【正文】 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 4 1 基本資料 工程概況 本樞紐工程是堵河 最下游的一個梯級電站。 供電對象主要是本地區(qū)以第二汽車廠為中心的機械工業(yè)，鐵路運輸業(yè)以及其他工業(yè)，同時為農(nóng)田電力排灌及市政照明提供電力負(fù)荷。位于湖北省西北部，發(fā)源于大巴山脈北麓的崇山峻嶺之中。泗河在陜西境內(nèi)自南向北流，進入湖北境內(nèi)轉(zhuǎn)自西向東行；官渡河有南向北來，兩源匯合于竹山縣城上游約 30 公里的兩河口后，稱堵河，有西南向東北匯入漢江。黃龍灘電站位于堵河干流下段，在黃龍灘鎮(zhèn)上首之大峽溝口處，距堵河口約 25 公里，集水面積 平方公里，占流域總面積的 95%。 本流域地理位置在北緯 ～ ，東經(jīng) ～ 之間，屬北亞熱帶江北濕潤區(qū)，為付熱帶季風(fēng)氣候，流域平均氣溫，平均為 ℃，最高為 ℃，最低零下 ℃。流域平均風(fēng)速為每秒 米，最大風(fēng)速可達每秒20 米以上；地面風(fēng)向受地形影響以偏東風(fēng)居多。常水位標(biāo)高 米，河西寬 70～ 90 米，水深 2～ 8 米。 本樞紐所處大 構(gòu)造單元為武當(dāng)隆起區(qū)，下游基本以黃龍 — 草店大斷層為界，毗鄰北秦嶺海西準(zhǔn)褶皺帶。樞紐區(qū)經(jīng)多次構(gòu)造運動，斷裂構(gòu) 造和節(jié)理裂隙比較發(fā)育。在長期物理地質(zhì)作用下，岸坡表層穩(wěn)定條件較差，但不存在大的整體滑動變形。付片巖屬元古界武當(dāng)山揚坪組上部（ PtW1Y3），正片巖系褶皺早期基性侵入巖變質(zhì)而成。正、付片巖穿插分布頻繁，規(guī)律性很差。左岸臺地 2～15 米厚砂質(zhì)粘土層，右壩肩有 5～ 15 米厚殘坡積層。巖石風(fēng)化帶厚：河床 0～ 10 米，左岸 10～ 35 米，右岸 30～ 60 米。引水遂洞一般選用巖石 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 6 堅固系數(shù)為 2～ 7；單位彈性抗力系數(shù)為 100～ 600。 壩址區(qū)水文地質(zhì)條件簡單，地下水為基巖裂隙潛水，含水層埋 藏深度：左岸 14～ 33米，右岸 25～ 62 米。相對阻水層（ W〈 升 /分〉頂板埋藏深度：河床 5～ 25 米，左岸 25～ 35 米，右岸 25～ 90 米。 河水及地下水均為重碳酸鈣鎂型水 PH 值為 7～ 8，呈微弱堿性，對混凝土無侵蝕性。巖石飽和抗壓強度約為 300～ 700 公斤 /平方厘米，屬中等堅硬巖石。單位彈性抗力系數(shù) K0 是應(yīng)用野外巖體靜彈試驗資料，選用以下公式計算作基本依據(jù)，再類比一些已建工程確定。）） 式中 E0—— 巖石變形模量； 181。 圍巖不同巖石堅固系數(shù) f 值及單位彈性抗力系數(shù) K0 值表： 巖 性 f K0 綠泥鈉長片巖 巖石呈弱風(fēng)化 1～ 2 50～ 70 白云母石英鈉長片巖 新鮮完整 6～ 7 600 綠泥陽起鈉長片巖 新鮮完整 6～ 7 500 白云母石英鈉長片巖 巖石呈弱風(fēng)化 3 70～ 100 廠區(qū)地質(zhì)條件： 發(fā)電廠房位于大峽溝右側(cè)，尾水經(jīng)由尾水渠泄入大峽溝，再流入堵河河道。后者呈穿插分布。 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 7 巖 性 白云母石英鈉長片巖 硅化白云母石英鈉長片巖 綠 泥 鈉 長 片 巖 綠泥 化帶 斷層 破碎帶 風(fēng) 化 程 度 新鮮 或微 風(fēng)化 弱風(fēng)化 新 鮮 微風(fēng)化 新鮮 微風(fēng)化 弱風(fēng)化 弱風(fēng)化 容量（噸 /立方米） 飽和抗壓強度 （公斤 /平方厘米） 400 ～ 500 250 700 700~ 800 小于 700 小于 50 變形模量 E0=A 104 （公斤 /平方厘米） 10— 15 2— 3 10— 12 10 —12 5— 6 — 各種巖石飽和抗壓強度 Ru，變形模量 E0 等物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)如下表： 樞紐布置情況 壩頂高程：▽ 252m；防浪墻▽ 壩段說明： 壩段號 壩段長（米） 說 明 2 3 20 4 20 5 20 6 20 升船機 7 16 非常溢洪道（表孔），溢流面高程▽ 238 8~13 16 潛孔溢洪道，溢流面高程▽ 223 14 20 原導(dǎo)流明渠底坎高 后封填，設(shè) 197 泄 水孔 15 16 放壩頂門庫， 15~16 之間的沿帶放電梯井 與對外道路相連 16 16 壩頂變壓器室 17 18 廠房壩段 D= 18 18 廠房壩段 D= 19 16 油泵間 20 21 22 23 16 8 16 16 與上壩公路相接 工程特性表 樞紐水文特性 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 8 序號 名 稱 單 位 數(shù) 量 備 注 1 流域面積 全流域 平方公里 11， 725 壩址以上 平方公里 11， 140 2 利用水文系列 年限 年 31 3 多年平均年逕流量 億立米 4 代表性流量 多年平均流量 立米 /秒 191 實測最大流量 立米 /秒 10， 600 1937 年 9 月 26 日 調(diào)查歷史最大流量 立米 /秒 12， 300 1867 年 設(shè)計洪水流量（ p=1%） 立米 /秒 13， 300 壩址洪水 校核洪水流量（ p=%） 立米 /秒 16， 600 壩址洪水 非常洪水流量（ p=%） 立米 /秒 17， 800 壩址洪水 施工初期導(dǎo)流流量 立米 /秒 800 枯水期 5 年一遇 5 泥沙 多年平均年輸沙量 萬噸 858 多年平均含沙量 公斤 /立米 1． 37 實測最大含沙量 公斤 /立米 45 6 天然水位 下游常水位 米 162 實測最低水位 米 黃龍灘站 1958 年 2月 25 日 （相應(yīng)流量） 立米 /秒 19 實測最高洪水位 米 黃龍灘站 1937 年 9月 26 日 （相應(yīng)流量） 立米 /秒 160， 00 調(diào)查最高洪水位 米 黃龍灘站 1867 年 水庫特性 序號 名 稱 單 位 數(shù) 量 備 注 1 水庫水位 正常高水位 米 設(shè)計洪水位（ p=1%） 米 壩址洪水位 校核洪水位（ p=%） 米 壩址洪水位 非常洪水位（ p=%） 米 253． 5 壩址洪水位 死水位 米 非常死水位 米 2 水庫面積 平方公里 32 正常高水位 3 水庫容量 總庫容 億立米 校核洪水位以下 調(diào)節(jié)庫容 億立米 死庫容 億立米 米以下 4 庫容系數(shù) 5 調(diào)節(jié)特性 季調(diào)節(jié) 6 徑流利用系數(shù) 樞紐下泄流量及相應(yīng)下游水位 序號 名 稱 單 位 數(shù) 量 備 注 1 設(shè)計洪水時最大下泄流 立米 /秒 12， 130 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 9 量 相應(yīng)下游水位 米 2 校核洪水時最大下泄流量 立米 /秒 14， 250 相應(yīng)下游水位 米 178． 0 3 非常洪水時最大下泄流量 立米 /秒 相應(yīng)下游水位 4 設(shè) 計 枯 水 段 調(diào) 節(jié)流 量（ p=95%） 立米 /秒 相應(yīng)下游水位 米 161． 6 主要建筑物特性 序號 名 稱 單 位 數(shù) 量 備 注 1 攔河壩 壩型 混凝土重力壩 壩頂高程 米 252 最大壩高 米 107 壩頂總長 米 371 攔河壩控制點 米 {X=； Y=} {X=； Y=} 2 泄洪建筑物 ⑴ 潛孔溢洪道 孔數(shù) 孔 6 堰頂高程 米 227 堰頂寬度 米 12 一孔 單寬流量 立米 /秒，米 116 設(shè)計情況 消能方式 挑流 差動式鼻坎 閘門尺寸（寬高） 米 12 10 設(shè)計泄洪量（ p=1%） 立米 /秒 11， 140 六孔 校核泄洪量（ p=%） 立米 /秒 12， 220 六孔 ⑵ 表孔非常溢洪道 孔數(shù) 孔 1 堰頂高程 米 238 堰頂寬度 米 10 單寬流量 立米 /秒，米 101 校核情況 消能方式 挑流 扭曲斜鼻坎 閘門尺寸（寬高） 米 10 12 最 大泄洪量（ p=%） 立米 /秒 1， 010. ⑶ 深式泄水孔 孔數(shù) 孔 1 堰頂高程 米 197 單寬流量 立米 /秒，米 164 校核情況 消能方式 挑流 平滑鼻坎 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 10 孔口尺寸（寬高） 米 5 6 設(shè)計泄洪量（ p=1%） 立米 /秒 790 校核泄洪量（ p=% 立米 /秒 820 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 11 2 樞紐布置 廠房類型確定 本樞紐工程大壩壩體為混凝土重力壩，根據(jù)初 步判定，廠房類型可選擇的有壩后式廠房、河床式廠房、地下廠房和岸邊引水式廠房。因此布置河床式廠房較不適宜，因為倘若布置為河床式廠房，會使壩體段，特別是溢流壩段的長度減小，當(dāng)與洪水時不通順，不能達到要求的泄洪流量，不能達到防洪效果。若布置為壩后式廠房，溢流壩段泄洪時，所產(chǎn)生的水霧以及震動等將對廠房造成影響，甚至可能干擾廠房的正常運行。 若采用地下廠房，根據(jù)地形資料以及地質(zhì)資料，可以看到，僅有壩體右岸的山體內(nèi)適宜開挖地下廠房，而左岸下游側(cè)的地勢較為平坦，開挖地下廠房的穩(wěn)定性不好。在長期的物理作用下，岸坡表層穩(wěn)定條件較差。 若廠房類型選用引水式廠房，則廠房只適宜布置在左岸下游側(cè)，因右岸地形地勢較陡，布置引水式廠房沒有合適的位置，并且開挖量比較 大，也很難保證穩(wěn)定。 綜合考慮，因地形位置因素，河床式廠房與壩后式廠房均不適宜，因地質(zhì)條件因素，地下廠房不適宜，且開挖地下廠房的成本較高。 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 12 3 主要設(shè)備的選擇 水輪機型號及主要參數(shù)選擇 水輪機是水電站中最主要的動力設(shè)備之一，它關(guān)系到水電站的工程投資、安全運 行、動能指標(biāo)及經(jīng)濟效益等重大問題，因此在水能規(guī)劃的基礎(chǔ)上，根據(jù)水電站水頭和負(fù)荷的工作范圍，正確的進行水輪機的選擇是水電站設(shè)計中的主要任務(wù)之一。 本水電站總裝機容量為 15W 千瓦，可考慮機組臺數(shù)為 1 臺、 2 臺、 3 臺、 4 臺。且每臺機組的容量過小，水輪機和發(fā)電機的生產(chǎn)都較為麻煩。但采用小機組時，廠房的起重能力、安裝場地、基坑開挖量等可縮減，減少投資。 從機組臺 數(shù)與水電站運行效率的方面考慮，較多機組臺數(shù)能使水電站有較高的平均效率。 從機組臺數(shù)與水電站運行維護的關(guān)系方面考慮，機組臺數(shù)多，運行方式較為靈活，但同時管理人員增多，因此也不適宜選用過多的機組臺數(shù)。并且為了接線等對稱，大多數(shù)情況下都希望選用偶數(shù)組機組臺數(shù)。 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 13 水輪機型號選擇 根據(jù)水文資料等，已知本水電站的設(shè)計水頭 mH 73r ? ， 最大水頭 mH ? ， 最小水頭 mH ? 。但混流式水輪機的適用水頭范圍廣、且結(jié)構(gòu)簡單、運行穩(wěn)定、效率高。 根據(jù)電站的水頭范圍 ~，通過《水力機械》第二版附表一中模型轉(zhuǎn)輪主要參數(shù)中的適宜水頭范圍選擇 HL220 型水輪機。 3 / 219 .8 1 r rND QH ?? 式中 rN 為水輪機的額定出力 ， 47 . 5 1 0 7 8 9 4 7 . 40 . 9 5fr fNN K W? ?? ? ?， 式中 f? 為發(fā)電機效率，對大中型水輪發(fā)電機可取 ~，這里取 為 。31 /Q m s? ， 效率取為 ，設(shè)計水頭為 73m。 效率修正值的計算