课程设计计算书

1、.1绘制蜗壳单线图一、蜗壳的型式：由水轮机的型式为 hl220lj120，可知本水电站采用金属蜗壳。二、蜗壳主要参数的选择 （参考水力机械第二版，水利水电出版社）断面形状采用圆形断面为了良好的水力性能一般蜗壳的包角取345o0计算 qm ax ：n f6300（ f 一发电机效率， 0.95 0.98，此处取 0.95 ）nr6632kwf 0.95查附表 1 得 : 单位流量q1 1.15m 3/ s则 qq1 maxd 2hr1.15 1.22m3/smax162.5 13.09qmax则可求得蜗壳进口断面流量：qco0qc34513.09 12.54m3 /s ,360蜗壳进口断面平均流

2、速vc 由图 430 查得， vc6.7m / s由于水轮机转轮直径小于1800mm,则座环尺寸da(1.55 1.64)d1d b (1.33 1.37)d1取 da1.6d11920mmdb 1.35d1 1620mm则 ra960mmrb 810mm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;.r810r960座环尺寸（ mm）三、蜗壳的水力计算1、对于蜗壳进口断面断面面积fcqcqmax 0 13.093451.87m2vc360 vc3606.7断面的半径maxfcqmax 013.09 345m360vc3606.75.17从

3、轴中心线到蜗壳外缘的半径：rmaxra2 max0.96 25.17 11.3m2、对于中间任一断面：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qiioqmax ，ii qmax， rira2i360o360 vc其中：qmax13.09m3/s v6.7m/s r960mm,c,a表 1i ( )i3f m2qri ra 2i (m)qiqmax (m / s)icmax(m)360i360vc00000.960150.5450.0810.1611.282301.0910.1630.2281.415451.6360.2440.2791.518;.602.1820.3260

4、.3221.604752.7270.4070.3601.680903.2730.4880.3941.7491053.8180.5700.4261.8121204.3630.6510.4551.8711354.9090.7330.4831.9261505.4540.8140.5091.9781656.0000.8950.5342.0281806.5450.9770.5582.0761957.0901.0580.5812.1212107.6361.1400.6022.1652258.1811.2210.6242.2072408.7271.3020.6442.2482559.2721.3840.66

5、42.2882709.8181.4650.6832.32628510.3631.5470.7022.36430010.9081.6280.7202.40031511.4541.7100.7382.43633011.9991.7910.7552.47034512.5451.8720.7722.504根据计算结果表，画蜗壳单线图，如下图所示，;.2尾水管单线图的绘制根据已知的资料，得此水电站尾水管对应的尺寸如下：（单位： m）型式d1hlb5d4h4h6l1h5参数12.64.52.7201.351.350.6751.821.22尺寸1.23.125.43.2641.621.620.812.184

6、1.464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。1、进口直锥段直锥圆管高度 h3 hh1h4 3.12 0.217 1.62 1.28m进口锥管上下直径：d31.26m d 4 1.62m2、肘管：肘管是一 90o 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。一般推荐使用的合理半径 r(0.6 1.0)d 4 ，外壁 r6 用上限，内壁 r7 用下限。r6 1.0d41.62mr70.6d 40.9

7、72m3、出口扩散段：取12 ，长度 l2ll15.4 - 2.184 3.216m尾水管单线图如下图所示：;.3拟定转轮流道尺寸根据水电站机电设计手册 水力机械分册， 已知 d1 1.0m 时，hl220型的尺寸可以 d11.2m 时的转轮流道尺寸，如图：4厂房起重设备的设计水电站厂房内桥式起重机的容量大小通常取决于起吊最重件( 发电机转子带轴重 )的重量，其跨度决定于桥式起重机标准系列尺寸，起重机台数取决于机组台数的多少，大小和机组安装检修方式。发电机的型号是sf630-12/2600 ，额定电压为6300 千伏，磁极对数为6。发电机的极距k f4sf4 6300cm92 643.082

8、p其中， sf - 发电机的额定容量；;.p-磁极对数；k f- 系数，一般为 810，这里取 9。定子内径di2 p26cm43.08164.643.14定子铁芯长度lisf6300cmcdi2ne 3 10 6164.642 500154.95其中， c- 系数，取 310 6 ；ne - 额定转数。d i164.640.0020.035，造型采用悬式。l i ne154.95500发电机总重量sf2/ 36300 2 / 3tg fk1()9()48.7n500式中： sf 发电机额定容量； n 额定转速； k1 系数，对悬式发电机取 8 10；对伞式发电机取7 9；对水内冷式发电机取

9、6 7。发电机转子重量按总重量一半估算即g f / 2 24.35t 100t ，并且机组台数为 3 台，所以选择一台单小车桥式起重机，型号为100t / 20t 。其具体数据如下：取跨度： l16m ；起重机最大轮压：35.9t ；起重机总重： 77.3t ；小车轨距： lt4400mm ；小车轮距： kt2900mm ；大车轮距； k 6250mm；大梁底面至轨道面距离： f130mm；起重机最大宽度： b8616mm ；轨道中心至起重机外端距离：b1400mm ；轨道中心至起重机顶端距离：h3692mm；主钩至轨面距离： h1474mm；吊钩至轨道中心距离（主） ： l12655mm,

10、l21900mm ；副吊钩至轨道中心距离：l31300mm, l42355mm ；轨道型号： qu 100 。;.5厂房轮廓尺寸主要参考水电站机电设计手册 水力机械分册和 水电站厂房设计水利水电出版社。一、主厂房总长度的确定：1、厂房总长度取决于机组段的长度、机组台数和装配场长度。于是总长 l nl1 lal其中 n 为机组台数， l1 为机组段长度，la 为安装间长度，l 为端机组段附加长度。（1）机组段长度的确定机组段的长度 l11lxlx。l1应是蜗壳层、尾水管层、发按下式计算： l电机层中的最大值。蜗壳层： r1 2.504m, 11.5m, r22.028mllxr11xr212.5

11、041.54.004m2.0281.53.528m则l1 l x lx4.0043.5287.532m ；尾水管层： b3.264m,21.5ml xl xb23.2641.53.132m22则 l1l xl x3.1323.1326.264m ；发电 机层 ： 33.2m,30.3m,b3m （因在两台 机组之间设楼梯时 取3 : 4m ，此处取 3m ）。l x3b322则 l1 l xl x3.23，3b33.230.3m220.3 3.4m l x22223.43.43.46.8m由以上计算的各层l1 ，其中蜗壳层 l1 最大为 7.532m，故取 l17.5m其中 : r1 蜗壳x

12、方向最大平面尺寸；;.r2 蜗壳x 方向最大平面尺寸；1 蜗壳层外部混凝土厚度，初步设计时取1.2 1.5 m ，此处取 1.5m ；b 尾水管宽度（已知资料） ；2 尾水管边墩混凝土厚度，一般取1.5 2.0m ；3 发电机风罩内径；3 发电机风罩壁厚，一般取0.3 0.4m ；b 两台机组之间风罩外壁静距，一般取1.52.0m，如设楼梯取 3-4m 。（ 2）、端机组段长度的确定取l0.2d10.2 1.20.24m ，其中：l 安全裕量，采用一台起重机吊装发电机转子时取0.2 0.3。l2l1l7.50.247.74m3、装配场尺寸确定装配场与主机室宽度相等， 以便利用起重机沿主厂房纵向

13、运行。装配厂长度一般约为机组段l1 的 1.0 1.5 倍。对于混流式和悬式发电机采用偏小值，因此取1.2 。l31.2l11.27.59m因此，可得主厂房总长度为： l2l1l2l327.57.74931.74m ，取 32m。二、主厂房宽度的确定以机组中心线为界，厂房宽度b 可分为上游侧宽度 bs 和下游侧宽度 bx 两部分。b bs bx ， bs33a ，其中， 33.2m, 3 0.3m, a 4m ， a 风2罩外壁至上游内侧的静距。所以， bs33a3.220.3 4 5.9m2bx 除满足发电机层要求，还要满足蜗壳y 方向和混凝土厚要求。对于发电机层： bx3a 。其中， a

14、风罩外壁至下游墙内侧的静32;.距，主要用于主通道取 2m 。所以， bx33a3.223.9m20.32对于蜗壳层y 方向为： bx l y32.288 0.3 2.588m bx故取 bx3.9m因此 bbsbx5.93.99.8m ，取 10m。三、厂房各层高程的确定1、水轮机组安装高程t立轴混流式水轮机安装高程由下式计算，tt minh sb0 。2其中：水轮机导叶高度 b0 0.2d10.21.20.24m查附表 1 得0.133，查图 2-16得0.027由 h s10.3()h9001得：251.6h s 10.3 (0.1150.027)62.51 0.145m900则 tt

15、minh sb0244.20.1450.24244.465m22其中： h s 吸出高度； b0 导叶高度；t min 下游设计最低水位。由于n 3 ，故取 1 台机组流量相应的尾水位；由已知资料，取t min251.6m ；气蚀系数；为气蚀系数修正值；h 设计水头；水电站厂房所900在地点海拔高程的校正值。2、尾水管底板高程1 ：1tb0hw ，其中： hw 底环顶面至尾水管的距离 hw2.9m ； t 机组安2装高程； b0 导叶高度。所以，1tb0hw244.465 0.242.9 241.445m223、主厂房基础开挖高程f;.ft(h3h2h1 )241.445(1.4361.464

16、1.5)237.045mh3 水轮机安装高程到尾水管出口顶面的距离，h2 尾水管出口高度，h1 尾水管底板混凝土厚度，取1.5m。4、进水阀地面高程j3r1h2其中：3 钢管中心线高程，3t ； r1 引水钢管半径； h2 钢管底部至主阀室地面的高度，钢管底部作通道，h22。应大于 1.8m ，此处取 h 2m所以，j3r1h2241.4455.52236.695m25、水轮机层地面高程4 ： 4tr2h34tr2 h3 244.465 0.772 1246.237m 246.2m其中： r2 蜗壳进水段半径r20.772m ； h3 蜗壳上部混凝土厚度可取1.0m 。6、发电机安装高程g ：

17、g4h5h6。其中： h5 进人孔高度， 一般取 1.8 2.0m ，此处取 1.8m ；h6 进人孔顶部厚度，一般为左右 1.0m ，此处取 1.0m 。则：g4h5h6246.2371.81249.037m7、发电机层楼板面高程2gh5取 h52m ，则 2gh5249.037 2 251.037m24 251.037246.24.837m 4m ，满足要求。8、起重机的安装高程（轨顶高程）52h6 h7 h8 h9 h10其中： h6 吊运设备时需跨越的固定设备或建筑物的高度，发电机上机架高度 h60.25d i0.251.64640.412m 。;.h7 吊运部件与固定物之间的垂直安全

18、距离在0.6 1.0m，取 h70.6m ；h8 发电机主轴高度，h80.8h0.88.16736.534m ；h9 吊运部件与吊钩之间的距离，一般在1.0 1.5m 之间，取h91.2m ；h10 主钩最高位置 （上极限位置） 至轨顶面距离， h101.474m 。则5251.0370.4120.66.5341.21.474261.257m四、安装间的位置选择及设计因为进厂的公路在主厂房的下游侧，为了运输方便， 把安装间布置在厂房的下游侧。安装间的长度为机组段l1 的 1-1.5倍，对混流式采用偏小值，即9m；安装间宽度与主机室相等， 即 10m。同时，为了满足主变能推入安装间进行维修，在安

19、装间下游侧设置了尺寸为4m6m 的变压器坑；在安装内设有 5m 5m 的发电机转子检修坑，方便发电机转子检修。厂房的大门尺寸取决于运入厂房内最大部件的尺寸。因为上机架为0.41m，因此选用门宽为6m，高 7m。为安全起见，门向外开。对安装间的具体说明如下：（1） 发电机转子直径周围应留2.0m 的空隙，以供安装磁极之用。（2）发电机上机架周围留有1.0m 的间隙，供作通道用。（3）水轮机顶盖及转轮周围留有1.0m 间隙，供作通道之用。 6厂区布置;.7 副厂房的设计副厂房由辅助生产车间， 某些辅助设备的房间和必要的技术所组成，它是各种辅助设备布置和运行人员工作的场所。它的布置原则是运行管理方便

20、和最大限度地利用一切可以利用的空间，尽量减少不必要的间室面积，以减少投资。1、中央控制室布置在发电机层，且位于发电机层的中部，尽量窗户朝南开，以及加强通风或空调，室内净高一般为4.04.5m 取 4m。2、继电保护室布置在中控室，在靠近主机组的副厂房内，配电装置长度在7m以内时，只布置一个出口，门应向外开。3、集缆室位于中控室和继电保护室的下面，净高在2m 3m之间，取 2m。4、母线廊道连接水电站发电机和主变压器，道内布母线，母线距楼板底的净距离不小于 0.8m。5、厂用变压器，尽可能靠近发电机电压配电装置。厂变压间高度按卢蕊高度再加上 700mm，两侧宽度至少加800mm，门高为变压器的高

21、至少加300mm，门宽至少加 400mm。6、厂用动力室分散布置在负荷点附近（安装间、水轮机层、水泵室、机修间，油处理室等处）。7、为辅助设备系统配置的一些房间：空气压缩室，绝缘油库、透平油库，水泵室；应注意，控制温度、防止潮湿、防止火源。8、电气试验室，电气高压实验室，油化实验室，水处理室，都顺序布置在副厂房上游侧，向下游侧开门。8 主厂房的内部布置蜗壳之间布置蝴蝶阀， 在事故停机或检修时， 关断水流，在尾水管出口处备有检修闸门，当尾水管或水轮机检修时，用来挡住尾水进入。在发电层上游侧，布置每台机组的调速器和机旁盘，各布置油压装置一台，每个机组段 ( 对应蝶阀中心 ) 均留有蝴蝶阀吊孔。 1

22、、3 号机组段上，布置水轮机层的楼盖，在 3 号机组上游侧布置在去副厂房的楼梯。水轮机层 3 号机组段上布置去蝴蝶阀层的楼梯。作用筒布置在机座的上游侧，调速器恢复机构（杠杆）在右侧作用筒上，并与位于发电机层的调压器的有关机构相对应。;.两台高压空气压缩机布置在3 号机组作用筒的右侧，为油压装置充气之用。每一机组段上都布置着励磁室。低压配电装置室和离子励磁室布置在水轮机层的左端。每条压力管道上均安装有蝴蝶阀， 在其前为伸缩节。 每个机组段都设有漏油装置，在 3 号机组段上设有集水井。 排水沟布置在上游墙侧， 在集水井两侧布置尾水管排水泵两台，集水井排水泵两台，在 2 号机组上，布置消防水泵一台，

23、每个机组段上均设有进入尾水管的进水廊道。 为了避免地基不均匀沉降， 在主副厂房之间用沉降伸缩缝分开，缝宽 2cm。9 结构布置主厂房水轮机层以上部分, 除了机座之外，主要为梁板，柱的结构。发电机层楼板厚度为 0.30m，支承在通风罩和上下游混凝土墙的牛腿上，由于分期施工要求，在机组间加设了刚架柱，不仅用来支承发电机层楼板的荷载，而且具有加强构架的作用，刚架大梁的断面为50cm 100cm,立柱的断面是 50cm 50cm。构架柱的下断面为1.0m 1.50m 的矩形断面，上断面则为1. 0cm0.50cm，牛腿高为 1.20m，倾角为 45 度，直角边长为0.50 米，构架的间距为6.00 米

24、。副厂房选用的结构形式是钢筋混凝土钢架。副厂房的一部分荷载传递到主厂房构架上，因而其分缝与主厂房分缝相一致。构架立柱断面为0.5m0.5m。中央控制室主梁断面为0.5m1.0 m。其余各层的主梁断面为0.40m 0.60m。次梁断面为 0.20m0.4m、0.20m0.5m 和 0.25m0.50m 三种。楼板厚度为 710cm。 10 厂房混凝土的浇筑分期厂房混凝土由于机组安装的要求，一般分成两期浇筑， 其中尾水管、 上下游墙、吊车梁以及部分楼板层梁，在施工中先行浇筑，称为一期混凝土；而为了机组的安装和埋件， 需要预留空位， 要等机组部分的设备到货后，尾水管圆锥段钢板内衬和金属蜗壳安装好后再

25、行浇筑的混凝土，称为二期混凝土。;. 11 成果设计成果绘制成两张a1 的图纸：其中厂房横剖面图一张（手绘） ，包括主要设备技术指标表，比例1： 100；厂房发电机层平面图一张（打印） ，包括厂房发电机层、水轮机层、蜗壳层、尾水管层、包括副厂房各层，比例为1：200。项权重目设计方法与设 025计成果水电站厂房课程设计评分标准优秀（100 x良好（ 90x中等（ 80 x分 90） 80）70）值参考标准参考标准参考标准设 计 内 容 完设 计 内 容 完设计内容完整、设计步骤整、设计步骤整、设计步正确。设计成正确。设计成骤 基 本 正果合理可行。果合理。理论确。设计成理 论 分 析 与分 析

26、 与 计 算果 比 较 合计算正确， 数正确、数据比理。理论分100据准确可靠。较准确。对研析与计算基对 研 究 的 问究 的 问 题 能本正确，数题 能 较 深 刻正 确 分 析 或据 基 本 准分 析 或 有 独有新见解， 成确。对研究到之处，成果果比较突出，的问题能提突出，反映出反 映 出 作 者出自己的见作 者 很 好 地较 好 地 掌 握解，成果有掌 握 了 有 关了 有 关 基 础一定意义，及格（70不及格（xx 60） 60）参考标准参考标准设 计 内 容设计内容完整、设计不够完步 骤 基 本整、设计正确。设计步骤不够成 果 基 本正确。设合理。理论计成果不分 析 与 计合理，理

27、算无差错。论分析与对 某 些 问计算有原题 提 出 个则错误。人见解， 并缺乏研究得 出 研 究能力，未结果，作者取得任何对 基 础 理成果，反评分;.基 础 理 论 与理 论 与 专 业反映出作者论 和 专 业映出作者专业知识。知识。基本掌握了知 识 基 本基础理论有关基础与掌握。和专业知专业知识。识很不扎实。论 文 结 构 合论文结构基论 文 结 构论文结构论 文 结 构 严理 ， 符 合 逻本合理，层基本合理，不合理，谨 ， 逻 辑 性辑，文章层次次 较 为 分论 证 基 本论证不清文字010 100 强，论述层次分明，语言准明，文理通清楚，文字楚，文字表达清晰，语言准确 ， 文 字 流顺，基本达尚通顺， 勉不通顺，确，文字流畅畅，达到规范到规范化要强 达 到 规达不到规化要求求范化要求范化要求不能阐明能简明扼要、能比较流利、基