某水電站廠房計算書

某水電站廠房計算書某水電站廠房計算書某水電站廠房計算書水電站廠房第一節(jié)幾種水頭的計算〔1〕Ｈｍax=Z蓄—Z單機滿出力時下游水位Hｒ=Z蓄—Z全機滿出力時下游水位Hmin=Z底—Z全機滿出力時下游水位一、Ｈmax的計算。1假設(shè)Hmax=8４m由公式Nｒ=ＫQH公式中Ｎr為單機出力50000ＫＷＫ為出力系數(shù)8.5H為凈水頭＝H0—ΔH=0.97H０〔ΔH=0.0３H0〕Q為該出力下的流量。故解出Q＝70．028m3/s查下游流量高程表得下游水位為１98.8m上游水位為２84mΔH＝0.03〔28４—19８.８〕=2．6ｍ又因為28４—84—２.6=197.42重新假設(shè)Hｍａx=8３m由公式Nr=KQH解出Q=７0．8７m３/s查下游流量高程表得下游水位為19９.3m上游水位為２8４mΔＨ=0.０3〔284—19９.３〕=２．5ｍ又因為28４—８３—２.5＝198.５故Hmax=8３ｍ二、Hｍin的計算。１假設(shè)Ｈmin＝６0m由公式Nr＝KＱH公式中Nr為全機出力200000ＫWK為出力系數(shù)8.5Ｈ為凈水頭=Ｈ0—ΔH=0.97H0〔ΔH＝0.03Ho〕Q為該出力下的流量。故解出Q＝392.１6m３／s查下游流量高程表得下游水位為203．50ｍ上游水位為2６4mΔH=0．０3〔264—203.50〕=1.80ｍ又因為26４—60—１.8０＝２02.20<20３.５02重新假設(shè)Hｍｉn=5９m由公式Nr=KQＨ解出Ｑ＝398.80ｍ3/ｓ查下游流量高程表得下游水位為20３.５8m上游水位為26４mΔH=0.０3〔２64—20３.58〕=1.77m又因為264—５9—1．77＝２03.２3=20３．58故Hmiｎ=5９m三、Hｒ的計算。1假設(shè)Hr=7０m由公式Ｎr＝KQH公式中Ｎr為全機出力20０000KWK為出力系數(shù)8．5H為凈水頭=H0—ΔH=0.97H0〔ΔＨ＝0．０3Ｈo〕Q為該出力下的流量。故解出Q＝336.１3m3/s查下游流量高程表得下游水位為20３.40m上游水位為284mΔH＝0.0３〔284－20３．40〕=2.10m又因為2８4—７0—2．10=２11．9０>2０3.４02重新假設(shè)Hr=78m由公式Nr=KQH解出Q=3０1.６6m３/s查下游流量高程表得下游水位為2０3.33m上游水位為284ｍΔH=0.03〔284－２0３.33〕＝2．３４ｍ又因為284—78—2.34=20３.66=2０3．3３故Ｈr＝７8m第二節(jié)水輪機的選型〔7〕根據(jù)該電站的水頭范圍和該機組的出力范圍,在水輪機系列型譜表中查出該電站最好選擇HL2２0機型?！参唇?jīng)許可請勿轉(zhuǎn)載〕一、水輪機的額定出力計算。Nr＝Nｇr/?公式中Ngr為水輪機額定出力。?為水輪機效率為90％。Nｒ為水輪機出力為554３0KW。故Ngｒ為5．543萬KW二、水輪機轉(zhuǎn)輪直徑的計算。為水輪機模型效率為８9%。為該出力下模型的流量。由此初步假定原型水輪機在該工況下，效率由公式：得又因為轉(zhuǎn)輪直徑應選符合轉(zhuǎn)輪直徑系列并比計算值稍大的值故為２.75m。三、水輪機轉(zhuǎn)速ｎ的計算。初步假定〔對于壩后式水電站〕由公式又因為水輪機的轉(zhuǎn)速要采用發(fā)電機的標準轉(zhuǎn)速,為此要選取與上述公式得出的轉(zhuǎn)速相近的發(fā)電機的標準轉(zhuǎn)速。常選取稍大的標準轉(zhuǎn)速作為水輪機采用的轉(zhuǎn)速。故為25０r/miｎ?！参唇?jīng)許可請勿轉(zhuǎn)載〕又因為當n＝250r/min時水輪機的效率比較低，故選取比標準轉(zhuǎn)速稍小的標準轉(zhuǎn)速。故選取n=214r/ｍiｎ。四、效率與單位參數(shù)修正。HL２20-275０的求得原型〔當水頭H〈1５0ｍ時〉效率修正值:考慮原型與模型水輪機在制造工藝、質(zhì)量上的差異,在已求得的值中減去一個修正值則由此原型水輪機在最優(yōu)工況下的效率為:〔未經(jīng)許可請勿轉(zhuǎn)載〕與假定值不等，重新假定。重新假定：，效率得又因為轉(zhuǎn)輪直徑應選符合轉(zhuǎn)輪直徑系列并比計算值稍大的值故為2.75m。HL2２0-2750的求得原型〔當水頭H〈１５０m時〉效率修正值：考慮原型與模型水輪機在制造工藝、質(zhì)量上的差異，在已求得的值中減去一個修正值則由此原型水輪機在最優(yōu)工況下的效率為〔未經(jīng)許可請勿轉(zhuǎn)載〕與假定值相等。單位轉(zhuǎn)速修正值:由于按規(guī)定單位轉(zhuǎn)速可不加修正,同時單位流量Q也可不修正,由上可見,原假定,，正確，所以為2.7５m和ｎ＝2１４r/miｎ是正確的?！参唇?jīng)許可請勿轉(zhuǎn)載〕五、水輪機工作范圍的檢驗。則水輪機最大引用流量：與特征水頭Ｈmax，Ｈｍiｎ,Ｈr相應單位轉(zhuǎn)速為：效率驗證如此圖:六、水輪機吸出高度Ｈｓ的計算。Hs=10—/９0０—〔σ+Δσ〕Ｈ公式中為電站的海拔高程為203.７９ｍ?！灿啥嗄昶骄髁浚?10０秒立方米〕σ為水輪機的汽蝕系數(shù)為0.13３。Δσ為水輪機的汽蝕系數(shù)修正值為0.０２。第三節(jié)發(fā)電機的選型發(fā)電機的外型尺寸。n=214r／min>15０r/ｍiｎ故采用懸式發(fā)電機。1主要尺寸估算⑴．極距：〔查表3—2得查〈水電站〉表5—8得p=14〕〔2〕.定子內(nèi)徑:〔３〕.定子鐵芯長度：〔4〕.定子鐵芯外徑:因ｎ=21４r/min>16６.7ｒ/min有２平面尺寸估算⑴定子機座外徑：因ｎ＝2１４r/ｍｉn>1６６.7r/min,有⑵風罩內(nèi)徑:因⑶轉(zhuǎn)子外徑:⑷下機架最大跨度：因〔查表〕⑸推力軸承外徑和勵磁機外徑:根據(jù)發(fā)電機容量查表得：取３軸向尺寸的計算⑴定子機座高度:因n＝２14r/miｎ⑵上機架高度:⑶推力軸承高度、勵磁機高度和永磁機高度：查表得：?、认聶C架高度：懸式非承載機架:⑸定子支座支承面至下機架支承面或下?lián)躏L板之間的距離：懸式非承載機架：⑹下機架支承面至主軸法蘭盤之間的距離：⑺轉(zhuǎn)子磁軛軸向高度:無風扇:⑻發(fā)電機主軸高度:⑼定子鐵芯水平中心線至主軸法蘭底盤之間的距離:二、發(fā)電機的重量估算1發(fā)電機總重:2發(fā)電機轉(zhuǎn)子重：3發(fā)電機飛輪力矩:因1０0r/min<n<３７5ｒ/min取輪機蝸殼外型尺寸的計算由于,因此采用金屬蝸殼。查資料得:蝸殼外緣至機組中心的距離2.０8×2．75=5.721.86×2.75＝5．1１51.５８×2.75=4.3４５1.24×2.75=3.41蝸殼圓斷面半徑0.64×2.７５=1.7６0.54×2.７５＝1.４85０．4×2．75=1.10.３4×2.７5＝０.９35蝸殼橢圓斷面長半徑０.６4×2.75=１．７6０.５4×2．７5=1.4850.4×2．75=1．1０．3４×２.75=０．９3５蝸殼橢圓斷面短半徑---0．2×2．７5=0．55蝸殼進口直徑：〔查表得〕蝸殼斷面長:蝸殼斷面高：金屬蝸殼座環(huán)尺寸:查表得:第四節(jié)調(diào)速系統(tǒng)〔7〕一、調(diào)速器的選擇調(diào)速功計算:∵水輪機在該工況的效率∴∵屬于大型調(diào)速器。二、接力器選擇1接力器直徑的計算采用標準導水機構(gòu)用兩個接力器操作選用額定油壓為４.0Mｐａ已經(jīng)知道導葉數(shù),采用標準正曲率導葉，查表6—4取為0.０３，∵=０.25。選用與之偏大的2接力器的最大行程的計算在HL220模型綜合特性曲線上由設(shè)計工況點：查得又則∴3接力器容積的計算兩個接力器總?cè)莘e4主配壓閥直徑的選擇由公式:得取與之偏大的ｄ＝8０mm即選用DＴ-8０型電氣液壓式調(diào)速器。三、油壓裝置的選取油壓裝置不考慮空放閥和進水閥的用油，則油壓裝置壓力油罐的容積按經(jīng)驗公式：選擇與之接近偏大的ＨＹZ－１.６型分離式油壓裝置。四、主變的選取采用擴大單元接線,兩臺機組共用一臺主變,參考(水電站廠房設(shè)計)附錄1—6，選用ＳSPＬ-10００0型主變〔未經(jīng)許可請勿轉(zhuǎn)載〕五、起重設(shè)備參考（機電設(shè)計手冊）:發(fā)電機轉(zhuǎn)子重量:18２.85T乘以動力系數(shù)1.2：18２.８5×1.2=21９.4２T選用2×125雙小車橋式起重機。第五節(jié)尾水管的選型由于采用HL220型，因此，所以:hLB5D４h4h6L１h52.6D14.5Ｄ12.７２D11.35D1１.3５D１0.675D11.８2D11.22Ｄ17.15m12．375m7．48m３．7125m3．７125m1．856m5．005ｍ3.３５５m肘管進口直徑D３:對于混流式水輪機,h1＝0.05577m，ｈ2=0.0697１m,h３=0.1ｍ，〔未經(jīng)許可請勿轉(zhuǎn)載〕第六節(jié)廠房尺寸的確定〔3〕一、機組段平面尺寸的確定。的確定。1主廠房長度的確定?！?〕機組間距L1:由發(fā)電機風罩確定的機組段長度Ｌ1：L１=Φ＋Ｂ+2δ=8．9２+4．2+２×1.5=14.１2〔ｍ〕所以取L１:為１4.2米。機組段長度Ｌ2:計算邊機組段長度的時候需要考慮設(shè)備的布置和吊運的要求。由經(jīng)驗公式得:L2＝Ｌ１+△L=１4．2+０.8×2.75=16．4〔m〕［式中△Ｌ=〔0.2－1〕D］]〔未經(jīng)許可請勿轉(zhuǎn)載〕裝間長度L3:根據(jù)吊運與機組檢修等的布置要求，由經(jīng)驗公式得Ｌ3=〔1-１.5〕L1所以?。蹋?為19米。所以廠房的總長為３L1＋L2＋L３=3×14．2＋16.4＋1９=7８米。２主廠房寬度的確定?！?〕廠房水下部分寬度的確定:下游側(cè)寬度Ｂ1:B１主要決定于下游尾水管的尺寸,故B1＝4.５×Ｄ１=12．375m。取B1:為1２.4ｍ?！参唇?jīng)許可請勿轉(zhuǎn)載〕上游側(cè)寬度B2:Ｂ１主要決定于蝸殼進口的布置、主閥、機組及其他附屬設(shè)備的布置，為了方便取與廠房水上部分上游側(cè)的寬度相同為:8.3m。〔未經(jīng)許可請勿轉(zhuǎn)載〕〔2〕廠房水上部分寬度的確定:下游側(cè)寬度B1：B1主要決定于發(fā)電機層地面的設(shè)備的布置及交通要求。B1＝8.9２÷2+1.５+1.2＝7．16m。取B１為7．2m。上游側(cè)寬度B2：B2主要決定于發(fā)電機層地面的設(shè)備的布置及交通要求。B2=８．9２÷2+1．5＋1+１.2＝8.16m。取B1為8.3m。二、尾水平臺及尾水閘室的布置。尾水管的出口分為兩個孔，每孔的尺寸為3．29m×3.34m，中間隔墩寬為０.９m。尾水閘門尺寸為3.49m×３.54m，每臺機組各設(shè)一套閘門，分別以四臺電動活動式尾水閘門起閉機操作。在每臺機組的尾水閘墩上分別設(shè)置兩個尾水閘室,分別放置尾水閘門?！参唇?jīng)許可請勿轉(zhuǎn)載〕根據(jù)吊運閘門和行人交通的需要，以及尾水管的長度，設(shè)置尾水平臺,高程與發(fā)電機層地面高程相同為：21０.23ｍ〔未經(jīng)許可請勿轉(zhuǎn)載〕三、主廠房控制高程的確定。１水輪機的安裝高程:∵∴∵因為一臺機組滿發(fā)時引用最小流量為７0.８7ｍ３/s,對應的水位即為下游尾水位:∴水輪機安裝高程：取為20０m尾水管底板高程:▽1=▽3-b0÷2－h(huán)1=２０0-0.6875÷2-7.15=192.３87尾水管進人孔地面高程:▽2=▽3－r１-h2=200－4．4－1.８=19３.68〔ｍ〕水輪機層地面高程：▽4=▽3＋ｒ２+h3=200+１.8４25+1.2=2０3〔m〕發(fā)電機定子安裝高程：▽D=▽4+h4＋h５=２03＋2+1=２０6〔m〕發(fā)電機層地面高程：▽5=▽Ｄ+ｈ6＝206＋４.23=210.23〔m〕安裝間地面高程：根據(jù)下游洪水資料及廠房的施工等需要將安裝間高程相對發(fā)電機地面高程抬高△H為4.７７。所以安裝間高程為▽６＝▽5+△Ｈ=2１０.23+４.77=215〔m〕〔未經(jīng)許可請勿轉(zhuǎn)載〕吊車軌頂高程：▽7=▽6＋hｍaｘ＋ｈ7＋c＋h８=215+7.88+0．２+0．8+1.895=225.７75〔m〕〔未經(jīng)許可請勿轉(zhuǎn)載〕所以取▽7為225．78米。屋頂大梁底部高程：▽8=▽7+△h+h9+ｈ１0=2２５.78+0.２+１.８+1.2=228.９8〔ｍ〕〔未經(jīng)許可請勿轉(zhuǎn)載〕所以取▽８為２2９米。廠房屋頂高程:以上高程都已經(jīng)確定所以廠房屋頂高程可取為23０米。第七節(jié)廠房的整體穩(wěn)定分析〔２〕為了便于計算荷載,廠房的整體穩(wěn)定分析按一個機組段進行計算，其計算方法與混凝土重力壩的穩(wěn)定分析相同。通過計算確定廠房整體的抗滑穩(wěn)定性和地基上的應力是否超過允許值，而且一般不允許出現(xiàn)拉應力。由于廠房的寬度較大，一般不需要進行廠房傾倒穩(wěn)定性的校核?！参唇?jīng)許可請勿轉(zhuǎn)載〕一、荷載計算。1廠房自重:〔a〕一期混凝土自重:A1尾水管周圍混凝土自重：W１=[〔１２.375+8.2〕×〔３.712＋3．387〕×１４.２-０.5×〔3.35５+1.85625〕×７.3７×7．48-1.８5６25×5.005×7.48-〔9０÷３60〕×3．1４×３.7１22×7.48]=２4539.94KN〔未經(jīng)許可請勿轉(zhuǎn)載〕柱子自重:W２=０.8×1.2×34×6×24=4７00．1６KN尾水平臺混凝土自重：W1３=[〔１2.4－７．2〕×〔205．9２25-１92.387〕×1４．2－1×4×7．４８－7.4８13×〔２０5．9２２５－19２.３87〕×4]×2４=１８1３3.55KＮ〔未經(jīng)許可請勿轉(zhuǎn)載〕所以Ａ１=Ｗ1+W2+W3=47373．5ＫN〔b〕二期混凝土自重：A２蝸殼周圍混凝土自重：Ｗ4=[1３.０375×1３.２105×１４.２-3.１4×〔４．４2÷４〕×13．2105-〔２.752÷4〕×3.14×13.037５]×２4=52020.65KN〔未經(jīng)許可請勿轉(zhuǎn)載〕各層樓板自重：W5=１5.4×０.4×14．2×24×２=４198．６５6KN所以Ａ2＝W4+W5=５6219.3０6KN已安裝的機電設(shè)備重:Ａ3發(fā)電機總重：W6=３657ＫN水輪機總重：W7=2８4ＫN所以A3=Ｗ６+W７＝3９41ＫN上游水壓力:Ａ4A4=0.２５×3.14×5×5×9.81×5×5=48０8.1７5KN下游水壓力：A5Ａ5=0.５×10×2３.4５×23.45×14.２＝390４3.０775KN上浮力：Ａ6A6=［〔23.45+70．３４〕×3×0.５+９56.76］×１4.2=24074.96４KN〔未經(jīng)許可請勿轉(zhuǎn)載〕蝸殼和尾水管中水重：Ａ７A7＝〔2．75×2.75÷4〕×3.1４×3．14×〔5.72－2.7５〕×2×１0=1１１8.45KN〔未經(jīng)許可請勿轉(zhuǎn)載〕特殊風荷載：A８P=K·Kz·W0=0.8×1.0×76．8=61.４4kg/ｍ２Ａ8=14.2×〔22９.975－2１8.4５〕×61．4４=10054.96Ｎ=10.０５496KN〔未經(jīng)許可請勿轉(zhuǎn)載〕浪壓力荷載:A9A９=7９.８７KN地震慣性力：A１0A10=Ｋh·Cz·F·Ｗ＝０.1×0．2５×1.１×10753３.806＝29５7.18KN〔未經(jīng)許可請勿轉(zhuǎn)載〕地震時水的激蕩力:A11A11=0.65Ｋh·Cz·γ0·H１2·L=0．65×0.1×0.２5×１0×23.４5２×14．2＝1268.９KＮ〔未經(jīng)許可請勿轉(zhuǎn)載〕二、荷載組合。在計算設(shè)計中應該對各種不同的工作情況，按照不同的荷載組合校核廠房的抗滑穩(wěn)定性和地基應力分布。〔未經(jīng)許可請勿轉(zhuǎn)載〕在水電站正常運轉(zhuǎn)情況時的荷載組合為：在水電站機組檢修的情況時的荷載組合為：在大壩宣泄洪水時的非常情況時,泄洪時間較短，特殊風荷載可以不考慮,其荷載組合為：四、計算方法與原則。在上面可能發(fā)生的幾種荷載組合中，要要首先進行分析和論證,找出主要控制情況進行計算。該廠房是建在比較好的地基上的，地基的承載力較好，計算1種情況后發(fā)現(xiàn)所要求的地基應力比地基承載力小得多時，亦可以不必對每一種情況都進行計算?！参唇?jīng)許可請勿轉(zhuǎn)載〕五、該電站的地基承載能力及廠房抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。由于廠房建在新鮮完整的堅硬巖石地基上，允許的承載力較大為:２-１0ＭP廠房抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)查資料如下：〔一級建筑物等級〕正常運行工況下：K=1．4檢修工況下:Ｋ=1.3非常工況下:K=1.1六、廠房的抗剪斷強度驗算：所以滿足要求。七、廠房抗浮穩(wěn)定驗算:所以滿足要求。八、廠房的抗滑穩(wěn)定驗算:1正常運轉(zhuǎn)工況下:所以故滿足要求。檢修工況下:所以故滿足要求。非常工況下:所以故滿足要求。參考文獻〔1〕索麗生任旭