水电站厂房课程设计计算说明书

1、水电站厂房课程设计计算书学院：水利与环境学院指导老师：殷德 胜学号： 2008101440 1 绘制蜗壳单线图一、蜗壳的型式：水轮机的设计头头46.240phmm， 采用金属蜗壳。另外， 由水轮机的型式为hl220lj225，可知本水电站采用金属蜗壳。二、蜗壳主要参数的选择（参考水力机械）金属蜗壳的断面形状为圆形为了良好的水力性能一般蜗壳的包角取0345查表得 (p160) ：3max38.9/qms蜗壳进口断面流量max0360cqq334538.937.3/360cqms, 蜗壳进口断面平均流速cv由图 430 查得，5.8/cvm s。由附录二表 5(p162)查得：3250,3850b

2、admm dmm，则1625,1925barmm rmm其中：bd座环内径；ad座环外径；br座环内半径；ar座环外半径。座环示意图如下图所示座环尺寸（ mm ）比例：1：100三、蜗壳的水力计算1、对于蜗壳进口断面（ p100）断面面积20max34538.96.4273603605.8ccccqqfmvv断面的半径0maxmax34538.91.4303603605.8ccfqmv。从轴中心线到蜗壳外缘的半径：maxmax21.9252 1.4314.786arrm。2、对于断面形状为圆形的任一断面的计算设i为从蜗壳鼻端起算至计算面i 处的包角，则该计算断面处的max360iiqq，max

3、360iicqv，2iairr。其中：3max38.9/qms，5.8/cvm s，19251.925armmm。表( )i3max(/ )360iiqqms2cfmmax()360iicqmv2()iairrm0 0 0 0 1.925 15 1.621 0.279 0.298 2.521 30 3.242 0.559 0.422 2.769 45 4.863 0.838 0.517 2.958 60 6.483 1.118 0.596 3.118 75 8.104 1.397 0.667 3.259 90 9.725 1.677 0.731 3.386 105 11.346 1.956 0

4、.789 3.503 120 12.967 2.236 0.844 3.612 135 14.588 2.515 0.895 3.714 150 16.208 2.795 0.943 3.811 165 17.829 3.074 0.989 3.903 180 19.450 3.353 1.033 3.991 195 21.071 3.633 1.075 4.076 210 22.692 3.912 1.116 4.157 225 24.313 4.192 1.155 4.235 240 25.933 4.471 1.193 4.311 255 27.554 4.751 1.230 4.384

5、 270 29.175 5.030 1.265 4.456 285 30.796 5.310 1.300 4.525 300 32.417 5.589 1.334 4.593 315 34.038 5.869 1.367 4.659 330 35.658 6.148 1.399 4.723 345 37.279 6.427 1.430 4.786 根据计算结果表，画蜗壳单线图，如下图所示，比例为1:80，单位为 mm。2 尾水管单线图的绘制根据已知的资料，得此水电站尾水管对应的尺寸如下：型式1dh1h2h3h4h5h121l2ll4b5b参数1.00 2.93 2.78 2.50 1.525

6、0.795 1.29 1.114 1.384 1.405 2.685 4.09 2.53 3.55 10.4 尺寸2.25 6.593 6.255 5.625 3.431 1.789 2.903 2.507 3.114 3.161 6.041 9.202 5.693 7.988 10.4 为了减少尾水管的开挖深度， 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：3235.6253.4312.194hhhm；进口锥管上下直径：31422.507,3.114dm dm。2、肘管：肘管是一90变截面弯管 , 其进口为圆断面， 出口为矩形断面。 水流在肘管

7、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。一般推荐使用的合理半径4(0.6 1.0)rd，外壁6r用上限，内壁7r用下限。64741.03.114,0.60.63.1141.868rdm rdm。3、出口扩散段：1210.4 ,3.161 ,6.041 ,9.202lm lm lm4、尾水段的高度总高度 h 是由导叶底环平面到尾水管之间的垂直高度。对于hl水轮机由于直锥管环相连接，可取mdd507.223。507.225.221dmd，故属于高比速混流式水轮机。增大尾水管的高度h，对减小水力损失和提高是有利

8、的。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，从而引起工程投资的增加，经过试验，一般对于高比速取12.6hd。16.5932.65.85hmdm，故满足要求。5. 尾水管单线图根据以上的数据绘制单线图h=6.593h5=2.90h2=5.625h3=3.431 尾水管单线图（单位 m ）比例 1:10010.49.2023.1611.789-3.17h1=6.2553 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11.0dm时，220hl型的

9、尺寸可以12.25dm时的转轮流道尺寸，如图：转轮流道尺寸（单位： m） 比例： 1：300.7335r0.73350.70880.432r0.99r0.16882.3632.250.5450.8442.1154 厂房起重设备的设计水电站厂房内桥式起重机的容量大小通常取决于起吊最重件( 发电机转子带轴重 )的重量，其跨度决定于桥式起重机标准系列尺寸，起重机台数取决于机组台数的多少，大小和机组安装检修方式。本水电站吊运构件中最重的为发电机转子带轴重为82.6100tt ，且机组台数4n。故选 1 台单小车桥式起重机，型号为100 / 20tt 。其具体数据如下：取跨度：16lm；起重机最大轮压：

10、 35.9t ；起重机总重： 77.3t ；小车轨距：4400tlmm；小车轮距：2900tkmm；大车轮距；6250kmm；大梁底面至轨道面距离：130fmm；起重机最大宽度：8616bmm；轨道中心至起重机外端距离：1400bmm；轨道中心至起重机顶端距离：3692hmm；主钩至轨面距离：1474hmm；吊钩至轨道中心距离（主） ：122655,1900lmm lmm；副吊钩至轨道中心距离：341300,2355lmm lmm；轨道型号：100qu。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 ：1、 厂房总长度取决于机组段的

11、长度、机组台数和装配场长度。于是总长llnlla1。其中 n 为机组台数，1l为机组段长度，al为安装间长度，l 为端机组段附加长度。1、机组段的长度的确定机组段的长度1l按下式计算：1xxlll。1l应是蜗壳层、尾水管层、发电机层中的最大值。（）蜗壳层：mrmmr903.3,5 .1,786.4211mrlx286.65.1786.411403.55.1903.312rlx则mlllxx689.11403.5286.61。（2）尾水管层：mmb5.1,988.72mbllxx494.55.12988.722则mlllxx988.10494.5494.51。（3）发电机层：338.4,0.3,

12、3mm bm（因在两台机组之间设楼梯时取34m，此处取 3m） 。338.430.362222xblm338.430.362222xblm则16612xxlllm。由以上计算的各层1l，其中发电机层1l最大为 12m，故取112lm。其中:1r蜗壳x方向最大平面尺寸；2r蜗壳x 方向最大平面尺寸；1蜗壳层外部混凝土厚度，初步设计时取1.21.5m，此处取 1.5m；b 尾水管宽度（已知资料） ；2尾水管边墩混凝土厚度，一般取1.5 2.0m；3发电机风罩内径；3发电机风罩壁厚，一般取0.3 0.4m；b 两台机组之间风罩外壁静距，一般取1.52.0m，如设楼梯取 3.4m。2、端机组段长度的确

13、定取10.20.22.250.45ldm，其中：l 安全裕量，采用一台起重机吊装发电机转子时取 0.2 0.3。21120.4512.45lllm3、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1l的1.0 1.5 倍。对于混流式和悬式发电机采用偏小值，因此取1.2 。311.21.2 1214.4llm。因此，可得主厂房总长度为：12333 1212.4514.462.85llllm二、主厂房宽度的确定以机组中心线为界，厂房宽度b 可分为上游侧宽度sb和下游侧宽度xb两部分。sxbbb，332sba。其中，338.4,0.3,4mm am，

14、a风罩外壁至上游内侧的静距。所以，338.40.348.522sbam。xb除满足发电机层要求，还要满足蜗壳y 方向和混凝土厚要求。对于发电机层：332xba。其中， a风罩外壁至下游墙内侧的静距，主要用于主通道取 2m。所以，338.40.326.522xbam。对 于 蜗 壳 层y 方 向 为 ：34.3850.85.185xyxblmb发。 其 中 ：y34.385,0.8lmm。故取6.5xbm。因此，8.56.515sxbbbm。三、厂房各层高程的确定1、水轮机组安装高程t立轴混流式水轮机安装高程由下式计算，0min2ttsbh。sh =10.3-+h-1900。其中：水轮机导叶高度

15、010.250.22.250.45bdm，已知0.165,0.027所以93.510.3(0.1650.027)46.210.326900shm，则：0min0.4591.50.3392.05122ttsbhm。其中：sh吸出高度；0b导叶高度；mint下游设计最低水位。由于4n，故取 1 台机组流量相应的尾水位； 由已知资料， 取min91.84tm；为气蚀系数；为气蚀系数修正值； h 为计算水头；900水电站厂房所在地点海拔高程的校正值。、尾水管底板高程1：012twbh其中：wh底环顶面至尾水管的距离6.255whm；t机组安装高程；0b导叶高度。所以，mhbwt915.85255.62

16、56.045.92203、主厂房基础开挖高程11fh其中1h为底板厚度，取 1.5m mhf415.845.1915.85114、进水阀地面高程2312rh其中：3钢管中心线高程，3t；1r引水钢管半径；2h钢管底部至主阀室地面的高度，钢管底部作通道，2h应大于 1.8m，此处取22hm。所以，23125.592.45287.72rhm5、水轮机层地面高程4：423trh42392.451.43194.88trhm其中：2r蜗壳进水段半径21.430rm；3h蜗壳上部混凝土厚度可取1.0m。6、发电机安装高程g：456ghh。其中：5h进人孔高度，一般取 1.8 2.0m，此处取 1.8m；6

17、h进人孔顶部厚度，一般为左右 1.0m，此处取 1.0m。则：45694.881.8197.68ghhm7、发电机层楼板面高程55gh已知52.12hm，则5597.682.1299.8ghm并且5499.894.884.924mm，满足要求。最高尾水位为94.699.84mm，不会淹没厂房。8、起重机（吊车）的安装高程65678910hhhhh其中：6h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，故61.221.83.02hm；7h吊运部件与固定物之间的垂直净距离，应不小于0.3m，取70.3hm；8h最大吊运部件高度，由资料知85.02hm；9h吊

18、运部件与吊钩之间的距离，一般在1.01.5 m左右，取91.2hm；10h主钩最高位置至轨顶面距离101.474hm则，699.83.020.35.021.21.474110.814m。9、屋顶高程7611hh（屋面板厚度）其中 h 轨道面至起重机顶部距离mh692.3；11h检修吊车在车上留有0.5m高度，110.5hm；则7611110.8143.6920.5115.006115hhm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14.4m，宽与主厂房同宽为15m 。同时，为了满足主变能推入安装间进行维修，在安装间

19、下游侧设置了尺寸为46mm的变压器坑；在安装内设有55mm的发电机转子检修坑，方便发电机转子检修。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4.9m，因此选用门宽为 6m，高 4.5m。安装间地面高程为 99.8m 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。为安全起见，门向外开。7 厂区布置由于密云电站是河岸地面厂房，其布置如下图所示: 。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。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

20、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，由于开关站占地面积很大，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，但是高压管道必须采用埋管，这样造价高，并且地质条件也不允许，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， 故而适应布置占地面积大的副厂房。经过对方案（一）、方案（二）的比较， 采用方案（一）。副厂房安装间主厂房尾水渠开关站主变场进厂公路方案（一）170180190200210220230240250

21、24023022021020019018017016015014013012011010098.5进厂公路副厂房安装间开关站主变场中控室主厂房尾水渠方案（二）17018019020021022023024025024023022021020019018017016015014013012011010098.58 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。中央控制室布置在发电机层， 且位于发电机层的中部， 尽量窗户朝南开，

22、 以及加强通风或空调，室内净高一般为4.04.5m 取 4m 。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，只布置一个出口，门应向外开。集缆室位于中控室和继电保护室的下面，净高在2m 3m之间，取 2m 。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（安装间、水轮机层、水泵室、机修间，油处理室等处）。为辅助设备系统配置的一

23、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。9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，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， 布置每台机组的调速器和机旁盘， 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，布置水轮机层的楼盖，在4 号机组上游侧布置去副厂房的楼梯。水轮机层 4 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

24、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。 每一机组段上都布置着励磁室。低压配电装置室和离子励磁室布置在水轮机层的左端。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装置，在3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 2 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。为了避免地基不均匀沉降，在主副厂房之间用沉降伸缩缝分开，缝宽2cm 。10结构布置主厂房水轮机层以上部分, 除了机座之外，主要

25、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，在机组间加设了刚架柱， 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50cm 100cm,立柱的断面是 50cm 50cm 。构架柱的下断面为1.0m1.50m 的矩形断面，上断面则为1. 0cm 0.50cm，牛腿高为 1.20m，倾角为 45度，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0.5m0.5m。中央控制室主梁断面为 0.5m

26、1.0 m 。 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 。9、成果把设计成果绘制成两张a1的图纸，其中厂房横剖面图一张，包括主要设备技术指标表，比例 1：100。厂房平面图一张，比例1：200，包括发电机层、水轮机层和尾水管层。水电站厂房课程设计评分标准项目权重分值优秀（100x90）良好（ 90x80）中等（ 80x70）及格（ 70x60）不及格（ x60）评分参考标准参考标准参考标准参考标准参考标准设计方法与设计成果025 100 设 计 内 容 完整、设计步骤正确。 设计成果合理

27、可行。理 论 分 析 与计算正确， 数据准确可靠。对 研 究 的 问题 能 较 深 刻分 析 或 有 独到之处， 成果突出， 反映出作 者 很 好 地掌 握 了 有 关基 础 理 论 与专业知识。设 计 内 容 完整、设计步骤正确。 设计成果合理。 理论分 析 与 计 算正确、 数据比较准确。 对研究 的 问 题 能正 确 分 析 或有新见解， 成果比较突出，反 映 出 作 者较 好 地 掌 握了 有 关 基 础理 论 与 专 业知识。设 计 内 容 完整、设计步骤基本正确。 设计 成 果 比 较合理。 理论分析 与 计 算 基本正确， 数据基本准确。 对研 究 的 问 题能 提 出 自 己的

28、见解， 成果有一定意义，反 映 出 作 者基 本 掌 握 了有 关 基 础 与专业知识。设 计 内 容完整、设计步 骤 基 本正确。设计成 果 基 本合理。理论分 析 与 计算无差错。对 某 些 问题 提 出 个人见解，并得 出 研 究结果，作者对 基 础 理论 和 专 业知 识 基 本掌握。设 计 内 容不够完整、设 计 步 骤不够正确。设 计 成 果不合理，理论 分 析 与计 算 有 原则错误。缺乏 研 究 能力， 未取得任何成果，反 映 出 作者 基 础 理论 和 专 业知 识 很 不扎实。文字表达010 100 论 文 结 构 严谨 ， 逻 辑 性强，论述层次清晰， 语言准确，文字流畅论 文 结 构 合理 ， 符 合 逻辑，文章层次分明， 语言准确 ， 文 字 流畅，达到规范化要求论 文 结 构 基本合理， 层次较为分明， 文理通顺， 基本达 到 规 范 化要求论 文 结 构基本合理，论 证 基 本清楚，文字尚通顺，勉强 达 到 规范化要求论 文 结 构不合理，论证不清楚，文 字 不 通顺， 达不到规 范 化 要求答辩情况030 100 能简明扼要、重 点 突 出 地阐 述 论 文 的主要内容， 能准 确 流 利 地回 答 各 种 问题能比较流