武大水院水电站课程设计.doc

1. 工程概况 湘贺水利枢纽位于向河上游，河流全长270公里，流域面积6000平方公里，属于山区河流。本枢纽控制流域面积1350平方公里，总库容22.15亿立方米，为多年调节水库。本枢纽的目标是防洪和发电。主要建筑物有重力拱坝，坝高77.5米，弧长370米；泄洪建筑物；开敞式溢洪道或泄洪隧道；发电引水隧洞及岸边地面厂房等工程。水电站总装机60MW，装机4台，单机15MW。电站担任工农业负荷，全部建成后担任系统灌溉负荷。2. 电站枢纽电站厂房位于右岸坝下游几十米处，由引水隧洞供水，主洞内径5.5米，支洞内径3.4米，厂内装置4台混流式立式机组，出线方向为上游，永久公路通至左岸。3. 设计参数及依据1、 水库及水电站特征参数（1） 水库水位 水库校核洪水位 140.00m水库设计洪水位 137.00m水库正常高水位 125.00m水库发电死水位 108.00m设计洪水尾水位 77.00m校核洪水尾水位 78.50m（2） 厂址水位流量关系曲线水位（m）68.5069.2069.7569.7569.9070.20流量（m3/s）0.040.080.0120.0160.0200.0水位（m）70.9571.6072.2074.5076.3078.50流量（m3/s）400.0600.0800.01000.01200.01400.0（3） 水电站特征水头最大水头 56.00m最小水头 38.00m平均水头 50.84m计算水头 48.30m（4）地形地质 电站枢纽地形参见地形图。左岸地势较平缓，右岸地势较陡。枢纽基岩系凝灰岩，岩石抗压强度较高，厂区有第四纪沉积层，厚约3米，河床砂卵石覆盖层平均深24m。（5）供电方式本电站初期为三台机组，远景为四台机组，投入系统运行，根据系统要求本电站能作调相运行，水电站主接线采用扩大单元接线方式，采用110千伏、35千伏及发动机电压10.5千伏三种电压等级送电；高压侧采用桥型接线方式。 （6）对外交通下游左岸有永久公路通过。水电站主要动力设备及辅助设备 （1） 水轮机：型号 HL220LJ225额定出力 15.6MW额定转速 214.3r/min单机额定（最大）流量 36.2 m3/s（2） 水轮发电机：型号SF1528/550额定功率(kW)功率因数cos额定转速（r/min）额定电压U(kV)转子带轴重G1(t)150000.8214.310.580（3） 调速器设备 调速器型号：DT100 机械柜尺寸：长宽高=7509501375（mm） 电气柜尺寸：长宽高5508042360（mm） 油压装置型号：YZ1.0型号油箱长度n(mm)油箱宽度 H(mm)油罐总高H(mm)油罐筒高h(mm)油罐直径D(mm)YZ1.01916190024571694930（4）厂房附属设备水轮机前蝴蝶阀型号直径 (cm)承受水头（m）装置方式阀重（吨）阀体长（m）吊孔长（m）DF3408534085立轴201.21.84.3 （5）电气设备三相三线圈主变二台 型号：SFSL1 50000/110/35/10 尺寸：长宽高=630042505500（mm） 轨距：1435（mm） 检修起吊高度： 7600（mm） 主变器自身重： 39.5吨 厂用变压器二台型号：SJL1630/10/0.4厂用变压器参考数据:变压器容量（KVA）厂变室面积（mmmm）门高（m）吊物孔尺寸（m）630/10532.52.52.0机旁盘 每台机六块：控制盘1块，保护盘1块，表记盘1块，动力盘1块，励磁盘2块。尺寸：宽厚高8005502360（mm） 3、副厂房参考面积（参见有关规范）4.设备各尺寸确定 1、蜗壳尺寸的确定 根据资料提供的设计水头48.3m，查水电站表3-4，确定水轮机型号为HL220LJ225 ，查水电站机电设计手册（水力机械）可得：标称直径=2250mm座环内径=3250mm座环外径=3850mm=0.25，蜗壳取圆形断面包角345o由计算水头H=48.3m，查蜗壳进口断面平均流速曲线得 =5.8m/s由=36.2m3/s，设任一断面上沿径向的水流圆周分速度等于一个常数，由公式，得各断面的半径。断面外半径（式中）,过程如下表：（度）（m3/s）(m)(mm)30o3.00.41273775o7.50.643208120o12.10.823555165o16.60.953834210o21.11.084078255o25.61.194296300o30.21.294500345o34.71.3846862、尾水管尺寸的确定水轮机为混流式，且采用D1D2，可查水电站（河海大学 刘启钊主编）表2-1得=2.25m=2.6 =5.85m=4.5 =10.125m =2.720 =6.16m =1.35 =3.0375m =1.35 =3.0375m =0.675 =1.51875m=1.82 =4.095m =1.22 =2.745取=11.5o3、水轮机转轮尺寸的确定 查水电站动力设备设计手册(河海大学 骆如蕴主编)表1-12得 =1.082 =2.4345m=0.928 =2.088m=0.870 =1.9575m=0.478 =1.0755m=0.116 =0.761m =0.250 =0.5625m=0.054 =0.1215m=0.165 =0.37125m=0.482 =1.0845m=0.309 =0.69525m 4、发电机尺寸确定发电机型号：SF15-28/550查水电站机电设计手册（水力机械）可得：上机架高度 1.22m下机架最大跨度 3.84m水轮机机坑直径 3.35m转子外径 4.904m风罩内径 8.40m机座外径 6.47m 发电机主轴高度 5.02m5. 主厂房的立面尺寸的确定 1、水轮机的安装高程在水电站厂房设计中，水轮机的安装高程是一个控制性指标标高，只有确定以后才可以确定相应的其他高程 = w下游最低尾水位，由水轮机的额定流量为36.2m3/s 由给定的水位流量关系曲线，可确定为69.13m 水轮机的吸出高，由水轮机的气蚀特性决定，式中 =69.13m ，由水电站教材表3-6得 =0.133；由图2-26，查得 设计水头H=48.3m，代入上式，得，导叶高度b0=0.5625m则水轮机安装高程 2、尾水管底板高程：1=b0/2h=71.650.5625/25.85=65.52m3、主厂房开挖高程 由上，尾水管高度h=5.85m，取尾水管底板厚=1.5m，则主厂房开挖高程4、水轮机层地面高程 m，上部混凝土厚度取1.0m，则水轮机层地面高程 5、发电机装置高程=+机墩进人孔高（1.82.0）+机墩进人孔顶部混凝土厚度（11.5） 故, =74.03+2.0+1.5=77.53m 6、发电机层楼板高程 =+风罩高度=77.53+2.43=79.96m 在本高程布置时，满足发电机出线安全，且比下游最高洪水位78.5m高出1.46m，故运行时安全合理。 7、吊车安装高程 吊车选用单小车主钩容量100吨，副钩容量20吨，跨度13m。要确定吊车轨顶高程，先确定最大起吊部件的尺寸，包括：发电机转子带轴 4.39m；水轮机转轮带轴 4.823m；主变起吊高8.2m；由于主变高度与其他相差太大，考虑在发电机层设置主变坑，检修时不用起吊主变，故最大吊物高取4.832m，吊运部件距地板取0.5m ，吊件与吊钩间的距离取1.5m，吊运部件到轨顶距离极限尺寸为1.474m， 设计中由于道路原因，设置两个安装场，安装场1设置在82.7m高程，安装场2仅用于下卸部件，组装在安装场1层，吊车安装高程应满足在检修时吊运最大部件，故 =82.7+4.823+1.476+0.5+1.5=91.00m 8、屋顶高程当吊车轨顶高程确定后，由已知轨道面到顶面的距离为3.692m，加上检修吊车时需在小车上留有0.5m高度，屋面大梁高1.2m，外加屋面板厚度、屋面保温防水层的厚度0.5m，可确定屋顶上缘高度。 =+3.692+0.5+1.2+0.5=96.89m6. 主厂房的平面布置 1、厂房长度的确定 （1）确定机组段的长度发电机层：发电机风罩内径=8.4，电机风罩壁厚取0.4，机组间过道宽度b取2.5m，则L=8.4+20.4+2.5=11.7m蜗壳层：R1、R2为蜗壳3450、1650时的半径，1、2为蜗壳外包混凝土厚度，则L=R1+R2+1+2=4.686+3.834+1.4+1.6=11.52m尾水管层 采用对称尾水管布置，宽度B5=6.12，混凝土边墩厚度取1.8m，则L=B5+2=6.12+21.8=9.72m取三者之中最大值作为机组段长度 故L1取11.7 m（2）边机组段加长、依据经验，靠近安装场的一端=0.2D1=0.45m，在远离安装场的一端=0.8D1=1.8m 此种情况下，吊车满足吊运最边端一台机组，且有一定空余。 （3） 确定安装场长度L2=22m（见7） 故，主厂房总长度 L=4L1+L2=411.7+0.45+1.8+22=71.05m2、厂房宽度的确定（1） 厂房水上部分宽度的确定: 下游侧宽度:主要决定于发电机层地面的设备的布置及交通要求，通道宽1.5m，发电机风罩厚度取0.4m，则=8.4/2+2.5+0.4=7.1m 上游侧宽度:主要决定于发电机层地面的设备的布置及交通要求，通道宽1.5m，机旁盘厚度0.55m，机旁盘前留有1m的工作场地，盘后0.8m宽的检修场地，则=8.4/2+1.5+1+0.8+0.55=8.05m 考虑13m吊车布置，上下游宽度分别取为8.5m、7.5m，主厂房宽度B=+=16m （2） 厂房水下部分宽度的确定: 下游侧宽度: 主要决定于下游尾水管的尺寸，取B1为11.5m，经验证基本上满足尾水平台上的布置要求。 上游侧宽度: 主要决定于蜗壳进口的布置、主阀、机组及其他附属设备的布置，为了方便, 取与厂房水上部分上游侧的宽度相同为8.1m。7. 安装场尺寸的确定 1、由于发电机楼板高程为79.96m，而进场公路高程85.5m，二者相差太大，选择布置两个安装场。安装场2与路面同高85.5m，安装场1高程为82.7m。 2、安装场宽度与主厂房同宽16m，安装场1长度一般为11.5倍机组段长度，取为15m，安装场2仅用于卸停安装设备，取7m，即安装场总长度为22m。3、安装场1面积取决于一台机组扩大性检修同时放下 发电机转子 直径4.904m 发电机上机架 直径6.47m 水轮机顶盖 直径3.2m 水轮机转轮 直径2.25m发电机转子周围需留2m的检修空间，其它则需1m即可，且四大件必须在吊钩限制线以内，最终可取安装场1宽度为16m，长度为15m。8. 主厂房各层布置1、发电机层：发电机采用上机架埋入式布置，需布置有发电机、调速设备（油压装置、电气柜、机械柜）、机旁盘、楼梯、吊物孔、吊阀孔、交通道等。2、水轮机层：水轮机层布置机墩、调速器、接力器、阀门操作设备、油、气、水管路、出线、电气设备、吊阀孔等，机墩采用圆筒式3、蜗壳层：布置蝶阀、蜗壳、水泵渗漏及检修集水井，并设有通向水轮机的楼梯。 4、详细布置见水轮机层、发电机层、蜗壳层综合平面布置图。9. 副厂房的布置副厂房设在主厂房的上游侧，可以使布置紧凑，电缆线短，监视机组方便，主厂房下游侧采光通风良好。副厂房总共布置四层，最低层与水轮机地面高程同高74.03m，布置油库、油处理室、压缩空气机室、开关室、厂用变压器室、母线廊道、事故油池等。第二层与发电机安装高程同高77.53m，布置油化实