水電站設(shè)計說明書參考

石門子水利樞紐工程廠房設(shè)計設(shè)計資料工程概況石門子水利樞紐工程位于新疆昌吉州瑪納斯縣西南塔西河中游河段上，距烏伊公路45km。本工程以灌溉為主，兼顧發(fā)電、防洪、是一個綜合利用的中型水利樞紐工程。塔西河流域總面積2010km2.水庫建成后，可以增加灌溉面積,保證棉花種植面積的擴大,為瑪納斯縣發(fā)展商品棉基地發(fā)揮重要作用。此外,樞紐本身的防洪、發(fā)電效益也對當(dāng)?shù)毓まr(nóng)業(yè)的發(fā)展起到積極作用。本樞紐工程的主要建筑物由碾壓混凝土拱壩、粘土心墻副壩、上下游圍堰、導(dǎo)流兼引水發(fā)電隧洞、發(fā)電站廠房、碾壓混凝土拱壩、壩身泄水孔等組成，最大壩高110m,裝機6。4MW。年發(fā)電量為2490萬KWh，年利用小時數(shù)為3890小時。一期工程計劃于1999年底部分蓄水，2000年6月30日建成.瑪納斯縣塔西河一級石門子水電站為塔西河石門子水利樞紐的二期工程，包括引水隧洞進口事故閘門及啟閉機、導(dǎo)流洞改建為發(fā)電洞，發(fā)電洞與導(dǎo)流洞卸接的龍?zhí)ь^彎段、鋼筋砼襯砌段、鋼板襯砌段、鋼管分岔段、發(fā)電站廠房、高壓開關(guān)站、尾水閘門及啟閉機、尾水渠連接段等部分組成。水文塔西河流域位于新疆昌吉州瑪納斯縣境內(nèi)，該河地處天山山脈北支依連哈比爾尕山的北麓東側(cè),該河流域北望準(zhǔn)噶爾盆地，東以干河子呼圖壁縣為鄰,西與瑪納斯河流域相伴。地理位置介于北緯4331’～4430’，東經(jīng)8550’～8632’之間,屬獨立水系，為典型的內(nèi)陸河流。據(jù)石門子水文站觀測資料統(tǒng)計,多年平均氣溫4。1C,多年平均降水量430mm，多年平均蒸發(fā)量1410。8mm。主要特征水位如下：正常蓄水位為1389死水位為1356最高洪水位 1391.75設(shè)計洪水位 1389下游設(shè)計洪水位 1317下游最低尾水位1316。5工程布置及主要建筑物1.工程布置在可行性研究階段,考慮到左岸山體單薄，主要及附屬建筑物均布置在右岸，隨著勘探工作的深入，發(fā)現(xiàn)左岸古河槽呈“V"型河谷，河槽內(nèi)堆積的沖積砂礫石層，結(jié)構(gòu)密實，各項物理力學(xué)指標(biāo)較高,防滲處理后可作為天然壩體利用；同時查明右岸隧洞進出口存在邊坡穩(wěn)定問題。故在勘探工作后期，確定將主要及附屬建筑物均布置在左岸，這里各建筑物工程地質(zhì)條件相對較優(yōu)。石門子電站樞紐的組成建筑物是主廠房、副廠房、變電站（包括升壓站和開關(guān)站）、尾水渠及一些附屬建筑物。作為一個引水式電站,導(dǎo)流洞穿越左岸山體，至左岸較平坦坡地進入下游河道，相應(yīng)地，改造后的發(fā)電洞也經(jīng)左岸山體輸水入電站.本電站設(shè)計尾水渠與電站出水方向以較小的角度斜交尾水渠經(jīng)由節(jié)制閘直接接入二級電站的引水渠道中，在左岸與河道之間建一過水側(cè)堰和沖沙閘.廠區(qū)由西南向東北,海拔逐漸降低，地勢漸趨平坦。考慮到這個地勢特點，在進行廠區(qū)布置時,將各主要建筑物多靠近北側(cè)緩坡布置,除廠房放在廠區(qū)西南側(cè)的陡坡背后外,尾水渠布置在東側(cè)，變電站布置在北側(cè),進廠公路也由北側(cè)引入.廠房布置在發(fā)電洞(由導(dǎo)流洞改造而成）的出口處，導(dǎo)流洞出口已經(jīng)作好了開挖，因而在此處布置廠房的實際開挖量并不太大。引水鋼管在廠房前分岔成兩支后經(jīng)蝴蝶閥進入蝸殼，副廠房布置在廠房的上游側(cè)。2。引水建筑物導(dǎo)流洞改建發(fā)電洞,選用壓力隧洞，斷面設(shè)計成直徑為3m的圓形斷面，外襯50cm鋼筋砼.3.發(fā)電廠房及開關(guān)站發(fā)電站裝機為23。2MW，選用HL220—LJ—100機組。開關(guān)站在廠房左側(cè)，靠近廠房，面積為16。5m15m。水力機械、電氣設(shè)備水力機械根據(jù)動能計劃，本電站裝機容量以6.4MW為宜.選用2臺3.2MW的豎軸混流式機組，型號為HL220—LJ—100。水輪機頂蓋的直徑為1。5m。除水輪機之外，還有蝶閥，調(diào)速器等輔助設(shè)備。以下分別介紹。1.水輪機型號:HL220-LJ—100形式：豎軸混流式裝機臺數(shù)：2臺最高水頭：74m設(shè)計水頭：5最低水頭:38m設(shè)計流量：7.8m3/功率：3368kW設(shè)計點效率：92.5％最高效率:93％額定轉(zhuǎn)速：600r/min飛逸轉(zhuǎn)速：1343r/min軸向水推力:18t吸出高度：—2.19m總重：23t2.進水閥進水閥作為水輪機前的進水控制閥是重要保護裝置。推薦使用電動立軸蝶閥DTD971H—1。0型,直徑Ф1400mm.3.尾水管尾水管與水輪機型號相對應(yīng).4.調(diào)速器裝置調(diào)速器是水輪發(fā)電機組的關(guān)鍵輔機.體現(xiàn)小型水電站的自動化程度取決于機組的調(diào)速設(shè)備。推薦使用YWT-3000油壓裝置式微機型調(diào)速器。5。自動化元件自動化元件包括壓力變換器、液位信號器及各種儀表等。6.蝸殼進口斷面平均流速與設(shè)計水頭的關(guān)系蝸殼進口斷面平均流速與設(shè)計水頭的關(guān)系如圖1-1所示。圖1-1蝸殼進口斷面平均流速曲線a）適用于設(shè)計水頭小于60m；（b）適用于設(shè)計水頭50～400m電氣設(shè)備根據(jù)所選水輪機，配以SF3200-10/2150型的發(fā)電機（普通傘式），該機組額定功率3200KW，電壓6300V，功率因數(shù)0.8。發(fā)電機風(fēng)罩內(nèi)徑D＝5.4m，轉(zhuǎn)子直徑2.1m,定子埋入式布置，上機架直徑3.4m，高度為0.5m.（可利用水電站設(shè)計參考資料的有關(guān)公式估算）。風(fēng)罩外壁至上游墻內(nèi)側(cè)的凈距為3m.主變壓器尺寸為3×3m。附屬設(shè)備起重機采用LH-20/5t型橋式起重機，主副鉤起重量分別為16t及5t。上游側(cè)主鉤極限位置距軌頂中心線距離1。65m，副鉤極限位置距軌頂中心線距離0。75m,下游側(cè)主鉤極限位置距軌頂中心線距離1.47m，副鉤極限位置距軌頂中心線距離2。14m。軌頂至小車距離1.43m,軌頂至調(diào)運部件的距離為1。5m。最大吊運部件的高度為3.831m。設(shè)計及其計算2.1水輪機的計算確定水輪機和尾水管的主要尺寸本電站采用水輪機的型號為HL220-LJ-100，根據(jù)同一系列水輪機的幾何相似原理,依據(jù)模型機的的尺寸（如圖2—1），確定原型機的尺寸下表：D（cm）Z1Z0b01。16D2。6D蝸殼進水口轉(zhuǎn)輪直徑葉片數(shù)目活動導(dǎo)葉數(shù)目導(dǎo)葉高度導(dǎo)葉直徑轉(zhuǎn)輪到尾水管底部的距離進口直徑進水口中心線距離100.014。024。025.0116.1260.9112.7133.3肘管尾水管水平段上端面直徑上端面高程下端面直徑下端面水平距離尾水管出口高度尾水管出口水平距離尾水管水平寬度尾水管水平長度62。262。231.180.256。9207。0126。4126。8135。2135.267。6174。4123.7450.0274。8275。7表2-1原型機主要尺寸（單位：cm）圖2—1模型機尺寸示意圖（單位:mm)確定水輪機蝸殼尺寸（2-1）(2-2)（2-3)式中——從鼻端到計算斷面的包角;——通過計算斷面的流量;—-計算斷面的半徑；—-從蝸殼中心到計算斷面外包線上點的距離;-—最大引用流量;——斷面平均流速，可查圖3得到；——水輪機導(dǎo)葉外半徑，取0.82D1；——水輪機導(dǎo)葉內(nèi)半徑，取0.68D1。根據(jù)1.6。1中水輪機的數(shù)據(jù)，，設(shè)計水頭。查圖1-1得到。依據(jù)式2—1、2—2,2-3計算得到的蝸殼數(shù)據(jù)如表2—2，蝸殼單線圖如圖2-2，蝸殼剖面圖如圖2-3。iQiriRi10.6500。1891。19821.6250。2991。41732.6000.3781.57543.5750。4431.70654.5500。5001.81965。5250.5511.92176.5000。5972。01487.4750.6402.101表2-2蝸殼尺寸計算成果

圖2—2蝸殼單線圖圖2—3金屬蝸殼剖面圖主廠房平面尺寸的擬定機組段長度的擬定機組段長度考慮蝸殼層、尾水管層、發(fā)電機層需要的長度，取其中的最大值作為機組段長度.蝸殼層機組段長度按照下式計算(2-4）（2—5）（2-6）式中，蝸殼外部混凝土厚度，此處取1.4m蝸殼兩側(cè)外包線到軸心的距離。依據(jù)式2-4、2-5、2—6及相關(guān)數(shù)據(jù)，計算成果下表:R1R2δ1δ2L+xL-xL12。1011。7061。4001。4003。5013.1066。607表2—3蝸殼層機組段長度計算成果（單位：m）尾水管層機組段長度按照下式計算（本工程采用對稱尾水管）（2—7)（2-8）（2—9）式中，尾水管混凝土邊墩厚度,此處取1。9m。尾水管寬度.依據(jù)式2-7、2-8、2—9及相關(guān)數(shù)據(jù)，計算成果下表Bδ2L+xL-xL12。7481.9003.2743。2746。548表2-4尾水管層機組段長度計算成果(單位：m)發(fā)電機層機組段長度按照下式計算（2-10）(2—11）（2—12)式中,發(fā)電機風(fēng)罩壁厚，此處取0。4m。兩臺機組之間風(fēng)罩外壁凈距，本工程在機組間設(shè)置樓梯，故取3.5依據(jù)式2—10、2-11、2-12及相關(guān)數(shù)據(jù),計算成果下表bФ3δ3L+xL—xL13.5005。4000。4004.8504.8509.700表2-5發(fā)電機層機組段長度計算成果（單位：m）根據(jù)以上三種計算成果，取其中最大值,即。端機組段長度計算本工程采用裝配場位于廠房一段的布置方式，且位于廠房左岸,故端機組段長度與機組段長度相同，按照起重機吊裝發(fā)電機轉(zhuǎn)子時所需的尺寸校核滿足要求，故.主機室寬度的擬定主機室寬度分為上游側(cè)寬度和下游側(cè)寬度，具體計算公式如下：（2-13)(2-14）式中，上游側(cè)寬度。下游側(cè)寬度。風(fēng)罩外壁至上游墻壁內(nèi)側(cè)的凈距，此處取3m.發(fā)電機風(fēng)罩內(nèi)徑.發(fā)電機風(fēng)罩壁厚，此處取0.4m。依據(jù)式2—14，計算得到?？紤]下游側(cè)蝸殼尺寸及蝸殼外混凝土厚度及風(fēng)罩墻尺寸和交通要求，，得。由式2—13得到,,實取.裝配場長度的擬定裝配場的長度一般取1-1.5倍的機組段長度,此處取1。2倍的，即裝配場寬度的擬定裝配場的寬度與主機室的寬度相同，即為11.0m。裝配場尺寸的具體說明發(fā)電機轉(zhuǎn)子直徑應(yīng)該留有2。0m間隙，以供安裝磁極之用。裝配場樓板留有孔口，孔徑比主軸法蘭直徑大0。5m，轉(zhuǎn)子主軸伸入裝配場的下層的轉(zhuǎn)子主軸支承臺，臺上設(shè)有用以固定主軸的螺栓，螺栓數(shù)與主軸法蘭上孔數(shù)相符；支承臺的高度應(yīng)使主軸在豎立后轉(zhuǎn)子地面距裝配場樓板約0.5-0。8m，以便在磁極下放進千斤頂和墊板。在不進行轉(zhuǎn)子裝配或檢修期間，孔洞蓋上鐵板或混凝土板。發(fā)電站上機架周圍留有1.0m間隙，供作通道使用。水輪機頂蓋及轉(zhuǎn)輪周圍留有1.0m間隙,供作通道使用。裝配場大門布置在廠房下游側(cè)，寬度取3.3m，高度取4.5m，門向外開。主廠房寬度的確定主廠房的寬度即為主機室的寬度,即。主廠房長度的確定主廠房的長度按照下式計算：（2-15）依據(jù)式2—15及相關(guān)數(shù)據(jù),計算得到。發(fā)電機層的設(shè)備和設(shè)施的布置水輪發(fā)電機采用定子埋入式。調(diào)速系統(tǒng)設(shè)備有調(diào)速器操作柜、油壓裝置和接力器，操作柜和有壓操作裝置布置在發(fā)電機層,盡量靠近，避免跨機組段布置。樓梯布置在兩臺機組之間,樓梯凈寬1.2m，坡度為35°.吊閥孔布置在機組段右側(cè)，尺寸為:1。7m×1。7m。起重機采用LH-20/5t型橋式起重機。主廠房下部結(jié)構(gòu)設(shè)計發(fā)電機層采用圓筒式機墩，設(shè)通向蝸殼和尾水管的進人孔。蝸殼層采用金屬蝸殼，具體數(shù)據(jù)如2。1。2計算結(jié)果。尾水管層尾水管采用對稱尾水管,具體數(shù)據(jù)如2。1.1計算結(jié)果。在基礎(chǔ)塊體最低部分設(shè)置集水井，并在上方設(shè)水泵室。尾水平臺該水電站為中高水頭電站，尾水平臺僅布置尾水啟門機。主廠房縱向尺寸擬定主廠房橫剖面示意圖如圖2—4.水輪機安裝高程水輪機安裝高程依據(jù)下式計算：（2—16）式中，水輪機的安裝高程;水電站廠房建成后下游設(shè)計最低水位，此處取下游最低尾水位，即；導(dǎo)葉高度，此處取;水輪機允許吸出高度,根據(jù)水輪機性能確定，此處取值為。依據(jù)式2-16及相關(guān)數(shù)據(jù)，得到。圖2-4主廠房橫剖面示意圖2。3.2主廠房基礎(chǔ)的開挖高程主廠房基礎(chǔ)開挖高程依據(jù)下式確定：（2-17）式中,水輪機安裝高程；主廠房基礎(chǔ)開挖高程；尾水管底板混凝土厚度，取；尾水管出口高度,取；安裝高程到尾水管出口頂面的距離，取。依據(jù)式2-17及相關(guān)數(shù)據(jù),取。2。3.3水輪機層地面高程水輪機層地面高程依據(jù)下式擬定：(2—18）式中，水輪機層地面高程；水輪機安裝高程；蝸殼進口半徑和蝸殼頂混凝土層厚度之和,取值為。依據(jù)式2—18及相關(guān)數(shù)據(jù)，取。2.3。4發(fā)電機裝置高程發(fā)電機裝置高程依據(jù)下式擬定：