白河水电站建筑物初步设计毕业设计论文.doc

目录摘要第1章 水电站总体布置和厂区布置11.1 工程概况和基本资料11.2 白河电站枢纽位置选择21.3 主厂房位置选择31.4 变压器场及开关站位置选择41.5 副厂房位置选择51.6 厂区交通及附属建筑物布置71.7 尾水渠布置7第2章 输水系统设计72.1 压力隧洞的洞线选择82.2 进水口设计102.3 隧洞洞径的计算13第3章 高压管道设计143.1 调压井设置143.2 管道管径的确定143.3 分岔管角度的确定16第4章 水电站厂房布置设计184.1蜗壳尺寸的确定184.2 主厂房轮廓尺寸确定194.2.1 机组段平面尺寸确定194.2.2 主厂房几个控制高程的确定214.2.3 安装间及门厅间的布置234.3 尾水平台及尾水闸室布置244.4 厂内机电设备及交通起吊运输244.4.1 厂房布置的确定244.4.2 厂内机电设备的布置254.4.3 厂内交通布置264.4.4 厂内起吊运输264.5 副厂房的布置设计264.5.1 低压配电装置(低压开关室)264.5.2 中央控制室274.5.3 直流设备室274.5.4 厂用动力盘室274.5.5 载波通讯室284.5.6 集缆室284.5.7 继电保护盘室284.5.8 通讯室及远动装置室284.5.9 其他生产和生活用房28参考文献29附录：29致谢38白河水电站建筑物初步设计 摘 要： 白河水电站是一座装机容量为6×15MW的坝后引水式水电站，白河水利枢纽由挡水建筑物，泄水建筑物，进水、引水建筑物及平水建筑物构成。本设计主要是在电站的水轮机、发电机等机电设备已选定的基础上，对白河水利枢纽中的水电站建筑物部分进行初步设计。具体设计内容包括：水电站厂区总体布置、输水系统设计、高压管道计算设计和水电站厂房布置设计。水电站总体布置主要包括枢纽位置的选择、主副厂房的位置确定、厂区交通和尾水渠的布置，这部分的设计主要考虑到的因素是地形条件、地质条件、施工条件、管理运行等因素。压力隧洞洞线的选择、进水口的设计和隧洞洞身的设计共同组成了输水系统设计。高压管道设计则主要由调压井设计和分岔管设计组成。水电站厂房的布置是重点内容，这一部分主要包含水轮机蜗壳尺寸的计算、主厂房轮廓尺寸的计算和控制搞成的确定、场内机电设备及交通起吊运输的设计及副厂房的布置。关键词：水电站厂房；输水系统； 高压管道；水轮机；机电设备 Design of White River Hydropower Plant Abstract：White River hydropower plant is a hydropower station after dam whose installed capacity is 6×15MW,and White River water control project includes water-retaining structure、inlet structure、conveyance structure. This thesis is primarily design the main structures of hydroelectric power station, where based on the selection of mechanical and electric equipments such as water turbine、electric generator. The paper mainly contains the design of hydroelectric plant area、the design of water delivery system ,the design of high-press pipelines calculation、the layout of machine halls of hydroelectric power station. Station general layout include the choice of hub location, the location of main and auxiliary plant identification and plant layout of traffic and tailrace. The choice Pressure Tunnel Line, the design of intake and Tunnel of the common are components of the design of water system. High-pressure pipeline design is designed mainly by the surge tank and the bifurcation tube design composition. Hydropower plant layout is the key contents of this , it includes some of the major size calculation of turbine spiral case, the main workshop outline size of the calculation and control into an identification, mechanical and electrical equipment inside the transport and traffic lifting plant design and layout of Vice.Key Words：Machine Halls of Hydroelectric Power Station；Water Delivery System High-press Pipeline；Water Turbine；Mechanical and Electric Equipments第1章 水电站总体布置和厂区布置1.1 工程概况和基本资料1.地理位置和交通条件白河水电站位于汉江上游干流、陕西省白河县与湖北省郧西县交界处，是汉江上游干流七级电站开发的最末一级。上距蜀河水电站坝址约38.0km、安康水电站147.0km，下距金钱河河口约0.65km，距白河县城关镇约11m、距孤山水电站约35.5km、距丹江口水利水电枢纽坝址约213.0km。 汉江白河水电站枢纽工程的开发任务是以发电为主，兼顾航运。白河水电站对外有铁路，公路交通。铁路可延伸至安装场外的会车场。电站机电设备主要靠铁路运输。2.气象资料白河水电站工程主要项目均位于陕西省白河县麻虎乡境内，涉及主要河流为汉江右岸麻虎沟。白河坝址天然多年平均径流量为228亿m3，平均流量为721m3/s，麻虎沟为汉江右岸一级支流，河道全长18.1km，干流比降30.85，流域面积83.5km2。白河水电站属于北亚热带季风气候区，夏季主要受西南季风的影响，温高、湿重；冬季受偏北风及大陆冷高压的影响，气候寒冷、干燥。工程区多年平均年降水量在7001800mm之间降水量的年内分配很不均匀，年降水主要集中在69月，多年平均地面温度为17.7。多年平均最大风速为20m/s，多年平均风速为1.1m/s，盛行风向以东南风为主。3.地形资料白河穿行于秦巴山地之间,干流峡谷与盆地相间,除汉中、安康盆地外,河道多深切于基岩之中,山高坡陡,谷窄水急,河道比降大。工程区域位于秦岭山脉与大巴山的结合部位，汉江上游河段，工程区域属秦巴断块山区。麻虎沟段河床宽度5080m，一般水面宽度58m，沟底高程195205m。右岸为凹岸，属基岩斜坡，坡面植被覆盖，冲沟不发育，不存在泥石流。白河主坝两岸山势均较陡峭并逼近河道。 往上游去，右、左岸为河谷，地形均变为开阔。白河隧洞经选定在右岸山岩中，该处山岭高程为250左右。高出河床l50l50m，山的坡度一般为35。-45。，局部地区达4560。靠近尖岩一侧山岭高程略低，在坝轴线处山岭最高，再向下游山岭又低下去。河岸山坡沿较软弱的地层构造带形成几道冲沟，切入山岭达5070m。4.地质资料建筑物布置区主要岩石为片麻岩、石英岩以及侵入的大成岩。尤以石英岩与水工建筑物发生直接关系。这些岩层受过造山运动的影响，形成逆掩与倒转，使早已形成了坚硬岩面的片麻岩以及石英岩招致空前破坏，在石英岩中差不多所有的层面均有过相对滑动。地下水以无压形式存在，由两岸资料知道高程为110.66m。5.泄水建筑物白河水电站设有一条泄水支洞，泄水支洞与泄水渠相连，然后流入白河河道。当万年一遇洪水时，泄水支洞配合其他泄洪建筑物共同泄水，以保证主坝安全；紧急降低库水位时，泄水支洞需投入运行；白河水电站运行初期，安装机组台数较少时，利用泄水支洞泄放下游灌溉用水。6.水电站设计基本条件根据水能计算得知白河水电站装机容量为6×15MW，校核洪水位（万年一遇）159.50m，设计洪水位(千年一遇)156.50m，最高蓄水位（最高发电水位）157.50m，汛前限制水位126.00m。最低位水位（全部机组停机）91.50 m，计算尾水位（单机满出力，Q=38.3m3/s）91.84m，正常尾水位（全部机组满出力Q=229.8m3/s）93.50m，最高尾水位（Q=507m3/s）94.60m。计算水头41.20m，最大工作水头65.10m，最小工作水头27.80m。1.2 白河电站枢纽位置选择电站枢纽为满足各项水利工程兴利除害的目标，在河流或渠道的适宜地段修建的不同类型水工建筑物的综合体。电站枢纽从地形条件、地质条件、施工条件及运行管理等几个方面进行考虑有两个不同方案，即右岸布置电站枢纽和左岸布置电站枢纽，两种方案的优缺点比较如下：电站枢纽放在右岸有三个比较显著的优点：有合适的厂房及开关站位置，开挖工程量小； 铁路交通可直入安装场； 自成独立的施工厂区，与其他建筑物的施工干扰少。缺点是尾水渠长了些，但不是主要矛盾。电站枢纽放在左岸有三个比较突出的缺点：厂房位置地形高，开挖量大； 铁路在右岸，安装期间全部机电设备需经公路转运进厂，极不方便； 施工干扰大，影响廊道、主坝施工。开挖放炮对附近的民用建筑物的影响较大。 优点是尾水渠长度较短，建设工程量小。从以上的分析比较可以知道，主要考虑到厂房位置和交通情况，电站枢纽放在右岸较好。但电站枢纽和压力引水系统是一个有机整体，最终确定电站枢纽的位置还应充分考虑输水系统的布置，具体比较布置见图1-1和附图1。图1-1 白河电站枢纽左、右案方案的比较1.3 主厂房位置选择主厂房是安装水轮发电机组及其控制设备的房间，其中还布置有机组主要部件组装和检修的场所，是厂区的核心建筑物。由于白河电站主坝建筑材料就地取材，属于土石坝，不能通过坝体内引水，以及白河河道狭窄，布置坝后厂房有困难，因此在水库岸边修建进水口，采用压力隧道引水，厂房建在坝下游河岸边，即采用坝后引水式水电站。主厂房位置从地质条件、施工条件及运行管理等几个方面考虑，有如下两个不同比较方案可供选择，见图1-2。方案一：厂房位于靠近坝脚的白色石英岩陡壁下，这个方案优点是：基础开挖及劈坡工程量小；厂房位于白色石英岩基上，地基比较好。缺点是：调压井所处的的地形、地质条件较差；高压管道方向与白色石英岩裂隙走向一致；厂房距坝较近，施工干扰大。方案二：厂房位于离开坝脚的辉绿岩地带。这个方案的优点是：调压井地质条件较好，布置及施工有利；高压管道方向与白色石英岩裂隙走向交错；厂房在坝脚300 m之外，施工干扰较少。缺点是厂房地基较差，开挖工程量大。主要考虑到调压井的地形条件综合分析后决定，选用第二方案，这样调压井及厂房能同时得到合理的安排。对于主厂房的准确位置还可作更细致的考虑。由于厂房后山头岩石风化强烈，在这样的岩体中开挖六根支管及两个岔管，将严重削弱岩体的稳定性。开挖跨度大，施工安全没有保证。因此可以考虑将两个岔管放在山体外，做成明的，这样厂房随之外移而离开山坡，据此确定主厂房前后位置。考虑到主厂房向右移动时，将遇到强烈风化的石灰岩地基，向左移动时，削坡工程量将显著增加，据此确定主厂房的具体位置，见图1-2。图1-2 白河电站厂房位置比较方案1.4 变压器场及开关站位置选择主变压器场和高压开关站是本别安放主变压器和高压配电装置的场所，他们的作用是将发电机出厂电压升高至远距离送电所要求的电压，并经调度分配后送向电网，一般均布置在露天并靠近厂房以便于与系统电网连接。白河电站主要变压器场设45000kVA及150000kVA升变压器各一台。由于白河电站所处的电网附近有两个规模不同的变电站，发电机发的电根据要求要分别送到这两个变电站，考虑到两个变电站所接受的电压不同，因此该白河电站设220kV和110kV开关站各一座，见图1-3。根据地形及对外交通，110kV开关站占地面积大，布置在紧靠主厂房右侧的一块平坦的滩地上，这样出线和交通都很方便，且靠近主厂房。220kV开关站占地面积小，布置在主厂房右侧后方台地上，出线及交通尚方便，但需作些平场工作。根据已选定的主厂房及开关站位置，主变压器场放在主厂房右侧，靠近主厂房较好。又根据进厂交通，安装场也应放在主厂房右侧。这样布置从开关站、主变压器、安装场及进厂交通来看都较合理，见图1-3。图1-3 白河电站枢纽平面1.5 副厂房位置选择副厂房是由布置控制设备、电气设备、辅助设备的房间，以及必要的工作和生活用房所组成，它主要是为主厂房服务的，因而一般都靠近主厂房。主厂房、开关站及主变压器场位置确定后，对于副厂房的位置有三个方案可供比较，见图1-4。图1-4 白河电站副厂房位置方案比较方案一：将副厂房放在主厂房上游侧压力岔管明管段。这个方案特点是：利用了主厂房与山坡之间明管段上面的空间，并可利用镇墩作为副厂房基础；低压母线通过沿山坡的母线廊道引至主变压器，电气设备布置比较集中，母线与电线用量较少；场外附属建筑物（如机修间、仓库等）及场地布置比较方便；主厂房上游侧设备与管路集中，有些干扰。方案二：将副厂房放在主厂房下游侧的尾水平台上。这个方案的优缺点是: 主厂房上游侧布置油气水系统的设备和管路，而右侧布置低压配电装置及母线，干扰少；母线及电线用量少；副厂房通风、采光条件好；尾水平台不够宽，尾水管增长约5 m，为此土石方开挖量和混凝土用量将增加很多；主厂房通风、采光条件差。进场公路穿过220KV高压线。方案三：将副厂房分成两部分，低压配电装置，中控室及蓄电池室等放在安装场下右侧，而办公室及其他生产专用房间放在主厂房左端。这个方案的优缺点是：主厂房上游侧布置油气水系统的设备和管路，下右侧布置低压配电装置及母线，干扰少； 工程量增加很多； 副厂房分成两部分，各在主厂房一端，管理不便； 进场公路穿过220KV高压线。对于上述三个方案比较后，可以得出结论：方案一工程量少，主副厂房布置紧凑，联系方便，厂区布置合理。虽有一些不足之处，但方案二、三仍然是利少弊多，故采用方案一。1.6 厂区交通及附属建筑物布置（1）厂区交通白河电站对外有铁路，公路交通。铁路可延伸至安装场外的回车场。电站机电设备主要靠铁路运输。公路经过厂区附近，接入两条支线。一条通安装场，另一条通门厅间。安装场外有回车场，与发电机层同高层。厂区有公路至调压井，并可通220KV开关站。（2）附属建筑物考虑到白河电站为电网的中心电站，附属建筑物中设有绝缘油库、油处理室、储油池以及机修间、仓库等。电厂办公楼及生活区在右侧山沟内，距厂房约400m。1.7 尾水渠布置尾水渠是将发电尾水从尾水管或隧洞的出口排至下游河道的渠道。白河水电站尾水渠正常工作时是下泄六台机组工作的最大引用流量228 m3/s。泄水支洞放水与电站同时工作时下泄最大流量为507 m3/s。尾水渠布置的布置有以下两种方案：方案一，尾水渠由电厂直奔白河河道，在距电厂300 m处转弯沿河道右岸向下游延伸1900 m与原河道衔接，它的优点是：沿渠线多为土坝料场，大多已挖到设计高程，只需作局部处理，故开挖量小； 水流较平顺。缺点是将坝下游广场分割成两块，尾水渠平面轮廓也不够规则。方案二，尾水渠在渠首处急转弯，沿河道右岸向下游延伸1600 m与原河道衔接。其优点是：尾水渠紧贴右岸，坝前广场完整； 尾水渠平面轮廓比较规则。缺点是开挖量大，且水流不够平顺。考虑到尾水渠平面轮廓比较规则，有利于施工和规划利用，宜选用方案二。第2章 输水系统设计白河水电站压力隧洞是白河枢纽的一个组成部分，位于白河主坝右岸山岩中。隧洞的主要任务是输水供白河水电站发电及向下游供水。隧洞的组成部分有：进口引渠，进水塔、隧洞洞身。洞身的末端连接着调压井及高压管道；隧洞后半段处利用施工导流洞建成一条泄水支洞供特大洪水及紧急需要时泄水之用。2.1 压力隧洞的洞线选择（1）左右岸布置方案确定根据地质构造及岩层分布情况，左右岸均可布置隧洞。考虑到电站厂房及调压井建筑物的要求，有两种比较方案 ，见表2-1。表2-1 左右岸洞线的比较比较项目左岸洞线右岸洞线地形条件最短洞长约600m无适宜的调压井位置，因而高压管稍长一些。选用洞线长约427m，有适宜的调压井位置。地质条件石英岩层理较发育，岩石较破碎，构造复杂，调压井所处位置为页岩地带山岩也较薄。石英岩构造较左岸轻，地质条件比左岸稍好，高压管道及岔道分别穿过石灰岩及辉绿岩段，调压井位于白色石英沿岸，较左岸稍好。施工条件与右岸主要的铁路进厂线隔河，器材设备运入比较困难，没有较好的施工支洞位置，施工期间进出口与主坝及导廊道施工干扰多。主要对外铁路交通在右岸，较方便，有适宜的施工支洞，施工时与其他建筑干扰少。工程量隧洞较长，尾渠及电站厂房挖方量均大。洞短，尾水渠亦较短。由上表比较可知，主要考虑到右岸的地形地质条件，施工条件，工程量要比左岸少，所以洞线以布置在右岸为佳。（2）右岸洞线位置选择隧洞定在右岸，选择线路的依据主要考虑地质条件好，尤其是进洞处地质条件要好，否则对工期及安全都不利。其次是施工条件要方便，隧洞与主坝是同时施工的，因此要尽可能地减少干扰。第三是工程量要少，既引渠明挖量要少，洞线要短，这样可降低造价，加快进度，能保证一个枯水季内水库可拦洪。另外要求线路平直，水头损失少，有适宜的施工支洞等等。这样就有三条线路可比较，见图2-1，三条路线的下游端是相同的，均决定于电站厂房及调压井的位置。三条线路有不同的进口及洞线，线路的比较见表2-2。图2-1 洞线平面布置图表2-2 右岸隧洞线路的比较比较项目第一线第二线第三线进口地质条件 选红色石英岩作为进口地点，岩石较好，但进口前引渠两岸地质不好，边坡要求缓，开挖量大。 进口处岩石均不好，直至高程105m,尚未见新鲜岩石，作为进口条件极差。 选红色石英岩处为进口，条件尚好,无不良的构造,并能避开与火成岩接触挤压破碎带。隧洞沿线地质条件 洞线深处山岩之中，岩石根据推测较好。 洞线离河床近,山岩覆盖薄，中段薄层石英岩的所有层面上均有滑动，坚固性，协定性差。 离河床较近,山岩覆盖薄弱，中段薄层石英岩的所有层面上均有滑动，坚固性，协定性较差。施工条件 进口远离大坝，与大坝施工干扰少。施工支洞较长,明渠开挖太深，工期较长，周围施工场地开阔。 离大坝有一段距离，与大坝施工有干扰,施工支洞可较一线短30m左右。 进口紧靠主坝,与主坝施工干扰较大，施工支洞长度和第一线相仿。工程量造价 洞线长，明挖量大，虽地质条件好些，但造价仍然较高。 造价较低。 工程量及造价与第二线相似。其他 工期较长，洞线平直水头损失小。 进口转弯角度大，工期较短。 洞线不直，工期较短。由上表可见，第一线地质上好些，施工干扰上少些，但其它方面均不利，第二线和第三线比较，进口太差，因此第三线施工干扰虽然大一些，但在其它方面都比较好，综合分析后决定最后采用第三条路线。2.2 进水口设计1.进水口建筑物形式的比较隧洞进水口的比较方案有洞式、塔式和墙式(也有斜墙式)三种型式，现分别对三种型式进行比较：(1)洞式：由于当地地形条件不利，山坡陡峭，若做成洞式，则洞的深度在45m以上，施工面狭窄，出渣、开挖、浇筑混凝土都不方便，工期较长。洞式进水口除闸门井之外，洞脸处还要设喇叭口、拦污栅等建筑， 进口尺寸较大，当地质不良时开挖有困难，因此不予采用。(2)塔式：塔和隧洞口有一段距离塔的施工与隧洞的施工可平行进行，工期可以缩短。洞脸开挖的要求稍低些，石方开挖少，但塔身重量完全由基础承受，对地基要求高。因进口地区处于石英正常斑岩和红色皇英岩交界处，岩石风化强烈：石英正长斑岩极限抗压强度只有920MPa，允许承载能力较小，若将进水塔全部放在红色石英岩上则进口明挖量将超过920Mpa，允许承载能力小， 此外塔身与岸坡还要修建大跨度的交通桥，施工不便，因此也不采用。(3)斜墙式：这一型式采用了斜依在洞脸上的墙式结构，结构的一部分重位传至山坡上，这样基础荷载减少，对基础要求降低些；即使将基础放在两种不同的基岩上，由于大部分重量作用在下游比较好的红色石英岩上，所以问题不大，这样还可以少挖很多石方。 由于墙式结构紧靠洞脸，和塔式比较，可不做交通桥，对主坝施工干扰也少；加之结构比较简单，对洞脸山岩能起保护作用，本身的稳定性和抗震性也很好。因此最后选用斜墙式进水口。 2.进水口的布置 根据山岩地质条件,洞脸劈坡坡度为1：0.5为了减少基础上游部分的荷重，亦为了支持洞脸，增加山坡及墙式结构本身的稳定性，进水口的混凝土墩子亦做成倾斜的；坡度亦为l：0.5。进水口内的主要设备有拦污闸、检修闸门、旁通门以及这些闸门的启闭机，进水口段没有工作(事故)闸门是考虑到在调压井处设有动水关闭的事故闸门，可保护高压管道，而隧洞本身事故较少，为了节省造价，因此只在进水口内设平压启闭检修闸门。3.进水口高程及尺寸确定初步设计确定的水库死水位是126.0m，死库容2.2亿m3，进水口高程定低些，在特殊干旱年份，可利用的水量就多些。但是隧洞线路要加长，隧洞衬砌及闸门所承受的荷载也大些，因而造价要高些。设计中比较了110m和116m两个进水口高程方案。计算结果表明，高程降低6m，隧洞的造价有所增加，虽可多利用2000 m3库容，但是由于地质条件不佳，工程量增加太多，进口施工与主坝施工干扰大。利用死库容的几率较少。比较认为，高程116.0m较为合适，死水位在洞顶以上4.0m,(洞径按6.0m考虑)。由于进水口内只设平压启闭检修闸门，没有工作（事故）闸门，故此处确定进水口的高程时没有按临界淹没水深来设计。隧洞内径为6.0m，洞前有一段渐变段，高6m,宽5m，整个面积不大，因此有条件设置单孔的闸门。闸门的门槽是倾斜的，斜度为1：0.3，门的空口尺寸为5.0m×6.1m。闸门为平面滑动式，用橡皮止水。启闭机室高程161.0m，内设40吨的电动固定式启闭机一台，以中间单点起吊。为了减小卷筒尺寸与钢丝绳长度，采用硬性拉杆分节起吊闸门，因此在高程155.0m再设置一平台，以锁定闸门，存放拉杆，又供检修闸门之用。为了使检修闸门能够平压启动，因此在两侧混凝土墩子内各设一个直径为30cm的平压旁通管，以铸铁的充水门控制水流，提门的钢索经边墩内尺寸为1.0m×1.0m的斜井，通向小门的启闭机，该启闭机设在高程为161.0m的启闭机室内，为起吊能力为12.5t的手摇式启闭机。充水闸门借自重关紧旁通管。当库水位在126.0m时，两个充水门全开时，需要4.6小时充满调压井事故闸门以前的压力隧洞及闸门井。为了充水过程中排气，泄水时进气，以及检修隧洞时通气，在闸门后，顶板上埋设4根直径为40cm的通气管，通气管浇筑在混凝土墙中，向上通至高程161m以下的通气道中。为使进口水流平顺，减少水头损失，避免水流脱离，也为了加大进口面积，降低进口拦污栅除的过栅流速，因此在闸门前设置喇叭形进口，见图2-2。喇叭形进口在垂直面上是由一1/4的椭圆曲线组成，根据拦污栅尺寸及进水口高度可确定椭圆的长轴（水平轴）a用9.0m，短轴（垂直轴）b用7.0m，即椭圆方程为。在平面上，二侧边墙以1:3坡度向上游扩散，使进口宽度加大至9.0m。为了减少拦污栅及喇叭口顶板的跨度，在进口部分又加设了一个厚度为1.0m的中墩，这样进口宽度为8.0m，进口拦污栅的毛面积为116m2 ，当通过最大发电流量时，过栅流速为1.3m/s。为了支撑拦污栅，中墩与边墩又设流线形的横梁三根。为了防止漂浮物喇叭口顶板以上绕流经过闸门槽进入隧洞，喇叭口以上设拦污板，板厚1.0m,板上设有纵横间距2.0m，直径为10cm的通水孔，以便透水减压。图2-2 进水口布置进水口底板厚度定为1.2m，洞脸处混凝土挡墙厚度为1.0m.。为了增加进水口结构稳定性，其下部重量宜适当增加，因此喇叭口曲线的混凝土板厚度为2.0m,，在高程130.0m处又加了一层平台，板厚2.0m，高程130.0m一下，事实上是混凝土体，130.0m以上是由两片混凝土墙及墩子组成的一个封闭的混凝土箱型结构。隧洞进口处，闸门孔口尺寸为宽5.0m，高6.0m过水面积为30m2 ，洞身是内径为6.0m的圆形断面，过水面积为28.3 m2 ，因此设置了一个由方形断面过渡至圆形断面的渐变段，见图2-2。渐变段的受力条件教不利，因此一般希望它尽可能短些，以节约造价。但长度过短时，水流将脱离衬砌内缘，使水头损失增大。本渐变段又由5m×6m矩形断面变成6.0m圆形断面，长10m，扩散角度=tg-1=2。50。渐变段长度不算太大，而变化角度都较小，因此认为是合适的。2.3 隧洞洞径的计算圆形断面施工工程量较小，本电站隧洞断面选取圆形。由于隧洞沿线地质条件较好，岩性为红色石英岩，上覆岩体较厚，且无大的断层破碎带，给采用喷锚支护创造了有利条件，因此隧洞选用喷锚支护形式，并采用光面爆破技术，降低糙率系数。有压电站隧洞直径的选择应根据电力系统年支出最小法计算经济直径。初步设计时可根据经验取隧洞经济流速为4.1m/s，则经济半径径为： （2-1）式中 r隧洞直径；Q隧洞流量；V隧洞经济流速。隧洞经济半径为2.99m,但考虑阻力损失取经济半径稍大取为3.0m，即经济直径取为6.0m。第3章 高压管道设计3.1 调压井设置1.原始资料（1）地形资料。调压井在一座小山南坡上，井的西面有一小山沟，井的东面为一小山包。小山包的西坡坡度较缓，约为1：1.5，小山包的东坡较陡，约为1：1；调压井所在位置的山坡坡度为l：1.5。调压井所在位置能使井壁大部分处在石英岩中，明挖工程量较小，而离电站厂房又较近。 （2)地质资料。调压井大部分位于震旦纪白色石英岩中，岩层走向北40。50。西，倾向北东，倾角60。80。白色石英岩本身强度比较高，但裂隙比较发育，且裂隙中多被粘土所充填，这不但破坏了岩石的完整性，且使灌浆加固也比较困难。调压井井壁的下游边坡被一种石英岩、角砾岩、尖高岭土类的层间压碎带所割裂，压碎带走向北西34。，倾向北东，倾角65。压碎带宽度约2030cm，与井壁西南半壁在高程126m左右相交。压碎带下游震旦纪薄层矽质石灰岩夹有太量粘土，岩石破碎造成过塌方。这种情况大大降低了井壁的弹性抗力。2.调压井的设置条件如果压力引水系统不设置调压井，根据下面公式：， （3-1）式中 L各段长度；V各段流速；H设计水头。根据DLT 5058-1996水电站调压井设计规范，> =24s，需设置调压井。3.2 管道管径的确定白河电站压力引水系统包括进水口、隧洞、调压井、高压管道三部分。隧洞进口至调压井中心全长435.66m。其中隧洞洞身长度为4l9.16m。高压管道所在地区，地表高程由l60m左右逐渐降至l00m左右，地表最大坡度约为l：1.5，高压管道顶上岩层的厚度一般在40m左右，至出山处逐渐减少，洞口顶部岩层厚度在67m以上，越往东厚度越大。由于高压管道所在地区地形不算太陡，因此厂房与调压井的距离较大，使高压管道比较长。高压管道所穿越的岩层有震旦纪的白色石英岩和矽质石灰岩，中生代的正长斑岩岩脉和辉绿岩。根据地质条件，在斜井以下必需采用钢板衬砌，这是因为内水压力较大，采用钢筋混凝土衬砌需要的混凝土较多，施工量较大，工程造价较高；另一方面，这一段靠近隧洞出口，山岩较薄，一旦发生裂缝漏水，对山岩稳定性的危害较大。斜井以上则采用钢筋混凝土衬砌。布置见图3-1。图3-1 调压井、高压管道布置图计算时按钢衬与钢筋混凝土联合承受内水压力考虑。在初步设计时主要考虑计算压力管道的经济直径。通过以下两个公式的计算结果进行比较：(1)初步设计阶段可以按彭德舒公式初步估算经济直径为： （3-2）(2) 根据经验流速为一般为46m/s，这里取较小值为5m/s，计算经济直径为： （3-3） 式中 D高压管道直径；Q高压管道流量；V隧洞经济流速。通过以上两种方案确定出压力管道的经济直径为5.45.7m之间，由于本电站属于大型电站，考虑到经济性和阻力损失，取为5.5m。调压井位于隧洞的末端，隧洞断面为圆形，内径6.0m，调压井下分出二根高压管道，直径5.5m，每根管道在出山之后又分成三条支管，六条支管均通入电站厂房。3.3 分岔管角度的确定当分岔管的位置已经确定后，分岔角越小，厂房愈向下游移动，如角30。时将比45。方案要向下移动：89m，使管段增长。而为60。时可以比45。时少往下游移3m。为30。、45。、60。三种方案的岔管特性比较见表3-1。图3-2 分岔管形式图六条分岔支管均通入电站厂房进入水轮机，由于水轮机之间的间距是固定不变如果选用30。则分岔管分岔位置就要上移，管道用量就会增多，经济性不是很好。如果选用60。则管道的弯度较大水头损失严重。45。时的水流条件比较好因此最后采用分叉角度=45。的方案。见图3-2。表3-1 各种分岔角时分岔管的主要数据(。)304560孔口最大跨度(m)5.94.53.6不平衡水压力（t）1110830680.5水头损失（%）60100125第4章 水电站厂房布置设计白河水电站的装机容量是90万KW大于75万KW，因此属于大（1）型工程，本建筑物的初步设计是建立在已经选定的水轮机和发电机型号基础上的，水轮机的型号是HL220，直径为3.0m，发电机定子直径为6.5m，发电机定子高度为1.27m。4.1蜗壳尺寸的确定由于，故选用金属蜗壳，蜗壳包角查设计手册取345°。对蜗壳任一断面 （4-1） （4-2） （4-3）式中 Qi该断面流量；Qmax水轮机最大流量；c进口断面平均流速；i该断面半径；Ri断面外半径。断面平均流速 （4-4）K流速系数，3.0m时为1.0，300.0m时为0.57，之间采用内插法，取0.96。对于进口断面，根据计算要求，取若干个计算断面，便可绘制出蜗壳断面单线图和平面单线图。计算结果见下表4-1。表4-1 蜗壳断面计算成果表断面编号包角流量Qi（m3/s）断面半径i(m)断面外半径Ri（m）10.000.001.3524.790.522.4039.580.742.84414.360.913.17519.151.053.45623.941.173.70728.731.283.92833.511.394.13936.701.454.264.2 主厂房轮廓尺寸确定4.2.1 机组段平面尺寸确定水电站主厂房是安装水轮发电机组及其辅助设备的场所，根据设备布置的需要通常在高度方向上分为数层。厂房内部布置应根据机电布置、设备安装、检修及运行要求结合水工结构布置统一考虑。1.主厂房长度L的确定： （4-5）式中 L主厂房长度；N机组台数；L0机组段长度 ；L安安装间长度；L边机组段加长。机组段长度L0的确定： （4-6） 对于蜗壳层对于尾水管层 对于发电机层，机组段间距由发电机定子外径控制式中 D风发电机风罩外缘直径，发电机定子直径为6.50m,取风罩壁外缘直径8.60m；d 两相邻风罩通道间的距离,取2