水电站课程设计计算说明书

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1、水电站课程设计任务书题 目：水电站地面式厂房布置设计发题日期：年月日完成日期：年月日专业名称：班 号：学生：主要指导教师：其他指导教师：大学水利水电学院水电站教研室1 工程概况及设计资料1.1 工程概况湘贺水利枢纽位于向河上游，河流全长270公里，流域面积6000平方公里属 于山区河流。本枢纽控制流域面积1350平方公里，总库容22.15亿立方米，为多 年调节水库。本枢纽的目标是防洪和发电。主要建筑物有重力拱坝，坝高77.5米，弧长370 米；泄洪建筑物；开敞式溢洪道或泄洪隧洞；发电引水隧洞及岸边地面厂房等工 程。水电站总装机60MW，装机4台，单机15MW。电站担任工农业负荷，全部建成 后担

2、任系统灌溉负荷。电站厂房位于右岸坝下游几十米处，由引水隧洞供水，主洞径5.5米，支洞 径3.4米，厂装置4台混流式立式机组，出线方向为下游，永久公路通至左岸。1.2 基本资料1.2.1水库及水电站特征参数1、水库水位水库校核洪水位140.00 m水库设计洪水位水库正常高水位 水库发电死水位 设计洪水尾水位 校核洪水尾水位137.00 m125.00 m108.00 m77.00 m78.50 m2、厂址水位流量关系曲线水位（m）70.9571.6072.2074.5076.30600.800.1000.1200.流量（m3/s）400000078.5014003、水电站特征水头最大水头最小水头

3、平均水头计算水头56.00 m38.00 m50.84 m48.30 m4、地形地质电站枢纽地形参见地形图。左岸地势较平缓，右岸地势较陡。枢纽基 岩系凝灰岩，岩石抗压强度较高，厂区有第四纪沉积层，厚约3米，河床 砂卵石覆盖层平均深24米。5、供电方式本电站初期为三台机组，远景为四台机组，投入系统运行，根据系统 要求本电站能作调相运行，水电站主结线采用扩大单元结线方式，采用 110千伏、35千伏及发电机电压10.5千伏三种电压等级送电；高压侧采 用桥形结线方式。电气主结线见图二。6、对外交通下游左岸有永久公路通过。1.2.2水电站主要动力设备及辅助设备1、水轮机：型号HL220-LJ-225额定

4、出力15.6 MW额定转速214.3 r/min单机额定（最大）流量 36.2m3/s2、水轮发电机：型号SF15-28/550额定功率功率因数额定转速额定电压（kW）COS(r/min)U (kV)150000.8214.310.5转子带轴重G1 (t)8400200049043、调速器设备(1) 调速器型号：DT-100机械柜尺寸：长X宽X高=750X950X1375 (mm)电气柜尺寸：长X宽X高=550X804X2360 (mm)(2) 油压装置型号：YZ-I.0型号油箱长度m(mm)油箱宽度n(mm)油罐总高H (mm)油罐筒高h (mm)YZ-1.01916190024571694

5、油罐直径D (mm)9304、厂房附属设备型号直径(cm)承受水头(m)装置方式阀重(吨)阀体长(m)DF340-8534085立轴201.2(I)水轮机前的蝴蝶阀吊孔尺寸(m)(2)桥式吊车详见附表1，选定吊车型号，选用有关尺寸5、电气设备(1) 三相三线圈主变二台型号：SFSL1-50000/110/35/10尺寸：长X宽X高=6820X4520X8200 (mm)轨距：1435(mm)检修起吊高度： 8200(mm)主变压器身重： 39.5(吨)(2) 厂用变压器二台型号： SJL1630/10/0.4厂用变压器参考数据：变压器容量(KVA)厂变室面积门高(m)630/105X32.5吊

6、物孔尺寸(m)2.5X2.0(3) 机旁盘每台机六块：控制盘1块，保护盘1块，表计盘1块，动力盘1块，励磁盘2块尺寸：宽X厚X高=800X550X2360(mm)1.2.3副厂房参考面积(单位：m2)(1)直接生产副厂房电缆室与中控室同通讯室2050发电机电压配电装置室4050厂用盘室3040直流系统室蓄电池室4050酸室1014套间56充电机室1015通风机室1015直流盘室2025母线廓道宽度不少于2.0m厂变室15空压机及贮气筒室340油桶及油处理室5055）排水泵室1520集水井容积3035（m3）（2）检修、试验用房测量表计试验室3040高压试验室2030机修间4050工具间1015

7、（3）间接辅助生产用房 交接班室2025 值班休息室1520 办公室1520 浴室厕所1020 警卫室10容量（吨）跨 度起升 高度（m）主要尺寸（毫米）极限尺寸（毫米）主钩副 钩LK(m)主钩副 钩最 大 宽 度轨 道 中 心 至 外 缘 距 离轨 道 面 到 机 顶 面 距 离两 小 车 吊 钩 间 距 离吊钩到轨 顶距离吊钩至轨道中心距离主钩副 钩BB1HLhh1L1L22X502X1010.511.512.513.52692004003700270097050011001600起 重 机 名 称双小车2X752X2010.511.512.513.52692004003700270092

8、07001100160013.365113LLLL1234546479216.861403651137520/22/479056046240190130300483000019.36611850213.369147-10026510216.86140369147-1020513010023520/22/00060247500519.369147-100229单小车VInu./ nu-x rfuL询ri2 水电站在整个枢纽中的位置及厂房枢纽布置2.1 电站厂房在枢纽中的位置厂房为引水式地面厂房。厂区基岩系凝灰岩，岩石抗压强度较高，厂区有第四纪沉 积层，厚约3 米。初步可以沿等高线布置在引水道斜交

9、的右河岸上，位于重力拱坝 的下游。可采用斜向供水。厂房上游端有公路，交通条件满足要求。尾水渠逐渐倾 向下游与河道斜交，使水流顺畅。2.2 厂区枢纽布置初步拟定厂房位置后进行厂区布置。主厂房沿等高线布置在坝下游，安 装场在主厂房端部，靠近公路一侧，并布置了回车场。副厂房布置在主 厂房下游侧，位于尾水平台上。主变压器布置在副厂房端部，靠近安装 场处。开关站位于距离主变约 150m 的下游。3 水轮机安装高程及主要设备尺寸的确定3.1 水轮机安装高程水轮机型号为 HL220LJ225。3.1.1 计算吸出高吸出高公式：Hs W 10-0 -洛3)H其中：为水轮机安装位置的海拔高程，初始计算时取为下游

10、平均水位的海拔高程，取 70m。为模型气蚀系数，查表得到-加W为气蚀系数的修正值，根据设计水头查得;m。I为水轮机水头，一般取为设计水头T -心 Yr。计算得Hs W 2,43m3.1.2 确定安装高程厶二兀+悔+扣其中：为设计尾水位，常取一台水轮机的额定流量下的下游水位，单机额定流量为36.2:-；，根据水位流量关系曲线查得尾水位为69.13m。为吸出高，暂取为2.40m。:为导叶高度，根据水轮机型号查得切 - 6 25D - 0. 25 X 225cm - 56. 25cm计算得：Zs = 69.113 i 2,40 I 0. 5625 = 72. 09水轮机的安装高程为 72.09m3.

11、2 蜗壳型式及尺寸确定3.2.1 蜗壳形式选择 采用金属焊接蜗壳。蜗壳的断面形状均做成圆形，以改善其受力 条件。包角二一 E 。3.2.2 蜗壳水力计算(1) 已知条件与参数设计水头T最大引用流量A， MO导叶高度:一0+ 5625m座环固定导叶外径和径：根据水力机械设计手册，查 得 J -D|； - EXmii进口断面平均流速匚：根据经验曲线查取，金属蜗壳取上 限值-二皿2) 蜗壳中水流运动假定水流圆周分速度_ J - f.-：门3) 水力计算为保证流量均匀地进入导水机构，通过任一断面i的流量应为s二Q胆沅厂式中：二为从蜗壳鼻端至断面i的包角断面半径阿I QMiPi 二 J戒二 v 360f

12、l nVc断面中心距白i - G + Pi断面外半径Ri = r2p i计算过程如下：表 31 蜗壳水力计算断面断面流量Qi断面半径p i中心距亠外半径弓7303.020.392.312.706757.540.612.543.15512012.070.772.703.4716516.590.912.833.7421021.121.032.953.9825525.641.133.054.1830030.171.233.154.3834534.691.313.244.55蜗壳断面单线图图 31 蜗壳断面形状蜗壳平面单线图图 32 蜗壳平面单线图3.3 尾水管型式及尺寸确定尾水管采用弯肘式。30LL

13、混流式水轮机的拓水管图 33 尾水管尾水管尺寸采用设计手册推荐的尺寸：HL220LJ225水轮机为中比转 速水轮机， |：，表 32推荐的尾水管尺寸表表推希的尾水管尺蚌表A/JjlSiLt /Qhs/Dt.适叩也凶2.2t血iAQD+57i0.94金屈俎封肘将的/Dj R 1 J惺嵐式4.5.2.I2QU201.2021,37标推盘旺土肘嘀轴嵐式4.52,720L -351.35075 11血1,22h 2. 6D 5, 85mL - 4,5% - 10. 125m耳-2. 720片-6.12mD4 - 1.350! - 3+ 0375mh4 - 1.35D1 - 3. 0375mh6 - 0

14、. 675 - 1.51875mh5 - 1.22D1 - 2. 745m3.4 转轮尺寸确定根据水轮机型号及其标称直径）确定各尺寸：3 一 h表 3-3转轮个尺寸确定D2/D1D3/D1D4/D1D5/D1D6/D1b0/D1h1/D1h2/D1h3/D1h4/D11.0820.9280.870.4780.1160.250.0540.1650.4820.309D2D3D4D5D6b0h1h2h3h42.43452.0881.95751.07550.2610.56250.12150.371251.08450.69525图 3-4 转轮尺寸3.5 发电机型式及尺寸确定水轮发电机型号 SF15-2

15、8/550 ，为立式空冷水轮发电机，额定容量 15MW 定子铁芯外径为550cm。同步转速为2.二 V，T”，所以采用悬式发电机。初步计算时，采用定子埋入式。根据资料提供尺寸如图：图 41厂房各高程简图4.1 厂房开挖高程根据水轮机安装高程初步确定厂房开挖高程：y城二安- h -&其中：为厂房开挖高程。为水轮机安装高程 : - S*h为尾水管高度，根据水力机械设计手册推荐，暂取J -I - - -；|，0 门为尾水管底板厚度，基岩上的尾水管底板厚度一般取为12m,取为1m。计算得：7 - 72, 09 - 0,5 X 0, 5625 - 5. 85 - 1 - 64, 96m4.2 水轮机层地

16、面高程水一 安+ P帕X +耐为水轮机层地面高程为蜗壳最大半径，-=为蜗壳顶部混凝土的厚度，取1.50m。3水-72.09 + 1, 31 + 1,50 - 74. 90m4.3 发电机装置高程慕 一 0贰 + h? 4 h?-为发电机装置高程为机墩进人孔高度，一般为2m左右，取为2m。为进人孔上的混凝土厚度，取为1.5m。计算得% - 74. 90 + 2, 00 + 1. 50 - 78. 4m4.4 发电机层楼板高程% 二 + 怆=为定子高度，根据资料，一 m计算得：J - 78. 4 + 2. 43 - 80. 83m校核：水轮机层地面到发电机楼板下层净空高度不低于4m,初估楼板厚 度

17、为 0.5m，Vh = 00. 83 - 0.5 - 74. 9 = 5.43m满足要求。4.5 装配场楼板高程 发电机层楼板高程高于下游设计洪水位，故安装场高程与发电机层地面 同高。叢配畅4.6 吊车轨顶高程4.6.1 桥吊选型桥吊的起重量取决于需要由它吊运的最重部件，一般为发电机转 子，低水头电站可能是转轮。本次设计中采用的是悬式发电机，其转子需带轴吊运。带轴转子重量为80t。利用设计手册中的曲 线估算转轮重量为85t。根据资料附表1,初步选定选用单小车双 钩 100T 桥吊。机组台数不超过 6 台,只选用一台桥吊即可。桥吊的跨度根据厂房的平面尺寸及其他因素在后续章节中确定。在计算时初选跨

18、度 16m。图 42水轮机转轮重量估算曲线4.6.2 轨顶高程软+ h& + 阳 + h8为吊物垂直安全距离，取为0.8m。I为起吊部件高度，考虑最大部件高度，发电机转子带轴约4.39m。为吊索或吊具高度，估算为0.6m。为吊钩至轨顶距离，为1.474m。计算得：V4j. = 80. 83 + Q. 8 + 4. 39 * 0.6 i 1,474 = 80. 09m4.7 屋面大梁底部高程为桥吊轨顶至小车顶距离,查表得匚一3. 692m。J ；为小车顶部到屋面大梁底部的距离，一般取0.30m。计算得：、-88. 09 + 3. 692 + 0. 30 - 92, 08m4.8 屋顶高程% -

19、% + m为屋面大梁（或桁架）+屋面板+保温防水层高度，一般取0.3m。计算得：R顶 一 92. 08 + 0. 3 - 92, 38m5 主厂房平面尺寸确定5.1机组段长度机组段长度为相邻两机组中心线的距离。Li-Li + L- h 分别计算发电机层、水轮机层和蜗壳层的机组段长度，然后取三者中的最大值作为机组段长度。5.1.1 发电机层图 51发电机层机组段长度计算L + K = L _ x =4 舟 + 为为发电机风罩径，根据发电机尺寸， -乩讣。为风罩厚度，一般取为0.3m。:;为两机组之间风罩外壁净间距，一般可取1.5-2.0 m，如两机组 之间设楼梯时取3-4 m,取较大值4 m。计

20、算得：L 4- L _ . - 8.4 X 0, 5 + 0, 3 + 2 - 6. 5m-伽5.1.2蜗壳层-+ L3-+耳X - 5 + Ri5 V 2为蜗壳外围混凝土厚度，均取为1.5 m。它 龙为蜗壳覚5.込断面外半径，R二 4* 55m、隔-3. 74mL _ . - k 5 + 3. 74 - 5. 24mL x - L 5 + 4. 55 - 6. 05mL! - L + x + L _ x - 5. 24 + 6. 05 - 11, 29m综合考虑其他因素，取机组段长度一 3|，05.2端机组段长度L2 - L1 + AL8.616AL = - + 0.5 = 4. 808m故

21、取L2 -IllL 25.3 主厂房宽度主厂房宽度取决于机组尺寸和发电机层设备布置。其中：为风罩径。为风罩厚度。A为风罩外侧至厂房上游墙侧（或立柱侧）净距，决定于设备布置。上游侧布置的设备有：调速器：（包括机械柜、电气柜、 油压装置、接力器），调速器之间油管路 相连尽量靠近。机旁盘：要考虑机旁盘前的巡视，一般要求1.5m，以及机旁盘后进线要求, 一般要求80cm。蝶阀吊孔：蝶阀中心线与机组中心线满足两倍蝶阀直径。另考虑发电机风道尺寸。取A=4m。C主要取决于通道宽度，一般取为3m。计算得：B=84 103X2+4+3=16m5.4 装配场长度安装厂长度一般约为机组段长度的1.01.5倍，最后尺

22、寸应满足在 起重机主钩吊运的围之，能容纳一台机组扩大性检修的要求。通常包括 发电机转子、发电机上机架、水轮机转轮和水轮机顶盖等四大件的摆放 具体要求如下：（1）发电机转子直径4.9m，周围应留2.0m间隙。安装场楼板留有孔 口，孔径比主轴法兰直径大0.5m。（2）发电机上机架、水轮机、顶盖及转轮周围留有1.0m间隙，供做通 道用。顶盖尺寸3.31m。综合考虑厂房布置因素，将安装场长度B定为20 m。5.5 下部块体的尺寸5.5.1块体高度水轮机安装高程向上加上蜗壳尺寸，再加上蜗壳顶部外包混凝土 的厚度得出块体结构的顶部高程（即水轮机层地面高程），得出块 体高度约为 2.81m。5.5.2 块体

23、上下游宽度机组中心线至下游蜗壳外缘的尺寸（3.15m）加上外包混凝土厚度（1.5m）,再加上下游外墙厚度（一般为3m）得到下游侧块体结 构的宽度，约为8.68m。机组中心至上游侧蜗壳外缘尺寸（4.18m） 加上外包混凝土厚度（1.5m）,再加上蝴蝶阀室的宽度（4.5m）, 再加上外墙厚度（3m）得出上游侧块体结构的宽度，约为12.15m。5.6 厂房尺寸校核6 厂房各层的布置及考虑因素6.1 发电机层发电机采用上机架埋入式布置，需布置有发电机、调速设备（油压装置、电气柜、6.2 水轮机层水轮机层布置机墩、调速器、接力器、阀门操作设备、油、气、水管路 出线、电气设备、吊阀孔等，机墩采用圆筒式。6.3 蜗壳层布置蝶阀、蜗壳、水泵渗漏及检修集水井，并设有通向水轮机的楼梯。详细布置见水轮机层、发电机层、蜗壳层平面布置图。7 副厂房布置副厂房设在主厂房的上游侧，可以使布置紧凑，电缆线短，监视机组方 便，主厂房下游侧采光通风良好。副厂房总共布置两层，第一层的高程为75.00m，布置油库、油处理室、压缩 空气机室、开关室、厂用变压器室、母线廊道、事故油池等。第二层与发电 机层楼板高程同高79.43 m,布置油化实验室、蓄电池室、储酸室、通风机 室、充电机室、电工实验室、高压实验室及卫生间等。