水电站厂房课程设计说明书.doc

水电站厂房课程设计计算书姓 名：*学 号：20071014*指导老师：* *等完成时间：2011年2月一、水轮机主要参数的计算1、依据水轮机的型号HL220-LJ-225知水轮机的转轮直径为225。2、 效率修正值的计算由附表1查得水轮机模型在最优工况下的，在限制工况下的效率为89.0%模型转轮直径，则原型水轮机的最高效率可依水力机械第二版式(3-23)计算，即 =考虑到制造工艺水平的情况取；由于水轮机所应用的蜗壳和尾水管的型式与模型基本相似，故认为，则效率修正值为： 由此求得水轮机在限制工况下的效率为： (取90%)3、 最大引用流量的计算在选定的的情况下，水轮机的为：则水轮机的最大引用流量为： 二、绘制蜗壳单线图1、蜗壳的型式：水轮机的设计水头，故采用金属蜗壳。2、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P97-98知金属蜗壳的断面形状均都做成圆形，圆断面金属蜗壳进口断面的包角一般为340350这里取，由前面的计算知，蜗壳进口断面流量，故。蜗壳断面平均流速由水力机械第二版P99图4-30(a)查得，。 依据水轮机的型号HL220-LJ-225由P162附录二表5查得： ，则：其中：座环内径；座环外径；座环内半径；座环外半径。座环示意图如图61所示。3、蜗壳的水力计算(1)对于蜗壳进口断面，由水力机械第二版P100得： 断面流量：； 断面面积：； 断面半径：； 从轴中心线到蜗壳外缘的半径：。(2)对于中间任一断面设为从蜗壳鼻端起算至计算面处的包角，则由公式知该计算断面处： 或 其中C为蜗壳系数，k为蜗壳的常量 对蜗壳的进口断面而言， 故 =分别取为15、30、.345列表计算如下：00.000 0.000 0.000 0.000 1.925 15 0.014 0.055 0.235 0.249 2.424 300.029 0.110 0.332 0.361 2.647 45 0.043 0.166 0.407 0.450 2.825 60 0.057 0.221 0.470 0.527 2.980 750.072 0.276 0.526 0.597 3.120 900.086 0.331 0.576 0.662 3.249 105 0.100 0.387 0.622 0.722 3.370 120 0.115 0.442 0.665 0.780 3.484 135 0.129 0.497 0.705 0.834 3.593 1500.143 0.552 0.743 0.887 3.698 165 0.158 0.608 0.780 0.937 3.800 180 0.172 0.663 0.814 0.986 3.898 195 0.187 0.718 0.847 1.034 3.993 210 0.201 0.773 0.879 1.080 4.086 225 0.215 0.829 0.910 1.125 4.176 240 0.230 0.884 0.940 1.170 4.264 2550.244 0.939 0.969 1.213 4.351 270 0.258 0.994 0.997 1.255 4.436 285 0.273 1.050 1.024 1.297 4.519 300 0.287 1.105 1.051 1.338 4.601 315 0.301 1.160 1.077 1.378 4.682 330 0.316 1.215 1.102 1.418 4.761 345 0.330 1.271 1.127 1.457 4.839 (3)蜗壳椭圆形断面计算当计算圆形断面半径S时，蜗壳的圆形断面无法与蝶形边相接，须由圆断面过渡到椭圆断面。其方法是求出圆形断面面积，然后将它换算为等面积的椭圆断面(主要依据几何及数学关系)。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 利用进口断面，求得常数1045.45则由椭圆断面过渡到圆形断面时的临界角计算如下：当时，通过计算得，即时为椭圆断面，时为圆形断面。 椭圆形断面各部分尺寸的计算公式如下：椭圆断面短半径 其中A为圆形断面当量面积， 为圆形断面半径，椭圆断面长半径椭圆断面中心距椭圆断面外半径分别以为等差列表计算如下：00.000 0.000 0.129 -0.217 0.643 1.660 1.660 150.014 0.253 0.329 -0.086 0.682 1.820 2.072 300.029 0.368 0.554 0.040 0.720 1.974 2.342 450.043 0.461 0.795 0.160 0.756 2.120 2.581 600.057 0.542 1.050 0.274 0.790 2.259 2.801 750.072 0.616 1.318 0.383 0.823 2.392 3.008 900.086 0.684 1.597 0.488 0.854 2.521 3.205 1050.100 0.748 1.887 0.590 0.885 2.645 3.393 1200.115 0.810 2.187 0.688 0.914 2.765 3.575 1350.129 0.869 2.497 0.784 0.943 2.882 3.750 1500.143 0.925 2.816 0.878 0.971 2.996 3.921 1650.158 0.980 3.144 0.969 0.999 3.107 4.087 1800.172 1.033 3.481 1.058 1.025 3.216 4.250 193.550.185 1.080 3.792 1.138 1.049 3.313 4.393 根据以上计算结果表，画蜗壳单线图，如图62所示，比例为。三、尾水管单线图的绘制根据前面已知的资料，第五节中表(5-1)得对应的尺寸如下(参考水力机械第二版)：型式参数1.002.932.782.501.5250.7951.291.1141.3841.4052.6854.092.533.5510.4尺寸2.256.5936.2555.6253.4311.7892.9032.5073.1143.1616.0419.2025.6937.98810.4采用弯肘形尾水管，由进口直锥段、肘管和出口扩散段三部分组成。1、进口直锥段进口锥管高度：；进口锥管上下直径：。2、 肘管由水力机械第二版P103知：肘管是一变截面弯管，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力越大，一般推荐使用的合理半径，外壁用上限，内壁用下限。故，。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，仰角100130，此处取110；长度(23)；由表中数据知：； ； (23)=4.56.754、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，所以属于高比转速混流式水轮机。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，比较对于高比转速。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)。四、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，型的尺寸可以推求时的转轮流道尺寸。如图转轮流道尺寸(单位：mm)比例：1：30五、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：。六、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。1、 主厂房总长度的确定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。（1） 机组段的长度的确定 机组段的长度按下式计算：。应是蜗壳层、尾水管层、发电机层中的最大值。a、蜗壳层： 其中，为当时的，即m ，为当时的，即。分别为蜗壳左右外围混凝土的厚度，初步设计时取1.2-1.5m，这里取1.3m。 则。b、尾水管层： 则。c、发电机层：(因在两台机组之间设楼梯时取，此处取)。 则。由以上计算的各层，其中发电机层最大为，故取。其中：蜗壳方向最大平面尺寸； 蜗壳方向最大平面尺寸； 蜗壳层外部混凝土厚度，初步设计时取，此处取； 尾水管宽度(已知资料)； 尾水管边墩混凝土厚度，一般取，此处取； 发电机风罩内径； 发电机风罩壁厚，一般取，此处取； 两台机组之间风罩外壁净距，一般取，如设楼梯取。(2)端机组段长度的确定 取，其中：安全裕量，采用一台起重机吊装发电机转子时取m。(3)安装厂尺寸确定装配厂与主机室宽度相等，以便利用起重机沿主厂房纵向运行。装配厂长度一般约为机组段的倍。对于混流式和悬式发电机采用偏小值，因此取1.1。可得主厂房总长度为：。2、主厂房宽度的确定以机组中心线为界，厂房宽度可分为上游侧宽度和下游侧宽度两部分水电站建筑物第二版P184。（1） 上游侧宽度：由发电机层结构及设备布置要求确定 其中：发电机风罩内径，此处取； 发电机风罩壁厚，一般取，此处取； 风罩外壁至上游内侧(或柱边)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。故= (2)下游侧宽度：除满足发电机层要求外，还要满足蜗壳在方向的尺寸和蜗壳外混凝土厚度的要求。对于发电机层： 其中，风罩外壁至下游墙内侧的净距，主要用于主通道，一般取； ； 。 故 =对于蜗壳层方向： 其中，时的值，为； 混凝土保护层的厚度，取。 故 所以取因此厂房宽度（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。 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0.4； 桥机端部与上柱内面间距，一般取0.30.6m，取0.4； 牛腿上部立柱截面高度，一般取0.61.2m，取0.9； 牛腿下部立柱截面高度，一般取1.02.5m，取1.6； 偏心距，一般取00.25m，取0.25；所以，牛腿以上： 牛腿以下：综上所述，取主厂房的宽度B为。3、厂房各层高程的确定(1)水轮机安装高程立轴混流式水轮机安装高程由下式计算，。其中：， ， ，所以， ，则： 。其中：水轮机允许吸出高度； 导叶高度； 下游设计最低水位。由于，故取1台机组流量相应的尾水位； 气蚀系数； 气蚀系数修正值； 计算水头； 水电站厂房所在地点海拔高程的校正值。(2) 尾水管底板高程： 。 其中：底环顶面至尾水管的距离，； 机组安装高程； 导叶高度。 所以，。(3)厂房基础开挖高程： 其中：为从水轮机安装高程向下量取到尾水管出口顶面的距离，由前面尾水管部分的计算可知； 为尾水管出口高度，由前面尾水管部分的计算可知； 为尾水管底板混凝土厚度，取1.5。 故 (4)进水阀层地面高程： 。其中：钢管中心线高程，； 引水钢管半径，蝶阀尺寸为，故； 钢管底部至地面的高度，钢管底部作通道，应大于，此处取。所以， 。(5)水轮机层地面高程： 。其中：蜗壳进口半径和蜗壳顶混凝土层，蜗壳进水段半径,蜗壳上部混凝土厚度，对金属蜗壳可取，所以。因此， 。(6)发电机安装高程： 。其中：进人孔高度，一般取，此处取； 进人孔顶部厚度，一般取，此处取。则： 。(7)发电机层地面高程：参考已给资料的图5-2，得，为机墩高度，取2.12，则： 。并且：，满足要求。最高尾水位为，水不会淹厂房，得以保证。(8)起重机(吊车)的安装高程： 。 其中：发电机定子高度和上机架高度之和。发电机上机架高度为1.22m，定子机座高为1.8m，发电机定子为埋入式故； 吊运部件与固定物之间的垂直净距离，应不小于，取； 最大吊运部件高度，由资料知； 吊运部件与吊钩之间的距离，一般在1.01.5左右，取； 主钩最高位置至轨顶面距离。 则，。(9)屋面大梁底面高程(天花板高程)： 其中：为桥机高度，即由至小车顶部高度，查厂房的起重设备为3.692； 为小车顶与天花板面的垂直距离，这里取0.4。 则，=110.474+3.692+0.4=114.566(10)屋顶高程： 其中：轨道面至吊车上的小车高度，一般为0.20.3，取0.3； 检修吊车在车上留有高度，； 则，=114.566+0.3+0.5=115.366。4、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。安装间地面高程为与发电机层同高，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2的空隙，以供安装磁极之用；2） 发电机上机架周围留有1的间隙，供作通道用；3） 水轮机顶盖及转轮周围有1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。七、厂区布置由于密云电站是河岸引水式厂房，故其布置可根据已建成的河岸地面厂房狮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。比较方案(一)和(二)对于方案(一)，由于地质条件的限制，高压管道从回岔管以后采用明管，这样造价也低，在厂房与后山坡之间形成一个很宽的地带，刚好用来布置副厂房，并且使主变尽量靠近机组端，以使引出线最短，因此让主变场与安装间紧靠着，由于开关站地面积很大，不易在主厂房附近找到理想的场地，所以主变和开关站分开布置。对于方案(二)，由于主变在主厂房的上游侧，它离主机组最近，因此线路最短，最方便，电能损失小，但是高压管道必须厂用埋管，这样造价高，并且地质也不允许，而且主厂房上游有一个很宽的地带，用于布置主变场有点浪费，故而适应布置在主变面积大的副厂房。经过对方案(一)、方案(二)的比较，选择方案(一)。八、副厂房的设计副厂房由辅助生产车间、某些辅助设备的房间和必要的技术所组成，它是各种辅助设备布置和运行人员工作的场所。它的布置原则，是运行管理方便和最大限度地利用一切可以利用的空间，尽量减少不必要的间室面积，以减少投资。以下设计布置的面积由5节中资料所给的参考面积。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。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。九、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：372m十、主厂房内部布置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。在发电层上游侧，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)均留有蝴蝶阀吊孔。1、3号机组段上，布置着水轮机层的楼盖，在4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，在靠近下游侧墙，每一机组段。内都布置着励磁室。低压空气压缩和透平油布置在水轮机的左端。每条压力管道上均安装有蝴蝶阀，在其前为伸缩节。每个机组段都设有漏油箱，在4号机组段上设有集水井。排水沟布置在上游墙侧，在集水井两侧布置尾水管排水泵两台，集水井排水泵两台，在3号机组上，布置消防水泵一台，每个机组段上均设有进入尾水管的进水廊道。为了避免地基布均匀沉降，在每台机组用沉降伸缩缝分开，缝宽2cm。场内交通：主厂房下游侧有宽2.0的通道，发电机层与水轮机层设有两个楼梯。安装厂与门厅间亦有通向副厂房第二层的走廊楼梯各一个。此外在安装厂上游设有上吊车用的专用梯子。通道楼梯与副厂房走廊相配合，使场内交通比较方便，为运行管理创造了良好的条件。十一、厂房混凝土的浇筑分期厂房混凝土由于机组安装的要求，一般分成两期浇筑，其中尾水管、上下游墙、排架柱、吊车梁以及部分楼板层梁，在施工中先行浇筑混凝土，称为一期混凝土，而为了机组的安装和埋件需要预留空位，要等到机组部分设备到货，尾水管圆锥段钢板内衬和金属蜗壳安装好后再行浇筑，称为二期混凝土，见厂房剖平面图。十二、结构布置主厂房水轮机层以上部分,除了机座之外，主要为梁板，柱的结构。发电机层楼板厚度为0.30m，支承在通风罩和上下游混凝土墙的牛腿上，由于分期施工要求，在机组间加设了钢架，不仅用来支承发电机层楼板的荷载，而且具有加强构架的作用，刚架大梁的断面为40cm80cm,立柱的断面是40cm40cm。构架柱的下断面为0.80m1.20m的矩形断面，上断面则为0.80cm0.90cm，牛腿高为1.20m，倾角为45，直角边长为0.50米，构架的间距为6.00米。副厂房选用的结构形式是钢筋混凝土钢架。副厂房的一部分荷载传递到主厂房构架上，因而其分缝与主厂房分缝相一致。构架立柱断面为0.4m0.5m。中央控制室主梁断面为0.4m0.8m。其余各层的主梁断面为0.40m0.60m。次梁断面为0.20m0.4m、0.20m0.5m和0.25m0.50m三种。楼板厚度为710cm。十三、成果把设计成果绘制成两张A1的图纸，包括厂房横剖面图(比例1：100)以及主要设备技术指标表(手绘)和厂房安装间层、水轮机层、蜗壳层、尾水管层(比例1：200)(计算机绘制)。参考文献：1马善定,汪如泽.水电站建筑物第二版.北京:中国水利水电出版社,1996.2金钟元.水力机械第二版.中国水利水电出版社,2006.3水电站机电设计手册编写组.水电站机电设计手册:水力机械.水利电力出版社,1983.4哈尔滨大电机研究所.水轮发电机组设计手册第一部分水轮机设计手册.北京:机械工业出版社,1976.5湖北省水利勘测设计院.小型水电站机电设计手册:水利机械.北京:水利电力出版社,1985.6SL266-2001,水电站厂房设计规范.中国水利水电出版社,2001.7郭雪莽.水电站多媒体教学网:水电站电子教案.Http://sdz/jxja.asp.8韩菊红,温新丽,马跃先.水电站.黄河水利出版社,2003.9匡会健.水电站.中国水利水电出版社,2005.The brief introduction of the factory building designSummary about the Miyun Hinge MiYun Reservior，which strides across Chao Rriver and Bai River ,twenty kilometers from the MiYun,is located in the north of that .The two rivers are combined into CaoBai River ,which is ten kilometers from the MiYun town, in the north of the town .The lowest watershed of the Cao River and Bai River is JinGou River ,whose height is 130 meters ,in which CaoRiver Reservior and BaiRiver Reservior are joined .The else part of the Cao River and Bai River ,whose height higher more than 130meters ,combined into a reservoir,namely MiYun Reservior .The severalannual mean river discharge is 50.5 m3/s .The MiYun Reservior , whose main mask are controlling flood and supplying water for agriculture ,is an integrated hydraulic engineering , and also could supply with the benefit of generating electricity.Some characteristic water level of the reservoir as follows :Dead water level : 126.0m ;Normal high water level : 157.5m ；Design flood level : 158.2m ；Check flood level ： 159.5m ;Height of the top of dam: 160.00m .Main marine construction include :(1).Blockwater structures :The BaiRiver dam and the CaoRiver dam consist into the Main dam. ;five secondary dams ,are rolledout earth rock dam ;the highest dam is the BaiRiver main dam ,whose height is 66.4m ；CaoRiver main dam highs 56m ;each secondary dam high 15.7m39.0m .(2).Outlet structures :.Spillway :including two ones in the left shore of the CaoRiver , first spillway and second spillway .The first spillway , is a normal one, whose bottom height is 140m , draing the 100annual flood , which is five holes riverside type with bosomwall .The second spillway , is a abnormal one , combining with the first one ,drainging the 1000annual flood , which is five open riverside type .Tunnel :a. The generate electricity tunnel in the left shore of the BaiRiver , generating electricity and supplying with water for downstream agriculture ; a outlet supporting tunnel is setted at the upriver of the regulatingpressure well , whose function is draining the 1000annual super flood .The intake tower , the height of whose inlet bottom is 116m , the diameter of which is 6m , the length of which is 416m ,whose inclination is 1:400 ; The regulating-pressure well is cyclinder type , whose inner radius is 17.1m ,behind which there are two imbeddedpressure type steel pipes ,whose diameter is 5.5m ,and the length is 125m .b. The generating electricity and outlet tunnel , whose function are construction flow guiding , generating electricity ,supplying of water , irrigation and draining flood .c. The tunnel for emptying water in the ZouMa Village , is only used as discharging flood during the 1000year flood , else time which is just a construction , whose main function is urgently emptying super flood . The galleries bellow the dam :All of the galleries bellow the dam are temporary construction during construction period , the construction diversion adopt CaoRiver diversion ,simultaneous BaiRiver diversion , therefore it is indispensable to set BaiRiver diversion gallery and CaoRiver diversion gallery ,which can drain 20annual flood ;the NanShi transporting water gallery , is used to supply water for the three irrigations .3. Chioce about the place of the construction of the factory building (1). After comparing the geographical situation of the CaoRiver and the BaiRiver ,because of the height of the CaoRiver bottom higher 10m than the BaiRiver ,it is beneficial to locate the power station in the BaiRiver ,which could generate electricity more 4 million kilowatt-hour than CaoRiver power station . The total capacity is 60MW , including 15 generators ,and the discharge of the BaiRiver power station also could irrigate the downstream tilth .The factory building is riverside diversion type .(2). As the analysis of the topographical features ,geological features,constructing condition and the running managerial circumstances of the two riversid