柳园水电站毕业设计.doc

柳园电厂房设计摘 要：柳园电厂房是以防洪为主, 结合灌溉、工业用水、发电、发展旅游综合运用的水利枢纽工程。本毕业设计承担水利水电枢纽工程中水电站厂房设计的部分工作。 根据已有的原始资料和该处地形图进行设计，重要内容有：水电站站址的选择，总体布置， 压力前池，水轮机层，压力管道 ，水轮机型号的选择，蜗壳尺寸的拟定，尾水管尺寸的拟定，水电站厂房尺寸的拟定，上部结构计算，水电站厂房整体稳定及地基应力计算等，并根据规定绘制相应的 平面布置图和剖面图。 关键词:水电站，枢纽布置，厂房布置Abstract: The Liuyuan project is mainly for flood control, irrigation, industrial water, electricity generation, tourism development of comprehensive utilization of water conservancy project. This graduation design to bear part of the plant design work of water conservancy and Hydropower Engineering in hydropower station. Designed according to the original data and the topographic map, the main contents include: the overall layout of the site selection, hydropower station, hydraulic turbine type selection, determine the size of the spiral case, determine the tail pipe size, speed and valve type selection, determine the size of the powerhouse of hydropower station tailrace channel, layout, type selection excavation volume, etc., and draw the floor plan and section map according to the requirementsKeywords:Hydropower station; layout; plant layout目录 摘 要：I目录II1 基本资料11.1 水文分析11.1.1年径流11.1.2洪水11.1.3泥沙11.1.4典型年选择及电站设计代表年11.1.5气象51.2工程地质51.2.1压井-压力管道工程地质条件51.2.2厂址区工程地质条件51.3本地建筑材料62 枢纽布置72.1 工程等级及重要建筑物级别的拟定72.2 坝型的选择72.3 厂房型式选择72.4 枢纽总体布置82.4.1 主厂房位置选择82.4.2 副厂房位置选择92.4.3 主变压器场及开关站选择92.4.4 厂区交通及附属建筑物布置92.4.5 尾水渠布置93 水轮发电机组选择93.1 水轮机的选型103.1.1 水轮机选择的基本资料103.1.2 机组台数及单机容量的选择103.1.3 水轮机型号的选择113.2 拟定水轮机的尺寸113.2.1 HL310型水轮机重要参数的拟定113.2.2 ZZ560型水轮机重要参数的拟定143.2.3 水轮机方案选174蜗壳层计算184.1 蜗壳型式及应用水头194.2 断面形式194.3 蜗壳的水力计算194.3.1 进口断面面积194.3.2 蜗壳进口断面各部分尺寸计算194.3.3蜗壳中间断面尺寸计算204.4蜗壳层的布置215尾水管215.1 尾水管的功用225.2 水轮机尾水管的类型225.3 弯肘形尾水管尺寸计算225.3.1 进口直锥段225.3.2 肘管225.3.3 出口扩散段236 压力前池设计256.1 是否设立调压室判断256.2 调压室位置的选择256.3 调压室的布置方式与型式的选择266.4调压室的水利计算266.5水击及调节保证计算286.5.1调保计算目的286.5.2调节保证计算的内容286.5.3调节保证计算的过程287压力管道设计317.1 压力管道的布置327.2 压力管道直径的选择327.3 调节保证计算327.4 压力管道的结构设计及稳定计算327.5 防止地下埋管产生外压失稳的措施348厂房布置设计348.1 主厂房平面设计358.1.1 主厂房长度358.1.2 主厂房宽度368.2主厂房剖面设计368.2.1 水轮机安装高程368.2.2 尾水管底板高程378.2.3进水管地面高程378.2.4 水轮机层地面高程378.2.5 发电机层地面高程378.2.6 拟定吊车轨道顶高程388.2.7 拟定厂房顶部高程38参考文献38致谢391 基本资料1.1 水文分析1.1.1年径流流域径流的年内分派因受补给条件的影响四季分明，径流年内分派不均匀，汛期510月集中了全年70%以上年径流，枯季114月则局限性30%，枯季径流补给重要是上游林区地下水和沿程支流汇入，枯水流量比较稳定。据文县水文站资料记录，径流量最大月出现在7月，最小月是2月。白水江主汛期一般为59月，进入5月份降雨明显增多，导致径流增长。白水江径流重要由降水补给为主，有少量融雪径流。据文县站径流资料分析，数年平均流量92.5m3/s，数年平均径流总量 29.17亿m3。表1-1 白水江柳园坝址设计径流成果表 流量单位：m3/s坝 址项 目均 值各种频率设计值P（%）5102050759099柳 园全年79.3103.196.890.478.569.862.751.5枯期68.188.583.177.667.459.953.844.31.1.2洪水白水江洪水重要由暴雨形成，并伴有少量融雪，发生在汛期59月，79月发生的频率相对较高，占洪水发生次数的85.7%。由于地形和植被的差异以及局地暴雨的影响，上、中、下游洪峰往往不相应，暴雨自上游至下游越来越大，中下游成为重要产洪区。一般年份可发生多次洪水，一次洪水过程13d。引水口至厂房处流域面积之差约为1.34%,因此厂房处满意水设计值可直接采用引水口处的设计值。正常尾水位1001.0m，设计洪水位1001.17m，校核洪水位1001.70m。 表1-2 柳园电站闸（坝）址设计洪水成果表 单位：m3/s坝址流域面积（km2）均值CvCs/ Cv各 种 频 率 设 计 值P（%）0.20.51210/3510柳园65153500.62415901350118010108857886231.1.3泥沙闸（坝）址数年平均悬移质含沙量0.59kg/m3，输沙量170.2万t（其中悬移质沙量156万t，推移质沙量14.2万t）。泥沙重要集中在汛期，59月占92%左右。1.1.4典型年选择及电站设计代表年由于柳园电站是引水式电站，水库无调节库容，采用日平均流量进行调节计算。按典型年选择原则，即设计枯水年、设计平水年和设计丰水年。枯水年设计保证率按P=85%拟定，平水年设计保证率按P=50%拟定，丰水年设计保证率按P=15%拟定。在频率曲线上查得三个年份相应的流量，按照就近原则选出代表年。选择鹄依坝站丰、平、枯三个典型年分别为1981年、2023年和1995年。由于柳园电站为无调节水电站，代表年的选择还应以枯期径流量控制。同样选择枯期径流的三个不同保证率的代表年，即：P=15%（1982年）、P=50%（1990年）、P=85%（1996年）。三个设计代表年的逐日流量见表1-3表1-6。表1-3 白水江柳园电站P=85%设计枯水年逐日平均流量表 单位：m3/s 月日1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月147.038.835.138.279.412810391.910720491.965.3246.938.634.637.877.911910285.610918287.264.2348.038.235.437.779.811295.583.513316687.363.1448.238.235.538.284.811190.179.013415487.962.9548.037.735.139.287.410485.275.412214590.161.8646.037.335.042.390.110181.474.211213989.061.2745.837.334.341.210395.577.075.411213286.859.9845.337.334.242.411399.974.277.310812786.559.2945.337.334.243.111011272.673.510512085.358.21044.936.834.244.210312874.271.110911382.956.91143.736.434.242.895.513010571.210711181.656.81243.237.234.242.210213210770.010510680.456.81343.237.234.240.710112798.174.510310779.156.31443.236.434.339.310311891.078.199.011577.955.61542.736.335.039.310511285.673.396.311976.654.51641.836.035.140.110811082.573.294.612475.453.31741.735.935.140.611310280.176.597.212174.153.31841.635.935.141.810497.278.481.495.511972.953.21941.235.935.149.498.191.976.814512511671.652.22041.735.935.163.994.693.775.812116511471.551.62141.535.934.788.091.998.177.610415811270.550.82241.136.035.174.890.192.874.792.815610670.349.92341.136.736.870.095.591.973.288.416210369.248.72410.836.039.669.911390.172.385.920610369.047.52540.635.938.369.311587.271.984.220810668.047.52640.136.037.368.011283.873.080.518210367.947.52739.836.337.367.910484.680.679.616799.967.848.52839.635.836.672.899.986.810379.815699.066.748.1续表：1-3 月日1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月日2939.236.474.810111010478.923496.365.547.53039.236.579.799.011210791.923495.565.446.83139.238.411310111094.645.9表1-4 白水江柳园电站P=50%设计枯水年逐日平均流量表 单位：m3/s 月日1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月141.233.828.534.770.888.079.767.396.375.674.947.7241.033.328.833.598.111681.972.490.182.473.947.5340.132.328.834.092.811879.474.185.084.073.147.0439.131.728.533.381.211476.469.381.882.371.646.9537.931.028.033.175.911674.067.378.382.169.245.5636.630.928.031.074.614273.165.574.986.168.244.8736.630.928.131.275.114374.161.974.891.066.643.4837.331.728.831.074.313974.260.074.394.665.642.7937.031.428.532.175.113271.459.174.896.364.442.71037.131.228.032.976.511971.262.285.092.863.242.71137.430.928.036.783.110668.611298.188.062.442.31237.430.928.046.192.898.166.411287.684.761.142.61336.930.928.056.896.389.170.687.680.386.259.942.31436.630.928.053.287.894.675.678.876.181.859.142.21536.530.927.746.777.610287.275.775.385.156.842.11636.530.928.450.875.010194.684.674.383.456.641.71736.430.928.157.979.610298.184.974.681.955.941.21835.630.828.061.280.793.714880.178.184.055.840.61935.530.128.157.188.988.912278.179.586.456.040.12035.530.028.568.492.884.410779.379.888.054.840.02135.630.029.673.085.684.397.291.076.487.154.138.62235.530.031.471.081.599.089.285.974.387.253.437.52335.530.031.766.480.293.784.280.572.699.951.737.52435.529.631.367.487.588.880.910972.095.549.537.62535.529.131.763.210985.778.610570.190.148.338.0续表：1-4 月日1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月2634.728.829.859.297.282.573.791.084.986.449.237.82734.628.830.563.593.779.370.788.784.183.749.336.12834.628.533.265.395.576.069.285.277.982.149.236.02934.636.563.590.181.069.793.774.679.448.235.53034.633.762.790.181.174.099.971.376.747.635.53134.235.791.969.699.075.835.1表1-5 白水江柳园电站P=15%设计枯水年逐日平均流量表 单位：m3/s 月日1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月144.237.534.436.148.998.612982.416918511170.7243.437.933.937.450.595.812480.917919210868.6343.137.934.737.450.412212178.020619410669.0442.737.534.237.250.514916074.323019910569.4542.437.533.540.750.213217272.322520310469.1642.337.533.443.548.911616572.522120410168.6742.137.133.542.153.911115777.525420899.666.7842.036.832.941.456.511615586.428521199.665.9942.736.533.442.356.212417887.630020596.866.11042.136.232.942.469.112518810432619694.965.31141.636.132.840.970.614018491.331818993.964.41241.035.832.842.560.713016895.830517993.464.81340.735.532.941.158.711624093.532817091.864.81441.335.133.741.259.010829188.031817190.664.01540.735.534.641.056.610123094.930217089.963.81640.235.733.441.755.110019314929216688.362.81739.635.233.547.554.310717213827116285.860.91839.635.733.764.558.011315613425015885.159.91939.935.833.261.657.511614316423415484.558.32039.334.932.952.259.813213327822515183.657.82139.234.832.250.464.018712623320914582.558.22238.834.832.255.164.016811623321114181.558.3续表：1-5 月日1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月2338.934.833.559.562.215210925722113780.957.12439.235.036.857.160.718211028920913379.456.62539.234.236.753.259.318910926919813477.857.02639.234.235.350.557.816710124818513177.356.32738.633.835.850.760.215693.922117812376.856.22838.534.136.452.280.314790.619517912275.956.62938.135.552.911314488.018617411975.256.63038.134.549.310613687.417917611574.256.33137.234.310384.517011055.81.1.5气象白水江流域地处北亚热带半干旱区，属内陆性气候，洪水重要由暴雨形成，主汛期5月9月。据文县气象站实测资料记录，数年平均气温14.8，历年极端最高气温37.7，数年平均降雨量450mm左右，数年平均蒸发量2047.1mm，数年平均风速2.4m/s，最大风速16m/s。水库吹程D=0.92km。 表1-6 柳园水电站气象要素特性值表项 目单 位特 征 值备 注数年平均气温14.8极端最高气温37.7极端最低气温-7.4数年平均降水量mm458.8数年平均蒸发量mm2047.0数年平均日照时数h1706数年平均风速m/s2.4最大冻土深度cm91.2工程地质1.2.1压井-压力管道工程地质条件调压井布设在引水隧洞的洞尾处，岩性为细砾岩，变砂岩，穿插有花岗岩脉。建议值：围岩类别，岩石强度A=510，单轴抗压强度为Rb=20,岩石完整性系数kv=0.4，评分B=914。压力管道位于、级阶地冲洪积扇碎石土段，、级阶地项面平坦，坡度10%，顶面高程1025.0m，与河水面相差37.0m上部为0.51.0m砂壤土，下部为碎石土，疏松稍密。底部基岩推测高程999.0m。压力管道以碎石土作持力层，建议值：承载力300500kPa，变形模量30MPa，渗透系数2040m/d，边坡开挖比1:11:1.5。1.2.2厂址区工程地质条件厂房轴线与压力管道道线正交，其布设有两种方案：使轴线方位向南偏离150，由SE104变为119，将调压井、管道、厂房均布设在冲沟东大片级阶地上，压力管道成涵洞跨冲沟，厂房轴线与管道轴线正交，布设于级阶地，阶地顶面高程1025.0m，岩性为碎石土，建议值：承载力300500kPa，变形模量30MPa，渗透系数2040m/d，边坡开挖比1:11:1.5。厂房区地下水埋深为1.70m，水位高程996.3m，地下水补给白水江水。地下水的矿化度496.5mg/L，水质量好，对混凝土无侵蚀性。尾水渠长度为13m，位于级阶地前缘和河漫滩砂砾石层中，地质条件比较简朴。地震按8度设防。建议场区引水枢纽、隧洞、调压井以及厂房等水工建筑物地震水平峰值加速度按0.2g，地震动反映谱特性周期0.40s。1.3本地建筑材料砂砾石料场3处，总储量、质量均满足技术规范规定，平均运距离1km；块石料场1 处，为砂岩，质地优良。此外输水洞洞渣可作为补充块石料。2 枢纽布置由于水电站的开发方式、枢纽布置、水头、流量、装机容量、水轮机组型式等因素、水文、地形、地质等条件等不同，加上政治、经济、技术、生态及国防等因素的影响，厂房的布置形式也各不相同，所以厂房的类型有不同的划分方法。2.1 工程等级及重要建筑物级别的拟定柳园水电站重要为发电任务，同时兼有航运、养殖、旅游开发等综合运用效益功能。水库设计洪水位1001.17m,装机容量18MW，根据水利水电工程分等指标及本次电站设计资料中库容可查得，该工程规模为小（2）型，工程等别为等，永久建筑物大坝、厂房为5级建筑物，临时建筑物为5级。表2-1 永久性建筑物的级别工程等别永久性建筑物的级别重要建筑物次要性建筑物13233445552.2 坝型的选择大坝的型式有多种，它涉及重力坝、土石坝、拱坝及水闸，根据坝址区的地形、地质条件、河流洪水特性及工程布置规定，本阶段设计考虑在主河床布置泄洪坝段。 本工程属低水头河床式电站，水库无调节能力，汛期洪水流量大，历时短，规定洪水所有经由大坝枢纽宣泄。本工程可运用的最大水头为15.6m，上游库区内的隆回县城区高程较高（高程1000.0m以上），拱坝因其特殊的地形地质规定而不能满足本次设计的规定，而土石坝需要有足够的泄洪能力，而地形图左岸、右岸均为山体，不便于施工导流，对于混凝土重力坝能满足本设计规定，故综上采用混凝土重力坝。2.3 厂房型式选择根据工程地形、地质情况，有三种参考方案可选择，分别为：方案一：河床式厂房河床式厂房自身能承受上游水压力，成为挡水建筑物的一个组成部分，这类电站合用于较低水头，一般小于3040m.方案二：坝后式厂房当水头较大，机组及厂房的尺寸相对较小，厂房难于独立承受上游水压力，因此需要用坝挡水，将厂房置于坝后，称为坝后式厂房。方案三：引水式厂房引水式水电站是建立在河段上游筑闸或低坝取水，经人工引水道引水到河段下游来集中落差所建的水电站，引水道式电站合用于坡降大的河段。柳园水电站设计水头15m,最大水头15.6m,属于低水头水电站，故根据水头范围不宜选择坝后式厂房，根据坝轴线处地形可知，河流坡降较缓，适合选用引水式电站，故初步选择厂房型式为引水式厂房。2.4 枢纽总体布置厂区枢纽是水电站主厂房、副厂房、引水道、尾水道、主变压器场、高压开关站、交通道路和行政及生活区建筑物等的组合体。厂区布置的目的是拟定厂房和厂区其他建筑物的相对位置，使厂房与上游的进水口和下游的尾水道之间衔接好，水流顺畅；拟定副厂房、主变压器场和高压开关站的位置和对外交通的连接等，也就是要使各建筑物间配合协调，发挥各自的功能，满足运营安全可靠。副厂房设在主厂房的上游侧,主变压器场在主厂房及开关站位置选定后，布置在主厂房右侧，靠近主厂房布置，并根据进厂交通规定，安装间放在主厂房左侧，这样布置，开关站、主变压器场、安装间及进厂交通都有较合理。此外，在厂房靠近安装间一侧设一条公路，以方便厂区与外界的运送,交通道宽为6米。本枢纽重要建筑物涉及溢流坝、电站厂房、通航建筑物等。在枢纽布置选择时，以尽量减小库区淹没损失，尽量减少发电和航运的互相干扰，尽量有助于施工导流、缩短工期，尽量方便运营管理，保证枢纽的安全运营，发挥工程的最大效益为原则，优先考虑溢流坝的布置，将溢流坝尽量置于河槽的中部，厂房和升船机分置两岸。本阶段对左岸厂房和右岸厂房两个枢纽布置方案，在对外交通、地形地质、施工、通航、运营条件以及经济指标等方面进行比较，本电站采用河床式发电厂房，坝轴线左岸有进场公路，便于水轮机、发电机及其他大型设备进场，且右岸岸坡较平直，水流紊动较少，便于轮船进入船闸，故将河床式厂房布置在河流左岸，右岸布置船闸。根据上述布置方案比选，本阶段推荐采用左岸厂房方案，具体布置如下：左岸：布置河床式厂房，主厂房紧靠左岸岸边非溢流坝段布置，占用河床宽44m，顺水流向流道长65m，主厂房上游侧布置6m宽坝顶公路桥和拦污栅、检修门启闭门机及工作门启闭台，主厂房左侧布置10.62m长的安装场，在安装场下游侧布置主变压，安装场下游侧场地内布置室外开关站，左岸非溢流坝、开关站、安装间、副厂房之间围成的区域修建回车坪，且保证其转弯半径不小于20m,便于大型车辆运送大型机电设备。河槽中部：布置六孔溢流坝，闸墩顶设6m宽公路桥；在溢流坝与厂房、溢流坝与船闸交接处设立导墙，防止水流互相干扰，导致岸坡冲刷严重，甚至会导致厂房内水流倒灌。右岸：布置垂直升船机，采用预埋门机轨道梁过坝，升船机上游引航道长40m，上游段运用溢流坝导墙作引航导墙，与坝轴线垂直，下游同样运用溢流坝导墙做引航道导墙。2.4.1 主厂房位置选择由前知，本电站采用河床式发电厂房，坝轴线左岸有进场公路，便于水轮机、发电机及其他大型设备进场，且右岸岸坡较平直，水流紊动较少，便于轮船进入船闸，故将河床式厂房布置在河流左岸，右岸布置船闸。2.4.2 副厂房位置选择为便于副厂房采光，副厂房不宜布置在主厂房的下游，由于为河床式厂房，故上游为保障交通，副厂房也不宜布置在厂房上游，根据地形图可知为了便于车辆进入主厂房安装间，故不宜将副厂房并排布置在主厂房左岸，故初步设计将副厂房布置在主厂房安装场下游段，具体位置宜根据采光、地形及地质而定。2.4.3 主变压器场及开关站选择主变压器场在主厂房及开关站位置选定后，布置在主厂房安装场的下游侧，靠近主厂房布置，并根据进厂交通规定布置，开关站布置在左侧坝段下游侧，这样使副厂房、主变压器场、开关站、安装间及进厂交通都较合理。2.4.4 厂区交通及附属建筑物布置（1） 厂区交通在厂房靠近安装间一侧设一条公路，以方便厂区与外界的运送。交通道宽为6米，在公路与安装场处设立一回车场，以便于车辆掉头。（2） 附属建筑物重要附属建筑物有绝缘油库、油解决室、事故油池、机修间、仓库等。2.4.5 尾水渠布置尾水渠布置在主厂房的下游侧，用于排走下游尾水，防止尾水与从溢流坝下泄的水流互相干扰，导致岸坡、下游河床被水流严重冲刷。3 水轮发电机组选择3.1 水轮机的选型3.1.1 水轮机选择的基本资料装机容量3.1.2 机组台数及单机容量的选择水电站的装机容量等于机组台数和单机