水电站课程设计计算说明书(原创)

《水电站》课程设计任务书题目：水电站地面式厂房布置设计发题日期：年月日完成日期：年月日专业名称：班号：学生姓名：主要指导教师：其他指导教师：武汉大学水利水电学院水电站教研室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基本资料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78.50m2、厂址水位流量关系曲线水位（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）400600.0800.01000.01200.014003、水电站特征水头最大水头56.00m最小水头38.00m平均水头50.84m计算水头48.30m4、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。电气主结线见图二。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/s2、水轮发电机：型号SF15-28/550额定功率（kW）功率因数cos额定转速（r/min）额定电压U(kV)转子带轴重1G（t）150000.8214.310.5803、调速器设备（1）调速器型号：DT-100机械柜尺寸：长×宽×高=750×950×1375（mm）电气柜尺寸：长×宽×高=550×804×2360（mm）（2）油压装置型号：YZ-l.0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-1.019161900245716949304、厂房附属设备（l）水轮机前的蝴蝶阀型号直径（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（2）桥式吊车详见附表1，选定吊车型号，选用有关尺寸．5、电气设备（l）三相三线圈主变二台型号：SFSL1-50000/110/35/10尺寸：长×宽×高=6820×4520×8200（mm）64708400490438403350335017602430920439011502000轨距：1435（mm）检修起吊高度：8200（mm）主变压器身重：39.5（吨）（2）厂用变压器二台型号：SJL1－630/10/0.4厂用变压器参考数据：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（3）机旁盘每台机六块：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。尺寸：宽×厚×高=800×550×2360(mm)1.2.3副厂房参考面积（单位：m2）（1）直接生产副厂房①中央控制室100~120②电缆室与中控室同③通讯室20~50④发电机电压配电装置室40~50⑤厂用盘室30~40⑥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20~25⑦母线廓道宽度不少于2.0m⑧厂变室15⑨空压机及贮气筒室3~40⑩油桶及油处理室50~55⑾排水泵室15~20集水井容积30~35（m3）（2）检修、试验用房①测量表计试验室30~40②高压试验室20~30③电工试验室20~30④机修间40~50⑤工具间10~15（3）间接辅助生产用房①交接班室20~25②值班休息室15~20③办公室15~20④浴室厕所10~20⑤警卫室10附表1：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BB1HLh1hL1L2双小车2×502×1010.511.512.513.526920040037002700970500110016002×752×2010.511.512.513.52692004003700270092070011001600单小车752013.516.519.520/228616400365436543660/113611361182479479483L1L2L3L424001900130030001002013.016.019.020/228616400369236923692/147614741472-105-107-10920551300100023552水电站在整个枢纽中的位置及厂房枢纽布置2.1电站厂房在枢纽中的位置厂房为引水式地面厂房。厂区基岩系凝灰岩，岩石抗压强度较高，厂区有第四纪沉积层，厚约3米。初步可以沿等高线布置在引水道斜交的右河岸上，位于重力拱坝的下游。可采用斜向供水。厂房上游端有公路，交通条件满足要求。尾水渠逐渐倾向下游与河道斜交，使水流顺畅。2.2厂区枢纽布置初步拟定厂房位置后进行厂区布置。主厂房沿等高线布置在坝下游，安装场在主厂房端部，靠近公路一侧，并布置了回车场。副厂房布置在主厂房下游侧，位于尾水平台上。主变压器布置在副厂房端部，靠近安装场处。开关站位于距离主变约150m的下游。3水轮机安装高程及主要设备尺寸的确定3.1水轮机安装高程水轮机型号为HL220—LJ—225。3.1.1计算吸出高吸出高公式：𝐻𝑠≤10.0−∇900−(𝜎𝑚+∆𝜎)𝐻其中：∇为水轮机安装位置的海拔高程，初始计算时取为下游平均水位的海拔高程，取70m。𝜎𝑚为模型气蚀系数，查表得到𝜎𝑚=0.133。∆σ为气蚀系数的修正值，根据设计水头查得∆σ=0.022。H为水轮机水头，一般取为设计水头H=48.30m。计算得𝐻𝑠≤2.43m3.1.2确定安装高程𝑍𝑠=∇𝑤+𝐻𝑠+12𝑏0其中：∇𝑤为设计尾水位，常取一台水轮机的额定流量下的下游水位，单机额定流量为36.2𝑚3/s，根据水位流量关系曲线查得尾水位为69.13m。𝐻𝑠为吸出高，暂取为2.40m。𝑏0为导叶高度，根据水轮机型号查得𝑏0=0.25𝐷1=0.25×225cm=56.25cm计算得：𝑍𝑠=69.13+2.40+0.5625=72.09水轮机的安装高程为72.09m3.2蜗壳型式及尺寸确定3.2.1蜗壳形式选择采用金属焊接蜗壳。蜗壳的断面形状均做成圆形，以改善其受力条件。包角𝜑0=345°。3.2.2蜗壳水力计算（1）已知条件与参数设计水头𝐻𝑟=48.30𝑚最大引用流量𝑄𝑚𝑎𝑥=36.2𝑚3/𝑠导叶高度𝑏0=0.5625𝑚座环固定导叶外径𝐷𝑎和内径𝐷𝑏：根据水力机械设计手册，查得𝐷𝑎=385cm，𝐷𝑏=325𝑐𝑚进口断面平均流速𝑉𝑐：根据经验曲线查取，金属蜗壳取上限值𝑉𝑐=6.4m/s（2）蜗壳中水流运动假定水流圆周分速度𝑉𝑢=𝑉𝑐=6.4m/s（3）水力计算为保证流量均匀地进入导水机构，通过任一断面i的流量应为𝑄𝑖=𝑄𝑚𝑎𝑥𝜑𝑖360°式中：𝜑𝑖为从蜗壳鼻端至断面i的包角断面半径𝜌𝑖=√𝑄𝑖𝜋𝑉𝑐=√𝑄𝑚𝑎𝑥𝜑𝑖360°𝜋𝑉𝑐断面中心距𝑎𝑖=𝑟𝑎+𝜌𝑖断面外半径𝑅𝑖=𝑟𝑎+2𝜌𝑖计算过程如下：表3—1蜗壳水力计算断面断面𝜑𝑖流量𝑄𝑖断面半径𝜌𝑖中心距𝑎𝑖外半径𝑅𝑖7303.020.392.312.706757.540.612.543.15512012.070.772.703.47416516.590.912.833.74321021.121.032.953.98225525.641.133.054.18130030.171.233.154.38034534.691.313.244.55rbraaiRipi蜗壳断面单线图图3—1蜗壳断面形状01234567蜗壳平面单线图图3—2蜗壳平面单线图3.3尾水管型式及尺寸确定尾水管采用弯肘式。图3—3尾水管尾水管尺寸采用设计手册推荐的尺寸：HL220—LJ—225水轮机为中比转速水轮机，𝐷1𝐷2表3—2推荐的尾水管尺寸表h=2.6𝐷1=5.85𝑚L=4.5𝐷1=10.125𝑚𝐵5=2.720𝐷1=6.12𝑚𝐷4=1.35𝐷1=3.0375𝑚ℎ4=1.35𝐷1=3.0375𝑚ℎ6=0.675𝐷1=1.51875𝑚𝐿1=1.82𝐷1=4.095𝑚ℎ5=1.22𝐷1=2.745m3.4转轮尺寸确定根据水轮机型号及其标称直径𝐷1确定各尺寸：𝐷1=2.25m表3-3转轮个尺寸确定D2/D1D3/D1D4/D1D5/D1D6/D1b0/D1h1/D1h2/D1h3/D1h4/D11.0820.9280.870.4780.1160.250.0540.1650.4820.309D2D3D4D5D6b0h1h2h3h42.43452.0881.95751.07550.2610.56250.12150.371251.08450.69525图3-4转轮尺寸3.5发电机型式及尺寸确定水轮发电机型号SF15-28/550，为立式空冷水轮发电机，额定容量15MW，定子铁芯外径为550cm。同步转速为214.3r/min150r/min，所以采用悬式发电机。初步计算时，采用定子埋入式。根据资料提供尺寸如图：图3—5发电机尺寸4厂房各主要高程确定图4—1厂房各高程简图647084004904384033503350176024309204390115020004.1厂房开挖高程根据水轮机安装高程初步确定厂房开挖高程：∇挖=∇安−12𝑏0−h−δ其中：∇挖为厂房开挖高程。∇安为水轮机安装高程∇安=𝑍𝑠=72.09𝑚。h为尾水管高度，根据水力机械设计手册推荐，暂取h=2.6𝐷1=5.85m。δ为尾水管底板厚度，基岩上的尾水管底板厚度一般取为1—2m，取为1m。计算得：∇挖=72.09−0.5×0.5625−5.85−1=64.96m4.2水轮机层地面高程∇水=∇安+𝜌max+ℎ1∇水为水轮机层地面高程𝜌max为蜗壳最大半径，𝜌max=1.31mℎ1为蜗壳顶部混凝土的厚度，取1.50m。∇水=72.09+1.31+1.50=74.90m4.3发电机装置高程∇装=∇水+ℎ2+ℎ3∇装为发电机装置高程ℎ2为机墩进人孔高度，一般为2m左右，取为2m。ℎ3为进人孔上的混凝土厚度，取为1.5m。计算得∇装=74.90+2.00+1.50=78.4m4.4发电机层楼板高程∇发=∇装+ℎ4ℎ4为定子高度，根据资料，ℎ4=2.43m计算得：∇发=78.4+2.43=80.83m校核：水轮机层地面到发电机楼板下层净空高度不低于4m，初估楼板厚度为0.5m