《水电站课程设计》word版.docx

水电站课程设计目录1.工程概况及设计资料11.1工程概况11.2设计资料12.设备尺寸确定52.1蜗壳尺寸确定52.2尾水管尺寸确定52.3水轮机转轮尺寸确定62.4发电机尺寸确定72.5吊车尺寸确定73.主厂房平面尺寸73.1机组段长度L173.2端机组段长度L283.3主厂房宽度83.4安装场长度B84.主厂房平面布置94.1发电机层94.2水轮机层94.3蜗壳层95.主厂房剖面设计95.1水轮机安装高程Zs95.2主厂房开挖高程挖95.3水轮机层地面高程105.4发电机装置层高程105.5发电机层楼板高程105.6吊车轨顶高程轨105.7屋顶高程屋顶106.厂房辅助设备布置116.1油系统的布置116.2压气系统的布置116.3供水系统116.4排水系统127.厂房电气设备布置128.主要副厂房的布置129.厂区枢纽布置121. 工程概况及设计资料1.1 工程概况湘贺水利枢纽位于向河上游，河流全长270公里，流域面积6000平方公里属于山区河流。本枢纽控制流域面积1350平方公里，总库容22.15亿立方米，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77.5米，弧长370米；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。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5.5米，支洞内径3.4米，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。1.2 设计资料 1.2.1水库及水电站特征参数 (1)水库水位。水库校核洪水位140.00m，水库设计洪水位 137.00m，水库正常高水位125.00m，水库发电死水位108.00m，设计洪水尾水位77.00m，校核洪水尾水位78.50m。 （2）厂址水位流量关系表 表1-1 水位（m）68.5069.2069.7569.7569.9070.20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）400600.0800.01000.01200.01400 （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。电站枢纽地形参见地形图。左岸地势较平缓，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3米，河床砂卵石覆盖层平均深24米。（5）供电方式。本电站初期为三台机组，远景为四台机组，投入系统运行，根据系统要求本电站能作调相运行，水电站主结线采用扩大单元结线方式，采用110千伏、35千伏及发电机电压10.5千伏三种电压等级送电；高压侧采用桥形结线方式。（6）对外交通。下游左岸有永久公路通过。1.2.2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11，相关参数见表1-2。表1-2 发电机基本参数表额定功率（）功率因数额定转速（r/min）额定电压()转子带轴重（t）150000.8214.310.580 图1-1 发电机外形尺寸示意图 （3）调速器设备。调速器型号为DT-100，机械柜尺寸为长宽高=750mm950mm1375mm，电气柜尺寸为长宽高=550mm804mm2360mm，油压装置型号为YZ-1.0，其基本参数见表1-3。表1-3 油压装置参数表 型号油箱长度m(mm)油箱宽度n(mm)油罐总高H（mm）油罐筒高h（mm）油罐直径D（mm）YZ-1.01916190024571694930（4）厂房附属设备。水轮机前的蝴蝶阀型号和尺寸见表1-4。 表1-4 蝴蝶阀基本参数型号直径（cm）承受水头(m)装置方式阀重（吨）阀体长（m）吊孔尺寸（m）DF340-8534085立轴201.21.84.3吊桥吊车型号及尺寸详见表1-5，选定吊车型号并选用有关尺寸。12 表1-5 桥式吊车型号及尺寸起重机名称容量（吨）跨度起升高度（m）主要尺寸（毫米）极限尺寸（毫米）主钩副钩LK(m)主钩副钩最大宽度轨道中心至外缘距离轨道面到机顶面距离两小车吊钩间距离吊钩到轨顶距离吊钩至轨道中心距离主钩副钩BB1HLhL1L2双小车25021010.511.512.513.5269200400370027009705001100160027522010.511.512.513.52692004003700270092070011001600单小车752013.516.519.520/228616400365436543660/113611361182479479483L1L2L3L424001900130030001002013.016.019.020/228616400369236923692/147614741472-105-107-1092055130010002355 （5）电气设备。三相三绕组主变2台，型号SFSL1-50000/110/35/10，尺寸为长宽高=6820mm4520mm8200mm，轨距为1435mm，检修起吊高度8200mm，主变压器身重39.5t；厂用变压器2台，型号SJL1-630/10/0.4，其基本参数见表1-6。 表1-6 厂用变压器基本参数 变压器容量(KVA)厂变室面积门高（m）吊物孔尺寸（m）630/10532.52.52.0每台机有6块机旁盘，其中控制盘1块，保护盘1块，表计盘1块，动力盘1块，励磁盘2块。机旁盘尺寸为宽厚高=800mm550mm2360mm1.2.3副厂房参考面积副厂房参考面积见表1-7。表1-7 副厂房参考面积（单位：m2）厂房名称参考面积直接生产副厂房中央控制室100-200电缆室与中控室同通讯室20-50发电机电压配电装置室40-50厂用盘室30-40直流系统室蓄电池室40-50酸室10-14套间5-6充电机室10-15通风机室10-15直流盘室20-25母线廓道宽度不小于2.0m厂变室15空压机及贮气筒室30-40油桶及油处理室50-55排水泵室15-20集水井容积30-35m3检修、试验用房测量表计试验室30-40高压试验室20-30电工试验室20-30机修间40-50工具间10-15间接辅助生产用房交接班室20-25值班休息室15-20办公室15-20浴室厕所10-20警卫室102. 设备尺寸确定2.1 蜗壳尺寸确定根据提供的资料：设计水头为48.30m，水轮机型号为HL220-LJ-225，单机最大引用流量为Qmax=36.2m3/s，座环外径Da=3.85m，座环内经Db=3.25m。设计水头48.30m40.00m，选用金属蜗壳。对于金属蜗壳，允许的流速较大，因此外形尺寸对厂房造价的影响较小。为了获得良好的水力性能以及考虑到其结构和加工条件的限制，蜗壳的包角取0=345。根据水轮机设计水头（48.30m）差的，蜗壳进口断面平均流速为Vc=5.8m/s。断面半径： i=QiVc=Qmaxi360vC断面中心距： ai=ra+i断面外半径： Ri=ra+2i取若干断面计算，计算结果如下表2-1：表2-1 蜗壳断面尺寸断面角度（）流量（m3/s）断面半径（m）断面中心距（m）断面外半径（m）034534.691.383.314.69130030.171.293.214.50225525.641.193.114.30321021.121.083.004.08416516.590.952.883.83512012.070.812.743.556757.540.642.573.217303.020.412.332.74 2.2 尾水管尺寸确定 选用弯肘形尾水管，根据转轮半径D1=225cm，D2D1，查表确定尾水管的尺寸如下表2-2，尾水管尺寸示意图如图2-1。表2-2 尾水管断面尺寸(单位：m)h/D1L/D1B5/D1D4/D1h4/D1h6/D1L1/D1h5/D12.64.52.731.351.350.6751.821.22hLB5D4h4h6L1h55.8510.1256.123.0383.0381.5194.0952.745 图2-1 尾水管尺寸示意图 2.3 水轮机转轮尺寸确定 由水轮机型号HL220查表，再根据转轮直径D1=2.25m代入得转轮尺寸，如表2-3，转轮尺寸示意图如图2-2所示。表2-3 水轮机转轮尺寸表（单位：m）D2/D1D3/D1D4/D1D5/D1D6/D1b0/D1h1/D1h2/D1h3/D1h4/D11.0820.9820.870.4780.1160.250.0540.1650.4820.309D2D3D4D5D6b0h1h2h3h42.4352.0881.9581.0760.2610.5630.1220.3711.0850.695 图2-2 水轮机转轮尺寸示意图2.4 发电机尺寸确定 型号：SF15-28/550，尺寸见图2-3所示，单位mm。 图2-3 发电机尺寸示意图2.5 吊车尺寸确定 根据所给设计资料，发电机转子带轴重80t，所以参考表1-5，吊车选用单小车，主钩容重100吨，副钩容重20吨，跨度19.0m。3. 主厂房平面尺寸3.1 机组段长度L1机组段长度是相邻两机组中心线的距离。可按公式L1=L+X+L-X计算。分别用蜗壳层、发电机层、尾水管层进行计算，取其需要的最大值。 （1）蜗壳层 L+X=R1+1 L-X=R2+2 式中 ：R1、R2 为蜗壳345、165时的半径，R1=4.69m、R2=3.83m； 1、2为蜗壳外围混凝土厚度，均取为1.5m。 得： L1=4.69+3.83+1.5+1.5=11.52m（2）发电机层 L+X=32+b2+3 L-X=32+b2+3式中：3发电机风罩内径，根据发电机外形取8.4m； 3发电机风罩壁厚，一般取为0.3-0.4m，本设计中取0.3m； b两机组之间风罩外壁净距，一般可取1.5-2.0m，如两机组之间设楼梯时取3-4m，本设计中取3.5m。得： L1=8.4+3.5+0.3+0.3=12.5m（3）尾水管层 L+X=B2+4 L-X=B2+4 式中：B尾水管宽度，6.12m； 4混凝土边墩厚度，取1.8m。 得： L1=6.12+1.8+1.8=9.72m。综合上述三者，去最大值为12.5m。考虑厂房综合布置因素，将机组段长度定为L1=13.5m。 3.2 端机组段长度L2 在机组段长度L1的基础上，加上吊车宽度（8.616m）的一半，再加上0.5m的安全裕度，得端机组段长度L2=18.308m。3.3 主厂房宽度 以机组中心线为界，厂房宽度B可分为上游侧宽度B上和下游侧宽度B下； B=B上+B下 B上=32+3+A B下=32+3+B式中：3发电机风罩内径，根据发电机外形取8.4m； 3发电机风罩壁厚，一般取为0.3-0.4m，本设计中取0.3m A风罩外侧至厂房上游墙内侧净距，取5m； B主通道宽度，取3m。 得： B=8.4+0.32+4+3=17m3.4 安装场长度B安装场长度一般约为机组段长度的1.0-1.5倍，最后尺寸应满足在起重机主钩吊运的范围之内，能容纳一台机组扩大性检修的要求。通常包括发电机转子、发电机上机架、水轮机转轮和顺轮机顶盖等四大件的摆放。具体要求如下： 发电机转子直径周围应留2.0m的间隙，以供安装磁极用。安装场楼 板留有孔口，孔径比主轴法兰直径大0.5m。 发电机上机架周围留1.0m间隙，供作通道用。 水轮机、顶盖及转轮周围留1.0m的间隙，供作通道用。顶盖尺寸3.2m。 主变坑的尺寸是变压器拆去散热器后的外形尺寸每侧各加0.25m。 综合考虑厂房布置因素，将安装场长度B定为20m。4. 主厂房平面布置4.1 发电机层发电机采用上机架埋入式布置，需布置有发电机、调速设备（油压装置、电气柜、机械柜）、机旁盘、楼梯、蝶阀孔、交通道等。 4.2 水轮机层 水轮机层布置机墩，调速器，接力器，阀门操作设备，油、气、水管路，出线，电气设备，吊阀孔等；机墩采用圆筒式。4.3 蜗壳层 蜗壳层布置蝶阀、蜗壳、水泵渗漏及检修集水井，并设有通向水轮机层的楼梯。 详细布置见附图水轮机层、发电机层、蜗壳层平面布置图。5. 主厂房剖面设计5.1 水轮机安装高程Zs先确定吸出高度 Hs=10.0-900-（m+）H式中：为水轮机安装位置的海拔高程，取为下游平均水位的海拔高程， 根据一台水轮机的额定流量36.2m3/s，查水位流量关系表得下游水位为69.13m；m 为限制工况下的模型气蚀系数，查表得0.133；为气蚀系数的修正值，根据设计水头查得0.025；H为水轮机水头，取为设计水头Hr=48.30m。 得： Hs=10.0-69.13900-0.133+0.02548.3=2.29m 然后确定水轮机的安装高程（立轴混流式）： Zs=w+HS+b02 式中：W为设计尾水位，按之前查表所得取69.13m；HS为吸出高度2.29m；b0为导叶高度，由水轮机型号查表得0.25*2.25=0.5625m。 得： ZS=69.13+2.29+0.56252=71.70m5.2 主厂房开挖高程挖 挖=ZS-b02-hw-hc式中：ZS为水轮机安装高程，71.10m；b0为导叶高度，0.5625m；hc为尾 水管地板厚度，1m；hw为尾水管高度，5.85m。 得： 挖=71.7-0.56252-5.85-1=64.6m5.3 水轮机层地面高程水轮机层地面高程71.7m，加上蜗壳进口半径1.38m，再加上金属蜗壳的保护层厚度1.02m，最终定位74.1m。5.4 发电机装置层高程水轮机层地面高程74.1m，加上机墩进人孔高1.9m（取值范围1.8-2.0m），再加上机墩进人孔顶部混凝土厚度1.0m（取值范围1-1.5m），得到发电机装置层高程为77.0m。5.5 发电机层楼板高程发电机装置层高程77.0m,加上风罩高度2.43m,得发电机层楼板高程 79.43m。 5.6 吊车轨顶高程轨吊车选用单小车，主钩容重100t，副钩容重20t，跨度19.0m。 轨=楼+h5+h6+h7+h8 式中：楼发电机层楼板高程，79.43m； h5吊物垂直安全距离，取0.5m； h6起吊部件高度，发电机转子带轴4.39m，水轮机转轮带轴1.085m，所以取4.39m； h7吊索或吊具高度，取1.5m； h8吊钩至轨顶距离，1.472m。 得： 轨=79.43+0.5+4.39+1.5+1.472=87.292m 综合考虑厂房布置因素，将吊车轨顶高程轨定为88.0m。 5.7 屋顶高程屋顶 屋顶=轨+h9+h10+h11+h12式中：轨吊车轨顶高程，88.0m； h9桥吊轨顶至机顶面距离，3.692m； h10小车顶部到屋面大梁底部的距离，取0.3m； h11屋面大梁高度，取1.5m； h12屋面板厚度加屋面保护层厚度，取0.6m得： 屋顶=87.292+3.692+0.3+1.5+0.6=94.092综合考虑厂房布置因素，将屋顶高程屋顶定为94.20m。6. 厂房辅助设备布置6.1 油系统的布置水电站油系统由两个独立设置的透平油系统和绝缘油系统组成。油系统 主要由以下几部分组成： （1）油库。油库内设油桶，以接受及储存油类。透平油的用油设备设在厂内，绝缘油系统设在厂外。厂内油库常布置在装配厂下层、水轮机层或副厂房内。为防火考虑，厂内油库要用防火墙隔开，墙的厚度要大于0.3m（本设计取0.5m），柱的尺寸要大于0.4m（本设计取0.5m），油库门要设置拦油槛，其高度要能使油库形成容乃一只最大油桶油量的容积。 （2）油处理室。透平油系统和绝缘油系统常合用一个油处理室，内设油泵及滤油机，一般布置在油库旁。 （3）中间排油槽。对于厂外油库，在厂房下部结构中布置中间排油槽。 （4）补给油箱。在厂房吊车梁之下有时设置补给油箱。 （5）废油槽。在每台机组的最低点（如蝴蝶阀室）设置废油槽。 （6）事故油槽。应布置在便于充油设备排油的位置，如布置在油库下部的蜗壳层内。 （7）油管。常沿水轮机层一侧纵向布置油管的干管，再有它向各部件引出支管。 6.2 压气系统的布置厂房内的压气系统可分为高压及低压两个系统。油压装置及空气开关用 气为高压系统，其他用气设备属低压系统。用气设备若远离厂房，如高压开关站或进水口等，应就地另设压气系统。 压气系统有压气机、储气筒及输气管道组成。压气机室一般布置在装配场下层、水轮机层或副厂房中。压气机要院里中央控制室。储气筒一般与压气机布置在一起。6.3 供水系统水电站供水系统的供水方式常决定于水电站的工作水头，本设计中设计 水头为48.3m，在20-80m之间，故可采用自流供水。取水口可设在上游坝前（当厂房离坝不远时适用，本设计中，厂