关门梁引水电站压力管道设计说明

1、 . 独立完成与诚信声明本人重声明：所提交的毕业设计是本人在指导教师的指导下，独立工作所取得的成果并撰写完成的，重确认没有剽窃、抄袭等违反学术道德、学术规的侵权行为。文中除已经标注引用的容外，不包含其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明并表示了意。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。毕业设计作者签名： 指导导师签名： 签字日期： 签字日期：97 / 110毕业设计使用授权书本人完全了解华北水利水电学院有关保管、使用毕业设计的规定。特授权华北水利水电学院可以将毕业设计的全部或部分容公开和编入有关数据库提供检索，并采用影印、缩印

2、或扫描等复制手段复制、保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交毕业设计原件或复印件和电子文档（涉密的成果在解密后应遵守此规定）。毕业设计作者签名： 导师签名：签字日期： 签字日期：摘要关门梁水电站位于省甘孜藏族自治州炉霍县境，地处鲜水河两源之一泥曲河上，下游为朱巴水电站，电站装机容量102MW，是一个中型水电站。 本设计第一章为电站基本资料，主要介绍了该电站的地理位置、流域概况、水文条件、地形地质以与电站的基本参数。第二章是水轮机机组的选择，通过已确定的装机容量以与电站工作水头的围确定水轮机的台数、型号和主要参数，蜗壳、尾水管的型式和轮廓尺寸，以与发电机、调速器和油压装置的选

3、择。第三章为水电站的枢纽布置，包括引水系统布置和厂区枢纽布置。第四章为引水系统设计，包括确定进水口、引水隧洞的型式、尺寸。第五章为混合式水电站厂房设计，主要包括厂房类型与尺寸的确定、厂房设备的布置、起重机的选择和副厂房的布置等。第六章为专题埋藏式压力管道的设计与稳定分析。关键字：关门梁水电站；机组选择；厂房设计；埋藏式压力管道。AbstractGuanmenliang hydropower station is located in Ganzi Tibetan autonomousprefecture, Sichuan province Luhuo county, is located in

4、one of two sources ofXianshui river of Niqu river, downstream to Zhuba hydropower station, installedcapacity of 102 MW power station, is a medium-sized hydropower station.The first chapter of this paper is the basic information for the powerstation,mainly introduces the general situation of the geog

5、raphic location,hydrological conditions,topography and geology and basic parameters of the powerstation.The second chapter is the choice of water turbine, through has determinedthe installed capacity and the scope of working head of power station to determinethe number of hydraulic turbine, type and

6、 the main parameters ,spiral case anddraft tube type and dimensions, as well as generators, speed governor and oilpressure device of choice.The third chapter is water diversion system design,including water inlet,water diversion tunnel of type and size.The fourth chapter is water diversion systemdes

7、ign, including water inlet, water diversion tunnel of type and size .The fifth chapter is the hybridpower station design, mainly including the determination of type and size of plant,factory equipment layout, selection of crane and vice workshop layout, etc.Thesixth chapter is Project-buried type pr

8、essure pipeline design and stability analysis.Key words:Guanmenliang hydropower station；the choice of water turbine,design of the plant;buried type pressure pipeline. 目 录摘要Abstract第1章 基本资料11.1 地理位置11.2 流域概况11.3 水文11.3.1 气象特性11.3.2 径流21.3.3 洪水21.3.4 河流泥沙31.4 地形地质条件31.5电站基本参数41.5.1 电站动能参数41.5.2 水库特性41

9、.5.3 泥沙特性5第2章 水轮机组的选择62.1 机组台数的确定62.2 水轮机型号的确定62.3 水轮机主要参数的确定72.3.1 确定水轮机的转轮直径72.3.2 效率修正值的计算82.4 蜗壳和尾水管的选择112.4.1 蜗壳进口流量的确定122.4.2 蜗壳进口平均流速的确定122.4.3 对蜗壳水流运动规律的假定132.4.4 金属蜗壳的外轮廓尺寸确定132.4.5 尾水管的选择152.5 水轮发电机的选择182.5.1 主要尺寸的估算182.6 调速器和油压装置的选择242.6.1 判断调速器的型式242.6.2 接力器的选择252.6.3 主配压阀直径的选择262.6.4 油压

10、装置的选择27第3章 水电站枢纽布置293.1引水系统布置293.2 厂区枢纽布置30第4章 水电站引水系统设计344.1 进水口344.2 引水隧洞41第5章 水电站厂房设计435.1 水电站厂房的功用与类型435.1.1 厂房的功用435.1.2 厂房的类型435.2 水流系统设备的布置445.2.1 水轮机与其控制设备455.2.2 压力管道和进水阀455.2.3 蜗壳465.2.4 尾水管与尾水闸门465.3 发电机的支撑与布置465.3.1 发电机的支承结构475.3.2 发电机的布置形式485.4 起重设备的选择495.5 主厂房的轮廓尺寸505.5.1 主厂房的长度515.5.2

11、 主厂房的宽度535.5.3 主厂房的各层高程555.6 副厂房布置63第6章 专题压力管道656.1 压力管道656.1.1 压力管道的布置651. 布置原则656.1.2 供水方式666.2 压力管道的经济直径666.3 钢管的材料和容许应力676.4 压力管道抗外压稳定计算与措施676.5 埋藏式钢管的布置与特点686.6 钢衬承受压的计算70致79参考文献79附录79外文翻译79华北水利水电大学本科毕业设计任务书89华北水利水电大学本科毕业设计开题报告93第1章 基本资料1.1 地理位置关门梁水电站位于省甘孜藏族自治州炉霍县境，地处鲜水河两源之一泥曲河上，下游为朱巴水电站，电站装机容量

12、102MW，多年平均发电量4.04亿kWh，年利用小时数3961h。坝址区位于甘孜洲炉霍县境卡娘乡关门梁大桥下游约3.5km河段，距下游的炉霍县城约45km，距道浮115km，距约660km，库坝区有通乡公路与林场专用公路，并在泥巴乡政府所在地附近与国道317线相接，交通较方便。从至炉霍有317国道直接相通，亦可经318国道在新都桥处经S215、S303省道到达。1.2 流域概况 鲜水河为雅砻江左岸的一级支流，古称鲜水、州江。上游分两源；主源称泥曲（又称泥科、泥渠河），发源于省达旦县青川交界处巴颜喀拉山南麓，源头多沼泽，泥曲河由北向南流。河长364km，平均比降5.9，集雨面积6876km2；

13、次源为达曲河发源于甘孜县与石渠县交界的戈洛永扎那玛东西南坡，河长295km，平均比降6.1，集雨面积5543km2。两源在炉霍县城北汇合后称鲜水河。鲜水河由西北向东南流经仁达乡、孔色、在道孚县城下游折向南经瓦日、扎拖、瓦多乡等地，在雅江县城上游汇入雅砻江。鲜水河全长541km，河道平均比降13.9，流域面积19338km2。流域地理位置界于东经991510127，北纬30123325之间。1.3 水文1.3.1 气象特性鲜水河流域地处青藏高原东缘的高山峡谷区，属川西高原气候，主要受西风环流和印度洋西南季风的影响，具有高原型季风气候特征。主要特点是：气温低，冬季长，无霜期短，降水少，干湿季分明；

14、辐射强，日照丰富，风速大，气温随海拔的升高呈明显的垂直分布。流域干、湿季分明：干季为11月至次年4月，受高空西风带南支气流控制，天气晴朗，气候干燥，多大风，降水少，多冰雹、雷电；510月为流域的湿季，由于南支西风急流逐渐北移到中纬度地区，与北支西风急流合并，西南季风盛行，携带大量水汽，使流域气候湿润、降雨集中，雨量约占全年雨量的9095%，雨日占全年的80%左右，并且日照少、湿度较大、日温差小。关门梁电站的坝址区无气象站。鲜水河流域设有炉霍、道孚两个气象站，其中炉霍站位于炉霍县城，距离关门梁电站下坝址约39.1km，台站海拔高程3250.0m，与坝址区海拔高程接近，可以作为本阶段进行气象特性分

15、析的依据站。据炉霍气象站19572010年气象资料统计：多年平均气温6.6，极端最高气温31.2（2006年7月17日），极端最低气温-24.0（1989年1月19日）；多年平均降水量为675.8mm，最大日降水量为53.0mm（2001年7月20日）；多年平均相对湿度58%；多年平均蒸发量为1592.0mm；多年平均风速1.8m/s，历年最大风速21.0m/s，相应风向NW。1.3.2 径流关门梁水电站坝址位于朱巴水文站上游约39.1km，集水面积占水文站控制面积的86.3%，因此可将朱巴水文站的径流成果按面积比换算至电站坝址。关门梁水电站上、下坝址距离仅2.5km，径流成果相近。关门梁水电

16、站下坝址径流成果见表1-1。表1-1关门梁水电站坝址径流成果表位 置集雨面积（km2）项 目均值（m3/s）各频率设计值（m3/s）P=5%P=50%P=95%关门梁水电站坝址5921年（6翌年5月）54.377.3 53.3 34.8 枯期（12翌年4月）20.227.8 20.0 13.8 1.3.3 洪水关门梁水电站坝、厂址设计洪峰流量计算采用朱巴站设计洪峰流量成果用面积比指数n=2/3次方搬移至坝、厂址处，关门梁水电站坝、厂址设计洪量计算采用朱巴站的设计洪量成果用面积比指数n=1搬移至关门梁水电站坝、厂址处，得到关门梁水电站坝、厂址设计洪水成果。由于本阶段泥曲河段无历史洪水资料，因此在

17、关门梁水电站坝、厂址校核洪水基础上增加15%作为安全修正值。关门梁水电站坝、厂址设计洪水成果分别见表1-2、表1-3。表1-2关门梁水电站坝址 设计洪水成果表流量：m3/s 洪量：亿m3项目设 计 值P=0.05%（加15%安全修正值）P=0.05%P=0.1%P=0.2%P=0.5%P=1%P=2%P=5%P=10%P=20%Qm828720 677 635 577 532 487 424 375 324 W1d0.5990.521 0.492 0.462 0.422 0.391 0.360 0.317 0.282 0.245 W3d1.641.43 1.36 1.28 1.17 1.09

18、1.00 0.889 0.792 0.692 W7d3.473.02 2.86 2.68 2.46 2.29 2.11 1.86 1.67 1.46 表1- 3 关门梁水电站厂址 设计洪水成果表流量：m3/s 洪量：亿m3项目设 计 值P=0.5%（加15%安全修正值）P=0.5%P=1%P=2%P=5%P=10%P=20%Qm686597 551 504 439 388 335 1.3.4 河流泥沙鲜水河干流泥沙含量不大，悬移质泥沙侵蚀模数较小，据道孚水文站泥沙资料统计，多年平均含沙量315g/m3，多年平均输沙模数97.5t/(km2a)。1.4 地形地质条件水库正常蓄水位3385m，库区

19、回水至尽达下游，库长约13.5km，河道弯曲，日结力背斜以上河段河流总体流向SE，日结力背斜下坝址河流流向为WE。库岸多呈“V”型谷，河谷较狭窄，两岸山体雄厚，岸坡坡度一般为3545，左岸以基岩为主，右岸植被发育，以浅表层覆盖层为主。局部段分布第四系松散堆积体。库区阶地不太发育，仅见三处级阶地，拔河高约为410m，台面宽缓平坦，为基座阶地。库区两岸冲沟较发育，规模较大的有布维柯、甲柯沟等9条较大支沟，其中甲柯与其上游侧右岸一条小沟、指日沟和日则沟常年水系发育，沟谷深切，沟床纵坡降缓，沟岸岩体较破碎，分布较多坡、残积覆盖层。沟口未见规模较大的新泥石流堆积，主要为堆积的洪积扇。关门梁水库为峡谷型水

20、库，两岸山体雄厚，基岩大部分裸露，虽然工程区地震烈度较高，为度地震区，水库蓄水后，库水抬升较大，最大壅水高78m，但库无区域性断层发育，且为变质砂板岩，水库蓄水后变质砂板岩蓄能条件差，渗透性总体较弱，水库蓄水后诱发地震的可能性小。坝址为砂板岩地层，区水文地质条件简单，根据坝区地下水的赋存条件，可分为第四系松散堆积层孔隙水和基岩裂隙水两种类型。第四系孔隙水主要分布于河谷地带的松散堆积物中，受大气降水、冰雪融水与两岸地下水补给，向河谷排泄。1.5电站基本参数1.5.1 电站动能参数装机容量102MW枯水年枯水期平均出力12.9MW年利用小时数3961h多年平均年发电量4.04亿1.5.2 水库特性

21、正常蓄水位3385m死水位3360m调节库容3762.6万m3调节性能季调节校核洪水尾水位 3246.39m设计洪水尾水位 3245.91m正常尾水位(机组满发) 3243.49m最低尾水位(一台机) 3242.61m1.5.3 泥沙特性多年平均含沙量 0.315kg/m3汛期（69月）多年平均含沙量 0.481kg/m3年平均过机含沙量0.063kg/m3第2章 水轮机组的选择水轮机选择的主要容包括：选择机组台数和机组型号，水轮机的标称直径和额定转速等主要参数；选择蜗壳和尾水管的型式并进行水力计算，确定其轮廓尺寸；确定发电机的型式和尺寸，调速器油压装置的型式合尺寸。根据工程原始资料，计算确定

22、本设计关门梁水电站各特征水头如下： 最大工作水头 142.39m 最小工作水头 116.51m平均工作水头 127.90m设计工作水头 121.505m2.1 机组台数的确定根据基本资料可知关门梁水电站的总装机容量为102MW，查水电站确定关门梁水电站属于中型水电站，中型水电站一般设2-4台机组，机组台数多用偶数。由于机组台数增多，单机容量会减少，运行方式灵活，单台事故所产生的影响小，机组轮换检修容易安排，难度也小，此外单机容量大可能会在制造、安装和运输方面增加一定难度，但机组台数过多，发生事故的几率也随之增高，同时管理人员多，维护耗材多，运行费用也相应提高，且对于中小型水电站，为保证运行的可

23、靠性和灵活性，机组台数一般不少于2台，综合考虑水电站设计保证率、保证出力、备用容量、多年平均发电量、水电站年利用小时数等动能参数，初步确定水电站的机组台数为3台，单机容量为MW。2.2 水轮机型号的确定除有特殊要求或在小型水电站中受来流条件限制才考虑安装不同型号和不同容量的机组外，一般情况下，同一水电站中希望安装同一型号和一样容量的水轮机，由基本资料可知关门梁水电站属于中型水电站且无特殊要求，故采用同一型号和一样容量的水轮机。根据给出的电站特征水头，同时考虑适度合理的经济节省原则，由水电站水轮机的系列型谱查得型号为HL160的水轮机的适用水头围是110-150m满足关门梁水电站的特征水头，故选

24、择水轮机的型号为HL160。2.3 水轮机主要参数的确定 根据计算得到的水电站个特征水头，水电站总装机容量，水电站坝址区海拔高程为，根据选定的水轮机机组台数和水轮机型号确定水轮机的主要参数。2.3.1 确定水轮机的转轮直径由和可得： （2-1）其中：，为发电机的效率，对大中型水轮发电机，;对中小型水轮发电机;为发电机的额定出力，即单机容量。根据关门梁水电站的基本资料可知水电站的总装机容量为102WM，由选定的机组台数为3台可得MW,取水轮发电机的效率,则KW 查水电站可供选用的大中型混流式水轮机转轮参数可得水轮机HL160的最优单位转速，限制工况时的单位流量，效率，初步假定原型水轮机在限制工况

25、点的效率为，则水轮机的转轮直径为：选用与之相近而偏大的标称直径。2.3.2 效率修正值的计算查水电站机电设计手册（水力机械）可得HL160在最优工况的最高效率，模型水轮机的转轮直径为，则原型水轮机的最高效率：考虑到制造水平的差异，根据水轮机的标称直径，查水电站可得通常对于转轮直径的原型水轮机，取，则取，同时认为原型水轮机所采用的蜗壳和尾水管与模型水轮机的相似，故取，则效率修正值由下式计算： 水轮机在限制工况（即设计工况）点的效率为：0.890+0.014=0.904与原来的假定值相符。2.3.3 确定水轮机的转速 根据水电站式（4-19）可得出计算原型水轮机转速的公式:取设计水头 （2-2）

26、其中，原型水轮机的单位转速应取最优单位转速，即： （2-3） 查水电站可得HL160模型水轮机的最优单位转速，同时由于：可不予修正，因此取原型水轮机的最优单位转速和模型的最优单位转速一样，即取，由 ，可计算得水轮机的转速为 发电机转速越高，磁极对数就越少，选用偏大级别的标准同步转速，目的是在一样容量下是发电机具有较小的尺寸和重量，有可能降低设备造价和减小水电站厂房的平面尺寸。查水电站选用与之接近而偏大的发电机标准同步转速，取。2.3.4 确定水轮机的吸出高度和水轮机安装高程由水轮机的设计工况，可在水电站机电设计手册（水力机械）图1-33上查出相应的空蚀系数从而得出水轮机吸出高度的计算值。根据选

27、定的水轮机标称直径、 和水轮机的设计水头可得在设计工况点水轮机的最大单位流量和相应的单位转速。得 由和可在水电站机电设计手册（水力机械）中查得对应的空蚀系数，从水电站中可查的空蚀系数的修正值，由此可求得水轮机的吸出高度为 （2-4） 确定了吸出高以后，可由下式计算水轮机的安装高程: （2-5）式中：水电站下游水位，m； 水轮机导叶高度，m。查水电站可知水轮机 HL160的导叶相对高度为，由已选定的与已确定的吸出高度，可得，又由基本资料可知，则：2.3.5 检验计算1. 水轮机出力检验计算当，时，对应对应的模型机效率,原型机效率为，水轮机出力为：KW 水轮机在限制工况下的出力要大于水轮机的额定出

28、力，这是由于选定的水轮机标准直径大于计算直径的缘故。2. 水轮机的吸出高度检验 计算出的吸出高度，满足水轮机的安装要求。3. 工作围的检验计算在最大水头时，有在最小水头时，有在HL160型水轮机的主要综合特性曲线图上，分别画出，和为常数的直线，如图2-1所示，这些直线所围成的阴影部分，就是水轮机的工作围。图2-1 水轮机的工作围可以看出水轮机的工作围基本处于特性曲线的高效率区，说明HL160型水轮机对于该设计确定的当时，其工作围还是比较合适的。2.4 蜗壳和尾水管的选择蜗壳是水流流经反击式水轮机的第一个部件，也是水轮机尺寸最大的部件之一，有时蜗壳尺寸的大小直接决定着水电站厂房平面尺寸的大小。蜗

29、壳的功用是能形成一定的环量，具有合理的断面尺寸、形状和强度，保证在蜗壳有较小的水力损失，使水流进入导水机构时撞击小、流量均匀并成轴对称进水。对于安装反击式水轮机的大中型水电站，按照水轮机的型式、水头和流量的不同，蜗壳的型式也有所不同。当工作水头时，蜗壳通常采用钢板焊接或由钢材铸造而成，统称为金属蜗壳。这种蜗壳多用于高水头的混流式水轮机。金属蜗壳的特点是适用于高水头、水里性能好，但由于其包角较大，平面外形尺寸相对较大。一般当工作水头时，多采用钢筋混凝土浇筑成的蜗壳，简称混凝土蜗壳。为了施工上的方便，混凝土蜗壳通常做成梯形断面，即多边形断面。由关门梁水电站的特征水头时蜗壳通常采用金属蜗壳，故本设计

30、采用金属蜗壳，包角取345。2.4.1 蜗壳进口流量的确定由选定的HL160水轮机的最大流量，根据由蜗壳进入水轮机座环的水流要求均匀对称的原理，蜗壳进口断面流量和包角有关，则蜗壳的进口流量为： 对于由鼻端算起包角为的任意断面，对应的过流量为： （2-6）2.4.2 蜗壳进口平均流速的确定蜗壳进口平均流速越大，蜗壳的断面尺寸就越小，有可能减小水电站厂房的平面尺寸。但是过大的进口平均流速，必将使蜗壳的水力损失增大，减弱了水流能量的有效转换程度，使水轮机的整体效率下降。查水电站可知流速系数=0.78，则蜗壳的进口平均流速为：2.4.3 对蜗壳水流运动规律的假定假定水流的黏性很小，可忽略其在的摩擦损失

31、；假定蜗壳壁光滑且无异物，水流自身不旋转，在蜗壳不做功；假定水流的运动是轴对称运动。假定蜗各断面水流速度圆周分量不变，且等于蜗壳进口断面的平均流速，即。2.4.4 金属蜗壳的外轮廓尺寸确定 蜗壳自进口到鼻端均认为是按标准的圆形由大到小变化的。对于进口断面 则进口断面的半径： 根据水电站机电设计手册（水力机械）由选定的转轮直径可查得，则，可得从水轮机主轴中心线到蜗壳进口外边缘的半径为: 对于中间任一断面，流量为： （2-7） 断面半径： （2-8）式中：自蜗壳鼻端起算至计算断面的角度。 从主轴中心到该断面的外缘半径： （2-9）式中：水轮机座环的固定导叶外半径。 对蜗壳中间任意断面列表计算见表2

32、-1。根据蜗壳各计算断面的尺寸，将个计算断面的外缘连接起来，便可得到蜗壳平面的单线图，如下图2-2 所示。表2-1 金属蜗壳中间任意断面计算表0001.975151.413750.2288085552.432617111302.82750.3235841622.622168325454.241250.3963080432.767616087605.6550.4576171112.890234222757.068750.5116314842.998262968908.48250.560464213.0959284191059.896250.6053705363.18574107112011.31

33、0.6471683253.26933664913512.723750.6864256663.34785133315014.13750.7235561833.42211236716515.551250.7588721273.49274425518016.9650.7926160873.56023217319518.378750.8249809793.62496195821019.79250.8561232223.68724644322521.206250.8861717253.7473434524022.620.9152342223.80546844425524.033750.943401842

34、3.86180368527025.44750.9707524873.91650497428526.861250.9973533713.96970674130028.2751.0232629684.02152593631529.688751.0485325254.0720650533031.10251.0732072554.12141450934532.516251.0973272834.169654566图2-2 金属蜗壳示意图 单位：m2.4.5 尾水管的选择尾水管是反击式水轮机过流通道的最后一个部件，转轮出口的水流通过尾水管将流速逐渐减小后排入下游，因而尾水管的型式和尺寸对转轮出口动能的恢

35、复有很大的影响。这种影响具体以尾水管的动能恢复系数来衡量。在水电站的设计中，尾水管的型式和尺寸在很大程度上还影响着厂房基础开挖深度和下部混凝土块体的尺寸。增大尾水管的尺寸可以提高水轮机的效率和过水能力，但使水电站的工程量和投资增大。因此，合理地选择尾水管的型式和尺寸在水电站设计中有着重要的意义。尾水管的型式有很多，目前一般工程上常用的有直锥形、弯锥形和弯肘形三种型式的尾水管。直锥形尾水管结构简单、性能良好，动能恢复系数可达0.80.85。它仅适用于小型水轮机，因为对大中型水轮机来说，会造成水电站开挖深度较大，不经济。弯锥形尾水管常用于小型卧轴混流式水轮机，由于其转弯段水力损失较大，所以其性能较

36、差，这种尾水管的动能恢复系数一般为。弯肘形尾水管不但可以减小尾水管开挖深度，而且具有良好的水力性能，可达75%80%，适用于大、中型立式水轮机。除贯流式机组外几乎所有的大中型水轮机均采用这种型式的尾水管。由于关门梁水电站为中型水电站，并且采用的是混流式水轮机，因此本设计采用弯肘形尾水管。弯肘形尾水管由进口直锥段、中间肘管段和出口扩散段三部分组成。1. 尾水管高度尾水管的高度h，指水轮机底环平面至尾水管底板的高度，是决定尾水管性能的主要参数。增加高度可提高尾水管的效率，但将增加电站建设费用；减小高度不仅会降低水轮机的效率，还会影响机组运行的稳定性。根据实践经验，高度h应满足如下要求：对转桨式水轮

37、机，最低不得小于；对低比速混流式水轮机（）,；对高比速混流式水轮机（），为保证机组运行的稳定性，最低不得小于2.3。2. 进口直锥段进口锥管的半径角的最优值，对混流式水轮机，取；对转桨式水轮机，取，转毂比大于0.45时，取下限值。进口直锥段壁设金属里衬，以防止旋转水流和涡带脉动压力对管壁的破坏。本设计为混流式水轮机，取。3. 肘管中间弯肘段常称为肘管，它是一段转弯的变截面弯管，其进口断面为圆形，出口断面为矩形。由于肘管形状太复杂，所以肘管一般不设金属里衬。但当水头大于150m或者尾水管平均水流大于时，为了防止高速水流、特别是高含沙量水流对壁混凝土的冲刷和磨蚀，一般应设金属里衬。由于本设计的最大

38、水头小于150m，因此肘管不设里衬。4. 出口扩散段出口扩散段是一段水平放置、两侧平行、顶板上翘角的矩形扩散管。其顶板仰角一般取。出口扩散段通常不加金属里衬。本设计取，且出口扩散段不设金属里衬。5. 尾水管的水平长度尾水管的水平长度是指机组中心线至尾水管出口断面的距离，增大可使尾水管的出口面积增大，从而降低尾水管的出口动能损失，但过分增大将使尾水管的部水力损失以与厂房尺寸增大。通常取。查水电站可得：表2-2 弯肘型尾水管尺寸 单位：m型号5.62510.1256.1653.0423.0421.50753.93752.9475查水电站可知，导叶相对高度主要与水轮机型式有关。适用水头愈高的水轮机，

39、愈小。一般对于混流式水轮机，导叶的相对高度；对于轴流式水轮机，。根据已经选定的水轮机型号为HL160，并且已经选定的水轮机标称直径，故可知导叶的相对高度为：，取。2-3 （1）弯肘形尾水管立面图 单位：m2-3 （2）弯肘形尾水管平面图 单位：m2.5 水轮发电机的选择发电机是实现机械能向电能转化的主要电器设备。在高水头电站各种机电设备中，发电机的尺寸最大，其型式、尺寸和布置对主厂房的布置和平面尺寸常起控制作用。关门梁水电站为中型水电站，本设计采用立式机组，选择悬式发电机。2.5.1 主要尺寸的估算1. 极距：选择合理的首先要选择恰当的极距，根据统计资料分析，极距与每极的容量关系： （2-10

40、）式中发电机额定容量（KVA）；磁极对数；系数，一般为，容量大、线速度高的取上限。取，由选定的发电机标准同步转速，查水电站可知磁极对数，则：2. 定子径：（2-11）3. 定子铁芯长度：（2-12）式中：发电机额定容量，KW；额定转速；定子径，cm；系数，查水电站机电设计手册（水力机械），的取值围：，故本设计采用。则有：4. 定子外径（机座号）： 目前尚无统一规定的机座号，可按下式估算： （2-13） （2-14） 由已确定的可知：5. 水轮发电机结构型式的选择：时，采用悬式； （2-15）时，采用伞式； （2-16）时，可采用全伞式。 （2-17）式中：定子铁芯径，m；定子铁芯长度，m；额定

41、转速，。 故水轮发电机结构型式选用悬式。2.5.2外形尺寸的估算1. 平面尺寸的估算 1） 定子机座外径： ； （2-18）； （2-19） ； （2-20）； （2-21）。 （2-22） 由已确定的可知：2） 风罩径 ：； （2-23）。 （2-24） 由已知则：cm3） 转子外径： （2-25）式中：为单边空气间隙，初步估算时可忽略不计。则：4） 下机架最大跨度：； （2-26）。 （2-27）式中：为水轮机机坑直径。 见水电站机电设计手册（水力机械）根据已经选定的转轮标称直径，由水电站机电设计手册（水力机械）查得，并由已知的，则： 5） 推力轴承外径和励磁机外径：推力轴承外径和励磁机外

42、径可由发电机容量查水电站机电设计手册（水力机械）取推力轴承外径，励磁机外径。2. 轴向尺寸计算1） 定子机座高度：； （2-28）； （2-29）； （2-30）。 （2-31） 由已确定的可知：2)上机架高度： 悬式承载机架： ； （2-32） 伞式非承载机架：。 （2-33） 已知水轮发电机结构形式为悬式，可得：3） 推力轴承高度、励磁机高度、副励磁机高度和永磁机高度：推力轴承高度、励磁机高度、副励磁机高度和永磁机高度（包括转速继电器）可由水电站机电设计手册（水力机械）选取。可查取推力轴承高度为，励磁机高度，副励磁机高度，永磁机高度。4） 下机架高度： 悬式非承载机架：； （2-34） 伞

43、式承载机架： 。 （2-35） 已知水轮发电机结构型式为悬式，可得：5） 定子支座支承面至下机架支承面或下挡风板之间的距离：悬式非承载机架：； （2-36）伞式承载机架： ； （2-37） 无下机架： 。 （2-38） 已知水轮发电机结构型式为悬式，可得：6） 下机架支撑面至主轴法兰底面之间的距离：一般为。本设计取：。7） 转子磁轭轴向高度：无风扇时：； （2-39） 有风扇时：。 （2-40） 本设计按有风扇时计算转子磁轭轴向高度，则：8） 发电机主轴高度： 式中为发电机总高度，即由主轴法兰盘底面至发电机顶部的高度。=257.161+89.755+150+200+100+60+53.853+

44、100=1009.769cm 则有：9） 定子铁芯水平中心线至主轴法兰盘底面距：3. 型号选择 发电机的型号为：，具体尺寸如图2-4 ：图2-4 金属蜗壳示意图 单位：cm2.6 调速器和油压装置的选择调速器一般由调速柜、接力器油和油压装置三部分组成。中小型调速器的调速柜、接力器和油压装置组合在一起，称为组合式；大型提速器分开设置，称为分离式。2.6.1 判断调速器的型式 假设本设计的调速器为中小型调速器。 中小型调速器是根据计算所需的调速功查调速器系列型谱表来选择的。反击式水轮机调速功（Nm）的经验公式： （2-41）式中：水轮机的最大工作水头，m；最大工作水头下水轮机发出额定出力时的流量，

45、；水轮机转轮的标称直径，m； 200250系数，高水头取200，低水头取250.由已知的，则Nm 调速功已超出中小型调速器调速功的围，假设错误，故本设计调速器为大型调速器，应计算主配压阀直径，来选定调速器型号。 大型调速器为分离式，选择是应对调速柜。主接力器和油压装置分别选配。大型调速器是以主配压阀直径形成标准系列，选择时先由机型确定采用单调节调速器，再计算主配压阀直径来选定调速器型号。2.6.2 接力器的选择大型调速器常用两个接力器来操作导水机构，每个接力器的直径按以下经验公式计算： （2-42）式中：计算系数，查水电站机电设计手册（水力机械）可得；导叶高度，m；转轮标称直径，m；水轮机最大

46、水头，m。查水电站表4-2可知HL160水轮机的导叶相对高度=0.224，由查水电站机电设计手册（水力机械）表6-4可取，且m，查水电站机电设计手册（水力机械）表6-5选择偏大的直径。接力器最大行程的计算公式为：式中：水轮机导叶最大开度，mm。 由模型水轮机导叶最大开度计算出，其计算公式为： （2-43）式中：导叶出口边所在圆的直径，m；导叶数目； 1.41.8系数，转轮直径时用较小系数。 （2-44）式中：水轮机单机流量；蜗壳进口平均流速；导叶高度，m。由此可得：两接力器的总容积为：2.6.3 主配压阀直径的选择通常主配压阀的直径等于通力接力器的油管直径。通过主配压阀油管的流量为： （2-4

47、5）式中：导叶从全开到全关的直线关闭时间，s。一般取。取为4s。由，则：主配压阀直径为：式中：管油压的流速，m/s；一般取。取为，=0.12可得：按计算的，查水电站表5-1选择与主配压阀直径接近而偏大的标准调速器的型号为，具体示意图如图2-5所示。图2-5 调速器示意图 单位：mm2.6.4 油压装置的选择油压装置的工作容量以压力油罐的总容积为表征，选择时以压力油罐的总容积为依据，的经验公式为： （2-46）取系数为18，则：按计算的值，由水电站机电设计手册（水力机械）表6-15，选择与压力油箱总容积相近而偏大的标准油压装置 YS2.5型。 具体尺寸如下图2-6 所示: (a)压力油罐 （b）

48、回油箱图2-6 YS 型油压装置外形尺寸 单位：mm第3章 水电站枢纽布置 电站枢纽主要组成建筑物，包括进水口、引水道、高压管道、主厂房、副厂房、变压器场、高压开关、尾水渠以与对外交通等，电站枢纽布置应确定各建筑物的位置以与各建筑物之间的相对位置关系。3.1 引水系统的布置 引水系统的布置应充分考虑地质、地形条件以与施工和水力条件，应尽量使水流平顺，水头损失小。进水口要求水流对称，不发生回流和旋涡，不出现淤积等，后接高压管道，应与洞线布置协调一致；高压管道布置应尽可能布置成进口与厂房之间的最短直线，对于坝后式电站，供水方式可采用单元供水方式；主厂房是电站枢纽的核心，对厂区布置起决定性的作用，主

49、厂房位置的选择主要在水利枢纽总体布置中进行，地形地质条件常常是决定厂房位置的主要因素。主厂房宜建筑在良好的基岩上，新鲜基岩面的高程最好与厂房底高程相接近，以减少挖方。在陡峻的河岸处选择厂房位置时，要特别注意厂房后坡的稳定问题。主厂房的位置要与高压管道与尾水渠的布置统一考虑，尽可能保证进出水流平顺。厂房位置还应考虑选择在对外交通联系方便、容易修建进厂公路的地方。关门梁上坝址左右两岸均为陡崖，右岸更为陡峭，不宜布置开敞式溢洪道，由于此处河道向左急转弯，右岸为凹岸，若右岸布置泄洪洞，则洞线较长且进口道路布置困难，因此泄洪建筑物不宜布置于右岸。左岸坝头部位地形陡峻，若布置开敞式溢洪道进口与控制段则开挖

50、、支护工程量巨大，并且泄槽中段由于知哈沟切割较深的影响，泄槽过沟处则需要布置桥梁结构支撑，结构复杂且工程量较大；另外，溢洪道布置于左岸顺坡而下时，总长度较大，且因左岸为凸岸导致出口泄流归槽不顺。 综合以上因素，加之泄洪流量较小，泄洪建筑物选择布置于左岸，采用开敞式泄洪洞，进口布置于坝轴线上游约210m处，出口布置于坝轴线下游约600m处，洞长约571m。 从地形地质条件上，引水隧洞左右岸成洞地质条件差别不大，但从洞线布置上看，右岸引水不但洞线较短，跨越的冲沟绕沟难度也相对较小，故引水发电系统只考虑布置于右岸。电站进水口和放空冲沙洞布置在右岸。电站进水口和放空冲沙洞进口结合，布置于坝轴线上游430m右岸边坡处。放空冲沙洞洞长约608m，出口布置于右岸坝轴线下游约140m处右岸。3.2 厂区枢纽布置 厂区布置是指水电站的主厂房、副厂房、主变压器场、高压开关站、引水道、尾水道与厂区交通的相互位置的安排。目的是使厂房的上游进水口和下游尾水道之间衔接好，水流顺畅，各建筑物功能发挥良好。各建筑物之间配合协调，满足运行安全可靠、施工快捷、交通方便、投资少的要求。因此，进行厂区布置时，要综合考虑水电站枢纽总体布置、地形地质条件、运行管理、施工检修、农田占用、环境设计等方面的因素，根据具体情况拟定出合理的布置方案。3.2.1 主厂房的布置 主厂房是厂区的核心，对厂区布置起决定性作用，其位置要