水电站课程设计任务及指导书

1、水电站课程设计任务及指导书一、设计题目某水电站压力管道结构设计二、课程设计的目的巩固加深所学的理论知识，培养学生运用理论知识和技术资料，分析、解决实际问题的能力。三、课程设计的时间1周(005年3月1日5日)四、基本资料某水电站地面压力管道布置型式如图所示。已知钢管直径D=2m，末跨中心断面的计算水头(包括水击压力)为56.25m，支座断面的计算水头为49.08m，伸缩节断面的计算水头为7.89m，支承环间距16m，计算段上下镇墩间距64m，钢管轴线与水平面倾角为44°，伸缩节距上镇墩2m，伸缩节内止水填料长度b=30cm，填料与管壁摩擦系数为0.3，支承环的摩擦系数为0.1，钢管采

2、用A3钢。下镇墩的上游端管中心的计算水头为63.4m，镇墩下游端和下游伸缩节中心计算水头近似相等，取为66.1m，镇墩下游端伸缩节的水平钢管长度为5.0m ，管内流速为5m/s，镇墩为混凝土结构。五、设计任务1.确定刚性环间距；2.按正常运行情况基本荷载组合工况，对最后一跨的四个断面进行结构分析；3.按正常运行工况设计下镇墩。六、设计步骤及指导1确定压力管道厚度(全长采用一个厚度)，要求确定管壁计算厚度和结构厚度；2. 设计压力管道的刚性环的间距(1) 校核光滑管的稳定性；(2) 设计刚性环的间距及尺寸；(3) 设计支承环的尺寸；3. 对最后一跨的四个断面进行结构分析(1) 受力分析：按正常运

3、行情况的基本组合计算不同断面径向力、法向力和轴向力；(2) 应力计算及强度校核；(3) 抗外压稳定分析(包括管壁和支承环抗外压稳定分析) ； 4.镇墩设计镇墩设计内容包括抗滑稳定计算，地基应力校核和尺寸设计。计算步骤如下:(1) 按计算工况计算作用在镇墩上的力；(2) 选定抗滑稳定安全系数(K一般取1.52.0)和镇墩与地基的摩擦系数f，求出镇墩抗滑稳定需要的重量G；(3) 根据G计算镇墩的体积，进行结构布置，确定镇尺寸，并复核地基应力，使之满足地基允许承载力。如果不能满足，重新调整镇墩的形状及尺寸，直到满足为止。七、设计成果1计算说明书一份2设计图：镇墩结构图八、参考资料1压力钢管设计规范

4、2水电站设计参考资料(2) 水电站厂房设计一. 原始资料及设计条件1. 电站的一般概况本电站为一坝后式水电站，电站厂房位于河流左岸，该电站水库具有日调节性能，总库容2.2×108m3，有效库容0.07×108m3，但具有年调节性能的上一级水电站与本电站联合使用，故本电站分担系统尖峰负荷。本电站枢纽中，主要有挡水坝，溢流坝和坝后式厂房三部分，其中溢流坝布置在右岸，左岸为挡水坝及厂房(见图1)。图1 电站枢纽布置图电站厂房前为混凝土宽缝重力坝，坝体缝宽为4.0m，最大坝高为55.0m，坝下游坡为1:0.7，机组进水口底坎高程为1600.0m，进水口渐变段后为坝内埋藏式压力引水管

5、，其直径为5.63m，管轴线平行于下游坝坡(见图2)。该工程以发电为主，初步设计时确定该电站装机17.6×104kW，年发电量为22.8×108kw.h，其年利用小时数为5180h。根据电站装机容量确定为二级建筑物设计。该河含沙量较大，多年平均输沙量为0.76×108t，年平均含沙量为3.1kg/m3，其中大部分是对水轮机起磨损作用的坚硬矿物。图2 电站引水系统布置图2. 上游库水位(1). 校核洪水位(P=0.1%)：1621.4m(2). 设计洪水位(P=0.5%)：1620.8m(3). 正常高水位： 1619.0m(4). 死水位： 1618.5m3. 下

6、游尾水位：(1). 校核洪水尾水位(P=0.1%)：1585.45m(2). 设计洪水尾水位(P=0.5%)：1585.13m(3). 正常高尾水位(Q=1400m3/s)：1581.20m(4). 最低尾水位(Q=140m3/s)：1579.8m4. 电站水头(1). 最大工作水头：39.5m(2). 最小工作水头：35.5m(3). 平均水头：39.0m(4). 设计水头： 38.0m5. 气象资料该电站坝址以上部分属大陆性气候，受内蒙古高原气压控制。(1). 温度：绝对最高气温 43.0，绝对最低气温 -20.3(2). 最大风速：25m/s，多年平均风速：14m/s(3). 年平均降水

7、量： 249.2mm(4). 年平均蒸发量：1572.9mm6. 地质条件坝址附近地质条件较好，岩石坚硬，摩擦系数f=0.60.65，地震等级：八级电站厂房位于河流左岸，其下部靠河岸处基岩侵蚀面高程1579m，下覆卵砾石厚12m，黄土厚23m，而靠河床一侧，基岩侵蚀面高程15771578m，无覆盖层. 因建筑物结构要求，靠岸侧基岩最大开挖深度达26m，靠河床处基岩开挖深度913m.7. 对外交通左岸有上坝公路与对外的交通公路相通. 另外，沿河流左岸，厂房以标准轨铁路与国家的铁路网接轨。8. 电站的供电对象该电站建成后全部投入110kV电力系统运行，主要供电对象为新城，红古城及大川等工业负荷及某

8、市市政，农业用电，其中新城用户要求供电可靠性很高，90%以上为一级负荷. 电站距新城及红古城均为30km，距大川约8km。9. 主要机电设备机组台数：4台水轮机型号：HL240-LJ-410，其气蚀系数为0.201发电机型号：TS 900/135-56，伞式发电机组数据：容量：53000kVA， 45000kW， 额定转速 n0=107r/min飞逸转速：235r/min 输出电压：10500V输出电流：2920A 转子重：206t定子重：109t 总重量：520tcos =0.85， =97.19%GD2=1150t-m2 变压器：2台机组共用一台变压器，其型号为：SF-106000/110

9、，即三相油浸风冷双线圈铜线圈变压器，其总重156.5t，器身重80t，油箱附件重37t，油重39.5t，运输重量109.34t。调速器：型号：T-100 重量： 5T油压装置：型号：YS-4二. 主要设备的尺寸1. 发电机各部分尺寸见图3，其中转子直径为772cm。图3 发电机尺寸，单位：cm2. 导水机构座环立柱高 b0=1.5m 导水机构直径 D0=475cm 座环外直径 Da=6.3m 座环内直径 Db=5.45m座环立柱数 12个 导水叶数 24个3. 蜗壳取其包角为345°，可以计算出其各部位的尺寸如图4。图4 蜗壳尺寸图，单位：cm4. 尾水管采用4H型弯肘形尾水管，其尺

10、寸根据水轮机转轮标称直径D1确定。5. 变压器最大外型尺寸为： 长5800mm，宽2494mm，高3890mm。6. 调速器高度：1.9m， 平面尺寸：0.8×0.8m 7. 油压装置外径：D=1336mm， 基础架外径：1670mm， 总高 4160mm，桶高：3237mm， 油箱长度： 1916mm， 油箱宽度：1900mm，油箱体高1440mm， 油箱总高： 2435mm。8. 转轮尺寸水轮机转轮外形尺寸由转轮标称直径D1确定，当D1=1.0m时，各部分之间的尺寸比例如图5。图5 HL240型水轮机转轮流道尺寸图三. 厂房建筑物厂房建筑设计可参考使用定型设计与建筑设计手册。以下

11、是根据有关资料摘录的部分构件尺寸，供使用参考。由于厂房设计中涉及很多有关设备与建筑的资料，下面列出的资料是很不全面的。(一). 常用木门窗尺寸.1. 常用木窗尺寸宽高1.0m1.2m1.5m1.8m2.1m1.0m1.2m1.5m1.8m2.1m2.4m2. 常用木门尺寸 宽高0.7m0.80.91.31.51.82.73.01.95m/2.40m/2.70m/3.00m/注：(1) “/”表示不常用尺寸，“”表示常用尺寸。(2) 在材料可能情况下，门洞口高、宽大于2.4m时，应尽量采用钢木大门为宜。(二). 主厂房屋面结构主厂房的屋面结构一般采用钢筋混凝土予制构件，以节省模板。常用的是薄腹屋

12、面梁，其上部为大型予制屋面板，见图6。 图6. 薄腹屋面梁和予制屋面板屋面梁尺寸 (单位：cm)型号LH1H2h1h2B1B2SL-9895593912121830SL-121195895312142030SL-151495896614162240SL-1817951098016182440预应力予制槽形屋面板结构尺寸：断面尺寸如图7，也可用于非预应力施工条件。板的跨度为5m，(一般可用于46m跨度)。屋面的防水层和保温层可采用图8所示的结构，保温材料可采用炉渣或珍珠岩粉等，厚度由当地气温条件决定。 图7 预应力预制槽形屋面板 图8 屋面结构图9 吊车粱结构(三). 吊车梁及吊车柱在初步设计时

13、粱和柱的尺寸可参考如下经验数值估计。1.吊车梁吊车梁的断面图如图9。图10 吊车柱(cm)非预应力的T形截面吊车梁，其截面高度一般约为跨度的1/71/10，梁肋宽为梁高的1/31/4，一般取为2040cm，翼板厚度常取为粱高的1/61/10，但不小于10cm. 翼板宽度除考虑受力条件外，还应有足够尺寸以布置钢轨及埋置锚固钢轨的附件，一般不小于35cm。2.吊车柱水电站厂房中现浇的吊车立柱大多采用矩形截面，当吊车起重能力在10t以上时，下柱截面高度h不小于H2/12H2/14，截面宽度b不小于H2/25(在此，H2为下柱高度，一般要求b40cm. 例如，有的工程设计中，吊车荷载为100t时，下柱

14、截面取为50×100cm。预制柱与大块混凝土基础的连接，如图10所示，柱子插入基础的深度H1可考虑为：H1h，H12d H10.05H(d为柱子纵筋直径)基础的杯口内面在施工时必须拉毛，安装时杯底及四周均用不小于200号的细石混凝土浇灌。(四). 墙砖砌体的厚度规定为24，37或49cm，采用的结构厚度参照结构要求。(五).厂房抗震结构要求见工业与民用建筑抗震设计规范TJ-11-74(试用)。四. 起重机1. 额定起重量起重机允许起吊的最大部件重量和取物装置(如平衡粱，专用吊具等)自重之和称为额定起重量。水电站主厂房起重机的额定起重量，一般决定于发电机转子重量，有时还要考虑起吊主变压

15、器的要求，水电站装机超过四台，建议采用两台起重量相等的起重机，每台起重机的额定起重量为最大起重件，平衡梁和吊具重量之和的一半。预计起重量时平衡梁和吊具的重量一般可按照增加10-12%的最大起重量件的重量来考虑. 采用两台起重机可以提高机动性，特别是在同时安装数台机组时，可以加快安装进度。2. 跨度起重机两端车轮中心线间的距离称为起重机的跨度. 起重机的跨度已列为国家标准，它由厂房跨度决定. 规程中规定：“起重机跨度按每隔0.5m选定”，以满足水电站厂房宽度不一定符合标准要求。3. 起升高度吊具上极限位置与下极限位置之间的距离称为起升高度。在水电站中根据主钩吊运水轮机转轮带轴或发电机转子带轴所必

16、须的高度来确定上极限位置，主钩的下极限位置要满足从机坑内(或水轮机进水主阀吊孔内)将水轮机转轮带轴或发电机转子带轴(或主阀)分别吊运至检修场地.如果主钩只用于吊装发电机部分，则主钩的下极限位置采用等于地板的高程。付钩的下极限位置，应保证水轮机转轮及埋设部件的安装和检修，可定为与水轮机的顶盖高程相同。国内起重机械厂生产的2×50450t门式起重机的基本参数和主要尺寸等有关资料可参考有关资料。4.特制吊车钢轨特制吊车钢轨规格，其主要尺寸和重量见下表，符号见图11.图11 特制吊车钢轨钢轨主要尺寸和重量(mm)型号bb1b2shh1h2RR1R2rr1r2QU707076.51202812

17、032.5244002338661.5QU8080871303213035264002644861.5QU1001001081503815040304503050882QU1201201291704417045355003456882四.设计要求1. 计算水轮机安装高程。2. 绘制蜗壳和尾水管单线图。3. 确定厂房轮廓尺寸，包括长度，宽度和高度，确定各层高程。4. 根据起重量和宽度，确定桥吊型号。5. 划分一，二期混凝土。6. 主厂房的结构布置设计及厂房内各种设备的布置。7. 副厂房的布置设计。8. 厂内交通设计。9. 绘制出厂房横剖面图，发电机层和水轮机层平面图。10. 提交设计说明计算书一份。五. 建议步骤1. 孰悉资料，复习教材第七章。2. 根据蜗壳和尾水管等结构，确定下部块体结构最小尺寸。3. 绘制厂房横剖面图。 (1). 计算水轮机安装高程，确定机组轴线。 (2). 绘出水轮机，蜗壳，尾水管和发电机。 (3). 确定水轮机层高程和发电机层楼板高程。 (4). 确定桥吊型号。 (5). 确定桥吊轨面高程，厂房高度及宽度。 (6).划分一，二期混凝土，确定尾水管，蜗壳和机墩等结构尺寸。 (7). 确定尾水管闸门的起闭方式。4. 绘制厂房发电机层