水电站设计毕业论文 水电站设计说明书

1、前言本次水电站设计的主要目的是让同学们能熟悉水电站设计的基本步骤、方法。让我们对以前所学的水工建筑物课程中水电站做一个整体的了解，并能将以前所学的理论知识运用的实际工作中，由于本设计作者水平有限，所以设计中难免有不妥之处，请老师指出以便纠正和改进。编者2011/12/23目录前言1目录2基本资料4一、电站工程概况4二、流域概况4三、厂区地质4四、电站电器主线图见图25五、js电站水轮机选用机型：5第一章、蜗壳、尾水管及主要机电设备选择6一、蜗壳6二、尾水管设计8三、水轮发电机组9四、调速器选择9五、起重设备的选择10六、主阀选择14第二章、压力前池15一、压力前池的作用15二、压力前池的布置形

2、式及布置原则15三、压力前池的主要设备15四、压力前池布置设计16第三章、压力水管及机组调节保证计算18一、压力水管的作用于要求18二、压力水管的路线和布置形式选择及供水方式18三、压力水管的经济直径19四、附件20五、支撑结构20第四章、厂区及厂房布置设计25一、水电站厂房的功用25二、水电站厂房和厂区的组成25三、主厂房布置26四、副厂房的布置26五、变压器场和开关站的布置27六、尾水渠、交通线的布置及厂区防洪排水28第五章、厂房布置设计29一、立式机组地面厂房的设备布置29二、主厂房内附属设备和辅助设备的布置31三、安装间布置33四、厂内交通33五、厂房的采光、取暖、通风、防潮、生活卫生

3、及保安与防火等问题33六、厂房各层高度和主要高程的确定34七、厂房长度的确定36八、主厂房宽度确定36第六章、水电站厂房施工38一、水电站厂房混凝土浇筑的分层分块38二、水电站厂房施工程序39三、厂房混凝土施工方案39四施工质量控制方法和措施40总结43参考文献44基本资料一、电站工程概况js水电站位于省西部地区js村西北，只是在l河上修建的第三级引水式水电站，该电站规划装机容量1300kw，最大水头为62m，最小水头36m，设计水头51m。引水渠全长约17.2km，电站引水口位于长水，为谁泄入渡洋河，尾水渠长3.2km，渡洋河供水不大，不影响电站尾水泄流。尾水渠为浆砌块石衬砌，比降为1/30

4、00，始端渠底高程为283.96m，横断面尺寸见图1，初步估计当电站最大流量为32.8m3/s时，按均匀流计算得出正常水深为h=3.00m，则电站最高尾水位为283.96+3.00=286.96m。电站建成后，投入地方电力网运行，但在电力系统中所占比重不大。js水电站的前池水位为339.9m。 图1二、流域概况l河在长水以上属深山区，两岸基岩大部裸露，为震旦纪海底旦纪海底喷发火山岩系，长水以下为丘陵区，岩石出露减少，两岸有明显的海漫滩地及一、二级阶地，宽23km。大部分为水浇地，是粮食产量较高地区之一。三、厂区地质电站厂房建在l河北岸一级阶地上，根据地质勘探资料，表层黄土层厚1822m，细微泥

5、卵石厚58m，再下为砂砾石，岩石高程为277.35m地下水位为298.0m。前池进水室和压力管道的地基均为粉质沙壤土，尾水渠地下水位较高，一般为287.0288.0m，开挖较为费工。四、电站电器主线图见图2五、js电站水轮机选用机型：hl2200-lj-140主要性能参数见表1.表1 hl220-lj-140型水轮机设备主要参数水头（m）设计流量（m3/s)额定功率（kw）保证效率转速（r/min)最大吸出高度hs（m）设计hp最大hmax最小hmin额定nn飞逸nr50.5623615.86849883757501.34第一章、 蜗壳、尾水管及主要机电设备选择一、蜗壳1、蜗壳型式、作用蜗壳分

6、为金属蜗壳和混凝土蜗壳。金属蜗壳由铸铁、铸钢或钢板焊成，适用于较高水头（h40m）的水电站和小型卧式机组。混凝土蜗壳一般适用于水头在40m以下的大流量水电站，因水头较大时，只用混凝土材料不满足抗渗要求，需要在混凝土中加钢板衬砌防渗，同时为满足强度要求还需在混凝土中布置大量钢筋，则造价高，不经济。此外，由于流量大，若采用金属蜗壳，由于蜗壳平面尺寸较大，可能会增加厂房尺寸，从而增加厂房投资，但混凝土蜗壳过水流条件比金属蜗壳稍差。该水电站的设计水头hp=51m40m,故选用金属蜗壳。2、蜗壳参数及尺寸的确定蜗壳主要参数有：蜗壳包角、蜗壳断面形状和蜗壳进口断面流速。（1）蜗壳包角。以蜗壳鼻端（尾段）断

7、面为起点到蜗壳进口断面（垂直于压力管道轴线的断面）之间的夹角称为蜗壳的包角。金属蜗壳由于过流量较小，蜗壳的外形尺寸对水电站厂房的尺寸和造价影响不大，故为了获得良好的水力性能，包角常采用345。（2）蜗壳的断面形状及其变化规律。金属蜗壳断面形状均为圆形。（3）蜗壳进口断面平均流速ve。蜗壳进口断面平均流速ve是蜗壳水力计算中需要确定的一个重要参数，同流量下，流速大，断面尺寸小，但蜗壳中的水力损失大；流速小，断面尺寸大，电站投资增加，但其水力损失小。故应合理确定蜗壳进口断面平均流速。金属蜗壳进口断面平均流速ve可按下列经验公式确定。 （11）式中 hp水电站设计水头 ke流速系数，按图1-1查取。

8、图11 kehp（m）由表11可知ke=0.95，故。3、绘制蜗壳单线图（1）求进口断面半径 （12）式中 q0水轮机设计流量； -蜗壳包角； ve进口断面流速。所以水轮机在设计水头下的实际流量为所以（2）求cjs水电站所选水轮机型号为hl220型，d1=1.4m，查表1得da=241cm所以ra=1.205m则表1 导水机构主要尺寸转轮标称直径d1120140160180200225250275300330370410450500550600导叶轴圆周直径d0145170190215235265290320350385430475525580640700座环内直径db175200225250

9、275310340375410450500550605670735805座环外直径da206241270300334370410440480530580640700790860945（3）求任意断面由公式 ，可得表1.1表1.1 圆形断面蜗壳尺寸计算表断面号1000001.2052450.020.060.240.261.733900.050.110.340.381.9741350.070.170.410.482.1751800.090.230.480.572.3462250.120.280.530.652.5072700.140.340.580.722.6583150.160.400.630.

10、792.7993450.180.430.660.842.88二、尾水管设计尾水管是反击型水轮机的重要组成部分，尾水管性能好坏直接影响水轮机的效率及其能量利用情况。1、尾水管的作用水能进攻转轮变为机械能后，从转轮流出排向下游的水体仍有一定的动能，此能量占水体总能量（进入转轮时）的比重因不同水轮机而异，高水头（h100m）水轮机小于10%，低水头水轮机能达到40%50%。为了尽量利用这部分能量，而在水轮机转轮下部装一尾水管。尾水管作用如下：（1） 将通过水轮机的水流泄向下游；（2） 转轮装置在下游水位之上时，能利用转轮出口与下游水位之间的势能；（3） 回收利用转轮出口的大部分动能。一般地，以动能利

11、用系数d来表示尾水管利用转轮出口动能的相对数，又称为尾水管效率，它反映了尾水管性能的好坏，尾水管型式不同，其动能利用系数不同，差别比较大，一般为0.40.85。2、尾水管的形式和尺寸尾水管的型式有直锥型、弯管直锥型、弯曲型三种。根据基本资料，可确定选用弯曲型尾水管。此型式尾水管由锥管段、弯管段、水平扩散段三部分组成。此型式多用于大、中型水轮机。表11 尾水管主要参数表d1hlb5=b4d4=h4h6l1h5ar6a1r7a2r81.43.53.786.33.841.890.942.451.830.691.622.071.140.151.09三、水轮发电机组根据转速：额定nn=375r/min，

12、飞逸nr=750r/min可选取发电机型号为sf34-16/410，主要性能参数见下表。表12 发电机性能参数表发电机型号型式最大运输部件额定容量功率因数外形尺寸（m）长宽高重量（t)sn(kva)nn(kw)cossf34-16/410悬式40000340000.85额定电压un（v)转速（r/min）飞轮力矩gd2（9.8/knm3）推力轴承负荷p(t)重量（t）额定nn飞逸nr转子gz定子gd630037575057024510467四、调速器选择1、机组台数与机型选择设选用两台机组，发电机效率；电=96%，则水轮机单机出力为计算效率修正值对混流式水轮机h2l/a,为间接水击vc=q/a

13、=4.181=4.181.6末相水击m调节保证计算 “江流域规划办公室”公式tc=ta+0.5ta=0.2+0.50.0257042=570.62stn=（0.90.00063ns）ts=3.8s式中 n0机组额定出力，kw； no机组额定转速，r/min； gd2机组转动惯量，tm2，一般由制造厂家提供； 调速器的残留不均衡度，一般取0.020.06； tn升速时间，s；ns水轮机比转速，ts导叶（或阀门）的有效调节时间，s，此处取5s；fh水击影响系数，查表得1.17调节保证及时规定的标准允许值规定如下：丢弃100%负荷， =0.50.6；丢弃75%负荷，=0.65max；丢弃50%负荷，

14、=0.45max；丢弃25%负荷，=0.25max；增加100%负荷，=0.6；增加100%负荷=0.6则调节保证计算符合规定。第四章、厂区及厂房布置设计厂区布置是多种多样的，但应遵循以下主要原则（1）应综合考虑自然条件、枢纽布置、厂房型式、对外交通、厂房进水等因素，使厂区各部分与枢纽其他建筑物相互协调，避免或减少干扰。（2）既要照顾厂区各组成部分的不同作用和要求，也要考虑它们的联系与配合，要统筹兼顾，共同发挥作用。（3）应充分考虑施工条件、施工程序、施工导流方式的影响，并尽量为施工期间利用已有铁路、公路、水路及建筑物等创造条件。还应考虑电站的分期施工和提前发电。（4）应保证厂区所有设备和建筑

15、物都是安全可靠的。（5）应尽量少破坏天然绿化，积极利用、改造荒坡地，尽量少占农田。（6）应采用工程量少、投资最省、效益最高的方案。一、水电站厂房的功用水电站厂房的功用是：通过一系列的工程建筑，将水流平顺的引进水轮机并流向下游；将各种机电设备布置于恰当的位置，给它们创造良好的安装、检修及运行条件；为运行管理人员创造良好的工作坏境。二、水电站厂房和厂区的组成1、厂区的组成布置水电站的发电、变电和配电建筑物的区域称为水电站的厂区，主要由水电站厂房、主变压器场、高压开关站和内外交通线路四部分组成。厂区是完成发、变、配电的主体。在水电站设计中，通常将这些建筑物集中布置在一起，故称为厂房枢纽。水电站厂房包

16、括主厂房和副厂房。安装水轮发电机组的房间成为主厂房，是直接将水能转变为电能的车间，是厂房的主体。为了安装和检修主厂房内的机电设备，需要设置安装间或称装配场。它通常位于主厂房的一端，并成为主厂房的一部分。布置各种机电控制设备和辅助设备的房间，以及运行管理人员的工作和生活用房，统称副厂房。一般围绕主厂房布置。2、水电站厂房的组成按设备组成系统划分为：水流系统、电流系统、电气控制设备系统、机械控制设备系统、辅助设备系统。按水电站厂房的几个组成划分为：水平面上可分为主机室和装配场；垂直面上根据工程习惯主厂房以发电机层楼板面为界分为上部机构和下部结构两部分。上部机构包括主机室和装配场，与工业厂房基本相似

17、。下部结构为大体积的整体结构，主要布置水轮机的过流系统，其特点是：尺寸大、结构复杂、防渗要求严格、基础深厚。三、主厂房布置主厂房是厂房枢纽的主要建筑物。它的布置是厂区布置的关键。副厂房、主变压器场、开关站的位置都依它的位置而定。因此选定主厂房的位置必须慎重。主厂房应布置在地质条件好、开挖量小、岸坡稳定、对外交通方便、施工条件好且导流容易解决、出线方便、对整个水利枢纽工程来说经济合理的位置。坝后式厂房应避免向岸坡切入过大深度，致使开挖后高陡岸坡处于暴露状态，这样对岸破和挡水坝段的稳定不利。拱坝坝后式厂房的开挖不应影响坝肩的稳定性，必要时可采用弧形布置，但应妥善解决由此引起的厂房内桥吊的运行问题。

18、引水式水电站常用河岸式厂房。其特点是距枢纽较远，因此，应首先依地形、地质、水文等自然条件选择饮水方式后，再确定厂房的位置和布置。四、副厂房的布置大中型水电站都设有副厂房，小型水电站有时可不设专门的副厂房。水轮机辅助设备尽可能放在主厂房内，而电气辅助设备多装设在副厂房内。按副厂房的作用可分为如下三类。（1）直接生产副厂房。是布置与电能生产直接有关的辅助设备的房间，如中央控制室、低压开关灯。直接生产副厂房应尽量靠近主厂房，以便运行管理和缩短电缆。（2）检修试验副厂房。是布置机电修理和试验设备的房间。此类副厂房可结合直接生产副厂房布置。（3）生产管理副厂房。是运行管理人员的办公和生活用房。办公用房宜

19、布置在对外联系方便的地方。此次设计引水式水电站的副厂房布置在主厂房一端，如下图。图51 水电站厂区布置方案示意图五、变压器场和开关站的布置布置变压器场时应考虑下列原则：（1）主变压器尽可能靠近主厂房，以缩短昂贵的发电机电压母线和减少电能损失。（2）要便于运输、安装和检修。（3）变压维护、巡视及排除故障。（4）土建结构经济合理。（5）便于主变压器通风、冷却和散热，并符合保安和防火要求。高压开关站一般为露天式。当地形陡峻时，为了减少开挖和平整的工程量，也可采用阶梯布置方案或高架方案。高压开关站的布置原则与主变压器场相似，要求高压引出线及低压控制电缆安装方便而短，便于运输、检修、巡视，土建结构稳定。

20、因为户外高压配电装置的故障率很低，所以靠近厂房和主变压器的山坡或河岸上有较为平坦的场地，出线方向和交通均较方便，即可布置开关站。六、尾水渠、交通线的布置及厂区防洪排水尾水渠应使水流顺畅下泄，根据地形地质条件、河道流向、泄洪影响、泥沙情况，并考虑下游梯级回水及枢纽各泄水建筑物的泄水对河床变化的可能影响进行布置。尾水渠 应尽量远离溢洪道或泄洪洞出口。要避免泄洪时在尾水渠内形成壅水、水位波动的漩涡，对机组运行不了。尾水渠的位置还应使尾水与原河道水流能平顺衔接，并不被河道泥沙於塞。厂区内外铁路、公路及桥梁、涵洞，应充分考虑机电设备重件、大件的运输。有水运条件时应尽量利用。厂区内的公路线的转弯半径一般不

21、小于35m，纵坡不宜大于9%，坡长限制在200m内。单行导流宽不小于6.5m，厂门口要有回车场。厂区防洪排水应给有足够重视，应保证厂房在各个设计水位条件下不受淹没。当下游洪水位较高是，为防止厂房受洪水倒灌，可采用设尾水挡墙、防洪堤、防洪门、全封闭厂房，抬高进厂公路及安装间高程等措施，或综合采用以上几种措施加以解决。主、副厂房周围应采取有效的排水和保护措施，以防可能产生的山洪、暴雨的侵袭。临近山坡的厂房，应沿山坡等高线设一道或数道铺砌的截水沟。位于洪水位以下的厂区，为防止洪水期的倒灌和内涝，应设置机械排水装置。第五章、厂房布置设计一、立式机组地面厂房的设备布置1、水轮机及其进出水设备的布置水轮机

22、及其进出水的设备包括水轮机进水口、主阀、蜗壳、尾水管、尾水闸门等。这些设备都布置在水轮机层以下的块体结构中，其中以水轮机、蜗壳、尾水管对厂房下部块体的形状和尺寸的影响最大。水轮机的布置水轮机选定之后，水轮机的安装高程是厂房的一个控制性标高，应通过计算确定。进水管和主阀的布置进水管进入厂房后，应有一水平段，以便布置主阀和与蜗壳连接。此水管段的中心线高程应与水轮机安装高程相同。主阀的布置方式有两种：布置在主厂房内的上游侧，并使之位于桥吊工作范围之内；布置在厂房外专设的阀室中。此处选择布置在布置在厂房外专设的阀室中。蜗壳的布置中、高水头水电站厂房内的混流式水轮机一般均采用金属蜗壳。金属蜗壳的内圈焊接

23、在座环的上、下环上，上半部分通常用弹性垫层与上面的混凝土隔开。为了在检修水轮机时能将蜗壳和主阀后面进水管中的水放空，通常在紧靠主阀下游钢管的底部装设通往尾水管或集水井的排水管，并装设控制阀门。同时，在进水钢管的顶部还应安装通气阀，以便于蜗壳好钢管放空或充水时，能自动进气和排气。蜗壳进人孔一般可设在主阀下游进水钢管处，也可从水轮机层向下用垂直孔洞连通一水平短洞进入蜗壳。减压阀的布置高水头水电站在厂房下部块体中，有时要装设减压阀，以减少水锤压力。一般按照在压力水管末端的蜗壳旁边。尾水管和尾水闸门的布置一般大、中型水电站中、大多数采用弯曲形尾水管；小型水电站中才采用直锥形尾水管。尾水管在布置时，可使

24、直锥段的顶端与水轮机的基础环相接，尾水管出口潜设于尾水中。为了检修水轮机，还需设置尾水管进人孔和排水管。进人孔一般设在尾水管的直锥段，当上游有主阀室时，尾水管进人孔可设在该处，由主阀室进入尾水管。尾水管的排水管进口应设在尾水管的最低点，末端通入集水井，排水管上应设控制阀门。下部块体的最小尺寸立面尺寸：当水轮机安装高程和蜗壳、尾水管的尺寸选定后，可根据水轮机安装高程及转轮的尺寸定出尾水管的顶部高程，再减去尾水管的高度就得到尾水管的底部高程。尾水管的底板厚度可先凭经验估计，以后再进行验算。一般，岩基上的尾水管底板厚度为12m，蜗壳顶部到水轮机层地面高程之间的混凝土厚度可采用1.22.1m。这样就大

25、致决定了块体结构的高度。平面尺寸：主要取决于蜗壳的平面尺寸和施工条件。为了蜗壳的拼接、焊接，以及便于蜗壳外层预埋件的布置及绑扎钢筋、浇捣混凝土等，在蜗壳的四周，混凝土的厚度l至少要有0.81.0m。这样蜗壳两边各加上一个l后即得到机组段的最小长度。蜗壳下游侧在l外再加上外墙厚度，一般可估取13m，在蜗壳上游侧l之外，在加上主阀室的宽度及外墙厚度。块体结构的平面尺寸也就大致确定了。这样定出的尺寸就是块体结构的最小尺寸。当然这些尺寸还要通过结构检查校验。2、发电机的布置发电机的型式和布置方式常用的发电机型式有悬式和伞式。悬式发电机：推力轴承位于转子上方，支承在上机架上。伞式发电机：推力轴承位于转子

26、下方，设在下机架上。发电机的布置方式主要有开敞式、埋没式和半岛式三种。开敞式布置方式一般适用于容量较小的机组；埋没式布置方式一般适用于大、中型水电站；半岛式布置方式由于厂房内场地狭小、设备拥挤，给安装、检修造成不便，故采用不多。此处选用悬式发电机，埋没式布置。发电机的冷却与通风发电机的通风方式与发电机的布置方式密切相关，主要有开敞式、串流式半串流式和密闭式等四种。发电机的支承结构机墩机墩的底板固结在水轮机层大体积混凝土上，上部与发电机层楼板或风罩连接。其作用是将发电机支承在预定的位置上，并给机组的安装、运行、维护、检修创造有利的条件。常用的机墩有圆筒式机墩、平行墙式机墩、环形梁是机墩、框架式机

27、墩。圆筒式机墩的优点是：刚度大，抗扭、抗震性能好，机构简单，施工方便。缺点是：占水轮机层空间较大，是辅助设备布置和预埋管路等较为不便，水轮机井空间较小，使水轮机安装、检修也不够方便；平行墙式机墩优点是：水轮机顶盖处宽敞，工作方便，检修水轮机时可以在不拆除发电机的情况下，将水轮机转轮从平行墙间吊出。缺点是：其刚度和抗扭性都不如圆筒式机墩。框架式机墩的优点是：可方便地利用框架下的空间布置辅助设备和管路等，机组的安装、检修都较方便，施工简单，节省材料，造价较低。缺点是：刚度、抗扭、抗震性能较差，其一般适用于小型机组。本次设计采用圆筒式机墩。二、主厂房内附属设备和辅助设备的布置1、水轮机附属设备调速器的布置调速器由操作柜、油压装置和接力器组成，并用油管和传动设备联成一体。操作柜在布置时应尽量靠近接力器，并便于安排回复装置。油压装置应尽可能地靠近操作柜，并布置在同一高程，以缩短油管。接力器的作用是直接控制水轮机导叶开度，调节进入水轮机的流量，以保持机组转速稳定，一般布置在蜗壳断面较小的上游侧，固定在机墩的孔中。操作柜和油压装置应布置在桥式吊车钩的工作范围之内，周围还应留1m左右的通道，以便安装、检修。2、发电机的附属设备及其布置发电机主引出线的布置：主引线的及母线，一般采用方形的汇流铜排或铝排。由于母线价格较贵，故要求在厂房内母线长度最短，并