S水電站水能規(guī)劃及防洪設計摘要白蓮崖水庫壩址位于淠河西支的漫水河中游，距淠河入淮口189千米，下游26千米為已建的佛子嶺水庫，流域面積745平方公里。該水庫是一座以防洪為主、兼顧發(fā)電和灌溉的大（2）型水利樞紐工程，其主要防洪任務是和佛子嶺、磨子潭水庫進行聯(lián)合調(diào)度，從而提高下游佛子嶺水庫的防洪標準。白蓮崖水庫為年調(diào)節(jié)水庫，正常蓄水位為210m，死水位為190m，保證出力為0.47萬kW，多年平均發(fā)電量為9910.37萬kW?h。防洪標準按百年一遇洪水設計、千年一遇洪水校核，設計洪水位為211m，設計最大下泄流量4909.3m3/s；校核洪水位為217.4m，校核最大下泄流量9227.5m3/s；下游安全泄量為4000m3/s。白蓮崖水電站重力壩非溢流壩段的壩頂高程為220m，壩頂寬度為10m，最大壩高為90m；溢流壩段堰頂高程為202.5m，溢洪道凈寬為60m，采用挑流消能，平面閘門高為6m。水電站裝機容量為10萬kW，兩臺機組，單機容量為5萬kW。水輪機型號為HL220-LJ-380；廠房為壩后式，主廠房總長53.6m，總寬21.2m，機組安裝高程為144.875m。關(guān)鍵詞：興利調(diào)節(jié)；電力電能平衡；調(diào)洪演算；防洪設計；擋水建筑物；泄水建筑物；水輪機；壩后式廠房目錄摘要 I目錄 III第一章基本資料 11.1流域概況與電站位置 11.2水文與氣象 11.3工程地質(zhì) 81.4電力系統(tǒng)負荷資料 91.5其他資料 91.6設計任務 10第二章水能規(guī)劃 112.1水文資料分析 112.1.1年徑流頻率分析 112.1.2水庫調(diào)節(jié)性能判斷 142.2水能指標分析 142.2.1確定調(diào)節(jié)流量 142.2.2計算保證出力和多年平均年發(fā)電量 152.2.3復核水庫調(diào)節(jié)性能 172.3裝機容量選擇 182.3.1電力負荷圖 182.3.2確定最大工作容量N"水工 232.3.3確定各種備用容量 242.3.4確定重復容量 252.3.5確定裝機容量 252.3.6電力電能平衡圖 262.4防洪設計 272.4.1防洪設計標準 272.4.2泄水建筑物方案擬選 272.4.3泄流量計算 282.4.4確定安全泄量 292.4.5防洪調(diào)度設計 30第三章樞紐布置及擋水、泄水建筑物設計 333.1工程等級確定 333.2樞紐主要組成建筑物及樞紐布置 333.3非溢流壩剖面設計 333.3.1剖面設計計算 333.3.2構(gòu)造設計 353.3.3穩(wěn)定與強度復核 363.4溢流壩剖面設計 403.4.1剖面設計計算 403.4.2構(gòu)造設計 433.4.3穩(wěn)定與強度校核 43第四章水電站廠房設計 464.1特征水頭的確定 464.2水輪機選型 474.3.1水輪機主要參數(shù)的選擇 474.3.2水輪機方案的比較分析 494.3蝸殼、尾水管設計 504.3.1蝸殼設計 504.3.2尾水管設計 524.4水輪發(fā)電機選型 524.4.1發(fā)電機型式選擇 524.4.2主要尺寸估算 534.4.3外形尺寸估算 544.4.4發(fā)電機重量估算 564.4.5發(fā)電機尺寸和重量計算結(jié)果 564.5起重設備選擇 574.6油壓設備和調(diào)速裝置 574.6.1調(diào)速功的計算 574.6.2接力器的選擇 574.6.3調(diào)速器的選擇 584.6.4油壓裝置的選擇 584.7主廠房主要尺寸的確定 594.7.1主廠房長度L 594.7.2主廠房寬度B 604.7.3主廠房各層高程的確定 614.8廠房布置 62參考書目 63第一章項目來源自擬選定第二章水能規(guī)劃2.1水文資料分析2.1.1年徑流頻率分析按照水文年度進行年徑流分析，即原則上在一個水文年度內(nèi)降雨和它產(chǎn)生的徑流不被分割在兩個年度內(nèi)。已知白蓮崖水電站水庫1950年1月至2002年12月期間歷年逐月平均流量資料，考慮大多數(shù)年份的徑流變化特性，擬定水文年為每年3月至次年2月，可得1950年3月至2002年2月共52個水文年的逐月平均流量資料。對該52年的年徑流資料進行頻率分析，采用目估適線法估計頻率曲線參數(shù)，總體分布曲線選定為皮爾遜=3\*ROMANIII型。以期望公式來估計經(jīng)驗頻率 P=mn+1式中m是大于等于x的次數(shù)（即序數(shù)）；n是樣本容量，此處n=52。根據(jù)徑流數(shù)據(jù)，多年平均流量x=19.5m3/s，頻率計算見表2-1。表2-1白蓮崖水電站年徑流量頻率計算表水文年平均流量降序排列（m3/s）序號經(jīng)驗頻率P（%）模比系數(shù)Ki=Xi/（Ki-1）^21954~195541.511.892.12821.27281991~199241.523.772.12821.27281969~197031.835.661.63080.39791983~19843147.551.58970.34771980~198129.859.431.52820.2791963~196427.6611.321.41540.17261975~197627.5713.211.41030.16831996~199726.2815.091.34360.11811977~197824.9916.981.27690.07671956~195724.31018.871.24620.06061952~195323.51120.751.20510.04211987~198823.21222.641.18970.0361953~195423.11324.531.18460.03411962~196323.11426.421.18460.03411993~199423.11528.31.18460.03411989~1990231630.191.17950.03221990~200022.71732.081.16410.02691958~195921.71833.961.11280.01271964~196521.71935.851.11280.01271970~197120.82037.741.06670.00441982~198320.72139.621.06150.00381981~198220.62241.511.05640.00321971~197220.32343.41.0410.00171955~195620.22445.281.03590.00131960~196120.12547.171.03080.00091972~197319.62649.061.005101984~198519.32750.940.98970.00011950~1951192852.830.97440.00071973~197418.82954.720.96410.00131985~198617.93056.60.91790.00671957~195817.83158.490.91280.00761959~196017.63260.380.90260.00951986~198717.43362.260.89230.01161951~195217.23464.150.88210.01391995~199616.53566.040.84620.02371961~196215.63667.920.80.041988~198915.33769.810.78460.04641998~1999153871.70.76920.05331974~197514.93973.580.76410.05561994~199514.54075.470.74360.06571968~196912.84177.360.65640.11811979~198012.84279.250.65640.11811967~196811.34381.130.57950.17681990~199111.24483.020.57440.18111966~196710.94584.910.5590.19452000~200110.64686.790.54360.20831997~199810.54788.680.53850.2131976~197710.24890.570.52310.22741965~19669.64992.450.49230.25782001~20028.35094.340.42560.32991992~19938.15196.230.41540.34181978~19796.45298.110.32820.4513變差系數(shù)Cv的近似無偏估計量為 CV=根據(jù)式（2-2）計算得Cv=0.386，取Cv=0.4。偏態(tài)系數(shù)Cs根據(jù)經(jīng)驗假定為Cv的某一倍數(shù)，取Cs分別為1.5Cv、3Cv、5Cv來進行配線計算。頻率曲線選配計算見表2-2，頻率曲線圖見圖2-1。表2-2頻率曲線選配計算表頻率P（%）第一次配線第二次配線第三次配線Cv=0.4Cs=Cv=0.4Cv=0.4Cs=1.5Cv=0.6Cv=0.4Cs=2Cv=0.8KpXpKpXpKpXp12.0539.982.140.952.1642.1221.937.051.9437.831.9838.6151.733.151.7233.541.7433.93101.5329.841.5329.841.5430.03201.3325.941.3225.741.3125.55500.9718.920.9618.720.9518.53750.7214.040.7113.850.7113.85900.519.950.5210.140.5310.34950.397.610.428.190.458.78990.193.710.254.880.35.85圖2-1白蓮崖水電站年徑流量頻率曲線根據(jù)圖2-1可知，頻率曲線1和2首尾偏于經(jīng)驗點據(jù)之下；頻率曲線3與經(jīng)驗點據(jù)配合較好，取為最后采用的頻率曲線，其參數(shù)為：x=19.5m3/s，Cv=0.4，Cs=2Cv=0.8。由頻率曲線查得，設計枯水年平均流量為Q（P=90%）=10.9m3/s,設計平水年平均流量為Q（P=50%）=18.8m3/s,設計豐水年平均流量Q（P=10%）=29.8m3/s?？紤]最不利年內(nèi)分配,選擇設計枯水年為1966年3月至1967年2月；選擇設計平水年為1973年3月至1974年2月,設計豐水年為1980年3月至1981年2月。三個設計代表年的年徑流過程見表2-3。表2-3設計枯、平、豐水年年徑流分配表單位:m3/s月份三四五六七八九十十一十二一二設計枯水年13.126.623.216.631.31.31.41.52.72.33.86.5設計中水年25.230.132.639.729.412.132.26.12.82.12.910.1設計豐水年21.717.413.747.987.212118.69.43.72.73.3112.1.2水庫調(diào)節(jié)性能判斷先用庫容系數(shù)β初步判定調(diào)節(jié)能力 β=V興/ V興=式中V興是興利庫容，m3W年是多年平均來水量，m由水文資料得，W年=6.15億m3/s；由水位庫容關(guān)系曲線查得V正計算得β=18.08%∈（8%,30%），初步判定該水庫為年調(diào)節(jié)水庫。2.2水能指標分析2.2.1確定調(diào)節(jié)流量年調(diào)節(jié)水電站可根據(jù)三個設計代表年進行完全年調(diào)節(jié)的情況，以確定完全年調(diào)節(jié)所需的調(diào)節(jié)流量。當不計入水量損失時 Q調(diào)=（W Q調(diào)'=（式中Q調(diào)和Q調(diào)'分別是供水期和蓄水期的調(diào)節(jié)流量，m3W設供和W天蓄分別是供水期和蓄水期的來水總量，m3·月/T供和T三個設計代表年的年徑流過程見表2-3，分別根據(jù)式（2-3）和式（2-4）求出蓄水期和供水期以及相應的調(diào)節(jié)流量，計算結(jié)果見下表。表2-4設計枯、平、豐水年各時段調(diào)節(jié)流量匯總表設計枯水年設計平水年設計豐水年供水期8月～次年2月10月～次年2月10月～次年2月Q調(diào)8.82613.2614.48蓄水期4月～7月3～7月7～8月Q調(diào)13.85522.9482.96不供不蓄期3月8～9月3～6、9月2.2.2計算保證出力和多年平均年發(fā)電量保證出力N保的計算采用設計枯水年法，取該供水期的平均出力作為年調(diào)節(jié)水電站的保證出力。月平均出力 N=AQ（Z式中A=9.81η，取A=8.0，則η=0.815。多年平均年發(fā)電量E年采用三個代表年法進行估算 E年三個設計代表年的出力及發(fā)電量計算分別見表2-5～2-7。表2-5設計枯水年電站出力及發(fā)電量計算時段/月三四五六七八九十十一十二一二Q天m3/s21.717.413.747.987.212118.69.43.72.73.311Q調(diào)21.717.413.747.982.9682.9618.614.4814.4814.4814.4814.48ΔQ00004.2438.040-5.08-10.78-11.78-11.18-3.48ΔW億m300000.11210-0.134-0.284-0.31-0.294-0.092V初1.0351.0351.0351.0351.0351.1462.1462.1472.0131.731.421.126V末1.0351.0351.0351.0351.1462.1462.1462.0131.731.421.1261.035Z初m209.6209.6209.6209.6209.6209.6210210210209.8209.7209.6Z末209.6209.6209.6209.6209.6210210210209.8209.7209.6209.6Z上209.6209.6209.6209.6209.6209.8210210209.9209.8209.7209.6Z下133.7133.6133.5134.1134.4134.4133.7133.5133.5133.5133.5133.5H75.8675.9776.0875.5275.2475.4576.3476.4476.3676.2576.1476.07N萬kW1.3171.0570.8342.8944.9945.0081.1360.8850.8850.8830.8820.881E水萬kW·h961.4771.9608.7211236453655829.3646.4645.8644.8643.9643.3表2-6設計平水年電站出力及發(fā)電量計算時段/月三四五六七八九十十一十二一二Q天m3/s25.230.132.639.729.412.132.26.12.82.12.910.1Q調(diào)22.9422.9422.9422.9422.9412.132.213.2613.2613.2613.2613.26ΔQ2.267.169.6616.766.4600-7.16-10.5-11.2-10.4-3.16ΔW億m30.0590.1880.2540.4410.1700-0.19-0.28-0.29-0.27-0.08V初1.0351.0941.2821.5361.9772.1472.1472.1471.9591.6841.391.118V末1.0941.2821.5361.9772.1472.1472.1471.9591.6841.391.1181.035Z初m190191.3195.5200.9207.6210210210207.3203.2198191.9Z末191.3195.5200.9207.6210210210207.3203.2198191.9190Z上190.7193.4198.2204.2208.8210210208.7205.3200.6194.9190.9Z下133.7133.7133.7133.7133.7133.5133.9133.5133.5133.5133.5133.5H56.9259.6964.4770.575.0676.5476.1475.1771.867.161.457.42N萬kW1.0451.0951.1831.2941.3780.7411.9610.7970.7620.7120.6510.609E水萬kW·h762.5799.7863.7944.51006540.81432582.1556519.6475.5444.7表2-7設計豐水年電站出力及發(fā)電量計算時段/月三四五六七八九十十一十二一二Q天m3/s21.717.413.747.987.212118.69.43.72.73.311Q調(diào)21.717.413.747.982.9682.9618.614.4814.4814.4814.4814.48ΔQ00004.2438.040-5.08-10.8-11.8-11.2-3.48ΔW億m300000.11210-0.13-0.28-0.31-0.29-0.09V初1.0351.0351.0351.0351.0351.1462.1462.1472.0131.731.421.126V末1.0351.0351.0351.0351.1462.1462.1462.0131.731.421.1261.035Z初m209.6209.6209.6209.6209.6209.6210210210209.8209.7209.6Z末209.6209.6209.6209.6209.6210210210209.8209.7209.6209.6Z上209.6209.6209.6209.6209.6209.8210210209.9209.8209.7209.6Z下133.7133.6133.5134.1134.4134.4133.7133.5133.5133.5133.5133.5H75.8675.9776.0875.5275.2475.4576.3476.4476.3676.2576.1476.07N萬kW1.3171.0570.8342.8944.9945.0081.1360.8850.8850.8830.8820.881E水萬kW·h961.4771.9608.7211236453655829.3646.4645.8644.8643.9643.3由表2-5數(shù)據(jù)可得，N保供=0.47萬kW，E保供=2387.44萬kW·h。由表2-5～2-7數(shù)據(jù)可得2.2.3復核水庫調(diào)節(jié)性能以對設計枯水年按等流量進行完全年調(diào)節(jié)所需興利庫容V完為界限，當實際興利庫容小于V完時，為年調(diào)節(jié)水庫。V完 V完=Q式中Q設年為設計枯水年平均天然流量，m3T枯W設枯為設計枯水年枯水期來水總量，m3由表2-3數(shù)據(jù)可得，Q設年=10.9m3/s，T枯=7×2.63×8106s，W設枯=19.5×2.63×106故判明該水庫確屬年調(diào)節(jié)。2.3裝機容量選擇2.3.1電力負荷圖（1）根據(jù)電力系統(tǒng)負荷資料，每個季度的典型日負荷圖采取同樣的百分比，按比例得到各個月的24小時的負荷變化情況，具體數(shù)據(jù)見表2-8。表2-8各月典型日最大負荷變化列表單位：萬kW時序1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月139.8939.0738.537.6836.8636.0336.8537.6738.539.3240.1440.7238.8138.0237.436.635.8134.9635.7536.5437.438.238.9939.6337.7336.9636.335.5334.7633.8834.6535.4236.337.0737.8438.5436.6535.935.234.4533.732.833.5534.335.235.9536.737.4538.8138.0236.335.5334.7633.8834.6535.4236.337.0737.8439.6639.8939.0738.537.6836.8636.0336.8537.6738.539.3240.1440.7743.1242.2440.739.8338.9738.1839.0539.9240.741.5742.4344847.4346.4642.941.9941.0740.3341.2542.1742.943.8144.7348.4951.7450.6947.346.2945.2944.145.146.147.348.3149.3152.81049.5948.5846.245.2244.2343.024444.9846.247.1848.1750.61147.4346.464443.0642.1341.4142.3543.294444.9445.8748.41245.2844.3542.941.9941.0740.3341.2542.1742.943.8144.7346.21343.1242.2441.840.9140.0239.2640.1541.0441.842.6943.58441444.243.34443.0642.1341.4142.3543.294444.9445.8745.11545.2844.3545.144.1443.1842.4843.4544.4245.146.0647.0246.21646.3545.4146.245.2244.2343.024444.9846.247.1848.1747.31748.5147.5247.346.2945.2944.145.146.147.348.3149.3149.51850.6749.6349.548.4547.3946.2547.348.3549.550.5551.6151.71953.952.851.750.649.548.449.550.651.752.853.9552052.8251.7450.649.5248.4547.3248.449.4850.651.6852.7553.92150.6749.6348.447.3746.3445.1746.247.2348.449.4350.4651.72248.5147.5247.346.2945.2944.145.146.147.348.3149.3149.52344.243.34443.0642.1341.4142.3543.294444.9445.8745.12442.0441.1840.739.8338.9737.6438.539.3640.741.5742.4342.9Nmax53.952.851.750.649.548.449.550.651.752.853.955N45.2844.3543.4542.5241.640.6541.5742.543.4544.3845.346.2（2）日電能累積曲線根據(jù)表2-8的數(shù)據(jù)，進行日累積電能的計算，從而在日負荷圖中進行日電能累積曲線圖的繪制。圖2-21月典型日負荷圖與日電能累積曲線圖2-32月典型日負荷圖與日電能累積曲線圖2-43月典型日負荷圖與日電能累積曲線圖2-54月典型日負荷圖與日電能累積曲線圖2-65月典型日負荷圖與日電能累積曲線圖2-76月典型日負荷圖與日電能累積曲線圖2-87月典型日負荷圖與日電能累積曲線圖2-98月典型日負荷圖與日電能累積曲線圖2-109月典型日負荷圖與日電能累積曲線圖2-1110月典型日負荷圖與日電能累積曲線圖2-1211月典型日負荷圖與日電能累積曲線圖2-1312月典型日負荷圖與日電能累積曲線2.3.2確定最大工作容量N"水工由于白蓮崖電站屬于年調(diào)節(jié)電站，在確定最大工作容量時，應該以其在設計枯水年供水期所提供的保證電能為控制條件，讓水電站在整個供水期承擔系統(tǒng)的峰荷。先假定三個水電站最大工作容量方案N水工1"=6萬kW、N水工2"=6.2萬kW、N水工3"=6.5萬kW，在各月的典型日電能累積曲線上分別定出相應的日電能量E水日i，以及各月月電能E月水電站各個最大工作容量N水工"方案與其相應的供水期保證電能E保供的關(guān)系曲線見圖2-14，根據(jù)設計枯水年供水期內(nèi)保證電能從關(guān)系曲線查出年調(diào)節(jié)水電站的最大工作容量N水工圖2-14最大工作容量的確定 表2-9設計枯水年供水期各月最大工作容量N6.1供水期8910111212最大負荷50.651.752.853.95553.952.8水平線48.948.948.948.948.948.948.9N1.72.83.956.153.9E2.285.18.8614.3523.515.999.99E69.312155.04269.344436.24714.4486.096303.6962.3.3確定各種備用容量（1）負荷備用容量N取系統(tǒng)最大負荷的5%左右，得N系備=2.8萬kW，此容量全部由白蓮崖水電站承擔，即N水負（2）事故備用容量N取系統(tǒng)最大負荷的10%左右，得N系事由于系統(tǒng)最大工作容量N系工"=55萬kW，前面定出N水工"=6.1萬kW，可得N火工"（3）檢修備用容量N暫不考慮水電站的檢修備用容量，即N水備=0萬kW。由于火電站機組平均每臺檢修時間較長，且火電站機組較多，所以設置3萬kW的檢修備用容量，即（4）必須容量N必須容量是最大工作容量和備用容量的總和，即N系必=66.3萬kW，N水必=9.5萬kW（5）事故備用庫容V事備在水電站中，考慮到事故備用容量的使用時間較長，通過式（2-8）來計算相應的事故備用庫容 V事備= N必=A Hmin=式中T取連續(xù)工作10d（240h）；由V死+1QT和由式（2-9）試算可得Z下帶入式（2-8）計算可得V事備2.3.4確定重復容量由表2-5～2-7知，三個設計代表年所有月份的N均小于N水必2.3.5確定裝機容量裝機容量是必須容量和重復容量的總和，在一定范圍內(nèi)進行取整，故取N系裝=67萬kW，N水裝=10萬kW取水電站機組為2臺×5萬kW。取火電站機組為8臺×5.5萬kW；2臺×4萬kW；1臺×3萬kW；1臺×2萬kW。2.3.6電力電能平衡圖根據(jù)已經(jīng)求出的電力系統(tǒng)、水電站及火電站裝機容量等其它容量，可得電力系統(tǒng)的容量平衡及電能平衡表如下：表2-10水電站容量平衡表單位：萬kW月份123456789101112電力系統(tǒng)裝機容量676767676767676767676767工作容量53.952.851.750.649.548.449.550.651.752.853.955負荷備用容量2.82.82.82.82.82.82.82.82.82.82.82.8事故備用容量5.55.55.55.55.55.55.55.55.55.55.55.5受阻容量000000000000檢修容量45.55.55.55.55.55.575.55.543空閑容量0.80.41.52.63.74.83.71.11.50.40.81水電站裝機容量101010101010101010101010工作容量53.94.95.15.25.45.61.72.83.956.1負荷備用容量2.82.82.82.82.82.82.82.82.82.82.82.8事故備用容量2.23.32.32.121.81.60.54.43.32.21.1受阻容量000000000000檢修容量000000050000空閑容量0.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.00.0火電站裝機容量575757575757575757575757工作容量48.948.946.845.544.34343.948.948.948.948.948.9負荷備用容量000000000000事故備用容量3.32.23.23.43.53.73.951.12.23.34.4檢修容量45.55.55.55.55.55.525.55.543空閑容量0.80.41.52.63.74.83.71.11.50.40.80.7表2-11電能平衡表單位：萬kW·h月份123456789101112電力系統(tǒng)33054.432375.531718.531039.63036829674.530346.13102531719323973306933726水電站486.1303.7440.8495.8530.5561.8595.869.3155269.3436.2714.4火電站32568.332071.831277.730543.829837.529112.729750.330955.731564321283263333012圖2-15電力系統(tǒng)平衡圖2.4防洪設計2.4.1防洪設計標準由于水庫總庫容在1～10億m3之間，裝機容量為10WkW=100MW，根據(jù)《水利水電樞紐工程等級劃分及設計標準》確定本工程工程等級為二等，工程規(guī)模為大（2）型，主要建筑物為2級，次要建筑物為3級。永久性水工建筑物的設計洪水的標準取為百年一遇（P=1%），校核洪水標準取為千年一遇（P=0.1%）。下游防洪標準小于建筑物的設計標準，本次設計按五十年一遇的標準進行。所需要的白蓮崖水庫各頻率設計洪水過程線從表1-2中提取。2.4.2泄水建筑物方案擬選正常蓄水位為210m，擬取低于該水位下2m作為防洪限制水位（208m），以此作為起調(diào)水位。采用閘門控制的溢洪道和中孔進行泄流。根據(jù)給定資料知溢流壩前緣總寬B=60m。取6孔，每孔寬10m。查《SL-74-2019水利水電工程鋼閘門設計規(guī)范》得推薦閘門高度范圍為4～13m，安全超高為0.5m，取閘門高為6m。擬取壩頂高程為202.5m。泄洪孔取4孔，每孔面積5×5，洞心高程為180m，低于死水位。2.4.3泄流量計算根據(jù)水庫容積水位關(guān)系曲線和泄洪建筑物方案，求出水庫下泄流量和庫容之間的關(guān)系。同時，考慮水電站滿負荷發(fā)電方式運行，求水庫水位與水電站發(fā)電流量之間的關(guān)系。進而求得水庫水位與水庫總泄量之間的關(guān)系Z~Q。各流量計算公式見下式。溢洪道 q1=泄洪孔 q2=水輪機（兩臺機組滿發(fā)） q3=式中實用堰的流量系數(shù)m=0.42～0.5，取m=0.5；取側(cè)收縮系數(shù)ε=0.9，淹沒系數(shù)σ=1；堰上水頭h1=Z上-202.5；孔口出流系數(shù)μ1=0.75；ω為孔口出流面積；孔口中心水頭h2=Z上-180；A=8；h3=Z上-Z下。泄流量計算結(jié)果見下表，并作出上游庫水位與下泄流量之間的關(guān)系曲線（見圖2-16）。表2-12上游水位-總下泄流量關(guān)系曲線（B=60m）Z上Z下h1q1h2q2h3q3∑qV202.5137.750022.51528.3364.75193.051721.381.637203137.850.542.28231545.2265.15191.861779.371.6681204138.181.5219.72241578.4565.82189.911988.081.7304205138.642.5472.7625161166.36188.372272.131.7926206139.143.5783.13261642.9066.86186.962612.991.8635207139.64.51141.69271674.2067.4185.463001.351.9344208140.25.51542.68281704.9267.8184.373431.972.0052209140.866.51981.99291735.1068.14183.453900.532.0761210141.657.52456.54301764.7668.35182.894404.182.1470211142.58.52963.87311793.9368.5182.484940.292.2268212143.39.53502.00321822.6468.7181.955506.592.3066213144.110.54069.26331850.9068.9181.426101.582.386421414511.54664.21341878.7369181.166724.102.4662215145.912.55285.62351906.1669.1180.907372.682.5460從表1-12中可知，Z限圖2-16庫水位與下泄流量關(guān)系曲線2.4.4確定安全泄量對五十年一遇洪水進行調(diào)洪演算時，起調(diào)水位為防洪限制水位208m，相應庫容為2.0052億m3，相應下泄能力為3432m3/s。當來水流量小于3432m3/s時，可通過閘門控制下泄流量，使下泄流量等于來水量，維持防洪限制水位；當來水流量大于3432m3/s時，不能再維持防洪限制水位，水位被迫上升，水庫按下泄能力下泄，所能達到的最高水位對應的流量為下游安全泄量。試算得到下游安全泄量為4231.57m3/s。實際選用比計算值稍小的泄量值作為安全泄量，即取q安=4000m3/s，此時對應的水位為209.23m，庫容為2.11億m3。2.4.5防洪調(diào)度設計考慮安全泄量，再次對五十年一遇、百年一遇、千年一遇的洪水過程線進行調(diào)洪計算。當來水流量小于3432m3/s時，可通過閘門控制下泄流量，使下泄流量等于來水量，維持防洪限制水位；當來水流量大于3432m3/s時，不能再維持防洪限制水位，水位被迫上升，水庫按下泄能力下泄；當水位高于209.23m、下泄流量大于下游允許泄流量4000m3/s時，控制閘門，使流量維持在安全下泄流量4000m3/s，此時水位將會先增高后降低，計算的最高水位分別為防洪高水位、設計洪水位和校核洪水位；當水位降至防洪限制水位208m時，通過閘門控制下泄流量，使下泄流量等于來水量，維持防洪限制水位。圖2-1750年一遇的洪水調(diào)度設計圖2-18百年一遇的洪水調(diào)度設計圖2-19千年一遇的洪水調(diào)度設計通過試算得到的特征水位及相應的數(shù)據(jù)見下表：表2-13特征水位特征水位（m）下泄流量（m3/s）下游水位（m）防洪限制水位2083432140.2防洪高水位209.74228.5141.4正常蓄水位2104379.7141.6設計洪水位2114909.3142.5校核洪水位217.49227.5148.5

第三章樞紐布置及擋水、泄水建筑物設計3.1工程等級確定本工程工程等級為二等，工程規(guī)模為大（2）型，主要建筑物為2級，次要建筑物為3級。3.2樞紐主要組成建筑物及樞紐布置（1）主要組成建筑物由基本資料可知，主要組成建筑物為混凝土重力壩、混凝土溢流壩和壩后式水電站廠房。（2）樞紐布置壩軸線為直線。溢流壩布置于河床中部，兩側(cè)為非溢流壩段，溢流壩和非溢流壩的上游面保持相平，下游傾斜面也保持相平。具體信息詳見樞紐總體布置圖。3.3非溢流壩剖面設計3.3.1剖面設計計算3.3.1.1確定壩頂高程非溢流壩的壩頂距離水庫靜水位應保留一個安全超高的高度，即Δ?。本次設計分別計算設計洪水位和校核洪水位加上相應的安全超高的高度，并取其最大值。 壩頂高程=max設計洪水位+Δ? Δ?=?1%+式中?1%為累積頻率為1%的波浪爬高，m，用官廳水庫公式?z為波浪中心線高于靜水位的高度，m，用公式??c為安全超高，m，查《水工設計手冊》得正常情況hc=0.5m，校核情況hc=0.4m最終計算結(jié)果見表3-1。表3-1壩頂高程計算表單位：m水位h1%hzhc壩頂高程最終壩頂高程壩高設計洪水2110.870.30.5212.6722090校核洪水217.40.870.30.4218.973.3.1.2基本剖面的設計基本剖面為上游壩面鉛直（λ=0）的三角形剖面，已設計壩高為90m，現(xiàn)來根據(jù)設計的壩高H求得滿足壩基面穩(wěn)定和應力條件的最小壩底寬度B。（1）滿足應力控制條件的最小底寬： B=Hγc式中H是壩高，H=90m；γc為壩體材料容重，取γγo為水容重，取γo＝10kN/mα1為揚壓力折減系數(shù)，取α算得B=61.5m。（2）滿足穩(wěn)定條件的最小底寬： B=KHf（γ式中K為抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)，設計工況下K＝1.05，校核工況下K=1.00；f為滑動面上的抗剪摩擦系數(shù)，選取底裂面f＝0.65。算得設計工況的B=69.2m，校核工況的B=65.9m。（3）壩底寬度的確定綜上，B取較大值，故取B=70m，則m=0.778。3.3.1.3實用剖面尺寸的確定（1）壩頂寬度取壩高的8%~10%，且不小于3m，故取壩頂寬度為10m。（2）剖面形態(tài)采用上游壩面上部鉛直，下部傾斜的剖面形態(tài)。上游折坡的起坡點在壩高的1/3~2/3處，取于壩高的1/3處；上游折坡n取0.2。最終壩底寬度B=70+90/3×0.2=76m。圖3-1非溢流壩剖面圖3.3.2構(gòu)造設計3.3.2.1廊道設置（1）基礎帷幕灌漿廊道基礎帷幕灌漿廊道沿縱向布設在壩踵附近，以便有效地降低滲透壓力。廊道寬度一般為2.5~3m，高度約為3.0~4.0m，取廊道寬為3m，高為3.5m。廊道上游壁到上游壩面的距離應不小于0.05~0.1倍水頭（按校核水頭87.4m，距離不小于4.37~8.74m），且不小于4~5m，以免滲透坡降過大使混凝土受到破壞，也不致惡化廊道。取為7m。廊道底面至基巖面的距離宜不小于1.5倍底寬，以防廊道底板被灌漿壓力掀動開裂。故廊道底面距基巖面得距離取為7m。（2）基礎排水廊道基礎排水廊道沿縱橫兩個方向布置，且直接設在壩底基巖面上。廊道寬度一般為1.5~2.5m，高度為2.2~2.5m，取寬為2.0m，高為2.5m。（3）縱向排水廊道縱向排水廊道一般靠近壩的上游側(cè)每隔15~30m高差設一層，其上游壁離上游壩面的距離應不小于0.05~0.1倍水頭作用，且不得小于3m。本設計取每20m高差設一層縱向排水廊道，其上游壁距上游壩面7m。取寬2.0m，高2.5m。3.3.2.2壩體排水為了減小滲水對壩體得有害影響，降低壩體中的滲透壓力，在靠近上游壩面處設置排水管，將壩體滲水排入廊道，再由廊道匯集于集水井，用水泵排向下游。排水管至上游壩面的距離約為水頭的1/15~1/25（按設計水頭，5.83~3.5），且不小于2m。取為7m。排水管管內(nèi)徑取為20cm。3.3.3穩(wěn)定與強度復核3.3.3.1荷載計算與荷載組合（1）主要荷載作用在非溢流壩上的主要荷載有壩體自重、上下游靜水壓力、揚壓力和浪壓力，本次設計只考慮這四種荷載。（2）荷載標準值計算取單寬壩體進行計算與復核。a.壩體自重 W=γcV式中γc為壩體材料容重，取γV為單寬壩體的體積，m3b.靜水壓力水平壓力 Px=12垂直壓力 Py=γ0式中γo為水容重，取γH為水深，m；V為折坡上水的體積，m3c.壩基揚壓力壩踵揚壓力 U1=壩趾揚壓力 U2=排水孔中心線揚壓力 U3=γ0式中H1H2α為揚壓力折減系數(shù)，取α=0.25。d.壩體揚壓力取揚壓力折減系數(shù)α=0.2。e.浪壓力由于壩前水深遠大于半波長，即H>L Pw=14（3）荷載組合本次設計考慮基本組合、偶然組合和運用期情況。表3-2非溢流壩荷載組合表自重靜水壓力揚壓力浪壓力基本組合正常蓄水位★★★★偶然組合校核洪水位★★★★運用期正常蓄水位★★★★注：表中每一種荷載組合情況均要對壩基面和折坡面分別進行計算檢驗。3.3.3.2抗滑穩(wěn)定分析本部分設計內(nèi)容在基本組合和偶然組合兩個工況下進行承載能力極限狀態(tài)分析，針對壩基面進行壩體混凝土與巖基接觸面的抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)，針對折坡面進行混凝土層間的抗滑穩(wěn)定極限狀態(tài)。作用效應函數(shù)為使得大壩產(chǎn)生滑動的力，包括水壓力、浪壓力等；阻止大壩滑動的力即為抗力函數(shù)，包括摩擦力，凝聚力等。壩基面 S?=P R?=f折坡面 S?=P R?=f安全時 γ0ψS式中、WR是壩基面上水平作用和鉛直作用的設計值之和，，由標準值乘對應的分項系數(shù)得到，以右、下方向為正方向；PC、WC是折坡面上水平作用和鉛直作用的設計值之和，fR'、fC'分別是壩基面和折坡面上的抗剪斷摩擦系數(shù)的設計值，由標準值除以分項系數(shù)γm1=1.7CR'、CC'分別是壩基面和折坡面上的抗剪斷凝聚力，kPa，由標準值除以分項系數(shù)γm2=2AR、AC分別是壩基面或折坡面面積，γ0為結(jié)構(gòu)安全性系數(shù)，二級壩取ψ為設計狀況系數(shù)，基本組合下為持久設計狀況，取ψ=1.0；偶然組合下為短暫設計工況，取ψ=0.85；γd為結(jié)構(gòu)系數(shù)，抗滑穩(wěn)定極限狀況下取γ計算結(jié)果見下表。表3-3抗滑穩(wěn)定計算結(jié)果單位：kPaγ1是否滿足抗滑穩(wěn)定基本組合正常蓄水位壩基面32297.159628.6是折坡面12899.333904.7是偶然組合校核洪水位壩基面31966.157741.2是折坡面14399.333583.8是由表格數(shù)據(jù)可知，壩體的抗滑穩(wěn)定性滿足要求。3.3.3.3壩體應力復核（1）壩趾抗壓強度驗算本部分設計內(nèi)容在基本組合（正常蓄水位）工況下進行承載能力極限狀態(tài)分析，分別校核壩基混凝土和基巖的強度以及折坡面混凝土強度。混凝土強度應滿足：最大垂直正應力，壩基面 S·=W折坡面 S·=WCA壩體最大主應力，壩基面 S?=WRA折坡面 S?=WCA R·=fc= γ0ψS基巖強度應滿足： γ0ψS式中MR為外力荷載力矩和，kN·mJR為計算截面關(guān)于中性軸的慣性矩，，JRTx為計算截面中性軸與計算點距離，，Txm為壩體下游坡率，m=0.778；fc、fck分為混凝土抗壓強度設計值與標準值，γm為材料性能分項系數(shù)，取γfR為基巖允許承載能力，取fγd為結(jié)構(gòu)系數(shù)，抗壓、抗拉極限狀況下取γ壩體各部位工作條件不同，對混凝土材料性能指標的要求也不同。為滿足壩體各部分的要求，節(jié)省水泥用量及對壩體混凝土進行分區(qū)，壩體外部選用C25砼（fck=16.7MPa），壩體內(nèi)部選用C20砼（計算結(jié)果見下表。表3-4壩趾抗壓強度計算結(jié)果單位：kPaγ1γd是否滿足強度要求壩基面最大垂直正應力1067.86185.2C25砼滿足要求94000基巖滿足要求壩體最大主應力1714.26185.2C25砼滿足要求折坡面最大垂直正應力586.24962.9C20砼滿足要求壩體最大主應力997.7由表格數(shù)據(jù)可知，壩趾抗壓強度滿足要求。（2）壩體拉應力驗算本部分設計在運用期（正常蓄水位）工況下對壩踵處和折坡點處拉應力進行正常使用極限狀態(tài)分析，此時應取作用的標準值進行計算，需滿足的條件為：壩踵處 Sl·=折坡點處 Sl·計算得壩踵處Sl·=687.7kPa>03.3.3.4小結(jié)綜上所述，該非溢流壩的剖面設計滿足穩(wěn)定和強度要求。3.4溢流壩剖面設計3.4.1剖面設計計算3.4.1.1堰頂高程與溢流壩段總寬由調(diào)洪演算可知堰頂高程為202.5m，溢流壩前緣總寬B=60m，取6孔，每孔徑寬10m，閘墩寬4m，邊墩取為4m,則溢流壩段總寬為84米。3.4.1.2堰面曲線的確定（1）堰頂上游段堰面曲線上游面是鉛直面時，采取三圓弧曲線將堰面曲線與上游鉛直面平滑連接，具體參數(shù)取值見下表和圖3-2。表3-5三圓弧曲線參數(shù)取值單位：mR1=0.5Hd7a=0.175Hd2.45R2=0.2Hd2.8b=0.276Hd3.864R3=0.04Hd0.56c=0.282Hd3.948（2）堰頂下游堰面曲線堰頂下游堰面采用WES冪曲線，可按下式計算： xn=kH式中Hd為堰面曲線定型設計水頭，m，可根據(jù)容許負壓的大小按堰頂最大作用水頭Hmax的75%~95%計算，取Hd=14m；x，y是原點下游堰面曲線的橫、縱坐標；游面是鉛直面時，k=2，n=1.85。故上式可寫成 y=x圖3-3堰上曲線及上游曲線（3）傾斜直線段的確定傾斜直線段與曲線相切，則直線方程為 y=x0.778?12.163（4）剖面布置調(diào)整考慮到傾斜直線段應與非溢流壩下游壩面完全重合，需要將溢流堰設計得到的直線方程與非溢流壩段的直線方程進行比較復核。經(jīng)計算符合，當非溢流壩、溢流壩上游鉛直面重合時，二者的下游傾斜直線段幾乎也重合，符合要求，故此時上游面頂部不需做成懸臂狀。（5）反弧段的確定a.挑坎高程確定據(jù)校核洪水位查得對應的下游最高水位?=148.5m，挑坎高程應高出下游最高水位，最終挑坎高程定為?坎b.反弧段半徑采取挑流消能，則反弧段半徑為 R=（4~6）?c0 T0=?c式中hc0為校核洪水位閘門全開時反弧段最低點處的水深，m；T0為有效總水頭，m；φ為流速系數(shù)，查《水力學》表10-1取φ=0.95；q為校核洪水對應的單寬流量，m3/s。試算得，?c0=4.65mc.鼻坎挑角的確定鼻坎挑角的合理范圍，取α=20o。圖3-4溢流壩剖面圖3.4.1.3消能設計評價（1）水舌挑距L： L=V1cos式中L為是鼻坎末端至沖坑最深點的水平距離，m；V1為坎頂水面流速，α為鼻坎挑射角度，α=20o；?1為坎頂平均水深?c0?2為坎頂至河床表面高差，m經(jīng)計算得L=183.81m。（2）最大沖坑水墊厚度tk tk=kq式中tk為水墊厚度，H為上下游水位差，m，采用校核洪水位的上下游水位差；K為沖刷系數(shù)，取K=1.1；q為單寬流量，m3/s。經(jīng)計算得tk（3）沖坑本身最大深度 ts=tk式中t為原河床水深，m，取校核洪水位時河床水深。經(jīng)計算得ts=20.8m，則L3.4.2構(gòu)造設計同非溢流壩。3.4.3穩(wěn)定與強度校核3.4.3.1荷載計算與荷載組合（1）主要荷載作用在溢流壩上的主要荷載有壩體自重、上下游靜水壓力、揚壓力和反弧段水流離心力，本次設計只考慮這四種荷載。（2）荷載標準值計算取單寬壩體進行計算與復核，其中前三種荷載的計算與非溢流壩一致。反弧段水流離心力： Px=式中Px、Py為水流離心力的水平分力和垂直分力，kq為單寬流量，m3ν為流速，m/s，ν=qφ1、φ圖3-5溢流壩挑角示意圖（3）荷載組合本次設計考慮基本組合、偶然組合和運用期情況。表3-6溢流壩荷載組合表自重靜水壓力揚壓力水流離心力基本組合正常蓄水位★★★偶然組合校核洪水位★★★★運用期正常蓄水位★★★注：表中每一種荷載組合情況均要對壩基面和折坡面分別進行計算檢驗。3.4.3.2抗滑穩(wěn)定分析設計內(nèi)容和分析方法同非溢流壩，計算結(jié)果見表3-7。表3-7抗滑穩(wěn)定計算結(jié)果單位：kPaγ1是否滿足抗滑穩(wěn)定基本組合正常蓄水位壩基面31978.959582.1是折坡面12586.031156.8是偶然組合校核洪水位壩基面28117.062263.4是折坡面13421.430791.1是由表格數(shù)據(jù)可知，壩體的抗滑穩(wěn)定性滿足要求。3.4.3.3壩體應力復核設計內(nèi)容和分析方法同非溢流壩。（1）壩趾抗壓強度驗算表3-4壩趾抗壓強度計算結(jié)果單位：kPaγ1γd是否滿足強度要求壩基面最大垂直正應力1194.76185.2C25砼滿足要求94000基巖滿足要求壩體最大主應力1917.86185.2C25砼滿足要求折坡面最大垂直正應力709.64962.9C20砼滿足要求壩體最大主應力1139.1由表格數(shù)據(jù)可知，壩趾抗壓強度滿足要求。（2）壩體拉應力驗算計算得壩踵處Sl·=483.9kPa>03.4.3.4小結(jié)綜上所述，該溢流壩的剖面設計滿足穩(wěn)定和強度要求。

第四章水電站廠房設計4.1特征水頭的確定水頭由上游庫水位減去下游水位計算得。壩后式水電站的輸水系統(tǒng)水頭損失為毛水頭的1%~3%，本次設計取2%，則凈水頭 H=98%×?特征水頭包括最大水頭Hmax、最小水頭Hmin、平均水頭Hav和設計水頭Hr，需考慮的工況見下表：表4-1特征水頭考慮的水頭工況水頭工況上游庫水位機組情況H1校核洪水位2臺機組滿發(fā)H設計洪水位2臺機組滿發(fā)H正常蓄水位2臺機組滿發(fā)H正常蓄水位1臺機組滿發(fā)H死水位2臺機組滿發(fā)H死水位1臺機組滿發(fā)根據(jù)經(jīng)驗確定各特征水頭的值，則 Hmax= Hmin= Hav=5% Hr=0.95Hav各工況的水頭值和特征水頭的取值見表4-2。表4-2各工況的水頭值單位：mHHHHHHHHHH67.5267.1367.0367.1351.9452.1467.5251.5962.5759.444.2水輪機選型由求得的特征水頭可知，水頭范圍為51.94~67.52m。根據(jù)水頭范圍查《水電站》表3-6，初步選取HL220、HL230兩種型號的水輪機，其模型轉(zhuǎn)輪的主要參數(shù)見表4-3。表4-3HL220、HL230水輪機模型轉(zhuǎn)輪主要參數(shù)表轉(zhuǎn)輪型號HL220HL230推薦使用水頭范圍（m）35～6550～85導葉相對高度b0/D10.250.315模型轉(zhuǎn)輪D1M0.460.404最優(yōu)工況n10M7071η0.910.907限制工況Q1M1.151.11η0.890.852σ0.1330.170計算確定這兩種型號的水輪機的型號，并進行方案比較，確定最后的水輪機型號。4.3.1水輪機主要參數(shù)的選擇4.3.1.1.轉(zhuǎn)輪直徑D1根據(jù)水輪機額定出力計算公式，可得 D1=式中Nr為單臺水輪機組的額定出力，；Q1'為水輪機限制工況下單位流量，m3Hrη為限制工況下相應的原型效率。先假定η，計算求得D1，再根據(jù)《水電站》4.3.1.2轉(zhuǎn)速n計算水輪機轉(zhuǎn)速的計算公式為： n=n式中n10’為最優(yōu)工況下相應的原型轉(zhuǎn)速，Hav初步假定，計算求得n，再根據(jù)《水電站》表1-1選用與之接近而偏大的同步轉(zhuǎn)速。4.3.1.3效率及單位參數(shù)修正（1）效率修正可根據(jù)模型最高效率進行修正。效率修正值Δη： ηmax=1? Δη=η原型水輪機在最優(yōu)工況和限制工況下的效率： ηmax= η=ηM式中ξ為效率修正值，取ξ=1%。（2）單位參數(shù)修正單位轉(zhuǎn)速修正判斷公式： Δn1當滿足式（4-12）時，單位轉(zhuǎn)速可不作修正，同時單位流量也可不作修正。4.3.1.4工作范圍的檢驗水輪機在設計水頭Hr下，以額定出力Nr工作時，會產(chǎn)生最大單位流量，并可以此計算出水輪機最大引用流量。 Q1max Qmax=與特征水頭、、相對應的最小單位轉(zhuǎn)速n1min'、最大單位轉(zhuǎn)速n1max'及設計單位轉(zhuǎn)速n n1min n1max' n1r在相應型號的水輪機模型綜合特性曲線圖上繪出Q1max'，n1min'和n1max'的直線，這三根直線所圍成的4.3.1.5吸出高度的計算以下兩式均可進行吸出高度的計算： HS=10? HS=10?式中為水輪機安裝位置的海拔高程，初始計算取為下游平均水位140.64m；取為設計水頭，m；σm為模型水輪機氣蝕系數(shù)，可在特性曲線Δσ為氣蝕系數(shù)的修正值，可在《水電站》圖2-26上查得；σz為模型水輪機氣蝕系數(shù)當吸出高度滿足HS4.3.2水輪機方案的比較分析表4-4原型水輪機參數(shù)對照表HL220HL230工作水頭范圍（m）51.94~67.5251.94~67.52轉(zhuǎn)輪直徑D1（m）3.83.8轉(zhuǎn)速n（r/min）150150最高效率ηmax（%）9394.5額定出力Nr（kW）5.2×1045.2×104最大引用流量Qmax（m3/s）97.97100.2吸出高度Hs（m）2.29-0.26工作范圍包含部分高效區(qū)包含部分高效區(qū)根據(jù)以上比較可知，兩個方案的轉(zhuǎn)輪直徑和轉(zhuǎn)速一樣，HL220雖然氣蝕系數(shù)較小，但是原型的最高效率略低，最大引用流量略??；而雖然HL230氣蝕系數(shù)大，但是原型的最高效率和最大引用流量相較而言大些，且工作范圍包含更多的高效區(qū)。綜合分析，選擇HL220型水輪機，直徑3.8m，單位轉(zhuǎn)速150r/min。4.3蝸殼、尾水管設計4.3.1蝸殼設計本水電站水頭大于40m，故采用金屬蝸殼。蝸殼的包角取345°；進口斷面平均流速Vc可根據(jù)水輪機的設計水頭Hr從經(jīng)驗曲線上查取，對于金屬蝸殼可取上限值，取Vc=7.0m/s。查《水電站機電設計手冊》可得轉(zhuǎn)輪座環(huán)尺寸，見表4-4。表4-4轉(zhuǎn)輪座環(huán)相關(guān)尺寸單位：mD1DaDbrarb3.85.852.92.5其他尺寸計算見下式：斷面半徑 ρi=Q斷面中心距 ai=斷面外半徑 Ri=圖4-1蝸殼尺寸示意圖表4-5蝸殼各斷面計算尺寸單位：mφi（o3075120165210255300345ρ0.6090.9641.2191.4291.6121.7771.9272.067a3.5093.8644.1194.3294.5124.6774.8274.967R4.1184.8285.3385.7586.1246.4546.7547.034圖4-2金屬蝸殼平面單線圖4.3.2尾水管設計由于水電站水頭小于150m，故不需要設置金屬里襯。尾水管選用彎肘型尾水管，肘形型式選用標準混凝土肘管。表4-6尾水管尺寸表單位：mhLB5D4h4h6L1h59.8817.110.3365.135.132.5656.9164.636取進口直錐段中的單邊擴散角θ=8o，中間彎肘段根據(jù)《水電站》圖2-18的尺寸按比例放大，出口擴散段的頂板上翹角度經(jīng)計算得α=11.5o。圖4-3尾水管尺寸示意4.4水輪發(fā)電機選型當轉(zhuǎn)速偏差<10%、出力偏差<20%時，可選擇現(xiàn)有機組尺寸進行套用。經(jīng)檢查，無可套用的機組。4.4.1發(fā)電機型式選擇采用立式發(fā)電機。由于額定轉(zhuǎn)速n=150r/min，懸式和傘式發(fā)電機均可以進行選擇，本次設計選擇懸式發(fā)電機。，發(fā)電機額定容量可按照電學公式計算： Sf=N式中Nf為發(fā)電機單臺機組裝機容量，；cosφ為發(fā)電機功率因數(shù)，取。計算得Sf4.4.2主要尺寸估算主要尺寸包括和定子鐵芯長度lt等的計算。4.4.2.1極距極距按照下式計算： τ=Kf4Sf2式中為磁極對數(shù)，與同步轉(zhuǎn)速有關(guān)，查《水電站》表1-1查得p=20；Kf為系數(shù)，一般為，取為Kf4.4.2.2定子內(nèi)徑D Di=2pπτ（4.4.2.3定子鐵芯長度l發(fā)電機運輸條件和冷卻方式是限制定子鐵芯長度的決定因素。采用空冷的冷卻方式。 lt=SfCD式中為額定轉(zhuǎn)速，；為系數(shù)，采用空冷的冷卻方式時，根據(jù)額定容量，查得。4.4.2.4定子鐵芯外徑Dne Da=D4.4.3外形尺寸估算4.4.3.1平面尺寸估算（1）定子機座外徑D1由于=150rpm∈（136.4,214），故： D1=1.18（2）風罩內(nèi)徑D由于=5.88×10 D2=（3）轉(zhuǎn)子外徑D D3=式中δ為單邊空氣間隙，忽略不計。（4）下機架最大跨度D考慮到Sf=5.88× D4=式中D5為水輪機機坑直徑，插值查《水電站機電設計手冊》（5）推力軸承外徑D6與勵磁機外徑插值查《水電站機電設計手冊》表3-7得到D6=3.57m，D7=2.57m。4.4.3.2軸向尺寸計算（1）定子機座高度?=150rpm∈（125，214），故： ?1=（2）上機架高度?采用懸式 ?2=0.25（3）推力軸承高度?3，勵磁機高度?4，副勵磁機高度?由于Sf=5.88×104KVA>20000KVA，查《水電站機電設計手冊》表3-8，取=1.8m,=2.2m,=1m（4）下機架高度?懸式： ?7=0.12（5）定子機座支承面到下機架支承面距離?懸式： ?8=0.15（6）下機架支承面到主軸法蘭盤底面距離?9?9∈700,1500m（7）轉(zhuǎn)子磁軛軸向高度?有風扇時 =lt+（700～1000）mm （4-36）（8）發(fā)電機主軸高度? ?11=式中H為發(fā)電機總高度。 H=?（9）定子鐵芯水平中心線到主軸法蘭盤的底面距離? ?12=0.46圖4-4發(fā)電機外形尺寸示意4.4.4發(fā)電機重量估算