水电站设计书装机容量MW

PAGEPAGE33目录第一部分水电站设计的基本资料31概述31.1地理位置及工程任务31.2气象31.3水电站的基本资料31.4设计采用的主要技术规范3第二部分水电站的设计41枢纽布置42引水建筑物设计42.1引水系统布置和洞线选择42.2进水口42.3引水隧洞42.4调压井52.5压力管道设计53厂房设计53.1水轮机主要参数选择计算53.2水轮机造型综合比较103.3蜗壳尺寸的计算113.4尾水管尺寸的计算113.5调速器的计算123.6发电机的选择133.7桥吊选择163.8主厂房高度尺寸的确定163.9主厂房平面尺寸的确定184水力机械辅助设备204.1油系统204.2压缩空气系统204.3技术供水系统204.4消防供水系统204.5排水系统20第一部分水电站设计的基本资料1、概述1.1地理位置及工程任务某水电站位于m河干流上游，，距县城约65km。上有还有一个正在兴建的水电站。相距14公里。该水电站工程主要任务为发电，承担电网中的调峰作用，总装机容量9MW，采用混合式开发方式。厂房位于干沟门村上游附近，水库正常蓄水位980.00m，总库容约840万m3。工程主要由挡水、泄水、引水和发电厂房等建筑物组成，工程为四等，主要建筑物为4级建筑物。本电站厂址处地质条件为流纹斑岩，地质条件良好，左岸设有厂房对外交通。1.2气象电站流域内气候温和，历年平均气温17.5℃，实测最高气温41℃，最低气温-5.5℃。流域内气候湿润，历年平均相对湿度为80%，雨量充沛，年平均雨量达到1610mm，但年内分配很不均匀。多年降水数为175天，最多为195天，最少为142天。1.3水电站的基本资料水电站为流域规划为梯级开发的第二级工程。坝址处多年平均流量7.61s/m3。电站水库总库容1.541亿m3。电站的任务，以发电为主，兼顾防洪，开发方式为混合式。水电站死水位为978.00m，相应日调节库容为97万m3。水电站最大毛水头29.40m，最小毛水头25.70m，加权平均毛水头27.37m，电站最大水头损失3.03m。考虑电站额定水头确定的原则，并结合电站机组机型选择与装机容量选择，水电站额定水头最终确定为24.50m。1.4设计采用的主要技术规范《水电站机电设计手册—水力机械》第二部分水电站的设计枢纽布置对厂区进行布置，厂房配置工作厂房，内设两台机组，设有安装场和检修间，主厂房分为发电机层和蜗壳层，配置副厂房，开关站或变电站根据地形和工作需求按图示配置方式，根据工程需要设置道路交通。2、引水建筑物设计根据某水电站所处m河河道地形情况判断，修建尾部开发式的引水式地面电站比较适宜，对水电站开发方式进行比选，推荐在该河下游河谷筑坝挡水，在干沟门村上游河流左岸建厂发电，引水建筑物布置在左岸山体内，总长1479.49m，由进水口、引水隧洞、调压井和压力管道四部分组成。2.1引水系统布置和洞线选择引水洞线所处的河流左岸山体雄厚，山体地形起伏不大，隧洞沿线地面高程1110m，上覆岩体厚度140～230m之间，不存在跨沟问题，根据电站进水口布置、地面厂房位置及调压井位置选择，并考虑尽量减少洞线拐弯，引水洞线选择尽量采用直线方案。经过比较，确定引水洞线。2.2进水口2.2.1进水口底板高程选择进水口底板高程的选择，既要满足在水库最低水位运行条件下有足够的淹没深度，又要高出孔口前缘水库漏水冲淤平衡高程，满足防水要求。进水口纵剖面如附图所示。为防止产生贯通式漏斗旋涡，根据《水电站进水口设计规范》（SB303—88）推荐的公式计算出最小淹没深度为3.20m。按确定的死水位（978.00m），并考虑冰层厚度、拦污栅顶高程及河道最低高程等因素，确定进水口底坎高程为970.20m，为减少泥沙进入进水口，结合上游临时围堰在上游修建拦沙坎一道，拦沙坎高程972.00m，以缓解坝前淤积，阻止推移质进入进水口。进水口布置进水口采用岸塔式，并设置拦污栅和事故检修闸门。沿水流方向分三段布置，分别为喇叭口段、事故检修闸门段、渐变段。喇叭口设置在洞前，为保持水流通畅，减少水头损失，需降低过栅流速（≤1.0m/s），喇叭口底板为平底，顶部采用1/4椭圆曲线，椭圆曲线方程为：引水隧洞引水隧洞断面设计引水隧洞洞径主要由经济流速确定。对有压衬砌隧洞约为2.5～4.5m/s；对不衬砌隧洞一般小于2.5m/s。考虑施工要求，隧洞断面确定为城门洞形。钢筋混凝土衬砌隧洞断面尺寸为B×H=4.6m×4.60m，喷锚衬砌隧洞断面尺寸B×H=5.20m×5.10m，水流流速分别为2.245m/s、1.795m/s，基本满足经济流速的要求。引水隧洞布置设计本水电站装机二台，因引用流量不大，故选择一条引水隧洞，即采用一洞两机方案。引水隧洞自桩号‘引下0+002.800m’至‘引下0+1+363.513m’，总长1360.713m。隧洞沿程纵坡i=0.355%。引水隧洞‘引下0+002.800’至‘引下0+059.888m’，为直线段，方位角为NE10°，长57.088m；桩号‘引下0+59.888m’至‘引下0+78.214m’，为半径25.00m的圆弧段，长18.326m；桩号‘引下0+078.214m’至‘引下1+363.513m’，为直线段，方位角为NE52°，长1285.299m。调压井调压井设置必要性根据《水电站调压室设计规范》（DL/T5058—1996）推荐的公式初步判别是否需设置上游调压井，设置调压井的条件为：式中：T——压力水道中水流惯性时间常数，s；Li——压力水道及蜗壳和尾水管各分段的长度，m；Vi——各分段内相应的流速，m/s；g——重力加速度，m/s2。Hp——设计水头，m。[Tw]—Tw的允许值，s；一般取2～4s。计算结果，Tw=8s，不满足规范所规定的2～4s，因此，必须设置调压井。调压井布置为减少水锤作用对引水隧洞的影响，以及改善机组在不稳定流状态下的运行条件，根据地形地质条件，在引水隧洞末端，桩号‘引下01+365.513m’至‘引下1+379.801m’段设置调压井，长16.388m。调压井型式采用阻抗式，内径为14.40m，阻抗孔为圆形，内径2.80m。井深20.80m，因为调压井顶部上覆岩体厚度高达40余米，为减小石方开挖量，调压井顶不露出地面，布置在岩体内，井筒上部开挖一个半径为11.50m的穹顶，采用混凝土衬砌，衬砌厚50cm，而在井筒顶部高程992.00m设一条3.00m×3.00m的施工支洞与外部道路相连，永久运行期作为交通和通风洞。井壁周圈架设钢栏杆，防止人和物掉入井内。压力管道压力管道布置与设计压力管道自调压井后至厂房上游边墙，桩号自‘引下1+379.891m’至‘引下1+462.577m’，总长82.686m。轴线高程自967.70m至951.00m。由一条主管引至下平段后分成两条支管，洞线方位角为SE100°。在调压井下游侧设置8m长的渐变段，管道直径由4.60m渐变至3.70m，由于该段管道内水压力较小，经计算，能满足钢筋混凝土衬砌限裂的要求，同时为尽量减少钢板制作，该段采用0.70m厚的混凝土衬砌。其后均采用钢板衬砌，钢板起点的桩号为‘引下1+387.89m’。主管段由上平段、上弯段、斜管段、下弯段及下平段组成。先设置7.75m长的上平段；上平段后接上弯段、斜弯段及下弯段，上、下弯段的转弯半径均为12.00m，长度为12.567m，斜管段的倾角为60°，长度5.427m。下弯段后接16.322m长的下平段，主管段直径均为3.70m，钢板厚度均为10mm，总长54.636m。主管末段设Y岔管后接内径2.529m的两条支管，支管长度均为21.16m，垂直进入厂房与蝴蝶阀相接，钢衬厚度为10mm。压力管道总长度为89.749m。其中压力钢管长81.749m。（一条主管加一条支管）。3、厂房设计水轮机主要参数选择计算水轮机机型确定定已知：某水电站站的最大毛毛水头，最小毛水水头,加权平均均毛水头，额额定水头。由于水头的工作作范围为（24.550～29.440）m，查表可可知供选择择的水轮机机有型号：：HL2440和HL3110。HL240型水水轮机方案案的主要参参数选择转轮直径D1计计算查表图可得HLL240水轮机在在限制工况况下的单位位流量=12400L/s==1.244m3/s,效率=990.4%%；由此可可初假定原原型水轮机机在该工况况下单位流流量==1.244m3/s，效率=992.0%%。将上述的，代入入下式：式中：=其中：=44500kkw=96.0%则则=45000/0..96=44687..5kw则选用与之接近而而偏大的标标称直径200ccm转速的计算查表HL240在最最优工况下下的单位转转速=722.0rr/minn，初步假假定=，则选用与之接近而而偏大的同同步转速n=2114.3rr/minn效率及单位参数数修正查表得HL2440在最优工工况下的模模型最高效效率=922.0%，模型转转轮直径==460mmm，根据据下式：则=1.00×(0..94-00.92))=0.002=2..0%取=1.0%，则则效率修正正值=1.00%由此可得原型水水轮机在最最优工况下下和限制工工况下的效效率为：=+=992.0%%+1.00%=933.0%=+=90.44%+1..0%=991.4%%单位转速的修正正值：则，可不加修正同时单位流量也也可不加修修正。由上可见，原假假定=911.4%，==1.244m3/s，==72..0r//min是正确的的。，也是正确的。工作范围的检验验在选定，后，水水轮机的及及各特征水水头相对应应的可得：：水轮机在、工作作时，其==则水轮轮机最大引引用流量为为：与特征水头、、相对应的的单位转速速为：在HL240型水水轮机模型型综合特性性曲线上给给出，，，基本包包括高效区区。吸出高度计算由水轮机的设计计工况参数数，，在表上上可查得相相应的气蚀蚀系数约为为，并在图图上查得气气蚀系数的的修正值为为，由此可可得出水轮轮机吸出高高度：可见，吸出高度度满足要求求。HL310水轮轮机方案的的主要参数数选择转轮直径D1计计算查表图可得HLL310水轮机在在限制工况况下的单位位流量=14000L/s==1.400m3/s,效率=822.6%；由此可可初假定原原型水轮机机在该工况况下单位流流量==1.400m3/s，效率=889.6%%。将上述的，代入入下式：式中：=其中：=44500kkw=966.0%则==45000/0.996=46687.55kw则选用与之接近而而偏大的标标称直径180ccm转速的计算查表HL310在最最优工况下下的单位转转速=888.3rr/minn，初步假假定=，则选用与之接近而而偏大的同同步转速n=3000r//min效率及单位参数数修正查表得HL31100在最优工工况下的模模型最高效效率=899.6%，模型转转轮直径==390mmm，根据据下式：则=1.00×(0.9223-0..896)==0.0227=2..7%取取=1.00%，则效率率修正值=1.77%由此可得原型水水轮机在最最优工况下下和限制工工况下的效效率为：=+=89..6%+11.7%==91.33%=+=82.66%+1.77%=844.3%单位转速的修正正值：则，可不加修正同时单位流量也也可不加修修正。由上可见，原假假定=899.6%，==1.40m3/s，==88.33r/mmin是正确的的。，也是正确的。工作范围的检验验在选定，后，水水轮机的及及各特征水水头相对应应的可得：：水轮机在、工作作时，其==则水轮机机最大引用用流量为：：与特征水头、、相对应的的单位转速速为：在HL310型水水轮机模型型综合特性性曲线上给给出，，，基本包包括高效区区。吸出高度计算由水轮机的设计计工况参数数，，在表上上可查得相相应的气蚀蚀系数约为为，并在图图上查得气气蚀系数的的修正值为为，由此可可得出水轮轮机吸出高高度：可见，吸出高度度满足要求求。水轮机造型综合合比较水轮机方案参数数对照表序号项目HL240HL3101模型转轮参数推荐使用水头HH（m）范围25～45<302最优单位转速（r/miin）7288.33最优单位流量（L/s）110011204最高效率（%）9289.65气蚀系数0.1950.3606原型水轮机参数数工作水头H（mm）范围24.5～299.4024.50～229.4007转轮直径（m）2.001.808转速n(r/miin)214.33009最高效率（%）9391.310额定出力（kww）4687.54687.511最大引用流量（）21.1822.4512吸出高度（m）3.01-0.91由对照表可见，两两种机型方方案的转轮轮直径相近近，分别为为2.000m和1.800m。但HL2440型水轮机机方案的工工作范围包包含了较多多的高效率率区域，运运行效率较较高，气蚀蚀系数较小小，安装高高程较高，有有利于提高高年发电量量和减小电电站厂房的的开挖工程程量；而HL310型水轮机机方案机组组转速较高高，有利于于减小发电电机尺寸，降降低发电机机造价，但但这种机型型的水轮机机及调节系系统的造价价较高。根根据以上分分析，在制制造供货方方面没有问问题时，初初步选用HL2440型方案较较为有利。蜗壳尺寸计算=21.18，3.8mm/s，(1.555~1.664)，，由公式：，，0.381.982.370.612.212.820.772.373.140.902.503.401.022.623.631.122.723.841.222.824.031.302.904.21尾水管计算（单单位：mm）模型4602.64.52.7201.351.350.6751.821.22原型200052009000544027002700135036402440调速器的计算调速功计算式中：其中：，属大型调调速器，则则接力器、调调速柜、油油压装置应应分别进行行计算和选选择。接力器选择接力器直径计算算采用两个接力器器来操作要要求机构，油油压装置的的额定油压压为2.5MMPa每个接力器的直直径：式中：—标准正正曲率导叶叶参数，由由导叶数，则则，取；—导叶高度，查表表可得。选用与之之接近而偏偏大值的标标准接力器器。接力器最大行程程的计算式中：—水轮轮机导叶最最大开度；；其中由，；在水水轮机的模模型综合曲曲线查得：：，、—原型和模模型水轮机机导叶轴心心圆的直径径；、—原型和模模型水轮机机的导叶数数目由查表可得，，，选择计算系数为为1.8时：。接力器容积计算算：两个接力器总容容积：调速器的选择大型调速器的型型号以主配配阀的直径径来表示，主主配阀直径径：式中，—导叶从从全开到全全关的直线线关闭时间间，s；—管内油的的流速，m/s,当油压装装置的额定定油压为2.5MMPa时，一般般取选用与之相邻而而偏大的DT—80型电气液液压型调速速器。油压装置选择计算压力油箱的的容积：由此选择择相邻偏大大的YZ—1型分离式式油压装置置。发电机选择依据，，在允许许偏差内选选用SF44500——28/325型悬式发发电机。其其各参数计计算如下：：极距选择合理的首先先要选择恰恰当的极距距，根据统统计资料分分析，极距距与每极的的容量关系系如下：式中：—发电机机额定容量量（KVA）；——磁极对数数；—系数，一一般为8~10，容量大大、线速度度高的取上上限；其中：，由查表表可知，==0.8，则，取则定子内径定子铁芯长度式中：—发电机机额定容量量（KVA）；—额定转速速（rpm）；—定子内径（cmm）；—系数；其中，查表可得得，则定子机座外径当时，其中，，风罩内径当时，转子外径式中为单边空气气间隙，初初步估算时时可忽略不不计，则下机架最大跨度度式中为水轮机机机坑直径，查表可得得：；则推力轴承外径和和励磁机外外径查表可得：，定子机座高度由得：上机架高度悬式承载机架：：推力轴承高度、励励磁机高度度、副励磁磁高度和永永磁机高度度查表可得：，，，下机架高度悬式非承载机架架：定子支座支承面面至下机架架支承面或或下挡风板板之间的距距离悬式非承载机架架：下机架支承面至至主轴法兰兰底面之间间的距离查资料可得，转子磁轭轴向高高度无风扇时：定子铁芯水平中中心线至主主轴法兰盘盘底面距离离发电机主轴高度度发电机总高度发电机外形尺寸寸发电机重量估算算发电机总重量式中：—发电机机总重量（t）；—发电机额额定容量（KVA）；—额定转速速（rpm）；—系数，对悬式发发电机取8~100则发电机转子重：：发电机飞轮距：：式中：—定子铁铁芯内径（m）;—定子铁芯芯长度（m）;—经验系数数，查表取5.2。则桥吊选择厂内桥式起重机机供厂内机机电设备安安装检修时时吊装运输输用。机组组最重件为为发电机转转子（加轴轴），重约约40t，因因此选用550／10t桥式式起重机11台，桥机机跨度为113.500m。桥式式起重机的的左梁处设设5t电动葫葫芦，可用用于吊运中中控室侧的的电气设备备及水泵等等（重量小小于5t的）设设备。桥式式起重机的的最大轮压压为35ttf，外形形尺寸为114.500m×6.155m×2.733m（L×B××H）。桥桥式起重机机的轨道为为QU-80型。主厂房高度尺寸寸的确定水轮机的安装高高程其中：由，因水电站地质条条件的限制制，厂房软软基开挖较较深，为节节省混凝土土的回填量量，经与水水工专业协协商将水轮轮机安装高高程降低，并并确定机组组安装高程程为9511.00mm尾水管、底板高高程和厂房房基础开挖挖高程本电站尾水管高高度：导叶高度：取尾水管底板结结构厚度11m尾水管底板高程程厂房基础开挖高高程蝴蝶阀室地面高高程进口压力钢管中中心高程为为951.00m钢管直径尾水管进人孔从从蝴蝶阀室室进入，考考虑通道要要求及蝴蝶蝶阀接力器器安装，取取钢管底板板至蝴蝶阀阀室地面高高度为2mm，则蝴蝶蝶阀室地面面高程为：：水轮机层地面高高程水轮机层地面高高程=安装高程+蜗壳进口口断面半径径+蜗壳上部部砼厚度发电机装置高程程：发电机层地面高高程为定子子机座高（1.53m）和上机架高的一半（0.42m）之和，则装配厂层高程：：，其中为楼盖层层厚取0..8m，则吊车轨顶高程：：式中：—吊运部部件与固定定的机组或或设备间的的垂直净距距；—最大吊运运部件高度度（即发电电机主轴高高度）；—吊运部件件吊钩之间间的距离；；—主钩最高高位置至轨轨道顶面的的距离，可可从起重机机主要参数数表查出。则屋顶高程式中：—轨顶到到吊车小车车距离，可可从起重机机主要参数数表查出；；—吊车检修预留空空间，1mm；—屋面板百度，取取0.5mm则主厂房平面尺寸寸的确定机组段长度的确确定机组段长度可按按下式计算算：对于蜗壳层对于尾水管层对于发电机层，机机组段间距距由发电机机定子外径径控制式中：—发电机机风罩内径径；——发电机风风罩壁厚，取取0.4mm；——两相邻风风罩通道间间的距离，取取2m；则取三者中的大值值，=10.001m边机组段加长，取=2.0mm安装间长度取安装间长度为为13.50米主厂房长度取主厂房长度为为55m，拟定机组组段长433m，安装装间长133.50m，边机组组段加长段段为2m，两边边墙取三七七墙，则墙墙厚20.377=0.774m。厂房宽度确定式中：—下游侧侧宽度；—上游侧宽度；上游侧宽宽度：式中：3.244—发电机风风罩半径；；0.4—发电机风风罩壁厚；；5—布置调速速器，油压压设备及机机旁屏必需需的距离。下游侧宽度：式中：3.244—发电机风风罩半径；；0.4—发电机风风罩壁厚；；2—下游走道道宽度。则主厂房净宽：：；拟定主厂房的宽宽度为155.00mm，BS=9.000m，Bx=6.000m，上下下游墙为三三七墙，则则墙厚为20.377=0.774m。4、水力机械辅助助设备4.1油系统统油系统分为透平平油和绝缘缘油两个分分系统。透平油系统供机机组轴承润润滑、调速速系统及蝶蝶阀操作系系统用油。单单台机组透透平油量约约为26mm3，配置3mm3油罐二个个，2CYY-3／0.333齿轮油泵泵1台，LY--50压力力滤油机11台。4.2压缩空空气系统一般常规水电站站全厂压缩缩空气系统统应分为高高压压缩空空气和低压压压缩空气气两个分系系统。本水水电站由于于调速器采采用气囊式式蓄能器、高高压油泵、卸卸荷溢流阀阀整体结构构的油压装装置，不需需要高压气气系统。蝶蝶阀采用重重锤和高压压油泵直接接操作，不不必单独设设置油压装装置和油压压装置供气气系统，故故本水电站站不需要设设置全厂高高压压缩空空气系统。低压气系统供机机组制动、机机组检修及及风动工具具使用。低低压设备的的压力等级级采用0..8MPaa。选用滑滑片式低压压空压机22台，l台工作，ll台备用，排排气压力00.8MPPa，排气气量2.110m3／min。配配置l.5m3压贮气罐罐1台。气系系统的机组组供气管路路，布置在在水轮机层层上游侧。4.3技术供供水系统水电站主变压器器采用风冷冷，故技术术供水主要要用于发电电机和水轮轮机轴承冷冷却、发电电机空气冷冷却器、水水轮机主轴轴密封用水水等。水电站工作水头头为22～30m，选选用自流供供水的技术术供水方案案。每台机机组的冷却却水自蝶阀阀上游侧压