xjb坝后式水电站设计及吊车梁配筋计算5.27

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1、目 录中文摘要英文摘要North China University of Water Resources and Electric Power1目 录4摘 要71基本资料1基本数据1设计水位与设计流量1地震级别1风速和吹程1主坝最大泄量2装机容量2工程等别的确定2关键建筑物级别22水电站开发方式及整体布置3确定水电站开发方式3确定坝区枢纽布置3坝轴线选择3坝型选择3枢纽布置33水轮机选择4特征水头的确定4水轮机型号大小及其装置4水轮机使用的参数大小4水轮机型号选择4使用装置4对水轮机的参数大小进行运算53.3.1 HL180型水轮机参数计算53.3.2 HL160型水轮机关键参数大小73.3.

2、3 HL180型水轮机及HL160型水轮机两种方法的比较9设计蜗壳方案9选择蜗壳型方案9蜗壳的水力大小9蜗壳的外轮廓尺寸确定10尾水管的设计方法12尾水管的可选形式12弯肘尾水管的尺寸大小123.6 发电机选择过程143.7 调速器计算163.7.1 选择合适的调速器163.7.2 选择油压装置163.7.3 调速设备的选择16选择接力器的过程174.水力发电站引水系统设计194.1 进水口设计方法19选择合适的进水口19进水口的外形19进水口的高程计算19进口设备20压力管道的计算204.2.1 压力管道的布置214.2.2 选择合适的压力管道的直径214.2.3 调节保证计算214.2.4

3、 压力管道的结构设计及稳定计算214.2.5 避免地下埋管而发生失稳235.水电站厂房设计24选择合适的起重设备24选择合适的吊车形式24主要工作参数的选择24确定厂区枢纽布置24设计主厂房平面24主厂房的上部轮廓25主厂房的下部轮廓27主厂房的剖面设计方式28水轮机安装高程的计算方法28尾水管底板的高程计算方法28主厂房基础开挖高程的计算方法295.4.4 水轮机层地面高程的计算方法29发电机定子安装高程的计算方法29发电机层楼板高程的计算方法30吊车轨顶高程的计算方法305.4.8 屋顶高程的计算方法305.4.9 厂房总高度的计算方法31副厂房的布置与设计31荷载的确定33静荷载33动荷

4、载33吊车梁的内力计算35承受移动竖向轮压作用的内力计算35受横向水平刹车力的内力计算37配筋计算38弯矩作用下的配筋计算38剪力作用下的箍筋配算39扭矩作用下的配筋计算40校核验算44挠度的验算44裂缝宽度验算44XJB坝后式水电站设计及吊车梁配筋计算摘 要在金沙江整个体系的开发过程中，坝后式水力发电站是属于最后的一级，所处四川省和云南省的中间，水力发电站的上游就是金沙江。金沙江的左侧就是宜宾县儿金沙江的右侧就是水富县。本设计的任务是XJB水电站的厂房设计，设计内容包含XJB水电站的整体布置和水轮机选择以及引水系统设计和厂房设计。本水电站的整体布置中采取中坝线，混凝土重力坝方案，电站枢纽布置

5、中，主要有大坝，副坝、引水隧洞和发电厂部分。引水系统按照两条引水隧洞和四条压力钢管安置，设有两道闸门，厂房为地面式布置。水轮机选择部分主要包含水轮机选型设计和蜗壳设计、尾水管设计以及发电机选择和调速器设计。尺寸主要通过定量分析获得，水轮机型号为HL160型，五台机组；蜗壳为金属蜗壳，平顶梯形断面；尾水管为弯肘型；发电机型号为SF800；调速器型号为电气液压型。引水系统设计包含进水口设计、调压室设计以及压力管道设计、有压引水隧洞设计，主要通过定性及定量分析确定型式的选择以及相关尺寸。电站厂房的设计主要包含确定厂房平面尺寸和剖面尺寸，以及对副厂房进行定性选择。最后，便可画出主厂房的平面布置图、横剖

6、面设计图。关键词：水电站厂房；水轮机；引水系统Design of XJB dam type hydropower station and calculation of crane beam reinforcementAbstractThe XJB hydropower station is the last step of the Jinsha River cascade development. The dam site is located at the lower reaches of the Jinsha River at the junction of Sichuan and Yun

7、nan. The left bank is in Yibin County, Sichuan Province and the right bank is Shuifu County in Yunnan Province. The task of this design is the design of the plant of the XJB hydropower station. The design includes the overall layout of the XJB hydropower station and the selection of the turbine, as

8、well as the design of the diversion system and the design of the plant. The overall arrangement of the hydropower station adopts the Zhongba Line, the concrete gravity dam scheme, and the layout of the power station hub. The main dams include dams, auxiliary dams, diversion tunnels and power plant s

9、ections. The water diversion system is arranged in accordance with two diversion tunnels and four pressure pipes, with two gates, and the workshop is ground-based. The turbine selection section mainly includes turbine selection design, volute design, draft tube design, generator selection and govern

10、or design. The size is mainly obtained through quantitative analysis. The hydraulic turbine model is HL160 type, with five units; the volute is a metal volute; the flat-topped trapezoidal section; the draft tube is an elbow type; the generator model is SF800; the governor model is WTZ- 250-6.4 Elect

11、ro-hydraulic type. The design of the water diversion system includes inlet design, surge tank design, pressure pipeline design and pressure diversion tunnel design. The selection of the type and related dimensions are mainly determined by qualitative and quantitative analysis. The design of the powe

12、r station plant mainly includes the determination of the plane dimensions and profile dimensions of the workshop, as well as the qualitative selection of the auxiliary building. Finally, the floor plan and cross section design of the main building can be drawn.Key words：Hydropower plant; water turbi

13、ne; water diversion system设计说明书 1基本资料向家坝所处四川省和云南省的中间，水力发电站的上游就是金沙江。金沙江的左侧就是宜宾县儿金沙江的右侧就是水富县。水力发电站和四川省宜宾市两者相距不是很远，大约为左右，而水力发电站和云南水富县之间的距离远远小于前者，其间距仅。同时由于水力发电站的地理优势，它到四川省的最短距离为；到武汉最短距离还不到一千米。建造和维修水力发电站的任务是以发电为基础，兼顾溪洛渡水电站导航，防洪，灌溉，拦沙和监管条件。考虑到四川和重庆两省的电力需求，电站主要供应中国东部和中部地区。XJB水电站枢纽由拦河大坝、左岸坝后厂房、右岸地下厂房、泄洪沉沙厂、

14、两侧灌溉水口和左岸垂直升船机组成。拦河坝是一种普通的混凝土重力 坝，坝顶高程384米，坝顶长度909.26米。垂直升船机位于坝后厂房的左侧，它的设计符合六级导航通道的标准。最大举升高度为114.2米，它的设计目的是每年在大坝上运输112吨货物，年客运量为40万人次，可以通过2500吨的船队。灌溉取水口安排在河两岸非溢流坝上，每年取水量为16.07亿立方米。 XJB水库正常蓄水位380米，死水位270米，调节库容9.03亿立方米，水库总库容51.63亿立方米，可进行不完全年调节。该项目于2004年4月开始筹建，主体工程于2006年10月开工建设，2013年竣工投产，总建设期约9年零6个月。按20

15、01年价格水平计算，项目总静态投资额达355.90亿元。XJB水电站建设条件良好，总体效益可观，经济指标优越，它是西电东送的中坚力量。大坝控制的流域面积为45.88万平方米，总库容量为51.85亿立方米。混凝土重力坝的最大坝高为161米，坝顶长度为897.484米，泄水坝段长232米，最大泄量为48480 立方米每秒，装机容量为600万千瓦。消能工为中表孔交叉间隔布置的底流消能形式，消力池长228米，分为两个区域，中导墙厚度10米，高度54米(235.0-289.0)，沿水流方向每隔24米提供一个结构接头。设计水位与设计流量正常蓄水位380m，下游相应水位257m；设计洪水位382m，下游水位

16、254mm，下游水位296m。地震级别XJB坝址区地震基本强度为7度，设计中不考虑地震的荷载。风速和吹程，最大风速主要出现在冬季，与风向相对应的最大风速主要为偏北或偏南。所以设计情况为26m/s；校核情况为32 m/s。主坝最大泄量由附表3的数据，进行洪水调度演算，主坝的最大泄量为48480m3/s。装机容量5375000KW把水力发电的建设项目进行级别分类，第一步就是按照建设项目的准则来进行的，这和水力发电建设项目的整体效益以及金沙江下方的百姓人身安全、个人财产密不可分。同时也会使得项目的建设成本以及建设速度发生一定程度的改变，其不仅仅是是工程项目的关键因素，同时也是十分有效的判断标准。因为

17、大坝最多可以容纳水含量约为亿平方米，可装机的最大含量约等于万千瓦，所以能够翻阅本文的附表水利水电工程等级划分及洪水标准发现此建设项目属于级，建设项目的大小为型。关键建筑物级别根据I级工程级别标准，能够利用翻阅附表（水利水电工程等级划分及洪水标准确定所有的关键建筑物的级别，厂房等级为为级，而且根据其最大洪水重现期为139年，该厂房为非雍水厂房，即并非是挡水建筑物，所以根据附录表3得该厂房的洪水标准。2水电站开发方式及整体布置通过分析布局条件，为满足要求，枢纽布置的发电厂房位置确定为左岸坝后厂房，五台正常运行水轮机。对于拟建的上、中、下3条比较坝线，进行全面的经济技术比较后推荐选择中坝线。(1)重

18、力坝安全可靠，断面大，坝内应力小，坝体材料强度高，耐久性好，易于解决枢纽泄洪问题，便于施工导流。(2)拱坝拱坝是轻质，坚韧和有弹性的，是一种优越的坝型。然而，它需要严格的地形条件和地质条件。地形要求两边对称，峡谷部分在平面上向下游收缩。地质条件需要更均匀，坚固和完整的岩石基础。在这设计中，左岸较陡，右岸较缓，下游区域较宽，因此不宜建筑拱坝。(3)土石坝当地材料可以在当地获得并适应不同的地形。然而，土坝泄洪需要建设溢洪道和泄洪洞，所以增加了建设成本。鉴于上述地区地形地质条件的比较对比，选用常态混凝土重力坝更经济，更合理。合理安排枢纽内各种水工建筑物的相互位置，作为枢纽的布局，以及应遵循的一般原则

19、：坝址、大坝及其重要建筑物和枢纽布局的选择应为：施工方便，施工周期短，成本低。中心安排要满足所有建筑物的标准，保证大坝无论发生什么突发情况，都可以稳定的进行。在能够达到多数建筑物的建造标准和结构的情况下，尽可能降低枢纽的总建筑成本和运营成本。枢纽中的建筑物布局紧凑，尽可能安排相同类型的建筑物，以减少连接建筑物的数量。使枢纽中的一些建筑物尽早投入使用。中心部位的外观不应表现得特别突出，总体建筑风格结构要能融入到环境当中去。在电站枢纽布局中，主要有四大部分：大坝，副坝，引水隧洞，电站厂房。3水轮机选择根据XJB水电站的基本资料，水电站的m；最小水头为：水力发电站，所以这个水力发电站的水头大小，为了

20、使得计算简便，此处从向家坝的水力发电站中获取相关信息得知：。的型号大小及其装置使用参数大小根据XJB水电站的基本资料，水电站总装机容量5375000KW，对比资料得到此水电站属于大型水电站，机组台数为5台KW。根据公式可以得到水轮机的额定出力N=N/电，通常大型机组或中型机组的电=96%98，因本水电站应安置大型机组取所以电=95，则Nr。水轮机在水电站中占据着重要的地位。在工作过程中，使用不同的水轮机可以产生不同的效果，所以在选择水轮机时要十分的小心。一般来说，要按照下面的几个要点来对水轮机进行选择：首先，要掌握水力发电站的出力大小以及水力发电站的有关指标的前提下，应尽可能选择性能好，体积不

21、大的的水轮机进行工作，然后要尽可能的使用规格相同，大小一致的水轮机。为了最大程度的避免资金的浪费，在正常的生产中，一定要确保使用有限的水轮机。在水力发电厂中，有两种常见的水轮机。第一种是有击水轮机，第二种是冲击水轮机。按照对水轮机轮子的转动情况，可以把反击式水轮机在转动中的水体流动分成4种类型：（1）混流式。（2）轴流式。（3）斜流式。（4）贯流式。这几种类型中，水头大小分别为（1）混流式（2）轴流式小于。（3）斜流式。（4）贯流式小于。因为水电站工作水头较大，下泄流量较大，因此混流式水轮机更为合适。根据水头范围从型谱中查得HL180型适应水头90125，HL160型适应水头110150两种型

22、号都适用。计算两种机型的参数作为主要选择，并将其中的一个确定为可实行的计划。使用装置在选择水力发电站中，无论是大型的水力发电站还是中等大小的水利发电站，里面的水轮机的占用面积都比较大，同时在安装过程中的高程不是很高。所以，在安装过程中，可以有很多种选择，但研究人员常常把立轴式作为常见的选项。立轴式能够保证发电机的高程大小，还能够保证水轮机防潮。同时还能保证水轮机在使用过程中保持高效的运转功率，水力发电站的区域不大。所以，要选择立轴式的水轮机为最佳。3.3对水轮机的参数大小进行运算3.3.1 型水轮机参数计算使用的水轮机时，可以选择的水头大小应该在之间，它的参数大小可以见附表。水轮机的转轮大小

23、式3-1式中：转轮直径大小；单位时间的流量（有限）； 水头高度大小，；正常工作条件的出力大小，=。同时，从表中查阅得到型的水轮机在单位时间下，单位的流量，有效功率%，所以认为在目前情况下，水轮机的=， 有效功率基本符合标准的直径，故选择转轮直径为有效功率大小纠正HL180型水轮机=92.0%，水轮机转轮大小为，因为有式子： 式3-2根据实际情况，选择%；因为在对水轮机使用中蜗壳或者尾水管类别和型号大体相同，因而认为2=0，则效率修正值为： =-1=95.4%-92.0%-1.0%=2.4% 式3-3所以水轮机效率为： 式3-4计算结果同预算大体相同，故不需要检验。使用范围的检验确认, 的前提下

24、，和能够通过计算求得：= m3/s 式3-5 可以达到有限工程概况的 式3-6水轮机的转动速度大小 式3-7式中：查阅资料可以知道，在工程状况最好的情况下，而且因为 故能够不作计算，选择，而且： 选择水头长度为； 选择直径大小为。把上述的已知条件代入公式进行计算，通常来讲，确保涡轮机在有效区域内运行的情况下，使用同步转动数额相对大的，因此选择的，两端的磁极数为。计算每个水头的大小为：r/minr/minr/min使用相关数值来画出工作运行图，在水力机械一文中可以得出，通过这种线条来做记号的水轮机，通常情况下，使用的工作图，都有特征曲线的有效运行使用区域。的大小 式3-8公式里：机器所处位置的高

25、度，最初的位置选择金沙江的下游；气体的腐蚀常数。通过查阅水轮机的相关参数，通过在水轮机的函数曲线上计算后，能够得知相关的气体的腐蚀常数；空气的腐蚀常数的纠正常数，通常情况下选择的范围在之间，此处选择；计划水头的高度，。得到：m高程位置的计算混流式：高程位置的大小 公式3-9公式里：混流式机器导叶值，导叶位置的相对值：，故；尾水位置的大小，此处选择的水位值=；吸出高程的数值大小。3.3.2型的水轮机关键参数大小HL160型水轮机适用水头范围为110150，其模型参数如附表6。转轮直径的计算 公式3-10公式里：HL160型水轮机的直径大小；HL160型水轮机在单位时间内的流量大小 ； HL160

26、型水轮机水头高度值，；HL160型水轮机在正常情况下的使用功率，千瓦。而且，通过查阅相关的文献资料，可以大致得知型水轮机在一定条件下，单位时间的水流量，有效功率，所以能够暂时认为，水轮机在这种情况下，单位时间的水流量，有效功率。将上述的已知条件引入公式中进行计算大体上，达到了正常条件下的直径要求，所以使用的直径大小有效功率的纠正计算通过查阅型的水轮机相关数据，选取，同时选取转轮的直径大小为，通过计算得出： 公式3-11因为根据实际的不同，所以选择；因为水轮机的使用中，蜗壳以及尾水管的类别和型号大体相同，所以取，所以得出有效功率的纠正值等于： - 公式3-12有效功率： 公式3-13计算结果同猜

27、想相差不大，故不需要检验。使用范围检查确认了, 的前提下，水轮机流量和可以得到为： 在总体上达到受限制情况下的工程状况。其计算得，水流量的最大值等于： 公式3-14转动速度的大小 公式3-15公式里： 查阅相关的数据可知，在环境条件最优的情况下，而且因为由于能够不做计算，所以选择的而且 选择的水头高度为； 选择的直径大小为；把上述的已知条件用在公式中，通常来讲，保证涡轮机在有效区域内运行的情况下，使用同步转动数额相对大的，因此选择的，两端的磁极数为。计算每个水头的大小为：使用相关数值来画出工作运行图，在水力机械一文中能够得出，通过这种线条来做记号的水轮机，通常情况下，使用的工作图，都有特征曲线

28、的有效运行使用区域。的大小公式里：机器所处位置的高度，最初的位置选择金沙江的下游；气体的腐蚀常数。通过查阅水轮机的相关参数，通过在水轮机的函数曲线上计算后，能够得知相关的气体的腐蚀常数；空气的腐蚀常数的纠正常数，通常情况下选择的范围在之间，此处选择；计划水头的高度，。 通过有关计算得知：高程位置的大小混流式：高程位置的大小 式3-17公式里：混流式机器导叶值，导叶位置的相对值：，故；尾水位置的大小，此处选择的水位值=；吸出高程的数值大小。3.3.3 HL180型水轮机及HL160型水轮机两种方法的比较这两个水轮机的详细比较见附表7。从比较可以看出，HL160型水轮机工作范围大，工作效率高，二者

29、安装高度相近，挖掘量相差不大，HL160略小于HL180，HL180水轮机体积更大，HL180水轮机叶片的转动速度值比较大，所以使得空气腐蚀的情况不断出现。造成的空蚀现象也相对较大。 的使用效率也比较高，可以帮助水力发电的稳定运行。因为选择的发电机的长、宽、高都不是特别大，所以综合考虑，使用型为最优方案。3.4设计蜗壳方案3.4.1选择蜗壳型方案在选择蜗壳的过程中，经常有两种蜗壳的可供选择，分别是：（1）金属型蜗壳。（2）混凝土型蜗壳。如果水轮机在工作中，水头的运行高度超过，那么通常都会选择金属型蜗壳。同理，如果水轮机在运行过程中的高度不大于时，研究人员经常选择混凝土蜗壳。由于本文研究的水头属

30、于，因此可以选择金属式蜗壳。这种蜗壳大多用于高水头的混流式水轮机。被在座外环外缘包围的角度称为蜗壳的一种包角。通过研究得出，蜗壳的包角大，则在座环中，流入的水流也就更加平稳。实际情况下，金属式蜗壳的包角多数情况较大，通常为345左右，通常也叫全蜗壳。为了在使用金属蜗壳中，其可以有很好的抗压能力，我们通常把金属式蜗壳的表面打造成圆形或近似圆形。因为一些边缘的焊接处可以做到非常的平滑，所以在鼻端附近，横截面形状接近椭圆。于实际情况下，如果是水头范围比较高或者水利发电的效率高，那么通常可以选择金属式蜗壳。3.4.2蜗壳的水力大小1进入蜗壳内的水量根据上述分析选择的水轮机，由于水流经过水轮机，可以形成

31、平稳的水流。水流刚刚进入蜗壳时，流动状态和包角有一定的关系，我们此处把蜗壳的包角取345，所以进入蜗壳内的水量等于： m3/s 公式3-182蜗壳的进口平均流速蜗壳入口的平均流速越大，蜗壳尺寸越小，这可能减小水电站的平面尺寸。然而，蜗壳入口的进口速度过大将不可避免地提高水力的浪费，降低了能量的转换率。得： 公式3-19公式里的的含义是水体流动流常数。通常在使用到时，我们可以从和水头的函数曲线上得到，曲线，为。的含义是指：设计的水头高度，此处取。m/s3.4.3蜗壳的外轮廓尺寸确定根据标准圆形，从入口到鼻端的蜗壳被认为从大变小。对于进口断面面积m2 公式3-20则进口断面的半径m 公式3-21从

32、水轮机主轴的中心线到蜗壳入口的外边缘的半径是m 公式3-22对中间任一端面，流量为 公式3-23断面半径 公式3-24式中： 的含义是指以蜗壳鼻端开始，计算断面结束的角度大小以主轴的中心为圆点，断面边缘为边，计算半径大小： 公式3-25公式里的含义是指：底座环的固定导叶的外半径，如图3-2所示图3-2蜗壳计算简图列表计算，如附表8所示。 蜗壳表面线图。如图3-3所示：图3-3蜗壳表面线图3.5尾水管的设计方法3.5.1尾水管的可选形式为了保证反击式水轮机的流通良好，运行顺畅，选取形状合适的尾水管是重中之重。有多种类型的尾水管，如（1）带弯锥形的尾水管.（2）直锥形的尾水管，（3）弯肘形的尾水管

33、。因为本设计选择弯肘形的尾水管。好处是不仅可以避免尾水管的过度深挖，还可以提高水利发电的效率。3.5.2弯肘尾水管的尺寸大小水体在流动过程中，首先经过转轮后，然后再流入到水轮机尾水管处。如果把能量作为出发点来研究问题，水轮机的两种类型：（1）混流式水轮机。（2）轴流式水轮机，前者的过流性能要高于后者，而且混流式尾水管能够变得更小一些。可是，因为在混流的水轮机中，其叶片不可以发生转动，所以不是在正常的设计情况下，转轮外侧的水流能够形成涡流，通常还会有空气腐蚀的现象出现。为了确保各个部位的稳定工作，可以通过提高水轮机的尾水管高度来实现。保证涡流接触不到管的底部，进而降低了设备的受损程度。所以本实验

34、使用的水轮机型号是，水轮机各个部位的尺寸大小能够在对应的表格里找到，因为原来表格的数据都是按照直径时来计算的，本次实验的水轮机直径等于，所以应该进行相应的转换，如表3-1，单位：表3-1尾水管各部分尺寸表通过查找上述表格中尺寸大小，能够画出相应的尾水管图，如图3-5：图3-5混流水轮机的尾水管的纵剖面图图3-6混流水轮机的尾水管的横剖面图由于在实际情况中，尾水管中磨损程度最高的部位就是肘管，所以要是想改变肘管的大小，不是一件非常容易的事情。实验分析表明，四号肘管的效果非常好，所以可以选择四号，同理，因为原来表格的数据都是按照直径时来计算的，本次实验的水轮机直径等于，所以应该进行相应的转换，如表

35、3-2，单位：表3-2四号肘管尺寸大小通过查找上述表格中尺寸大小，能够画出相应的尾水管图，如图3-7图3-7四号尾水管的肘管尺寸图3.6 发电机选择过程按照水轮机正常情况下的转动速度；正常情况下的功率千瓦，所以本实验所选择的发动机是，其通常情况下能够容纳的电量为千瓦，包含电磁极的个数是，铁芯外侧半径等于。发电机各部位表3-3发电机的各部件尺寸图3-8 发电机的尺寸图3.7 调速器的计算3.7.1 选择合适的调试器选择合适的调速器，主要是根据压力阀的直径大小为依据的，d可以通过以下公式求得： 公式3-26其中：的含义：导叶一周期的开闭所用时间的含义：导管里的液体流动速度本实验取 ，所以翻阅相关的

36、数据可知：是单调节调速器。3.7.2 选择油压装置油压设备是一个压力油能源设备，它提供发电机的调速器系数，并且是调速器体系的一个非常重要的环节。而且是进水阀、调压阀中的重要环节。在正常工作中，评价油压装置的好坏与否，就是通过其最大容量和正常工作情况下油罐标准油压来体现的，现阶段，我国制造的油压设备，标准的油压大小在左右，计算方法如下： 式3-27式中：的含义是压力油罐的最大容积（）的含义是导叶的接力器最大体积（）翻阅相关的数据信息，选择型的油压装置器。3.7.3 调速设备的选择要确保水力发电机能够正常的运行，在外界因素的干扰状态下，在极短时间内使机组的出力发生改变，来适应于外界负荷的变化，确保

37、设备转速变化，即保持在允许范围内或供电频率恢复，并且设备之间的负载分配实现经济合理的运行。 公式3-28公式里：的含义是水头高度最大值是； 的含义是正常情况下，水头的流量是。 的含义是实验中的转轮直径是。公式 式3-29其中由绘制的运转特性曲线图上查得=94.6%m3/s=20459922557490N3000 N如果选择功率大的调速器，就要在算出和找到接力器的同时，还要找到调速柜。3.7.4选择接力器的过程选取接力器的过程在选择接力器的过程中，接力器能够用来进行导水。正常情况下，油压设备的产生压力大小为，计算其直径大小的方法如下： 公式3-30公式里：的含义：常数，能够查到，这里取0.15；

38、 P0调速系统的额定油压，Mpa； b0导叶高度，m； D1水轮机直径，m。查下表选择与之接近的标准接力器直径ds=200mm。表3-3 正常的接力器直径接力器直径(mm)200225250275300325350375400450500550600650700750800850900 的计算方法如下： 公式3-31的数值能够通过小型的得出。 公式3-32公式里：的含义是导叶的中心圆直径 D的含义是模型的导叶的中心圆直径；的含义是导叶的数量的含义是模型导叶的数量 m3/s在模型综合特性曲线上查得=取常数值为接力器的最大容积m3综上型调速器的相关数据：1、水轮机接力器的直径大小 2、水轮机调速器

39、的主、配压阀直径大小 3、水轮机的调速器的型号 型液压调速装置4、水轮机的油压设备的型号 型油压分离装置4.水力发电站引水系统设计 进水口设计方法4.1.1选择合适的进水口向家坝的水力发电建设项目中，想要更好的发电和输出水，通常需要从选取一些湖水或者河流水。因为，为了更加方便的取水，就要建造一些比较深的进水口和高压进口水的建筑物，更好的达到施工的要求。也就是更好的施工，降低施工成本，控制结构。XJB水电站为有压进水式，岸上地质条件良好，厂房为坝后式厂房，因而选择坝式进水口是最佳方案。4.1.2进水口的外形因为向家坝水力发电站属于混合式的水电站一种，所以进水口轮廓为大喇叭形状。按照大坝建造拦污栅

40、的外形。为了让进口水能够更好的流入大坝中，就要保证水流能在各个环节都能够平稳流入，同时也要对各个环节进行尺寸计算，计算出的结果要能使得进水口水流平稳，尽可能的减少，而且速度也不能超过一定的限度。一般情况下，进口段都会被建造成大喇叭形，大闸门的外形是长方形，渐变段是圆形段面以及矩形断面的连接段。（1） 进口段。连接闸门段与拦污栅，隧洞进口段为平底，两侧收缩曲线为双曲线，上部曲线一般为四分之一椭圆。椭圆方程为 式4-1式中： a椭圆长半轴，对于地板曲线大约等于闸门处的孔口高度H； b椭圆的短半轴，对于底板曲线，可用H/3。这里H=6.4，具体如下：（2） 闸门段。闸门段是渐变段和进口段的连接部分，

41、闸门及启闭设备安置在此部分。这里的闸门为矩形，大闸门段的水流量的面积超过S隧洞倍，它和闸门口的大小一样。渐变段。渐变段的长度为隧洞直径的1.5倍，侧面扩散角为8度。4.1.3进水口的高程计算一般情况下，水力发电站依靠压力进水，河岸或者湖泊的环境都非常好，选择进水口深度比较大的，洞室下的高程要超过水库的淤积高程的，如果想避免进水口前出现漩涡现象或者倒吸，吸入漂浮物，引起振动和噪音，影响水电站的正常发挥，需要有一定的淹没水深，按下列公式可以估算得到。淹没的深度计算： 公式4-2公式里： 的含义是：不产生吸漩涡的最大水深度 的含义是：计算常数，通常是由人们的经验所得到的，常数的范围在之间。选取通常有

42、两种情况：（1）对称状态，取。（2）侧面状态，取，本实验选择的计算常数为 的含义是：流动水在闸门断面处的速度，因为闸门的面稍微大于水洞的面，所以速度就变得比较小了： 实验取 的含义是：闸门孔的高度值，本设计取通过计算得到：考虑到外界的因素干扰，如大风大浪，选取因此进水口底板高程：=370-10.0=360m由于XJB水电站位于严寒地区，因此有必要考虑冻结的影响，可在栅面上通过50V以下的电流，可形成回路并使栅条发热。4.1.4进口设备拦污设备的功能是使机组正常运行。1）设计合适的拦污栅：如果想要让进水口的流通顺畅，就不能让一些杂物堵在进水口处，一定要在进水口的位置上安放一个拦污栅，保证拦污栅的

43、位置竖直摆放，也就是和地面所成的角是直角，要保证水流通过拦污栅速度不超过一定的界限，尽可能的降低日后工人清理垃圾和杂物的难度，通过速度最好小于，本设计选择水流速度是。所以，其面积大小等于： m2 式4-3 其中 为水轮机最大引用流量m3/s2）闸门设计：。检修闸门：为了方便检修，取为2。 的计算水体流动会通过压力管道，其可以把三个部位的水都集中到水轮机管道里，这三个部分是（1）压力前池（2）水库（3）调压室。最大的不同之处是它包括了水力发电站的的大部分或全部水头，此外，坡度陡峭，内部水压较大，同时也受到了水的冲击的干扰，而且离工厂的位置不是特别远，如果压力管道受损，这会给厂房造成很大危险。所以

44、，保证压力管道的结实度是非常关键的。那么就要选择合适的材料正确的设计方法。此设计为混凝土坝式厂房的设计，设计水头为100m，此设计较高，并且考虑到钢的高强度和良好的抗渗性，因此，使用钢衬混凝土衬砌管道。压力管道向多个单元供水，本设计采用单元供水模式。每个单元都有供水压力管道，不设下阀门，结构简单，灵活性好，工作可靠，当管道检修或发生事故时，只有一个单元受到影响，其他单元将照常工作。另外，单元供水管易制造，无岔管，但管道在平面上占用面积大，成本高。明管的布局，由于设计水头较大，因此设计采用纵向引进的方式，一旦钢管破裂，可避免水流直冲厂房。4.2.1 压力管道的布置结合实际情况进行分析，机组到厂房

45、之间的长度是米，所以把管道的间距设为米，取压力管道的半径为米，开挖的长度要在以内，所以管道的厚度在以内，与分岔起点位置的岩壁距离是左右，尽管厚度不是特别大，可是围岩的质量特别好，能够通过建造的混凝土来实现。通过平面设计，从调压室开始，经过角的分隔，取平面线为，。通过合适的位置转弯，防止出现难以预料的地址问题，尽可能的达到设计的要求。4.2.2 选择合适的压力管道的直径按照管内流速46，最大不超过7m，选定流速为5m/s，来进行直径确定，用下列公式计算可以得到 式4-3式中： Q为水管引用流量。通过管道的内径数值是，流动的速度是。实际情况下，管道的压力大于计算的压力值是由于：首先，管道太长，而且

46、洞的半径比较大，且管道内水体的流动速度不高，因此水体的流动环境也就发生了改变。其次，向家坝水电站是适中型的水力发电站，水流量不是特别大，但也不是特别小，能够通过比较大的直径来得到源源不断的电力。4.2.3 调节保证计算通过相应的计算，可以知道水轮机每次导叶的开始和关闭所花费的时间是，需要水体的冲击力是牛顿；压力管上的数值是牛顿，机组叶片的最大运转速度是，所以可以达到要求。4.2.4 压力管道的结构设计及稳定计算相关数据：使用常见的碳素钢材，其屈服强度的大小为低度混合的钢材，其屈服强度的大小为，其弹性拉力常数等于，想要保证管道的质量，就要设定管道外外水体产生的压力值等于的水柱高，管道内的水体产生

47、压力值等于水柱高。钢材的弹性模量的大小取。对管道的简单计算：为了保证安全，不管岩石的拉力大小，在受到内部压力的干扰下，压力全部都由钢管承受，计算如下： 公式4-4公式里：的含义是水容重，取值为；的含义：管道内部产生的水体压力，大小取；的含义:压力管的直径取值；的含义：焊缝常数，通常选择；的含义：钢材允许应力，本方案选择低度混合的钢材，取，然后再减少。而且还要把锈蚀钢材、磨损等情况都加以考虑，所以实际情况下管壁的应力要大于计算值，数值约为，所以管道的厚度大小等于而且，设计管壁不仅仅要考虑到厚度的稳定性，还要把一些其他因素加以考虑，比如制造技术、运输的要求等。所以所设计的管壁厚度:不小于，而且还要

48、大于，所以通过锅炉的计算可以算出、结构厚度为，故达到要求。钢管抵抗外力的失稳计算过程如下：（1）受到外界的干扰下，光面管的失稳计算公式： 式4-5公式里：的含义：钢衬的厚度值，为；的含义：钢衬的半径大小，的含义：钢衬屈服强度，3500kg/mm2由以上公式可以计算得到：当光面管外压失稳，安全系数为2.0，即为允许设计外压， 然而外压力所以，光面管达不到抗压的要求，想要提高钢衬的厚度和强度可能会造成经济上的浪费，所以常常会使用加劲环来进行改善。（2）加劲环外压的失稳计算步骤分析加劲环通过外界因素的干扰下，每相隔半米处就会安装一个加劲环，加劲环高，厚度大小等于，使用下面的计算公式： 公式4-6公式

49、里:的含义：钢板的屈服强度，加劲环有效断面,加劲环形心轴处半径，加劲环之间的距离，所以所以施加在加劲环上的最大压力值等于外界水体可以产生的压力大小等于故不满足要求。加劲环间管壁的稳定的计算公式压力常数的最小值等于： 公式4-7 （0.3）外水压力故达到了标准要求。4.2.5 避免地下埋管而发生失稳为了避免稳定性被干扰，我们可以通过降低水体的压力的方法，并且也可以使用排水廊道、孔结合的办法。选择合适的起重设备水力发电站的起重装置有两种：（1）桥式起重机。（2）门式起重机。而桥式起重机又分成：单、双类型。双小车起重机和单小车起重机的区别在于，桥架上有两个小车能够一起使用，也可以单独进行使用，一个小

50、车对应一个吊钩，手动改变起重速度能够通过主、副钩配合使用，如果提升的零件比较大时，可以同时使用两台小车。合适的吊车形式起重部件最大的是262吨的发电机转子，可选用300吨/40的单小车桥式起重机。1） 起重重量可以通过查阅相关数据得知，正常的起重重量等于。2） 跨度大小跨度：指的是起重机的多个中心的间距大小，通常选用为衡量。本设计中跨度设为。3) 起升的高度值起重机的小车都有一个相应的起重机部分。4) 吊钩在生产厂房里，一个起重机的小车都会有主、副钩各一个。要保证主钩可以达到起吊额定就可以。5) 其它主要尺寸，如附表9和附表10所示。确定厂区枢纽布置本设计在确定厂房的总体布局时，需要考虑到一些

51、因素的影响，如地理条件、施工环境等等。外界因素的不同，也就会影响厂房的总体布局以及各个部分的相对位置。主厂房的长度和宽度主要取决于发电机定子季风罩墙、尾水管、水轮机蜗壳和调速系统的布局。同时考虑上部结构和下部结构的组合。上部结构部分主机室也被称为主机间，它是水电站最关键的部分。它的内部布局必须与厂房枢纽各种建筑物协调一致，布局要求合理，易于操作和易于维护。1）确定机组的长度大小:水力发电站的型号不同或者类型不一样，都会影响机组长度，表现在以下几点的不同：（1）发电季风罩的尺寸大小（2）尾水管的尺寸大小（3）蜗壳尺寸等。的运算方法如下： 公式5-1公式里： 的含义：机组段在轴正方向上的长度最大值

52、； 的含义：机组段在轴负方向上的长度最大值。.蜗壳层的计算方法：公式里： 的含义是：混凝土在蜗壳外部的宽度值大小，范围大小是，本设计取值；的含义是：蜗壳在轴正方向上面积的最大值，取；的含义是：蜗壳在轴负方向上面积的最大值，取。故 .尾水管层的L值 公式里： 的含义：宽度值大大小为； 的含义是：混凝土在尾水管侧面的宽度值，范围在，一般体积大的机组选择的为，本设计取。故. 发电机层的L值计算方法： 公式里： 的含义是：风罩内径大小，取值为； 的含义是：机组外罩之间的最短距离，范围大小在。如果机组之间摆放楼梯，范围变为，笔者选；的含义是：风罩壁的厚度，范围在，笔者取。所以在上述计算中，或者取值都选最

53、大的值：在计算时，需要考虑到一些外界因素的影响，故取：图5-1机组的长度图2) 计算边机组段长度大小边机组段的含义：在安装位置上处于不同地点的机组段，在计算是，不仅仅要考虑上面所说的外界因素，还要考虑吊运设备的要求、安装的位置等。装配厂所处的位置在左侧，计算方法如下： 式5-2其中，这里取。3) 安装间计算人们把安装间也叫做装配场，其作用是用来维修厂房的地点。厂房的右侧就是安装间、安装间的高程和交通通道一样高。安装间的宽很大，是为了方便起重机的工作。安装间的长宽确定主要是计算长度，一般情况下，是机组长度一倍到一点五倍，此处取。此外，安装间尺寸大小受到一个单元的大小影响。故，主厂房的总长度的大小

54、等于： 式5-3公式里： 的含义是机组的长度大小； 的含义等于机组总数再去掉一台；的含义是端机长度大小；的含义是安装间的尺寸大小。故 本设计的厂房墙的厚度大小，得.2主厂房宽度的尺寸大小本设计把机组中心做线，可以把主厂房分成：上游下游。 公式5-4 公式5-5公式里： 的含义是从风罩外侧到上游墙的距离大小，本设计选取；的含义是：风罩的厚度大小，范围在，本设计取；的含义是：风罩内径的大小，。所以：下侧的BX，一定要达到上述的标准，而且还要能够达到轴负方向上的蜗壳大小以及蜗壳外侧厚度。若想要在厂房下侧安放电气设备，那就更要达到这些要求，一旦计算出了厂房的尺寸时，要使吊车可以正常的进行跨度，取值为。向家坝水力发电站无其他设备，只需要达到交通标准。下游侧的向家坝水力发电站净宽是：上游侧墙的厚度是；下游侧墙的厚度是；所以发电厂的宽度等于：；副厂房宽度大小等于。下部结构主厂房下部可分为水轮机层尾水管层和蜗壳层等。水轮机所处的位置在蜗壳顶部上面，而又在