【正文】 、—與上游壩面坡度有關(guān)的系數(shù)和指數(shù)，當(dāng)壩面鉛直時(shí)，；當(dāng)壩面坡度為3：1時(shí)。本工程上游壩面鉛直，。 （52）即y=^按上式算得坐標(biāo)值如表51所示： 堰頂O點(diǎn)下游WES曲線坐標(biāo)值計(jì)算表X（m）12345678910Y（m）X（m）11121314151617181920Y（m）9圖52WES曲線坡度m= 的下游直線 CD 與曲線相切與 C 點(diǎn)，CD 點(diǎn)的坐標(biāo) xc yc 求的堰面曲線一介導(dǎo)數(shù)，y=^，y39。=^.直線CD的坡度為1/m=1/^=1/x=y=^=所以切點(diǎn)C的坐標(biāo)為（，）確定反弧段圓心及半徑：反弧半徑按下式近似取值：R =10x/ （53）x =( + 21H +16)/( + 64) （54）式中H —堰上水頭， H = = (m) ；v —收縮斷面流速， v = / s ，詳見(jiàn)消能防沖計(jì)算。則x=（180。+21180。+16）/(180。+64) =R =10x/=(10^)/=取R=17m反弧段曲線圓心點(diǎn)計(jì)算,圓心坐標(biāo)O’（x0，y0）x0 = xc + ma (H2 yc ) + r cot()y 0= H 2 r式中： H2 為下游堰高,取H2 =273246=27mma= α=sectan=所以x0 = +180。（）+17180。cot = y 0=2717=10m故圓心坐標(biāo)O’（，10）設(shè)E點(diǎn)為反弧段與下游堰的切點(diǎn),坐標(biāo)為E(xE,yE)xE=x0= yE=H2=27 E(,27) D點(diǎn)坐標(biāo)(xD,yD) Xd=x0 r sinａ=180。=yD = y0 + r cosａ=10+17180。=D(xD,yD)=（,） 消能工計(jì)算巖基上溢流重力壩的消能方式有挑流式、底流式、面流式和戽流式等四種。經(jīng)過(guò)分析和參考已建工程，選定山湘水電站工程溢流壩采用底流消能。由于消力池屬于次要的永久建筑物，根據(jù)分等分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，消力池、發(fā)廠房及永久 性次要水工建筑物級(jí)別為 3 級(jí)，結(jié)構(gòu)安全級(jí)別為Ⅱ級(jí)；因此，取 2000 年一遇洪水進(jìn) 行消力池設(shè)計(jì)，由基本資料知，洪水頻率為 %的上游最高水位為 ，下游最高水位 。列堰頂和收縮斷面的能量方程，求得收縮斷面hc =，收縮斷面 Fr 數(shù)為 ，并求得共軛水深hc39。39。 = ，下游水深ht =hc 39。39。 ,故知為遠(yuǎn)驅(qū)式水躍?？刂扑S位置的工程措施消能池的水力計(jì)算當(dāng)建筑物下游產(chǎn)生遠(yuǎn)驅(qū)式或臨界式水躍銜接時(shí)，為了改變這種不利的銜接形式，必須設(shè)法加大建筑物的下游水深，使水躍控制在緊靠建筑物之內(nèi)，并形成淹沒(méi)程度不大的水躍。加大下游水深的工程措施，主要有下列兩種：1) 降低護(hù)坦高程，使在下游形成消能池；2) 在護(hù)坦末端修建消能坎來(lái)雍高水位，使坎前形成消能池?？紤]單純降低護(hù)坦高度，開(kāi)挖量大，綜合工程情況，選用上述第二種方式建消能池。 判斷是否需要做消能工校核洪水位工況（p=%）消能防沖計(jì)算E0 = P1 + H0 （55）（：泄水建筑物下游收縮斷面水深計(jì)算） E0 = ( 273) + (273 246) = m3/（）所以E0=hc+q2/2gj 2hc2式中： hc —收縮斷面水深( m) ；q—單寬流量( m3 / s m) ；j —流速系數(shù),在堰頂有閘門(mén)的曲線實(shí)用堰j 在 — 之間。 試算得：hc = 收縮斷面弗汝德系數(shù): Fr=v/（ghc）^=q/(hc（ghc）^) （56） =(180。(180。)^) = 共軛水深：hc39。39。 =180。((1+8Fr178。)^) （57） =180。180。((1+8180。178。）^) = （：矩形明渠共軛水深的計(jì)算） Vc=Q/(hc*B) （或Fr=v/（ghc）^） （58） =(180。65) = 相應(yīng)的下游水深為：ht == 因?yàn)閔t = hc39。= 所以下游發(fā)生遠(yuǎn)驅(qū)式水躍銜接，需要做消能工。為了使溢流壩下游發(fā)生淹沒(méi)式水躍銜接，現(xiàn)在擬設(shè)計(jì)消能池和消能坎來(lái)提高下游水深。 （：泄水建筑物下游水躍的位置與形式及其對(duì)消能的影響） （59） 消能坎頂全水頭H10為： （510） （511） 消能坎淹沒(méi)系數(shù)Hs/H10≤Hs/H10 由于坎高的計(jì)算與坎頂流態(tài)有關(guān)，故先假設(shè)消能坎為非淹沒(méi)堰，即令=1，： = = = =180。 = 校核坎后銜接形式，因?yàn)? E01=c+H10=+= E01=hc1+q2/2gj 2hc12 hc1= Fr1=v/（ghc1）^=q/(hc1（ghc1）^)= hc139。39。 =180。((1+8Fr1178。)^) = 相應(yīng)的下游水深為：ht == 因?yàn)閔c139。39。= ht = 所以坎后為淹沒(méi)式水躍銜接。 又 所以坎為淹沒(méi)堰，故消能坎高度必須按淹沒(méi)堰計(jì)算。 在所設(shè)坎高情況下，為保證池內(nèi)產(chǎn)生淹沒(méi)程度不大的水躍，應(yīng)有的坎頂水頭=180。= 相應(yīng)的坎頂全水頭 == 下面校核在上述水頭下消能坎能否通過(guò)已知的流量q=（） 因?yàn)? = 則（） 所求的消能坎的過(guò)水能力小于已知流量，故應(yīng)另外假設(shè)坎高c值。 結(jié)合excel表試算，設(shè)坎高c=，則 =180。= == = 求得消能坎的過(guò)水能力與已知流量符合，所以消能坎高度c=（） ，= （512） = 本工程取LK==180。= 消能池護(hù)坦厚度 根據(jù)沖要求，按 （513）計(jì)算消力池護(hù)坦厚度式中: t——消力池底板厚度，m； k1——消力池底板計(jì)算系數(shù)，~，；ΔH——泄水時(shí)上下游水位差，m；q——過(guò)閘單寬流量，m3/（）。則：消力池護(hù)坦厚度：71第六章 電站廠房設(shè)計(jì)廠房的設(shè)計(jì)主要有以下內(nèi)容：機(jī)械選擇。計(jì)算機(jī)械尺寸。廠房尺寸的擬定。 機(jī)械選擇經(jīng)計(jì)算，龍?zhí)菟徽舅^范圍 ~，裝機(jī)容量 120MW（ 12 萬(wàn) kW）。本設(shè)計(jì) 選用 2 臺(tái) 60MW（ 2180。 6 萬(wàn) kW）機(jī)組方案。 參考《水力機(jī)械》，根據(jù)水輪 機(jī)的系列型譜選擇水輪機(jī)的型號(hào)根據(jù)水電站的工作水頭范圍，在反擊式水輪機(jī)系列型 譜表中查得HL240型水輪機(jī)可供選用。其主要參數(shù)計(jì)算結(jié)果如下（詳細(xì)過(guò)程見(jiàn)計(jì)算書(shū)）： HL240型水輪機(jī)參數(shù)表序號(hào)項(xiàng)目HL2401模型轉(zhuǎn)輪參數(shù)推薦使用水頭范圍25452最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速n39。10（r/min）723最優(yōu)單位流量Q39。10(L/S)11004限制工況單位流量Q1max39。(L/S)12405最高效率ηmax（%）926設(shè)計(jì)工況汽蝕系數(shù)s7原型水輪機(jī)參數(shù)工作水頭范圍（m）8轉(zhuǎn)輪直徑D1（m）59轉(zhuǎn)速 n(r/min)10010最高效率ηmax（%）11額定出力Nr（KW)6000012最大引用流量Qmax( m 3 / s)13吸出高程Hs（m）1 機(jī)械尺寸計(jì)算 蝸殼的型式及其主要尺寸的確定對(duì)于大中型反擊式水輪機(jī)，為了使由壓力水管引來(lái)的水流能夠以較小的水頭 損失，均勻而呈軸對(duì)稱(chēng)的進(jìn)入導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，所以在水管末端和座環(huán)之間設(shè)置了蝸殼。當(dāng)水電站的最大工作水頭在 40m 以上時(shí)，蝸殼通常是由鋼板焊接或由鋼鑄造而成， 統(tǒng)稱(chēng)為金屬蝸殼（用字母 J 表示）， 本電站最大工作水頭為 ， 故選擇金屬 蝸殼。蝸殼主要參數(shù)計(jì)算結(jié)果如下： 通過(guò)蝸殼進(jìn)口斷面的流量Qc :QC = / s通過(guò)進(jìn)口平均流速可由《水力機(jī)械》圖 430 蝸殼進(jìn)口斷面平均流速曲線查得，由Hr = 查的V c = m / s進(jìn)口斷面的面積：FC = 進(jìn)口斷面的半徑：r max = 從軸中心線到蝸殼外緣的半徑： Rmax = 當(dāng)包角j 0 = 345 180 = 165Ri= 尾水管尺寸確定 尾水管是反擊式水輪機(jī)過(guò)流通道的最后部分，其型式和尺寸對(duì)轉(zhuǎn)輪出口動(dòng)能的恢復(fù)有很大的影響，而且在很大程度上海影響著廠房基礎(chǔ)開(kāi)挖和下部塊體混凝土的尺寸。對(duì)大中型水輪機(jī)，為了減小尾水管的開(kāi)挖深度，均采用彎肘形尾水管，本設(shè)計(jì)是混流式水輪機(jī)，故采用彎肘形尾水管。同時(shí)采用標(biāo)準(zhǔn)尾水管，其進(jìn)水口直錐段、肘管和出口擴(kuò)散段三部分的尺寸按下表選用: 推薦的尾水管尺寸表hLB5D4h4h6L1h5肘管型式適用范圍1金屬里襯肘管混流式D1D2標(biāo)準(zhǔn)混凝土肘管軸流式標(biāo)準(zhǔn)混凝土肘管混流式D1D2表中：B5 為尾水管出口擴(kuò)散段寬度；D4 為肘管入水口直徑；h6 為出口擴(kuò)散段入水口高度；h4 為肘管高度；L1為出口擴(kuò)散段入水口距轉(zhuǎn)輪軸線的距離；h5 為為出口擴(kuò)散段出水口高度。（注：表中的尺寸是對(duì)轉(zhuǎn)輪直徑 D1 為 1m 而言的，當(dāng)直徑不為 1m 時(shí),可乘以直 徑數(shù)即得所需尺寸。） 山湘水電站的尾水管尺寸表hLB5D4h4h6L1h5肘管型式適用范圍13標(biāo)準(zhǔn)混凝土肘管混流式D1D2則本設(shè)計(jì)中 D1 =5m，D2=，山湘水電站尾水管主要尺寸如下：1) 進(jìn)水口直錐段直椎管進(jìn)口直徑D 2 = D3 = ，椎管的單邊擴(kuò)散角對(duì)混流式水輪機(jī)可取θ=5176。, 出口段直徑D4=，高度h3=。2) 肘管（采用標(biāo)準(zhǔn)肘管）肘管是一90 變斷面的彎管，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)彎受到離心力的作用，使得壓力和流速的分步很不均勻，而在轉(zhuǎn)彎后流向水平段時(shí)又形成了擴(kuò)散，因而在肘管中發(fā)生了很大的水力損失。肘管采用標(biāo)準(zhǔn)肘管，按照《水力機(jī)械》其主要尺寸如下：R7 = R6 = h6 = h4 = 3) 出口擴(kuò)散段出口擴(kuò)散段是一水平放置斷面為矩形的擴(kuò)散管，其出口寬度一般與肘管出口寬度相等；其頂板向上傾斜，仰角10 ~ 13 。長(zhǎng)度 L 2 = L L1 = (2 ~3)D1；其底板呈水平。當(dāng)出口寬度過(guò)大時(shí)，可按結(jié)構(gòu)要求加設(shè)中間支墩，支墩的寬度b5 = 。本設(shè)計(jì)中的各尺寸如下：L=5=，L1=D1=5=L2=LL1==，α=11176。，b5==5= 綜上數(shù)據(jù)，尾水管的剖面圖為：圖61 尾水管圖 廠房的尺寸擬定本設(shè)計(jì)采用壩后式廠房，在主廠房平面設(shè)計(jì)中，主廠房是長(zhǎng)度、寬度尺寸， 主要取決于水輪機(jī)發(fā)電