水电站厂房课程设计计算书1

1、 2013年秋季学期课程设计水利与环境学院 系（院） 水利水电工程 专业题 目 水电站厂房课程设计 学 生 姓 名 胡浩凡 班 级 10水利水电工程（1）班 学 号 2010101143 指 导 教 师 朱士江 日 期 2014 年 01 月 08 日三峡大学教务处订制水电站厂房课程设计说明书 1 绘制蜗壳单线图1.1蜗壳的型式：首先，本水电站水轮机的最大工作水头，应采用金属蜗壳；其次，由水轮机的型号HL220LJ120，可知本水电站采用金属蜗壳。1.2蜗壳主要参数的选择金属蜗壳的断面形状为圆形为了获得良好的水力性能，圆形断面金属蜗壳的包角一般取0 =345°（P98）。由基本资料可

2、知: 蜗壳进口断面流量。由图430（P99）查得蜗壳进口断面平均流速。1.3座环尺寸查金属蜗壳座环尺寸系列表可知，表中最小转轮直径为1800mm。对表中数据进行分析，发现转轮直径和座环内外径成线性关系，利用excel拟合直线，求出，。当时，则，。其中：座环内径；座环外径；座环内半径；座环外半径。座环示意图如下图所示座环尺寸（单位：mm），比例1:1001.4蜗壳的水力计算1.4.1对于蜗壳进口断面（P100）断面面积断面的半径。从轴中心线到蜗壳外缘的半径：。1.4.2对于断面形状为圆形的任一断面的计算设为从蜗壳鼻端起算至计算面处的包角，则该计算断面处的，。其中：， 。表00.000 0.000

3、 0.000 1.053 150.501 0.076 0.156 1.364 301.003 0.152 0.220 1.492 451.504 0.228 0.269 1.591 602.005 0.304 0.311 1.675 752.506 0.380 0.348 1.748 903.008 0.456 0.381 1.814 1053.509 0.532 0.411 1.875 1204.010 0.608 0.440 1.932 1354.511 0.684 0.467 1.986 1505.013 0.759 0.492 2.036 1655.514 0.835 0.516 2.

4、084 1806.015 0.911 0.539 2.130 1956.516 0.987 0.561 2.174 2107.018 1.063 0.582 2.216 2257.519 1.139 0.602 2.257 2408.020 1.215 0.622 2.297 2558.521 1.291 0.641 2.335 2709.023 1.367 0.660 2.372 2859.524 1.443 0.678 2.408 30010.025 1.519 0.696 2.444 31510.526 1.595 0.713 2.478 33011.028 1.671 0.729 2.

5、511 34511.529 1.747 0.746 2.544 根据计算结果表，画蜗壳单线图，如下图所示:蜗壳单线图（单位：m）比例1:502 尾水管单线图的绘制为了减少尾水管的开挖深度，采用弯肘形尾水管，由进口直锥段、肘管和出口扩散段三部分组成。 由以下公式: 可得当混流式水轮机出口直径时，由水利机械（第二版）表4-17知，当时hLB5D4h4h6L1h52.64.52.7201.351.350.6751.821.22当时,乘以直径数即得所需尾水管尺寸。hLB5D4h4h6L1h53.125.43.2641.621.620.812.1841.4642.1进口直锥段2.1.1导叶底环至转轮出口

6、高度2.1.2转轮出口至尾水管进口高度h2，对混流式机组约为0。2.1.3直圆锥管高度： 2.1.4出口直径 ，进口锥管直径等于转轮出口直径，则锥管的单边扩散角。2.2肘管肘管是一变截面弯管,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的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率越大，一般推荐使用的合理半径，外壁用上限，内壁用下限。则。2.3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

7、出口宽度相等，其顶板向上倾斜，长度仰角因为出口宽度，所以尾水管出口扩散段之间不设中间支墩。2.4尾水段的高度总高度h是由导叶底环平面到尾水管之间的垂直高度。因为D1<D2<，所以属于高比速混流式水轮机。增大尾水管的高度，对减小水力损失和提高是有利的。但对混流式水轮机尾水管中产生的真空涡带在严重的情况下不仅影响机组的运行而且还会延伸到尾水管地板引起机组和厂房的振动。为了改善这一情况，常采取增大尾水管高度的办法，但将会增大开挖量，从而引起工程投资的增加，经过试验，一般对于高比速取。 因此，,满足要求。,满足要求。2.5尾水管单线图根据以上的数据绘制单线图3 拟定转轮流道尺寸根

8、据水电站动力设备设计手册中混流式水轮机转轮流道尺寸表，已知转轮型号为HL220型的尺寸如下：转轮型号D1D2D3D4D5D6b0h1h2h3h4HL22011.0820.9280.870.4780.1160.250.0540.1650.4820.309HL2201.21.29841.11361.0440.57360.13920.30.06480.1980.57840.3708当时，转轮流道尺寸如图所示：转轮流道尺寸（）（单位：mm）比例1:10当时，转轮流道尺寸在上图各数据基础上乘即可。4 厂房起重设备的设计水电站厂房内桥式起重机的容量大小通常取决于起吊最重件(发电机转子带轴重)的重量，其跨度

9、决定于桥式起重机标准系列尺寸，起重机台数取决于机组台数的多少，大小和机组安装检修方式。水轮发电机重量估算由于发电机型号为SF630-12/2600得出该水轮机为立式空气冷却的水轮发电机，额定容量为6300kVA，发电机极数为12，定子铁芯外径为2600mm。查水轮发电机的标准额定转速与极数对照表，得出。由机电设计手册得出：极矩定子铁芯内径定子铁芯长度（当10000kVA时，C取）。水轮发电机重量估算：（大于的高转速机组多半采用悬式支承方式）水轮发电机总重量： 式中： 发电机总重量（）； 发电机额定容量（）；额定转速（）；系数，对于悬式发电机取，这里取。 代入数据得： 发电机转子带轴重：。显然，

10、根据起重量系列GB783-65，且机组台数，故选1台单小车桥式起重机，型号为。 查水电站动力设备设计手册中水电站大吨位单小车桥机主要参数，其具体数据如下： 取跨度：； 起重机最大轮压：；起重机总重：； 小车轨距：；小车轮距：； 大车轮距；大梁底面至轨道面距离：； 起重机最大宽度：；轨道中心至起重机外端距离：；轨道中心至起重机顶端距离：；主钩至轨面距离：；吊钩至轨道中心距离（主）：；副吊钩至轨道中心距离：；轨道型号：。 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。主厂房的总长度：。其中n为机组台数，为机组段长度， 为装配厂长度，为端机组段附加长度。5

11、.1.1机组段的长度的确定 机组段的长度按下式计算：。其中，和分别为机组段与 方向的最大长度。和可用表12-1中公式按蜗壳层、尾水管层和发电机层分别计算，然后取其中的最大值。 （）蜗壳层： 则。（2）尾水管层： 则。（3）发电机层：查水电站机电设计手册可知：当时，定子机座外径；当时，发电机风罩内径.而由发电机型号可知，定子铁芯外径，则发电机风罩内径由于一般取发电机风罩壁厚，这里取；两台机组之间风罩外壁净距一般取，此处取。 则。 由以上计算的各层，其中发电机层最大为，故取。 其中:蜗壳方向最大平面尺寸；蜗壳方向最大平面尺寸；蜗壳层外部混凝土厚度，初步设计时取，此处取；尾水管宽度（已知资料）；尾水

12、管边墩混凝土厚度，一般取；发电机风罩内径；发电机风罩壁厚，一般取；两台机组之间风罩外壁静距，一般取，如设楼梯取。5.1.2端机组段长度的确定取（附加长度），其中：安全裕量，采用一台起重机吊装发电机转子时取。5.1.3安装厂尺寸确定装配厂与主机室宽度相等，以便利用起重机沿主厂房纵向运行。装配厂长度一般约为机组段的倍。对于混流式和悬式发电机采用偏小值，因此取1.2。因此，可得主厂房总长度为：。5.2主厂房宽度的确定以机组中心线为界，厂房宽度可分为上游侧宽度和下游侧宽度两部分。，。其中，风罩外壁至上游内侧的静距，由上游侧电气设备和附属设备的布置及通道尺寸确定，取值4m。所以，。除满足发电机层要求，还

13、要满足蜗壳方向和混凝土厚要求。对于发电机层：。其中，风罩外壁至下游墙内侧的静距，主要用于主通道取。所以，。对于蜗壳层方向为：。其中：。故取。因此，。5.3厂房各层高程的确定5.3.1水轮机组安装高程立轴混流式水轮机安装高程由下式计算，。其中：水轮机导叶高度，由资料知：水库设计洪水位最大下泄流量3580m3/s相应下游水位253.1m水库校核洪水位最大下泄流量3910 m3/s相应下游水位253.6m正常高水位下泄流量2677 m3/s相应下游水位251.6正常发电时流量32.2 m3/s相应下游水位244.2m由于，故取1台机组流量相应的尾水位，得出下游设计最低水位，对于水轮机安装处的海拔高程

14、初步计算时可采用下游平均水位高程，得到查附录一（附表1）可知汽蚀系数，由图2-16可知安全裕量 ，而，所以 ，则：。其中：吸出高度；导叶高度；下游设计最低水位。5.3.2主厂房基础开挖高程其中为尾水管底板混凝土厚度，取为；为出口高度，；为从水轮机安装高程向下量取到尾水管出口顶面的距离，。所以，5.3.3水轮机层地面高程 式中：蜗壳进口半径；蜗壳顶混凝土层，取为1m 则：（水轮机层地面高程一般取100mm的整倍数）。5.3.4发电机装置高程 。其中：进人孔高度，一般取，此处取；进人孔顶部厚度，一般为左右，此处取。则：。 5.3.5发电机层楼板面高程 一般情况下，发电机层楼板高程 应满足下列条件：

15、(1) 保证以下各层高度和设备布置及运行上的需要。水轮机层的净高不少于3.54.0m，否则发电机出线和油气水管道布置困难。如果发电机层楼板面与水轮机层地面之间加设出线层，则出线层底面到水轮机层地面净高也不宜少于3.5m。(2) 保证下游设计洪水不淹厂房。一般情况下，发电机层楼板面和装配场楼板面高程齐平。大中型水电站厂房总是希望将发电机层楼板面设在下游设计洪水位以上。(3) 当河流洪水期与枯水期水位相差悬殊，若将发电机层楼板面设在下游设计洪水位以上是不经济的。不仅会增加厂房下部结构部分的混凝土工程量。将发电机层楼板面高程布置在下游设计洪水位以下。在厂房大门和对外的交通口，设置临时性插板以挡洪水，

16、沿进厂的交通道路设防水墙。取得5.3.6起重机（吊车）的安装高程 其中：发电机定子高度和上机架高度之和，由于， 得到定子机座高度：，由于是悬式机架.由于为埋入式布置，因此；   h8吊运部件与固定的机组或设备间的垂直净距；固定的机组、设备、墙、柱、地面之间保持水平净距0.3m，垂直净距0.61.0m(如采用刚性夹具，垂直净距可减小为0.250.5m)，取值0.8m。    h9最大吊运部件的高度(往往是发电机转子带轮或水轮机转轮带轴)；由机电设计手册知； 查推力轴承、励磁机和永磁机的高度表得由于推力轴承的高度。主励磁机的高度，取值1700mm。副励磁机的

17、高度。永磁机的高度。由于是悬式机架下机架高度为定子支座支承面子下机架支承面或下挡风板之间的距离 下机架支承面至主轴法兰底面之间的距离，取值1100mm。由于有风扇，转子磁轭轴向高度 由于在上机架上有主副励磁机，定子机座支承面到发电机顶部 定子支承面到大轴法兰面的距离定子铁芯轴向中心线到法兰盘的距离发电机总高发电机主轴高，取    h10吊运部件与吊钩间的距离(一般在1.01.5m左右)，取决于发电机起吊方式和挂索、卡具，取值1.25m；   h11主钩最高位置(上极限位置)至轨顶面距离，由起重机主要参数查出为830mm。则，。5.3.7屋顶高程

18、 其中，轨道面至起重机顶部距离； 吊车检修高度0.5m； 屋面板厚度；0.15m5.3.8尾水管底板高程 其中，底环顶面至尾水管的距离；导叶高度。 6厂区布置 7 主厂房的布置7.1发电机层设备布置 发电机层为安放水轮发电机组及辅助设备和仪表表盘的场地，也是运行人员巡回检查机组、监视仪表的场所。主要设备有：1机旁盘(自动、保护、量测、动力盘)。与调速器布置在同一侧，靠近厂房的上游或下游墙。2调速柜。应与下层的接力器相协调，尽可能靠近机组，并在吊车的工作范围之内。3励磁盘。控制励磁机运行，常布置在发电机近旁。        &

19、#160;     4蝶阀孔。如果在水轮机前装设蝴蝶阀，则其检修需要在发电机层的安装间内进行，在发电机层与其相应的部位预留吊孔，以方便检修和安装。5楼梯。一般两台机组设置一个楼梯。由发电机层到水轮机层至少设两个楼梯，分设在主厂房的两端，便于运行人员到水轮机层巡视和操作、及时处理事故。楼梯不应破坏发电机层楼板的梁格系统。6吊物孔。在吊车起吊范围内应设供安装检修的吊物孔，以勾通上下层之间的运输，一般布置在既不影响交通、又不影响设备布置的地方，其大小与吊运设备的大小相适应，平时用铁盖板盖住。发电机层平面设备布置应考虑在吊车主、副钩的工作范围内，以便楼面所有设备

20、都能由厂内吊车起吊。                                7.2水轮机层设备布置水轮机层是指发电机层以下，蜗壳大块混凝土以上的这部分空间。在水轮机层一般布置：1调速器的接力器。位于调速器柜的下方，与水轮机顶盖连在一起，并布置在蜗壳最小断面处，因为该处的混凝土厚度最大。

21、60;           2电气设备的布置。发电机引出线和中性点侧都装有电流互感器，一般安装在风罩外壁或机座外壁上。小型水电站一般不设专门的出线层，引出母线敷设在水轮机层上方，而各种电缆架设在其下方。水轮机层比较潮湿，对电缆不利。对发电机引出母线要加装保护网。3油、气、水管道。一般沿墙敷设或布置在沟内。管道的布置应与使用和供应地点相协调，同时避免与其他设备相互干扰，且与电缆分别布置在上下游侧，防止油气水渗漏对电缆造成影响。4水轮机层上、下游侧应设必要的过道。主要过道宽度不宜小于1.2m1.6m。水轮机机

22、座壁上要设进人孔，进人孔宽度一般为1.2m1.8m，高度不小于1.8m2.0m，且坡度不能太陡。7.3蜗壳层的布置 蜗壳层除过水部分外，均为大体积混凝土，布置较为简单。1主阀。当引水式电站采用联合供水或分组供水时，在蜗壳进口前设置一道快速闸门或蝴蝶阀，一般称为主阀。                            

23、;        2进人孔。在下部块体结构中要设有通向蜗壳和尾水管的进人孔，并设置通道。一般进人孔的直径为60cm，进人孔通道尺寸不小于1×1m。3检查、排水廊道。一般电站在蜗壳层以下的上游侧或下游侧均设有检查、排水廊道，作为运行人员进入蜗壳、尾水管检查的通道，有的电站还同时兼作到水泵室集水井的过道。4集水井。 位于全厂最低处，除要求能容纳运行时的渗漏水，还要担负机组检修时的集水、排水任务。5排水泵室：一般布置在集水井的上层，有楼梯、吊物孔与水轮机层连接。电站排水都通向下游尾水渠。   

24、0;      7.4安装间的布置7.4.1安装间的位置与高程1安装间的位置安装间一般均布置在主厂房有对外道路的一端。对外交通通道必须直达安装间，车辆直接开入安装间以便利用主厂房内桥吊卸货。水电站对外交通运输道路可以是铁路、公路或水路。对于大中型水电站，由于部件大而重，运输量又大，所以常建设专用的铁路线，中小型水电站多采用公路。2安装间的高程安装间的高程主要取决于对外道路的高程及发电机层楼板的高程。安装间最好与对外道路同高，均高于下游最高水位，以保持洪水期对外交通畅通无阻。安装间最好也与发电机层同高，以充分利用场地，安装检修工作方便。当水电站的

25、下游尾水过高时，发电机层楼板常低于下游最高尾水位，从而也低于对外道路，这时可以有以下几种方案：               (1) 安装间与对外道路同高，均高于发电机层。洪水期对外交通可保持通畅，但安装间与发电机层相邻部分的场面不能加以充分利用，安装间可能因之要稍加长些，同时桥吊的安装高程将取决于在安装间处吊运最大部件的要求，整个主厂房将加高。(2) 安装间与发电机层同高，均低于下游最高水位。一是在对外道路在靠近厂房处下坡，由低于下游最高水位处起在路边筑挡水墙，挡水

26、墙一直接主厂房。这种方式的好处是可保持对外交通通畅，但下游水位很高时挡水墙的工程量将太大。二是将主厂房大门做成挡水闸门，洪水时将大门关闭，断绝对外运输，值班人员可由高处的通道进入厂房。(3) 安装间与发电机层同高，而在安装间上专门划出一块货车停车卸货处，此停车处高于安装间而与对外道路同高。这时安装间场面不能充分利用，而厂房的高度可能取决于卸货的要求。7.4.2 安装间的面积和布置1安装间的面积安装间与主厂房同宽以便桥吊通行，所以安装间的面积就决定了它的长度。安装间的面积可按一台机组扩大性检修的需要确，一般考虑放置四大部件，即发电机转子、发电机上机架、水轮机转轮、水轮机顶盖。四大部件要布置在主钩

27、的工作范围内，其中发电机转子应全部置于主钩起吊范围内。发电机转子和水轮机转轮周围要留有12m的工作场地。在缺乏资料时，安装间的长度可取1.25l.5倍机组段长；多机组电站，安装间面积可根据需要增大或加设副安装间。2安装间的布置安装间的大门尺寸要满足运输车辆进厂要求，如通行标准轨距的火车，其宽度不小于4.2m，高度不小于5.4m。通行载重汽车的大门宽度不小于3.3m，高度不小于4.5m。发电机转子放在安装间上时轴要穿过地板，地板上在相应位置要设大轴孔，面积要大于大轴法兰盘。为了组装转子时使轴直立，在轴下要设大轴承台，并预埋底脚螺栓。主变压器有时也要推入安装间进行大修，这时要考虑主变压器运入的方式

28、及停放的地点。主变压器大修时常需吊芯检修，在安装间上设尺寸相当的变压器坑，先将整个变压器吊人坑内，再吊铁芯，以免增加厂房高度。目前大型变压器常做成钟罩式，检修时吊芯改为吊罩，起重量和起吊高度大为减小，安装间不再设变压器坑。     8副厂房的设计副厂房由辅助生产车间，某些辅助设备的房间和必要的技术所组成，它是各种辅助设备布置和运行人员工作的场所。它的布置原则是运行管理方便和最大限度地利用一切可以利用的空间，尽量减少不必要的间室面积，以减少投资。中央控制室布置在发电机层，且位于发电机层的中部，尽量窗户朝南开，以及加强通风或空调，室内净高一般为4.04.5m取4m。继电保护室布置在中控室，在靠近主机组的副厂房内，配电装置长度在7m以内时，只布置一个出口，门应向外开。集缆室位于中控室和继电保护室的下面，净高在2m3m之间，取2m。母线廊道连接水电站发电机和主变压器，道内布母线，母线距楼板底的净距离不小于0.8m。厂用变压器，尽可能靠近发电机电压配电装置。厂变压间高度按卢蕊高度再加上700mm，两侧宽度至少加800mm，门高为变压器的高至少加300mm，门宽至少加400mm。厂用动力室分散布置在负荷点附近（安装间、水轮机层、水泵室、机修间，油处理室等处）。为辅助设备系统配置的一些房间：空气压缩室，绝缘油库、透平油库，水泵室；应注意，控制温度、防止潮