水电站课程设计任务及指导书

一、设计题目

某水电站压力管道结构设计 二、课程设计的目的

巩固加深所学的理论知识，培养学生运用理论知识和技术资料，分析、解决实际问题的能力。 三、课程设计的时间 1周(２005年3月1日~5日) 四、基本资料

某水电站地面压力管道布置型式如图所示。

已知钢管直径D=2m，末跨中心断面的计算水头(包括水击压力)为56.25m，支座断面的计算水头为49.08m，伸缩节断面的计算水头为7.89m，支承环间距16m，计算段上下镇墩间距64m，钢管轴线与水平面倾角为44°，伸缩节距上镇墩2m，伸缩节内止水填料长度b=30cm，填料与管壁摩擦系数为0.3，支承环的摩擦系数为0.1，钢管采用A3钢。下镇墩的上游端管中心的计算水头为63.4m，镇墩下游端和下游伸缩节中心计算水头近似相等，取为66.1m，镇墩下游端伸缩节的水平钢管长度为5.0m ，管内流速为5m/s，镇墩为混凝土结构。

五、设计任务 1.确定刚性环间距；

2.按正常运行情况基本荷载组合工况，对最后一跨的四个断面进行结构分析； 3.按正常运行工况设计下镇墩。 六、设计步骤及指导

1．确定压力管道厚度(全长采用一个厚度)，要求确定管壁计算厚度和结构厚度； 2. 设计压力管道的刚性环的间距 (1) 校核光滑管的稳定性； (2) 设计刚性环的间距及尺寸； (3) 设计支承环的尺寸；

3. 对最后一跨的四个断面进行结构分析

(1) 受力分析：按正常运行情况的基本组合计算不同断面径向力、法向力和轴向力； (2) 应力计算及强度校核；

(3) 抗外压稳定分析(包括管壁和支承环抗外压稳定分析) ； 4.镇墩设计

镇墩设计内容包括抗滑稳定计算，地基应力校核和尺寸设计。计算步骤如下: (1) 按计算工况计算作用在镇墩上的力；

(2) 选定抗滑稳定安全系数(K一般取1.5~2.0)和镇墩与地基的摩擦系数f，求出镇墩抗滑稳定需要的重量G；

(3) 根据G计算镇墩的体积，进行结构布置，确定镇尺寸，并复核地基应力，使之满足地基允许承载力。如果不能满足，重新调整镇墩的形状及尺寸，直到满足为止。

七、设计成果

1．计算说明书一份 2．设计图：镇墩结构图

八、参考资料

1．压力钢管设计规范 2．水电站设计参考资料 (2) 水电站厂房设计

一. 原始资料及设计条件

1. 电站的一般概况

本电站为一坝后式水电站，电站厂房位于河流左岸，该电站水库具有日调节性能，总库容2.2×108m3，有效库容0.07×108m3，但具有年调节性能的上一级水电站与本电站联合使用，故本电站分担系统尖峰负荷。

本电站枢纽中，主要有挡水坝，溢流坝和坝后式厂房三部分，其中溢流坝布置在右岸，左岸为挡水坝及厂房(见图1)。

图1 电站枢纽布置图

电站厂房前为混凝土宽缝重力坝，坝体缝宽为4.0m，最大坝高为55.0m，坝下游坡为1:0.7，机组进水口底坎高程为1600.0m，进水口渐变段后为坝内埋藏式压力引水管，其直径为5.63m，管轴线平行于下游坝坡(见图2)。 该工程以发电为主，初步设计时确定该电站装机17.6×104kW，年发电量为22.8×108kw.h，其年利用小时数为5180h。

根据电站装机容量确定为二级建筑物设计。

该河含沙量较大，多年平均输沙量为0.76×108t，年平均含沙量为3.1kg/m3，其中大部分是对水轮机起磨损作用的坚硬矿物。

图2 电站引水系统布置图

2. 上游库水位

(1). 校核洪水位(P=0.1%)：1621.4m (2). 设计洪水位(P=0.5%)：1620.8m (3). 正常高水位： 1619.0m (4). 死水位： 1618.5m

3. 下游尾水位：

(1). 校核洪水尾水位(P=0.1%)： (2). 设计洪水尾水位(P=0.5%)：

1585.45m 1585.13m

(3). 正常高尾水位(Q=1400m3/s)： 1581.20m

(4). 最低尾水位(Q=140m3/s)：

1579.8m

4. 电站水头

(1). 最大工作水头： 39.5m (2). 最小工作水头： 35.5m (3). 平均水头： (4). 设计水头：

39.0m 38.0m

5. 气象资料

该电站坝址以上部分属大陆性气候，受内蒙古高原气压控制。 (1). 温度：绝对最高气温 43.0℃，绝对最低气温 -20.3℃ (2). 最大风速：25m/s，多年平均风速：14m/s (3). 年平均降水量： 249.2mm (4). 年平均蒸发量：1572.9mm

6. 地质条件

坝址附近地质条件较好，岩石坚硬，摩擦系数f=0.6～0.65，地震等级：八级

电站厂房位于河流左岸，其下部靠河岸处基岩侵蚀面高程1579m，下覆卵砾石厚1～2m，黄土厚2～3m，而靠河床一侧，基岩侵蚀面高程1577～1578m，无覆盖层. 因建筑物结构要求，靠岸侧基岩最大开挖深度达26m，靠河床处基岩开挖深度9～13m.

7. 对外交通

左岸有上坝公路与对外的交通公路相通. 另外，沿河流左岸，厂房以标准轨铁路与国家的铁路网接轨。

8. 电站的供电对象

该电站建成后全部投入110kV电力系统运行，主要供电对象为新城，红古城及大川等工业负荷及某市市政，农业用电，其中新城用户要求供电可靠性很高，90%以上为一级负荷. 电站距新城及红古城均为30km，距大川约8km。

9. 主要机电设备

机组台数：4台

水轮机型号：HL240-LJ-410，其气蚀系数为0.201 发电机型号：TS 900/135-56，伞式 发电机组数据：

容量：53000kVA， 45000kW， 飞逸转速：235r/min 输出电流：2920A 定子重：109t

额定转速 n0=107r/min 输出电压：10500V

转子重：206t

总重量：520t