坝后式水电站设计及发电机机座结构稳固计算说明书

摘 要

J电站在瓯江上游干流梯级开发的第一级水电站，工程以发电为主，兼顾航运、放木及防洪等综合利用要求。瓯江流域处浙东南沿海山区，属于年调剂水库。

本次设计的水库死水位为，正常蓄水位为283m。依照历史洪水资料设计洪水（P=%），水库的设计洪水位。校核洪水位（P=%）为。

依照地形地质的特点选择坝型为重力坝，坝长。其中溢流坝段长，其中有8孔溢洪道，净宽。水电站进水口中心线高程。

水电站装机容量为18万kW，四台机组单机万kW。水轮机型号为HL220-LJ-300；为坝后厂房顶溢流式厂房，开关站布置在右岸。主厂房总宽定为19m，总长68m。水轮机安装高程为。起重机选用电动双钩桥式起重机，最大起重量选2×100吨，跨度选用16m。装配场长度取，进场公路布置在左岸。副厂房是为保证水电站正常运行需要，设置在主厂房与坝的间隙。要紧布置各类机电辅助设备、房间、生产间和必要生活设施房间。

Abstract

J plant is the first step hydropower station in upper reaches of the Oujiang River. The main purpose of the project is to generate electricity, but also considered the woods of the shipping and protect floods. Oujiang River basin located in the southeast area which is near the say in Zheijang Province, and the plant is a year adjust reservoir

This design determined the dead water level is , the normal water level is 283m. According to the historical flood date (P=%), the designed flood level is , the proofread level is (P=%).

According to the characteristics of geology and topography, gravity dam was chosen. The total length of the dam is , and the over-flow dam is , and eighi holes over-flow causes is set, and the last, the net width is 100m. The elevation of the

water intake of the plant is .

The total electric capacity is 180,000kW,and four generates whose capacity is 45,000kW was installed. The type of the turbine is HL-220-LJ-300. The units are installed in the main power width of the main power house is 19m,the length is 68m. All kinds of auxiliary equipment and other kinds of rooms assemble in deputy house.

目录

摘 要 ................................................................................................. 错误!未定义书签。 Abstract ................................................................................... 错误!未定义书签。 1水文地址情形与枢纽布置 ............................................................. 错误!未定义书签。 流域概况 ............................................................................... 错误!未定义书签。 水文与气候 ........................................................................... 错误!未定义书签。 地形与地质 ........................................................................... 错误!未定义书签。

水库区工程地质 .................................................................................................... 错误!未定义书签。 坝址地质 ................................................................................................................ 错误!未定义书签。

天然建筑材料 ....................................................................... 错误!未定义书签。

土料： .................................................................................................................... 错误!未定义书签。 砂石料： ................................................................................................................ 错误!未定义书签。

给定设计操纵数据 .................................................................. 错误!未定义书签。

设计资料 ................................................................................................................ 错误!未定义书签。 设计任务 ................................................................................................................ 错误!未定义书签。

枢纽布置 ................................................................................. 错误!未定义书签。 2重力坝挡水坝段设计 ..................................................................... 错误!未定义书签。 剖面设计 ................................................................................. 错误!未定义书签。

坝顶高程的确信 ...................................................................................................... 错误!未定义书签。 坝底宽的确信 .......................................................................................................... 错误!未定义书签。 有效剖面 .................................................................................................................. 错误!未定义书签。

荷载计算（取单宽1米） ....................................................... 错误!未定义书签。

设计洪水位下荷载 .................................................................................................. 错误!未定义书签。 校核洪水位下荷载 .................................................................................................. 错误!未定义书签。

稳固分析 ................................................................................. 错误!未定义书签。

设计洪水位下稳固计算 .......................................................................................... 错误!未定义书签。 校核洪水位下稳固计算 .......................................................................................... 错误!未定义书签。

应力校核 ................................................................................. 错误!未定义书签。

原理 .......................................................................................................................... 错误!未定义书签。 设计洪水位下 .......................................................................................................... 错误!未定义书签。 校核洪水位下 .......................................................................................................... 错误!未定义书签。

坝内构造 ................................................................................. 错误!未定义书签。

坝内廊道 .................................................................................................................. 错误!未定义书签。 坝基处置 .................................................................................................................. 错误!未定义书签。 坝体分缝 ................................................................................................................ 错误!未定义书签。

3重力坝溢流坝段设计 ..................................................................... 错误!未定义书签。 剖面设计 ................................................................................. 错误!未定义书签。

堰顶高程的确信 ...................................................................................................... 错误!未定义书签。 堰面曲线 .................................................................................................................. 错误!未定义书签。 下游反弧段 .............................................................................................................. 错误!未定义书签。

荷载计算 ................................................................................. 错误!未定义书签。

设计洪水位下 .......................................................................................................... 错误!未定义书签。 校核洪水位下 .......................................................................................................... 错误!未定义书签。

稳固分析 ................................................................................. 错误!未定义书签。

设计洪水位下 .......................................................................................................... 错误!未定义书签。 校核洪水位下 .......................................................................................................... 错误!未定义书签。

应力校核 ................................................................................. 错误!未定义书签。

设计洪水位下 .......................................................................................................... 错误!未定义书签。 校核洪水位下 .......................................................................................................... 错误!未定义书签。

溢流坝消能抗冲洗方法 .......................................................... 错误!未定义书签。

挑距 .......................................................................................................................... 错误!未定义书签。 冲坑 .......................................................................................................................... 错误!未定义书签。

导墙高度 .................................................................................................................. 错误!未定义书签。

4水电站引水建筑物 .......................................................................... 错误!未定义书签。 进水口高程 ............................................................................. 错误!未定义书签。 压力钢管的布置...................................................................... 错误!未定义书签。 压力钢管的厚度...................................................................... 错误!未定义书签。 拦污栅及进水口闸门的设计 ................................................... 错误!未定义书签。 通气孔 .................................................................................... 错误!未定义书签。 5水电站建筑物设计 .......................................................................... 错误!未定义书签。 特点水头的选择 .................................................................. 错误!未定义书签。

校核洪水位下 .......................................................................................................... 错误!未定义书签。 设计洪水位下 .......................................................................................................... 错误!未定义书签。 正常蓄水位+一台机组满发 .................................................................................... 错误!未定义书签。 正常蓄水位+四台机组满发 .................................................................................... 错误!未定义书签。 设计低水位+一台机组满发 .................................................................................... 错误!未定义书签。 设计低水位+四台机组满发 .................................................................................... 错误!未定义书签。

水电站水轮机组的选型 ....................................................... 错误!未定义书签。

转轮直径D1 ............................................................................................................. 错误!未定义书签。 转速n（最优工况） ............................................................................................... 错误!未定义书签。 效率修正 .................................................................................................................. 错误!未定义书签。 工作范围查验 .......................................................................................................... 错误!未定义书签。 吸出高度Hs ............................................................................................................. 错误!未定义书签。

水轮发电机的选择与尺寸估算 ........................................... 错误!未定义书签。

要紧尺寸估算 .......................................................................................................... 错误!未定义书签。 平面尺寸估算 .......................................................................................................... 错误!未定义书签。 轴向尺寸 .................................................................................................................. 错误!未定义书签。

蜗壳和尾水管的计算 .......................................................... 错误!未定义书签。

金属蜗壳尺寸 .......................................................................................................... 错误!未定义书签。 尾水管尺寸 .............................................................................................................. 错误!未定义书签。

调速器与油压装置的选择 ................................................... 错误!未定义书签。

调速器 ...................................................................................................................... 错误!未定义书签。 油压装置 .................................................................................................................. 错误!未定义书签。

厂房桥吊设备的选择 .......................................................... 错误!未定义书签。 厂房形式与布置 .................................................................. 错误!未定义书签。 主厂房的特点高程 .............................................................. 错误!未定义书签。

水轮机安装高程 ...................................................................................................... 错误!未定义书签。 尾水管底板高程 ...................................................................................................... 错误!未定义书签。 水轮机层地面高程 .................................................................................................. 错误!未定义书签。 定子安装高程 .......................................................................................................... 错误!未定义书签。 发电机层地面高程（定子埋入式） ...................................................................... 错误!未定义书签。 装配场地面高程 ...................................................................................................... 错误!未定义书签。 装配场与发电机层同高。 ...................................................................................... 错误!未定义书签。 吊车轨顶的高程 ...................................................................................................... 错误!未定义书签。 厂房顶部高程 .......................................................................................................... 错误!未定义书签。

水电站主厂房长宽尺寸的确信 .......................................... 错误!未定义书签。

主厂房宽度的确信 .................................................................................................. 错误!未定义书签。 主厂房长度的确信 .................................................................................................. 错误!未定义书签。

主厂房各层的布置 .................................................................. 错误!未定义书签。

发电机层 .................................................................................................................. 错误!未定义书签。 水轮机层 .................................................................................................................. 错误!未定义书签。 蜗壳层 ...................................................................................................................... 错误!未定义书签。

水电站副厂房各层高程及平面布置 .................................... 错误!未定义书签。 6专题——发电机机座及结构稳固计算 ....................................... 错误!未定义书签。 设计假定 ................................................................................. 错误!未定义书签。

动力计算中的假定 .................................................................................................. 错误!未定义书签。 静力计算中的假定 .................................................................................................. 错误!未定义书签。

荷载及组合 ............................................................................. 错误!未定义书签。

荷载 .......................................................................................................................... 错误!未定义书签。 组合 .......................................................................................................................... 错误!未定义书签。

机墩动力计算 ......................................................................... 错误!未定义书签。

机墩强迫振动频率 .................................................................................................. 错误!未定义书签。 机墩自振频率 .......................................................................................................... 错误!未定义书签。 共振查验与动力系数确信 ...................................................................................... 错误!未定义书签。 振幅查验 .................................................................................................................. 错误!未定义书签。

机墩静力计算 ......................................................................... 错误!未定义书签。

垂直正应力 .............................................................................................................. 错误!未定义书签。 剪应力 ...................................................................................................................... 错误!未定义书签。 主拉应力 .................................................................................................................. 错误!未定义书签。 应力校核 .................................................................................................................. 错误!未定义书签。

要紧参考文献 ...................................................................................... 错误!未定义书签。

1水文地址情形与枢纽布置

流域概况

紧水滩水电站在瓯江支流龙泉溪上，坝址以上流域面积2761平方千米。龙泉溪发源于浙闽交壤仙霞岭、洞官山，河流长度153千米，直线长度77千米，平均宽度36千米。除龙泉县城周围及赤石仁三处有小片盆地外，其余地段多为峡谷，河床覆盖多以大块石和卵石组成，险滩较多。

本流域东侧与瓯江支流小溪相邻，西侧与钱塘江支流乌溪江相邻，南侧为闽江支流松溪，北侧为瓯江支流松阴溪。河流周围均为岭南山系洞官山脉包围，山脉走向与河流流向一致，最顶峰黄茅尖高达1921米，流域平均高度662米，河道坡降上游陡、下游缓，平均坡降为‰ ~‰，因河道陡，河槽调蓄能力低，汇流快，由暴雨产生的洪水迅涨猛落，历时短，传播快，因此一次洪水进程尖瘦，属典型的山区性河流。

龙泉溪是浙江省木材要紧产地，境内丛林茂盛，植被良好，水土流失不严峻。

本工程为瓯江干支流计划的五个梯级开发中的一级，以发电为主，兼顾航运、放木（竹）和防洪等综合效益。电站建成后要紧担任华东电网调峰并供电丽水、温州，将使丽、温两地域通过220千伏输电线路联系，形成浙南电力系统。为解决建坝后龙泉溪木材（竹）的流放和航运的进展，大坝左岸专门设置有货筏过坝建筑物。水库有亿立方米的防洪库容，用以减轻下游丽水、碧湖地域防洪的负担。

水文与气候

本地域地处浙东南沿海山区，属温带季风气候，气候温和，坝址区历年平均气温℃，月平均气温以1971年7月份30.7℃最高，1962年1月份13℃最低，实测最高气温为℃（1966年8月），最低气温℃（1969年2月）。

流域内气候湿润，历年平均相对湿度79%，其中以6月份的87%为最大，1月份的84%为最小，实测最小相对湿度仅8%。

本流域距东海仅120～180千米，水汽供给充沛，坝址以上流域年平均雨量为，但在年内分派很不均匀，3～9月占年雨量为%，其中5～6两月为雷雨季节，降雨量占年雨量的三分之一，往往形成连绵起伏的洪水，本流域暴雨常出此刻

此期间，实测最大24小时雨量为。7～9月间台风侵袭，也有暴雨显现，最大24小时雨量曾达。

流域连年平均降水日数为172天，最多达201天，最少145天。 本流域4至8月为东南风，1至3月、9至12月一样为东北风及西北风。历年平均风速/秒，出此刻1970年4月，风向西北偏西。坝址区可能发生最大风力为11级，相当于风速32米/秒。

紧水滩坝址与石富站流域面积仅差41平方千米，占操纵流域面积的15%，故坝址处流量资料均不加更正，直接采纳石富站资料。泥沙对紧水滩水库利用可不能有严峻的阻碍。

表1-1 厂区水位流量关系：

水位（m） 202 流量（m3/s） 80 水位（m） 211 203 204 205 880 214 206 207 208 209 2900 218 210 3620 219 240 540 212 213 1280 1740 2300 215 216 217 流量（m3/s）4380 5200 6060 7000 7940 8980 10080 11200 12340

图1-1厂区水位流量关系曲线

表1-2 水库面积、容积：

高程（m） 面积（km2） 容积（108m3） 高程（m） 面积（km2） 容积（108m3） 高程（m） 面积（km2） 容积（10m）

图1-2水库容积曲线

83205 0 0 245 80 215 250 285 220 255 290 225 260 295 230 265 300 235 270 240 275

地形与地质

水库区工程地质

水库周边地形高峻，无低矮分水岭，岩石坚硬较完整，虽有部份断层延伸库外，但断层胶结好，山体雄厚，且地下水位散布较高，故无永久渗漏之虑。由于库岸有第四系松散地层散布，岩石节理发育，水库临时渗漏损失甚小，对水库蓄水无阻碍。

库区岩石以山岩为主，物理地质现象以小型塌滑体占多数，蓄水后小型的边坡再造虽有可能但不致产生大规模的边坡不稳固。本地域地震烈度为6度，可不考虑抗震设计，不计地震荷载。

坝址地质

坝区位于90平方千米的“牛头山”花岗斑岩岩技的南缘，其中有后期的细粒花岗岩和小型的石英岩脉、细晶岩脉、辉缘岩脉侵入穿摘其间与围岩接触良好。

混凝土/新鲜花岗斑岩抗剪摩擦系数，凝聚力5千克/平方厘米，抗剪断摩擦系数。混凝土/混凝土抗剪断摩擦系数，凝聚力×103Kpa。

依照坝址区资料分析，紧水滩坝址两岸地形对称，岩性均一，较新鲜完整，风化浅，构造不甚发育，水文地质条件较简单，故属工程地质条件较好的坝址。

天然建筑材料

土料：

下村料场：位于平缓的山坡上，高程300以下，要紧为壤土，料场距坝址千米，

有效储量426700立方米。

油坑料场：位于500～550米高程的低平山丘上，为粘土及壤土组成，料场距坝

址，有效储量747600立方米。

砂石料：

局村至小顺区六个料场，左右岸各三个，最远距坝址。

局村至坝址区十个料场，左岸4个，右岸6个，最远距坝址9千米。 坝址至赤石区七个料场，最远距坝址。共计23个料场，有效储量水下557000立方米，水上3094600立方米，合计3651600立方米。

给定设计操纵数据

设计资料

设计原始资料 1 份，附图 3 张。 水能计划

1．校核洪水位 291.80 m 。校核洪水最大下泄流量 15400 m3/s 2. 设计洪水位 289.5m 。设计洪水最大下泄流量 12250 m3/s 3．设计蓄水位 4．设计低水位

5．装机容量 18万kW（3台） 6．机组机型 自 选 挡水建筑物及泄水建筑物

1.挡水建筑物 混凝土重力坝 2.泄水建筑物 混凝土溢流坝 3．其它 引水建筑物

压力钢管 水电站建筑物

坝后式地面厂房 其它

7． 其 它

设计任务

1.水能利用

（无） 2．枢纽布置、挡水及泄水建筑物

依照所给资料确信挡水及泄水建筑物的断面型式，并进行必要的稳固计算。确信溢流坝后消能工型式及尺寸，绘出挡水、泄水建筑物及消能工的剖面图。

进行水利枢纽布置并绘出平面布置图。 3．水电站引水建筑物

确信压力钢管的布置方式，和钢管的材料，进行管身应力分析及结构设计。 4.水电站厂房

依照所选机型和水位～流量关系，确信厂房的轮廓尺寸，并对水电站厂房进行稳固计算，绘出水电站厂房各层的平面布置图和厂房的纵剖面图，上、下游立视图。

进行厂区布置，绘出厂区布置图 5.其它

发电机机座结构稳固计算

枢纽布置

枢纽由非溢流坝段、溢流坝段、坝后式溢流厂房、开关站、进厂公路及上坝公路等组成。

坝轴线垂直水流方向。坝顶高程米，坝基面高程200米，坝高，坝长。 溢流坝段（5#~13#）布置在河谷中间，总宽米。溢流前沿总宽,分八孔，有机组段闸墩宽7m，孔口宽，无机组段闸墩宽3m，孔口宽16m，采纳鼻坎挑流消能，反弧半径30m。

非溢流坝段（1#~4#、14#~17#）布置在河谷两岸。

采纳溢流式厂房，厂房位于溢流坝坝趾处，厂房顶兼作溢洪道。电站厂房中间机组段长米，总长68米。装配场长度，将装配场放在厂房左侧。发电机层与装配场层同高，均为。

主厂房与坝设纵缝分开，厂房上部与坝体之间的空间较大，将副厂房布置于此。

关于进厂公路，设计时考虑了两种方案。由于设计及校核情形下下游尾水位很高，设计情形下下游尾水位为，校核情形下下游尾水位为，而装配场的高程为，采纳公路进厂在丰水期公路有被淹的危险，但假设采纳隧洞进厂，那么开挖量专门大，费用也很高，而且尾水平台的启闭机也不易安装及检修，施工时运输也比较麻烦，故应考虑与装配场层同高的进厂公路，在洪水期电站工作人员从坝顶进厂，如新安江确实是采取这种方式。

引水道采纳压力钢管，压力钢管布置在坝体内，进水口布置在溢流坝闸墩内，压力钢管与蜗壳之间用伸缩节相连。

变压器布置在溢流坝顶，母线通过出线洞到坝顶，采纳扩大单元接线，两台机组设一台主变。

高压开关站设置在右岸，采纳露天式，大小为30m乘45m。

2重力坝挡水坝段设计

剖面设计

重力坝剖面设计的任务在于选择一个既知足稳固归去强度要求，又使体积最小和施工简单、运行方便的剖面。先确信大体剖面，再在大体剖面的基础上确信有效剖面。

重力坝的大体剖面，一样指在要紧载荷作用下知足坝基面稳固和应力操纵条件的最小三角剖面。因此，大体剖面分析的任务是在知足强度和稳固的要求下，依照给定的坝高H求得一个最小的坝底宽度B，也确实是确信三角形的上下游坡度。为分析方便计，沿坝轴线方向取单位长度的坝体进行研究，其上下游面的水平投影长度别离为B和1B。假定上游库满水位平三角形极点水深为H，下游无水。坝的载荷只考虑上游水平压力P、水重Q和坝体自重G和扬压力U，在此情形下，讨论及B应如何取值才能知足平安和经济的要求。

坝顶高程的确信

依照水电站装机18万kw，水库总库容×108m3，取工程规模为大（1）型。 坝顶超出静水位高度△h

△h = 2hl+ho+h （2-1）

式中 2hl～波浪涌高

ho～波浪中线高出静水位高度 hc～平安超高 （1）2hl=4D1/3

式 中： V f ——为计算风速，设计情形宜采纳洪水期连年平均最大风

速的~2倍，校核情形宜采纳洪水期连年平均最大风速。此处设计洪水位下取2m/s，校核洪水位下取s

D——库面吹程（km），指坝前沿水面至对岸的最大直线距离，

可依照水库形状确信。但假设库形专门狭长，应以5倍平均库面宽为准，此处取。

求得设计洪水位下2h1= ,校核洪水位下2h1=。

Hl4hl2（2）ho=cth

2LlLl 求得设计洪水位下为，校核洪水位下为。

（3）hc-查《水工建筑物》（上）河海大学出版社 P53表2-8

大体组合：hc=， 特殊组合：hc=

故设计洪水位下hc=，校核洪水位下hc=。 坝顶高程

设计洪水位+△h设=

坝顶高程=max

校核洪水位+△h校=

取坝顶高程为

坝底宽的确信

大体剖面是以校核洪水位为高程，再以应力条件和稳固条件求得最小坝底宽来确信的。 应力条件

BHc092.3563.72m

2.350.25式中 B——坝底宽度，m；

H——大体剖面坝高，m（大体剖面H=128m）；

c——坝体材料容重，KN/m3； 0——水的容重，KN/m3；

1——扬压力折减系数,按标准坝基面取0。25；

f——摩擦系数，由资料可得本设计采纳；

稳固条件

Bf(kHc1)01.191.865.83m

0.7(2.390.2)式中 B——坝底宽度，m；

H——大体剖面坝高，m（大体剖面H=128m）；

c——坝体材料容重，KN/m3； 0——水的容重，KN/m3；

1——扬压力折减系数,按标准坝基面取0。25；

f——摩擦系数，由资料可得本设计采纳；

K——大体组合平安系数。

取B=,现在m=

图2-1 非溢流坝大体剖面

有效剖面

坝顶宽度

坝顶需要有必然的宽度，以知足设备布置、运行、交通及施工的需要，非溢流坝的坝顶宽度一样可取坝高的 8~10 %，并非小于2m，如作交通要道或有移动式启闭机设施时，应依如实际需要确信，当有较大的冰压力或漂浮物撞击力时，坝顶最小宽度还应知足强度的要求。依照坝顶双线公路交通要求，坝顶B取为10m。 剖面形态

上游折坡的起坡点位置应结合应力操纵条件和引水、泄水建筑物的入口高程来选定。一样在坝高的1 /3 ~2 /3 的范围内。为尽可能利用水重，在知足应力要求前提下，上游坡应尽可能缓。同时考虑电站进水口闸门拦污栅和操作便利，为尽可能利用水重，在知足应力要求的前提下，折坡点高程定在处。

坝顶高程，坝底高程，折坡点高程，上游坝坡坡度1：，下游坝坡坡度1：，坝顶宽，坝底宽，上游侧，下游侧。

图2-2 非溢流坝的有效剖面

荷载计算（取单宽1米）

荷载计算时仅考虑自重，静水压力及扬压力（浪压力较小，略去不计），在验算稳固时需用荷载的设计值，用极限状态法验算应力时，需用荷载的标准值，以下是各荷载的作用分项系数。

表2-1 作用分项系数 序号 1 2 水压力 1）静水压力 2）动水压力：时均压力、离心力、冲击力、脉动压力 3 扬压力 1）渗透压力 2）浮托力 3）扬压力（有抽排） 4）残余扬压力（有抽排） 4 5 注：其它作用分项系数见DL5077

表2-2 结构系数

序 项 组合 结构备 注 浪压力 淤沙压力 （实体重力坝）、（宽缝、空腹重力坝） （主排水孔之前） （主排水孔之后） 、、、 自重 作用类型 分 项 系 数

号 1 目 抗滑稳定极限状态设计式 类型 基本组合 偶然组合 系数 包括建基面、层面、深层滑动面 2 混凝土抗压极限状态设计式 基本组合 偶然组合

设计洪水位下荷载

设计洪水位下荷载见下表，具体计算见说明书。

表2-3设计洪水位下荷载

名称 自重 静水压力 扬压力 上游 下游

荷载（KN） 方向 ↓ ↓ ↓ → ↓ ← ↓ ↑ ↑ ↑ ↑ 0 0 力臂 弯矩（kN·m） 118289 方向 校核洪水位下荷载

表2-4校核洪水位下荷载

名称 自重 静水压力 扬压力 上游 下游

荷载（KN） 方向 ↓ ↓ ↓ → ↓ ← ↓ ↑ ↑ ↑ ↑ 0 0 力臂 弯矩（kN·m） 118289 方向 稳固分析

稳固分析的要紧目的是验算重力坝在各类可能荷载组合下的稳固平安度。工程实践和实验研究说明，岩基上的重力坝失稳破坏可能有两种情形：一种是坝体沿抗剪能力不足的薄弱层面产生滑动，另一种是在荷载作用下，上游坝踵以下岩体受拉产生倾斜裂痕和下游坝趾岩体受压发生压碎区而引发倾倒滑移破坏。

为保证重力坝的平安靠得住性，在结构设计的标准中，要明确规定出平安储蓄要求。其表达形式有定值平安系数法和分项系数极限状态法。下面就采取这两种方式验算稳固，定值系数法采纳抗剪强度公式和抗剪断公式。

设计洪水位下稳固计算

抗剪断公式

Kf(WU)cAp1.259103.8521.2741004.133.0

39030.14

抗剪稳固公式

K

f(WU)p0.7(83147.3824043.528)1.181.1

37534.46校核洪水位下稳固计算

抗剪断公式

Kf(WU)cAp1.259103.8521.2741004.133.0

39030.14抗剪稳固公式

Kf(WU)p0.7(83678.0723511.75)1.121.1

37534.46应力校核

原理

验算坝址抗压强度时，应按承载能力极限状态别离计算大体组合和偶然组合两种情形，计算时按公式要求采纳材料的标准值和作用的标准值或代表值。 1） 作用效应函数

WRMRTRS•AJRR21m2

2）抗压强度极限状态抗力函数

R•fc或R•fR

式中：WR——坝基面上全数法向作用之和，kN，向下为正；

MR——全数作用对坝基面形心的力矩之和，KNm，逆时针方向为

正；

AR——坝基面的面积，m2；

JR——坝基面对形心轴的惯性矩，m4； TR——坝基面形心轴到下游面的距离，m；

m2——坝体下游坡度；

fc——混凝土抗压强度，kPa；

fc——基岩抗压强度，kPa。

标准要求运行期按正常有效极限状态验算坝体上游面拉应力，应知足分项系数极限状态表达式，并按作用的标准值别离计算作用的长期组合和短时间组合，要求坝踵垂直应力不显现拉应力，计算公式为：

WAccMTJccc'0

式中：Mc——计算截面上全数作用对截面形心的力矩之和KNm，，逆时

针方向为正；

Jc——计算截面面积对形心轴的惯性矩，m；

4 Tc——计算截面形心轴到上游的距离，m。

设计洪水位下

坝趾抗压强度承载能力极限状态

WMT作用效应函数SRRR1m2=

AJRR0极限状态抗力函数Rfc10000kPa

SR 知足要求

坝踵抗拉强度验算

WARRMRRTJR638.040 知足要求

校核洪水位下

坝趾抗压强度承载能力极限状态

WMT作用效应函数SRRR1m2=

AJRR0极限状态抗力函数Rfc10000kPa

SR 知足要求

坝踵抗拉强度验算

WARRMRRTJR638.040 知足要求

坝内构造

坝内廊道

灌浆廊道距坝底m，距上游坝面9m，廊道宽3m，高4m。由于下游尾水位较高，产生较大的扬压力，为增加坝的平平稳固，在坝基面上设两个基础排水廊道以减小扬压力。两廊道距上游坝面距离别离为27m，45m

沿灌浆廊道向上，距离可能20m布置一层廊道，共分3层，各层的高程为，，，每层纵向廊道布置向下游延伸的横向廊道，并在下游再布置一条纵向贯穿廊道作为连接。非溢流坝段除底层廊道横向不贯穿至下游外，其余横向廊道均贯穿，非溢流坝段横向廊道连接两排纵向廊道。

廊道尺寸宽，高，由于上游坝面倾斜，故廊道上下并非垂直布置，而是向下游倾斜，这使得排水管亦倾斜布置，但角度不大，在许诺的范围内。

坝基处置

重力坝经受较大的荷载，对地基要求较高。但是天然基岩经受长期地质构造运动及外界因素的作用，多少存在着风化，节理，裂隙，破碎带等缺点，因此，必需对地基进行适当的处置。

地基处置一样包括坝基开挖清理，对基岩进行固结灌浆和防渗帷幕灌浆，设置基础排水系统，对特殊软弱带如断层，破碎带和溶洞等进行专门的处置。

紧水滩峡谷而岸风化层零星散布，一样厚2米，因此坝基开挖比较容易 帷幕灌浆作用是降低坝基的渗透压力，减少渗透流量，避免坝基内产生机械或化学管涌。帷幕灌浆是在靠近上游坝基布设一排或几排钻孔，利用高压灌浆填塞基岩内的裂隙和孔隙等渗水通道。防渗帷幕的深度因依照基岩的透水性，坝体经受水头和降低坝体渗透压力的要求确信。

另外在基岩表面设置排水廊道。

坝体分缝

横缝将坝体沿坝轴线方向分成假设干坝段，其缝面常为平面，不设键槽，不进行灌浆，使各坝段独立工作。缝的宽度器取1cm，横缝间距具体见枢纽布置图，横缝止水用两道金属止水片（紫铜片或不锈钢片）和一道防渗沥青井。

纵缝是为了适应混凝土的浇筑能力和减小施工期温度应力而设置的临时缝。

本设计采纳两条垂直纵缝，详细见图纸。

为了增强坝体的整体性，缝面一样设置键槽，槽的短边和长边大致与第一及第二主应力相交，使槽面大体经受正压力。且键与槽相互咬合，可提高纵缝的抗剪强度。

3重力坝溢流坝段设计

剖面设计

溢流坝既是泄水建筑物，又是挡水建筑物，既要知足稳固强度要求，又要知足水力条件要求。要有足够的下泄能力，使水流平顺的流过坝面，幸免产生振动和空蚀。应使下泄水流对河床不产生危及坝体平安的局部冲洗，不阻碍枢纽中其他建筑物的正常运行。

溢流坝剖面，除应知足强度、稳固和经济条件外，其外形尚需考虑水流运动要求。通常它也是由大体三角形剖面修改而成，内部与非溢流坝段相同。溢流面由顶部溢流段、中部直线段及下游反弧段组成，上游面为直线。

初步设计采纳8孔开敞式溢流堰。有厂房段空口为。闸墩宽为7m。无厂房段空口宽为16m。闸墩宽为3m。

堰顶高程的确信

设计洪水位下

通过溢流坝顶的下泄流量为：

QQsQ0 （3-1）

式中 Q0——经由水电站、泄水孔及其他建筑物的下泄流量； ——平安系数，正常运历时取~，校核情形取为。

Qs12250m3s

Q0N180000236.61m3s 8.5H8.589.5QQsQ0＝ ×=s

坝址岩基状况良好，故取设计状况下的单宽流量q＝150 m2/s L＝Q/q＝

机组段的间距为，机组进水口设置在闸墩里，故有机组段的孔口宽需考虑机组段长，有机组段闸墩宽7m，那么孔口大小为=，取 L＝×3+16×5= 溢流坝总宽度：

L0nb(n1)d2d1 （3-2）

式中 L0——溢流段总宽度，m；

n——孔数； b——每孔净宽，m；

d——闸墩宽度，m； d1——边墩宽度，m。

∴L0 ＝+4×7+4×3＝ 计算堰上水头：

QLm2gH02式中L——溢流前缘总净宽，m；

3

（3-3）

m——流量系数，与堰型有关，非真空有效剖面堰在设计水头下一样为~； ——侧收缩系数，与闸墩形状，尺寸有关，一样为~； g——重力加速度；

H0——坝顶溢流的堰顶水头，m。

求得H= 流速水头：

则堰上水头H=堰顶高程=由水力学公式Tohc0试算得：hc0 ＝

那么堰顶高程H= , 正常挡水位 闸门高度＝284－+平安超高＝7m 校核洪水位下

通过溢流坝顶的下泄流量为：

QQsQ0

q22ghco22

式中 Q0——经由水电站、泄水孔及其他建筑物的下泄流量； ——平安系数，正常运历时取~，校核情形取为。

Qs15400m3s

Q0N180000236.61m3s 8.5H8.589.5QQsQ0＝ ×=s

坝址岩基状况良好，故取设计状况下的单宽流量q＝150 m2/s L＝Q/q＝

机组段的间距为，机组进水口设置在闸墩里，故有机组段的孔口宽需考虑机组段长，有机组段闸墩宽7m，那么孔口大小为=，取 L＝×3+16×5= 溢流坝总宽度：

L0nb(n1)d2d1

式中 L0——溢流段总宽度，m；

n——孔数； b——每孔净宽，m；

d——闸墩宽度，m； d1——边墩宽度，m。

∴L0 ＝+4×7+4×3＝ 堰顶高程及闸门尺寸

综上堰顶高程为

闸门高度=正常蓄水位-堰顶高程+平安超高=取。

选择平面闸门，依照孔口大小，，因此闸门有两种尺寸，取为× ×。。 工作闸门一样布置在溢流堰极点，以减少闸门高度。为了幸免闸门局部开启时水舌离开坝面而产生真空，将闸门布置在堰顶偏下游一些，以压低水舌使其贴坝面下泄。检修闸门位于工作闸门之前，为便于检修，二者之间留有1~3m的净宽，本设计取净宽。

堰面曲线

溢流面曲线采纳的为WES曲线，其曲线方程为：

n1XnKHdy （3-4）

式中 Hd——定型设计水头

K、n ——与上游坝面坡度有关的系数和指数（查设计手册知k=2, n=） 即： y1x1.85 22.23最大运行水头Hmax

Hmax校核洪水位堰顶高程=定型设计水头Hd，为使实际运行时m较大

而负压绝对值较小，关于WES剖面设计，常取Hd=（～）Hmax，取Hd=

表3-1 Y=(2×

（m） Y（m）

堰顶与上游采纳三圆弧连接，参数如下表所示

表3-2 三圆弧参数

R1== B1==

堰面形态如以下图所示：

R2== B2== R3== B3== 5 10 15

图3-1 堰面形态

下游反弧段

由于采纳厂房顶溢流式，反弧段的高程应结合厂房的顶高程，依照厂房

部份的计算，反弧段的底高程定为。

反弧半径的计算：

T0hc0 式中 T0——总有效水头，m；

q22gh22c0 （3-4）

，m； hc0——临界水深（校核洪水位闸门全开时反弧处水深）

——流速系数 查表取。

q ——单宽流量 qT091.836m

Q8530121.86m3s L70经试算，hc03.923m

反孤段半径R6~10hc023.538~39.23m，取R30m 鼻坎挑角20~35，取30

坎顶高程H23030(1cos30o)234m。

图3-2 溢流坝剖面图

荷载计算

作用在溢流坝上的荷载要紧有：坝体自重，上下游坝面上的水压力，扬压力，浪压力，泥沙压力，地震荷载，冰荷载，动水压力等，此处考虑了坝体自重，上下游坝面上的水压力，扬压力，其他力就暂不考虑。

此溢流坝为一级要紧永久建筑物，工况计算需考虑设计洪水位、校核洪水位，荷载计算如下表。

设计洪水位下

表3-3 设计洪水位下荷载

名称 荷载（KN） 方向 力臂 弯矩（kN·m） 方向

自重 静水压下游 扬压力 上游 ↓ → ↓ ← ↑ ↑ ↑ ↑ 0 0

校核洪水位下

表3-4 校核洪水位下荷载

名称 自重 静水压力 下游 ← ↑ 0 0 上游 ↓ 荷载（KN） 方向 ↓ → 力臂 弯矩（kN·m） 方向

扬压力 ↑ ↑ ↑

稳固分析

稳固分析的要紧目的是验算重力坝在各类可能荷载组合下的稳固平安度。工程实践和实验研究说明，岩基上的重力坝失稳破坏可能有两种情形：一种是坝体沿抗剪能力不足的薄弱层面产生滑动，另一种是在荷载作用下，上游坝踵以下岩体受拉产生倾斜裂痕和下游坝趾岩体受压发生压碎区而引发倾倒滑移破坏。

为保证重力坝的平安靠得住性，在结构设计的标准中，要明确规定出平安储蓄要求。其表达形式有定值平安系数法和分项系数极限状态法。下面就采取这两种方式验算稳固，定值系数法采纳抗剪强度公式和抗剪断公式。

设计洪水位下

抗剪断公式

Kf(WU)cAp1.281900.141.2977005.993.0

35973.35抗剪稳固公式

Kf(WU)p0.781900.141.591.1

35973.35校核洪水位下

抗剪断公式

Kf(WU)cAp1.275863.37251.2977004.893.0

42589.71抗剪稳固公式

Kf(WU)p0.775863.37251.241.1

42589.71 应力校核

设计洪水位下

坝趾抗压强度承载能力极限状态

WRMRTR1m2= 作用效应函数SAJRR0极限状态抗力函数Rfc10000kPa

SR 知足要求

坝踵抗拉强度验算

WARRMRRTJR573.260 知足要求

校核洪水位下

坝趾抗压强度承载能力极限状态

WMT作用效应函数SRRR1m2=

AJRR0极限状态抗力函数Rfc10000kPa

SR 知足要求

坝踵抗拉强度验算

WARRMRRTJR535.730 知足要求

溢流坝消能抗冲洗方法

由于坝址处基岩良好，故采纳挑流消能。

挑距

h1= h2=33m

9.810.25l0.375z0.25K0.12510.210.89 125vc2gh0.8929.8156.529.63

v11.1vc32.59

挑距:

L1/gv12cossinv1cosv12sin22gh1h2=

式中：L－水舌距(m)

V1－坎顶水面流速（m/s）可取坎顶平均流速V的倍 α－鼻坎挑射角度

H1－坎顶平均水深在铅直方向的投影 H2－坎顶至河床表面高差（m）

g－重力加速度

冲坑

0.89tr2.44KrhKH0.11t

tr－冲洗坑深度(m) H－上下游水位差(m)

hk－取决于出坎单宽流量q的临界水深，hk3q2,g为重力加速度。 gKr－取决于岩石抗冲洗能力的无因次参数，关于坚硬岩石Kr1=~此

处取

计算得 tr＝ m

由于下游基岩质量较好，且水流沿河道较平顺，故抗冲洗方法比较简单。只需在溢流坝与非溢流坝交壤处设宽的导水墙，下游岸坡做简单防浪方法即可。

导墙高度

掺气水深ha=hc= h导=+1= 取h导=

4水电站引水建筑物

进水口高程

水电站进水口在枢纽中的位置，应尽可能使入流平顺，对称，不发生回流和漩涡，不显现淤积，不聚集污物，而泄洪时仍能正常进水。本电站采纳坝式进水口

有压进水口应低于运行中可能显现的最低水位，并有必然淹没深度，以避免进水口前显现漏斗状吸气漩涡并避免有压引水道内显现负压。不显现吸气漩涡的最小淹没深度为

Scr=cvd=。 （4-1）

式中：Scr——闸门门顶低于最低水位的临界淹没深度（m），考虑风浪阻碍时，

计算中采纳的最低水位比静水位约低半个浪高。

d——闸门孔口高度，m v——闸门断面的水流速度，m/s

c——体会系数，c=~，对称进水时取小值，侧向进水时取大值。

那么进水口底高程为压力钢管的布置

引水建筑物为压力钢管，采纳单机供水 压力钢管经济内径：

35.2QmaxD74.522m （4-2）

H式中：Qmax——钢管的最大设计流量，m3/s

H——设计水头，m

坝内埋管的经济流速为5～7 m/s，蜗壳进水口的直径为，综合考虑经济流速和蜗壳进水口直径，确信坝内埋管的直径为，对应管内流速为6，94m/s，知足经济流速要求。

进水口由拦污栅，入口段，渐变段及输水管组成。

入口采纳三面收缩，底部水平的方式。顶部采纳1/4椭圆曲线，方程为

x2y2+=1 （4-3） 225.151.56渐变段水平，由矩形闸门段到圆形钢管段采纳圆角过渡，渐变段长度为。入口段水平，总长度为 。

后接压力钢管圆弧转弯段，入口中心线高程为，轴线处转弯半径R=10m，转角θ= 53°。后接斜直管段，轴线与下游坝坡平行，长。再接圆弧转弯段，轴线处转弯半径R=10m，转角θ=53°。后接水平段至蜗壳，水平段中心线高程为。在钢管进入厂房前设一伸缩节，以适应变形。

压力钢管的厚度

钢管计算厚度：

taraHpracosR （4-4）

式中Hp——最大计算水头

ra——钢管内径的一半

——水的容重

R10df (4-5)

式中R——钢管结构构件的抗力限值（N/mm2）

0——结构重要性系数， 由水工建筑物级别为3级查得：0=

——设计状况系数 ， 持久状况=，短暂状况=，偶然状况= d——结构系数 ， 由坝内埋管联合承载查得：d= f——钢材强度设计值（N/mm2）

计算得R= 那么ta=

拦污栅及进水口闸门的设计

拦污栅的功用是避免漂木，树枝，树叶，杂草，垃圾，浮冰等漂浮物随水流带入进水口，同时不然这些漂浮物堵塞进水口，阻碍进水能力。此设计采纳的坝式进水口一样为垂直拦污栅，平面形状为多边形。

拦污栅通常由钢筋混凝土框架结构支承。拦污栅框架由柱及横梁组成，横梁间距一样不大于4米，本设计取米

拦污栅由假设干栅片组成，每块栅片的宽度一样不超过米，取 ，高度不超过4米，取米。

栅条的厚度由强度计算决定，通常厚8至12mm，本设计取10mm。 拦污栅的总面积常按电站的引用流量及拟定的过栅流速反算得出，过栅流速以不超过s为宜

AQ79.0679.06m2 V1

本设计取拦污栅高度为7m，半径米，A=。

图4-1 拦污栅

进水口设一道工作闸门，一道检修闸门，闸门孔口一样为矩形，工作闸门净过水断面一样为隧洞断面的倍左右，工作闸门尺寸为×,检修闸门取与工作闸门相同。

通气孔

通气孔设在进水口工作闸门后，其功用是：当引水道充水时用以排气，当闸门关闭放空引水道时，用以补气以防显现有害的真空。

通气孔的面积常按最大进气流量除以许诺进气流速得出。最大进气流量出此刻闸门紧急关闭时，可近似以为等于进水口的最大引用流量。许诺进气流速与引水道形式有关，对坝内埋管可取70～80m/s。

QVmax

A式中 A——通气孔的面积，m

Qmax3——进水口的最大引用流量，m/s

2 V——坝内埋管许诺进气流速，m/s

通气孔的直径取为，面积为1.13m，对应的进气流速为 m/s. 通气孔通向坝顶。

2

5水电站建筑物设计

特点水头的选择

校核洪水位下

由Q泄＝15540 m3/s查厂区水位流量曲线得：H下＝

设计洪水位下

由Q泄＝12250 m3/s查厂区水位流量曲线得：H下＝

正常蓄水位+一台机组满发

A＝**=，N＝η＝AQH，考虑1%水头损失 设Q1＝50m3/s，查得H下＝ N＝×50×（）×99%＝万KW 设Q2＝80m3/s，查得H下＝202m N＝×80×（283－202）×99%＝万KW 设Q3＝65m3/s，查得H下＝ N＝×65×（283－）×99%＝万KW 设Q4＝63m3/s，查得H下＝ N＝×63×（283－）×99%＝万KW 设Q5＝s，查得H下＝

N＝××（283－）×99%＝万KW 那么H下 = m

正常蓄水位+四台机组满发

A＝**=，N＝η＝AQH，考虑1%水头损失 设Q1＝240m3/s，查得H下＝203m N＝×240×（283-203）×99%＝万KW 设Q2＝265m3/s，查得H下＝ N＝×265×（283－）×99%＝万KW 设Q3＝263m3/s，查得H下＝ N＝×263×（283－）×99%＝万KW 那么H下 = m

设计低水位+一台机组满发

A＝**=，N＝η＝AQH，考虑1%水头损失 设Q1＝60m/s，查得H下＝ N＝×60×（）×99%＝万KW 设Q2＝80m3/s，查得H下＝202m N＝×80×（－202）×99%＝万KW 设Q3＝90m3/s，查得H下＝ N＝×90×（－）×99%＝万KW 设Q4＝84m3/s，查得H下＝

3

N＝×84×（－）×99%＝万KW 设Q5＝s，查得H下＝ N＝××（－）×99%＝万KW 那么H下 = m

设计低水位+四台机组满发

A＝**=，N＝η＝AQH，考虑1%水头损失 设Q1＝240m3/s，查得H下＝203m N＝×240×（）×99%＝万KW 设Q2＝300m3/s，查得H下＝ N＝×300×（－）×99%＝万KW 设Q3＝400m3/s，查得H下＝ N＝×400×（－）×99%＝万KW 设Q4＝350m3/s，查得H下＝ N＝×350×（－）×99%＝万KW 设Q5＝349m3/s，查得H下＝ N＝×349×（－）×99%＝18万KW 那么H下 = m

综上 设计低水位 h=校核洪水位 h=正常+一台 h=正常+四台 h=设低+一台 h=设低+四台 h=那么 Hmax＝

Hmin＝ Hr＝＝

水电站水轮机组的选型

由工作水头范围~查表得：选用HL220水轮机

转轮直径D1

查表《水电站》3-6得限制工况下单位流量查表得限制工况Q1/m＝ m3/s，ηm＝%，由此初步假定原型水轮机在此工况下的单位流量初设Q1/ ＝Q1/m＝ m3/s，ηm＝91%

∴ D1Nr2.84m

HrHr9.81Q1式中： Nr——水轮发电机额定出力（kW），4台机组情形，已知发电机额定

出力。，ηgr=96%，Nr=Ngr/ηgr=50000/= Hr——设计水头（m），坝后式Hr= Hav=

η——原型水轮机的效率（%），由限制工况下的模型水轮机的效率修正

可得。

由上述计算出的转轮直径，选用比计算值稍大的转轮直径值D1=。

转速n（最优工况）

HL220最优工况下单位转速n10/m＝min ，假定

nHavn1D1195.1r/min

式中： Hav —— 加权平均水头（m），Hav＝。 D1 —— 转轮直径（m），D1 取为。

n10/ —— 采纳略高于最优单位转速的设计单位转速（r/min），

取n10＝ n10m＝min。

水轮机的转速一样采纳发电机的标准转速，选择与上述计算值相近的发电机标准转速取n＝min ， 2P＝32。

/

/

效率修正

查表3-6可得HL220最优工况下模型最高效率ηmmax＝91%，转轮直径 D1m

＝。

原型效率max11mmax5ηMmax－模型最优工况下效率 D1m－模型转轮直径

效率正修正值△η=ηmax -ηMmax＝%－91%＝% 取ε＝% ∴ △η＝2%

∴ηmax＝ηmmax+△η＝91%+2%＝93%

η＝ηm+△η＝%+2%＝91% 与假定值相同

D1m94.5% D1

∴ △

n10max/MmaxQ1Nr9.81DHr2132Hs10.0(mm)mm900D7D6D1h2h3h4h5h6h11D3D2h12D5D4SfGfK1ne23Qmaxi1500001.7849341.1(t)i2360Vc360214.323

h7h9h8h1hH

1.784i3603.568i360

a a 1 1h a 3 a2 a ZswHsb0/2图3-7 平衡梁示意图b0/D10.25b00.253.30.825m1Zsb0h1193.83m2bh Z1ZsD/2206.16mZ2Z1Z3Z2定子高度67 由蜗壳层决定的厂房宽度：

上游侧宽度：l1=机组中心线至上游涡壳外缘尺寸+涡壳外包混凝土+外墙厚

=+=

下游侧宽度：l2=机组中心线至下游涡壳外缘尺寸+涡壳外包混凝土+外墙厚

=+1+= 主厂房宽度：L=l1+l2= 。 b. 由发电层决定的厂房宽度 L=风罩直径+2×通道宽度+外墙厚 =+2×2+3=。

c. 选择桥吊跨度为16m，依照前面算出的发电机转子重量，选择2×100（t），跨度为16m的双小车桥式起重机。装配厂宽度：采纳与主厂房宽度相同 。 综上可得：桥吊跨度为16米，再加上边墙厚度，得主厂房宽度19米。

本设计中，发电机转子在上游侧起吊，考虑到发电机转子与周围建筑物及设备之间的最小间隙，水平方向为，垂直方向～，假设采纳刚性吊具，垂直间隙可减为～，通过画图，为保证发电机转子在水平方向的平安距离，发电机主轴在垂直方向与发电机层楼板距离取为。机组中心线距上游距离为，据下游距离为。

主厂房总宽度为+++=19m。

装配厂宽度：采纳与主厂房宽度相同19m 。

主厂房长度的确信

机组间距L1

机组间距由蜗壳层，尾水管层和发电机层一起决定。 机组段长度L1

L1LmaxxLmaxx

式中，Lmaxx、Lmaxx——机组段沿厂房纵轴线方向，在机组中心线双侧的

最大尺寸。

蜗壳层：

LmaxxRi345 LR165imaxx式中 Ri345、Ri165——蜗壳沿厂房纵轴线方向，在机组中

心线双侧的最大尺寸

——蜗壳周围的混凝土厚度，取为1m。

L1LmaxxLmaxx12.39m

尾水管层：

BLmaxx2 BLmaxx2式中 B——尾水管宽度度，B8.16m； ——尾水管混凝土边墩厚，1m。

L1LmaxxLmaxx10.16m

发电机层：

bLmaxx22

bLmaxx22式中

——发电机风罩内径，=

——发电机风罩壁厚，=

b——两台机组之间风罩外壁净距，一样取～，

L1LmaxxLmaxx14m

经比较，确信机组段长度为14。5m。 端机组段长度

端机组段的附加长度：ΔL=（~）D1 式中 D1——转论直径，m。（D1=）

考虑到下部块体在端部设置了检修集水井和渗漏集水井，依照需要，附加长度取为

主厂房总宽度

装配场长度L=（~.）L1=（14~21）m ，考虑发电机转子，发电机上机架，水轮机转轮，水轮机顶盖的尺寸，确信装配场的宽度为 主厂房总长度L

LnL1L2l=+=

主厂房各层的布置

发电机层

高程，总长，宽19m。每一个机组段长。

装配场长，可放下五大件（上机架直径，发电机转子直径，水轮机顶盖

直径，水轮机转轮直径）。

每台发电机下游侧放置一台调速器，一个油压装置，及一组机旁盘。 装配场与机组段间设有伸缩缝，四个机组段正中也设有一条伸缩缝，。 在两个机组段之间设一个楼梯，通往水轮机层，楼梯宽，每一个踏步高20cm，长30cm。由于楼梯较长，设为L形转弯的楼梯，转弯处平台宽，长。 进厂公路在溢流坝边缘进入溢流坝，然后进入装配场大门，在洪水期装配场大门封堵，人员由坝顶进入厂房。进厂公路尾水平台处拐弯，可通向尾水平台。尾水平台上设有两条持续轨道供门机行走。尾水平台宽7米，尾水平台也可通向开关站。

水轮机层

高程，长。每一个机组段长，从左至右1#~4#机组总长55m。 装配场下方布置压气机室和一个转子承台。 水轮机基坑内径，外径。

采纳圆筒型机墩，每一个机墩设有一楼梯从水轮机层下到水轮机顶盖上方的钢板上，楼梯宽。

水轮机上方处出线至副厂房，与发电机层下挂的回油箱躲开，幸免漏油滴到电线上引发电火灾。

厂房上下游侧均为混凝土墙，不开窗。

蜗壳层

尾水闸门处持续墙设有一斜坡，便于闸门关闭时压紧止水。 闸墩宽1m。

尾水管底高程，开挖高程。尾水管侧面设有楼梯从尾水管上方下至尾水管进人孔。

压力钢管在进厂前设有一个伸缩节，开一长，宽，高的空腔，伸缩节直径

每两个尾水管共用一个6×的集水井，排水管直径。厂坝之间在坝脚处设伸缩缝，尾水管闸墩与尾沟渠之间设伸缩缝。

每一个蜗壳都设有蜗壳进人孔，以便检修蜗壳及观看水轮机。

水电站副厂房各层高程及平面布置

副厂房长，宽。

副厂房分五层，每层底高程别离为，，，，。

第一层,层高，压力钢管从此通过，并设有伸缩节。此层也可进入主厂房的我看人层，可进入尾水管和蜗壳进行检修。

第二层为水轮机层对应的副厂房，层高，发电机引出的母线从这层引出进入出线室再进入出线洞。第二，各个仪表盘引出的线也从此层引向各个操纵室，如中央操纵室继电爱惜室等

第三层，发电机层对应的副厂房，为工作人员要紧工作的地址，层高，此层设有值班室，中央操纵室，继电爱惜室，自动远动室，厂用配电室，直流盘室，蓄电池室及储酸室，载波机室及载波机值班室，通风机室，还有一个机械修理室。

第四层，要紧为办公室，会议室，总工室，休息室，休闲室等工作人员办公及休息的场所。

第五层，回风道，本厂房设置在溢流坝里，由于下游水位较高及泄流时水流的阻碍，主厂房下游侧不开窗及孔，因此通风不便。出于平安因素，这一层作为回风道。

副厂房内设一楼梯间，连通一到四层。

6专题——发电机机座及结构稳固计算

设计假定

发电机支承结构直接经受机组远转中产生的振动荷载，必需具有足够的刚度和强度，避免显现共振和过大的动力变形。

水电站总装机容量4×45000千瓦,机墩按Ⅲ级建筑物设计，机墩按下端固定上端自由的圆筒进行计算

动力计算中的假定

忽略机墩本身重，用一个作用与圆筒顶的集中质量代替原有圆筒的质量，使在此集中质量作用下的单自由度体系的振动频率与原先多自由度体系的最小频率接近

机墩的振动作为单自由度体系计算，在计算动力系数和自振频率重，不计阻尼阻碍

机墩的振动为在弹性限度内的微幅振动，力和变位之间关系服从虎克定律 结构振动时的弹性曲线与在静质量荷载作用下的弹性曲线形式相似，从而可用动静法进行动力计算

静力计算中的假定

荷载沿圆周均匀散布，正应力取单宽直条，按矩形截面偏心受压构件计算 任一水平截面的弯矩假定按底部固定，顶部自由的无穷长薄壁圆筒公式计算 扭矩产生的剪应力假定按俩端自由的圆筒受扭公式计算 进人孔部份的扭矩剪应力假定按开口圆筒受扭公式计算 孔边应力集中按圆筒展开后的无穷大平板开孔公式计算 温度应力计算假定圆筒底部为固定，顶部也受约束 动力系数取，复核后修正，疲劳系数，冲击系数

图6-1 机墩

荷载及组合

荷载

作用在机墩上的静荷载 1.机墩自重

5.53412986.9123.5

23.55.33410.653.43164.410.83123.54615.9kN2.发电机层楼板自重及其活荷重A2400kN 3.发电机定子重A3753.47kN 4.励磁机定子及附属设备重A470kN 5.上机架重A5501.93kN 6.下机架重水轮机重A6267.7kN 作用在机墩上的动荷载

1. 发电机转子连轴重B1170.559.811673.1kN 2． 励磁机转子重B280kN 3. 水轮机转子连轴重B3245.25kN 4. 水轮机轴向水推力B4170.24kN 5.水平离心力

正常运行时

B50.0011eGn20.00110.011673.1214.32845.2kN

A15.534125.034124.223.5飞逸转速时时

B50.0011eGn20.00110.011673.141023093.73kN

6.发电机正常扭矩B69.75Ncos450009.752047.36kNm n214.3N500009.759099.4kNm nXZ214.30.25 7.发电机短路扭矩B79.75组合

A1A2A3A4A5A6A7B1B2B3B4B5B6 A1A2A3A4A5A6A7B1B2B3B4B5B7

机墩动力计算

机墩强迫振动频率

由机械不平稳引发的强迫振动频率

正常运行情形下 nfn214.3 飞逸情形下nfnp410 由水力不平稳引发的强迫振动频率 nfnx1x236002.4 a机墩自振频率

垂直自振频率

1n01

h318.8109 6EF2.351067.9430G13018.8105361.76592988rmin

水平横向自振频率

π43.145.534344IDd41.93

6464h33328.417109 73EI341.932.5510n02

30G2308.417105361.76594465.7rmin

水平扭转自振频率

IPiri20.35P0r02

Pr2ii4005.032903.473.52501.9332267.72.221673.11.52245.211.1231062.08kN•m2P0r024615.9941543.1kN•m2

IPiri20.35P0r0231062.080.3541543.145602.165kN•m2

Iπ4Dd483.86 321h31.79109 7E\"Ip83.86210n0330I1301.791045602.16593320.5rmin

共振查验与动力系数确信

共振查验

强迫振动频率 410 自振频率 2988 共振查验：为幸免显现共振，要求

n0infin0i20%30%

依照计算知足此要求

动力系数确信 动力系数1nfi1n0i2

nfi214.3n0i4465.7

1.0021.5因此动力系数取.

振幅查验

垂直振幅

10.1047n010.10472956.8309.58 10.1047nf10.1047214.322.44 p11673.1150245.25170.242238.59

G4615.9400903.47150267.7501.933006839 A1P1Gg0.0337mm

0.222222 水平振幅

20.1047n020.10474465.7467.56 20.1047nf20.104736002.43769.45 p2845.22047.362892.56kN

A1P2Gg2220.000343mm

0.222水平扭转振幅

A3P3RIg0.000343mm

0.222222正常扭矩时 p32047.36 A30.0146mm 短路扭矩时 p39099.4

A30.065mm

振幅查验要求

垂直振幅 0.03370.15mm

水平振幅 正常情形 0.01460.0003430.0150.2mm 短路情形 0.0650.0003430.0650.2mm 均知足要求

机墩静力计算

垂直正应力

先确信机墩属于段圆筒仍是长圆筒

123(1())43(1)6β=== 0h2.64*1.92524则=>l=故机墩应按短圆筒考虑,可沿圆周取1米宽的一段作为偏心受压拄计

算 σ=PFCM0J=4520.95Mx237.8951.6611279.83

1*1.90.572故 最大正应力为

最小正应力为

剪应力

1. 正常扭矩Mn引发的剪应力(按圆筒计算) Mn1.52047.363071.04 i2.14

圆筒外侧剪应力τ1=Mnri3071.044146.48kNm2

Ip83.86圆筒内侧剪应力τ1=Mnri3071.042.176.9kNm2

Ip83.86n

引发的剪应力（按圆桶计算） τ2=

Mkri Ipt1TaTa冲击系数2[1(1e)]/（1+eTa）= 式中Ta=秒

t10.01圆筒外侧剪应力τ2=

Mkri9099.441.8781.25kNm2Ip83.86

圆筒内侧剪应力τ2=

Mkri9099.42.11.8410.156kNm2Ip83.86

3.水平离心力引发的剪应力（按1米宽立拄计算）

正常转速情形下τ3=

Peπ2Dd24Pey=

845.21.50.46= 9.1飞逸转速时τ3=

2

π2Dd24y=

3093.731.50.46= 9.1

短路扭矩时Mn3l1.8h9099.43221.8752.52kNm

l2h223.05π21.92 离心力作历时（机墩进人孔面积2平方米） pyp2π2Dd2f41.50.463093.73300.54kNm2 7.1主拉应力

rn21242 2 应力校核

各类计算情形下短柱内外缘的剪应力如下 正常情形下：

外缘剪应力τ=τ1+τ3=+= 内缘剪应力=+=

短路情形下：

外缘剪应力τ=τ1+τ2+τ3=+= 内缘剪应力=+=

飞逸情形下：

外缘剪应力τ=τ1+τ4=+= 内缘剪应力=+=

各类情形下的主拉应力校核 在正常情形下： σ主=

211887.91242=1887.924143.6721898.77 222

在短路情形下： σ主=

21887.911

242=-1887.924620.70622073.7222要紧参考文献

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