水电站厂房设计说明书

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1、MY水电站厂房设计说明书一、绘制蜗壳单线图1.1蜗壳的型式水轮机的设计头头，水轮机的型式为HL220LJ225，可知本水电站采用金属蜗壳，标称直径。1.2蜗壳主要参数的选择（参考水力机械第二版，水利水电出版社）金属蜗壳的断面形状为圆形，为了良好的水力性能一般蜗壳的包角取。通过计算得出值，计算如下： 式中：， 其中：(由附表一查得)，（由附表一查得）。 蜗壳进口断面流量，蜗壳进口断面平均流速由图查得，。由附录二表5查得：座环外直径，内直径。则半径其中：座环内径；座环外径；座环内半径；图1 座环尺寸 (mm)座环外半径。座环示意图如图1所示：1.3、蜗壳的水力计算1.3.1对于蜗壳进口断面断面面积

2、断面的半径。从轴中心线到蜗壳外缘的半径：。1.3.2对于断面形状为圆形的任一断面的计算设为从蜗壳鼻端起算至计算面处的包角，则该计算断面处的，。其中：，。计算结果见表1：表1 金属蜗壳圆形断面计算表00001.925151.5920.2840.3012.527303.1830.5680.4252.776454.7750.8530.5212.967606.3671.1370.6023.128757.9581.4210.6733.270909.5501.7050.7373.39910511.1421.9900.7963.51712012.7332.2740.8513.62713514.3252.55

3、80.9033.73015015.9172.8420.9513.82816517.5083.1260.9983.92118019.1003.4111.0424.00919520.6923.6951.0854.09521022.2833.9791.1264.17622523.8754.2631.1654.25524025.4674.5481.2034.33225527.0584.8321.2404.40627028.6505.1161.2764.47828530.2425.4001.3114.54830031.8335.6851.3454.61631533.4255.9691.3794.6823

4、3035.0176.2531.4114.74734536.6086.5371.4434.8111.3.3蜗壳断面为椭圆形的计算当圆形断面半径的时候蜗壳的圆形断面就不能与座环蝶形边相切，这时就改用椭圆断面。由水电站动力设备手册查得：蝶形边高度可近似定为：，为座环蝶形边锥角，一般取55度。临界值S=0.882m。由圆形断面=3450，得由此得临界角结合可知，当断面包角在0151度的时候，取椭圆断面。椭圆短半径，椭圆长半径椭圆断面中心距 椭圆断面外半径 计算结果见下表2：表2 金属蜗壳椭圆形断面计算表A00.0000.0000.129-0.1650.5681.7242.292150.0140.251

5、0.326-0.0250.6101.8952.505300.0280.3650.5460.1070.6502.0562.706450.0420.4570.7830.2310.6872.2072.894600.0560.5371.0340.3480.7222.3493.072750.0710.6101.2970.4590.7562.4853.241900.0850.6781.5710.5660.7872.6153.4031050.0990.7411.8550.6680.8182.7403.5591200.1130.8022.1490.7670.8482.8613.7091350.1270.860

6、2.4530.8640.8772.9793.8561510.1420.9202.7860.9640.9073.1013.689根据计算结果，画蜗壳单线图，如下图所示，比例为，单位为。图2 蜗壳单线图二、尾水管单线图的绘制根据已知的资料，得此水电站尾水管对应的尺寸如表3：表3 蜗壳尾水管尺寸型式参数1.002.932.782.501.5250.7951.291.1141.3841.4052.6854.092.533.5510.4尺寸2.256.5936.2555.6253.431.7892.902.513.1143.166.049.205.697.9910.4为了减少尾水管的开挖深度，采用弯肘形

7、尾水管，由进口直锥段、肘管和出口扩散段三部分组成。2.1、进口直锥段进口直锥管是一个垂直的圆锥形扩散观，为直锥管的进口直径；对混流式水轮机由于直锥管与基础环相连接，可取和出口直径相等；对于混流式水轮机，其锥管的单边扩散角可取；为直锥管的高度，增大可减小肘管的入口流速，减小水头损失。进口锥管高度：进口锥管上下直径：2.2、肘管肘管是一变截面弯管,其进口为圆断面，出口为矩形断面。水流在肘管中由于转弯受到离心力的作用，使得压力和流速的分布很不均匀，而在转弯后流向水平段时又形成了扩散，因而在肘管中产生了较大的水力损失。一般推荐使用的合理半径，外壁R6用上限，内壁用下限。2.3、出口扩散段 出口扩散段是

8、一水平放置断面为矩形的扩散段，其出口宽度一般与肘管出口宽度相等；其顶板向上倾斜，根据其出口宽度并不是很大，所以不用加设中间支墩。仰角 长度：2.4、尾水段的高度总高度h是由导叶底环平面到尾水管之间的垂直高度。对于HL水轮机由于直锥管环相连接，可取。，故属于高比速混流式水轮机。增大尾水管的高度，对减小水力损失和提高是有利的。但对混流式水轮机尾水管中产生的真空涡带在严重的情况下不仅影响机组的运行而且还会延伸到尾水管地板引起机组和厂房的振动。为了改善这一情况，常采取增大尾水管高度的办法，但将会增大开挖量，经过试验，一般对于高比速取。，故满足要求。2.5、尾水管单线图根据以上的数据绘制单线图如下图3图

9、3 尾水管单线图（单位：m） 三、拟定转轮流道尺寸根据水电站机电设计手册水力机械分册，已知时，型的尺寸可以时的转轮流道尺寸，如图4：图4 转轮流道尺寸（单位：m）四、厂房起重设备的设计水电站厂房内桥式起重机的容量大小通常取决于起吊最重件(发电机转子带轴重)的重量，其跨度决定于桥式起重机标准系列尺寸，起重机台数取决于机组台数的多少，大小和机组安装检修方式。本水电站吊运构件中最重的为发电机转子带轴重为，且机组台数。故选1台单小车桥式起重机，型号为。其具体数据如下：取跨度：； 起重机最大轮压：；起重机总重：； 小车轨距：；小车轮距：； 大车轮距；大梁底面至轨道面距离：； 起重机最大宽度：；轨道中心至

10、起重机外端距离：；轨道中心至起重机顶端距离：；主钩至轨面距离：；吊钩至轨道中心距离（主）：；副吊钩至轨道中心距离：；轨道型号：。五、厂房轮廓尺寸5.1、主厂房总长度的确定：5.1.1、厂房总长度取决于机组段的长度、机组台数和装配场长度。总长 （其中n为机组台数，为机组段长度，为装配场长度，为端机组段附加长度）5.1.2、机组段长度的确定机组段的长度主要由蜗壳、尾水管、发电机风罩在x轴方向（厂房纵向）的尺寸来决定。（1） 按蜗壳层推求： 其中，为当时的，即=4.811m ，为当时的，即=3.921m 。分别为蜗壳左右外围混凝土的厚度，初步设计时取1.2-1.5m，这里取1.4m，所以（2）按尾水

11、管层推求其中为尾水管的出口宽度，为尾水管混凝土边墩厚度（大型取57m,中型取34m,小型取12m）已知，取，所以（3）按发电机层推求其中为发电机风壁厚，一般取0.3-0.4m,这里取0.35m 为相邻两风罩外壁净距，一般取1.5-2m,这里取1.8m 由已知资料可知，发电机风罩内径所以据以上三种结构的计算情况，厂房的机组间距由水轮机蜗壳层推求的长度决定,取5.1.3、端机组段附加长度的确定5.1.4、安装间长度的确定装配场与主机室宽度相等，以便利用起重机沿主厂房纵向运行。装配场长度一般约为机组段长的1.01.5倍。对于混流式采用偏小值，因此取1.2。 5.1.5、厂房的总长度：5.2、主厂房宽

12、度的确定5.2.1、以机组中心线为界，厂房宽度可分为上游侧宽度和下游侧宽度两部分。，。其中，风罩外壁至上游内侧的净距，取5m。所以，除满足发电机层要求外，还要满足蜗壳方向和混凝土厚度要求。对于发电机层：。其中，风罩外壁至下游墙内侧的净距，主要用于主通道取。所以，对于蜗壳层方向为：。其中：。 故取。因此，。5.2.2、由厂房的辅助设备，根据桥机跨度确定主厂房的宽度：根据起重机设备可知桥机的跨度为16m。图5 桥机牛腿以上：牛腿以下：其中：桥机端与轨道中心线的距离，查桥机的有关规定取0.4m 桥机端部与上柱内面间距，一般取0.30.6m，取0.3m 牛腿上部立柱截面高度，一般取0.61.2m，取0

13、.6m牛腿下部立柱截面高度，一般取1.02.5m，取1m偏心距，一般取00.25m，取0.25m所以，牛腿以上：牛腿以下：综上所述，取主厂房的宽度B为18.6m.六、厂房各层高程的确定6.1、水轮机组安装高程立轴混流式水轮机安装高程由下式计算，。其中：水轮机导叶高度，已知，所以 ，则：。其中：吸出高度；导叶高度；下游设计最低水位。由于，故取1台机组流量相应的尾水位；由已知资料，取；气蚀系数；为气蚀系数修正值；计算水头；水电站厂房所在地点海拔高程的校正值。6.2、尾水管底板高程 其中：底环顶面至尾水管的距离；机组安装高程；导叶高度。所以，6.3、主厂房基础开挖高程其中：尾水管底板混凝土厚度，取1

14、.5m ，尾水管出口高度从水轮机安装高程向下量取到尾水管出口顶面的距离6.4、进水阀地面高程其中：钢管中心线高程，；引水钢管半径；钢管底部至主阀室地面的高度，钢管底部作通道，应大于，此处取。所以， 6.5、水轮机层地面高程其中：蜗壳进口半径和蜗壳顶混凝土层，金属蜗壳的保护层一般不少于1.0m ,蜗壳进水段半径1.397m,蜗壳上部混凝土厚度可取1.0m ,所以=2.397 m 。6.6、发电机安装高程其中：进人孔高度，一般取1.8-2.0m，此处取1.9m；进人孔顶部厚度，一般为左右，此处取。则： 6.7、发电机层楼板面高程已知，则 并且，满足要求。最高尾水位为，不会淹没厂房。6.8、起重机（

15、吊车）的安装高程 其中：发电机定子高度和上机架高度之和。发电机上机架高度为1.22m，定子机座高为1.8m，发电机定子为埋入式故； 吊运部件与固定物之间的垂直净距离，应不小于，取； 最大吊运部件高度，由资料知； 吊运部件与吊钩之间的距离，一般在1.01.5左右，取； 主钩最高位置至轨顶面距离则，。6.9、屋顶高程 其中轨道面至起重机顶部距离；检修吊车在车上留有高度，；则 ，屋面大梁的高度、屋面板厚度等取0.8m，则屋顶高程为114.526m。七、安装间的位置选择及设计因为进厂的公路在主厂房的右侧，为了运输方便，把安装间布置在厂房的右侧。由前面已知安装间的长度14.1m，宽与主厂房同宽为18.6

16、m。同时，为了满足主变能推入安装间进行维修，在安装间下游侧设置了尺寸为的变压器坑；在安装内设有的发电机转子检修坑，方便发电机转子检修。厂房的大门尺寸取决于运入厂房内最大部件的尺寸。因为上机架为，因此选用门宽为，高4.5m。安装间地面高程与发电机层同高，这样可以利用紧邻的机组段场地进行安装、检修。为安全起见，门向外开。八、厂区布置由于密云电站是河岸地面厂房，故其布置可根据已建成的河岸地面厂房式子滩水电站厂区布置的方案（一）；根据拓溪水电站厂区布置的方案（二）。其布置图如下。对于方案（一），由于地质条件的限制，高压管道从回岔管以后采用明管，这样造价也低，在厂房与后山坡之间形成一个很宽的地带，刚好用

17、来布置副厂房，并且使主变尽量靠近机组端，以使引出线最短，因此让主变场与安装间紧靠，由于开关站占地面积很大，不易在主厂房附近找到理想的场地，所以主变和开关站分开布置。图 6厂房布置方案（一）图 7 厂房布置方案（二）对于方案（二）,由于主变在主厂房的上游侧，它离主机组最近，因此线路最短，最方便，电能损失小，但是高压管道必须采用埋管，这样造价高，并且地质条件也不允许，而且主厂房上游有一个很宽的地带，用于布置主变场有点浪费，故而适应布置占地面积大的副厂房。经过对方案（一）、方案（二）的比较，采用方案（一）九、主厂房内部布置蜗壳之间布置蝴蝶阀，在事故停机或检修时，关断水流，在尾水管出口处备有检修闸门，

18、当尾水管或水轮机检修时，用来挡住尾水进入。在发电层上游侧，布置每台机组的调速器和机旁盘，各布置油压装置一台，每个机组段(对应蝶阀中心)均留有蝴蝶阀吊孔。1、3号机组段上，布置水轮机层的楼盖，在4号机组上游侧布置在去副厂房的楼梯。水轮机层4号机组段上布置去蝴蝶阀层的楼梯。作用筒布置在机座的上游侧，调速器恢复机构（杠杆）在右侧作用筒上，并与位于发电机层的调压器的有关机构相对应。两台高压空气压缩机布置在3号机组作用筒的右侧，为油压装置充气之用。每一机组段上都布置着励磁室。低压配电装置室和离子励磁室布置在水轮机层的左端。每条压力管道上均安装有蝴蝶阀，在其前为伸缩节。每个机组段都设有漏油装置，在3号机组

19、段上设有集水井。排水沟布置在上游墙侧，在集水井两侧布置尾水管排水泵两台，集水井排水泵两台，在2号机组上，布置消防水泵一台，每个机组段上均设有进入尾水管的进水廊道。为了避免地基不均匀沉降，在主副厂房之间用沉降伸缩缝分开，缝宽2cm。十、结构布置主厂房水轮机层以上部分,除了机座之外，主要为梁板，柱的结构。发电机层楼板厚度为0.30m，支承在通风罩和上下游混凝土墙的牛腿上，由于分期施工要求，在机组间加设了刚架柱，不仅用来支承发电机层楼板的荷载，而且具有加强构架的作用，刚架大梁的断面为50cm100cm,立柱的断面是50cm50cm。构架柱的下断面为1.0m1.50m的矩形断面，上断面则为1. 0cm

20、0.50cm，牛腿高为1.20m，倾角为45度，直角边长为0.50米，构架的间距为6.00米。副厂房选用的结构形式是钢筋混凝土钢架。副厂房的一部分荷载传递到主厂房构架上，因而其分缝与主厂房分缝相一致。构架立柱断面为0.5m0.5m。中央控制室主梁断面为0.5m1.0 m。其余各层的主梁断面为0.40m0.60m。次梁断面为0.20m0.4m、0.20m0.5m和0.25m0.50m三种。楼板厚度为710cm。十一、厂房混凝土的浇筑分期厂房混凝土由于机组安装的要求，一般分成两期浇筑，其中尾水管、上下游墙、排架柱、吊车梁以及部分楼板层梁，在施工中先行浇筑混凝土，称为一期混凝土，而为了机组的安装和埋

21、件需要预留空位，要等到机组部分设备到货，尾水管圆锥段钢板内衬和金属蜗壳安装好后再行浇筑，称为二期混凝土，见主厂房横剖面图。十二、图纸设计成果绘制成两张A1的图纸：其中厂房横剖面图一张（打印），包括主要设备技术指标表，比例1：100、厂房发电机层平面图一张（手绘），比例1：100。主要参考书及参考文献1水力机械第二版，金钟元编 水利水电出版社1992.62水电站建筑物第二版，马善定,汪如泽 水利水电出版社3 韩菊红、温新丽、马跃先.水电站.：黄河水利出版社，2003年7月4 水电站厂房设计规范.北京：中国水利水电出版社，2001年5月5 华东水利学院主编.水工设计手册. 北京：水利电力出版社，1980年10月6 水电站机电设计手册编写组. 水电站机电设计手册.北京：水利电力出版社15