水电站课程设计计算说明书

1、水电站厂房设计说明书（my水电站）1 .绘制蜗壳单线图1.1 蜗壳的型式水轮机的设计头头hp=46.2m40m,水轮机的型式为hl220-lj-225,可知本水电站采用混流式水轮机，转轮型号为220,立轴，金属蜗壳，标称直径 d1=225cm=2.25m1.2 蜗壳主要参数的选择1金属蜗壳为圆断面，由于其过流量较小，蜗壳的外形尺寸对水电站厂房的尺寸和造价影响不大，因此为了获得良好的水力性能一般采用 甲。=340 350 o本设计采用邛0 = 345 ；通过计算得出通过蜗壳进口断面的流量 qc,计算如下:单机容量：nf60000kw= 15000kw ,选取发电机效率为“f =0.96,这样可求

2、得水轮机的额定出力:nrnf715000-=15625kw 0.96设计水头：hp=hr=46.2m,d1=2.25m 由此查表得：刈=0.9113q1 =1150l/s =1.15m /s水轮机以额定出力工作时的最大单位流量:q1 maxnr156259.8d2hr32n 9.812.256.2320913=1.11 ；1.15m/s水轮机最大引用流量:qmax12 23=q, dd 、hr =1.11 2.2546.2 = 38.2m /s1 max 11蜗壳进口断面流量:qc根据水力机械第二版中图 为 vc=5.6 m/so由附表5可查得：座环外直径 座环内半径rb=1625mm。座环示

3、意图如图一所示：qmax 3453-ox38.2 -36.61m /s36003604-30可查得设计水头为46.2m60m时蜗壳断面平均流速da=3850mm,内直径 db=3250mm,;座环外半径 ra=1925mm,座环尺寸（mm）比例：1: 1001.3 蜗壳的水力计算1.3.1 对于蜗壳进口断面qc qmax 038.2 3452断面的面积：fc = = = = 6.537mvc360 vc5.6 360断面的半径:fc i qmax , 01360 二vc38.2 3451.443m,360 二 5.6从轴中心线到蜗壳外缘的半径:rmax二ra .max925 2 l443-81

4、1m1.3.2 对于中间任一断面设?为从蜗壳鼻端起算至计算面i处的包角，则该断面处一i -一qi -； qmax , i360二 1 pqmax 一 360；vc二ri =a2r其中：qmax = 38.2m3/s, vc=5.6m/s, ra =1925mm = 1.925m。表一 金属蜗壳圆形断面计算表加-嗫，3,、qi =&qmax (m /s)i 360 maxfc(m2)p 二 fqmaxl (m) i 3 360 hvcri =ra +2pi(m)000011.925151.5920.2840.3012.527303.1830.5680.4252.776454.7750.8530.

5、52112.967606.3671.1370.6023.128757.9581.4210.6733.270909.5501.7050.7373.39910511.1421.9900.7963.51712012.7332.2740.8513.62713514.3252.5580.9033.73015015.9172.8420.9513.82816517.5083.1260.9983.92118019.1003.4111.04214.00919520.6923.6951.0854.09521022.2833.9791.1264.17622523.8754.2631.16514.25524025.4

6、674.5481.2034.33225527.0584.8321.2404.40627028.6505.1161.27614.47828530.2425.4001.3114.54830031.8335.6851.3454.61631533.4255.9691.37914.68233035.0176.2531.4114.74734536.6086.5371.4434.8111.3.3 蜗壳断面为椭圆形的计算对于中间任一断面（依据水力机械以及水电站机电设计手册（水力机械），当圆形断面半径p s时，蜗壳的圆形断面就不能与座环蝶形边相切这时就改成椭圆形断面。 则 由椭圆断面过渡到圆形断面时的临界角 q

7、计算如下：当p = s时，%-固定导叶外切圆半径;r -蝶形边锥角顶点所在半径；r-座环蝶形边半径； bh -蝶形边至导水机构水平中心线高度；a-蝶形边锥角,一般为55 ;p-蜗壳圆形断面的半径；a-蜗壳断面至座环中心线的距离;x -座环蝶形边外缘至蜗壳断面垂直中心线的距离 如上图所示，由水电站动力设备设计手册查得：蝶形边高度可近似地定为b00.25d10.25 2.25h =-0 0.1d, =1 0.0 = 0.1 2.25 0.506m2 1212s =l =%5 =0.882m , a为座环蝶形边锥角，一般取55。 cos - cos55临界值s=0.882mo由圆形断面中=345,

8、p=1.443m得二1062.2jo 二345ra ：0.ra(ra 2：0) 1.925 1.443- 1.925(1.925 2 1.443)由此得临界角 i() =c(ri - ra(ra 2) =151ia i结合可知，当断面包角在0151的时候ps,取椭圆断面椭圆短半径 e 4.045aw51l2.345l , a=np2+d2tana ,椭圆长半径；1 =l 。2 1 -cot ：-d=ra-rb椭圆断面外半径r =、+2pjh 0.5060.506l = = = 0.61 8 ms i n s i n 5 50.8 1 9计算结果见下表二:*土crap26ar00.0000.00

9、00.129-0.1650.5681.7242.292150.0140.2510.326-0.0250.6101.8952.50530p 0.0280.3650.5460.1070.6502.0562.706 450.0420.4570.7830.2310.6872.2072.894600.0560.5371.0340.3480.7222.3493.07275r 0.0710.610 11.2970.4590.7562.4853.241900.0850.678 ：1.5710.5660.7872.6153.403 11050.0990.7411.8550.6680.8182.7403.5591

10、200.1130.8022.1490.7670.8482.8613.7091350.1270.8602.4530.8640.8772.9793.8561510.1420.9202.7860.9640.9073.1013.689表二金属蜗壳椭圆形断面计算表根据计算结果，画蜗壳单线图，如下图所示，比例为 1:80,单位为mm椭圆断面中心距ai=a 1.22r图二蜗壳单线图2 .尾水管单线图的绘制根据已知的资料及下图，得此水电站尾水管对应的尺寸如表三:(5-1)型式dihhih2h3hih5*1%l1l2lb4b5a参数1.002.932.782.501.5250.7951.291.1141.384

11、1.4052.6854.092.533.5510.4尺寸2.256.5936.2555.6253.4311.7892.902.5073.1143.1616.0419.205.697.9910.4根据资料，选取的是弯肘型尾水管。弯肘型尾水管是由进口直锥段、肘管和出口扩散管 三部分组成。2.1 进口直锥段进口直锥管是一垂直的圆锥形扩散观，d3为直锥管的进口直径：对混流式水轮机由于直锥管与基础环相连接，可取 d3和转轮出口直径d2相等；对于混流式水轮机，其锥管的单边 扩散角日可取79; h3为直锥管的高度，增大h3可减小肘管的入口流速，减小水头损失。进口锥管高度：hq =h9 -hq =5.625

12、3.431 = 2.194m 323进口锥管上下直径：dq = . =2.507m, d = = 3.114m 31422.2 肘管肘管是一 90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。影响这种损失的最主要因素是转弯的曲率半径和肘管 的断面变化规律，曲率半径越小则产生的离心力越大，一般推荐使用的合理半径 r=(0.61.0)d4,外壁r6用上限，内壁r7用下限。r6 =1.0x d4 =3.114m, r7 =0.6血=0.6父 3.114 = 1.

13、868m。为了减少水流在转弯处的脱流及涡流损失，因此将肘管出口作成收缩断面，并使断面的 高度缩小宽度增大，高宽比约为 0.25,肘管进、出口面积比约在1.3左右。肘管出口断面高度：h6=hi=1.789m肘管出口断面宽度：b6=b5=7.988m2.3 出口扩散段出口扩散段是一水平放置断面为矩形的扩散段，其出口宽度一般与肘管出口宽度相等； 其顶板向上倾斜，根据其出口宽度并不是很大，所以不用加设中间支墩。仰角 二104 , 长度：l1=3.161m, l2=6.041m, l=9.202m2.4 尾水段的高度尾水管的总高度h和总长度l是影响尾水管性能的重要因素。总高度 h是由导叶底环平 面到尾水

14、管之间的垂直高度。对于混流式水轮机由于直锥管环相连接， 可取d3 = d2= 2.507m d1=2.25m2.6d1=5.85m,故满足要求。对于总长度l,通常取l=(3.54.5)d1二7.87510.125m, l=9.203m。所以总长度也满足要2.5 尾水管单线图根据以上的数据绘制单线图如下图三图三尾水管单线图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 di=2.25m时的转轮流道尺寸，如图四：*2,115(i2,363图四 转轮流道尺寸（单位：m）4 .厂房起重设备的设计水电站厂房采用的起重设备形式和台数取决于厂房类型、

15、最大起重量和机组台数等。因为 为岸边引水式厂房，故采用桥式起重机。由于本水电站吊运构件中最重的为发电机转子带轴 重为82.6t 100t,且机组台数n=4。故选1台单小车桥式起重机，型号为100t/20t。其具体数据如下：取跨度：l=16m；起重机最大轮压：35.9t;起重机总重：77.3t;小车轨距：lt=4400mm；小车轮距：kt=2900mm；大车轮距：k=6250mm；大梁底面至轨道面距离：f=130mm；起重机最大宽度：b=8616mm；轨道中心至起重机外端距离：bi=400mm;轨道中心至起重机顶端距离：h=3692mm；主钩至轨面距离：h=1474mm；吊钩至轨道中心距离(主)

16、：li=2655mm,l2=1900mm；副吊钩至轨道中心距离：l3=1300mm, l4=2355mm；轨道型号：qu100o5 .厂房轮廓尺寸5.1 主厂房总长度的确定：厂房总长度取决于机组段的长度、机组台数和装配场长度。总长lnnl+g+al(其中n为机组台数，l1为机组段长度，l2为装配场长度，al为端机组段附加长度)5.1.1 机组段长度li的确定机组段的长度l1是机组的中心距离。主要由蜗壳、尾水管、发电机风罩在x轴方向(厂房纵向)的尺寸来决定。(1)按蜗壳层推求：l1=w r 1、2345” , , r165” , , r *其中，r1为当i 时的r ,即r1=4.811m ,r2

17、为当i 时的ri,即r2=3.921m 。可，心分别为蜗壳左右外围混凝土的厚度，初步设计时取1.21.5m,这里均取1.3m,所以蜗壳层对应：l=r1 r2 12 =4.811 3.921 1.3 1.3 = 11.332m(2)按尾水管层推求：l =b 2 2其中b为尾水管的出口宽度，2为尾水管混凝土边墩厚度，初步设计时可取 1.52.0m, 大型机组取2.0m 。已知b = 7.9 8m8,在这里取取a2 =1.8m o 所以尾水管层对应：l=b 2 2 = 7.988 2 1.8=口58.(3)按发电机层推求:l = 3 b 233其中蜃为发电机风壁厚，一般取0.30.4m,这里取0.3

18、5m, b为相邻两风罩外壁净距，一 股取1.52m,这里取1.8m,由已知资料可知，发电机风罩内径，3 =84m。所以发电机层对应：l= 3 b 28.4 .8 2。35 = 10.9m据以上三种结构的计算情况，厂房的机组间距由水轮机尾水管层推求的长度决定，取ih = 11.588m o最后取机组段长度为11.600m。5.1.2 端机组段附加长度的确定l =(0.11.0)5=0.4 2.25-0.9m5.1.3 装配厂长度的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运行。装配场长度一般约为机组段长l1的1.01.5倍。对于混流式采用偏小值，这里取1.1。l2 =1.1 11.6

19、 = 12.760m 05.1.4 厂房的总长度l =nl1 l2 . l =4 11.6 12.76 0.9 = 60.060m最终取厂房的总长度l = 60.000m。也就是机组段长度不变，端机组段附加长度减少6cm, 再加上沉降缝的2cm,因此机组段附加长度最后为 82cm。5.2 主厂房宽度的确定5.2.1 以机组中心线为界，厂房宽度b可分为上防i侧宽度 bs和下游侧宽度bx两部分ba风罩外壁至上游内b=bx + bs, s 23。其中，%= 8.4m,取%=0.35m, a侧的净距，取5m。bs =i、3 a = 84 0.35 5 = 9.55 m所以， 22bx除满足发电机层要求

20、外，还要满足蜗壳 y方向和混凝土厚度要求。3bx =， 3 a对于发电机层：20其中，a风罩外壁至下游墙内侧的净距，主要用于主通道取2m。bx =工 3 a = 84 0.35 2 = 6.55m所以， 22对于蜗壳层一y方向为：bx =y2 ,凶。其中：y2为“为255口时的ri,为4.406m； 口为混凝土保护层的厚度，取1.5m止匕时对应的 bx =4.406+1.5=5.906m由于 5.906m 4m ,满足要求。最高尾水位94.6m 3.0m的吊物孔，供吊运设备用；靠上游侧设有 检修运行用的楼梯，净宽1.2m,坡度35。6）大门：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

21、机架为6.47m,转子直径为4.9m,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：发电机转子直径周围应留2.0m的空隙，以供安装磁极之用。发电机上机架周围留有1.0m的间隙，供作通道用。水轮机顶盖及转轮周围留有1.0m间隙，供作通道之用。8 .厂区布置由于密云电站是河岸地面厂房，故其布置可如下面布置图。对于方案（一），由于主变在主厂房的上游侧，它离主机组最近，因此线路最短，最方便， 电能损失小，但是主变厂与主厂房的距离增加，增加了发电机电压母线的长度，并且加大了 电能损失。副厂房设在主厂房的下游侧，虽然电气设备的线路都集中在下游侧，与水轮机进 水系统互不交叉干扰，

22、但是尾水管的振动较严重，容易引起电气设备的误操作，并且可能要 延长尾水管长度，增加厂房下部结构尺寸和工作量。对于方案（二），在厂房与后山坡之间形成一个很宽的地带，刚好用来布置副厂房及主变 压器厂，并且主变压器厂就在主厂房后面，可以减少发电机电压母线的长度，减少电能损失 和故障机会。开关站和主变压器厂也比较接近。副厂房设在主厂房的上游侧，布置紧凑，电 缆短，监视机组方便。但是会使引水管道增长，不易适应电站的分期建设、提前发电的要求图1厂房布置方案（一）图2厂房布置方案（二）经过对方案（一）、方案（二）的比较，总体来说，方案（二）要好一些。故采用方案（二）9 .主厂房内部布置蜗壳之间布置蝴蝶阀，在

23、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。将励磁盘与机旁盘布置在一起，布置在靠墙处，并且离墙至 少有80100cm的检修距离，发电机层的下游侧为安全通道，不布置设备。在4号机组上游侧布置去副厂房的楼梯。吊阀孔取正方形，加上每侧增加的0.25m。取边长3.65m水轮机层4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。在水轮机层的1号机组左边与3号机组左边布置的有楼梯，可直接通往尾 水管层。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，在集水井旁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，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，主厂房与装配场之间用沉降缝分开，缝