水电站建筑物课程设计

课程设计基本资料（一） 、流域概况该水电站位于S河流的上游，电站坝址以上的流域面积为20,300km2,本电站属于该河流梯级电站中的一个。（二） 、水利动能本电站的主要任务是发电。结合水库特性、地区要求可发挥养鱼等综合利用效益。本电站水库特征水位及电站动能指标见表1表1 H水电站工程特性表名称单位数量备注一、水库特性1、水库特征水位保坝洪水位m297.10校核洪水位（P=0.1%）m293.90设计洪水位（P=1%）m290.90正常蓄水位m290.00死水位m289.002、正常蓄水位时水库面积km215.17二、下泄流量及相应下游水位包括机组过流量1、设计洪水最大下泄量m3.s-18200.00相应下游水位m273.202、校核洪水最大下泄量m3.s-111700.00相应下游水位m274.903、保坝洪水最大下泄量m3.s-115600.00相应下游水位m277.40三、电站电能指标装机容量MW200.00保证出力MW35.00多年平均发电量108kW.h4.35年利用小时数h2255四、主要建筑物及设备1、挡水坝型式混凝土重力坝坝顶高程m298.00最大坝高m46.00坝顶长度m438.002、泄水建筑物（略）3、开关站型式露天式面积（长X宽）10665.604、水轮机工作参数最大工作水头m25.60最小工作水头m22.80设计水头m23.30

流量086420864877777666222222222JE6流量086420864877777666222222222JE6水5000 10000 15000图1下游水位一一流量关系曲线目录第一章引水系统设计第一节进水口设计第二节引水管道设计第三节引水道水力计算第二章水轮发电机组设计第一节水轮机的台数、单机容量与型号选择第二节水轮机主要参数确定第三节蜗壳设计第四节尾水管设计第五节水轮发电机及辅助设备选择第三章水电站厂房设计第一节厂区枢纽布置第二节主厂房尺寸确定第三节桥吊选择第四节主厂房布置设计第五节副厂房设计第四章结论摘要水电站是以发电为主的项目。本次设计主要包括：水轮发电机选择、电站厂房布置、引水系统设计。根据课程设计资料和水电站建筑物设计参考资料确定了相应设计过程，对坝后式水电站设计进行了详细的介绍。关键词坝后式水电站；水轮机；电站厂房；引水系统一、引水系统设计由于本电站为坝后式水电站，故进水口的型式为坝式进水口最大引用流量：QQD2*Hmax1max1式中Q'max——最大引用流量，取为1.4m3/s（经选型之后得出）式中D1 转轮直径Hr 设计水头Q =1.4x6.52x*233=285.52m3/s视为对称水流取0.55淹没深度：Scr=c^4d=0.55x6x七而=10.4m式中c 经验系数0.55~.73，对称进口取小值，侧向进水口取大值。选取0.55V -经济流速，经济流速为5~7m,选择6m/sd 闸门孔口净高考虑冰冻影响为1m，故淹没深度为：11.4m，取11.5m由水电站工程特性表查得：死水位为289m故进水口底部高程为：289—11.5—10=267.5m压力管道直径确定：可用经济流速法确定即（D丫Q兀一=_max"2Jvv为经济流速：4xQ ：4x285.52一o所以:1 max=.， =7.8m所以:兀xv3.14x6进水喇叭口设计：由水利设计参考规范：a=1.1D=1.1x7.8=8.58mb=0.5D=0.5x7.8=3.9mX2V2一进水喇叭口为椭圆：一+：=1a2b2

a 取(1~1.5)D,常用1.1Db 取(13~1/2)D,取0.5D……一X2V2故椭圆方程： -1(平底，三面收缩形式)8.5823.92闸门段设计：选取宽：7.8m,高闸门段设计：选取宽：7.8m,高:10mD2L(L—x)s一渐变中断面宽度；a—渐变中断面高度；r—一渐变中角隅园弧半径；L一渐变段长度；B一矩形断面起始宽度H—一矩形断面起始长度;D—圆形断面终端直径；x-长度变化参数。注：采用直线收缩，相应各参数含义位置如右图所示。渐变段长度：坝式进水口的渐变段长度一般选取为引水道直径的（1~1.5）倍，因此L=1.1D=8.6m渐变中间段各参数：S-3.9m，a-5m，r-1.95m渐变段偏转角：tana=5o3.9-0.1288.6a-7.30满足渐变段60~80的要求。max通气孔：Q-285.52m3/S，V=50m/S（按规范选取）max故：A-Qmax-空=5.7m2故：孔v50通气孔设置在工作闸门之后，校核洪水位为293.9，出口高程为295m，保证不被淹没。拦污栅：采用半圆弧形拦污栅l-闸门宽度+2b-7.8+2x3.9-15.6m直径取16m高度：h拦=闸门高度+b=10+3.9=13.9m高度取14.5m间距：水轮机型号HL310b=—1=0.22m30压力钢管：斜直钢管，与下游坝坡平行，即基本上与坝体最大主压力的方向一致，这样也可以减小坝体荷载在孔口边缘的应力。本设计中将钢管直接埋置在坝体混泥土中，两者为整体，共同承担内水压力二、水轮发电机组的选择（1） 本次课程设计统一选用4台HL310型机组，转轮直径q=6.5m，转速〃=72r/min（2） 计算允许吸出高度H，并确定水电站安装高程Za由水轮机转轮直径q=6.5m，转速n=72r/min查表得：k=1.2（安全系数，k=1.1-1.2）,q=0.36（气蚀系数），H=23.3Q'=1400L/sb=0.391mN,由公式D1=| r 得：1\'9.81QH上13N=9.81D2QH2n3=9.81x6.52x1400x10-3x23.32x82.60，’■0=53906.1KW八Q由公式Q= 得:1Da、；H1一台机组的引用流量：Q=QD2履=1.4x6.52x应33=285.52m3/s11由Q=285.52m3/s查下游水位一一流量关系曲线读得：下游水位为V=263.5m

LfV_ _吸出高度Hs: HS=10-顽-KH2635=10 1.2x0.36x23.3900=-0.36m、,,—TTb安装高程：Z=V.+H+-20.391=263.5—0.36+ 2=263.33mb b 导叶高度0H 吸出高度S（3）选择蜗壳的型式、包角、进口尺寸本次课程设计蜗壳尺寸为L=6.4m，L=4.8m（4）选择尾水管形势及尺寸水轮机转轮直径Di=6制，转速〃=723min比转速:=326.56(m.KW)n<~N72x、53906.1

n= = 比转速:=326.56(m.KW)s5 5H4 23.354水轮机比转速分类水轮机型式比转速ns低中高冲击式4—1516—3031—70混流式60—150151—250251—400轴流式300—450451—700701—1100经查表知水轮机为高比转速混流式水轮机；对高比转速混流式水轮机（ qvD2）取h>2.6D1标准混泥土肘管（q=1m）尺寸：hLB5D4h4h6L1h5肘管型式2.64.52.7201.351.350.6751.821.22标准混泥土肘管水轮机转轮直径D1=6.5m时肘管尺寸hLB5D4h4h6L1h5肘管型式16.929.2517.6808.7758.7754.387511.837.93混泥土肘管（5）选择相应发电机型号和尺寸由参数：N=53906.1KWn=72r/min查水电站建筑物设计参考资料选出发电机的型号为：SF60-96/1350三、厂区枢纽及电站厂房的布置设计（1）厂房枢纽的布置厂房枢纽的布置见图纸（2）主厂房尺寸的确定a、主厂房长度由发电机层考虑:D 2218.14TOC\o"1-5"\h\z= +—2 2=11.05m©b义L=—3+—+B\o"CurrentDocument"-x 2 2 3Db=—2+—2 218.14= +—2 2=11.05m© 发电机风罩内径38 发电机风罩厚度，一般取0.3-0.4m3b 两台机组之间风罩外壁净距，考虑到设置楼梯，取3-4m,计算时取4mD 发电机风罩外径为18100mm2机组段长度：气=L疽Lx=11.05+11.05=22.1m装配场长度：1x匕=1x22.1=22.1m边机组段加长：AL=1xD]=1x6.5=6.5mD 水轮机转轮直径1主厂房长度=L0x机组数+装配场长度+AL=22.1x4+22.1+6.5=117m由蜗壳层考虑：蜗壳外的混泥土结构厚度：©1=0.8m，c2=1m机组段长度：勺=蜗壳平面尺寸+蜗壳外的混泥土结构厚度=L+L+c+c=6.4+4.8+0.8+1=13m边机组段加长：AL=1xD]=1x6.5=6.5m主厂房长度=L0x机组数+装配场长度+AL=13x4+13+6.5=71.5m由尾水管层考虑：长度满足要求综合上述，主厂房长度取：117mb、主厂房宽度由发电机层考虑：发电机风罩外径D2=18100mm，主要通道取3m，次要通道取2m,机旁盘前留1m宽工作地，盘后留1m检修场地，由于辅助设备的需要，上下游各加2m由此得：主厂房宽度B=18.1+3+2+1+1+2+2=29.1m, 取31m由水轮机层考虑：该层布置的水轮机辅助设备、发电机辅助设备和交通通道在31m主厂房宽度内满足要求，不受影响从蜗壳层考虑：检查廊道、进人孔、蜗壳以及尾水管在31m的主厂房宽度内满足要求不受影响吊车标准宽度的验证：选用的发电机转子为伞式发电机转子，重量为382T，查表选用2x200双小车轿式，Lk=25m，在主厂房宽度为31m内满足要求C、主厂房的高度、，，、-一—b安装高程：V—V+H+-2=Z=263.33mb尾水官底板高程：V尾=V安—-2-H尾0.391—263.33——-16.92—246.2345m取246.24m开挖高程：V挖-V尾-混凝土底板厚度=246.24-1.5=244.72mb水轮机地板高程：V水-V安+2+蜗壳顶部混凝土厚度0.391二263.33+— +12—264.5255m取264.53m发电机层地板高程：定子外壳高度h=3150mmV发-V水+进人孔高度+混凝土结构厚度+定子外壳高度=264.53+2+1+3.15=270.68m水轮机层的高度：V发-V水—270.68-264.53—6.15>3.5m满足要求注：由于发电机层楼板高程为270.68小于设计洪水位，因此必须在厂房大门和对外的交通口，设置临时插板以挡洪水。轨道高程:：由发电机中的各个参数可求H=11.74mV=V+h+h+h+/z+h轨发7 8 9 10 11=270.68+1.485+1+10+1+1.1=285.3mh 发电机定子高度和上机架高度之和7h 吊运部件与固定的机组或设备的垂直净距8h 最大吊运部件的高度(H二11.74n,h=(8.2~10.6)xH^10m)9 9h 调运部件与吊钩的距离10h 主钩最高位置至轨顶面距离，可从起重机主要参数表查出11天花板高程：查表知吊车尺寸为5mV=V+吊车尺寸+0.2天轨=285.3+5+0.2=290.5m屋顶高程：屋顶大梁高度和屋面板厚度根据上部结构形式决定，我们选1.5mV=V+屋顶大梁高度+屋面板厚度顶天=290.5+1.5=292m主厂房的高度-V顶挖=292-244.72=47.28m四、结论：本次水电站建筑物课程设计，在设计过程中遇到了如下主要问题，第一，在计算出单机最大引用流量，结合下游水位一一流量关系曲线读出的下游水位高程存在偏差；第二，水轮机效率未修正，引用的最大流量直接是考虑的限制工况时的单位流量计算，结果有偏差；第三，设计初期对发电机的选型遇到了困难，没有设计参考资料，进度被拉缓；第四，对发电机层的平面具体布置了解的不透彻，不清楚主、次要通道与辅助设备的位置关系；第五，根据安装高程计算出发电机层的高程低于设计洪水位，此情况下我们采取临时插板，但是具体的工序，如何施工我们并不清楚，而且从工程上讲并不经济，减少工程投资并不是我们考虑的主要因素；第六，吊车副钩的极限距离＜和匕资料上差不出来；第七，用引用流量和经济流速计算出来的压力管道直径 7.8m，而蜗壳尺寸Lx=6.4m和L=4.8m，两者之间不太合适；第八，压力管道的沿程水头损失和局部水头损失没有考虑；上面的问题有些从参考资料得到了解决，有些问题的需要到工地上实地考察感受才能够解决。尽管如此，但是相信以后遇到此类问题应该能够轻松解决。参考书水利电力部，水电站