水电站课程设计计算说明书原创

《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:完成日期:专业名称:班号:学生:主要指导教师:其他指导教师: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60MV，装机4台，单机15MW电站担任工农业负荷，全部建成后担任系统灌溉负荷。5.5米，支洞5.5米，支洞径3.4米，厂装置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140.00m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。枢纽基水库设计洪水位 水库设计洪水位 137.00 m水库正常高水位125.00水库发电死水位108.00设计洪水尾水位77.00m校核洪水尾水位78.50m2、厂址水位流量关系曲线68.569.269.769.769.970.2水位（m005500120.160.200.流量（m/s）0.040.080.0000水位（m）70.9571.6072.2074.5076.3078.50流量（m7s）600.800.1000.1200.400000014003、水电站特征水头最大水头56.00m最小水头38.00m平均水头50.84m计算水头48.30m4、地形地质

3米，河床岩系凝灰岩，岩石抗压强度较高，厂区有第四纪沉积层，厚约砂卵石覆盖层平均深2~43米，河床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15.6MW额定转速214.3r/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额定电压转子带轴重（kW）cos(r/min)U(kV)G（t）150000.8214.310.580(2(2)桥式吊车(2(2)桥式吊车//“2.丿夕///“2.丿夕/3、调速器设备(1)调速器型号：DT-100机械柜尺寸：长X宽X高=750X950X1375(mm电气柜尺寸：长X宽X高=550X804X2360(mrD(2)油压装置型号： YZ-I.0型号油箱长度m(mm)油箱宽度n(mm)油罐总高H(mm油罐筒咼h(mm油罐直径D(mmYZ-1.019161900245716949304、厂房附属设备(I)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201.21.8X4.3

详见附表1选定吊车型号，选用有关尺寸.5、电气设备(I)三相三线圈主变二台型号：SFSL1-50000/110/35/10尺寸：长X尺寸：长X宽X高=6820X4520X8200(mm轨距:1435(mn轨距:1435(mn)检修起吊高度:8200检修起吊高度:8200(mm主变压器身重:39.5 主变压器身重:39.5 (吨)(2)厂用变压器二台型号：SJL1—630/10/0.4厂用变压器参考数据:变压器容量(KVA)厂变室面积门高(m)吊物孔尺寸(m630/105X32.52.5X2.0(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X厚X高=800X550X2360(mm)1.2.3副厂房参考面积(单位：m3(1)直接生产副厂房①中央控制室 ①中央控制室 100~120②高压试验室 ②高压试验室 20~30①中央控制室 ①中央控制室 100~120②高压试验室 ②高压试验室 20~30②电缆室与中控室同③通讯室20~50④发电机电压配电装置室40~50⑤厂用盘室30~40⑥直流系统室蓄电池室40~50酸室10~14套间5~6充电机室10~15通风机室10~15直流盘室20~25⑦母线廓道宽度不少于2.0m⑧厂变室15⑨空压机及贮气筒室3~40⑩油桶及油处理室50~55(11)排水泵室15~20集水井容积30~35m3)2)检修、试验用房①测量表计试验室30~40③电工试验室 ③电工试验室 20~30③电工试验室 ③电工试验室 20~30④机修间40~50⑤工具间10~153）间接辅助生产用房①交接班室20~25②值班休息室15~20③办公室15~20④浴室厕所10~20⑤警卫室10附表1:桥式吊车型号及尺寸容量(吨)起升

咼度（m）主要尺寸（毫米）极限尺寸（毫米）起重机名称Lk(m)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10.吊钩至轨道中心距离hiLiL25011.512.513.5269200400370027009705001100160010.10.10.10.757511.12.13.13.16.2620/229208614040370365365270920700110016001019.13.16.19.36611311311836947947948320/2286140369369147147147-10-10-10L1L2L3L42402051901301301003002356"0約□D20A/oxyEM■利/»1m16hUHI1I1X迸凰用屯Tir迸凰用屯Io-3<Zpz2II1阳曹-电线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，交通条件满足要求。尾水渠逐渐倾向下游与河道斜交，使水流顺畅。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水轮机安装高程水轮机型号为HL220-LJ—225。3.1.1计算吸出高吸出高公式:HW110.0-善=(%+M)H3 900 \m ‘其中:曾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。。尬为模型气蚀系数，查表得到口皿二6133。hW为气蚀系数的修正值，根据设计水头查得Z臺0.022。H为水轮机水头，一般取为设计水头H=48.30e。计算得%W2*43m3.1.2确定安装高程其中:仏为设计尾水位，常取一台水轮机的额定流量下的下游水位，单3机额定流量为36.2m/S，根据水位流量关系曲线查得尾水位为69.13m。占为吸出高，暂取为2.40m。吋为导叶高度，根据水轮机型号查得bg,—0*25DJI—0”25X225cfn—56*25cin计算得:Zg=69.13+2.40+0.5625=72.09水轮机的安装高程为72.09m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，以改善其受力条件。包角*0=345"。

322蜗壳水力计算已知条件与参数最大引用流量%,=最大引用流量%,=36.2mVs导叶高度5- 5625m座环固定导叶外径％和径％：根据水力机械设计手册，查得p3-385cm,Db=325cm进口断面平均流速V』：根据经验曲线查取，金属蜗壳取上进口断面平均流速V』：根据经验曲线查取，金属蜗壳取上(2)蜗壳中水流运动假定水流圆周分速度儿=J=6,Ws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的流量应为式中：为从蜗壳鼻端至断面式中：为从蜗壳鼻端至断面i的包角断面半径断面中心距

断面外半径计算过程如下:蜗壳水力计算断面断面流量Qi断面半径Pi中心距％外半径Ri7303.020.392.312.706757.540.612.543.15512012.070.772.703.47416516.590.912.833.74321021.121.032.953.98225525.641.133.054.18130030.171.233.154.38034534.691.313.244.55图图3—2 蜗壳平面单线图图图3—2 蜗壳平面单线图\1111/—rbraaiRi蜗壳断面单线图图3—1 蜗壳断面形状蜗壳平面单线图尾水管型式及尺寸确定尾水管采用弯肘式。6£1LI(L片1TO1 图Z-37£ <1<M混流式木轮机的尽水管尾水管尾水管尺寸采用设计手册推荐的尺寸：HL220-LJ—225水轮机为中比转速水轮机,h<4速水轮机,推荐的尾水管尺寸表肿Qi35fcJ/丿>1J.【初:时ft盘我2.S4.51-伽L.QOJ.100*S7tC竝1.10■fcwn^rniTAi./Oi-1.1提戏式DinDt4.j2*0L*20l*?tD用*0］血1*ET标廉《«上肘= iI4.32,720[,35iJ*15B-ft丁52.aU22!标《乱童土附节孟口wCRj衰i-17ft*的 尺廿雜[h=2.6Di=5.S5mL=45片=10.125m=2.720D,=6.12mDq=1・35Di=3・0375m”4=1.35D|=3,0375m%=0；,675D'i|=1.5187帥Li二1.82D1豈4,095mhs二仁22D1=2,745m转轮尺寸确定根据水轮机型号及其标称直径Pi|确定各尺寸:D]—2.25ni表3-3转轮个尺寸确定\£•D7*ST图3-4\£•D7*ST图3-4转轮尺寸D2/D1D3/D1D4/D1D5/D1D6/D1b0/D1h1/D1h2/D1h3/D1h4/D11.0820.9280.870.4780.1160.250.0540.1650.4820.309D2D3D4D5D6b0h1h2h3h42.43452.0881.95751.07550.2610.56250.12150.371251.08450.69525一]zzzlOi发电机型式及尺寸确定水轮发电机型号SF15-28/550，为立式空冷水轮发电机，额定容量15MW/定子铁芯外径为550cm同步转速为214.3r/mFn>150r/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:/yj-5图3—54厂房各主要高程确定1N8400200033503840打0II.——49o4Ir■PIIR/；：•发电机尺寸hlA■4I/-严Vz工NB才K////Z乙/

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y4.6 4.6 吊车轨顶高程4.6 4.6 吊车轨顶高程4.3 4.3 发电机装置高程厂房各咼程简图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:其中:V把为厂房开挖高程。为水轮机安装高程h为尾水管高度，根据水力机械设计手册推荐，暂取h二2・6Di-5・35m。1—2m1—2m取为Im。计算得:V把=72.09-0.5X0,5625-5.85-1=6』96片4.2 水轮机层地面高程%讥+Pg+耐V水为水轮机层地面高程P巾趙）（为蜗壳最大半径，Pmax-minijhl为蜗壳顶部混凝土的厚度，取1.50m。J-72.09+1.31+1.50=74.90m

V號为发电机装置高程h』为机墩进人孔高度，一般为2m左右，取为2m。h』h』为进人孔上的混凝土厚度，取为1.5m。计算得V叢=7<90+2.00+1.50=78.4ni4.4 发电机层楼板高程九为定子高度,九为定子高度,根据资料，h=2・43m计算得:V垸=78.4+2.43二80.83m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,外=80.83-0.5-74.9=5,43m满足要求。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咼。4.8 4.8 屋顶高程461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转胳片片ft2i=s〜（hJ-韩驾式转ft,叶片歌水轮机转轮重量估算曲线462轨顶高程刃t= 十+%+h?+hg为吊物垂直安全距离，取为0.8m。%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。切为吊索或吊具高度，估算为0.6m。%为吊钩至轨顶距离，为1.474m。计算得:可鞭二80.S3+0-8+4.39+0-6+r474=88.09m4.7 屋面大梁底部高程幅为桥吊轨顶至小车顶距离，查表得幅为桥吊轨顶至小车顶距离，查表得hg=3,692mh祀为小车顶部到屋面大梁底部的距离，一般取0.30m。计算得:7^=88.09+3.692+630二92.03mhi］为屋面大梁（或桁架）+屋面板+保温防水层高度，一般取0.3m。计算得:V］期—9Z08+0.3—92*38oi5主厂房平面尺寸确定5.1机组段长度;Li机组段长度为相邻两机组中心线的距离。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L1:21L1:215发电机层机组段长度计算1i二L「=如3+5+如0』0』为发电机风罩径，根据发电机尺寸,0g=8*4m。&3为风罩厚度，一般取为0.3mob为两机组之间风罩外壁净间距，一般可取 1.5-2.0m如两机组之间设楼梯时取3-4m，取较大值4mo计算得:L*,=L=,二8.4X0*5+0・3+2二&56Li=13m5.1.2蜗壳层L1a"bI:;a©+aYL1a"bI:;a©+aY—丄■才U• -.IL|—r为蜗壳外围混凝土厚度，均取为1.5m。R"R?为蜗壳345".1右57断面外半径,R[—4.55nit只2二3■T4nL_耳=匚5+3*74二5・24巾L=1.5+4.55 6.05mL]二LI+L严5・24+6.05=1X29片综合考虑其他因素，取机组段长度L|'135。5.2 端机组段长度58.616AL= +0”5=4e08*n2故取1_2=17.81m扬X却丄】-£I十\,ii眉5.3 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BudkJ9B3BB9EB咯—….-_—W

$占SL—」JIUI，Gf>■凸iy

*ISr1机墩逬人孔A3P*肿1-;- B上三戸3+S+A&为风罩厚度。A为风罩外侧至厂房上游墙侧(或立柱侧)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=4mC另考虑发电机风道尺寸。取A=4mC主要取决于通道宽度,一般取为3m>计算得:B=B=8.4+0.3X2+4+3-16ni5.4 装配场长度安装厂长度一般约为机组段长度的 1.0~1.5倍，最后尺寸应满足在起重机主钩吊运的围之，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