水电站课程设计

目 录

一、

1.

设计资料........................................................................................................ - 2 - 工程概况 .................................................................................................... - 2 - 1.1工程所在区域的气候情况 ......................................................................... - 2 - 1.2工程地质 ................................................................................................. - 2 - 1.3 水电站工程 ............................................................................................. - 3 - 2. 二、

1. 2.

设计内容 .................................................................................................... - 3 - 引水管水力分析计算 ...................................................................................... - 3 - 引水线路选择 ............................................................................................. - 3 - 引水系统断面型式选择 ............................................................................... - 4 - 2.1方案论证 ................................................................................................. - 4 - 2.2 型式选择................................................................................................. - 4 - 2.3 断面尺寸选定 ......................................................................................... - 5 - 3.

引水系统水力设计 ...................................................................................... - 6 - 3.1 进水闸布置（略） .................................................................................. - 6 - 3.2 电站引水系统水力计算 ........................................................................... - 6 - 3.3调压室设计 .............................................................................................. - 7 - 3.4 调压室稳定计算 ...................................................................................... - 9 -

3.5调压室底板高程确定 ...............................................................................- 10 - 4 压力管道设计................................................................................................- 10 - 三、 水电站布置设计 ............................................................................................- 10 -

1. 水电站厂房................................................................................................- 10 -

2.

主要机电及金属结构设计 ..........................................................................- 11 -

2.1主要机械设备选择 ..................................................................................- 11 -

2.2辅助设备、厂房各组成部分布置 .............................................................- 11 - 3. 主厂房平面布置设计 .....................................................................................- 13 -

3.1主厂房上部结构部分 ...............................................................................- 13 - 3.2 主厂房长度及下部结构部分 ...................................................................- 15 - 4. 主厂房的剖面设计.........................................................................................- 16 - 四、 五、

致谢..............................................................................................................- 19 - 参考文献.......................................................................................................- 20 -

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一、 设计资料

1. 工程概况

HF是安徽省的政治、经济、文化中心，也是全国重要的科教基地，位于江淮之间，正以“快速、健康、持续”发展为目标，逐步建成全方位、多功能、综合性的现代化大城市。DP水库位于南淝河上游，HF西北部，流域面积207.5平方公里，水质良好，是HF的优质供水源。HF市已动工兴建的DFY水库，可与DP水库联合运行，对流域内优质水加大了调节度，但因两库天然来水量少，依然无法满足HF市对优质水的需要量。九五年以来，利用DP水库和P灌区的滁河干渠相通的特点，已从P灌区引水入肥。供水工程，就是修建供水专线，连接DP水库、DFY水库和其上游的三大水库，从P灌区总干渠把产自大别山的天然优质水引入供水专线，经南淝河，入DP水库，源济HF市的城市供水，实现HF市供水工程规划提出的目标。

1.1工程所在区域的气候情况

供水工程地处安徽省P灌区内，界于滁河干渠与大蜀山分干之间，地处湿润季风气候带。其特征是：季风显著，雨量集中。灌区气候受冷锋、低涡及台风等因素影响，冬冷夏热，四季分明，降雨蒸发年际间差别很大，无霜期较长，光、热、水配合良好，适宜各类农作物生长。

1.2工程地质

供水工程上段自P河总干渠将军岭枢纽，设进水闸布专线至袁湾村附近，下段利用袁湾河，经南淝河入DP水库。供水专线沿线为低山区和岗区，地形沿拟建专线高低起伏不平。总体地势：从专线进口（将军岭闸枢纽）至出口（袁湾村附近）逐渐降低，地面高程26～50m。进出口自然落差约24米。根据工程地质勘察报告，供水专线地层在勘探范围内自上而下依次是：堤身填土、中～重粉质壤土、粉质粘土和粘土、全风化砂岩、强风化砂岩5层。第1至第4层呈紫红色，稍湿、坚硬；强风化砂岩层未揭穿，也呈紫红色，稍湿、坚硬。从将军岭闸到袁湾村地段，地层主要以3层粘土、粘质粘土为主，局部地段为2层中～重粉质壤土。第3层层位相对稳定，强度较高，工程地质条件较好，但土具有弱膨胀性。第2层土由于压缩变形略偏大，条件相对较差，但也能满足轻型建筑物对地基的要求。供水专线基本位于肥西县境内，地层均为中生界侏罗系以来地层，地震烈度为六度，对本工程对抗震可不做特别要求。工程所在场地内无明显含水地层，

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地下水为潜水或上层滞水，地下水位大致随地形起伏变化。工程勘察期间测得地下稳定水位为0.75～6.10m，高程32.80～46.10m。场地内未发现明显的污染源。

1.3 水电站工程

本电站是该引水工程的重要组成部分，根据工程总体布置：设计引水流量18m3/s，引水线进口（将军岭闸枢纽）至出口（袁湾村附近的袁湾）地势逐渐降低，其中：进水口将军岭渠底高程42.0m，多年平均设计水位47.2m，最高洪水位49.0m；袁湾河最低水位26m，多年平均设计水位26.5m，100年一遇洪水位29.98m。

2. 设计内容

本次水电站课程设计的内容主要包括：

（1）进行拟开发水电站系统的引水道水力计算、调压室调节保证计算、高压管道水击计算；

（2）根据特征水头和装机容量，进行水轮机和发电机的选型；

（3）根据装机容量和所选定的水轮发电机组的参数，进行调速器、油压装置和起重设备等主要辅助设备的选择；

（4）进行厂区和厂房内部布置，决定厂房的轮廓尺寸；

（5）绘制设计图纸5张（引水线路图、枢纽布置图、厂房横剖面图、发电机层及水轮机层平面图）；

（6）编写设计说明书一份，说明工程概况、设计依据、设计参数比选、各建筑物尺寸的确定过程。

二、 引水管水力分析计算

1. 引水线路选择

引水管定线的原则如下：1)与城乡规划相结合；2)为节省投资，尽量缩短线路长度；3)减少拆迁，少占农田；4)便于管渠施工与运行维护；5)保证引水水量及水质的安全。

在供水工程中,从水源引水，通常采用双路管线，目的在于增加供水保证程度，但同时也增加了工程投资和水头损失。在本项目中，可考虑引水系统的水先进入D水库，然后才进入净水厂，有了D水库的调节，引水系统可采用一条，以节省投资。引水管道沿程布置见比例尺为1/10000的引水道平面布置图。

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2. 引水系统断面型式选择

1明渠引水；管道线路布置（图1）确定以后，拟定三个引水系统断面方案：○2无压暗管引水；○3压力管引水。现对三个方案的优劣分析如下： ○

方案一：明渠引水。利用天然河道或人工输水渠道及配套设施来实现水量从水源输往前池压力钢管发电或是支渠灌溉。明渠引水的优点：挖掘更方便，布局更加自由，节约材料，不需要过度考虑地理位置。明渠的缺点：明渠输水沿线容易遭到水质污染，还有遭到农户的私自截水灌溉，使供水量得不到保证；长明渠引水式水电站前池水位过低可能导致压力钢管进口处产生漏斗状吸气旋涡,造成压力钢管吸入空气及漂浮物,从而引起机组的噪音和振动。

方案二：无压暗管引水。利用埋管把无压水流输送到所需的地方的一种引水方式。其优点是：管道布置灵活方便，管道位置选择比较自由，而且往往可以缩短管道长度，在不适宜修建明渠的地段采用暗管可以取到很多的效果。无压暗管引水的缺点:由于暗管中水流为无压水流，导致暗管底部及水面以下侧边的围岩承受水重，很容易因外压力过大而塌毁；维修不方便，而且施工也较困难。

方案三：压力管道引水。利用水头差使管内的水流具有除按自重从高地低流动。其优点是：具有使水质和水量在输送途中得最好的保证；管道布置较为方便而且形式因地制宜；利用围岩抗力可以使钢管厚度减小。其缺点：有压管道的构造复杂，施工技术要求也高；管道容易因内水压力破坏或是因外压而失稳。

2.1方案论证

通过拟定的三个方案，从各自的优缺点，考虑到输水过程中的水质和水量的保护，选择方案三的压力管引水形式。

2.2 型式选择

压力管引水断面形式主要有门洞型、圆管型、矩型。现对三种压力管引水断面形式分析如下：

（1）门洞型压力管引水断面 （2）圆管型压力管引水断面 （3）矩型压力管引水断面

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综合考虑到三种断面的过水系数及水力条件，还有断面的施工难易程度和技术要求等因素，对比之下选用圆管型引水断面。管道材料为钢管，连接方式纵、横缝焊接。查《水力学》得压力管道的粗糙系数ｎ值0.013。

2.3 断面尺寸选定

根据引水线路沿线地面地形情况，工程设计引水流量Q=18m3/s和进水口将军岭渠底高程42.0m，多年平均设计水位47.2m；袁湾河最低水位26m，多年平均设计水位26.5m，100年一遇洪水位29.98m。

压力管道直径选择，通常根据已有的工程经验及适当的公式计算，然后选择相近的几何尺寸，分别进行造价和电量计算，并结合技术问题综合分析，从而选定最优直径。但由于本设计资料有限，只能以满足水轮机正常运行情况下的最小直径为最优直径，此时对应的造价最低，比较经济。

根据SD335—92 《水电站压力钢管设计规范》我国目前还没有经济管径的通用公式，一般经验：明管和地下埋管，当内压100～300m，流速约4～6m/s；内压70～150m，约5～7m/s。 依据本工程的设计水头差47.2-26.5=20.7m，选取经济流速v=3～7m/s,假设管道直径D，试算过程见附表。下面选取最佳管道直径D=2.7m，计过程如下：

断面面积A==5.73m2；

经济流速V=Q/A=18/5.73=3.145m/s, 在经济流速范围内。

通过试算，考虑到高流速对管道的要求高，施工就更复杂，费用就更多，并且考虑水锤作用力的大小跟水流初始速度有关，所以选择管道直径D=2.7m。

钢管使用普通碳素钢A3制造，其屈服强度为=235N/mm2。按照《水电站压力钢管设计规范》 ，其允许应力[σ]=0.55则计算公式如下：??10HD2?[?]，即[σ]=129.55 N/mm2。下面利

用锅炉公式计算管道的厚度，考虑到焊缝的强度降低，取允许应力系数Ф=0.93，

=2.9mm

按锅炉公式计算时，允许应力要降低15%～25%，取80%。

考虑锈蚀、磨损及钢板厚度误差，管壁厚度应至少比设计值加2mm,此外还

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