水电站课程设计计算说明书 (2)

1、.水电站课程设计任务书题 目：水电站地面式厂房布置设计发题日期： 年 月 日完成日期： 年 月 日专业名称： 班 号： 学生姓名： 主要指导教师： 其他指导教师： 武汉大学水利水电学院水电站教研室1 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

2、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 基本资料 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 140.00 m水库设计洪水位 137.00 m水库正常高水位 125.00 m水库发电死水位 108.00 m设计洪水尾水位 77.00 m校核洪水尾水位 78.50 m2、厂址水位流量关系曲线水位（m）68.5069.2069.7569.7569.9070.20流量（m3/s）0.040.080.0120.0160.0200.0水位

3、（m）70.9571.6072.2074.5076.3078.50流量（m3/s）400600.0800.01000.01200.014003、水电站特征水头最大水头 56.00 m最小水头 38.00 m平均水头 50.84 m计算水头 48.30 m4、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

4、压等级送电；高压侧采用桥形结线方式。电气主结线见图二。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 15.6 MW 额定转速 214.3 r/min单机额定（最大）流量 36.2m3/s2、水轮发电机：型号SF15-28/550额定功率（）功率因数额定转速（r/min）额定电压()转子带轴重（t）150000.8214.310.5803、调速器设备（1）调速器型号：DT-100机械柜尺寸：长宽高=7509501375（mm）电气柜尺寸：长宽高=5508042360（mm）（2）油压装置型号：YZ-l.0型号油箱长度

5、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-1.5716949304、厂房附属设备（l）水轮机前的蝴蝶阀型号直径（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（2）桥式吊车详见附表1，选定吊车型号，选用有关尺寸5、电气设备（l）三相三线圈主变二台型号：SFSL1-50000/110/35/10尺寸：长宽高=682045208200（mm）轨距： 1435（mm）检修起吊高度： 8200（mm）主变压器身重： 39.5（吨）（2）厂用变压器二台型号： SJL1630/10/0.4厂

6、用变压器参考数据：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（3）机旁盘每台机六块：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。尺寸：宽厚高=8005502360(mm)1.2.3 副厂房参考面积（单位：m2）（1）直接生产副厂房中央控制室 100120电缆室 与中控室同通讯室 2050发电机电压配电装置室 4050厂用盘室 3040直流系统室蓄电池室 4050酸室 1014套间 56充电机室 1015通风机室 1015直流盘室 2025母线廓道 宽度不少于2.0m厂变室 15空压机及贮气筒室 340油桶及油处理室 5055排水泵

7、室 1520集水井容积 3035（m3）（2）检修、试验用房测量表计试验室 3040高压试验室 2030电工试验室 2030机修间 4050工具间 1015（3）间接辅助生产用房交接班室 2025值班休息室 1520办公室 1520浴室厕所 1020警卫室 10附表1： 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25021010.511.512.513.526920160027522010.511.

8、512.513.5269201600单小车752013.516.519.520/228616400365436543660/113611361182479479483L1L2L3L4240001002013.016.019.020/228616400369236923692/147614741472-105-107-10920555.2 水电站在整个枢纽中的位置及厂房枢纽布置2.1 电站厂房在枢纽中的位置厂房为引水式地面厂房。厂区基岩系凝灰岩，岩石抗压强度较高，厂区有第四纪沉积层，厚约3米。初步可以沿等高线布置在引水道斜交的右河岸上，位于重力拱坝的下游。可采用斜向供水。厂房上游端有公路，交通条

9、件满足要求。尾水渠逐渐倾向下游与河道斜交，使水流顺畅。2.2 厂区枢纽布置初步拟定厂房位置后进行厂区布置。主厂房沿等高线布置在坝下游，安装场在主厂房端部，靠近公路一侧，并布置了回车场。副厂房布置在主厂房下游侧，位于尾水平台上。主变压器布置在副厂房端部，靠近安装场处。开关站位于距离主变约150m的下游。3 水轮机安装高程及主要设备尺寸的确定3.1 水轮机安装高程水轮机型号为HL220LJ225。3.1.1 计算吸出高吸出高公式：Hs10.0-900-m+H其中：为水轮机安装位置的海拔高程，初始计算时取为下游平均水位的海拔高程，取70m。m为模型气蚀系数，查表得到m=0.133。为气蚀系数的修正值

10、，根据设计水头查得=0.022。H为水轮机水头，一般取为设计水头H=48.30m。计算得Hs2.43m3.1.2 确定安装高程Zs=w+Hs+12b0其中：w为设计尾水位，常取一台水轮机的额定流量下的下游水位，单机额定流量为36.2m3/s，根据水位流量关系曲线查得尾水位为69.13m。Hs为吸出高，暂取为2.40m。b0为导叶高度，根据水轮机型号查得b0=0.25D1=0.25225cm=56.25cm计算得：Zs=69.13+2.40+0.5625=72.09水轮机的安装高程为72.09m3.2 蜗壳型式及尺寸确定3.2.1 蜗壳形式选择采用金属焊接蜗壳。蜗壳的断面形状均做成圆形，以改善其

11、受力条件。包角0=345。3.2.2 蜗壳水力计算（1） 已知条件与参数设计水头Hr=48.30m最大引用流量Qmax=36.2m3/s导叶高度b0=0.5625m座环固定导叶外径Da和内径Db：根据水力机械设计手册，查得 Da=385cm，Db=325cm进口断面平均流速Vc：根据经验曲线查取，金属蜗壳取上限值Vc=6.4m/s（2） 蜗壳中水流运动假定水流圆周分速度Vu=Vc=6.4m/s（3） 水力计算为保证流量均匀地进入导水机构，通过任一断面i的流量应为Qi=Qmaxi360式中：i为从蜗壳鼻端至断面i的包角断面半径i=QiVc=Qmaxi360Vc断面中心距ai=ra+i断面外半径R

12、i=ra+2i计算过程如下：表31 蜗壳水力计算断面断面i流量Qi断面半径i中心距ai外半径Ri7303.02 0.39 2.31 2.70 6757.54 0.61 2.54 3.15 512012.07 0.77 2.70 3.47 416516.59 0.91 2.83 3.74 321021.12 1.03 2.95 3.98 225525.64 1.13 3.05 4.18 130030.17 1.23 3.15 4.38 034534.69 1.31 3.24 4.55 图31 蜗壳断面形状图32 蜗壳平面单线图3.3 尾水管型式及尺寸确定尾水管采用弯肘式。 图33 尾水管尾水管尺

13、寸采用设计手册推荐的尺寸：HL220LJ225水轮机为中比转速水轮机，D1150r/min，所以采用悬式发电机。初步计算时，采用定子埋入式。根据资料提供尺寸如图： 图35 发电机尺寸4 厂房各主要高程确定图41 厂房各高程简图4.1 厂房开挖高程根据水轮机安装高程初步确定厂房开挖高程：挖=安-12b0-h-其中：挖为厂房开挖高程。安为水轮机安装高程 安=Zs=72.09m。h为尾水管高度，根据水力机械设计手册推荐，暂取h=2.6D1=5.85m。为尾水管底板厚度，基岩上的尾水管底板厚度一般取为12m，取为1m。计算得：挖=72.09-0.50.5625-5.85-1=64.96m4.2 水轮机

14、层地面高程水=安+max+h1水为水轮机层地面高程max为蜗壳最大半径，max=1.31mh1为蜗壳顶部混凝土的厚度，取1.50m。水=72.09+1.31+1.50=74.90m4.3 发电机装置高程装=水+h2+h3装为发电机装置高程h2为机墩进人孔高度，一般为2m左右，取为2m。h3为进人孔上的混凝土厚度，取为1.5m。计算得装=74.90+2.00+1.50=78.4m4.4 发电机层楼板高程发=装+h4h4为定子高度，根据资料，h4=2.43m计算得： 发=78.4+2.43=80.83m校核：水轮机层地面到发电机楼板下层净空高度不低于4m，初估楼板厚度为0.5m，h=80.83-0

15、.5-74.9=5.43m 满足要求。4.5 装配场楼板高程发电机层楼板高程高于下游设计洪水位，故安装场高程与发电机层地面同高。装配=80.83m4.6 吊车轨顶高程4.6.1 桥吊选型桥吊的起重量取决于需要由它吊运的最重部件，一般为发电机转子，低水头电站可能是转轮。本次设计中采用的是悬式发电机，其转子需带轴吊运。带轴转子重量为80t。利用设计手册中的曲线估算转轮重量为85t。根据资料附表1，初步选定选用单小车双钩100T桥吊。机组台数不超过6台，只选用一台桥吊即可。桥吊的跨度根据厂房的平面尺寸及其他因素在后续章节中确定。在计算时初选跨度16m。 图42 水轮机转轮重量估算曲线4.6.2 轨顶

16、高程轨=发+h5+h6+h7+h8h5为吊物垂直安全距离，取为0.8m。h6为起吊部件高度，考虑最大部件高度，发电机转子带轴约4.39m。h7为吊索或吊具高度，估算为0.6m。h8为吊钩至轨顶距离，为1.474m。计算得：轨=80.83+0.8+4.39+0.6+1.474=88.09m4.7 屋面大梁底部高程梁=轨+h9+h10h9为桥吊轨顶至小车顶距离，查表得h9=3.692m。h10为小车顶部到屋面大梁底部的距离，一般取0.30m。计算得：梁=88.09+3.692+0.30=92.08m4.8 屋顶高程顶=梁+h11h11为屋面大梁（或桁架）+屋面板+保温防水层高度，一般取0.3m。计

17、算得：顶=92.08+0.3=92.38m5 主厂房平面尺寸确定5.1 机组段长度L1机组段长度为相邻两机组中心线的距离。L1=L+x+L-x分别计算发电机层、水轮机层和蜗壳层的机组段长度，然后取三者中的最大值作为机组段长度。5.1.1 发电机层 图51 发电机层机组段长度计算L1=L+x+L-xL+x=L-x=123+3+12b3为发电机风罩内径，根据发电机尺寸，3=8.4m。3为风罩厚度，一般取为0.3m。b为两机组之间风罩外壁净间距，一般可取1.5-2.0 m，如两机组之间设楼梯时取3-4 m，取较大值4 m。计算得：L+x=L-x=8.40.5+0.3+2=6.5mL1=13m5.1.

18、2 蜗壳层L1=L+x+L-xL-x=2+R2L+x=1+R11、2为蜗壳外围混凝土厚度，均取为1.5 m。R1、R2为蜗壳345、165断面外半径，R1=4.55m、R2=3.74mL-x=1.5+3.74=5.24mL+x=1.5+4.55=6.05mL1=L+x+L-x=5.24+6.05=11.29m综合考虑其他因素，取机组段长度L1=13m。5.2 端机组段长度L2L2=L1+LL=8.6162+0.5=4.808m故取L2=17.81m5.3 主厂房宽度主厂房宽度取决于机组尺寸和发电机层设备布置。B=B上+B下B上=123+A其中：3为风罩内径。为风罩厚度。A为风罩外侧至厂房上游墙

19、内侧(或立柱内侧)净距，决定于设备布置。上游侧布置的设备有：调速器：（包括机械柜、电气柜、 油压装置、接力器），调速器之间油管路相连尽量靠近。机旁盘：要考虑机旁盘前的巡视，一般要求1.5m，以及机旁盘后进线要求，一般要求80cm。蝶阀吊孔：蝶阀中心线与机组中心线满足两倍蝶阀直径。另考虑发电机风道尺寸。取A=4m。B下=123+CC主要取决于通道宽度，一般取为3m。计算得：B=8.4+0.32+4+3=16m5.4 装配场长度安装厂长度一般约为机组段长度的1.01.5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、水轮机转轮和水轮机顶盖等四大件的摆放。具体要求如下：（1） 发电机转子直径4.9m，周围应留2.0m间隙。安装场楼板留有孔口，孔径比主轴法兰直径大0.5m。（2） 发电机上机架、水轮机、顶盖及转轮周围留有1.0m间隙，供做通道用。顶盖尺寸3.31m。综合考虑厂房布置因素，将安装场长度 B定为20 m。5.5 下部块体的尺寸5.5.1 块体高度水轮机安装高程向上加上蜗壳尺寸，再加上蜗壳顶部外包混凝土的厚度得出块体结构的顶部