水电站课程设计计算书

1、水电站厂房课程设计计算书1. 蜗壳单线图的绘制1.1蜗壳的型式根据给定的基本资料和设计依据，电站设计水头 Hp=46.2m水轮机型号： HL220-LJ-225。可知采用金届蜗壳。乂 Hp=46.2m>40m满足水电站（第4版） P32页对丁蜗壳型式选择的要求。1.2蜗壳主要参数的选择金届蜗壳的断面形状为圆形，根据水电站 （第4版）P35页可知：为了 获得良好的水力性能及考虑到其结构和加工工艺条件的限制， 一般取蜗壳的包角 为 =345'。通过计算得出最大引用流量Qmax值，计算如下:水轮机额定出力：N=竺=15000 = 15625KW 式中:f 0.96Nf60000KW =

2、15000KW ,气=0.96。2Q1max= Nr 3=625 3 51/.15 m', S (水轮9.81D12Hp 29.81 2.252 46.2 2 0.904p机在该工况下单位流量 q' =Qm =1.15m3/s由表3-6查得）(Qmax =Q1maxD12VH = 1.11 尺 2.252 尺 462 = 38.2m3/s。由蜗壳进口断面流量Qc = Qma甲° ,得Qc = 3气 '我38.2 = 36.61 m3 / s360360”蜗壳进口断面平均流速vc由水电站（第4版）P36页图2-8 （a）查得,Vc =5.6m / s °

3、;由水力机械第二版，水利水电出版社）附录二表 5查得：Db = 3250mm, Da = 3850mm，贝U 上=1625mm = 1.625m, ra = 1925mm = 1.925m。其中：Db座环内径；Da座环外径；rb一座环内半径；ra座环外半径。座环示意图如下图所示：图1座环示意图(单位：mm1.3蜗壳的水力计算(1)对丁蜗壳进口断面(断面0)：断面面积匚上统=65Vc5.6断面的半径Pc =乜=J 6537 = 1.443mc :二二从轴中心到蜗壳外缘的半径：氏=4 2" =1.925 2 1.443 = 4.811m即断面 0: P0 =1.443m , r0=ra=

4、 1.925m , R0 =氏=4.811m。345CD 0(2) 对丁中问任一断面: 蜗壳半径常数为：C 0=J=1062.25*0- ,ra(ra 23) 1.925 1.443-1925 (1.925 2 1.443)设光为从蜗壳鼻端起算至断面i处的包角，则该断面处的:2r°*,r，一 吧断面半径：i C . C断面外半径:R =ra2，*各段计算结果如下表所示:表1蜗壳水力计算表断面2 W i3453300.3250.3111.2501.1961.1181.0941.4431.4044.8114.73423150.2971.1421.0681.3654.6553 二3000.

5、2821.0871.0431.3254.57542850.2681.0331.0161.2854.49452700.2540.9790.9891.2434.41262550.2400.9240.9611.2014.32872400.226P 0.8700.9331.1594.24282250.2120.8150.9031.1154.1559 12100.1980.7610.8721.0704.065101950.1840.7070.8411.0243.974111800.1690.6520.8080.9773.879121650.1550.5980.7730.9293.78213 一1500.

6、1410.5440.7370.8793.682141350.1270.4890.6990.8273.57815 11200.1130.4350.6590.7723.470161050.0990.3810.6170.7163.35617900.0850.3260.5710.6563.23718750.0710.2720.5210.5923.10919 二600.0560.2170.4660.5232.971 一20450.0420.1630.4040.4462.81721300.0280.1090.3300.3582.64122 n150.0140.0540.2330.2472.420 一230

7、0.0000.0000.0000.0001.925根据表1的计算结果可以画出蜗壳单线图，如下图所示:图2金届蜗壳的平面单线图（单位： m2. 绘制尾水管单线图选用的水轮机型号为HL220-LJ-225，即水轮机的标称直径D1 =225cm=2.25m根据已知的资料，得此水电站尾水管对应的尺寸如下：表2尾水管尺寸型式DhH1H2H3H4li1*2L1L2LB4B5a参数12.932.782.51.5250.7951.291.1141.3841.4052.6854.092.533.5510.4尺寸2.256.5936.2555.6253.4311.7892.9032.5073.1143.1616.

8、0419.2035.6937.98810.4尾水管单位参数示意图(5-1 )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)进口直锥管进口直锥管是一垂直的圆锥形扩散管，D3是直锥管的进口直径：对丁混流式水轮机由丁和基础环相连接，可取D3等丁转轮出口直径D2 ,即D3=也=2.5 0m , D4=*2=3.114m。 h3为直圆锥管的高度， h3 =H2 H3 =5.6253.431 = 2.194m。323(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。水流在肘管中 由丁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

9、在转弯后流向 水平段时乂形成了扩散，因而在肘管中产生了较大的水力损失。 根据水力机械 第二版，水利水电出版社)P103页，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R = (0.6 1.0)D4，外壁尺用上限，内壁R7用下限。故R6 =1.064 =3.114m,R7 =0.60= 0.6乂 3.114 = 1.868m。(3) 出口扩散段 a =10.4,|_1 =3.161m,L2 =6.041m,L =L1+L2= 9.202m(4) 尾水管的高度总高度h是由导叶底环平面到尾水管之间的垂直高度。由丁 0 < D2 = D, = 2.507m故届丁高比转速的混流式水轮机

10、。增大尾水管的高度h , 对减小水力损失和提高吐切是有利的，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h的办法，但将会增大开挖量，经过试验，一般对丁高比速取 h Z2.6Di。h =6.593m2.6Di =5.85m,故满足要求。绘制尾水管单线图如下：（单位m>3的_ _&加图3 尾水管单线图（单位：m3. 拟定转轮流道尺寸根据水电站动力设备设计手册 P26页表1-12，已知D=1.0m时HL220型的尺寸，可以求得 0=2.

11、25m时的HL220转轮流道尺寸，如下表：表3 HL220-LJ-225转轮流道尺寸DiD2D3D4D5D6b0h1h2h3h411.0820.9280.8700.4780.1160.2500.0540.1650.4820.3092.252.4352.0881.9581.0760.2610.5630.1220.3711.0850.695绘制的转轮流道尺寸如下:图4水轮机转轮流道尺寸（单位：而4. 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丁起吊最重件（发电机转子带轴重）的重量，其跨度决定丁桥式起重机标准系列尺寸，起重机台数取决丁机组 台数的多少，大小和机组安装检修方式。本水电站

12、吊运构件中最重的为发电机转 子带轴重为82.6t<100t，且机组台数n=4。故选1台单小车桥式起重机，型号 为100t/20to其具体数据如下：取跨度：L = 16m ；起重机最大轮压：35.9t ；起重机总重：77.3t ;小车轨距： J = 4400mm；小车轮距：Kt = 2900mm;大车轮距；K = 6250mm ；大梁底面至轨道面距离：F = 130mm ；起重机最大宽度：B = 8616mm ；轨道中心至起重机外端距离：B1 = 400mm；轨道中心至起重机顶端距离：H =3692mm；主钩至轨面距离：h =1474mm ；吊钩至轨道中心距离（主）：L, =2655mm,

13、L2 = 1900mm；副吊钩至轨道中心距离：L3 = 1300mm, L4 = 2355mm;轨道型号：QU100 05. 确定主厂房的轮廓尺寸5.1主厂房总长度的确定厂房长度取决丁机组段长度、机组台数和装配场长度。丁是主厂房的总长度L可由下式求得：L =（n -1）L1 + L2 +L?式中n为机组台数，L1为机组段长度，L2为端机组段长度，L3为装配场长度。（1）机组段长度的确定机组段长度Li也就是机组的中心距离。它随水电站类型和机型而不同，主 要由蜗壳、尾水管、发电机风罩在x方向（厂房纵向）的尺寸来定，并考虑机组 附届设备及主要交通道、吊运通道、闸孔的布置等所需的尺寸。机组段长度Li可

14、按下式计算：Li =L x L _xL +x为机组段+x方向的最大长度，L _x为机组段-x方向的最大长度。Li应为蜗壳层、尾水管层和发电机层的最大值。1）蜗壳层：R4.811m 1.4m,R2 = 3.782mL * = R i =4.811 1.3 = 6.111mL” = R 、 =3.782 1.3 = 5.082m则 L =L旅 +L =6.111+5.082= 11.193m。其中：R 为？ i=345° 时的 R,即 R1=4.811mR2 为气=165° 时的 Ri,即 R2=3.782mS为蜗壳外包混凝土的厚度，初步设计时取1.2-1.5m，这里取1.3m

15、。2）尾水管层：（对称尾水管）B = B5 = 7.988m，实际取 B =8m（见表2）,62 = 2mB8Lx=L2=2=6m2 2WJ L =L& +L=6+6=12m。其中：B尾水管宽度;&2尾水管边墩混凝土厚度，一般 取1.52.0m,此处取2.0m；3）发电机层:3 =8.4m, 3 = 0.3m,b = 3mLxL*1 b、.3=2 0.3=6m2 222T b '3=W 3 °.3=6mM L = L4x+LT=6+6=12m。其中：4发电机风道直径（见所给资料）发电机风罩壁厚，一般取0.3 0.4m,此处取0.3m；b两台机组之间风罩外壁静距

16、，一般取 1.5 2.0m,因在两台机组 之间设楼梯时取34m此处取3m由以上计算，取其中最大值为 J =12m。(2) 端机组段长度的确定端机组段乂称边机组段,是指在与装配场不同一端的机组段。端机组段长度 L2的确定除需考虑上机组段的因素外，还与装配场的位置，场内是否布置进水 阀，起重机吊运设备的要求等因素有关。附加长度 AL=(0.1 1.0) D1,取 ALH0.2D1 =0.25尺2.25 = 0.563m ,为方便实际施工，取AL=0.6m。乂当采用一台起重设备吊装发电机转子或进水阀时，应保证机组中心线或进水阀中心线在吊钩的极限位置以内，并留0.20.3m的裕量。故L2 = LiL

17、=12 0.6 = 12.6m(3) 装配场尺寸的确定装配场的宽度与主机室的宽度相等，以便利用起重机沿主厂房纵向运行。确 定装配场尺寸关键在丁确定长度，一般约为机组段长度 L1的11.5倍。对丁混 流式水轮机和悬式水轮发电机采用偏小值，因此取 1.2。故L3 =1.2L1 =1.2 12 = 14.4m故，主厂房的总长度L =(n1)L1 +L2 +L3 =(4 1)勺2+12.6 + 14.4 =63m。5.2主厂房宽度的确定(1)以机组中心线为界，厂房宽度B可分为上游侧宽度Bs和下游侧宽度Bx ,即：B = Bx Bs*Bs =业 ' 3 A s 23式中：a风罩外壁至上游侧内墙的

18、净距，取 4m%发电机风罩壁厚，一般取 0.30.4m,本设计取0.3m；*3发电机风罩内径,为8.4m。故 Bs =84+0.3+4=8.5m。主厂房下游侧的宽度Bx除需满足上式外，还需满足蜗壳在-y方向的尺寸和 蜗壳外混凝土厚度的要求。如果下游侧需要布置附届设备、电气设备或以下游侧 作吊运通道，尚需满足上述要求。对丁发电机层：Bx=?+&+A。其中，A风罩外壁至下游墙内侧的静 距，主要用丁主通道取2m。3 .8.4八-所以，Bx =+83 + A = +0.3 + 2 = 6.5m。22对丁蜗壳层 -y 方向为：Bx = L+&3 = 4.328+ 1.5= 5.82m &

19、lt; 6.m。其中：L” = 4.328m 克=1.5m。故取 Bx=6.5m。最后，厂房的总宽度为 B=Bs Bx =8.5 6.5=15m。(2)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如下图所示：桥机|Ib1b2 hbe hb牛腿以上：B =lk 2(b1 b2 h'b)牛腿以下：B =lk 2(e hb)其中：灯一桥机端与轨道中心线的距离，查桥机的有关规定取0.4m；b2一桥机端部与上柱内面间距，一般取 0.3 0.6m,取0.4m；h'b一牛腿上部立柱截面高度，一般取 0.6 1.2m,取0.7m；hb一牛腿下部立柱截面高

20、度，一般取 1.0 2.5m,取1.2m；e一偏心距，一般取 00.25m,取0.25m。所以，牛腿以上：B = L+2(b +b2+h'b)=16 + 2x(0.4+0.4+0.7)=19m。牛腿以下：B =lk 2(e hb) =16 2(0.25 1.2) =18.9m。综合(1) (2)，取主厂房的宽度B为19m5.3厂房各层高程的确定(1)水轮机安装高程 "水轮机安装高程是一个控制性的高程，它取决丁水轮机的机型、允许吸出高度和电站建成后厂房的下游最低水位。对丁立轴混流式水轮机：Zs =, Hs ,贝2其中： 膈为设计尾水位，根据水电站(第4版)P54页表2-5，按

21、一台水轮机的额定流量从下游水位与流量关系曲线中查取，这里根据已给资料， 即取单机满负荷出力时尾水位：91.84m；Hs水轮机允许吸出高度 (m, Hs =10.0-旦-(。+Ao)H ,由9已知资料，。=0.165, Ab =0.027 , V =93.5m(取正常尾水位),H = 46.2m,故93.5Hs =10.0 (0.165 +0.027) 56.2-=1.03m。900b0导水叶高度，b0 =0.25D1 =0.25x2.25= 0.56m。所以，Zs =" + Hs +垃=91.84+1.03+箜6 = 93.15m。22(2)主厂房基础开挖高程 残:* =Zsh2 h

22、3)其中：加一一尾水管底板混凝土厚度，取1.5m；h2尾水管出口断面高度；h3水轮机安装高程Zs向下到尾水管出口顶面的垂直距离。H =h2 h3 = 6.593m故 =93.151.56.593 = 85.057m。尾水管底板高程即为85.057 1.5 =86.557m。(3) 水轮机层地面高程Vi："Zs h4其中：h4蜗壳进口半径与蜗壳顶混凝土层厚，其中蜗壳进水段半径为1.443m,蜗壳顶混凝土层厚取1.0m,故h4=2.443mb故列=93.15 + 2.443 =95.593m，因水轮机层地面高程一般取100mmB整数倍，所以取_, =95.6m。(4) 发电机装置高程VG

23、 :g = '、1 h5 h6其中：h5发电机机墩进人孔高度，一般取 1.82.0m,这里取2.0m；h6机墩进人孔顶部厚度，一般为 1.0m左右，取1.0m。贝 U: VG =95.6 +2 +1.0 =98.6m。(5) 发电机层楼板高程2 :' 2 = ' G h' ._. 、 、 ， ,h 风卓局度，根据发电机型号查得 h =2.12m,故私=98.6 + 2.12=100.72m。并且 -巴T00.72-95.6 = 5.12m4m ,满足水轮机层净高要求，最高尾水位94.6mv100.72m不会淹没厂房，故满足要求。(6) 起重机(吊车)的安装高程耻

24、：'、C ='、2 h7 h8 h9 h10 m式中：h7 发电机定子高度与上机架高度之和，发电机上机架高度为0.9m,定子机座高为1.8m,发电机定子为埋入式，故h0.9m；ha吊运部件与固定物之间的垂直净距离，应为 0.61.0m,取h8 =0.6m ;h9最大吊运部件高度，由发电机型号查得发电机主轴高度，即取h9 = 5.02m；h10吊运部件与吊钩之间的距离，一般在 1.0 1.5 m左右，取hi。=1.3m ;hn 主钩最高位置至轨顶面距离 h, = 1.474m。贝 U, L =100.72+0.9 + 0.6+5.02 + 1.3+1.474 = 110.014m

25、。(7) 屋顶高程Vr :R = '、C , H - h13式中，H为轨道面至起重机顶部距离 H = 3.692m ； h3为检修吊车在车上留有 0.5m 高度,h13 = 0.5m。所以，Vr =110.014 十 3.692+0.5=114.206m。(8) 进水阀地面高程V4：'、4 = '、3 T1 - h2其中：私为钢管中心线高程，7Z93.15mr1为阀门外半径，即引水钢管半径，蝶阀尺寸中3400mm则r1=1700mm=1.7m用为钢管底部至主阀室地面的高度，钢管底部作通道为人检时用，h2 一般为 1.8 2.0m,此处取 h2 =2.0m。贝2= 3 1

26、 一h2 =93.151.72.0=89.45m。5.4装配场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，把装配场布置在厂房的右 侧。由前面已知装配场的长度14.4m，宽与主厂房同宽为19m同时，为了满足 主变能推入装配场进行维修，在安装配场下游侧设置了尺寸为4mx 6m的变压器坑；在安装内设有5m 5m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丁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。装配场地面高程为100.72m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。6. 进行厂区布置

27、由丁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。对丁方案（一），由丁地质条件的限制，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问紧靠，由 丁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。对丁方案（二），由丁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

28、且地 质条件也不允许，而且主厂房上游有一个很宽的地带，用丁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）。24023017018019020021022025021020019018017016015014013012011010098.5方案（一）24023022021020019018017016015014013012011010021022023024098.5方案（二）7. 副厂房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

29、地利用一切可以利用的空间，尽量减少不必要的问室面积，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，以 及加强通风或空调，室内净高一般为 4.0 4.5m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，净局在2m3m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。厂变压问高度按卢蕊高度再 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400m

30、m厂用动力室分散布置在负荷点附近（安装问、水轮机层、水泵室、机修问， 油处理室等处）。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。8. 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。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场内交通：主厂房下游侧有宽2.0 m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