1、龍泉電站增容工程1.基本概況（1）工程地理龍泉電站位于宜昌市遠安縣舊縣鎮龍泉村四組。舊縣鎮地處遠安縣中西部，東與本縣鳴鳳鎮、茅坪場鎮接壤，南與花林寺鎮毗鄰，西與宜昌市夷陵區分鄉鎮接界，北與洋坪鎮、荷花鎮相連，交通便利,區位條件優越。距縣城15公里，是遠安縣中西部三個鄉鎮進城的主要通道。2.增容的理由龍泉電站裝機容量僅為100KW，多年平均發電量不足15萬度，運作十分困難，電站管理極為不經濟。小水電，作為一種清潔可再生能源，國家政府大力支持小水電建設。為了充分利用現有水力資源，發揮電站綜合效益，提高供電量，決定對電站進行全面改造，改造后電站具有灌溉、防洪、供水等綜合功能，發揮水資源的多種效益。新
2、機組裝機容量為350KW，年發電量達到100萬度。龍泉電站位于安舊縣龍泉支線的中下段。靠近集中用戶區。電站發電量的增加，有利于降低線路電壓損失，確保電能質量；同時有利于減少線路電能損耗，更有效的減少電站供電損失，提高電能的利用率。3. 增容后需改建的水工建筑物龍泉電站增容后，需改建的水工建筑物包括：進水口建筑物，引水建筑物，壓力管道，廠房。1. 進水口建筑物1.1進水口建筑物級別根據進水口功能和規模由SL 258-2003 水利水電工程進水口設計規范確定本工程進水口建筑物級別取:主要建筑物為五級,次要建筑物為五級.1.2洪水標準進水口洪水標準根據水利水電樞紐工程等級劃分及洪水標準 SL 252
3、-2000,按其建筑物級別采用50年一遇,設計校核洪水位按100年一遇.1.3安全超高標準閘門、啟閉機和電氣設備工作平臺對擋水位的安全超高標準對于獨立布置進水口建筑物級別與特征擋水位按表1-1采用:進水口工作平臺安全超高標準(cm) 故取安全超高標準為35cm.壓力管設計1.壓力管直徑的選擇：1.1設計流量Q設電站擴容后其裝機為350Kw,由電站出力公式:設_水輪機以及水道的效率;_發電機的效率;H_水頭(m);N_發電機出力(Kw);Q設-_設計流量(m3/s)；取為7.5,H取38.2m。計算得Q設=1.22 m3/s。1.2壓力管道內徑采用經濟直徑公式，即彭德舒公式：Q3max鋼管的最大
4、設計流量，取1.22 m3/s。H設計水頭，取38.2m。K約在512之間，取5.2。計算得D=819mm。若擬定v設=3.2 m/s,則管徑為D=800mm。經動能經濟比較確定，其管徑取D=800mm，故v設=2.42 m/s滿足設計要求。1.3壓力管道供水方式壓力管設計為月牙肋卜型岔管，采用兩機一管的聯合供水方式(如下圖)。 選擇理由：在相同水頭損失下，造價比較低，機組較少時單機流量比較小。1.4鋼管管壁厚度（）鋼管管壁厚度的確定由公式：考慮銹蝕、磨損及鋼板厚度的誤差，管壁厚度取=8mm。1.5壓力管道材料的選擇 要求鋼材有良好的機械力學性能和工藝性能，在符合設計規范和相應的國家標準的前提
5、下要求其造價最省。我國在水電站鋼管方面已經廣泛而成熟地使用的國產鋼種是普通碳素A3（屈服強度=235N/mm2）。2.壓力鋼管及鎮墩穩定、應力計算2.1鋼管抗外壓穩定計算鋼管抗外壓穩定安全系數計算式為:式中:K抗外壓穩定安全系數，要求K2； Pcr光面管管壁的臨界外壓，N/mm2； E鋼材的彈性模量，2.06105 N/mm2； 鋼管壁厚，取8mm； Do鋼管內徑，0.8m; 鋼管內外允許氣壓差，N/mm2，不得大于0.1 N/mm2,如通氣孔能保證不被污物或冰塊堵塞,管內、外氣壓差值可采用計算值,但不小于0.05N/mm2；K1安全系數,取2.8;Q1通氣孔的進風量,近似取鋼管內的流量,1.
6、22m3/s;C1通氣孔流量系數，無通氣閥，取為0.7;F1通氣孔面積，0.49m2;如取管壁厚度為8mm,可計算得K=5.8,滿足要求,故主管管壁最小厚度為8mm。2.2鋼管和岔管管壁厚度計算1）鋼管管壁厚度計算 根據內水壓力按下式確定管壁厚度:式中：管壁厚度（含銹蝕裕度），mm； H水頭； D0鋼管內徑，0.80m; 焊縫系數，取0.95(雙面對接焊);許用應力，由于只考慮內水壓力，取Q235容許應力的70%，即=101.5(N/mm2)。計算得壁厚為4.88mm滿足設計要求。由此可知道，各管段壁厚取8mm均滿足求。2）岔管管壁厚度計算 岔管計算壁厚按下列兩式中的較大值采用：（膜應力區）或
7、（局部應力區）式中： P內水壓力，0.38 N/mm2； 該節鋼管半錐角； R 該節鋼管最大內半徑； 焊縫系數，0.95;K1、K2均按最大值取,分別為1.1、2.0;膜應力區容許應力，取0.5 =72.5 N/mm2；局部應力區容許應力，取0.8 =116 N/mm2；計算壁厚（mm）；管段明管段岔管段支管段計算壁厚（mm）4.894.674.82取用壁厚（mm）846長度（m）注：比實際長度略大70510計算得各段壁厚，見表3)鎮墩穩定、應力計算 作用在鎮墩上的力除自重外,分為沿管軸方向的軸向力和垂直管軸的法向力.軸向力包括:鋼管自重分力A1,彎管上的內水壓力A2,伸縮節端部的內水壓力A3
8、,溫度變化時支座對鋼管的摩擦力A4,彎管中水的離心力A5等,所有軸向力的作用點均為鎮墩上、下游側鋼管軸線的交點。法向力包括:鎮墩所分擔的附近管段的自重分力G1和管段內的 ，水重分力G2。抗滑穩定安全系數計算公式：式中：K抗滑安全，要求K1.52;F鎮墩砼與基巖間摩擦系數,f=0.48;W鎮墩自重,KN;軸向力和法向力的豎值分力之合，向下為正，KN；軸向力和法向力的水平分力之合，向下游側為正，KN；基底應力計算公式：式中：基底最大應力，Kpa，要求（地基承載力）；基底最小應力，Kpa，要求0（即為壓應力）；L鎮墩底部長度，m；B鎮墩底部寬度，m；E0偏心距，m；、正常運行情況（基本荷載組合）、水
9、錘情況（導葉同時關閉，基本荷載組合）、管道放空情況（基本荷載組合）、水壓試驗情況（特殊荷載組合）1#鎮墩底面尺寸為3.0*2.4m2,計算如下表:1#鎮墩穩定應力計算成果表工況XYGfK溫升39.056.0333.9 0.484.9溫降35.558.2333.9 0.48 5.4 1#鎮墩地基應力計算成果表工況YGW溫升56333.9 5.0219.6-90.7溫降58.2333.9 5.0143.3-9.12.3壓力鋼管內水壓力計算一、初擬壓力鋼管內徑已知 Q設=1.22m3/s，取V經為2.42m/s,取D=800mm作為試算內徑。二、水損計算1）進口水頭損失=0.026m式中：取0.05
10、2)1#鎮墩彎管末端至前池鋼管起點：用均勻流摩阻公式已經曼寧公式計算沿程水頭損失: 用下式計算進口、彎頭、收縮段等水頭損失;水頭損失計算:L1=70m, C=81.9,計算得hf1=0.611m; hj1=0.21;式中：11#彎管水損系數為0.1 2平板門槽水損系數為0.4 3前池彎管水損系數0.1即：hw1=hf1+hj1=0.821m1#鎮墩彎管末端至岔管軸線交點段：L2=5m, C=81.9計算得hf2=0.04mhj2=(1+2) =0.444m式中：1岔管局部水損系數為0.75; 2彎管局部水損系數為0.1; Hw2= hf2+hj2=0.484m岔管軸線交點中心O點至支管1段L3
11、=10m D=520mm C=61.9V=4.1m/shf3=0.22mhj3= =0.024mm工作凈水頭H凈=式中=0.072hw3= hf3+hj3=0.244m支管末端至閘閥末端段L4=10m D=400mm V2=2.79m/s C=59.2hf4= =0.235mhj4=0.2mhw4=hf4+ hj4=0.43538.21.984=36.19m3、水擊壓力計算取4mm計算厚度,再考慮銹蝕等原因,各管段壁厚取值如下:# =8mm D=0.8m V=3.2m/sL1=70m# =8mm D=0.52m V=4.1m/s L2=10m# =4mm D=0.4m V=2.79m/sL3=
12、10m1）判別水擊類型取 Ts=5s 0取1435m/sa1=1070m/sa2=1200m/sa3=1250m/s =1088.42 m/s=3.25m/s=1.18Q=0.0897水擊波的相t=0.125TTs=5s 故發生間接水擊導葉由全開到全關時I始=1 pI始=1.247 =0.0956查圖表知，將產生末項正水擊I始=0.5 pI始=1.3450.5=0.6725即查表知，發生第一相水擊3正水擊壓力升高值Z間末=0.101閘閥未端水擊壓力升高值h1閘末=Z間末H0=0.10138.2=3.8582mH01=38.2+12.516=42.0582 m本計算只對鋼管作結構計算，在進行壓力
13、鋼管、線路布置時已滿足規范規定管線高于最低壓力線的要求，故不需作負水擊值計算。通過計算分析，電站明鋼管結構是符合穩定要求的。1對于無壓引水式高水頭小型水電站，工作水頭大于150米的明鋼管，導葉由全開到全關時發生第一相水擊；工作水頭大于150米的明鋼管，導葉由全開到全關時將產生末相正水擊。2對于山區小型水電站，根據實際設計工作經驗，水工設計手冊壓力鋼管內徑擬定公式僅實用于單機組情況，對于供多機組的壓力鋼管按水工設計手冊公式擬定內徑，實踐證明其計算值一般都有點偏小。3在進行壓力鋼管、線路布置時已滿足規范規定管線高于最低壓力線的要求的，不需作負水擊值計算。4水工設計手冊壓力鋼管公式計算D1.3m不需設置剛性環,但從我縣多個電站建設實踐來看，山區小型水電站明鋼管D1.0m不需設置剛性環, D1.0時處于安全考慮一般應設置剛性環。
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