水轮装置方式及水轮机型号毕业论文.doc

水轮装置方式及水轮机型号毕业论文 目录摘要1Abstract2第1章 基本资料31.1地理位置31.2流域概况31.3水文31.3.1气象特性31.3.2径流41.3.3洪水41.3.4河流泥沙51.4地形地质条件51.5电站基本参数61.5.1 电站动能参数61.5.2 水库特性61.5.3 泥沙特性7第2章 水轮发电机组的选择82.1机组台数的确定82.2水轮装置方式及水轮机型号的确定82.3水轮机主要参数的确定92.3.1确定水轮机的转轮直径92.3.2效率修正值的计算92.3.3确定水轮机的转速102.3.4确定水轮机的吸出高102.3.5水轮机的检验计算112.4蜗壳和尾水管的选择计算122.4.1蜗壳的水力计算及外轮廓的确定122.4.2尾水管主要参数的选择142.5发电机外形尺寸估算162.5.1主要尺寸计算162.5.2外形尺寸估算172.6调速器和油压装置的型式及尺寸的确定182.6.1判断调速器的型式192.6.2接力器的选择192.6.3主配压阀直径的选择202.6.4油压装置选择20第3章 电站枢纽布置223.1电站厂房222.2 开关站232.3 引水系统23第4章 引水系统设计244.1引水线路初拟244.2进水口设计254.2.1进水口型式的选择254.2.2有压进水口位置、高程的确定254.2.3进水口尺寸的拟定264.2.4进口设备274.3引水隧洞设计284.3.1有压引水隧洞断面形式及断面尺寸284.3.2隧洞衬砌的主要类型选择294.4压力管道的布置304.4.1压力管道类型的选择304.4.2压力管道引进及供水方式304.4.3压力管道直径、管壁厚度及抗外压稳定的计算314.4.4压力管道抗外压稳定校核32第5章 水电站厂房设计335.1主厂房主要尺寸的确定335.1.1主厂房的长度计算335.1.2主厂房的宽度计算355.1.3主厂房的各层高程计算375.2 副厂房布置41第6章 调压室设计436.1是否设置调压室判断436.2调压室位置的选择436.3调压室的布置方式与型式的选择446.4调压室的水利计算446.4.1调压室断面面积的计算446.4.2调压室最高涌波水位计算466.4.3计算调压室最低涌波水位计算46第7章 调节保证计算487.1调保计算目的487.2调节保证计算的内容487.3调节保证计算的标准487.3.1转速变化率容许值487.3.2水击压力容许值497.4已知计算参数497.5调节保证计算的过程507.5.1在设计水头下甩全负荷的调节保证计算507.5.2在最大水头下甩全负荷的调节保证计算55谢 辞59参考资料60外文文献62附录71第1章 基本资料1.1地理位置XX水电站位于XX省XX县境内，地处鲜水河两源之一泥曲河上，下游为朱巴水电站，电站装机容量102MW，多年平均发电量4.04亿kWh，年利用小时数3961h。坝址区位于XX县境卡娘乡XX大桥下游约3.5km河段，距下游的炉霍县城约45km，距道浮115km，距成都约660km，库坝区有通乡公路及林场专用公路，并在泥巴乡政府所在地附近与国道317线相接，交通较方便。从成都至炉霍有317国道直接相通，亦可经318国道在新都桥处经S215、S303省道到达。1.2流域概况鲜水河为雅砻江左岸的一级支流，古称鲜水、州江。上游分两源；主源称泥曲（又称泥科、泥渠河），发源于青海省达旦县青川交界处巴颜喀拉山南麓，源头多沼泽，泥曲河由北向南流。河长364km，平均比降5.9，集雨面积6876km2；次源为达曲河发源于甘孜县与石渠县交界的戈洛永扎那玛东西南坡，河长295km，平均比降6.1，集雨面积5543km2。两源在炉霍县城北汇合后称鲜水河。鲜水河由西北向东南流经仁达乡、孔色、在道孚县城下游折向南经瓦日、扎拖、瓦多乡等地，在雅江县城上游汇入雅砻江。鲜水河全长541km，河道平均比降13.9，流域面积19338km2。流域地理位置界于东经991510127，北纬30123325之间。1.3水文1.3.1气象特性鲜水河流域地处青藏高原东缘的高山峡谷区，属川西高原气候，主要受西风环流和印度洋西南季风的影响，具有高原型季风气候特征。主要特点是：气温低，冬季长，无霜期短，降水少，干湿季分明；辐射强，日照丰富，风速大，气温随海拔的升高呈明显的垂直分布。流域内干、湿季分明：干季为11月至次年4月，受高空西风带南支气流控制，天气晴朗，气候干燥，多大风，降水少，多冰雹、雷电；510月为流域的湿季，由于南支西风急流逐渐北移到中纬度地区，与北支西风急流合并，西南季风盛行，携带大量水汽，使流域内气候湿润、降雨集中，雨量约占全年雨量的9095%，雨日占全年的80%左右，并且日照少、湿度较大、日温差小。XX电站的坝址区无气象站。鲜水河流域设有炉霍、道孚两个气象站，其中炉霍站位于炉霍县城，距离电站下坝址约39.1km，台站海拔高程3250.0m，与坝址区海拔高程接近，可以作为本阶段进行气象特性分析的依据站。据炉霍气象站19572010年气象资料统计：多年平均气温6.6，极端最高气温31.2（2006年7月17日），极端最低气温-24.0（1989年1月19日）；多年平均降水量为675.8mm，最大日降水量为53.0mm（2001年7月20日）；多年平均相对湿度58%；多年平均蒸发量为1592.0mm；多年平均风速1.8m/s，历年最大风速21.0m/s，相应风向NW。1.3.2径流XX水电站坝址位于朱巴水文站上游约39.1km，集水面积占水文站控制面积的86.3%，因此可将朱巴水文站的径流成果按面积比换算至电站坝址。XX水电站上、下坝址距离仅2.5km，径流成果相近。XX水电站下坝址径流成果见表1-1。XX水电站坝址径流成果表表1-1位 置集雨面积（km2）项 目均值（m3/s）各频率设计值（m3/s）P=5%P=50%P=95%XX水电站坝址5921年（6翌年5月）54.377.3 53.3 34.8 枯期（12翌年4月）20.227.8 20.0 13.8 1.3.3洪水XX水电站坝、厂址设计洪峰流量计算采用朱巴站设计洪峰流量成果用面积比指数n=2/3次方搬移至坝、厂址处，XX水电站坝、厂址设计洪量计算采用朱巴站的设计洪量成果用面积比指数n=1搬移至XX水电站坝、厂址处，得到XX水电站坝、厂址设计洪水成果。由于本阶段泥曲河段无历史洪水资料，因此在XX水电站坝、厂址校核洪水基础上增加15%作为安全修正值。XX水电站坝、厂址设计洪水成果分别见表1-2、表1-3。XX水电站坝址 设计洪水成果表表1-2 流量： 洪量：亿项目设 计 值P=0.05%（加15%安全修正值）P=0.05%P=0.1%P=0.2%P=0.5%P=1%P=2%P=5%P=10%P=20%Qm 828720 677 635 577 532 487 424 375 324 W1d 0.5990.521 0.492 0.462 0.422 0.391 0.360 0.317 0.282 0.245 W3d 1.641.43 1.36 1.28 1.17 1.09 1.00 0.88 0.792 0.692 W7d 3.473.02 2.86 2.68 2.46 2.29 2.11 1.86 1.67 1.46 XX水电站厂址 设计洪水成果表表1- 3 流量： 洪量：亿项目设 计 值P=0.5%（加15%安全修正值）P=0.5%P=1%P=2%P=5%P=10%P=20%Qm 686597 551 504 439 388 335 1.3.4河流泥沙鲜水河干流泥沙含量不大，悬移质泥沙侵蚀模数较小，据道孚水文站泥沙资料统计，多年平均含沙量315g/m3，多年平均输沙模数97.5t/(km2a)。1.4地形地质条件水库正常蓄水位3385m，库区回水至尽达下游，库长约13.5km，河道弯曲，日结力背斜以上河段河流总体流向SE，日结力背斜下坝址河流流向为WE。库岸多呈“V”型谷，河谷较狭窄两岸山体雄厚，岸坡坡度一般为3545，左岸以基岩为主，右岸植被发育，以浅表层覆盖层为主。局部段分布第四系松散堆积体。库区阶地不太发育，仅见三处级阶地，拔河高约为410m，台面宽缓平坦，为基座阶地。库区两岸冲沟较发育，规模较大的有布维柯、甲柯沟等9条较大支沟，其中甲柯及其上游侧右岸一条小沟、指日沟和日则沟常年水系发育，沟谷深切，沟床纵坡降缓，沟岸岩体较破碎，分布较多坡、残积覆盖层。沟口未见规模较大的新泥石流堆积，主要为堆积的洪积扇。XX水库为峡谷型水库，两岸山体雄厚，基岩大部分裸露，虽然工程区地震烈度较高，为度地震区，水库蓄水后，库水抬升较大，最大壅水高78m，但库内无区域性断层发育，且为变质砂板岩，水库蓄水后变质砂板岩蓄能条件差，渗透性总体较弱，水库蓄水后诱发地震的可能性小。坝址为砂板岩地层，区内水文地质条件简单，根据坝区地下水的赋存条件，可分为第四系松散堆积层孔隙水和基岩裂隙水两种类型。第四系孔隙水主要分布于河谷地带的松散堆积物中，受大气降水、冰雪融水及两岸地下水补给，向河谷排泄。1.5电站基本参数1.5.1 电站动能参数装机容量102MW枯水年枯水期平均出力12.9MW年利用小时数3961h多年平均年发电量4.04亿kw .h1.5.2 水库特性正常蓄水位3385m死水位3360m校核洪水尾水位 3246.39m设计洪水尾水位 3245.91m正常尾水位(机组满发) 3243.49m最低尾水位(一台机)3242.61m最大水头 142.3m最小水头 98.6m设计水头 118m加权平均水头123.7m1.5.3 泥沙特性多年平均含沙量 0.315kg/m3汛期（69月）多年平均含沙量0.481kg/m3年平均过机含沙量0.063kg/m3第2章 水轮发电机组的选择2.1机组台数的确定水电站总装机容量等于机组台数和单机容量的乘积。在装机容量确定的情况下，可以拟定出不同的机组台数方案。当机组台数不同时，则单机容量不同，水轮机的转轮直径、转速也就不同，从而引起工程投资、运行效益、运行条件和产品供应情况的变化。选择机组台数时，应对加工制造能力和运输条件、总投资、水电站的运行效率和运行灵活性，运行维护工作量的大小等因素进行综合考虑。本次设计次用3台102/3=34(MW)水轮机。2.2水轮装置方式及水轮机型号的确定水轮机的装置方式可分为卧轴和立轴两种，其中卧轴布置方式布置简单，不需向下开挖但占地面积较大，一般用于小型电站或水头较低的贯流式水电站。立轴布置方式具有占地面积小的特点，但需向下进行较大的土石开挖，增加土建投资成本。为缩小厂房面积，高水头大中型电站一般均采用立轴布置方式。根据原始资料，本次设计电站的最大水头达142.3m，故应按照立轴方式布置机组。根据不同型式水轮机对水头适用范围的要求，混流式与斜流式水轮机可满足设计要求。同样工作参数下，斜流式水轮机的空化系数大于混流式，为防止空化，斜流式需要较低的安装高程，因此其开挖深度大于混流式；混流式水轮机的结构比斜流式简单、造价低、维护方便、运行可靠，所以本设计采用混流式水轮机。由水电站的水头范围(98.6m142.3m)查水轮机的系列型谱，采用HLD06a水轮机，适用水头范围80m150m。2.3水轮机主要参数的确定2.3.1确定水轮机的转轮直径已知水电站水轮机出力为Nd=34000KW,取发电机效率d=95%,则发电机功率=34000/0.95=35800(KW)。查水电站机电设计手册（）P227表1-5得HLD06a型水轮机的参数： =0.25m，最优工况效率，限制工况效率86.8%，,由于在限制工况处原型水轮机的效率要高于模型水轮机，所以初步假定原型水轮机在该工况点的效率为89%。由和可得 (2-1)故=1.95m，计算出的转轮直径应该符合水轮机转轮的标准尺寸系列。通常是选用比计算值稍大的标准直径作为水轮机的标准直径。查水电站（22）P76表4-6，取与之接近而偏大的标准直径D1=2.0m。2.3.2效率修正值的计算原型水轮机的最高效率为： max=1-(1-) (2-2) 式中，-模型机的最高效率 -模型机直径 -原型机直径故 max=1-(1-)=1-(1-0.91)=0.941=94.1%考虑到制造水平的差异，根据水轮机的标称直径去=1%；本设计中，认为原型水轮机所采用的蜗壳和尾水管与模型水轮机的相似，故取，则效率修正值由下式计算： （2-3）代入数值可得 =0.941-0.91-0.01-0=0.021水轮机在限制工况点的效率为=+=0.868+0.021=0.889=88.9%与原来假设值接近,符合要求。2.3.3确定水轮机的转速因为可不予修正。所以取原型水轮机的最优单位转速和模型机的最优单位转速相同，即取=70r/min。水轮机转速的计算公式： （2-4）式中，-单位转速 -加权平均水头代入数值可得查水电站（22）P77表4-7选用与之接近而偏大的发电机标准同步转速，取n=428.6r/min。2.3.4确定水轮机的吸出高根据所选的D1=2.0m、n=428.6r/min和水轮机的设计水头Hr=118m,可计算出设计工况点水轮机的最大单位流量和相应的单位转速。根据式（2-1）得 由和可在水电站机电设计手册（）P29，图1-33中查得对应的空蚀系数=0.052，从水电站（22）P52图3-16中可查出空蚀系数的修正值=0.02，由此可求得水轮机的吸出高为： （2-5） 代入数值可得 =2.3.5水轮机的检验计算（1）水轮机出力检验计算当n/1r=78.91r/min，Q/1max=0.80m3/s时，对应的模型机的效率M=0.868，原型机效率=0.868+0.021=0.889，水轮机的出力为N=9.8111834.760.90=35771KW-4m,满足电站要求。（3）工作范围的检验计算在最大水头Hmax=142.3m时，有在最小水头Hmin=98.6m时，有在HLD06a型水轮机的主要特性曲线图上，分别画出Q/1max=0.80m3/s，n/1min=71.86r/min和n/1max=86.33r/min为常数的直线，这些直线所围成的阴影部分（如下图）就是水轮机的工作范围，其基本处于特性曲线的高效率区，符合设计要求。 图2-1 水轮机效率检验图2.4蜗壳和尾水管的选择计算因为水电站的水头H40m,故应采用金属蜗壳，蜗壳包角为345。2.4.1蜗壳的水力计算及外轮廓的确定已知最大流量Qmax=34.76m3/s，则蜗壳的进口断面流量为。流速为 （2-6）式中，K-流速系数，可在水电站（22），P95图4-21中查得K=0.82故。进口断面面积进口断面半径为则水轮机主轴中心线到蜗壳进口外边缘的半径为 （2-7）式中ra-水轮机座环的固定导叶外半径，可在水电站机电设计手册（9），P128表2-16中查得Da=3.45m，Db=2.85m，K=100mm，r=200mm。故以每隔15为一个计算断面，同理可以计算出各断面的外缘半径，计算表如下：表2-1蜗壳基本参数计算表i()Qi（m3/s)i(m)Ri(m)34533.31 1.09 3.91 33031.86 1.07 3.86 31530.42 1.04 3.81 30028.97 1.02 3.76 28527.52 0.99 3.71 27026.07 0.97 3.66 25524.62 0.94 3.60 24023.17 0.91 3.55 22521.73 0.88 3.49 21020.28 0.85 3.43 19518.83 0.82 3.37 18017.38 0.79 3.30 16515.93 0.75 3.23 15014.48 0.72 3.16 13513.04 0.68 3.09 12011.59 0.64 3.01 10510.14 0.60 2.93 908.69 0.56 2.84 757.24 0.51 2.74 605.79 0.46 2.64 454.35 0.39 2.51 302.90 0.32 2.37 续表2-1蜗壳基本参数计算表151.45 0.23 2.18 00.00 0.00 1.73 将蜗壳各计算断面的外缘连接起来，便可得到蜗壳平面度的单线图，如图所示：图2-2 蜗壳单线图2.4.2尾水管主要参数的选择尾水管的型式很多，目前常用的有直锥形，弯锥形和弯肘形三种型式。弯肘形尾水管不但可以减小开挖深度，而且具有良好的水力性能，效率可达75%80%，本设计采用此种型式尾水管。查水电站机电设计手册（9）推荐的肘管尺寸参数列于下表表2-2 推荐的肘管尺寸参数D1hLB5D4h4h6L1h51.002.64.52.721.351.350.6751.821.22依据上表，因为本电站水轮机的直径为2.0m由此可以确定各项数据如下：表2-3 尾水管各项数据D1hLB5D4h4h6L1h52.005.209.005.442.702.701.353.642.44（1）进口直锥段进口直锥段是一段垂直的圆锥形扩散管，其内壁设金属里衬，以防止旋转水流和涡带脉动压力对管壁的破坏，其单边扩散角的最优值为=79，本设计取=9。故，其中D3锥管进口直径，近似取转轮出口直径2.0m。（2）中间弯肘段（肘管）中间弯肘段常称为肘管，它是一段90转弯的变截面弯管，其进口断面为圆形，出口断面为矩形。由于肘管形状复杂，所以肘管内一般不设金属里衬，所需具体参数见上表。（3）出口扩散段出口扩散段是一段水平放置、两侧平行、顶板上翘角的矩形扩散管。其顶板仰角一般取=1013。当出口宽度过大时，可按水工结构要求加设中间支墩，支墩厚度，并考虑尾水门槽布置要求。设计中满足要求。（4）尾水管高度尾水管高度h是指水轮机底环平面至尾水管底板的高度，它是决定尾水管性能的主要参数。增大h可提高尾水管的效率，但将增加厂房土建投资；减小h会影响尾水管的工作性能，降低水轮机效率，甚至影响机组运行的稳定性。查水电站机电设计手册（9）取h=2.6D1=2.62.0=5.2（m）（5）尾水管的水平长度尾水管的水平长度L是指机组中心线至尾水管出口断面的距离。本设计取L=4.5D1=4.52.0=9.0（m）。综上可画出尾水管的平面尺寸图，如下图：图2-3 尾水管的平面尺寸图 单位(cm)2.5发电机外形尺寸估算2.5.1主要尺寸计算（1）极距 （2-8）式中，sf发电机额定容量； P磁极对数，本设计为对； Kj系数，一般为810。故（2）定子内径Di （3）定子铁芯长度lt （2-9）式中，Sf发电机额定容量（KW）； ne额定转速（r/min）； Di定子内径； C系数，查水电站机电设计手册P160表3-5取C=510-6。故 （4）定子铁芯外径Da(机座号) 因为ne166.7r/min所以2.5.2外形尺寸估算（1）定子机座外径D1300ne20000KW，D2=D1+2.4=6.71(m)（3）转子外径D3式中为单边空气空隙，初步估算时可以忽略不计（4）下机架最大跨度D41000Sf314r/min，（7）上机架高度h2，采用悬式发电机。悬式承载机架h2=0.25Di=0.25281.69=70.42（cm）。（8）推力轴承高度h3，励磁机高度h4，副励磁机高度h5和永磁机高度h6 推力轴承高度h3，励磁机高度h4，副励磁机高度h5和永磁机高度h6可在水电站机电设计手册P163表3-8中选取，取h3=1500mm，h4=2000mm，h5=1200mm，h6=800mm。（9）定子支座支承面至下机架支承面或下挡风板之间的距离h8 悬式非承载机架：h8=0.15Di=0.15281.69=42.25（cm）（10）下机架支承面至主轴法兰底面之间的距离h9 查水电站机电设计手册（）取h9=1000mm。（11）转子磁轭轴向高度h10 有风扇时：（12）发电机主轴高度h11h11=(0.70.9)H，式中H为发电机总高度，即有主轴法兰地盘底面至发电机顶部的高度。H=h1+h2+h3+h4+h5+h6+h8+h9=326.31+70.42+150+200+120+80+42.25+100=1088.98(cm)。取h11=0.7H=0.71088.98=762.29(cm)（13）定子铁芯水平中心线至主轴法兰盘底面距离h12 h12=0.46h1+h10=0.46326.61+269.95=420.05(cm)发电机尺寸图如下：图2-4 发电机平面尺寸图2.6调速器和油压装置的型式及尺寸的确定调速器一般由调速柜、接力器、油压装置三部分组成。中小型调速器的调速柜、接力器和油压装置组合在一起，称为组合式；大型调速器分开设置，称为分离式。2.6.1判断调速器的型式假设调速器为中小型，调速功 （2-10） 式中，Hmax水轮机的最大工作水头，m； Q最大工作水头下水轮机发出额；定出力时的流量，m/s； D1水轮机转轮标称直径，m； 200250系数，本设计取200。水轮机所需的调速功30000Nm调速功A已超出中小型调速器调速功的范围，假设错误，故本设计调速器为大型调速器。应计算主配压阀直径来选定调速器型号。2.6.2接力器的选择接力器的直径可近似用下列公式计算 （2-11） 式中，计算系数，取0.032； b0导叶高度，m； D1转轮标称直径； Hmax水轮机最大水头。已知Z0=16，查水电站机电设计手册（）P254表6-4知，=0.032，=0.224,D1=2.0m，Hmax=142.3m故根据计算的dD查标准接力器系列选相邻偏大直径dD=400mm。已知a0max=22，D0m=290mm，Z0=16，Z0m=24，取D0=1.15D1=1.152=2.30m。接力器最大行程Smax：取则两接力器的总容积Vs(m3)为：2.6.3主配压阀直径的选择已知Ts=4s，通过主配压阀油压管的流量为：则主配压阀直径d(m)为： （2-12） 式中，vm管内油压的流速，取vm=2m/s。故由计算的d查水电站(22)P110表5-1，选择与主配压阀直径接近偏大的标准调速器DT-100。查水电站机电设计手册P267表6-7知：机械柜尺寸：，基础板尺寸：，电气柜尺寸。图2-4 调速器外形尺寸图2.6.4油压装置选择油压装置的工作容量以压力油罐的总容积作为表征，压力油罐的总容积Vk为Vk=(1820)Vs，取。按计算的Vk=0.96m，选择与压力油箱总容积相近偏大的标准油压装置YS-1.0型。查水电站机电设计手册（）P295表6-15知压力油罐筒外径D1=930mm、基础架外径D0=1070mm、总高H=2457mm、筒高h=1694mm，回油箱油箱长度m=1916mm、油箱宽度n=1900mm、油箱体高k=890mm、油箱总高L=1535mm。图2-5 YS型油压装置外形尺寸图第3章 电站枢纽布置3.1电站厂房根据首部枢纽的布置，大坝为混凝土面板坝，溢洪道、引水隧洞、导流洞均布置在右岸，因此考虑把厂房布置在右岸。在右岸布置一支隧洞作为引水隧洞，其后靠近厂房位置设置上游调压室连接引水隧洞与压力管道，以减小水击压力，布置地面厂房。本电站厂房有关的布置原则为：（1） 要求电站进水口前水流平顺，无漩涡及横向水流。（2） 当溢流坝与厂房段并列布置时，应尽量将前者布置在主河槽，以保证泄水顺畅。（3） 为减少下泄水流对发电和航运的不利影响，常在溢流坝与其他建筑物之间设置导墙。（4） 当河流含沙量大，坝前淤积严重时，应采取排沙措施，冲沙孔或排沙洞常布置在厂房进水口附近，其高程可根据运用要求来确定。应防止由于泥沙淤积造成尾水壅高，降低发电水头。厂房布置平面上采用顺河流方向依次布置副厂房、主厂房和回车场。上游副厂房为钢筋混凝土预制框架结构，共分两层。第一层为实验室、修理间、电缆室、继电保护盘室、充电机室、蓄电池室、储酸室以及行人走廊等, 高程与发电机层相同。第二层为中央控制室、会议室、资料室和计算机室等。主变压器布置应尽量靠近主厂房，以缩短昂贵的发电机电压母线长度，减小电能损失和故障机会，并满足防火、防爆、防雷、防水雾和通风冷却的要求，安全可靠。由于本设计挡水坝与厂房位置较远，选择将主变压器布置在厂房上游侧靠近厂房的位置。其高程与发电机层同一高程，设有运输轨道通往安装场。主厂房水轮机层以下大体积混凝土与大坝之间的接缝，采用了一般浇筑缝，缝为平缝，不留间隙，不设填料，以利于高尾不位时，厂坝间能互相传递部分水压力，作为厂房稳定安全的后备措施。由于电站水头较大，采用包角为345度的金属蜗壳。2.2 开关站220千伏开关站，布置左岸,配电装置采用半高型布置，其构架采用田字形封闭式框架结构。一回进线，二回出线，间隔跨度为15米。110千伏开关站布置在厂坝之间坝体平台上。配电站装置采用半高型布置，线线搭架采用双母线的高型构架，共有5个母线塔架和4个隔离开关构架。构架采用钢横担、钢塔头、水泥管塔身的混合结构。共有八个间隔，三个进线间隔，三个出线间隔，一个母线间隔，一个避雷器和电压互感器间隔。35千伏开关站，布置在厂房左端，配电装置采用中型布置，构架采用户外高型布置为单母线，有一回进线和二回出线。站内为混凝土地面。2.3 引水系统引水系统由进水口、引水系统及压力钢管段等组成。进水口段长23m，进口前布置有拦污栅，与坝面平行，柱墩的间距2m，横梁间距4m，栅条的净距b=70mm。工作闸门与检修闸门采用相同尺寸5.5m5.8m，引水隧洞长约3350m，洞径5.8m，洞内流速为4m/s。压力钢管长470m，采用Q345R型钢材，圆管内径为,5.8米，引用流量为104.28m3/s，流速为4m/s。引水道分为进口段、上渐变段、上弯段、斜直段、下弯段、下直段、下渐变段等部分所组成，应尽可能保证进、出水流平顺。可采用正向引水或者侧向引水，考虑减小管线长度、使水流平顺，减小水头损失等，本设计拟采用正向引水方式。由于设计中流量小、机组台数少，采用一条压力管道（地下埋管）向三台机组供水的联合供水方式（即一管多级）。第4章 引水系统设计4.1引水线路初拟引水隧洞的路线选择是设计中的关键，它关系到隧洞的造价，施工难易，工程进度，运行可靠性等方面。隧洞的路线应尽量避免不利的地质构造；洞线在平面上求短直，这样既可以减少工程量，方便施工；隧洞应有一定的埋藏深度；隧洞的纵坡应根据运用要求，上下游衔接，施工和检修等因素，综合分析比较后确定；对于长隧洞，选择洞线时还应注意地形，地质条件。XX水电站为混合式开发电站，坝址、厂址河道相距约17.1km。在引水线路区河道总体呈EW方向突出的河弯，左岸为凹岸，右岸为凸岸。左岸引水方案线路长约17.6km，洞线穿越泥巴沟、加热柯、扎柯沟、宗达寺沟、支哈沟5条较大的冲沟，其中加热柯为泥曲河左岸主要支流，沟谷深切，其侵蚀基准面与泥曲河相当，且谷底宽缓，一般60200m，谷底冲洪积堆积物深厚，长年流水，绕沟线路长。扎柯沟、宗达寺沟、支哈沟均为深切冲沟，谷底较宽缓，谷底冲洪积堆积物较深厚，绕沟线路较长。左岸引水方案位于泥曲河凹岸，不符合线路截弯取直的一般布置原则。右岸引水方案线路长约13.3km，右岸引水方案穿越林场沟、尾声沟、足马坪沟、益绕沟、西里沟5条较大冲沟，沟谷切割深度相对左岸冲沟较浅，谷底相对左岸冲沟较窄，谷底冲洪积堆积物相对左岸冲沟较浅。右岸引水方案位于泥曲河凸岸，有利于线路截弯取直。为了利于检修与排水，隧洞纵坡率为2%，其工作闸门与检修闸门设在进口，隧洞在平面上有弯角，对于低流隧洞曲率半径不宜小于5倍的洞径，现取5倍的洞径，即29m，转角不宜大于60，取30，具体布置见坝区引水系统平面布置图。综上所述，从地质条件上，左右岸总体成洞地质条件差别不大，洞线布置上看，右岸引水不但洞线较短，绕沟难度也相对较小，故本阶段选择右岸一条洞线作为推荐方案。4.2进水口设计4.2.1进水口型式的选择在水利水电工程中，为发电供水等综合利用的目的，往往需要在水位便服的天然河道，湖泊或人工水库和调节池中取水，深式进水口及有压进水口为了适应这一需要而设置的一种水工建筑物，深式进水口应满足水工建筑物的一般要求，即结构安全，布置简单，施工方便，造价低廉，运行可靠并适应注意美观。其组成为：进口段，闸门段，渐变段。深式进水口主要的形式：（1）隧洞式进水口，其进口段和闸门井均从山体中开凿而成适应于进口地质条件良好，扩大断面和开挖闸门竖井均不会引起塌方，坡度适中。洞式进水口充分利用了岩石作用，钢筋混凝土工程量较小，这一种既经济又安全的结构形式。（2）压力墙进水口：其进口段和闸门段均布置在山体之外适用于洞口附近地质条件较差或不宜采用洞式进水口时不宜扩大开挖坡度较缓时。（3）坝式进水口：其基本特征是进水口附近在坝体上适用于坝后时厂房或河床式水电站厂房的上游坝体内，进水口与坝体成统一的整体。（4）塔式进水口：适用于水电站厂房布置在河床坝后，拦河坝采用当地材料坝或水库地质条件较差，坡度较平缓不利于岸坡上修建进水口。XX水电站为有压进水式，岸边地质条件较好，因此选择深式进水口中的隧洞式进水口为宜。4.2.2有压进水口位置、高程的确定有压进水口顶部高程应保证在上游最低运行水位时仍有足够的淹没深度，以进水口前不出现漏斗式吸气漩涡为原则。因为漏斗式吸气漩涡会带入空气，吸入漂浮物，引起噪音和振动，减小过水能力，影响水电站的正常发电。水利水电工程进水口设计规范（SL2852003)建议，防止出现漏斗式吸气漩涡的临界淹没深度可按下面经验公式计算 （3-1）式中，H闸门孔口净高，m，本设计取5.8m； v闸门断面平均流速，m/s；本设计取经济流速v=4m/s C系数，取C=0.55； S闸门顶低于最低水位的临界淹没深度，m。故闸顶高程闸底高程为4.2.3进水口尺寸的拟定(1)进口段：其作用是连接拦污栅与闸门段。根据国内外实践经验，进口段顶板曲线采用1/4椭圆曲线，曲线方程为： （3-2）式中：a椭圆曲线长半轴，对于顶板曲线约等于闸门处的孔口高度H,本设计取a=5.8m；椭圆曲线短半轴，对于顶板曲线，可取H/3，本设计取b=1.9m.故进口段曲线方程为：进口段的长度没有一定的标准，在满足工程结构布置与水流顺畅的条件下，尽可能紧凑。本设计取1.5m。图3-1 进水口示意图(2)闸门段：闸门段是引水道和进口段的连接段，闸门口采用矩形，闸门净过水面积为（1.11.25）隧洞面积，门宽B等于或稍小于洞径D，门高h等于洞径D,取门宽B=5.5m，门高h=5.8m。在（1.11.25）范围内，符合设计要求。(3)渐变段：渐变段是闸门段到压力引水管道的过渡段，其断面面积和流速应逐渐变化，使水流不产生漏流并尽量减小水头损失。由矩形变成圆形通常采用四角加圆角过渡圆弧的中心位置和圆角半径r均按直线变化，渐变段长度根据经验，一般为压力隧洞直径的1.52.0倍，收缩角不超过10，以69为宜。本设计取其长度为21m，收缩角约为8。 图3- 渐变段轮廓尺寸图4.2.4进口设备有压进水口 主要设置拦污设备、闸门及其启闭设备、通气孔等。已知单台水轮机的最大流量为Qmax=34.76m3/s，则通过闸门的总流量为。(1)拦污栅设计：为防止结冰及漂浮物堵塞和进入进水口，进水口前需设拦污栅，拦污栅的立面布置可以是倾斜的或垂直的，洞式及墙式进水口的拦污栅常布置成倾斜的，倾角为60-70，本次设计取倾角为60的平面拦污栅，过栅的水流净流速应尽量小，以减小水头损失和清污困难，不宜大于1m/s，本设计取过栅流速为1m/s。则拦污栅净面积为：拦污栅通常由钢筋混凝土框架结构支承，拦污栅框架由柱墩及横梁组成，柱墩的间距一般不大于2.5m，本设计取2m；横梁间距一般不大于4m，间距过大会加大栅片的横断面积，过小会减小净过水面积，增加水头损失，本设计取4m。栅条的净距应保证通过拦污栅的污物不会卡在水轮机过流部件中。对混流式水轮机的可取，取b=70mm。拦污栅被污物堵塞后水头损失明显增大，因此拦污栅必须及时清污，以免造成额外的水头损失。清污方式有人工清污和机械清污两种。人工清污一般适用于小型水电站的浅水、倾斜拦污栅。大中型水电站常用清污机械清污，本设计采用机械清污方式。(2）闸门设计工作闸门：选用平板闸门，门宽B=5.5m，门高h=5.8m。，要求在静水中开启，动水中关闭。检修闸门：采用平板闸门，尺寸同工作闸门，要求在静水中开启，静水中关闭。检修闸门与工作闸门之间的距离很近，为了便于检修，要求24的间距，本设计取为2，布置在同一闸室内，在闸门井上方布置一个共用的启闭机房。(3）通气孔和进人孔：通气孔设在事故闸门之后其功用是当引水道充水时可以排气，当事故闸门关闭放空引水道时，可以补气以防出现有害真空。通气孔面积按下式计算： （3-3） 式中：进水口进水量，一般为最大引用流量104.28m3/s 通气孔进气流速，一般为3050m/s，本设计取40m/s。代入数值得：为了便于进水口及压力水道的维护与检修，需设进人孔。本设计采用通气孔兼作进人孔。4.3引水隧洞设计4.3.1有压引水隧洞断面形式及断面尺寸隧洞断面形式取决于水流流态、地质条件、施工条件及运行条件等，有压隧洞一般采用圆形断面，原因是圆形断面的水流条件受力条件都较为有利，本设计中隧洞断面采用圆形。隧洞断面面积为： （3-4） 式中：ve-经济流速，取由上式得：隧洞面积洞径本设计中取。4.3.2隧洞衬砌的主要类型选择为了保证水工隧洞的安全有效运行通常需要对隧洞进行衬砌，衬砌作用是限制围岩变形，保证围岩稳定。承受围岩压力、内水压力等负荷。防止渗漏。保证岩石免受水流，空气，温度，干湿变化等充蚀破坏作用。减小表面糙率。(1）平整衬砌：亦称护面或抹平衬砌，它不承受外力只起减小隧洞表面糙率，防止渗漏和保护岩石不受风化作用平整衬砌适应于围岩条件较好，能自行稳定且水头，流速较低的情况下。（2）单层衬砌：由混凝土、钢筋混凝土或浆砌石等组成，适用于中等地质条件断面较大，水头及流速较高情况。根据工程经验，混凝土及钢筋混凝土厚度，一般约为洞径或洞宽的1/81/12且不小于25cm，由衬砌最终计算确定。（3）组合式衬砌：由内层的钢板，钢筋网喷浆，外层为混凝土或钢筋混凝土，有顶拱为混凝土边墙或底板为浆砌石和顶拱边墙喷锚后再进行混凝土或钢筋混凝土等形式。为了保证引水隧洞安全有效运行，限制围岩变形，保证围岩稳定，承受围岩压力，内水压力等荷载，防止渗漏，保证岩石免受水流、空气、温度、干湿变化等冲蚀破坏作用，减小表面粗糙，需要对其进行衬砌，根据工程经验，采用单层衬砌形式，混凝土厚度为1m。4.4压力管道的布置压力管道是从水库或引水道末端的压力前池或调压室，将发电所需用水在有压的状况下引入水轮机的输水管。其特点：一般由上弯、竖井管道或者斜井管道、下弯、下平段、渐变段组成。在集中供水和分组供水方式下需要岔管连接。压力管道的布置要求是管线应尽量短直，以减少工程量降低水击压力，改善机组运行条件；管路沿线应有良好的地址条件，无活动性地质构造；明管线路应尽量减少起伏波折，并且不应布置在山水集中地谷地；明管线路倾角应满足施工及安装的要求。4.4.1压力管道类型的选择（1）钢管钢管具有强度高，防渗等优点，常用于大中型水电站。钢管布置在地面称为明钢管；布置在坝体混凝土中称为坝内钢管；埋设在岩体中称为地下埋管。（2）钢筋混凝土管钢筋混凝土管具有造价低、能承受较大外压和经久耐用等优点，通常用于内压不高的中小型水电站。普通钢筋混凝土管易开裂，一般用在水头H和内径D的乘积小于50m2的情况下；预应力和自应力钢筋混凝土管的HD值可超过200m2；预应力钢丝网水泥管由于抗裂性能好，抗拉强度高，HD值可超过300m2。（3）钢衬钢筋混凝土管钢衬钢筋混凝土管是在钢筋混凝土管内衬以钢板构成。在内水压力作用下钢衬与外包钢筋混凝土联合受力，从而可减小钢衬的厚度，适用于大HD值的管道。由于钢衬可以防渗，外包钢筋混凝土可按允许开裂设计，以充分发挥钢筋的作用。结合钢管的特点及XX水电站的基本状况本设计拟采用地下埋管向机组供水，采用Q345R型钢材。4.4.2压力管道引进及供水方式压力管道的引进方式有正向引进、侧向引进和斜向引进三种。其中正向引近适用于低水头电站，水流平顺、水头损失小，开挖量小、交通方便。钢管发生事故时直接危机厂房安全；侧向引近适用于高、中水头电站，避免水流直冲厂房。从电站厂房安全的角度考虑选择侧向引进的方式。压力管道向多台