水電站課程設(shè)計_第1頁
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文檔簡介

1、<p>  一、水電站樞紐工程原始資料及設(shè)計條件</p><p><b>  1、工程概況</b></p><p>  某水電站位于沅水一級支流巫水下游峽谷河段,下距會同縣若水鄉(xiāng)鎮(zhèn)2,距洪江市15。壩址下游2有洪江~綏寧省級公路從若水鄉(xiāng)鎮(zhèn)經(jīng)過,交通較為便利。</p><p>  該工程初擬正常蓄水位191,迥水至高椅壩址,庫容0.07

2、08億m3,裝機(jī)16,是一座以發(fā)電為主,兼有防洪、旅游等綜合效益的水電工程,樞紐建筑物由溢流閘壩、重力式擋水壩、右岸引水發(fā)電隧洞和引水式廠房組成。</p><p>  2、工程等別和建筑物級別</p><p>  本工程以發(fā)電為主,兼有防洪、旅游等綜合效益。水庫正常蓄水位191時庫容為0.0708億m3,電站裝機(jī)容量為16,根據(jù)水利水電工程等級劃分的規(guī)定,工程規(guī)模為?。?)型,工程等別為Ⅳ

3、等。永久性建筑物閘壩、電站廠房等屬4級建筑物,臨時建筑物屬5級。</p><p><b>  3、水文氣象資料</b></p><p>  3.1洪水:各頻率洪峰流量詳見下表</p><p>  表1-1 壩 址 洪 峰 流 量 表</p><p>  3.2水位~流量關(guān)系曲線:</p>&l

4、t;p>  表1-2 下壩址水位~流量關(guān)系曲線表 高程系統(tǒng):85黃海</p><p>  表1-3 上壩址水位~流量關(guān)系曲線表 高程系統(tǒng):85黃海 </p><p>  表1-4 廠址水位~流量關(guān)系

5、曲線表 高程系統(tǒng):85黃海 </p><p><b>  3.3泥沙</b></p><p>  多年平均含沙量:0.089; 多年平均輸沙量:22.05萬;設(shè)計淤沙高程:169.0;淤沙內(nèi)摩擦角:10?;淤沙浮容重:0.9。</p><p><b>  3.4氣象</b></p><p>

6、  多年平均氣溫:16.6?C;極端最高氣溫:39.1?C;極端最低氣溫:-8.6?C;多年平均水溫:18.2?C;歷年最高氣溫:34.1?C;歷年最低氣溫:2.1?C;多年平均風(fēng)速:1.40; 歷年最大風(fēng)速:13.00,風(fēng)向:NE;水庫吹程:3.0;最大積雪厚度:21;基本雪壓:0.25。</p><p>  4、工程地質(zhì)與水文地質(zhì)</p><p><b>  4.1工程

7、地質(zhì)資料</b></p><p>  (1)該工程區(qū)地震基本烈度小于Ⅵ度,不考慮地震荷載。</p><p>  (2) 基巖物理力學(xué)指標(biāo)</p><p>  上壩址:飽和抗壓強(qiáng)度:20~30;抗剪指標(biāo):=0.6~0.65;抗剪斷指標(biāo):=0.8~0.9 ;=0.7~0.8。 </p><p&g

8、t;  下壩址:飽和抗壓強(qiáng)度:15~25;抗剪指標(biāo):=0.6~0.62;抗剪斷指標(biāo):=0.7~0.8 ;=0.70。</p><p>  4.2壩址工程地質(zhì)條件</p><p>  (1)上壩址工程地形、地質(zhì)條件</p><p>  上壩址位于河流彎曲段下游,流向2790,基本為“U”型橫向河谷。河床基巖裸露,高程181~184,河床寬136,水深0.5~3.0。壩

9、軸線上游100~350,河床深槽較發(fā)育,一般槽寬20~40,槽深11~14.5。當(dāng)蓄水位192 時,河谷寬161 ,左岸沖溝較發(fā)育,壩軸線上、下游分別分布2# 及3# 沖溝,邊坡具下陡上緩特征,高程227以下坡角450,以上坡角250,山頂高程271 ;右岸地形較平順,上游有一小沖溝分布,邊坡較陡峻,坡角350~450,山頂高程292。</p><p>  壩址區(qū)除兩岸均分布有寬度較窄,厚3~4沖積階地堆積及左岸

10、分布厚1~3殘積堆積外,基巖大部分裸露,出露的主要巖性為砂質(zhì)板巖、絹云母板巖夾長石砂巖、厚層長石砂巖、含礫砂巖、含礫砂質(zhì)板巖。</p><p>  壩區(qū)巖層走向與河流交角700~800,傾上游偏左岸,壩址區(qū)構(gòu)造較簡單,僅上游見F1斷層及物探探測的F3斷層,破碎帶寬0.1~0.6,延伸長度均小于50。主要節(jié)理有四組。</p><p>  壩區(qū)巖石風(fēng)化受巖性與地形等因素影響,長石砂巖抗風(fēng)化能力

11、較強(qiáng),風(fēng)化較淺;板巖、絹云母板巖抗風(fēng)化能力較弱,風(fēng)化深度較大,兩岸山頂受地形切割呈弧立小山包,則強(qiáng)風(fēng)化深達(dá)25~36。</p><p>  據(jù)鉆孔壓水試驗(yàn)和地下水觀測資料,壩區(qū)巖體透水性較差,地下水位坡降陡達(dá)40~50%,埋藏較淺,遠(yuǎn)高于設(shè)計正常蓄水位。壩基巖體透水率小于5lu占96.8%,基本屬弱透水巖體;防滲帷幕下限(q<5lu)埋深,左岸5.2~20,河床5~7,右岸2.5~12。</p>

12、<p>  (2)下壩址工程地形、地質(zhì)條件</p><p>  下壩址位于上壩址下游660,基本為“U”型橫向谷,河流流向2650,河床大部分為沖積砂礫石覆蓋,河床高程182~183.5,河床寬202,右河床為淺灘,水深0.5~1.0m, 左河床為人工改造河槽,水深1.5~2.0。當(dāng)正常蓄水位192時,河谷寬232 。兩岸地形對稱,邊坡較陡峻。左岸坡角400~430,為崩坡積物所覆蓋,山頂高程324

13、.74;右岸坡角420~450,基巖裸露,山頂高程315.25。</p><p>  壩區(qū)除少部分為第四系松散堆積物覆蓋外,基巖大部分裸露,出露的主要巖性有絹云母板巖夾中薄層長石砂巖。</p><p>  壩區(qū)地質(zhì)構(gòu)造較簡單,斷層未見。巖層產(chǎn)狀N200~250E,SE<600~700,其走向與河流交角600~650,傾向上游偏左岸。</p><p>  壩區(qū)巖石風(fēng)化

14、主要受巖性所控制,壩基及壩肩大部分為絹云母板巖,其抗風(fēng)化能力較弱,兩岸肩強(qiáng)風(fēng)化相對較深。</p><p>  據(jù)鉆孔地下水位觀測資料,左壩肩地下水位埋深9.5~40(高程225以上),右壩肩地下水位埋深3 ~23(高程226 以上),遠(yuǎn)高于蓄水位。據(jù)鉆孔壓水試驗(yàn)資料表明,基巖的透水性與巖體風(fēng)化程度密切相關(guān),強(qiáng)風(fēng)化帶及弱風(fēng)化帶上部巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育,巖體完整性較差,透水性較強(qiáng),為中等透水帶,弱風(fēng)化帶中下部和微風(fēng)化巖

15、體透水性較差,基本為弱透水或微透水帶。壩基防滲帷幕下限(q<5lu)埋深,左岸10~28,河床2~10,右岸6~20。</p><p>  (3)壩基巖石物理力學(xué)指標(biāo)</p><p>  表1-5 壩基巖石物理力學(xué)指標(biāo)建議值表 </p><p>  4.3 引水發(fā)電隧洞及廠房工程地質(zhì)條件</p><p><b&g

16、t;  (1)引水發(fā)電隧洞</b></p><p>  下壩址引水隧洞進(jìn)口位于壩線右岸上游,洞段穿越河間地塊,出口位于河灣下游9#沖溝口附近。洞軸向N16?W。</p><p>  進(jìn)口段(0~40):地形坡角28?~60?,上覆巖體厚6~18,圍巖為Zaj 2-4巖組灰綠色絹云母板巖,劈理發(fā)育,巖層產(chǎn)狀N20?E,SE∠65?,傾向洞外偏右側(cè),與洞軸線交角36?,主要發(fā)育產(chǎn)狀

17、N70?W,SE∠78?,N50?W,SW∠87?及N10?E,SE∠85?三組節(jié)理,面多閉合平直,延伸長0.5~1.0。強(qiáng)風(fēng)化帶下限埋深8~12,巖體因節(jié)理裂隙發(fā)育較破碎,成洞條件差,建議采取明挖。開挖坡比,。洞臉邊坡由于受層面與多組節(jié)理組合切割穩(wěn)定性較差,建議采取加固處理措施。</p><p>  洞身段(40~110):上覆巖體厚18~66,圍巖為Zaj2-3巖組上部灰白色厚層狀長石砂巖,圍巖呈弱~微風(fēng)化狀

18、態(tài)。巖層產(chǎn)狀N22?E,SE∠64?,與洞軸線交角38?。主要發(fā)育N50?~60?W,SW∠85?~87?及N10?E,SE∠80?~85?兩組節(jié)理,面緊密閉合,延伸長0.5~1.0。該段位于地下水位以下,巖體完整性較好,基本穩(wěn)定,成洞條件較好。其中平距40~70段屬Ⅲ類圍巖,=4~5,=35~40;平距70~110段屬Ⅱ類圍巖,=6~7,=50~55。</p><p>  洞身段(110~350):上覆巖體厚2

19、4~107,圍巖為Zaj2-3、Zaj2-2巖組灰綠色絹云母板巖夾中厚層長石砂巖,圍巖呈弱~微風(fēng)化狀態(tài),巖層產(chǎn)狀N22?E,SE∠64?,與洞軸線交角38?,板巖內(nèi)產(chǎn)狀N15?E,NW∠75?劈理較發(fā)育。主要發(fā)育N50?~60?W及N10?E兩組高傾角節(jié)理,面平直閉合,延伸長0.5~1.0m。該段位于地下水位以下,巖體完整至較完整,大部分洞段基本穩(wěn)定,成洞條件較好,但局部洞段(310~350)劈理、節(jié)理較發(fā)育,穩(wěn)定性較差。其中平距110

20、~310段屬Ⅲ類圍巖,=4~5,=30~35;平距310~350段屬Ⅳ類圍巖,=3~4,=15~20。</p><p>  出口段(350以后):地形坡角15?~45?,上覆巖體厚2~24。圍巖為Zaj2-2巖組灰綠色絹云母板巖夾長石砂巖,板巖內(nèi)劈理發(fā)育。巖層產(chǎn)狀N15?E,SE∠65?~70?,傾向洞內(nèi)偏右側(cè),與洞軸線交角31?。主要發(fā)育N30?E,NW∠35?,N85?W,SW∠86?,N15?W,SW∠79

21、?及N80?E ,NW∠36?四組節(jié)理,面多閉合,延伸長1~5。強(qiáng)風(fēng)化帶下限埋深5~16m。該段位于地下水位以下,巖體因節(jié)理、劈理發(fā)育完整性差,成洞條件差,建議采取明挖,開挖坡比,,。由于N10?E及N80?E,傾向洞外的兩組緩傾角節(jié)理較發(fā)育,加上與NWW向、NNW向高傾角節(jié)理組合形成不穩(wěn)定塊體,對洞臉邊坡與開挖邊坡穩(wěn)定不利,建議采取錨固處理措施。</p><p><b>  (2)廠房</b&g

22、t;</p><p>  下壩址廠房位于河彎下游9#沖溝出口的沖積堆積Ⅰ級階地一帶,階地寬10~12,階面高程183~184,后山坡坡角45?,基巖裸露。階地上部為灰褐色粉質(zhì)粘土,下部為砂礫石,厚1.0~1.8,基巖為Zaj2-3、 Zaj2-2巖組灰綠色絹云母板巖夾灰白色長石砂巖。巖層產(chǎn)狀,N15?~20?E,SE∠65?~70?,板巖劈理發(fā)育,主要發(fā)育NE向、NEE向、NNW向及NWW向四組節(jié)理,面多閉合,延

23、伸長1~5。強(qiáng)風(fēng)化帶下限埋深2~5,廠房基礎(chǔ)持力層為弱風(fēng)化巖體,其強(qiáng)度滿足建筑物地基應(yīng)力要求。但NE及NEE向兩組緩傾角(35?~36?)節(jié)理較發(fā)育,且傾向坡外,對廠房開挖邊坡穩(wěn)定不利,建議采取加固處理措施。推薦的巖體物理力學(xué)指標(biāo)建議值:弱風(fēng)化長石砂巖,;弱風(fēng)化絹云母板巖=15~20,;開挖坡比, 。</p><p>  4.4 天然建筑材料</p><p>  本階段勘察按普查精度要求進(jìn)

24、行,除對原規(guī)劃料場進(jìn)行復(fù)核外,重點(diǎn)對石料進(jìn)行了勘測,共勘查儲量:砂礫料180.85× ,土料77.5× ,石料988.22× ,儲量基本能滿足要求。</p><p>  (1)土料:共調(diào)查了7個料場,總儲量77.5×,均分布在團(tuán)河Ⅱ級階地,為黃褐色、紅棕色粘土、土層較密實(shí),呈可塑~硬塑狀,中~低壓縮性。料場分布面積大,有用層厚度3 ~4,無用層厚度僅0.5。除高標(biāo)、若水兩料

25、場有少量農(nóng)田及柑桔林外,其他產(chǎn)地均為荒地,開采條件好。除若水料場運(yùn)距為2.5較近外,其他料場運(yùn)距較遠(yuǎn)達(dá)10~14。各料場距公路較近,運(yùn)輸方便,推薦料場土的物理力學(xué)指標(biāo):天然含水量26%,最優(yōu)含水量22%,最大干密度1.56~1.60,壓縮系數(shù)Va1-2=0.32,內(nèi)摩擦角180,凝聚力23。</p><p>  (2)砂礫料:共調(diào)查26個料場,總儲量180.85×,其中砂約46.39×,礫13

26、4.46×,水上66.56×,水下114.29×,主要分布在團(tuán)河、巫水、沅水等河流。團(tuán)河的砂料場,礫石成分板巖較多,磨圓度較差,粗礫含量偏高,砂約占15~20%,砂礫石質(zhì)量較差。巫水、沅水的砂礫料場,礫石成份主要為砂巖,石英砂巖等,磨園較好,含泥較少,砂約占20~40%。質(zhì)量較好。團(tuán)河、巫水河的料場單個儲量較小,一般1~3×。水上可采厚度0.5~1.5,水下可采厚度1.5~2.0。無用層厚度0~0

27、.8,最厚2,開采較為方便。沅水的料場單個儲量較大,一般10~30×,可采厚度水上:1.0~2.0 ,水下:1.5~2.0?;緵]有無用層,開采條件好。八宋、陳田、若水、胡家灣、上江西團(tuán)、下江西團(tuán)、紅廟灣、陡灘料場,運(yùn)距近,僅2~5。其他料場運(yùn)距較遠(yuǎn)達(dá)9.5~28.5。除三洲、高椅料場不通公路,運(yùn)輸不便外,其他料場距公路均較近,運(yùn)輸較方便。</p><p>  (3)石料:共調(diào)查5個料場,總儲量988.

28、24×。除獨(dú)巖灘料場為估算儲量外,其他四個料場均實(shí)測斷面,用平行斷面法計算儲量。5個料場均位于庫內(nèi)兩岸。為Zaj2、Zaj3的厚層砂巖、含礫砂質(zhì)板巖、含礫砂巖等,弱風(fēng)化巖石較堅硬,飽和抗壓強(qiáng)度。表部無用層為風(fēng)化破碎巖石,厚度0~20??拷影哆厼槿躏L(fēng)化巖石,山坡無用層厚度較大,開采條件較差。蘆塘等四個料場運(yùn)距近,小于1,應(yīng)優(yōu)先開采。獨(dú)巖灘料場遠(yuǎn)距較遠(yuǎn),達(dá)5.5,可作為備用料場。各料場均無公路相通,需修建簡易公路。</p&

29、gt;<p><b>  5、設(shè)計基本數(shù)據(jù)</b></p><p>  5.1工程開發(fā)的任務(wù)</p><p>  該水電站工程開發(fā)的任務(wù)是以發(fā)電為主,兼顧防洪、旅游、生態(tài)治理等綜合利用,它的興建將促進(jìn)會同縣工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。</p><p>  5.2主要技術(shù)規(guī)范及參考資料</p><p>  《水利水電樞

30、紐工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》SL252-2000;《混凝土重力壩設(shè)計規(guī)范》DL5108-1999;《水電站廠房設(shè)計規(guī)范》SD335-89;《水電站進(jìn)水口設(shè)計規(guī)范》SD303-88《水利水電工程可行性研究報告編制規(guī)程》DL5020-93;《水工隧洞設(shè)計規(guī)范》SD134-84;《水電站調(diào)壓室設(shè)計規(guī)范》DL/T5058-1996;《水利水電工程設(shè)計防火規(guī)范》SDJ278-90;《水工設(shè)計手冊》第七冊。</p><p> 

31、 5.3水庫特征水位、下泄流量及下游水位</p><p><b>  (1)下壩址</b></p><p>  正常蓄水位:192.00;設(shè)計洪水位(P=2%):193.75,下泄流量Q=5220m3/s,相應(yīng)下游水位193.3;校核洪水位(P=0.2%):199.4,下泄流量Q=8440m3/s,相應(yīng)下游水位198.67;死水位:191.50。</p>

32、<p><b>  (2)上壩址</b></p><p>  正常蓄水位:192.00;設(shè)計洪水位(P=2%):194.78,下泄流量Q=5220m3/s,相應(yīng)下游水位194.15;校核洪水位(P=0.2%):200.24,下泄流量Q=8440m3/s,相應(yīng)下游水位199.34;死水位:191.50。</p><p><b>  5.4設(shè)計控制標(biāo)

33、準(zhǔn)</b></p><p><b>  (1)穩(wěn)定控制標(biāo)準(zhǔn)</b></p><p>  大壩 基本組合(設(shè)計情況):Kc≥1.05,k'≥3.0</p><p>  特殊組合(校核情況):Kc≥1.00, k'≥2.5</p><p>  廠房 抗浮安全系數(shù) :Kf≥1.10</p>

34、<p><b>  (2)應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)</b></p><p>  基礎(chǔ)面不出現(xiàn)垂直拉應(yīng)力</p><p>  最大垂直壓應(yīng)力小于地基允許承載力(地基承載力安全系數(shù)取2)</p><p><b>  (3)防滲設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)</b></p><p>  相對隔水層控制線:3~5lu</

35、p><p>  壩基設(shè)帷幕、排水,,。</p><p><b>  二、機(jī)電設(shè)備選擇</b></p><p><b>  1、水輪機(jī)的選型</b></p><p>  1.1水輪機(jī)選擇的基本資料</p><p><b>  裝機(jī)容量,</b></p&g

36、t;<p>  1.2水輪機(jī)型號的選擇</p><p>  根據(jù)設(shè)計水頭,從水輪機(jī)系列型譜參數(shù)表中查的,可以有型和型兩種選型方案。本設(shè)計中選用型水輪機(jī),不再作機(jī)型方案的比較。</p><p>  1.3單機(jī)容量的選擇</p><p>  水電站的裝機(jī)容量等于機(jī)組臺數(shù)和單機(jī)容量的乘積。根據(jù)已確定的裝機(jī)容量,就可以擬定可能的機(jī)組臺數(shù)方案。綜合考慮機(jī)組臺數(shù)與

37、機(jī)電設(shè)備制造、水電站投資、水電站運(yùn)行效率、水電站運(yùn)行維護(hù)工作等的關(guān)系,采用兩臺機(jī)組,單機(jī)容量為。</p><p>  式中 ——水輪機(jī)的額定出力</p><p>  ——發(fā)電機(jī)的額定出力</p><p>  ——發(fā)電機(jī)效率,大中型發(fā)電機(jī)取96%~98%,中小型發(fā)電機(jī)取95%~96%</p><p>  1.4水輪機(jī)主要參數(shù)的確定<

38、/p><p>  (1)轉(zhuǎn)輪直徑的計算</p><p>  式中:;=11.5 </p><p>  由教材查得該型水輪機(jī)在限制工況下的, =82.6%。由此可初步假定原型水輪機(jī)在該工況下的單位流量,效率85%。將以上各值代入公式得:</p><p>  選用與之接近而偏大的標(biāo)準(zhǔn)直徑=4.5。</p><p><

39、b>  (2)轉(zhuǎn)速的計算</b></p><p>  查得該型水輪機(jī)在最優(yōu)工況下單位轉(zhuǎn)速=88.3,初步假定,將相應(yīng)數(shù)據(jù)代入,可得=68.8,選用與之接近而偏大的同步轉(zhuǎn)速。</p><p><b>  效率及單位參數(shù)修正</b></p><p>  查得型水輪機(jī)在最優(yōu)工況下模型的最高效率=89.6%,模型轉(zhuǎn)輪的直徑=0.39,

40、則原型水輪機(jī)的最高效率</p><p><b>  =93.6%</b></p><p>  考慮到制造工藝質(zhì)量上的差異,取ξ=1.0%,則效率修正值為: </p><p>  =0.936-0.896-0.01=0.03</p><p>  由此可得原型水輪機(jī)在最優(yōu)工況和限制工況下的效率應(yīng)為:</p>

41、<p>  =89.6%+3%=92.6%</p><p>  =82.6%+3%=85.6%(與原來假定的數(shù)值相近)</p><p>  單位轉(zhuǎn)速的修正值按下式計算</p><p>  =0.017﹤0.03</p><p>  按規(guī)定單位轉(zhuǎn)速可不加修正,同時,單位流量也可不加修正,原假定及相應(yīng)計算結(jié)果是正確的。</p>

42、;<p>  (4)工作范圍的檢驗(yàn)</p><p>  在選定的=4.5,的情況下,水輪機(jī)在最大的和各特征水頭下相應(yīng)的值即可計算。</p><p>  在設(shè)計水頭=11.5以額定出力工作時,其相應(yīng)的最大單位流量為: =1.215﹤1.4 </p><p>  則水輪機(jī)的最大引用流量為:=1.215×=83.43<

43、/p><p>  與特征水頭、、相應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速為</p><p>  在型水輪機(jī)的模型綜合特性曲線圖上分別繪出=1215,,的直線,由圖可見,由這三根直線所圍成的水輪機(jī)工作范圍基本上包含了該特性曲線的高效率區(qū),所以對于型水輪機(jī)方案,所選定參數(shù)=4.5,=94.7是合理的。</p><p><b>  (5)吸出高的計算</b></p>

44、<p>  可知,對于轉(zhuǎn)輪,其吸出高可按下式計算:</p><p>  式中為電站裝置氣蝕系數(shù),查得。</p><p>  水電站的海拔高度可由表1-4中的廠址水位與流量關(guān)系采用內(nèi)插法得出,即</p><p><b>  得=179.32</b></p><p><b>  因此:,取最大值。<

45、;/b></p><p>  根據(jù)實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn),需將計算的吸出高度減1作為采用的吸出高度,汽蝕較輕微,故取為-6.7.</p><p>  1.5水輪機(jī)安裝高程的確定</p><p>  對立軸混流式水輪機(jī),安裝高程式: </p><p><b>  式中 </b></p><p>&l

46、t;b>  查表知,,取</b></p><p>  ,故機(jī)組安裝高程為173.5。</p><p>  2、水輪機(jī)結(jié)構(gòu)與外型尺寸估算</p><p>  混流式水輪機(jī)主要由以下幾部分組成:埋入部分,包括蝸殼、座環(huán)、尾水管等;導(dǎo)水機(jī)構(gòu),包括頂蓋、底環(huán)、導(dǎo)葉和導(dǎo)葉操作機(jī)構(gòu)等;轉(zhuǎn)動部分,包括轉(zhuǎn)輪、主軸等;導(dǎo)軸承、密封裝置及其他附屬裝置。</p&g

47、t;<p><b>  2.1 蝸殼</b></p><p><b>  (1)斷面形式</b></p><p>  由﹤40知,應(yīng)選擇混凝土蝸殼。它的斷面為梯形,便于施工和減小其徑向尺寸。</p><p>  圖2-1 蝸殼斷面圖</p><p>  其中,,,,=3.45

48、,=3.00。蝸殼頂角點(diǎn)和底角點(diǎn)的變化形式有直線和拋物線兩種,直線變化規(guī)律對設(shè)計及施工比較方便,而拋物線變化規(guī)律水利條件較好。為便于設(shè)計與施工,選用直線變化規(guī)律。</p><p>  (2)蝸殼的水力計算</p><p>  根據(jù)水輪機(jī)設(shè)計水頭在蝸殼進(jìn)口斷面平均流速經(jīng)驗(yàn)曲線上查得進(jìn)口斷面流速=2.9/s,取包角=180?,故所需的進(jìn)口斷面面積為:</p><p> 

49、 。根據(jù)選定的進(jìn)口斷面形狀,通過試算即可求出蝸殼進(jìn)口斷面的具體尺寸如下圖示:(單位:米)</p><p>  圖2-2 蝸殼進(jìn)口尺寸圖</p><p>  中間斷面的尺寸此處不做詳細(xì)計算,根據(jù)以上值近似畫出蝸殼平面單線如圖示:</p><p>  圖2-3 蝸殼平面單線圖</p><p><b>  2.2尾水管</b>

50、;</p><p>  (1)確定尾水管的基本尺寸</p><p>  根據(jù)本電站的總裝機(jī)容量(16)為中型水電站,為了減少尾水管的開挖深度,采用彎肘型尾水管。彎肘形尾水管是由進(jìn)口直錐段、肘管和出口擴(kuò)散段三部分組成,其大致形狀如圖示:</p><p>  由推薦的尾水管尺寸表查得,水輪機(jī)各尺寸如下:</p><p>  表2-1 尾水管

51、標(biāo)準(zhǔn)型式與實(shí)際計算表</p><p>  尾水管高度,指從水輪底環(huán)平面到尾水管底板的高度,是決定尾水管性能的主要參數(shù)。對低水頭混流式水輪機(jī),,最低不得小于,此處為11.7。</p><p>  可近似取為轉(zhuǎn)輪出口直徑,此處取為=4.8.進(jìn)口錐管單邊擴(kuò)散角的最優(yōu)值,對混流式水輪機(jī),取。此處取為9º。</p><p>  尾水管的水平長度是指機(jī)組中心線至尾水管

52、出口斷面的距離,此處取20.25。</p><p>  (2)尾水管其他細(xì)部尺寸不做設(shè)計。</p><p>  2.3水輪機(jī)重量估算</p><p>  (1)水輪機(jī)總重量估算</p><p>  水輪機(jī)總重量指不包括調(diào)速器、油壓裝置和其他輔助設(shè)備的水輪機(jī)整體重量。查《水電站機(jī)電設(shè)計手冊》可知,</p><p><

53、;b>  (2)轉(zhuǎn)輪重量估算</b></p><p>  查《水電站機(jī)電設(shè)計手冊》可知,</p><p><b>  2、調(diào)速系統(tǒng)的選擇</b></p><p>  水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的基本任務(wù)是:使水輪發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定地以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行,在機(jī)組負(fù)荷變化工其他外擾作用下,保證機(jī)組的轉(zhuǎn)速變化不超過一定的范圍,并能迅速地穩(wěn)定于新的工況,從而

54、保證發(fā)電機(jī)輸出的交流電頻率滿足用電設(shè)備的要求。水輪機(jī)調(diào)節(jié)是通過調(diào)速系統(tǒng)根據(jù)機(jī)組轉(zhuǎn)速的變化不斷地改變水輪機(jī)過流量來實(shí)現(xiàn)的。</p><p>  調(diào)速系統(tǒng)的主要設(shè)備有:調(diào)速器、油壓裝置和漏油裝置。</p><p>  2.1調(diào)速器的型式及工作容量的選擇</p><p>  綜合考慮調(diào)速器型式及工作容量的合理性,在反擊式水輪機(jī)調(diào)速器系列型譜表中本水電站可選擇DT-100。

55、可知其基本資料下所示: </p><p>  表2-2 DT-100基本資料表</p><p>  2.2油壓裝置的選擇</p><p>  油壓裝置是向水輪發(fā)電機(jī)制調(diào)速系統(tǒng)供給壓力油的能源設(shè)備,是調(diào)速系統(tǒng)的重要組成部分。同時也可作為進(jìn)水閥、調(diào)壓閥以及液壓操作元件的壓力油源。油壓裝置有分離式和組合式兩種。分離式

56、油壓裝置的壓力油罐與回油箱分開;組合式油壓裝置的壓力油罐裝在回油箱上面的框架上。前者容量范圍較大,適用于大中型水輪機(jī)。后者結(jié)構(gòu)緊湊,但容量較小,僅適用于中小型水輪機(jī)。</p><p>  本電站采用組合式油壓裝置。為了滿足機(jī)組調(diào)節(jié)和安全運(yùn)行的要求,通常每臺水輪機(jī)裝設(shè)一臺油壓裝置。油壓裝置的工作能力是以壓力油箱的總?cè)莘e和額定油壓為表征的。壓力油箱的總?cè)莘e可按下列經(jīng)驗(yàn)公式估算</p><p>

57、<b> ??; 取</b></p><p>  查油壓裝置系型譜表,本水電站可選,查知其基本尺寸如下所示:</p><p>  表2-3 油壓裝置基本尺寸表</p><p>  圖2-5 油壓裝置簡圖 (單位:mm)</p><p><b>  3、發(fā)電機(jī)的選擇</b></p&

58、gt;<p>  3.1水輪發(fā)電機(jī)的型式選擇</p><p>  本設(shè)計為中型電站,故選用大中型機(jī)組,采用立式布置SF10-42/940,已知發(fā)電機(jī)主要參數(shù)如示:</p><p>  表2-4 發(fā)電機(jī)主要參數(shù)表</p><p>  3.2水輪發(fā)電機(jī)的通風(fēng)冷卻方式及其選擇</p><p>  大中型水輪發(fā)電機(jī)常采用密閉式空氣循環(huán)

59、冷卻和水內(nèi)冷兩種冷卻方式。密閉式空氣循環(huán)冷卻的冷卻方式是借助轉(zhuǎn)子風(fēng)扇或輪副的風(fēng)扇作用合空氣在發(fā)電機(jī)內(nèi)部循環(huán)流通,熱空氣通過冷卻器用水冷卻。本電站采用密閉式空氣循環(huán)冷卻。</p><p>  3.3水輪發(fā)電機(jī)外形尺寸估算</p><p><b>  (1)主要尺寸估算</b></p><p><b> ?、贅O距: </b>

60、;</p><p><b>  式中 </b></p><p><b>  所以 </b></p><p>  ②定子內(nèi)徑 </p><p> ?、鄱ㄗ予F芯長度 </p><p>  式中 —額定轉(zhuǎn)速;C—系數(shù),此處取為。</p><p

61、>  ,故采用傘式發(fā)電機(jī)。 </p><p>  ④定子鐵芯外徑 (機(jī)座號)</p><p><b>  ﹤166.7,</b></p><p><b>  (2)外形尺寸估算</b></p><p><b>  ①平面尺寸估算</b></p><p&

62、gt;  定子機(jī)座外徑 (﹤136.4)</p><p><b>  風(fēng)罩內(nèi)徑 ()</b></p><p><b>  轉(zhuǎn)子外徑</b></p><p>  下機(jī)座最大跨度 ()</p><p>  —水輪機(jī)機(jī)坑直徑(6300)</p><p>  =6.3+0

63、.6=6.9</p><p>  推力軸承外徑和勵磁機(jī)外徑</p><p>  查得 =2000~2600,取為2000; =1400~1600,取為1400</p><p><b> ?、谳S向尺寸計算</b></p><p>  定子機(jī)座高度 (﹤88.2)</p><p>  上機(jī)架高度 (

64、傘式非承載機(jī)架)</p><p>  推力軸承高度,勵磁機(jī)高度, 副勵磁機(jī)高度和永磁機(jī)高度</p><p>  查表3-8,當(dāng)時, =1000;=1500~1800,此處取為1500,其中機(jī)架高500~700,此處取為500;=600;=500</p><p>  下機(jī)架高度 (傘式承載機(jī)架) </p><p>  定子支座支承面

65、至下機(jī)座支承面或下?lián)躏L(fēng)板之間的距離</p><p>  =0.25=0.25×7060=1765(傘式承載機(jī)架)</p><p>  下機(jī)座支承面至主軸法蘭底面之間的距離</p><p>  轉(zhuǎn)子磁軛軸向高度 (無風(fēng)扇)</p><p><b>  發(fā)電機(jī)主軸高度</b></p><p>

66、;  —發(fā)電機(jī)總高度,即由主軸法蘭盤底面至發(fā)電機(jī)頂部的高度</p><p>  定子鐵芯水平中心線至主軸法蘭盤底面至發(fā)電機(jī)頂部的高度</p><p>  3.4水輪發(fā)電機(jī)重量估算</p><p><b>  發(fā)電機(jī)總重量 </b></p><p>  —發(fā)電機(jī)總重量();—系數(shù),對懸式發(fā)電機(jī)取8~10,此處取為8。<

67、;/p><p>  (2)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子重量一般可按發(fā)電機(jī)總重量的1/2估算</p><p>  發(fā)電機(jī)外形尺寸如下所示:</p><p>  圖2-6 發(fā)電機(jī)外表尺寸示意圖 (單位:米)</p><p><b>  4、起重設(shè)備</b></p><p>  水電站起重設(shè)備一般采用橋式起重機(jī)或門式起

68、重機(jī)。橋式起重機(jī)有單小車和雙小車兩種。雙小車橋式起重機(jī)與單小車起重機(jī)不同之處是在橋架上設(shè)有兩臺可以單獨(dú)或聯(lián)合運(yùn)行的小車,每臺小車只有一個起重吊鉤,藉手動變速作主鉤或副鉤使用,當(dāng)?shù)踹\(yùn)最重件(如發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子)時,兩臺小車借助平衡梁聯(lián)合起吊。</p><p>  4.1吊車形式的選擇</p><p>  最重吊運(yùn)件的重量為105噸,且機(jī)組臺數(shù)小于4臺,故可選用一臺單小車橋式起重機(jī)。</p&g

69、t;<p>  4.2主要工作參數(shù)的選擇</p><p>  (1)起重量 查得額定起重量為110噸。</p><p>  (2)跨度 起重機(jī)大車軌道中心線之間的垂直距離(或起重機(jī)大車兩端車輪中心線之間的垂直距離)稱為跨度,以米表示。根據(jù)廠房寬度起重機(jī)跨度定為22米。</p><p>  (3)起升高度 雙小車起重機(jī)每臺小車只有一套起重機(jī)

70、構(gòu),其吊鉤的下極限位置應(yīng)保證發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子或水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪從機(jī)坑吊出,同時還應(yīng)滿足吊運(yùn)進(jìn)水閥及水輪機(jī)埋設(shè)部件及安裝的要求。</p><p><b>  (4)主要附屬裝置</b></p><p><b> ?、俚蹉^</b></p><p>  主廠房每臺單小車橋式起重機(jī)一般都設(shè)置主、副鉤各一個。主鉤一般應(yīng)滿足起吊額定起重量的要求,

71、副鉤則按產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)配置。</p><p>  圖2-7 吊鉤裝置圖</p><p><b> ?、谄胶饬?lt;/b></p><p>  平衡梁基本尺寸如下所示:</p><p>  圖2-8 平衡梁外形尺寸圖書館 (單位:cm)</p><p><b>  其它主要尺寸:</

72、b></p><p>  表2-7 其它主要尺寸表</p><p><b>  三、水電站廠房布置</b></p><p>  廠房布置的基本要求是:應(yīng)適應(yīng)地質(zhì)、地形、水文、氣象等自然條件,并根據(jù)電站樞紐布置的具體情況、不同類型廠房的特點(diǎn),全面考慮,合理布置;應(yīng)滿足設(shè)備安全運(yùn)行,便于安裝檢修及操作管理,廠內(nèi)各種設(shè)備布置 協(xié)調(diào),并考慮

73、水工結(jié)構(gòu)上的要求;應(yīng)充分考慮設(shè)備進(jìn)廠以及廠內(nèi)吊裝、運(yùn)輸?shù)囊?;?yīng)考慮電站初期運(yùn)行要求,盡可能不設(shè)或少設(shè)臨時設(shè)施,對于分期建設(shè)的電站,應(yīng)考慮遠(yuǎn)、近期結(jié)合;應(yīng)考慮防火、防淹、防潮及勞動保護(hù)等方面的要求,力求布置 整齊美觀;在滿足電波運(yùn)行及安裝檢修要求的前提下,盡量減少土建工程量,節(jié)省投資。</p><p>  1、立軸反擊式機(jī)組的布置</p><p>  主廠房由機(jī)組段(包括端機(jī)組段)和安裝場

74、組成,所以主廠房布置和尺寸的確定,主要就是機(jī)組段和安裝場的布置和尺寸的確定。而機(jī)組段尺寸主要取決于水輪機(jī)蝸殼、尾水管、發(fā)電機(jī)等設(shè)備的外形尺寸。</p><p>  (1)尾水管層的布置</p><p>  反擊式水輪機(jī)的泄水設(shè)備——尾水管的頂部與基礎(chǔ)底板之間的空間是尾水管層,布置有:</p><p><b> ?、傥菜?lt;/b></p&g

75、t;<p>  為減少開挖量,采用彎肘形尾水管。它由直錐段、肘管段和擴(kuò)散段幾個部分組成。水輪機(jī)采用標(biāo)準(zhǔn)型尾水管。尾水管底板高程為160.92,厚1.5,基礎(chǔ)開挖高程為159.42。為減小擴(kuò)散段結(jié)構(gòu)跨度,通常設(shè)有2個隔墩。廠內(nèi)設(shè)有通往尾水管的通道和進(jìn)人孔,進(jìn)人孔的尺寸為600×800。進(jìn)人孔的位置布置在尾水管的圓錐段。當(dāng)停機(jī)放空尾水管的水,檢修人員從水輪機(jī)沿進(jìn)水閥坑的爬梯下去,然后水平進(jìn)入廊道,打開設(shè)在尾水管直錐段

76、的金屬蓋,利用梯繩爬進(jìn)尾水管內(nèi)。</p><p> ?、诩⒓鹊篮退檬?lt;/p><p>  主廠房內(nèi)常在下部結(jié)構(gòu)部分的基礎(chǔ)塊體最低部位設(shè)置集水井或集水廊道,并在上方設(shè)水泵室,以便及時利用水泵排除基礎(chǔ)滲水。一般蝸殼有不管通到尾水管,尾水管將水引入集水井或集水廊道,然后由水泵抽水向下游排出。出口高程一般設(shè)在下游水位以上。</p><p><b>  

77、(2)蝸殼層的布置</b></p><p>  蝸殼層是反擊式水輪機(jī)的引水設(shè)備蝸殼及其周圍的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)塊體和空間部分。</p><p>  本電站采用單元供水,廠內(nèi)不設(shè)蝴蝶閥,而在調(diào)壓井處設(shè)控制閘門。此為引水隧洞設(shè)計部分,故在本設(shè)計中不做進(jìn)一步探討。</p><p>  機(jī)組轉(zhuǎn)輪直徑4.5,蝸殼為混凝土蝸殼,蝸殼的包角為180?。蝸殼內(nèi)設(shè)進(jìn)人孔,進(jìn)人

78、孔的布置在進(jìn)口的上部。進(jìn)人孔的大小為650。</p><p>  (3)水輪機(jī)層的布置</p><p><b>  ①圓筒式發(fā)電機(jī)機(jī)墩</b></p><p>  圓筒式機(jī)墩抗扭、抗震及抗壓性能好,剛度大,一般為少筋混凝土,用鋼量省,故采用圓筒式機(jī)墩。機(jī)墩內(nèi)部是空的便于水輪機(jī)安裝時吊進(jìn)、檢修時吊出。機(jī)墩內(nèi)布置接力器,預(yù)埋各種油、氣、水管道和布置

79、電纜、電線。運(yùn)行人員經(jīng)常要進(jìn)入內(nèi)腔進(jìn)行巡視和檢修工作,機(jī)墩要留有進(jìn)人孔,機(jī)墩高度 不能太矮。機(jī)墩內(nèi)徑要按大于水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑、小于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子直徑,并考慮下機(jī)架支承等要求而定。</p><p>  根據(jù)經(jīng)驗(yàn),圓筒式機(jī)墩內(nèi)徑</p><p><b> ?。▊闶剿啺l(fā)電機(jī))</b></p><p>  根據(jù)前面發(fā)電機(jī)的計算,。</p>&

80、lt;p><b> ?、谒啓C(jī)機(jī)坑的布置</b></p><p>  水輪機(jī)機(jī)坑應(yīng)按下列要求進(jìn)行布置:應(yīng)便于在水輪機(jī)機(jī)坑內(nèi)檢修、安裝、維護(hù)導(dǎo)軸承和傘式機(jī)組的推力軸承;當(dāng)機(jī)組采用不吊發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子而拆出水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪進(jìn)行檢修時,此時機(jī)墩結(jié)構(gòu)及布置尺寸應(yīng)考慮轉(zhuǎn)輪運(yùn)出的通道,并設(shè)置必要的吊運(yùn)裝置以滿足轉(zhuǎn)輪拆裝的要求。在決定機(jī)坑進(jìn)人孔的位置時,應(yīng)注意水輪機(jī)接力器和推拉桿對進(jìn)入機(jī)坑通道的影響。</

81、p><p>  進(jìn)入水輪機(jī)機(jī)坑的門為一個,門寬為1.5米,門的高度為2米。</p><p>  (4)發(fā)電機(jī)層的布置</p><p><b> ?、偎啺l(fā)電機(jī)</b></p><p>  一般有定子外露、定子埋入和上機(jī)架埋入三種布置形式。定子埋入式和上機(jī)架埋入式使發(fā)電機(jī)層寬敞,同時由于提高了發(fā)電機(jī)層高程而增加了水輪機(jī)層高度,

82、可增設(shè)一層作為出線層。這兩種布置形式被廣泛采用。本電站采用定子埋入式。</p><p><b> ?、跈C(jī)旁盤</b></p><p>  它包括機(jī)組自動操作盤、機(jī)組繼電保護(hù)盤、機(jī)組測溫盤、機(jī)組動力盤等,每臺機(jī)組的機(jī)旁盤為3塊,每塊尺寸為。布置在發(fā)電機(jī)層并盡桶靠近調(diào)速器操作柜且在同一側(cè),以便運(yùn)行人員在機(jī)組啟動時能觀察到盤上的儀表。此外,還要考慮到節(jié)省電纜和布線方便,機(jī)旁

83、盤通??拷睆S房。</p><p><b>  ③勵磁機(jī)和勵磁盤</b></p><p>  勵磁機(jī)布置隨發(fā)電機(jī)容量而異,有直接布置在同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸頂,也有發(fā)與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸相聯(lián)接的單獨(dú)布置方式。勵磁盤最好布置在發(fā)電機(jī)層,如果太擁擠,也要布置在水輪機(jī)層,但需用通風(fēng)設(shè)備以保證該層不致太潮濕。勵磁室尺寸為。</p><p><b> ?、?/p>

84、樓梯</b></p><p>  為運(yùn)行人員經(jīng)常從發(fā)電機(jī)層到水輪機(jī)檢查巡視提供方便,在每兩臺機(jī)組之間設(shè)鋼筋混凝土樓梯一座。樓梯凈寬1.2米,坡度以34度到38度之間為宜。</p><p><b>  ⑤交通道</b></p><p>  在水輪發(fā)電機(jī)的上、下游側(cè)應(yīng)留有2-2.5米的交通道,各種設(shè)備間也必須保持運(yùn)行巡視和檢修需要而留的

85、1.5-2.0米的距離。</p><p>  四、主廠房主要尺寸的確定</p><p>  主廠房的尺寸的確定,即主廠房總長、總高和寬度的確定。</p><p>  4.1主廠房的總長度</p><p>  主廠房的總長度包括機(jī)組段的長度(機(jī)組中心間距),端機(jī)組段的長度和安裝場的長度,并考慮必要的水工結(jié)構(gòu)分縫要求的尺寸。</p>

86、<p>  (1)機(jī)組段長度的確定</p><p>  裝有立軸反擊式機(jī)組的廠房機(jī)組段長度,主要由蝸殼、尾水管、發(fā)電機(jī)等到設(shè)備在軸方向的尺寸確定,同時還應(yīng)考慮機(jī)組附屬設(shè)備及主要通道、吊物孔的布置及其所需尺寸。</p><p>  機(jī)組段長度可按下式計算:</p><p>  式中 ——機(jī)組段方向的最大長度</p><p> 

87、 ——機(jī)組段方向的最大長度</p><p>  和可按尾水管層、蝸殼層和發(fā)電機(jī)層分別計算,取其中的最大值。</p><p><b>  蝸殼層 </b></p><p><b>  如圖4-1所示:</b></p><p><b>  尾水管層 </b></p>

88、;<p><b>  圖4-2 </b></p><p><b>  發(fā)電機(jī)層</b></p><p><b>  圖4-3</b></p><p><b>  式中:</b></p><p>  ——蝸殼方向最大平面尺寸;</p&g

89、t;<p><b> ??;</b></p><p><b> ?。?lt;/b></p><p><b>  ,,;</b></p><p><b>  ,,;</b></p><p><b>  ,;</b></p&g

90、t;<p><b>  ,,;</b></p><p><b>  故機(jī)組段長度,取</b></p><p>  (2)端機(jī)組段長度的確定</p><p><b>  (3)主廠房總長度</b></p><p><b>  主廠房總長度 </b

91、></p><p>  其中,裝配廠長度,此處。</p><p>  4.2廠房寬度的確定</p><p>  以機(jī)組中心線為界,廠房寬度可分為上游側(cè)寬度和下游側(cè)寬度兩部分。下游側(cè)寬度通常取尾水管長度即20.25,上游側(cè)寬度。</p><p>  式中,——系數(shù),隨轉(zhuǎn)輪直徑而異,當(dāng)。</p><p>  因此可得

92、下式: ,得,即</p><p><b>  所以</b></p><p>  4.3廠房各層高程的確定</p><p>  廠房各層的高程,主要有尾水管底板高程、機(jī)組安裝高程、水輪機(jī)層地面高程、發(fā)電機(jī)層地面高程、吊車軌道頂?shù)母叱?、廠房頂?shù)母叱痰取?lt;/p><p><b> ?、潘啓C(jī)的安裝高程</b&

93、gt;</p><p><b> ?、莆菜艿装甯叱?</b></p><p>  尾水管底板高程 ;——尾水管高度。</p><p>  ⑶主廠房基礎(chǔ)開挖高程</p><p>  主廠房基礎(chǔ)開挖高程;,。</p><p>  =160.92-1.5=159.42</p><

94、p> ?、人啓C(jī)層地面高程 </p><p><b>  水輪機(jī)層地面高程</b></p><p><b>  式中 ,;</b></p><p><b>  ,。</b></p><p><b> ?、砂l(fā)電機(jī)裝置高程</b></p&g

95、t;<p><b>  發(fā)電機(jī)裝置高程</b></p><p>  式中 ,取2;</p><p><b>  ,取1.23。</b></p><p>  =177.77+2+1.23=181</p><p><b>  ⑹發(fā)電機(jī)層樓板高程</b></

96、p><p><b> ?、似鹬貦C(jī)的安裝高程</b></p><p><b>  起重機(jī)的安裝高程</b></p><p><b>  式中 ,;</b></p><p><b> ??;</b></p><p><b>  

97、;</b></p><p><b>  ,;</b></p><p><b> ?、烫旎ò宓拙壐叱?lt;/b></p><p>  ——起重機(jī)軌頂至小車頂面的凈空尺寸,取為6.45。</p><p>  ——小車頂與屋面大梁或屋架下弦底面的凈距,</p><p>&l

98、t;b> ?、臀蓓敻叱?</b></p><p>  =+=198.707+1.5=200.207;</p><p><b>  ⑽廠房總高度</b></p><p>  確定廠房各程的高程后,即可繪出廠房的橫剖面圖和廠房的縱剖面圖。</p><p>  圖4-4 廠房橫剖面圖 </

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