壩后式水電站畢業(yè)設(shè)計

壩后式水電站畢業(yè)設(shè)計5.1 設(shè)計內(nèi)容5.1.1 基本內(nèi)容5.1.1.1 樞紐布置(1) 依據(jù)水能規(guī)劃設(shè)計成果和規(guī)范確定工程等級及主要建筑物的級別；(2) 依據(jù)給定的地形、地質(zhì)、水文及施工方面的資料，論證壩軸線位置，進(jìn)行壩型選擇；(3) 論證廠房型式及位置；(4) 進(jìn)行水庫樞紐建筑物的布置(各主要建筑物的相對位置及形式，劃分壩段)，并繪制樞紐布置圖。5.1.1.2 水輪發(fā)電機(jī)組選擇(1) 選擇機(jī)組臺數(shù)、單機(jī)容量及水輪機(jī)型號；(2) 確定水輪機(jī)的尺寸(包括水輪機(jī)標(biāo)稱直徑D1、轉(zhuǎn)速n、吸出高度Hs、安裝高程Za)；(3) 選擇蝸殼型式、包角、進(jìn)口尺寸，并繪制蝸売單線圖；(4) 選擇尾水管的型伏及尺寸；(5) 選擇相應(yīng)發(fā)電機(jī)型號、尺寸，調(diào)速器及油壓裝置。5.1.1.3廠區(qū)樞紐及電站廠房的布置設(shè)計(1)根據(jù)地形、地質(zhì)條件、水文等資料，進(jìn)行分析比較確定廠房樞紐布置方案；(2) 核據(jù)水輪發(fā)甴機(jī)的資料，選擇相應(yīng)的輔助設(shè)備，進(jìn)行主廠房的各層布置設(shè)計；(3) 確定主廠房尺寸；(4) 副廠房的布置設(shè)計；(5) 繪制主廠房橫剖面圖、發(fā)電機(jī)層平面圖、水輪機(jī)層和蝸殼層平面圖各張。5.1.0 選作內(nèi)容5.1.2.1 引水系統(tǒng)設(shè)計(1) 進(jìn)水口設(shè)計。確定進(jìn)水口高程、型式及輪廓尺寸；(2) 壓力管道的布置設(shè)計。確定壓力管道的直徑；確定壓力管道的布置方式和各段尺寸；5.2 基本資料本水電站在MD江的下游，位于木蘭集村下游2km處。壩址以上流域控制面積30200km2。本工程是一個發(fā)電為主，兼顧防洪、灌溉、航運(yùn)及養(yǎng)魚等綜合利用的水利樞紐。電站投入運(yùn)行后將承擔(dān)黑龍江東部電網(wǎng)的峰荷，以緩解系統(tǒng)內(nèi)缺乏水電進(jìn)行調(diào)峰能力差的局面。本工程所在地點(diǎn)交通比較方便，建筑材料比較豐富，是建設(shè)本工程的有利條件。電站地理位置圖見圖5-1。圖5-1 電站地理位置圖5.2.1 自然條件5.2.1.1 流域概況MD江近南北方向，全長725km，河道平均坡降1.39m，總落差1007m。流域面積37600km2，呈南北向狹長形。MD江流域兩岸支流分布均勻，水網(wǎng)的形狀呈樹枝狀，多數(shù)支流短而湍急。5.2.1.2 氣象MD江流域?qū)儆诖箨懶詺夂?，夏季炎熱多雨，冬季寒冷干燥。壩址處無氣象觀測資料，故借用了附近觀測站的資料。根據(jù)歷年資料統(tǒng)計，最高氣溫37.5，最低氣溫-45.2，多年平均氣溫3.03。風(fēng)速在35月較大，冬季多西風(fēng)，夏季多西南風(fēng)和東南風(fēng)。79月多年平均最大風(fēng)速13m/s，最大風(fēng)速20m/s。最大凍土深度1.89m，最大冰厚1.28m。多年平均降雨量528mm，其中71.8%集中在69月。5.2.1.3 水文壩址處無實(shí)測水文資料，但其下游32km處有一水文站，自1954年7月開始觀測，有24年實(shí)測資料。該水文站處集水面積30600km2，比壩趾處的集水面積多400km2，且區(qū)間沒有大的支流匯入。故本電站可直接應(yīng)用其實(shí)測資料進(jìn)行水文分析。本流域洪水主要發(fā)生在7、8月份，一次洪水一般由三天降雨產(chǎn)生。洪水多為單峰型，有的年份為雙峰型。一次洪水歷時619d，其中漲水歷時17d，一次洪水過程中洪量主要集中在7d。經(jīng)分析比較，本電站的洪水采用1964年典型，推算得出各種頻率的洪水過程線，見表5-1。本電站的下游已修筑堤防，能防1964年洪水(1964年洪峰QM=7920m3/s)，所以本電站放流以不超過8000m3為宜。表5-1 1964年型入庫設(shè)計洪水過程線 單位：m3/s時間典型流量可能最大洪水P(%)0.010.1125208.20.5208053008.20.1122005600455037408.20.17364092707520618046904180350022908.20.2354601390012600950064405510433024708.21.5700017800161001220082607070555031708.21.11839021400196001480096508100615032808.21.178450307002610018900119009950735036108.21.23769019600180001350088407420563030008.22.5719018300168001260082606930527028108.22.11651016600150001130076806580516029508.22.17630016000145001100074206350500028508.22.2356101430012900977066305670445025408.23.551501310011800895060705200408023308.23.1147101200010800820055604750373023108.23.1743801120010100762051704420347019808.23.234200107008680713054104820404026508.24.54000102008280680051604600385025208.24.11387098608010658049904450373024408.24.17358091207400608046104110344022508.24.23347088407180590044703990334021908.25.5334085006910568043103840322021008.25.11301076706220512038803460290019008.25.17289073705980491037203320278018208.25.23267068105530454034503070257016908.26.5259068005360440033402980249016308.26.11252064205230430032602900243015908.26.17253064505230430032602910244016008.26.23247062905110420031802840238015608.27.5242061605010412031202780233015308.27.11233059304830397030102680225014705.2.1.4 泥沙電站所在河流為少沙河流，泥沙資料較少，故將牡丹江站作為本水庫的入庫站。從牡丹江市站泥沙資料可知，泥沙分配與洪水一致，集中在汛期。經(jīng)計算，本水庫多年平均懸移質(zhì)入庫輸沙量為75.5萬t，本流域無推移質(zhì)測驗(yàn)資料，經(jīng)分析比較，確定本水庫推移質(zhì)輸沙量占懸移質(zhì)輸沙量的10%，排沙比為7%，懸移質(zhì)和推移質(zhì)的干容重為1.1t/m3本水庫的地形特征為河谷型水庫，淤積狀態(tài)主要考慮帶狀淤積。5.2.1.5 工程地址(1) 水庫區(qū)工程地質(zhì)水庫周邊山體邊坡坡度，一般為3050，相對比高100m200m，部分地段有些陡壁。水庫周邊山體巖石主要為花崗巖，巖石較堅硬完整，滲透性弱，風(fēng)化淺。覆蓋不厚，植被良好。故水庫蓄水后，庫區(qū)無永久性滲漏問題，也不會產(chǎn)生大體積塌方與滑坡，固體徑流來源少。本地區(qū)地震基本烈度為6度。(2) 樞紐區(qū)工程地質(zhì)壩址區(qū)河流迂回曲折，壩址上游木蘭集附近河流近東西向，自西向東流，至距壩軸線上游0.5km處轉(zhuǎn)為北西向，至壩址下游又轉(zhuǎn)為近南北向流出壩址。壩址呈不對稱U型河谷，右岸為凹岸，因受河流沖蝕，山勢陡峻，山體雄厚，附近雖有一埡口，但地勢較高。嶺頂最低點(diǎn)高程為247.5m。左岸為河流堆積的凸岸，有一、二級階地，相對高度分別為5m10m及10m28m，寬度分別為50m及300m，壩頭為一條形山脊，岸坡坡度北側(cè)1525，南側(cè)2045，山體中部被F1大斷層帶橫切，形成一低矮的埡口，埡口最低點(diǎn)高程為194.6m，二壩設(shè)于此處。壩址基巖為下元古界混合花崗巖，后期穿插有中、酸性巖脈。第四系沖洪積層，分布于河谷兩岸漫灘及階地上，河谷砂礫石厚0.5m3m；一、二級階地覆蓋層厚617m，上部為粘性土，下部為砂礫石層，一、二級階地粘性土分別后12m及516m，二級階地砂礫石層厚2.5m8.5m。壩區(qū)地質(zhì)構(gòu)造以斷裂為主，主要構(gòu)造方向近南北向，分述如下：(i) 南北向斷層，如F1、F6、F7、F8及F2、F5等，均在左岸埡口通過。F1斷層帶寬30m60m，傾向SE、傾角6075，由數(shù)條小斷層組成，每條小斷層寬0.21.2m，由破碎巖塊及斷層泥組成，各條小層間的巖體未見構(gòu)造異變，但表部巖石強(qiáng)烈風(fēng)化成砂狀。(ii) 北東向斷層，一般走向NE2535，傾向東南，其中F11 、F30傾角大于80，寬度小于1m。F9傾角為520，破碎帶寬0.10.8m，夾灰白色斷層泥和碎屑。(iii) 北西向斷層，走向NW325335，傾向SW或SE，傾角6585，一般寬0.25m0.4m。壩區(qū)巖脈走向NW300350，傾角一般大于70，寬度較大，從0.5m到數(shù)10m。與混合花崗巖接觸部位破碎，完整性較差。壩區(qū)混合花崗巖裂隙較發(fā)育，延伸較長，有的達(dá)3080m，平行間距0.51m。表部張開有泥質(zhì)充填，地表20m以下多閉合。位于弱風(fēng)化帶以下的緩傾角節(jié)理，基本趨于閉合，有的有鈣質(zhì)薄膜，未見泥質(zhì)充填。壩區(qū)混合花崗巖為粗粒結(jié)構(gòu)，受本身結(jié)構(gòu)和礦物成份的影響，較易風(fēng)化。各部位的風(fēng)化深度差異很大，一般由右岸向左岸風(fēng)化深度逐漸加大，如河床深度5m20m，而左壩肩風(fēng)化深度為25m50m，二壩處風(fēng)化深度達(dá)52m65m。混合花崗巖與混凝土的抗剪斷試驗(yàn)，求得強(qiáng)風(fēng)化巖與混凝土的摩擦系數(shù)為0.85，凝聚力為13.2kg/cm2；弱風(fēng)化巖相應(yīng)為0.7及1.83.6kg/cm2。壩區(qū)基巖裂隙潛水，含水層性能受構(gòu)造和巖石裂隙發(fā)育程度及充填物的控制。單位吸水率隨深度增加而減小。全風(fēng)化巖滲透系數(shù)為518m/d，強(qiáng)風(fēng)化巖及弱風(fēng)化巖的吸水率分別為0.360.11L/min及0.01L/min。(3) 壩區(qū)主要工程地質(zhì)評價(i) 壩址第四紀(jì)覆蓋層、河床部份較薄，一般0.55m，均予挖除。一、二級階地部位較厚，總厚617m，上部為粘性土，厚210m，下部為砂及砂礫石。粘性土為中等壓縮性土，力學(xué)強(qiáng)度較高，未發(fā)現(xiàn)有淤泥和粉砂夾層，此部位若建土壩，除心墻部位外，可不必挖除，僅清除耕植土即可。(ii) 混凝土壩段內(nèi)壩基的斷層，因規(guī)模不大，傾角較陡，可用混凝土塞作工程處理。(iii) 混凝土壩擬建基于弱風(fēng)化巖中下部，堆石壩心墻可建于強(qiáng)風(fēng)化巖。(iv) 二壩壩基受F1大斷層影響，風(fēng)化較深，但下挖57m即為塊狀風(fēng)化巖，此種巖石在作管涌試驗(yàn)時，水力坡降達(dá)到30，未見異常情況，故心墻可建基于此巖石上。(4) 建筑材料建筑材料分為砂石料和土料，其料場情況為：(i) 砂礫石料砂礫石料主要有兩個料場：料場1：位于壩下游3.25km，無效儲量194萬m3，有效儲量325萬m3。料場2：位于壩下0.51.8km， 無效儲量202.6萬m3，有效儲量486萬m3。上述砂礫料質(zhì)量較好，除砂含泥量超過標(biāo)準(zhǔn)外，其余指標(biāo)均符合要求。(ii) 土料位于壩上游右岸0.52km范圍內(nèi)，有三個料場，儲量計206萬m3，粘性含量19%35%，天然含水量約高出最優(yōu)含水量2%3%。5.2.2 水利、動能5.2.2.1 地區(qū)經(jīng)濟(jì)概況本電站供電涉及的地區(qū)內(nèi)，是當(dāng)?shù)氐墓I(yè)、煤炭、商品糧基地和木材產(chǎn)區(qū)。為使水庫擋水后，在正常高蓄水位下，水庫末端淹沒損失最小，且充分利用本河段的水能資源，故正常高蓄水位定為218m。5.2.2.2 電力系統(tǒng)概況及負(fù)荷資料本地區(qū)電力負(fù)荷非常緊張，電網(wǎng)嚴(yán)重缺電，影響了國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。為此除設(shè)想在本地區(qū)建設(shè)一些大火電廠外，還須建設(shè)相當(dāng)容量的水電站在系統(tǒng)內(nèi)擔(dān)任峰荷，故急需LH水電站投入運(yùn)行。本電站的設(shè)計保證率為90%。本地區(qū)電力網(wǎng)近期各月最大負(fù)荷見表5-2。表5-2 本地區(qū)電力網(wǎng)近期各月最大負(fù)荷月 份一二三四五六最大負(fù)荷(MW)210320662029199219551918月 份七八九十十一十二最大負(fù)荷(MW)1880196820562144223223205.2.2.3 綜合利用要求(1) 防洪。在1960年型洪水情況下，考慮水文預(yù)報，水庫預(yù)泄，則下游城市的防洪標(biāo)準(zhǔn)有所提高。(2) 灌溉。灌溉設(shè)計水平年按1985年計，壩址以上灌溉用水過程線見表5-3。表5-3 1985年灌溉用水過程線表月份四五六七八九十全生育期用水量(萬m3)46910996127321283058860100043913注：回歸水已按15%考慮灌溉用水對建筑物沒有要求，可在計算入庫凈流量中扣除。壩址下游的灌溉用水，不需要從水庫直接引水，水電站的放流已能滿足灌溉用水約20m3/s的要求。(3) 航運(yùn)。目前暫屬未通航的河流，將來梯級電站建成后，航運(yùn)條件得到改善。根據(jù)省航運(yùn)部門的意見，在該電站樞紐考慮預(yù)留過船建筑物的位置。(4) 工業(yè)和城市用水。每月耗水量為304萬m3。工業(yè)及城市用水在本水庫上游，對樞紐建筑物沒有要求，只是在入庫凈水量中予以扣除即可。(5) 養(yǎng)魚。水庫水面面積按10萬畝計，則年產(chǎn)魚約750t。在綜合考慮以上因素之后，確定本電站的裝機(jī)容量為500MW，水頭范圍為3065m，設(shè)計水頭為50m。80 5.2.3 資料圖圖5-2 水庫水位面積容積曲線圖5-3 壩址下游水位流量關(guān)系曲線圖5-4 電力網(wǎng)近期冬日負(fù)荷曲線壩址地區(qū)地形圖見附圖7，壩軸線地質(zhì)剖面圖見附圖8。5.3 設(shè)計指南5.3.1 樞紐布置首先根據(jù)給定的設(shè)計資料查相應(yīng)的規(guī)范，確定工程等別及重要建筑物的級別。再根據(jù)地質(zhì)、地形條件、建筑材料、施工條件、泄洪要求等來確定壩型，可以對土壩、拱壩、混凝土重力壩三種方案進(jìn)行比較。樞紐布置應(yīng)確定各種建筑物的相對位置，進(jìn)行壩段劃分。樞紐布置的原則見2.3節(jié)。本工程為壩后式水電站，主要包括攔河大壩與發(fā)電廠房兩大部分。首先要求根據(jù)所給出的資料確定總體布置方案。主要比較左岸廠房方案和右岸廠房方案，考慮的因素包括主河床的位置、地質(zhì)條件對大壩及廠房的影響、河道的沖刷與淤積、廠房進(jìn)水和尾水的順暢、各種建筑物的布置和施工是否方便、工程量等，可列表進(jìn)行定性比較。選定廠房位置后，需要對壩段進(jìn)行布置設(shè)計。與本電站廠房有關(guān)的布置原則為： 要求電站進(jìn)水口前水流平順，無漩渦及橫向水流； 當(dāng)溢流壩與廠房段并列布置時，應(yīng)盡量將前者布置在主河槽，以保證泄水順暢； 為減少下泄水流對發(fā)電和航運(yùn)的不利影響，常在溢流壩與其他建筑物之間設(shè)置導(dǎo)墻； 當(dāng)河流含沙量大，壩前淤積嚴(yán)重時，應(yīng)采取排沙措施，沖沙孔或排沙洞常布置在廠房進(jìn)水口附近，其高程可根據(jù)運(yùn)用要求來確定； 應(yīng)防止由于泥沙淤積造成尾水壅高，降低發(fā)電水頭。水電站廠房區(qū)的布置應(yīng)包括主廠房、副廠房、尾水渠道、主變壓器、開關(guān)站、交通道路的布置等內(nèi)容。5.3.2 引水系統(tǒng)設(shè)計5.3.2.1 進(jìn)水口設(shè)計確定進(jìn)水口高程、型式及輪廓尺寸；確定攔污柵的布置形式和各部分尺寸。(1) 進(jìn)水口輪廓由于本電站為壩后式水電站，故進(jìn)水口的型式為壩式進(jìn)水口。根據(jù)壩段長度選擇攔污柵的平面形狀(圓形或平面形)。確定進(jìn)水口高程時需要注意，該電站地處寒冷地區(qū)，需要考慮冰凍對進(jìn)水口的影響。進(jìn)水口的輪廓尺寸主要對進(jìn)口段、閘門段、漸變段的斷面尺寸進(jìn)行計算和論證，要求水流平順，水頭損失小，進(jìn)口流速不宜過大，結(jié)構(gòu)受力條件好。進(jìn)口段一般為喇叭口形狀，閘門段一般為矩形斷面，而漸變段主要是矩形斷面和管道圓形段面的連接段。(2) 攔污柵設(shè)計攔污柵的設(shè)計內(nèi)容包括柵面設(shè)計(平面形狀和面積)、柵面距壩體上游面的距離、柵條尺寸和間距。(3) 閘門段設(shè)計閘門段包括工作閘門和檢修閘門，需要對閘門的位置、形式、尺寸、啟閉方式、通氣孔的位置及尺寸等進(jìn)行設(shè)計。由于本電站位壩后式水電站，所以工作閘門和檢修閘門建議均采用平板式閘門。閘門的位置和尺寸需要根據(jù)上面設(shè)計的輪廓形狀確定。通氣孔設(shè)計包括面積、位置和出口高程的確定，其中面積根據(jù)單根管道最大引用流量和設(shè)計允許氣流流速確定，位置一般在閘門下游側(cè)(工作閘門后止水)。如果工作閘門為前止水，則可由閘門井兼作通氣孔。5.3.2.2 壓力管道的布置設(shè)計壓力管道的涉及內(nèi)容包括確定壓力管道的直徑；經(jīng)定性分析比較確定壓力管道的布置方式，各段尺寸及結(jié)構(gòu)型式。對于壩式水電站來說一般采用單管單機(jī)供水的壩內(nèi)壓力管道，其布置原則上應(yīng)力求管道短，穿過壩體時盡量減少對壩體的消弱，減少水頭損失，降低水擊壓力，滿足機(jī)組的調(diào)節(jié)保證為要求。設(shè)計中需要考慮下面的因素：本電站為混凝土重力壩，壩高屬中等壩，壩體尺寸較大，進(jìn)水口和水輪機(jī)安裝高程相差20m以上，進(jìn)水口較高。根據(jù)以上的原則和考慮因素，建議重點(diǎn)論證傾斜式管道布置方案的合理性。壓力管道的直徑可采用經(jīng)濟(jì)流速方法確定。5.3.3 水輪發(fā)電機(jī)組的選擇水輪機(jī)選擇是水電站設(shè)計中一項(xiàng)重要任務(wù)，它涉及到機(jī)組能否安全、高效、可靠運(yùn)行，而且對水電站造價、建設(shè)速度、水電站建筑物的布置形式及尺寸都有影響。水輪機(jī)選擇是在已知水電站裝機(jī)容量N、水電站特征水頭(最大工作水頭Hmax、最小工作水頭Hmin、設(shè)計水頭Hr、平均水頭Hav) 、特征流量(最大引用流量Qmax、最小引用流量Qmin、平均流量Qav)、下游水位流量關(guān)系曲線情況下進(jìn)行的。5.3.3.1 選擇機(jī)組臺數(shù)、單機(jī)容量及水輪機(jī)型號(1) 機(jī)組臺數(shù)及單機(jī)容量選擇機(jī)組臺數(shù)時，應(yīng)對加工制造能力和運(yùn)輸條件、總投資、水電站的運(yùn)行效率和運(yùn)行靈活性、運(yùn)行維護(hù)工作量的大小等因素進(jìn)行綜合考慮，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定機(jī)組臺數(shù)。為了使電氣主結(jié)線對稱，大多數(shù)情況下機(jī)組臺數(shù)為偶數(shù)。我國已建成的中型水電站一般采用46臺機(jī)組。對于中小型水電站，為保證運(yùn)行的可靠性和靈活性，機(jī)組臺數(shù)一般不少于2臺。當(dāng)機(jī)組臺數(shù)m確定后，則水輪機(jī)的單機(jī)出力Nr = N / m f ，其中，f為發(fā)電機(jī)的效率，大型機(jī)組f =96%98%，中型機(jī)組f =95%96%。(2) 水輪機(jī)型號為了了使水輪機(jī)生產(chǎn)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化，我國已編制了反擊式水輪機(jī)暫行系列型譜表。根據(jù)已確定的單機(jī)容量和水電站水頭范圍，從水輪機(jī)系列型譜選擇合適的水輪機(jī)型號(表5-3)。表5-3 大中型混流式轉(zhuǎn)輪參數(shù)(暫行系列型譜)適用水頭范圍H(m)轉(zhuǎn)輪型號導(dǎo)葉相對高度b0/D1最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速n10(r/min)推薦使用的最大單位流量Q1(L/s)模型空蝕系數(shù)使用型號舊型號30HL310HL365,Q0.39188.314000.360*2545HL240HL1230.36572.012400.2003565HL230HL263,H20.31571.011100.170*5085HL220HL7020.25070.011500.13390125HL200HL180HL741HL662(改型)0.2000.20068.067.09608600.1000.085注：(1) 帶“*”表示裝置空蝕系數(shù)Z；(2) 適用轉(zhuǎn)輪直徑D11.0m的混流式水輪機(jī)。5.3.3.2 確定水輪機(jī)的主要參數(shù)當(dāng)水輪機(jī)的型號確定后，需要計算水輪機(jī)的主要參數(shù)，包括水輪機(jī)標(biāo)稱直徑D1、轉(zhuǎn)速n、吸出高度Hs、安裝高程Za。大中型水輪機(jī)的參數(shù)一般由模型綜合特性曲線計算確定。(1) 轉(zhuǎn)輪直徑(D1)的確定 (m) (5-1)式中 Nr水輪機(jī)單機(jī)額定出力，kW；Q1 水輪機(jī)單位流量，m3/s。Q1取限制工況下的，并查出限制工況的M。HL水輪機(jī)由5%出力限制線得到，Hr設(shè)計水頭，m；r所選擇的設(shè)計工況點(diǎn)的原型水輪機(jī)效率，在D1未確定時，一般初步設(shè)計中先取=M+(=23%)，求得D1后再修正。式(5-1)中的單位參數(shù)采用表5-4中的數(shù)值。由此計算出的D1應(yīng)改取為與其計算值相近的標(biāo)稱直徑(表5-5)。通常D1選用較計算值稍大的標(biāo)稱直徑。(2) 轉(zhuǎn)速的選擇 (5-2)用最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速，。水頭H=Hav。表5-4 混流式水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪主要參數(shù)表轉(zhuǎn)輪型號推薦使用水頭范圍(m)模型轉(zhuǎn)輪導(dǎo)葉相對高度b0/D1最優(yōu)工況限制工況試驗(yàn)水頭H/m直徑D1(mm)葉片數(shù)Z1單位轉(zhuǎn)速n10(r/min)單位流量Q1(L/s)效率/%空蝕系數(shù)比轉(zhuǎn)速ns單位流量Q1(L/s)效率/%空蝕系數(shù)HL310300.305390150.39188.3122089.6355140082.60.36*HL2601035385150.37872.5118089.4286137082.80.28HL24025454.0460140.36572.0110092.00.2275124090.40.20HL23035650.305404150.31571.091390.7247111085.20.17*HL22050854.0460140.2570.0100091.00.115255115089.00.133HL200901253.0460140.2068.080090.70.08821095089.40.088HL180901254.0460140.2067.072092.00.07520786089.50.083HL1601101504.0460170.22467.058091.00.05718767089.00.065注：帶“*”表示裝置空蝕系數(shù)Z；表5-5 反擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱直徑系列 單位:cm253035(40)42506071(80)841001201401601802002252502753003303804104505005506006507007508008509009501000計算出的水輪機(jī)轉(zhuǎn)速n也必須與相近的發(fā)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速(表5-6)匹配，若n的計算值介于兩個同步轉(zhuǎn)速之間，則應(yīng)進(jìn)行方案比較后確定。一般來說，在保證水輪機(jī)處于高效率區(qū)工作的前提下，應(yīng)選用較大的同步轉(zhuǎn)速，以使機(jī)組具有較小的尺寸和重量。表5-6 磁極對數(shù)P與同步轉(zhuǎn)速n關(guān)系表P3456789101214n(r.min-1)1000750600500428.6375333.3300250214.3P16182022242628303234n(r.min-1)187.5166.7150136.4125115.4107.110093.888.2P3638404244464850n(r.min-1)83.3797571.468.265.262.560(3) 工作范圍的驗(yàn)算求出水輪機(jī)的參數(shù)D1、n后，在模型綜合特性曲線上繪出水輪機(jī)的相似工作范圍，檢驗(yàn)是否包括了高效率區(qū)，以驗(yàn)證D1、n的合理性。方法：根據(jù)Nr、D1、Hr求出Q1max，由Hmax、Hmin、D1、n求出：n1min和n1max，在綜合特性曲線上以Q1max、n1min和n1max作直線，此范圍即為水輪機(jī)的相似工作范圍。(4) 計算允許吸出高度HS，并確定水電站的安裝高程ZA計算公式 (5-3)式中 電站所在地的海拔高程；k 空蝕系數(shù)修正系數(shù)，一般取1.11.35； 水輪機(jī)模型空蝕系數(shù)；Hr設(shè)計水頭。5.3.3.3 選擇蝸殼型式、包角、進(jìn)口尺寸，并繪制蝸殼單線圖由于本電站水頭較高，因此建議采用鋼蝸殼。蝸殼的包角可用345。蝸殼的水力計算見水力機(jī)械教材11-13。5.3.3.4 選擇尾水管的型式及尺寸尾水管可采用標(biāo)準(zhǔn)彎肘型尾水管，其輪廓尺寸確定見水力機(jī)械教材11-13。蝸殼和尾水管在選定型式并確定尺寸以后，要求畫出其單線圖。5.3.3.5 選擇相應(yīng)發(fā)電機(jī)型號、尺寸，調(diào)速器及油壓裝置水輪發(fā)電機(jī)、調(diào)速器和油壓裝置的型號和尺寸，可以由本電站的單機(jī)容量、額定轉(zhuǎn)速等套用已建成的類似電站所使用的設(shè)備?？蓞⒖几奖?1附表13。5.3.4 廠區(qū)樞紐及電站廠房的布置設(shè)計廠房設(shè)計包括廠區(qū)樞紐的布置、主廠房尺寸的確定、廠房內(nèi)設(shè)備的布置、起重機(jī)的選擇、廠房的結(jié)構(gòu)布置、副廠房布置等。5.3.4.1 主廠房的長度主廠房的長度L=機(jī)組段長度L0機(jī)組數(shù)+裝配場長度+邊機(jī)組段加長L。本電站屬于中低水頭水電站，其機(jī)組段長度一般根據(jù)下部塊體結(jié)構(gòu)的最小尺寸確定。下部塊體結(jié)構(gòu)的主要部件是蝸殼，蝸殼平面尺寸確定后，L0=蝸殼平面尺寸+蝸殼外的混凝土結(jié)構(gòu)厚度，一般取0.81.0m，邊機(jī)組段一般取1.03.0m。某些情況下，下部塊體結(jié)構(gòu)的尺寸取決于尾水管的平面尺寸。裝配場長度由裝配場的面積確定，而其面積要能夠滿足對一臺機(jī)組進(jìn)行解體大修的要求，即能夠在裝配場內(nèi)放下發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、發(fā)電機(jī)上機(jī)架、水輪機(jī)頂蓋和水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪四大件，并且在各部件之間留出12m的通道。其中發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一般帶軸吊運(yùn)到裝配場，裝配場樓板相應(yīng)位置要留出直徑比大軸法蘭稍大的孔(平時覆以蓋板)，大軸穿過后支承在特別設(shè)置的大軸承臺上(也稱為轉(zhuǎn)子檢修墩)，承臺頂端預(yù)埋底角螺栓，待大軸法蘭套入后，用螺母固定。邊機(jī)組段加長一般可取為L=1.0D1。5.3.4.2 主廠房的寬度主廠房的寬度應(yīng)由發(fā)電機(jī)層、水輪機(jī)層和蝸殼層三層的布置要求來共同決定。(1) 發(fā)電機(jī)層中，首先決定吊運(yùn)轉(zhuǎn)子(帶軸)的方式，是由上游側(cè)還是下游側(cè)吊運(yùn)。若由下游側(cè)吊運(yùn)，則廠房下游側(cè)寬度主要由吊運(yùn)之轉(zhuǎn)子寬度決定。若從上游側(cè)吊運(yùn)，則上游側(cè)較寬。此外，發(fā)電機(jī)層交通應(yīng)暢通無阻。一般主要通道寬23m，次要通道寬12m。在機(jī)旁盤前還應(yīng)留有1m寬的工作場地，盤后應(yīng)有0.81m寬的檢修場地，以便于運(yùn)行人員操作。(2) 水輪機(jī)層中，一般上下游側(cè)分別布置水輪機(jī)輔助設(shè)備(即油水氣管路等)和發(fā)電機(jī)輔助設(shè)備(電流電壓互感器、電纜等)。以這些設(shè)備放下后，不影響水輪機(jī)層交通來確定水輪機(jī)層的寬度。(3) 蝸殼層一般由設(shè)置的檢查廊道、進(jìn)人孔等確定寬度。蝸殼和尾水管進(jìn)人孔的交通要通暢，集水井水泵房設(shè)置應(yīng)有足夠的位置，以此確定蝸殼層平面寬度。一般由廠房機(jī)組中心線為基準(zhǔn)，分別確定各層上游側(cè)和下游側(cè)所需寬度，再分別找出各層上下游側(cè)的最大值Bu和Bd，則主廠房寬度為Bu+Bd。(4) 當(dāng)寬度基本確定后，最后要根據(jù)吊車標(biāo)準(zhǔn)寬度Lk驗(yàn)證，寬度必須滿足吊車的要求。5.3.4.3 主廠房的高度首先定出各層的高程，才能確定主廠房的高度。(1) 安裝高程：安=W+Hs+b0/2 其中 W電站運(yùn)行時出現(xiàn)的最低下游水位，其確定方法見本書第6章表6-6； Hs吸出高度； b0導(dǎo)葉高度。(2) 尾水管底板高程： 尾=安- b0/2-H尾其中 H尾尾水管的高度。(3) 開挖高程：挖=尾-混凝土底板厚度(約12m)。(4) 水輪機(jī)層地板高程：水=安+ b0/2+蝸殼頂部混凝土厚度(約1m)。(5) 發(fā)電機(jī)層地板高程：發(fā)=水+進(jìn)人孔高度(約2m)+混凝土結(jié)構(gòu)厚度(約1m)+定子外殼高度。但發(fā)還應(yīng)該滿足以下幾個要求：(i) 水輪機(jī)層的高度不小于3.5m，否則難以布置出線、管道和各種設(shè)備；(ii) 發(fā)電機(jī)層樓板最好與裝配場在同一高程上；(iii) 發(fā)電機(jī)層樓板最好高于下游最高洪水位，以便于對外交通和防潮、通風(fēng)。(6) 吊車軌頂高程：取決于最大部件的吊運(yùn)方式和尺寸。最大部件一般為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子帶軸或水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪帶軸。吊=發(fā)+最大部件高度+高度方向的安全距離。(7) 廠房天花板及屋頂高程：天=吊+吊車尺寸+0.2m頂=天+屋頂大梁高度+屋面板厚度主廠房的高度=頂-挖5.3.4.4 主廠房布置的構(gòu)造要求(1) 廠房內(nèi)的交通主廠房各層之間和每一層內(nèi)都有交通要求。各層之間的主要樓梯一般寬度為1.52.0m，坡度一般為25。次要樓梯較窄，有的部位可用爬梯。廠房內(nèi)每層的交通要求不盡相同，以發(fā)電機(jī)層的交通最為重要，參見“主廠房的寬度”。(2) 廠房應(yīng)注意采光、通風(fēng)、取暖、防潮、防火等。(3) 主廠房的分縫和止水主廠房中的縫有兩種，一種為施工縫，另一種為溫度沉陷縫，其中施工縫可不作為設(shè)計內(nèi)容。溫度沉陷縫一般直通到底，每隔20m左右或一個機(jī)組段分一條。如果廠房建在軟基上，分縫距離一般在40m以上或兩個機(jī)組段分一條。縫的寬度一般為0.52cm，軟基上的廠房一般為35cm。因?yàn)闇囟瘸料菘p有一定的寬度，為了防止水通過分縫進(jìn)入廠房，需要在縫中設(shè)置止水，一般為橡膠止水或銅片止水，其設(shè)置方法和構(gòu)造與壩的止水相同。5.3.4.5 副廠房的布置設(shè)計為了保證機(jī)組正常運(yùn)行，在主廠房近旁布置的各種輔助機(jī)電設(shè)備、控制、試驗(yàn)、管理和運(yùn)行人員工作和生活的房間，稱為副廠房。對于本電站，副廠房可以設(shè)在主廠房靠對外交通的一端。副廠房的面積要求見表5-7。表5-7 副廠房房間及參考面積副 廠 房 名 稱參 考 面 積 ( m2 )30200MW以下水電站200MW以上水電站A.直接生產(chǎn)副廠房中央控制室按實(shí)際需要確定90130繼電保護(hù)盤室按實(shí)際需要確定80120電纜室按實(shí)際需要確定90130廠用動力盤室按實(shí)際需要確定按實(shí)際需要確定蓄電池室40504050酸室10151015蓄電池的通風(fēng)機(jī)室15201520充電機(jī)室1520按實(shí)際需要確定直流盤室按實(shí)際需要確定20載波電話室20403050廠用變壓器室按實(shí)際需要確定按實(shí)際需要確定B.檢修試驗(yàn)副廠房繼電保護(hù)試驗(yàn)室30404050精密儀器試驗(yàn)室25303035測量表計試驗(yàn)室30353540高壓試驗(yàn)室20303040電工修理間30儲存室10151520機(jī)械修理間40606000工具間1520起吊設(shè)備倉庫10202025油化驗(yàn)室10201020C.間接生產(chǎn)副廠房交接班室20252025運(yùn)行分場15202025檢修分場15202025總工程師室15201520會議室15201520生活間(廁所、盥洗室)101510155.3.4.6 橋吊選擇橋吊的選擇主要是確定其起重量和橋吊跨度。橋吊的最大起重量取決于所吊運(yùn)的最重部件，一般為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，懸式發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子需帶軸吊運(yùn)，傘式發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子可帶軸吊運(yùn)，也可不帶軸。對于低水頭電站，最重部件可能是帶軸或不帶軸的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪。少數(shù)情況下，橋吊的起重量決定于主變壓器(主變需要在廠內(nèi)檢修)。橋吊跨度是指橋吊大梁兩端輪子的中心距。選擇橋吊跨度時應(yīng)綜合考慮下列因素：(1) 橋吊跨度要與主廠房下部塊體結(jié)構(gòu)的尺寸相適應(yīng)，使主廠房構(gòu)架直接座落在下部塊體結(jié)構(gòu)的一期混凝土上。(2) 滿足發(fā)電機(jī)層及裝配場布置要求，使主廠房內(nèi)主要機(jī)電設(shè)備均在主副鉤工作范圍之內(nèi)，以便安裝和檢修。(3) 盡量選用起重機(jī)制造廠家所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)跨度。橋式吊車的吊運(yùn)方式應(yīng)盡可能減小廠房的高度和寬度，并同時滿足機(jī)組正常運(yùn)行和檢修的要求。起吊部件和吊車的主鉤由吊索或吊具系在一起。在吊運(yùn)過程中，起吊部件和其他設(shè)備及墻壁之間應(yīng)留有一定的安全距離。當(dāng)采用剛性吊具時，垂直方向的安全距離為0.3m0.5m，水平方向安全距離為0.20.4m 。若采用柔性吊具，垂直方向安全距離取0.6m1.0m。橋式吊車的主要參數(shù)見附表14附表15。在完成上述設(shè)計工作以后，繪制主廠房橫剖面圖、發(fā)電機(jī)層平面圖、水輪機(jī)層平面圖、蝸殼尾水管層平面圖各一張。5.3.5 設(shè)計成果的具體要求設(shè)計成果包括：設(shè)計說明書、設(shè)計計算書和設(shè)計圖紙5.3.5.1 設(shè)計說明書設(shè)計說明書的書寫原則和要求見重力壩部分(2.3.5.1節(jié))5.3.5.2 設(shè)計計算書設(shè)計計算書的書寫原則和要求見重力壩部分(2.3.5.2節(jié))5.3.5.3 設(shè)計圖紙(1) 樞紐平面布置圖1張(2) 廠房橫剖面圖1張(3) 發(fā)電機(jī)層平面布置圖1張(4) 水輪機(jī)層和蝸殼層平面圖1張要求圖面合理、設(shè)計正確、整潔、清晰，繪圖認(rèn)真仔細(xì)。不亂改亂寫，圖幅尺寸、規(guī)格、圖的比例、線條、標(biāo)注高程、尺寸符號和說明等均按工程制圖標(biāo)準(zhǔn)。5.3.5.4 LH水電站設(shè)計說明書編寫參考提綱設(shè)計題目目錄摘要前言第一章 基本資料 第一節(jié) 工程概況及工程目的 第二節(jié) 基本資料第二章 樞紐布置 第一節(jié) 壩軸線選擇 第二節(jié) 壩型確定 第三節(jié) 樞紐布置 第四節(jié) 擋水壩設(shè)計 第五節(jié) 溢流壩設(shè)計第三章 引水系統(tǒng)設(shè)計 第一節(jié) 進(jìn)水口設(shè)計 第二節(jié) 引水管道設(shè)計 第三節(jié) 引水道水力計算第四章 水輪發(fā)電機(jī)組設(shè)計 第一節(jié) 水輪機(jī)的臺數(shù)、單機(jī)容量與型號選擇 第二節(jié) 水輪機(jī)主要參數(shù)確定 第三節(jié) 蝸殼設(shè)計 第四節(jié) 尾水管設(shè)計 第五節(jié) 水輪發(fā)電機(jī)及輔助設(shè)備選擇第五章 水電站廠房設(shè)計 第一節(jié) 廠區(qū)樞紐布置 第二節(jié) 主廠房尺寸確定 第三節(jié) 橋吊選擇 第四節(jié) 主廠房布置設(shè)計 第五節(jié) 副廠房設(shè)計第六章 結(jié)論參考文獻(xiàn)5.3.4 建議參考書1 水利