【正文】 屬蝸殼單線圖 尾水管單線圖的繪制根據(jù)水輪機的選擇計算知水輪機型號為HL220—LJ—380。水輪機的型號是HL220。 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。平面轉(zhuǎn)彎局部水頭損失系數(shù)為： 立面轉(zhuǎn)彎局部水頭損失系數(shù)為： 則整個引水線路局部水頭損失系數(shù)之和為：局部水頭損失為： 壓坡線的繪制 圖4—6 引水系統(tǒng)布置示意圖 圖4—7 壓坡線示意圖5 廠房布置設(shè)計廠房的布置設(shè)計包括平面設(shè)計、剖面設(shè)計和立面設(shè)計三個部分。轉(zhuǎn)彎，局部水頭損失系數(shù)為：本引水線路中共有3處轉(zhuǎn)彎，平面轉(zhuǎn)彎1處，立面轉(zhuǎn)彎2處。閘門槽，~。查水電站建筑物設(shè)計參考資料知各部分局部損失系數(shù)如下：喇叭進(jìn)口，~。則 局部水頭損失計算壓力管道的局部水頭損失包括進(jìn)口損失（進(jìn)口水流收縮、攔污柵、閘門槽、漸變段等）、鋼管轉(zhuǎn)彎損失、漸變錐管處損失、分岔管損失和閘門損失等。 為水流速度。 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(guān)，查《水電站建筑物設(shè)計參考資料》。則尾水管進(jìn)口處水錘壓力為： 尾水管進(jìn)口處真空度為： 滿足要求。因整個有壓引水系統(tǒng)的壓力上升值與轉(zhuǎn)速上升率均在規(guī)定范圍內(nèi)，若按管道、蝸殼以及尾水管三部分的水體動量為權(quán)，對水錘壓力進(jìn)行分配，則管道和蝸殼的水錘壓力值必然也在規(guī)定范圍內(nèi)。 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。 為導(dǎo)葉關(guān)閉至空轉(zhuǎn)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(fù)荷時：，所以發(fā)生末相水擊。則將以上數(shù)值代入轉(zhuǎn)速上升率公式得： 機組轉(zhuǎn)速最高值： 由以上計算知，當(dāng)導(dǎo)葉啟閉時間為7s時，在設(shè)計水頭下丟棄全負(fù)荷，水錘壓力上升值與轉(zhuǎn)速上升率均在規(guī)定范圍內(nèi)。 為定子鐵芯內(nèi)徑（m）。 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。 為導(dǎo)葉關(guān)閉至空轉(zhuǎn)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(fù)荷時：，所以發(fā)生末相水擊。 根據(jù)調(diào)節(jié)保證計算標(biāo)準(zhǔn)，水錘壓力上升率不滿足要求，不再計算轉(zhuǎn)速上升率。 設(shè)計水頭下丟棄全負(fù)荷計算相長為： 導(dǎo)葉啟閉時間為：，因此此時發(fā)生的是間接水錘。機組轉(zhuǎn)速為150r/min，單機最大引用流量為。 調(diào)節(jié)保證計算基本數(shù)據(jù)由前面計算可知，壓力管道長度取為460m，壓力鋼管直徑為6m。 調(diào)節(jié)保證計算過程水電站的調(diào)節(jié)保證計算一般按以下兩種工況計算，并取較大值：在設(shè)計水頭下丟棄全負(fù)荷，通常發(fā)生最大轉(zhuǎn)速上升率。 調(diào)節(jié)保證計算的內(nèi)容丟棄全負(fù)荷或部分負(fù)荷時：機組轉(zhuǎn)速最大升高值、壓力管道及蝸殼內(nèi)的最大水擊壓強、尾水管真空度校核，同時應(yīng)注意開度變化時的反擊水擊是否超過了增加負(fù)荷時的水擊值。 調(diào)節(jié)保證計算的標(biāo)準(zhǔn)機組在丟棄負(fù)荷的過程中，一般情況下，最大轉(zhuǎn)速上升率，對于大型電站，對于沖擊式機組。研究減小水擊壓強及機組轉(zhuǎn)速變化的措施。計算丟棄負(fù)荷和增加負(fù)荷時轉(zhuǎn)速變化率，并檢驗其是否在允許的范圍內(nèi)。則綜合經(jīng)濟(jì)比較后，不設(shè)置調(diào)壓室。根據(jù)在地質(zhì)平面圖上引水線路的布置，由比例測量出壓力水道長度約為460m。 調(diào)壓室的設(shè)置判斷由于設(shè)置調(diào)壓室增加了建造費用和維護(hù)費，調(diào)壓室的投資有時幾乎占引水系統(tǒng)投資的1/~1/5，相當(dāng)于廠房的土建投資，因此是否設(shè)置調(diào)壓室，必須經(jīng)過電站的引水系統(tǒng)與機組聯(lián)合調(diào)節(jié)保證計算及電站穩(wěn)定運行綜合分析，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較加以論證。 調(diào)壓室設(shè)計 調(diào)壓室作用在引水線路上設(shè)置調(diào)壓室后，利用調(diào)壓室擴(kuò)大的斷面積和自由水面，水錘波就會在調(diào)壓室反射到下游去。另外考慮因素，2線路的優(yōu)勢在于進(jìn)廠公路較好布置，1優(yōu)勢在于管道線路的轉(zhuǎn)彎角度較小，且尾水線路較短，開挖量小。從施工干擾程度來看，2線路距離壩體過近，因此與主壩體的施工干擾程度大，而1在這一方面則較有優(yōu)勢，距離主壩體較遠(yuǎn)，互相施工影響小。從進(jìn)水口處的地質(zhì)條件來看，1和2的進(jìn)水口相同，地質(zhì)條件均較好，岸坡處無破碎帶，穩(wěn)定性均較好。所選擇的兩條引水線路分別以1和2表示，2的進(jìn)水口均布置在左岸上游側(cè)140m處，穿過左岸山體布置引水管道。則進(jìn)水口底板高程為： 引水道設(shè)計引水道的路線選擇是設(shè)計中的關(guān)鍵，它關(guān)系到隧洞的造價，施工難易，工程進(jìn)度，運行可靠性等方面。 為閘門孔口凈高。為避免進(jìn)水口前出現(xiàn)吸氣漏斗和漩渦的臨界深度按下式計算： 式中：為無漩渦的臨界淹沒水深 為經(jīng)驗系數(shù)，~，對稱進(jìn)水時取小值，側(cè)面進(jìn)水時取大值。 進(jìn)水口高程計算為保證進(jìn)水口處于有壓狀態(tài)，以使水流流態(tài)穩(wěn)定，進(jìn)水口的高程應(yīng)低于運行中可能出現(xiàn)的最低水位，并有一定的淹沒深度。為通氣孔進(jìn)氣流速，一般為30~50m/s，這里取為40m/s。進(jìn)口的面積應(yīng)不小于下式的計算值：式中：為進(jìn)口斷面的面積 為引水?dāng)嗝娴拿娣e（按漸變段末端計算） 為引水道中心線水平面間夾角，本設(shè)計取 為收縮系數(shù)，~，本設(shè)計取由上式計算得：進(jìn)口面積為 滿足流速要求 進(jìn)水口尺寸示意圖由前面的計算得出進(jìn)水口的尺寸示意圖如下： 圖4—5 進(jìn)水口結(jié)構(gòu)尺寸示意圖 通氣孔和進(jìn)人孔為保證當(dāng)引水道充水時可以排氣，在事故閘門之后設(shè)置一通氣孔，同時可保證引水道排水時供氣，避免引水道內(nèi)產(chǎn)生較大負(fù)壓。閘門段設(shè)計為橫斷面為矩形的水平段，高度取為7m。收縮角不超過10度，以6~9度為宜，本設(shè)計取為6度。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(yīng)逐漸變化，使水流不產(chǎn)生漏流并盡可能減少水頭損失。 b為橢圓曲線的短半軸，一般?。?/3~1/2)D，本設(shè)計取1/3D=2m。 進(jìn)口段尺寸計算進(jìn)口段頂板曲線采用1/4橢圓曲線。引水道經(jīng)濟(jì)直徑為 按經(jīng)濟(jì)流速計算 取為減小引水道內(nèi)的水錘壓力值，引水道直徑取稍大值，這里取D=6m?？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。聯(lián)合供水方式在布置上較單元供水容易，但估算本水電站的單機引用流量較大，因此若采用聯(lián)合供水，則主管道的規(guī)模較大，對于管道的生產(chǎn)以及運輸安裝都有較大的問題。 供水方式的選擇壓力管道向多臺機組供水的方式有三種，單元供水、聯(lián)合供水和分組供水。而塔式則適用于岸坡地質(zhì)條件較差的地方。因壩式進(jìn)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(jìn)水口不適用。 進(jìn)水口的類型為保證有較好的水流條件及水流流態(tài)，進(jìn)水口采用有壓進(jìn)水口。其各參數(shù)如下：額定轉(zhuǎn)速 定子鐵芯外徑定子鐵芯內(nèi)徑 定子鐵芯長度定子機座高度 上機架高度勵磁機高度 發(fā)電機主軸高度 機座外徑 風(fēng)罩內(nèi)徑轉(zhuǎn)子外徑 水輪機基坑直徑轉(zhuǎn)子重 定子重總重、 起重設(shè)備的選擇水電站廠房起重設(shè)備一般采用橋式起重機或門式起重機，而橋式起重機又有單小車和雙小車兩種。 轉(zhuǎn)輪重量估算查《水電站設(shè)計手冊水力機械分冊》143頁圖256水輪機轉(zhuǎn)輪重量估算曲線，根據(jù)轉(zhuǎn)輪直徑及水頭大小可查得水輪機轉(zhuǎn)輪重量為45噸?？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。為避免水輪機轉(zhuǎn)速過高，選擇與之接近的標(biāo)準(zhǔn)同步轉(zhuǎn)速150r/min。且式中 ，查表得 為70r/min?？紤]到制造工藝水平的情況取，由于水輪機所應(yīng)用的蝸殼和尾水管型式與模型基本相似，故認(rèn)為 ，則效率修正值為：由此求得水輪機在限制工況下的效率為： 與原來假定的效率91%相同。計算得轉(zhuǎn)輪直徑為，以使水輪機有一定的富裕容量。 水輪機主要參數(shù)選擇 轉(zhuǎn)輪直徑的計算 轉(zhuǎn)輪直徑 式中為水輪機的額定出力，式中為發(fā)電機效率，~。相比軸流式水輪機應(yīng)用也較為普遍，因此本水電站廠房工程采用混流式水輪機。 可供選擇的水輪機基本類型有混流式和軸流式。綜合考慮，本水電站樞紐選用兩臺機組。為了水電站的運行可靠性和靈活性，一般應(yīng)不少于兩臺機組。因此若選用1臺機組不適宜。但在大多數(shù)情況下，機組臺數(shù)增多將會增加投資。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(yīng)的輔助設(shè)備等也會增多，勢必會增加投資。從機組臺數(shù)與機電設(shè)備制造的方面考慮，采用3臺機組和4臺機組的情況下，單位千瓦消耗的材料太多，且制造工作量大，安裝時間也較多。水輪機的選擇，在確定水輪機的型號和有關(guān)參數(shù)時，應(yīng)結(jié)合樞紐布置、工期安排以及水輪機的制造、運輸、安裝和運行維護(hù)等方面的因素，列出可能的水輪機待選方案，進(jìn)行各方案之間的動能經(jīng)濟(jì)比較和綜合分析，力求選出技術(shù)上先進(jìn)可靠，經(jīng)濟(jì)上合理的水輪機． 水輪機機組臺數(shù)和單機容量選擇當(dāng)機組臺數(shù)不同時，單機容量不同，水輪機的直徑、轉(zhuǎn)速、效率和吸出高等也就不同，從而引起工程投資、運行效益及產(chǎn)品供應(yīng)等情況的不同。故本水電站樞紐工程廠房采用岸邊引水式廠房，在左岸上游側(cè)布置進(jìn)水口，通過引水隧洞或管道引水至左岸下游側(cè)的廠房。而在左岸下游側(cè)布置引水式廠房，則僅需開挖較少方量即可，且左岸的地質(zhì)條件相比右岸好得多。因此右岸山體內(nèi)開挖地下廠房的條件同樣不理想，且開挖地下廠房的投資成本較高。但右岸側(cè)的山體山高坡陡，斷裂構(gòu)造發(fā)育，巖石較為破碎，有多條巖層分界線。并且廠房的尾水與溢流段的水流相隔太近，尾水的消能效果得不到保證，對下游的沖刷影響較大。同時，因壩體的溢流壩段按照防洪設(shè)計要求，占用了較長的壩體長度。因本水電站樞紐壩址所在處河流堵河系山溪性河流，河谷狹窄、灘多流急，壩址處橫向空間較小。片理產(chǎn)狀忌的趨勢走向北西西，側(cè)向北北東，其上均呈弱風(fēng)化狀態(tài)。 主、副廠房基礎(chǔ)出露的付片巖主要為白云母石英鈉長片巖，正片巖為綠泥鈉長片巖?！獛r石泊桑比； rb——遂洞跨度之半，取1米代入。 K0=E0/（rb（1+181。 巖石堅固系數(shù)f和單位彈性抗力系數(shù)K0的選定方法：因無試驗資料，參考已建的相類似的工程比較選取。 引水隧洞地質(zhì)條件： 引水隧洞通過地帶沿線出露有正、付片巖兩類：付片巖主要為白云母石英納長片巖，正片巖為綠泥鈉長片巖，綠泥陽起鈉長片巖。一般正片巖透水性大于付片巖。兩岸地下水補給河水。 本區(qū)地震基本烈度，經(jīng)中國科學(xué)院地球物理研究所鑒定為6度，場地設(shè)防烈度采用7～。其巖石主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)見下表： 巖石力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)表 巖石名稱風(fēng) 項化程度 目正片巖付片巖綠泥化帶構(gòu)造破碎帶新鮮 容量（噸/立米）～飽和抗壓強度（公斤/平方厘米）大于800500～600軟化系數(shù)～～飽和吸水率（%）～變形模量（公斤/平方厘米）11～2410415～22104摩擦系數(shù)（f）弱風(fēng)化容量（噸/立米）飽和抗壓強度（公斤/平方厘米）700～800200～400小于50飽和吸水率（%）變形模量（公斤/平方厘米）～104～12104～104摩擦系數(shù)（f） ～。 付片巖呈面狀風(fēng)化，正片巖以裹狀風(fēng)化較為顯著。在正、付片巖接觸帶附近，常有寬度不等的硅化，云母化、綠泥化等接觸蝕變現(xiàn)象。按其所含礦物成分和含量不同，可分為如下幾種主要巖性：付片巖有局部含石榴子石白云母石英納長片巖（Y23）、富含白云母石英納長片巖（Y2y3），富含大顆粒石榴子石白云母石英納長片巖（Y2s3），富含小顆粒石榴子白云母石英納長片巖（Y2‘3）；正片巖有綠泥陽起鈉長片巖（U1y2），綠泥鈉長片巖（U1n2）。 樞紐區(qū)出露基巖為古老的結(jié)晶片巖，計有正，付片巖兩類。右壩肩山高坡陡，斷裂構(gòu)造發(fā)育，巖石較破碎。地質(zhì)構(gòu)造線與上述兩大地質(zhì)構(gòu)造單元的北西西構(gòu)造線基本相符。河床中偏右為一順河向深槽，復(fù)蓋沙礫石層厚12～14米。 工程地質(zhì) 壩址位于堵河下游長700米的峽谷出口段，兩岸第一排山脊均高于300米高程，岸坡350—500。年平均相濕度為76%。 堵河系山溪性河流，河谷狹窄，灘多流急，河道平均坡降約為上游15‰、中游約3‰、下游約1‰。河流全長318公里。有兩源：南源名官渡河，西源稱泗河，以西源為主源。 堵河系漢江中上游南岸的一大支流。以發(fā)電為主，并兼有工業(yè)供水、農(nóng)田灌溉、改善航運、發(fā)展?jié)O業(yè)等，是以綜合利用的水利樞紐。這次設(shè)計主要需解決的問題在于各種主要設(shè)備的參數(shù)、尺寸等的計算，以此根據(jù)相關(guān)資料選擇經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)備型號；引水系統(tǒng)的布置以及進(jìn)水口尺寸、管道尺寸的計算和選擇；廠房的平面尺寸以及立面尺寸的