沙溪口水电站设计及厂房整体稳定分析计算设计.doc

精选资料目录摘要- 4 -中文摘要- 7 -关键字- 7 -ABSTRACT- 8 -KEYWORDS- 9 -1 枢纽布置- 10 -2 重力坝挡水坝段设计- 10 -2.1 剖面设计- 10 -2.1.1 坝顶高程- 11 -2.1.2 坝顶宽度- 12 -2.1.3 上游折坡的起坡点位置- 12 -2.1.4 上下游边坡n、m- 12 -2.2 荷载的计算- 12 -2.2.1 自重- 13 -2.2.2 上下游水压力- 13 -2.2.3 扬压力- 15 -2.2.4 浪压力- 17 -2.2.5 地震荷载和冰压力- 18 -2.3 挡水重力坝的稳定分析- 18 -2.3.1 设计水位情况下荷载计算- 18 -2.3.2 校核水位下的荷载计算- 21 -2.3.3 正常蓄水位下的荷载计算- 24 -3 重力坝溢流坝段设计- 27 -3.1 溢流坝段剖面设计- 27 -3.1.1 堰顶高程- 28 -3.1.2 堰面曲线- 28 -3.1.3 消能方式- 29 -3.2 荷载的计算- 31 -3.2.1 自重- 31 -3.2.2 上下游水压力- 31 -3.2.3 扬压力- 32 -3.3 稳定与应力分析- 34 -3.3.1 设计水位下的荷载计算- 34 -3.3.2 校核水位下的荷载计算- 37 -4 水电站机电设备选择- 40 -4.1 特征水头的选择- 40 -4.1.1 Hmax的选择- 40 -4.1.2 Hmin的选择- 41 -4.2 水电站水轮机组的选型- 42 -4.2.1 ZZ460水轮机方案的主要参数选择- 42 -4.2.2 ZZ560水轮机方案的主要参数选择- 43 -4.3 发电机的选择与尺寸估算- 46 -44 调速器与油压装置的选择- 47 -4.4.1 调速功计算- 47 -4.4.2 接力器的选择- 47 -4.4.3 调速器的选择- 48 -4.4.4 油压装置- 48 -4.5 厂房桥吊设备的选择- 49 -5 水电站厂房- 51 -5.1 蜗壳和尾水管的计算- 51 -5.2 主厂房各层高程及长宽尺寸的确定- 54 -5.2.1 主厂房各层高程- 54 -5.2.2 主厂房平面尺寸- 56 -5.3 厂房进水段- 57 -6 水电站厂房的稳定计算- 58 -6.1 荷载的计算- 58 -6.1.1 浪压力P3，（H1L1）深水波- 58 -6.1.2 泥沙压力- 59 -6.1.3 水压力- 59 -6.1.4 自重W1- 60 -6.1.5 机电设备重G- 60 -6.1.6 基础扬压力- 60 -6.2 厂房抗滑稳定计算- 62 -6.2.1 正常运行（考虑两种水位组合）- 62 -6.2.2 非常运行情况- 63 -6.2.3 机组大修情况- 64 -6.2.4 施工情况(二期混凝土未浇注)- 64 -毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日摘要中文摘要沙溪口水电站是福建省闽江流域的一个梯级电站，位于闽江支流西溪上，距离平市14km，距福州市135km，三明市95km。该电站以发电为主，兼有航运过木等综合效益，电站总装机容量4x6.75万千瓦。水库正常蓄水位87.80m高程，电站保证出力50万千瓦。300t级船闸航运外，兼有过木过竹作用。该电站为低水头径流式电站，库容1.54亿立方米，没有防洪效益。该工程为二等工程，枢纽主要建筑物按二级建筑物，次要建筑物级别三级，临时建筑物四级设计。电站水利枢纽由重力挡水坝、溢流坝、河床式厂房、开关站和通航建筑物组成。沙溪口水利枢纽工程采用重力坝挡水，坝顶高程94.00m，坝轴线总长610.0m。溢流坝位于左岸主河槽中，为16孔单宽17.00m开敞式表孔泄流，总长304m，堰顶高程78.5m，溢流坝下游采用底流消能。发电厂厂房位于河道右岸，厂房尺寸128m*68m*50.75m（长*宽*高）；四台机组发电，单机装机67.5MW,110 KV 和 220KV输电，开关站位于右岸装配厂下游。船闸设于左岸主河槽中，采用一级船闸。详见枢纽布置图。关键字沙溪口、河床式厂房、重力坝、溢流坝、水轮机、发电机、高程、稳定、应力、扬压力ABSTRACTShaxikou Hydropower Station is one of the cascade development in the Minjiang river basin in Fujian Province. It is located on Xixi River, a tributary in the upper reach of Minjiang River, 14km upstream of Nanping City，135km upstream of Fuzhou City，95km upstream of Sanming City. The main function of Shaxikou project is to generate electricity for the Fujian Provincial Power System. After the project being completed the navigability of the Shaxi River and Futunxi River above the damsite will be improved. The project has a total installed capacity of 300 t, a firm capacity of 50MW. The reservoir with a total storage capacity of 143*106 m3 is of daily pondage type. The main structures of the Shaxikou project consist of overflow spillway dam, non-overflow dam, powerhouse incorporated into the dam, switchyards and navigation lock. DCL.dam crestlever is 94.00m.Crest length is 618.50m. The dam is of concrete gravity type. The spillway is arranged on the left portion of the riverbed. The spillway with 16 openings each of 17m wide has a total length of 304m,crest lever with 78.5m, discharging most flood flow still along the main river channel. The powerhouse with dimension of 128*68*50.75m(L*W*H) is located at the right side of the spillway andi ncorporated into the dam. It houses 4 axial-flow turbines coupled with generators 67.5MW each. Both 110 KV and 220KV switchyards are arranged on the platform at the left portion of downstream tailrace. The shiplock with the dimension of 100*30*5m(L*W*Min. Water depth) is located on the right side of the spillway. The lock chamber of monolithic structures is filled and emptied with long gallery conduits at bottom in spreading form. KEYWORDSShaxikou block power plant concrete gravity dam over flow dam combinatory hydro-generator altitude stable stress uplift pressure 1 枢纽布置坝址位置设计洪水位87.8m ，对应下游水位可由下泄流量在流量与下游水位关系曲线查得 80m ,水头为7.8m 。校核洪水位89m ,同理可查得下游水位 83m ，水头为 6m ，初步设计选择采用河床式厂房发电。经综合分析，主河槽位于左河床靠近左岸3050m之间，开挖至弱风化岩层需至48.00m高程左右，初步设计布置船闸易于通航需求；沿坝轴线自此至右岸500600m之间，开挖至弱风化岩层需至58.00m高程左右，初步设计选择布置溢流坝和河床式厂房。综上，初步设计采用重力坝挡水，溢流坝泄洪，底流消能，河床式厂房发电。工程等别二等，主要建筑物级别二级，次要建筑物级别三级，临时建筑物四级。2 重力坝挡水坝段设计上游设计洪水位87.8m；校核洪水位：89m；正常蓄水位86.2m；下游设计洪水位80m；校核洪水位83m；正常蓄水位：65.9m（四台机组发电）。坝底高程取未风化岩石边界开挖线51.00m。=24.0 KN/ , =9.81 KN/，云母长英片岩与混凝土边界 f=0.5,K=1.05，c=0.6kg/c,K=3.0。2.1 剖面设计2.1.1 坝顶高程坝顶高程由静水位+相应情况下的风浪涌高和安全超高。即：=静水位+h式中：h=2hl+h0+hc 2hl=0.0166Vf5/4D1/3为浪高；Vf为计算风速；D为吹程； D=10kmh0为波浪中心线高出静水位高度；hc为超高，由规范查得。计算风速为30m/s； 设计洪水位下：2hl=0.0166Vf5/4D1/3=2.51m；2LL=10.4（2hl）0.8=21.72m；h0=0.92m；hc=0.5mh=2hl+h0+hc=2.51+0.92+0.5=3.93m坝顶高程=87.8+3.93=91.73m 取93m校核洪水位下：2hl=0.0166Vf5/4D1/3=2.51m；2LL=10.4（2hl）0.8=21.72m；h0=0.92m；hc=0.4mh=2hl+h0+hc=2.51+0.92+0.4=3.83m坝高=89+3.83=92.33m 取94m 考虑其他因素，该重力坝坝顶高程取94m2.1.2 坝顶宽度 坝底高程取未风化岩石边界开挖钱58.00，由于58m做坝基时，大坝抗剪强度无法满足要求，故向下开挖7m，取51m高程开挖，则坝高为坝高为95-51=44m,坝顶宽度一般为坝高的8%-10%，并不得小于2.0m。考虑交通等综合条件， 及根据坝顶双线公路要求，坝顶宽度取为10m。 2.1.3 上游折坡的起坡点位置上游折坡的起坡点位置应结合应力控制条件和引水、泄水建筑物的进口高程来选定。一般在坝高的1 /3 2 /3 的范围内。为尽量利用水重，在满足应力要求前提下，上游坡应尽可能缓。为尽量利用水重，在满足应力要求的前提下，折坡点高程定在67.00m处。2.1.4 上下游边坡n、m由稳定和应力要求确定。n=0.2,m=0.802.2 荷载的计算参考水工建筑物荷载的分布如图所示。 图21 非溢流坝剖面图2.2.1 自重2.2.2 上下游水压力（1）设计情况上游水压力Px = PY1=3289.81=824 PY2=3159.810.5=221 下游水压力Px = PY=0.527.50.89.81=2968kN/m（2）校核情况上游水压力Px = PY1=328.59.81=839 kN/mPY2=3159.810.5=221kN/m下游水压力Px = PY=0.528.50.89.81=3187kN/m（3）正常情况上游水压力Px = PY1=3209.81=589kN/mPY2=3159.810.5=221kN/m下游水压力Px = PY=0.513.340.89.81=698kN/m2.2.3 扬压力 由于扬压力较大，坝体设有防渗帷幕和上下游主副排水系统，由规范DL5077-1997，坝基面渗透压力扬压力强度系数为：=0.25 =0.20 =0.50扬压力的求法便是根据上下游的水位来确定整个图形的面积,（1）设计情况U1=437.69.81=3206 kN/mU2=0.5930.49.81=1342 kN/mU3=0.586.159.81=241 kN/mU4=266.159.81=1569 kN/mU5=0.513.7589.81=540 kN/mU=U1+U2+U3+U4+U5= 6898kN/m（2）校核情况U1=437.79.81=3248 kN/mU2=0.5930.89.81=1360 kN/mU3=0.586.559.812=257 kN/mU4=266.559.81=1671 kN/mU5=0.514.2589.81=560 kN/mU=U1+U2+U3+U4+U5=7096kN/m（3）正常情况U1=436.679.81=2814 kN/mU2=0.586.679.81=262 kN/mU3=90.339.81=29 kN/mU4=0.580.339.81=13 kN/mU5=0.59289.81=1236kN/mU=U1+U2+U3+U4+U5= 4354kN/m2.2.4 浪压力 坝前水深 H LL PL=r0(LL+2hL+h0)LL/2- r0L2L/2 =9.81x(10.86+1.26+0.93)x10.86/2-9.81x10.86x10.86/2 =183kN/m 2.2.5 地震荷载和冰压力 本工程基本列度6级,主要建筑物为二级,所以设计烈度为基本烈度,对于小于7级烈度的工程可不考虑地震荷载,本工程在闽江西溪流域属亚热带季风气候,年平易气温为19.3摄氏度,全年最低气温小于零度的天数平均为7天,所以不考虑冰压力,不考虑其对工程的影响.2.3 挡水重力坝的稳定分析2.3.1 设计水位情况下荷载计算 序号作用类别作用力作用力引起的弯矩作用方向计算结果单位作用方向力作用点计算结果单位1自重1540KN+19.510530KN.m210320KN+13.5139320313500KN-1.5202502上游侧静水压力水平向7083KN-12.789718KN.m竖直向1221KN+20.54531KN.m竖直向2824KN+20164813下游侧静水压力水平向3710KN+9.133756KN.m坚直向2968KN-14415524扬压力13206KN00KN.m21342KN-18.5248273241KN-7.2173541569KN+8.5133365540KN+18.8101447浪压力1761KN-29.922777KN.m浪压力2578KN+28.816649表21 设计水位(90.0m)情况下坝基面上的荷载计算如表坝基面抗滑稳定显然满足稳定要求坝址处抗压强度M=(10530+139320-20250) 1.0-(89718-33756) 1.0+(4531+16481-41552) 1.0-(24827+1735.2-13336-10144)1.2-(22777-16649)1.2=39646KN.MR(*)=14300/1.3=9533 显然满足要求坝踵处抗拉强度=572kN/0显然满足要求边缘应力的计算：参考水工建筑物按要求应考虑坝基面和折坡面的边缘应力，此处只进行了坝基面的相关计算。2.3.2 校核水位下的荷载计算表22 校核水位（89m）情况下坝基面上的荷载计算如表序号作用类别作用力作用力引起的弯矩作用方向计算结果单位作用方向力作用点计算结果单位1自重1540KN+19.510530KN.m210320KN+13.5139320313500KN-1.5202502上游侧静水压力水平向7271KN-12.893311KN.m竖直向1221KN+20.54531KN.m竖直向2839KN+20167753下游侧静水压力水平向3984KN+9.537849KN.m坚直向3187KN-139442994扬压力13248KN00KN.m21360KN-18.5251543257KN-7.2185141671KN+8.5142015560KN+18.8105137浪压力1761KN-29.922777KN.m浪压力2578KN+28.816649坝基面抗滑稳定显然满足稳定要求坝址处抗压强度M=(10530+139320-20250) 1.0-(93311-37849) 1.0+(4531+16775-44299) 1.0-(25154+1851-14201-10513)1.2-(22777-16649)1.2=41042knmR(*)=14300/1.3=9533 显然满足要求坝踵处抗拉强度=615kN/0 显然满足要求2.3.3 正常蓄水位下的荷载计算表23 正常蓄水位情况下坝基面上的荷载计算如表序号作用类别作用力作用力引起的弯矩作用方向计算结果单位作用方向力作用点计算结果单位1自重1540KN+19.510530KN.m210320KN+13.5139320313500KN-1.5202502上游侧静水压力水平向6009KN-11.770301KN.m竖直向1221KN+20.54531KN.m竖直向2589KN+20117723下游侧静水压力水平向873KN+4.53882KN.m坚直向698KN-18125644扬压力12814KN00KN.m2262KN+18.84926329KN-17493413KN-9.812751236KN-18.5228677浪压力1761KN-29.922777KN.m浪压力2578KN+28.816649坝基面抗滑稳定显然满足稳定要求坝址处抗压强度M=(10530+139320-20250) 1.0-(70301-3882) 1.0+(4531+11772-12564) 1.0-(4926+493+127+22867)1.2-(22777-16649)1.2=25470knmR(*)=14300/1.3=9533 显然满足要求坝踵处抗拉强度=583kN/0 显然满足要求 3 重力坝溢流坝段设计3.1 溢流坝段剖面设计溢流坝剖面，除应满足强度、稳定和经济条件外，其外形尚需考虑水流运动要求。通常它也是由基本三角形剖面修改而成。溢流面由顶部溢流段、中部直线段和反弧段组成，上游面为直线或折线。初步设计采用16孔开敞式溢流堰，孔宽17.0m ，溢流前沿总净宽L=272m，闸埻厚2.0m，单宽流量q=70/s.Q =qL=70x272=19040m/s Q=Q+Q 设计工况 =0.9 Q=21500 m/sQ=（ Q- Q）/=（21500-19040）/0.9 =342 m/s校核工况=1.0 Q=27500 m/sQ=（ Q- Q）/=（27500-19040）/1.0 =1692m/s由于发电用水，过船泄水，排沙泄水等影响，此多余泄量Q应能完全下泄，不再设其他泄水设施。则溢流段总长为304m。3.1.1 堰顶高程 m = 0.502 =0.90设计87.8m时堰上水深为则堰顶高程=设计洪水位-H=87.8-9.3=78.5闸门宽高比为1.52，所以取闸门高为11.5m,78.5+11.5=90m89m 3.1.2 堰面曲线我国现行采用的为WES曲线，其曲线方程为：y=Hd为定型设计水头。因为设计洪水位90.0m，堰顶高程为80.5m，所以， Hd= (0.750.95)H=9m；k、n为上游堰面坡度有关的系数。k=2.0，n=1.85 。得：Y=x/(29)堰顶点下游曲线坐标： 表3-1最终定出坐标关系曲线y00.281.002.133.625.477.66 x024681012 堰顶点上游曲线坐标： =0.175H=1.575 m R=0.5 H=4.5 m=0.276 H=2.484m R=0.2 H=1.8 m=0.282 H=2.538m R=0.04 H=0.36 m溢流坝段底宽=27.872+2.538+3=33.4 3.1.3 消能方式采用底流消能 X=1.59R=12米单宽流量q= 70/s 堰上水头9.5m T=35.2m 由 水力学 附录查得 发生淹没水跃。可以不做消力池，做护袒即可护袒厚度度计算： =2m 护坦长度: 取 3.2 荷载的计算 3.2.1 自重 图31 溢流坝段剖面图3.2.2 上下游水压力（1）设计情况上游水压力Px = PY1=321.89.81=642 kN/mPY2=3159.810.5=221kN/m下游水压力Px = PY=0.5290.89.81=3304kN/m（2）校核情况上游水压力Px = PY1=3239.81=677 kN/mPY2=3159.810.5=221kN/m下游水压力Px = PY=0.5320.89.81=4018kN/m3.2.3 扬压力坝体设有防渗帷幕和上下游主副排水系统，由规范DL5077-1997，坝基面渗透压力扬压力强度系数为：=0.25 =0.20 =0.50扬压力的求法便是根据上下游的水位来确定整个图形的面积,（1）设计情况U1=357.69.81=2535 kN/mU2=0.5930.49.81=1342 kN/mU3=0.586.159.81=241 kN/mU4=176.159.81=1026 kN/mU5=0.513.7589.81=540 kN/mU=U1+U2+U3+U4+U5=5684kN/m（2）校核情况U1=357.79.81=2569 kN/mU2=0.5930.89.81=1360 kN/mU3=0.586.559.812=257 kN/mU4=186.559.81=1092 kN/mU5=0.514.2589.81=560 kN/mU=U1+U2+U3+U4+U5=5838kN/m3.3 稳定与应力分析3.3.1 设计水位下的荷载计算表31 在设计水位(87.8m)下各荷载对坝体基面作用如下表序号作用类别作用力作用力引起的弯矩作用方向计算结果单位作用方向力作用点计算结果单位1自重1540KN+158100KN.m26720KN+96048037056KN-3211682上游侧静水压力水平向7083KN-12.789718KN.m竖直向1221KN+163536KN.m竖直向2824KN+15.5127723下游侧静水压力水平向3710KN+9.133756KN.m坚直向2968KN-9.5281964动水压力水平向250KN+61500KN.m竖直向716KN-642964扬压力13206KN00KN.m21342KN-14187883241KN-2.765141026KN+8.587215540KN+14.377227浪压力1761KN-29.922777KN.m浪压力2578KN+28.816649坝基面抗滑稳定显然满足稳定要求坝址处抗压强度M=(8100+60480-21168) 1.0-(89718-33756) 1.0+(3536+12722-28196) 1.0-(8721+7722-18788-651)1.2-(22777-16649)1.2=-24033KN.mR(*)=14300/1.3=9533 显然满足要求坝踵处抗拉强度=217kN/0显然满足要求3.3.2 校核水位下的荷载计算表32 在校核水位下各荷载对坝体基面作用如下表序号作用类别作用力作用力引起的弯矩作用方向计算结果单位作用方向力作用点计算结果单位1自重1540KN+158100KN.m26720KN+96048037056KN-3211682上游侧静水压力水平向7271KN-12.893311KN.m竖直向1221KN+163536KN.m竖直向2839KN+15.5130053下游侧静水压力水平向3984KN+9.537849KN.m坚直向3187KN-9.4299584动水压力水平向250KN+61500KN.m坚直向716KN-642964扬压力12569KN00KN.m21360KN-14190403257KN-2.769441092KN+8.592855560KN+14.380087浪压力1761KN-29.922777KN.m浪压力2578KN+28.816649坝基面抗滑稳定显然满足稳定要求坝址处抗压强度M=(8100+60480-21168) 1.0-(93311-37849) 1.0+(3536+13005-19958) 1.0-(9285+8008-19040-694)1.2-(22777-16649)1.2=-24396KN.mR(*)=14300/1.3=9533 显然满足要求坝踵处抗拉强度=259kN/0显然满足要求4 水电站机电设备选择4.1 特征水头的选择装机容量： N=27万kw，单机容量（机组台数4台）6.75万kw。1） 设计洪水位87.8m ，对应下游水位可由下泄流量在流量与下游水位关系曲线查得 80m ,水头为7.8m 。2） 校核洪水位 89m ,同理可查得下游水位 83m ，水头为6m 。3） 汛期限制水位时，一台机组发电，下泄流量分别假设三个值，由N=AQH 可得QN关系曲线，从而由单机装机6.75万kw,可得Q值。A=8.34.1.1 Hmax的选择1）校核水位四台机组发电。 Hmax=89-83=6m2)设计水位四台机组发电 Hmax=7.8m3）正常蓄水位一台机组发电2%水头损失 假定N Q做关系曲线如下图4-1下游水位为64.4mHmax=22.2m4.1.1 Hmin的选择 设计低水位四台机组发电（83m） 将N及Q带入公式试算得到 H=17.1m 加权平均水头为H=19.7m设计水头 H= 0.9H=17.7m4.2 水电站水轮机组的选型