水电建筑物设计说明书实例

第1页共24页本例子有一定的不合理之处，仅供参考，具体要求以任务书为准水电站厂房课程设计——MY水电站§1课程设计的目的课程设计是以工程实例为题，由学生独立思考，灵活应用有关的布置原则和要点，自己动手布置厂房。从而巩固和加深厂房部分的理论知识，并进一步培养学生的计算、制图和应用技术资料的技能。§2MY枢纽的概况密云水库库区跨越潮、白两河，地处密云县城北20公里。两条河在密云县城以南约10公里处汇合成潮白河。潮河和白河的最低分水岭在金沟，高程为130米。潮河水库和白河水库在金沟连通。库水位在130米高程以上合成一个水库即密云水库。河流多年平均流量为350.50/ms。密云水库是以防洪及工农业供水为主要任务，兼有发电效益的综合利用水利工程。水库的特征水位如下：死水位：126.0m；正常高水位：157.5m；设计洪水位：158.2m；校核洪水位：159.5m；坝顶高程：160.0m。主要建筑物包括：一、挡水建筑物有潮河和白河主坝两座及副坝五处，为碾压式粘土斜墙土坝，最大坝高为白河主坝第2页共25页66.4m，潮河主坝56m，各副坝15.739m不等。二、泄洪建筑物1、溢洪道：有潮河左岸、第二溢洪道。第一溢洪道为正常溢洪道，底坝高程140m，泄洪超过百年一遇的洪水，为五孔带胸墙式河岸溢洪道。第二溢洪道为非常溢洪道，与第一溢洪道配合宣泄千年一遇洪水，底坝高程为148.5m，为五孔开敞式河岸溢洪道。2、隧洞：(1)白河左岸发电隧洞：用作发电供水和下游工农业供水，并在调压井上游设泄水支洞，用以宣泄万年一遇特大洪水。进水塔进口底板高程为116.0m，洞径6m，洞长416m，底坡1400i。调压室为圆筒式，内径17.14m。调压室后接两根埋藏式压力水管，管径5.5m，管长125m。(2)潮河发电泄水隧洞：任务是施工导流、发电、灌溉、供水和泄洪。(3)走马庄放空隧洞：只在千年一遇洪水时参加泄洪，平时不用，主要任务是紧急放空。其枢纽布置图见图1。3、坝下廊道：为施工期的临时建筑物，施工导流采取潮、白两河分别导流的方式，故设白河导流廊道、潮河导流廊道，可宣泄20年一遇洪水。另有南石骆驼输水廊道，用以泄放3个流量的灌溉带用水。§3厂房枢纽位置的选择3.1挡水建筑物主坝的选择经比较，潮河地面高程高于白河坝址地面高程，故建白河电站比建潮河电站多出10m水头，每年可多发电400万度。所以，电站设在白河，装机容量为4台单机15MW，共60MW，白河电站发电泄水可灌溉密云县以下耕地。3.2河压力引水系统和厂房枢纽布置的选择经对左右岸两个方案从地形、地质、施工条件和运行管理等几个方面进行分析和比较后认为，右岸方案洞线较短（427m），有合适布置调压室的位置，出口地形较低，电站尾水渠较短，调压室可布置在白色石英岩上，且接近对外铁路，爆破时附近村庄不受干扰。而左岸方案洞线相对较长，岩石破碎，铁路进厂要跨越河流，且尾水渠、厂房开挖量大，右岸方案优点明显较多，故取右岸方案。3.3电站厂房位置的选择也比较了两个方案：一是放在右岸下游小山沟上游地；二是放在泄洪支洞口。厂房若布置在泄洪支洞处，优点是引水隧洞和高压输水管道较短，厂房位于白色石英岩基上，有可能取消调压室。缺点是岸壁很陡，平行与河岸的裂缝较发育，岩石削坡后有崩塌的危险。厂房距坝太近，施工干扰大。另外，大约少利用5m的落差，尾水渠亦较长，下游反调节池的修建要做较高的堤坝。第3页共25页厂房若是布置在下游小山沟附近，其缺点是引水道较长（约510m），必须设调压室。优点是小山沟上游坡地地形较为平缓，地质条件好，修建厂房和调压室都是安全的，距坝较远，干扰小。为了保证安全和多利用5m水头，决定采用下游小山沟附近的方案。此方案中，厂房附近地形开敞，利用厂房枢纽的布置，而施工支洞处改为泄洪支洞，洞口发生过岩石崩塌现象。第4页共25页17018019020021022023024025024023022021020019018017016015014013012011010093.5图一：枢纽布置图（1：3000）第5页共25页3.4主厂房位置的选择主厂房左右位置的确定，是考虑到向右移动时，主厂房地基将遇到强烈风化的石灰岩，向左移动削坡工程显著，据此确定了主厂房的左右位置。厂房地区为辉绿岩地带，处于半风化状态，厂房后山头表面岩石风化强烈，在这样的岩体中开挖6根岔管将严重削弱山体。故将岔管放在山体外，做成明的，这样厂房随之外移，据此确定了主厂房的前后位置。§4电站主接线图密云白河水电站的主接线采用扩大单元接线，4台1.5KW万水轮发电机组。用两台主变接成两个扩大单元。发电机出线电压为10.5KV。引出后进低压配电装置，经断路器和隔离开关连成10.5KV发电机电压母线，然后送主变升压，升压后的电流送110KV开关站。110KV高压侧采用单断路器双母线制，进出线为二进二出。110千伏开关站SFL-40500/110SFL-40500/11010.5千伏GN4-10SN4-10厂用4千伏图二:主结线图1＃2＃3＃＃4第6页共25页§5基本资料和设计依据5.1有关密云水电站工程概况的简要说明如前。5.2坝址地形图一张，比例为1:1000，如前。5.3坝型为斜墙土坝，依据发电量和装机容量，厂房按Ⅱ级建筑物设计。5.4电站下游尾水位：最高尾水位：94.6m；正常尾水位：93.5m；单机满负荷出力时尾水位：91.84m；最低尾水位：91.5m。5.5水电站装机容量6KW万，共四台机，厂房布置在右岸。5.6电站设计水头46.2pHm。5.7水轮机型号：211HL—LJ—225；转轮重量：14T；轴向水推力：78T；气蚀系数：0.165,0.027。5.8蜗壳尾水管尺寸：单位参数如表5.1及图5.1：表5.1蜗壳尾水管尺寸表型式1DH1H2H3H4H5H121L2LL4B5B白河1.002.932.782.501.5250.7951.291.1141.3841.4052.6854.092.533.5510.40。HH1H212-3.17H3HLH5L1L-6.0010.5尾水管单位参数示意图（5-1）第7页共25页5.9发电机型号：550/7928/550TS—28(SF15-)；风道直径：8.4m；定子半径：6.5m；转子直径：4.90m；转子带轴总重：82.6T。其他尺寸如下图5—2：（单位为：mm）123456785600,1655,2120,900,7258,5020,1350,2400hhhhhhhh9123451194,6470,8400,4900,3920,3350hDDDDD5.10蝶阀尺寸：4340cm。5.11电气主接线：输电电压110KV；主变压器型号：40500/110SFL—。5.12主压开关站面积：2长宽=7060m。h1h3h2h9h4h7h8h6h5D5D4D2D1D3TS550/79-28悬式水轮机尺寸示意图5.13辅助设备：（1）调速器：T—100，尺寸：120.0150.0190.0cm；（2）油压装置：MHY—1.7，尺寸：100cm；高241.2cm。5.14机旁盘：每台机4块，每块8040240cm；励磁盘：每台机5块，每块8090190cm。5.15对外交通：右岸公路。§6设计内容设计内容概括地说，就是在给定工程枢纽布置和厂房位置的前提下，利用现有资料进行厂房布置设计。§6.1绘制蜗壳单线图第8页共25页一、蜗壳的型式：根据题意水轮机型号为HL211—LJ—225，可知应采用金属蜗壳；水轮机的工作头46.240pHmm，故采用金属蜗壳。二、蜗壳主要参数的选择（主要参考《水力机械》第二版，水利水电出版社）依据《水力机械》第二版P98知圆断面金属蜗壳的进口断面的包角0345；蜗壳进口断面的流量0max360cQQ，其中maxQ为水轮机的最大应用流量，查《水力机械》第二版P160知设计流量Q（即maxQ）为3max38.9/Qms，故030max034538.937.28/360360cQQms；由前资料可知设计水头Hr=Hp=46.2m,故蜗壳的进口断面平均流速cV查《水力机械》第二版P99图4—30(a)曲线得5.55/cVms。依据水轮机的型号HL211—LJ—225知《水力机械》第二版P162的附表五得：当水轮机的标称直径D1=2250mm时，金属蜗壳的座环外径为38503.85aDmmm，座环内径为32503.25bDmmm，因此此金属蜗壳的座环外半径为/23850/21.925aarDmmm，金属蜗壳座环的内半径为/23250/21.625bbrDmmm。座环示意图如图6—1所示：图（6-1）座环尺寸（单位：）（比例1：80）ra=1925rb=1625三、蜗壳的水力计算1、对于蜗壳进口断面依据《水力机械》第二版P100计算如下：断面的面积：20max34538.96.7173603605.55ccccQQFmVV；断面的半径：0maxmax34538.91.4633603605.55ccFQmV；从轴中心线到蜗壳外缘的半径：maxmax21.92521.4634.851aRrm。第9页共25页2、对于中间任一断面（参见规范）设i为从蜗壳鼻端起算至计算断面i处的包角，则该计算断面处：max038.9360360iiiQQ；max720kCQ（C为蜗壳系数，k为蜗壳的常量）；[(2)]iaiaaiCrrr；2iiiarCC，2iaiRr。其中：3max38.9/Qms，max1.463m，19251.925armmm。对蜗壳的进口断面而言：0maxmax[(2)]aaaCrrr；0maxmax345/[(2)]1038.661.4631.9251.925(1.92521.463)aaaCrrr，分别取i为0003075.....345、列表计算如下：0153045607590105120135150165180195210225240255270285300315330345()i2iiiarCC2()iaiRrm第10页共25页图6-1与座环蝶形边相切的金属蜗壳圆形断面尺寸图3．椭圆形蜗壳的计算：对于中间任一断面（依据《水力机械》课程笔记以及《水电站机电设计手册》（水力机械）），当圆形断面半径S时，蜗壳的圆形断面就不能与座环蝶形边相切这时就改成椭圆形断面。则由椭圆断面过渡到圆形断面时的临界角t计算如下：当S时，0;abrrR固定导叶外切圆半径;蝶形边锥角顶点所在半径;座环蝶形边半径;h蝶形边至导水机构水平中心线高度;-蝶形边锥角,一般为55;;aX蜗壳圆形断面的半径蜗壳断面至座环中心线的距离座环蝶形边外缘至蜗壳断面垂直中心线的距离如上图所示，由《水电站动力设备设计手册》查得：蝶形边高度可近似地定为010.7090.10.12.250.58220.581.011cos55cos55bhDmhSm由几何关系可得：01.9250.12.025aRrK。设i为从蜗壳鼻端起算至计算断面i处的包角，则该计算断面处的几何关系可得：20222iiiiiiXRhCCCaa0:,;().iCR式中蜗壳系数可由进口断面条件求取任一断面包角自蜗壳尾部起计算座环蝶形边半径则有:220iiiiiXhaRXRa第11页共25页利用进口断面345,1.45m,求得常数1040C,则当1.011iSm时，通过试算得192i，即192i时为椭圆断面，192i时为圆形断面．分别以15为等差列表计算如下：S=αcosbarr式中α为座环蝶形边锥角一边为55oS=cos625