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！