水电站厂房课程设计计算书1

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2023年秋季学期课程设计

水利与环境学院系（院）水利水电工程专业

题目水电站厂房课程设计

学生姓名胡浩凡

班级10水利水电工程（1）班

学号2023101143

指导教师朱士江

日期2023年01月08日

三峡大学教务处订制

水电站厂房课程设计说明书

1绘制蜗壳单线图

1.1蜗壳的型式：

首先，本水电站水轮机的最大工作水头Hm?80.4m＞40m，应采用金属蜗壳；其次，由水轮机的型号HL220—LJ—120，可知本水电站采用金属蜗壳。

1.2蜗壳主要参数的选择

金属蜗壳的断面形状为圆形

为了获得良好的水力性能，圆形断面金属蜗壳的包角一般取φ0=345°（P98）。由基本资料可知:Qmax?12.03m3/s蜗壳进口断面流量Qc?Qc?Qmax?0360345?12.03?11.53m3/s。360由图4—30（P99）查得蜗壳进口断面平均流速Vc?6.6m/s。

1.3座环尺寸

查金属蜗壳座环尺寸系列表可知，表中最小转轮直径为1800mm。对表中数据进行分析，发现转轮直径和座环内外径成线性关系，利用excel拟合直线，求出

Da?1.4983D1?307.17，Db?1.2938D1?185.54。

当D1?1200mm时

Da?2105mm，Db?1738mm，则ra?1052.5mm，rb?869mm。

其中：Db—座环内径；Da—座环外径；rb—座环内半径；ra—座环外半径。

座环示意图如下图所示

座环尺寸（单位：mm），比例1:100

1.4蜗壳的水力计算

1.4.1对于蜗壳进口断面（P100）

断面面积Fc?Qc?0Qmax345?12.03???1.75m2Vc360Vc360?6.6Fc?断面的半径?max??0Qmax360Vc????345?12.03?0.746m。

360?6.6??从轴中心线到蜗壳外缘的半径：Rmax?ra?2?max?1.0525?2?0.746?2.545m。1.4.2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Qi??i360Qmax，

?i??iQmax，Ri?ra?2?i。

360Vc?其中：Qmax?12.03m3/s，Vc?6.6m/s，ra?1052.5mm?1.0525m。

表１—１

?i(?)01530Qi?3Q(m/s)max?360?iFc?m2?0.0000.0760.152?i?Qmax?i(m)360??Vc0.0000.1560.220Ri?ra?2?i(m)1.0531.3641.4920.0000.5011.003456075901051201351501651801952102252402552702853003153303451.5042.0052.5063.0083.5094.0104.5115.0135.5146.0156.5167.0187.5198.0208.5219.0239.52410.02510.52611.02811.5290.2280.3040.3800.4560.5320.6080.6840.7590.8350.9110.9871.0631.1391.2151.2911.3671.4431.5191.5951.6711.7470.2690.3110.3480.3810.4110.4400.4670.4920.5160.5390.5610.5820.6020.6220.6410.6600.6780.6960.7130.7290.7461.5911.6751.7481.8141.8751.9321.9862.0362.0842.1302.1742.2162.2572.2972.3352.3722.4082.4442.4782.5112.544根据计算结果表１－１，画蜗壳单线图，如下图所示:

蜗壳单线图（单位：m）比例1:50

2尾水管单线图的绘制

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。

由以下公式:

D111???0.958?1D20.96?0.00038ns0.96?0.00038?220

D11.2??1.253m可得D2?0.9580.958当混流式水轮机出口直径D2＞D1时，由《水利机械》（其次版）表4-17知，当D1=1m时

h2.6L4.5B52.720D41.35h41.35h60.675L11.82h51.22当D1=1.2m时,乘以直径数即得所需尾水管尺寸。

h3.12L5.4B53.264D41.62h41.62h60.81L12.184h51.4642.1进口直锥段

2.1.1导叶底环至转轮出口高度

h1?(0.0013ns?0.117)D1?(0.0013?220?0.117)?1.2?0.2028m

2.1.2转轮出口至尾水管进口高度h2，对混流式机组约为0。2.1.3直圆锥管高度：h3?h?h1?h2?h4?1.2972m2.1.4出口直径

D4?1.62m，进口锥管直径等于转轮出口直径，D3?D2?1.253m则锥管的单边扩散角??arctg?D4?D3?2h3?8.05???7?~9??。

2.2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，外壁R6用上限，内壁R7用下限。

则R6?1.0?D4?1.62m,R7?0.6?D4?0.6?1.62?0.972m。2.3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，

长度L2?L?L1?3.216m???2~3?D1?

仰角??arctg?h5?h6?L2?11.49???10?~13??

由于出口宽度B5?3.264m?10m，所以尾水管出口扩散段之间不设中间支墩。

2.4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。由于D1

hj??2??1??3.5m~4.0m?取hj?4.0m得?2?249.5m

5.3.6起重机（吊车）的安装高程?c?c??2?h7?h8?h9?h10?h11

其中：h7——发电机定子高度和上机架高度之和，由于ne?500r/min?214r/min，得到定子机座高度：

hd?lt?2??93.96?2?47.9?189.76cm?1.90m，由于是悬式机架hs?0.25Di?0.25?183.1?45.775cm?0.46m.由于为

埋入式布置，因此h7?hs?0.46m；

h8——吊运部件与固定的机组或设备间的垂直净距；固定的机组、设备、墙、

柱、地面之间保持水平净距0.3m，垂直净距0.6～1.0m(如采用刚性夹具，垂直净距可减小为0.25～0.5m)，取值0.8m。

h9——最大吊运部件的高度(往往是发电机转子带轮或水轮机转轮带轴)；

由机电设计手册知；查推力轴承、励磁机和永磁机的高度表得

由于Sf?6300kVA?20000kVA推力轴承的高度ht?1000mm。

主励磁机的高度hzl?1500~1800mm，取值1700mm。副励磁机的高度hfl?600mm。永磁机的高度hyc?500mm。由于是悬式机架下机架高度为

hx?0.12Di?0.12?183.1?21.972cm?219.72mm定子支座支承面子下机架支承面或下挡风板之间的距离

hdx?0.15Di?0.15?183.1?27.465cm?274.65mm下机架支承面至主轴法兰底面之间的距离hxz?700~1500mm，取

值1100mm。

由于有风扇，转子磁轭轴向高度hzc?lt??700~1000?mm

hzc?939.?680?017mm39.?6m

1.由于在上机架上有主副励磁机，定子机座支承面到发电机顶部

hdf?hd?hs?ht?hzl?hfl?1.90?0.46?1.0?1.7?0.6?0.85?定子支承面到大轴法兰面的距离

hdd?hdx?hxz?274.65?1100?1374.65mm?1.375m

定子铁芯轴向中心线到法兰盘的距离

hdt?0.46hd?hdd?0.46?1.90?1.375?2.249m

发电机总高

hf?hdf?hdt?5.51?2.249?7.759m

发电机主轴高hfz??0.7~0.9?hf，取hfz?0.8hf?6.21m

h9?hfz?6.21m

h10——吊运部件与吊钩间的距离(一般在1.0～1.5m左右)，取决于发

电机起吊方式和挂索、卡具，取值1.25m；h11——主钩最高位置(上极限位置)至轨顶面距离，由起重机主要参数

查出为830mm。

则，?c?249.43?0.46?0.8?6.21?1.25?0.83?258.98m。

5.3.7屋顶高程?R

?R??c?h12?h13?h14?258.98?3.692?0.5?0.15?263.32m

其中，h12——轨道面至起重机顶部距离h12?3.692m；h13——吊车检修高度0.5m；h14——屋面板厚度；0.15m

5.51m5.3.8尾水管底板高程?W?W??T?b0?hw2其中，hw—底环顶面至尾水管的距离hw?3.12m；b0—导叶高度b0?0.3m。

?W??T?b00.3?hw?243.684??3.12?240.414m22

6厂区布置

7主厂房的布置

7.1发电机层设备布置

发电机层为安放水轮发电机组及辅助设备和仪表表盘的场地，也是运行人员巡回检查机组、监视仪表的场所。主要设备有：

1．机旁盘(自动、保护、量测、动力盘)。与调速器布置在同一侧，靠近厂房的上游或下游墙。

2．调速柜。应与下层的接力器相协调，尽可能靠近机组，并在吊车的工作范围之内。

3．励磁盘。控制励磁机运行，常布置在发电机近旁。4．蝶阀孔。假使在水轮机前装设蝴蝶阀，则其检修需要在发电机层的安装间内进行，在发电机层与其相应的部位预留吊孔，以便利检修和安装。

5．楼梯。一般两台机组设置一个楼梯。由发电机层到水轮机层至少设两个楼梯，分设在主厂房的两端，便于运行人员到水轮机层巡查和操作、及时处理事故。楼梯不应破坏发电机层楼板的梁格系统。

6．吊物孔。在吊车起吊范围内应设供安装检修的吊物孔，以勾通上下层之间的运输，一般布置在既不影响交通、又不影响设备布置的地方，其大小与吊运设备的大小相适应，平日用铁盖板盖住。

发电机层平面设备布置应考虑在吊车主、副钩的工作范围内，以便楼面所有设备都能由厂内吊车起

吊。

7.2水轮机层设备布置

水轮机层是指发电机层以下，蜗壳大块混凝土以上的这部分空间。在水轮机层一般布置：

1．调速器的接