水電站課程設(shè)計

1、<p><b>　　工程概況及設(shè)計資料</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。</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60MW，裝機4臺，單機15MW。電站擔(dān)任工農(nóng)業(yè)負荷，全部建成后擔(dān)任系統(tǒng)灌溉負荷。</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臺混流式立式機組，出線方向為下游，永久公路通至左岸。</p>

3、<p><b>　　設(shè)計資料</b></p><p>　　1.2.1水庫及水電站特征參數(shù)</p><p>　　(1)水庫水位。水庫校核洪水位140.00m，水庫設(shè)計洪水位 137.00m，水庫正常高水位125.00m，水庫發(fā)電死水位108.00m，設(shè)計洪水尾水位77.00m，校核洪水尾水位78.50m。</p><p

4、>　　（2）廠址水位流量關(guān)系表</p><p><b>　　表1-1</b></p><p>　?。?）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，計算水頭為48.30m。</p><p>　?。?）地形地質(zhì)。電站樞紐地形參見地形圖。左岸地勢較平緩，右岸地勢較陡。樞紐基巖系凝灰?guī)r，巖石抗壓強度較

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>　　（5）供電方式。本電站初期為三臺機組，遠景為四臺機組，投入系統(tǒng)運行，根據(jù)系統(tǒng)要求本電站能作調(diào)相運行，水電站主結(jié)線采用擴大單元結(jié)線方式，采用110千伏、35千伏及發(fā)電機電壓10.5千伏三種電壓等級送電；高壓側(cè)采用橋形結(jié)線方式。</p><p>　?。?）對外交通。下游左岸有永久公路通過。</p>

6、;<p>　　1.2.2水電站主要動力設(shè)備及輔助設(shè)備</p><p>　?。?）水輪機：型號HL220-LJ-225，額定出力15.6MW，額定轉(zhuǎn)速214.3r/min，單機額定（最大）流量36.2m3/s。</p><p>　?。?）水輪發(fā)電機：型號SF15-28/550，發(fā)電機的外形尺寸見圖1—1，相關(guān)參數(shù)見表1-2。</p><p>　　表1-2

7、 發(fā)電機基本參數(shù)表</p><p>　　圖1-1 發(fā)電機外形尺寸示意圖 </p><p>　?。?）調(diào)速器設(shè)備。調(diào)速器型號為DT-100，機械柜尺寸為長寬高=750mm，電氣柜尺寸為，油壓裝置型號為YZ-1.0，其基本參數(shù)見表1-3。</p><p>　　表1-3 油壓裝置參數(shù)表</p><p>　　（4）廠房附屬設(shè)

8、備。水輪機前的蝴蝶閥型號和尺寸見表1-4。</p><p>　　表1-4 蝴蝶閥基本參數(shù)</p><p>　　吊橋吊車型號及尺寸詳見表1-5，選定吊車型號并選用有關(guān)尺寸。</p><p>　　表1-5 橋式吊車型號及尺寸</p><p>　　（5）電氣設(shè)備。三相三繞組主變2臺，型號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，型號SJL1-630/10/0.4，其基本參數(shù)見表1-6。</p><p>　　表1-6 廠用變壓器基本參數(shù) </p><p>　　每臺機有6塊機旁盤，其中控制盤1塊，保護盤1塊，表計盤1塊，動力盤1塊，勵磁盤2塊。機旁盤尺寸為</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)計水頭為48.30m，水輪機型號為HL220-LJ-225，單機最大引用流量為，座環(huán)外徑，座環(huán)內(nèi)經(jīng)。設(shè)計水頭，選用金屬蝸殼。對于金屬蝸殼，允許的流速較大，因此外形尺寸對廠房造價的影響較小。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)水輪機設(shè)計水頭（48.30m）差的，蝸殼進口斷面平均流速為=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>　　取若干斷面計算，計算結(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>　　水輪機轉(zhuǎn)輪尺寸確定</b><

14、/p><p>　　由水輪機型號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 水輪機轉(zhuǎn)輪尺寸表（單位：m）</p><p>　　圖2-2 水輪機轉(zhuǎn)輪尺寸示意圖</p><p><b>　　發(fā)電機尺寸確定</b></p>

15、<p>　　型號：SF15-28/550，尺寸見圖2-3所示，單位mm。</p><p>　　圖2-3 發(fā)電機尺寸示意圖</p><p><b>　　吊車尺寸確定</b></p><p>　　根據(jù)所給設(shè)計資料，發(fā)電機轉(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

16、。</p><p><b>　　主廠房平面尺寸</b></p><p><b>　　機組段長度</b></p><p>　　機組段長度是相鄰兩機組中心線的距離?？砂垂接嬎?。分別用蝸殼層、發(fā)電機層、尾水管層進行計算，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>　　（2）發(fā)電機層</b></p><p>　　式中：—發(fā)電機風(fēng)罩內(nèi)徑，根據(jù)發(fā)電機外形取8.4m；</p&g

18、t;<p>　　—發(fā)電機風(fēng)罩壁厚，一般取為0.3-0.4m，本設(shè)計中取0.3m；</p><p>　　b—兩機組之間風(fēng)罩外壁凈距，一般可取1.5-2.0m，如兩機組之間設(shè)樓梯時取3-4m，本設(shè)計中取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?？紤]廠房綜合布置因素，將機組段長度定為=13.5m。</p><p><b>　　端機

20、組段長度</b></p><p>　　在機組段長度的基礎(chǔ)上，加上吊車寬度（8.616m）的一半，再加上0.5m的安全裕度，得端機組段長度=18.308m。</p><p><b>　　主廠房寬度</b></p><p>　　以機組中心線為界，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)電機風(fēng)罩內(nèi)徑，根據(jù)發(fā)電機外形取8.4m；</p><p>　　—發(fā)電機風(fēng)罩壁厚，一般取為0.3-0.4m，本設(shè)計中取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>　　安裝場長度B</b></p><p>　　安裝場長度一般約為機組段長度的1.0-1.5倍，最后尺寸應(yīng)滿足在起重機主鉤吊運的范圍之內(nèi)，能容納一臺機組擴大性檢修的要求。通常包括發(fā)電機轉(zhuǎn)子、發(fā)電機上機架、水輪機轉(zhuǎn)輪和順輪機頂蓋等四大件的擺放。具體要求如下：</p><p>　　發(fā)電機轉(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)電機上機架周圍留1.0m間隙，供作通道用。</p><p>　?、鬯啓C、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。</p><p>　　④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。</p><p>　　綜合考慮廠房布置因素，將安裝場長度B定為20

24、m。</p><p><b>　　主廠房平面布置</b></p><p><b>　　發(fā)電機層</b></p><p>　　發(fā)電機采用上機架埋入式布置，需布置有發(fā)電機、調(diào)速設(shè)備（油壓裝置、電氣柜、機械柜）、機旁盤、樓梯、蝶閥孔、交通道等。</p><p><b>　　水輪機層</b&

25、gt;</p><p>　　水輪機層布置機墩，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)有通向水輪機層的樓梯。</p><p>　　詳細布置見附圖——水輪機層、發(fā)

26、電機層、蝸殼層平面布置圖。</p><p><b>　　主廠房剖面設(shè)計</b></p><p><b>　　水輪機安裝高程</b></p><p>　　先確定吸出高度 </p><p>　　式中：為水輪機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)一臺水輪機的額定流量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)計水頭查得0.025；H為水輪機水頭，取為設(shè)計水頭。</p><p><b>　　得： </b></p><p>　　然后確定水輪機的安裝高程（立軸混流式）：</p><p>　　式中

28、：為設(shè)計尾水位，按之前查表所得取69.13m；為吸出高度2.29m；為導(dǎo)葉高度，由水輪機型號查表得0.25*2.25=0.5625m。</p><p>　　得： </p><p><b>　　主廠房開挖高程</b></p><p>　　式中：為水輪機安裝高程，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>　　水輪機層地面高程</b></p><p>　　水輪機層地面高程71.7m，加上蝸殼進口半徑1.38m，再加上金屬蝸殼的</p><p>　　保護層厚度1.02m，最終定位74

30、.1m。</p><p><b>　　發(fā)電機裝置層高程</b></p><p>　　水輪機層地面高程74.1m，加上機墩進人孔高1.9m（取值范圍1.8-2.0m），</p><p>　　再加上機墩進人孔頂部混凝土厚度1.0m（取值范圍1-1.5m），得到發(fā)電機裝置層高程為77.0m。</p><p><b>

31、　　發(fā)電機層樓板高程</b></p><p>　　發(fā)電機裝置層高程77.0m,加上風(fēng)罩高度2.43m,得發(fā)電機層樓板高程</p><p><b>　　79.43m。</b></p><p><b>　　吊車軌頂高程</b></p><p>　　吊車選用單小車，主鉤容重100t，副鉤容重2

32、0t，跨度19.0m。</p><p>　　式中：—發(fā)電機層樓板高程，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)電機轉(zhuǎn)子帶軸4.39m，水輪機轉(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，將吊車軌頂高程定為88.0m。</p><p><b>　　屋頂高程</b></p><p>　　式中：—吊車軌頂高程，88.0m；</p><p>　　—

34、橋吊軌頂至機頂面距離，3.692m；</p><p>　　—小車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)由兩個獨立設(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;　　（1）油庫。油庫內(nèi)設(shè)油桶，以接受及儲存油類。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、水輪機層或副廠房內(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)計取0.5m），柱的尺寸要大于0.4m（本設(shè)計取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。</p><p>　?。?）油處理室。透平油系統(tǒng)和絕緣油系統(tǒng)常合用一個油處理

37、室，內(nèi)設(shè)油泵及濾油機，一般布置在油庫旁。</p><p>　　（3）中間排油槽。對于廠外油庫，在廠房下部結(jié)構(gòu)中布置中間排油槽。</p><p>　?。?）補給油箱。在廠房吊車梁之下有時設(shè)置補給油箱。</p><p>　?。?）廢油槽。在每臺機組的最低點（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，如布置在油庫下部的蝸殼層內(nèi)。</p><p>　?。?）油管。常沿水輪機層一側(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>　　廠房內(nèi)的壓氣系統(tǒng)可分為高壓及低壓兩個系統(tǒng)。油壓裝置及空氣開關(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)備若遠離廠房，如高壓開關(guān)站或進水口等，應(yīng)就地另設(shè)壓氣系統(tǒng)。</p><p>　　壓氣系統(tǒng)有壓氣機、儲氣筒及輸氣管道組成。壓氣機室一般布置在裝配場下層、水輪機層或副廠房中。壓氣機要院里中央控制室。儲氣筒一般與壓氣機布置在一起。</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)計中設(shè)計</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)廠房離壩不遠時適用，本設(shè)計中，廠房在壩下游幾十米處，不適用）、廠內(nèi)壓力鋼管或水輪機頂蓋處。各機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，其中一臺備用；每座檢修集水井至少配兩臺排水泵，且均為工作泵。排水泵采用深井水泵，其電動機在頂端，安裝要高，防潮防淹。</p><p><b>　　廠房電氣設(shè)備布置</b></p><p>　　（1）變壓器場和高壓開

42、關(guān)站的布置。應(yīng)盡可能靠近發(fā)電機或發(fā)電機電壓配電裝置，要便于運輸、安裝和檢修，便于維護、巡視及排除故障，而且土建結(jié)構(gòu)要經(jīng)濟合理，基礎(chǔ)堅實穩(wěn)定。本設(shè)計中開關(guān)站和變壓器場布置在主廠房一端的平地上。</p><p>　?。?）發(fā)電機引出線常布置在發(fā)電機層樓板下面，即水輪機層上部或?qū)ＴO(shè)的出線層內(nèi)。要求引出線短，沒有干擾，母線道干燥，通風(fēng)散熱條件好。</p><p>　　（3）機旁盤等需經(jīng)常監(jiān)視操作的

43、設(shè)備布置在發(fā)電機層，若有位置，勵磁盤也布置于此。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內(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)電機層，最好又位于主廠房和高壓開關(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、油處理室、壓縮空氣機式、開關(guān)室、廠用變壓器室、母線廊道、事故油池等。第二層與發(fā)電機層樓板高程同高79.43m，布置油化實驗室、蓄電池室、儲酸室、通風(fēng)機室、充電機室、電工實驗室、高壓試驗室及衛(wèi)生間等。</p><p><b>　　廠區(qū)樞紐布置</b&