水电站建筑物课程设计1

一、绘制蜗壳单线图1、蜗壳的型式：在资料中已经给出水轮机的型号为HL220-LJ-225，而且电站设计水头HP=＞40m，根据《水力机械》第二版P96页书中蜗壳分类，那么蜗壳的型式应为金属蜗壳。2、选择蜗壳的主要参数〔1〕金属蜗壳的断面形状为圆形，为了良好的水力性能一般蜗壳的包角取。通过计算得出值，计算如下：eq\o\ac(○,1)式中：，eq\o\ac(○,2)其中：(由附表一查得)，，，〔由附表一查得〕。eq\o\ac(○,3)由蜗壳进口断面流量得〔2〕根据《水力机械》第二版P99中图4—30查得，可知当设计水头为＜60m时，蜗壳的进口断面的平均流速。〔3〕因为水轮机的型号HL220—LJ—225，那么由《水力机械》第二版P162的附表5查得此时蜗壳的座环内径=3250mm，外径=3850mm，所以有蜗壳座环的内、外半径分别为：==1625mm=，==1925mm=。3、蜗壳的水力计算〔1〕对于蜗壳进口断面：断面的面积：断面的半径：从轴中心线到蜗壳外缘的半径：。〔2〕对于断面形状为圆形的任一断面的计算设为从蜗壳鼻端起算至计算面处的包角，那么该计算断面处的，，。其中：，，。计算结果见下表：00001530456075901051201351501651801952102251.165240255270285300315330345〔3〕蜗壳断面为椭圆形的计算当圆形断面半径的时候蜗壳的圆形断面就不能与座环蝶形边相切，这时就用椭圆断面。由《水电站动力设备手册》查得：蝶形边高度可近似定为：临界值，为座环蝶形边锥角，一般取55度。由圆形断面=3450，得蜗壳系数当=时得临界角结合可知，当断面包角在0～151度的时候，取椭圆断面。椭圆短半径椭圆的当量面积椭圆长半径椭圆断面中心距椭圆断面外半径计算结果见下表：A01530456075901051201352.453151根据计算结果，画蜗壳单线图，如下列图所示，比例为，单位为。蜗壳单线图〔单位mm〕比例1：80二、尾水管单线图的绘制因为选用的水轮机型号为HL220-LJ-225，说明水轮机的标准直径=225cm=。由资料中的图可有下表：型式参数5尺寸对于大中型水轮机，为了减小尾水管的开挖深度，都采用弯肘形尾水管，它由进口直锥段、肘管和出口扩散段三局部组成。〔1〕进口直锥段：进口直锥管是一个垂直的圆锥形扩散观，为直锥管的进口直径；对混流式水轮机由于直锥管与根底环相连接，可取和出口直径相等；对于混流式水轮机，其锥管的单边扩散角可取；为直锥管的高度，增大可减小肘管的入口流速，减小水头损失。进口锥管高度：5m；进口锥管上、下直径：=2.51m，=3.114m。〔2〕肘管：肘管是一变截面弯管，其进口为圆断面，出口为矩形断面，水流在肘管中由于转弯受到离心力的作用，使得压力和流速的分布很不均匀，而在转弯后流向水平段时又形成了扩散，因而在肘管中产生了较大的水力损失。影响这种损失的最主要的因素是转弯的曲率半径和肘管的断面变化规律，曲率半径越小那么产生的离心率越大，一般推荐使用的合理半径，外壁用上限，内壁用下限，那么有：=1×，×3.114=。〔3〕出口扩散段：出口扩散段是一水平放置断面为矩形的扩散段，其出口宽度一般与肘管出口宽度相等；其顶板向上倾斜，根据其出口宽度并不是很大，所以不用加设中间支墩。仰角=，长度=m，=m.。〔4〕尾水段的高度与水平长度尾水管的总高度h和总长度L是影响尾水管性能的重要因素。总高度h是由导叶底环平面到尾水管底板之间的垂直高度。在描述进口直锥管中已说明==＞=，所以属于高比速混流式水轮机。增大尾水管的高度，对减小水力损失和提高是有利的，特别是对大流量的轴流式水轮机更为显著。但对混流式水轮机尾水管中产生的真空涡带在严重的情况下不仅影响机组的运行而且还会延伸到尾水管地板引起机组和厂房的振动。为了改善这一情况，常采取增大尾水管高度的方法，但将会增大开挖量，经过试验，对于高比转速混流式水轮机，应取h≥，题目中h=H=＞，所以满足要求。〔5〕尾水管单线图根据表中的数据绘制单线如下：尾水管单线图〔单位：m〕比例1：100三、拟定转轮流道尺寸根据《水电站机电设计手册》——水力机械分册，时，HL220型的尺寸可以推求时的转轮流道尺寸。如下列图：四、厂房起重设备的设计T＜100T，而且机组台数为4台，所以选1台单小车桥式起重机，型号为100T/20T。相关的参数为：取跨度：；起重机最大轮压：；起重机总重：；小车轨距：；小车轮距：；大车轮距；；大梁底面至轨道面距离：；起重机最大宽度：；轨道中心至起重机外端距离：；轨道中心至起重机顶端距离：；主钩至轨面距离：；吊钩至轨道中心距离〔主〕：；副吊钩至轨道中心距离：；轨道型号：。厂房轮廓尺寸1、主厂房总长度确实定：厂房总长度包括机组段的长度〔机组中心距〕、端机组段的长度和安装间的长度。总长其中n为机组台数，为机组段长度，为装配场长度，为端机组段附加长度(1)、机组段的长度确实定机组段的长度主要由蜗壳、尾水管、发电机风罩在x轴方向〔厂房纵向〕的尺寸来决定。机组段的长度按下式计算：；其中：为机组段+x方向的最大长度；为机组段-x方向的最大长度；计算机组段长度时可按蜗壳层、尾水管层和发电机层分别计算，然后取其中的最大值。①按蜗壳层推求：其中：为时的，即=4.811m，为当时的，即=3.921m。，取1.4m，那么②按尾水管层推求：其中：为尾水管的出口宽度，为尾水管混凝土边墩厚度〔大型取5～7m,中型取3～4m,小型取1～2m〕依据图4知，，那么③按发电机层推求：其中：-2m,这里取由资料可知，发电机风罩内径那么据以上三种结构的计算情况，厂房的机组间距由水轮机蜗壳层推求的长度决定。那么〔2〕端机组段附加长度确实定〔3〕安装间长度确实定装配场与主机室宽度相等，以便利用起重机沿主厂房纵向运行。装配场长度一般约为机组段长的1.0～1.5倍。对于混流式采用偏小值，因此取1.2。。〔4〕厂房的总长度：2、主厂房宽度确实定〔1〕以机组中心线为界，厂房宽度B可分为上游侧宽度和下游侧宽度两局部，关于这两局部的计算可列式如下：①上游侧宽度：；其中，在前面的计算中已有，5m；A为风罩外壁到上游墙内侧的净距，取5m那么=9.55m。②下游侧宽度：除满足上式外，还需满足蜗壳在方向的尺寸和蜗壳外混凝土厚度的要求。对于发电机层：其中：为风罩外壁到下游墙内侧的净距，主要用于主通道，一般取2m，=8.4m，5m；那么。对于蜗壳层方向为：。其中：为为时的，为m；为混凝土保护层的厚度，取那么综上所述，取=6.55m。因此，。〔2〕由厂房的辅助设备，根据桥机跨度确定主厂房的宽度：根据起重机设备可知桥机的跨度为16m。如下列图所示：牛腿以上：牛腿以下：其中：—桥机端与轨道中心线的距离，查桥机的有关规定取——，取——，取——，取1m—偏心距，一般取0—，取所以牛腿以上：牛腿以下：综合〔1〕〔2〕，取主厂房的宽度B为18.6m.3、厂房各层高程确实定〔1〕水轮机的安装高程根据《水力机械》第二版P40页中2-41公式可得立轴混流式水轮机安装高程计算公式：；；其中：为导叶高度，一般～，那么为汽蚀系数，可根据水轮机的特性曲线来确定；为汽蚀系数的修正值；=、=；H为计算水头，这里H=；为水电站厂房所在地点海拔高程的校正值，=；为水电站厂房建成后下游设计最低水位。当有3台或4台机组时，取1台机组流量应的尾水位，=；所以：=，。〔2〕尾水管底板高程其中：—底环顶面至尾水管的距离；—机组安装高程；—导叶高度。所以：〔3〕主厂房根底开挖高程：其中：——尾水管底板混凝土厚度，取1.5m；——尾水管出口高度；——从水轮机安装高程向下量取到尾水管出口顶面的距离那么=H=6.593m〔尾水管的高度〕；〔4〕进水阀地面高程其中：—钢管中心线高程，；—阀外半径，即引水钢管半径，蝶阀尺寸Ф3400mm，那么=1.7m；—钢管底部至主阀室地面的高度，钢管底部作通道为人检时用，—2m，此处取。所以：〔5〕水轮机层地面高程其中：—蜗壳进水断面导叶中心线以上的净空高度，=4.811/2=2.4055；—蜗壳上部混凝土厚度，对金属蜗壳可取。〔6〕发电机安装高程：其中：—进人孔高度，须满足水轮机层附属设备油气水管道和发电机出线布置要求的高度，一般为1.8～2.0，此处取2.0m；—进人孔顶部厚度，一般为左右，取1.0m。〔7〕发电机层楼板面高程：为了保证以下各层高度和设备布置及运行上的要求以及水不淹没厂房：-▽4=100.66-95.86=4.8m＞(3.5～4.0m)，满足；下游最高尾水位94.6m<100.66m,均符合要求。〔8〕起重机的安装高程〔轨顶高程〕其中：—吊运设备时需跨越的固定设备或建筑物的高度，发电机上机架高度为。———，取；—发电机主轴高度，；—吊运部件与吊钩之间的距离，一般在，取；—主钩最高位置〔上极限位置〕至轨顶面距离，。那么=100.66+1.22+0.6+5.02+1.2+1.474=110.174m。〔9〕屋顶高程m其中：——轨道面至起重机顶部距离，=3.692m；——检修吊车在车上留有高度，。4、安装间的位置选择及设计〔1〕位置：进厂的公路在主厂房的右侧，为了运输方便，把安装间布置在厂房的右侧；〔2〕尺寸：安装间的长度=13.92m，宽与主机室同宽为18.6m。安装间地面高程为98.86m与发电机层同高，这样可以利用紧邻的机组段场地进行安装、检修；〔3〕变压器坑：×的变压器坑；〔4〕检修坑：在安装间内设有的发电机转子检修坑，方便发电机转子检修；〔5〕吊物孔和楼梯：在安装间上游侧设有×的吊物孔，供吊运设备用；靠上游侧设有检修运行用的楼梯，净宽，坡度35；〔6〕大门：厂房的大门尺寸取决于运入厂房内最大部件的尺寸。因为上机架为，转子直径为，因此选用门宽为6m，高7m。为平安起见，门向外开。对安装间的具体说明如下：①发电机转子直径周围应留的空隙，以供安装磁极之用。②发电机上机架周围留有的间隙，供作通道用。③水轮机顶盖及转轮周围留有间隙，供作通道之用。六、厂区布置由于密云电站是河岸地面厂房，故其布置可根据已建成的河岸地面厂房——式子滩水电站厂区布置的方案〔一〕；根据拓溪水电站厂区布置的方案〔二〕。其布置图如下。比拟方案〔一〕和〔二〕对于方案〔一〕，由于地质条件的限制，高压管道从回岔管以后采用明管，这样造价也底，在厂房与后山坡之间形成一个很宽的地带，刚好用来布置副厂房，并且使主变尽量靠近机组端，以使引出线最短，因此让主变场与安装间紧靠着，由于开关站地面积很大，不易在主厂房附近找到理想的场地，所以主变和开关站分开布置。对于方案〔二〕,由于主变在主厂房的上游侧，它离主机组最近，因此线路最短，最方便，电能损失小，但是高压管道必须厂用埋管，这样造价高，并且地质也不允许，而且主厂房上游有一个很宽的地带，用于布置主变场有点浪费，故而适应布置在主变面积大的副厂房。经过对方案〔一〕、方案〔二〕的比拟，显然因地制宜选择方案〔一〕七、副厂房的设计水电站厂房除了装设运行必需的水轮发电机组、调速设备和装配场的主厂房外，还需要有设置机电设备运行、控制、试验、管理和运行人员工作的房间，称为副厂房。一般副厂房有3钟位置可供选择，即设在主厂房的上游侧、在主厂房的下游侧，或者设在主厂房靠对外交通的一端。总之副厂房的布置原那么是，运行管理方便，能够最大限度地利用一切可以利用的空间，以节省投资。它的布置可分为以下几局部：〔1〕、中央控制室应与主厂房的发电机层邻近，玻璃用隔音墙隔开，室内要求通风良好，光线均匀柔和，且不宜布置在主变压器场的下层或尾水平台上。〔2〕、集缆室，又称电缆夹层，布置在中控室和继电保护盘室的下层，高度以刚好能站立工作为宜，且平安出口不少于2个，并做好防潮设计。〔3〕、继电保护盘室布置在中控室，当开关站距主厂房较远，尤其是高程相差很大的情况下，可将输电线路保护盘室布置在开关站。〔4〕、通讯室及远动装置室要毗邻于中控室并且同一高程，室内最小高度为3.2~，要求防尘防震，防止过大的噪音，不应与蓄电池室或强电设备邻近。〔5〕、开关室应在靠近机组的副厂房内，使发电机引出线较短，减少电能损耗。通道上不应有裸露的电气设备、导体或电缆封端。出口个数根据开关站的长度而定，采用自然通风。〔6〕、母线廊道、母线室或母线竖井的布置要满足安装和维修的要求，母线竖井应设有巡视、检修用的电梯或楼梯，每隔4～5m设维修台，平台个楼梯的宽度不应小于。〔7〕、电缆廊道和电缆沟是在电缆多的情况下，为了敷设检修和更换方便而设的。〔8〕、直流系统用房一般包括蓄电池室、储酸室、前室、通风机室和充电机室等。这些房间应尽可能相邻布置在与地面同高的第一层，不能布置在中控室、开关室和通讯室的上方，以免酸性残液渗到下面房间。对坝内式、地下式或溢流式厂房内的直流系统应设专门通风管道。〔9〕、厂用电设备房间可布置在厂外主变压器旁，也可布置在厂内，尽可能靠近开关室，缩短其连接的母线。而且还应做好防火防爆的工作。〔10〕、电子计算机室一般布置在中控室近旁的同一高程上的单独房间里，室内应根本保持恒温、恒湿，要求装设自动空调装置。〔11〕、巡回监测装置室是为及时发现故障，减轻运行人员巡视和抄表的劳动而设置的，应布置在中控室和继电保护盘室内。〔12〕、电气试验室一般包括继电保护和自动装置、测量表计、精密仪表、高压灯局部。试验室应设置通风、采暖、防尘防潮措施，还要有局部照明。〔13〕、最后就是布置值班室和调度室及生活用房。八、电站的输电系统主变压器尺寸外形：长×宽×高＝696××635cm；箱身：长×宽×高＝400×200×418cm；铁芯高：372m。九、主厂房内部布置蜗壳之间布置蝴蝶阀，在事故停机或检修时，关断水流，在尾水管出口处备有检修闸门，当尾水管或水轮机检修时，用来挡住尾水进入。在发电层上游侧，布置每台机组的调速器和机旁盘，各布置油压装置一台，每个机组段(对应蝶阀中心)均留有蝴蝶阀吊孔。1、3号机组段上，布置水轮机层的楼盖，在4号机组上游侧布置在去副厂房的楼梯。水轮机层4号机组段上布置去蝴蝶阀层的楼梯。作用筒布置在机座的上游侧，调速器恢复机构〔杠杆〕在右侧作用筒上，并与位于发电机层的调压器的有关机构相对应。两台高压空气压缩机布置在3号机组作用筒的右侧，为油压装置充气之用。每一机组段上都布置着励磁室。低压配电装置室和离子励磁室布置在水轮机层的左端。每条压力管道上均安装有蝴蝶阀，在其前为伸缩节。每个机组段都设有漏油装置，在3号机组段上设有集水井。排水沟布置在上游墙侧，在集水井两侧布置尾水管排水泵两台，集水井排水泵两台，在2号机组上，布置消防水泵一台，每个机组段上均设有进入尾水管的进水廊道。为了防止地基不均匀沉降，在主副厂房之间用沉降伸缩缝分开，缝宽2cm。十、结构布置主厂房水轮机层以上局部,除了机座之外，主要为梁板，柱的结构。发电机层楼板厚度为，支承在通风罩和上下游混凝土墙的牛腿上，由于分期施工要求，在机组间加设了刚架柱，不仅用来支承发电机层楼板的荷载，而且具有加强构架的作用，刚架大梁的断面为50cm×100cm,立柱的断面是50cm×50cm。构架柱的下断面为×的矩形断面，上断面那么为1.0cm×，牛腿高为，倾角为45度，直角边长为，构架的间距为。副厂房选用的结构形式是钢筋混凝土钢架。副厂房的一局部荷载传递到主厂房构架上，因而其分缝与主厂房分缝相一致。构架立柱断面为×。中央控制室主梁断面为×1.0m。其余各层的主梁断面为×。次梁断面为×、×和×三种。楼板厚度为7～10cm。十一、厂房混凝土的浇筑分期厂房混凝土由于机组安装的要求，一般分成两期浇筑，其中尾水管、上下游墙、吊车梁以及局部楼板层梁，在施工中先行浇筑，称为一期混凝土；而为了机组的安装和埋件，需要预留空位，要等机组局部的设备到货后，尾水管圆锥段钢板内衬和金属蜗壳安装好后再行浇筑的混凝土，称为二期混凝土。十二、成果设计成果绘制成两张A1的图纸：其中厂房横剖面图一张〔手绘〕，包括主要设备技术指标表，比例1：100；厂房发电机层平面图一张〔打印〕，包括厂房发电机层、水轮机层、蜗壳层、尾水管层、包括副厂房各层，比例为1：200。ThebriefintroductionoftheMiyunreservoirAbstract:thisdesignisaboutthefactorybuildingoftheMiyunhydroelectricstation.Throughsimplecountandlookingforsomepreviousmeansanddesignprovidedates.ItisdesignthespiralshapeandThetailpipe,andalsothelength、width、andheightwithotherarrangementofThefactorystation.Keyboard:factorystationspiralshapetailpipedesigndrawingTheMiyunreservoirisusedforthefloodcontrolandalsotheworkandagriculturewatersupplyformainmission,andalsohasthecomprehensiveexploitationmarinehydraulicengineeringofgenerateelectricitytheperformance.Miyunreservoirareaacrossthetide,thetwoWhiteRiver,islocatedinMiyunCounty,northof20km,thetworiversintheMiyunCountyabout10kmsouthruntogetherofChaoheandWhiteRiverDepartment.Hirakatachaoheandtheminimumwatershedingoldtrenches,elevationforthe130m,chaoheHirakatareservoirsandreservoirconnectivityditchingold,baseelevation130mabovethewaterlevelinthesynthesisofareservoir-MiyunReservoir.Theaverageflowoftheriverformanyyears3/s.Synthesizeallsituation,electricitystationestablishesinWhiteRiver,packthemachinecapacityis4singlemachineofpedestals,intotal,theelectricityinBaihestationgenerateelectricitytoleakwaterandcanirrigatefollowingfarmlandintheCountryofMiyun.Thecharacteristicwaterlevelofthereservoirisasfollows:Stagnantwaterlevel:126m;Normalhighwaterlevel:;Designthefloodlevel:;Theschoolpitfloodlevel:;theheightofthedam:160m.Inspiteofthebenefitandeconomyandalsothesecure,taketherightbankprojectanddecidetoadopttheprojectofthedownstreamknollditchneighborhood.Thepastadoptionmetalsspiralshape.Theparticularsareinthedesigndirections.Thesinglelinediagramofthetailpipelinesdraw.Draw-upsturnbyturnasize,factorypremisesraisethedesignoftheheavyequipments.Accordingtoabovecalculationcircumstanceofthreekindsofstructure,takebiggestbeapartfromtotakeaccordingtothelayercalculatingmachineofthespiralis11.665ms.thetotallengthofthefactorypremises.Inaword,thewidthBthattakethemainfactorypremisesisa19.8m.Ofcourse,theotherconcretedetailsareinthedesigndirectionsandotherstructuresareinthedesigndrawing.Consult:《waterelectricitybuilding》;《waterelectricitystationmachineelectricitydesignmanual》水电站厂房课程设计评分标准项目权重分值优秀〔100＞X≥90〕良好〔90＞X≥80〕中等〔80＞X≥70〕及格〔70＞X≥60〕不及格〔X＜60〕评分参考标准参考标准参考标准参考标准参考标准设计方法与设计成果0．25100设计内容完整、设计步骤正确。设计成果合理可行。理论分析与计算正确，数据准确可靠。对研究的问题能较深刻分析或有独到之处，成果突出，反映出作者很好地掌握了有关根底理论与专业知识。设计内容完整、设计步骤正确。设计成果合理。理论分析与计算正确、数据比拟准确。对研究的问题能正确分析或有新见解，成果比拟突出，反映出作者较好地掌握了有关根底理论与专业知识。设计内容完整、设计步骤根本正确。设计成果比拟合理。理论分析与计算根本正确，数据根本准确。对研究的问题能提出自己的见解，成果有一定意义