【正文】 米107壩頂總長米371攔河壩控制點(diǎn)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(jì)情況消能方式挑流差動(dòng)式鼻坎閘門尺寸（寬高）米1210設(shè)計(jì)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1012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孔口尺寸（寬高）米56設(shè)計(jì)泄洪量（p=1%）立米/秒790校核泄洪量（p=%立米/秒820 2 樞紐布置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?yàn)樘热舨贾脼楹哟彩綇S房，會(huì)使壩體段，特別是溢流壩段的長度減小，當(dāng)與洪水時(shí)不通順，不能達(dá)到要求的泄洪流量，不能達(dá)到防洪效果。若布置為壩后式廠房，溢流壩段泄洪時(shí)，所產(chǎn)生的水霧以及震動(dòng)等將對(duì)廠房造成影響，甚至可能干擾廠房的正常運(yùn)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。 3 主要設(shè)備的選擇 水輪機(jī)型號(hào)及主要參數(shù)選擇 水輪機(jī)是水電站中最主要的動(dòng)力設(shè)備之一，它關(guān)系到水電站的工程投資、安全運(yùn)行、動(dòng)能指標(biāo)及經(jīng)濟(jì)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(jìn)行水輪機(jī)的選擇是水電站設(shè)計(jì)中的主要任務(wù)之一。本水電站總裝機(jī)容量為15W千瓦，可考慮機(jī)組臺(tái)數(shù)為1臺(tái)、2臺(tái)、3臺(tái)、4臺(tái)。且每臺(tái)機(jī)組的容量過小，水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的生產(chǎn)都較為麻煩。但采用小機(jī)組時(shí)，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(jī)組臺(tái)數(shù)與水電站運(yùn)行效率的方面考慮，較多機(jī)組臺(tái)數(shù)能使水電站有較高的平均效率。從機(jī)組臺(tái)數(shù)與水電站運(yùn)行維護(hù)的關(guān)系方面考慮，機(jī)組臺(tái)數(shù)多，運(yùn)行方式較為靈活，但同時(shí)管理人員增多，因此也不適宜選用過多的機(jī)組臺(tái)數(shù)。并且為了接線等對(duì)稱，大多數(shù)情況下都希望選用偶數(shù)組機(jī)組臺(tái)數(shù)。 水輪機(jī)型號(hào)選擇根據(jù)水文資料等，已知本水電站的設(shè)計(jì)水頭，最大水頭，最小水頭。但混流式水輪機(jī)的適用水頭范圍廣、且結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行穩(wěn)定、效率高。~，通過《水力機(jī)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(jī)。 查表得HL220型水輪機(jī)在限制工況下的單位流量，設(shè)計(jì)水頭為73m。 效率修正值的計(jì)算查水輪機(jī)模型參數(shù)表得。 轉(zhuǎn)速的計(jì)算 其中，為最優(yōu)工況下原型水輪機(jī)相應(yīng)的最優(yōu)轉(zhuǎn)速。所以可忽略不計(jì)，則以代入計(jì)算。 工作范圍的驗(yàn)算、n=150r/min的情況下，水輪機(jī)的和各種特征水頭下相應(yīng)的轉(zhuǎn)速值分別為：則水輪機(jī)的最大引用流量為：對(duì)值：在設(shè)計(jì)水頭時(shí)，在最大水頭時(shí)，在最小水頭時(shí)，查HL220水輪機(jī)模型綜合特性曲線圖，分別畫出，和的直線。 HL220模型特性綜合曲線如下圖： 水輪機(jī)吸出高的計(jì)算由水輪機(jī)的設(shè)計(jì)工況，在上圖可查得相應(yīng)的氣蝕系數(shù)；由設(shè)計(jì)水頭，在圖上可查得，則可求得水輪機(jī)的吸出高為：3 .2 水輪機(jī)重量估算查《水電站設(shè)計(jì)手冊(cè)水力機(jī)械分冊(cè)》142頁圖255水輪機(jī)總重量估算曲線，根據(jù)轉(zhuǎn)輪直徑可得水輪機(jī)總重為210噸。 發(fā)電機(jī)型號(hào)的選擇根據(jù)水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪直徑、轉(zhuǎn)速等計(jì)算，同時(shí)根據(jù)發(fā)電機(jī)的額定容量參考資料選擇發(fā)電機(jī)型號(hào)為SF75—40/854，懸式發(fā)電機(jī)。 起重機(jī)的型號(hào)確定由發(fā)電機(jī)的型號(hào)選擇以及水輪機(jī)重量知吊運(yùn)件最重重量為330噸，查大噸位單小車橋式起重機(jī)主要參數(shù)表選擇400/100t起重機(jī)，其各主要參數(shù)如下：主鉤起升高度為26m 副鉤起升高度為35m主鉤起升速度為 副鉤起升速度為小車運(yùn)行速度為 大車運(yùn)行速度為主吊鉤至軌面距離為900mm 主吊鉤至軌道中心距離 副吊鉤至軌道中心距離 小車軌距 小車長度起重機(jī)最大寬度軌面至起重機(jī)頂端距離軌面至緩沖器距離薦用大車軌道QU100 起重機(jī)總重208噸 小車重113噸兩主鉤之間距離軌道面至平衡梁掛鉤的距離掛鉤中心至上下環(huán)底距離 圖3—1 單小車橋式起重機(jī)結(jié)構(gòu)圖4 引水系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 進(jìn)水口設(shè)計(jì)在水利水電工程中，為發(fā)電供水等綜合利用的目的，往往需要在天然河道、湖泊和調(diào)節(jié)池中取水，深式進(jìn)水口及有壓進(jìn)水口為了適應(yīng)這一需要而設(shè)置的一種水工建筑物，深式進(jìn)水口應(yīng)滿足水工建筑物的一般要求，即結(jié)構(gòu)安全、布置簡單、施工方便、造價(jià)低廉以及可靠并適應(yīng)注意美觀。有壓進(jìn)水口中分為壩式、岸式、塔式等幾種。岸式與塔式相比，岸式適用于岸坡地質(zhì)條件良好的地方，且比較經(jīng)濟(jì)。而壩體左壩肩部分的地形地質(zhì)條件都較好，因而考慮經(jīng)濟(jì)成本因素，本水電站樞紐工程廠房的進(jìn)水口采用岸邊式進(jìn)水口。本水電站僅設(shè)計(jì)有兩臺(tái)機(jī)組，因此分組供水不適用。且本水電站的引水道不長，因此設(shè)置單元供水管道的成本也不會(huì)很高。 引水道直徑計(jì)算由水輪機(jī)選擇計(jì)算知，水輪機(jī)單機(jī)最大引用流量為，為減少水頭損失。 進(jìn)水口尺寸計(jì)算進(jìn)水口的尺寸計(jì)算應(yīng)主要包括進(jìn)口段尺寸計(jì)算、漸變段尺寸計(jì)算、閘門段尺寸計(jì)算等。其中為橢圓曲線的長半軸，一般取（1~）D，=。則橢圓曲線為。由矩形變成圓形通常采用四角加圓角過渡圓弧的中心位置和圓角半徑r均按直線變化，漸變段長度根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，~。漸變段長度 收縮角取為 圖4—1 進(jìn)水口漸變段剖面圖 圖4—2 進(jìn)水口漸變段平面圖 圖4—3 進(jìn)水口漸變段斷面圖 閘門段尺寸計(jì)算閘門段是引水道和進(jìn)口段的連接段，考慮進(jìn)口的穩(wěn)定性，進(jìn)水口設(shè)支墩。如下圖： 圖4—4 進(jìn)水口閘門段斷面圖 進(jìn)水口尺寸驗(yàn)算為保證水流流態(tài)的穩(wěn)定性，進(jìn)水口的水流流速不宜過大。通氣孔面積按下式計(jì)算： 為進(jìn)水口流量，這里取單機(jī)最大引用流量。則通氣孔面積為： 為了便于進(jìn)水口及壓力管道的維護(hù)與檢修，需設(shè)進(jìn)人孔，其位置設(shè)在工作閘門之后。~，但本水電站樞紐的水庫淤沙高程較低，不影響進(jìn)水口高程的選擇與布置，因此該因素不予考慮。 為閘門斷面的水流流速，取閘門段面最大引用流量時(shí)的流速。經(jīng)計(jì)算得：綜合分析并考慮到風(fēng)浪的影響。 線路比較根據(jù)洞線選擇條件初步選擇兩條引水線路，從工程地質(zhì)平面圖上可以看出，因壩址處距離下游大峽溝溝口處較近，且根據(jù)上游地質(zhì)條件選擇的進(jìn)水口位置距離壩址也較近，使得引水線路距離較短，因此整段引水線路均采用壓力鋼管布置?，F(xiàn)分別就所選兩條線路從各方面進(jìn)行比較，以選擇合理的方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。從線路距離來看，1和2線路距離相差不大，所以從洞線的開挖、壓力鋼管的耗用量、施工工期、工作量等方面來說，1和2線路均差不多。從引水線路地質(zhì)條件來看，1線路的地質(zhì)條件較好，而2線路在上、下游均有小部分距離經(jīng)過地質(zhì)條件不好的區(qū)域，但基本上不影響壓力管道的安全性。綜合以上因素，并考慮到廠房的位置布置，以及尾水道的布置，確定1線路為最終引水線路設(shè)計(jì)方案。這樣就相當(dāng)于把引水系統(tǒng)分為兩段，調(diào)壓室以前這段引水道，基本上可以避免水錘壓力的影響；調(diào)壓室以后的壓力管道，由于縮短了水錘波傳遞的路程，從而減少了壓力管道中的水錘值，改善了機(jī)組運(yùn)行條件及供電質(zhì)量。初步分析時(shí)，可用表征壓力引水系統(tǒng)慣性大小的水流加速時(shí)間，也稱作壓力引水道的慣性時(shí)間常數(shù)值來判斷設(shè)置上游調(diào)壓室的條件，其式為：上式中：為壓力引水道（包括蝸殼及尾水管）各段之長度； 為上述各段水道相應(yīng)的流速； 為重力加速度； 為水輪機(jī)的設(shè)計(jì)水頭； 為的允許值，一般取為2~4s。壓力水道中的流速取為各段水道的平均流速，取為4m/s。 調(diào)節(jié)保證計(jì)算 調(diào)節(jié)保證計(jì)算的任務(wù)計(jì)算有壓引水系統(tǒng)的最大和最小內(nèi)水壓力，最大內(nèi)水壓力作為設(shè)計(jì)或校核壓力管道、蝸殼和水輪機(jī)強(qiáng)度的依據(jù)；最小內(nèi)水壓力作為壓力管道線路布置，防止管道中產(chǎn)生負(fù)壓和校核尾水管內(nèi)真空度的依據(jù)。選擇調(diào)速器合理的調(diào)節(jié)時(shí)間和調(diào)節(jié)規(guī)律，保證壓力和轉(zhuǎn)速變化不超過規(guī)定的允許值。 調(diào)節(jié)保證計(jì)算的目的正確合理地解決導(dǎo)葉啟閉時(shí)間、水擊壓力和機(jī)組轉(zhuǎn)速上升值三者之間的關(guān)系，最后選擇適當(dāng)?shù)膶?dǎo)葉啟閉時(shí)間和方式，使水擊壓力和轉(zhuǎn)速上升值均在經(jīng)濟(jì)合理的允許范圍內(nèi)。機(jī)組在丟棄全負(fù)荷時(shí)，若電站設(shè)計(jì)水頭小于40m，~，若電站的設(shè)計(jì)水頭大于40m小于100m，~，若電站的設(shè)計(jì)水頭大于100m。增加全負(fù)荷或部分負(fù)荷時(shí)：機(jī)組轉(zhuǎn)速最大降低值，只對(duì)單獨(dú)運(yùn)行的電站計(jì)算，加入系統(tǒng)運(yùn)行的地在那還能，轉(zhuǎn)速受系統(tǒng)頻率的制約，不可能有很大的降低、壓力管道和蝸殼內(nèi)最大壓力降低值。在最大水頭下丟棄全負(fù)荷，通常發(fā)生最大水錘壓力。壓力鋼管屬于地下埋式鋼管，則水擊波速為1200m/s。導(dǎo)葉啟閉時(shí)間初選為6s，計(jì)算結(jié)果如不滿足要求，依次按7s、8s、9s計(jì)算。水流最大速度為：管道特性系數(shù)為： 丟棄全負(fù)荷時(shí)：，所以發(fā)生末相水擊。取導(dǎo)葉啟閉時(shí)間為7s，同上述計(jì)算一樣，發(fā)生間接水錘。 水錘壓力值為： 總壓力值為： 轉(zhuǎn)速上升率為（按列寧格勒金屬工廠公式計(jì)算）： 上式中：為機(jī)組額定容量。 這里取。飛輪轉(zhuǎn)矩的計(jì)算： 上式中：為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，查水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)水力機(jī)械分冊(cè)167頁表310，根據(jù)轉(zhuǎn)速為150r/。 為定子鐵芯長度（m）。 在最大水頭下丟棄全負(fù)荷計(jì)算導(dǎo)葉啟閉時(shí)間為：，因此此時(shí)發(fā)生的是間接水錘。水錘壓力值為： 總壓力值為： 轉(zhuǎn)速上升率為（按列寧格勒金屬工廠公式計(jì)算）：上式中：為機(jī)組額定容量。 這里取。同設(shè)計(jì)水頭下丟棄全負(fù)荷計(jì)算一樣，飛輪轉(zhuǎn)矩為： 將以上數(shù)值代入轉(zhuǎn)速上升率公式得： 機(jī)組轉(zhuǎn)速最高值： 由以上計(jì)算知，當(dāng)導(dǎo)葉啟閉時(shí)間為7s時(shí)，在最大水頭下丟棄全負(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)。 尾水管進(jìn)口處負(fù)壓計(jì)算尾水管進(jìn)口處水錘壓力計(jì)算：取尾水管平均流速與引水系統(tǒng)平均流速一致，取尾水管長度為30m。 水頭損失計(jì)算引水系統(tǒng)中水頭損失主要包括沿程水頭損失和局部水頭損失兩種。 為鋼管內(nèi)徑，即6m。 為計(jì)算管段長度，取進(jìn)水口到蝸殼處距離，約為420m。 局部水頭損失公式為：上式中：為局部水頭損失系數(shù)，與周界變化的幾何形狀、尺寸有關(guān)。攔污柵處。漸變段。上式中：D為鋼管直徑； R為轉(zhuǎn)彎半徑； 為轉(zhuǎn)彎角度。需要根據(jù)地形資料、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)資料、水文資料、氣象資料、水能規(guī)劃資料、主機(jī)組和機(jī)電設(shè)備資料、建筑材料供應(yīng)和交通運(yùn)輸情況等來進(jìn)行布置設(shè)計(jì)。本建筑物的初步設(shè)計(jì)是建立在已經(jīng)選定的水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)型號(hào)基礎(chǔ)上的。本水電站設(shè)計(jì)水頭為 因此選用金屬蝸殼對(duì)任一蝸殼斷面有 其中： 為任一蝸殼斷面流量 為水輪機(jī)最大流量 為進(jìn)口斷面平均流速 為斷面半徑 為斷面外半徑斷面平均流速 上式中K為流速系數(shù)。查《水力機(jī)械》第二版表4—7得尾水管參數(shù)及尺寸如下表：型式參數(shù)尺寸為減少尾水管的開挖深度，采用彎肘形尾水管，彎肘形尾水管由