水电站厂房设计-毕业设计

目录摘要 1tract 1前言 21沙溪航电枢纽工程资料 41.1工程概况 41.2流域概况 41.2.1自然地理概况 41.2.2气象 51.2.3工程泥沙 61.3工程地质 71.3.1地形地貌 81.3.2地层岩性 81.3.3地质构造 91.4水库特性及动能指标 91.5枢纽布置 102厂房布置方案比选 112.1厂房类型的选择 112.2主厂房位置的选定 113水轮机选型 123.1水轮机容量及台数的选择 123.2水轮机型号选择 133.2.1型水轮机方案的主要参数选择 133.2.2 型水轮机方案的主要参数选择 144水轮发电机选型 184.1水轮发电机主要尺寸估算 194.1.1极距τ 194.1.2定子内径 194.1.3定子铁芯长度 194.1.4定子铁芯外径（机座号） 194.2平面尺寸估算 194.2.1定子机座外径 194.2.2风罩内径 194.2.3转子外径 194.2.4下机座最大跨度 204.2.5推力轴承外径和励磁机外径 204.3轴向尺寸计算 204.3.1定子机座高度 204.3.2上机架高度 204.3.3推力轴承高度，励磁机高度和永磁机高度 204.3.4下机架高度 204.3.5定子支座支承面至下机架支承面或下挡风板之间的距离 204.3.6下机架支承面至主轴法兰底面之间的距离 204.3.7转子磁轨轴向高度 204.3.8发电机主轴高度 204.3.9定子铁芯水平中心线至主轴法兰盘底面距离 214.4水轮发电机重量估算 215蜗壳设计 225.1蜗壳的型式 225.2蜗壳包角 225.3蜗壳断面形状 235.4蜗壳的水力计算 236尾水管形式及其主要尺寸确定 257主厂房主要尺寸的确定 277.1机组段长度的确定 277.2厂房宽度的确定 287.3厂房各层高层的确定 298副厂房的布置 319吊车梁的结构设计 339.1吊车梁的截面设计 339.2吊车梁的荷载计算 349.3吊车梁内力计算 359.4吊车梁承受扭矩和抗扭钢筋计算 369.5吊车梁配筋计算 36总结 41致谢 42主要参考文献 43摘要本毕业设计承担水利水电枢纽工程中水电站厂房设计的部分工作。根据已有的原始资料和该处地理气候进行设计，主要内容有：水电站站址选择，总体布置，水轮机型号的选择，蜗壳尺寸的确定，尾水管尺寸的确定，水电站厂房尺寸的确定，附属设备的布置等，并根据要求绘制相应的平面布置图和剖面图。沙溪航电工程设计引用流量938.4m3，设计水头10.0m，总装机容量87MW，具有日调节能力。电站枯期平均出力24.8MW4.4MW（近期子口建成，下同），多年平均年发电量3.81亿kW·h.99亿kW·h，年利用小时4379h586h。船闸设计通航船舶吨级2×500t，单向年通过能力319万t。关键词：单机容量、装机容量、发电机、水轮机。tractThisgraduationthesisundertakespartsofworkinthedesignofpowerhouseofhydropowerstationinhydropowerconstruction.Thedesignisbasedontheoriginalinformationandthelocalweather.Themaincontentsareasfollowing:theplaceofthehydropowerstation,theentirelayout,thechoiceofthehydraulicturbinetype,thesizeofthevolute,thesizeofthedrafttube,theDimensionofthepowerhouseofhydropowerstation,thearrangementofaccessoryequipment,anddrawingtheplanandsectiondrawn.Shaxiavionicsengineeringdesignreferenceflowrateof938.4m3/s,10.0mdesignhead,withatotalinstalledcapacityof87mw,withdailyregulationability.Plantdryperiodtheaverageoutputof24.8MW/34.4MW(/pavilionbuiltrecently,similarlyhereinafter),yearsofaverageannualgeneratingcapacityof381millionkW,399millionkWh,using4379h/4379h.Navigationofshiplockdesignt2x500t,singleyearwithcapacityof3.19milliont.Keywords:single-machinecapacity,installedcapacity,generator, hydraulic turbine.前言水电站厂房是水电站主要建筑物之一，是将水能转换为电能的综合工程设施。厂房中安装水轮机、发电机和各种辅助设备。通过能量转换，水轮发电机发出的电能，经变压器、开关站等输入电网送往用户。所以说水电站厂房是水、机、电的综合体，又是运行人员进行生产活动的场所。其任务是满足主、辅设备及其联络的线、缆和管道布置的要求与安装、运行、维修的需要；为运行人员创造良好的工作条件；以美观的建筑造型协调与美化自然环境。水电站厂区包括：（1）主厂房。布置着水电站的主要动力设备（水轮发电机组）和各种辅助设备的主机室（主机间及组装、检修设备的装配场（安装间是水电站厂房的主要组成部分。（2）副厂房。布置着控制设备、电气设备和辅助设备，是水电站的运行、控制、监视、通讯、试验、管理和运行人员工作的房间。（3）主变压器场。装设主变压器的地方。电能经过主变压器升高到规定的电压后引到开关站。（4）开关站（户外高压配电装置装设高压开关、高压母线和保护措施等高压电气设备的场所，高压输电线由此将电能输往用户，要求占地面积较大。由于水电站的开发方式、枢纽布置、水头、流量、装机容量、水轮发电机组形式等因素，及水文、地质、地形等条件的不同，加上政治、经济、生态及国防等因素的影响，厂房的布置方式也各不相同，所以厂房的类型有各种不同的划分，例如按机组工作特点可分为立式机组厂房、卧式机组厂房。根据厂房在水电站枢纽中的位置及其结构特征，水电站厂房可分为以下三种基本类型：1. 坝后式厂房。厂房位于拦河坝下游坝趾处，厂房与坝直接相连，发电用水直接穿过坝体引人厂房。2. 河床式厂房房位于河床中身也起挡水作用广西西津水电站厂房。若厂房机组段内还布置有泄水道，则成为泄水式厂房（或称混合式厂房3. 引水式厂房。厂房与坝不直接相接，发电用水由引水建筑物引人厂房。当厂房设在河岸处时称为引水式地面厂房。水电站厂房是专门的水工建筑物,它具有一般水工建筑物的共性,故其设计有以下的特点:（1房内安装水轮机发电机组和辅助设备,以及控制操作和进行量测的设备,主要任务是发电,所以厂房设计必须保证机电设备的安全运行和提供良好的维护条件。（2）水电站厂房是水工、机械和电机以及自动控制、电子设备的综合体,在设计、施工和运行中,必须把几个方面配合好,使综合体优化。（3）水电站厂房设计应力求紧凑和简单,使建筑上美观,运行方便,而不求豪华。（4）厂房内运行管理人员应力求精简,应保证他们有良好工作条件和卫生环境。（5电站厂房多建在偏僻地区,而机电设备一般既大又重,所以必须有较好的对外交通运输条件。（6）设计水电站厂房时,要根据当地的地形、地质和水文条件,既考虑安排好压力输水管的进水和尾水管的出水条件,又要考虑到厂房与变压器和开关站在布置上的配合要求。由上述特点可见,水电站厂房设计是比较复杂的,其中最关键的是要选择好水轮发电机组,即要尽可能选用转速高、尺寸小、重量轻的机组,因为厂房尺寸和起重设备的规模等都是随着机组的尺寸而定的。对于一般的地面式厂房,选择合适的吸出高度也是非常重要的。而且,全厂的机组台数不宜太多。总之,在设计中要做多个比较布置方案,进行技术经济、运行管理综合比较,以选择确定最优设计方案。1沙溪航电枢纽工程资料1.1工程概况沙溪航电枢纽工程系《嘉陵江渠化开发规划报告》中规划的第四个梯级，位于四川省阆中市沙溪场境内，距阆中市城区约5km，上游接苍溪梯级，下与金银台梯级相连。嘉陵江系长江支流，发源于陕西省秦岭南麓，流经甘肃省境，在陕西略阳与西源汉水汇合，经阳平关进入四川省，流经广元、昭化、苍溪、阆中、南部等县，先后接纳白龙江、东河和西河，在合川与渠江、涪江相汇，于重庆注入长江。全长1119km，流域面积159812km2，其中沙溪航电工程控制流域面积61569km2。沙溪航电工程设计引用流量938.4m3设计水头10.0m，总装机容量87MW，具有日调节能力。电站枯期平均出力24.8MW4.4MW（近期子口建成，下同多年平均年发电量3.81亿kW·h.99亿kW·h，年利用小时4379h586h。船闸设计通航船舶吨级200t，单向年通过能力319万t。沙溪航电工程枢纽由发电厂房、4孔泄洪冲砂闸、翻板坝、船闸、挡水坝组成。坝顶高程372.50m，坝顶总长度830m。1.2流域概况1.2.1自然地理概况嘉陵江发源于陕西省凤县秦岭南麓黄牛铺，向南流经甘肃省，于陕西两河附近与西源汉水汇合，再向南流经略阳，经阳平关入川，至旧昭化县城附近与源于岷山南麓的白龙江汇合后，再折向东南流经苍溪，至阆中的金银台有源于米仓山南麓的东河从左岸汇入，于南部县接纳源于剑门山区的西河，过蓬安、南充、武胜至合川附近先后与渠江、涪江两江相汇，至重庆市注入长江。干流河道全长1119km，全流域面积159812km2。嘉陵江流域位于四川盆地中、东部，地理位置界于东经102°30′～109°00′、北纬29°20′～34°30′之间。流域呈扇形，地势北高南低，尤以西北分水岭海拔最高；流域四面环山，东南以华蓥山与长江分界，东北以米仓山、大巴山与汉水流域接壤，北以秦岭山脉与黄河分水，西北以岷山与岷江相隔，西为缓平山丘与沱江为邻。流域内北川、青川一带为龙门山地，龙门山、米仓山以南为盆地，以北为山区。嘉陵江干流广元以上为上游，河流穿行于秦岭大巴山地区，山高坡陡，谷深水急，少台地，多急流险滩。广元至合川为中游，河道长645km，天然落差达284m，平均比降0.44‰，河流自北向南纵贯川中盆地。广元至苍溪河段山势逐渐变缓，属深丘区，河谷逐渐开阔，河道更为弯曲。两岸漫滩与阶地发育，多方山台地，植被较差，农垦发达。合川至重庆为下游道又复入浅山区地带谷束窄流横切华蓥山背斜流入长江，河道长95km，落差27.5m，平均比降0.29‰。沙溪航电工程位于阆中市上游约5km处，控制集水面积为61569km2。上、下游分别与苍溪航电工程和金银台航电工程相衔接。1.2.2气象本流域位于秦岭山脉以南西南季风区，属亚热带季风气候。按地形和气候特点可分为北部山区和南部丘陵盆地两类。因地形和纬度差异，气温由南向北递减。北部山区地势较高，属高山峡谷，受西北寒流影响较为显著，气温低、雨量少、湿度小，属春温、夏凉、秋冷、冬寒型气候，多年平均气温15℃左右，历年极端最高气温26℃～36℃，历年极端最低气温-12℃左右年最小相对湿度为1%～2%部丘陵盆地由于受秦岭、龙门山、米仓山、大巴山的屏障作用，西北寒流不易侵入，气候温暖，雨量丰沛，属春暖、夏热、秋霖、冬干型气候。多年平均气温17℃，历年极端最高气温37℃～42℃，历年极端最低气温-2.4℃～-8.5℃左右年平均相对湿度为75%左右年最小相对湿度为10%。本流域最小湿度大多发生在冬季，但由于干流和渠江在7月下旬和8月份常有不同程度的伏夏发生，以致干燥之甚有可能超过了冬季。流域水汽主要来源于孟加拉湾和南海的暖湿气流，除北部山区外，水汽充沛。由于盆地边缘的地形抬升影响，盆地边缘降水量最为充沛，其中大巴山区多年平均年降水量为1200～1400mm，龙门山一带多年平均年降水量为1200mm左右。盆地丘陵区为1000mm左右，嘉陵江干流以西为800～1000mm。北部山地因气流穿越盆地边缘山区后水汽减少，嘉陵江上游略阳以北多年平均年降水量在800mm以下，流域降水由南向北呈现递减趋势，一般为600～700mm，甘肃文县、武都一带仅450mm左右，为半干旱区。降雨受地理位置和季风的影响，东部地区春雨早，秋雨多，但8月份雨水较少。西部地区雨季一般较东部地区开始晚，7、8月降水集中，9～10月多阴雨天气。流域内降雨集中在5～10月，约占全年降水量的80%左右，其中7～9月约占45%。嘉陵江干流阆中以上多年平均年蒸发量为1250～1500mm直 径20cm蒸发器皿观测，下同；南部以下1100～1250mm，大致呈由北向南递减趋势。流域内有两个低值区为北川、平武、青川一带年平均年蒸发量为1050mm为合川一带1000mm以下。高值区在白龙江的文县、武都一带，高达1500～2150mm。沙溪航电工程区无气象站，在其下游5km左右设有阆中气象站。根据阆中气象站1958～1991年的资料统计，多年平均气温为17℃，极端最高气温为39℃，极端最低气温为—4.1℃；多年平均相对湿度为76%，历年最小相对湿度为9%；多年平均年蒸发量为1259.6mm；多年平均年降水量1028.3mm，历年一日最大降水量为235.5mm。历年最大风速（定时观测）20m，相应风向为NNW。1.2.3工程泥沙嘉陵江沙溪水电站位于阆中市沙溪乡，上距苍溪县城约21.5km。电站上游衔接梯级为苍溪电站，下游与已建的金银台电站衔接。沙溪水电站库区天然河道比降0.44‰，正常蓄水位364.0m时，闸前最大水深约19.6m，水库回水长度约26.7km，库区水面宽104～1160m，平均宽度约480m。正常蓄水位以下库容0.68亿m3。平面形态呈条带状，系河道型水库。初步设计时，考虑到支流白龙江宝珠寺水电站于1996年10月蓄水运行，宝珠寺水库正常蓄水位以下库容21.0亿m3，拦沙作用显著。宝珠寺水库拦沙前，沙溪水电站闸址多年平均含沙量2.86kg3，多年平均悬移质年输沙量5750万t。宝珠寺水库畜水后，悬移质每年拦淤入库输沙量2230万t的80%，则每年拦淤悬移质输沙量约1780万t，即沙溪水电站闸址悬移质年输沙量减少为3970万t。入库推移质输沙量丰﹑中﹑枯代表年平均11.3万t。水库正常蓄水位以下库容与多年入库平均年输沙量之简称库沙比）仅2.2，库容小沙量大，水库泥沙淤积年限短，工程泥沙问题突出。沙溪航电工程于2003年9月完成了初步设计。在技施设计阶段，枢纽布置进行了优化设计，将初设时16孔泄洪冲沙闸的方案，改为4孔泄洪冲沙闸加7m门高的翻板门，泄流能力发生一定改变，将造成水库泥沙淤积及回水变化。加上嘉陵江上游龙头水库亭子口梯级电站于2009年底已开工建设，其水库拦沙后，将改变沙溪的入库水沙条件。因此，本阶段对沙溪水库泥沙淤积及其回水进行了全面复核。沙溪电站初步设计时，水库泥沙调度方式为：非汛期，水库在正常蓄水位364m运行；汛期，当入库流量≤4000m3时，闸前水位控制在正常蓄水位364m运行，当入库流量>4000m3时，闸前水位降低至358.5m（船闸通航最低水位）运行；若入库流量大于358.5m水位（枢纽最大泄流量6520m3时枢纽闸门全开启敞泄排沙，闸前水位由泄流曲线确定。由于枢纽泄流能力的变化，尤其小流量闸前水位抬高，将造成库区泥沙淤积增加，为了尽量减少泥沙淤积对水库淹没的影响，宜增加敞泄冲沙次数，适当减小分界流量，使得大排大泄后减少库区泥沙淤积。分界流量的确定考虑了与下游金银台电站分界流量的协调一致。由于沙溪电站至金银台电站区间有支流东河汇入，经统计，支流东河径流量约占金银台坝址径流量的13.5%溪水库按大于3500m3敞泄冲沙金银台电站按大于4000m3降低水位冲沙的分界流量基本协调界流量由初步设计阶段4000m3降低为3500m3平均每年可增加敞泄冲沙1.6天。本阶段水库泥沙调度方式为：非汛期，水库在正常蓄水位364m运行；汛期，当入库流量≤3500m3时，闸前水位控制在正常蓄水位364m运行，当入库流量>3500m3时洪闸﹑冲沙闸全部开启泄冲沙前水位由泄流曲线确入库流量3500m3时，相应闸前水位为358.93m，比船闸通航最低水位358.5m高0.43m枢纽泄流泄流曲线成果见表2-14。流 量（m3350流 量（m335006300509311800147001840002200358.9360.3363365.7（m）363.46364.64341.5862.480考虑到干﹑支流来水的不确定性，建议上﹑下游梯级电站在实际运行中，一定要协调调度，避免上一梯级冲沙时泥沙落淤在下一梯级库尾。1.3工程地质沙溪航电工程地处嘉陵江中上游河段，坝址距阆中市以北5km，其上、下游分别与苍溪、金银台两梯级相衔接，电站装机容量87MW，为一中型水电工程，开发方式为闸坝河床式厂房，电站设计正常蓄水位364.0m，闸坝总长830.00m，枢纽布置从左至右依次为左岸挡水坝、船闸、翻板坝、泄洪冲砂闸、储门槽坝段、发电厂房及右岸挡水坝。212国道从左岸坝区附近通过，交通较为方便。1.3.1地形地貌坝址位于阆中市上游约5km的杨家岩附近，该河段呈反“S”形，嘉陵江由近SN向于涧溪口附近流入，以近EW向流经坝址，于汤家沟口附近逐渐转为近SN向流出坝区。坝区河谷断面呈宽缓的不对称“U”型谷，左陡右缓，左岸为基岩岸坡，坡度一般30°~50°，右岸为台阶状地形，地势相对平缓，总体坡度约15°~20°。主流线位于河床中部，左右两岸为漫滩。枯水期352.31m高程时，水面宽240~270m，水深1~2.5m；正常蓄水位364m高程时，水面宽780~800m。1.3.2地层岩性坝址区出露基岩为白垩系下统苍溪组厚层细砂岩和砂质粘土岩，为一套河湖相沉积之碎屑岩，具有岩相变化大、层理纹理及透镜体较发育、浅部不同程度地分布有软弱夹层等特点。按岩性特点及组合对坝区岩体进行工程岩组划分，从新至老为：第(5)层（K1C15厚层细砂岩，厚24～80m。中上部为质地较纯的灰白~青灰色厚层细砂岩部岩相不稳定岩中常夹紫红色砂质粘土岩和紫红色泥质粉砂岩透镜体，层理较发育。底部为一层厚约1.5～2.0m的砾岩。分布于两岸坝肩。第(4)层（K1C14紫红色砂质粘土岩夹少量薄层泥质粉砂岩，厚4～6m。该层从下游向上游至勘探线附近由紫红色砂质粘土岩渐变为紫红色泥质粉砂岩。分布于坝肩。第(3)层（K1C13灰白～青灰色厚层细砂岩，泥钙质胶结，夹砾岩透镜体及厚约2～8cm及10~30cm不等的薄层紫红色、灰白色粘土岩条带。粘土岩夹层随机分布，连续性差。该层厚度24～55m，为坝基持力层。地层近水平状产出，总体产状N50E NW∠2°~4°，倾上游偏左岸。坝区河床及漫滩堆积物（alQ43为含漂砂卵砾石层，厚度变化大，其变化幅度为2～22m，右岸漫滩及河床较浅，厚2～6.5m，向左岸漫滩逐渐增厚，左岸在靠近岸坡一带分布有一河谷深槽，覆盖层厚10~22m。基岩顶板出露高程，右岸漫滩为352~355m，河床为345~349m，左岸河谷深槽为334~346m。坝区Ⅰ+Ⅱ阶地分布于坝区右岸郑家沟沟口下游侧和左岸坝前刘家坝一带，阶面高程362.0~368.0m，堆积物厚10.0~20.0m，为典型二元结构，上部为粉（砂）质粘土，下部为砂卵砾石。Ⅲ级、Ⅳ级阶地上部为黄色粘土、下部为黄褐色泥卵砾石，结构较密实，主要残留于坝区较高部位。坡残积层和崩坡积层主要分布于平缓部位及坡脚处，厚度一般2～5m。1.3.3地质构造坝区位于苍溪向斜南西冀，岩层产状平缓，总体产状为N50°ENW∠2°~4°，即与河流成较大交角，微倾上游偏左岸。地质构造简单，无断层发育，主要构造形迹为地层层面和一套节理裂隙系统。坝区裂隙不甚发育，主要分布于细砂岩内，一般不切层，粘土岩内少见。坝址区主要裂隙有：(1)近EWS∠70°~85°为顺坡裂隙，陡倾右岸。裂面平直、粗糙，浅表多卸荷张开，开度1~30cm，以数厘米为主，一般无充填或充填少量次生泥及岩屑。延伸一般4~6m，发育间距一般4~10m。(2)近SN E（W）∠65°~85°面平直粗糙，轻微张开，一般无充填，延伸一般3~5m，发育间距一般1.5~4.0m。(3)N45°~65°E NW（SE）∠75°~85°裂面平直、粗糙，一般闭合无充填，延伸短小，不甚发育。(1)、(2)组裂隙为正交的一组平面“X”节理。1.4水库特性及动能指标沙溪航电工程水库特性及动能指标如下：正常蓄水位 364.00m死水位 363.60m总库容 1.54亿m3正常蓄水位以下库容 0.576亿m3调节库容 366万m3电站装机容量（台数×单机容量） 3×2.9万kW单机引用流量 326.68m3最大水头 11.65m最小水头 7.77m平均水头 10.69m额定水头 10.00m枯期平均出力 2.46.42万kW多年平均年发电量 3.8.98亿KW·h装机年利用小时数 4368575h注：斜杠以下为上游亭子口电站建成后数值1.5枢纽布置枢纽建筑物从左岸至右岸依次由左岸挡水坝、船闸、翻板坝、右岸泄洪闸、冲砂闸、储门槽坝段、发电厂房及右岸挡水坝组成，闸坝总长为830m。左岸挡水坝与岸坡连接，为混凝土重力坝。挡水坝总长41.29m，分为两个坝段，建基面高程338.0~365.0m，最大坝高37.5m。基础置于K1C13、K1C14、K1C15厚层细砂岩和砂质粘土岩上，建基岩体微风化~新鲜，岩石的承载能力满足坝体对地基的要求。翻板坝布置于船闸和泄洪闸之间，位于河床左岸及左岸漫滩，总长473.00m。建基面系挖除覆盖层、置于基岩上，建基面高程为333.50~347.50m。翻板坝共25个坝段，顺水流向长度为25.65m～30.00m，翻板坝堰顶高程为357.00m。泄洪冲砂闸布置于河床右岸及右岸漫滩4孔泄洪冲砂闸组成长度为62.00m。建基高程342.50~346.00m。泄洪冲砂闸孔宽12.0m，中墩厚3.5m，闸室底板中心线分结构缝。闸室顺水流向长度30.00m。闸顶面高程372.50m，闸底板顶面高程351.00m。储门槽坝段布置于泄洪冲砂闸坝段及厂房坝段之间，总长度为16.00m。建基高程342.50m。坝段顺水流向长度30.00m，设置了泄洪冲砂闸检修闸门储门槽、厂房进水口检修闸门储门槽及楼梯井。厂房坝段由主机间坝段、安装间坝段组成。副厂房、电梯井、各层连接楼梯均设于安装间上游坝体内，主变室及GIS楼均设于安装间下游。厂房坝段沿坝轴线方向总长度100.00m。右岸挡水坝与岸坡连接，为混凝土重力坝，总长85.00m，分为4个坝段，建基面高程348.50~355.50m，最大坝高24.00m。2厂房布置方案比选2.1厂房类型的选择沙溪航电枢纽工程坝址所在的河道宽将近800米，设计水头10米，最大水头11.65米，引用流量938.4/s，属于低水头水电站。因此选择河床式厂房，河床式厂房本身能承受上游水压力，成为挡水建筑物的一个组成部分，与其他类型的厂房相比（如坝后式）不仅可以减少工程的用料，同时会减少工程的工期，使该水电站尽快进入运行期，尽早进行收益。综上所述河床式厂房无疑是沙溪航电枢纽工程的最佳方案。2.2主厂房位置的选定方岸一：主厂房位于拦河坝的左段，这个方岸的优点是：左岸有212国道从坝区附近通过，靠近公路，交通便利。缺点是：右岸地形比较陡峭，地形变化大，想在左岸建设生活区以及行政区的有一定的难度，不利于后期的管理。方岸二：主厂房在拦河坝的右段，这个方岸的优点是：左岸地形开阔、平缓，变化小，有利于后期生活区的建设，方便对水电站的管理。缺点是：交通不便，需修一条进厂公路。对于上述两个方岸的比较，可以得出结论：方岸一虽然交通便利，但是不利于水电站的后期建设，方案二虽有一些不足之处，但与方案一比较，地形平缓修建公路比较简单，而方案二要在陡峭的地形上修建生活区显然有一定的难度。综上所述，选择方案一，主厂房修建在拦河坝的右段。3水轮机选型3.1水轮机容量及台数的选择1.水电站最大水头Hmax=11.65m计水头Hr=10m权平均水头Hav=Hr=10.69m,最小水头Hmin=7.77m，装机容量为87MW。2.单机容量的选择水电站的装机容量等于机组台数和单机容量的乘积。根据已确定的装机容量，就可以拟定可能的机组台数方案。在选择机组台数时可从下列方面考虑：①机组台数与机电设备制造的关系机组台数增多时，机组单机容量减小，尺寸减小，因而制造及运输都有比较容易，这对于制造能力和运输条件较差的地区是有利的。但实际上小机组单位千瓦消耗的材料多，制造也较麻烦，故一般都希望选用较大的机组。②机组台数与水电站投资的关系当选用的机组台数较多时，不仅机组本身单位千瓦的造价高，而且随着机组台数的增加。相应的闸门、管道、调速器，辅助设备和电气设备的套数就要增加，电气结线也较复杂房平面尺寸也需加大组安装维护的工作量也增加此从这些方面来看，水电站单位千瓦的投资将随台数的增加而增加。但另一方面，采用小机组则厂房的起重能力、 安装场地、机坑开挖量都可缩减，因此又可减小一些水电站投资。总的来说，机组台数变化要引起水电站投资变化，在大多数情况下，台数增多将增大投资。③机组台数与水电站运行效率的关系机组台数增多能够增加水电站的电能，但当增多到一定程度，再增多时对水电站的运行效率就不会有显著的影响了。当水电站在电力系统中担任基荷工作时，选择机组台数少，可合水轮机在较长时间内以最优工况运行，合水电站保持较高的平均效率。机组台数与水电站运行维护工作的关系机组台数多机容量小行方式就比较灵活组发生事故后所产生的影响小，检修也较容易安排。但因运行操作次数随之增加，发生事故的机率增高了，同时管理人员增多，运行费用也提高了。因此不宜选用过多的机组台数。在技术经济条件相近时，应尽量采用机组台数较少的方案，但为了水电站运行的可靠性和灵活性，一般应不少于两台。故综合考虑，采用3台机组，单机容量为29MW。3.2水轮机型号选择根据该水电站的水头变化范围7.77m~11.65m,在《水力机械》附表2，查出合适的机型有HL310和ZZ560,现将这两种水轮机作为初选方案，分别求出其有关系数，并进行分析。3.2.1310型水轮机方案的主要参数选择（1）转轮直径计算1查表1-6可得HL230型水轮机在限制工况下的单位流量Q'=1320L=1.32m3/s,效率1' ' 3ηm=82.6%，由此可初步假定原型水轮机在该工况下的单位流量==1.32m,效率η=85.9%，设ηgr=97%水轮机的额定出力=

Ngrηgr

1 r r==29896.9KW,上述的Q'、η和N=29896.9KW、H=10.0m代1 r r9.81Q'H9.81Q'H1 rHηr=8.56m ﹙2.1﹚选用与之接近而稍微偏小的标称直径=8.5m（2）转速n的计算10查表书本附表1可得HL310水轮机在最有工况下单位转速n10

=90.8in,初步假定n' =n'

=90.8in,将已知的n'

n'1 H和H=10.69m，D=8.5m代入式n=1 H

==34.9in,10m 10

10 av 11选用与之接近而偏大的同步转速n=60in.﹙2.2﹚3.效率及单位参数修正HL310型水轮机在最优工况下的模型最高效率为ηMmax=89.6%，模型转轮直径为=0.39，根据书本《水力机械》式3-23可得原型效率：ηmax=1-Mmax)

=1—（1—0.896）=94.4% ﹙2.3﹚则效率修正值为η=94.4%-89.6%=4.8%.考虑到模型与原型水轮机在制造工艺质量上的差异在已求得的∆η值中再减去一个修正值ξ。先取ξ=1.5%，则可得效率修正值为∆η=1.5%，由此可得原型水轮机在最优工况和限制工况下的效率为ηmax=ηMmax+η=89.6%+3.3%=92.9η=+η=82.6%+3.3%=85.9%(与上述假定值相同）单位转速的修正值按下式计算：∆n'=n'

(ηmax/η

−1)

﹙2.4﹚1 10m Mmax∆n'∆nn则 1'n10m

=—1=1.8%由于 ' ' 'm<3.0%，按规定单位转速可不加修正，同时单位流量也可不加修正。由上可见原假定的η=85.9%、Q'=Q'

、n'

=n'

是正确的，那么上述计算及选用的结1 1m果=8.5m，n=60in是正确的。

10 10m4.工作范围的检验1max在选定后=8.5m0i轮机的Q'1max

1及各特征水头相对应的n'即可计算出来。1' '水轮机在Hr,Nr下工作时，其即为，故' 3===1.398m﹙2.5﹚则水轮机的最大引用流量为==1.2=283.47与特征水头Hmax,Hmin和Hr相对应的单位转速为===149r/min===183.9r/minn=' n=HrHr

=300=84.52r/min===155r/min50.4在HL310型水轮机模型综合特性曲线图上分别绘出=1398L，=183.9in，50.4=149in的直线，这三根直线所围成的水轮机工作范围基本上包含了该特性曲线的低效率区，所以对于HL310型水轮机方案，所选定的参数都是不合理的，所以该方案应该舍弃。3.2.260型水轮机方案的主要参数选择1.转轮直径的计算3由表3-7查得Z560型水轮机在限制工况下的单位流量Q1=2000Ls=2.0m/s同3时可查得该工况下的气蚀系数σ=0.75，但在允许的吸出高度Hs=3.0m时，其相应的气蚀系数为:===0.66式中∆σ

为气蚀系数修正值，查《水电站》气蚀系数的修正曲线得∆σ

=0.08在满足3m吸出高度的前提下，查《水电站》图3-16可得选用工况(n10=130rmin，r r 1处的单位流量Q为1850L同时可查得该工况点的模型效率，并据此假定水轮机的效率为86.7%，设，水轮机的额定出力 =29896.9kr r 1将以上的

N、H、Q'、η各参数值代式可得D1=7.75，选用与之相近的标称直径8m。2.转速n的计算1 H1 Hn= =选用与之相近而偏大的同步转速60in.3.效率及单位参数修正对于轴流转浆式水轮机，必须对其模型综合曲线图上的每个转角 的效率进行修正。当叶片转角为 时的原型水轮机最大效率可用下式计算:ηmax

=1−(1−η

Mmax)(0.3+0.7 )5M/HM/H10根据《水电站》表3-7知模型5M/HM/H10

=0.46m，模型转轮试验水头HM3.0m。并已知D1=10,Hr=10，代入上式可计算得:η叶片在不同转角 时的

max可由模型综合特性曲线查得，从而可求出相应 值的原型∆η水轮机的最高效率 。当选用效率的制造工艺影响修正值ζ=1%时，即可计算出不同转角 时效率修正值∆η。其计算结果见表3.1。效率修正值计算结果表3.1叶片转角−10°−5°0°+10°+15°+20°+23°ηMmax(%)87.688.58988.387.385.983．379.0ηmax(%)91.291.892.191.690.989.989.984.9η max Mmax(%)3.43.13.13.33.53.94.65.6∆η (%)2.42.12.12.32.52.93.64.6由《水电站》表3-7查得ZZ560型水轮机最优工况的模型效率为η

Mmax

=89%

。由于最优工况接近于η最高效率为: max

=0等转角线，故可采用∆η=89%+2.1%=91.1%

=2.1%作为其修正值，从而可得原型已知在吸出高度3m限制的工况点（n=130r/min，Q=1850Ls）处的模型效率为ηM=81%，而该工况点处于20边缘，所以以20为参考点，取∆η

=3.6%由此可得该工况点的原型水轮机效率为:η=81%+4.60%=85.60%η=83%+3.6%=86.6%（与上述假定的η=86.7%几乎一致）∆n由于n'10M

= −1= −1=1.2%<3.0%

η max Mmax91.1/89.0，故单位η max Mmax91.1/89.0正，同时，单位流量也不作修正。由此可见，以上选用的D1=8m，n=60in是正确的。4.工作范围的检验在选定后，n=60rn后，可求出水轮机的

Q'1maxQ'

及与各特征水头相对应的n值。1maxQ' ===1.571max则水轮机的最大引用流量为:==1.57=328.57与特征水头Hmax、min Hr相对应的单位转速为:===140.8r/min===173.0r/min===146.8r/min图3—1ZZ560水轮机模型综合曲线1max在ZZ560型水轮机模型综合特性曲线图上绘出Q'1max

=1570L、和的直线，所围区域为水轮机工作区域，由这三根直线所围成的水轮机工作范围仅包含该特性曲线的高效率区。5.吸出高度Hs计算'在水轮机的设计工况点（146.8r/in，1max1570L/s）处《水利机械》图1-37查得其气蚀系数为σ.55，则可求出水轮机的吸出高度为:Hs=10.0（0.55+0.08）=3.3m可见，ZZ560—LJ—800型水轮机方案的吸出高度满足电站要求4水轮发电机选型单机容量(KW)功 率 因 数（COS ）额定电压(v)额定容量（KVA）340000.85630040000本设计为大中型水电站，故采用大中型机组，单机容量(KW)功 率 因 数（COS ）额定电压(v)额定容量（KVA）340000.856300400004.1水轮发电机主要尺寸估算4.1.1极距ττ=cm ﹙2.8﹚式中：

Sf—发电机额定容量（40000KVA）P—磁极对数（50）Kj—系数，一般取（8-10）在这里取Kj=94.1.2定子内径﹙2.9﹚4.1.3定子铁芯长度SfSeIt= 2eieCDie

式中;

n_额定转速（rin） ﹙2.10﹚_定子内径C-系数（4*10−6~6.5*10−6）此处取5*10−6SfSIt= 2 =ieCDie=0.26所以采用全伞式水轮发电机[9]4.1.4定子铁芯外径（机座号）aD==1281.25+1.2aa则取 D=1330，故发电机型号为SF34—50—1330a4.2平面尺寸估算4.2.1定子机座外径D1=1.14=1.144.2.2风罩内径∵ ∴=1516.2+240=1756.2cm4.2.3转子外径D3i=D−2δD3iδ−单边空气间隙，初步估算时可忽略不计∴4.2.4下机座最大跨度f1000000000KVA ∴f式中D为水轮机基坑直径[9]D=1080cm5 54.2.5推力轴承外径和励磁机外径查《水利机械》D=300cm，D=200cm6 74.3轴向尺寸计算4.3.1定子机座高度∵=60rpm8.2rpm ∴2τ001.22cm4.3.2上机架高度对于伞式承载机架

h==0.124.3.3推力轴承高度，励磁机高度和永磁机高度234h=2000mm,h=2000400mm,取2200mm，其中机架高800~1000mm，在这里取3451000mm,h=1000mm,54.3.4下机架高度伞式非承载机架

h=800mm67h=0.2674.3.5定子支座支承面至下机架支承面或下挡风板之间的距离伞式承载机架

h=0.25=0.2584.3.6下机架支承面至主轴法兰底面之间的距离89按已生产的发电机统计资料，一般为700~1500mm,取h=1000mm=100cm4.3.7转子磁轨轴向高度910有风扇时，h104.3.8发电机主轴高度h11=(0.7~0.9)Hh11式中—H发电机总高度，即由主轴法兰盘底面至发电机顶部的高度H=h+h+h+h+h+h+h+h1 2 3 4 5 6 8 9=221.72+128.2+200+220+100+80+320.46+100=1370.38cm 0.84.3.9定子铁芯水平中心线至主轴法兰盘底面距离h=0.46h+h=0.46221.72+161.22=263.21cm12 1 10

图4—1发电机外形尺寸示意图4.4水轮发电机重量估算1.发电机总重量Gf（t）Gf== 8=610.51t ﹚1K—系数，对伞式发电机取7~9，在此处取812.发电机转子重量一般可按发电机总重量的1估算3.发电机飞轮力矩2K—经验系数，可按[9]选取, 当时，2iD—定子铁芯长度（m）iIt—定子铁芯长度（m）5蜗壳设计5.1蜗壳的型式由于水头范围7.77~11.65m，因此选择混凝土蜗壳。其断面为梯形断面，有较小的水力损失和平面尺寸，便于施工。蜗壳顶角点和底角点变化形式有直线和抛物线两种。直线变化结构简单，水力损失大；抛物线变化结构复杂，水力损失小。为便于施工，故选用直线变化的形式。5.2蜗壳包角由于=10m，故采用包角为1800，此时水轮机效率高，蜗壳宽度最小，采用最广泛，0=1800。由《水利机械》附录2得：0座环外径，座环内径，5.3蜗壳断面形状查《水电站》混凝土蜗壳进口断面形状的选择应满足下列条件：12m>n，b−n=1.7，δ=30，δ12°a各中间断面的面积为:F=ab

1 2 1 2− mtanγ− n tanδ，

=0F

(i=1,2,3 ）2 2i ii i i i i2 2F05.4蜗壳的水力计算选择的蜗壳包角为由《水力机械》图4-30得：当时，进口断面流速，故所需进口断面的面积为：由已知条件通过试算确定a=5.9m，b=12m，n=b-1.7a=12。由上述公式可得m=6.83m由《水力机械》查得蜗壳坐环的半径为，因此可得蜗壳进口断面半径为R=。..混凝土蜗壳的水力计算 图5.1通过上图F=和F=可求出任意这里我们先求出302050面的面积和半径，如表5.2所示蜗壳计算 表5.2Φ30°60°90°120°150°F9．117.927.536.447.5RR7.88.29.310.211.4根据以上各值可画出蜗壳平面单线图。在里不另外画蜗壳单线图。蜗壳形状尺寸可以参考设计图纸。6尾水管形式及其主要尺寸确定由于采用ZZ560型水轮机，因此选用标准混凝土肘管，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。使推荐的尾水管尺寸。本电站尾水管尺寸参数表表6.1hLB5D4h4h61h52.30D14.50D12.42D11.20D11.200.60D11.621.27D118.4m36m19.36m9.6m9.6m4.8m12.96m10.16m，进口锥管的半锥角β的最优值，对轴流式水轮机，取β=80~100，此处取为9。(D−D)根据尾水管的结构可得下式： 4 3=h32tanβ3

，解得，而，h2可取为0.2~0.5，此处取为0.4m。故，5=(0.1~0.15)5，此处取0.1，则，尾水管肘管是一90度变断面，起出口为矩形，断面水流由于在肘管中转弯受到离心力的作用，由于曲率越小，半径越小，产生的离心力越大。一般推荐使用合理半径R=(0.6~1.0)D，外壁R用上限，内壁R用下限，为了减少水流在转弯处的脱流及涡4 6 7流损失，因此将肘管出口做成收缩断面，并使断面的高度缩小，宽度增大，高宽比约为0.25，肘管进出口面积比约为1.3左右。所以，外壁半径，内壁半径图3-1轴流式水轮机尾水管7主厂房主要尺寸的确定主厂房主要尺寸的确定，即主厂房的总长，总高和宽度的确定。主厂房的总长度包括机组段的长度（机组中心间距端机组段的长度和安装场的长度，并考虑必要的水工结构分缝要求的尺寸。7.1机组段长度的确定装有立轴反击式机组的厂房机组段长度，主要由蜗壳，尾水管，发电机等设备在X轴方向的尺寸确定时还考虑机组附属设备即主要通道物孔的布置及其所需尺寸。1机组段