水电站课程设计任务及指导书

1、水电站课程设计任务及指导书一、设计题目某水电站压力管道结构设计二、课程设计的目的巩固加深所学的理论知识，培养学生运用理论知识和技术资料，分析、解决实际问题的能力。三、课程设计的时间1周（2 005年3月1日5日）四、基本资料某水电站地面压力管道布置型式如图所示。已知钢管直径D=2m，末跨中心断面的计算水头（包括水击压力）为56.25m，支座断面的计算水头为49.08m,伸缩节断面的计算水头为7.89m,支承环间距16m，计算段上下镇墩间距 64m，钢管轴线与水平面倾角为44° °伸缩节距上镇墩2m,伸缩节内止水填料长度b=30cm，填料与管壁摩擦系数为 0.3,支承环的摩擦

2、系数为0.1,钢管采用A3钢。下镇墩的上游端管中心的计算水头为63.4m，镇墩下游端和下游伸缩节中心计算水头近似相等，取为66.1m，镇墩下游端伸缩节的水平钢管长度为5.0m，管内流速为5m/s,镇墩为混凝土结构。五、设计任务1. 确定刚性环间距；2. 按正常运行情况基本荷载组合工况，对最后一跨的四个断面进行结构分析；3. 按正常运行工况设计下镇墩。六、设计步骤及指导1 确定压力管道厚度（全长采用一个厚度），要求确定管壁计算厚度和结构厚度;2. 设计压力管道的刚性环的间距(1) 校核光滑管的稳定性；(2) 设计刚性环的间距及尺寸；(3) 设计支承环的尺寸；3. 对最后一跨的四个断面进行结构分析

3、(1) 受力分析：按正常运行情况的基本组合计算不同断面径向力、法向力和轴向力；(2) 应力计算及强度校核；(3) 抗外压稳定分析(包括管壁和支承环抗外压稳定分析)；4. 镇墩设计镇墩设计内容包括抗滑稳定计算，地基应力校核和尺寸设计。计算步骤如下：(1) 按计算工况计算作用在镇墩上的力；(2) 选定抗滑稳定安全系数(K 一般取1.52.0)和镇墩与地基的摩擦系数f,求出镇墩抗滑稳定需要的重量G；(3) 根据G计算镇墩的体积，进行结构布置，确定镇尺寸，并复核地基应力，使之满足地基允许承载 力。如果不能满足，重新调整镇墩的形状及尺寸，直到满足为止。七、设计成果1 计算说明书一份2 设计图：镇墩结构图

4、八、参考资料1 压力钢管设计规范2 水电站设计参考资料(2)水电站厂房设计.原始资料及设计条件1. 电站的一般概况本电站为一坝后式水电站，电站厂房位于河流左岸，该电站水库具有日调节性能，总库容2.2X 108m3,有效库容0.07 x 108m3，但具有年调节性能的上一级水电站与本电站联合使用，故本电站分担系统尖峰负荷。本电站枢纽中，主要有挡水坝，溢流坝和坝后式厂房三部分，其中溢流坝布置在右岸，左 岸为挡水坝及厂房(见图1)图1电站枢纽布置图电站厂房前为混凝土宽缝重力坝，坝体缝宽为4.0m，最大坝高为55.0m，坝下游坡为1:0.7，机组进水口底坎高程为1600.0m，进水口渐变段后为坝内埋藏

5、式压力引水管，其直径为5.63m，管轴线平行于下游坝坡（见图2）。该工程以发电为主，初步设计时确定该电站装机17.6X 104kW，年发电量为22.8X 108kw.h，其年利用小时数为5180h。根据电站装机容量确定为二级建筑物设计。该河含沙量较大，多年平均输沙量为 0.76X 108t，年平均含沙量为3.1kg/m3，其中大部分是对水轮机起磨损作 用的坚硬矿物。2.上游库水位(1).校核洪水位(P=0.1%):1621.4m(2).设计洪水位(P=0.5%):1620.8m(3).正常咼水位：1619.0m(4).死水位：1618.5m图2电站引水系统布置图4362检杏 廊道V1621.4

6、A1620JV161S.5visoooV1577It水s.s©+0,3. 下游尾水位:(1) . 校核洪水尾水位(P=0.1%):1585.45m(2) . 设计洪水尾水位(P=0.5%):1585.13m3(3) . 正常高尾水位(Q=1400m /s):1581.20m3(4) .最低尾水位(Q=140m/s):1579.8m4. 电站水头(1).最大工作水头：39.5m(2).最小工作水头：35.5m(3).平均水头：39.0m(4).设计水头：38.0m5. 气象资料该电站坝址以上部分属大陆性气候，受内蒙古高原气压控制。(1) .温度：绝对最高气温43.0 C,绝对最低气温-

7、20.3 C(2) . 最大风速：25m/s，多年平均风速：14m/s(3) . 年平均降水量：249.2mm.年平均蒸发量：1572.9mm6. 地质条件坝址附近地质条件较好，岩石坚硬，摩擦系数f=0.60.65,地震等级：八级电站厂房位于河流左岸，其下部靠河岸处基岩侵蚀面高程1579m，下覆卵砾石厚12m,黄土厚23m,而靠河床一侧，基岩侵蚀面高程15771578m,无覆盖层.因建筑物结构要求，靠岸侧基岩最大开挖深度达 26m, 靠河床处基岩开挖深度 913m.7. 对外交通左岸有上坝公路与对外的交通公路相通.另外，沿河流左岸，厂房以标准轨铁路与国家的铁路网接轨。8. 电站的供电对象该电站

8、建成后全部投入 110kV电力系统运行,农业用电，其中新城用户要求供电可靠性很高,主要供电对象为新城，红古城及大川等工业负荷及某市市政,90%以上为一级负荷.电站距新城及红古城均为 30km，距大川约8km。9. 主要机电设备机组台数：4台水轮机型号：HL240-LJ-410 ,其气蚀系数为0.201发电机型号：TS 900/135-56 ,伞式发电机组数据:容量：53000kVA ,45000kW,额定转速 n 0=107r/min飞逸转速：235r/min输出电压：10500V输出电流：2920A转子重：206t定子重：109t总重量：520tn=97.19%cos =0.85,2 2GD

9、 =1150t-m变压器：2台机组共用一台变压器，其型号为：SF-106000/110，即三相油浸风冷双线圈铜线圈变压器，其总重156.5t，器身重80t，油箱附件重37t,油重39.5t，运输重量109.34t。调速器：型号：T-100 重量：5T油压装置：型号：YS-4二. 主要设备的尺寸1.发电机各部分尺寸见图3，其中转子直径为772cm。:| II1I1I* *- ?11¥If y111111I1nrfjj > A - tl: IT图3发电机尺寸，单位：cm2. 导水机构座环立柱高 bo=i.5m座环外直径 Da=6.3m座环立柱数12个导水机构直径 Do=475cm座

10、环内直径Db=5.45m导水叶数24个3. 蜗壳取其包角为345°，可以计算出其各部位的尺寸如图4。553图4蜗壳尺寸图，单位：cm4. 尾水管采用4H型弯肘形尾水管，其尺寸根据水轮机转轮标称直径Di确定。5. 变压器最大外型尺寸为：长5800mm，宽2494mm，高3890mm。6. 调速器高度：1.9m , 平面尺寸：0.8 x 0.8m7. 油压装置40.928外径：D=1336mm ,基础架外径：1670mm,总高 4160mm,桶咼：3237mm ,油箱长度：1916mm ,油箱宽度:1900mm,油箱体高1440mm,油箱总高：2435mm。8.转轮尺寸水轮机转轮外形尺寸

11、由转轮标称直径D1确定，当D1=1.0m 时，各部分之间的尺寸比例如图5。*1.078图5HL240型水轮机转轮流道尺寸图三. 厂房建筑物厂房建筑设计可参考使用定型设计与建筑设计手册。以下是根据有关资料摘录的部分构件尺寸，供使用参考。由于厂房设计中涉及很多有关设备与建筑的资料, 下面列出的资料是很不全面的。（一）.常用木门窗尺寸1.常用木窗尺寸宽高、1.0m1.2m1.5m1.8m2.1m1.0mVVVVV1.2mVVVVV1.5mVVVVV1.8mVVVVV2.1mV |VV| VV2.4mVVVVV2.常用木门尺寸宽 高、0.7m0.80.91.31.51.82.73.01.95mVVVV

12、VV/2.40m/VVVVV/2.70m/VVVVVV3.00m/VVVVV注：（1） “/”表示不常用尺寸，“V”表示常用尺寸。（2）在材料可能情况下，门洞口高、宽大于 2.4m时，应尽量采用钢木大门为宜。（二 ）.主厂房屋面结构主厂房的屋面结构一般采用钢筋混凝土予制构件，以节省模板。常用的是薄腹屋面梁，其上部为大型予制屋面板，见图6。B2h屋面梁尺寸（单位：cm）型号LH1H2h1h2B1B2SL-9895593912121830SL-121195895312142030SL-151495896614162240SL-1817951098016182440于46m跨度）。屋面的防水层和保温

13、层可采用图 8所示的结构，保温材料可采用炉渣或珍珠岩粉等，厚度由当地气温条件决綠豆砂1 cm三毡四油防水层保温层找平层2cm大型屋面板J1r纤務极3-300 :細右泡抵htt T r 30mm Y一T奉吊车谁图9吊车粱结构图8屋面结构图7预应力预制槽形屋面板（三）.吊车梁及吊车柱在初步设计时粱和柱的尺寸可参考如下经验数值估计。1吊车梁吊车梁的断面图如图9。非预应力的T形截面吊车梁，其截面高度一般约为跨度的1/71/10,梁肋宽为梁高的1/31/4, 一般取为2040cm，翼板厚度常取为粱 高的1/61/10，但不小于10cm.翼板宽度除考虑受力条件外，还应 有足够尺寸以布置钢轨及埋置锚固钢轨的

14、附件，一般不小于35cm。2吊车柱水电站厂房中现浇的吊车立柱大多采用矩形截面，当吊车起重能力在10t以上时，下柱截面高度h不小于H2/12H2/14，截面宽度b 不小于 出/25（在此，H2为下柱高度，一般要求 b>40cm.例如， 有的工程设计中，吊车荷载为100t时，下柱截面取为50 x 100cm。 预制柱与大块混凝土基础的连接，如图10所示，柱子插入基础的深度比可考虑为：H1> h，H1> 2d H1> 0.05H（d为柱子纵筋直径）基础的杯口内面在施工时必须拉毛，安装时杯底及四周均用不小于200号的细石混凝土浇灌。（四）.墙砖砌体的厚度规定为24，37或49c

15、m，采用的结构厚度参照结构要求。（五）.厂房抗震结构要求四. 起重机1.额定起重量起重机允许起吊的最大部件重量和取物装置（如平衡粱，专用吊具等）自重之和称为额定起重量。水电站主厂房起重机的额定起重量，一般决定于发电机转子重量，有时还要考虑起吊主变压器的要求，水电 站装机超过四台，建议采用两台起重量相等的起重机，每台起重机的额定起重量为最大起重件，平衡梁和吊 具重量之和的一半。预计起重量时平衡梁和吊具的重量一般可按照增加10-12%的最大起重量件的重量来考虑采用两台起重机可以提高机动性，特别是在同时安装数台机组时，可以加快安装进度。2跨度起重机两端车轮中心线间的距离称为起重机的跨度.起重机的跨度

16、已列为国家标准，它由厂房跨度决定.规程中规定：“起重机跨度按每隔0.5m选定”，以满足水电站厂房宽度不一定符合标准要求。3.起升高度吊具上极限位置与下极限位置之间的距离称为起升高度。在水电站中根据主钩吊运水轮机转轮带轴或发电机转子带轴所必须的高度来确定上极限位置，主钩的下极限位置要满足从机坑内（或水轮机进水主阀吊孔内）将水轮机转轮带轴或发电机转子带轴 （或主阀）分别吊运至检 修场地.如果主钩只用于吊装发电机部分，则主钩的下极限位置采用等于地板的高程。付钩的下极限位置，应保证水轮机转轮及埋设部件的安装和检修，可定为与水轮机的顶盖高程相同。国内起重机械厂生产的2 X 50450t门式起重机的基本参

17、数和主要尺寸等有关资料可参考有关资料。4.特制吊车钢轨特制吊车钢轨规格，其主要尺寸和重量见下表，符号见图11.钢轨主要尺寸和重量（mm）型号bb1b2shh1h2RR1R2rr12QU707076.51202812032.5244002338661.5QU8080871303213035264002644861.5QU1001001081503815040304503050882QU1201201291704417045355003456882四. 设计要求1计算水轮机安装高程。2. 绘制蜗壳和尾水管单线图。3. 确定厂房轮廓尺寸，包括长度，宽度和高度，确定各层高程。4. 根据起重量和宽度，确

18、定桥吊型号。5. 划分一，二期混凝土。6. 主厂房的结构布置设计及厂房内各种设备的布置。7. 副厂房的布置设计。8. 厂内交通设计。9. 绘制出厂房横剖面图，发电机层和水轮机层平面图。10. 提交设计说明计算书一份。五. 建议步骤1. 孰悉资料，复习教材第七章。2. 根据蜗壳和尾水管等结构，确定下部块体结构最小尺寸。3. 绘制厂房横剖面图。(1) .计算水轮机安装高程，确定机组轴线。(2) .绘出水轮机，蜗壳，尾水管和发电机。(3) .确定水轮机层高程和发电机层楼板高程。(4) .确定桥吊型号。(5) .确定桥吊轨面高程，厂房高度及宽度。(6) .划分一，二期混凝土，确定尾水管，蜗壳和机墩等结构尺寸。(7) .确定尾水管闸