月亮湾级水电站厂房设计

1设计基本资料1.1地理位置月亮湾一级水电站工程拟建于疏勒河干流玉门市昌马乡境内，该乡东邻嘉峪关市，北靠玉门市和安西9县，南接肃北蒙古族自治县，西接敦煌市。依据疏勒河流域规划，月亮湾一级水电站处于疏勒河梯级开发中肃玉水电站与月亮湾二级水电站之间， 为一座中坝引水式无调节水电站。电站厂址距玉门市昌马乡政府约 10km距玉门镇约81km距黄土湾水电站的厂房约10km1.2工程建设的必要性酒泉市地域广阔，人口相对稀少，居住分散，全市一区、两市、四县划分为五个供电区，分别为肃州供电区、金塔供电区、玉门供电区、安西供电区、肃阿敦供电区。1999年底嘉酒地区电网总装机容量392.29MV，年发电量22.07亿kW-h（包括酒钢公司、玉门石油管理局自发电量），其中4座主力火电厂装机354MW年发电量20.62亿kW-h，小水电装机38.29MW年发电量1.45亿kW・h。1999年全市最大负荷324M（其中公用网最高负荷160MW酒钢最高负荷160MW玉门石油公司4MW,最小负荷147MW农业、居民生活照明用电量增长较大。全市电网及电源建设经过二十多年的平稳发展，仍存在一些问题。地处边远地区的少数民族县，受地域辽阔和电源的限制，通电率较低，区内用电以电力排灌、农副产品加工、乡镇企业、县城工业、生活用电为主，限电及配网事故率高，相应的用电水平、电压合格率、设备完好率低于标准水平。随着地区经济及矿产业等的快速发展，对电力电量的需求不断增加，预计 2015年全市需电量将达到60.7亿kW-h0因此，充分利用地区潜在的资源（可利用发电的水能资源装机容量220MW,发展水电，加快电力开发及电力基础设施的建设，以促进地区经济发展，满足人民日益增长的物质文化生活的需要。1.3水文与气象水文条件在月亮湾一级水电站坝址的下游有昌马堡水文站，距离较近，且属于同一条河流的上下游，该水文站的资料可供设计使用。月亮湾一级水电站坝址断面处多年平均径流量为 28.4m3/so坝址和厂房处水位流量关

系分别见图1-1、图1-2冃亮滝一级水电站厂房阳洪斷"■房上游申水文横断面水位沈量黄系曲這图1-22：7:高■—-^-=程」"--~1.L~.-1=-'--m—207ZL-—--2071-a!一2D7O”-206?严-・•1*-:2Q6&5665丄丽20BZ4500IC)0C13002000■ataMT ILT.Mh25005：

径流疏勒河径流主要由上游山区降水和融冰化雪补给， 昌马堡水文站位于月亮湾水电站厂址下游约15km处，本次预可研阶段采用该站自1952年〜2004年，共53年的实测径流系列资料。月亮湾一级水电站设计年径流成果见表 1-1表1-1月亮湾一级水电站设计年径流成果表F 均值F 均值(km2) (mf/s)CvCs/Cv 不同保证率设计值 （m/s）15% 25% 50% 75% 85%月亮湾一级10961 28.4 0.24 2.0水电站35.4 32.7 27.9 23.6 21.4洪水疏勒河大洪水均由大面积暴雨形成，汛期为 6〜9月，主汛期7〜8月，一次洪水过程平均为10天左右。洪水过程具有峰高量大历时长的特点。根据已整编刊印的《甘肃省洪水调查资料》以及以往工作中调查资料，昌马堡水文站调查有1869〜1871年、1920年、1929年洪水，洪峰流量分别为1710m3/s、1110m3/s、1340m3/s。1869〜1871年间（同治8〜10年）的洪水是疏勒河上的首次历史洪水。综合考虑后，重现期按170年处理，月亮湾一级水电站设计洪峰流量成果见表 1-2表1-2月亮湾一级水电站设计洪峰流量成果表不同频率设计值（m/s）不同频率设计值（m/s）(kmf) (m/s)CVCs/CV0.1%0.2%0.33%0.5% 1% 2%3.33%5%10%20%10961 310 0.92 4.02570225020201830153012401030868613392泥沙月亮湾一级水电站枢纽处没有实测泥沙资料，但因月亮湾一级电站枢纽与昌马堡流域控制面积相差很小，所以本次泥沙计算直接采用昌马堡的泥沙资料。月亮湾一级水电站多年平均悬移质输沙量为317万t，推移质用推悬比0.2计算，推移质为63.4万t，按5〜9月占年输沙量的比例分配到5〜9月，月亮湾一级水电站坝址处多年平均输沙量为 380.4万tO冰情以昌马堡水文站观测的冰情纪录中，河水几乎每年冬季都要封冻，一般 10月下旬开始结冰，封冻天数最长95天，4月上中旬全部融冰。岸边最大冰厚1.34m,河心最大冰厚0.7m。气象条件月亮湾一级水电站的位置深处大陆腹地，距离海洋较远，水汽输送不利，属大陆性气候特征。具有干旱少雨，蒸发强烈，冬季较长，气温低，气象要素变差大等特点。从昌马堡水文站气象资料统计表明，多年平均气温 4.3C，极端最高气温38.5C，极端最低—35.0C。多年平均降水量仅有94.2mm年蒸发量则达2800.2mm平均日照时数为3267.6h，由于流域的地理位置和地形的影响，盛吹西北风或西风，最大风速可达 20.0m/s，最大冻土深超过150.0cm。1.4工程地质区域概况月亮湾一级水电站工程区处于青藏高原东北缘祁连山西段， 有一系列走向NW\的山脉和盆地相间组成，形成南北向的起伏地貌，总的地势南高北低，沿山脉纵向呈现西高东低的阶梯状地貌。本区发育有三级夷平地，电站工程区所在的昌马盆地处于时代最晚、高程最低的第三级夷平地。本区出露的最老和最新地层分别为前震旦系和第四系，工程区主要为第四系。本区的地质构造属北祁连加里东褶皱带和中央隆起带。经历了多次地质构造运动，地质构造非常复杂，断裂非常发育。所幸的是电站工程区位于昌马盆地中部，距大断裂均较远，离坝址最近的昌马~祁连活动断裂带，相距约10Km工程区地层较新，并未受到历次构造运动的影响，所以未见断裂。据地震部门资料，本区强震有沿断裂带自西向东迁移的迹象，故工程区附近仍有发生强震的可能性。根据国家地震局2001年版《中国地震动峰值加速度区划图》(GB1830—2001)，本区50年超越概率为10%时的地震动峰值加速度为0.2g，地震反应谱特征周期为0.45s，相应的地震基本烈度小于毗度。水库区工程地质条件月亮湾一级水电站的库区地处昌马盆地中部，属比较典型的盆地河槽带状水库。河谷呈陡坎与阶地相间的复式地形，河床自然坡降 7〜10%。左右。库区岸坡陡立，甚至倒坡。受河水常年冲刷，在下部最软弱的岩层中形成侧蚀副地形，

当悬空过大时，在重力作用下发生局部小规模崩塌、掉块。但厚度有限，一般为 2m-6m体积小，无统一滑移面，构不成较大的崩塌或滑移，故对水库的运行影响不大。库区及两侧库岸除中一下坝线为白垩系地层外，其余均为第四系地层构成，第四系地层具中等透水性；库区无低邻谷渗漏问题，但存在绕渗漏问题；库区现状除中-下坝线由白垩系地层构成的岸坡崩塌现象严重外，其余较稳定；因库岸多由半胶结的 Q2砂砾卵石层构成，经Q2砂砾卵石及Q1玉门砾岩崩解试验，其崩解能力较弱，因此，水库蓄水后，Q2库岸再造主要由卸荷作用引起的小规模崩塌； K1xn1岸坡崩塌现象将进一步加重，并威胁中、下坝区建筑物的安全；库区无浸没问题，淹没仅造成昌-鱼简易公路跨河桥梁及约400〜500m路面改线；库区无大规模泥石流沟道，固体径流主要来源于库区塌岸物质。总之，电站库区封闭条件相对较好，库岸再造除 K1xn1岸坡严重为，其余不突出，电站无浸没问题，淹没损失小，固体径流物质有限，因此，月亮湾水电站水库区工程地质较好。厂房区地质地形条件电站厂房布置于疏勒河I级阶地之上，场地据钻孔揭示，场地无地下水活动，地层岩性：上部5〜8m为al-plQ41冲洪积含漂石砂砾卵石层，结构松散，其下为微〜半胶结的al-plQ2冲洪积砂砾卵石层，作为基础持力层地质条件较好。1.5当地建筑材料电站工程所需天然建筑材料种类有：混凝土砂砾石料、块石料和防渗土料。依据勘测

任务书要求，大坝基础开挖主要包括大坝岸坡及坝基开挖， 总开挖量为4.36万m3，其中,砂砾石2.66万m3，岩石1.7万m3。本次天然建筑材料的勘查，本着满足质量、储量要求、就近的原则，最终选定砂砾石料场2处，土料、块石料场各1处。1.6其它资料地形图1张。1.7既给设计控制数据设计洪水位：2100.0m,设计最大洪水下泄流量1030.0m3/s校核洪水位：2102m校核洪水最大下泄流量2020.0m3/s设计蓄水位：2098.5m装机容量：13.5MW1.8设计任务水能规划及水轮机选型水电站厂房设计及厂区布置及设计图吊车梁的计算2水能规划1.1水头Hmax、Hmin、叫的选择根据Nr主;NrAQHgr根据Nr主;NrAQHgr由于中型水电站A=8〜8.5，在此取A=8.2,gr=96%.所以NrNgrgr14.0625103KW96%最大水头Hmax的确定校核洪水位2102.2m+满发14.0625103KW取校核洪水位时的最大流量为1830m3/s，查的相应的下游水位为2072.1m.则H毛1Z上Z下2102.2 2072.7 29.5mH净1 96%H毛1=0.9629.5=28.32m设计洪水位2100m满发14.0625103KW取设计时的最大流量为1030m3/s，查的相应的下游水位为2070.5m.贝UH毛2Z上Z下2100 2070.5 29.5mH净2 96%H毛2=0.96 29.5=28.32m正常蓄水位2100m一台机组发电台机组发电的出力：N发5.5103KW3水轮机的出力：N水5.510 5729.2KW0.96再根据：N水=9.81QH，初设时取=85%，则有5729.2=9.81QH然后取不同的Q值，进行试算，列表2-1。由N〜Q关系曲线，N=5729.2KVy此时Q=19.96m3/s, H净=34.42m,即Hmaxmax28.32,28.32,34.42 34.42m。

表2-1最大水头试算过程表Qm3/sZ上mZ下mH毛mH净mN水kW20.032099.22063.4435.7634.33573520.022099.22063.4035.8034.37573119.962099.22063.3535.8534.425729.22设计低水位Hmin的确定设计低水位（即设计死水位）+机组满发已知Z上=2098m即水轮机的出力为N水313.51014062.5kW0.96然后取不同的Q值，进行试算:，列表2-2.表2-2试算过程表Qm3/sZ上mZ下mH毛mH净mN水KW59.7820982068.6129.3928.2114063.259.7020982068.5729.4328.2514062.959.6120982068.5329.4728.2914062.4由N-Q关系曲线，N=14062.4KVyQ=59.61m3/s，H净=28.29m,即Hmin28.29m2.1.3Hav的确定加权平均水位Hav=也竺也亜=31.36m2引水式电站HrHav=31.36m2.2水轮机选型根据工作水头范围和设计水头查资料初选水轮机型号为ZZ450和HLD74.由于本设计选择了两台5.5MW和一台2.5MW机组装机方案，所以水轮机也要选成两大一小的方案，初步计算先选出适合的水轮机型号，再定大小。2.2.1ZZ450型水轮机方案的主要参数选择限制工况下的单位流量1.5m3/s，效率m87.3%，此可初步假定原型水轮

机在该工况的单位流量Q1=Q1M=1.5m3/s，效率89.3%.转轮直径的计算转轮直径：D1\9.81Q转轮直径：D1\9.81Q1Hr1.53.5161039.811.532.231.589.3%1.209m，取标称直径D1=1.2m0转速n计算查得ZZ450型水轮机在最优工况下的单位转速ng120rmin，初步假定n® ,则n罟空晋时”,选用与之接近而偏小的同步转速n=500rmin.效率及单位参数修正查得ZZ450型水轮机在最优工况下的最高效率 max90.5%，模型转轮机的直径为D1M=0.35m,则max11Mmax計；：1 190.5%吊 92.8%\D1 V1.292.8%-90.5% 2.3%1.0 1.3%由此可得原型水轮机在最优工况下的效率为max Mmax+90.5%+1.3%=91.8%m+ 87.3%+1.3%=88.6%89.3%，所以重新拟定假定：3.0%-1.0%2.0%max Mmax+90.5%+2.0%=92.5%m+ 87.3%+2.0%=89.3%与上述假设值相同单位转速的修正值n1 n10MJ / 1■.max Mmax

nini0MmaxMmaxi0.92511.1%3.0%按规定转速可不加修正，同时单位流量Qi也不加修正.由上可见，原假设的89.3%，Q1nini0MmaxMmaxi0.92511.1%3.0%按规定转速可不加修正，同时单位流量Qi也不加修正.由上可见，原假设的89.3%，Q1=Q1M=1.5m3/s，n10 n10M=120nmin。工作范围的经验在选定D1=2.5m，n=500r.min后，水轮机的Qmax及各特征水头相对应的厲即可算出来，水轮机在Hr、Nr下工作时，其Q1=Q1max，故:Q1maxNr3.5161032 1.59.81D1Hr9.811.2232.231.50.8931.49m3/s<1.5m3/s则水轮机的最大引用流量为Qmax Q1maxD12,H~1.491.22 .32.2312.18m/s与特征水头Hmax、Hmin、H「相对应的单位转速为：n1minnD1nD1-Hmin5001.234.42102.2r/minnn1minnD1nD1-Hmin5001.234.42102.2r/minn1max5001.2「28.29112.8r/minn1r5001.2nU32.23105.6r/min在ZZ450型水轮机模型综合特性曲线图上绘出Q1max1.49m3/s，n1max112.8r/min，n1min102.2r/min的直线。三条直线所围成的水轮机工作范围一部分包含该特性曲线的高效率区。吸出高度Hs的确定九10 900式中：一水轮机安装位置的海拔高程,2069.00m；—模型气蚀系数,查模型综合曲线得=0.54—气蚀系数修正值,查表得m式中：一水轮机安装位置的海拔高程,2069.00m；—模型气蚀系数,查模型综合曲线得=0.54—气蚀系数修正值,查表得m=0.035Hr—水轮机设计水头，32m计算得Hs=-10m.2.2.2HLD74轮机方案的主要参数选择限制工况下的单位流量Qim 1.247m3/s，效率M89.4%，此可初步假定原型水轮机在该工况的单位流量Q!=0伽=1.247m3/s，效率93%.转轮直径的计算转轮直径：D! jNr二/ 3.51610： 1.31m，取标称直径\i9.81Q1Hr1.5 X.811.247321.593%D1=1.20m。转速n计算查得HLD74型水轮机在最优工况下的单位转速 n10 77rmin，初步假定n10 n10M,f i 则nn1Hav77 364.28r「min，选用与之接近而偏大的同步转速D1 1.20n=375rmin.效率及单位参数修正查得HLD74型水轮机在最优工况下的最高效率 mmax92.7%，模型转轮机的直径为D1M=0.35m，贝UmaxMmax192.7%94.3%maxMmax192.7%94.3%94.3%-92.7% 1.6%1.00.6%1.0由此可得原型水轮机在最优工况下的效率为maxMmax+maxMmax+92.7%+0.6%=93.3%MM+假定：89.4%+0.6%=90% 93%，所以重新拟定4.6%-1.0% 3.6%maxMmax+92.7%+3.6%=96.3%89.4%+3.6%=93%与上述假设值相同。单位转速的修正值n1 n10M ：maxMmax1n1nioMMmax0.9631 1.923%3.0%0.927max1按规定转速可不加修正，同时单位流量Q1也不加修正。由上可见，原假设的maxMmax+92.7%+3.6%=96.3%89.4%+3.6%=93%与上述假设值相同。单位转速的修正值n1 n10M ：maxMmax1n1nioMMmax0.9631 1.923%3.0%0.927max1按规定转速可不加修正，同时单位流量Q1也不加修正。由上可见，原假设的93%，Q1=QM=1.247m3/s，n®门讪=77r..min.(4)工作范围的经验在选定D1=1.2m,n=375r.min后，水轮机的Qmax及各特征水头相对应的n1即可算出来，水轮机在Hr、Nr下工作时，其Q1rQ^x，故:QlmaxNr2 159.81D1Hr.33.51610 3 32 77 1.22m/s<1.247m/s9.811.22321 91.4%则水轮机的最大引用流量为：2 21 Qmax Q1maxD1” 1.221.22、329.97m/s与特征水头Hmax、Hmin、H「相对应的单位转速为:n1minnD1Hmax3751.2 76.7r/min-34.42n1maxnD1Hmin3751.2 84.61r/min,28.29n1rnU一3751.2 79.27r/min、Hr、32在HLD74型水轮机模型综合特性曲线图上绘出Q1max1.22m3/s，n1max 84.61r/min，口讪 76.7r/min的直线。三条直线所围成的水轮机工作范围部分包含该特性曲线的高效率区。(5)吸出高度Hs的确定Hs10 m mHr900式中：一水轮机安装位置的海拔高程,2069.00m.—模型气蚀系数,查模型综合曲线得m=0.143—气蚀系数修正值,—模型气蚀系数,查模型综合曲线得m=0.143—气蚀系数修正值,查表得m=0.035；Hr—水轮机设计水头计算得Hs=2.05m.表2-3水轮机选型方案参数对照表项 目ZZ450HLD74推存水头范围(m)26〜4027〜48模最优单位转速n^(r/min)12077型最优单位流量Q。，(L/S)9201080参最咼效率(％)90.5%92.7%数"气蚀系数0.540.1432包含咼效率区的多少少多工作水头(m)28.3〜34.428.3〜34.4"转轮直径D(m)1.21.2原V转速n(r/min)500375型额定出力Nr(kw)35163516最大引用流量Qax(m3/s)12.189.97V吸出高度(m)—10m2.05m经比较选用三台HLD74型水轮机选择水轮机的直径转轮直径：选择1X2.5+2X5.5MW方案DiD22DiD22\"9.81QiHr1.5Nr159.81Q1Hr.2.510310.969.811.247321.593%/ 3.51030.969.811.247321.593%1.18m,1.57m,分别取标称直径D1=1.20m和D2=1.80m,经计算水轮发电机组主要参数如下:表2-4水轮发电机组参数大机：小机水轮机型号HLD74-LJ—180HLD74-LJ—120转轮直径D1=1.80mD1=1.2m额定水头Hr=32mHr=32m额定流量Qr=20.26m3/sQr=9.31m3/s额定转速n=250r/minn=375r/min额定工况点效率n=93%n=93%发电机型号SF5500-24/3250SF2500-16/2150额定容量5.5MW2.5MW额定电压10.5kV10.5kV台数2台1台所以最终选择两台HLD74-LJ—180和一台HLD74-LJ—1203水电站厂房3.1厂房内部结构水轮发电机外形尺寸估算水轮发电机系由转子、定子、机架、推力轴承、导轴承、冷却器、制动器等主要部件组成。由于本设计水轮机型号为立轴混流式水轮机， 故选用悬式水轮发电机。水轮发电机的外形尺寸应根据电磁计算所确定的有关参数进行计算， 最终尺寸应由制造厂提供。在电站初设阶段，本设计按以下方法进行了估算。本电站选用两台大机组5.5MWSF550—24/3250和一台小机组2.5MWSF250—16/2150发电机5.5MWSF550—24/325尺寸估算基本尺寸极距SfNcos35.510SfNcos35.5100.856471kVAt=8.54；4；=28.96(cm)式中：Sf 发电机额定容量；P――磁极对数，24对；Kj――系数，一般是8〜10,容量大、线速度高的取上限，此处取为8.5m定子内径Di=-2pt(cm)3.14224Di= 28.96442.7(cm)3.14定子铁芯长度hSf2cDSf2cDine 6471 3106442.7225044.02cm式中：c——系数，查表额定容量在lOOOOkVA以下，c取2106~4106，此处取成3106。ne 额定转速，250r/minlt=44.02cm<250cm所以不必现场叠装定子。定子铁芯长度h主要受发电机的通风冷却和运输条件限制，当3时，通风困难；当I,1时，电机效率降低。由于，1<lt.=44.0228.96=1.52<3，所以通风较为良好，而发电机效率也不降低。当It与Di确定后，则Di| 0.040.035，可以选用伞式发电机。（4）定子铁芯外径Dane>166.7r/min Da=Di+=442.7+28.96=471.66cm外形尺寸估算（1） 定子机座外径D!214 ne<300时， D1=1.20Da=1.20471.66=5.66m（2） 风罩内径d2Sf20000KVA寸，D2=D1+0.4m=6.1m（3） 转子外径D3D3Di2， 为单边空气间隙，初步估算时可忽略不计。贝U,D3Di4.427m（4） 下机架最大跨度04D4=D5+0.6=3.4m式中：d5——水轮机机坑直径，D5=2800mm（5） 推力轴承外径06和励磁机外径D7查得，D6=1.8md7=1.2m轴向尺寸估算

定子机座高度ne214r/min,hi=lt2=44.02+228.96=1.02m上机架高度h2伞式机架h2=0.10Di=0.10442.7=0.443m推力轴承高度h3励磁机高度h4和永磁机高度h6，副励磁机h5h3=1mh4=1.5mh5=0.6mh6=0.5m下机架高度h7伞式机架：h7=0.2Di=0.12442.7=0.8854m定子支座支承面至下机架支承面或下挡风板之间的距离 h8伞式机架：h8=0.25Dj=0.25442.7=1.11m下机架支承面主轴法兰底面距离h9h9=(700〜1500)mm,取0.8m转子磁轭轴向高度hw无风扇：h|0=lt+500mm=44.02+50=0.9402m发电机主轴高度hnh11=(0.7〜0.9)H=0.86=4.8mH=h1+h2+h4+h5+h6+h8+h9=1.02+0.443+1.5+0.6+0.5+1.10675+0.8=5.96975m取6m定子铁芯水平中心线至法兰盘底面距 h12^2=0.46h1+h1O=0.46 1.02+0.9402=1.4094m发电机重量估算2647126471325070.00tSf3Gfk1—— 8ne

式中：Gf—发电机总重量(t);Ki—系数，伞式发电机Ki=7〜9,本设计取81发电机转子重=-Gf=35t2发电机2.5MWSF250—16/2150尺寸估算基本尺寸极距(cm)SfNcos2.5103(cm)SfNcos2.51030.852941kVAt=8.542941=25.39(cm).216式中：Sf 发电机额定容量；P――磁极对数，16对；Kj――系数，一般是8〜10,容量大、线速度高的取上限，此处取为 8.2m定子内径Di=-2pt(cm)3.14216Di= 25.39258.8(cm)3.14定子铁芯长度ltSf2~cDine2941Sf2~cDine29413106258.8237539.03cm式中：c系数，查表额定容量在10000kVA以下，c取2106~4106，此处取通风冷却和运输条件限制，当If3时，通风困难；当I, 1时，电机效率降低。由于，1<1「=39.0325.39=1.54<3，所以通风较为良好，而发电机效率也不降低。当 It与Di确定后，则先小0.018 0.035，可以选用悬式发电机。定子铁芯外径Dane>166.7r/min Da=Di+=258.8+25.39=284.19cm外形尺寸估算定子机座外径D1300 ne<500时， D1=1.25Da=1.25284.19=3.55m风罩内径d2Sf20000KVA时，d2=d,+1.0m=4.6m转子外径d3D3Di2， 为单边空气间隙，初步估算时可忽略不计。贝U,D3Di2.588m下机架最大跨度d4d4=D5+0.6=2.8m式中：D5——水轮机机坑直径， D5=2200mm推力轴承外径D6和励磁机外径D7查得，D6=1.8mD7=1.2m轴向尺寸估算定子机座高度h1ne214r/min，h1=lt2=39.03+225.39=0.8981m上机架高度h2悬式发电机h2=0.25Dj=0.25258.8=0.647m

推力轴承高度h3励磁机高度h4和永磁机高度h6，副励磁机h5h3=1mh4=1.5mh5=0.6mh6=0.5m下机架高度h7悬式发电机：h7=0.12Di=0.12258.8=0.31m定子支座支承面至下机架支承面或下挡风板之间的距离 h8悬式发电机：h8=0.15Di=0.15258.8=0.30m下机架支承面主轴法兰底面距离h9h9=(700〜1500)mm,取0.8m转子磁轭轴向高度ho无风扇：h|0=lt+600mm=39.03+0.5=0.89m发电机主轴高度hnhn=(0.7〜0.9)H=0.86.2451=4.996m,取5.0mH=h1+h2+h3+h4+h5+h6+h8+h9=0.8981+0.647+1+1.5+0.6+0.5+0.3+0.8=6.2451m定子铁芯水平中心线至法兰盘底面距hi2h12=0.46h1+h10=0.460.8981+0.89=1.303m发电机重量估算22941322941337535.53tSf3Gf k1 9ne式中：Gf—发电机总重量(t);K1—系数， 悬式发电机心=8〜10,本设计取9发电机转子重=丄Gf=17.765t2

水轮机蜗壳及尾水管3.121水轮机蜗壳的设计（1） 蜗壳的形式水头接近40m选用金属蜗壳。（2） 蜗壳的断面形状金属蜗壳的断面均做成圆形，以改善其受力条件。（3） 蜗壳的包角金属蜗壳一般采用345°，水轮机的流量几乎全部经过它的进口断面，为完全蜗壳,故选用o345°。（4） 蜗壳的尺寸计算（4.1）大机组的蜗壳尺寸计算蜗壳进口断面的平均流速vc，查《水电站》VcpHd关系曲线得vc9.0m/s。断面半径:断面半径:断面中心距：arai断面外半径：Rra2j查《水电站机电设计手册》：°Da23062153cm表3-1蜗壳渐变段内径数据表iimaira imra 2im3451.1352.6653.83001.0582.5883.6462550.9762.5063.4822100.8862.4163.3021650.7852.3153.11200.6692.1992.868750.5292.0592.588300.3351.8652.17

R=金属蜗壳断面形状图3-1金属蜗壳平面单线国(4.2)小机组的蜗壳尺寸计算蜗壳进口断面的平均流速vc，查《水电站》得vc9.0m/s

断面半径:Qmaxi断面半径:Qmaxi360Vc断面中心距：arai断面外半径：Rira2i查《水电站机电设计手册》raDa2 2042 102cm。表3-2蜗壳渐变段内径数据表iimai ra imRra 2im3450.7961.8162.6123000.7421.7622.5042550.6851.7052.3902100.6211.6412.2621650.5511.5712.1221200.4701.4901.960750.3711.3911.762300.2351.2551.490尾水管的设计表3-3表3-3推荐的尾水管尺寸表大机组尾水管设计h=2.6D1=2.61.8=4.68mL=4.5D1=4.51.8=8.1mB5=2.72D1=4.85mD4=1.35D1=2.43mh4=1.35D1=2.43mh6=0.675D1=1.215mLi=1.82Di=3.276mh5 1.22D1=2.196mh2=0.02mh1=0.5mh3=h-h1-h2-h4=1.73mD3=D4-2h3tan80=2.43-2 1.73tan8°=1.944mD:5 _|L图3-2弯肘形混流式水轮机尾水管小机组尾水管设计h=2.6D1=2.61.2=3.12mL=4.5D1=4.51.2=5.4mB5=2.72D1=3.288m

D4=1.35D1=1.62mh4=1.35D1=1.62mh6=0.675D1=0.81mL^l.82D,=2.184mh5 1.22D,=1.464mh2=0.02mh1=0.5mh3=h-h1-h2-h4=0.98mD3=D4-2h3tan80=1.62-2 0.98tan8°=1.3445m调速系统，调速设备选择调速功计算A（20〜25）QHmaxD1kgmkgmA1 (20〜25)Q^.HmaxD1=(3000〜3750)kgm>(1800〜3000kgmkgmA2(20〜25)Q2..HmaxD1=(1120〜1400)kgm<(1800〜3000)式中：Hmax—最高水头,D1—水轮机直径,Q1 Q1 Nr9.81HmaxQ2Nr9.81Hmax103Z9.810.85103/9.810.8534.42 19"6m3/S334.42 8.71m/s小机组选用中由于大机组计算值超过中型调速器的调速功范围， 故选用大型调速器,小机组选用中型，接力器和油压装置应分别进行计算和选择。接力器选择接力器直径计算：选额定油压为2.5MPa,则每个接力器直径de为:de10.031.80.0.534.421.80167mmdc2D1 b0max0.031.2°.dc2D1 b0maxV1.2在导叶接力器系列中，选择偏大的dc1=180mm.dc2=140mm式中： 一标准正曲率导叶参数，由Z。16,查得0.03接力器的最大行程：Smax(1.4〜1.8)aomax式中：a°max—水轮机导叶最大开度264mmc c D0Z0m 220024264mma0maxa0mmax 30D°mZ0 37516上式中：a°mmax上式中：a°mmax由78r/min，Q1max1080L/S在模型综合曲线上查得为30mmD30mmD0M=375,Z°m=24,D°=a0D11.181.80 2124mm,取D0=2200m,Z0=16转轮直径小于5m转轮直径小于5m时，采用较小系数1.4则Smax1 1.40a°max 1.40264370mmSmax2 1.40a0max 1.40158 221mm接力器容积计算V接力器容积计算Vs1 7dc^Smax10.2 0.370 0.035m.2 3 20.136 0.221 6.410m2 3 20.136 0.221 6.410m21.131.130.03544.549mm店410力4.518mm选用Ts4s,Vm4.5m/s，在目前调速器的主配压阀直径系列中选择两台 BYWT-5000和一台BYWT-1800.3.1.3.4 油压装置这里不考虑空放阀和进水阀的用油，则压力油罐的容积(18〜20)Vs=0.828〜0.92mVs2 二Vs2 二dc2Smax22调速器的选择大型调速器的型号是以主配压阀的直径来表征的，主配压阀的直径于是选用组合式油压装置HYZ-1.0型水轮机阀门及其附件由于水头较大，故选用蝴蝶阀r Do 2.8“ccDf1—= 3600mmJa 0.777Df2卑丄丄2300mm、、a0.777式中：D。一进口段直径a—系数，a10.06873Hmax0.777m,Hmax为水电站的最大净水头查蝴蝶阀的直径系列中，选取Dfi=3600mm,Df2=2300mm压力油源及设备，取组合式油压装置HYZ-3.6和HYZ-2.3.起重机设备的选择形式和台式的选择起重机的形式和台数取决于水电站厂房的类型、最大起重量和机组台数等条件。具有上部结构的厂房一般选用桥式起重机，故本设计选用桥式起重机。最重吊运件为发电机转子，重量为39.38t，在10〜50t之间，机组台数小于4台时，选用一台单小车起重机。起重量允许起吊的最大重量（包括平衡梁和吊具）称为额定起重量。额定起重量，应根据最重吊运件的重量（一般为发电机转子）加起吊工具的重量（包括平衡梁和专用吊具），并参照起重量系列确定。发电机转子重量39.38t，拟定额定起重量为50t，则选择50/10t桥式起重机。起重机大车轨道中心线之间的垂直距离（或起重机大车两端车轮中心线之间的垂直距离）称为跨度，跨度为14m表3-3工作参数表主钩起重量⑴副钩跨度m起升高度主钩m副钩5010141216极限位置推存用轨道中心距轨道面至起重吊钩至轨面吊钩至轨道中心距离大车轨起重机外端机顶端距离H距离道距离B1主钩副钩主钩副钩hh1L1L3L2L4Q8030030001950103022002000104031953.2主厂房尺寸长度3.2.1.1机组段的长度大机组：（1）由蜗壳层L=蜗壳宽度+2 3.83.11.028.9m（2） 尾水管层L=尾水管出口断面宽度+2 4.89621.57.896m（3） 发电机层L=风罩直径+2发电机风罩壁厚+两台机组风罩外壁净距=6.1+20.3+2.5=9.2m综上，取机组段长度为9.5m小机组：（1）由蜗壳层L=蜗壳宽度+2 2.6121.9541.026.566m（2） 尾水管层L=尾水管出口断面宽度+2 3.26421.56.264m（3） 发电机层L=风罩直径+2发电机风罩壁厚+两台机组风罩外壁净距=4.6+20.3+2.5=7.7m端机组段长度考虑到层间楼梯的布置与梁的冲突，需要增加 1-2m才可以满足要求，则端机组段的长度为10.5m,11m。装配厂长度装配厂长=（1.0〜1.5）机组段长，由吊车极限位置同时控制，确定装配厂长度为13.0m.综上所述，厂房长度=10.5+9.5+11+13=44m322宽度由于厂房设置蝴蝶阀，故厂房尺寸取决于下部尺寸下游侧结构块体宽度=中心线至下游侧蜗壳外缘尺寸+1+外墙厚度=3.482+1+2=6.482m ，取6.5m。上游侧结构块体宽度=中心线至上游侧蜗壳外缘尺寸 +蝶阀室宽度+1+外墙厚度=2.588+4.5+1.5+1.5=9.588m，取为9.5m。最后取厂房宽度底部为9.5+6.5=16m。房各层高程确定3.2.3.1水轮机安装高程立轴混流式：ZswHsbo2 2063.72.05°.5°22066m其中w—设计尾水位；取水电站额定流量Q=50m3/s查流量关系曲线，得w=2063.7mio尾水管的底板高程Zsb02h2066O'5? 4.75 2061m式中：h—尾水位的高度(mb0—导叶高度(m尾水管底部开挖高程 2061s206112060mS —底板厚度，岩基s1~2，取1.0m。水轮机层底面高程2Zsd2 20661 2・42 2068.2m式中：Zs—水轮机安装高程d—蜗壳尺寸—蜗壳顶部外包混凝土的厚度定子安装咼程3=2+进人孔(2m)+深梁(1m)=2068.2+1.4+1=2070.6m发电机层地面高程4=3+h1+上机架高度=2070.6+1.02+1.68=2073.3m

TOC\o"1-5"\h\z3.236 装配厂底面高程 5为方便布置公路，安装场层与定子安装咼程同咼，咼程 2070.6m<吊车轨道高程 66=装配厂高程+安全高度+最大吊运部件尺寸=2070.6+2.5+8.2=2081.3m3.2.3.8厂房顶部高程 7由吊车轨顶高程加上相应的吊车尺寸以及厂房屋顶大梁、安全超高、经适当调整得:7 2081.33 2 0.55 2086.85m厂房高度Z=7-2060=26.85m3.3厂区布置厂房部分依山而建，可利用场地面积狭小，故考虑将副厂房布置在厂房上游，厂房西面有一定面积的平整场地，故考虑厂房西侧布置升压站，主变，装配厂，公路，厂房北侧过来，绕到厂房东侧，布置开关站。副厂房共分三层，最上层与装配场同高，布置直接生产用房， （中控室，继电保护盘室等）具体布置见正图，第二层布置电缆层，第三层布置技术供水泵。开关站副厂房管理厂房房公路图开关站副厂房管理厂房房公路图3-3厂区布置示意图尾水渠4吊车梁专题4.1基本设计截面设计本设计采用“T”形梁，且采用钢筋混凝土结构，做成简支单跨梁，因为“T”形截面与矩形截面相比，纵向与横向刚度均较大，抗扭性较好，便于固定钢轨和有较宽的检查走道，起重量较大或中等的吊车梁宜采用这种截面。梁的高跨比一般取1/4〜1/7，跨度为6.75m,则取梁高为900mm上翼缘宽度一般为梁跨的1/10〜1/15，取上翼缘宽度为600mm还需满足轨道要求，一般为1/3〜1/2梁高，下翼缘宽度一般小于或等于上翼缘高度，取梁高的 1/4〜1/7，则取下翼缘宽度为300mm.如下图所示：600图4-1截面示意图材料选择对于吊车梁材料的要求：选用混凝土的标号不得低于 200号，钢筋宜用U级及以上，本次设计混凝土选择C30,fc15N/mm2,c24kN/m3，ft1.5N/mm2,钢筋选用U级，fy310N/mm2,箍筋选择川级，fyfy360N/mm2,钢筋混凝土容重取c24kN/m3。吊车梁荷载吊车跨度Lk14m,最大轮压Pmax396KN,单车小车重G!162.8KN,最大起吊容重G2490.5KN，桥机总重G3362.97KN，平衡梁重G4196.2KN，采用柱距5.75m。结构重要性系数为：00.9，因为持久状况，设计状况系数 1.0;结构系数：d1.2;永荷载分项系数：g1.05，可变荷载分项系数：q1.1;动力系数取为：1.05。梁上作用的均布荷载标准值：梁自重标准值：gk 0.60.20.30.7247.92KN/m钢轨及附件重标准值：g轨0.98KN/m均布荷载标准值： gb7.920.988.9KN/m均布荷载设计值： g Ggb1.058.99.345KN/m移动荷载：根据厂家资料竖向最大轮压： Pmax396KN移动（集中）荷载设计值：PQpmax1.11.05396 457.38KN横向刹车力：根据《工建筑物荷载设计规范》，按小车、吊物及吊具的重力之和4%采用：T=（162.8+490.5） 4%=26.132KN纵向水平刹车力：T。 0.1Pmax0.139639.6KN施工荷载取为4KN/m34.2内力计算计算跨度（单跨简支梁）单跨最长为I6750mm，净跨为ln5750mm,梁两端的支承宽度a取400mm丨0 1.05ln1.055750 6038mml。lna5750 400 6150mm取较小值，所以梁的计算跨度近似取6000mm吊车梁的计算简图见图4-2

111 i11TIT&=645弱3川111 i11TIT&=645弱3川 I18500m _ 图4-2梁的受力简图荷载计算将单跨吊车梁分成10等份，因结构及荷载对称，取半跨0〜5共6个截面进行计算,则相邻截面间距为0.6m。(1)在均布荷载P作用下，各计算截面的内力可按下式计算TOC\o"1-5"\h\z1 12M(x) 00(qlxqx) (0xl,l6.0m)2 21Q(x)00(qlqx) (0xl,l6.0m)2将qg9.345kN/m代入上两式得各截面的弯矩和剪力，见表 4-1。表4-1均布荷载作用下截面的弯矩和剪力表截面12345内力0M(kN.m)013.6324.2231.7936.3337.85Q(kN)25.2320.1915.1410.095.050TOC\o"1-5"\h\z(2)在吊车最大竖向轮压作用下，先求解得预制单跨简支梁的弯矩和剪力影响线， 影响线系数表4-2和表4-3。表4-2弯矩影响线项目截面0截面1截面2截面3截面4截面5a00.1090.1940.2540.2910.303

4-3剪力影响线项目截面0截面1截面2截面3截面4截面51.1431.0290.9140.80.6860.571min0-0.1-0.2-0.3-0.4-0.5移动荷载各计算截面的最大（最小）内力按下式计算:MPlVP将、、P代入上式，得各截面的弯矩和剪力，见表4-4表4-4移动荷载作用下截面的弯矩和剪力表截面内力012345M(kN.m)0299.13532.39697.05798.59831.52Vmax(kN)522.79470.64418.05365.90313.76261.16Vmin(kN)0-45.74-91.45-137.21-182.95-228.69（3）叠加后的内力见表4-5表4-5截面的弯矩和剪力表截面内力012345M(kN.m)0312.76547.61728.84834.92869.37Vmax(kN)548.02490.83433.19375.99318.81261.16Vmin(kN)25.23-25.55-76.31-127.12-177.90-228.69上表数值系利用表4-1均布荷载作用下的弯矩和剪力表及表 4-4的移动荷载作用下截面的弯矩和剪力表合并求得。根据表4-5，将弯矩和剪力包络图绘出，见图 4-3

寸巴舄A丈“寸巴舄A丈“图4-3弯矩和剪力包络图4.3配筋计算水工建筑物级别为I级，结构安全级别为I级， ro1.1，持久状况， 1.0,结构系数rd1.2，混凝土选用C30,则可知fc15N/mm2，川级箍筋，则fyfy360N/mm2。环境条件类别：吊车梁在厂房内部，属于室内正常环境，故选择一类。则查得c25mm，拟定两排钢筋，as60mm。竖向正截面确定翼缘的计算宽度bf按翼缘高度hf考虑：hf/h0200/8400.2380.1，此时b12hf 300122002700mm按计算跨度考虑：103 600032000mm以上数值均大于原有宽度，故该翼缘在这个范围内均起作用，按bf=600mn进行计算。判断T形截面的类型869.37kNm869.37106NmmMu1fcbfhfh0尹f1560020016840 200 133210Nmm21.2869.37106 1043.2441061332106Mu故属于第一类T形截面。(3)计算asasrdMfcbfh。21561332102 0.20986008402(4)计算.12as120.2098 0.2382600图4-4截面配筋图(5)计算Asbffy3000.2382600840空5002.2mm2360s 0.01985 1.99% 0.15%min（最小配筋率）bh0 300840选6束614（As6924）竖向斜截面根据设计要求，竖向斜截面即配箍筋，又陪弯起钢筋。（1） Vmax548.02kN（2） 验算最小截面尺寸hwh0hf 840200640mmhw

b6403002.13 4.(0.25fhw

b6403002.13 4.(0.25fcbhw)11.20.2515300640600kNVmax548.02kN此尺寸符合要求，不会出现斜压破坏。（3）验算是否按计算要求配置抗剪腹筋d11.20.07fcbh0d11.20.07fcbh011.20.0715300840220.5KNVmax548.02kN故需要按计算配置腹筋。根据V0.07fcbg1.25fyvnAsV1h0可得:s叫3OEcbh。1・2548.°21°326461°3^mmz/mms 1.25fyvh0 1.25360840假定n=2假定n=2，d=12mm2Asv1=113.04mm，snAsv1217mm，ssmax217mm，取s=200mm1.04SVbs2113.13002000.377%svmin0.08%初选双肢箍筋，12@200nAsv1 3Vsv1.25fyv