìn)行必要的修正。各機(jī)組間距最好布置成等距的并與廠房排架柱間距一致，以簡化廠房結(jié)構(gòu)。對于壩后式廠房，機(jī)組段分縫常和大壩分縫一致，此時(shí)，機(jī)組間距將受大壩分縫的影響。經(jīng)過計(jì)算知道，由于本工程發(fā)電機(jī)組大，本工程的機(jī)組間距受發(fā)電機(jī)尺寸控制，所以 =發(fā)電機(jī)定子外徑+2風(fēng)道寬+風(fēng)道間過道寬。本工程采用壩后式廠房，由于機(jī)組間距較大大壩分縫不與機(jī)組間距相同。計(jì)算得=。（2）邊機(jī)組段長度、邊機(jī)組（離安裝間最遠(yuǎn)的機(jī)組）的長度，除了滿足設(shè)備布置外，為了保證機(jī)組和蝶閥都在吊車工作范圍以內(nèi)，則≥，其中為橋吊主鉤至橋吊外側(cè)的距離，為吊車梁末端擋車板的長度，～。計(jì)算得，與安裝間相臨的機(jī)組。（3）安裝間長度安裝間通常設(shè)在靠河岸對外交通方便的廠房一端，當(dāng)廠房內(nèi)機(jī)組臺數(shù)不超過4～6臺時(shí)，安裝間的長度可按檢修一臺機(jī)組時(shí)能放下四大部件并留有足夠的工作通道來確定。安裝間需要同時(shí)安排一臺機(jī)組大修的四大部件及預(yù)留足夠的檢修空間，即安排水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑，帶磁極的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子直徑，發(fā)電機(jī)上機(jī)架直徑，水輪機(jī)頂蓋。初步設(shè)計(jì)時(shí)，采用公式計(jì)算。當(dāng)機(jī)組臺數(shù)較多，需同時(shí)安裝或檢修兩臺機(jī)組時(shí)，應(yīng)增大安裝間長度。計(jì)算得，=36m。（4）主廠房總長度主廠房總的長度為各臺機(jī)組段的總長度、安裝間的長度和伸縮縫的寬度之和， 即 （2—16）其中n為機(jī)組臺數(shù)，為一個(gè)縮縫的寬度（m）（）。 當(dāng)、和確定后，主廠房的總長度為：。主廠房的寬度應(yīng)從廠房上部和下部結(jié)構(gòu)的不同因素來綜合考慮確定。上部寬度取決于吊車的跨度、發(fā)電機(jī)的尺寸、最大部件的吊運(yùn)方式、輔助設(shè)備的布置與運(yùn)行方式等條件。廠房下部結(jié)構(gòu)寬度取決于蝸殼和尾水管的尺寸，若設(shè)有主閥，還應(yīng)考慮主閥布置的要求。主廠房的寬度以縱軸線分為上、下兩部分。廠房上部結(jié)構(gòu)上游側(cè)的寬度與下部結(jié)構(gòu)上游側(cè)寬度基本相等。當(dāng)上游側(cè)作為吊運(yùn)設(shè)備的主要通道時(shí)，廠房上游側(cè)的寬度由發(fā)電機(jī)風(fēng)罩外半徑、機(jī)電設(shè)備（如機(jī)旁盤、調(diào)速器等）和主閥吊孔的布置以及吊運(yùn)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的要求來決定。并應(yīng)保證吊車外緣距排架柱的距離不小于6cm，距上游墻不小于60cm。主廠房下游寬度，由廠房縱軸線下游側(cè)蝸殼的寬度加蝸殼外圍混凝土厚度（，如作為主通道則應(yīng)滿足吊運(yùn)主機(jī)設(shè)備的要求）與排架柱截面尺寸確定。主機(jī)房下游側(cè)寬度應(yīng)取兩者較大值。發(fā)電機(jī)層總寬度=廠房上游側(cè)的寬度+廠房下游側(cè)的寬度確定發(fā)電機(jī)層總寬度時(shí)，還應(yīng)考慮吊車標(biāo)準(zhǔn)跨度。選用橋吊系列產(chǎn)品，爭取提前供貨和節(jié)約費(fèi)用。主廠房的基礎(chǔ)寬度等于上部結(jié)構(gòu)寬度加尾水平臺寬度。尾水平臺的寬度，主要由尾水管長度、尾水閘門起閉機(jī)的型式和尺寸、是否布置主變及有無交通要求等因素確定，一般為3～4m，大、中型水電站有時(shí)達(dá)4～8m。若無主變和交通要求時(shí)，應(yīng)根據(jù)需要確定。水下部分寬度在初設(shè)計(jì)階段也可采用一些經(jīng)驗(yàn)公式估算。下游側(cè)寬度通常取尾水管長度即： （2—17）式中 —水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑。上游側(cè)寬度為： （2—18）式中 —系數(shù)，隨轉(zhuǎn)輪直徑而異，當(dāng)時(shí)，相應(yīng)。為了方便設(shè)備布置和降低廠房的高度，廠房寬度中心線和機(jī)組中心線不重合。當(dāng)廠房內(nèi)設(shè)有蝶閥，中心線偏向下游，主要的通道在上游側(cè)，反之，則相反布置。（1）廠房水下部分寬度的確定:①下游側(cè)寬度:主要決定于下游尾水管的尺寸，取。②上游側(cè)寬度:主要決定于蝸殼進(jìn)口的布置、主閥、機(jī)組及其他附屬設(shè)備的布置，為了方便取與廠房水上部分上游側(cè)的寬度相同為：。（2）廠房水上部分寬度的確定:①下游側(cè)寬度:主要決定于發(fā)電機(jī)層地面的設(shè)備的布置及交通要求。取。②上游側(cè)寬度:主要決定于發(fā)電機(jī)層地面的設(shè)備的布置及交通要求。取。查尾水管基本資料, 。尾水閘門槽深30cm。尾水管的出口分為兩個(gè)孔，（寬高）。，每臺機(jī)組各設(shè)一套閘門，由一臺移動(dòng)式門式起閉機(jī)操作。在起閉機(jī)的下游側(cè)設(shè)有厚40cm厚的防洪墻。防洪墻在廠房壩段和底孔壩段分縫出也分開設(shè)有橡膠裝置。圖2—2 廠房輪廓示意圖 淤沙高程及電站取水口高程計(jì)算根據(jù)《水庫泥沙》可得水庫攔沙率公式： （2—18）式中： —水庫的攔沙率；—水庫的調(diào)節(jié)庫容（），；—水庫控制流域徑流量（）。解得 。又由《水庫泥沙》： （2—19）解出 。 最后沖淤平衡以后的攔沙庫容是： （2—20） 式中：—水庫攔沙庫容（）； —多年總來沙量（）； —泥沙浮容重 （T/）；—使用年限。根據(jù)《水利水電工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL2502000），查得使用年限T =100年，所以水庫沖淤平衡是的總沉淀泥沙量是：由計(jì)算出來的泥沙量，從水位庫容曲線上查得：。. 發(fā)電引水孔底板進(jìn)口高程根據(jù)規(guī)范，發(fā)電引水孔進(jìn)口底板高程比泥沙淤積高程高1，所以取發(fā)電引水孔進(jìn)口底板高程。第三章 壩址和壩型的選擇及樞紐布置 樞紐布置的任務(wù)和原則、要求及建筑物的組成 樞紐布置的任務(wù)和原則水利樞紐布置必需充分考慮地形、地質(zhì)條件，使各種水工建筑物都能布置在安全可靠的地基上，并能滿足建筑物的尺度和布置要求以及施工的必需條件。樞紐布置必需使各個(gè)不同功能的建筑物在其位置上各得其所，在運(yùn)用中相互協(xié)調(diào)，充分有效的發(fā)揮所承擔(dān)的任務(wù)，各個(gè)水工建筑物單獨(dú)使用或聯(lián)合使用的水流條件良好，上下游的河道沖淤變化不影響或少影響樞紐的安全運(yùn)行，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求，即技術(shù)上安全可靠。QC水利樞紐位于大清河中游，在QC鎮(zhèn)上游四公里處，距下游香山市約30公里。該工程是一座以發(fā)電為主，兼顧防洪灌溉的綜合利用水利樞紐，主要是為滿足國家急待解決的能源需求而興建的水力發(fā)電工程。 樞紐布置的要求在進(jìn)行水利工程樞紐布置時(shí)應(yīng)全面考慮運(yùn)用、施工、管理、技術(shù)經(jīng)濟(jì)等問題，一般應(yīng)進(jìn)行多方案的比較。在保證方便和安全可靠的前提下，力求做到節(jié)省工程量、便于施工、縮短工期，優(yōu)選技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益最佳的方案。樞紐布置首先滿足建筑物正常工作的要求，避免各建筑物之間的干擾，保證在各種工作條件下，都能完成樞紐所承擔(dān)的任務(wù)。此外，樞紐對外和內(nèi)部交通線路也要合理布置，以便滿足交通運(yùn)輸?shù)囊蟆屑~布置應(yīng)與施工導(dǎo)流、施工方法和施工進(jìn)度綜合考慮，力求施工方便，程序簡單，工期短，勞動(dòng)力省。水利樞紐的興建會(huì)使周圍環(huán)境發(fā)生明顯的改變。特別是大型水庫的形成為發(fā)展水電、灌溉、供水、養(yǎng)殖、旅游等水利事業(yè)和防止洪水災(zāi)害創(chuàng)造了有利條件，同時(shí)也帶來了一些不利的影響。樞紐布置應(yīng)在技術(shù)可行的條件下，力求經(jīng)濟(jì)最優(yōu)，應(yīng)在滿足建筑物的穩(wěn)定、強(qiáng)度、運(yùn)用及遠(yuǎn)景規(guī)劃等要求的前提下，使樞紐的總造價(jià)和年運(yùn)行費(fèi)用最低。在不影響運(yùn)用且不互相矛盾的前提下，應(yīng)盡量發(fā)揮各建筑物的綜合利用能力。 樞紐建筑物的組成QC水利工程樞紐建筑物由以下幾部分組成： 壩址及壩型的選擇在選擇壩址、壩型時(shí)，應(yīng)研究樞紐附近的地形地址條件、水流條件和建筑材料、施工條件、樞紐布置等。 壩址選擇根據(jù)QC水利樞紐工程的地形、地質(zhì)條件選擇地形開闊的河道拐彎附近地段作為壩址，并擬定了上壩線和下壩線兩條較有利的壩軸線（如圖3—1）。兩條壩軸線河床寬度基本相近。通過地形剖面圖進(jìn)行壩軸線選擇深入分析。上壩線位于河道直段處，在下壩線上游700m左右處。河谷兩岸上體比較對稱，兩岸坡度比較緩，壩址上游庫區(qū)山體比較穩(wěn)定，壩址處無順河想大斷裂構(gòu)造，無巖溶存在。樞紐壩址地處中低山峰峽谷地形，河谷較開闊，兩岸顯不侵蝕剝蝕地貌，左岸平均坡角為20186。，右岸為26186。，坡面巖石裸露，坡積層與殘積層較薄，呈零星分布。壩址區(qū)河流由北西轉(zhuǎn)南東向，% 。由壩區(qū)地形看出，左岸左軸線上下游250—400m處分別有沖溝存在，右岸壩軸線下游約500m處亦分布有沖溝，壩址左岸在330m高程以上，地勢有所變緩，特別是壩軸線下游部位，其地勢更加平緩。壩區(qū)為巖漿巖出露河段，系中生代印支期的基性侵入體（輝綠巖），庫區(qū)無大的基巖坍塌和大規(guī)模松散堆積，庫岸穩(wěn)定，壩址處無順河向大斷裂構(gòu)造，無巖溶存在，右岸有緩傾軟弱結(jié)構(gòu)面，以原生冷凝面為主，石英脈侵入或方解石填充，易風(fēng)化成軟弱夾層，軟弱夾層結(jié)構(gòu)面的摩擦系數(shù)f=。此外，在弱風(fēng)化下限以下，尚有斷續(xù)的多條緩傾石英脈存在。左岸290m高程有較厚石英脈及上下蝕變帶，緩傾與陡傾斷裂組合，成洞條件差，壩址巖體內(nèi)陡傾節(jié)理發(fā)育，多傾向上游，充填物膠結(jié)良好。局部第四系坡積巖，主要是含碎石的高塑性土，河床沙卵石層厚1—3m。壩區(qū)有兩個(gè)含