瀑布溝水電站設(shè)計

1、摘 要瀑布溝水電站位于長江流域岷江水系的大渡河中游，地處四川省西部漢源和甘洛兩省境內(nèi)。電站采用堤壩式開發(fā)，是一座以發(fā)電為主，兼有防洪、攔沙等綜合利用效益的大型水電工程。瀑布溝電站系從下游算起的第5級，裝機規(guī)模330萬KW，保證出力92.6萬KW，多年平均發(fā)電量145.8億KW/h。電站額定水頭148m，單機引用流量417m3/s。電站攔河大壩為礫石土直心墻堆石壩，水庫正常蓄水位850.00m，汛期運行限制水位841.00m，死水位790.00m，水庫庫容53.9億m3，其中調(diào)洪庫容10.56億m3、調(diào)節(jié)庫容38.82億m3，為季調(diào)節(jié)水庫。這次我的畢業(yè)設(shè)計是瀑布溝水電站廠房的初步設(shè)計，其主要內(nèi)容

2、由以下五大塊組成：1.水電站主要設(shè)備的選擇：包括水輪機、蝸殼、尾水管、發(fā)電機、調(diào)速器、廠房起重設(shè)備及主變壓器等；2.水電站引水系統(tǒng)的設(shè)計：包括廠房樞紐型式的選擇、引水建筑物的組成、尾水系統(tǒng)的布置等；3.調(diào)節(jié)保證計算：包括調(diào)壓室的設(shè)計、機組關(guān)閉時間的確定等；4.廠房設(shè)計：包括廠房尺寸的確定、廠內(nèi)設(shè)備及其布置、副廠房的結(jié)構(gòu)布置；5.壓力管道的結(jié)構(gòu)設(shè)計：包括壓力管道鋼襯厚度的計算、鋼襯的抗外壓失穩(wěn)計算。該說明書是畢業(yè)設(shè)計的一部分，主要用來說明設(shè)計依據(jù)，具體的設(shè)計結(jié)果詳見設(shè)計計算書。主要參考文獻：水力機械，水利電力出版社，金鐘元主編水電站建筑物，武漢水利水電學(xué)院主編水電站機電設(shè)計手冊（水力機械、電氣一

3、次），水電站機電設(shè)計手冊編寫組主編水電站廠房設(shè)計，水利電力出版社，顧鵬飛、喻遠光主編水電站動力設(shè)備設(shè)計手冊，河海大學(xué)駱如蘊主編水輪機設(shè)計手冊，哈機研主編水電站，黃河水利委員會主編水電站建筑物設(shè)計圖冊，清華大學(xué)主編水工建筑物，武漢水利水電學(xué)院主編地下廠房設(shè)計規(guī)范，武漢水利水電學(xué)院主編水電站工程圖集，武漢水利水電學(xué)院水電站教研室主編關(guān)鍵詞：電站 廠房 設(shè)計目 錄前 言3內(nèi) 容 提 要4第一章.瀑布溝水電站工程概況5一概 述5二.瀑布溝水電站的作用5三.基本工程資料5第二章.水電站主要設(shè)備的選擇6一.輪機的選擇6二.發(fā)電機的選擇9三.調(diào)速器的選擇11四.吊車的選擇13五.變壓器的選擇13第三章.廠房

4、的布置設(shè)計13一.確定廠房的平面尺寸13二. 確定廠房各高程17第四章電站樞紐布置設(shè)計17第五章引水系統(tǒng)設(shè)計18一.進水口的設(shè)計18二.引水道的設(shè)計19三.尾水洞斷面尺寸設(shè)計19四調(diào)壓室的結(jié)構(gòu)尺寸計算19五.無壓尾水隧洞的結(jié)構(gòu)尺寸計算19第六章壓力管道的結(jié)構(gòu)計算21第七章主廠房內(nèi)部的設(shè)備及其布置21第八章副廠房的布置22第九章參考文獻24第十章致謝25附件1 瀑布溝水電站廠房設(shè)計計算書附件2 瀑布溝水電站廠房設(shè)計圖紙前 言 本次畢業(yè)設(shè)計開始于4月24號，到10月30號結(jié)束，歷時半年。，指導(dǎo)老師為梁通老師。本組的設(shè)計任務(wù)主要為地下式電站廠房的設(shè)計，其中包括水電站主要設(shè)備的選擇、電站樞紐布置設(shè)計、

5、廠房布置設(shè)計、引水系統(tǒng)設(shè)計以及地下廠房開挖穩(wěn)定分析的簡單計算。通過本次設(shè)計，培養(yǎng)了我們綜合利用所學(xué)理論知識和設(shè)計技能解決實際問題的能力，是對我們所學(xué)知識的一次全面訓(xùn)練和提高。在設(shè)計過程中，梁通老師給了我們很大的幫助，盡管他自己的工作很忙，總是盡可能的抽出時間來悉心指導(dǎo)我們，幫我們解決了許多設(shè)計難題，我在此表示萬分感謝。同時，其他組的指導(dǎo)老師以及同學(xué)也給了我們很多的幫助。我們在設(shè)計中，也充分發(fā)揮了自己的所學(xué)，期間查閱了許多工程書籍，以及參照了許多國內(nèi)已建水電工程，這大大開闊了我們的設(shè)計視野，有效的提高了我們獨立分析問題和解決問題的能力。本次畢業(yè)設(shè)計成果為：設(shè)計說明書一份、設(shè)計計算書一份、設(shè)計CA

6、D大圖*張。由于是初次設(shè)計實際工程，有些地方思路不是很清晰，出錯是在所難免的，請老師批評指正，謝謝！內(nèi)容提要這次我的畢業(yè)設(shè)計是瀑布溝水電站廠房的初步設(shè)計，其主要內(nèi)容由以下五大塊組成：1.水電站主要設(shè)備的選擇：包括水輪機、蝸殼、尾水管、發(fā)電機、調(diào)速器、廠房起重設(shè)備及主變壓器等；2.水電站引水系統(tǒng)的設(shè)計：包括廠房樞紐型式的選擇、引水建筑物的組成、尾水系統(tǒng)的布置等；3.調(diào)節(jié)保證計算：包括調(diào)壓室的設(shè)計、機組關(guān)閉時間的確定等；4.廠房設(shè)計：包括廠房尺寸的確定、廠內(nèi)設(shè)備及其布置、副廠房的結(jié)構(gòu)布置；5.壓力管道的結(jié)構(gòu)設(shè)計：包括壓力管道鋼襯厚度的計算、鋼襯的抗外壓失穩(wěn)計算。該說明書是畢業(yè)設(shè)計的一部分，主要用來

7、說明設(shè)計依據(jù)，具體的設(shè)計結(jié)果詳見設(shè)計計算書。第一章.瀑布溝水電站工程概況一 概述瀑布溝水電站位于長江流域岷江水系的大渡河中游，地處四川省西部漢源和甘洛兩省境內(nèi)。電站采用堤壩式開發(fā)，是一座以發(fā)電為主，兼有防洪、攔沙等綜合利用效益的大型水電工程。瀑布溝電站系從下游算起的第5級，裝機規(guī)模330萬KW，保證出力92.6萬KW，多年平均發(fā)電量145.8億KW/h。電站額定水頭148m，單機引用流量417m3/s。電站攔河大壩為礫石土直心墻堆石壩，水庫正常蓄水位850.00m，汛期運行限制水位841.00m，死水位790.00m，水庫庫容53.9億m3，其中調(diào)洪庫容10.56億m3、調(diào)節(jié)庫容38.82億m

8、3，為季調(diào)節(jié)水庫。二 瀑布溝水電站的作用1 綜合作用：本電站是以發(fā)電為主，兼有防洪、攔沙等綜合利用任務(wù)的工程。由于具有較大庫容，可調(diào)節(jié)流量，攔截泥沙，對下游水電站有較大效益。2發(fā)電：本電站裝機容量330萬KW，保證出力92.6萬KW，多年平均發(fā)電量145.8億KW/h。由于水庫調(diào)節(jié)，提高枯水期下泄流量，下游龔嘴和銅街子兩電站將增加保證出力21.5萬KW，枯水期電量7.8億KW/h。3 漂木：利用河道漂木送木材是大渡河流域木材運輸?shù)闹饕问?。水庫形成后，將木材在庫?nèi)收漂，拖運至壩前，從木材聯(lián)合運輸機過壩，年過木量100萬m3。4 防洪：水庫預(yù)留一定的防洪庫容，通過洪水期水庫調(diào)節(jié)，可削減下泄洪峰流

9、量，使下游樂山市沙灣區(qū)40余個江心洲（居民3萬多人）的防洪標(biāo)準(zhǔn)從不足2年一遇提高到5年一遇，同時提高了下游2個已建電站的防洪標(biāo)準(zhǔn)。5 攔沙：瀑布溝壩址懸移質(zhì)年輸沙量占龔嘴水庫年輸沙量的85.3%，瀑布溝水庫運行50年，泥沙出庫率僅12.3%，能有效的解決龔嘴和銅街子兩電站因水庫泥沙淤積對電站安全運行的影響，緩解龔嘴水庫淤積對成昆鐵路安全運營的威脅。6 航運：大渡河下段沙灣以下為通航河段。瀑布溝水庫調(diào)節(jié)后，汛期下泄流量減少，枯水期下泄流量增加250300 m3/s，改善下游航運條件。三基本工程資料1水庫水位：校核洪水位851.32 m3/s 設(shè)計洪水位847.63 m3/s正常蓄水位850.00

10、 m3/s 汛期限制水位841.00 m3/s死水位790.00 m3/s2下游尾水位：校核洪水尾水位679.84 m3/s 設(shè)計洪水尾水位678.90 m3/s正常尾水位669.80 m3/s 最低尾水位667.60 m3/s3機組工作水頭：最大工作水頭181.70 m3/s 最小工作水頭114.30 m3/s額定工作水頭148.00 m3/s 第二章 水電站主要設(shè)備的選擇一.水輪機的選擇1 水輪機型號的選擇由設(shè)計資料可以知道，該水輪機最大工作水頭Hmax=181.7m，最小工作水頭Hmin=114.3m，額定工作水頭Hr=148m?；炝魇剿啓C結(jié)構(gòu)簡單，運行穩(wěn)定，效率高，應(yīng)運廣泛，切適用水

11、頭在30700m，故優(yōu)先選擇混流式水輪機。查混流式水輪機模型轉(zhuǎn)輪主要參數(shù)表，初步選定HL200，HL180兩種型號。在最優(yōu)工況下效率分別為：200=90.7%、180=92.0%；汽蝕系數(shù)：200 =0.088、180=0.075。所以選用HL180 水輪機。2轉(zhuǎn)輪直徑的計算其中：水輪機的額定出力，可由發(fā)電機的額定出力（即機組容量）求得。即 為發(fā)電機效率，對于大中型發(fā)電機取=9698%。水輪機的單位流量，在水輪機以額定出力工作時，應(yīng)選用在限制工況下的值進行計算，可以由水輪機模型轉(zhuǎn)輪主要參數(shù)表中查得。水輪機的設(shè)計水頭。原型水輪機在限制工況下的效率，由于轉(zhuǎn)輪直徑尚未求得，效率修正值也不能計算，所以

12、得不出確切的值。計算時可根據(jù)經(jīng)驗初步假定（一般為限制工況下的增加2%3%），待求得后再作校核。將以上各值代入(2-1)式中便可計算出轉(zhuǎn)輪直徑，該直徑尚須按規(guī)定的系列尺寸選用相近而偏大的標(biāo)準(zhǔn)直徑， 選用與之接近而偏大的標(biāo)準(zhǔn)直徑D1=6.5m。3 水輪機轉(zhuǎn)速的計算在原型水輪機的最高效率的情況下：考慮到制造工藝水平的情況，取1=1%；由于水輪機所應(yīng)用的蝸殼和尾水管的型式與模型基本相似，故認為2=0，則效率修正值：式中 考慮工藝水平影響的效率修正值； 考慮異形部件影響的效率修正值。由此便可得出水輪機在限制工況下的效率為 （2-3）式中 模型水輪機在限制工況下的效率，可查水輪機模型轉(zhuǎn)輪主要參數(shù)表得到。由

13、上式計算出的效率應(yīng)和前面式2-1假定的效率相同否則應(yīng)將該值帶入計算。為了使水輪機在加權(quán)平均水頭下有最高的效率，上式中的單位轉(zhuǎn)速應(yīng)采用最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速；水頭應(yīng)采用加權(quán)平均水頭。由此可將上式改寫為 式中 原型水輪機的最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速，同樣，計算得的轉(zhuǎn)速亦需按規(guī)定選用相近的發(fā)電機標(biāo)準(zhǔn)同步轉(zhuǎn)速，并使其略大于計算得的轉(zhuǎn)速，這樣可使發(fā)電機具有較小的尺寸和重量。最終選用與之接近的標(biāo)準(zhǔn)同步轉(zhuǎn)速4工作范圍的驗算在選定，的情況下，=0.86m3/s。水輪機的和各種特征水頭下相應(yīng)的值分別由計算得出：則水輪機的最大引用流量Qmax為：對值在各水頭下的計算公式如下：按水輪機的最大水頭、最小水頭，以及所選定的直徑、轉(zhuǎn)速計算出單位

14、轉(zhuǎn)速和；按設(shè)計水頭和所選定的直徑計算出水輪機以額定出力工作時的最大單位流量。然后在水輪機主要綜合特性曲線圖上分別作以、和為常數(shù)的直線，這些直線所包括的范圍即給出了水輪機的相似工作范圍，若此范圍包括了主要綜合特性曲線的高效率區(qū)時并在5%出力限制線以左時，則認為所選定的和是滿意的，否則應(yīng)適當(dāng)調(diào)整或的數(shù)值。在HL180水輪機的模型綜合特性曲線圖上，分別畫出=820L/min、=60.3、=76.0的直線，在圖上我們可以看到這些直線所標(biāo)出的水輪機相似工作范圍基本上包括了特性曲線的高效率區(qū)，所以對所選定的直徑D1=6.5m，n=125還是比較滿意的。5水輪機的吸出高Hs的計算由水輪機的設(shè)計工況查HL18

15、0水輪機的模型綜合特性曲線，查的相應(yīng)的汽蝕系數(shù)=0.08；由設(shè)計水頭Hr=148m，查汽蝕系數(shù)修正曲線圖可的=0.018，則可求的水輪機的吸出高Hs為：為水輪機安裝處的海拔高程,w為下游最低水位668.68m。則水輪機的安裝高程為：6繪制運轉(zhuǎn)特性曲線，并校核論證機組的工作穩(wěn)定性水輪機型號： HL180-LJ-650；特征水頭： Hmax=181.7m，Hmin=114.3m，Hr=148m；水輪機的額定出力： =56萬KW；水輪機安裝高程： T=664m。當(dāng)水頭一定時，對應(yīng)于模型水輪機的為一常數(shù)，在相應(yīng)的主要綜合特性曲線上作為常數(shù)的平線，它與個等效率曲線相交于許多點，記取各點上的和值,便可求得

16、各點相應(yīng)的 7計算設(shè)備重量估算水輪機總重：K、b是與水頭有關(guān)的系數(shù)，a是與轉(zhuǎn)輪直徑有關(guān)的系數(shù)，轉(zhuǎn)輪重量：金屬蝸殼重量： ，為一個只與符號有關(guān)的系數(shù)。以上估算公式都是經(jīng)驗公式，于實際情況還是有很大的出入，故需要多參照類似工程，以得到較為精確的值。二 發(fā)電機的選擇1發(fā)電機的技術(shù)特征：由初始資料可知發(fā)電機的額定容量為612000KVA/55萬KW，功率因數(shù)為0.9，電壓等級推薦使用18KW，定額頻率為50HZ，額定轉(zhuǎn)速n=125<150初步選定傘式發(fā)電機。該型式的發(fā)電機機組高度小，重量較輕。材料消耗較少；但其運行穩(wěn)定型較差，推力軸承損耗較大，安裝維修較困難。磁極對數(shù)： 極 距 ： Sf為發(fā)電機

17、的額定容量（KVA） Kj系數(shù)，一般為810，容量大取上限，則取Kj=10。定子內(nèi)徑： 定子鐵芯長度：C 機械常數(shù)，對大容量發(fā)電機可取C=20*104N 發(fā)電機容量（MW） 定子鐵芯外徑：當(dāng)n166.7時，飛逸轉(zhuǎn)速： k對混流式水輪機取1.82.3，則取1.8。 故最終選定半傘式發(fā)電機SF55048/1760，采用全空冷的冷卻方式。額定電壓的選定：一般情況下，從發(fā)電機的經(jīng)濟指標(biāo)來看，希望采用額定電壓較低的方案，這樣可使發(fā)電機消耗的絕緣材料和有效材料相應(yīng)減少，但這樣又會使繞組接線和母線用銅量相應(yīng)增加，因此一般希望采用較高一級的電壓。由發(fā)電機的額定容量N=560MW，選擇推薦額定電壓為=18KV。

18、額定功率因數(shù)cos的選定：發(fā)電機額定功率系數(shù)的大小影響發(fā)電機的尺寸和可能提高的電勢數(shù)值。發(fā)電機的額定功率因數(shù)減小，無功電流增大，發(fā)電機的電勢相應(yīng)提高，發(fā)電機的功率極限就相應(yīng)提高，也就提高了發(fā)電機的穩(wěn)定運行水平，同時在水輪機超過設(shè)計水頭運行時可獲得多發(fā)電能的效益。但另一方面，在發(fā)電機的額定有功功率一定時，減小功率系數(shù)就增大了發(fā)電機的容量，因而增大了發(fā)電機的尺寸和材料消耗，發(fā)電機的總重量也相應(yīng)增加。由機組的容量，選擇發(fā)電機的額定功率系數(shù)為cos=0.92發(fā)電機尺寸估算：1) 定子機座外徑D1由于 取 2) 風(fēng)洞內(nèi)徑D2時 3) 轉(zhuǎn)子直徑D3 在初步設(shè)計階段，轉(zhuǎn)子直徑可近似等于定子鐵芯內(nèi)徑，忽略氣隙

19、寬4) 下機架跨距D4由 為水輪機坑內(nèi)徑，與水輪機轉(zhuǎn)輪直徑有關(guān)，推力軸承裝置直徑D6：40005000之間，勵磁機外徑D7：36004800之間。7) 定子機座高度h1時 8) 上機架高度h2對傘式不承載機架 9）推力軸承高度h310) 定子機座支承面到下機架支承面或到下?lián)躏L(fēng)板的距離h8對于傘式承載機架 11) 下機架支承面到大軸法蘭盤面的距離h912) 定子支承面到大軸法蘭盤面的距離h1013) 定子機座支承面到發(fā)電機頂部高度h1414) 發(fā)電機大軸高15） 發(fā)電機總高H詳細計算結(jié)果見設(shè)計計算書。發(fā)電機外形尺寸圖3設(shè)備重量估算： 發(fā) 電 機 總 重：為發(fā)電機重量系數(shù)，取=27。 發(fā)電機轉(zhuǎn)子連

20、軸重： 上 支 架 重： 下 支 架 重： 發(fā) 電 機 定子重： 以上估算公式都是經(jīng)驗公式，于實際情況還是有很大的出入，故需要多參照類似工程，以得到較為準(zhǔn)確的值。三調(diào)速器的選擇1調(diào)速功的計算水輪機的調(diào)速功為：式中：A調(diào)速功（J）； 最大水頭（m）；Q最大水頭下額定出力時的流量（）；水輪機轉(zhuǎn)輪直徑（m）。2接力器的選擇對大型調(diào)速器優(yōu)先采用兩個接力器來操作導(dǎo)水機構(gòu)，每個接力器的直徑可按下列經(jīng)驗公式計算：式中 計算系數(shù)，可由水力機械表5-3查得； 調(diào)速系統(tǒng)的額定油壓（kg/cm2）；通過計算取為4.0MPa 導(dǎo)葉高度（m）； 水輪機轉(zhuǎn)輪直徑（m）；由上式計算得到值，便可在標(biāo)準(zhǔn)接力器系列表中選擇相鄰較

21、大的直徑。接力器最大行程（mm）可由下列經(jīng)驗公式求得：=（1.41.8） （mm）式中 導(dǎo)葉最大開度（mm）?？捎赡Ｐ退啓C的導(dǎo)葉最大開度依下式換算求得：、分別為原型和模型水輪機導(dǎo)葉軸心圓的直徑；、分別為原型和模型水輪機的導(dǎo)葉數(shù)目。將所求得到的的單位轉(zhuǎn)化為m，則可求得兩個接力器的總?cè)莘e為：（m3）3調(diào)速器的選擇：大型調(diào)速器的型號是以主配壓閥的直徑來表征的，主配壓閥的直徑可由下式計算： 導(dǎo)葉從全開到全關(guān)的直線關(guān)閉時間管內(nèi)油的流速由此選擇與之相鄰的DT20040型號的電器液壓型調(diào)速器。4 油壓裝置的選擇：此處油壓裝置不考空放閥和進水閥的用油，則壓力油罐的容積按下式估算：由此選定與之相鄰的YZ20/

22、240型分離式油壓裝置。四吊車的選擇起重機允許起吊的最大重量（包括平衡梁和吊具）稱為額定起重量。起重機的額定起重量，應(yīng)根據(jù)最重吊運件的重量（一般為發(fā)電機轉(zhuǎn)子帶軸）加起吊工具的重量（包括平衡梁和專用吊具）。1 具有上部結(jié)構(gòu)的廠房一般選用橋式起重機。在水電站中，雙小車橋式起重機比單小車橋式起重機耗鋼量小，能降低廠房上部高度，對地下式或壩內(nèi)式廠房比較有利，故選用雙小車橋式起重機。2 初步估計廠內(nèi)最大和最重的部件為發(fā)電機轉(zhuǎn)子連軸 發(fā)電機轉(zhuǎn)子連軸重： 故選用與之接近而偏大的2*400雙小車橋式起重機。五變壓器的選擇主變壓器的容量一般取發(fā)電機容量的30，參照類似工程經(jīng)驗，采用DPS20400/500型號的

23、主變壓器。（單相，強迫油循環(huán)水冷，三卷，額定容量204000KVA和升壓電壓500KV的變壓器），尺寸：長*寬*高（mm）8520*4650*7150，吊出鐵芯高11000mm。第三章廠房的布置設(shè)計一確定廠房的平面尺1計算尾水管和蝸殼的形式及尺寸 當(dāng)水輪機的最大工作水頭在40m以上時，蝸殼通常采用金屬蝸殼, 這種蝸殼多適用于中高水頭的混流式水輪機。為改善蝸殼的受力條件及過流條件，采用圓形斷面。蝸殼主要參數(shù)的選擇：蝸殼的包角 :對圓斷面的金屬蝸殼，由于它過流量較小，蝸殼采用的外形尺寸對水電站的尺寸和造價影響不大，應(yīng)此為獲得良好的水力性能，大都采用3450。蝸殼座環(huán)的形式的各尺寸可以查金屬蝸殼座環(huán)

24、尺寸系列表。在蝸殼末端由于斷面過小而不能和蝶形邊相切，因此采用橢圓斷面。一般希望將蝸殼進口斷面平均流速取的大些，這樣可以得到較小的蝸殼尺寸，但這樣卻使水力損失增大，因此合理的選擇進口平均流速是很重要的。蝸殼進口斷面平均流速查蝸殼進口斷面的平均流速曲線圖可得到。蝸殼得水力計算：a蝸殼的進口斷面： 斷面的面積： 斷面的半徑： 從軸中心線到蝸殼外緣的半徑：b對于蝸殼中間任意斷面： 式中 座環(huán)外半徑 從蝸殼鼻端起算至計算斷面的角度 分別為計算斷面處的流量、斷面半徑及邊緣半徑。蝸殼外形尺寸圖 （單位：米）蝸殼中間任意斷面水力計算表345400.23.4512.00300348.03.2211.54255

25、295.82.9711.04210243.62.7010.49165191.42.399.88120139.22.049.187587.01.618.323034.81.027.141517.40.726.54尾水管的主要形式及其主要尺寸的確定：對大型水輪機，為了減少尾水管的開挖深度，均都采用彎肘形尾水管。初步選定標(biāo)準(zhǔn)混凝土肘管。其尺寸如下表所示：12.64.52.721.351.350.6751.821.226.516.929.2517.688.7758.7754.387511.837.93錐管的單邊擴散角，對混流式水輪機可取=。為減小廠房基礎(chǔ)的巖石開挖，可將尾水管的出口擴散段向上傾斜。中間

26、支墩。 尾水管尺寸示意圖（單位：米）2.確定機組的寬度和廠房的寬度機組段寬度的確定： 機組段+X方向的最大長度； 機組段-X方向的最大長度.下面分別計算蝸殼層、尾水管層、發(fā)電機層，最后取三者間的最大值。蝸殼層： ，-蝸殼外部混凝土厚度尾水管層：= =B尾水管的寬度 尾水管的混凝土邊墩厚度發(fā)電機層： 發(fā)電機風(fēng)罩內(nèi)徑 發(fā)電機風(fēng)罩壁厚兩臺機組之間風(fēng)罩外壁凈距故初步確定機組段長度L130m。端機組長度的確定： 為附加長度主廠房寬度的確定： mA風(fēng)罩外壁至上游墻內(nèi)側(cè)的凈距發(fā)電機風(fēng)罩壁厚發(fā)電機風(fēng)罩內(nèi)徑蝸殼外部混凝土厚度3確定安裝廠的平面尺寸 安裝廠的寬度與主機室寬度相等；安裝廠的長度一般為機組段長度的11

27、.5倍，考慮安裝廠要布置上機架，發(fā)電機轉(zhuǎn)子帶軸，水輪機轉(zhuǎn)子帶軸和水輪機頂蓋。故初步設(shè)計取。二確定廠房各高程1水輪機安裝高程：水輪機安裝高程是一個控制性的高程，它取決于水輪機的機型、允許吸出高度和電站建成后廠房的下游最低水位。前面計算得2主廠房基礎(chǔ)開挖高程：h2，h3見尾水管尺寸表；h1為尾水管底部混凝土襯砌3水輪機層地面高程： ，其中為蝸殼外包混凝土4發(fā)電機裝置高程： h5發(fā)電機機墩進人孔高度 h6進人孔頂部混凝土厚度（考慮發(fā)電機的安裝）。5發(fā)電機樓板高程： h發(fā)電機安裝坑深度6起重機的安裝高程： h7上機架的高度h8吊運部件與固定的機組或設(shè)備的垂直凈距h10吊運部件與吊鉤間的距離h11主鉤最

28、高位置到軌頂距離h9最大吊運部件得高度7屋頂高程（頂拱之下）： h12小車高度 h13檢修空間第四章電站樞紐布置設(shè)計樞紐的初步設(shè)計布置：擋水建筑物為直心墻土石壩，布置在主河道上，軸線方向；地下廠房深埋于左岸山體內(nèi)，埋深220360m，距河邊約400m，廠區(qū)圍巖多數(shù)為質(zhì)量好的，類花崗巖體，廠房縱軸方向；進廠交通采用公路隧洞，直接于烏斯河鎮(zhèn)相接；在主廠房的下游平行布置主變和尾水閘門室，開關(guān)站設(shè)于地下廠房頂部的山坡上，高程約910m。在尾水閘門室后面設(shè)2條無壓尾水隧洞，其軸線于廠房縱軸方向垂直；岸邊溢洪道布置在左岸較平緩的地方，大致平行于河道，在河道于廠房中間位置。詳細布置見大圖。第五章引水系統(tǒng)設(shè)計

29、引水建筑物的功用是集中落差，形成水頭，并將符合水質(zhì)要求的以及有一定數(shù)量的水引向水力發(fā)電機組，還將發(fā)電后的水流排向下游。引水建筑物可分為無壓引水及有壓引水兩大類。這里采用有壓引水建筑物，采用壓力鋼管。一進水口的設(shè)計：選擇和設(shè)計進水口的形式，確定尺寸及高程，并選擇啟閉設(shè)備。在壩址左岸山體雄厚，自然邊坡坡形較為完整，參照溪落渡工程，采用岸塔式進水口。1.估算不出現(xiàn)吸氣漩渦的臨界淹沒深度： H閘門孔口凈高V閘門斷面水流速度C經(jīng)驗系數(shù)S閘門頂?shù)陀谧畹退坏呐R界淹沒深度2.估算有壓進水口的輪廓尺寸：a進口段：連接攔污柵與閘門段，隧洞為平底，兩側(cè)收縮曲線為四分之一圓弧，上唇收縮曲線為四分之一橢圓，橢圓的曲線

30、方程為： 式中a可取閘門處的孔口高度H，b可以取H3b閘門段：閘門段設(shè)計成矩形，設(shè)置檢修閘門和快速事故閘門各一道，尺寸相等。其中門寬B等于隧洞直徑，門高H略大于門寬。c漸變段：采用圓角過渡，圓角半徑可按直線規(guī)律變?yōu)樗矶窗霃絉。漸變段的長度取隧洞直徑的2倍，側(cè)面擴散角取。3.有壓進水口的主要設(shè)備的選擇：a攔污柵的布置：為便于過水和清污，采用垂直的立面布置和平面的形狀。攔污柵與進水口的距離不小于洞徑，則初步設(shè)計時取10m。b閘門及啟閉設(shè)備的選定：主要參照一些類似工程，以及一些工程經(jīng)驗，初步估計閘門重量，以及尺寸，盡量要求型號種類少，一機多用。C通氣孔：其作用主要是，當(dāng)引水道充水時用以排氣，當(dāng)事故閘

31、門關(guān)閉放空引水道時用以進氣以防出現(xiàn)有害的真空。由于這里閘門設(shè)置為后止水，必須設(shè)置專用的通氣孔。通氣孔的面積取決于事故閘門緊急事故關(guān)閉時的進氣量，此進氣量一般取此進水口的最大引用量。設(shè)在有壓進水口的事故閘門之后，其面積為： 空氣進氣量，采用引水道最大引用流量允許進氣流量，隧洞中一般取7080m/s。二引水道的設(shè)計 發(fā)電機為單機單管供水，選其中最長的一條引水管道計算。管道直徑可靠下式初步估算：恒定流計算主要為了確定管道的水頭損失。管道的水頭損失對于水電站裝機容量的選擇、電能的計算、管徑的確定等都是必不可少的。水頭損失包括摩阻損失和局部損失兩種。1）沿程損失管道中的沿程損失與水流形態(tài)有關(guān)。對于水電站

32、的壓力水管，水流一般處于紊流狀態(tài)，沿程損失利用曼寧公式計算。2）局部水頭損失局部水頭損失發(fā)生在進口、門槽、彎段、變徑段、分岔等處，具體的計算公式參見水力學(xué)。沿程損失和局部水頭損失之和就是總水頭損失。在本設(shè)計恒定流計算中以調(diào)壓室為界，分別計算調(diào)壓室以前引水道的水頭損失和調(diào)壓室以后尾水道的水頭損失。計算過程見計算書。計算書分別計算在設(shè)計水頭H0下， 、時在丟棄全負荷和增加全負荷兩種工況下的最大轉(zhuǎn)速升高，最大壓力升高和尾水管最大真空度。在計算中選擇了最長管線進行計算。詳細計算過程見計算書。三.尾水洞斷面尺寸設(shè)計：尾水洞斷面采用圓形斷面，根據(jù)規(guī)范取尾水隧洞經(jīng)濟流速為。尾水洞采用三機一洞，對于三機一洞的

33、尾水隧洞其經(jīng)濟直徑為：四調(diào)壓室的結(jié)構(gòu)尺寸計算對于尾水調(diào)壓室,調(diào)壓室水位波動穩(wěn)定的條件是：尾水隧洞的長度尾水隧洞的斷面積尾水隧洞的阻力系數(shù)最小靜水頭；最小工作水頭按工程經(jīng)驗，一般取調(diào)壓室的涌浪計算a.調(diào)壓室最低水位計算：采用圓筒式調(diào)壓室，則認為阻抗系數(shù)，公式簡化為： ,其中， 。調(diào)壓室最低涌浪水位為： 。b丟棄全負荷后波動第二振幅計算c調(diào)壓室最高水位計算：對的圓筒式調(diào)壓室，按照Vogt公式計算：當(dāng)增加全負荷時，則公式簡化為：，其中由初步設(shè)計可以知道，尾水管的底板高程為645.1m，而調(diào)壓室的底面高程至少在639.02m以下，況且調(diào)壓室下面還要布置一個管徑20m尾水隧洞，說明該水電站不適合設(shè)調(diào)壓室

34、。故修改初步設(shè)計，參照類似工程，采用無壓尾水隧洞。五.無壓尾水隧洞的結(jié)構(gòu)尺寸計算尾水洞斷面采用城門洞形斷面，根據(jù)規(guī)范取尾水隧洞經(jīng)濟流速為。尾水洞采用三機一洞，則。主要設(shè)計依據(jù)是任何時候要保持其水流為無壓的，故其洞高一定要大于下游校核洪水位。具體尺寸詳見計算書。第六章壓力管道的結(jié)構(gòu)計算在設(shè)計中進行壓力管道的結(jié)構(gòu)計算。在計算中取壓力鋼管與蝸殼連接開始漸變前的斷面進行計算，因為此處為全管壓力變化最大的地方，按照地下埋管來計算。壓力鋼管的結(jié)構(gòu)計算包括：地下埋管承受內(nèi)壓分析：主要確定壓力鋼管的鋼襯厚度；和地下埋管的抗外壓失穩(wěn)：計算壓力鋼管的臨界壓力。計算過程見計算書。第七章主廠房內(nèi)部的設(shè)備及其布置1.

35、發(fā)電機層的布置1）發(fā)電機布置為上機架埋入式，這樣使發(fā)電機層寬敞，同時由于提高了發(fā)電機層高程而增加了水輪機層高度。2）發(fā)電機布置在發(fā)電機層中心線上，機組左邊布置機旁盤，調(diào)速器以及油壓裝置。3）機旁盤包括機組自動操作盤、機組繼電保護盤、機組測溫盤、機組動力盤等，每臺機組的機旁盤布置為6塊。布置在發(fā)電機層左邊，盤后離墻壁留有2米的檢修過道，盤前留有足夠大的空地便于運行人員巡視操作。4）發(fā)電機層平面布置在吊鉤工作范圍線內(nèi)設(shè)供安裝檢修必需的吊物孔，以溝通上下層之間的運輸。這里每臺機組設(shè)一個吊物孔，這樣當(dāng)一臺機組檢修時不致影響相鄰機組的正常運行。吊物孔布置在發(fā)電機層上游面一側(cè)，平時用鐵蓋板蓋住。2.安裝間

36、的布置1）安裝間是主廠房的一部分，位置設(shè)在主廠房的右端。安裝間與對外交通洞相連，交通洞尺寸為：高15米，寬15米。2）安裝間除要考慮檢修發(fā)電機以外，還要考慮檢修變壓器以及安放平衡梁的位置，安裝間寬度與主廠房相同為28.6米，長度確定為55米。3.安裝間底層的布置安裝間的下面有一層空間利用可作為輔助生產(chǎn)房間即：油罐室、油處理室、空壓機室、氣罐室。輔助生產(chǎn)房間的面積取決于電站規(guī)模以及電站在系統(tǒng)中的作用。布置應(yīng)盡量集中緊湊，靠近主機，縮短管道，減少損失，做到系統(tǒng)性強，便于集中操作、管理和維修，并能適應(yīng)分期安裝、分批投產(chǎn)的要求。1）油罐室和油處理室水電站的用油包括主變壓器的絕緣油和機組的透平油。油庫和

37、油處理室應(yīng)考慮防火防爆的要求。一個油系統(tǒng)從進油、貯油、用油到廢油的回收貯存處理，其設(shè)備包括有油泵、油管、壓濾機、分離機、補給油罐和污油罐等。這些設(shè)備的布置要緊湊，便于管理并安全可靠。油處理室的位置應(yīng)布置靠近油庫及用油對象、盡量縮短距離，并能設(shè)計成自流排油方式。根據(jù)以上原則油處理室和油罐室布置在一起，尺寸設(shè)定為：20×24米。2）氣罐室和空壓機室水電站的壓氣機室供給的壓縮空氣主要用于機組制動、空氣開關(guān)、設(shè)備吹掃、風(fēng)割風(fēng)焊、風(fēng)動工具等。主要用氣對象距離在250米以內(nèi)，所以壓氣機室布置在廠內(nèi)。空壓機房設(shè)有壓氣機，由于壓氣機有較大的躁聲和振動，空壓機房避開怕震的設(shè)備和怕噪音的房間。氣罐室是用

38、來存放供氣所用氣罐的，貯氣罐應(yīng)與廠內(nèi)其他設(shè)備隔離，與墻壁的間距應(yīng)不小于0.51.0米。根據(jù)以上原則氣罐室和空壓機室布置在一起，尺寸設(shè)定為：20×20米。4.水輪機層的布置發(fā)電機機墩是在機組部位支承水輪發(fā)電機定子支座的發(fā)電機機座，內(nèi)腔稱為機坑、定子坑或水輪機井。對于大型機組機墩采用圓筒式機墩，機墩內(nèi)布置接力器坑用來布置接力器。機墩留有進人孔高度為2米，寬度為2米。5.蝸殼層的布置1）蝸殼層除去蝸殼過水部分外，均為大體積的混凝土，布置較為簡單。該水電站采用單機單管供水，所以不須布置閘閥。2）蝸殼層混凝土內(nèi)布置尾水管的進人孔，用以檢修尾水管用，尺寸設(shè)定為：寬2米，高2米。3）尾水管周圍混凝

39、土內(nèi)設(shè)置操作廊道和排水廊道，廊道尺寸為2米高3米寬，采用城門洞形。6.伸縮縫布置水電站廠房為防止地基不均勻沉降，以及減少下部結(jié)構(gòu)受基礎(chǔ)約束產(chǎn)生的溫度和干縮應(yīng)力，必須沿廠房長度方向（縱向）設(shè)置永久的溫度伸縮縫。由于這里廠房基礎(chǔ)為巖基，由于基礎(chǔ)約束應(yīng)力較大，這里采用每臺機組設(shè)一條永久伸縮縫，縫自基礎(chǔ)通到廠頂，布置在兩臺機組之間，永久縫寬取為2厘米。7.樓梯的設(shè)置 各層間的樓梯布置相同，單層樓梯長1.2m、寬0.3m、高0.2m，傾角為25o30o之間。8.吊物孔及吊閥孔的設(shè)置對于發(fā)電機層每臺機組設(shè)一個吊物孔，這樣當(dāng)一臺機組檢修時不致影響相鄰機組的正常運行，平時用鐵蓋板蓋住。吊物孔布置在發(fā)電機層上游

40、面一側(cè)，尺寸為3.0×3.0m2；吊閥孔布置在發(fā)電機層下游面一側(cè)，尺寸為1.8×1.8 m2。第八章副廠房的布置 1.中央控制室 中控室是電站的神經(jīng)中樞，是整個電站運行、控制、監(jiān)護的中心。中控室布置在副廠房內(nèi)高度定為45米，最終確定為5m。中控室面積作如下估算：大體上等于（2035）m2×機組臺數(shù)，初步設(shè)計面積為180m2。中控室要求盡量與發(fā)電機層接近以節(jié)省電纜，故布置在于發(fā)電機同高程的位置。2.集纜室 集纜室就是中控室下層，又稱電纜夾層，面積大于或等于中控室面積，直接位于中控室之下，凈高等于2.53米，面積初步估計為216 m2。其他用房面積見大圖。參考文獻:水

41、力機械，水利電力出版社，金鐘元主編水電站建筑物，武漢水利水電學(xué)院主編水電站機電設(shè)計手冊（水力機械、電氣一次），水電站機電設(shè)計手冊編寫組主編水電站廠房設(shè)計，水利電力出版社，顧鵬飛、喻遠光主編水電站動力設(shè)備設(shè)計手冊，河海大學(xué)駱如蘊主編水輪機設(shè)計手冊，哈機研主編水電站，黃河水利委員會主編水電站建筑物設(shè)計圖冊，清華大學(xué)主編水工建筑物，武漢水利水電學(xué)院主編地下廠房設(shè)計規(guī)范，武漢水利水電學(xué)院主編水電站工程圖集，武漢水利水電學(xué)院水電站教研室主編目 錄第一章.水電站主要設(shè)備的選擇2一.輪機的選擇2二.發(fā)電機的選擇5三.調(diào)速器的選擇8四.吊車的選擇9五.變壓器的選擇10第二章.廠房的布置設(shè)計 10一.確定廠房的

42、平面尺寸 10二. 確定廠房各高程 14第三章電站樞紐布置設(shè)計 14第四章引水系統(tǒng)設(shè)計 15一.進水口的設(shè)計15二.引水道的設(shè)計16三.機組的水擊調(diào)保計算 16四尾水洞斷面尺寸設(shè)計23五調(diào)壓室的結(jié)構(gòu)尺寸計算23六.無壓尾水隧洞的結(jié)構(gòu)尺寸計算 26七尾水洞閘門室及其設(shè)備的布置26第五章壓力管道的結(jié)構(gòu)計算27第一章 水電站主要設(shè)備的選擇一.水輪機的選擇1 水輪機型號的選擇由設(shè)計資料可以知道，該水輪機最大工作水頭Hmax=181.7m，最小工作水頭Hmin=114.3m，額定工作水頭Hr=148m?；炝魇剿啓C結(jié)構(gòu)簡單，運行穩(wěn)定，效率高，應(yīng)運廣泛，切適用水頭在30700m，故優(yōu)先選擇混流式水輪機。查

43、混流式水輪機模型轉(zhuǎn)輪主要參數(shù)表，初步選定HL200，HL180兩種型號。在最優(yōu)工況下效率分別為：200=90.7%、180=92.0%；汽蝕系數(shù)：200 =0.088、180=0.075。所以選用HL180 水輪機。2轉(zhuǎn)輪直徑的計算選用與之接近而偏大的標(biāo)準(zhǔn)直徑D1=6.5m。5 機轉(zhuǎn)速的計算在原型水輪機的最高效率的情況下：考慮到制造工藝水平的情況，取1=1%；由于水輪機所應(yīng)用的蝸殼和尾水管的型式與模型基本相似，故認為2=0，則效率修正值：由此求得水輪機在限制工況下的效率為：，與原來假定數(shù)值比較符合。引水發(fā)電站Ha=Hr=148m，下式中查表得最優(yōu)工況下的，同時由于：所以，則可以=6可忽略不計7

44、代入上式。選用與之接近的標(biāo)準(zhǔn)同步轉(zhuǎn)速4工作范圍的驗算在選定，的情況下，=0.86m3/s。水輪機的和各種特征水頭下相應(yīng)的值分別為：則水輪機的最大引用流量Qmax為：對值在設(shè)計水頭=148m時在最大水頭Hmax=181.7m時在最小水頭Hmin=114.3m時在HL180水輪機的模型綜合特性曲線圖上，分別畫出=820L/min、=60.3、=76.0的直線，在圖上我們可以看到這些直線所標(biāo)出的水輪機相似工作范圍基本上包括了特性曲線的高效率區(qū)，所以對所選定的直徑D1=6.5m，n=125還是比較滿意的。5水輪機的吸出高Hs的計算由水輪機的設(shè)計工況查HL180水輪機的模型綜合特性曲線，查的相應(yīng)的汽蝕系

45、數(shù)=0.08；由設(shè)計水頭Hr=148m，查汽蝕系數(shù)修正曲線圖可的=0.018，則可求的水輪機的吸出高Hs為：為水輪機安裝處的海拔高程,w為下游最低水位668.68m。則水輪機的安裝高程為：6繪制運轉(zhuǎn)特性曲線，并校核論證機組的工作穩(wěn)定性水輪機型號： HL180-LJ-650；特征水頭： Hmax=181.7m，Hmin=114.3m，Hr=148m；水輪機的額定出力： =56萬KW；水輪機安裝高程： T=664m。當(dāng)水頭一定時，對應(yīng)于模型水輪機的為一常數(shù)，在相應(yīng)的主要綜合特性曲線上作為常數(shù)的平線，它與個等效率曲線相交于許多點，記取各點上的和值,便可求得各點相應(yīng)的HL180水輪機等效率曲線計算表H

46、=160.0m=64.2=8.3883820.4284.3359.4820.4384.3304.1840.4686.3403.0840.4686.3333.0860.588.3448.2860.588.3370.3880.5390.3485.8880.5590.3416.6900.5892.3543.5900.5892.3449.1910.6293.3587.2910.6293.3485.2910.7993.3748.2910.893.3626.1900.8192.3759.0900.8392.3642.6880.8690.3788.3880.8890.3666.6860.8988.3797.

47、8860.9188.3674.0840.9286.3806.0840.9486.3680.5820.9584.3813.0820.9784.3685.9800.9882.3818.8800.9982.3683.5780.9980.3807.0781.0180.3680.35%出力限制線上的點890.8491.3778.589.10.8591.4651.7 Hr=148.0m=66.8=7.4626Hmin=114.3m=76.0=5.0648820.4384.3270.5820.5184.3217.8840.4786.3302.7840.5786.3249.1860.5188.3336.186

48、0.688.3268.3880.5690.3377.4880.6690.3301.9900.692.3413.3900.7492.3345.9910.6393.3438.69193.30.0910.8193.3564.09193.30.0900.8492.3578.6900.8392.3388.0880.8890.3593.0880.8990.3407.0860.9388.3612.8860.9388.3415.9840.9586.3611.8840.9686.3419.6820.9784.3610.2820.9884.3418.480182.3614.2801.0182.3421.0781.0280.3611.2781.0380.3418.95%出力限制線上的點89.20.8591.5580.488.90.8691.2397.27計算設(shè)備重量估算水輪機總重：K、b是與水頭有關(guān)的系數(shù)，a是與轉(zhuǎn)輪直徑有關(guān)的系數(shù)，其中K=8.1、b=0.16、，轉(zhuǎn)輪直徑D1=6.5m，額定工作水頭Hr=148m。轉(zhuǎn)輪重量：金屬蝸殼重量： ，為一個只與符號有關(guān)的系數(shù)。二 發(fā)電機的選擇1發(fā)電機的技術(shù)特征：由初始