【《双口渡水电站水利水电枢的厂房设计计算过程案例》4000字】

双口渡水电站水利水电枢的厂房设计计算过程案例目录TOC\o"1-3"\h\u7178双口渡水电站水利水电枢的厂房设计计算过程案例 1272251.1水轮机选择 1298271.1.1洪水标准确定 1248781.1.2特征水头确定 2313331.1.3水轮机型号的选择 4202351.1.4水轮机及发电机尺寸确定 7303091.2厂房各层高程的确定 10158421.2.1水轮机安装高程 10262361.2.2主厂房基础开挖高程 1021541.2.3尾水管底部高程 10175651.2.4水轮机层高程 1026851.2.5发电机定子安装高程 11266601.2.6发电机层楼板高程 1195421.2.7吊车轨道顶高程 11327151.2.8主厂房屋顶高程 11158551.2.9尾水平台高程 12205101.3主厂房尺寸确定 12211681.3.1主厂房长度确定 127151.3.2主厂房宽度确定 14249471.3.3副厂房尺寸确定 151.1水轮机选择1.1.1洪水标准确定水电站工程等级按《水利水电工程等级划分及洪水标准》SL252-2017的规定确定。水电站工程等级确定为5级。本次设计厂房采用地面式发电厂房，厂房不作为枢纽挡水建筑物，其洪水标准按下表确定。表5-1水电站厂房永久性水工建筑物洪水标准建筑物级别洪水重现期（年）设计洪水位校核洪水位120010002200～1005003100～50200厂房选用洪水重现期100年作为设计洪水位，洪水重现期500年作为校核洪水位。通过调洪演算可得，设计洪水位为162.94米，校核洪水位为163.59米。1.1.2特征水头确定(5-1)式中：Q——通过水电站水轮机的流量，m³/s;H——水电站净水头，水电站上下游水位之差减去各种水头损失;——水电站效率，等于水轮机效率、发电机效率及机组传动效率的乘积。对于中型水电站A可取（8.0－8.5），本设计取8.2。死水位下，一台机组发电：表5-2死水位+一台机组发电时水头计算表317.5012.01186.55130.95127.021.25通过单变量求解，N=1.25万kw所对应的引用流量Q=12.01m³/s，查得电站厂房处水位～流量关系曲线有，所以死水位下，一台机组发电时的净水头为。死水位下，机组满发：表5-3死水位+机组满发时水头计算表317.5024.07186.91130.59126.672.5通过单变量求解，N=2.5万kw所对应的引用流量Q=24.07m³/s，查得电站厂房处水位～流量关系曲线有，所以死水位下，一台机组发电时的净水头为。正常蓄水位下，一台机组发电：表5-4正常蓄水位+一台机组发电时水头计算表343.0010.04186.47156.53151.831.2通过单变量求解，N=2.5万kw所对应的引用流量Q=10.04m³/s，查得电站厂房处水位～流量关系曲线有，所以正常蓄水位下，一台机组发电时的净水头为。正常蓄水位下，机组满发：表5-5正常蓄水位+机组满发时水头计算表343.0020.13186.81156.19151.502.5通过单变量求解，N=2.5万kw所对应的引用流量Q=20.13m³/s，查得电站厂房处水位～流量关系曲线有，所以正常蓄水位下，一台机组发电时的净水头为。设计洪水位下，机组满发：表5-6设计洪水位+机组满发时水头计算表346.6319.67186.79159.84151.042.5通过单变量求解，N=2.5万kw所对应的引用流量Q=19.67m³/s，查得电站厂房处水位～流量关系曲线有，所以设计洪水位下，一台机组发电时的净水头为。校核洪水位下，机组满发：表5-7校核洪水位+机组满发时水头计算表349.0419.38186.79162.25157.382.5通过单变量求解，N=2.5万kw所对应的引用流量Q=19.38m³/s，查得电站厂房处水位～流量关系曲线有，所以设计洪水位下，一台机组发电时的净水头为。由上表可得，电站的最大水头为157.38m，最小水头为126.67m，平均水头。，根据最大水头和最小水头适合的水轮机有HL160，其推荐使用的水头为110～150m，该机组在水头大于150m时停机不发电。1.1.3水轮机型号的选择1.1.3.1转轮直径的计算HL160型水轮机方案主要参数计算：根据《混流式水轮机的模型主要参数表》（刘启钊编《水电站》）表3-6，可得HL160型水轮机在限制工况下的单位流量，效率=89.0％，由此可假定原型水轮机在该工况下的单位流量，效率。已知额定出力：，设计水头为：。故转轮直径为：查《反击式水轮机转轮标称直径系列》，选用较大的标称直径，取。1.1.3.2转速n计算查《混流式水轮机模型转轮的主要参数表》HL160型水轮机在最优工况下的转速为。初步假定,将已知的和，代入下式：查《磁极对数与同步转速关系表》，选用接近而偏大的同步转速。1.1.3.3效率修正根据《混流式水轮机的模型主要参数表》（刘启钊编《水电站》）表3-6，HL160型水轮机在最优工况下的模型最高效率为，模型转轮直径的为：，故：因为模型水轮机无法做到按比例计算的光滑度，还需要再减去修正值，则可得到效率修正值为，所以对于原型水轮机。与最初假设存在偏差，故重新假设，重新计算转轮直径：故仍选则转轮直径为。1.1.3.4单位参数修正单位转速差值：（5-2）则故单位转速和单位流量可以不加修正。综上所述，原假定得、、是正确得，那么上述计算及选用结果、也是正确得。最终确定水轮机参数为：、、、、。1.1.3.5工作范围检验最大单位流量为：则水轮机的最大引用流量为：在各特征水头下：由图可得，由这三根直线所围成的水轮机工作范围基本包含了该特性曲线的高效率区，所以对于HL160型水轮机方案所选定的参数,是合理的。图5-1HL160水轮机工作范围图1.1.3.6吸出高度计算由水轮机的设计工况参数，，，查图5-1得气蚀系数，由水轮机查气蚀系数修正曲线图可得气蚀系数修正值，再由下式计算：（5-3）式中：——为安全起见取为单台机组以最大引用流量工作时对应得下游水位，为186.55m；——设计水头，142.03m。1.1.3.7飞逸转速1.1.4水轮机及发电机尺寸确定1.1.4.1水轮机尾水管尺寸查《推荐尾水管尺寸表》（刘启钊编《水电站》）表2-1，选用弯肘形标准混凝土肘，,,,,,,,,进口锥管的单边扩散角出口扩散段其顶板仰角一般取取11°，详见厂房布置图。1.1.4.2蜗壳尺寸本设计的作用水头为142.03m，大于，所以采用金属蜗壳；又由于，属于高水头混流式水轮机，所以采用铸焊金属蜗壳。取。根据《蜗壳进口断面平均流速曲线》得到蜗壳进口断面的平均流速为。对于任一断面的流量，通过断面的流量为：（5-4）式中：——从鼻端逆时针旋转到断面得角度。断面半径：（5-5）表5-8蜗壳断面半径计算（°）3453002552101651207530（m）0.600.560.520.470.410.350.280.181.1.4.3发电机的型号及参数得确定极距：（5-6）式中：——额定容量，为12500/0.8=15625kVA；——磁极对数，为4对；——系数取为10。可得。还需要校核飞逸速度：（5-7）式中：——系数，等于；——额定线速度，频率为50Hz时等于极距；可得，低于允许值110～120m/s。定子内径：（5-8）定子铁芯长度：（5-9）式中：——系数，当在10000～100000之间时可取。所以。在选择水轮发电机结构型式时，可用下式作为造型判别：时，采用悬式；（5-10）时，采用伞式；（5-11）时，可采用全伞式；（5-12）式中：——定子铁芯内径（m）；——定子铁芯长度（m）；——额定转速可得，所以采用悬式水轮发电机。表5-9发电机外形尺寸估算表项目计算公式尺寸（cm）项目计算公式尺寸（cm）定子铁芯外径249定子机座高度278定子机座外径324上机架高度42风罩内径524推力轴承高度查表100转子外径169励磁机高度查表150下机架跨度300副励磁机高度查表60机坑直径查表240永磁机高度查表50推力轴承外径200～260220下机架高度20励磁机外径140～160150挡风板间距25法兰底面间距70～150100发电机总高度竖向累加725磁轭轴向高度195主轴高度5801.2厂房各层高程的确定1.2.1水轮机安装高程对于HL160-LJ-120:（5-13）式中：——设计尾水位，186.55m；——导叶高度，。1.2.2主厂房基础开挖高程（5-14）式中：——尾水管尺寸，即尾水管高。——尾水管底板混凝土厚度，取1m。1.2.3尾水管底部高程（5-15）式中：——尾水管高度，为2.64m。1.2.4水轮机层高程（5-16）式中：——蜗壳最大断面半径，0.6m；——包围蜗壳的混凝土最小厚度，金属蜗壳取1.0m。1.2.5发电机定子安装高程（5-17）式中：——水轮机井进人孔高度，取2m；——进人孔顶部的梁深，取1m。1.2.6发电机层楼板高程（5-18）式中：——发电机定子高度，取2m；——上机架高度，取1.3m。水轮机层与发电机层之间的高度一般不小于4米。发电机层地面高程高于下游校核洪水位。本次设计的发电机层满足以上要求。1.2.7吊车轨道顶高程（5-19）式中：——吊运部件与固定的机组或设备的垂直净距，取；——最大吊运部件高度，取；——吊运部件与吊钩间距离，取；——主吊钩的最高位置到轨顶面的距离，取。1.2.8主厂房屋顶高程（5-20）式中：——轨底至小车顶的距离，取；——检修吊车离小车上方的距离，取；——屋顶大梁高度，参照已建工程，取；——屋面板和保温、防水层的厚度，参照已建工程，取。综上所述，可确定主厂房的高度为主厂房屋顶高程与基础开挖高程之差，为26.25m。1.2.9尾水平台高程尾水平台是布置尾水闸门、启闭机的地方，也是闸门检修场，其高程与发电机地面高程相同。1.3主厂房尺寸确定1.3.1主厂房长度确定装有立轴反击式机组的厂房机组段长度由蜗壳、尾水管、发电机等在轴方向的尺寸确定，同时还要考虑机组附属设备和主要通道的尺寸。机组段长度：（5-21）式中：——机组段方向的最大长度——机组段方向的最大长度分别计算蜗壳层、尾水管层、发电机层的和，取其中的最大值。1.3.1.1蜗壳层式中：——蜗壳方向最大的平面尺寸，取；——蜗壳方向最大的平面尺寸，取；——蜗壳外部混凝土厚度，由水工结构确定，初步设计时一般可取。取。图5-1蜗壳层1.3.1.2尾水管层式中：——尾水管的宽度，——尾水管边墩混凝土厚度。取。图5-2尾水管层1.3.2.3发电机层式中：——发电机的风罩内径，取；——发电机的风罩壁厚，取；——两台机组之间风罩外壁的净距，取。图5-3发电机层所以机组段的长度端机组应考虑起吊时吊钩处于工作范围内、以及考虑到厂房边墙和楼梯宽度1.5m，将端机组长度扩大2.5m。安装间长度要能够满足同时将机组主要部件同时置于该区域进行检修的要求，初估时取。