水電站課程設(shè)計(jì).docx

水電站課程設(shè)計(jì)目錄1.工程概況及設(shè)計(jì)資料11.1工程概況11.2設(shè)計(jì)資料12.設(shè)備尺寸確定52.1蝸殼尺寸確定52.2尾水管尺寸確定52.3水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪尺寸確定62.4發(fā)電機(jī)尺寸確定72.5吊車尺寸確定73.主廠房平面尺寸73.1機(jī)組段長(zhǎng)度L173.2端機(jī)組段長(zhǎng)度L283.3主廠房寬度83.4安裝場(chǎng)長(zhǎng)度B84.主廠房平面布置94.1發(fā)電機(jī)層94.2水輪機(jī)層94.3蝸殼層95.主廠房剖面設(shè)計(jì)95.1水輪機(jī)安裝高程Zs95.2主廠房開挖高程挖95.3水輪機(jī)層地面高程105.4發(fā)電機(jī)裝置層高程105.5發(fā)電機(jī)層樓板高程105.6吊車軌頂高程軌105.7屋頂高程屋頂106.廠房輔助設(shè)備布置116.1油系統(tǒng)的布置116.2壓氣系統(tǒng)的布置116.3供水系統(tǒng)116.4排水系統(tǒng)127.廠房電氣設(shè)備布置128.主要副廠房的布置129.廠區(qū)樞紐布置12 附圖一 ：沿機(jī)組中心線廠房橫剖面圖 附圖二：發(fā)電機(jī)、水輪機(jī)層、蝸殼層綜合平面圖 附圖三：廠房樞紐布置圖1. 工程概況及設(shè)計(jì)資料1.1 工程概況湘賀水利樞紐位于向河上游，河流全長(zhǎng)270公里，流域面積6000平方公里屬于山區(qū)河流。本樞紐控制流域面積1350平方公里，總庫容22.15億立方米，為多年調(diào)節(jié)水庫。本樞紐的目標(biāo)是防洪和發(fā)電。主要建筑物有重力拱壩，壩高77.5米，弧長(zhǎng)370米；泄洪建筑物；開敞式溢洪道或泄洪隧洞；發(fā)電引水隧洞及岸邊地面廠房等工程。水電站總裝機(jī)60MW，裝機(jī)4臺(tái)，單機(jī)15MW。電站擔(dān)任工農(nóng)業(yè)負(fù)荷，全部建成后擔(dān)任系統(tǒng)灌溉負(fù)荷。電站廠房位于右岸壩下游幾十米處，由引水隧洞供水，主洞內(nèi)徑5.5米，支洞內(nèi)徑3.4米，廠內(nèi)裝置4臺(tái)混流式立式機(jī)組，出線方向?yàn)橄掠?，永久公路通至左岸?.2 設(shè)計(jì)資料 1.2.1水庫及水電站特征參數(shù) (1)水庫水位。水庫校核洪水位140.00m，水庫設(shè)計(jì)洪水位 137.00m，水庫正常高水位125.00m，水庫發(fā)電死水位108.00m，設(shè)計(jì)洪水尾水位77.00m，校核洪水尾水位78.50m。 （2）廠址水位流量關(guān)系表 表1-1 水位（m）68.5069.2069.7569.7569.9070.20流量（m3/s）0.040.080.0120.0160.0200.0水位（m）70.9571.6072.2074.5076.3078.50流量（m3/s）400600.0800.01000.01200.01400 （3）水電站特征水頭。最大水頭為56.00m，最小水頭為38.00m，平均水頭為50.84m，計(jì)算水頭為48.30m。（4）地形地質(zhì)。電站樞紐地形參見地形圖。左岸地勢(shì)較平緩，右岸地勢(shì)較陡。樞紐基巖系凝灰?guī)r，巖石抗壓強(qiáng)度較高，廠區(qū)有第四紀(jì)沉積層，厚約3米，河床砂卵石覆蓋層平均深24米。（5）供電方式。本電站初期為三臺(tái)機(jī)組，遠(yuǎn)景為四臺(tái)機(jī)組，投入系統(tǒng)運(yùn)行，根據(jù)系統(tǒng)要求本電站能作調(diào)相運(yùn)行，水電站主結(jié)線采用擴(kuò)大單元結(jié)線方式，采用110千伏、35千伏及發(fā)電機(jī)電壓10.5千伏三種電壓等級(jí)送電；高壓側(cè)采用橋形結(jié)線方式。（6）對(duì)外交通。下游左岸有永久公路通過。1.2.2水電站主要?jiǎng)恿υO(shè)備及輔助設(shè)備（1）水輪機(jī)：型號(hào)HL220-LJ-225，額定出力15.6MW，額定轉(zhuǎn)速214.3r/min，單機(jī)額定（最大）流量36.2m3/s。（2）水輪發(fā)電機(jī)：型號(hào)SF15-28/550，發(fā)電機(jī)的外形尺寸見圖11，相關(guān)參數(shù)見表1-2。表1-2 發(fā)電機(jī)基本參數(shù)表額定功率（）功率因數(shù)額定轉(zhuǎn)速（r/min）額定電壓()轉(zhuǎn)子帶軸重（t）150000.8214.310.580 圖1-1 發(fā)電機(jī)外形尺寸示意圖 （3）調(diào)速器設(shè)備。調(diào)速器型號(hào)為DT-100，機(jī)械柜尺寸為長(zhǎng)寬高=750mm950mm1375mm，電氣柜尺寸為長(zhǎng)寬高=550mm804mm2360mm，油壓裝置型號(hào)為YZ-1.0，其基本參數(shù)見表1-3。表1-3 油壓裝置參數(shù)表 型號(hào)油箱長(zhǎng)度m(mm)油箱寬度n(mm)油罐總高H（mm）油罐筒高h(yuǎn)（mm）油罐直徑D（mm）YZ-1.01916190024571694930（4）廠房附屬設(shè)備。水輪機(jī)前的蝴蝶閥型號(hào)和尺寸見表1-4。 表1-4 蝴蝶閥基本參數(shù)型號(hào)直徑（cm）承受水頭(m)裝置方式閥重（噸）閥體長(zhǎng)（m）吊孔尺寸（m）DF340-8534085立軸201.21.84.3吊橋吊車型號(hào)及尺寸詳見表1-5，選定吊車型號(hào)并選用有關(guān)尺寸。13 表1-5 橋式吊車型號(hào)及尺寸起重機(jī)名稱容量（噸）跨度起升高度（m）主要尺寸（毫米）極限尺寸（毫米）主鉤副鉤LK(m)主鉤副鉤最大寬度軌道中心至外緣距離軌道面到機(jī)頂面距離兩小車吊鉤間距離吊鉤到軌頂距離吊鉤至軌道中心距離主鉤副鉤BB1HLhL1L2雙小車25021010.511.512.513.5269200400370027009705001100160027522010.511.512.513.52692004003700270092070011001600單小車752013.516.519.520/228616400365436543660/113611361182479479483L1L2L3L424001900130030001002013.016.019.020/228616400369236923692/147614741472-105-107-1092055130010002355 （5）電氣設(shè)備。三相三繞組主變2臺(tái)，型號(hào)SFSL1-50000/110/35/10，尺寸為長(zhǎng)寬高=6820mm4520mm8200mm，軌距為1435mm，檢修起吊高度8200mm，主變壓器身重39.5t；廠用變壓器2臺(tái)，型號(hào)SJL1-630/10/0.4，其基本參數(shù)見表1-6。 表1-6 廠用變壓器基本參數(shù) 變壓器容量(KVA)廠變室面積門高（m）吊物孔尺寸（m）630/10532.52.52.0每臺(tái)機(jī)有6塊機(jī)旁盤，其中控制盤1塊，保護(hù)盤1塊，表計(jì)盤1塊，動(dòng)力盤1塊，勵(lì)磁盤2塊。機(jī)旁盤尺寸為寬厚高=800mm550mm2360mm1.2.3副廠房參考面積副廠房參考面積見表1-7。表1-7 副廠房參考面積（單位：m2）廠房名稱參考面積直接生產(chǎn)副廠房中央控制室100-200電纜室與中控室同通訊室20-50發(fā)電機(jī)電壓配電裝置室40-50廠用盤室30-40直流系統(tǒng)室蓄電池室40-50酸室10-14套間5-6充電機(jī)室10-15通風(fēng)機(jī)室10-15直流盤室20-25母線廓道寬度不小于2.0m廠變室15空壓機(jī)及貯氣筒室30-40油桶及油處理室50-55排水泵室15-20集水井容積30-35m3檢修、試驗(yàn)用房測(cè)量表計(jì)試驗(yàn)室30-40高壓試驗(yàn)室20-30電工試驗(yàn)室20-30機(jī)修間40-50工具間10-15間接輔助生產(chǎn)用房交接班室20-25值班休息室15-20辦公室15-20浴室?guī)?0-20警衛(wèi)室102. 設(shè)備尺寸確定2.1 蝸殼尺寸確定根據(jù)提供的資料：設(shè)計(jì)水頭為48.30m，水輪機(jī)型號(hào)為HL220-LJ-225，單機(jī)最大引用流量為Qmax=36.2m3/s，座環(huán)外徑Da=3.85m，座環(huán)內(nèi)經(jīng)Db=3.25m。設(shè)計(jì)水頭48.30m40.00m，選用金屬蝸殼。對(duì)于金屬蝸殼，允許的流速較大，因此外形尺寸對(duì)廠房造價(jià)的影響較小。為了獲得良好的水力性能以及考慮到其結(jié)構(gòu)和加工條件的限制，蝸殼的包角取0=345。根據(jù)水輪機(jī)設(shè)計(jì)水頭（48.30m）差的，蝸殼進(jìn)口斷面平均流速為Vc=5.8m/s。斷面半徑： i=QiVc=Qmaxi360vC斷面中心距： ai=ra+i斷面外半徑： Ri=ra+2i取若干斷面計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如下表2-1：表2-1 蝸殼斷面尺寸斷面角度（）流量（m3/s）斷面半徑（m）斷面中心距（m）斷面外半徑（m）034534.691.383.314.69130030.171.293.214.50225525.641.193.114.30321021.121.083.004.08416516.590.952.883.83512012.070.812.743.556757.540.642.573.217303.020.412.332.74 2.2 尾水管尺寸確定 選用彎肘形尾水管，根據(jù)轉(zhuǎn)輪半徑D1=225cm，D2D1，查表確定尾水管的尺寸如下表2-2，尾水管尺寸示意圖如圖2-1。表2-2 尾水管斷面尺寸(單位：m)h/D1L/D1B5/D1D4/D1h4/D1h6/D1L1/D1h5/D12.64.52.731.351.350.6751.821.22hLB5D4h4h6L1h55.8510.1256.123.0383.0381.5194.0952.745 圖2-1 尾水管尺寸示意圖 2.3 水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪尺寸確定 由水輪機(jī)型號(hào)HL220查表，再根據(jù)轉(zhuǎn)輪直徑D1=2.25m代入得轉(zhuǎn)輪尺寸，如表2-3，轉(zhuǎn)輪尺寸示意圖如圖2-2所示。表2-3 水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪尺寸表（單位：m）D2/D1D3/D1D4/D1D5/D1D6/D1b0/D1h1/D1h2/D1h3/D1h4/D11.0820.9820.870.4780.1160.250.0540.1650.4820.309D2D3D4D5D6b0h1h2h3h42.4352.0881.9581.0760.2610.5630.1220.3711.0850.695 圖2-2 水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪尺寸示意圖2.4 發(fā)電機(jī)尺寸確定 型號(hào)：SF15-28/550，尺寸見圖2-3所示，單位mm。 圖2-3 發(fā)電機(jī)尺寸示意圖2.5 吊車尺寸確定 根據(jù)所給設(shè)計(jì)資料，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子帶軸重80t，所以參考表1-5，吊車選用單小車，主鉤容重100噸，副鉤容重20噸，跨度19.0m。3. 主廠房平面尺寸3.1 機(jī)組段長(zhǎng)度L1機(jī)組段長(zhǎng)度是相鄰兩機(jī)組中心線的距離。可按公式L1=L+X+L-X計(jì)算。分別用蝸殼層、發(fā)電機(jī)層、尾水管層進(jìn)行計(jì)算，取其需要的最大值。 （1）蝸殼層 L+X=R1+1 L-X=R2+2 式中 ：R1、R2 為蝸殼345、165時(shí)的半徑，R1=4.69m、R2=3.83m； 1、2為蝸殼外圍混凝土厚度，均取為1.5m。 得： L1=4.69+3.83+1.5+1.5=11.52m（2）發(fā)電機(jī)層 L+X=32+b2+3 L-X=32+b2+3式中：3發(fā)電機(jī)風(fēng)罩內(nèi)徑，根據(jù)發(fā)電機(jī)外形取8.4m； 3發(fā)電機(jī)風(fēng)罩壁厚，一般取為0.3-0.4m，本設(shè)計(jì)中取0.3m； b兩機(jī)組之間風(fēng)罩外壁凈距，一般可取1.5-2.0m，如兩機(jī)組之間設(shè)樓梯時(shí)取3-4m，本設(shè)計(jì)中取3.5m。得： L1=8.4+3.5+0.3+0.3=12.5m（3）尾水管層 L+X=B2+4 L-X=B2+4 式中：B尾水管寬度，6.12m； 4混凝土邊墩厚度，取1.8m。 得： L1=6.12+1.8+1.8=9.72m。綜合上述三者，去最大值為12.5m。考慮廠房綜合布置因素，將機(jī)組段長(zhǎng)度定為L(zhǎng)1=13.5m。 3.2 端機(jī)組段長(zhǎng)度L2 在機(jī)組段長(zhǎng)度L1的基礎(chǔ)上，加上吊車寬度（8.616m）的一半，再加上0.5m的安全裕度，得端機(jī)組段長(zhǎng)度L2=18.308m。3.3 主廠房寬度 以機(jī)組中心線為界，廠房寬度B可分為上游側(cè)寬度B上和下游側(cè)寬度B下； B=B上+B下 B上=32+3+A B下=32+3+B式中：3發(fā)電機(jī)風(fēng)罩內(nèi)徑，根據(jù)發(fā)電機(jī)外形取8.4m； 3發(fā)電機(jī)風(fēng)罩壁厚，一般取為0.3-0.4m，本設(shè)計(jì)中取0.3m A風(fēng)罩外側(cè)至廠房上游墻內(nèi)側(cè)凈距，取5m； B主通道寬度，取3m。 得： B=8.4+0.32+4+3=17m3.4 安裝場(chǎng)長(zhǎng)度B安裝場(chǎng)長(zhǎng)度一般約為機(jī)組段長(zhǎng)度的1.0-1.5倍，最后尺寸應(yīng)滿足在起重機(jī)主鉤吊運(yùn)的范圍之內(nèi)，能容納一臺(tái)機(jī)組擴(kuò)大性檢修的要求。通常包括發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)上機(jī)架、水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪和順輪機(jī)頂蓋等四大件的擺放。具體要求如下： 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子直徑周圍應(yīng)留2.0m的間隙，以供安裝磁極用。安裝場(chǎng)樓 板留有孔口，孔徑比主軸法蘭直徑大0.5m。 發(fā)電機(jī)上機(jī)架周圍留1.0m間隙，供作通道用。 水輪機(jī)、頂蓋及轉(zhuǎn)輪周圍留1.0m的間隙，供作通道用。頂蓋尺寸3.2m。 主變坑的尺寸是變壓器拆去散熱器后的外形尺寸每側(cè)各加0.25m。 綜合考慮廠房布置因素，將安裝場(chǎng)長(zhǎng)度B定為20m。4. 主廠房平面布置4.1 發(fā)電機(jī)層發(fā)電機(jī)采用上機(jī)架埋入式布置，需布置有發(fā)電機(jī)、調(diào)速設(shè)備（油壓裝置、電氣柜、機(jī)械柜）、機(jī)旁盤、樓梯、蝶閥孔、交通道等。 4.2 水輪機(jī)層 水輪機(jī)層布置機(jī)墩，調(diào)速器，接力器，閥門操作設(shè)備，油、氣、水管路，出線，電氣設(shè)備，吊閥孔等；機(jī)墩采用圓筒式。4.3 蝸殼層 蝸殼層布置蝶閥、蝸殼、水泵滲漏及檢修集水井，并設(shè)有通向水輪機(jī)層的樓梯。 詳細(xì)布置見附圖水輪機(jī)層、發(fā)電機(jī)層、蝸殼層平面布置圖。5. 主廠房剖面設(shè)計(jì)5.1 水輪機(jī)安裝高程Zs先確定吸出高度 Hs=10.0-900-（m+）H式中：為水輪機(jī)安裝位置的海拔高程，取為下游平均水位的海拔高程， 根據(jù)一臺(tái)水輪機(jī)的額定流量36.2m3/s，查水位流量關(guān)系表得下游水位為69.13m；m 為限制工況下的模型氣蝕系數(shù)，查表得0.133；為氣蝕系數(shù)的修正值，根據(jù)設(shè)計(jì)水頭查得0.025；H為水輪機(jī)水頭，取為設(shè)計(jì)水頭Hr=48.30m。 得： Hs=10.0-69.13900-0.133+0.02548.3=2.29m 然后確定水輪機(jī)的安裝高程（立軸混流式）： Zs=w+HS+b02 式中：W為設(shè)計(jì)尾水位，按之前查表所得取69.13m；HS為吸出高度2.29m；b0為導(dǎo)葉高度，由水輪機(jī)型號(hào)查表得0.25*2.25=0.5625m。 得： ZS=69.13+2.29+0.56252=71.70m5.2 主廠房開挖高程挖 挖=ZS-b02-hw-hc式中：ZS為水輪機(jī)安裝高程，71.10m；b0為導(dǎo)葉高度，0.5625m；hc為尾 水管地板厚度，1m；hw為尾水管高度，5.85m。 得： 挖=71.7-0.56252-5.85-1=64.6m5.3 水輪機(jī)層地面高程水輪機(jī)層地面高程71.7m，加上蝸殼進(jìn)口半徑1.38m，再加上金屬蝸殼的保護(hù)層厚度1.02m，最終定位74.1m。5.4 發(fā)電機(jī)裝置層高程水輪機(jī)層地面高程74.1m，加上機(jī)墩進(jìn)人孔高1.9m（取值范圍1.8-2.0m），再加上機(jī)墩進(jìn)人孔頂部混凝土厚度1.0m（取值范圍1-1.5m），得到發(fā)電機(jī)裝置層高程為77.0m。5.5 發(fā)電機(jī)層樓板高程發(fā)電機(jī)裝置層高程77.0m,加上風(fēng)罩高度2.43m,得發(fā)電機(jī)層樓板高程 79.43m。 5.6 吊車軌頂高程軌吊車選用單小車，主鉤容重100t，副鉤容重20t，跨度19.0m。 軌=樓+h5+h6+h7+h8 式中：樓發(fā)電機(jī)層樓板高程，79.43m； h5吊物垂直安全距離，取0.5m； h6起吊部件高度，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子帶軸4.39m，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪帶軸1.085m，所以取4.39m； h7吊索或吊具高度，取1.5m； h8吊鉤至軌頂距離，1.472m。 得： 軌=79.43+0.5+4.39+1.5+1.472=87.292m 綜合考慮廠房布置因素，將吊車軌頂高程軌定為88.0m。 5.7 屋頂高程屋頂 屋頂=軌+h9+h10+h11+h12式中：軌吊車軌頂高程，88.0m； h9橋吊軌頂至機(jī)頂面距離，3.692m； h10小車頂部到屋面大梁底部的距離，取0.3m； h11屋面大梁高度，取1.5m； h12屋面板厚度加屋面保護(hù)層厚度，取0.6m得： 屋頂=87.292+3.692+0.3+1.5+0.6=94.092綜合考慮廠房布置因素，將屋頂高程屋頂定為94.20m。6. 廠房輔助設(shè)備布置6.1 油系統(tǒng)的布置水電站油系統(tǒng)由兩個(gè)獨(dú)立設(shè)置的透平油系統(tǒng)和絕緣油系統(tǒng)組成。油系統(tǒng) 主要由以下幾部分組成： （1）油庫。油庫內(nèi)設(shè)油桶，以接受及儲(chǔ)存油類。透平油的用油設(shè)備設(shè)在廠內(nèi)，絕緣油系統(tǒng)設(shè)在廠外。廠內(nèi)油庫常布置在裝配廠下層、水輪機(jī)層或副廠房?jī)?nèi)。為防火考慮，廠內(nèi)油庫要用防火墻隔開，墻的厚度要大于0.3m（本設(shè)計(jì)取0.5m），柱的尺寸要大于0.4m（本設(shè)計(jì)取0.5m），油庫門要設(shè)置攔油檻，其高度要能使油庫形成容乃一只最大油桶油量的容積。 （2）油處理室。透平油系統(tǒng)和絕緣油系統(tǒng)常合用一個(gè)油處理室，內(nèi)設(shè)油泵及濾油機(jī)，一般布置在油庫旁。 （3）中間排油槽。對(duì)于廠外油庫，在廠房下部結(jié)構(gòu)中布置中間排油槽。 （4）補(bǔ)給油箱。在廠房吊車梁之下有時(shí)設(shè)置補(bǔ)給油箱。 （5）廢油槽。在每臺(tái)機(jī)組的最低點(diǎn)（如蝴蝶閥室）設(shè)置廢油槽。 （6）事故油槽。應(yīng)布置在便于充油設(shè)備排油的位置，如布置在油庫下部的蝸殼層內(nèi)。 （7）油管。常沿水輪機(jī)層一側(cè)縱向布置油管的干管，再有它向各部件引出支管。 6.2 壓氣系統(tǒng)的布置廠房?jī)?nèi)的壓氣系統(tǒng)可分為高壓及低壓兩個(gè)系統(tǒng)。油壓裝置及空氣開關(guān)用 氣為高壓系統(tǒng)，其他用氣設(shè)備屬低壓系統(tǒng)。用氣設(shè)備若遠(yuǎn)離廠房，如高壓開關(guān)站或進(jìn)水口等，應(yīng)就地另設(shè)壓氣系統(tǒng)。 壓氣系統(tǒng)有壓氣機(jī)、儲(chǔ)氣筒及輸氣管道組成。壓氣機(jī)室一般布置在裝配場(chǎng)下層、水輪機(jī)層或副廠房中。壓氣機(jī)要院里中央控制室。儲(chǔ)氣筒一般與壓氣機(jī)布置在一起。6.3 供水系統(tǒng)水電站供水系統(tǒng)的供水方式常決定于水電站的工作水頭，本設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì) 水頭為48.3m，在20-80m之間，故可采用自流供水。取水口可設(shè)在上游壩前（當(dāng)廠房離壩不遠(yuǎn)時(shí)適用，本設(shè)計(jì)中，廠房在壩下游幾十米處，不適用）