水电站厂房设计毕业设计(论文)

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1、 毕业设计 水电站厂房设计学生姓名 指导教师班 级2010届专 业水利水电工程学 院 2012 年 2月 10 日23目录1 摘要11.1 中文摘要11.2 英文摘要22 前言33 基本资料43.1 工程任务43.2 基本资料44 厂房设计说明书64.1厂区布置64.1.1 考虑因素64.1.2 方案比较64.2 水轮机型号的选择74.2.1 水头计算74.2.2 水轮机主要参数的确定84.3 尾水渠设计94.4 压力管道直径及蝶阀的确定104.5 损失计算104.5.1 沿程损失104.5.2 局部损失104.6 蜗壳尺寸的确定124.7 尾水管尺寸计算144.8 水电站厂房尺寸设计144.

2、8.1 主厂房高程的确定144.8.2 主厂房长度L的确定164.8.3 主厂房宽度确定174.9 起重机选择185 致谢196 参考文献207 附件217.1 附图221 摘要1.1 中文摘要本毕业设计承担水利水电枢纽工程中水电站厂房设计的部分工作。根据已有的原始资料和该处地形图进行设计，主要内容有：水电站站址的选择，总体布置，水轮机型号的选择，蜗壳尺寸的确定，尾水管尺寸的确定，调速器和蝶阀的型号选择，水电站厂房尺寸的确定，尾水渠渠道布置、形式选择、开挖方量等，并根据要求绘制相应的平面布置图和剖面图。水电站位于广东省鼎湖区境内，位于中国南方大河珠江干流西江河上，水力资源丰富，可供修建大中型水

3、库和电站，流域下游为该县的主要产粮区和工业发展区。由于受电力不足的影响，严重制约了该地区的经济发展，为了解决该地区的用电紧张问题和合理开发老灌河水力资源，拟定修建水利水电枢纽工程，以发电为主，结合防洪，城市供水，农田灌溉及水产等进行综合利用。本电站的设计水头为29.24米，单机容量3200kW，共三台机组，总装机容量9600kW。 关键词：峰荷、装机容量、效率、水库、发电机、水轮机。1.2 英文摘要AbstractThis graduate design undertakes the part design of hydroelectric power station workshop arr

4、angement of Luoyin 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

5、the type 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 for

6、m ,the cubic 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 Xijiang river ,which locates in Dinghu District of guangdong province and is the ZhuJiang river for the most part and there are

7、so abundant water power resources 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 re

8、stricted for not have enough electric power .In order to solve the problem and develop the water resources of the Laoguanhe the Luoyin Water conservation water and electricity project is drawn up constructed ,regarding generating electricity as the main goal ,joining together the flood control ,muni

9、cipal useage ,farmland irrigation 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 前言水电站厂房是水工建

10、筑物、机械及电气设备的综合体，是水能转化为电能的生产场所，也是运行人员进行生产和活动的场所。其任务是通过一系列工程措施，将水流平顺的引入水轮机，使水能转换成为可供用户使用的电能，并将各种必需的机电设备安置在恰当的位置，创造良好的安装、检修及运行条件，为运行人员提供良好的工作环境。水电站厂房设计的发展随着生产力的发展而不断发展,且随着人们生活水平的提高有新的发展趋向,近年向以人为本的方向发展，厂房设计的方法随着计算机的发展有很大的发展和改善。毕业设计是我们在校期间的最后一门必修课，也是一次全面性总结性的实践环节，对我们走向工作岗位起着承上启下的作用。它是在老师指导下，综合运用四年来所学知识和科学

11、研究的基本内容和基本工作程序，树立较强的工作概念、工程概念、经济概念，培养分析问题和解决问题的能力，完成作为一个工程师的基本训练，是为将来顺利走向工作岗位提供业务知识和能力的保证。这次设计是我们走向工作岗位前的一次“实战演习”，它可以巩固、联系、充实、加深、扩大我们所学的基础知识和专业知识，提高运用所学知识，解决实际问题的能力，培养我们敢于创新的精神，并能正确地将独创精神和科学的态度相结合，使我们初步掌握专业设计的流程和方法，熟练运用计算机等工具，以提高其工作效率。重要的是让我们养成了严肃认真，刻苦钻研、实事求是的工作作风和良好的工作、学习习惯。通过同学们在一起的交流与协作,培养大家的协同合作

12、的工作作风。毕业设计对于我们来说，是一个独立设计、创作的过程，其中的每一步和每一个环节都是对我们的考验和锻炼，它将成为我们今后的学习和工作做铺垫，提高我们多方面的能力。水电站设计是水利水电工程建设设计工作的重要组成部分，其中站址的选择是个很复杂的问题，这主要是因为方案选择要考虑多方面的因素。此外，厂房中各设备的布置也要考虑众多因素。我们就是要针对设计中所遇到的具体问题，运用所学知识，参考相应的书籍、规范以及一些实际工程资料，找到其解决方法。在对设计图的处理上，运用了AutoCAD的基本知识，使得绘图更加方便，快捷，从而避免了手工绘图得种种不便，提高了工作效率。同时，也运用了Word知识，使得我

13、们对计算机知识更加巩固。在李明理老师的悉心指导下，在同组同学同学的帮助下，经过三个月的努力，毕业设计才得以顺利完成，在此谨表衷心的感谢！限于本人水平，也限于时间，涉及中难免存在疏漏和不妥之处，敬请老师和同学们批评指正。 编者：石志豪 2012年2月3 基本资料3.1 工程任务属广东省肇庆境内，位于中国南方大河珠江的干流西江上，该处地形、地质条件良好，水力资源丰富，可供修建大中型水库和电站。流域下游为该县的主要产粮区和工业发展区，由于受电力不足的影响，严重制约了该地区的经济发展。为了解决该地区用电紧张问题和合理开发西江河水力资源，拟定修建水利水电枢纽工程，以发电为主，结合防洪、城市供水、农田灌溉

14、及水产等进行综合利用。本毕业设计承担水利水电枢纽工程中水电站厂房设计的部分工作。3.2 基本资料3.2.1 流域资料西江河全长2129Km，流域面积4219Km2，总落差1340m，河床平均比降约5.2%，罗隐位于西江河中游，距鼎湖区城约2Km。罗隐以上控制流域面积约2580Km2，多年平均降雨量6.635亿m3.罗隐下游约1.8Km处有小电站，装机600KW。在小和之间的小水库库容约100万m3，有效库容60万m3.3.2.2 交通条件在枢纽左岸有一条简易公路沿河向下游大约3Km处和通向县城的主干公路相交;枢纽右岸山的另一边距罗隐约2Km处有一条通向县城的主干公路。3.2.3 气候条件 气温

15、：该地区年平均气温22，最高气温40，最低气温6。 降水：多年平均降水量约1550，降水量在时间和空间上分布很不均匀，一般是深山多于浅山和丘陵区，降水量的61.8%集中于69月，其中78月占年降雨量的41.5%。 风向和风速：多年平均最大风速为7.63m/s，相应风向为北东向。3.2.4 水能规划资料 水库特征水位及相应库容如下表： 表1 水库特征水位及相应库容水位（m）相应库容（万m3）校核洪水位294.948910设计洪水位291.567380正常蓄水位288.005200发电死水位271.801800 泄洪流量及下游水位与流量关系大坝主要采用坝顶溢流泄洪，溢流坝净长度为143m，溢流坝坝

16、顶高程为288m。5年一遇洪水下泄流量为1500m3/s，20年一遇洪水下泄流量为3050m3/s，50年一遇洪水下泄流量为4100m3/s，500年一遇洪水下泄流量为7700m3/s。水库下游河道与流量关系见下表：表2 水库下游河道与流量关系水位（m）246247248249250251252253254255流量（m3/s）033091016702730470054707700885010750 电站装机容量电站装机容量拟在9000kW左右，主要作调峰运行。3.2.5 地形地质条件 地形西江河在鼎湖区为北南流向，该处河谷狭窄，主要为中高山区，相对高度多在100200 m，最高可达700m，

17、山坡不陡峻，基岩不怎么裸露，河谷呈“V”字型，河谷宽度一般在80180m，罗隐处约为140m，河床底高243246m。山坡坡度左岸4045，右岸约为30。 地层岩性 罗隐周围为岩浆岩，基岩裸露，第四系沉积很薄，残坡积也不发育，岩浆岩岩性主要为花岗岩，多为中薄层，层间结合较好，坚硬，风化较轻。河床冲积层为近代漂砾、卵石、粗砂组成，厚约15m。总体上讲，工程地质条件比较简单，没有明显不利的工程地质问题。3.2.6 原始资料 设计说明书一份，地形图一张。4 厂房设计说明书4.1厂区布置4.1.1 考虑因素站址选择要考虑：厂房形式的选择、交通条件、开挖方量、施工场地的选择、泄洪产生的影响、生活区和管理

18、区位置的协调、及对其他工程的协调影响。 厂房形式：根据已知资料，电站正常蓄水位为288米，下游河道最低水位为246米。所以最大水头差约为42米。属中水头厂房范围30-100米。 若考虑采用河床式厂房或坝内式厂房，则由各方面资料可知，对于小型水电站来说，这两种型式都过于复杂，需要考虑的因素太多，而且也不经济，所以不予采用，应考虑采用坝后式厂房。 交通条件：由资料知，在枢纽的左岸有一条简易公路沿河向下游大约3千米处和通往县城的主干相交；枢纽右岸山的另一边，距坝址约2千米处有一条通向县城的主干公路。若将厂房设在大坝的右岸，就需要修建一条盘山公路与2千米外的通向县城的主干公路相衔接，工程量较大。若不修

19、路而改架桥通向左岸的简易公路，这样又不太经济，所以应考虑将厂房设在大坝左岸，那么，那条简易公路可修建为进站公路。 开挖方量：考虑开挖马房沟一地建厂房，直接打一条引水隧洞由大坝处引水。这样大约可以形成7到8米的水头差，这对电站来说是很有利的，但考虑到马房沟的开挖量大约在30万立方以上，开挖量过大，经济成本高，而且本项工程是起调峰电站的作用，如此设计，则下游的小电站将关闭，那他对本项工程的反调节作用也就没有了，而且对下游的诸多电站也都会造成影响。若厂房紧贴坝后，太靠近岸边，会受到挑流影响，靠岸里侧一些，则进水口需要加宽，增大了山体开挖量。暴雨季节，山体滑坡，进水口会逐渐淤死。若设冲沙闸于厂房下部，

20、又使大坝的结构、管道布置等问题过于复杂。在左岸从坝轴线向下游100米左右，山体坡度较缓，开挖方量小，不易引起滑坡，而且护坡较为方便。若直接在大坝下游紧靠大坝建电站，则由于山体坡度较大，而开挖方量较大，再者，由于厂房与坝上游进水口的距离短，则有压进水管不宜采用分叉式，用独立式布置投资又较大。所以考虑将厂房布置在距离大坝约100米处的凹向左岸的山窝处，初步估计最远挑距为120米，厂房稳定性可不受影响。但是会有水雾现象，若再将距离拉远一些，引水距离又显得过长了。 施工场地的选择：在左岸由于坝下游400米左右处的地形较为平缓，易于布置施工设备，进行厂房施工备料。 泄洪产生的影响：站址确定在下游左岸，距

21、坝轴线的距离应适当，否则泄洪产生的水雾可能会影响发电机组的正常运转，厂房应面对下游布置，可以避免大坝泄洪时的水流不稳定、水位不稳定，及对尾水位的影响。 生活区和管理区位置的协调：在坝下游左右岸地形条件相比，左岸的袁家庄地形很平缓，到施工场地的距离也合适，适宜建设生活区和管理区。 对其他工程的协调影响：在水库大坝的下游有已建的小电站，为保证小电站能正常运行，发电尾水必须汇入原河道，所以电站应靠近下游河道修建。4.1.2 方案比较方案一：厂房布置在距坝轴线下游100米的左岸。1）山体坡度较缓，开挖方量小。2）有压进水管可采用联合式，水头损失小，不考虑水击问题，投资少。3）水流挑射对厂房的影响小。4

22、）交通便利，可利用已有的交通条件，减少工程投资。5）便于进行施工总体布置方案二：厂房紧靠坝布置。1）施工干扰大。2）左岸靠近坝处，山体坡度大，开挖方量较大。3）有压进水管不宜采用联合式，用单元式会增大投资。4）下泄水流的水汽对厂房内的设备有影响。5）损失小，不考虑水击问题。方案三：在马房沟一地开挖，修建引水式电站。1）须埋设的压力引水管道较长，增大投资。2）发电尾水没有汇入原河道，影响下游已建工程的运行。3）泄洪对尾水无影响，可提高电站运行效率。4）水头损失大，水击压力大。 综合以上分析，选第一方案最优。电站厂房布置在左岸距坝轴线下游100米处。4.2 水轮机型号的选择4.2.1 水头计算由于

23、该电站为调峰电站，为了增加供电可靠性，拟选三台发电机，则每台的装机容量为9000/3=3000kW，可适当增加容量保证可靠性，查小型水电站发电设备手册发电机标准系列，选单机容量为Nd =3200kW，相应水轮机出力N=3400Kw。由原始资料知，上游最高水位为288m，最低水位为271.8m。假定开一台机组运行时下游水深约为1m，引水系统水力损失约为0.8m。开三台机组运行时下游水深约为2m，引水系统水力损失约为1.5m，则水电站最大水头 水电站最小水头算术平均水头该电站为坝后式，水电站设计水头 （1）式中：Hav水电站加权平均水头，应比算术平均水头大，初拟为32m，则4.2.2 水轮机主要参

24、数的确定 确定水轮机转轮直径取水轮机工作范围为2241m，在反击式水轮机系列型谱中查得HL240型水轮机比较适用于这一水头范围。 （2）式中：Nd发电机单机容量 Qr水轮机设计流量Q1单位最大流量D1水轮机转轮d发电机效率 水轮机效率Hr水轮机设计水头初拟d=94%，=92%。则 查水轮机转轮标准系列取D1=1.4m 效率修正值的计算查小型水电站发电设备手册图1-15HL240型水轮机转轮综合特性曲线，HL240型水轮机在最优工况下的最高效率Mmax=92.0%，模型转轮直径D1M=0.46m。则原型水轮机的最高效率 （3）考虑制造水平的差异，根据水轮机的直径凭经验取=1.0%，原型水轮机所采

25、用的蜗壳和尾水管与模型水轮机的相似故取=0。则效率修正值由下式计算 （4）水轮机在限制工况处的效率为 确定水轮机转速由水轮机相似定律 （5）在上式中原型水轮机的单位转速应取最大单位转速即 （6）HL240模型水轮机的最优单位转速，同时由于可不予修正，因此，原型水轮机的最优单位转速和模型机的相同，即=72。查水电站表4-7选与之接近而偏大的发电机标准同步转速，取ne=300r/min。 反算水轮机设计水头 （7）=Qr= =13.14 m3/sQ总=3Qr=313.14=39.42 m3/s 故所选水轮机为HL240LJ140，设计流量为13.14 m3/s，设计水头为29.24m。查小型水电站

26、发电机设备手册表114选与之相应的发电机为TSL325/3620，与之配套的调速器为CT40，油压装置为YZ1。4.3 尾水渠设计取尾水渠底宽b=8m，为梯形断面，边坡坡率m=0.25，底坡i=0.001，尾水渠为新开挖基岩，糙率n=0.018，初步设计尾水渠长100米，则尾水渠上下游高差h=0.1m尾水渠水深计算迭代公式 （8）开一台机组时Q=13.14 m3/s，经计算h=1.02m开三台机组时Q=39.42 m3/s，经计算h=2.07m则下游最低水深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

27、均水深 h=1.65m，平均水位为247.65m4.4 压力管道直径及蝶阀的确定按经济流速确定压力管道直径，压力管道经济流速Ve一般为46m，取为4m/s管道直径计算公式：D=1.13 （9）管道内流速：V= （10）对于主管，Q=39.42 m3/s对于支管，Q=13.14 m3/s查水电站建筑物设计参考资料，蝶阀选型为DF200-150，卧轴，名义直径两米。4.5 损失计算以下损失计算过程中，所有系数来源于天津大学水利系主编的小型水电站4.5.1 沿程损失 （11）式中：D钢管内径Q管中流量L管长考虑管道结构形式对沿程损失系数的影响,取为0.000826m考虑钢管使用年限的系数，取为1.0

28、24.5.2 局部损失局部水头损失由下式计算： （12）式中： h局 局部水头损失 局局部水头损失系数 计算断面平均流速 g重力加速度，9.80 拦污栅损失 拦污栅水头损失系数 （13）式中：与拦污栅条断面形状有关的系数，圆形，1.79 s栅条直径，1b栅条净距，5拦污栅与水平面夹角，70K考虑拦污栅上附着污物对水头损失系数的影响，1.5 过栅流速1m/s考虑堵塞取为0.1m 进口局部损失进口为喇叭形进口，局部损失系数为0.1断面平均流速为1.5m/s 渐变段损失渐变段长度一般为遂洞直径的1.52倍，侧面扩散角以68为宜。取损失系数为0.1断面平均流速 闸门槽损失取损失系数为0.1 水管转弯局

29、部损失弯道转角约为25，损失系数约为0.15 岔管损失岔管偏角约为25，流经岔管后的流速接近，取损失系数约为0.19有两条岔管，故损失为20.17=0.34 m 阀门损失蝶阀损失系数约为0.11总水头损失为4.6 蜗壳尺寸的确定图1 混流式水轮机蜗壳平面图对蜗壳任一断面 （14） （15） （16）式中： Qi该断面流量 i该断面半径Qmax水轮机最大流量c进口断面流速K流速系数，取为1 蜗壳进口断面式中：对于255包角断面 对于165包角断面对于75包角断面4.7 尾水管尺寸计算图2 混流式水轮机尾水管 水电站所用尾水管为弯肘型，查水电站机电设计手册及水电站，图中相应尺寸如下：4.8 水电站

30、厂房尺寸设计4.8.1 主厂房高程的确定 水轮机安装高程T： （17）式中： W水电站正常运行时可能出现的最低下游水位，一般取一台机组的过流量相应的尾水位。Hs水轮机允许吸出高 （18）导叶高度b0=0.511m水轮机实际允许吸出高：气蚀系数，由水轮机特性曲线决定气蚀系数修正值，由水轮机厂家提供H计算水头水电站厂房所在地点的海拔高程，初步设计时可采用下游平均水位高程X水轮机压力最低点与安装高程之间的差值，对于混流式水轮机X = b0 / 2 在尾水渠设计时已算得下游平均水位为247.65m，开一台机时，下游水深为247.12m。 尾水管底板高程尾 （19） 式中： h尾水管高度 主厂房基础开挖

31、高程F （20）式中： 尾水管底部浇注混凝土厚度，1m 水轮机机层地面高程1 （21）式中：c蜗壳进口断面半径h4蜗壳混凝土保护厚度，1m 发电机装置高程G （22）式中： h5发电机机墩进人孔高度，1.82.0mh6发电机机墩进人孔顶部厚度，1m 发电机层地面高程2 （23）式中:h3发电机转子基坑深度 吊车安装高程C （24）式中： h7发电机上机架高度h8吊运部件与固定的机组或设备间的垂直净距h9最大吊运部件高度h10吊运部件吊钩之间的距离h11主钩最高位置至轨道顶面的距离，可从起重机主要参数表查出m 屋顶高程R （25）式中：h12轨顶到吊车小车距离，可从起重机主要参数表查出h13吊车

32、检修预留空间，0.5mh14屋面板厚度4.8.2 主厂房长度L的确定 （26）式中：L主厂房长度n机组台数L0机组段长度 L安安装间长度L边机组段加长 机组段长度L0的确定 （27） 对于蜗壳层对于尾水管层 对于发电机层，机组段间距由发电机定子外径控制 （28）式中：D风发电机风罩外缘直径d 两相邻风罩通道间的距离L0取三者中的大值，7.81m 边机组段加长L=（0.11）D0=11.4=1.4m 安装间长度L安=（11.5）L0=1.27.81=9.37m取安装间长度为10米，则主厂房长度 取主厂房长度为35米4.8.3 主厂房宽度确定 （29）式中：B主厂房净宽Bx下游侧宽度Bs上游侧宽度

33、 水下部分净宽的确定上游侧宽度式中： 1.25座环半径1.0混凝土保护层厚度0.8蜗壳上游侧断面直径4.0蝶阀坑宽度下游侧宽度 式中：1.25座环半径1.0混凝土保护层厚度1.74蜗壳下游侧断面直径2走道宽度 则，主厂房净宽 水上部分净宽的确定上游侧宽度式中：2 .75发电机风罩半径5布置调速器，油压设备及机旁屏必需的距离下游侧宽度式中：2.75发电机风罩半径2.5下游走道宽度则，主厂房净宽取两者中的大值，主厂房的宽度为13m4.9 起重机选择起重机的型式和台数取决于水电站的厂房类型、最大起重量和机组台数等条件。具有上部结构的厂房一般选用桥式起重机。 起重机额定起重量应根据最重吊运件的重量（一

34、般为发电机转子）加起吊工具的重量并参照起重量系列确定。发电机转子重量约为发电机总重量的一半，先计算发电机的重量Gf。 （30）则发电机转子重量为Gf/2=26.8t参照起重量系列，参照起重量系列起重机额定起重量为32.5/5t，跨度为12.5m。主钩起吊范围：l1=2.05m，l2=1.72m副钩起吊范围：l3=1.035m，l4=2.715m 参考文献 1、毕业论文指导郑刚强，阮爱君主编浙江大学出版社，2009.05ISBN：978-7-308-06718-8。 2、毕业论文写作与答辩黄玲编著四川大学出版社，2007ISBN： 7-5614-3685-8 3、水电站建筑物设计参考资料张治滨等编中国水利水电出版社，1997 ISBN：7-80124-259-9 4、水电站建筑物马善定，汪如泽主编中国水利水电出版社，1996ISBN：7-80124-135-5 7附件7.1 附图7.1.1厂区布置：7.1.2房厂：