水電站課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　工程概況及設(shè)計(jì)資料</b></p><p><b>　　工程概況</b></p><p>　　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(kù)容22.15億立方米，為多年調(diào)節(jié)水庫(kù)。</p><p>　　本樞紐的目標(biāo)是防

2、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(kāi)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。</p><p>　　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)橄掠危谰霉吠ㄖ磷蟀丁?lt;/p>

3、<p><b>　　設(shè)計(jì)資料</b></p><p>　　1.2.1水庫(kù)及水電站特征參數(shù)</p><p>　　(1)水庫(kù)水位。水庫(kù)校核洪水位140.00m，水庫(kù)設(shè)計(jì)洪水位 137.00m，水庫(kù)正常高水位125.00m，水庫(kù)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。</p><p

4、>　?。?）廠址水位流量關(guān)系表</p><p><b>　　表1-1</b></p><p>　　（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。</p><p>　　（4）地形地質(zhì)。電站樞紐地形參見(jiàn)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

5、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2~4米。</p><p>　?。?）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。</p><p>　　（6）對(duì)外交通。下游左岸有永久公路通過(guò)。</p>

6、;<p>　　1.2.2水電站主要?jiǎng)恿υO(shè)備及輔助設(shè)備</p><p>　　（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。</p><p>　　（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(jiàn)圖1—1，相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表1-2。</p><p>　　表1-2

7、 發(fā)電機(jī)基本參數(shù)表</p><p>　　圖1-1 發(fā)電機(jī)外形尺寸示意圖 </p><p>　?。?）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=750mm，電氣柜尺寸為，油壓裝置型號(hào)為YZ-1.0，其基本參數(shù)見(jiàn)表1-3。</p><p>　　表1-3 油壓裝置參數(shù)表</p><p>　?。?）廠房附屬設(shè)

8、備。水輪機(jī)前的蝴蝶閥型號(hào)和尺寸見(jiàn)表1-4。</p><p>　　表1-4 蝴蝶閥基本參數(shù)</p><p>　　吊橋吊車(chē)型號(hào)及尺寸詳見(jiàn)表1-5，選定吊車(chē)型號(hào)并選用有關(guān)尺寸。</p><p>　　表1-5 橋式吊車(chē)型號(hào)及尺寸</p><p>　?。?）電氣設(shè)備。三相三繞組主變2臺(tái)，型號(hào)SFSL1-50000/110/3

9、5/10，尺寸為，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(jiàn)表1-6。</p><p>　　表1-6 廠用變壓器基本參數(shù) </p><p>　　每臺(tái)機(jī)有6塊機(jī)旁盤(pán)，其中控制盤(pán)1塊，保護(hù)盤(pán)1塊，表計(jì)盤(pán)1塊，動(dòng)力盤(pán)1塊，勵(lì)磁盤(pán)2塊。機(jī)旁盤(pán)尺寸為</p><p>　

10、　1.2.3副廠房參考面積</p><p>　　副廠房參考面積見(jiàn)表1-7。</p><p>　　表1-7 副廠房參考面積（單位：m2）</p><p><b>　　設(shè)備尺寸確定</b></p><p><b>　　蝸殼尺寸確定</b></p><p>　　根

11、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，座環(huán)外徑，座環(huán)內(nèi)經(jīng)。設(shè)計(jì)水頭，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。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=5.8m/s。</p><p><b>　　斷面半徑： <

12、;/b></p><p><b>　　斷面中心距： </b></p><p>　　斷面外半徑： </p><p>　　取若干斷面計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如下表2-1：</p><p>　　表2-1 蝸殼斷面尺寸</p><p><b>　　尾水管尺寸確定</

13、b></p><p>　　選用彎肘形尾水管，根據(jù)轉(zhuǎn)輪半徑，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。</p><p>　　表2-2 尾水管斷面尺寸(單位：m)</p><p>　　圖2-1 尾水管尺寸示意圖</p><p><b>　　水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪尺寸確定</b><

14、/p><p>　　由水輪機(jī)型號(hào)HL220查表，再根據(jù)轉(zhuǎn)輪直徑代入得轉(zhuǎn)輪尺寸，如表2-3，轉(zhuǎn)輪尺寸示意圖如圖2-2所示。</p><p>　　表2-3 水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪尺寸表（單位：m）</p><p>　　圖2-2 水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪尺寸示意圖</p><p><b>　　發(fā)電機(jī)尺寸確定</b></p>

15、<p>　　型號(hào)：SF15-28/550，尺寸見(jiàn)圖2-3所示，單位mm。</p><p>　　圖2-3 發(fā)電機(jī)尺寸示意圖</p><p><b>　　吊車(chē)尺寸確定</b></p><p>　　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(chē)選用單小車(chē)，主鉤容重100噸，副鉤容重20噸，跨度19.0m

16、。</p><p><b>　　主廠房平面尺寸</b></p><p><b>　　機(jī)組段長(zhǎng)度</b></p><p>　　機(jī)組段長(zhǎng)度是相鄰兩機(jī)組中心線的距離?？砂垂接?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。</p><p><b>　　（1）蝸殼層</b&

17、gt;</p><p>　　式中 ： 為蝸殼時(shí)的半徑，；</p><p>　　為蝸殼外圍混凝土厚度，均取為1.5m。</p><p>　　得： </p><p><b>　?。?）發(fā)電機(jī)層</b></p><p>　　式中：—發(fā)電機(jī)風(fēng)罩內(nèi)徑，根據(jù)發(fā)電機(jī)外形取8.4m；</p&g

18、t;<p>　　—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；</p><p>　　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。</p><p>　　得： </p><p><b>　?。?）尾水管層</b></p>&

19、lt;p>　　式中：B—尾水管寬度，6.12m；</p><p>　　—混凝土邊墩厚度，取1.8m。</p><p>　　得： 6.12+1.8+1.8=9.72m。</p><p>　　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=13.5m。</p><p><b>　　端機(jī)

20、組段長(zhǎng)度</b></p><p>　　在機(jī)組段長(zhǎng)度的基礎(chǔ)上，加上吊車(chē)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=18.308m。</p><p><b>　　主廠房寬度</b></p><p>　　以機(jī)組中心線為界，廠房寬度B可分為上游側(cè)寬度和下游側(cè)寬度；</p><p>　　式中：

21、—發(fā)電機(jī)風(fēng)罩內(nèi)徑，根據(jù)發(fā)電機(jī)外形取8.4m；</p><p>　　—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</p><p>　　A—風(fēng)罩外側(cè)至廠房上游墻內(nèi)側(cè)凈距，取5m；</p><p>　　B—主通道寬度，取3m。</p><p>　　得： B=8.4+0.32+4+3=17m</p><p

22、><b>　　安裝場(chǎng)長(zhǎng)度B</b></p><p>　　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(mǎn)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：</p><p>　　發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子直徑周?chē)鷳?yīng)留2.0m的間隙，以供安裝磁極用。安裝場(chǎng)樓 板留有孔口，

23、孔徑比主軸法蘭直徑大0.5m。</p><p>　?、诎l(fā)電機(jī)上機(jī)架周?chē)?.0m間隙，供作通道用。</p><p>　　③水輪機(jī)、頂蓋及轉(zhuǎn)輪周?chē)?.0m的間隙，供作通道用。頂蓋尺寸3.2m。</p><p>　?、苤髯兛拥某叽缡亲儔浩鞑鹑ド崞骱蟮耐庑纬叽缑總?cè)各加0.25m。</p><p>　　綜合考慮廠房布置因素，將安裝場(chǎng)長(zhǎng)度B定為20

24、m。</p><p><b>　　主廠房平面布置</b></p><p><b>　　發(fā)電機(jī)層</b></p><p>　　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(pán)、樓梯、蝶閥孔、交通道等。</p><p><b>　　水輪機(jī)層</b&

25、gt;</p><p>　　水輪機(jī)層布置機(jī)墩，調(diào)速器，接力器，閥門(mén)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。</p><p><b>　　蝸殼層</b></p><p>　　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。</p><p>　　詳細(xì)布置見(jiàn)附圖——水輪機(jī)層、發(fā)

26、電機(jī)層、蝸殼層平面布置圖。</p><p><b>　　主廠房剖面設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　水輪機(jī)安裝高程</b></p><p>　　先確定吸出高度 </p><p>　　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，</p><p>

27、　　根據(jù)一臺(tái)水輪機(jī)的額定流量36.2，查水位—流量關(guān)系表得下游水位為69.13m； 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。</p><p><b>　　得： </b></p><p>　　然后確定水輪機(jī)的安裝高程（立軸混流式）：</p><p>　　式中

28、：為設(shè)計(jì)尾水位，按之前查表所得取69.13m；為吸出高度2.29m；為導(dǎo)葉高度，由水輪機(jī)型號(hào)查表得0.25*2.25=0.5625m。</p><p>　　得： </p><p><b>　　主廠房開(kāi)挖高程</b></p><p>　　式中：為水輪機(jī)安裝高程，71.10m；為導(dǎo)葉高度，0.5625m；為尾</p>

29、<p>　　水管地板厚度，1m；為尾水管高度，5.85m。</p><p>　　得： </p><p><b>　　水輪機(jī)層地面高程</b></p><p>　　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</p><p>　　保護(hù)層厚度1.02m，最終定位74

30、.1m。</p><p><b>　　發(fā)電機(jī)裝置層高程</b></p><p>　　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），</p><p>　　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。</p><p><b>

31、　　發(fā)電機(jī)層樓板高程</b></p><p>　　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</p><p><b>　　79.43m。</b></p><p><b>　　吊車(chē)軌頂高程</b></p><p>　　吊車(chē)選用單小車(chē)，主鉤容重100t，副鉤容重2

32、0t，跨度19.0m。</p><p>　　式中：—發(fā)電機(jī)層樓板高程，79.43m；</p><p>　　—吊物垂直安全距離，取0.5m；</p><p>　　—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；</p><p>　　—吊索或吊具高度，取1.5m；</p><p>　

33、　—吊鉤至軌頂距離，1.472m。</p><p><b>　　得：</b></p><p>　　綜合考慮廠房布置因素，將吊車(chē)軌頂高程定為88.0m。</p><p><b>　　屋頂高程</b></p><p>　　式中：—吊車(chē)軌頂高程，88.0m；</p><p>　　—

34、橋吊軌頂至機(jī)頂面距離，3.692m；</p><p>　　—小車(chē)頂部到屋面大梁底部的距離，取0.3m；</p><p>　　—屋面大梁高度，取1.5m；</p><p>　　—屋面板厚度加屋面保護(hù)層厚度，取0.6m</p><p><b>　　得： </b></p><p>　　綜合考慮廠房布置因

35、素，將屋頂高程定為94.20m。</p><p><b>　　廠房輔助設(shè)備布置</b></p><p><b>　　油系統(tǒng)的布置</b></p><p>　　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)</p><p>　　主要由以下幾部分組成：</p><p&

36、gt;　?。?）油庫(kù)。油庫(kù)內(nèi)設(shè)油桶，以接受及儲(chǔ)存油類(lèi)。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(kù)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(kù)要用防火墻隔開(kāi)，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(kù)門(mén)要設(shè)置攔油檻，其高度要能使油庫(kù)形成容乃一只最大油桶油量的容積。</p><p>　　（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

37、室，內(nèi)設(shè)油泵及濾油機(jī)，一般布置在油庫(kù)旁。</p><p>　?。?）中間排油槽。對(duì)于廠外油庫(kù)，在廠房下部結(jié)構(gòu)中布置中間排油槽。</p><p>　?。?）補(bǔ)給油箱。在廠房吊車(chē)梁之下有時(shí)設(shè)置補(bǔ)給油箱。</p><p>　?。?）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。</p><p>　?。?）事故油槽。應(yīng)布置在便于充油設(shè)備排油的位

38、置，如布置在油庫(kù)下部的蝸殼層內(nèi)。</p><p>　?。?）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。</p><p><b>　　壓氣系統(tǒng)的布置</b></p><p>　　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(kāi)關(guān)用</p><p>　　氣為高壓系統(tǒng)，其他用氣設(shè)備屬低壓系統(tǒng)。

39、用氣設(shè)備若遠(yuǎn)離廠房，如高壓開(kāi)關(guān)站或進(jìn)水口等，應(yīng)就地另設(shè)壓氣系統(tǒng)。</p><p>　　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。</p><p><b>　　供水系統(tǒng)</b></p><p>　　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

40、，本設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)</p><p>　　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）、廠內(nèi)壓力鋼管或水輪機(jī)頂蓋處。各機(jī)組的供水管道相互連通，互為備用。</p><p><b>　　排水系統(tǒng)</b></p><p>　　滲漏及檢修集水井可布置在裝配場(chǎng)下層、

41、廠房另一端、尾水管之間或廠</p><p>　　房上右側(cè)。集水井的底部高程要足夠低，以便自流集水。每座滲漏集水井的排水泵不少于兩臺(tái)，其中一臺(tái)備用；每座檢修集水井至少配兩臺(tái)排水泵，且均為工作泵。排水泵采用深井水泵，其電動(dòng)機(jī)在頂端，安裝要高，防潮防淹。</p><p><b>　　廠房電氣設(shè)備布置</b></p><p>　　（1）變壓器場(chǎng)和高壓開(kāi)

42、關(guān)站的布置。應(yīng)盡可能靠近發(fā)電機(jī)或發(fā)電機(jī)電壓配電裝置，要便于運(yùn)輸、安裝和檢修，便于維護(hù)、巡視及排除故障，而且土建結(jié)構(gòu)要經(jīng)濟(jì)合理，基礎(chǔ)堅(jiān)實(shí)穩(wěn)定。本設(shè)計(jì)中開(kāi)關(guān)站和變壓器場(chǎng)布置在主廠房一端的平地上。</p><p>　?。?）發(fā)電機(jī)引出線常布置在發(fā)電機(jī)層樓板下面，即水輪機(jī)層上部或?qū)ＴO(shè)的出線層內(nèi)。要求引出線短，沒(méi)有干擾，母線道干燥，通風(fēng)散熱條件好。</p><p>　?。?）機(jī)旁盤(pán)等需經(jīng)常監(jiān)視操作的

43、設(shè)備布置在發(fā)電機(jī)層，若有位置，勵(lì)磁盤(pán)也布置于此。其它電氣設(shè)備一般布置在以中央控制室為核心的副廠房?jī)?nèi)。</p><p>　?。?）中央控制室要求寬敞、明亮、干燥、安靜、氣溫適宜，最好靠近發(fā)電機(jī)層，最好又位于主廠房和高壓開(kāi)關(guān)室之間。</p><p><b>　　主要副廠房的布置</b></p><p>　　副廠房設(shè)在主廠房上游側(cè)，可以使布置緊湊，電

44、纜線短，監(jiān)視機(jī)組方便，主廠房下游側(cè)采光通風(fēng)良好。</p><p>　　副廠房總共布置兩層,第一層的高程為75.00m,布置油庫(kù)、油處理室、壓縮空氣機(jī)式、開(kāi)關(guān)室、廠用變壓器室、母線廊道、事故油池等。第二層與發(fā)電機(jī)層樓板高程同高79.43m，布置油化實(shí)驗(yàn)室、蓄電池室、儲(chǔ)酸室、通風(fēng)機(jī)室、充電機(jī)室、電工實(shí)驗(yàn)室、高壓試驗(yàn)室及衛(wèi)生間等。</p><p><b>　　廠區(qū)樞紐布置</b&