【S水电站设计16000字（论文）】

S水电站设计目录TOC\o"1-2"\h\u6445摘要 210885前言 230592基本资料 220220一、流域概况 222941洪水 2262832水位～流量关系曲线 3975三、泥沙 315882淤沙内摩擦角：100 332014四、气象 420179五、工程地质资料 4259251.坝址工程地质条件 456652.坝基岩石物理力学指标 48357六、天然建筑材料 631937水轮机机组的选型 6155242.1机组台数的选择与单价容量的确定 7273342.1.1机组台数 760702.1.2机组单机容量的选择 7104482.2水轮机的型号以及装置方式的选择 7132952.2.1型号选择 712142.2.2装置方式的选择 729569二、蜗壳的相关计算 1273142.4.2蜗壳的型式及其主要参数的选择 12139502.4.3蜗壳的水力计算 1325152.5尾水管设计 14192602.5.1尾水管的作用和形式 14145192.5.2弯肘形尾水管主要尺寸的确定 14284972.5.3弯肘形尾水管的部分尺寸的计算 14209482.6水轮机的空蚀及防治措施 15197182.7发电机的选择 1646562.7.1发电机型式的选择 164212.7.2水轮发电机的结构尺寸 1632942.7.3调速设备的选择 20233245水电站主厂房设计 21272845.1厂区枢纽平面布置 21122295.1.1厂区布置原则 2178985.1.2厂区平面布置 2123835.2主厂房平面设计 2219865.2.1主厂房长度L的确定 22256355.2.2主厂房宽度B的确定 23215755.3主厂房各层高程的确定 2437665.3.1水轮机安装高程∇安 24119765.3.2尾水管底板高程∇1 25206475.3.3基础开挖高程∇2 25215625.3.4水轮机地面高程∇3 25326725.3.5发电机装置高程∇4 25179235.3.6发电机层楼板高程∇5 256215∇5=∇4+h4 296025.3.7吊车的轨顶高程起重机装置高程∇6 26255485.3.8天花板高程∇7 26252245.3.9屋顶高程∇8 26140406水电站副厂房设计 26199216.1副厂房的组成 27319656.2副厂房的平面布置 27176036.3厂房的通风、空气调节、取暖、防潮与采光 2869476.3.1通风 28179766.3.2空气调节 29207446.3.3取暖 2921426.3.4防潮 29100446.3.5采光 2922386参考文献 30摘要：本次设计内容是根据现有的原始资料以及该地区的气象地质资料进行水电站的内部结构设计及厂房设计，主要内容包括:水轮机选型，蜗壳设计，尾水管设计，主副厂房设计及附属设备设计等，然后依据本次设计的内容绘制出发电机层平面图、水轮机层平面图、蜗壳层平面图及尾水管层平面图。S水电站工程的开发任务是进行水库枢纽及电站进行设计设计，水库建成后，可建装机容量约为15MW的水电站，兼顾防洪、旅游、生态治理等综合利用，它的兴建将促进会同所在地工农业生产的发展。电站特征水头：最大水头为12.9m，最小水头为9.5m，加权平均水头12.3m，设计水头为11.5m，发电机效率95%，并选用三台单机容量为5MW的机组。关键词：水电站;水轮机;发电机;水电站厂房前言水是人民生产生活中不可或缺的珍贵资源。S水电站工程的设计和开发，不仅可以达到除水害，兴水利，防止洪涝灾害，而且经过合理的水量调节和分配，能够有效利用水能进行发电，具有发展旅游、库区航运、库区养殖等综合利用效益，可促进地区经济、社会与环境协调发展，对改善当地生态环境以及人民群众的生存条件，让当地的群众尽早的脱贫致富，使社会更加的稳定以及对经济社会的可持续发展具有举足轻重的意义。通过本次电站设计，不仅能够帮助我们巩固所学的专业课知识，锻炼和运用大学所学的课程知识来解决实际工程中问题的能力，培养正确的设计思想，还能进一步提高我们进行各种计算，编写设计计算书、说明书及水利工程制图的能力，培养严肃认真、实事求是和刻苦钻研的工作作风。进行水电站的枢纽设计，我们必须认真遵循严格的有关规范，遵守技术先进和经济合理等原则，并且通过对问题深入调查以及研究，然后进行全面的比较分析，提出一个真正可行的设计方案。基本资料一、流域概况Z电站位于沅水一级支流巫水下游峡谷河段，下距会同县Z乡镇2，距洪江市15。坝址下游2有洪江～绥宁省级公路从Z乡镇经过，交通较为便利。二、水文特征1洪水各频率洪峰流量详见下表1-1。表1-1坝址洪峰流量表频率（%）123.335102050坝址洪峰流量（m3/s）9420844071606190522045403990308022201190厂址洪峰流量（m3/s）98008790746064605460475041803240234012602水位～流量关系曲线坝址水位～流量关系曲线详见下表1-2。表1-2下坝址水位～流量关系曲线表高程系统：85黄海水位Z（m）182.44183.00184.00185.00186.00187.00流量Q（m3/s）36.518552291213101730水位Z（m）188.00189.00190.00191.00192.00193.00流量Q（m3/s）218026803240384044405040水位Z（m）194.00195.00196.00197.00198.00199.00流量Q（m3/s）564062406840744080408640厂址水位～流量关系曲线详见下表1-3。表1-3厂址水位～流量关系曲线表高程系统：85黄海水位Z（m）179.12180.00181.00182.00183.00184.00185.00流量Q（m3/s）30263600980138018002250水位Z（m）186.00187.00188.00189.00190.00190.5191.00流量Q（m3/s）2730327038504480514054805830三、泥沙多年平均含沙量：0.089多年平均输沙量：22.05万设计淤沙高程：169.0淤沙内摩擦角：100淤沙浮容重：0.9四、气象多年平均气温：16.6℃极端最高气温：39.1℃极端最低气温：-8.6℃多年平均水温：18.2℃历年最高气温：34.1℃历年最低气温：2.1℃多年平均风速：1.40历年最大风速：13.00，风向：NE水库吹程：3.0最大积雪厚度：21基本雪压：0.25五、工程地质资料该工程区地震基本烈度小于Ⅵ度，不考虑地震荷载。基岩物理力学指标如下饱和抗压强度：15～25；抗剪指标：f砼/岩=0.6～0.62；抗剪断指标：f′砼/岩=0.7～0.8，c′=0.70。1.坝址工程地质条件坝址基本为“U”型横向谷，河流流向2650，河床大部分为冲积砂砾石覆盖，河床高程182～183.5，河床宽202，右河床为浅滩，水深0.5～1.0m,左河床为人工改造河槽，水深1.5～2.0。当正常蓄水位192时，河谷宽232。两岸地形对称，边坡较陡峻。左岸坡角400～430，为崩坡积物所覆盖，山顶高程324.74；右岸坡角420～450，基岩裸露,山顶高程315.25。坝区除少部分为第四系松散堆积物覆盖外，基岩大部分裸露，出露的主要岩性有绢云母板岩夹中薄层长石砂岩。坝区地质构造较简单，断层未见。岩层产状N200～250E,SE＜600～700，其走向与河流交角600～650，倾向上游偏左岸。坝区岩石风化主要受岩性所控制，坝基及坝肩大部分为绢云母板岩，其抗风化能力较弱，两岸肩强风化相对较深。据钻孔地下水位观测资料，左坝肩地下水位埋深9.5～40（高程225以上），右坝肩地下水位埋深3～23（高程226以上），远高于蓄水位。据钻孔压水试验资料表明，基岩的透水性与岩体风化程度密切相关，强风化带及弱风化带上部岩体节理裂隙较发育，岩体完整性较差，透水性较强，为中等透水带，弱风化带中下部和微风化岩体透水性较差，基本为弱透水或微透水带。坝基防渗帷幕下限（q<5lu）埋深，左岸10～28，河床2～10，右岸6～20。2.坝基岩石物理力学指标坝基岩石物理力学指标建议值在下表1-4中列出。表1-4坝基岩石物理力学指标建议值表岩石名称风化程度饱和抗压强度砼与岩石抗剪强度砼与岩石抗剪断强度临时开挖坡比备注fC(MPa)f′c′(MPa)长石砂岩含砾砂岩强2.5～2.630～3500.7～0.750.3～0.353～44～5上坝址弱2.7～2.7545～5000.9～0.950.8～0.98～107～8砂质板岩强2.54～2.568～1000.55～0.600.10～0.152～2.52～3上坝址弱2.75～2.7620～2500.80～0.850.45～0.506～84～5绢云母板岩强2.5～2.556～800.50～0.550.08～0.101～22～2.5下坝址弱2.72～2.7515～2000.75～0.800.35～0.404～53.5～4.53.引水发电隧洞坝址引水隧洞进口地形坡角28°～60°，上覆岩体厚6～18，围岩为Zaj2-4岩组灰绿色绢云母板岩，劈理发育，岩层产状N20°E，SE∠65°，倾向洞外°W，SW∠87°及N10°E，SE∠85°三组节理，面多闭合平直，延伸长0.5～1.0。强风化带下限埋深8～12，岩体因节理裂隙发育较破碎，成洞条件差，建议采取明挖。开挖坡比，。岩坡上覆岩体厚18～66，围岩为Zaj2-3岩组上部灰白色厚层状长石砂岩，围岩呈弱～微风化状态。岩层产状N22°E，SE∠64°，与°E，SE∠80°～85°两组节理，面紧密闭合，延伸长0.5～1.0。该段位于地下水位以下，岩体完整性较好，基本稳定，成洞条件较好。其中平距40～70段属Ⅲ类围岩，f=4～5，K0=35～40；平距70～110段属Ⅱ类围岩，f=6～7，K0=50～55。逐渐深入上覆岩体厚24～107，围岩为Zaj2-3、Zaj2-2岩组灰绿色绢云母板岩夹中厚层长石砂岩，围岩呈弱～微风化状态，岩层产状N22∠64°，与洞轴线交角38°，板岩内产状N15°E，NW∠75°劈理较发育。主要发育N50°～60°W及N10°E两组高倾角节理，面平直闭合，延伸长0.5～1.0m。该段位于地下水位以下，岩体完整至较完整，大部分洞段基本稳定，成洞条件较好，但局部洞段（310～350）劈理、节理较发育，稳定性较差。其中平距110～310段属Ⅲ类围岩，f=4～5，K0=30～35；平距310～350段属Ⅳ类围岩，f=3～4，K0=15～20。出口附近地形坡角15°～45°，上覆岩体厚2～24。围岩为Zaj2-2岩组灰绿色绢云母板岩夹长石砂岩，板岩内劈理发育。岩层产状N15°四组节理，面多闭合，延伸长1～5。强风化带下限埋深5～16m。该段位于地下水位以下，岩体因节理、劈理发育完整性差，成洞条件差，建议°E，倾向洞外的两组缓倾角节理较发育，加上与NWW向、NNW向高倾角节理组合形成不稳定块体，对洞脸边坡与开挖边坡稳定不利，建议采取锚固处理措施。4.厂房工程地质条件厂房位于河弯下游9#冲沟出口的冲积堆积Ⅰ级阶地一带，阶地宽10～12，阶面高程183～184，后山坡坡角45°，基岩裸露。阶地上部为灰褐色粉质粘土，下部为砂砾石，厚1.0～1.8，基岩为Zaj2-3、Zaj2-2岩组灰绿色绢云母板岩夹灰白色长石砂岩。岩层产状，N15六、天然建筑材料本阶段勘察按普查精度要求进行，除对原规划料场进行复核外，重点对石料进行了勘测，共勘查储量：砂砾料180.85×104，土料77.5×104，石料988.22×104，储量基本能满足要求。石料共调查5个料场，总储量988.24×104。除独岩滩料场为估算储量外，其他四个料场均实测断面，用平行断面法计算储量。5个料场均位于库内两岸。为Zaj2、Zaj3的厚层砂岩、含砾砂质板岩、含砾砂岩等，弱风化岩石较坚硬，饱和抗压强度。表部无用层为风化破碎岩石，厚度0～20。靠近河岸边为弱风化岩石，山坡无用层厚度较大，开采条件较差。芦塘等四个料场运距近，小于1，应优先开采。独岩滩料场远距较远，达5.5,可作为备用料场。各料场均无公路相通，需修建简易公路。水轮机机组的选型2.1机组台数的选择与单价容量的确定2.1.1机组台数确定水电站机组台数的本质是其技术经济比较的过程，根据水电站在已经确定的总装机容量的情况下来选择水电站机组台数。某些情况下机组确定可与水轮机的型式、水轮机的主要参数同步选择，需考虑以下几种关系。1、台数与机组容量、投资的关系在总装机容量确定的情况下，台数少时单机容量就大，单机容量大的水轮机其单位千瓦投资就少，配套设备、土建投资也相应减少，即可以发挥水电站设计的经济性。然而单机容量大的水轮机其尺寸就大，在制造、运输和安装等方面都存在较大难度。台数多时反之。2、台数与电站效率的关系同类型的单台机组与电站在电力系统中担任的基荷或担任峰荷且承担调频时，所选择的台数方案不同。在电力系统电站担任基荷时，选择较少台数。在担任峰荷时，选择较多台数。3、台数与电气主接线、运行维护的关系在水电站机组台数多时，其运行灵活，益与运行检修，可避免发生空蚀和振动。机组台数少时，水轮机的维护量，事故率都相应增大。为了电气主接线对称宜采用偶数台数，因为扩大单元接线时，可节省变压器的费用，大型机组受容量限制只采用单元接线时，不考虑奇偶台数。2.1.2机组单机容量的选择机组的单机容量：N=15MW÷3MW=5MW水轮机的额定出力：Nґ=N÷95﹪=5MW÷95﹪=5.264MW2.2水轮机的型号以及装置方式的选择2.2.1型号选择在水电站厂房的设计中水轮机的选型是最为重要的一步，其根据已知的机组容量和特征水头在水轮机的系列型谱中选择。不同水头范围都有其适用的水轮机型式，在图表中选择适当的水轮机型式时一般最少选择两种型式的水轮机类型（水轮机上限水头由结构强度和汽蚀特性决定，选择时一般不可超出上限水头范围，下限水头范围由经济因素决定），这样方便方案的比较分析和计算，以确定出最佳的选型方案。确定水轮机类型后可根据水轮机模型参数表再次确定水轮机型号。此次设计中的水头范围为9.5m～12.9m，根据系列型谱表可选择HL310（5m～20m）和ZZ560（5m～20m），因为以上两种方案均使用，所以将两种方案各参数计算并比较分析，然后确定一种最佳方案。2.2.2装置方式的选择机组转轮直径小于1m、吸出高度为正值的水轮机，常采用卧轴装置，以降低厂房高度，而且卧轴机组的安装、检修及运行维护都较容易。根据以上条件，该设计采用卧轴装置。水轮机参数计算

ZZ560型水轮机方案主要参数的选择(三台机组)

ZZ560水轮机水头范围12∽22，ZZ560水轮机模型参数，见下表2-1转轮型号实验水头H(m)直径D(mm)最优工况下的单位转速n106cm

in)最优工况下的单位流量Q'10U/s)|最优工况下的效率n(%)|限制工况下的单位流量Q'10L/s)限制工况下的效率n(%)ZZ5603.046013094089.0200081.0

1.转轮直径D1的计算

根据水轮机型号ZZ560查上表得，该水轮机在限制工况下的Q1Μ'=2.0m^/s，ηΜ=81%，所以初步假定原型水轮机Q1'=Q1Μ'D1为水轮机直径

Q1水轮机单位流量为：由发电机的额定出力求得，对于中小型水电站ηg=0.92~0.95，Ρr=Ρeηg=15000/3/0.95=5264kW

代入式中得D1=Pr9.81×η×n1'=130r/min表示选用的最优单位转速

Hav=12.3m选用设计水头

D1=3.0m为选用的标准直径

由额定转速系列表3-13查的相近而偏大的转速，取n=166.7r/min

3.效率及单位参数修正

(1)效率修正。查表3-9可得：水轮机在最优工况下的模型最高效率η由此可得原型水轮机最高效率

ηmax=1−(1−η

式中:考虑水轮机原型与模型工艺水平影响的效率修正值时，取ε1=1%~2%;由于原型水轮机转轮直径尚未求得，所以效率修正值也不能计算，计算时可根据经验初步假定（一般限制工况下的ηΜ增加2%∽3限制工况下的原型水轮机:

η=ηΜ+∇η=81%+0.004=81.4%

由此可见：以上D1nηmax=ηΜmax+∇η=0.89+0.004=0.894在转速和直径被选定好以后，根据Q1max'(1)按水轮机的Hr和D1计算出水轮机在额定出力工作时的最大单位流量

水轮机的额定出力Pr为

Q得水轮机的最大引用流量为Qmax=Q1max'D1nnn

(3)将Q1max'、n1min'和n1max'5.确定吸出高度H根据水轮机的设计工况参数n1r'=147.5rmin，HHL310型水轮机方案主要参数选择(三台机组)

HL310水轮机水头范围5∽20，HL310水轮机模型参数，见下表2-1转轮型号实验水头H(m)直径D(mm)最优工况下的单位转速n106cm

in)最优工况下的单位流量Q'10U/s)|最优工况下的效率n(%)|限制工况下的单位流量Q'10L/s)限制工况下的效率n(%)HL3100.30539088.3122089.6140082.6

1.转轮直径D1的计算

根据水轮机型号HL310查上表得，该水轮机在限制工况下的Q1Μ'=1.4m^/s，ηΜ=82.6%，所以初步假定原水轮机Q1'=QD1为水轮机直径

Q1水轮机单位流量为;由发电机的额定出力求得，对于中小型水电站ηg=0.92~0.95，Ρr=Ρeηg=15000/3/0.95=5264kW

代入式中得D1=Pr9.81×η×n1'=88.3r/min表示选用的最优单位转速

Hav=12.3m选用设计水头

D1=3.8m为选用的标准直径

由额定转速系列表3-13查的相近而偏大的转速n=83.3r/min

3.效率及单位参数修正

(1)效率修正。查表3-9可得由此可得原型水轮机最高效率

ηmax=1−(1−η

式中:考虑原型与模型水轮机工艺水平影响的效率修正值时，取ε1=1%~2%;由于原型水轮机转轮直径尚未求得，所以效率修正值也不能计算，计算时可根据经验初步假定（一般限制工况下的ηΜ增加2%∽3限制工况下的原型水轮机效率:

η=ηΜ+∇η=82.6%+0.008=83.4%

由此可见：以上D1nηmax=ηΜmax+∇η=0.826+0.008=0.834

在转速和直径被选定好以后，根据Q1max'及各特征水头计算出相对的n1'值来。

(1)按水轮机的H,和D1计算出水轮机在额定出力工作时的最大单位流量

QQmax=Q1max'D1nnn

(3)将Q1max'、n1min'和n1max'5.确定吸出高度H根据水轮机的设计工况参数n1r'=93.3rmin，QHs

HL310型水轮机与ZZ560型水轮机两种方案的比较

序号项目ZZ560HL3101模型转轮参数推荐使用的水头范围H

(

m)10-222-202最优单位转速

(

r/min)13088.33最优单位流量

(L/s)94012204最高效率(%)8989.65空化系数0.15-0.36原型转轮参数工作水头范围H

(

m)9.5-12.99.5-12.97转轮直径.33.88转速n(r166.783.39最高效率~(%;92.493.410额定出力P(kW)5264526411最大引用流量Q(m/s)57.483.312吸出高度(m)-0.754.28由于HL310型水轮机方案多存在于高效率区域，所以其运行效率高，相比较之下HL310的汽蚀系数小，对提高年发电量有益，因此初步选用HL310型。二、蜗壳的相关计算2.4.2蜗壳的型式及其主要参数的选择蜗壳的型式蜗壳的型式主要有金属型和混凝土型两种，依据其制作材料划分。在其水头大于40m时一般采用金属型蜗壳（也可采用混凝土设计壳，此时需在蜗壳内壁加钢板里衬用于防渗，H最高可达80m），在水头小于40m时常采用混凝土型。该电站的设计水头范围为9.5m～12.9m，宜采用混凝土型蜗壳。蜗壳的断面形状混凝土蜗壳的形状宜采用“T”形或“L”形，“T”形蜗壳又分为对称式（m=n）、下伸式（m>n）、上伸式（m<n），“L”形蜗壳又称平顶式蜗壳（n=0）,因此选用断面形状为平顶式。蜗壳包角的选择混凝土蜗壳的包角一般为φ0=1352.4.3蜗壳的水力计算1、确定蜗壳进口断面的平均流速蜗壳进口断面的平均流速可根据水轮机的额定水头在“混凝土蜗壳进口断面的平均流速曲线”中查找获得。取Vc2、进口断面的计算在蜗壳采用平顶式（n=0）时，γ=10°~15°，取15°，δ=20°1、确定蜗壳进口断面面积FF2、确定蜗壳进口断面尺寸由bb=b0F联立上式可得m=2.73ma=2.64mb=4.22m断面半径：R0由《水电站》的表3-9可查的HL310型水轮机线管参数，其导叶相对高度是0.391，则可计算导叶高度b0此时已知转轮直径是3.8m，由下表可查Db=5m，Da=5.75m，表2-4设计规范表转轮直径D座环内径D座环外径DH=170m以下H=170m以上H=70m以下H=75～115mH=11～170mH=17～230m1800200022502500275003000330038004100450050005500600065007000750080002600285032503400365040004400500054506000660073008000855092501000026002850325034503700405044505050550061506850755082008900310034003850405044504700515058006300710077508550935010000108001170031003400390041004550475052005850635071507800860094501010010900110303150345039504200465048005300600064507200785087009550102003200350040004350475049005400610066007450820090509850107003、中间断面划分并计算R5.525.325.024.724.424.123.823.52a2.642.522.221.921.621.321.020.72m2.732.5322.0521.5721.0920.6120.132-0.348b4.224.0323.5523.0722.5922.1121.6321.152F10.159.307.255.334.152.741.660.82φ1801651299574492915所以蜗壳的进口宽度可计算得B=2.5尾水管设计2.5.1尾水管的作用和形式在反击式水轮机中，尾水管的采用决定着水轮机的效率和稳定性，其性能的优劣性及其重要。尾水管安装在水电站的下部，其型式及尺寸对水电站的投资有着很大的影响。常用的尾水管有直锥形、弯锥形和弯肘型三种，在本设计中为了减少开挖量，降低高程，采用弯肘型尾水管。它由直锥段、中间肘管段和出口扩散段组成。2.5.2弯肘形尾水管主要尺寸的确定（1）尾水管高度水轮机导水机构底环平面与尾水管地板平面被称为尾水管高度，增大直锥段长度可降低肘管段进口流速，减少水利损失，改善尾水管偏心涡的振动。为确保运行安全，在采用小于正常推荐范围的数值时需进行充分的论证或实验研究。（2）肘管型式由于肘管影响着整个尾水管的性能，因此选用性能良好的肘管时需要经过多次实验验证，为了实际工程设计应用的方便，常采用标准混凝土管肘。（3）水平长度机组中心到尾水管出口的距离为水平长度，增大水平长度，可增加出口面积，降低出口动能，提高水轮机效率。但是水平长度过于太长，将增加沿程水力损失和部分厂房水下损失的尺寸。2.5.3弯肘形尾水管的部分尺寸的计算根据所推荐的尾水管尺寸表计算尾水管的各个实际尺寸：ℎLBDℎℎLℎ比例201.351.350.6751.821.22实际尺寸9.8817.110.33656.9164.636由D3=1.06×D1h而h1依照规范h1应取400mm,即hh有以上可得数据绘制尾水管图如下：2.6水轮机的空蚀及防治措施水轮机的空蚀从其发生位置一般可分为翼型空蚀、空腔空蚀和间隙空蚀三种。空蚀破坏在任何液体的一定动力条件下能对任何固体材料产生破坏。当水轮机的空蚀发展达到一定程度时，叶片绕流就会变坏，进而缩短水力距，使功率下降，效率降低。当空化和空蚀共同作用时会出现噪声和压力脉动，特别是尾水管的脉涡带，在其频率与相关部件的自振频率吻合时，必引起共振，造成机组的振动、出力的摆动等，对机组的安全运行有着巨大威胁。防治措施：改善其水力设计和运行条件，提高工艺水平并采用抗蚀材料和适当的运行方法2.7发电机的选择2.7.1发电机型式的选择基于水轮发电机的型式和转速可确定水轮发电机的型式为立式布置的SFD5-22/745型发电机。立式水轮发电机有伞式和悬式两种，在转速小于150r/min时，选用伞式。基本参数为额定转速n=83.3r/min，对应的磁极对数为P=362.7.2水轮发电机的结构尺寸主要尺寸估算1）确定极距ττ=Kf式中已知Sf=Kf为系数，取值范围为8到10，这里取得：τ=102）确定定子铁芯内径DD3）定子铁芯长度LL已知式中ne为C为系数，由空冷方式在下表中查取表2-7系数C冷却方式空冷水冷额定容量10000以下10000—100000110000—35000085000—350000C0.000002~0.0000040.000004~0.00000650.000006~0.0000080.00001~0.000013可得L定子铁芯外径Da依据《水电站机电设计手册》知，可用ne<166.7rpm，ne>166.7rpm，式中：ne=83.3rpm，则D外形尺寸估算定子机座外径Dne<136.4rpm，136.4≤ne<214rpm，214≤ne<300rpm，代入数据得：D1=1.14确定风罩内径DSf≤20000kVA，D由以上数据得：D2确定转子外径DD已知：§表示单边空气间隙，可忽略不计。由此可得：D确定下机架最大跨度D10000kVA≤Sf<100000kVAS式中：D5表示水轮机机坑直径，查阅资料可知在水轮机转轮直径为D1=3.8m=3800mm由数据得：D确定推力轴承装置外径D6和励磁机外径在下表2-8中可查得。表2-8推力轴承装置外径和励磁机外径单位：mm发电机容量（kVA）10000-2000020000-6000060000-100000100000-300000推力轴承装置外径2000-26002600-36003600-42004200-5000励磁机外径1400-16001600-26002600-36003600-4800D轴向尺寸可估算得：确定定子机座高度hn214>n125>nn本设计中，neh选择水轮发电机结构形式：D所以采用全伞式结构上机架高度h悬式承载机架：h伞式非承载机架：h此处选用伞式非承载机架，由以上数据求得：h2=0.10确定推力轴承高度h3、励磁机高度h4、副励磁机高度h5和永磁机高度h6时。可表2-9推力轴承、励磁机和永磁机的高度单位：mm发电机容量（kVA）<20000≥20000h10001500—2000h1500—18002000—2400h600800—1200h500600—900由设计资料，得hh下机架高度h本设计中选用伞式承载机架：h7h7=0.20定子支座支承面至下机架支承面的距离h悬式非承载机架：h伞式承载机架：h无下机架：h本设计中选用伞式承载机架，代入数据得：h8=0.15确定下机架支承面至主轴法兰底面距离h9按统计的发电机生产资料，选取700至1500mm，优选确定转子磁轭轴向高度h本设计中选用有风扇时h10=h确定发电机总高度HH==207.73+70.67+100+180+60+50+141.33+176.66+150+166027=1302.66cm发电机主轴高度hh代入数据得：h11定子水平中心线至法兰底面距离hh代入数据得：h12=0.46由以上计算数据，汇总如下表：表2-10水轮发电机的结构尺寸单位：cm项目符号估算结果（cm）定子外径D745定子内径D710定子长度L90极距τ31定子机座高度h208上机架高度h72定子支撑面至下机架支撑面距离h177下机架支承面至主轴法兰底面距离h150转子磁轭轴向高度h167发电机主轴高度h1045定子水平中心线至法兰底面距离h262法兰盘地面至发电机层地板高度H1305机座外径D848风罩内经D1048转子外径D707下机架最大跨度D580水轮机机坑直径D520推力轴承装置外径D260励磁机外径D160布置特点说明：上机架埋入地板内、励磁机及其机架在其上露出地面，推力轴承在下机架之上。2.7.3调速设备的选择水轮机调节是指依据外界负荷的变动来调节机组出力，使其与外界负荷相适应并保证机组的转速在一定的范围内变化。水轮机的过流量通过机组转速的反复改变来实现调速趋于稳定于新的工况，从而满足发电机用电设备的要求。单调节调速器只需调节导叶开度，常用于混流式、轴流定浆式等水轮机。在拥有导叶和转轮叶片轴流转浆式、有喷嘴和折流板的水斗式、带有减压阀的混流式等水轮机都需要同时协调调节两个对象，此时采用双调节。本设计为混流式选取单调节调速器。由资料根据下面经验公式估算反击式水轮机调节：=130.93kgm已知上式：H为水轮机的最大水头12.9mQ为额定出力时最大水头下的流量D1为转轮直径3.8所以可得：额定出力时最大水头下的流量为0.85m3由以上数据可选择SBT—125机械液压式调速设备5水电站主厂房设计5.1厂区枢纽平面布置5.1.1厂区布置原则1）满足厂房各部位结构强度和稳定性的要求2）尽量减少对农田、天然植被的占用，保护生态及文物3）厂区各部分建筑合理布置、相互协调、避免互相干扰，方便运行、管理和维护4）考虑厂区的消防、排水及机电设备的运行检修5）主要建筑物艺术处理，起到美化环境的作用5.1.2厂区平面布置厂区平面布置的主要任务是水轮机组、调速器、油压装置等机电设备各个建筑物合理安排、相互协调，使之水流顺畅，发挥良好。依据地形地质环境条件，使之运行安全可靠，施工交通方便，投资少。具体分析，拟定合理方案。5.2主厂房平面设计5.2.1主厂房长度L的确定(1)机组段长度的确定:机组段长度L主要由蜗壳、尾水管、发电机风罩在X轴方向的尺寸来确定,并考虑机组附属设备及主要交通道、吊车运输、阀门布置等所需的尺寸。L按下式计算：L式中:L+x——机组段在+x方向的最大长度L−x——机组段在-x方向的最大长度.蜗壳层LL式中：δ1——蜗壳外部混凝土厚度,初设时取1.2～1.5m，本设计中取为1.5mR1——蜗壳在+x方向最大平面尺寸:2.5mR2——蜗壳在-x方向最大平面尺寸:10.15m代入数据计算得：L+xL②.尾水管层LL式中：B——尾水管宽度,取为13.95m；δ2——尾水管边墩混凝土厚度,由水工结构确定,初设时可取1.2～1.5m，对大型机组取2m，本设计中取为2m代入数据计算得：L③.发电机层L+xL式中:Φ3——发电机风罩内径,Φ3b——两台机组间风罩外壁的净距，一般可取1.5～2.0m，若在两台机组间设楼梯，一般取2～3m，现取2m；δ3——发电机风罩壁厚，一般取0.3～0.4m，现取0.4m代入数据计算得：L在蜗壳层、尾水管层和发电机层的计算中,L+x、LL考虑到设备布置、交通、楼梯、分缝等问题取L+x=4m：L−x=L(2)边机组段长度的确定边机组段是指位于安装间另一端的机组段，初步设计时边机组段加长段可取ΔL=0.1～1本设计中安装间在厂房左侧，D1=3.8m，所以ΔL=0.1～1D1(3)安装间长度的确定安装间又称装配场，它是组装、检修设备的场所，其位置设在厂房左侧，与进场公路连接。安装间的宽度与主机室的宽度相等，以便使用起重机。确定安装间的尺寸主要在于确定其长度，一般均为机组段长度的1.0～1.5倍，即L安=1.0～1.5(4)主厂房长度主厂房长度按式计算：L=n−1式中：L1——机组段长度n——机组台数（m）；L2——边机组段长度（m）L安——安装间长度（m）则L=5.2.2主厂房宽度B的确定以机组段中心线为界，厂房宽度可分为上游侧宽度Bs和下游侧宽度BB=B（1）水上部分宽度的确定①.上游侧宽度：B式中：A——风罩外壁至上游墙内侧的净距，取为5m；δ3——发电机风罩壁厚，取0.4mΦ3——发电机风罩内径，Φ3=代入数据计算得：B②.下游侧宽度：B式中：C——下游走道宽度，取为3m。代入数据计算得：B则主厂房宽度为B1（2）水下部分宽度的确定①.上游侧宽度：B式中：R1——蜗壳上游侧断面外半径，取4.6mδ——混凝土保护层厚度，取为1.0m；α——蝶阀坑宽度，取为4.0m。代入数据计算得：B②.下游侧宽度：B式中：L——尾水管长度，取17.1m。代入数据计算得：B则主厂房宽度为B2综上估算，在B1和B2两者间取较大值为B=26.7m，考虑到施工的方便以及厂房墙体的厚度，最终取厂房的宽度为27m，其中5.3主厂房各层高程的确定5.3.1水轮机安装高程∇安对于立轴混流式水轮机：∇安式中：∇下min——下游最低尾水位，取为179.12mb0——导叶高度，bHs——水轮机的吸出高度，H将以上数据代入式得∇安考虑到在实际运行中为防止水轮机气蚀，决定降低安装高程，取为183m。5.3.2尾水管底板高程∇1∇1=式中：h——尾水管高度，为9.88m；将以上数据代入上式计算得：∇15.3.3基础开挖高程∇2∇式中：S——尾水管底板厚度，岩基：S=1.2～2.0m；土中：S=3～4m，本设计中取为1.5m。将以上数据代入上式计算得：∇25.3.4水轮机地面高程∇3∇式中：ρ——蜗壳从安装高程向上的最大尺寸，即混凝土蜗壳进口断面半径，为6.975m；δ——蜗壳顶部混凝土厚度，初设时可取为0.8～1.0m左右，大型机组可达2～3m,本设计取为3m。将以上数据代入上式计算得：∇35.3.5发电机装置高程∇4∇4式中：h1——进人高度1.8～2.0m,本设计取2.0mh2——进人顶部厚度1～3m，本设计取3.0m将以上数据代入上式计算得：∇45.3.6发电机层楼板高程∇5考虑如下因素，取满足以下要求的最大值。1.保证水轮发电机出线和油、气、水管道的布置要求：∇式中：h3——发电机净层高，一般不小于3.5～4.0m，本设计中取4m2.考虑发电及布置方式和选定机组发电机主轴长度的影响：∇式中：h4——定子机座高和上机架高的一般为2.69m将以上数据代入上式计算得：∇5.3.7吊车的轨顶高程起重机装置高程∇6根据《水电站机电设计手册》，当机组台数小于4台时，起重设备选用一台2x100/20t双小车桥式起重机，双吊钩，起重机装置高程∇6式中：h5——调运设备时需跨越的固定设备或建筑物的高度范围为0.6～1m，取为1.0mh6——吊运部件与固定物间的安全垂直距离，不应小于0.3m，初设取为0.5mh7——最大吊运部件高度为8.0mh8——吊具高度为2.0mh9——吊车主钩至轨顶的最小距离为0.7将以上数据代入上式计算得：∇65.3.8天花板高程∇7天花板高程∇7可由下式估算：∇式中：h'——轨顶到吊车小车顶部距离,由机电手册取为4.5mh''——吊车检修预留空间，其值不小于0.3m，取为0.5m将以上数据代入上式计算得：∇75.3.9屋顶高程∇8屋顶高程∇8∇式中：h10——屋顶结构厚度,取为1.0将以上数据代入上式计算得：∇86水电站副厂房设计6.1副厂房的组成副厂房的规模根据水电站装机容量、机组台数、电站在电力系统中的作用、自动化程度和遥控的应用而有所变化。6.2副厂房的平面布置（1）中央控制室中控室是整个水电站运行爱护，调度，控制和监控的神经中枢。它毗邻主厂房，能在一定程度上缩短控制电线的长度，加强主机房与中控室的连接。房间要求通风良好，光线均匀柔和，避免阳光直射到仪表板上，并设有隔热和遮阳措施，预防西晒，无噪音干扰，室内湿度适宜，保证仪表的灵敏度和准性。室内净高4米，长10米，宽6米，面积60平方米。（2）集缆室布置在中控室和继电保护屏室的下层。面积略小于中控室。长9米，宽6米，面积54平方米。室内布置简单，净高2．5米，方便工作人员站立和上班。室内只装电线和电线吊架，设置两个安全出口，做好防潮设计。（3）继电保护盘室布置在中控室附近，长8米，宽6米，面积为48平方米。（4）通讯室及远动装置室当输电电压在110KV以上时，系统调度中心为电站和系统指挥电站的运行。专门设置载波电话通讯室，自动电话交换机室，微波或其他无线电通讯室，远动设备室。这些房间与中央控制室相邻，在同一标高。房间的最小高度为3．5米。要求防尘，防震，防止声音过大。不得靠近蓄电瓶室或强电设备。对于微波或其他无线电通讯室，应在屋顶或屋顶附近设置天线或微波发射塔，长7米，宽6米，面积42平方米。（5）开关室为了使发电机引出线较短，减少电能损耗，常将开关室布置在靠近机组的副厂房内，通向防爆间隔的通道净宽为2米，高为3米，通道上不能够有裸露的电气设备、导体和电缆封端，采用成套配电装置，最小净距尺寸按规范规定。开关室长度为25米，设两个出口，门向外开，两个出口相距为5米，采用自然通风。（6）直流系统用房一般包括蓄电瓶室，储酸室，套房（前室），鼓风机房和充电器室。这些房间在一楼与地面同高相邻布置。为防止酸残液渗入下面的房间，直流系统室一般不布置在中控室，配电装置室（配电室），通讯室的上方。蓄电瓶室应预防酸性气体外溢，避免硫酸气体产生的氢气在阳光直射下引起爆炸。除了用人工照明，还应增加防爆措施。房间里没有窗户，或者窗户被漆成了遮阳的。门，窗，墙，天花板，电池架，混合池等均应铺设耐酸材料。地面和墙裙应使用白色瓷砖（接缝处应使用真正的耐酸砂浆）或耐酸沥青地板，并具有适当的排水坡度，以便于排水。同时设置单独的出入口和单独的排气系统。风机房与蓄电池室相邻，通风电机为全封闭或防爆。上述房间的门应向外打开，以确保安全。（7）厂用电设备房间厂用变压器位于电厂外主变压器旁。每台机组布置在单独的防火防爆室内，与汽机层同层，设有专用走廊。发电厂变压器一般在现场检修，门朝外，地面坡度2％向油底壳倾斜。成套开关柜的辅助高压发电机通常位于汽轮机层的母线室周边，但不在发电机层或离中央控制室太近。根据要运输的最大设备的外形尺寸加上0．4m，确定门的宽度和高度。400V低压配电装置即配电盘应集中布置在单独的房间内。400V主面板不应靠墙布置。主面板室不应离中央控制室太远。分屏室可布置在装配场，汽机层，水泵房，空压机房，机修间，油处理间等负荷点附近。6.3厂房的通风、空气调节、取暖、防潮与采光在水电站厂房的发电机层夏季稳定常常会很高，造成运行人员身体的不适、工作环境恶劣。也由于该层房间的高程低于水面，潮湿现象严重，使得很多工作人员患了职业病。在中央控制室、载波和微机室这类电气设备较集中的地方，高温导致各类电气设备安全隐患大，增大了设备的故障率。电缺陷设备在低温条件下绝缘层易催化断裂，使使用期减短。在湿度相对过高时，元件发霉，绝缘能力降低，过低时常发生无动作。所以，厂内空气的温度、相对湿度和清洁度成为了工作人员十分重视的事件之一，提供良好的采光、新鲜空气和电气设备及元件的安全与使用寿命是建设中不可或缺的工作。解决“四度”问题最常用的方法是通风、空调、采暖。6.3.1通风水电站厂房的热量来源主要有内部发电机散热和外部光照传入热量两个方面，在炎热的夏季会由于厂房内外温差和太阳辐射导入大量的热，再加上厂内机电设备，照明灯具和人体的散热，会使厂内的温度急剧升高，这谢热量主要来源于机组运行时散发所以，地面厂房尽可能采用自然通风，当其达不到散热要求时，还需采用人工通风散热。（1）水轮发电机的通风冷却水轮发电机在运行时内部产生大量热，会造成转子、定子线圈的温度升高，进而导致导线外部绝缘层老化的加快，若不及时散发内部热量，严重时会烧坏发电机。此时水轮发电机需冷却解决。（2）主副厂房的通风在副厂房的通风中设计中不同功用的房间应采用不同的设计方法，在机密仪器较集中的房间应采用自然通