[學士]水電站廠房畢業(yè)設計論文

1、最新 精品 Word 歡迎下載 可修改大學畢業(yè)設計水電站廠房設計學生姓名指導教師班 級專 業(yè)學 院200 5 年 6 月 10 日目錄1 摘要11.1 中文摘要11.2 英文摘要22 前言33 基本資料43.1 工程任務43.2 基本資料44 廠房設計說明書64.1廠區(qū)布置6考慮因素6方案比較64.2 水輪機型號的選擇7水頭計算7水輪機主要參數的確定84.3 尾水渠設計94.4 壓力管道直徑及蝶閥的確定104.5 損失計算10沿程損失10局部損失104.6 蝸殼尺寸的確定124.7 尾水管尺寸計算144.8 水電站廠房尺寸設計14主廠房高程的確定14主廠房長度L的確定16主廠房寬度確定174.

2、9 起重機選擇185 致謝196 參考文獻207 附件錯誤！未定義書簽。7.1英文原文錯誤！未定義書簽。7.2 譯文錯誤！未定義書簽。7.3 附圖錯誤！未定義書簽。1 摘要1.1 中文摘要本畢業(yè)設計承擔水利水電樞紐工程中水電站廠房設計的部分工作。根據已有的原始資料和該處地形圖進行設計，主要內容有：水電站站址的選擇，總體布置，水輪機型號的選擇，蝸殼尺寸的確定，尾水管尺寸的確定，調速器和蝶閥的型號選擇，水電站廠房尺寸的確定，尾水渠渠道布置、形式選擇、開挖方量等，并根據要求繪制相應的平面布置圖和剖面圖。水電站位于河南省西峽縣境內，位于丹江支流老灌河上，水力資源豐富，可供修建大中型水庫和電站，流域下游

3、為該縣的主要產糧區(qū)和工業(yè)發(fā)展區(qū)。由于受電力不足的影響，嚴重制約了該地區(qū)的經濟發(fā)展，為了解決該地區(qū)的用電緊張問題和合理開發(fā)老灌河水力資源，擬定修建水利水電樞紐工程，以發(fā)電為主，結合防洪，城市供水，農田灌溉及水產等進行綜合利用。本電站的設計水頭為29.24米，單機容量3200kW，共三臺機組，總裝機容量9600kW。 關鍵詞：峰荷、裝機容量、效率、水庫、發(fā)電機、水輪機。1.2 英文摘要AbstractThis graduate design undertakes the part design of hydroelectric power station workshop arrangement

4、of Shimen Water conservation water and electricity project，the design was finished according to the primitive data that there has been and the geography diagram of the place ,which mainly were about the selection of hydroelectric power station sites ,the total arrangement ,the selection of the type

5、of hydraulic turbine ,the choice of the size of the apiral case ,the choice of the draft tube size , the selection of the type of speed governor and butterfly valve , the calculation of the size of the water power factory ,the outlet arrangement of the tail channel ,the selection of the form ,the cu

6、bic quantity of digging etc. And the homologous flat arrange drawing and the cross section ,according to the request ,must be completed. That hinge locates in the GuanHe river ,which locates in Xixia country of henna province and is a branch of DanJiang river and there are so abundant water power re

7、sources that they can be provided to set up the big and medium-sized reservoir and hydroelectric power station .The river valley downstream is the main food production area and the developped industy area of the country .The economic development of this region is serious restricted for not have enou

8、gh electric power .In order to solve the problem and develop the water resources of the Laoguanhe the Shimen Water conservation water and electricity project is drawn up constructed ,regarding generating electricity as the main goal ,joining together the flood control ,municipal useage ,farmland irr

9、igation and water product etc. The design head of hydraulic turbine is 29.24 meters.there are three generating units in the station,each capacity is 3200Kw,the elect-installed capacity is 9600kW. Keywords: peakload、capacity、capacity、reservior、generator、turbine.2 前言水電站廠房是水工建筑物、機械及電氣設備的綜合體，是水能轉化為電能的生產

10、場所，也是運行人員進行生產和活動的場所。其任務是通過一系列工程措施，將水流平順的引入水輪機，使水能轉換成為可供用戶使用的電能，并將各種必需的機電設備安置在恰當的位置，創(chuàng)造良好的安裝、檢修及運行條件，為運行人員提供良好的工作環(huán)境。水電站廠房設計的發(fā)展隨著生產力的發(fā)展而不斷發(fā)展,且隨著人們生活水平的提高有新的發(fā)展趨向,近年向以人為本的方向發(fā)展，廠房設計的方法隨著計算機的發(fā)展有很大的發(fā)展和改善。畢業(yè)設計是我們在校期間的最后一門必修課，也是一次全面性總結性的實踐環(huán)節(jié)，對我們走向工作崗位起著承上啟下的作用。它是在老師指導下，綜合運用四年來所學知識和科學研究的基本內容和基本工作程序，樹立較強的工作概念、工

11、程概念、經濟概念，培養(yǎng)分析問題和解決問題的能力，完成作為一個工程師的基本訓練，是為將來順利走向工作崗位提供業(yè)務知識和能力的保證。這次設計是我們走向工作崗位前的一次“實戰(zhàn)演習”，它可以鞏固、聯系、充實、加深、擴大我們所學的基礎知識和專業(yè)知識，提高運用所學知識，解決實際問題的能力，培養(yǎng)我們敢于創(chuàng)新的精神，并能正確地將獨創(chuàng)精神和科學的態(tài)度相結合，使我們初步掌握專業(yè)設計的流程和方法，熟練運用計算機等工具，以提高其工作效率。重要的是讓我們養(yǎng)成了嚴肅認真，刻苦鉆研、實事求是的工作作風和良好的工作、學習習慣。通過同學們在一起的交流與協作,培養(yǎng)大家的協同合作的工作作風。畢業(yè)設計對于我們來說，是一個獨立設計、創(chuàng)

12、作的過程，其中的每一步和每一個環(huán)節(jié)都是對我們的考驗和鍛煉，它將成為我們今后的學習和工作做鋪墊，提高我們多方面的能力。水電站設計是水利水電工程建設設計工作的重要組成部分，其中站址的選擇是個很復雜的問題，這主要是因為方案選擇要考慮多方面的因素。此外，廠房中各設備的布置也要考慮眾多因素。我們就是要針對設計中所遇到的具體問題，運用所學知識，參考相應的書籍、規(guī)范以及一些實際工程資料，找到其解決方法。在對設計圖的處理上，運用了AutoCAD的基本知識，使得繪圖更加方便，快捷，從而避免了手工繪圖得種種不便，提高了工作效率。同時，也運用了Word知識，使得我們對計算機知識更加鞏固。在馬躍先老師的悉心指導下，在

13、同組同學鄒丹、魏云潔等同學的幫助下，經過三個月的努力，畢業(yè)設計才得以順利完成，在此謹表衷心的感謝！限于本人水平，也限于時間，涉及中難免存在疏漏和不妥之處，敬請老師和同學們批評指正。 編者：蔡富 2022年6月3 基本資料3.1 工程任務屬河南省西峽縣境內，位于丹江支流老灌河上，該處地形、地質條件良好，水力資源豐富，可供修建大中型水庫和電站。流域下游為該縣的主要產糧區(qū)和工業(yè)發(fā)展區(qū)，由于受電力不足的影響，嚴重制約了該地區(qū)的經濟發(fā)展。為了解決該地區(qū)用電緊張問題和合理開發(fā)老灌河水力資源，擬定修建水利水電樞紐工程，以發(fā)電為主，結合防洪、城市供水、農田灌溉及水產等進行綜合利用。本畢業(yè)設計承擔水利水電樞紐工

14、程中水電站廠房設計的部分工作。3.2 基本資料老灌河全長254Km，流域面積4219Km2，總落差1340m，河床平均比降約5.2%，壩址位于老灌河中游，距西峽縣城約10Km。壩址以上控制流域面積約2580Km2，多年平均降雨量6.635億m3.壩址下游約1.8Km處有小電站，裝機600KW。在小和之間的小水庫庫容約100萬m3，有效庫容60萬m3.在樞紐左岸有一條簡易公路沿河向下游大約3Km處和通向縣城的主干公路相交;樞紐右岸山的另一邊距壩址約2Km處有一條通向縣城的主干公路。 氣溫：該地區(qū)年平均氣溫15.1，最高氣溫42，最低氣溫-14.2。 降水：多年平均降水量約900，降水量在時間和空

15、間上分布很不均勻，一般是深山多于淺山和丘陵區(qū)，降水量的61.8%集中于69月，其中78月占年降雨量的41.5%。 風向和風速：多年平均最大風速為7.63m/s，相應風向為北東向。料 水庫特征水位及相應庫容如下表： 表1 水庫特征水位及相應庫容水位（m）相應庫容（萬m3）校核洪水位294.948910設計洪水位291.567380正常蓄水位288.005200發(fā)電死水位271.801800 泄洪流量及下游水位與流量關系大壩主要采用壩頂溢流泄洪，溢流壩凈長度為143m，溢流壩壩頂高程為288m。5年一遇洪水下泄流量為1500m3/s，20年一遇洪水下泄流量為3050m3/s，50年一遇洪水下泄流量

16、為4100m3/s，500年一遇洪水下泄流量為7700m3/s。水庫下游河道與流量關系見下表：表2 水庫下游河道與流量關系水位（m）246247248249250251252253254255流量（m3/s）033091016702730470054707700885010750 電站裝機容量電站裝機容量擬在9000kW左右，主要作調峰運行。 地形老灌河在壩址區(qū)為北東流向，該處河谷狹窄，主要為中高山區(qū)，相對高度多在100200 m，最高可達700m，山坡較陡峻，基巖裸露，河谷呈“V”字型，河谷寬度一般在80180m，壩址處約為140m，河床底高243246m。山坡坡度左岸4045，右岸約為30

17、。 地層巖性 壩址周圍為太古界太華群及海西期侵入巖體，基巖裸露，第四系沉積很薄，殘坡積也不發(fā)育，太華群巖性主要為云母石英片巖及石英片巖，多為中薄層，層間結合較好，堅硬，風化較輕。海西期侵入巖體主要為混合花崗片麻巖，角閃片麻巖等，巖石堅硬，完整密實。河床沖積層為近代漂礫、卵石、粗砂組成，厚約15m?？傮w上講，工程地質條件比較簡單，沒有明顯不利的工程地質問題。 設計說明書一份，地形圖一張。4 廠房設計說明書4.1廠區(qū)布置站址選擇要考慮：廠房形式的選擇、交通條件、開挖方量、施工場地的選擇、泄洪產生的影響、生活區(qū)和管理區(qū)位置的協調、及對其他工程的協調影響。 廠房形式：根據已知資料，電站正常蓄水位為28

18、8米，下游河道最低水位為246米。所以最大水頭差約為42米。屬中水頭廠房范圍30-100米。 若考慮采用河床式廠房或壩內式廠房，則由各方面資料可知，對于小型水電站來說，這兩種型式都過于復雜，需要考慮的因素太多，而且也不經濟，所以不予采用，應考慮采用壩后式廠房。 交通條件：由資料知，在樞紐的左岸有一條簡易公路沿河向下游大約3千米處和通往縣城的主干相交；樞紐右岸山的另一邊，距壩址約2千米處有一條通向縣城的主干公路。若將廠房設在大壩的右岸，就需要修建一條盤山公路與2千米外的通向縣城的主干公路相銜接，工程量較大。若不修路而改架橋通向左岸的簡易公路，這樣又不太經濟，所以應考慮將廠房設在大壩左岸，那么，那

19、條簡易公路可修建為進站公路。 開挖方量：考慮開挖馬房溝一地建廠房，直接打一條引水隧洞由大壩處引水。這樣大約可以形成7到8米的水頭差，這對電站來說是很有利的，但考慮到馬房溝的開挖量大約在30萬立方以上，開挖量過大，經濟成本高，而且本項工程是起調峰電站的作用，如此設計，則下游的小電站將關閉，那他對本項工程的反調節(jié)作用也就沒有了，而且對下游的諸多電站也都會造成影響。若廠房緊貼壩后，太靠近岸邊，會受到挑流影響，靠岸里側一些，則進水口需要加寬，增大了山體開挖量。暴雨季節(jié)，山體滑坡，進水口會逐漸淤死。若設沖沙閘于廠房下部，又使大壩的結構、管道布置等問題過于復雜。在左岸從壩軸線向下游100米左右，山體坡度較

20、緩，開挖方量小，不易引起滑坡，而且護坡較為方便。若直接在大壩下游緊靠大壩建電站，則由于山體坡度較大，而開挖方量較大，再者，由于廠房與壩上游進水口的距離短，則有壓進水管不宜采用分叉式，用獨立式布置投資又較大。所以考慮將廠房布置在距離大壩約100米處的凹向左岸的山窩處，初步估計最遠挑距為120米，廠房穩(wěn)定性可不受影響。但是會有水霧現象，若再將距離拉遠一些，引水距離又顯得過長了。 施工場地的選擇：在左岸由于壩下游400米左右處的地形較為平緩，易于布置施工設備，進行廠房施工備料。 泄洪產生的影響：站址確定在下游左岸，距壩軸線的距離應適當，否則泄洪產生的水霧可能會影響發(fā)電機組的正常運轉，廠房應面對下游布

21、置，可以避免大壩泄洪時的水流不穩(wěn)定、水位不穩(wěn)定，及對尾水位的影響。 生活區(qū)和管理區(qū)位置的協調：在壩下游左右岸地形條件相比，左岸的袁家莊地形很平緩，到施工場地的距離也合適，適宜建設生活區(qū)和管理區(qū)。 對其他工程的協調影響：在水庫大壩的下游有已建的小電站，為保證小電站能正常運行，發(fā)電尾水必須匯入原河道，所以電站應靠近下游河道修建。方案一：廠房布置在距壩軸線下游100米的左岸。1）山體坡度較緩，開挖方量小。2）有壓進水管可采用聯合式，水頭損失小，不考慮水擊問題，投資少。3）水流挑射對廠房的影響小。4）交通便利，可利用已有的交通條件，減少工程投資。5）便于進行施工總體布置方案二：廠房緊靠壩布置。1）施工

22、干擾大。2）左岸靠近壩處，山體坡度大，開挖方量較大。3）有壓進水管不宜采用聯合式，用單元式會增大投資。4）下泄水流的水汽對廠房內的設備有影響。5）損失小，不考慮水擊問題。方案三：在馬房溝一地開挖，修建引水式電站。1）須埋設的壓力引水管道較長，增大投資。2）發(fā)電尾水沒有匯入原河道，影響下游已建工程的運行。3）泄洪對尾水無影響，可提高電站運行效率。4）水頭損失大，水擊壓力大。 綜合以上分析，選第一方案最優(yōu)。電站廠房布置在左岸距壩軸線下游100米處。4.2 水輪機型號的選擇由于該電站為調峰電站，為了增加供電可靠性，擬選三臺發(fā)電機，則每臺的裝機容量為9000/3=3000kW，可適當增加容量保證可靠性

23、，查小型水電站發(fā)電設備手冊發(fā)電機標準系列，選單機容量為Nd =3200kW，相應水輪機出力N=3400Kw。由原始資料知，上游最高水位為288m，最低水位為271.8m。假定開一臺機組運行時下游水深約為1m，引水系統水力損失約為0.8m。開三臺機組運行時下游水深約為2m，引水系統水力損失約為1.5m，則水電站最大水頭 水電站最小水頭算術平均水頭該電站為壩后式，水電站設計水頭 （1）式中：Hav水電站加權平均水頭，應比算術平均水頭大，初擬為32m，則 確定水輪機轉輪直徑取水輪機工作范圍為2241m，在反擊式水輪機系列型譜中查得HL240型水輪機比較適用于這一水頭范圍。 （2）式中：Nd發(fā)電機單機

24、容量 Qr水輪機設計流量Q1單位最大流量D1水輪機轉輪d發(fā)電機效率 水輪機效率Hr水輪機設計水頭初擬d=94%，=92%。則 查水輪機轉輪標準系列取D1=1.4m 效率修正值的計算查小型水電站發(fā)電設備手冊圖1-15HL240型水輪機轉輪綜合特性曲線，HL240型水輪機在最優(yōu)工況下的最高效率Mmax=92.0%，模型轉輪直徑D1M=0.46m。則原型水輪機的最高效率 （3）考慮制造水平的差異，根據水輪機的直徑憑經驗取=1.0%，原型水輪機所采用的蝸殼和尾水管與模型水輪機的相似故取=0。則效率修正值由下式計算 （4）水輪機在限制工況處的效率為 確定水輪機轉速由水輪機相似定律 （5）在上式中原型水輪

25、機的單位轉速應取最大單位轉速即 （6）HL240模型水輪機的最優(yōu)單位轉速，同時由于可不予修正，因此，原型水輪機的最優(yōu)單位轉速和模型機的相同，即=72。查水電站表4-7選與之接近而偏大的發(fā)電機標準同步轉速，取ne=300r/min。 反算水輪機設計水頭 （7）=Qr= =13.14 m3/sQ總=3Qr=313.14=39.42 m3/s 故所選水輪機為HL240LJ140，設計流量為13.14 m3/s，設計水頭為29.24m。查小型水電站發(fā)電機設備手冊表114選與之相應的發(fā)電機為TSL325/3620，與之配套的調速器為CT40，油壓裝置為YZ1。4.3 尾水渠設計取尾水渠底寬b=8m，為梯

26、形斷面，邊坡坡率m=0.25，底坡i=0.001，尾水渠為新開挖基巖，糙率n=0.018，初步設計尾水渠長100米，則尾水渠上下游高差h=0.1m尾水渠水深計算迭代公式 （8）開一臺機組時Q=13.14 m3/s，經計算h=1.02m開三臺機組時Q=39.42 m3/s，經計算h=2.07m則下游最低水深hmin=1.02+0.1=1.12m，高程247.12m 下游最高水深hmax=2.07+0.1=2.17m，高程248.17m 下游平均水深 h=1.65m，平均水位為247.65m4.4 壓力管道直徑及蝶閥的確定按經濟流速確定壓力管道直徑，壓力管道經濟流速Ve一般為46m，取為4m/s管

27、道直徑計算公式：D=1.13 （9）管道內流速：V= （10）對于主管，Q=39.42 m3/s對于支管，Q=13.14 m3/s查水電站建筑物設計參考資料，蝶閥選型為DF200-150，臥軸，名義直徑兩米。4.5 損失計算以下損失計算過程中，所有系數來源于天津大學水利系主編的小型水電站 （11）式中：D鋼管內徑Q管中流量L管長考慮管道結構形式對沿程損失系數的影響,取為0.000826m考慮鋼管使用年限的系數，取為1.024.5.2 局部損失局部水頭損失由下式計算： （12）式中： h局 局部水頭損失 局局部水頭損失系數 計算斷面平均流速 g重力加速度，9.80 攔污柵損失 攔污柵水頭損失系數

28、 （13）式中：與攔污柵條斷面形狀有關的系數，圓形，1.79 s柵條直徑，1b柵條凈距，5攔污柵與水平面夾角，70K考慮攔污柵上附著污物對水頭損失系數的影響，1.5 過柵流速1m/s考慮堵塞取為0.1m 進口局部損失進口為喇叭形進口，局部損失系數為0.1斷面平均流速為1.5m/s 漸變段損失漸變段長度一般為遂洞直徑的1.52倍，側面擴散角以68為宜。取損失系數為0.1斷面平均流速 閘門槽損失取損失系數為0.1 水管轉彎局部損失彎道轉角約為25，損失系數約為0.15 岔管損失岔管偏角約為25，流經岔管后的流速接近，取損失系數約為0.19有兩條岔管，故損失為20.17=0.34 m 閥門損失蝶閥損

29、失系數約為0.11總水頭損失為4.6 蝸殼尺寸的確定圖1 混流式水輪機蝸殼平面圖對蝸殼任一斷面 （14） （15） （16）式中： Qi該斷面流量 i該斷面半徑Qmax水輪機最大流量c進口斷面流速K流速系數，取為1 蝸殼進口斷面式中：對于255包角斷面 對于165包角斷面對于75包角斷面4.7 尾水管尺寸計算圖2 混流式水輪機尾水管 水電站所用尾水管為彎肘型，查水電站機電設計手冊及水電站，圖中相應尺寸如下：4.8 水電站廠房尺寸設計 水輪機安裝高程T： （17）式中： W水電站正常運行時可能出現的最低下游水位，一般取一臺機組的過流量相應的尾水位。Hs水輪機允許吸出高 （18）導葉高度b0=0.

30、511m水輪機實際允許吸出高：氣蝕系數，由水輪機特性曲線決定氣蝕系數修正值，由水輪機廠家提供H計算水頭水電站廠房所在地點的海拔高程，初步設計時可采用下游平均水位高程X水輪機壓力最低點與安裝高程之間的差值，對于混流式水輪機X = b0 / 2 在尾水渠設計時已算得下游平均水位為247.65m，開一臺機時，下游水深為247.12m。 尾水管底板高程尾 （19） 式中： h尾水管高度 主廠房基礎開挖高程F （20）式中： 尾水管底部澆注混凝土厚度，1m 水輪機機層地面高程1 （21）式中：c蝸殼進口斷面半徑h4蝸殼混凝土保護厚度，1m 發(fā)電機裝置高程G （22）式中： h5發(fā)電機機墩進人孔高度，1.

31、82.0mh6發(fā)電機機墩進人孔頂部厚度，1m 發(fā)電機層地面高程2 （23）式中:h3發(fā)電機轉子基坑深度 吊車安裝高程C （24）式中： h7發(fā)電機上機架高度h8吊運部件與固定的機組或設備間的垂直凈距h9最大吊運部件高度h10吊運部件吊鉤之間的距離h11主鉤最高位置至軌道頂面的距離，可從起重機主要參數表查出m 屋頂高程R （25）式中：h12軌頂到吊車小車距離，可從起重機主要參數表查出h13吊車檢修預留空間，0.5mh14屋面板厚度 （26）式中：L主廠房長度n機組臺數L0機組段長度 L安安裝間長度L邊機組段加長 機組段長度L0的確定 （27） 對于蝸殼層對于尾水管層 對于發(fā)電機層，機組段間距由

32、發(fā)電機定子外徑控制 （28）式中：D風發(fā)電機風罩外緣直徑d 兩相鄰風罩通道間的距離L0取三者中的大值，7.81m 邊機組段加長L=（0.11）D0=11.4=1.4m 安裝間長度L安=（11.5）L0=1.27.81=9.37m取安裝間長度為10米，則主廠房長度 取主廠房長度為35米 （29）式中：B主廠房凈寬Bx下游側寬度Bs上游側寬度 水下部分凈寬的確定上游側寬度式中： 1.25座環(huán)半徑1.0混凝土保護層厚度0.8蝸殼上游側斷面直徑4.0蝶閥坑寬度下游側寬度 式中：1.25座環(huán)半徑1.0混凝土保護層厚度1.74蝸殼下游側斷面直徑2走道寬度 則，主廠房凈寬 水上部分凈寬的確定上游側寬度式中：2 .75發(fā)電機風罩半徑5布置調速器，油壓設備及機旁屏必需的距離下游側寬度式中：2.75發(fā)電機風罩半徑2.5下游走道寬度則，主廠房凈寬取兩者中的大值，主廠房的寬度為13m4.9 起重機選擇起重機的型式和臺數取決于水電站的廠房類型、最大起重量和機組臺數等條件。具有上部結構的廠房一般選用橋