水电站厂房课程设计2014

1、水电站厂房课程设计 姓 名： 学 号： 指导老师： 学 院：水利与环境学院 专 业：水利水电工程一枢纽概况X水利工程由混凝土面板堆石坝、右岸溢洪道、左岸泄洪兼导流隧洞，左岸发电兼倒流、放空隧洞和发电站等五大建筑物组成。混凝土面板堆石坝坝高95米，水库总库容2.1亿立方米，电站总装机1.89万千瓦。工程具有灌溉、发电、养殖、防洪、拦沙等效益。水库各特征水位如下：死水位： 285.00m 正常高水位：322.00m设计洪水位：324.45m 校核洪水位：325.30m坝顶高程： 330.50m主要建筑物包括：（1）挡水建筑物大坝为钢筋混凝土面板堆石坝，由钢筋混凝土防渗面板和堆石体两部分组成。坝高9

2、5米，坝顶长222米，坝顶宽8米。（2）右岸溢洪道右岸溢洪道座落在右岸山体上，由进水口、闸室、明渠陡槽和鼻坎四部分组成。闸室宽24米，装有两扇12×14m弧形库门，最大泄量4466m3/s。（3）泄洪兼导流隧洞泄洪洞布置在左岸，为表孔堰流结合施工导流的“龙抬头”型式无压隧洞，洞长502m，城门型断面，洞宽8.8m，洞高13.1m，底部纵坡1/35，进口装有一扇10m×12m弧形钢闸门，最大泄量1594 m3/s。（4）发电兼导流、泄空隧洞洞长490m，圆形断面，洞泾5m，进口为深式进水口，分上、下两层（即“龙抬头”型式）进水，下层为导流泻汇流量360 m3/s。（5）电站厂

3、房为地面引水式厂房，安装3台单机容量为6300KW立式混流式水轮机组，设计水头62.5m，单机发电流量12 m3/s。多年平均发电量5510万度。1 基本资料和设计依据（1）有关X水电站工程概况的简要说明如前述。（2）坝址地形图1张，比例为1：3000（3）坝型为混凝土面板堆石坝。（4）电站下游尾水位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（5）水电站装机容量18.9MW，共3台，厂房布置

4、在左岸。（6）电站设计水头HP=62.5m。（7）水轮机型号 ：HL220-LJ-120 机组单机容量：6300KW转速：500r/min最大工作水头：80.4m最小工作水头：40.8m设计水头：62.5m每台机组过水能力：12.03 m3/s台数：3台（8）发电机型号：SF630-12/2600额定电压：6300千伏台数：3台（9）蝶阀尺寸：（12）高压开关站面积：（13）辅助设备调速器型号： 调速器尺寸：油压装置：油压装置尺寸：（14）机旁盘数量：每台机组4块机旁盘每块尺寸：长×宽×高=800×400×2400mm 励磁盘数量：每台机组5块励磁盘每块

5、尺寸：长×宽×高=800×900×1900mm（15）对外公路：左岸公路二蜗壳单线图的绘制1. 蜗壳的型式根据设计所给资料：水轮机型号为HL220-LJ-120，最大工作水头为80.4m>40m，因此选择蜗壳型式为金属蜗壳。2. 蜗壳的主要参数 (1)金属蜗壳的断面形状为圆形，为了良好的水力性能选择蜗壳的包角为。 (2)根据水力机械中蜗壳进口断面平均流速曲线查得，当设计水头为62.5m>60m时，蜗壳的进口断面的平均流速。（3） 由已知水轮机的型号HL220-LJ-120，则由水力机械第二版的附表5查得：时蜗壳的座环内径，外径 。（4） 所以

6、有蜗壳座环的内、外半径分别为：，。3.金属蜗壳的水力计算 （1）对于蜗壳进口断面： 断面的面积： 断面的半径： 从轴中心线到蜗壳外缘的半径： （2）对于中间任一断面： 设为从蜗壳鼻端起算至计算断面处的包角，则该计算断面处： ； ； ；由此计算成果如下：00.00 0.00 0.00 1.10 150.50 0.08 0.16 1.41 301.00 0.15 0.22 1.54 451.50 0.23 0.27 1.64 602.01 0.31 0.31 1.73 752.51 0.39 0.35 1.80 903.01 0.46 0.38 1.87 1053.51 0.54 0.41 1.9

7、3 1204.01 0.62 0.44 1.99 1354.51 0.69 0.47 2.04 1505.01 0.77 0.50 2.09 1655.51 0.85 0.52 2.14 1806.02 0.93 0.54 2.19 1956.52 1.00 0.56 2.23 2107.02 1.08 0.59 2.27 2257.52 1.16 0.61 2.31 2408.02 1.23 0.63 2.35 2558.52 1.31 0.65 2.39 2709.02 1.39 0.66 2.43 2859.52 1.47 0.68 2.47 30010.03 1.54 0.70 2.5

8、0 31510.53 1.62 0.72 2.54 33011.03 1.70 0.73 2.57 34511.53 1.77 0.75 2.60 表1.蜗壳计算表 根据计算结果绘制蜗壳平面单线图：图1.蜗壳单线图三尾水管单线图的绘制1. 尾水管型式选择本电站选用水轮机为混流式水轮机，为了减小尾水管的开挖深度，采用弯肘形尾水管，它由进口直锥段、肘管和出口扩散段三部分组成。由于所选水轮机型号为HL220-LJ-120，则水轮机的标称直径为。2. 尾水管尺寸根据水力机械中表4-7，当转轮直径时的尾水管推荐尺寸为：尺寸hLB5D4h4h6L1h5推荐值2.64.52.721.351.350.6751

9、.821.22设计值3.125.43.2641.621.620.812.1841.464（1）进口直锥段 进口直锥管是一垂直的圆锥形扩散管，由于选用混流式水轮机，则转轮出口直径等于直锥管的进口直径，直锥段出口直径，锥管的单边扩散角取，直锥段高度。（2）肘管肘管是一变断面的弯管，其进口为圆断面，出口为矩形断面。肘管进口断面直径，肘管高度，肘管出口断面高度，肘管出口断面宽度，肘管进口中心线到出口端的距离为。肘管外壁的曲率半径，内壁的曲率半径。（3） 出口扩散段出口扩散段是一水平放置的断面为矩形的扩散管，扩散管进口高度等于肘管出口高度，出口高度，宽度。扩散段顶板向上倾斜，仰角，长度。由于出口扩散段宽

10、度并不是很大，可以不加设支墩。3.根据以上成果绘制尾水管单线图图2.尾水管单线图四转轮流道尺寸 根据水电站机电设计手册水力机械分册，已知时，HL220型的尺寸，可以推求时的转轮流道尺寸。如下图：图3.转轮流道尺寸图五水轮发电机尺寸1.发电机极距：式中：发电机额定容量，； 磁极对数，已知发电机型号SF630-12/2600，则对； 系数，一般为8-10，取。2. 发电机定子内径：3. 定子铁芯长度：式中：额定转速，； 系数，查表的；4. 定子铁芯外径： 由于发电机型号为SF630-12/2600，则定子铁芯外径为。5. 定子机座外径： 由于，则。6. 风罩内径：由于，则。7. 转子外径：忽略单边

11、空气间隙，可得。8. 下机架最大跨度：式中：水轮机基坑直径，查表的。 则：下机架最大跨度。9. 推力轴承外径和励磁机外径：查表得：，。10. 定子机座高度：由于，则。11. 上机架高度： 由于，因此采用发电机结构形式为悬式。采用悬式承载机架，。12. 推力轴承高度、励磁机高度、永磁机高度：查表的推力轴承高度，励磁机高度，副励磁机高度，永磁机高度。13.下机架高度：采用悬式非承载机架，14.定子支座支撑面至下机架支撑面或下挡风板之间的距离：采用悬式非承载支撑机架：。15.下机架支撑面至主轴法兰底面之间的高度：按已生产的发电机统计资料，取。16.转子磁轭轴向的高度：。17.发电机主轴高度： 式中：

12、H发电机总高度，由主轴法兰盘底面至发电机顶部的高度。六厂房起重机设备选定 1.水轮发电机的总重量：式中：发电机额定容量，； 额定转速，； 系数，对伞式发电机取7-9，取。发电机转子重量取发电机总重量的一半，因此发电机转子的重量为：2.起重物件中根据资料可知最重的物件为吊发电机转子带轴重，为21.65T100T，而且机组台数为3台，所以选1台单小车桥式起重机，大连起重机器厂生产型号为75T/20T。 相关的参数为：取跨度13.5m；起重机最大轮压26.6t；主钩起升高度20m；副钩起升高度22m；起重机小车重23.5t；起重机总重59.2t；小车轨距4400mm；小车轮距2600mm；大车轮距6

13、250mm；大梁底面至轨道面距离8mm；起重机最大宽度8616mm；轨道中心至起重机外端距离400mm；轨道中心至起重机顶端距离3654mm；主钩至轨面距离1186mm；副钩至轨道面距离479mm；吊钩至轨道中心距离（主钩），；吊钩至轨道中心距离（副钩），；轨道型号，轨道顶宽80mm，轨道底宽及高度130mm.七主厂房轮廓尺寸1. 主厂房长度的确定(1)机组段长度的确定机组段的长度主要由蜗壳、尾水管、发电机风罩在x轴方向（厂房纵向）的尺寸来决定。机组段的长度按下式计算：其中：为机组段+x方向的最大长度； 为机组段-x方向的最大长度；计算机组段长度时可按蜗壳层、尾水管层和发电机层分别计算，然后取

14、其中的最大值。1） 蜗壳层计算：由蜗壳单线图可知，选择蜗壳外部混凝土厚度，。因此蜗壳层机组段长度为：2） 尾水管层计算：由尾水管单线图可知尾水管宽度，尾水管混凝土边墩厚度取，因此尾水管层机组段长度为：3） 发电机层计算： 发电机风罩内径参照水电站机电设计手册，发电机风罩壁厚，两台机组之间风罩外壁净距，因此发电机层机组段长度为：选择上述三层中的最大值，由此机组段长度为。（2）端机组段附加长度的确定 端机组段的附加长度：；（3）安装间长度的确定 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的1.01.5倍。对于混流式采用偏小值，因此取1.2倍。，检验装配场尺寸

15、是否能容纳一台机组扩大性大修，合理存放发电机转子、发电机上机架、水轮机转轮和水轮机顶盖，同时满足相应工作场地和运输工具的运用。（4）主厂房的长度取决于机组段长度、机组台数和装配场长度。主厂房长度计算式如下：式中：机组台数； 端机组段附加长度； 机组段长度； 装配场长度。由以上设计数据得主厂房长度为：2.主厂房宽度的确定（1）以机组中心线为界，厂房宽度B可分为上游侧宽度和下游侧宽度两部分，这两部分的计算式如下：上游侧宽度:式中：发电机风罩内径，； 发电机风罩壁厚，； A风罩外壁至上游墙内侧的净距，。下游侧宽度:除满足上式外，还需满足蜗壳在方向的尺寸和蜗壳外混凝土厚度的要求。对于发电机层：式中：A

16、风罩外壁至下游墙内侧的净距，取。对于蜗壳层方向为：式中：时的； 混凝土保护层的厚度，取。则：下游侧宽度综上所述，主厂房宽度。由于需要满足起重机的标准跨度，因此3.主厂房的剖面设计（1）水轮机安装高程：式中：水电站厂房建成后下游设计最低水位，； 导水叶高度,查水电站机电设计手册大中型混流式转轮参数得； 水轮机允许吸出高度； 水轮机设计水头， 气蚀系数，查水电站机电设计手册大中型混流式转轮参数得，模型气蚀系数，认为模型和原型水轮机的气蚀系数相等，因此取； 气蚀系数修正值，查气蚀系数修正曲线； 水电站厂房所在地海拔高程校正值，厂房所在地高程。（2） 主厂房基础开挖高程：式中：水轮机安装高程到尾水管出

17、口顶面的距离； 尾水管出口高度； 尾水管底板混凝土厚度。（3） 水轮机层地面高程：式中：蜗壳进口半径和蜗壳顶混凝土层高度，。（4） 发电机装置高程：式中：发电机机墩进人孔高度，取； 进人孔顶部厚度，取。（5） 发电机层楼板高程： 设计发电机层楼板覆盖发电机上机架，因此：（6） 起重机安装高程式中：发电机定子高度和上机架高度之和，； 吊运部件与固定的机组或设备间的垂直净距，； 吊运部件的最大高度，； 吊运部件与吊钩之间的距离，取； 主钩位置至轨顶面距离，查表得；（7） 屋顶高程 起重机轨道面至起重机顶部距离为3.645m,为了检修吊车在小车上留出0.5m的空间。因此屋顶高程为：八安装间布置1.位

18、置：进厂的公路在主厂房的左侧，为了运输方便，把安装间布置在厂房的左侧； 2.尺寸：已知安装间的长度为11.02m，宽与主机室同宽为13.5m。安装间的高程与发电机层同高，这样可以利用紧邻的机组段场地进行安装、检修；3.检修坑：在安装间内设有的发电机转子检修坑，方便发电机转子检修； 4.吊物孔和楼梯：在安装间上游侧设有2.5m×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 ； 5.大门：厂房的大门尺寸取决于运入厂房内最大部件的尺寸。因为上机架为，转子直径为，因此选用门宽为5m，高6.5m。为安全起见，门向外开。6.对安装间的具体说明如下： 发电机

19、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。九厂区布置十厂房布置1.主厂房布置1.主厂房分缝与止水 水电站厂房由于受到自然环境因素的影响较大，为了防止因昼夜温差较大引起墙壁和楼板间的开裂，设置伸缩缝，缝宽2cm；为了避免地基不均匀沉降，在主副厂房之间，厂房与装配场之间设置沉降缝，缝宽2cm，并在迎水面设置铜片止水；在厂房下部凡是施工冷缝尤其是垂直的冷缝均设置止水。2. 一、二期混凝土划分厂房混凝土由于机组安装的要求，一般分成两期浇筑。通常将尾水管、上下游墙、排架柱、吊车梁以及部分楼板梁

20、，在施工中先行浇筑，称为一期混凝土。而为了机组安装要求和埋件需要预留空位，要等到机组设备到货，尾水管圆锥段钢板内衬和金属蜗壳安装好以后再行浇筑混凝土，称为二期混凝土。3.下部块体结构布置 机墩采用圆筒式，机墩下部内半径为1100mm,外半径为1700mm；蜗壳上部混凝土厚取1.5m,为使金属蜗壳与其外围混凝土分开，受力互不传递，需在金属蜗壳上半部表面铺设35cm的沥青、锯末或塑料软垫。为便于施工，减少基础开挖量，采用弯肘式尾水管。4.上部块体结构布置 主厂房水轮机层以上部分,除了机座之外，主要为梁板，柱的结构。发电机层楼板厚度为0.2m，次梁间距为2m，支承在通风罩和上下游混凝土墙的牛腿上，由

21、于分期施工要求，在机组间加设了刚架柱，不仅用来支承发电机层楼板的荷载，而且具有加强构架的作用，刚架大梁的断面为50cm×100cm,立柱的断面是0.6m×0.6m。装配场荷载最大结构布置宜按安装、检修设备布置分区，板厚一般为0.32m,次梁间距2m；屋顶采用梯形屋架结构加混凝土屋板，跨度为13.5m；吊车梁采用钢筋混凝土材料，工字型结构，截面尺寸顶宽为80mm，底宽及高为130mm，高度240mm。 构架柱的下断面为1.0m×1.50m的矩形断面，上断面则为1.0m×0.50m，牛腿高为1.20m，倾角为45度，直角边长为0.50米，构架的间距为6.00米；上、下游墙厚取50cm。 副厂房选用的结构形式是钢筋混凝土钢架。副厂房的一部分荷载传递到主厂房构架上，因而其分缝与主厂房分缝相一致。构架立柱断面为0.5m×0.5m。中央控制室主梁断面