水利水电工程识图教程（薛国强干货）
水利水电工程识图教程（薛国强干货）1987年10月31日凌晨5时33分，东江水电站第一台机组正式发电并入华中电网。时任中共湖南省委书记的毛致用同志欣然命笔题词：“洞庭落东江，电龙越三湘。”1986年8月2日下午1点43分，重达204吨的钢闸门稳稳当当下到导流洞底坎，截断了滔滔江水，按期完成了东江水电站下闸蓄水的光荣任务。工程始于1956年，后因种种原因缓建。直至1978年复工，筹建工程由东江工程指挥部、省水电工程局实施。1980年、1982年，东江指挥部、湖南省水电工程局与电力部第八工程局先后合并，开始东江水电站主体施工。东江水电站于1979年11月贯通导流洞，1980年11月截流，1983年11月开盘浇筑混凝土。
【编者按】本文系笔者21年前以东江电站为工程案例原型进行毕业设计论文，课题主要根据专业培养的要求和毕业设计的目的，针对东江水电站进行设计。设计深度接近可研设计阶段，并重点深入引水系统和厂房枢纽中某一单项工程的结构进行结构计算并提出施工详图。在当年电脑、网络尚不普及的学生年代，均系本人图文公式、一字一句键盘敲入，另有计算书附文专篇整理和FORTRAN编程连同设计图纸及附图等，同样均为电脑字字敲入或CADR14工程制图，总数逾8万余字，期间在老师的指导下并多番查阅资料、手册，几经修订，设计周期近4个月（2000年3-6月期间）全身心投入，颇为不易，印象中似为当年院系少数采用电脑编辑打印（为此专门购得一二手台式电脑，当年大部分毕业论文为手写）并获得水工建筑设计类毕业设计优秀论文，今偶翻阅之，特作此记，内容未作修改。
全文共八个章节，分别为：第一章 基本资料、第二章 枢纽布置、第三章 机电设备及附属设备的选择、第四章 引水系统设计、第五章 调保计算、第六章 厂房布置设计、第七章 结构设计、第八章 结语。因篇幅内容多，现分上、中、下三期形成论文系列篇进行推送，本期为上期内容（主要为第一章 基本资料、第二章 枢纽布置、第三章 机电设备及附属设备的选择）。
第一部分 东江电站简介
东江水电站位于湖南省耒水上游的资兴境内，是一座以发电为主，兼有防洪、航运和工业用水等综合效益的大型水电工程，是三十多年前建成的当时亚洲第一，世界第二的宏伟水电项目，是我国自行设计施工的第一座混凝土双曲薄拱高坝。
工程始于1956年，后因种种原因缓建。直至1978年复工，筹建工程由东江工程指挥部、省水电工程局实施。
1980年、1982年，东江指挥部、湖南省水电工程局与电力部第八工程局先后合并，开始东江水电站主体施工。
东江水电站于1979年11月贯通导流洞，1980年11月截流，1983年11月开盘浇筑混凝土。
1986年8月2日下午1点43分，重达204吨的钢闸门稳稳当当下到导流洞底坎，截断了滔滔江水，按期完成了东江水电站下闸蓄水的光荣任务。
1987年10月31日凌晨5时33分，东江水电站第一台机组正式发电并入华中电网。时任中共湖南省委书记的毛致用同志欣然命笔题词：“洞庭落东江，电龙越三湘。”
第二部分 论文正文
第一章基本资料
第一节流域概况及枢纽布置区的地理特征
东江水电站位于湖南资兴县东江镇上游十一公里的方石峡谷。地理坐标：东经113°10´--113°50´。北纬25°30’--25°55’。峡谷两岸山高大于500米，岸坡45°--50°，两岸对称，呈典型“V”型河谷。高程285米以下，河谷宽高比约为2：1。基岩坚硬、完整，地形条件较优越，常水位时河面宽20--40米，水深1--3米，水下覆盖有砂卵石夹块石，厚度2.5—4.65米。岸坡基石裸露，冲沟发育，岩石受节理裂隙割切，崩落块石形成急流险滩。
第二节水文气象
坝址区气候温和，多年平均气温17.3℃，最高气温42℃，最低气温－10℃。坝址以上多年平均降雨量16.07毫米，雨量多集中在春夏之交。历年平均风速2米／秒，历年最大风速25米／秒。
坝址上游为高山峡谷区，盛产木材。坝址中下游属低山丘陵和陵盆地区，是湖南产粮区之一。有我国南北交通大动脉京广铁路通过，主要城市有衡阳、长沙等市。
第三节工程地质概况
坝址基岩为寒武，震旦系浅变质岩和中晚罗纪花岗岩。两者接触胶结好，变质岩为浅变质细砂岩、角岩、硅质岩和板岩。分布在300米以上。花岗岩为燕山早期侵入体，大致可分为中细粒斑状花岗岩和粗粒斑状花岗岩，分布在300米以下。花岗岩岩性致密坚硬均一，新鲜岩石饱和极限抗压强度1500公斤／平方厘米。摩擦系数：岩石与岩石0.65—0.75，岩石与硂为0.75—0.85，变形模量为30—40×104公斤／平方厘米。
坝址区受新华夏构造系控制。主要有两组：一组走向60－70度，倾向东南，倾角70－80度。如K4—K12等裂隙和Ｆ2、Ｆ5等断层，破碎带宽一般为0.2—0.8米；另一组走向北西340－350度，倾向北东，倾角70－85度。两组裂隙构成盘格式构造，岩石分化不严重；两岸卸荷裂隙较发育。深有10—14米。裂隙面较粗糙多具风化现象。个别有夹泥区地下水以裂隙水为主。大气降雨补给受季节影响很大。
左岸坝址下游900余米处有一河湾（镰刀湾）。从坝址至镰刀湾所经区域。除地表局部段为硅质岩及硅质板岩外，外部均为细粒斑状花岗岩，岩石新鲜、完整，具有建造引水隧洞，地下洞室，调压井，地面厂房等建筑物的优良地形地质条件。
坝址处于构造相对稳定地段，经广州地震大队鉴定，地震基本烈度为6度。故引水建筑物及厂房构造设防烈度按6度考虑。
第四节对外交通
本电站距郴州市约有45公里，有公路相接。坝址右岸有新修铁路15公里与京广铁路的许一一三支线大银桥车站通接。对外交通方便。坝址以下17公里有鲤鱼江火电厂，现有装机22.4万千瓦，是本电站施工的主要电源。
第五节枢纽效益及建筑物级别
一．枢纽效益
东江水电站的开发任务以发电为主兼有防洪、航运，工业用水等综合效益。电站在系统中的作用是进行电力补偿调节，提高枯水期出力及系统的可靠性。东江水电站正常高水位285米高程，相应的库容81.2亿立方米，有效库容56.7亿立方米。库容系数高达1.3，调节性能极好。为充分发挥本电站与其他电站联合运行的补偿效益，装机容量50万千瓦，年均发电量13.2亿度。电站装机四台，单机容量12.5万千瓦。电站采用220千伏一级电压，出线三回：一回与鲤鱼江火电厂相接，一回送来阳，一回送衡阳。
二．建筑物级别
１．挡水建筑物
坝型为变圆心变半径硂双曲拱坝，体型及坝体参数见附图及附表。大坝设计标准为一级建筑物，按千年一遇洪水设计，可能最大洪水保坝。拱冠由两条光滑曲线组成，底部高程137米，坝顶高程294米，坝高157米。底厚35米，厚高比0.22，坝顶宽7米。
２．泄水建筑物
坝身两岸潜孔滑雪式溢洪道，左右岸各布置两孔。潜孔进口地板高程266米，孔口尺寸为10×7.5米（宽＊高）。滑雪槽沿其走向尽量按近地形表面布置，挑流鼻坎与大坝分离，布置原则是使溢洪道既有充裕的泄流能力，又将能量大、速度高的水流送到远离枢纽建筑物的下游，右岸右孔总长143.0米，右岸左孔总长113.04米；左岸右孔总长122.755米，左岸左孔总长152.755米。在正常高水位285米，水舌挑距165米或170米。
为加大汛期泄洪量，并考虑人防和对大坝维护检修，设置了两条放空洞，均布置在右岸。分别称为一级放空洞和二级放空洞。
一级放空洞：进口底板高程222.0米，兼作泄洪洞；当水库水位达289.52米时参加泄洪。
二级放空洞：进口高程为170米，用于水库放空，后期导流及导流洞关闭后供水。大坝维护检修时，可利用上游围堰将库水位降到175.3米高程以下，围堰与大坝之间的基坑可以抽水。
３．木材过坝设施
设计年过坝量30万立方米，永久过木建筑物为右岸纵向原木传送机过坝，坝下设置集材场，利用现有施工铁路装车外运。
第六节工程特性表
1． 枢纽水文特征
|
序号 |
名称 |
单位 |
数量 |
备注 |
|
１ |
流域面积 |
平方公里 |
19005 | |
|
坝址以上 |
平方公里 |
4719 | ||
|
２ |
利用水文系列年限 |
年 |
34 | |
|
３ |
多年平均年径流量变 |
亿立方米 |
45.4 | |
|
４ |
代表性流量 | |||
|
施工期导流流量 |
立方米／秒 |
1790 | ||
|
设计洪水流量p=0.1% |
13900 | |||
|
校核洪水流量p=0.01% |
18600 | |||
|
保坝洪水最大流量 |
31100 | |||
|
实测最大流量 |
5310 |
1961年8月27日 | ||
|
调查历史最大流量 |
8400 |
1971年8月11日 | ||
|
５ |
泥沙 | |||
|
实测最大悬移质含沙量 |
公斤/立方米 |
4.7 |
1971年7月1日 | |
|
多年平均输沙率 |
公斤/秒 |
32.0 |
34年统计 | |
|
多年平均输沙量 |
万吨 |
101 |
2．水库特性
|
序号 |
名称 |
单位 |
数量 |
备注 |
|
1 |
水库水位 | |||
|
正常高水位 |
米 |
285 | ||
|
设计洪水位 |
289.52 | |||
|
校核洪水位 |
291.15 | |||
|
保坝洪水位 |
293.75 | |||
|
死水位 |
237 | |||
|
淤沙高程 |
170 | |||
|
2 |
水库面积 |
平方公里 | ||
|
3 |
水库库容 | |||
|
总库容 |
亿立方米 |
81.2 |
正常水位以下 | |
|
有效库容 |
56.7 | |||
|
死库容 |
24.5 | |||
|
4 |
库容系数 |
1.3 | ||
|
5 |
调节特性 |
多年调节 | ||
|
6 |
径流利用系数 |
0.99 |
3.枢纽下泄流量及相应下游水位
|
序 号 |
频率P90 |
上游库水 位（米） |
总泄量（立方米/秒） |
下游尾水位（米） | ||||
|
方石 |
镰刀湾 | |||||||
|
1 |
0.1 |
289.52 |
5490 |
162.0 |
156.3 | |||
|
2 |
1.0 |
288.05 |
3500 |
158.0 |
153.2 | |||
|
3 |
20 |
285.90 |
1500 |
152.8 |
149.1 | |||
|
4 |
正常 |
285.00 |
300 |
147.6 |
145.2 | |||
|
5 |
最低 |
237.00 |
发保证出力 |
145.5 |
143.6 | |||
|
注：发电流量均按300立方米/秒计入总泄量 | ||||||||
|
4水电站 | ||||||||
|
序号 |
名称 |
单位 |
数量 |
备注 | ||||
|
1 |
最大水头 |
米 |
139 | |||||
|
2 |
最小水头 |
米 |
80 | |||||
|
3 |
设计水头 |
米 |
118.5 | |||||
|
4 |
装机容量 |
万千瓦 |
50 | |||||
|
5 |
装机台数 |
台 |
4 | |||||
|
6 |
电站保证出力 |
千瓦 |
123000 |
电站单独运行保证力 | ||||
|
7 |
年均发电量 |
亿度 |
13.2 | |||||
|
8 |
年利用小时 |
小时 |
2640 | |||||
|
五．附表 1水轮机 | ||||||||
|
序号 |
名称 |
单位 |
数量 |
备注 | ||||
|
1 |
水轮机型号 |
HL—LJ—410 | ||||||
|
2 |
单机容量 |
千瓦 |
127600 | |||||
|
3 |
机组设计流量 |
立方米/秒 |
123 | |||||
|
4 |
机组转速n |
转/分 |
166.7 | |||||
|
5 |
飞逸转速n |
转/分 |
365 | |||||
|
6 |
调速器 |
DT—100 | ||||||
|
7 |
油压装置 |
HYZ—4—25 |
长×宽=2939×183.6 | |||||
2.发电机
|
序号 |
名称 |
单位 |
数量 |
备注 |
|
1 |
发电型号 |
SF125—36/890 | ||
|
2 |
单机容量 |
千瓦 |
125000 | |
|
3 |
电压 |
伏 |
13800 | |
|
4 |
风罩外径 |
厘米 |
1300 | |
|
5 |
转子直径 |
812 | ||
|
6 |
转子轴长 |
837 | ||
|
7 |
转子重 |
吨 |
460 | |
|
8 |
主轴直径 |
厘米 |
110 | |
|
9 |
定子外径 |
890 | ||
|
10 |
励磁机高度 |
160 | ||
|
11 |
励磁机直径 |
265 | ||
|
12 |
上机架直径 |
1030 | ||
|
13 |
转动惯量 |
吨.平方米 |
17500 |
3．主变及开关站
主变型号：SSP7—150000/220
主变钟罩吊装高度 9.97
变压器外形尺寸 8.59×4.2×7.11米
开关站型式 220千伏SF6全封闭组合器一组
开关站面积 750平方米
输线电压 220千伏
4、 主要付厂房参考面积
|
序号 |
名称 |
单位 |
数量 |
备注 |
|
1 |
机旁盘 |
块 |
7 | |
|
2 |
发电机母线洞 |
米 |
2.6×1.4 |
长×宽 |
|
3 |
发电机中性点 |
米 |
2.0×2.2 | |
|
4 |
厂房低压配电室 |
平方米 |
60 |
干式变压器三台 |
|
5 |
近区开关柜室 |
90 |
油浸变压器二台 | |
|
6 |
励磁变压器室 |
140 |
油浸式四台 | |
|
7 |
发电机出线电压配电装置室 |
600 | ||
|
8 |
高压实验室 |
80 | ||
|
9 |
中控室 |
100 | ||
|
10 |
继电保护室 |
150 | ||
|
11 |
蓄电池.酸室 |
120 | ||
|
12 |
压气机室 |
140 | ||
|
13 |
通风机室 |
140 | ||
|
14 |
管通间 |
150 | ||
|
15 |
油库及油处理室 |
250 | ||
|
16 |
排水泵室 |
45 | ||
|
17 |
尾水闸门门式启闭机 |
吨 |
2×30 |
轨宽3.6米 |
六：坝体参数表
|
a |
23゜51′32.2″ |
28゜00′41.1″ |
31゜59′10.2″ |
22゜44′07.7″ |
31゜17′15.7″ |
23゜44′26.7″ |
25゜57′08.3″ |
22゜43′40.8″ | ||
|
r |
52.44424 |
58.4268 |
75.63213 |
94.68680 |
117.45779 |
151.47348 |
193.23537 |
247.42405 | ||
|
ψ |
25゜00ˊ00〞0 |
32゜56ˊ28.6〞 |
38゜00ˊ00〞0 |
44゜30ˊ13.1 |
47゜21ˊ17.5〞 |
46゜51ˊ02.7〞 |
43゜00ˊ08.5〞 |
44゜04ˊ43.3〞 |
42゜05ˊ49.7〞 |
41゜00ˊ00〞 |
|
RD |
62.99867 |
76.23046 |
86.99529 |
109.40923 |
131.80701 |
157.87486 |
192.34403 |
228.3770 |
267.6138 |
302.29722 |
|
圆心坐标 |
931.74600 |
912.47565 |
904.33000 |
886.06652 |
866.41764 |
841.73585 |
807.30890 |
769.97480 |
728.07594 |
690.70080 |
|
△T |
0.00000 |
1.41143 |
2.30189 |
3.60406 |
4.30555 |
4.43545 |
4.00692 |
3.31337 |
1.45342 |
0 |
|
T |
35.00000 |
33.98410 |
33.86345 |
30.86753 |
28.18895 |
24.99085 |
21.20500 |
16.72348 |
11.38189 |
7.00000 |
|
λ下 |
15.26133 |
11.29369 |
8.67471 |
4.52425 |
1.77536 |
0.38930 |
0.34707 |
1.64811 |
4.31020 |
7.00000 |
|
λ上 |
19.73976 |
22.69040 |
24.38874 |
26.34322 |
26.4139 |
24.60155 |
20.85793 |
15.07537 |
7.07168 |
0 |
|
高程 |
137 |
150 |
160 |
180 |
200 |
220 |
240 |
260 |
280 |
294 |
第二章枢纽布置
第一节电站开发方式及厂房类型选择
由已知电站设计水头118.5米。为高水头水电站。对于厂房类型有三种类型选择。它们分别是地下式、坝后式和引水式。现在我们就三种方案的利弊分别讨论，以便确定一最优方案。
方案一：采用地下式厂房，虽然可以减少厂房与其他水工建筑物在施工与布置上的干扰。但它增加了地下洞室的开挖，引起人力、物力的增加和工程量的增加。这对工程的投资来说是不经济的。其次，就地质地形条件而言，坝区受华夏构造系控制，两岸卸荷裂隙较发育。深有10—14米。裂隙面较粗糙多具风化现象。个别有夹泥区地下水以裂隙水为主。大气降雨补给受季节影响很大，故不具备修建地下厂房的地质条件。再者，地下厂房还有一个最大的缺点就是通风、采光性能差。因此，地下厂房不适合于本工程。下面，我们来比较后两种方案。
方案二：即坝后式厂房设计方案，虽然在结构布置上较紧凑，但引水管必须穿过坝体。这对于薄拱坝的结构应力会产生不利的影响。而且会加大坝址处开挖量，不但增加了工程量，更为严重的是将会影响坝肩稳定，及对坝肩产生不利的应力影响，这对拱坝来说是极为不利的。
方石峡谷两岸对称，呈典型“V”型河谷，两岸狭窄，采用坝后式厂房，场地较小，不利于施工单位，也不利于厂房布置。而在左岸坝址下游900余米处有一河湾（镰刀湾）。从坝址至镰刀湾所经区域。除地表局部段为硅质岩及硅质板岩外，外部均为细粒斑状花岗岩，岩石新鲜、完整，具有建造引水隧洞，地下洞室，调压井，地面厂房等建筑物的优良地形地质条件。因此可采用引水式厂房。在下游处场地开阔平整处选一合适位置，进行厂房布置，便会解决场地狭小、施工不便、布置干扰等问题。虽然这样会增加引水隧洞投资，但它却在另一方面会增加近3米水头落差。
此外，据国外施工经验，采用坝后式，一般要在河床截流以后，才能进行厂房施工，而往往截流以后的第一、二年，又必须把重点放在坝体本身的施工上，所以坝后式厂房一般都要在截流以后的第二年甚至更晚些时才能施工。
而方案三，即引水式则不存在这方面问题，不但坝体结构相对简单，而且施工速度不受钢管安装，厂房施工的制约和干扰。
更重要的是，只要具备了开挖条件后，方案三即可开始厂房系统的开挖。不受截流时间和坝体施工限制，其坝体施工、厂房施工及隧洞和岸边削坡均可同步进行相互干扰小，增加施工面，加大工程进度。因此，一般可较坝后式设计方案提前竣工投产，提前发电，缩短工期，这对于以发电效益为主的水电站来说，在经济上是极其有利的。况且，该地区多为细粒斑状花岗岩，岩石新鲜、完整，不存在滑坡问题，无须大量喷锚、支护。因此，在地质条件优良条件下，采用引水式厂房设计方案是经济而在技术上又是可行的方案。
综上所述，本水电站厂房类型采用方案三即引水式厂房设计方案。
第二节引水系统方案选择
一．水电站进水口类型选择
水电站进水口有无压和有压两种方案可供选择，由于坝址区为高山峡谷地形，若采用无压进水口，开挖明渠，势必造成极大的开挖量，工程量投资极为巨大。施工任务艰巨，而该地区多为细粒斑状花岗岩，岩石新鲜、完整，地形地质条件优良，故宜采用有压引水隧洞，且工程量较小。
二．有压进水口类型选择
有压进水口类型选择有岸式、塔式、洞式三种方案选择
方案一：岸式进水口，适用于地质条件较差，不宜扩大断面和开挖竖井，或地形陡峻不宜采用洞式进水口时采用。它承受着水压力，有时也承受着山岩压力，因而需要有足够的强度及稳定性；造价较高。
方案二：塔式进水口，其基本特征在于拦污栅段，闸门段位于水库中，常用工作桥与岸边相连，操作不便，且孤立于水库中，抗震性差，对于强度和稳定性要求较高。一般多适用于山体岩石条件较差，且进水口地形平缓地区。
方案三：由于该坝址处岩石坚硬，地形地质条件优良，可采用洞式进水口，充分利用岩石作用；钢筋混凝土量少，且结构形式经济、安全。采用洞式进水口，其拦污栅设在洞口，沿岸坡成倾斜式。竖井内设闸门，不但增加拦污断面，增强拦污效果；且结构简单，布置方便。无论是技术，还是经济，都是可行的方案。
综上所述，选择方案三，即洞式进水口方案。
三．隧洞条数选择
隧洞条数有一条、二条、四条三种选择方案。
若采用一条隧洞方案，虽然布置简单、工程量较少，但洞径过大，隧洞规模大（D=13米），分岔管多、技术难度大，不便工程施工；且洞数少，不利于工作面展开，影响工程进度，从而也就间接地增加了工程投资，故不宜采用。
若采用四条隧洞方案，则由于本工程中隧洞较长、洞数多，将增大工程量，加大施工难度，并使投资增多。故亦不宜采用。
而方案二，采用两条隧洞方案，工程规模适中（D=8.5米），分岔管道较少，无论是技术，还是经济上都是可行性方案。
所以，采用二条隧洞方案。
四．压力管道供水方式选择
压力管道供水方式选择在本工程中有单元供水、联合供水、分组供水三种方案，现分别比较如下：
方案一：单元供水方式虽然具运行灵活、管道结构小、易于操作等优点。但由于管数较多，在平面上所占尺寸大；管道布置和压力前池、调压室连接困难。
方案二：联合供水虽然布置较容易，但运行不灵活，相互干扰大；一般适用于机组较少且单机流量较小时采用。
方案三：采用分组供水，其不但具有较好的运行性能；且工程规模适中，分岔管道较少。在相同水头损失下，造价较低，而本工程引水隧洞较长，宜采用此方案。
综上所述，选择方案三，即分组供水供水方案。
第三节厂区布置
一．厂房布置
本设计采用引水式水电站，因为左岸坝址下游900余米处有一河湾（镰刀湾）。从坝址至镰刀湾所经区域。除地表局部段为硅质岩及硅质板岩外，外部均为细粒斑状花岗岩，岩石新鲜、完整，具有建造引水隧洞，地下洞室，调压井，地面厂房等建筑物的优良地形地质条件，所以可将地面厂房布置于镰刀湾处。从方石坝址地形地质图来看，镰刀湾处可供建造厂房有三处，它们分别是高程169.08 米、146.02米和高程160米。
如建在高程169.08米处，则压力引水钢管经调压井后将要有一个大转弯，这样将不利于机组的稳定运行；产生不良的水击影响。况且，在此高程有一断层F14，不宜在此建厂房；也不利于大坝泄水。又从方石坝地形地质图来看，该处地形陡峭，开挖量大，故不宜在此建厂房。
如在高程146.2米处建厂房，则势必加长压力钢管长度，这在工程上是很不经济的；况且，在此建厂房也不利于其他厂区建筑物的布置。如在高程160米处建厂房，则无论是从经济角度，还是从技术角度来看都是可行性方案。
因此，厂房布置选在160米高程处。
二．调压室布置
为了改善水击现象，常在有压引水隧洞与压力水管衔接处建造调压室。调压室利用扩大的断面和自由水面反射水击波，将有压引水系统分成两段：上段为有压引水隧洞，调压室使隧洞基本上避免了水击压力的影响；下游段为压力水管，由于长度缩短了，从而降低了压力水管中的水击值，改善了机组的运行条件。
根据调压室的功用，调压室应满足以下基本要求：
１．调压室应尽可能靠近厂房，以缩短压力管道的长度，以利于改善机组运行状况；减少工程投资。
２．能较充分地反射压力水管传来的水击波调压室对水击波的反射愈充分，愈能减少压力水管和引水道中的水击压力。
３．调压室的工作必须是稳定的。在负荷变化时，引水道及调压室水体的波洞应该迅速减弱，达到新的恒定状态。
４．正常运行时，水头损失要小，为此调压室底部和压力水管连接处应具有较小的断面积。
５．工程安全可靠，施工简便，造价经济合。
以上各项之间会存在一定程度的矛盾，所以必须根据具体情况统筹考虑各项要求，进行全面的分析比较，审慎地选择调压室的位置、型号及轮廓尺寸。
第四节选定方案的枢纽总体布置
综上所述：本电站采用有压地面引水式厂房；两条引水隧洞、压力钢管分组供水设计方案。其电站厂房及引水隧洞均布置于河流左岸。具体布置情况请看后附图2-1枢纽总体布置所示。
第三章机电设备及附属设备的选择
第一节机电设备选择
一．水轮机型号及吸出高度
已知资料已给定，本电站水轮机型号采用HL160—LJ—410。又电站所在高程为160m 故其吸出高度
Hs=10.0-▽/900-（σ △σ）H-1
=10.0-160/900-（0.072 0.018）×118.5-1
=-1.84m
式中 H—设计水头m
▽—电站所在海拔高程
σ—水轮机的汽蚀系数，可有水轮机综合特性曲线查出
▽σ--汽蚀系数修正值
综上:水轮机安装高程▽T=▽下游 Hs b0/2=143.6-1.84 0.46=142.22m 取▽T =142.2m
二．蜗壳
对于大中型反击式水轮机，为了使由压力水管引来的水流能够以较小的水头损失、均匀而呈轴对称的进入导水机构，所以在水管末端和座环之间设置了蜗壳。按照水轮机的型式、水头和流量不同，蜗壳的型式也有所不同。
一般地，当水轮机的最大工作水头在40米以上时，通常采用金属蜗壳。而本电站设计水头为118.5米，故选用金属蜗壳。现将蜗壳的水力计算如下：
1. 金属蜗壳的水力计算
(1)对于蜗壳进水口断面：
断面的面积 Fc=Qc/Vc=Qmaxφ0/360°Vc
=123×345/360×9.0=13.10米2
断面的半径 ρmax=(Fc/л)1/2=(20.32/3.14) 1/2=2.042m
从轴中心线到蜗壳外缘的半径 Rmax=ra 2ρmax=6.45/2 2×2.042=7.309m
(2)对于中间任一断面
设φi位从蜗壳鼻端起算至计算断面I处的包角。则该计算断面处的
Qi=Qmax×φi/360°
ρi=(Qmaxφi/360°лVc) 1/2
Ri =ra 2ρi
列表计算如下
|
φi |
0 |
45 |
90 |
135 |
180 |
225 |
270 |
315 |
345 |
|
Qi |
0 |
15.375 |
30.75 |
46.125 |
61.5 |
76.875 |
92.25 |
107.63 |
117.88 |
|
ρi |
0 |
0.738 |
1.043 |
1.278 |
1.475 |
1.649 |
1.807 |
1.952 |
2.042 |
|
Ri |
3.225 |
4.701 |
5.311 |
5.781 |
6.175 |
6.523 |
6.839 |
7.129 |
7.309 |
式中ra=Da/2
Da—座环外半径，可由水轮机标准环尺寸系列查得
Da=6450mm 即ra=6450/2=3225mm=3.225m
由计算结果便可绘出蜗壳平面和断面的单线图，详图请见座标纸图附图3-1所示。
三．尾水管
尾水管是反击式水轮机过流通道的最后部分，其型式和尺寸对转轮出口动能的恢复有很大的影响，而且在很大程度上还影响着厂房基础开挖和下部块体混凝土的尺寸。增大尾水管的尺寸可以提高水轮机的效率，但确使水电站的工程量和投资加大，因此合理的选择尾水管的形式和尺寸在水电站设计中是很有意义的。
由于本工程为大中型水电站，故宜用弯肘形尾水管。查《水电站建筑物设计参考资料》（四川联合大学，张治滨）付录二尾水管尺寸可选用尾水管型号付录二 尾水管尺寸；据水轮机型号据水轮机型号HL-160-LJ-410可选用尾水管型号为4H。
其具体参数如下：
|
型号 |
D1 |
h |
L |
B5=B4 |
D4=h4 |
h6 |
L1 | ||
|
4H |
4.1 |
10.25 |
11.07 |
18.45 |
11.23 |
5.55 |
2.75 |
7.175 | |
|
h5 |
a |
R6 |
a1 |
R7 |
a2 |
R8 |
|
5.37 |
1.997 |
4.756 |
6.05 |
3.34 |
0.44 |
3.21 |
其具体尺寸详图请见坐标纸附图3-2所示。
四．发电机
本电站发电机型号已给，采用SF125-36/890；其参数如下所示：
|
发电机 型号 |
定子铁心 主要尺寸 |
定子 机座 高度 h1 |
上机架高度 h2 |
推力轴承高度 h3 |
励磁机高度 h4 |
副励磁机高度 h5 |
永磁 机及 转速 继电 器高 度 h6 |
下机 架高 度 h7 |
定子支承面至法兰底面距离 h8 | ||
|
外 径 Da |
内 径 Di |
长 度 li | |||||||||
|
SF125-36/890 |
890 |
817 |
210 |
3700 |
1223 |
1350 |
1600 |
800 |
707 |
1500 |
1915 |
|
下支架支承面至法兰底面距离 h9 |
转子磁轭轴向 高度 h10 |
定子水平中心线至法兰底面距离 h12 |
发电机主轴高度 h13 |
法兰盘底面至发电机层地板高度 H |
定子支承面至发电机层地板高度 h |
机座 外径 D1 |
风罩 内径 D2 | ||
|
上 |
中 |
下 | |||||||
|
1165 |
2680 |
4780 |
2560 |
1870 |
3940 |
11100 |
4120 |
10300 |
13000 |
|
转子外径 D3 |
下机架最 大高度D4 |
水轮机机 坑直径D5 |
推力轴承 外径D6 |
励磁机 外径 D7 |
|
8122 |
7540 |
6000 |
4200 |
2650 |
其具体尺寸如下所示：
五.座环
据水轮机型号查金属蜗壳座环尺寸系列得本电站座环参数机尺寸如下：(单位：mm)
|
转轮直径D1 |
座环内径(Db) |
座环外径(Da) |
|
4100 |
5450 |
6450 |
第二节：附属设备的选择
一. 主厂房的起重设备
起重机的形式和台数取决于水电站厂房类型、最大起重量和机组台数等条件，具有上部结构的厂房一般选用桥式起重机，而门式起重机一般只用在露天或半露天式厂房。为此，本电站厂房采用桥式起重机。
而本电站：水轮机 HL—160—LJ—410其转子重50t 总重370t
发电机 SF—125—36/890 其转子重460t 定子重220t 总重816t
主变 SSPL—150000/220 总重152.9t
即本电站最大其中为460吨，而其他部件起重均小于250吨；机组台数4台。而据国内外工程经验，对于初步设计，当最大吊运件的重量为100-600吨，机组台数小于4台时，选用一台双小车或单小车桥式起重机。为此，采用2×2550双小车桥式起重机；其主要参数及尺寸如下：
|
名义 起重 量（t） |
小车起 重量（t） |
跨度 （m） |
起升 高度 (m) |
最大 轮压 (t) |
起重机总重(t) |
主要尺寸（mm) | ||||||
|
小车轨距 LT |
小车 轮距 KT |
大车 轮距 K |
大梁底 面至轨 顶面距 离F |
起重机最大宽度B | ||||||||
|
主 钩 |
副 钩 |
Lk | ||||||||||
|
2×250 |
250 |
50 |
22 |
32 |
70 |
217 |
5800 |
2700 |
5800 |
250 |
10680 | |
|
主要尺寸（mm） |
极限尺寸（mm） |
推荐用大车轨道型号 | ||||||||
|
轨道中心至起重机外端距离 |
轨顶至起重机顶端距离 |
轨顶至缓冲器距离 |
车轮中心至缓冲器外端距离 |
操作室底面至轨顶距离 |
两小车吊钩间距离 |
吊钩至轨 顶距离 |
吊钩至轨道中心距离 | |||
|
主钩 |
副钩 | |||||||||
|
B1 |
H |
H1 |
A |
h3 |
L |
h |
h1 |
L1 |
L2 | |
|
460 |
5400 |
1200 |
920 |
2500 |
4300 |
1300 |
610 |
1600 |
1800 |
Qu120 |
起重机轨道基本数据
|
尺寸 型号 |
b |
b1 |
b2 |
s |
h |
h1 |
h2 |
r |
R |
y1 |
y2 |
重量(kg/m) |
|
QU120 |
120 |
129 |
170 |
44 |
170 |
45.0 |
35 |
8 |
500 |
84.3 |
85.7 |
118.10 |
|
钢 轨 形 状 |
| |||||||||||
二、主变及开关站
本电站主变型号：SSPL—150000/220 其主要参数及尺寸如下：单位：(mm)
|
重量（t） |
外形尺寸（mm） |
轨距（mm） | |||||
|
器身重 |
油重 |
总重 |
运输重 |
长 |
宽 |
高 | |
|
79 |
37．5 |
152．9 |
99 |
8110 |
4238 |
7160 |
2000X2/1435 |
三、调速器及油压装置
1．调速器
在机组负荷变化或其他外扰作用下，为保证机组的转速变化不超过一定范围，并能迅速地稳定于新的工况；从而保证发电机输出的变电频率满足用电设备的要求，为此，必须通过调速系统根据机组转速的变化不断地改变水轮机过流量，从而实现水轮机的调节。在此我们选用DT—100调速器。
2．油压装置
油压装置是供给调速器压力油能源的设备，也是水轮机调速系统的重要设备之一。它是由压力油罐回油箱、油泵机组及其附件组成。本工程选用HYZ-4-25。
（未完待续，敬请关注）
笔者（1999年9月摄于学生宿舍）
（作者：薛国强，水利、水运双专业高级工程师，【水利天下】公众号主编，中国水利学会会员，中国水利工程协会会员，科普中国专家库成员）
