水電站課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書

1、.水電站課程設(shè)計(jì)任務(wù)書題 目：水電站地面式廠房布置設(shè)計(jì)發(fā)題日期： 年 月 日完成日期： 年 月 日專業(yè)名稱： 班 號： 學(xué)生姓名： 主要指導(dǎo)教師： 其他指導(dǎo)教師： 武漢大學(xué)水利水電學(xué)院水電站教研室1 工程概況及設(shè)計(jì)資料1.1 工程概況湘賀水利樞紐位于向河上游，河流全長270公里，流域面積6000平方公里屬于山區(qū)河流。本樞紐控制流域面積1350平方公里，總庫容22.15億立方米，為多年調(diào)節(jié)水庫。本樞紐的目標(biāo)是防洪和發(fā)電。主要建筑物有重力拱壩，壩高77.5米，弧長370米；泄洪建筑物；開敞式溢洪道或泄洪隧洞；發(fā)電引水隧洞及岸邊地面廠房等工程。水電站總裝機(jī)60MW，裝機(jī)4臺，單機(jī)15MW。電站擔(dān)任工

2、農(nóng)業(yè)負(fù)荷，全部建成后擔(dān)任系統(tǒng)灌溉負(fù)荷。電站廠房位于右岸壩下游幾十米處，由引水隧洞供水，主洞內(nèi)徑5.5米，支洞內(nèi)徑3.4米，廠內(nèi)裝置4臺混流式立式機(jī)組，出線方向?yàn)橄掠?，永久公路通至左岸?.2 基本資料 1.2.1 水庫及水電站特征參數(shù)1、水庫水位水庫校核洪水位 140.00 m水庫設(shè)計(jì)洪水位 137.00 m水庫正常高水位 125.00 m水庫發(fā)電死水位 108.00 m設(shè)計(jì)洪水尾水位 77.00 m校核洪水尾水位 78.50 m2、廠址水位流量關(guān)系曲線水位（m）68.5069.2069.7569.7569.9070.20流量（m3/s）0.040.080.0120.0160.0200.0水位

3、（m）70.9571.6072.2074.5076.3078.50流量（m3/s）400600.0800.01000.01200.014003、水電站特征水頭最大水頭 56.00 m最小水頭 38.00 m平均水頭 50.84 m計(jì)算水頭 48.30 m4、地形地質(zhì)電站樞紐地形參見地形圖。左岸地勢較平緩，右岸地勢較陡。樞紐基巖系凝灰?guī)r，巖石抗壓強(qiáng)度較高，廠區(qū)有第四紀(jì)沉積層，厚約3米，河床砂卵石覆蓋層平均深24米。5、供電方式本電站初期為三臺機(jī)組，遠(yuǎn)景為四臺機(jī)組，投入系統(tǒng)運(yùn)行，根據(jù)系統(tǒng)要求本電站能作調(diào)相運(yùn)行，水電站主結(jié)線采用擴(kuò)大單元結(jié)線方式，采用110千伏、35千伏及發(fā)電機(jī)電壓10.5千伏三種電

4、壓等級送電；高壓側(cè)采用橋形結(jié)線方式。電氣主結(jié)線見圖二。6、對外交通下游左岸有永久公路通過。1.2.2 水電站主要動力設(shè)備及輔助設(shè)備1、水輪機(jī)：型號HL220-LJ-225額定出力 15.6 MW 額定轉(zhuǎn)速 214.3 r/min單機(jī)額定（最大）流量 36.2m3/s2、水輪發(fā)電機(jī)：型號SF15-28/550額定功率（）功率因數(shù)額定轉(zhuǎn)速（r/min）額定電壓()轉(zhuǎn)子帶軸重（t）150000.8214.310.5803、調(diào)速器設(shè)備（1）調(diào)速器型號：DT-100機(jī)械柜尺寸：長寬高=7509501375（mm）電氣柜尺寸：長寬高=5508042360（mm）（2）油壓裝置型號：YZ-l.0型號油箱長度

5、m(mm)油箱寬度n(mm)油罐總高H（mm）油罐筒高h(yuǎn)（mm）油罐直徑D（mm）YZ-1.5716949304、廠房附屬設(shè)備（l）水輪機(jī)前的蝴蝶閥型號直徑（cm）承受水頭(m)裝置方式閥重（噸）閥體長（m）吊孔尺寸（m）DF340-8534085立軸201.21.84.3（2）橋式吊車詳見附表1，選定吊車型號，選用有關(guān)尺寸5、電氣設(shè)備（l）三相三線圈主變二臺型號：SFSL1-50000/110/35/10尺寸：長寬高=682045208200（mm）軌距： 1435（mm）檢修起吊高度： 8200（mm）主變壓器身重： 39.5（噸）（2）廠用變壓器二臺型號： SJL1630/10/0.4廠

6、用變壓器參考數(shù)據(jù)：變壓器容量(KVA)廠變室面積門高（m）吊物孔尺寸（m）630/10532.52.52.0（3）機(jī)旁盤每臺機(jī)六塊：控制盤1塊，保護(hù)盤1塊，表計(jì)盤1塊，動力盤1塊，勵磁盤2塊。尺寸：寬厚高=8005502360(mm)1.2.3 副廠房參考面積（單位：m2）（1）直接生產(chǎn)副廠房中央控制室 100120電纜室 與中控室同通訊室 2050發(fā)電機(jī)電壓配電裝置室 4050廠用盤室 3040直流系統(tǒng)室蓄電池室 4050酸室 1014套間 56充電機(jī)室 1015通風(fēng)機(jī)室 1015直流盤室 2025母線廓道 寬度不少于2.0m廠變室 15空壓機(jī)及貯氣筒室 340油桶及油處理室 5055排水泵

7、室 1520集水井容積 3035（m3）（2）檢修、試驗(yàn)用房測量表計(jì)試驗(yàn)室 3040高壓試驗(yàn)室 2030電工試驗(yàn)室 2030機(jī)修間 4050工具間 1015（3）間接輔助生產(chǎn)用房交接班室 2025值班休息室 1520辦公室 1520浴室?guī)?1020警衛(wèi)室 10附表1： 橋式吊車型號及尺寸起重機(jī)名稱容量（噸）跨度起升高度（m）主要尺寸（毫米）極限尺寸（毫米）主鉤副鉤LK(m)主鉤副鉤最大寬度軌道中心至外緣距離軌道面到機(jī)頂面距離兩小車吊鉤間距離吊鉤到軌頂距離吊鉤至軌道中心距離主鉤副鉤BB1HLhL1L2雙小車25021010.511.512.513.526920160027522010.511.

8、512.513.5269201600單小車752013.516.519.520/228616400365436543660/113611361182479479483L1L2L3L4240001002013.016.019.020/228616400369236923692/147614741472-105-107-10920555.2 水電站在整個(gè)樞紐中的位置及廠房樞紐布置2.1 電站廠房在樞紐中的位置廠房為引水式地面廠房。廠區(qū)基巖系凝灰?guī)r，巖石抗壓強(qiáng)度較高，廠區(qū)有第四紀(jì)沉積層，厚約3米。初步可以沿等高線布置在引水道斜交的右河岸上，位于重力拱壩的下游?？刹捎眯毕蚬┧S房上游端有公路，交通條

9、件滿足要求。尾水渠逐漸傾向下游與河道斜交，使水流順暢。2.2 廠區(qū)樞紐布置初步擬定廠房位置后進(jìn)行廠區(qū)布置。主廠房沿等高線布置在壩下游，安裝場在主廠房端部，靠近公路一側(cè)，并布置了回車場。副廠房布置在主廠房下游側(cè)，位于尾水平臺上。主變壓器布置在副廠房端部，靠近安裝場處。開關(guān)站位于距離主變約150m的下游。3 水輪機(jī)安裝高程及主要設(shè)備尺寸的確定3.1 水輪機(jī)安裝高程水輪機(jī)型號為HL220LJ225。3.1.1 計(jì)算吸出高吸出高公式：Hs10.0-900-m+H其中：為水輪機(jī)安裝位置的海拔高程，初始計(jì)算時(shí)取為下游平均水位的海拔高程，取70m。m為模型氣蝕系數(shù)，查表得到m=0.133。為氣蝕系數(shù)的修正值

10、，根據(jù)設(shè)計(jì)水頭查得=0.022。H為水輪機(jī)水頭，一般取為設(shè)計(jì)水頭H=48.30m。計(jì)算得Hs2.43m3.1.2 確定安裝高程Zs=w+Hs+12b0其中：w為設(shè)計(jì)尾水位，常取一臺水輪機(jī)的額定流量下的下游水位，單機(jī)額定流量為36.2m3/s，根據(jù)水位流量關(guān)系曲線查得尾水位為69.13m。Hs為吸出高，暫取為2.40m。b0為導(dǎo)葉高度，根據(jù)水輪機(jī)型號查得b0=0.25D1=0.25225cm=56.25cm計(jì)算得：Zs=69.13+2.40+0.5625=72.09水輪機(jī)的安裝高程為72.09m3.2 蝸殼型式及尺寸確定3.2.1 蝸殼形式選擇采用金屬焊接蝸殼。蝸殼的斷面形狀均做成圓形，以改善其

11、受力條件。包角0=345。3.2.2 蝸殼水力計(jì)算（1） 已知條件與參數(shù)設(shè)計(jì)水頭Hr=48.30m最大引用流量Qmax=36.2m3/s導(dǎo)葉高度b0=0.5625m座環(huán)固定導(dǎo)葉外徑Da和內(nèi)徑Db：根據(jù)水力機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，查得 Da=385cm，Db=325cm進(jìn)口斷面平均流速Vc：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)曲線查取，金屬蝸殼取上限值Vc=6.4m/s（2） 蝸殼中水流運(yùn)動假定水流圓周分速度Vu=Vc=6.4m/s（3） 水力計(jì)算為保證流量均勻地進(jìn)入導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，通過任一斷面i的流量應(yīng)為Qi=Qmaxi360式中：i為從蝸殼鼻端至斷面i的包角斷面半徑i=QiVc=Qmaxi360Vc斷面中心距ai=ra+i斷面外半徑R

12、i=ra+2i計(jì)算過程如下：表31 蝸殼水力計(jì)算斷面斷面i流量Qi斷面半徑i中心距ai外半徑Ri7303.02 0.39 2.31 2.70 6757.54 0.61 2.54 3.15 512012.07 0.77 2.70 3.47 416516.59 0.91 2.83 3.74 321021.12 1.03 2.95 3.98 225525.64 1.13 3.05 4.18 130030.17 1.23 3.15 4.38 034534.69 1.31 3.24 4.55 圖31 蝸殼斷面形狀圖32 蝸殼平面單線圖3.3 尾水管型式及尺寸確定尾水管采用彎肘式。 圖33 尾水管尾水管尺

13、寸采用設(shè)計(jì)手冊推薦的尺寸：HL220LJ225水輪機(jī)為中比轉(zhuǎn)速水輪機(jī)，D1150r/min，所以采用懸式發(fā)電機(jī)。初步計(jì)算時(shí)，采用定子埋入式。根據(jù)資料提供尺寸如圖： 圖35 發(fā)電機(jī)尺寸4 廠房各主要高程確定圖41 廠房各高程簡圖4.1 廠房開挖高程根據(jù)水輪機(jī)安裝高程初步確定廠房開挖高程：挖=安-12b0-h-其中：挖為廠房開挖高程。安為水輪機(jī)安裝高程 安=Zs=72.09m。h為尾水管高度，根據(jù)水力機(jī)械設(shè)計(jì)手冊推薦，暫取h=2.6D1=5.85m。為尾水管底板厚度，基巖上的尾水管底板厚度一般取為12m，取為1m。計(jì)算得：挖=72.09-0.50.5625-5.85-1=64.96m4.2 水輪機(jī)

14、層地面高程水=安+max+h1水為水輪機(jī)層地面高程max為蝸殼最大半徑，max=1.31mh1為蝸殼頂部混凝土的厚度，取1.50m。水=72.09+1.31+1.50=74.90m4.3 發(fā)電機(jī)裝置高程裝=水+h2+h3裝為發(fā)電機(jī)裝置高程h2為機(jī)墩進(jìn)人孔高度，一般為2m左右，取為2m。h3為進(jìn)人孔上的混凝土厚度，取為1.5m。計(jì)算得裝=74.90+2.00+1.50=78.4m4.4 發(fā)電機(jī)層樓板高程發(fā)=裝+h4h4為定子高度，根據(jù)資料，h4=2.43m計(jì)算得： 發(fā)=78.4+2.43=80.83m校核：水輪機(jī)層地面到發(fā)電機(jī)樓板下層凈空高度不低于4m，初估樓板厚度為0.5m，h=80.83-0

15、.5-74.9=5.43m 滿足要求。4.5 裝配場樓板高程發(fā)電機(jī)層樓板高程高于下游設(shè)計(jì)洪水位，故安裝場高程與發(fā)電機(jī)層地面同高。裝配=80.83m4.6 吊車軌頂高程4.6.1 橋吊選型橋吊的起重量取決于需要由它吊運(yùn)的最重部件，一般為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，低水頭電站可能是轉(zhuǎn)輪。本次設(shè)計(jì)中采用的是懸式發(fā)電機(jī)，其轉(zhuǎn)子需帶軸吊運(yùn)。帶軸轉(zhuǎn)子重量為80t。利用設(shè)計(jì)手冊中的曲線估算轉(zhuǎn)輪重量為85t。根據(jù)資料附表1，初步選定選用單小車雙鉤100T橋吊。機(jī)組臺數(shù)不超過6臺，只選用一臺橋吊即可。橋吊的跨度根據(jù)廠房的平面尺寸及其他因素在后續(xù)章節(jié)中確定。在計(jì)算時(shí)初選跨度16m。 圖42 水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪重量估算曲線4.6.2 軌頂

16、高程軌=發(fā)+h5+h6+h7+h8h5為吊物垂直安全距離，取為0.8m。h6為起吊部件高度，考慮最大部件高度，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子帶軸約4.39m。h7為吊索或吊具高度，估算為0.6m。h8為吊鉤至軌頂距離，為1.474m。計(jì)算得：軌=80.83+0.8+4.39+0.6+1.474=88.09m4.7 屋面大梁底部高程梁=軌+h9+h10h9為橋吊軌頂至小車頂距離，查表得h9=3.692m。h10為小車頂部到屋面大梁底部的距離，一般取0.30m。計(jì)算得：梁=88.09+3.692+0.30=92.08m4.8 屋頂高程頂=梁+h11h11為屋面大梁（或桁架）+屋面板+保溫防水層高度，一般取0.3m。計(jì)

17、算得：頂=92.08+0.3=92.38m5 主廠房平面尺寸確定5.1 機(jī)組段長度L1機(jī)組段長度為相鄰兩機(jī)組中心線的距離。L1=L+x+L-x分別計(jì)算發(fā)電機(jī)層、水輪機(jī)層和蝸殼層的機(jī)組段長度，然后取三者中的最大值作為機(jī)組段長度。5.1.1 發(fā)電機(jī)層 圖51 發(fā)電機(jī)層機(jī)組段長度計(jì)算L1=L+x+L-xL+x=L-x=123+3+12b3為發(fā)電機(jī)風(fēng)罩內(nèi)徑，根據(jù)發(fā)電機(jī)尺寸，3=8.4m。3為風(fēng)罩厚度，一般取為0.3m。b為兩機(jī)組之間風(fēng)罩外壁凈間距，一般可取1.5-2.0 m，如兩機(jī)組之間設(shè)樓梯時(shí)取3-4 m，取較大值4 m。計(jì)算得：L+x=L-x=8.40.5+0.3+2=6.5mL1=13m5.1.

18、2 蝸殼層L1=L+x+L-xL-x=2+R2L+x=1+R11、2為蝸殼外圍混凝土厚度，均取為1.5 m。R1、R2為蝸殼345、165斷面外半徑，R1=4.55m、R2=3.74mL-x=1.5+3.74=5.24mL+x=1.5+4.55=6.05mL1=L+x+L-x=5.24+6.05=11.29m綜合考慮其他因素，取機(jī)組段長度L1=13m。5.2 端機(jī)組段長度L2L2=L1+LL=8.6162+0.5=4.808m故取L2=17.81m5.3 主廠房寬度主廠房寬度取決于機(jī)組尺寸和發(fā)電機(jī)層設(shè)備布置。B=B上+B下B上=123+A其中：3為風(fēng)罩內(nèi)徑。為風(fēng)罩厚度。A為風(fēng)罩外側(cè)至廠房上游墻

19、內(nèi)側(cè)(或立柱內(nèi)側(cè))凈距，決定于設(shè)備布置。上游側(cè)布置的設(shè)備有：調(diào)速器：（包括機(jī)械柜、電氣柜、 油壓裝置、接力器），調(diào)速器之間油管路相連盡量靠近。機(jī)旁盤：要考慮機(jī)旁盤前的巡視，一般要求1.5m，以及機(jī)旁盤后進(jìn)線要求，一般要求80cm。蝶閥吊孔：蝶閥中心線與機(jī)組中心線滿足兩倍蝶閥直徑。另考慮發(fā)電機(jī)風(fēng)道尺寸。取A=4m。B下=123+CC主要取決于通道寬度，一般取為3m。計(jì)算得：B=8.4+0.32+4+3=16m5.4 裝配場長度安裝廠長度一般約為機(jī)組段長度的1.01.5倍，最后尺寸應(yīng)滿足在起重機(jī)主鉤吊運(yùn)的范圍之內(nèi)，能容納一臺機(jī)組擴(kuò)大性檢修的要求。通常包括發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)上機(jī)架、水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪和水輪機(jī)頂蓋等四大件的擺放。具體要求如下：（1） 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子直徑4.9m，周圍應(yīng)留2.0m間隙。安裝場樓板留有孔口，孔徑比主軸法蘭直徑大0.5m。（2） 發(fā)電機(jī)上機(jī)架、水輪機(jī)、頂蓋及轉(zhuǎn)輪周圍留有1.0m間隙，供做通道用。頂蓋尺寸3.31m。綜合考慮廠房布置因素，將安裝場長度 B定為20 m。5.5 下部塊體