水电站厂房的设计(毕业设计兰州交大)

绪论水电站厂房是水电站主要建筑物之一，是将水能转换为电能的综合工程设施。厂房中安装水轮机、发电机和各种辅助设备。通过能量转换，水轮发电机发出的电能，经变压器、开关站等输入电网送往用户。所以说水电站厂房是水、机、电的综合体，又是运行人员进行生产活动的场所。其任务是满足主、辅设备及其联络的线、缆和管道布置的要求与安装、运行、维修的需要；为运行人员创造良好的工作条件；以美观的建筑造型协调与美化自然环境。水电站厂区包括：（1）主厂房。布置着水电站的主要动力设备（水轮发电机组）和各种辅助设备的主机室（主机间），及组装、检修设备的装配场（安装间），是水电站厂房的主要组成部分。（2）副厂房。布置着控制设备、电气设备和辅助设备，是水电站的运行、控制、监视、通讯、试验、管理和运行人员工作的房间。（3）主变压器场。装设主变压器的地方。电能经过主变压器升高到规定的电压后引到开关站。（4）开关站（户外高压配电装置）。装设高压开关、高压母线和保护措施等高压电气设备的场所，高压输电线由此将电能输往用户，要求占地面积较大。由于水电站的开发方式、枢纽布置、水头、流量、装机容量、水轮发电机组形式等因素，及水文、地质、地形等条件的不同，加上政治、经济、生态及国防等因素的影响，厂房的布置方式也各不相同，所以厂房的类型有各种不同的划分，例如按机组工作特点可分为立式机组厂房、卧式机组厂房。根据厂房在水电站枢纽中的位置及其结构特征，水电站厂房可分为以下三种基本类型：1. 坝后式厂房。厂房位于拦河坝下游坝趾处，厂房与坝直接相连，发电用水直接穿过坝体引人厂房。 2. 河床式厂房。厂房位于河床中，本身也起挡水作用，如广西西津水电站厂房。若厂房机组段内还布置有泄水道，则成为泄水式厂房（或称混合式厂房），。 3. 引水式厂房。厂房与坝不直接相接，发电用水由引水建筑物引人厂房。当厂房设在河岸处时称为引水式地面厂房。 水电站厂房是专门的水工建筑物,它具有一般水工建筑物的共性,故其设计有以下的特点: （1）厂房内安装水轮机发电机组和辅助设备,以及控制操作和进行量测的设备,主要任务是发电,所以厂房设计必须保证机电设备的安全运行和提供良好的维护条件。 （2）水电站厂房是水工、机械和电机以及自动控制、电子设备的综合体,在设计、施工和运行中,必须把几个方面配合好,使综合体优化。 （3）水电站厂房设计应力求紧凑和简单,使建筑上美观,运行方便,而不求豪华。 （4）厂房内运行管理人员应力求精简,应保证他们有良好工作条件和卫生环境。 （5）水电站厂房多建在偏僻地区,而机电设备一般既大又重,所以必须有较好的对外交通运输条件。 （6）设计水电站厂房时,要根据当地的地形、地质和水文条件,既考虑安排好压力输水管的进水和尾水管的出水条件,又要考虑到厂房与变压器和开关站在布置上的配合要求。 由上述特点可见,水电站厂房设计是比较复杂的,其中最关键的是要选择好水轮发电机组,即要尽可能选用转速高、尺寸小、重量轻的机组,因为厂房尺寸和起重设备的规模等都是随着机组的尺寸而定的。对于一般的地面式厂房,选择合适的吸出高度也是非常重要的。而且,全厂的机组台数不宜太多。总之,在设计中要做多个比较布置方案,进行技术经济、运行管理综合比较,以选择确定最优设计方案。第一章 水电站厂房的位置及形式选定第一节 水电站厂房的选择 根据报告审查会决定采用钢筋混凝土面板堆石坝为坝型，选中坝址建坝。左岸河岸式溢洪道，右岸长隧洞引水，在桐子营大桥以下420米处河道右侧建岸边厂房的枢纽总体布置方案。通过工程所在地区水文、地质、地形、地貌构造，初步拟定在桐子营大桥以下420米处，靠近贡水河的右岸桔园处建设厂房，采用引水式厂房布置形式，通过有压隧洞引水。选此处是因为该地区位于角砾岩、粉砂岩岩基上，地基比较好，地势平坦、开阔，厂房容易布置，从而工程开挖量小，交通便利，可节省材料和费用，便于工程的施工，另外，该地区靠近汞水河，从而比较容易泄水。第二节 厂房布置方岸的选定 方岸一：主厂房位于桔园平坦处，副厂房位于主厂房上游一侧，升压站紧接副厂房，尾水渠布置在主厂房下游，斜对河岸。这个方岸的优点是（1）基础开挖几劈坡工程量小。（2）尾水出口与河道斜交，免受下泄洪水的顶托。（3）升压站紧接副厂房，缩短了引出线的长度。 方岸二：副厂房位于主厂房的两侧，位于进厂公路的一侧，升压站位于主厂房的左侧，尾水渠布置在主厂房的下游。这个方岸的优点是（1）靠近公路，交通便利。（2）升压站远离副厂房，延长了引出线的长度。 对于上述两个方岸的比较，可以得出结论：方岸一，工程量小，主副厂房布置紧凑，厂区布置合理，虽有一些不足之处，但较方案二是利多弊少，故采用方案一。第二章 下部结构的设计与布置第一节 水轮机的计算一、水轮机型号及主要参数选择： 1.水电站最大水头=65.89m，设计水头=50.4m，加权平均水头=50.4m,最小水头=35.7m，装机容量为24MV，初步布置2台机组，则单机容量为12MV。 2. 水轮机型号选择根据该水电站的水头变化范围35.7m65.89m,在水轮机系列型谱表3-4，查出合适的机型有HL230和HL220,现将这两种水轮机作为初选方案，分别求出其有关系数，并进行分析。水轮机HL230型水轮机方案的主要参数选择 （1）转轮直径计算 查表3-6可得HL230型水轮机在限制工况下的单位流量=1110L/S=1.11/s,效率=85.2%，由此可初步假定原型水轮机在该工况下的单位流量=1.11/s,效率=86.0%，设=97%水轮机的额定出力 =12371KW,上述的、和=12371KW、=50.4m代入式 =1.85m 2.1选用与之接近而偏大的标称直径=2.0m（2）转速n的计算 查表3-4可得HL230水轮机在最有工况下单位转速=71.0r/min,初步假定=71.0r/min,将已知的和=50.4m，=2.0m代入式n=252.0r/min,选用与之接近而偏大的同步转速n=300r/min. 2.23.效率及单位参数修正HL230型水轮机在 最优工况下的模型最高效率为=90.7%，模型转轮直径为=0.404，根据式3-14 可得原型效率：=1-=1-=93.2% 2.3 则效率修正值为=93.2%-90.7%=2.5%. 考虑到模型与原型水轮机在 制造工艺质量上的差异，常在已求得的值中再减去一个修正值。先取=1.7%，则可得效率修正值为=1.7%，由此可得原型水轮机在最优工况和限制工况下的效率为 （与上述假定值相同）单位转速的修正值按下式计算： 2.4 则 =由于，按规定单位转速可不加修正，同时单位流量也可不加修正。由上可见原假定的=86%、是正确的，那么上述计算及选用的结果，是正确的。4.工作范围的检验 在选定，后，水轮机的及各特征水头相对应的即可计算出来。水轮机在下工作时，其即为，故=1.0241.11/s 2.5则水轮机的最大引用流量为与特征水头和相对应的单位转速为 2.6r/min在HL230型水轮机模型综合特性曲线图上分别绘出，的直线，这三根直线所围成的水轮机工作范围（图中阴影部分）基本上包含了该特性曲线的高效率区，所以对于HL230型水轮机方案，所选定的参数，是合理的。5.吸出高度计算 由水轮机的设计工况参数=84.52r/min,在图上可查得相应的气蚀系数约为，并在图2-26上查得气蚀系数的修正值约为，由此可求出水轮机的吸出高度为： 2.7可见HL230型水轮机方案的吸出高度满足电站要求。二、水轮机HL220型水轮机方案的主要参数选择 1. 转轮直径的计算查水力机械可得HL220型水轮机在限制工况下的单位流量=1150L/S=1.15/s,效率=89.0%，由此可初步假定原型水轮机在该工况下的单位流量=1.15/s,效率=90.0%，设=97%水轮机的额定出力 =12371KW上述的、和=12371KW、=50.4m代入式 =选用与之接近而偏大的标称直径=2.0m2. 转速n的计算 水力机械查表3-4可得HL220水轮机在最有工况下单位转速=70.0r/min,初步假定=70.0r/min,将已知的和=50.4m，=2.0m代入式n=248.5r/min,选用与之接近而偏大的同步转速n=250r/min.3. 效率及单位参数修正 可得HL230型水轮机在 最优工况下的模型最高效率为=91.0%，模型转轮直径为=0.46，根据式3-14 可得原型效率=1-=1-=93.3%则效率修正值为=93.3%-91.0%=2.3%. 考虑到模型与原型水轮机在 制造工艺质量上的差异，常在已求得的值中再减去一个修正值。先取=1.3%，则可得效率修正值为=1.0%，由此可得原型水轮机在最优工况和限制工况下的效率为 （与上述假定值相同）单位转速的修正值按下式计算：则 =由于，按规定单位转速可不加修正，同时单位流量也可不加修正。由上可见原假定的=90.0%、是正确的，那么上述计算及选用的结果，是正确的。4. 工作范围的检验 在选定，后，水轮机的及各特征水头相对应的即可计算出来。水轮机在下工作时，其即为，故=0.968mm,取 3.30因，取 3.31判断大小偏心，因为mmmm,所以按大偏心受压构件计算mm. 3.32对于级钢筋查水工钢筋混凝土结构学得。3.33所以按最小配筋率计算，查附录四表3知=.选用。 3.34 3.353.36选用在负向弯矩作用下，立柱外侧受拉，所以必须通过配筋计算来保证柱得外侧受拉强度。已知M=-535.38KN.M,N=439.73KN, =2945(即正向弯矩时配置得)按上述同样方法计算得知，按大偏心受压构件计算：选用2.截面-，因截-面得两组内力设计值均小于截面-两组对应内力设计值，配筋时只需将截面-配置得钢筋直通至截面-即可，不用作配筋计算。3.截面-，已知M=-111.77KN.M, N=262.50KN, b=h=500MM，取a=40MM，其余资料同截面-。上柱计算长度，所以需要考虑纵向弯曲得影响。求值;=426mmmm,取因，取判断大小偏心，因为mmmm,所以按大偏心受压构件计算mm.对于级钢筋查水工钢筋混凝土结构学得。所以按最小配筋率计算，查附录四表3知=.选用。 选用在正向弯矩M=5.03KN.M及相应轴力N=236.25KN作用下，经计算承载力满足要求。4.箍筋配置剪跨比，上柱，取下柱，取。因为-截面最大剪力V=-39.40KN,N=262.50KN -截面最大剪力V=7.82KN，N=773.26KN-截面最大剪力V=-58.08KN，N=439.73KN 所以按构造配箍筋：根据规范柱中非加密区选用双肢箍，加密区配置双肢箍。所以，经验算满足箍筋最小配筋率得要求。为了防止中间纵向钢筋得曲凸，还需添置附加箍筋。图3-9 柱配筋图总 结这次我所做的设计题目是水电站厂房设计。设计开始的第一周，从图书馆和老师那里得到了很多所需的参考资料，图纸和规范。从第二周开始，进行了厂房的位置选择和型式拟定，根据老师给出的地质、水文、气象及地震等级资料并综合考虑当地、经济条件和施工难度等因素,结合工程有关条件,选择在桐子营大桥以下420米桔园平坦处建厂房