水電站課程設(shè)計

1、水電站建筑物課程設(shè)計BL電站計算說明書 姓 名: 學(xué) 號: 指導(dǎo)教師: 年 月 日一、 基本資料11工程概況 根據(jù)某市供水和灌溉的需求，于X河的Y河口壩址修建BL水電站。該電站水庫控制流域面積2085km2，壩址處多年平均徑流量7.21×108m3。 水庫屬大(2)型，工程等別為等，主要建筑物為2級，次要建筑物為3級。采用混合壩型，擬建一座壩后式水電站。電站尾水泄入灌溉渠道，結(jié)合工農(nóng)業(yè)用水進行發(fā)電。 水電站廠房按3級建筑物設(shè)計，廠房經(jīng)右岸壩下公路對外聯(lián)系。12設(shè)計的目的與任務(wù)目的：通過本次課程設(shè)計，使學(xué)生將所學(xué)水電站基本知識加以系統(tǒng)化，能夠運用基本理論知識解決實際工程問題，使學(xué)生在分

2、析問題、理論計算、制圖、編寫說明書與計算書等方面得到鍛煉，初步掌握水電站的設(shè)計步驟、方法、基本理論，為參加工作打下基礎(chǔ)。任務(wù)：進行水輪機選型與廠房布置設(shè)計。13BL電站設(shè)計資料氣象資料： 該地區(qū)多年平均氣溫9.3，最低氣溫35.8。最大風(fēng)速北風(fēng)21m/s。最大冰厚0.37m。地面凍結(jié)深度一般在1.1m左右。水文資料：(1)水庫特征水位與溢洪道泄量特征：特 征 水 位水 位(m)庫 容(×108m3)泄 量(m3/s)下游河床相應(yīng)水位(s)特大洪水位1035036.65千年一遇洪水位72.79.21834036.36百年一遇洪水位70.8487035.50正常高水位68.66.42死水

3、位47.00.7（2）水庫的主要技術(shù)指標(biāo)：項 目單 位數(shù) 量總庫容×108m38.47調(diào)節(jié)庫容×108m35.72死庫容×108m30.7灌溉面積萬畝83.6城市、工業(yè)用水×108m31.3最大壩高m54.0電站裝機容量kw6400電站年利用小時數(shù)h3084多年平均發(fā)電量×104kw.h1973.9電站尾水渠水位流量關(guān)系：電站尾水渠出口即為灌溉渠道的渠首，渠底高程40.35m，渠頂高程45.90m，渠道設(shè)計流量48.0m3/s。渠道加大流量53.0m3/s。電站尾水渠水位流量關(guān)系表(ZQ)：水位Z (m)41.3541.8542.3542.85

4、43.3543.8544.3544.8545.35流量Q(m3/s)5.5410.4016.0022.2028.9035.8043.1052.7057.80(3)廠房地質(zhì)資料水庫壩址系由變質(zhì)巖、沙巖、熔巖及花崗巖類組成，壩址有一組北北西向斷層，在廠房范圍內(nèi)有一小斷層通過。本地區(qū)地震基本烈度為度。廠房設(shè)計烈度為7度。(4)水輪機選型的基本資料：經(jīng)水能計算，最終確定：電站最大水頭Hmax 27.8m；加權(quán)平均水頭Ha 22.1m；設(shè)計水頭Hr 21.3m；電站正常運轉(zhuǎn)時的最小水頭Hmin 14.0m。水電站總裝機容量Nf 6400kW，考慮水電站運行及用水量變化規(guī)律，經(jīng)方案比較，決定選用兩臺機組。

5、發(fā)電機效率f 0.91。二、 水輪機的選型本水電站的最大水頭Hmax=27.8m，正常運轉(zhuǎn)時最小水頭Hmin=14.0m，加權(quán)平均水頭Ha=22.1m，設(shè)計水頭Hr=21.3m。水電站總裝機容量Nf=6400kW，設(shè)計裝機臺數(shù)2臺，單機容量Ny1=3200kW。2.1水輪機型號選擇根據(jù)該水電站的水頭變化范圍14.027.8m，查水電站（第三版），河海大學(xué)，劉啟釗主編P73表3-4水輪機系列型譜中查出合適的機型有HL240、HL310。選擇HL240。2.2 轉(zhuǎn)輪直徑的計算轉(zhuǎn)輪直徑D1按下式計算：（2-1）式中Nr水輪機的額定出力，3200kW；Hr水輪機的設(shè)計水頭，21.3m；原型水輪機單位流

6、量，初步假定；與相應(yīng)的原型效率，假設(shè)為89.6%。根據(jù)計算結(jié)果，D1=1.63m，應(yīng)選擇與之相近且偏大的輪轉(zhuǎn)標(biāo)稱直徑，但D1=1.8m相差太大，可近似取為D1=1.6m。（2）轉(zhuǎn)速n的計算查水電站（第三版），河海大學(xué)，劉啟釗主編P74表3-6可得HL310型水輪機模型在最優(yōu)工況下的單位轉(zhuǎn)速=88.3r/min。水輪機的轉(zhuǎn)速n按下式計算：（2-2）式中原型水輪機最優(yōu)工況下單位轉(zhuǎn)速，初步假定=88.3r/min；Ha水輪機的平均水頭，22.1m；D1水輪機的輪轉(zhuǎn)直徑，由（2-1）計算可得，1.6m。由式（2-2）得，n=231r/min，選用與之接近而偏大的同步轉(zhuǎn)速250r/min。（3）效率及單

7、位參數(shù)修正查水電站（第三版），河海大學(xué)，劉啟釗主編P74表3-6可得HL310型水輪機模型最高效率Mmax=89.6%，模型的轉(zhuǎn)輪直徑D1M=0.39m。對于混流式水輪機，當(dāng)水頭H<150m時，原型效率按下式計算：（2-3）效率修正值為，則原型的效率為：（2-4）按下式判定是否對單位轉(zhuǎn)速進行修正：（2-5）由式（2-5）可知，此時單位轉(zhuǎn)速可不加修正，同時，單位流量也可不加修正。由上可見，原假定的=89.6% 是正確的，那么上述計算及選用的結(jié)果D1=1.6m、n=250r/min也是正確的。工作范圍的檢查水輪機在Hr、Nr下工作時，其（2-6）則水輪機的最大引用流量為（2-7）與特征水頭H

8、max、Hmin和Hr相對應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速為（2-8）在HL310型水輪機模型綜合特性曲線圖上分別繪出、的直線，由這三根直線所圍成的水輪機工作范圍基本并末包含該特性曲線的高效率區(qū)。對于HL310型水輪機方案，所選定的參數(shù)D1=1.6m和n=250r/min是合理的。2.3吸出高度的HS計算由水輪機的設(shè)計工況參數(shù)，在曲線圖上查得相應(yīng)的氣蝕系數(shù)約為 =0.1，氣蝕系數(shù)修正值0.05（當(dāng)HP21.3米時）?？砂聪率接嬎闼啓C的吸出高度：(2-9)式中水輪安裝位置的海拔高程，本設(shè)計取為下游水位一般水位44.5m；模型氣蝕系數(shù)，0.1；氣蝕修正系數(shù)，0.05；水輪機水頭，本設(shè)計取為設(shè)計水頭21.3m。計算式

9、（2-9）得，水輪機的吸出高度HS=6.79m。飛逸轉(zhuǎn)速nf的計算（2-10）式中模型最大可能開度的單位飛逸轉(zhuǎn)速，520r/min；Hmax水輪機最大水頭，27.8m。兩種方案的比較分析為了便于比較分析，現(xiàn)將兩種方案（HL240、HL310型水輪機方案的主要參數(shù)選擇，引用他人計算成果）的有關(guān)參數(shù)列入表2-1中：表2-1水輪機方案參數(shù)對照表序號項目HL240HL3101模型轉(zhuǎn)輪參數(shù)推薦使用的水頭范圍（m）2545<302最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速n'10(r/min)72.088.33最優(yōu)單位流量Q'10(L/s)112012004最高效率hMmax(%)9289.65氣蝕系數(shù)s0.20

10、.366原型水輪機參數(shù)工作水頭范圍（m）1427.81427.87轉(zhuǎn)輪直徑D1(m)1.81.68轉(zhuǎn)速n(r/min)214.33009最高效率hmax(%)93.9192.1610額定出力Nr（kW）3200320011最大引用流量Qmax（m3/s）16.74816.54112吸出高度HS(m)4.206.79由表2-1可見，HL240型水輪機方案的工作范圍包含了較多的高效率區(qū)域，運行效率較高，氣蝕系數(shù)較小，有利于提高年發(fā)電量和減小電站廠房的開挖量。故選擇HL240 型水輪機方案，即：選定水輪的型號為HL240LJ50。2.4 蝸殼尺寸計算 本電站為小型引水式電站，引用流量小，為減少廠房的

11、開挖量及高度，采用立軸式。引用水頭較低，因此采用混凝土蝸殼為宜?；炷廖仛嗝鏋樘菪?，包角?；炷廖仛ち髁看_定：擬定，經(jīng)查P32頁表2-8得，假定 確定蝸殼尺寸混凝土蝸殼的外輪廓尺寸確定：m聯(lián)立求得， 則從水輪機主軸到蝸殼進口外邊緣半徑為 繪制，得出我可輪廓單線 2.5 尾水管主要尺寸確定尾水管尺寸示意圖 本電站為小型電站，為減少開挖量，尾水管采用彎錐形。尾水管直錐段某些部位尺寸所示，計算如下：管直錐段進口寬度D3=D1+1.0cm=180+1.0=181cm=1.81m；直錐段長度L=4D3=4×1.81=7.24m；尾水管出口到底板距離h=1.5D3=1.5×1.81=

12、2.715m，取3m；圓錐角q=14o，半圓錐角q/2=7o尾水管出口寬度D4=，圓錐角稍作改動，取為1.0m； b=1.2D3=1.2×1.81=2.172m，c=0.85D3=0.85×1.81=1.539m；尾水管出口高程=47.80-7.24=40.56m。由于本水電站的最低尾水位為44.5m，所以淹沒深度為3.94m，所以，在尾水管出口加長一段圓管，長度為4.0m。那么尾水管出口高程為40.56-4.0=36.56m。尾水管底板高程=尾水管出口高程-h=36.56-0.80=35.76m。取底板厚度為0.5m，那么基礎(chǔ)開挖高程為35.76-0.5=35.26m。2

13、.6 確定水輪機安裝高程（按一臺水輪機的50%額定流量設(shè)計） 3 發(fā)電機組型式 型號：TSL330/60 32；額定電壓：6300伏；頻率：50赫；相數(shù)：三相；功率因數(shù)：0.8；額定轉(zhuǎn)速：187.5r/min；飛逸轉(zhuǎn)速：520r/min；轉(zhuǎn)動慣量：125t；推力軸承負(fù)荷：75t；正常運轉(zhuǎn)時所承受的扭矩：20.8t·m；短路運轉(zhuǎn)時所承受的扭矩：77.3t·m；定子基礎(chǔ)荷重：94t；下機架基礎(chǔ)荷重：41t。4 調(diào)速設(shè)備機組配用GT3500調(diào)速器，調(diào)速器油壓由HYZ0.6油壓設(shè)備供給。調(diào)速器名義工作容量3500kg·m； 調(diào)速軸最大回轉(zhuǎn)角45°，接力器活塞直徑

14、350mm。5 廠房起重設(shè)備305 雙鉤橋式起重機性能起重量主鉤t30副鉤5跨 度m10.513.516.519.522.525.528.531.5起升高度主鉤m12副鉤m14起升速度主鉤m/min7.48副鉤20.2起重機總重t25.828.631.836.139.744.948.452.8最大輪壓22.824.325.126.027.229.030.231.4大車鋼軌 90×90主要尺寸BQmm465047005000B608061306430b260300H23402471H18701000H29096246266416566716816H32230217021802010H4

15、552420H5-125-257S12050S21700S31035S427156 主廠房主要尺寸的確定6.1 主廠房長度 6.2主廠房寬度 擬定廠房上游側(cè)做吊運機組部件主通道 以上各式中：R1 蝸殼X 方向最大平面尺寸，為4.433；R2 蝸殼X 方向最大平面尺寸，為3.136；1 蝸殼外部砼厚度，由水工結(jié)構(gòu)確定。可用1.0m。B 尾水管寬度；2 尾水管邊墩砼厚度，由水工結(jié)構(gòu)確定?？扇?.0m。3 發(fā)電機通風(fēng)道內(nèi)徑；3 發(fā)電機通風(fēng)道壁厚，可取0.3m；b 兩臺機組之間通風(fēng)道外壁的凈距，可取1.0m；6.3 廠房各控制高程的確定水輪機安裝高程 廠房頂高程的確定 7 主、副廠房的布置 7.1主廠

16、房的布置蝶閥坑高度和寬度 查小型水電站中冊，對于臥式機組不必設(shè)置貫通全廠的主閥廊道，單個設(shè)置主閥坑即可。主閥坑應(yīng)便于主閥的安裝、檢修和操作,操作主閥一側(cè)的空間應(yīng)不小于1m，對于側(cè)主閥外廓與坑壁的距離不小于0.8m。廠內(nèi)有吊車時，應(yīng)將主閥布置在吊車工作范圍之內(nèi)。蝴蝶閥主要尺寸：a=1730mm；b=880mm；c=350mm；d=850mm；e=470mm。所以，蝶閥坑長度=d+1000+800=2650mm=2.65m 蝶閥坑寬度=e+1000+800=2270mm=2.27m 蝶閥坑高度=1730+1000=2730mm=2.73m主廠房的長度和寬度機組間距機組的布置方式：機組的布置方式對確

17、定廠房輪廓尺寸有較大的影響。其布置方式有縱向布置、橫向布置和斜向布置三種。本設(shè)計廠房中的機組布置采用橫向布置，機組等距離布置。機組廠房尺寸的原則有：1、機組間距應(yīng)滿足兩點：發(fā)電機轉(zhuǎn)子安裝、檢修時能抽出和套入；設(shè)備外廓之間的距離，一般為2m左右?？繖C組設(shè)備外端與側(cè)墻的距離，同樣滿足上述要求。2、電氣屏柜與設(shè)備之間的距離，對于有吊車的廠房，一般不宜小于1.5m?？刂破?、動力屏后端離墻應(yīng)有0.81.0m的距離。3、當(dāng)廠內(nèi)設(shè)有主閥時，應(yīng)設(shè)主閥坑，上下游側(cè)與壓力鋼管連接的法蘭面與墻的距離，一般不應(yīng)小于0.3m。4、安裝間的面積，應(yīng)滿足一臺機組擴大性檢修的需要，一般可取為一個機組段長度的1.01.3倍，視

18、機組容量和臺數(shù)而定。5、當(dāng)廠內(nèi)設(shè)有吊車時，確定廠房寬度應(yīng)考慮到吊車的標(biāo)準(zhǔn)跨度要求。根據(jù)以上原則確定：機組間距取5.5m邊機組段長度與安裝間相鄰的邊機組長度，必須滿足發(fā)電機層設(shè)備布置要求，下部塊體結(jié)構(gòu)尺寸應(yīng)考慮蝸殼外圍或尾水管邊墻的混凝土厚度0.8m以上，而與安裝間相對一端邊機組段長度，除滿足設(shè)備布置外，為了保證邊機組在吊橋工作范圍以內(nèi)，則，其中J為吊橋主鉤至橋吊外側(cè)的距離，x為吊車梁末端擋車板的長度，x一般為0.40.9m。由此取邊機距離墻壁的長度=4.0m，=4.83m。安裝間的長度安裝間的長度當(dāng)機組臺數(shù)不超過46臺時，可按檢修一臺機組時能放置四大部件并留有做夠的工作通道來確定。初步設(shè)計時，

19、可采用=(1.01.5) ，故取安裝間的長度為9.569m。安裝間的布置安裝間的位置安裝間一般均布置在主廠房有對外道路的一端，高程和主廠房高程一至。對外交通通道必須直達(dá)安裝間，車輛直接駛?cè)氚惭b間以便利用廠房橋吊卸貨。水電站對外交通運輸?shù)缆房梢允氰F路、公路、或水路。對于中小型水電對外交通運輸?shù)缆氛静捎霉?。安裝間的尺寸安裝間與主廠房同寬以便橋吊通行，所以安裝間的面積就決定了它的長度。安裝間的面積可按一臺機組擴大性檢修的需要確定，一般考慮放置四大部件，即發(fā)電機轉(zhuǎn)子、發(fā)電機上機架、水輪機轉(zhuǎn)輪、水輪機頂蓋。四大部件要布置在主鉤的工作范圍內(nèi)，其中發(fā)電機轉(zhuǎn)子應(yīng)全部置于主鉤起吊范圍內(nèi)。發(fā)電機轉(zhuǎn)子和水輪機轉(zhuǎn)輪

20、周圍要留有12m的工作場地。安裝間的布置安裝間內(nèi)要安排運貨車的停車位置主變壓器有時也要在安裝間進行檢修，這時要考慮主變壓器運入的方式及停車點。主變壓器大修時常需吊芯檢修，在安裝間上設(shè)尺寸相同的變壓器坑。發(fā)電機轉(zhuǎn)子放在安裝間上時主軸要穿過地板，地板上在相應(yīng)位置要設(shè)大軸孔，下要設(shè)大軸承臺，并預(yù)埋底腳螺栓。安裝間大門尺寸選用4.4m×4.2m。主廠房內(nèi)機電設(shè)備布置及交通運輸主廠房內(nèi)機電設(shè)備的布置主廠房內(nèi)的機電設(shè)備主要的有水輪發(fā)電機組及其輔助附屬設(shè)備（調(diào)速器、勵磁盤及機旁盤），蝴蝶閥等。機組及其輔助附屬設(shè)備：調(diào)速器布置在發(fā)電機房，四周均留有大于1.0m寬的空間，以便于操作維修。調(diào)速器緊鄰發(fā)電

21、機，以縮短管路和運行操作方便。勵磁盤與機旁盤裝置在距離墻壁0.8m處。吊物孔水電站廠房只在發(fā)電機層設(shè)有吊車，其他層如水輪機層的一些小型設(shè)備需要檢修時，要將其吊運到發(fā)電機層的安裝場，這就需要在發(fā)電機層的樓板上設(shè)置吊物孔，用于起吊發(fā)電機層以下幾層的一些小型設(shè)備?？壮叽鐬?.2m×1.6m的吊物孔，蓋有承重蓋板。7.2副廠房的布置設(shè)計副廠房：應(yīng)緊靠主廠房，基本上布置在主廠房的上游側(cè)，下游側(cè)和端部，可集中一處，也可分兩處布置，本設(shè)計布置在主廠房的上游側(cè)。副廠房的組成、面積和內(nèi)部布置取決于電站裝機容量、機組臺數(shù)、電站在電力系統(tǒng)中的作用等因素。中央控制室中控室是為了集中地對整座電站發(fā)電、配電、變

22、電設(shè)備以及下游水位、流量進行監(jiān)視和控制而集中布置各種控制儀表的專門房間。其中布置有各種指示盤、同步盤、記錄盤等控制盤、直流盤、保護盤和信號盤等，它是電站的神經(jīng)中樞。中控室應(yīng)盡量靠近主機房，交通方便。同時與開關(guān)站之間有方便通道聯(lián)系。引水式廠房中央控制室應(yīng)盡量靠近主機房和開關(guān)站之間，并靠近機組。一般也常布置在主廠房的一端，此時應(yīng)結(jié)合裝機順序?qū)Τ跗诎l(fā)電和分歧過度的各種電纜、維護通道等進行統(tǒng)盤考慮，以保證中控室的安全運行。中控室的凈高度一般為44.5m.。中控室和發(fā)電機層之間最好用玻璃做成隔音墻。中控室下層應(yīng)設(shè)電纜層或電纜夾層，凈高度一般不小于2m，也不宜大于2.5m。中控室附近應(yīng)設(shè)置交接班室、值班室

23、及衛(wèi)生間等。中控室的長為10m，寬為6m，中控室內(nèi)放置7面保護屏，7面控制屏，3面廠用屏，3面直流屏，外形尺寸均為（cm）60，并設(shè)置一個工作臺。中控制的凈高取3.9m 。高壓開關(guān)室發(fā)電機低壓配電設(shè)備是指發(fā)電機引出線至主變壓器升壓前的低壓配電設(shè)備。位于發(fā)電機和主變壓器之間，并盡可能縮短其距離。發(fā)電機低壓配電設(shè)備通常布置于成套的開關(guān)柜中，其副廠房稱為高壓開關(guān)室。高壓開關(guān)室，當(dāng)其長度超過7米時，應(yīng)設(shè)兩個向外開的門出口，通向其他房間或室外。不應(yīng)布置在廁所、浴室的下面。高壓開關(guān)室長為10m，寬為6m，里面放置13個高壓開關(guān)柜，將開關(guān)柜設(shè)置成兩排，中間的維護通道為1m，尺寸為長（cm）120。開關(guān)室布置在安裝場上游側(cè)，開關(guān)室設(shè)有二扇寬度為1.2m的門。廠用設(shè)備的布置廠用電大部分是交流電，廠用變壓器常設(shè)兩臺，一臺備用，布置在廠用開關(guān)室內(nèi)。廠用電小部分是直流電，主要供給操作電路、信號以及繼電器用電。直流電來自蓄電池，廠房一般需設(shè)直流電設(shè)備室。直流配電室一般包括蓄電池室、酸室、套間、充電機室、通風(fēng)機室、直流配電盤等，它們應(yīng)作為一個整體而布置在一起。根據(jù)以