【文章內(nèi)容簡介】 強度和氣蝕等條件的限制，混流式水輪機不再適用時。②斜流式水輪機：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：結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、但效率低、轉(zhuǎn)輪葉片強度差，僅適用于單機出力不超過1000KW的小型水電站。適用水頭一般為5～100m。2. 機型選擇根據(jù)以往工程經(jīng)驗和本工程的實際情況，確定秋池水電站采用混流式機組，立軸型式，金屬蝸殼。根據(jù)該電站的水頭范圍和該機組的出力范圍，在水輪機系列型譜表中查出該電站最好選擇HL220機型。（1）水輪機的額定出力計算 （2—12）式中 —為水輪機額定出力；—為水輪機效率為90%；—為水輪機出力為15000KW。 故Ngr=15000/90%=。（2）水輪機轉(zhuǎn)輪直徑的計算 （2—13）式中 —水輪機的出力，； —水輪機效率； —原型水輪機在該工況下流量（）； —轉(zhuǎn)輪直徑（m）； —水輪機的工作水頭。為水輪機模型效率為89%，為該出力下模型的流量。由此初步假定原型水輪機在該工況下 ,效率 由公式（2—13）求得： 又因為轉(zhuǎn)輪直徑應(yīng)選符合轉(zhuǎn)輪直徑系列并比計算值稍大的值，故選取水輪機轉(zhuǎn)輪直徑。（3）水輪機轉(zhuǎn)速的計算。由公式 （2—14）計算 式中 —水輪機轉(zhuǎn)速（）； —最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速（）； —計算水頭（m）； —轉(zhuǎn)輪直徑（m）。初步假定 ， （對于壩后式水電站）。解得 又因為水輪機的轉(zhuǎn)速要采用發(fā)電機的標準轉(zhuǎn)速，為此要選取與上述公式得出的轉(zhuǎn)速相近的發(fā)電機的標準轉(zhuǎn)速。常選取稍大的標準轉(zhuǎn)速作為水輪機采用的轉(zhuǎn)速。故為 。又因為當時水輪機的效率比較低，故選取比標準轉(zhuǎn)速稍小的標準轉(zhuǎn)速。故選取。4. 水輪機型號查《水電站機電設(shè)計手冊》，本工程選用的水輪機型號為HL220—LJ—550。 發(fā)電機選型水輪發(fā)電機分為臥式和立式兩種布置方式。一般低中速的大中型機組多采用立式發(fā)電機。立式發(fā)電機根據(jù)推力軸承位置又分懸吊型和傘型兩種。：適用于機組轉(zhuǎn)速在以上，優(yōu)點是推力軸承損耗小，裝配方便，運行較穩(wěn)定；缺點是機組布置較高，消耗的鋼材較多。：適用于機組轉(zhuǎn)速在以下，優(yōu)點是機組高度低，可以降低廠房的高度，節(jié)約鋼材；缺點是推力軸承損耗小，安裝維護不方便。本工程水輪機組轉(zhuǎn)速，經(jīng)過對比確定選用傘型發(fā)電機組。又根據(jù)本工程的水輪機型號和類似工程經(jīng)驗，選用發(fā)電機型號SF15060/1280。 水輪發(fā)電機組的技術(shù)參數(shù)表 2—7 水輪機參數(shù)水輪機型號額 定出 力N（MW）水頭（m）流量（）轉(zhuǎn)速（）吸 出高 度（m）尾水管型號水輪機重量（t）轉(zhuǎn)輪總重HL220LJ5501002234H650表 2—8 發(fā)電機參數(shù)發(fā)電機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容量，總裝機容量及設(shè)計水頭等許多方面都可進行對比，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 項目設(shè)計水頭（） 總裝機容量(萬千瓦)機組臺數(shù)（臺）單機容量（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組臺數(shù)、機組間距、邊機組段長度和及安裝間長度。（1）機組間距機組段的長度是相鄰兩機組軸線之間的水平距離，當機組等距離布置時，機組間距等于一個機組段長度。一般中、低水頭大流量機組，常取決于蝸殼或尾水管的最大寬度；而高水頭小流量機組，常取決于發(fā)電機尺寸。此外，輔助設(shè)備的的布置和廠房的分縫，對機組段長度也有影響。①當機組間距由發(fā)電機尺寸控制時： （2—15）式中 —發(fā)電機定子外徑（m），發(fā)電機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)布置時要求外，；—風(fēng)道寬度，～。 ② 當機組間距由蝸殼 尺寸控制時：=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 當機組間距有尾水管控制時：=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、中型機組可達3～4m。確定機組間距時，一般先應(yīng)根據(jù)上面三種情況分別擬定出機組間距，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，并進行必要的修正。各機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，機組段分縫常和大壩分縫一致，此時，機組間距將受大壩分縫的影響。經(jīng)過計算知道，由于本工程發(fā)電機組大，本工程的機組間距受發(fā)電機尺寸控制，所以 =發(fā)電機定子外徑+2風(fēng)道寬+風(fēng)道間過道寬。本工程采用壩后式廠房，由于機組間距較大大壩分縫不與機組間距相同。計算得=。（2）邊機組段長度、邊機組（離安裝間最遠的機組）的長度，除了滿足設(shè)備布置外，為了保證機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，～。計算得，與安裝間相臨的機組。（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，當廠房內(nèi)機組臺數(shù)不超過4～6臺時，安裝間的長度可按檢修一臺機組時能放下四大部件并留有足夠的工作通道來確定。安裝間需要同時安排一臺機組大修的四大部件及預(yù)留足夠的檢修空間，即安排水輪機轉(zhuǎn)輪直徑，帶磁極的發(fā)電機轉(zhuǎn)子直徑，發(fā)電機上機架直徑，水輪機頂蓋。初步設(shè)計時，采用公式計算。當機組臺數(shù)較多，需同時安裝或檢修兩臺機組時，應(yīng)增大安裝間長度。計算得，=36m。（4）主廠房總長度主廠房總的長度為各臺機組段的總長度、安裝間的長度和伸縮縫的寬度之和， 即 （2—16）其中n為機組臺數(shù)，為一個縮縫的寬度（m）（）。 當、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)電機的尺寸、最大部件的吊運方式、輔助設(shè)備的布置與運行方式等條件。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。當上游側(cè)作為吊運設(shè)備的主要通道時，廠房上游側(cè)的寬度由發(fā)電機風(fēng)罩外半徑、機電設(shè)備（如機旁盤、調(diào)速器等）和主閥吊孔的布置以及吊運水輪機轉(zhuǎn)輪和發(fā)電機轉(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)滿足吊運主機設(shè)備的要求）與排架柱截面尺寸確定。主機房下游側(cè)寬度應(yīng)取兩者較大值。發(fā)電機層總寬度=廠房上游側(cè)的寬度+廠房下游側(cè)的寬度確定發(fā)電機層總寬度時，還應(yīng)考慮吊車標準跨度。選用橋吊系列產(chǎn)品，爭取提前供貨和節(jié)約費用。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、中型水電站有時達4～8m。若無主變和交通要求時，應(yīng)根據(jù)需要確定。水下部分寬度在初設(shè)計階段也可采用一些經(jīng)驗公式估算。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，當時，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組中心線不重合。當廠房內(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:主要決定于蝸殼進口的布置、主閥、機組及其他附屬設(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孔，（寬高）。，每臺機組各設(shè)一套閘門，由一臺移動式門式起閉機操作。在起閉機的下游側(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準》（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)電引水孔底板進口高程根據(jù)規(guī)范，發(fā)電引水孔進口底板高程比泥沙淤積高程高1，所以取發(fā)電引水孔進口底板高程。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不同功能的建筑物在其位置上各得其所，在運用中相互協(xié)調(diào)，充分有效的發(fā)揮所承擔(dān)的任務(wù)，各個水工建筑物單獨使用或聯(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行，結(jié)構(gòu)強度滿足要求，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行水利工程樞紐布置時應(yīng)全面考慮運用、施工、管理、技術(shù)經(jīng)濟等問題，一般應(yīng)進行多方案的比較。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，以便滿足交通運輸?shù)囊蟆屑~布置應(yīng)與施工導(dǎo)流、施工方法和施工進度綜合考慮，力求施工方便，程序簡單，工期短，勞動力省。水利樞紐的興建會使周圍環(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)濟最優(yōu)，應(yīng)在滿足建筑物的穩(wěn)定、強度、運用及遠景規(guī)劃等要求的前提下，使樞紐的總造價和年運行費用最低。在不影響運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，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)有兩個含