水電站課程設計壩后式電站

1、水電站課程設計-某壩后式電站考核方式：(1) 總分100分，其中設計文檔30分，圖紙30分；平時成績40分。(2) 設計文檔和圖紙?zhí)峤粫r間為17周周四下午2點，超過1天扣總分5分。(3) 平時成績包括出席情況和定期答疑（四次，分別為16周周二、周四、周五，17周周一）。(4) 教室安排（僅限上午）：16周周三20317，周四20302，周五30202；17周周一周三：30302備注：16周周二上午9點30分統(tǒng)一講解課程設計具體事項，地點30502。設計內(nèi)容一、樞紐布置（*）二、水輪發(fā)電機組選擇(1) 選擇機組臺數(shù)、單機容量及水輪機型號（*）；(2) 確定水輪機的尺寸(包括水輪機標稱直徑D1、轉(zhuǎn)

2、速n、吸出高度Hs、安裝高程Za)；(3) 選擇蝸殼型式、包角、進口尺寸（*）；(4) 選擇尾水管的型式及尺寸；(5) 選擇相應發(fā)電機型號、尺寸(6) 選擇相應調(diào)速器及油壓裝置（*）。三、廠區(qū)樞紐及電站廠房的布置設計(1) 根據(jù)地形、地質(zhì)條件、水文等資料，進行分析比較確定廠房樞紐布置方案；(2) 根據(jù)水輪發(fā)電機的資料，選擇相應的輔助設備，進行主廠房的各層布置設計；(3) 確定主廠房尺寸；(4) 副廠房的布置設計；(5) 繪制主廠房橫剖面圖、發(fā)電機層平面圖、水輪機層和蝸殼層平面圖各一張。四、引水系統(tǒng)設計(1) 進水口設計。確定進水口高程、型式及輪廓尺寸；(2) 壓力管道的布置設計。確定壓力管道的

3、直徑；確定壓力管道的布置方式和各段尺寸；(3) 進水口橫剖面圖一張。備注：標記（*）的本次課程設計可不做設計指南一、樞紐布置（*）首先根據(jù)給定的設計資料查相應的規(guī)范，確定工程等別及重要建筑物的級別。再根據(jù)地質(zhì)、地形條件、建筑材料、施工條件、泄洪要求等來確定壩型，可以對土壩、拱壩、混凝土重力壩三種方案進行比較。樞紐布置應確定各種建筑物的相對位置，進行壩段劃分。本工程為壩后式水電站，主要包括攔河大壩與發(fā)電廠房兩大部分。首先要求根據(jù)所給出的資料確定總體布置方案。主要比較左岸廠房方案和右岸廠房方案，考慮的因素包括主河床的位置、地質(zhì)條件對大壩及廠房的影響、河道的沖刷與淤積、廠房進水和尾水的順暢、各種建筑

4、物的布置和施工是否方便、工程量等，可列表進行定性比較。選定廠房位置后，需要對壩段進行布置設計。與本電站廠房有關的布置原則為： 要求電站進水口前水流平順，無漩渦及橫向水流； 當溢流壩與廠房段并列布置時，應盡量將前者布置在主河槽，以保證泄水順暢； 為減少下泄水流對發(fā)電和航運的不利影響，常在溢流壩與其他建筑物之間設置導墻； 當河流含沙量大，壩前淤積嚴重時，應采取排沙措施，沖沙孔或排沙洞常布置在廠房進水口附近，其高程可根據(jù)運用要求來確定； 應防止由于泥沙淤積造成尾水壅高，降低發(fā)電水頭。水電站廠房區(qū)的布置應包括主廠房、副廠房、尾水渠道、主變壓器、開關站、交通道路的布置等內(nèi)容。引水系統(tǒng)設計進水口設計確定進

5、水口高程、型式及輪廓尺寸；確定攔污柵的布置形式和各部分尺寸。(1) 進水口輪廓由于本電站為壩后式水電站，故進水口的型式為壩式進水口。根據(jù)壩段長度選擇攔污柵的平面形狀(圓形或平面形)。確定進水口高程時需要注意，該電站地處寒冷地區(qū)，需要考慮冰凍對進水口的影響。進水口的輪廓尺寸主要對進口段、閘門段、漸變段的斷面尺寸進行計算和論證，要求水流平順，水頭損失小，進口流速不宜過大，結(jié)構(gòu)受力條件好。進口段一般為喇叭口形狀，閘門段一般為矩形斷面，而漸變段主要是矩形斷面和管道圓形段面的連接段。(2) 攔污柵設計攔污柵的設計內(nèi)容包括柵面設計(平面形狀和面積)、柵面距壩體上游面的距離、柵條尺寸和間距。(3) 閘門段設

6、計閘門段包括工作閘門和檢修閘門，需要對閘門的位置、形式、尺寸、啟閉方式、通氣孔的位置及尺寸等進行設計。由于本電站位壩后式水電站，所以工作閘門和檢修閘門建議均采用平板式閘門。閘門的位置和尺寸需要根據(jù)上面設計的輪廓形狀確定。通氣孔設計包括面積、位置和出口高程的確定，其中面積根據(jù)單根管道最大引用流量和設計允許氣流流速確定，位置一般在閘門下游側(cè)(工作閘門后止水)。如果工作閘門為前止水，則可由閘門井兼作通氣孔。壓力管道的布置設計壓力管道的涉及內(nèi)容包括確定壓力管道的直徑；經(jīng)定性分析比較確定壓力管道的布置方式，各段尺寸及結(jié)構(gòu)型式。對于壩式水電站來說一般采用單管單機供水的壩內(nèi)壓力管道，其布置原則上應力求管道短

7、，穿過壩體時盡量減少對壩體的消弱，減少水頭損失，降低水擊壓力，滿足機組的調(diào)節(jié)保證為要求。設計中需要考慮下面的因素：本電站為混凝土重力壩，壩高屬中等壩，壩體尺寸較大，進水口和水輪機安裝高程相差20m以上，進水口較高。根據(jù)以上的原則和考慮因素，建議重點論證傾斜式管道布置方案的合理性。壓力管道的直徑可采用經(jīng)濟流速方法確定。水輪發(fā)電機組的選擇水輪機選擇是水電站設計中一項重要任務，它涉及到機組能否安全、高效、可靠運行，而且對水電站造價、建設速度、水電站建筑物的布置形式及尺寸都有影響。水輪機選擇是在已知水電站裝機容量N、水電站特征水頭(最大工作水頭Hmax、最小工作水頭Hmin、設計水頭Hr、平均水頭Ha

8、v) 、特征流量(最大引用流量Qmax、最小引用流量Qmin、平均流量Qav)、下游水位流量關系曲線情況下進行的。選擇機組臺數(shù)、單機容量及水輪機型號：本次課程設計統(tǒng)一選用4臺HL310 型機組，轉(zhuǎn)輪直徑D1=6.5m；轉(zhuǎn)速n=72r/min；(1) 計算允許吸出高度HS，并確定水電站的安裝高程ZA 式中 電站所在地的海拔高程；k 空蝕系數(shù)修正系數(shù)，一般取1.11.35； 水輪機模型空蝕系數(shù)；Hr設計水頭。（2）選擇蝸殼型式、包角、進口尺寸：蝸殼的水力計算見水力機械教材，本次課程設計蝸殼尺寸可選L+x=6.4m；L-x=4.8m。（3）選擇尾水管的型式及尺寸：尾水管輪廓尺寸確定見水力機械教材。（

9、4）選擇相應發(fā)電機型號、尺寸，調(diào)速器及油壓裝置水輪發(fā)電機、調(diào)速器和油壓裝置的型號和尺寸，可以由本電站的單機容量、額定轉(zhuǎn)速等套用已建成的類似電站所使用的設備。廠區(qū)樞紐及電站廠房的布置設計廠房設計包括廠區(qū)樞紐的布置、主廠房尺寸的確定、廠房內(nèi)設備的布置、起重機的選擇、廠房的結(jié)構(gòu)布置、副廠房布置等。主廠房的長度主廠房的長度L=機組段長度L0×機組數(shù)+裝配場長度+邊機組段加長L。本電站屬于中低水頭水電站，其機組段長度一般根據(jù)下部塊體結(jié)構(gòu)的最小尺寸確定。下部塊體結(jié)構(gòu)的主要部件是蝸殼，蝸殼平面尺寸確定后，L0=蝸殼平面尺寸+蝸殼外的混凝土結(jié)構(gòu)厚度，一般取0.81.0m，邊機組段一般取1.03.0m

10、。某些情況下，下部塊體結(jié)構(gòu)的尺寸取決于尾水管的平面尺寸。裝配場長度由裝配場的面積確定，而其面積要能夠滿足對一臺機組進行解體大修的要求，即能夠在裝配場內(nèi)放下發(fā)電機轉(zhuǎn)子、發(fā)電機上機架、水輪機頂蓋和水輪機轉(zhuǎn)輪四大件，并且在各部件之間留出12m的通道。其中發(fā)電機轉(zhuǎn)子一般帶軸吊運到裝配場，裝配場樓板相應位置要留出直徑比大軸法蘭稍大的孔(平時覆以蓋板)，大軸穿過后支承在特別設置的大軸承臺上(也稱為轉(zhuǎn)子檢修墩)，承臺頂端預埋底角螺栓，待大軸法蘭套入后，用螺母固定。邊機組段加長一般可取為L=1.0D1。主廠房的寬度主廠房的寬度應由發(fā)電機層、水輪機層和蝸殼層三層的布置要求來共同決定。(1) 發(fā)電機層中，首先決定

11、吊運轉(zhuǎn)子(帶軸)的方式，是由上游側(cè)還是下游側(cè)吊運。若由下游側(cè)吊運，則廠房下游側(cè)寬度主要由吊運之轉(zhuǎn)子寬度決定。若從上游側(cè)吊運，則上游側(cè)較寬。此外，發(fā)電機層交通應暢通無阻。一般主要通道寬23m，次要通道寬12m。在機旁盤前還應留有1m寬的工作場地，盤后應有0.81m寬的檢修場地，以便于運行人員操作。(2) 水輪機層中，一般上下游側(cè)分別布置水輪機輔助設備(即油水氣管路等)和發(fā)電機輔助設備(電流電壓互感器、電纜等)。以這些設備放下后，不影響水輪機層交通來確定水輪機層的寬度。(3) 蝸殼層一般由設置的檢查廊道、進人孔等確定寬度。蝸殼和尾水管進人孔的交通要通暢，集水井水泵房設置應有足夠的位置，以此確定蝸殼

12、層平面寬度。一般由廠房機組中心線為基準，分別確定各層上游側(cè)和下游側(cè)所需寬度，再分別找出各層上下游側(cè)的最大值Bu和Bd，則主廠房寬度為Bu+Bd。(4) 當寬度基本確定后，最后要根據(jù)吊車標準寬度Lk驗證，寬度必須滿足吊車的要求。主廠房的高度首先定出各層的高程，才能確定主廠房的高度。(1) 安裝高程：安=W+Hs+b0/2 其中 W電站運行時出現(xiàn)的最低下游水位，其確定方法見本書第6章表6-6； Hs吸出高度； b0導葉高度。(2) 尾水管底板高程： 尾=安- b0/2-H尾其中 H尾尾水管的高度。(3) 開挖高程：挖=尾-混凝土底板厚度(約12m)。(4) 水輪機層地板高程：水=安+ b0/2+蝸

13、殼頂部混凝土厚度(約1m)。(5) 發(fā)電機層地板高程：發(fā)=水+進人孔高度(約2m)+混凝土結(jié)構(gòu)厚度(約1m)+定子外殼高度。但發(fā)還應該滿足以下幾個要求：(i) 水輪機層的高度不小于3.5m，否則難以布置出線、管道和各種設備；(ii) 發(fā)電機層樓板最好與裝配場在同一高程上；(iii) 發(fā)電機層樓板最好高于下游最高洪水位，以便于對外交通和防潮、通風。(6) 吊車軌頂高程：取決于最大部件的吊運方式和尺寸。最大部件一般為發(fā)電機轉(zhuǎn)子帶軸或水輪機轉(zhuǎn)輪帶軸。吊=發(fā)+最大部件高度+高度方向的安全距離。(7) 廠房天花板及屋頂高程：天=吊+吊車尺寸+0.2m頂=天+屋頂大梁高度+屋面板厚度主廠房的高度=頂-挖主

14、廠房布置的構(gòu)造要求(1) 廠房內(nèi)的交通主廠房各層之間和每一層內(nèi)都有交通要求。各層之間的主要樓梯一般寬度為1.52.0m，坡度一般為25°。次要樓梯較窄，有的部位可用爬梯。廠房內(nèi)每層的交通要求不盡相同，以發(fā)電機層的交通最為重要，參見“主廠房的寬度”。(2) 廠房應注意采光、通風、取暖、防潮、防火等。(3) 主廠房的分縫和止水主廠房中的縫有兩種，一種為施工縫，另一種為溫度沉陷縫，其中施工縫可不作為設計內(nèi)容。溫度沉陷縫一般直通到底，每隔20m左右或一個機組段分一條。如果廠房建在軟基上，分縫距離一般在40m以上或兩個機組段分一條。縫的寬度一般為0.52cm，軟基上的廠房一般為35cm。因為溫

15、度沉陷縫有一定的寬度，為了防止水通過分縫進入廠房，需要在縫中設置止水，一般為橡膠止水或銅片止水，其設置方法和構(gòu)造與壩的止水相同。副廠房的布置設計為了保證機組正常運行，在主廠房近旁布置的各種輔助機電設備、控制、試驗、管理和運行人員工作和生活的房間，稱為副廠房。對于本電站，副廠房可以設在主廠房靠對外交通的一端。副廠房的面積要求見課本表格。橋吊選擇橋吊的選擇主要是確定其起重量和橋吊跨度。橋吊的最大起重量取決于所吊運的最重部件，一般為發(fā)電機轉(zhuǎn)子，懸式發(fā)電機的轉(zhuǎn)子需帶軸吊運，傘式發(fā)電機的轉(zhuǎn)子可帶軸吊運，也可不帶軸。對于低水頭電站，最重部件可能是帶軸或不帶軸的水輪機轉(zhuǎn)輪。少數(shù)情況下，橋吊的起重量決定于主變

16、壓器(主變需要在廠內(nèi)檢修)。橋吊跨度是指橋吊大梁兩端輪子的中心距。選擇橋吊跨度時應綜合考慮下列因素：(1) 橋吊跨度要與主廠房下部塊體結(jié)構(gòu)的尺寸相適應，使主廠房構(gòu)架直接座落在下部塊體結(jié)構(gòu)的一期混凝土上。(2) 滿足發(fā)電機層及裝配場布置要求，使主廠房內(nèi)主要機電設備均在主副鉤工作范圍之內(nèi)，以便安裝和檢修。(3) 盡量選用起重機制造廠家所規(guī)定的標準跨度。橋式吊車的吊運方式應盡可能減小廠房的高度和寬度，并同時滿足機組正常運行和檢修的要求。起吊部件和吊車的主鉤由吊索或吊具系在一起。在吊運過程中，起吊部件和其他設備及墻壁之間應留有一定的安全距離。當采用剛性吊具時，垂直方向的安全距離為0.3m0.5m，水平

17、方向安全距離為0.20.4m 。若采用柔性吊具，垂直方向安全距離取0.6m1.0m。橋式吊車的主要參數(shù)見參考資料。在完成上述設計工作以后，繪制主廠房橫剖面圖、發(fā)電機層平面圖、水輪機層平面圖、蝸殼尾水管層平面圖各一張。設計成果的具體要求設計成果包括：設計說明書、設計計算書和設計圖紙設計說明書設計計算書設計圖紙(1) 電站進水口剖面圖1張(2) 廠房橫剖面圖1張(3) 發(fā)電機層平面布置圖1張(4) 水輪機層和蝸殼層平面圖1張要求圖面合理、設計正確、整潔、清晰，繪圖認真仔細。不亂改亂寫，圖幅尺寸、規(guī)格、圖的比例、線條、標注高程、尺寸符號和說明等均按工程制圖標準。水電站設計說明書編寫參考提綱設計題目目

18、錄摘要前言第一章 引水系統(tǒng)設計 第一節(jié) 進水口設計 第二節(jié) 引水管道設計 第三節(jié) 引水道水力計算第二章 水輪發(fā)電機組設計 第一節(jié) 水輪機的臺數(shù)、單機容量與型號選擇 第二節(jié) 水輪機主要參數(shù)確定 第三節(jié) 蝸殼設計 第四節(jié) 尾水管設計 第五節(jié) 水輪發(fā)電機及輔助設備選擇第三章 水電站廠房設計 第一節(jié) 廠區(qū)樞紐布置 第二節(jié) 主廠房尺寸確定 第三節(jié) 橋吊選擇 第四節(jié) 主廠房布置設計 第五節(jié) 副廠房設計第四章 結(jié)論參考文獻四、參考書1 水利電力部，水電站廠房設計規(guī)范(SL2662001)，中國水利電力出版社，2001。2) 中華人民共和國電力行業(yè)標準，水工建筑物荷載設計規(guī)范(DL 5077-1997)，中國

19、電力出版社，1998。3) 中華人民共和國行業(yè)標準，水利水電工程等級劃分及洪水標準(SL 252-2000)，中國水利水電出版社，2000。4 中華人民共和國行業(yè)標準，水工建筑物抗震設計規(guī)范(DL 5073-1997)，電力工業(yè)部，1997。5 中華人民共和國電力行業(yè)標準，混凝土重力壩設計規(guī)范(DL 5108-1999)，中國電力出版社，2000。6 水電站機電設計手冊編寫組，水電站機電設計手冊(水力機械)，水利電力出版社，1983。7 華東水利學院主編，水工設計手冊(第五冊)，混凝土壩，水利電力出版社，19878) 華東水利學院主編，水工設計手冊(第六冊)，泄水與過壩建筑物，水利電力出版社，19879 華東水利學院主編，水工設計手冊(第七冊)，水電站建筑物，水利電力出版社，198910 顧鵬飛等，水電站廠房設計，水利電力出版社，198711 金鐘元，水力機械，水利電力出版社，1991。12 陳德新，楊建設主編，水輪機、水泵及輔助設備，中央廣播電視大學出版社，2001。13 溫新麗主編，水電站與泵站建筑物，中央廣播電視大學出版社，2001。14 張治濱等合編，水電站建筑物設計