水电站设计说明书学生版.doc

第 23 页 共 23 页水电站厂房课程设计 MY水电站1 课程设计的目的课程设计是以工程实例为题，由学生独立思考，灵活应用有关的布置原则和要点，自己动手布置厂房。从而巩固和加深厂房部分的理论知识，并进一步培养学生的计算、制图和应用技术资料的技能。2 MY枢纽的概况密云水库库区跨越潮、白两河，地处密云县城北20公里。两条河在密云县城以南约10公里处汇合成潮白河。潮河和白河的最低分水岭在金沟，高程为130米。潮河水库和白河水库在金沟连通。库水位在130米高程以上合成一个水库即密云水库。河流多年平均流量为。密云水库是以防洪及工农业供水为主要任务，兼有发电效益的综合利用水利工程。水库的特征水位如下：死水位：；正常高水位：；设计洪水位：；校核洪水位：；坝顶高程：。主要建筑物包括：一、 挡水建筑物有潮河和白河主坝两座及副坝五处，为碾压式粘土斜墙土坝，最大坝高为白河主坝，潮河主坝，各副坝不等。 二、泄洪建筑物 1、溢洪道：有潮河左岸、第二溢洪道。第一溢洪道为正常溢洪道，底坝高程，泄洪超过百年一遇的洪水，为五孔带胸墙式河岸溢洪道。第二溢洪道为非常溢洪道，与第一溢洪道配合宣泄千年一遇洪水，底坝高程为，为五孔开敞式河岸溢洪道。 2、隧洞： (1) 白河左岸发电隧洞：用作发电供水和下游工农业供水，并在调压井上游设泄水支洞，用以宣泄万年一遇特大洪水。进水塔进口底板高程为，洞径，洞长，底坡。调压室为圆筒式，内径。调压室后接两根埋藏式压力水管，管径，管长。(2) 潮河发电泄水隧洞：任务是施工导流、发电、灌溉、供水和泄洪。 (3) 走马庄放空隧洞：只在千年一遇洪水时参加泄洪，平时不用，主要任务是紧急放空。 其枢纽布置图见图1。 3、坝下廊道：为施工期的临时建筑物，施工导流采取潮、白两河分别导流的方式，故设白河导流廊道、潮河导流廊道，可宣泄20年一遇洪水。另有南石骆驼输水廊道，用以泄放3个流量的灌溉带用水。3 厂房枢纽位置的选择3.1 挡水建筑物主坝的选择经比较，潮河地面高程高于白河坝址地面高程，故建白河电站比建潮河电站多出水头，每年可多发电400万度。所以，电站设在白河，装机容量为4台单机，共，白河电站发电泄水可灌溉密云县以下耕地。3.2 压力引水系统和厂房枢纽布置的选择经对左右岸两个方案从地形、地质、施工条件和运行管理等几个方面进行分析和比较后认为，右岸方案洞线较短（），有合适布置调压室的位置，出口地形较低，电站尾水渠较短，调压室可布置在白色石英岩上，且接近对外铁路，爆破时附近村庄不受干扰。而左岸方案洞线相对较长，岩石破碎，铁路进厂要跨越河流，且尾水渠、厂房开挖量大，右岸方案优点明显较多，故取右岸方案。3.3 电站厂房位置的选择也比较了两个方案：一是放在右岸下游小山沟上游地；二是放在泄洪支洞口。厂房若布置在泄洪支洞处，优点是引水隧洞和高压输水管道较短，厂房位于白色石英岩基上，有可能取消调压室。缺点是岸壁很陡，平行与河岸的裂缝较发育，岩石削坡后有崩塌的危险。厂房距坝太近，施工干扰大。另外，大约少利用的落差，尾水渠亦较长，下游反调节池的修建要做较高的堤坝。厂房若是布置在下游小山沟附近，其缺点是引水道较长（约），必须设调压室。优点是小山沟上游坡地地形较为平缓，地质条件好，修建厂房和调压室都是安全的，距坝较远，干扰小。为了保证安全和多利用水头，决定采用下游小山沟附近的方案。此方案中，厂房附近地形开敞，利用厂房枢纽的布置，而施工支洞处改为泄洪支洞，洞口发生过岩石崩塌现象。3.4 主厂房位置的选择主厂房左右位置的确定，是考虑到向右移动时，主厂房地基将遇到强烈风化的石灰岩，向左移动削坡工程显著，据此确定了主厂房的左右位置。厂房地区为辉绿岩地带，处于半风化状态，厂房后山头表面岩石风化强烈，在这样的岩体中开挖6根岔管将严重削弱山体。故将岔管放在山体外，做成明的，这样厂房随之外移，据此确定了主厂房的前后位置。4 电站主接线图密云白河水电站的主接线采用扩大单元接线，4台水轮发电机组。用两台主变接成两个扩大单元。发电机出线电压为。引出后进低压配电装置，经断路器和隔离开关连成发电机电压母线，然后送主变升压，升压后的电流送开关站。高压侧采用单断路器双母线制，进出线为二进二出。5 其它基本资料和设计依据1、有关密云水电站工程概况的简要说明如前。2、坝址地形图一张，如前。3、坝型为斜墙土坝，依据发电量和装机容量，厂房按级建筑物设计。4、电站下游尾水位：最高尾水位：；正常尾水位：；单机满负荷出力时尾水位：；最低尾水位：。5、水电站装机容量，共四台机，厂房布置在右岸。6、电站设计水头。7、水轮机型号：；转轮重量：；轴向水推力：；气蚀系数：。8、蜗壳尾水管尺寸：单位参数见表1，尺寸标注如图三：表1. 蜗壳尾水管尺寸型式白河1.002.932.782.501.5250.7951.291.1141.3841.4052.6854.092.533.5510.409、发电机型号：；风道直径：；定子半径：；转子直径：；转子带轴总重：。其他尺寸如下图52：（单位为：）10、蝶阀尺寸：。11、电气主接线：输电电压；主变压器型号：。12、主压开关站面积：。13、辅助设备：(1)调速器：；(2)油压装置：。(3)机旁盘：每台机4块，每块；(4)励磁盘：每台机5块，每块。14、对外交通：右岸公路。6 设计内容设计内容概括地说，就是在给定工程枢纽布置和厂房位置的前提下，利用现有资料进行厂房布置设计。6.1 绘制蜗壳单线图一、蜗壳的型式即本设计选用何种材料，依据如何？二、蜗壳主要参数的选择（主要参考水力机械第二版，水利水电出版社）依据水力机械第二版P98知圆断面金属蜗壳的进口断面的包角；蜗壳进口断面的流量，设计水头=？,故蜗壳的进口断面平均流速查水力机械第二版P99图430(a)曲线得。依据水轮机的型号HL211LJ225知水力机械第二版P162的附表五得：当水轮机的标称直径D1=2250mm时，金属蜗壳的座环外径为？，座环内径为？，因此此金属蜗壳的座环外半径为？，金属蜗壳座环的内半径为？。座环示意图如图61所示：三、蜗壳的水力计算1、 对于蜗壳进口断面依据水力机械第二版P100计算如下：断面的面积：；断面的半径：；从轴中心线到蜗壳外缘的半径：。2、对于中间任一断面（参见规范）设为从蜗壳鼻端起算至计算断面处的包角，则该计算断面处：；（C为蜗壳系数，k为蜗壳的常量）；，。其中：， 。对蜗壳的进口断面而言：；，分别取为列表计算如下：0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240 255 270 285 300 315 330 345 3椭圆形蜗壳的计算：对于中间任一断面（依据水电站机电设计手册（水力机械），当圆形断面半径时，蜗壳的圆形断面就不能与座环蝶形边相切这时就改成椭圆形断面。则由椭圆断面过渡到圆形断面时的临界角计算如下：当时， 如上图所示，由水电站动力设备设计手册查得：蝶形边高度可近似地定为 由几何关系可得：。设为从蜗壳鼻端起算至计算断面处的包角，则该计算断面处的几何关系可得： 则有: 利用进口断面,求得常数。S= 式中为座环蝶形边锥角，一般为55，S=？m则当时，通过试算得，即时为椭圆断面，时为圆形断面。分别以为等差列表计算如下：结合上列蜗壳尺寸表可知，当断面包角在015时，S故取椭圆形断面，椭圆断面各部分尺寸的计算公式如下：椭圆断面短半径=A= 式中A圆形断面当量面积 圆形断面半径椭圆断面长半径，椭圆断面中心距椭圆断面外半径 以上计算按下表进行，金属蜗壳椭圆形断面计算：表6.1 金属蜗壳椭圆断面计算表断面号A00.000 0.000 0.184 -0.179 0.654 1.407 2.061 0.960 150.819 301.428 450.700 600.708 7590105120135150165180192根据计算结果表6.2，画蜗壳单线图，如图6.3所示，比例为，单位为。6.2 尾水管单线图的绘制根据前面已知的资料，结合水轮机的型号HL211LJ225，参考水力机械第二版可知：选用水轮机的标称直径为，当水轮机的出口直径的混流式水轮机，由水力机械第二版表4-17知：当hL当时，hL？为了减少尾水管的开挖深度，采用弯肘形尾水管，弯肘形尾水管由进口直段、肘管和出口扩散段三部分组成。1、 进口直锥段：查水电站机电设计手册水力机械分册，进口锥管高度：；对混流式水轮机，锥管的单边扩散角值可取7-9。（根据图4）出口直径，则锥管的单边扩散角。进口锥管上下直径：。2、肘管：肘管是一变截面弯管，其进口为圆断面，出口为矩形断面，水流在肘管中由于转弯受到离心力的作用，使得压力和流速的分布很不均匀，而在转弯后流向水平段时又形成了扩散，因而在肘管中产生了较大的水力损失。影响这种损失的最主要的因素是转弯的曲率半径和肘管的断面变化规律，曲率半径越小则产生的离心率越大，一般推荐使用的合理半径，外壁用上限，内壁用下限。由水力机械标准混凝土肘管可得，。3、出口扩散段：出口扩散段是一水平放置断面为矩形的扩散段，其出口宽度一般与肘管出口宽度相等，其顶板向上倾斜， 。说明：因为算出的=6.12m10m,所以尾水管出口扩散段之间不设中墩。4、尾水段的高度总高度是由导叶底环平面到尾水管之间的垂直高度。对于水轮机由于直锥管环相连接，可取。因为，所以属于高比速混流式水轮机。增大尾水管的高度，对减小水力损失和提高是有利的，特别是对大流量的轴流式水轮机更为显著。但对混流式水轮机尾水管中产生的真空涡带在严重的情况下不仅影响机组的运行而且还会延伸到尾水管地板引起机组和厂房的振动。为了改善这一情况，常采取增大尾水管高度的办法，但将会增大开挖量，经过试验，比较对于高比速。当，故满足要求。5、尾水管单线图根据以上的数据绘制单线图（内、外半径分别与直锥管相切）。6.3 拟定转轮流道尺寸 根据水电站机电设计手册水力机械分册，已知时，型的尺寸可以求出时的转轮流道尺寸。如图65。6.4 厂房起重设备的设计 主要参考水电站机电设计手册水力机械分册和水电站厂房设计水利水电出版社。 吊运构件中最重的为发电机转子带轴重为，且机组台数。故选1台单小车桥式起重机，型号为。 其具体数据如下：取跨度：； 起重机最大轮压：；起重机总重：； 小车轨距：；小车轮距：； 大车轮距；大梁底面至轨道面距离：； 起重机最大宽度：；轨道中心至起重机外端距离：；轨道中心至起重机顶端距离：；主钩至轨面距离：；吊钩至轨道中心距离（主）：；副吊钩至轨道中心距离：；轨道型号：。6.5 厂房轮廓尺寸主要参考水电站机电设计手册水力机械分册和水电站厂房设计水利水电出版社。一、 主厂房总长度的确定：(一)厂房总长度包括机组段的长度（机组中心距）、端机组段的长度和安装厂的长度。如上图可知：总长其中n为机组台数，为机组间距，为左边机组段长度，为右边机组段长度，为安装间长度。1、组段的长度的确定(1)按蜗壳层推求：？(2)按尾水管层推求：？(3)按发电机层推求： ？据以上三种结构的计算情况，取最大的按照？层计算的机组间距取=？m。2、端机组段长度的确定(安装间在左边)？(三)安装间长度的确定？(四)厂房的总长度：？二、主厂房宽度的确定主厂房的宽度是包括构架柱在内的最大外围宽度，以机组中心线为界，厂房宽度可分为上游侧宽度和下游侧宽度两部分。1、上游侧宽度：（由发电机层结构及设备布置要求确定）。其中，风罩外壁至上游内侧的净距，由上游侧电气设备和附属设备的布置及通道尺寸确定，这里取4m。2、 上游侧宽度：除满足发电机层要求，还要满足蜗壳方向和混凝土厚要求。对于发电机层：。其中，风罩外壁至下游墙内侧的静距，主要用于主通道，一般取，=8.4m，。对于蜗壳层方向为：。其中：为为时的，为？m，为混凝土保护层的厚度，取？m故取。因此，。3、由厂房的辅助设备，根据桥机跨度确定主厂房的宽度：根据起重机设备可知桥机的跨度为16m。如图：牛腿以上：牛腿以下：其中：桥机端与轨道中心线的距离，查桥机的有关规定取0.4m 桥机端部与上柱内面间距，一般取0.30.6m，取0.5m 牛腿上部立柱截面高度，一般取0.61.2m，取1.0m牛腿下部立柱截面高度，一般取1.02.5m，取1.5m偏心距，一般取00.25m，取0.25m所以，牛腿以上：牛腿以下：综上所述，取主厂房的宽度B为19.8m.三、厂房各层高程的确定（依据水电建筑物P194-195）1、水轮机的安装高程？m2、 尾水管底板高程?m3、厂房基础开挖高程?m4、主阀室的地面高程?m5、水轮机层地面高程？m6、发电机层楼板面高程？m7、发电机层楼板高程？8、桥机的安装高程（轨顶高程）？m。9、天花板高程（屋面大梁底面高程）？m10、屋顶高程？m。四、安装间的位置选择及设计因为进厂的公路在主厂房的右侧，为了运输方便，把安装间布置在厂房的右侧。由前面已知安装间的长度，宽与主厂房同宽为。同时，为了满足主变能推入安装间进行维修，在安装间下游侧设置了尺寸为的变压器坑；在安装间上游侧设有的吊物孔，供吊运设备用。厂房的大门尺寸取决于运入厂房内最大部件的尺寸。因为转子直径为，因此选用门宽为？m。安装间地面高程为？m，与发电机层同高，这样可以利用紧邻的机组段场地进行安装、检修。对安装间的设计具体说明如下：1） 发电机转子直径周围应有2m的空隙，以供安装磁极之用。2） 发电机上机架周围留有1m的间隙，供作通道用。3） 水轮机顶盖及转轮周围有1m间隙，做通道之用。4） 由于大中型水电站的主变压器较为高大，要检修主变压器，必须沿轨道将主变压器推进装配场，要利用主厂房内的起重机将变压器铁芯从壳内吊出，势必使主厂房增加高度。6.6 厂区布置由于密云电站是河岸地面厂房，故其布置可根据已建成的河岸地面厂房式子滩水电站厂区布置的方案（一）；根据拓溪水电站厂区布置的方案（二）。其布置图如下。 下面两个方案请同学们参考教材及讲课笔记自己绘出。比较方案（一）和（二）：经比较分析最终选择？6.7副厂房的设计参考以下内容自己适当加减。根据运行安全、安装检修方便、以及尽量使低压母线线路短且平直的要求，将低压配电装置放在副厂房第一层。油开关小间、厂用变压器小间及电压互感器小间布置成一列式，位于第一层中间。内母线廊道位于小间的下游侧；发电机引出线，控制电线及开关操作机构等沿廊道布置。外母线廊道位于小间的上游侧；低压母线沿此廊道布置。发电机出线由内母线廊道经开关小间到外母线廊道的低压母线，再经厂外母线廊道引至开关站。低压配电装置的设备可由内母线廊道推到安装厂下层，再吊运出厂。中央控制室尽可能布置在发电机层附近，且位于发电机层的中部，尽量窗户朝南开，以及加强通风或空调。其优点是可以监视全部机组，联系方便，环境安静及干扰小；缺点是与开关站距离较远。控制电缆较长，电缆室位于中控室之下，净高在2m2.5m之间，取2m。继电保护室布置在中控室，在靠近主机组的副厂房内，配电装置长度在7m以内时，允许只许布置一个出口，门应向外开。母线廊道连接水电站发电机和主变压器，道内布母线，母线距楼板板底的净距离不小于0.8m。厂用变压器，尽可能靠近发电机电压配电装置。厂变压间高度按卢蕊高度再加上700mm，两侧宽度至少加800mm，门高为变压器的高至少加300mm，门宽至少加400mm。厂用动力室分散布置在负荷点附近。（例如在安装间、水轮机层、水泵室、机修间，油处理室等处）蓄电池室，布置在厂房左端，且其下游端设通分机室和工具间。离子励磁室布置在每台尾水管上的水轮机层， 贮藏室布置在蓄电池室左端，贮酸室前方为前室，发电机室布置在贮酸室左侧，接着是载波通讯室。为辅助设备系统配置的一些房间：空气压缩室，绝缘油库、透平油库，水泵室；应注意，控制温度、防止潮湿、防止火源。电气试验室，电气高压实验室，油化实验室，水处理室，都顺序布置在副厂房上游侧，向下游侧开门。6.8电站的输电系统主变压器尺寸：外形：长宽高696497.6635cm箱身：长宽高400200418cm铁芯高：372m6.9主厂房内部布置参考以下内容自己适当加减。1、蜗壳之间布置蝴蝶阀，在事故停机或检修时，用来关断水流，在尾水管出口处备有检修闸门，当尾水管或水轮机检修时，用来挡住尾水进入。当发电层上游侧，布置着每台机组的调速器和机房盘，且各布置油压装置一台，每个机组段(对应蝴蝶阀中心)均留有蝴蝶阀吊恐。1、3号机组段上，布置着水轮机层的楼盖，在4搞号机组上游侧布置着去副厂房的楼梯。水轮机层1、3号机组段上布置着去蝴蝶阀层的楼梯。作用筒布置在机座的上游侧，调速器恢复机构（杠杆）在右侧作用筒上，并与位于发电机层的调压器的有关机构相对应。两台高压空气压缩机布置在3号机组作用筒的右侧，为油压装置充气之用。水轮机每个机组段上都布置着圆筒形机座。进入水轮机井的门洞，布置在机座的下游侧。电压互感器布置在机座旁的发电引水线下面，以便互感器到了引水线的连线为最短，在