水電站建筑物課程設(shè)計(模板).doc

工程概況和基本資料一、工程概況密云水庫庫區(qū)跨越潮、白兩河，地處密云縣城以北20km，兩條河在密云縣城以南約10km處匯合成潮白河。潮河和白河的最低分水嶺在金溝，高程為130m，潮河水庫和白河水庫在金溝連通，庫水位在130m高程以上合成一個水庫密云水庫。河流多年平均流量50.5m3/s。密云水庫是以防洪及工農(nóng)業(yè)供水為主要任務(wù)，兼有發(fā)電效益的綜合利用水利工程。水庫各特征水位如下：死水位： 126.0m正常高水位：157.50m設(shè)計洪水位：158.20m校核洪水位：159.50m壩頂高程： 160.00m主要建筑物包括：（1）擋水建筑物有白河、潮河主壩兩座及副壩五處，為碾壓式粘土斜墻土壩，最大壩高為白河主壩，高66.4m，潮河主壩高56m，各副壩高15.7m39m不等。（2）泄水建筑物溢洪道：有潮河左岸第一、第二溢洪道。第一溢洪道為正常溢洪道，底部高程140m，宣泄超過100年一遇的洪水，為5孔帶胸墻式河岸溢洪道。第二溢洪道為非常溢洪道，與第一溢洪道配合，宣泄1000年洪水，底部高程148.5m，為5孔開敞式河岸溢洪道。隧洞：a.白河左岸發(fā)電隧洞，用作發(fā)電供水和下游工農(nóng)業(yè)供水，并在調(diào)壓井上游設(shè)泄水支洞，用以宣泄10000年一遇特大洪水。進(jìn)水塔進(jìn)口底部高程為116.0m，洞徑6m，洞長416m，底坡i=1/400，調(diào)壓室為圓筒式，內(nèi)徑17.14m，調(diào)壓室后接2根埋藏式壓力管道，管徑5.5m，管長125m。b.潮河發(fā)電泄水隧洞，任務(wù)是施工導(dǎo)流，發(fā)電、灌溉、供水和泄水。c.走馬莊放空隧洞，只有在1000年一遇洪水時參加泄洪，平時不用，主要任務(wù)是緊急放空。壩下廊道：為施工期的臨時建筑物，施工導(dǎo)流采取潮白兩河分別導(dǎo)流的方式，故設(shè)白河導(dǎo)流廊道、潮河導(dǎo)流廊道，可宣泄20年一遇洪水，另有南石駱駝輸水廊道，用以泄放3個流量的灌溉用水。 二、基本資料及設(shè)計依據(jù)1有關(guān)密云水電站工程概況的簡要說明如前述。2壩址地形圖1張，比例為1：30003壩型為斜墻土壩，依據(jù)發(fā)電量及裝機(jī)容量，廠房按級建筑物設(shè)計。4電站下游尾水位最高尾水位：94.6m正常尾水位：93.50m單機(jī)滿負(fù)荷出力時尾水位：91.84m最低尾水位：91.50m5水電站裝機(jī)容量60MW，共4臺，廠房布置在右岸。6電站設(shè)計水頭HP=46.2m。7水輪機(jī)型號 ：HL220-LJ-225設(shè)計流量：38.9m3/s轉(zhuǎn)輪重量：14t軸向水推力：78t汽蝕系數(shù)：=0.165、=0.027頂蓋直徑：3.4m8蝸殼尾水管尺寸：見圖所示。型式白河1.002.932.782.501.5250.7951.291.1141.3841.4052.6854.092.533.5510.409發(fā)電機(jī)型號：SF15-28/550風(fēng)道直徑：8.4m定子外徑：6.5m轉(zhuǎn)子直徑：4.9m轉(zhuǎn)子帶軸重：82.6t其他尺寸見圖所示。10蝶閥尺寸：3400mm11電氣主接線：見圖所示。 輸電電壓：110kV主變壓器型號：SFL-40500/11012高壓開關(guān)站面積：長寬=7060m2 13輔助設(shè)備調(diào)速器型號：T-100 調(diào)速器尺寸：120015001900mm油壓裝置：MHY-1.7油壓裝置尺寸：1000mm，高2412mm14機(jī)旁盤數(shù)量：每臺機(jī)組4塊機(jī)旁盤每塊尺寸：長寬高=8004002400mm 勵磁盤數(shù)量：每臺機(jī)組5塊勵磁盤每塊尺寸：長寬高=8009001900mm15對外公路：右岸公路蝸殼主要參數(shù)的選擇（主要參考水力機(jī)械第二版，水利水電出版社）依據(jù)水力機(jī)械第二版P98知圓斷面金屬蝸殼的進(jìn)口斷面的包角；蝸殼進(jìn)口斷面的流量，設(shè)計水頭=46.2m,故蝸殼的進(jìn)口斷面平均流速查水力機(jī)械第二版P99圖430(a)曲線得。依據(jù)水輪機(jī)的型號HL220LJ225知水力機(jī)械第二版P162的附表五得：當(dāng)水輪機(jī)的標(biāo)稱直徑D1=2250mm時，金屬蝸殼的座環(huán)外徑為3650mm，座環(huán)內(nèi)徑為3250mm，因此此金屬蝸殼的座環(huán)外半徑為1925mm，金屬蝸殼座環(huán)的內(nèi)半徑為1625mm。座環(huán)示意圖1如圖所示：圖1 座環(huán)尺寸 單位（mm）蝸殼的水力計算1、 對于蝸殼進(jìn)口斷面依據(jù)水力機(jī)械第二版P100計算如下：斷面的面積：；斷面的半徑：；從軸中心線到蝸殼外緣的半徑：。2、對于中間任一斷面（參見規(guī)范）設(shè)為從蝸殼鼻端起算至計算斷面處的包角，則該計算斷面處：；。其中：， 。對蝸殼的進(jìn)口斷面而言：； ，分別取為列表計算如下：0 01.92515 0.2492.42430 0.3612.64745 0.4502.82560 0.5302.98575 0.5973.11590 0.6603.250105 0.7203.370120 0.7803.490135 0.8343.593150 0.8863.697165 0.9373.800180 0.9863.897195 1.0333.992210 1.0794.084225 1.1254.175240 1.1694.263255 1.2114.347270 1.2254.435285 1.2974.520300 1.3384.601315 1.3784.681330 1.4184.762345 1.4574.839圖2 與座環(huán)蝶形相切的金屬蝸殼圓形斷面尺寸尾水管單線圖的繪制根據(jù)前面已知的資料，結(jié)合水輪機(jī)的型號HL220LJ225，參考水力機(jī)械第二版可知：選用水輪機(jī)的標(biāo)稱直徑為，當(dāng)水輪機(jī)的出口直徑的軸流式混流式水輪機(jī)，由水力機(jī)械第二版表4-17知：當(dāng)hL2.64.52.721.351.350.6751.821.22當(dāng)時，hL5.85010.1256.1203.0383.0381.5194.0952.745為了減少尾水管的開挖深度，采用彎肘形尾水管，彎肘形尾水管由進(jìn)口直段、肘管和出口擴(kuò)散段三部分組成。1、 進(jìn)口直錐段：查水電站機(jī)電設(shè)計手冊水力機(jī)械分冊，進(jìn)口錐管高度：；對混流式水輪機(jī)，錐管的單邊擴(kuò)散角值可取7-9。出口直徑，則錐管的單邊擴(kuò)散角。進(jìn)口錐管上下直徑：。2、肘管：肘管是一變截面彎管，其進(jìn)口為圓斷面，出口為矩形斷面，水流在肘管中由于轉(zhuǎn)彎受到離心力的作用，使得壓力和流速的分布很不均勻，而在轉(zhuǎn)彎后流向水平段時又形成了擴(kuò)散，因而在肘管中產(chǎn)生了較大的水力損失。影響這種損失的最主要的因素是轉(zhuǎn)彎的曲率半徑和肘管的斷面變化規(guī)律，曲率半徑越小則產(chǎn)生的離心率越大，一般推薦使用的合理半徑，外壁用上限，內(nèi)壁用下限。由水力機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)混凝土肘管可得，。3、出口擴(kuò)散段：出口擴(kuò)散段是一水平放置斷面為矩形的擴(kuò)散段，其出口寬度一般與肘管出口寬度相等，其頂板向上傾斜， 。說明：因為算出的=6.12m14.36,所以廠房寬度取16.55m。由右圖知，橋吊距邊墻內(nèi)墻寬度至少為75cm，而16.55-0.75*2=15.05m，所以橋吊跨度可取為16m。與求吊車軌頂高程時的假設(shè)一致。廠房寬度為16+0.75*2=17.5m。3、由廠房的輔助設(shè)備，根據(jù)橋機(jī)跨度確定主廠房的寬度：根據(jù)起重機(jī)設(shè)備可知橋機(jī)的跨度為16m。如圖：牛腿以上：牛腿以下：其中：橋機(jī)端與軌道中心線的距離，查橋機(jī)的有關(guān)規(guī)定取0.4m 橋機(jī)端部與上柱內(nèi)面間距，一般取0.30.6m，取0.5m 牛腿上部立柱截面高度，一般取0.61.2m，取1.0m牛腿下部立柱截面高度，一般取1.02.5m，取1.5m偏心距，一般取00.25m，取0.25m所以，牛腿以上：牛腿以下：綜上所述，取主廠房的寬度B為19.8m.三、廠房各層高程的確定（依據(jù)水電建筑物）1、水輪機(jī)安裝高程利用公式: 其中 ,是水輪機(jī)安裝高程處海拔高程，可取下游平均水位的海拔高程，可在下游水位流量曲線上通過內(nèi)插可得，當(dāng)流量為38.9m3/s時，水位為91.84m。為模型氣蝕系數(shù)，可在水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪參數(shù)表中查得HL220-LJ-225的模型氣蝕系數(shù)為0.165.（水力機(jī)械第二版P68）為氣蝕系數(shù)的修正值，可根據(jù)設(shè)計水頭由水力機(jī)械第二版P38表2-16中查取，當(dāng)Hr為46.2m時，氣蝕系數(shù)修正值為0.027.H為水輪機(jī)水頭，一般取設(shè)計水頭Hr=46.2m所以，取Hs為7m。為下游設(shè)計水位，當(dāng)電站裝機(jī)臺數(shù)為4臺時，確定設(shè)計尾水位的水輪機(jī)過流量為1臺水輪機(jī)的額定流量38.9m3/s，通過下游水位流量曲線內(nèi)插得為91.84m。b0為水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑，大小為0.56m則水輪機(jī)安裝高程為2、主廠房開挖高程h 尾水管高度； 尾水管厚度。尾水管底板采用整體式底板，厚度取1.5m則3、水輪機(jī)層地面高程：蝸殼最大半徑，為1.46m；h1：蝸殼頂部混凝土厚度。一般不小于1.0米。 則4、發(fā)電機(jī)裝置高程h2：機(jī)墩進(jìn)人孔高度，一般1.82.0米左右，取2米；h3：進(jìn)人孔頂部混凝土厚度，一般1米左右；則5、發(fā)電機(jī)層樓板高程h4：定子高度，如果發(fā)電機(jī)上機(jī)架為埋入式，則還需加入上機(jī)架高度。這里發(fā)電機(jī)采用上機(jī)架埋入式，埋入深度為0.3m。則6、吊車軌頂高程h5：吊鉤垂直安全距離，垂直凈距柔性吊具0.6-1.0 m、鋼性吊具0.25-0.5 m，此處用柔性吊具，h5取0.8m；h6：起吊部件高度，為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子帶軸、水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪帶軸、主變?nèi)齻€中的最大值。由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子帶軸高4.39m，主變檢修起吊高度8.2m，水輪機(jī)轉(zhuǎn)子帶軸高=發(fā)電機(jī)層樓板高程-水輪機(jī)安裝高程-發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子帶軸高=79.15-71.38-4.39=3.38m。由于主變高度與其他相差太大，考慮在發(fā)電機(jī)層設(shè)置主變坑，檢修時不用起吊主變，故最大吊物高取4.39m所以h6取4.39m；h7：吊索或吊具高度，柔性吊具取0;h8：吊鉤至軌頂距離，取決于吊車型式及尺寸，由于轉(zhuǎn)子帶軸重82.6t，主變壓器身重39.5t，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪帶軸重約14t，起重設(shè)備可取主鉤容量為100t的單小車，假設(shè)跨度為16m，則吊鉤至軌頂距離為1.474m。則7、屋面大梁底部高程h9：橋吊軌頂至小車頂距離，查表可得為3.692m；h10：小車頂部到屋面大梁底部的距離，取0.3m。（一般30cm即可）。則8、屋頂高程h11：屋面大梁（或桁架）+屋面板+保溫防水層高度，屋面大梁為（1/81/12）廠房跨度，當(dāng)廠房跨度為16m時，取1.5m；屋面板厚度取0.2m；保溫防水層高度取0.1m；則9、裝配場樓板高程由于發(fā)電機(jī)層高程為120.116m，高于下游最高洪水位94.6m，所以裝配廠層可取與發(fā)電機(jī)層樓板高程同高。四、安裝間的位置選擇及設(shè)計因為進(jìn)廠的公路在主廠房的右側(cè)，為了運(yùn)輸方便，把安裝間布置在廠房的右側(cè)。由前面已知安裝間的長度，寬與主廠房同寬為。同時，為了滿足主變能推入安裝間進(jìn)行維修，在安裝間下游側(cè)設(shè)置了尺寸為的變壓器坑；在安裝間上游側(cè)設(shè)有的吊物孔，供吊運(yùn)設(shè)備用。廠房的大門尺寸取決于運(yùn)入廠房內(nèi)最大部件的尺寸。因為轉(zhuǎn)子直徑為，因此選用門寬為5.5m。安裝間地面高程為120.116m，與發(fā)電機(jī)層同高，這樣可以利用緊鄰的機(jī)組段場地進(jìn)行安裝、檢修。對安裝間的設(shè)計具體說明如下：1） 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子直徑周圍應(yīng)有2.0m的空隙，以供安裝磁極之用。2） 發(fā)電機(jī)上機(jī)架周圍留有1.0m的間隙，供作通道用。3） 水輪機(jī)頂蓋及轉(zhuǎn)輪周圍有1.0m間隙，供作通道之用。4） 由于大中型水電站的主變壓器較為高大，要檢修主變壓器，必須沿軌道將主變壓器推進(jìn)裝配場，要利用主廠房內(nèi)的起重機(jī)將變壓器鐵芯從殼內(nèi)吊出，勢必使主廠房增加高度。廠區(qū)布置由于密云電站是河岸地面廠房，故其布置可根據(jù)已建成的河岸地面廠房式子灘水電站廠區(qū)布置的方案（一）；根據(jù)拓溪水電站廠區(qū)布置的方案（二）。其布置圖如下。比較方案（一）和（二）：經(jīng)比較分析最終選擇方案二副廠房的設(shè)計根據(jù)運(yùn)行安全、安裝檢修方便、以及盡量使低壓母線線路短且平直的要求，將低壓配電裝置放在副廠房第一層。油開關(guān)小間、廠用變壓器小間及電壓互感器小間布置成一列式，位于第一層中間。內(nèi)母線廊道位于小間的下游側(cè)；發(fā)電機(jī)引出線，控制電線及開關(guān)操作機(jī)構(gòu)等沿廊道布置。外母線廊道位于小間的上游側(cè)；低壓母線沿此廊道布置。發(fā)電機(jī)出線由內(nèi)母線廊道經(jīng)開關(guān)小間到外母線廊道的低壓母線，再經(jīng)廠外母線廊道引至開關(guān)站。低壓配電裝置的設(shè)備可由內(nèi)母線廊道推到安裝廠下層，再吊運(yùn)出廠。中央控制室盡可能布置在發(fā)電機(jī)層附近，且位于發(fā)電機(jī)層的中部，盡量窗戶朝南開，以及加強(qiáng)通風(fēng)或空調(diào)。其優(yōu)點是可以監(jiān)視全部機(jī)組，聯(lián)系方便，環(huán)境安靜及干擾小；缺點是與開關(guān)站距離較遠(yuǎn)?？刂齐娎|較長，電纜室位于中控室之下，凈高在2m2.5m之間，取2m。繼電保護(hù)室布置在中控室，在靠近主機(jī)組的副廠房內(nèi)，配電裝置長度在7m以內(nèi)時，允許只許布置一個出口，門應(yīng)向外開。母線廊道連接水電站發(fā)電機(jī)和主變壓器，道內(nèi)布母線，母線距樓板板底的凈距離不小于0.8m。廠用變壓器，盡可能靠近發(fā)電機(jī)電壓配電裝置。廠變壓間高度按盧蕊高度再加上700mm，兩側(cè)寬度至少加800mm，門高為變壓器的高至少加300mm，門寬至少加400mm。廠用動力室分散布置在負(fù)荷點附近。（例如在安裝間、水輪機(jī)層、水泵室、機(jī)修間，油處理室等處）蓄電池室，布置在廠房左端，且其下游端設(shè)通分機(jī)室和工具間。離子勵磁室布置在每臺尾水管上的水輪機(jī)層， 貯藏室布置在蓄電池室左端，貯酸室前方為前室，發(fā)電機(jī)室布置在貯酸室左側(cè)，接著是載波通訊室。為輔助設(shè)備系統(tǒng)配置的一些房間：空氣壓縮室，絕緣油庫、透平油庫，水泵室；應(yīng)注意，控制溫度、防止潮濕、防止火源。電氣試驗室，電氣高壓實驗室，油化實驗室，水處理室，都順序布置在副廠房上游側(cè)，向下游側(cè)開門。電站的輸電系統(tǒng)主變壓器尺寸：外形：長寬高696497.6635cm箱身：長寬高400200418cm鐵芯高：372m主廠房內(nèi)部布置1、蝸殼之間布置蝴蝶閥，在事故停機(jī)或檢修時，用來關(guān)斷水流，在尾水管出口處備有檢修閘門，當(dāng)尾水管或水輪機(jī)檢修時，用來擋住尾水進(jìn)入。當(dāng)發(fā)電層上游側(cè)，布置著每臺機(jī)組的調(diào)速器和機(jī)房盤，且各布置油壓裝置一臺，每個機(jī)組段(對應(yīng)蝴蝶閥中心)均留有蝴蝶閥吊恐。1、3號機(jī)組段上，布置著水輪機(jī)層的樓蓋，在4搞號機(jī)組上游側(cè)布置著去副廠房的樓梯。水輪機(jī)層1、3號機(jī)組段上布置著去蝴蝶閥層的樓梯。作用筒布置在機(jī)座的上游側(cè)，調(diào)速器恢復(fù)機(jī)構(gòu)（杠桿）在右側(cè)作用筒上，并與位于發(fā)電機(jī)層的調(diào)壓器的有關(guān)機(jī)構(gòu)相對應(yīng)。兩臺高壓空氣壓縮機(jī)布置在3號機(jī)組作用筒的右側(cè)，為油壓裝置充氣之用。水輪機(jī)每個機(jī)組段上都布置著圓筒形機(jī)座。進(jìn)入水輪機(jī)井的門洞，布置在機(jī)座的下游側(cè)。電壓互感器布置在機(jī)座旁的發(fā)電引水線下面，以便互感器到了引水線的連線為最短，在靠近下游側(cè)墻，每一機(jī)組段。上都布置著勵磁室。低壓空氣壓縮和透平油布置在水輪機(jī)的左端。每條