水电站课程设计副本.docx
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水电站课程设计副本.docx
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水电站课程设计副本
编号(学号)
:
2011624111
西藏大学农牧学院
水电站课程设计封面
题目:
压力前池初步设计
姓名
:
陈敬政
专业
:
水利水电工程
班级
:
水利工程2011级专科班
学号
:
2011624111
所在学院
:
水利土木工程学院
指导教师
:
肖安伟
完成日期
:
2013年12月06日
附件压力前池相关图纸详图
设计任务书
课程设计题目:
非自动调节渠道压力前池的初步设计
一、设计的基本资料:
某水电站采用的是无压引水式水电站,已知渠道末端渠底高程为3087.9m,渠道的总长为890m,总落差50m。
渠道纵坡选定为1/500,边坡m=0,糙率n=0.025,渠道的底宽b=1.51m,水深h=1.55m,边坡为1:
0。
装机容量按2台500KW机组计,共1000KW。
设计保证流量3.0m3/s,相当设计保证率70%,保证处理1000KW,渠道引用流量3.2m3/s,水轮机设计流量Q=2.9m3/s,单机流量1.45m3/s。
二、完成的任务:
(1)确定压力前池的控制水位和各部分尺寸。
(2)压力前池边墙的设计和稳定计算。
(3)画出压力前池的平面图和纵剖面图(A3纸)。
三、完成的时间
此设计内容务必在12月09日前上交。
设计概述
图1
一、引水式水电站的引水渠道末端,常设有一个水池,用来联接引水渠道和水轮机的压力水管,称为前池,又叫压力前池。
压力前池主要由前室、进水室、压力墙、泄水建筑物、排污、排沙、排冰建筑物组成。
根据设计任务书,在本设计中采用如图1所示方式布置,此种布置方式中的渠线与压力管道轴线斜交,比较能适应地形、地质条件,而水流、开挖量、排污、排冰等条件都介于其它布置方式之间,这种布置在工程中采用较多。
二、各组成部分的简要说明及结构设计概述
2.1前室
前室是引水渠道末端与进水室之间的扩大加深部分,其主要作用是将渠道断面过渡至进水室所需要的宽度和深度。
前室应有一定的容积和水深,以满足沉沙的要求。
前室在平面上以β=10°~15°的扩散角逐渐加宽。
为了便于沉沙、排沙,防止有害泥沙进入进水室,前室末端底板高程应低于进水室底板高程0.5m以上。
当水中含沙量较大时,宜适当加大此高差。
当渠线与管线不一致时,为防止水流出现死水区,产生漩涡,造成过大的水头损失和局部淤积,应采用平缓的曲线连接并加设导流墙。
2.2进水室
进水室是压力前池最主要的组成部分,上游与前室相接,下游为埋设压力管道进口段的压力墙。
当布置有两条以上的压力管道时,应以隔墩分成若干独立的进水室,每一进水室都设有拦污栅、检修闸门、工作闸门、通气孔、旁通管、工作桥和启闭设备等。
这样,当一条压力管道或由此压力管道供水的机组发生事故或需要检修时,不致影响其它机组的正常运行。
第一章压力前池结构设计的原则
压力前池中的边墙承受自重、顶部设备重和上游水压力等荷载,应在上游为进水室最高水位的条件下,按挡水坝进行强度和稳定计算。
压力前池的边墙承受自重、设备重、水压力和土压力等荷载,应按挡土墙设计。
溢流堰段则按溢流重力坝设计。
工作桥和启闭机架一般为钢筋混凝土板梁结构和框架结构,承受自重、设备重和活荷载,启闭机架则还要承受启闭力和风荷载等,应分别按板梁和框架设计。
进水室底板的构造和受力情况与水闸底板相似。
当采用钢筋混凝土结构时,一般按弹性地基上的板进行设计;当采用素混凝土或浆砌石结构时,一般可不作计算,此时板的厚度约为0.5~1.0m。
第二章控制水位的确定
一、前池正常水位Z前正的计算
前室正常水位
前室正常水位
近似的认为等于渠道末端正常水位
渠道末端正常水位=渠道末端渠底高程+渠道内正常水深
=
+
=
则
=
前室正常水深为
二、前池最低水位Z最低的计算
为了保证不形成漩涡,及不使空气进入压力水管,一般规定进水室的最低水位,应高出引水管进水口顶部两倍水管中的流速水头,设以
代表这一高度,并不低于0.30
~0.50m。
即:
式中:
v为压力水管的流速,(m/s),根据压力水管的最大流速
,则v=4.30
计算
:
故,初拟前室内最低水位为渠道末端的底面高程,即拟定前池内最低水位为3087.9m。
三、前池最高水位Z最高的计算
由公式:
式中:
H0为溢流堰宣泄最大流量时,堰顶上的水头,一般为
—
本设计取为
则:
第三章各部分尺寸的确定
一、压力钢管直径的确定
图3-1
根据《水电站》书公式(5-3),
,将Qmax=1.45m3/s,Hp=50m带入公式,计算得出:
D=0.848m,取D=0.90m(具体如图3-1所示)
二、进水室总宽度B进
进水室宽度与压力水管的数目和管径有关,通常采用:
b进=(1.5~1.8)D
=1.8×0.90=1.62m,
压力管道条数为2,隔墩厚度为0.6m,则进水室总宽度为:
B进=nb进+(n-1)d
=2×1.62+1×0.6=3.84m,
在本设计中,根据设计任务书,共有两台机组,则n=2,采用混凝土隔墩,应规范要求,取d=0.6m。
三、进水室长度S
进水室长度取决于拦污栅、工作闸门、检修闸门、工作桥和启闭机设备等的布置,还要能容纳下拦污栅和工作闸门等设备,小型水电站常取
,本次设计中进水室长度取为
m。
4、前室宽度及长度
1、宽度
前室净宽约为进水室总宽度的
倍。
即:
本设计前室净宽取
2、长度
前室长度通常采用扩散后前室净宽的
倍,即:
本设计前室长度取
五、进水室底板高程
进水室底板高程
可由公式:
计算得到,式中:
—压力水管管顶高程;
—压力水管直径;
—压力管道与水平面间的夹角;
则
。
进水室底板高程取为3085.9m。
六、前池末端底板高程
前池末端底板高程可采用式子:
=3084.63-0.5,计算得出
3084.13m。
七、前池顶高程
前池顶高程可采用式子:
=3088.21+0.5=3088.71(m)
——安全超高(在本设计中,拟定安全超高为0.5m),
八、边墙高度
边墙高度=
=3088.71-3084.13=4.58m。
取边墙高度为4.5m(基础深约为50cm)。
九、泄水道(图3-2)
泄水道通常设于渠末或前池的边墙上,其型式有溢流堰河虹吸管等。
溢流堰顶高程应略高于前室中的正常水位(一般约5cm左右),以防止电站正常运行时发生溢流现象。
在本设计中采用的型式为溢流侧堰,下游布置泄水陡槽和消能设施。
溢流堰高程为▽溢顶=3087.91+0.05=3087.96m,溢流堰高(与前池底板高程一致)为3087.96-3084.13=3.83m,取溢流堰高为3.83m,溢流堰的断面形状为流线型的实用堰。
在前室的最高水位确定后,溢流堰的长度为
,(式中Qmax=3.2m3/s,ha为堰顶允许最大溢流深度,取ha=0.4m,M为溢流堰流量系数,实用堰中M=1.7)。
图3-2
计算得出L=7.44m。
十、冲沙孔的布置
冲沙孔设在前池最低处,在本设计中采用直径为30cm的混凝土管,管子进口处用木插板闸门控制,一般在洪水期冲沙,冲沙时开启闸门,平时关闭。
此外,当引水渠道或前池检修时,或水电站停止运行而下游有灌溉要求时,也可利用冲沙孔放水。
十一、分流墩的布置
图3-3
为减小池身的长度又不过分加大扩散角度,可在前室进口段设置一分流墩,在本设计中,上游方向做一30°的锐角,下游为流线型设计(图3-3)。
十二、压力前池平面布置图及剖面图(图3-4,图3-5)
根据所计算数据,在CAD中画出平面布置图,以下为示意图。
图3-4
图3-5I-I剖面图
第四章压力前池的主要设备的设计确定
前池的主要设备有拦污栅、检修闸门、工作闸门、通气孔、旁通管、启闭设备和清污机等。
一、拦污栅(图4-1)
拦污栅设置在进水室入口处的栅槽中,下端支承于进水室底板,上端支承于防护梁上,防护梁与工作桥相连。
拦污栅一般与水平面成70°~80°倾斜放置。
拦污栅上的污物可采取人工清污或机械清污。
图4-1
在本设计中,采用扁钢作为栅条,由于水量小,与水平面成70°布置,栅片宽度为2m×2个(根据进水室宽度为3.84m),高度为3.6m(根据池顶高程减去进水室底板高程为3.492m,多余部分插入边墙中),厚度为8mm,宽为150mm,过栅水的流速为1.0m/s,一层拦污栅,采用人工清污的方式。
二、检修闸门和工作闸门
检修闸门位于工作闸门之前,也可位于拦污栅之前或之后,供检修拦污栅、工作闸门和进水室时堵水之用,一般采用叠梁式或平板式闸门。
工作闸门的作用是当压力管道、水轮机阀门、或机组发生事故或检修时,用来关闭压力管道进口。
另外,当电站长时间停机时,为了防止水轮机阀门漏水,也常需关闭工作闸门,工作闸门一般采用平面定轮闸门,明钢管必须采用快速闸门。
检修闸门和工作闸门一般用电动螺杆或电动卷扬式启闭机操作。
三、通气孔和旁通管
通气孔布置在紧靠工作闸门的下游面。
旁通管布置在进水室的边墙和隔墩内,一般用闸阀控制。
旁通管可为铸铁管、钢管或钢筋混凝土管。
在本设计中采用钢管。
四、启闭机
在本设计中,检修闸门采用电动螺杆,工作闸门采用电动卷扬式启闭机。
第五章边墙的设计与稳定计算
一、边墙的基本设计拟定
图5-1
图5-1
重力式挡土墙依靠本身重力维持稳定,本设计中,根据“第二章·第七节”所计算边墙高度为3.50m,采用混凝土建成,墙身顶宽0.5m,临水面直立,背水面坡度系数m=0.4,并将基础底部扩大,向上游伸出1.0m。
向为了提高挡土墙的稳定性,在挡土墙内部设置一列排水设施,以减小墙背面的水压力,排水孔直径为4cm,并在背水面设置滤层。
其示意图如(图5-1)所示。
二、抗滑稳定计算
因为压力前池中的边墙承受自重和上游水压力等荷载,故在本设计中将边墙设计为重力式挡土墙。
其基本剖面如上图所示。
在最高水位时坝体所受的荷载统计及计算如下(表5-1,图5-2):
表(5-1)
荷载
名称
W自重(kN)
水重G
P水压力(kN)
U扬压力
(kN)
W1
W2
W3
G
P
U
数值
12.5
56.25
101.25
34.34
60.1
34.34
小计
170
34.34
60.1
34.34
合计
204.34
60.1
34.34
根据《水工建筑物》公式1-18,K=
,假设地基状况良好,取
=0.72。
将所计算信息带入公式:
=2.03>1.05
根据《水工建筑物》表1-7抗滑稳定安全系数在基本组合时,K=1.05。
而,计算所得K=2.03>1.05。
图5-2
根据计算结果,该挡土墙能满足抗滑稳定要求。
课程设计总结
经过几天的设计计算,反复看了几遍有关章节的内容,终于把课程设计做完了。
在学习《水电站》这一门课程中,有些内容学得还不是很牢靠,在做完课程设计后,弥补了一些方面的不足,但在内容设计方面应该还存在不足的地方,还希望能够得到老师的批评和指正。
在课程设计中,使我深刻的体会到了,学习本门课程的重要性,在以后的就业领域也有重要的指导意义,期间也得到了老师和同学们的帮助,在此让我感到了团队的重要性。
并向帮助过我的老师和同学表示感谢!
特此总结!
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