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1設(shè)計(jì)基本資料及依據(jù)

水電站的壓力輸水管道是前池、機(jī)組的中間聯(lián)接環(huán)節(jié)，其設(shè)計(jì)與前池設(shè)計(jì)、機(jī)組造型，電站水能方面有關(guān)的詳細(xì)資料參見《二級(jí)電站技術(shù)設(shè)計(jì)報(bào)告》和《二級(jí)電站技術(shù)設(shè)計(jì)專題報(bào)告集》，其基本資料如下：二級(jí)電站設(shè)計(jì)裝機(jī)2臺(tái)2500kW，其多年平均發(fā)電量為1750萬(wàn)kW·h，機(jī)組年利用小時(shí)數(shù)為3500h，電站保證出力1421kW。電站選用2臺(tái)CJ461-W-115/2×13雙噴嘴沖擊式機(jī)組，其單機(jī)設(shè)計(jì)流量為1592m3/s，設(shè)計(jì)水頭195.73m，最大水頭為196.6m，最小水頭192.55m，機(jī)組安裝高程為539.8m，支管中心高程539.919m，下游尾水正常水位537.7m，電站具有一壓力前池，前池最高水位為759m，正常水位為756.6m，死庫(kù)容2500m3。鋼管進(jìn)水口中心高程為747.0m，進(jìn)水室底板高程為746.3m。進(jìn)行鋼管設(shè)計(jì)，其主要依據(jù)為水電站壓力鋼管設(shè)計(jì)規(guī)范（SD144-85），小型水力發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范（GB71-84），鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB700-65）和水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)，水工設(shè)計(jì)手冊(cè)等。

2鋼管總體布置設(shè)計(jì)

鋼管的總體布置主要是鋼管管線走向；鋼管與前池及廠房機(jī)組的聯(lián)結(jié)方式。其布置應(yīng)符合電站總體布置要求，考慮地質(zhì)、地形條件，本著節(jié)省投資，水流平順、水頭損失小，施工及運(yùn)行安全、方便的原則，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。在鋼管管線布置中，根據(jù)工程地形、地質(zhì)情況方便進(jìn)出段與其它建筑物及設(shè)備聯(lián)接，將鋼管管線在初步設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上平行向下游側(cè)移動(dòng)10m。這樣，主要有下列好處：

（1）便于進(jìn)行前池進(jìn)水口布置，鋼管在前池處二級(jí)電站管道設(shè)計(jì)李盛春水電勘測(cè)設(shè)計(jì)分析與探討水工與施工《水利水電》2013年第3期10轉(zhuǎn)彎距離縮短。

（2）鋼管上段平移后避開了沖溝，提高了鋼管安全度，同時(shí)也便于布置前池頂壩泄洪和溢流。

（3）鋼管中部段下移后，原設(shè)計(jì)需打的一平洞可以取消，降低了工程造價(jià)。

（4）鋼管下部原設(shè)計(jì)在一滑坡體上通過，施工處理難度大，造價(jià)高；現(xiàn)平行下移后，可避開高滑坡體，減少砌1000m3，節(jié)省了資金5萬(wàn)元（1992年建設(shè)時(shí)單價(jià)）。保證了鋼管安全，同時(shí)也縮短了支管長(zhǎng)度，便于升壓站布置，對(duì)廠區(qū)總體布置有利。鋼管與前池的聯(lián)接，采取壩內(nèi)埋管型式，安裝快速閘門。鋼主管與廠房縱軸向成30°角布置，在1＃鎮(zhèn)墩處分兩支管引向水輪機(jī)。3鋼管直徑選擇壓力水管直徑選擇是鋼管設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。鋼管直徑選擇應(yīng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定，選擇技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上優(yōu)越的方案。根據(jù)初步設(shè)計(jì)和鋼管直徑計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式，初步擬定3個(gè)方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。

方案1：內(nèi)徑0.9m，全長(zhǎng)736.72m；方案2：內(nèi)徑0.9m段長(zhǎng)304.51m，內(nèi)徑1.0m段長(zhǎng)432.21m；方案3：內(nèi)徑1.0m全長(zhǎng)736.72m。對(duì)各方案進(jìn)行水頭損失計(jì)算。進(jìn)行各方案電能損失計(jì)算時(shí)，電站平均流量按下式確定：Qcp=Ncp9.81y水y發(fā)HH=V上-V中-KQ2cp式中Ncp———平均出力，Ncp=1997.7kW；y水、y發(fā)———分別為水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)平均效率，取y水=83%；y水=94%；V上、V中———分別為上游平均水位，噴嘴計(jì)算高程；K———水頭損失系數(shù)，對(duì)方案1：K=1.915；方案2：K=1.432；方案3：K=1.092。根據(jù)上式求得Qcp、△H=KQ2cp后，按下式計(jì)算電能損失：△E=9.81y水y發(fā)Qcp△H·式中t———1年小時(shí)數(shù)。計(jì)算結(jié)果見附表。按公式β=HD2[β]02mm初估管壁厚度，對(duì)各方案鋼管重量進(jìn)行估算。按發(fā)電平均售電價(jià)0.15元／kW·h（1992年建設(shè)時(shí)單價(jià)）計(jì)算鋼管電費(fèi)損失根據(jù)上述計(jì)算進(jìn)行方案比較，確定最終方案。從水頭損失來分析，內(nèi)徑0.9m方案最大水頭損失為25m，這將造成機(jī)組選型困難，水輪直徑必須大一個(gè)檔次，機(jī)組造價(jià)將大大增加。而方案2最大水頭損失為l8m，方案3最大水頭損失為14.5m，不會(huì)造成機(jī)組造型問題。從制造、安裝及運(yùn)輸?shù)确矫姹容^，三個(gè)方案的直徑相差不多，無(wú)大的困難。鋼管直徑的最后確定在于其經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性。由方案1和方案2比較，其單位電能投資0.5元/kW·h比電站綜合單位電能投資0.6元/kW·h小；其回收年限為3.28年，顯然方案2比方案1優(yōu)越。對(duì)方案2和方案3比較，其單位電能為0.94元／kW·h，比電站綜合單位電能投資0.6元／kW·h大，回收年限也達(dá)6.27年，故方案2比方案3也優(yōu)越。

3小結(jié)

綜上所述，從便于機(jī)組選型和經(jīng)濟(jì)上來分析，方案2是最優(yōu)方案，故技術(shù)設(shè)計(jì)最后選用方案2作為設(shè)計(jì)方案。

作者：李盛春?jiǎn)挝唬河乐菔兴娍睖y(cè)設(shè)計(jì)院