課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)的基本要求

1、壩后式水電站畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)內(nèi)容基本內(nèi)容樞紐布置(1)依據(jù)水能規(guī)劃設(shè)計(jì)成果和規(guī)范確定工程等級(jí)及主要建筑物的級(jí)別；(2)依據(jù)給定的地形、地質(zhì)、水文及施工方面的資料，論證壩軸線位置，進(jìn)行壩型選擇；(3)論證廠房型式及位置；(4)進(jìn)行水庫(kù)樞紐建筑物的布置 (各主要建筑物的相對(duì)位置及形式，劃分壩段 )，并繪制 樞紐布置圖。水輪發(fā)電機(jī)組選擇(1)選擇機(jī)組臺(tái)數(shù)、單機(jī)容量及水輪機(jī)型號(hào)；(2)確定水輪機(jī)的尺寸(包括水輪機(jī)標(biāo)稱直徑 D1、轉(zhuǎn)速n、吸出高度Hs、安裝高程Za);(3)選擇蝸殼型式、包角、進(jìn)口尺寸，并繪制蝸殼單線圖；(4)選擇尾水管的型式及尺寸；(5)選擇相應(yīng)發(fā)電機(jī)型號(hào)、尺寸，調(diào)速器及油壓裝置。廠區(qū)樞紐

2、及電站廠房的布置設(shè)計(jì)(1)根據(jù)地形、地質(zhì)條件、水文等資料，進(jìn)行分析比較確定廠房樞紐布置方案；(2)根據(jù)水輪發(fā)電機(jī)的資料，選擇相應(yīng)的輔助設(shè)備，進(jìn)行主廠房的各層布置設(shè)計(jì)；(3)確定主廠房尺寸；(4)副廠房的布置設(shè)計(jì)；(5)繪制主廠房橫剖面圖、發(fā)電機(jī)層平面圖、水輪機(jī)層和蝸殼層平面圖各一張。選作內(nèi)容引水系統(tǒng)設(shè)計(jì)(1)進(jìn)水口設(shè)計(jì)。確定進(jìn)水口高程、型式及輪廓尺寸；(2)壓力管道的布置設(shè)計(jì)。確定壓力管道的直徑；確定壓力管道的布置方式和各段尺寸；58基本資料本水電站在 MD江的下游，位于木蘭集村下游2km處。壩址以上流域控制面積230200km 。本工程是一個(gè)發(fā)電為主，兼顧防洪、灌溉、航運(yùn)及養(yǎng)魚等綜合利用的水

3、利樞紐。電站投入運(yùn)行后將承擔(dān)黑龍江東部電網(wǎng)的峰荷，以緩解系統(tǒng)內(nèi)缺乏水電進(jìn)行調(diào)峰能力差的局面。本工程所在地點(diǎn)交通比較方便，建筑材料比較豐富，是建設(shè)本工程的有利條件。電站地理位置圖見圖 5-1。59北通河o江AIX一會(huì)7電 /5.2.1自然條件5.2.1.1流域概況MD江近南北方向，全長(zhǎng)37600km ,呈南北向狹長(zhǎng)形。（河伊、，工1一道溝上 . .、飛LH電站、渾一二 J河 /，T|/、,方喋河鎮(zhèn)公社 1fcj：4浪Jrf 1： go。圖5-1電站地理位置圖725km,河道平均坡降 1.39m%。，總落差1007m。流域面積60 MD江流域兩岸支流分布均勻，水網(wǎng)的形狀呈樹枝狀，多數(shù)支流短而湍急。

4、氣象MD江流域?qū)儆诖箨懶詺夂?，夏季炎熱多雨，冬季寒冷干燥。壩址處無(wú)氣象觀測(cè)資料， 故借用了附近觀測(cè)站的資料。根據(jù)歷年資料統(tǒng)計(jì)，最高氣溫37.5 C,最低氣溫-45.2C,多年平均氣溫3.03 Co風(fēng)速在35月較大，冬季多西風(fēng)，夏季多西南風(fēng)和東南風(fēng)。79月多年平均最大風(fēng)速13m/s,最大風(fēng)速 20m/s。最大凍土深度 1.89m,最大冰厚1.28m。多年平均降雨量 528mm ,其中71.8%集中在69月。水文壩址處無(wú)實(shí)測(cè)水文資料，但其下游 32km處有一水文站，自1954年7月開始觀測(cè)，有 24年實(shí)測(cè)資料。該水文站處集水面積30600km2,比壩趾處的集水面積多 400km2,且區(qū)間沒(méi)有大的支

5、流匯入。故本電站可直接應(yīng)用其實(shí)測(cè)資料進(jìn)行水文分析。本流域洪水主要發(fā)生在7、8月份，一次洪水一般由三天降雨產(chǎn)生。洪水多為單峰型，有的年份為雙峰型。一次洪水歷時(shí)619d,其中漲水歷時(shí) 17d, 一次洪水過(guò)程中洪量主要集中在7d。經(jīng)分析比較，本電站的洪水采用1964年典型，推算得出各種頻率的洪水過(guò)程線， 見表5-1 o本電站的下游已修筑堤防，能防1964年洪水（1964年洪峰QM=7920m3/s）,所以本電站放流以不超過(guò) 8000m3為宜。表5-11964年型入庫(kù)設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線單位：m3/s時(shí)間典型流量可能最大 洪水P(%)0.010.1125208.20.5208053008.20.112200

6、5600455037408.20.17364092707520618046904180350022908.20.2354601390012600950064405510433024708.21.5700017800161001220082607070555031708.21.11839021400196001480096508100615032808.21.178450307002610018900119009950735036108.21.23769019600180001350088407420563030008.22.57190183001680012600826069305270281

7、08.22.11651016600150001130076806580516029508.22.17630016000145001100074206350500028508.22.2356101430012900977066305670445025408.23.551501310011800895060705200408023308.23.1147101200010800820055604750373023108.23.1743801120010100762051704420347019808.23.234200107008680713054104820404026508.24.5400010

8、2008280680051604600385025208.24.11387098608010658049904450373024408.24.17358091207400608046104110344022508.24.23347088407180590044703990334021908.25.5334085006910568043103840322021008.25.11301076706220512038803460290019008.25.17289073705980491037203320278018208.25.23267068105530454034503070257016908

9、.26.5259068005360440033402980249016308.26.11252064205230430032602900243015908.26.17253064505230430032602910244016008.26.23247062905110420031802840238015608.27.5242061605010412031202780233015308.27.1123305930483039703010268022501470泥沙電站所在河流為少沙河流，泥沙資料較少，故將牡丹江站作為本水庫(kù)的入庫(kù)站。從牡 丹江市站泥沙資料可知，泥沙分配與洪水一致，集中在汛期。經(jīng)計(jì)

10、算，本水庫(kù)多年平均懸 移質(zhì)入庫(kù)輸沙量為75.5萬(wàn)t,本流域無(wú)推移質(zhì)測(cè)驗(yàn)資料，經(jīng)分析比較，確定本水庫(kù)推移質(zhì)輸沙量占懸移質(zhì)輸沙量的10%,排沙比為7%,懸移質(zhì)和推移質(zhì)的干容重為1.1t/m3本水庫(kù)的地形特征為河谷型水庫(kù)，淤積狀態(tài)主要考慮帶狀淤積。工程地址(1)水庫(kù)區(qū)工程地質(zhì)水庫(kù)周邊山體邊坡坡度，一般為30 50 ,相對(duì)比高100m200m,部分地段有些陡壁。水庫(kù)周邊山體巖石主要為花崗巖，巖石較堅(jiān)硬完整，滲透性弱，風(fēng)化淺。覆蓋不厚，植被 良好。故水庫(kù)蓄水后，庫(kù)區(qū)無(wú)永久性滲漏問(wèn)題，也不會(huì)產(chǎn)生大體積塌方與滑坡，固體徑流 來(lái)源少。本地區(qū)地震基本烈度為 6度。(2)樞紐區(qū)工程地質(zhì)62 壩址區(qū)河流迂回曲折，壩

11、址上游木蘭集附近河流近東西向，自西向東流，至距壩軸線 上游0.5km處轉(zhuǎn)為北西向，至壩址下游又轉(zhuǎn)為近南北向流出壩址。壩址呈不對(duì)稱 U型河谷，右岸為凹岸，因受河流沖蝕，山勢(shì)陡峻，山體雄厚，附近雖 有一婭口，但地勢(shì)較高。嶺頂最低點(diǎn)高程為247.5m。左岸為河流堆積的凸岸，有一、二級(jí)階地，相對(duì)高度分別為 5m10m及10m28m ,寬度分別為50m及300m,壩頭為一條形山 脊，岸坡坡度北側(cè)15。25。，南側(cè)20。45。，山體中部被Fi大斷層帶橫切，形成一低矮的垃 口，垃口最低點(diǎn)高程為 194.6m,二壩設(shè)于此處。壩址基巖為下元古界混合花崗巖，后期穿插有中、酸性巖脈。第四系沖洪積層，分布于河谷兩岸漫

12、灘及階地上，河谷砂礫石厚0.5m3m； 一、二級(jí)階地覆蓋層厚617m,上部為粘性土，下部為砂礫石層，一、二級(jí)階地粘性土分別后12m及516m,二級(jí)階地砂礫石層厚 2.5m8.5m。壩區(qū)地質(zhì)構(gòu)造以斷裂為主，主要構(gòu)造方向近南北向，分述如下：(i)南北向斷層，如F1、F6、F7、F8及F2、F5等，均在左岸垃口通過(guò)。F1斷層帶寬30m60m, 傾向SE、傾角60 75,由數(shù)條小斷層組成，每條小斷層寬0.21.2m,由破碎巖塊及斷層泥組成，各條小層間的巖體未見構(gòu)造異變，但表部巖石強(qiáng)烈風(fēng)化成砂狀。(ii)北東向斷層，一般走向 NE2535 ,傾向東南，其中 F11、F30 傾角大于80,寬 度小于1m。

13、F9傾角為520 ,破碎帶寬0.10.8m,夾灰白色斷層泥和碎屑。(iii)北西向斷層，走向NW325335 ,傾向SW或SE,傾角65 85 ,一般寬0.25m0.4m。壩區(qū)巖脈走向NW300350 ,傾角一般大于 70,寬度較大，從 0.5m到數(shù)10m。與混 合花崗巖接觸部位破碎，完整性較差。壩區(qū)混合花崗巖裂隙較發(fā)育，延伸較長(zhǎng)，有的達(dá)3080m,平行間距0.51m。表部張開有泥質(zhì)充填，地表 20m以下多閉合。位于弱風(fēng)化帶以下的緩傾角節(jié)理，基本趨于閉合，有的有鈣質(zhì)薄膜，未見泥質(zhì)充填。壩區(qū)混合花崗巖為粗粒結(jié)構(gòu)，受本身結(jié)構(gòu)和礦物成份的影響，較易風(fēng)化。各部位的風(fēng) 化深度差異很大，一般由右岸向左岸風(fēng)

14、化深度逐漸加大，如河床深度5m20m,而左壩肩風(fēng)化深度為25m50m,二壩處風(fēng)化深度達(dá) 52m65m?；旌匣◢弾r與混凝土的抗剪斷試驗(yàn)，求得強(qiáng)風(fēng)化巖與混凝土的摩擦系數(shù)為0.85,凝聚力為13.2kg/cm2;弱風(fēng)化巖相應(yīng)為 0.7及1.83.6kg/cm2。壩區(qū)基巖裂隙潛水，含水層性能受構(gòu)造和巖石裂隙發(fā)育程度及充填物的控制。單位吸 水率隨深度增加而減小。全風(fēng)化巖滲透系數(shù)為 518m/d,強(qiáng)風(fēng)化巖及弱風(fēng)化巖的吸水率分別63 為 0.360.11L/min 及 0.01L/min。(3)壩區(qū)主要工程地質(zhì)評(píng)價(jià)(i)壩址第四紀(jì)覆蓋層、河床部份較薄，一般0.55m,均予挖除。一、二級(jí)階地部位較厚，總厚61

15、7m,上部為粘性土，厚 210m,下部為砂及砂礫石。粘性土為中等壓縮性土， 力學(xué)強(qiáng)度較高，未發(fā)現(xiàn)有淤泥和粉砂夾層，此部位若建土壩，除心墻部位外，可不必挖除， 僅清除耕植土即可。(ii)混凝土壩段內(nèi)壩基的斷層，因規(guī)模不大，傾角較陡，可用混凝土塞作工程處理。(iii)混凝土壩擬建基于弱風(fēng)化巖中下部，堆石壩心墻可建于強(qiáng)風(fēng)化巖。(iv)二壩壩基受F1大斷層影響，風(fēng)化較深，但下挖57m即為塊狀風(fēng)化巖，此種巖石在作管涌試驗(yàn)時(shí)，水力坡降達(dá)到30,未見異常情況，故心墻可建基于此巖石上。(4)建筑材料建筑材料分為砂石料和土料，其料場(chǎng)情況為：(i)砂礫石料砂礫石料主要有兩個(gè)料場(chǎng)：料場(chǎng)1:位于壩下游 3.25km,

16、無(wú)效儲(chǔ)量194萬(wàn)m3,有效儲(chǔ)量325萬(wàn)m3。料場(chǎng)2：位于壩下 0.51.8km, 無(wú)效儲(chǔ)量202.6萬(wàn)m3,有效儲(chǔ)量 486萬(wàn)m3。上述砂礫料質(zhì)量較好，除砂含泥量超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)外，其余指標(biāo)均符合要求。(ii) 土料位于壩上游右岸 0.52km范圍內(nèi)，有三個(gè)料場(chǎng)，儲(chǔ)量計(jì)206萬(wàn)m3,粘性含量19%35% , 天然含水量約高出最優(yōu)含水量2%3%。5.2.2水利、動(dòng)能地區(qū)經(jīng)濟(jì)概況本電站供電涉及的地區(qū)內(nèi)，是當(dāng)?shù)氐墓I(yè)、煤炭、商品糧基地和木材產(chǎn)區(qū)。為使水庫(kù) 擋水后，在正常高蓄水位下，水庫(kù)末端淹沒(méi)損失最小，且充分利用本河段的水能資源，故 正常高蓄水位定為 218m。電力系統(tǒng)概況及負(fù)荷資料本地區(qū)電力負(fù)荷非常緊張，

17、電網(wǎng)嚴(yán)重缺電，影響了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。為此除設(shè)想在本 地區(qū)建設(shè)一些大火電廠外，還須建設(shè)相當(dāng)容量的水電站在系統(tǒng)內(nèi)擔(dān)任峰荷，故急需LH水電站投入運(yùn)行。64本電站的設(shè)計(jì)保證率為 90%。5-2。本地區(qū)電力網(wǎng)近期各月最大負(fù)荷見表表5-2本地區(qū)電力網(wǎng)近期各月最大負(fù)荷月份一二三四五六最大負(fù)荷(MW)210320662029199219551918月份七八九十H-十二最大負(fù)荷(MW)188019682056214422322320綜合利用要求(1)防洪。在1960年型洪水情況下，考慮水文預(yù)報(bào)，水庫(kù)預(yù)泄，則下游城市的防洪標(biāo)準(zhǔn)有所提高。(2)灌溉。灌溉設(shè)計(jì)水平年按1985年計(jì)，壩址以上灌溉用水過(guò)程線見表5-3。表

18、5-31985年灌溉用水過(guò)程線表月份四五六七八九十全生育期用水量(萬(wàn)mj46910996127321283058860100043913注：回歸水已按15%考慮灌溉用水對(duì)建筑物沒(méi)有要求，可在計(jì)算入庫(kù)凈流量中扣除。壩址下游的灌溉用水，不需要從水庫(kù)直接引水，水電站的放流已能滿足灌溉用水約20m3/s的要求。(3)航運(yùn)。目前暫屬未通航的河流，將來(lái)梯級(jí)電站建成后，航運(yùn)條件得到改善。根據(jù)省 航運(yùn)部門的意見，在該電站樞紐考慮預(yù)留過(guò)船建筑物的位置。3(4)工業(yè)和城市用水。每月耗水重為304萬(wàn)m。工業(yè)及城市用水在本水庫(kù)上游，對(duì)樞紐建筑物沒(méi)有要求，只是在入庫(kù)凈水量中予以扣除即可。(5)養(yǎng)魚。水庫(kù)水面面積按 10

19、萬(wàn)畝計(jì)，則年產(chǎn)魚約 750t。在綜合考慮以上因素之后，確定本電站的裝機(jī)容量為500MW ,水頭范圍為3065m,設(shè)計(jì)水頭為50m。655.2.3資料圖圖程Cr1水庫(kù)水位面積容積曲線9fh-fH-V220_* 1一-210 1200高程u面積(kr:)容積（億3）230200.4650.231907220141.6233.23/210104.0721.0318020072.8512.27jt/19048.356.27170r18031.222.34，71708.470.81160 /1601.300.091050201003015040200容積(億lY ) 1_ 一 .D面積(kr )66 圖

20、5-2水庫(kù)水位面積容積曲線水位（m）壩址下游水位流量關(guān)系曲線170165160_-c-7水位（m）流量（m3/s）159.50160.020160.5140161.0400162.01070163.01870164.02880165.04100166.05420167.06920167.57700168.08600169.010500170.012600171.014900172.017200173.019600174 02220050001000015000流量（m Zs）圖5-3壩址下游水位流量關(guān)系曲線68 近期冬日負(fù)荷圖圖5-4電力網(wǎng)近期冬日負(fù)荷曲線壩址地區(qū)地形圖見附圖 7,壩軸線地質(zhì)剖

21、面圖見附圖8。5.3設(shè)計(jì)指南樞紐布置首先根據(jù)給定的設(shè)計(jì)資料查相應(yīng)的規(guī)范，確定工程等別及重要建筑物的級(jí)別。再根據(jù)地質(zhì)、地形條件、建筑材料、施工條件、泄洪要求等來(lái)確定壩型，可以對(duì)土壩、 拱壩、混凝土重力壩三種方案進(jìn)行比較。2.3 節(jié)。樞紐布置應(yīng)確定各種建筑物的相對(duì)位置，進(jìn)行壩段劃分。樞紐布置的原則見本工程為壩后式水電站，主要包括攔河大壩與發(fā)電廠房?jī)纱蟛糠?。首先要求根?jù)所給 出的資料確定總體布置方案。主要比較左岸廠房方案和右岸廠房方案，考慮的因素包括主 河床的位置、地質(zhì)條件對(duì)大壩及廠房的影響、河道的沖刷與淤積、廠房進(jìn)水和尾水的順暢、 各種建筑物的布置和施工是否方便、工程量等，可列表進(jìn)行定性比較。選定

22、廠房位置后， 需要對(duì)壩段進(jìn)行布置設(shè)計(jì)。與本電站廠房有關(guān)的布置原則為： 要求電站進(jìn)水口前水流平順，無(wú)漩渦及橫向水流； 當(dāng)溢流壩與廠房段并列布置時(shí)，應(yīng)盡量將前者布置在主河槽，以保證泄水順暢；為減少下泄水流對(duì)發(fā)電和航運(yùn)的不利影響，常在溢流壩與其他建筑物之間設(shè)置導(dǎo)墻；當(dāng)河流含沙量大，壩前淤積嚴(yán)重時(shí)，應(yīng)采取排沙措施，沖沙孔或排沙洞常布置在廠房進(jìn)水口附 近，其高程可根據(jù)運(yùn)用要求來(lái)確定； 應(yīng)防止由于泥沙淤積造成尾水壅高，降低發(fā)電水頭。水電站廠房區(qū)的布置應(yīng)包括主廠房、副廠房、尾水渠道、主變壓器、開關(guān)站、交通道 路的布置等內(nèi)容。引水系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)水口設(shè)計(jì)確定進(jìn)水口高程、型式及輪廓尺寸；確定攔污柵的布置形式和各部分尺

23、寸。(1)進(jìn)水口輪廓由于本電站為壩后式水電站，故進(jìn)水口的型式為壩式進(jìn)水口。根據(jù)壩段長(zhǎng)度選擇攔污 柵的平面形狀(圓形或平面形)。確定進(jìn)水口高程時(shí)需要注意，該電站地處寒冷地區(qū)，需要考 慮冰凍對(duì)進(jìn)水口的影響。進(jìn)水口的輪廓尺寸主要對(duì)進(jìn)口段、閘門段、漸變段的斷面尺寸進(jìn)行計(jì)算和論證，要求 水流平順，水頭損失小，進(jìn)口流速不宜過(guò)大，結(jié)構(gòu)受力條件好。進(jìn)口段一般為喇叭口形狀， 閘門段一般為矩形斷面，而漸變段主要是矩形斷面和管道圓形段面的連接段。(2)攔污柵設(shè)計(jì)攔污柵的設(shè)計(jì)內(nèi)容包括柵面設(shè)計(jì)(平面形狀和面積卜柵面距壩體上游面的距離、柵條尺 寸和間距。(3)閘門段設(shè)計(jì)閘門段包括工作閘門和檢修閘門，需要對(duì)閘門的位置、形式

24、、尺寸、啟閉方式、通氣 孔的位置及尺寸等進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于本電站位壩后式水電站，所以工作閘門和檢修閘門建議均采用平板式閘門。閘門的位置和尺寸需要根據(jù)上面設(shè)計(jì)的輪廓形狀確定。通氣孔設(shè)計(jì)包括面積、位置和出口高程的確定，其中面積根據(jù)單根管道最大引用流量和設(shè)計(jì)允許氣流流速確定，位置一般在閘門下游側(cè)（工作閘門后止水）。如果工作閘門為前止水，則可由閘門井兼作通氣孔。壓力管道的布置設(shè)計(jì)壓力管道的涉及內(nèi)容包括確定壓力管道的直徑；經(jīng)定性分析比較確定壓力管道的布置方式，各段尺寸及結(jié)構(gòu)型式。對(duì)于壩式水電站來(lái)說(shuō)一般采用單管單機(jī)供水的壩內(nèi)壓力管道，其布置原則上應(yīng)力求管道短，穿過(guò)壩體時(shí)盡量減少對(duì)壩體的消弱，減少水頭損失，降低

25、水擊壓力，滿足機(jī)組的調(diào) 節(jié)保證為要求。設(shè)計(jì)中需要考慮下面的因素：本電站為混凝土重力壩，壩高屬中等壩，壩體尺寸較大，進(jìn)水口和水輪機(jī)安裝高程相差20m以上，進(jìn)水口較高。根據(jù)以上的原則和考慮因素，建議重點(diǎn)論證傾斜式管道布置方案的合理性。壓力管道的直徑可采用經(jīng)濟(jì)流速方法確定。水輪發(fā)電機(jī)組的選擇水輪機(jī)選擇是水電站設(shè)計(jì)中一項(xiàng)重要任務(wù)，它涉及到機(jī)組能否安全、高效、可靠運(yùn)行，而且對(duì)水電站造價(jià)、建設(shè)速度、水電站建筑物的布置形式及尺寸都有影響。水輪機(jī)選擇是在已知水電站裝機(jī)容量 N、水電站特征水頭（最大工作水頭 Hmax、最小工 作水頭Hmin、設(shè)計(jì)水頭 %、平均水頭Hav）、特征流量（最大引用流量Qmax、最小引

26、用流量 Qmin、平均流量Qav）、下游水位流量關(guān)系曲線情況下進(jìn)行的。選擇機(jī)組臺(tái)數(shù)、單機(jī)容量及水輪機(jī)型號(hào)（1）機(jī)組臺(tái)數(shù)及單機(jī)容量選擇機(jī)組臺(tái)數(shù)時(shí)，應(yīng)對(duì)加工制造能力和運(yùn)輸條件、總投資、水電站的運(yùn)行效率和運(yùn)行靈活性、運(yùn)行維護(hù)工作量的大小等因素進(jìn)行綜合考慮，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定機(jī)組臺(tái)數(shù)。為 了使電氣主結(jié)線對(duì)稱，大多數(shù)情況下機(jī)組臺(tái)數(shù)為偶數(shù)。我國(guó)已建成的中型水電站一般采用46臺(tái)機(jī)組。對(duì)于中小型水電站，為保證運(yùn)行的可靠性和靈活性，機(jī)組臺(tái)數(shù)一般不少于 2臺(tái)。當(dāng)機(jī)組臺(tái)數(shù)m確定后，則水輪機(jī)的單機(jī)出力Nr = n / m邛，其中，叮為發(fā)電機(jī)的效率，大型機(jī)組 4=96%98% ,中型機(jī)組 邛=95%96%。（2）水輪機(jī)

27、型號(hào)為了了使水輪機(jī)生產(chǎn)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，我國(guó)已編制了反擊式水輪機(jī)暫行系列 型譜表。根據(jù)已確定的單機(jī)容量和水電站水頭范圍，從水輪機(jī)系列型譜選擇合適的水輪機(jī) 型號(hào)(表5-3)。表5-3大中型混流式轉(zhuǎn)輪參數(shù)(暫行系列型譜)適用水頭 范圍H(m)轉(zhuǎn)輪型號(hào)導(dǎo)葉相對(duì)身度%/Di最優(yōu)單位 轉(zhuǎn)速n10(r/min)推薦使用的 最大單位流 量 Qi(L/s)模型空蝕系數(shù)CTm使用型號(hào)舊型號(hào)30HL310HL365,Q0.39188.31400*0.3602545HL240HL1230.36572.012400.2003565HL230HL263,H 20.31571.01110*0.1705085HL22

28、0HL7020.25070.011500.13390125HL200HL7410.20068.09600.100HL180HL662(改型)0.20067.08600.085注：(1)帶“*”表示裝置空蝕系數(shù)目(2)適用轉(zhuǎn)輪直徑Di四.0m的混流式水輪機(jī)確定水輪機(jī)的主要參數(shù)當(dāng)水輪機(jī)的型號(hào)確定后，需要計(jì)算水輪機(jī)的主要參數(shù)，包括水輪機(jī)標(biāo)稱直徑Di、轉(zhuǎn)速n、吸出高度Hs、安裝高程Zao大中型水輪機(jī)的參數(shù)一般由模型綜合特性曲線計(jì)算確定。(1)轉(zhuǎn)輪直徑(Di)的確定Di =Nr /、.r(m)9.81QiH 3/2 r(5-1)式中Nr水輪機(jī)單機(jī)額定出力，kW;Qi 水輪機(jī)單位流量，m3/so Qi取限

29、制工況下的，并查出限制工況的中。HL水輪機(jī)由5%出力限制線得到，Hr設(shè)計(jì)水頭， m；YT所選擇的設(shè)計(jì)工況點(diǎn)的原型水輪機(jī)效率，在 Di未確定時(shí)，一般初步設(shè)計(jì)中 先取 中小+?？中23%),求得Di后再修正。式(5-i)中的單位參數(shù)采用表 5-4中的數(shù)值。由此計(jì)算出的Di應(yīng)改取為與其計(jì)算值相近的標(biāo)稱直徑(表5-5)。通常Di選用較計(jì)算值稍大的標(biāo)稱直徑。av(2)轉(zhuǎn)速的選擇(5-2)Di72n；用最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速n；0, n；0=n；0M+An；。水頭H = Hav。表5-4混流式水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪主要參數(shù)表轉(zhuǎn)輪型號(hào)推薦使 用水頭 范圍(m)模型轉(zhuǎn)輪導(dǎo)葉相 對(duì)高度b0/D1最優(yōu)工況限制工況試驗(yàn) 水頭 H/m

30、直徑Di (mm)葉片數(shù)乙單位 轉(zhuǎn)速n10 (r/min)單位 流量Q1(L/s)效率T /%空蝕 系數(shù)a比轉(zhuǎn) 速ns單位 流量Q1(L/s)效率T /%空蝕 系數(shù)aHL310300.305390150.39188.3122089.6355140082.6*0.36HL2601035385150.37872.5118089.4286137082.80.28HL24025454.0460140.36572.0110092.00.2275124090.40.20HL23035650.305404150.31571.091390.7247111085.2*0.17HL22050854.0460140

31、.2570.0100091.00.115255115089.00.133HL200901253.0460140.2068.080090.70.08821095089.40.088HL180901254.0460140.2067.072092.00.07520786089.50.083HL1601101504.0460170.22467.058091.00.05718767089.00.065注：帶“*”表示裝置空蝕系數(shù) 也表5-5反擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱直徑系列單位:cm253035(40)42506071(80)841001201401601802002252502753003303804104

32、505005506006507007508008509009501000計(jì)算出的水輪機(jī)轉(zhuǎn)速n也必須與相近的發(fā)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速(表5-6)匹配，若n的計(jì)算值介于兩個(gè)同步轉(zhuǎn)速之間，則應(yīng)進(jìn)行方案比較后確定。一般來(lái)說(shuō)，在保證水輪機(jī)處于高效率區(qū) 工作的前提下，應(yīng)選用較大的同步轉(zhuǎn)速，以使機(jī)組具有較小的尺寸和重量。表5-6磁極對(duì)數(shù)P與同步轉(zhuǎn)速n關(guān)系表P3456789101214n(r.min-1)1000750600500428.6375333.3300250214.3P16182022242628303234n(r.min-1)187.5166.7150136.4125115.4107.110093.888.

33、2P3638404244464850n(r.min-1)83.3797571.468.265.262.560(3)工作范圍的驗(yàn)算求出水輪機(jī)的參數(shù)Di、n后，在模型綜合特性曲線上繪出水輪機(jī)的相似工作范圍，檢驗(yàn)是否包括了高效率區(qū)，以驗(yàn)證 Di、n的合理性。方法：根據(jù)Nr、Di、Hr求出Qlmax,由Hmax、Hmin、D1、 n求出：nimin 和n,1max) 在綜合特性曲線上以 Q,lmax、門佃所和n,imax作直線，此范圍即為水輪機(jī)的相似工作范圍。(4)計(jì)算允許吸出高度 Hs,并確定水電站的安裝高程Za計(jì)算公式73(5-3)Hs =10-kcH r 900 式中 電站所在地的海拔高程；k

34、空蝕系數(shù)修正系數(shù)，一般取1.11.35；b 水輪機(jī)模型空蝕系數(shù)； Hr設(shè)計(jì)水頭。選擇蝸殼型式、包角、進(jìn)口尺寸，并繪制蝸殼單線圖345。蝸殼的水力計(jì)算由于本電站水頭較高，因此建議采用鋼蝸殼。蝸殼的包角可用 見水力機(jī)械教材11一13。選擇尾水管的型式及尺寸11-13O尾水管可采用標(biāo)準(zhǔn)彎肘型尾水管，其輪廓尺寸確定見水力機(jī)械教材 蝸殼和尾水管在選定型式并確定尺寸以后，要求畫出其單線圖。選擇相應(yīng)發(fā)電機(jī)型號(hào)、尺寸，調(diào)速器及油壓裝置水輪發(fā)電機(jī)、調(diào)速器和油壓裝置的型號(hào)和尺寸，可以由本電站的單機(jī)容量、額定轉(zhuǎn)速等套用已建成的類似電站所使用的設(shè)備?？蓞⒖几奖?1附表13。廠區(qū)樞紐及電站廠房的布置設(shè)計(jì)廠房設(shè)計(jì)包括廠區(qū)

35、樞紐的布置、主廠房尺寸的確定、廠房?jī)?nèi)設(shè)備的布置、起重機(jī)的選 擇、廠房的結(jié)構(gòu)布置、副廠房布置等。主廠房的長(zhǎng)度主廠房的長(zhǎng)度L=機(jī)組段長(zhǎng)度LX機(jī)組數(shù)+裝配場(chǎng)長(zhǎng)度+邊機(jī)組段加長(zhǎng)ALo 本電站屬于中低水頭水電站，其機(jī)組段長(zhǎng)度一般根據(jù)下部塊體結(jié)構(gòu)的最小尺寸確定。下部塊體結(jié)構(gòu)的主要部件是蝸殼，蝸殼平面尺寸確定后，Lo=蝸殼平面尺寸+蝸殼外的混凝土結(jié)構(gòu)厚度8 , 8一般取0.81.0m,邊機(jī)組段一般取 1.03.0m。某些情況下，下部塊體結(jié) 構(gòu)的尺寸取決于尾水管的平面尺寸。裝配場(chǎng)長(zhǎng)度由裝配場(chǎng)的面積確定，而其面積要能夠滿足對(duì)一臺(tái)機(jī)組進(jìn)行解體大修的要 求，即能夠在裝配場(chǎng)內(nèi)放下發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)上機(jī)架、水輪機(jī)頂蓋和

36、水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪四大件， 并且在各部件之間留出 12m的通道。其中發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一般帶軸吊運(yùn)到裝配場(chǎng)，裝配場(chǎng)樓板相應(yīng)位置要留出直徑比大軸法蘭稍大的孔（平時(shí)覆以蓋板），大軸穿過(guò)后支承在特別設(shè)置的大軸承臺(tái)上（也稱為轉(zhuǎn)子檢修墩），承臺(tái)頂端預(yù)埋底角螺栓，待大軸法蘭套入后，用螺母固定。74邊機(jī)組段加長(zhǎng)一般可取為L(zhǎng)=1.0D 1。主廠房的寬度主廠房的寬度應(yīng)由發(fā)電機(jī)層、水輪機(jī)層和蝸殼層三層的布置要求來(lái)共同決定。(1)發(fā)電機(jī)層中，首先決定吊運(yùn)轉(zhuǎn)子(帶軸)的方式，是由上游側(cè)還是下游側(cè)吊運(yùn)。若由下游側(cè)吊運(yùn)，則廠房下游側(cè)寬度主要由吊運(yùn)之轉(zhuǎn)子寬度決定。若從上游側(cè)吊運(yùn)，則上游側(cè)較寬。此外，發(fā)電機(jī)層交通應(yīng)暢通無(wú)阻。一般主要通道寬2

37、3m,次要通道寬12m。在機(jī)旁盤前還應(yīng)留有1m寬的工作場(chǎng)地，盤后應(yīng)有0.81m寬的檢修場(chǎng)地，以便于運(yùn)行人員操作。(2)水輪機(jī)層中，一般上下游側(cè)分別布置水輪機(jī)輔助設(shè)備(即油水氣管路等)和發(fā)電機(jī)輔助設(shè)備(電流電壓互感器、電纜等)。以這些設(shè)備放下后，不影響水輪機(jī)層交通來(lái)確定水輪機(jī) 層的寬度。(3)蝸殼層一般由設(shè)置的檢查廊道、進(jìn)人孔等確定寬度。蝸殼和尾水管進(jìn)人孔的交通要通暢，集水井水泵房設(shè)置應(yīng)有足夠的位置，以此確定蝸殼層平面寬度。一般由廠房機(jī)組中心線為基準(zhǔn)，分別確定各層上游側(cè)和下游側(cè)所需寬度，再分別找出 各層上下游側(cè)的最大值 Bu和Bd,則主廠房寬度為 Bu+Bd。(4)當(dāng)寬度基本確定后，最后要根據(jù)吊

38、車標(biāo)準(zhǔn)寬度Lk驗(yàn)證，寬度必須滿足吊車的要求。主廠房的高度首先定出各層的高程，才能確定主廠房的高度。(1)安裝高程：安=V w+H s+b 0/2其中電站運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的最低下游水位，其確定方法見本書第6章表6-6;Hs吸出局度；b0導(dǎo)葉局度。(2)尾水管底板高程：尾=安-b”2-H尾其中H尾尾水管的高度。(3)開挖高程：才二 尾-混凝土底板厚度(約12m)。(4)水輪機(jī)層地板高程： 水=安+ b0/2+蝸殼頂部混凝土厚度(約1m)。(5)發(fā)電機(jī)層地板高程： 拄丁K+進(jìn)人孔高度(約2m)+混凝土結(jié)構(gòu)厚度(約1m)+定子外 殼(Wj度。但發(fā)還應(yīng)該滿足以下幾個(gè)要求：(i)水輪機(jī)層的高度不小于 3.5m,

39、否則難以布置出線、 管道和各種設(shè)備；(ii)發(fā)電機(jī)層樓板最好與裝配場(chǎng)在同一高程上；(iii)發(fā)電機(jī)層樓板最好高于下游最高洪水位，以便于對(duì)外交通和防潮、通風(fēng)。75(6)吊車軌頂高程：取決于最大部件的吊運(yùn)方式和尺寸。最大部件一般為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子帶軸或水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪帶軸。吊=發(fā)+最大部件高度+高度方向的安全距離。(7)廠房天花板及屋頂高程：天=吊+吊車尺寸+0,2m頂=天+屋頂大梁高度+屋面板厚度主廠房的高度=頂-挖5.3.4.4主廠房布置的構(gòu)造要求(1)廠房?jī)?nèi)的交通主廠房各層之間和每一層內(nèi)都有交通要求。各層之間的主要樓梯一般寬度為1.52.0m,坡度一般為25。次要樓梯較窄，有的部位可用爬梯。廠房?jī)?nèi)每層的

40、交通要求不盡相同， 以發(fā)電機(jī)層的交通最為重要，參見“主廠房的寬度”。(2)廠房應(yīng)注意采光、通風(fēng)、取暖、防潮、防火等。(3)主廠房的分縫和止水主廠房中的縫有兩種，一種為施工縫，另一種為溫度沉陷縫，其中施工縫可不作為設(shè)計(jì)內(nèi)容。溫度沉陷縫一般直通到底，每隔 20m左右或一個(gè)機(jī)組段分一條。如果廠房建在軟基 上，分縫距離一般在 40m以上或兩個(gè)機(jī)組段分一條?？p的寬度一般為0.52cm,軟基上的廠房一般為35cm。因?yàn)闇囟瘸料菘p有一定的寬度，為了防止水通過(guò)分縫進(jìn)入廠房，需要在縫中設(shè)置止水， 一般為橡膠止水或銅片止水，其設(shè)置方法和構(gòu)造與壩的止水相同。5.3.4.5副廠房的布置設(shè)計(jì)為了保證機(jī)組正常運(yùn)行，在主廠

41、房近旁布置的各種輔助機(jī)電設(shè)備、控制、試驗(yàn)、管理 和運(yùn)行人員工作和生活的房間，稱為副廠房。對(duì)于本電站，副廠房可以設(shè)在主廠房靠對(duì)外 交通的一端。副廠房的面積要求見表5-7。表5-7副廠房房間及參考面積副廠房名稱參考 面積(m2 )30200MW以下水電站200MW以上水電站A.直接生產(chǎn)副廠房中央控制室按實(shí)際需要確定90130繼電保護(hù)盤室按實(shí)際需要確定80120電纜室按實(shí)際需要確定90130廠用動(dòng)力盤室按實(shí)際需要確定按實(shí)際需要確定蓄電池室40504050酸室10151015蓄電池的通風(fēng)機(jī)室15201520充電機(jī)室1520按實(shí)際需要確定直流盤室按實(shí)際需要確定20載波電話室20403050廠用變壓器室按

42、實(shí)際需要確定按實(shí)際需要確定B.檢修試驗(yàn)副廠房繼電保護(hù)試驗(yàn)室30404050精密儀器試驗(yàn)室25303035測(cè)量表計(jì)試驗(yàn)室30353540高壓試驗(yàn)室20303040電工修理間30儲(chǔ)存室10151520機(jī)械修理間40606000工具間1520起吊設(shè)備倉(cāng)庫(kù)10202025油化驗(yàn)室10201020C.間接生產(chǎn)副廠房交接班室20252025運(yùn)行分場(chǎng)15202025檢修分場(chǎng)15202025總工程師室15201520會(huì)議室15201520生活間（廁所、盥洗室）101510155.3.4.6橋吊選擇橋吊的選擇主要是確定其起重量和橋吊跨度。橋吊的最大起重量取決于所吊運(yùn)的最重部件，一般為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，懸式發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子

43、 需帶軸吊運(yùn)，傘式發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子可帶軸吊運(yùn)，也可不帶軸。對(duì)于低水頭電站，最重部件可 能是帶軸或不帶軸的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪。少數(shù)情況下，橋吊的起重量決定于主變壓器（主變需要在廠內(nèi)檢修）。橋吊跨度是指橋吊大梁兩端輪子的中心距。選擇橋吊跨度時(shí)應(yīng)綜合考慮下列因素：（1）橋吊跨度要與主廠房下部塊體結(jié)構(gòu)的尺寸相適應(yīng)，使主廠房構(gòu)架直接座落在下部塊體結(jié)構(gòu) 的一期混凝土上。（2）滿足發(fā)電機(jī)層及裝配場(chǎng)布置要求，使主廠房?jī)?nèi)主要機(jī)電設(shè)備均在主副鉤工作范圍之內(nèi)，以便安裝和檢修。（3）盡量選用起重機(jī)制造廠家所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)跨度。橋式吊車的吊運(yùn)方式應(yīng)盡可能減小廠房的高度和寬度，并同時(shí)滿足機(jī)組正常運(yùn)行和檢修的要求。起吊部件和吊車的主鉤由吊

44、索或吊具系在一起。在吊運(yùn)過(guò)程中，起吊部件和其他設(shè)備及墻壁之間應(yīng)留有一定的安全距離。當(dāng)采用剛性吊具時(shí)，垂直方向的安全距離為 0.3m0.5m ,水平方向安全距離為 0.20.4m 。若采用柔性吊具，垂直方向安全距離取0.6m1.0m。橋式吊車的主要參數(shù)見附表14附表15。在完成上述設(shè)計(jì)工作以后，繪制主廠房橫剖面圖、發(fā)電機(jī)層平面圖、水輪機(jī)層平面圖、蝸殼尾水管層平面圖各一張。5.3.5設(shè)計(jì)成果的具體要求設(shè)計(jì)成果包括：設(shè)計(jì)說(shuō)明書、設(shè)計(jì)計(jì)算書和設(shè)計(jì)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)說(shuō)明書設(shè)計(jì)說(shuō)明書的書寫原則和要求見重力壩部分(2.3.5.1節(jié))設(shè)計(jì)計(jì)算書設(shè)計(jì)計(jì)算書的書寫原則和要求見重力壩部分(2.3.5.2節(jié))設(shè)計(jì)圖紐(1)樞紐

45、平面布置圖1張(2)廠房橫剖面圖1張(3)發(fā)電機(jī)層平面布置圖1張(4)水輪機(jī)層和蝸殼層平面圖1張要求圖面合理、設(shè)計(jì)正確、整潔、清晰，繪圖認(rèn)真仔細(xì)。不亂改亂寫，圖幅尺寸、規(guī) 格、圖的比例、線條、標(biāo)注高程、尺寸符號(hào)和說(shuō)明等均按工程制圖標(biāo)準(zhǔn)。LH水電站設(shè)計(jì)說(shuō)明書編寫參考提綱設(shè)計(jì)題目目錄摘要前言第一章基本資料第一節(jié)工程概況及工程目的第二節(jié)基本資料第二章樞紐布置78 第一節(jié)壩軸線選擇第二節(jié)壩型確定第三節(jié)樞紐布置第四節(jié)擋水壩設(shè)計(jì)第五節(jié)溢流壩設(shè)計(jì)第三章引水系統(tǒng)設(shè)計(jì)第一節(jié)進(jìn)水口設(shè)計(jì)第二節(jié)引水管道設(shè)計(jì)第三節(jié)引水道水力計(jì)算第四章 水輪發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)第一節(jié)水輪機(jī)的臺(tái)數(shù)、單機(jī)容量與型號(hào)選擇第二節(jié)水輪機(jī)主要參數(shù)確定第三節(jié)蝸殼設(shè)計(jì)第四節(jié)尾水管設(shè)計(jì)第五節(jié)水輪發(fā)電機(jī)及輔助設(shè)備選擇第五章水電站