水电站厂房课程设计西华

1、课程设计报告（理工类）课程名 称：水电站建筑物课程设计课程代码：8511961学院（直属系）： 能源与环境学院年级/专业/班:2010级/水利水电工程/2班学生姓名：学号：332010080801003实验总成绩：任课教师：杨曜开课学院：能源与环境学院水电站厂房课程设计任务书西华大学能源与环境学院2012年5月、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。二、课程设计的内容与要求设计的内容概括地说，就是在给定工程枢纽布置和厂区位置的前提下，利用现有资

2、料进行厂房布置设计。具体内容包括：1确定主厂房的轮廓尺寸；确定厂房轮廓尺寸时有关机组和设备的尺寸可由给定的基本数据查找或查阅有关的工具书。2绘出蜗壳与尾水管单线图，拟定转轮流道、座环等尺寸；3选择厂房起重设备；4进行厂区布置；厂区布置可在地形图上绘出，要求至少拟定两个方案进行比较后，确定一个方 案。5进行厂房布置；厂房布置的具体内容包括主、副厂房的布置和对厂房结构布置的考虑，说明如 下：在布置主、副厂房的同时，对厂房的结构布置一定要有考虑，包括：a.主厂房的分缝b. 一、二期混凝土的划分c.止水的设置d.下部块体结构的布置，包括机墩、蜗壳混凝土、尾水管的结构型式、尾水 闸墩、上下游墙等的结构布

3、置，在下部块体中要设哪些工作孔道，在什么位置等。e.上部结构布置，包括主厂房构架、屋顶结构、吊车梁、发电机层板梁柱等。厂房机电设备的布置，主要包括以下五个方面的布置：a.电站主接线图规定的一次回路系统线路怎么走，发电机引出线，引出后如何经低压配电装置进主变，是否设置母线道？b.水轮机调速系统布置在上游还是下游？相应的操作柜和机旁盘怎么布置？c. 主厂房内各层都布置那些设备？d. 厂内起重设备如何布置？如机组检修、主变检修，蝶阀吊装等。e.厂内交通如何安排?主机间和主厂房各层的通道，发电机层至水轮机层的楼梯，主副厂房之间如何相通？如何上吊车操作室？下部块体结构的各工作孔道如何与厂内交通相连？副厂

4、房的布置及参考面积（m2）三、课程设计的具体步骤和时间安排设计步骤具体内容时间分配1布置任务、借参考资料0.5天2拟定蜗壳、尾水管单线图和转轮流道、座环尺寸等0.5天3选择起重设备0.5天4确定厂房轮廓尺寸1.5天5厂区布置0.5天6厂房内部设备布置（包括对厂房结构布置的0.5天考虑）7绘图5天8整理设计说明书并装订成册1天四、对设计成果的要求1 .图纸：完成A1图纸两张，要求手工绘制。其中厂房横剖面图一张，比例为 1: 100, 并绘出主要设备技术指标表；厂房发电机层、水轮机层、蜗壳层（包括副厂房各层）平面图一张，比例为1: 200。2 .说明书：应包括设计基本资料的应用，设计成果和确定各部

5、分布置的理由和布置方式， 有关计算部分应包括计算依据，计算公式和计算成果，并应指明本设计的设计计算 特点。设计说明书应语言流畅，层次分明，字迹清晰，约 4500字。3 .厂区布置图：选定方案的厂区布置图绘在地形图上，可与设计说明书装订在一起。说明：除两张大图外，其它计算简图、附图、计算成果图均需与设计说明书一起装订成册。课程设计成绩评定表装订在设计说明书最后。五、参考资料1 顾鹏飞, 喻远光 . 水电站厂房设计. 北京：水利电力出版社，19872水电站机电设计手册. 水力机械分册. 北京：水利电力出版社，19873马善定, 汪如泽 . 水电站建筑物. 北京：水利水电出版社，19964华东水利学

6、院主编. 水工设计手册（第七卷）水电站建筑物. 北京：水利电力出版社， 19895水电站厂房设计规范.SL266-20016王树人, 董毓新 . 水电站建筑物. 北京：清华大学出版社，19847四川联合大学. 水电站建筑物设计参考资料8王世泽. 水电站建筑物. 北京：水利电力出版社，19879金钟元, 伏义淑 . 水电站 . 北京：水利水电出版社，1994目录一部分一课程设计的目的 4二密云枢纽的概况 42.1 挡水建筑物 42.2 泄水建筑物 4三厂房枢纽位置的选择 53.1 挡水建筑物的选择 53.2 压力引水系统和厂房枢纽布置的选择 53.3 水电站厂房位置的选择 53.4 主厂房位置的

7、选择 5四电站主接线图 6五其他资料和设计依据 6二部分计算一蜗壳的计算以及单线图的绘制 9二尾水管单线图的绘制 92.1 进口直锥段 112.2 肘管 122.3 进口扩散段 122.4 尾水段高度确定 122.5 尾水管单线图 12三流道尺寸 12四起重设备的选择 13五主厂房平面设计 14六主厂房剖面设计 17七副厂房的布置 19八电站的输电系统 20九主厂房的内部设计 21十结构布置 21十I参考文献 22十二枢纽布置选择草图 23第一部分 水电站设计任务书 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

8、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 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3 50.50m /s。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：126.0m；正常高水位：157.5m；设计洪水位：158.2m；校核洪水 位： 159.5m;坝顶高程： 160.0m。主要建筑物包括：一、 挡

9、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66.4m,潮河主坝56m,各副坝15.7: 39m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140m ，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148.5m,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116.0m,洞径6m,洞长416m ,底坡i 1/400。调压室为圆筒

10、式，内径17.14m。调压室后接两根 埋藏式压力水管，管径 5.5m,管长125m。(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10m水头，每年可多发电400万度。所以，电站设

11、在白河，装机容量为4台单机15MW,共60MW,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(427m),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。有以下两个方案比较：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

12、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5m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510m）,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5m水头，所以最后考虑将厂房建在右岸下游小山沟上游地，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

13、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着，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 1.5万 KW 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10.5KV 。引出后进低压配电装置，经断路器和隔离开关连成10.5KV 发电机电压母线，然后送主变升压，升压后的电流送 110KV 开关站。110KV 高压侧采用

14、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n级建筑物设计。4、电站下游尾水位：最高尾水位：94.6m;正常尾水位：93.5m;单机满负荷出力时尾水位：91.84m;最低尾水位：91.5m 05、水电站装机容量6万 KW ，共四台机，厂房布置在右岸。6、电站设计水头H p 46.2m。p7、水轮机型号：HL211 LJ 225；转轮重量：14T ；轴向水推力：78T ；气蚀系数：0.165,0.027。8、蜗壳尾水管尺寸：单位参数见表1 ，尺寸标注如图三：表 1

15、. 蜗壳尾水管尺寸9、发电机型号： TS550/ 79 28 (SF15- 28/550) ；风道直径：8.4m;定子半径： 6.5m;转子直径：4.90m ;转子带轴总重:82.6T 。查得其尺寸如下图：(单位为：mm)10、蝶阀尺寸：3400cm。11、电气主接线： 输电电压110KV ；主变压器型号：SFL40500/110。12、主压开关站面积：长 宽=70 60 m2。13、辅助设备：(1)调速器：T-100,尺寸：120.0 150.0 190.0 cm ;(2)油压装置： MHY1.7 ,尺寸： 100cm;高 241.2cm。 机旁盘：每台机 4块，每块80 40 240cm;

16、 励磁盘：每台机 5块，每块80 90 190cm。14、对外交通：右岸公路。第二部分设计计算书1蜗壳的计算及单线图的绘制345 ；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 Qc 36m7,设计水头=46.2m,故蜗壳的进口断面平均流速 Vc查水力机械第二版 P99图430(a)曲线得 Vc Kv 4.17m/s。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 D=2250mnW,金属蜗壳的座环外径为 1.925m,座环内径为 1.625m可以由以下公式求得取每隔45度计算一个断面。所以总共计算 8个断面蜗壳单

17、线图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 HL211-LJ-225,参考水力机械 第二版可知：选用水轮机的标称直径为 Di 2.25m,当水轮机的出口直径 D2 d的 混流式水轮机，由水力机械第二版表 4-17知：当 D1 2.25m 时,hL5.8510.136.123.043.041.524.102.75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。3进口直锥段：查水电站机电设计手册水力机械分册，h1 h2 0.192D1 0.432m进 口锥管高度：h3 h hi h2 h4 2.38m；对混流式水轮机，锥管的单边扩

18、散角值可取7-9。(根据图4)出口直径D4 3.038m ,则锥管的单边扩散角arctgD乌 8.10。2h3进口锥管上下直径：D3转轮出口直径D2 1.05 2.25 2.363m,。2、肘管：肘管是一 90o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R (0.6: 1.0)D4 (0.6: 1.0) 2,外壁飞用上限，内壁R7用

19、下限。由水力机械标准混凝土肘管可得，R6 1 3.038 3.038m, R7 0.62 0.6 3.038 1.8228m。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，arctg h5 h6 11.50, L1 3.161m,L2L Li L2 9.202m （3.5.5）Di 7.875m-10.125m。说明：因为算出的B5=6.12m高= 400X 200X 418cm铁芯高：372cm将变压器布置在靠近副厂房的上游侧9 主厂房内部布置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

20、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一台和机旁盘四台，且各布置油压装置一台，每个机组段（ 对应蝴蝶阀中心） 均留有蝴蝶阀预留闸板，用于对蝶阀的吊装检修。1、 2 号机组段上，布置着水轮机层的楼盖，在3、 4 搞号机组上游侧也布置着水轮机层的楼盖。在发电机层布置着直接可以去副厂房的走廊，在发电机层两边布置着供上下层连接的楼梯。水轮机层1 、 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。水轮

21、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。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，。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。且安装间与主厂房的交界处也布置有沉降缝，并用铜片止水防止水的侵蚀与干扰。4 厂内交通：主厂房下游侧有宽2.0m 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，使厂内交通比较方便，为运行管理创造了良好的条件。5 厂外交通为了便于大型机械的运输与进场，在装配间外设着了宽度是12 米的倒车平台，在安装间的下游墙内设置有宽四米，高三米五的启闭门，便于大型机械直接运输进安装间内。10 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