水电站厂房课程设计

目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第一章 任务书 1\o"CurrentDocument"1.1目的 1\o"CurrentDocument"1.2 设计内容和要求 1\o"CurrentDocument"1.3应提交的设计成果 1\o"CurrentDocument"第二章基本资料 2\o"CurrentDocument"2.1 工程概况 2\o"CurrentDocument"2.2 电站枢纽 2\o"CurrentDocument"2.3 设计依据及参数 2第三章设计过程 5\o"CurrentDocument"3.1 确定设备尺寸 53.1.1 蜗壳尺寸 53.1.2 水轮机和尾水管尺寸 63.1.3发电机尺寸 7\o"CurrentDocument"3.2厂房尺寸 73.2.1 主厂房的平面尺寸 73.2.2 主厂房的立面尺寸 9\o"CurrentDocument"3.3 主厂房各层布置 103.3.1 发电机层布置 103.3.2 水轮机层布置 113.3.3 蜗壳层布置 12\o"CurrentDocument"3.4副厂房的布置 12\o"CurrentDocument"3.5厂区枢纽布置 12第一章任务书1・1目的通过本设计，进一步巩固和加深水电站厂房部分的理论知识，使学生初步掌握水电站厂房设计的步骤和方法，培养和提高学生独立分析问题和运用所学理论知识解决实际问题的能力。1・2设计内容和要求根据给定的原始资料及机电设备，决定厂房在枢纽中的位置，进行厂区和厂房内部的布置，确定厂房的轮廓尺寸。1・3应提交的设计成果（－）设计说明书一份。（二）水电站厂房设计布置图三张：1、沿机组中心线厂房横剖面图（1：100）；2、发电机层平面图（1：100－1：200）；3、水轮机层、蜗壳层综合平面图（1：100－1：200）。（三）厂房枢纽布置简图一张（1：1000）。>第二章基本资料2.1工程概况湘贺水利枢纽位于向河上游，河流全长270km，流域面积6000km2，属于山区河流。本枢纽控制流域面积1350km2，总库容22.15m3，为多年调节水库。本枢纽的目标是防洪和发电。主要建筑物有重力拱坝，坝高77.5m，弧长370m；泄洪建筑物；开敞式溢洪道或泄洪隧洞；发电引水隧洞及岸边地面厂房等工程。水电站总装机60MW，装机4台，单机15MW。电站担任工农业负荷，全部建成后担任系统灌溉负荷。2・2电站枢纽电站厂房位于右岸坝下游几十米处，由引水隧洞供水，主洞内径5.5m，支洞内径3.4m，厂内装置4台混流式立式机组，出线方向为下游，永久公路通至左岸，开关站布置在左岸开阔平地上。2・3设计依据及参数（一）水库及水电站特征参数（1）水库水位。水库校核洪水位为140.00m，水库设计洪水位为137.00m，水库正常

蓄水位为125.00m，水库发电死水位为108.00m，设计洪水尾水位为77.00m，校核洪水尾水位为78.50m。（2）厂址水位—流量关系见表2—1.表2—1厂址水位—流量关系表水位（m）68.5069.2069.5569.7569.9070.20流量(m3/s)0.040.080.0120.0160.0200.0水位（m）70.9571.6072.2074.5076.3078.50流量(m3/s)400.0600.0800.01000.01200.01400.0（3）水电站特征水头。最大水头为56.00m，最小水头为38.00m，平均水头为50.84m，计算水头为48.30m。（4） 地形地质。左岸地势较为平缓，右岸地势较陡。枢纽基岩系凝灰岩，岩石抗压强度较高，厂区有第四纪沉积层，厚约为3m,河床砂卵石覆盖层平均深度为2〜4m。（5） 供电方式。本电站初期为3台机组，远景为4台机组，投入系统运行。根据系统要求，本电站能做调相运行，水电站主接线采用扩大单元接线方式，采用llOkV、35kV及发电机电压10.5kV三种电压等级送电，高压侧采用桥形接线方式。（6） 对外交通。下游左岸有永久公路通过。（二）水电站主要动力设备及辅助设备（1） 水轮机：型号HL220—LJ—225，额定出力15.6MW，额定转速214.3r/min,单机额定（最大）流量36.2m3/s。（2） 水轮发电机：型号SF15—28/550，发电机的外形尺寸见图2—1，相关参数见表2—2.表2—2发电机基本参数额定功率kW 功率因数cos© 额定转速r/min 额定电压kV 转子带轴重t（3）调速器设备。调速器型号为DT—100，机械柜尺寸为长X宽X高=750mmX950mmX1375mm,电气柜尺寸为长X宽X高=550mmX804mmX2360mm,油压装置型号为YZ—

1.0，其基本参数见表2—3.表2—3油压装置基本参数 单位：mm型号油箱长度m油箱宽度n油罐总高H油罐筒高h油罐直径DYZ—1.019161900245716949304）厂房附属设备。水轮机前的蝴蝶阀型号和尺寸见表2—4.表2—4蝴蝶阀基本参数型号直径cm承受水头m装置方式阀重t阀体长m吊孔尺寸mDF340—8534085立轴201.21.8X4.3桥式吊车型号及尺寸见有关资料，选定吊车型号并选用有关尺寸。（5）电气设备。三相三绕组主变2台：型号SFSL1—50000/110/35/10,尺寸为长X宽><高=6820mmX4520mmX8200mm,轨距为1435mm,检修起吊高度8200mm,主变压器自身重39.5t；厂用变压器2台，型号：SJL1—630/10/0.4,其基本参数见表2—5.表2—5厂用变压器基本参数变压器容量kVA丿变室面积mXm门高m吊物孔尺寸m630/105X32.52.5X2.0每台机组有6块机旁盘,其中控制盘、保护盘、表计盘、动力盘各1块,励磁盘2块。机旁盘尺寸为宽X厚X高=800mmX550mmX2360mm.（三）副厂房参考面积副厂房参考面积见有关资料。>第三章设计过程>3・1确定设备尺寸> 3・1・1蜗壳尺寸蜗壳型式及主要参数。2.3设计资料中表明设计水头（计算水头）Hr=48.30m,水头大于40m,因此选择金属蜗壳。蜗壳断面均为圆形，以改善其受力条件。金属蜗壳包角©0=345°。TOC\o"1-5"\h\z蜗壳水力计算。现已知H=48.30m，最大引用流量Q=36.2m3/s,座环固定导叶外径r maxD和外径Db已经给出分别为：D=3.85m、Db=3.25m。根据H=48.30m查蜗壳进口断面平均a b a b r流速曲线（见得《水电站》（第四版，刘启钊主编）P36图2—8）Vc=5.7m/s。对于任意断面

见图3—1.满足= ，断面半径卩］=、耳=JQmax@i，断面中心距斗=冷+Pj，断1 max360。 jNnVc7360°nVc 1a1面外半径Ri=ra + pi，其中ra = Da/2, r» = Db/2，甲i为从蜗壳鼻端至断面i的包角。下面按图3—2所示计算。计算表见表3—1. aiR-图3—1金属蜗壳水力计算0404图3—2金属蜗壳的平面单线图

表3—1蜗壳尺寸计算表断面©/°iQmaxQi1P/m1r/mar/mba/m1R/m173036.23.020.411.9251.6252.342.7567536.27.540.651.9251.6252.573.22512036.212.070.821.9251.6252.753.57416536.216.590.961.9251.6252.893.85321036.221.121.091.9251.6253.014.10225536.225.641.201.9251.6253.124.32130036.230.171.301.9251.6253.224.52034536.234.691.391.9251.6253.324.713.1.2水轮机和尾水管尺寸根据水轮机型号及参数可以得D]=2.25m。表3—2推荐的尾水管尺寸表h/D1L/D1B/D51D/D41h/D41h/D61L/D11h/D51肘形型式适用范围2.24.51.8081.11.10.5740.941.3金属里衬肘管h/D=1.14 1混流式D>D122.34.52.421.21.20.61.621.27标准混凝土肘管轴流式2.64.52.721.351.350.6751.821.22标准混凝土肘管混流式DWDQ41hD4h3b0DQ41hD4h3b0D6D2D5图3—3混流式水轮机转轮流道尺寸表3—3混流式水轮机转轮流道尺寸（以D,为基准，单|M立m)DD2D3DDDbhh2h3h1.0001.0820.9280.8700.4780.1160.2500.0540.1650.4820.3092.2502.4352.0881.9581.0760.2610.5630.1220.3711.0850.695图3—4弯肘形尾水管尺寸示意图图3—4中各数值经过计算得出，见表3—4。ehh2h3hhhD3DL8°0.1220.3712.1443.0382.7451.5192.4353.0384.095表3—4尾水管尺寸表单位mL10.125> 3.1.3发电机尺寸在2.3中，已给出水轮机的型号和参数：型号HL220—LJ—225，额定出力15.6MW额定转速214.3r/min,单机额定（最大）流量36.2m3s。发电机尺寸见图2—1.>3.2厂房尺寸> 3.2.1主厂房的平面尺寸（一）机组段长度L]=L+x+L_x。蜗壳层决定的机组段长度为蜗壳外包线尺寸以及蜗壳外二期混凝土厚度,如图3—5：L1=L+x+L_x=R1+§1+R2+§2=（4-71+1-2）+（3-85+1-5）=11-26m

发电机层决定的机组段长度，如图3—5：L1=L+x+L-x=由于在+b+8)+(D3+b+6)=8.4+3.0+0.3X2=12・L1=L+x+L-x=由于在23223机组之间设置楼梯，故b取值4.0m；D3为发电机风罩内径。1-1+xx2LR2R]1A3D3b2图3—5机组段长度计算示意图取大值13.0m,因此机组段长度为13.0m。端机组段长度l2=L]+al,al决定于装配厂位置，桥吊宽度和工作范围，应保证机组中心线或进水阀中心线在吊钩极限位置以内，并留有一定的裕度，此处AL=B+0.5,B2为桥吊最大宽度，主钩容重100t的单小车B=8.616m,则L2=L]+AL=17.8，取为18m。（二）主厂房的宽度决定于机组尺寸和发电机层设备布置，具体布置图见厂房布置图。B=B+B，B=D3+6+A，B=D3+通道宽度，A为风罩外侧至厂房上游墙上下上2 3 下2内侧（或立柱内侧）净距，决定于设备布置，A=6.0m,83=0.3m，则B=10.5m；下游3上通道宽度取为2.0m,则B=6.5m；则B=B+B=17.0m。下 上下（三）装配厂平面尺寸。宽度与主机室同宽，长度取决于一台机组扩大性检修所需要的面积，本设计中主要为发电机转子、上机架、水轮机转轮、顶盖；转子周围检修距离2m,其他为lm。具体布置图见厂房布置图。确定装配厂长度为18m。（四）厂房整体尺寸：长度为L总=18+13X3+18=75m，宽度为17m。其平面布置情况见发电机层平面图。3.2.2主厂房的立面尺寸（一）水轮机安装高程Z、=Zw+H,+“，式中Zw为设计尾水位；b0为导叶高度，安ws2 w 0b0=0.5625m；Hs为吸出高。表3—5确定下游尾水位的水轮机过流流量电站装机台数1台或2台3台或4台5台及以上水轮机过流量1台水轮机50%的额定流量1台水轮机的额定流量1.5—2台水轮机的额定流量本电站装机4台，取一台机组额定流量为36.2m3/s,据表2—1插值得Zw=69.1335m。H=10.0-^w-（o+A。）H，其中H—般取设计水头，此处为48.30m。查《水s 900 m电站》（第四版，刘启钊主编）P79表3—6得。=0.133，通过教材P52图2—26得A。=m0.025，计算得H=2.2918m。S得z=71.71m。安（二） 水轮机层地面高程Z水=乙安+Pmax+h］，蜗壳最大半径查表3—1得pmax=1.39m；蜗壳顶部混凝土厚度，一般不小于1m,此处取h.=1.0m；得Z「=74.10m。1 水安（三） 发电机装置高程Z壮=Zr+h2+h3，机墩进人孔高度h2,一般取2m；进人孔顶装 安 2 3 2部混凝土厚度h3，—般取1.5m；贝吃壮=77.60m。3装（四） 发电机层楼板高程Z^=Z+h4，h4为定子高度，见图2—1，h4=2.43m，则发 装 4 4 4Z=80.03m,高于下游校核洪水位78.50m，满足要求；此时，水轮机层地面至发电机层发楼板层的高度为h2+h3+h4=5.93m，发电机层楼板厚度在0.2—0.25m之间，得到的净空高度大于3.5—4.0m,因此是符合要求的。（五） 吊车轨顶高程Z=Z+0.92+h5+h6+h7+h8，首先应选择吊车，选择单小轨发 5 6 7 8车主钩容重为100t,副钩容重为20t,由于已确定主厂房宽度为17m,吊车跨度从选用16.0m。h5为吊物垂直安全距离，若为柔性吊具为0.6—1.0m，刚性钓具为0.25—0.5m,此处取1.0m，同时满足以上两条件；h6为起吊部件高度，取决于发电机转子带轴4.39m（由图2—1确定）、水轮机转轮带轴为Z-1.76m—Z+转轮高度1.085m—05625=4.9338m，此处主变不考装 安 2虑，因此取h6=4.9338m；h?为钓具或吊索的高度，此处取1.5m；h8为吊钩距轨顶的距离，取1.472m；有以上数据得Z=89.86mo轨（六） 屋面大梁底面高程Z梁=Z轨+h9+h10,h9为桥吊轨顶至小车顶距离，为3.692m；h10为小车顶部到屋面大梁底部的距离，一般取0.3m;因此Z梁=93.85mo梁（七） 屋顶高程Z=Z+h,h为屋面大梁高度为跨度的1/12—1/8,此处取为1.5m；顶梁11 11屋面板+保温防水层高度取为0.3m；贝吃=95.65m。顶（八） 厂房基础开挖高程Z_=Z、—b0—h—5,其中h为尾水管高度，在3.1.2中计挖安2算为h=h+h+h+h=0-122+0.371+2.144+3.038=5.675m；b=0.5625m；§为1 2 3 4 0尾水管底板厚度，由于厂房所在位置岩石为凝灰岩，强度较高，可以取§=1.0m；由此可以计算得Z=71.71一一5.675一1.0=64.75m。挖2厂房立面尺寸见附图1和横剖面图。A3・3主厂房各层布置> 3・3・1发电机层布置发电机采用上机架埋入式布置，需布置发电机、调速设备（包括油压装置、电气柜、机械柜）、机旁盘、楼梯、吊阀孔、交通道等。布置情况见图3—6和本说明书后附图2.详细布置见湘贺水电站厂房发电机层平面布置图。

图3图3—6发电机层平面布