課程設計計算書

§1繪制蝸殼單線圖一、蝸殼的型式:由水輪機的型式為HL220—LJ—120,可知本水電站采用金屬蝸殼。二、蝸殼主要參數的選擇(參考《水力機械》第二版，水利水電出版社)斷面形狀采用圓形斷面為了良好的水力性能一般蝸殼的包角取中=345。0計算Q:maxN=N=6300=6632KW(門一發(fā)電機效率，0.95?0.98，此處取0.95)r門0.95 ff查附表1得:單位流量Q'=1.15m3/S1則Q=Q；巧2河=1.15x1.22xV625=13.09m3/s則可求得蝸殼進口斷面流量：Q=J中c36000345。Q=——x13.09=12.54m3/s,c360。蝸殼進口斷面平均流速匕由圖4—30查得，U=6.7m/s由于水輪機轉輪直徑小于1800mm,則座環(huán)尺寸D=(1.55~1.64)D] 氣=(1.33~1.37)Q取D=1.6七=1920mm D^=1.35D^=1620mm則r=960mmr=810mm其中D一座環(huán)內徑；D一座環(huán)外徑；r一座環(huán)內半徑；r一座環(huán)外半徑。b a b a座環(huán)示意圖如下圖所示三、蝸殼的水力計算1、對于蝸殼進口斷面斷面面積斷面的半徑2、座環(huán)尺寸（mm）Q中13.09三、蝸殼的水力計算1、對于蝸殼進口斷面斷面面積斷面的半徑2、座環(huán)尺寸（mm）Q中13.09x345?！猰ax0 =1.87m2360OV 360°x6.7pmax三=M虹

兀弋360。兀Vc-13.09x345。=' =5.17m\'360°x兀x6.7從軸中心線到蝸殼外緣的半徑：Rmax=r.+2p =0.96+2x5.17=11.3m對于中間任一斷面:設氣為從蝸殼鼻端起算至計算面i處的包角，則該計算斷面處的最Q最Qmax，imax360oV兀c其中：Qmax=13.09m3/s,V=6.7m/s,r-960mm其中：Qmax七(O)?Q=亦Qmax(m3/S)F(m2)P—] max~~i—(m)i V360okVcR-r+2p,(m)00000.960150.5450.0810.1611.282301.0910.1630.2281.415451.6360.2440.2791.518

602.1820.3260.3221.604752.7270.4070.3601.680903.2730.4880.3941.7491053.8180.5700.4261.8121204.3630.6510.4551.8711354.9090.7330.4831.9261505.4540.8140.5091.9781656.0000.8950.5342.0281806.5450.9770.5582.0761957.0901.0580.5812.1212107.6361.1400.6022.1652258.1811.2210.6242.2072408.7271.3020.6442.2482559.2721.3840.6642.2882709.8181.4650.6832.32628510.3631.5470.7022.36430010.9081.6280.7202.40031511.4541.7100.7382.43633011.9991.7910.7552.47034512.5451.8720.7722.504根據計算結果表1—1,畫蝸殼單線圖，如下圖所示，§2尾水管單線圖的繪制根據已知的資料，得此水電站尾水管對應的尺寸如下：(單位：m)型式D1hLB5D4h4h6L1h5參數12.64.52.7201.351.350.6751.821.22尺寸1.23.125.43.2641.621.620.812.1841.464為了減少尾水管的開挖深度，采用彎肘形尾水管，由進口直錐段、肘管和出口擴散段三部。1、進口直錐段直錐圓管高度h3=h-h1-h4=3.12-0.217-1.62=1.28m進口錐管上下直徑：D=1.26mD=1.62m3 42、 肘管:肘管是一90o變截面彎管，其進口為圓斷面，出口為矩形斷面。水流在肘管中由于轉彎受到離心力的作用，使得壓力和流速的分布很不均勻，而在轉彎后流向水平段時又形成了擴散，因而在肘管中產生了較大的水力損失。一般推薦使用的合理半徑R=(0.6~1.0)D4，外壁R6用上限，內壁R7用下限。R6=1.0xD4=1.62m R7=0.6xD4=0.972m3、 出口擴散段:a取12。，長R=L-L=5.4-2.184=3.216m尾水管單線圖如下圖所示：

§3擬定轉輪流道尺寸根據《水電站機電設計手冊》——水力機械分冊，已知D1'=1.0m時，HL220型的尺寸可以D]=1.2m時的轉輪流道尺寸，如圖：*1.128 *1.128 §4廠房起重設備的設計水電站廠房內橋式起重機的容量大小通常取決于起吊最重件（發(fā)電機轉子帶軸重）的重量，其跨度決定于橋式起重機標準系列尺寸，起重機臺數取決于機組臺數的多少，大小和機組安裝檢修方式。發(fā)電機的型號是SF630-12/2600，額定電壓為6300千伏，磁極對數為6。發(fā)電機的極距Tc'6300發(fā)電機的極距T=9x/ =43.08cm42x6其中，Sf一發(fā)電機的額定容量;

P--磁極對數;Kf一系數，一般為8~10，這里取9。定子內徑D=2^=竺x43.08=164.64cmi兀3.14定子鐵芯長度l=—f 63°° =154.95cmiCD2n3x10-6x164.642x500ie其中，C--系數，取3x10-6；n一額定轉數。D_ 164.64l~n~~D_ 164.64l~n~~154.95x500=0.002<0.035，造型采用懸式。發(fā)電機總重量G=K（七）2/3=9x（竺0）2/3W48.7tf1n 5009式中：Sf——發(fā)電機額定容量；n9——額定轉速；K1——系數，對懸式發(fā)電機取8—10；對傘式發(fā)電機取7—9；對水內冷式發(fā)電機取6—7。發(fā)電機轉子重量按總重量一半估算即Gf/2=24.35t〈100t，并且機組臺數為3臺，所以選擇一臺單小車橋式起重機，型號為100T/20T。其具體數據如下：取跨度：L=16m； 起重機最大輪壓：35.9T；起重機總重：77.3T； 小車軌距：Lt=4400mm；小車輪距：Kt=2900mm； 大車輪距；K=6250mm；大梁底面至軌道面距離：F=130mm；起重機最大寬度：B=8616mm；軌道中心至起重機外端距離：B]=400mm；軌道中心至起重機頂端距離：H=3692mm；主鉤至軌面距離：h=1474mm；吊鉤至軌道中心距離（主）：L=2655mm,L=1900mm；副吊鉤至軌道中心距離：L3=1300mm,L4=2355mm；軌道型號：QU100?！?廠房輪廓尺寸主要參考《水電站機電設計手冊》一一水力機械分冊和《水電站廠房設計》——水利水電出版社。一、主廠房總長度的確定：1、廠房總長度取決于機組段的長度、機組臺數和裝配場長度。于是總長L=nL1+L+AL其中n為機組臺數，L1為機組段長度，La為安裝間長度，AL為端機組段附加長度。（1）機組段長度的確定機組段的長度L按下式計算：L=L+L。L應是蝸殼層、尾水管層、發(fā)1 1 +X -X 1電機層中的最大值。蝸殼層：R=2.504m,5=1.5m,R=2.028mL=R/51=2.504+1.5=4.004mL=R2+51=2.028+1.5=3.528m貝Q%=L+L=4.004+3.528=7.532m；尾水管層：B=3.264m,5=1.5m2B。 3.264L=L=—+5=—2—+1.5=3.132m貝Q七=L+L=3.132+3.132=6.264m；發(fā)電機層：%=3.2m,53=0.3m,b=3m（因在兩臺機組之間設樓梯時取3:4m，此處取3m）。?bR3.23 ? bR3.23L=￡++5=—+—+0.3=3.4m，L=1++5=—+—+0.3=3.4m+X22322 -X 22322則L=L+L=3.4+3.4=6.8m由以上計算的各層L，其中蝸殼層L］最大為7.532m，故取L1=7.5m其中:R1——蝸殼+X方向最大平面尺寸；R2——蝸殼-%方向最大平面尺寸；——蝸殼層外部混凝土厚度，初步設計時取1.2?1.5m，此處取1.5m；B——尾水管寬度（已知資料）；——尾水管邊墩混凝土厚度，一般取1.5?2.0m；%——發(fā)電機風罩內徑； 發(fā)電機風罩壁厚，一般取0.3~0.4m；b——兩臺機組之間風罩外壁靜距，一般取1.5~2.0m，如設樓梯取3--4m。（2）、端機組段長度的確定取AL=0.2D1=0.2x1.2=0.24m，其中：AL——安全裕量，采用一臺起重機吊裝發(fā)電機轉子時取0.2~0.3。L2=L1+AL=7.5+0.24=7.74m3、裝配場尺寸確定裝配場與主機室寬度相等，以便利用起重機沿主廠房縱向運行。裝配廠長度一般約為機組段L1的1.0~1.5倍。對于混流式和懸式發(fā)電機采用偏小值，因此取1.2。L3=1.2L1=1.2x7.5=9m因此，可得主廠房總長度為：L=2L1+L2+L=2x7.5+7.74+9=31.74m，取32m。二、主廠房寬度的確定以機組中心線為界，廠房寬度B可分為上游側寬度B和下游側寬度B兩部分。B=B+B，B=土+5+A，其中，。=3.2m,5=0.3m,A=4m，A風s%s2 3 3 3罩外壁至上游內側的靜距。所以，B=§+53+A=筆+0.3+4=5.9mB除滿足發(fā)電機層要求，還要滿足蝸殼-y方向和混凝土厚要求。對于發(fā)電機層：B=^^+53+A。其中，A——風罩外壁至下游墻內側的靜距，主要用于主通道取2m。所以，B=§+5+A=~2~+0.3+2=3.9m對于蝸殼層—y方向為：B=L+53=2.288+0.3=2.588m〈B故取Bx=3.9m因此匕B=B+B=5.9+3.9=9.8m，取10m。三、廠房各層高程的確定1、水輪機組安裝高程VTb立軸混流式水輪機安裝高程由下式計算，VT=VT.+H+b。其中：水輪機導葉高度bo=0.2D1=0.2x1.2=0.24m查附表1得。=0.133，查圖2-16得Ac=0.027TOC\o"1-5"\h\z, V一*由H=10.3—(c+Ac)H————1得：， 9002516H=10.3—(0.115+0.027)x62.5— —1=0.145m… b 0.24則VT=VT.+H+2=244.2+0.145+—^~=244.465m其中：H——吸出高度；b0——導葉高度；VTmin——下游設計最低水位。由于n=3,故取1臺機組流量相應的尾水位；由已知資料，取A =251.6m；c—Tmin一氣蝕系數；Ac為氣蝕系數修正值；H——設計水頭；二一一水電站廠房所900在地點海拔高程的校正值。2、 尾水管底板高程V:1bV=V-守-h，其中：h一底環(huán)頂面至尾水官的距離h=2.9m；V一機組安裝高程；b°一導葉高度。所以，V=V—b—h=244.465—024—2.9=241.445m1T2w 23、 主廠房基礎開挖高程VfVF=VT-(h3+h2+h1)=241.445-(1.436+1.464+1.5)=237.045mh3——水輪機安裝高程到尾水管出口頂面的距離，h2——尾水管出口高度，h——尾水管底板混凝土厚度，取1.5m。4、 進水閥地面高程V廣V3-r-h2其中：V3一鋼管中心線高程，V3=Vt；q一引水鋼管半徑；h2一鋼管底部至主閥室地面的高度，鋼管底部作通道，h2應大于1.8m，此處取h2=2m。所以，七=V3-,—h2=241.445—525—2=236.695m5、 水輪機層地面高程V4:V4=V^+r2+h3V4=VT+r2+h3=244.465+0.772+1=246.237m?246.2m其中：r2一蝸殼進水段半徑r2=0.772m；h3一蝸殼上部混凝土厚度可取1.0m。6、 發(fā)電機安裝高程Vg:V^=V4+h5+h6。其中：h5一進人孔高度，一般取1.8?2.0m，此處取1.8m；h6一進人孔頂部厚度，一般為左右1.0m，此處取1.0m。貝J：Vg=V4+h5+h6=246.237+1.8+1=249.037m7、 發(fā)電機層樓板面高程V2=Vg+h5取h5=2m，則V2=Vg+h5=249.037+2=251.037mV2-V4=251.037-246.2=4.837m〉4m，滿足要求。8、 起重機的安裝高程(軌頂高程)V=V+h+h+h+h+h5 2 6 7 8 9 10其中：h6一吊運設備時需跨越的固定設備或建筑物的高度，發(fā)電機上

機架高度h6=0.25D=0.25x1.6464=0.412m。h7一吊運部件與固定物之間的垂直安全距離在0.6——1.0m,取h=0.6m；7h8—發(fā)電機主軸高度，h8=0.8H=0.8x8.1673=6.534m；h9—吊運部件與吊鉤之間的距離，一般在1.0?1.5m之間，取h=1.2m；9hi0一主鉤最高位置(上極限位置)至軌頂面距離，hi0=1.474m。貝VV5=251.037+0.412+0.6+6.534+1.2+1.474=261.257m四、安裝間的位置選擇及設計因為進廠的公路在主廠房的下游側，為了運輸方便，把安裝間布置在廠房的下游側。安裝間的長度為機組段勺的1-1.5倍，對混流式采用偏小值，即9m；安裝間寬度與主機室相等，即10m。同時，為了滿足主變能推入安裝間進行維修，在安裝間下游側設置了尺寸為4mx6m的變壓器坑;在安裝內設有5mx5m的發(fā)電機轉子檢修坑，方便發(fā)電機轉子檢修。廠房的大門尺寸取決于運入廠房內最大部件的尺寸。因為上機架為0.41m，因此選用門寬為6m，高7m。為安全起見，門向外開。對安裝間的具體說明如下：發(fā)電機轉子直徑周圍應留2.0m的空隙，以供安裝磁極之用。發(fā)電機上機架周圍留有1.0m的間隙，供作通道用。水輪機頂蓋及轉輪周圍留有1.0m間隙，供作通道之用?！?廠區(qū)布置§7副廠房的設計副廠房由輔助生產車間，某些輔助設備的房間和必要的技術所組成，它是各種輔助設備布置和運行人員工作的場所。它的布置原則是運行管理方便和最大限度地利用一切可以利用的空間，盡量減少不必要的間室面積，以減少投資。1、 中央控制室布置在發(fā)電機層，且位于發(fā)電機層的中部，盡量窗戶朝南開，以及加強通風或空調，室內凈高一般為4.0?4.5m取4m。2、 繼電保護室布置在中控室，在靠近主機組的副廠房內，配電裝置長度在7m以內時，只布置一個出口，門應向外開。3、 集纜室位于中控室和繼電保護室的下面，凈高在2m?3m之間，取2m。4、 母線廊道連接水電站發(fā)電機和主變壓器，道內布母線，母線距樓板底的凈距離不小于0.8m。5、 廠用變壓器，盡可能靠近發(fā)電機電壓配電裝置。廠變壓間高度按盧蕊高度再加上700mm，兩側寬度至少加800mm，門高為變壓器的高至少加300mm，門寬至少加400mm。6、 廠用動力室分散布置在負荷點附近（安裝間、水輪機層、水泵室、機修間，油處理室等處）。7、 為輔助設備系統(tǒng)配置的一些房間：空氣壓縮室，絕緣油庫、透平油庫，水泵室；應注意，控制溫度、防止潮濕、防止火源。8、 電氣試驗室，電氣高壓實驗室，油化實驗室，水處理室，都順序布置在副廠房上游側，向下游側開門?！?主廠房的內部布置蝸殼之間布置蝴蝶閥，在事故停機或檢修時，關斷水流，在尾水管出口處備有檢修閘門，當尾水管或水輪機檢修時，用來擋住尾水進入。在發(fā)電層上游側，布置每臺機組的調速器和機旁盤，各布置油壓裝置一臺，每個機組段（對應蝶閥中心）均留有蝴蝶閥吊孔。1、3號機組段上，布置水輪機層的樓蓋，在3號機組上游側布置在去副廠房的樓梯。水輪機層3號機組段上布置去蝴蝶閥層的樓梯。作用筒布置在機座的上游側，調速器恢復機構（杠桿）在右側作用筒上，并與位于發(fā)電機層的調壓器的有關機構相對應。兩臺高壓空氣壓縮機布置在3號機組作用筒的右側，為油壓裝置充氣之用。每一機組段上都布置著勵磁室。低壓配電裝置室和離子勵磁室布置在水輪機層的左端。每條壓力管道上均安裝有蝴蝶閥，在其前為伸縮節(jié)。每個機組段都設有漏油裝置，在3號機組段上設有集水井。排水溝布置在上游墻側，在集水井兩側布置尾水管排水泵兩臺，集水井排水泵兩臺，在2號機組上，布置消防水泵一臺，每個機組段上均設有進入尾水管的進水廊道。為了避免地基不均勻沉降，在主副廠房之間用沉降伸縮縫分開，縫寬2cm?！?結構布置主廠房水輪機層以上部分，除了機座之外，主要為梁板，柱的結構。發(fā)電機層樓板厚度為0.30m，支承在通風罩和上下游混凝土墻的牛腿上，由于分期施工要求，在機組間加設了剛架柱，不僅用來支承發(fā)電機層樓板的荷載，而且具有加強構架的作用，剛架大梁的斷面為50cmX100cm,立柱的斷面是50cmX50cm。構架柱的下斷面為1.0mX1.50m的矩形斷面，上斷面則為1.0cmX0.50cm，牛腿高為1.20m，傾角為45度，直角邊長為0.50米，構架的間距為6.00米。副廠房選用的結構形式是鋼筋混凝土鋼架。副廠房的一部分荷載傳遞到主廠房構架上，因而其分縫與主廠房分縫相一致。構架立柱斷面為0.5mX0.5m。中央控制室主梁斷面為0.5mX1.0m。其余各層的主梁斷面為0.40mX0.60m。次梁斷面為0.20mX0.4m、0.20mX0.5m和0.25mX0.50m三種。樓板厚度為7?10cm?！?0廠房混凝土的澆筑分期廠房混凝土由于機組安裝的要求，一般分成兩期澆筑，其中尾水管、上下游墻、吊車梁以及部分樓板層梁，在施工中先行澆筑，稱為一期混凝土；而為了機組的安裝和埋件，需要預留空位，要等機組部分的設備到貨后，尾水管圓錐段鋼板內襯和金屬蝸殼安裝好后再行澆筑的混凝土，稱為二期混凝土。

設計成果繪制成兩張A1的圖紙：其中廠房橫剖面圖一張（手繪），包括主要設備技術指標表，比例1：100;廠房發(fā)電機層平面圖一張（打?。?，包括廠房發(fā)電機層、水輪機層、蝸殼層、尾水管層、包括副廠房各層，比例為1：200。水電站廠房課程設計評分標準項目權重分值優(yōu)秀(100>XN90)良好(90>XN80)中等(80>XN70)及格(70>XN60)不及格（X<60）評分參考標準參考標準參考標準參考標準參考標準設計方法與設計成果0.25100設計內容完整、設成驟正確。設計成果合理可行。理論分析與計算正確，數據準確可靠。對研究的問題能較深刻分析或有獨到之處，成果突出，反映出作者很好地掌握了有關設計內容完整、設成驟正確。設計成果合理。理論分析與計算正確、數據比較準確。對研究的問題能正確分析或有新見解，成果比較突出，反映出作者較好地掌握了有關基礎設計內容完整、設成驟基本正確。設計成果比較合理。理論分析與計算基本正確，數據基本準確。對研究的問題能提出自己的見解，成果有一定意義，設計內容完整、設計步驟基本正確。設計成果基本合理。理論分析與計算無差錯。對某些問題提出個人見解，并得出研究結果，作者對基礎理設計內容不夠完整、設計步驟不夠正確。設計成果不合理，理論分析與計算有原則錯誤。缺乏研究能力，未取得任何成果，反基礎理論與專業(yè)知識。理論與專業(yè)知識。反映出作者基本掌握了有關基礎與專業(yè)知識。論和專業(yè)知