施工组织瀑布沟水电站设计

1摘要瀑布沟水电站位于长江流域岷江水系的大渡河中游，地处四川省西部汉源和甘洛两省境内。电站采用堤坝式开发，是一座以发电为主，兼有防洪、拦沙等综合利用效益的大型水电工程。瀑布沟电站系从下游算起的第5级，装机规模330万KW，保证出力92.6万KW，多年平均发电量145.8亿KW/h。电站额定水头148m，单机引用流量417m3/s。电站拦河大坝为砾石土直心墙堆石坝，水库正常蓄水位850.00m，汛期运行限制水位841.00m，死水位790.00m，水库库容53.9亿m3，其中调洪库容10.56亿m3、调节库容38.82亿m3，为季调节水库。这次我的毕业设计是瀑布沟水电站厂房的初步设计，其主要内容由以下五大块组成：1.水电站主要设备的选择：包括水轮机、蜗壳、尾水管、发电机、调速器、厂房起重设备及主变压器等；2.水电站引水系统的设计：包括厂房枢纽型式的选择、引水建筑物的组成、尾水系统的布置等；3.调节保证计算：包括调压室的设计、机组关闭时间的确定等；4.厂房设计：包括厂房尺寸的确定、厂内设备及其布置、副厂房的结构布置；5.压力管道的结构设计：包括压力管道钢衬厚度的计算、钢衬的抗外压失稳计算。该说明书是毕业设计的一部分，主要用来说明设计依据，具体的设计结果详见设计计算书。主要参考文献：《水力机械》，水利电力出版社，金钟元主编《水电站建筑物》，武汉水利水电学院主编《水电站机电设计手册》（水力机械、电气一次），水电站机电设计手册编写组主编《水电站厂房设计》，水利电力出版社，顾鹏飞、喻远光主编《水电站动力设备设计手册》，河海大学骆如蕴主编《水轮机设计手册》，哈机研主编《水电站》，黄河水利委员会主编《水电站建筑物设计图册》，清华大学主编《水工建筑物》，武汉水利水电学院主编2《地下厂房设计规范》，武汉水利水电学院主编《水电站工程图集》，武汉水利水电学院水电站教研室主编关键词：电站厂房设计目录前言……………………………………………………………………………3内容提要……………………………………………………………………4第一章.瀑布沟水电站工程概况………………………………………………5一．概述………………………………………………………………………5二.瀑布沟水电站的作用………………………………………………………5三.基本工程资料………………………………………………………………5第二章.水电站主要设备的选择………………………………………………6一.轮机的选择…………………………………………………………………6二.发电机的选择………………………………………………………………9三.调速器的选择………………………………………………………………11四.吊车的选择…………………………………………………………………133五.变压器的选择………………………………………………………………13第三章.厂房的布置设计………………………………………………………13一.确定厂房的平面尺寸………………………………………………………13二.确定厂房各高程……………………………………………………………17第四章．电站枢纽布置设计……………………………………………………17第五章．引水系统设计…………………………………………………………18一.进水口的设计…………………………………………………………………18二.引水道的设计…………………………………………………………………19三.尾水洞断面尺寸设计………………………………………………………19四．调压室的结构尺寸计算……………………………………………………19五.无压尾水隧洞的结构尺寸计算……………………………………………19第六章．压力管道的结构计算…………………………………………………21第七章．主厂房内部的设备及其布置…………………………………………21第八章．副厂房的布置…………………………………………………………22第九章．参考文献………………………………………………………………24第十章．致谢……………………………………………………………………25附件1瀑布沟水电站厂房设计计算书附件2瀑布沟水电站厂房设计图纸4前言本次毕业设计开始于4月24号，到10月30号结束，历时半年。，指导老师为梁通老师。本组的设计任务主要为地下式电站厂房的设计，其中包括水电站主要设备的选择、电站枢纽布置设计、厂房布置设计、引水系统设计以及地下厂房开挖稳定分析的简单计算。通过本次设计，培养了我们综合利用所学理论知识和设计技能解决实际问题的能力，是对我们所学知识的一次全面训练和提高。在设计过程中，梁通老师给了我们很大的帮助，尽管他自己的工作很忙，总是尽可能的抽出时间来悉心指导我们，帮我们解决了5许多设计难题，我在此表示万分感谢。同时，其他组的指导老师以及同学也给了我们很多的帮助。我们在设计中，也充分发挥了自己的所学，期间查阅了许多工程书籍，以及参照了许多国内已建水电工程，这大大开阔了我们的设计视野，有效的提高了我们独立分析问题和解决问题的能力。本次毕业设计成果为：设计说明书一份、设计计算书一份、设计CAD大图*张。由于是初次设计实际工程，有些地方思路不是很清晰，出错是在所难免的，请老师批评指正，谢谢！内容提要这次我的毕业设计是瀑布沟水电站厂房的初步设计，其主要内容由以下五大块组成：1.水电站主要设备的选择：包括水轮机、蜗壳、尾水管、发电机、调速器、厂房起重设备及主变压器等；2.水电站引水系统的设计：包括厂房枢纽型式的选择、引水建筑物的组成、尾水系统的布置等；3.调节保证计算：包括调压室的设计、机组关闭时间的确定等；4.厂房设计：包括厂房尺寸的确定、厂内设备及其布置、副厂房的结构布置；5.压力管道的结构设计：包括压力管道钢衬厚度的计算、钢衬6的抗外压失稳计算。该说明书是毕业设计的一部分，主要用来说明设计依据，具体的设计结果详见设计计算书。第一章.瀑布沟水电站工程概况一．概述瀑布沟水电站位于长江流域岷江水系的大渡河中游，地处四川省西部汉源和甘洛两省境内。电站采用堤坝式开发，是一座以发电为主，兼有防洪、拦沙等综合利用效益的大型水电工程。瀑布沟电站系从下游算起的第5级，装机规模330万KW，保证出力92.6万KW，多年平均发电量145.8亿KW/h。电站额定水头148m，单机引用流量417m3/s。电站拦河大坝为砾石土直心墙堆石坝，水库正常蓄水位850.00m，汛期运行限制水位841.00m，死水位790.00m，水库库容53.9亿m3，其中调洪库容10.56亿m3、调节库容38.82亿m3，为季调节水库。二．瀑布沟水电站的作用1．综合作用：本电站是以发电为主，兼有防洪、拦沙等综合利用任务的工程。由于具有较大库容，可调节流量，拦截泥沙，对下游水电站有较大效益。72．发电：本电站装机容量330万KW，保证出力92.6万KW，多年平均发电量145.8亿KW/h。由于水库调节，提高枯水期下泄流量，下游龚嘴和铜街子两电站将增加保证出力21.5万KW，枯水期电量7.8亿KW/h。3．漂木：利用河道漂木送木材是大渡河流域木材运输的主要形式。水库形成后，将木材在库内收漂，拖运至坝前，从木材联合运输机过坝，年过木量100万m3。4．防洪：水库预留一定的防洪库容，通过洪水期水库调节，可削减下泄洪峰流量，使下游乐山市沙湾区40余个江心洲（居民3万多人）的防洪标准从不足2年一遇提高到5年一遇，同时提高了下游2个已建电站的防洪标准。5．拦沙：瀑布沟坝址悬移质年输沙量占龚嘴水库年输沙量的85.3%，瀑布沟水库运行50年，泥沙出库率仅12.3%，能有效的解决龚嘴和铜街子两电站因水库泥沙淤积对电站安全运行的影响，缓解龚嘴水库淤积对成昆铁路安全运营的威胁。6．航运：大渡河下段沙湾以下为通航河段。瀑布沟水库调节后，汛期下泄流量减少，枯水期下泄流量增加250～300m3/s，改善下游航运条件。三．基本工程资料1．水库水位：校核洪水位―――851.32m3/s设计洪水位―――847.63m3/s正常蓄水位―――850.00m3/s汛期限制水位――841.00m3/s死水位―――――790.00m3/s2．下游尾水位：校核洪水尾水位－679.84m3/s设计洪水尾水位－678.90m3/s8正常尾水位―――669.80m3/s最低尾水位―――667.60m3/s3．机组工作水头：最大工作水头――181.70m3/s最小工作水头――114.30m3/s额定工作水头――148.00m3/s第二章水电站主要设备的选择一.水轮机的选择1．水轮机型号的选择由设计资料可以知道，该水轮机最大工作水头Hmax=181.7m，最小工作水头Hmin=114.3m，额定工作水头Hr=148m。混流式水轮机结构简单，运行稳定，效率高，应运广泛，切适用水头在30～700m，故优先选择混流式水轮机。查《混流式水轮机模型转轮主要参数表》，初步选定HL200，HL180两种型号。在最优工况下效率分别为：η200=90.7%、η180=92.0%；汽蚀系数：σ200=0.088、σ180=0.075。所以选用HL180水轮机。2．转轮直径的计算1321Nr9.81Q'HrD其中：rN——水轮机的额定出力，可由发电机的额定出力fN（即机组容量）求得。即ffrNNf为发电机效率，对于大中型发电机取f=96～98%。1Q——水轮机的单位流量，在水轮机以额定出力工作时，应选用在限制工况下的1Q值进行计算，可以由《水轮机模型转轮主要参数表》中查得。rH——水轮机的设计水头。9——原型水轮机在限制工况下的效率，由于转轮直径尚未求得，效率修正值也不能计算，所以得不出确切的值。计算时可根据经验初步假定（一般为限制工况下的M增加2%~3%），待求得1D后再作校核。将以上各值代入(2-1)式中便可计算出转轮直径1D，该直径尚须按规定的系列尺寸选用相近而偏大的标准直径，选用与之接近而偏大的标准直径D1=6.5m。3．水轮机转速的计算在原型水轮机的最高效率的情况下：15maxmax11(1)MMDD考虑到制造工艺水平的情况，取ε1=1%；由于水轮机所应用的蜗壳和尾水管的型式与模型基本相似，故认为ε2=0，则效率修正值：maxmax1M式中——考虑工艺水平影响的效率修正值；——考虑异形部件影响的效率修正值。由此便可得出水轮机在限制工况下的效率为M（2-3）式中M——模型水轮机在限制工况下的效率，可查《水轮机模型转轮主要参数表》得到。由上式计算出的效率应和前面式2-1假定的效率相同否则应将该值带入计算。为了使水轮机在加权平均水头下有最高的效率，上式中的单位转速应采用最优单位转速10n；水头应采用加权平均水头avH。由此可将上式改写为110DHnnav式中10n——原型水轮机的最优单位转速，11010nnnM10同样，计算得的转速亦需按规定选用相近的发电机标准同步转速，并使其略大于计算得的转速，这样可使发电机具有较小的尺寸和重量。最终选用与之接近的标准同步转速min125rn4．工作范围的验算在选定mD5.61，min125rn的情况下，1'Q=0.86m3/s。水轮机的max1'Q和各种特征水头下相应的1'n值分别由计算得出：1max3221'9.81rNrQDH则水轮机的最大引用流量Qmax为：2max1max1'rQQDH对'n值在各水头下的计算公式如下：1'nDnH按水轮机的最大水头maxH、最小水头minH，以及所选定的直径1D、转速n计算出单位转速min1n和max1n；按设计水头rH和所选定的直径1D计算出水轮机以额定出力工作时的最大单位流量max1Q。然后在水轮机主要综合特性曲线图上分别作以min1n、max1n和max1Q为常数的直线，这些直线所包括的范围即给出了水轮机的相似工作范围，若此范围包括了主要综合特性曲线的高效率区时并在5%出力限制线以左时，则认为所选定的1D和n是满意的，否则应适当调整1D或n的数值