水电站课程设计(草稿).docx

水电站课程设计目录1.工程概况及设计资料11.1工程概况11.2设计资料12.设备尺寸确定52.1蜗壳尺寸确定52.2尾水管尺寸确定52.3水轮机转轮尺寸确定62.4发电机尺寸确定72.5吊车尺寸确定73.主厂房平面尺寸73.1机组段长度L173.2端机组段长度L283.3主厂房宽度83.4安装场长度B84.主厂房平面布置94.1发电机层94.2水轮机层94.3蜗壳层95.主厂房剖面设计95.1水轮机安装高程Zs95.2主厂房开挖高程∇挖95.3水轮机层地面高程105.4发电机装置层高程105.5发电机层楼板高程105.6吊车轨顶高程∇轨105.7屋顶高程∇屋顶106.厂房辅助设备布置116.1油系统的布置116.2压气系统的布置116.3供水系统116.4排水系统127.厂房电气设备布置128.主要副厂房的布置129.厂区枢纽布置12附图一：沿机组中心线厂房横剖面图附图二：发电机、水轮机层、蜗壳层综合平面图附图三：厂房枢纽布置图12 水电站课程设计1.工程概况及设计资料1.1工程概况湘贺水利枢纽位于向河上游，河流全长270公里，流域面积6000平方公里属于山区河流。本枢纽控制流域面积1350平方公里，总库容22.15亿立方米，为多年调节水库。本枢纽的目标是防洪和发电。主要建筑物有重力拱坝，坝高77.5米，弧长370米；泄洪建筑物；开敞式溢洪道或泄洪隧洞；发电引水隧洞及岸边地面厂房等工程。水电站总装机60MW，装机4台，单机15MW。电站担任工农业负荷，全部建成后担任系统灌溉负荷。电站厂房位于右岸坝下游几十米处，由引水隧洞供水，主洞内径5.5米，支洞内径3.4米，厂内装置4台混流式立式机组，出线方向为下游，永久公路通至左岸。1.2设计资料1.2.1水库及水电站特征参数(1)水库水位。水库校核洪水位140.00m，水库设计洪水位137.00m，水库正常高水位125.00m，水库发电死水位108.00m，设计洪水尾水位77.00m，校核洪水尾水位78.50m。（2）厂址水位流量关系表表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）水电站特征水头。最大水头为56.00m，最小水头为38.00m，平均水头为50.84m，计算水头为48.30m。（4）地形地质。电站枢纽地形参见地形图。左岸地势较平缓，右岸地势较陡。枢纽基岩系凝灰岩，岩石抗压强度较高，厂区有第四纪沉积层，厚约3米，河床砂卵石覆盖层平均深2~4米。（5）供电方式。本电站初期为三台机组，远景为四台机组，投入系统运行，根据系统要求本电站能作调相运行，水电站主结线采用扩大单元结线方式，采用110千伏、35千伏及发电机电压10.5千伏三种电压等级送电；高压侧采用桥形结线方式。（6）对外交通。下游左岸有永久公路通过。1.2.2水电站主要动力设备及辅助设备（1）水轮机：型号HL220-LJ-225，额定出力15.6MW，额定转速214.3r/min，单机额定（最大）流量36.2m3/s。12 水电站课程设计（2）水轮发电机：型号SF15-28/550，发电机的外形尺寸见图1—1，相关参数见表1-2。表1-2发电机基本参数表额定功率（）功率因数额定转速（r/min）额定电压()转子带轴重（t）150000.8214.310.580图1-1发电机外形尺寸示意图（3）调速器设备。调速器型号为DT-100，机械柜尺寸为长×宽×高=750mm×950mm×1375mm，电气柜尺寸为长×宽×高=550mm×804mm×2360mm，油压装置型号为YZ-1.0，其基本参数见表1-3。表1-3油压装置参数表型号油箱长度m(mm)油箱宽度n(mm)油罐总高H（mm）油罐筒高h（mm）油罐直径D（mm）YZ-1.01916190024571694930（4）厂房附属设备。水轮机前的蝴蝶阀型号和尺寸见表1-4。表1-4蝴蝶阀基本参数型号直径（cm）承受水头(m)装置方式阀重（吨）阀体长（m）吊孔尺寸（m）DF340-8534085立轴201.21.8×4.3吊桥吊车型号及尺寸详见表1-5，选定吊车型号并选用有关尺寸。12 水电站课程设计表1-5桥式吊车型号及尺寸起重机名称容量（吨）跨度起升高度（m）主要尺寸（毫米）极限尺寸（毫米）主钩副钩LK(m)主钩副钩最大宽度轨道中心至外缘距离轨道面到机顶面距离两小车吊钩间距离吊钩到轨顶距离吊钩至轨道中心距离主钩副钩BB1HLhL1L2双小车2×502×1010.511.512.513.526920040037002700970500110016002×752×2010.511.512.513.52692004003700270092070011001600单小车752013.516.519.520/228616400365436543660/113611361182479479483L1L2L3L424001900130030001002013.016.019.020/228616400369236923692/147614741472-105-107-109205513001000235512 水电站课程设计（5）电气设备。三相三绕组主变2台，型号SFSL1-50000/110/35/10，尺寸为长×宽×高=6820mm×4520mm×8200mm，轨距为1435mm，检修起吊高度8200mm，主变压器身重39.5t；厂用变压器2台，型号SJL1-630/10/0.4，其基本参数见表1-6。表1-6厂用变压器基本参数变压器容量(KVA)厂变室面积门高（m）吊物孔尺寸（m）630/105×32.52.5×2.0每台机有6块机旁盘，其中控制盘1块，保护盘1块，表计盘1块，动力盘1块，励磁盘2块。机旁盘尺寸为宽×厚×高=800mm×550mm×2360mm1.2.3副厂房参考面积副厂房参考面积见表1-7。表1-7副厂房参考面积（单位：m2）厂房名称参考面积直接生产副厂房中央控制室100-200电缆室与中控室同通讯室20-50发电机电压配电装置室40-50厂用盘室30-40直流系统室蓄电池室40-50酸室10-14套间5-6充电机室10-15通风机室10-15直流盘室20-25母线廓道宽度不小于2.0m厂变室15空压机及贮气筒室30-40油桶及油处理室50-55排水泵室15-20集水井容积30-35m3检修、试验用房测量表计试验室30-40高压试验室20-30电工试验室20-30机修间40-50工具间10-15间接辅助生产用房交接班室20-25值班休息室15-20办公室15-20浴室厕所10-20警卫室101.设备尺寸确定12 水电站课程设计1.1蜗壳尺寸确定根据提供的资料：设计水头为48.30m，水轮机型号为HL220-LJ-225，单机最大引用流量为Qmax=36.2m3/s，座环外径Da=3.85m，座环内经Db=3.25m。设计水头48.30m>40.00m，选用金属蜗壳。对于金属蜗壳，允许的流速较大，因此外形尺寸对厂房造价的影响较小。为了获得良好的水力性能以及考虑到其结构和加工条件的限制，蜗壳的包角取φ0=345°。根据水轮机设计水头（48.30m）差的，蜗壳进口断面平均流速为Vc=5.8m/s。断面半径：ρi=QiπVc=Qmaxφi360°πvC断面中心距：ai=ra+ρi断面外半径：Ri=ra+2ρi取若干断面计算，计算结果如下表2-1：表2-1蜗壳断面尺寸断面角度（°）流量（m3/s）断面半径（m）断面中心距（m）断面外半径（m）034534.691.383.314.69130030.171.293.214.50225525.641.193.114.30321021.121.083.004.08416516.590.952.883.83512012.070.812.743.556757.540.642.573.217303.020.412.332.741.2尾水管尺寸确定选用弯肘形尾水管，根据转轮半径D1=225cm，D2>D1，查表确定尾水管的尺寸如下表2-2，尾水管尺寸示意图如图2-1。表2-2尾水管断面尺寸(单位：m)h/D1L/D1B5/D1D4/D1h4/D1h6/D1L1/D1h5/D12.64.52.731.351.350.6751.821.22hLB5D4h4h6L1h55.8510.1256.123.0383.0381.5194.0952.74512 水电站课程设计图2-1尾水管尺寸示意图1.1水轮机转轮尺寸确定由水轮机型号HL220查表，再根据转轮直径D1=2.25m代入得转轮尺寸，如表2-3，转轮尺寸示意图如图2-2所示。表2-3水轮机转轮尺寸表（单位：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图2-2水轮机转轮尺寸示意图12 水电站课程设计1.1发电机尺寸确定型号：SF15-28/550，尺寸见图2-3所示，单位mm。图2-3发电机尺寸示意图1.2吊车尺寸确定根据所给设计资料，发电机转子带轴重80t，所以参考表1-5，吊车选用单小车，主钩容重100吨，副钩容重20吨，跨度19.0m。2.主厂房平面尺寸2.1机组段长度L1机组段长度是相邻两机组中心线的距离。可按公式L1=L+X+L-X计算。分别用蜗壳层、发电机层、尾水管层进行计算，取其需要的最大值。（1）蜗壳层L+X=R1+δ1L-X=R2+δ2式中：R1、R2为蜗壳345°、165°时的半径，R1=4.69m、R2=3.83m；δ1、δ2为蜗壳外围混凝土厚度，均取为1.5m。得：L1=4.69+3.83+1.5+1.5=11.52m（2）发电机层L+X=φ32+b2+δ3L-X=φ32+b2+δ3式中：φ3—发电机风罩内径，根据发电机外形取8.4m；δ3—发电机风罩壁厚，一般取为0.3-0.4m，本设计中取0.3m；b—两机组之间风罩外壁净距，一般可取1.5-2.0m，如两机组之间设楼梯时取3-4m，本设计中取3.5m。得：L1=8.4+3.5+0.3+0.3=12.5m（3）尾水管层12 水电站课程设计L+X=B2+δ4L-X=B2+δ4式中：B—尾水管宽度，6.12m；δ4—混凝土边墩厚度，取1.8m。得：L1=6.12+1.8+1.8=9.72m。综合上述三者，去最大值为12.5m。考虑厂房综合布置因素，将机组段长度定为L1=13.5m。1.1端机组段长度L2在机组段长度L1的基础上，加上吊车宽度（8.616m）的一半，再加上0.5m的安全裕度，得端机组段长度L2=18.308m。1.2主厂房宽度以机组中心线为界，厂房宽度B可分为上游侧宽度B上和下游侧宽度B下；B=B上+B下B上=φ32+δ3+AB下=φ32+δ3+B式中：φ3—发电机风罩内径，根据发电机外形取8.4m；δ3—发电机风罩壁厚，一般取为0.3-0.4m，本设计中取0.3mA—风罩外侧至厂房上游墙内侧净距，取5m；B—主通道宽度，取3m。得：B=8.4+0.3×2+4+3=17m1.3安装场长度B安装场长度一般约为机组段长度的1.0-1.5倍，最后尺寸应满足在起重机主钩吊运的范围之内，能容纳一台机组扩大性检修的要求。通常包括发电机转子、发电机上机架、水轮机转轮和顺轮机顶盖等四大件的摆放。具体要求如下：①发电机转子直径周围应留2.0m的间隙，以供安装磁极用。安装场楼板留有孔口，孔径比主轴法兰直径大0.5m。②发电机上机架周围留1.0m间隙，供作通道用。③水轮机、顶盖及转轮周围留1.0m的间隙，供作通道用。顶盖尺寸3.2m。④主变坑的尺寸是变压器拆去散热器后的外形尺寸每侧各加0.25m。综合考虑厂房布置因素，将安装场长度B定为20m。2.主厂房平面布置12 水电站课程设计1.1发电机层发电机采用上机架埋入式布置，需布置有发电机、调速设备（油压装置、电气柜、机械柜）、机旁盘、楼梯、蝶阀孔、交通道等。1.2水轮机层水轮机层布置机墩，调速器，接力器，阀门操作设备，油、气、水管路，出线，电气设备，吊阀孔等；机墩采用圆筒式。1.3蜗壳层蜗壳层布置蝶阀、蜗壳、水泵渗漏及检修集水井，并设有通向水轮机层的楼梯。详细布置见附图——水轮机层、发电机层、蜗壳层平面布置图。2.主厂房剖面设计2.1水轮机安装高程Zs先确定吸出高度Hs=10.0-∇900-（σm+∆σ）H式中：∇为水轮机安装位置的海拔高程，取为下游平均水位的海拔高程，根据一台水轮机的额定流量36.2m3/s，查水位—流量关系表得下游水位为69.13m；σm为限制工况下的模型气蚀系数，查表得0.133；∆σ为气蚀系数的修正值，根据设计水头查得0.025；H为水轮机水头，取为设计水头Hr=48.30m。得：Hs=10.0-69.13900-0.133+0.025×48.3=2.29m然后确定水轮机的安装高程（立轴混流式）：Zs=∇w+HS+b02式中：∇W为设计尾水位，按之前查表所得取69.13m；HS为吸出高度2.29m；b0为导叶高度，由水轮机型号查表得0.25*2.25=0.5625m。得：ZS=69.13+2.29+0.56252=71.70m2.2主厂房开挖高程∇挖∇挖=ZS-b02-hw-hc式中：ZS为水轮机安装高程，71.10m；b0为导叶高度，0.5625m；hc为尾水管地板厚度，1m；hw为尾水管高度，5.85m。得：∇挖=71.7-0.56252-5.85-1=64.6m2.3水轮机层地面高程水轮机层地面高程71.7m，加上蜗壳进口半径1.38m，再加上金属蜗壳的保护层厚度1.02m，最终定位74.1m。12 水电站课程设计1.1发电机装置层高程水轮机层地面高程74.1m，加上机墩进人孔高1.9m（取值范围1.8-2.0m），再加上机墩进人孔顶部混凝土厚度1.0m（取值范围1-1.5m），得到发电机装置层高程为77.0m。1.2发电机层楼板高程发电机装置层高程77.0m,加上风罩高度2.43m,得发电机层楼板高程79.43m。1.3吊车轨顶高程∇轨吊车选用单小车，主钩容重100t，副钩容重20t，跨度19.0m。∇轨=∇楼+h5+h6+h7+h8式中：∇楼—发电机层楼板高程，79.43m；h5—吊物垂直安全距离，取0.5m；h6—起吊部件高度，发电机转子带轴4.39m，水轮机转轮带轴1.085m，所以取4.39m；h7—吊索或吊具高度，取1.5m；h8—吊钩至轨顶距离，1.472m。得：∇轨=79.43+0.5+4.39+1.5+1.472=87.292m综合考虑厂房布置因素，将吊车轨顶高程∇轨定为88.0m。1.4屋顶高程∇屋顶∇屋顶=∇轨+h9+h10+h11+h12式中：∇轨—吊车轨顶高程，88.0m；h9—桥吊轨顶至机顶面距离，3.692m；h10—小车顶部到屋面大梁底部的距离，取0.3m；h11—屋面大梁高度，取1.5m；h12—屋面板厚度加屋面保护层厚度，取0.6m得：∇屋顶=87.292+3.692+0.3+1.5+0.6=94.092综合考虑厂房布置因素，将屋顶高程∇屋顶定为94.20m。2.厂房辅助设备布置2.1油系统的布置水电站油系统由两个独立设置的透平油系统和绝缘油系统组成。油系统主要由以下几部分组成：12 水电站课程设计（1）油库。油库内设油桶，以接受及储存油类。透平油的用油设备设在厂内，绝缘油系统设在厂外。厂内油库常布置在装配厂下层、水轮机层或副厂房内。为防火考虑，厂内油库要用防火墙隔开，墙的厚度要大于0.3m（本设计取0.5m），柱的尺寸要大于0.4m（本设计取0.5m），油库门要设置拦油槛，其高度要能使油库形成容乃一只最大油桶油量的容积。（2）油处理室。透平油系统和绝缘油系统常合用一个油处理室，内设油泵及滤油机，一般布置在油库旁。（3）中间排油槽。对于厂外油库，在厂房下部结构中布置中间排油槽。（4）补给油箱。在厂房吊车梁之下有时设置补给油箱。（5）废油槽。在每台机组的最低点（如蝴蝶阀室）设置废油槽。（6）事故油槽。应布置在便于充油设备排油的位置，如布置在油库下部的蜗壳层内。（7）油管。常沿水轮机层一侧纵向布置油管的干管，再有它向各部件引出支管。1.1压气系统的布置厂房内的压气系统可分为高压及低压两个系统。油压装置及空气开关用气为高压系统，其他用气设备属低压系统。用气设备若远离厂房，如高压开关站或进水口等，应就地另设压气系统。压气系统有压气机、储气筒及输气管道组成。压气机室一般布置在装配场下层、水轮机层或副厂房中。压气机要院里中央控制室。储气筒一般与压气机布置在一起。1.2供水系统水电站供水系统的供水方式常决定于水电站的工作水头，本设计中设计水头为48.3m，在20-80m之间，故可采用自流供水。取水口可设在上游坝前（当厂房离坝不远时适用，本设计中，厂房在坝下游几十米处，不适用）、厂内压力钢管或水轮机顶盖处。各机组的供水管道相互连通，互为备用。1.3排水系统渗漏及检修集水井可布置在装配场下层、厂房另一端、尾水管之间或厂房上右侧。集水井的底部高程要足够低，以便自流集水。每座渗漏集水井的排水泵不少于两台，其中一台备用；每座检修集水井至少配两台排水泵，且均为工作泵。排水泵采用深井水泵，其电动机在顶端，安装要高，防潮防淹。2.厂房电气设备布置（1）12 水电站课程设计变压器场和高压开关站的布置。应尽可能靠近发电机或发电机电压配电装置，要便于运输、安装和检修，便于维护、巡视及排除故障，而且土建结构要经济合理，基础坚实稳定。本设计中开关站和变压器场布置在主厂房一端的平地上。（2）发电机引出线常布置在发电机层楼板下面，即水轮机层上部或专设的出线层内。要求引出线短，没有干扰，母线道干燥，通风散热条件好。（3）机旁盘等需经常监视操作的设备布置在发电机层，若有位置，励磁盘也布置于此。其它电气设备一般布置在以中央控制室为核心的副厂房内。（4）中央控制室要求宽敞、明亮、干燥、安静、气温适宜，最好靠近发电机层，最好又位于主厂房和高压开关室之间。1.主要副厂房的布置副厂房设在主厂房上游侧，可以使布置紧凑，电缆线短，监视机组方便，主厂房下游侧采光通风良好。副厂房总共布置两层,第一层的高程为75.00m,布置油库、油处理室、压缩空气机式、开关室、厂用变压器室、母线廊道、事故油池等。第二层与发电机层楼板高程同高79.43m，布置油化实验室、蓄电池室、储酸室、通风机室、充电机室、电工实验室、高压试验室及卫生间等。2.厂区枢纽布置主厂房布置在河道右岸，采用集中供水方式，经由y型岔管分为四台机组供水。副厂房布置在住厂房上游，安装场布置在主厂房右端，主变压器布置在厂房左端，开关站布置在主变压器左端。详细布置见湘贺水电站厂区布置图。12