水電站課程設(shè)計(jì)

1、-作者xxxx-日期xxxx水電站課程設(shè)計(jì)【精品文檔】目錄前言1第一部分 水電站廠房2一、設(shè)計(jì)資料2二、水輪機(jī)選型222三、水輪機(jī)蝸殼設(shè)計(jì)13131313四、尾水管設(shè)計(jì)151515五、發(fā)電機(jī)外形尺寸171717六、廠房尺寸確定19192021第二部分 吊車梁設(shè)計(jì)24七、吊車梁截面形式24八、吊車梁荷載計(jì)算252525九、吊車梁內(nèi)力計(jì)算252526十、吊車梁正截面及斜截面抗剪強(qiáng)度計(jì)算272729十一、撓度計(jì)算30十二、裂縫寬度驗(yàn)算31結(jié)語32參考文獻(xiàn)33【精品文檔】前言本課程設(shè)計(jì)主要是水利水電樞紐工程中水電站廠房設(shè)計(jì)的部分工作。設(shè)計(jì)目的在于培養(yǎng)學(xué)生正確的設(shè)計(jì)思想，理論聯(lián)系實(shí)際工作的工作作風(fēng)，嚴(yán)肅

2、認(rèn)真、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和勇于探索的創(chuàng)新精神。培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)水電站知識(shí)，分析和解決水電工程技術(shù)問題的能力；通過課程設(shè)計(jì)實(shí)踐訓(xùn)練并提高學(xué)生解決水利水電工程實(shí)際問題的能力。進(jìn)一步鞏固和加深廠房部分的理論知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、分析問題及運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，提高學(xué)生制圖、使用現(xiàn)行規(guī)范、查閱技術(shù)資料、使用技術(shù)資料的能力以及編寫設(shè)計(jì)說明書的能力。根據(jù)已有的原始資料和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要內(nèi)容有：水電站總體布置、水輪機(jī)型號(hào)的選擇以及水輪機(jī)特性曲線的繪制、蝸殼尺寸的確定、繪制蝸殼平面和斷面單線圖、尾水管尺寸的確定及草圖、水電站廠房尺寸的確定以及吊車梁內(nèi)力計(jì)算和吊車梁配筋計(jì)算等，并根據(jù)要求繪

3、制相應(yīng)的平面布置圖和剖面圖。第一部分 水電站廠房一、設(shè)計(jì)資料資料：某水利樞紐工程，具有防洪、灌溉、發(fā)電、養(yǎng)殖、旅游等功能。水電站廠房為壩后式，通過水能計(jì)算該水電站裝機(jī)容量為25Mw，廠房所在處平均地面高程44m1.水位經(jīng)多水位方案比較，最終采用正常蓄水位為：470.00 m，死水位為：459.00 m，距廠房下游100 m處下游水位流量關(guān)系見下表：2.機(jī)組供水方式：采用單元供水3. 水頭 該水電站水頭范圍：Hmax =m, Hmin=m,加權(quán)平均水頭Ha=m二、水輪機(jī)選型水輪機(jī)型號(hào)選擇水輪機(jī)型號(hào)的選擇中起主要作用的是水頭,本電站工作水頭范圍為，根據(jù)水頭范圍從水輪機(jī)系列型譜中查得軸流式ZZ440

4、型適應(yīng)水頭20m36m,混流式HL240型適應(yīng)水頭2545m兩種型座位備選方案。經(jīng)方案比較后確定水輪機(jī)型號(hào)。水輪機(jī)參數(shù)計(jì)算2.2.1 HL240型水輪機(jī)方案主要參數(shù)選擇（兩臺(tái)機(jī)組）HL240水輪機(jī)水頭范圍2545，HL240水輪機(jī)模型參數(shù)，見下表2-11.轉(zhuǎn)輪直徑D1的計(jì)算根據(jù)水輪機(jī)型號(hào)HL240查上表得HL240型水輪機(jī)在限制工況下的單位流量Q1M'3/s，效率M=90.4%，由此可以初步假定原水輪機(jī)的單位流量Q1'=Q1M'3/s, 效率M=92%.水輪機(jī)額定水頭 D1=Pr9.81××Q1'Hr32式中：D1水輪機(jī)標(biāo)稱直徑Q1'

5、水輪機(jī)單位流量 查得Q1'Hr設(shè)計(jì)水頭，對(duì)于壩后式水電站Hr=（0.90.95）Ha，取Hr=0.95Ha=0.95×Pr水輪機(jī)額定出力,由發(fā)電機(jī)的額定處理求得，對(duì)于中小型水電站g，Pr=Pe/g=25000/2/5=13158kW 代入式中得D1=Pr9.81××Q1'×Hr32=131589.81×0.92×1.24×31.3532=2.59m,根據(jù)上式計(jì)算出的轉(zhuǎn)輪直徑259cm，查表312水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱直徑系列，選用相近而偏大的標(biāo)準(zhǔn)直徑： D1=275cm2.轉(zhuǎn)速計(jì)算n=n1'HD1=72

6、15;332.75 r/min式中n1'單位轉(zhuǎn)速采用最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速n1'=72r/minH采用設(shè)計(jì)水頭D1采用選用的標(biāo)準(zhǔn)直徑D1由額定轉(zhuǎn)速系列表3-13查的相近而偏大的轉(zhuǎn)速n=150r/min3.效率及單位參數(shù)修正（1）效率修正。查表39可得HL240型水輪機(jī)在最優(yōu)工況下的模型最高效率Mmax=92.0%,模型轉(zhuǎn)輪直徑D1M=46cm,則原型水輪機(jī)最高效率max=1-（1-Mmax）5D1MD1=1-(1-0.92)546275效率修正值=max-Mmax-1-2=-=式中:為考慮到原型與模型水輪機(jī)工藝水平影響的效率修正值，取1=1%2%；2為考慮到原型與模型水輪機(jī)異性部件影響的

7、效率修正值，取2=1%3%，本列題中因原型與模型水輪機(jī)異性部件基本相似，故認(rèn)為2=0。限制工況下的原型水輪機(jī)效率：=M+=可見，與計(jì)算轉(zhuǎn)輪直徑時(shí)所假定的原型水輪機(jī)在限制工況下的效率相符。說明所選的D1適合。（2）單位轉(zhuǎn)速修正。單位轉(zhuǎn)速修正計(jì)算公示如下 n1'=n10'-n10M' n10'=n10M'max/Mmax式中：n10'為原型水輪機(jī)最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速，r/min；n10M'為模型水輪機(jī)最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速，r/min；Mmax為最優(yōu)工況下的模型水輪機(jī)的效率，查表得Mmax=92%；max為最優(yōu)工況下的原型水輪機(jī)的效率，max=Mmax+ 14

8、34由上兩式得 n1'n10M'=(maxMmax-1)=0.9340.92-1=0.87%因n1'n10M'時(shí)，可不必進(jìn)行修正。故計(jì)算的n值適合。單位流量也不加修飾。4.工作范圍檢驗(yàn)在水輪機(jī)的直徑和轉(zhuǎn)速選定之后，還需要在模型綜合特性曲線圖上繪出水輪機(jī)的相似工作范圍并檢驗(yàn)該工作范圍是否包括了高效率區(qū)，以論證所選定的直徑和轉(zhuǎn)速的合理性。（1）按水輪機(jī)的額定水頭Hr和選定的直徑D1計(jì)算水輪機(jī)以額定出力工作時(shí)的最大單位流量Q1max。 由水輪機(jī)的額定出力Pr的表達(dá)式 PrQ1'D12HrHr導(dǎo)出最大單位流量Q1max計(jì)算式(限制工況下的Q1')Q1ma

9、x'=Pr9.81D12HrHr =131589.81×2.752×31.35×31.35×0.918m3/sm3/s 則水輪機(jī)的最大引用流量為Qmax=Q1max'D12Hr=1.101×2.752×31.35=m3/s（2）按最大水頭Hmax，最小水頭Hmin以及選定的D1,n分別計(jì)算出最小和最大單位轉(zhuǎn)速n1min'和n1max'. n1min'=nD1Hmax=150×2.7539=66.05 r/min n1max'=nD1Hmin=150×2.7528=77

10、.96 r/min（3）在HL240水輪機(jī)的模型綜合特性曲線圖上分別作出以Q1max'、n1min'和n1max'為常數(shù)的直線，這些直線所包括的范圍（如圖陰影部分）在95%出力限制線以左并包含了模型綜合特性曲線的高效率區(qū)，說明選定的D1、n是滿意的。圖2-1 HL240水輪機(jī)模型綜合特性曲線及工作范圍檢驗(yàn)（兩臺(tái)機(jī)組）5確定吸出高度由設(shè)計(jì)工況參數(shù)：n1max' =150×2.75H=7r/min, Q1max'=1101L/s，查圖3-21得7，在空化系數(shù)修正曲線中查得35。 則吸出高度為 Hs=10-440.690035)×31.35

11、=2.30 說明HL240水輪機(jī)方案的吸出高度滿足電站要求。 軸流轉(zhuǎn)槳ZZ440水輪機(jī)主要參數(shù)的計(jì)算（兩臺(tái)水輪機(jī)）1.轉(zhuǎn)輪直徑D1的計(jì)算 由于軸流式水輪機(jī)的限制工況由空蝕條件決定，為防止開挖過大，水電站常采用限制水輪機(jī)吸出高度的辦法反推Q1'和。根據(jù)水輪機(jī)型號(hào)ZZ440查表310得在限制工況下的單位流量Q1'3/s，空蝕系數(shù).在空蝕系數(shù)修正曲線圖2-28查的。在允許的吸出高度Hs=-4m時(shí)，其相應(yīng)的空蝕系數(shù)為=10-900-HsHr-=10-440.6900+431.35-0.035=0.396<0.72由表3-10查得ZZ440水輪機(jī)在最優(yōu)工況下的單位轉(zhuǎn)速=115r/m

12、in,查圖2-2可知，對(duì)應(yīng)與工況點(diǎn)（=115r/min,)處的單位流量=1150L/s,模型水輪機(jī)的效率=87.2%。據(jù)此可先假定設(shè)計(jì)工況下原型水輪機(jī)的效率=89.7%，則轉(zhuǎn)輪直徑為D1=Pr9.81××Q1'×Hr32=131589.81×0.897×1.15×31.3532=2.61m查表3-12，選用與水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪計(jì)算直徑相近的標(biāo)稱直徑D12.選擇額定轉(zhuǎn)速n0n=n1'HD1=115×332.75 r/min查表3-13， 選用與之相近而偏大的同步轉(zhuǎn)速n0=250 r/min。3.效率及單位參數(shù)修正由表2

13、-2查得ZZ440水輪機(jī)試驗(yàn)水頭,模型轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱直徑。對(duì)軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)，當(dāng)葉片轉(zhuǎn)角為時(shí)，原型水輪機(jī)最大效率max=1-(1-Mmax)(0.3+0.75D1MD110HMHr=1-(1-Mmax)(0.3+0.750.462.75103.531.35=1-0.6931-Mmax 葉片在不同轉(zhuǎn)角時(shí)的Mmax可由模型綜合特性曲線圖3-22查得，當(dāng)選用制造工藝影響的效率修正值=1%，即可用上式計(jì)算出不同轉(zhuǎn)角時(shí)的效率修正值=-，計(jì)算成果見下表葉片轉(zhuǎn)角-10°-5°0°+5°+10°+15°-ZZ440水輪機(jī)效率修正值計(jì)算表 由表3-10查得Z

14、Z440水輪機(jī)最優(yōu)工況的模型效率=89%，從以上計(jì)算知，最優(yōu)工況的效率最接近于時(shí)的效率88.8%，故可采用=2.4%作為其修正值，則可得ZZ440水輪機(jī)原型的最高效率為=89%+2.4%=91.4% 因?yàn)樵谖龈叨?4m限制的工況點(diǎn)（=115r/min,=0.396）處的模型水輪機(jī)的效率=87.2%,該工況點(diǎn)在=0處，求得該工況點(diǎn)的效率修正值為，該工況點(diǎn)原型水輪機(jī)效率為87.2%+2.4 %=89.6%與假定的89.7%相近?？梢娺x用，n=250r/min是合適的。4.工作范圍檢驗(yàn)在水輪機(jī)的直徑和轉(zhuǎn)速選定之后，還需要在模型綜合特性曲線圖上繪出水輪機(jī)的相似工作范圍并檢驗(yàn)該工作范圍是否包括了高效率

15、區(qū)，以論證所選定的直徑和轉(zhuǎn)速的合理性。（1）按水輪機(jī)的額定水頭Hr和選定的直徑D1計(jì)算水輪機(jī)以額定出力工作時(shí)的最大單位流量Q1max=Pr9.81D12HrHr =131589.81×2.752×31.35×31.35×0.896m3/s則水輪機(jī)的最大引用流量為Qmax=Q1max'D12Hr=×2.752×31.35=m3/s（2）按最大水頭Hmax，最小水頭Hmin以及選定的D1,n分別計(jì)算出最小和最大單位轉(zhuǎn)速n1min'和n1max'. n1min'=nD1Hmax=250×2.7539

16、=110.09 r/min n1max'=nD1Hmin=250×2.7528=129.93 r/minn1r'=nD1Hmin=250×2.7531.35=122.79 r/min將上述值在ZZ440水輪機(jī)模型綜合特性曲線上標(biāo)出，如圖中的陰影部分既是水輪機(jī)的工作范圍?？梢?，工作范圍僅部分包含了該特性曲線的高效率區(qū)。圖2-2 ZZ440水輪機(jī)模型綜合特性曲線及工作范圍檢驗(yàn)（兩臺(tái)機(jī)組）5.確定吸出高度用水輪機(jī)設(shè)計(jì)工況點(diǎn)n1r'=122.79 r/min，Q1max=1130m3/s在圖3-22上可查空蝕系數(shù)。則對(duì)應(yīng)的水輪機(jī)的吸出高度為 Hs=10-90

17、0-+H=10-440.6900-0.38+0.04×31.35=-3.66m>-4.0m 故滿足電站要求。 HL240型水輪機(jī)與ZZ440型水輪機(jī)兩種方案的比較 經(jīng)過上述計(jì)算，兩方案的相關(guān)參數(shù)如下表水輪機(jī)方案參數(shù)對(duì)比表序號(hào)項(xiàng)目HL240ZZ4401模型轉(zhuǎn)輪參數(shù)推薦使用的水頭范圍H（m)254520362最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速n10'（r/min)721153最優(yōu)單位流量Q10' (L/s)11008004最高效率Mmax（%）92895空化系數(shù)6原型水輪機(jī)參數(shù)工作水頭范圍H（m)283928397轉(zhuǎn)輪直徑D1 (m)8轉(zhuǎn)速1502509最高效率max（%）910額定出力

18、P（kW)131581315811最大引用流量Q(m3/s)47.8512吸出高度Hs(m)2.30-3.66由上表可以看出，兩種機(jī)型方案的水輪機(jī)標(biāo)稱直徑均為2.75m。HL240型方案的工作范圍包含了更多的高效率區(qū)域，運(yùn)行效率高，空化系數(shù)較小，安裝高程也高，對(duì)提高年發(fā)電量和減小廠房開挖量有利。ZZ440型方案的轉(zhuǎn)速高，可減小發(fā)電機(jī)尺寸。但由于該機(jī)型水輪機(jī)及其調(diào)速系統(tǒng)復(fù)雜，所以總體造價(jià)較高。綜合考慮，本電站選擇HL240型方案更為合理。2.2.4 HL24O型水輪機(jī)四臺(tái)機(jī)組方案主要參數(shù)選擇D1 由資料可知該水電站裝機(jī)容量為25MW，選擇四臺(tái)機(jī)組，則單機(jī)裝機(jī)容量為。由此可得該水輪機(jī)的額定功率Pr

19、。根據(jù)水輪機(jī)型號(hào)HL240查上表得HL240型水輪機(jī)在限制工況下的單位流量Q1M'3/s，效率M=90.4%，由此可以初步假定原水輪機(jī)的單位流量Q1'=Q1M'3/s, 效率M=92%.水輪機(jī)額定水頭 HrHaD1=Pr9.81××Q1'Hr32式中：D1水輪機(jī)標(biāo)稱直徑Q1'水輪機(jī)單位流量 查得Q1'Hr設(shè)計(jì)水頭 Hr=Pr水輪機(jī)額定出力,由發(fā)電機(jī)的額定處理求得，對(duì)于中小型水電站gPr=Pe/g=25000/4/0.95=6579kW代入式中得D1=Pr9.81××Q1'×Hr32=657

20、99.81×0.92×1.24×31.3532=m,根據(jù)上式計(jì)算出的轉(zhuǎn)輪直徑183cm，查表312水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱直徑系列，選用相近而偏大的標(biāo)準(zhǔn)直徑D1=200cm2.轉(zhuǎn)速計(jì)算n=n1'HD1=72×33200 =r/min式中n1'單位轉(zhuǎn)速采用最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速n1'=72r/minH采用設(shè)計(jì)水頭D1采用選用的標(biāo)準(zhǔn)直徑D1=2.00m由額定轉(zhuǎn)速系列表3-13查的相近而偏大的轉(zhuǎn)速n=r/min3.效率及單位參數(shù)修正(1）效率修正。查表39可得HL240型水輪機(jī)在最優(yōu)工況下的模型最高效率Mmax=92.0%,模型轉(zhuǎn)輪直徑D1M=46cm,則

21、原型水輪機(jī)最高效率max=1-（1-Mmax）5D1MD1=1-(1-0.92)5462000效率修正值=max-Mmax-1-2=-=式中:為考慮到原型與模型水輪機(jī)工藝水平影響的效率修正值，取1=1%2%；2為考慮到原型與模型水輪機(jī)異性部件影響的效率修正值，取2=1%3%，本列題中因原型與模型水輪機(jī)異性部件基本相似，故認(rèn)為2=0。限制工況下的原型水輪機(jī)效率：=M+=4可見，與計(jì)算轉(zhuǎn)輪直徑時(shí)所假定的原型水輪機(jī)在限制工況下的效率相符。說明所選的D1適合。(2) 單位轉(zhuǎn)速修正。單位轉(zhuǎn)速修正計(jì)算公示如下n1'=n10'-n10M'n10'=n10M'max/M

22、max式中：n10'為原型水輪機(jī)最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速，r/min；n10M'為模型水輪機(jī)最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速，r/min；Mmax為最優(yōu)工況下的模型水輪機(jī)的效率，查表得Mmax=92%；max為最優(yōu)工況下的原型水輪機(jī)的效率，max=Mmax+00由上兩式得n1'n10M'=(maxMmax-1)=0.9300.92-1=0.54%因n1'n10M'時(shí)，可不必進(jìn)行修正。故計(jì)算的n值適合。單位流量也不加修飾。4.工作范圍檢驗(yàn)在水輪機(jī)的直徑和轉(zhuǎn)速選定之后，還需要在模型綜合特性曲線圖上繪出水輪機(jī)的相似工作范圍并檢驗(yàn)該工作范圍是否包括了高效率區(qū)，以論證所選定的直徑和轉(zhuǎn)速的

23、合理性。(1）按水輪機(jī)的額定水頭Hr和選定的直徑D1計(jì)算水輪機(jī)以額定出力工作時(shí)的最大單位流量Q1max。 由水輪機(jī)的額定出力Pr的表達(dá)式PrQ1'D12HrHr導(dǎo)出最大單位流量Q1max計(jì)算式Q1max'=Pr9.81D12HrHr =65799.81×2.02×31.35×31.35×0.914=1.045m3/sm3/s (限制工況下的)則水輪機(jī)的最大引用流量為Qmax=Q1max'D12Hr=1.045×2.02×31.35=m3/s(2)按最大水頭Hmax，最小水頭Hmin以及選定的D1,n分別計(jì)算出最

24、小和最大單位轉(zhuǎn)速n1min'和n1max'.n1min'=nD1Hmax=214.3×2.0039=68.63 r/minn1max'=nD1Hmin=214.3×2.0028=81.00 r/min(3）在HL240水輪機(jī)的模型綜合特性曲線圖上分別作出以Q1max'、n1min'和n1max'為常數(shù)的直線，這些直線所包括的范圍（如圖陰影部分）在95%出力限制線以左并包含了模型綜合特性曲線的高效率區(qū)，說明選定的D1、n是滿意的。圖2-1 HL240水輪機(jī)模型綜合特性曲線及工作范圍檢驗(yàn)（四臺(tái)機(jī)組）5.確定吸出高度 由設(shè)計(jì)

25、工況參數(shù)：n1max' =214.3×2.00H=7r/min, Q1max'=1045L/s，查圖3-21得=0.195，在空化系數(shù)修正曲線中查得=0.035。 則吸出高度為 Hs=10-440.6900說明HL240水輪機(jī)四臺(tái)方案的吸出高度滿足電站要求。通過比較發(fā)現(xiàn)，在轉(zhuǎn)輪直徑相同，吸出高度相同的條件下，HL240型兩臺(tái)機(jī)組方案的工作范圍包含了更多的高效率區(qū)域，運(yùn)行效率高。因此此電站選擇HL240兩臺(tái)機(jī)組的方案。三、水輪機(jī)蝸殼設(shè)計(jì)蝸殼形式的選擇蝸殼形式有金屬蝸殼和混凝土蝸殼，金屬蝸殼適用于水頭大于40m或小型臥式機(jī)組，混凝土蝸殼適用于水頭小于40m，金屬蝸殼適用于

26、水頭大于40m的水電站。因?yàn)楸敬握n設(shè)水電站的水頭范圍28.0039.00m，水頭運(yùn)行范圍大，最大水頭接近40m水頭，所以本設(shè)計(jì)采用了金屬蝸殼。斷面形狀及包角的選擇從蝸殼的鼻端至蝸殼進(jìn)口斷面之間的夾角稱為蝸殼包角,常用0來表示,對(duì)于金屬蝸殼由于流量較小,流速較大,通常采用包角為270°345°，且金屬蝸殼通常采用的蝸殼包角為345°，故本設(shè)計(jì)選擇345°包角。進(jìn)口斷面面積及尺寸的確定1.座環(huán)尺寸： 座環(huán)固定導(dǎo)葉外徑相對(duì)值：DaD1 =1.551.64 座環(huán)固定導(dǎo)葉內(nèi)徑相對(duì)值：DbD1=1.331.37 式中：D1為水輪機(jī)的標(biāo)稱直徑，m。當(dāng)D1<3.2

27、m時(shí)，上兩式取上限值；因?yàn)镈1=m<；故Da=1.64×2.75=4.51m， Db2.任意斷面i的斷面尺寸：斷面半徑：i=Qiv0=Qi360°v0斷面中心距：ai=ra+i斷面外半徑：Ri=ra+2i則第i+1斷面的包角為i+1=i-，（i=0,1,2,3）式中：為包角增量，一般取=15°或30°蝸殼進(jìn)口斷面平均流速：V0=KvHr，Hr =m,根據(jù)圖2-6，查得Kv，則 V0=0.9×31.35典型斷面計(jì)算表：如下3.繪制蝸殼斷面單線圖和平面單線圖四、尾水管設(shè)計(jì)4.1尾水管的形式 尾水管是反擊式水輪機(jī)的重要過流部件，其形式和尺寸在很

28、大程度上影響到水電站下部土建工程的投資和水輪機(jī)運(yùn)行的效率及穩(wěn)定性。尾水管的形式很多,常用的有直錐形,彎錐形和彎肘形, 大中型反擊式水輪機(jī)均采用彎肘形，本設(shè)計(jì)采用彎肘形，它不但可以減小尾水管開挖深度，而且具有良好的水力性能。彎肘形尾水管由進(jìn)口直錐段中間肘管段和出口擴(kuò)散段三部分組成。1.尾水管高度該電站屬于中低水頭電站，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，低水頭混流式水輪機(jī)（D1<D2，D1為轉(zhuǎn)輪進(jìn)口直徑，D2為轉(zhuǎn)輪出口直徑），hD1,取h=D1=×2.75=。2肘管型式×××××××查動(dòng)力設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)，得××&#

29、215;××五、發(fā)電機(jī)外形尺寸發(fā)電機(jī)型式的選擇水輪發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)型式主要取決于水輪機(jī)的型式和轉(zhuǎn)速，同時(shí)要兼顧廠房的布置要求，本設(shè)計(jì)水輪機(jī)的額定轉(zhuǎn)速n=150r/min150r/min,故采用懸式水輪發(fā)電機(jī)。5.2水輪發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸（1）極距=K14Sn2p=10×4125002×20=42cm 式中 K1-系數(shù)，K1=（中容量）或8.310.7（大容量，高速的取上限） Sn-水輪發(fā)電機(jī)額定視在功率（kw） p-磁極對(duì)數(shù)。（2）定子鐵芯內(nèi)徑Di（cm）的確定Di=2p=2×20×42.043.14 cm（3）定子鐵芯長度lt（cm）的計(jì)

30、算lt=SnCDinN=125005×10-6×535.52×150=0.581m=58.1 cm（4）外形尺寸估算發(fā)電機(jī)部件參數(shù)計(jì)算式結(jié)果(mm)定子機(jī)座外徑D1=1.15Di+600D1=6758機(jī)座高度h1=lt+2.5h1=1421風(fēng) 洞內(nèi)徑D2D2=D1+2000D2=8758轉(zhuǎn) 子直徑D3D3=DiD3=5355上機(jī)架高度h2h2Dih2=1339下機(jī)架跨距D4D4=D5+500D4=4400高度h7h7Dih7=643推力軸承裝置及勵(lì)磁機(jī)架外徑D6D6=3000D6=3000勵(lì)磁機(jī)外徑D7D7=2500D7=2500推力軸承高度h3h3=1500h3

31、=1500勵(lì)磁機(jī)高度h4h4=2400h4=2400副勵(lì)磁機(jī)高度h5h5=1000h5=1000永勵(lì)磁機(jī)高度h6h6=800h6=800定子機(jī)座支承面到下機(jī)架支承面或到下?lián)躏L(fēng)板距離h8h8=0.15Dih8=803下機(jī)架支承面到大軸法蘭距離h9h9=1000h9=1000轉(zhuǎn)子磁軛軸向高度h10h10=lt+500h10=1081定子支承面到大軸法蘭距離h11h11=h8+h9h11=1803定子鐵芯軸向中心線到法蘭盤距離h12h12=0.46h1+h11h12=2457發(fā)電機(jī)大軸高度h13h13=0.8Hh13=8210定子機(jī)座支承面到發(fā)電機(jī)頂部h14h14=h1+h2+h3+h4+h5+h6

32、h14=8460發(fā)電機(jī)總高HH=h11+h14H=10263（5）水輪發(fā)電機(jī)重量估算發(fā)電機(jī)重量GF可按下式估算：GF=KG3(SnnN)2=10×3（12500150）2KG-估算系數(shù)，懸式取810。轉(zhuǎn)子帶軸重量Gr為Gr=0.440.55GF=0.5×190.8=95.4t（6）起重設(shè)備的選擇根據(jù)轉(zhuǎn)子帶軸的重量為t，選擇起重設(shè)備具體選擇見下表。六、廠房尺寸確定主廠房長度的確定主廠房的長度由主機(jī)間和安裝間的長度確定，而主機(jī)間的長度則主要取決于機(jī)組臺(tái)數(shù)、機(jī)組段的長度和邊機(jī)組的加長，因此，主廠房的長度L可以表達(dá)為L=nL0+L邊+L安式中：n為機(jī)組臺(tái)數(shù)；L0為機(jī)組段長度；L邊為

33、邊機(jī)組段加長；L安為安裝間長度。 1. 發(fā)電機(jī)層 機(jī)組段長度 L0=D風(fēng)+b=3+2+b式中：D風(fēng)為發(fā)電機(jī)風(fēng)罩外緣直徑；3為發(fā)電機(jī)風(fēng)罩內(nèi)徑；為風(fēng)罩壁厚,一般為0.30.4m,取0.3m；b為相鄰兩風(fēng)罩外緣之間通道的寬度，一般取1.52.0m,取2m。則 L0+2×0.3+2=m2. 蝸殼層 機(jī)組段長度 L0=Lw+2L 式中：Lw為蝸殼在廠房縱向的最大尺寸；L為蝸殼混凝土厚度，對(duì)于金屬蝸殼，應(yīng)滿足蝸殼安裝所需要的空間要求，最小空間尺寸不宜小于0.8m，取0.8m。則L0 3. 尾水管層機(jī)組段長度 L0=Bw+2L 式中：Bw為尾水管的寬度；L為尾水管邊墩的混凝土厚度，至少取0.81.

34、0m，大型機(jī)組可達(dá)2m。則L0 =9.08m 取三者中的最大值，即機(jī)組段長度L04. 邊機(jī)組段加長L邊L邊=（0.11.0）D1式中：D1為水輪機(jī)的標(biāo)稱直徑，該設(shè)計(jì)安裝間在廠房的右端，則取大值L邊5. 安裝間長度L安=（1.251.5）L0 因發(fā)電機(jī)為懸式發(fā)電機(jī)，則取小值L安 綜上所述，主廠房的長度L=nL0+L邊+L安=2×11.8+2.75+14.75=41.4m主廠房的寬度 發(fā)電機(jī)層： Bu=D風(fēng)2+AuBd=D風(fēng)2+AdAu、Ad分別為發(fā)電機(jī)層風(fēng)罩外緣至上游側(cè)墻、下游側(cè)墻的寬度Bu=D風(fēng)2+Au=8.762+5=9.38mBd=D風(fēng)2+Ad=8.762+3=7.38m水輪機(jī)層

35、：水輪機(jī)層一般上下游側(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）。這些設(shè)備布置一般靠墻、風(fēng)罩壁布置或在頂板布置，不影響水輪機(jī)層交通，因此對(duì)廠房的寬度影響不大。 蝸殼層： Bu=Lwu+L+AfBd=Lwd+LLwu、Lwd分別為蝸殼在廠房橫向上游側(cè)、下游側(cè)的最大尺寸；L為蝸殼外圍的混凝土結(jié)構(gòu)厚度，取1m；Af為主閥室寬度，取4m。Bu=Lwu+L+Af=3.83+1+4=8.83mBd=Lwd+L=5.15+1=6.15m廠房的上游側(cè)寬度和下游側(cè)寬度應(yīng)取各層上、下游側(cè)寬度的最大值，即Bu=max(Bu)Bd=max(Bd)則主廠房總寬度B=Bu+B

36、d主廠房各層高程的確定 1.水輪機(jī)安裝高程 由于本設(shè)計(jì)選擇混流HL240，Qmax=46.62m3/s，根據(jù)下表確定設(shè)計(jì)尾水位的水輪機(jī)過流量。確定設(shè)計(jì)尾水位的水輪機(jī)過流量電站裝機(jī)臺(tái)數(shù)水輪機(jī)過流量1臺(tái)或2臺(tái)1臺(tái)水輪機(jī)50%的額定流量3臺(tái)或4臺(tái)1臺(tái)水輪機(jī)的額定流量5臺(tái)以上1.52臺(tái)水輪機(jī)的額定流量Q=50%×46.62=23.31m3/s根據(jù)所給資料中流量與下游水位的關(guān)系可得，設(shè)計(jì)尾水位w=431.21m。則立軸混流式水輪機(jī)的安裝高程 Zs=w+Hs+b02=431.21+2.30+0.365×2.752=434.01m2. 主閥室地板高程F F=ZS-D2-h1 式中：D為壓

37、力管道直徑；h1為人的高度；壓力管道直徑(彭德舒公式得)D=75.2Qmax3Hr=75.2×46.62331.35m F=ZS-D2-h1=434.01-4.012-2=430.1m 3. 尾水管底板高程WD WD=ZS-b02-h2式中：h2包括尾水管高度和尾水管頂部至導(dǎo)葉底部的高度。WD=ZS-b02-h2=434.01-0.365×2.752-0.44+1.63+3.71=427.73m 4. 主廠房基礎(chǔ)開挖高程kk=WD-H式中：H為尾水管底板混凝土厚度，H應(yīng)根據(jù)地基性質(zhì)、電站大小和尾水管結(jié)構(gòu)形式而定，初設(shè)階段，小型電站或巖質(zhì)基礎(chǔ)取12m；大中型電站或土基取34m

38、。本次設(shè)計(jì)為巖質(zhì)基礎(chǔ)取2m。k=WD-H=427.73-2=425.73m5. 水輪機(jī)層地面高程SDSD=ZS+h3式中： -蝸殼從安裝高程向上的最大尺寸,對(duì)于金屬蝸殼，為其進(jìn)口尺寸；h3-蝸殼頂部混凝土層厚度,初設(shè)階段可根據(jù)國內(nèi)外已建電站的經(jīng)驗(yàn)采用，一般至少取0.8m,此設(shè)計(jì)取為1mSD=ZS+h3=434.01+1.69+1=436.7m6. 發(fā)電機(jī)裝置高程FZFZ=SD+h4+h5式中：h4 -進(jìn)人孔高度取2m；h5 -進(jìn)人孔頂部厚度取1mFZ=SD+h4+h5=436.7+2+1=439.7m7. 發(fā)電機(jī)層地面高程FD采用定子埋入式 FD=FZ+h7 式中：h7 -定子高度FD=FZ+

39、h7=439.7+1.42=441.12m 8. 安裝間地面高程AA=FD=441.12m 9. 橋吊梁軌頂高程GG=FD+h9+h10+h11+h12+h13式中：h9 -采用定子埋入式布置，為上機(jī)架的高度；h10 -吊運(yùn)部件與固定的機(jī)組或設(shè)備間的垂直凈距，取為1m；h11 -最大吊運(yùn)部件的高度,h12 -吊運(yùn)部件與吊鉤間的距離，取為0.8m；h13-主鉤最高位置（上極限位置）至軌頂面距離1.84m。G=FD+h9+h10+h11+h12+h13 =441.12+1.34+1+8.2+0.8+1.84=454.3m10. 梁底高程LDLD=G+h14+h15式中：h14 -起重機(jī)軌頂至小車頂

40、面的凈空尺寸，此處取3.7m；h15 -小車頂面與屋面大梁或屋架下弦底面的凈距，一般取0.5m。LD=G+h14+h15=454.3+3.7+0.5=458.5m11. 廠房頂高程CDCD=LD+h16式中：h16 -屋面大梁的寬度、屋面板的厚度、屋面保溫防水層的厚度之和，取0.5m。CD=LD+h16=458.5+0.5=459.0m第二部分 吊車梁設(shè)計(jì)七、吊車梁截面形式此電站單機(jī)容量為12500KW，電站廠房吊車梁為兩跨連續(xù)梁，總廠房長度為m,設(shè)置6根連續(xù)梁?？玳L為米,梁的截面形式為T型，其截面尺寸如圖1-1所示。吊車跨度LK=16m，根據(jù)最大起重重量G1=95.4t，選用100t雙鉤雙小

41、車橋式起重機(jī)。吊車其他數(shù)據(jù)為：吊車主鉤極限位置l1=1.1m，吊車重G2=94t，單個(gè)小車重G3=19t，吊車兩邊輪數(shù)m=2，吊車軌道及埋件600N/m。1.高度：根據(jù)T型梁截面混凝土梁的截面一般為跨度的1/51/8，即為6900/56900/8，即1380，取h=1000mm。2.梁肋寬:梁肋寬為梁高的1/21/3，即500333，取b=500mm。3.翼板厚度:翼板厚度常為梁高的1/71/10，但不小于100mm，取為150mm。4.翼板寬度除考慮受力要求外，還應(yīng)有足夠尺寸以布置鋼軌及埋件鋼軌附件，一般不小于350mm，在梁端部,肋寬宜適當(dāng)加大，以利于主筋的錨固。這里取800mm。強(qiáng)度等級(jí)

42、、鋼筋型號(hào)按混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（SL191-2008）。吊車梁混凝土標(biāo)號(hào)為C40，縱筋采用HRB335，箍筋為HPB235。八、吊車梁荷載計(jì)算8.1均布恒荷載q取單位長度為1m計(jì)算：1.吊車梁自重：q1=0.8×0.15+0.85×0.4×25×103=1.15×104N/m2.埋件重 q2=600N/m3.均布荷載: q=q1+q2=12.1kN/m垂直最大輪壓q=61.5×104N/m九、吊車梁內(nèi)力計(jì)算從水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)附錄九表中查得n,根據(jù)KL=4.46.9=0.638，Mn=nql2+knPl=n×12.1

43、15;103×6.92+kn×61.5×104×6.9 =576081n+4243500kn n,kn的取值見表9-1根據(jù)KL=4.46.9=0.638水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)附錄八、附錄九表中查得k0=kA=1.16,k5=0.31,k10左=1.29，kB=1.35V0=0.375ql+k0P=0.375×12.1×103×6.9+1.16×61.5×104=744709NV5=k5P-0.125ql=0.31×61.5×104-0.125×12.1×6.9

44、5;103=180214NV10左=-0.625ql-k10左P=-0.625×12.1×6.9×103-1.29×61.5×104=-845531NV10右=0.625ql+k10左P=0.625×12.1×6.9×103+1.29×61.5×104=845531NRA=0.375ql+k0P=0.375×12.1×103×6.9+1.16×61.5×104=744709NRB=1.25ql+kBP=1.25×12.1×10

45、3×6.9+1.35×61.5×104=934613N十、吊車梁正截面及斜截面抗剪強(qiáng)度計(jì)算吊車梁正截面承載力計(jì)算10. 確定翼板計(jì)算寬度受拉鋼筋估計(jì)為雙層鋼筋，取a=70mm,則h0=h-a=1000-70=930mm,按表3-2（水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)）計(jì)算翼緣寬度：hf'=150mm,hf'h0=150930=0.161>0.1,獨(dú)立T形梁，所以bf'=l03=69003=2300mmbf'=b+12hf'=400+12×150=2200mm上述兩值均大于翼緣實(shí)有寬度（800mm），故bf'=800

46、mm10.1.按下式鑒別T形梁所屬情況KM=1.2×916.2=1099.44kN/mfcbf'hf'h0-hf'2=19.1×800×150×930-1502=1959.66kN/mKM<fcbf'hf'h0-hf'2所以屬于第一種T形截面（xhf'）,按寬度為800mm的單筋矩形截面計(jì)算。計(jì)算ASS=KMfcbf'h02=1099.44×10619.1×800×9302=0.083=1-1-2s=1-1-2×0.083=0.087<0.

47、85b=0.468AS=fcbf'h0fy=19.1×800×0.0087×930300=4121mm2=ASbh0=4121400×930=1.12%>min=0.20%,滿足要求選用5B22+5B25（AS=4354mm2）支座B：按寬度為b的矩形截面積算（上側(cè)受拉，下側(cè)受壓）S=KMfcbf'h02=1.2×585×10619.1×400×9302=0.106=1-1-2s=1-1-2×0.106=0.113<0.85b=0.468AS=fcbf'h0fy=19.

48、1×400×0.113×930300=2676mm2=ASbh0=2676400×930=0.72%>min=0.20%,滿足要求選用5B28（AS=3079mm2） T型梁截面尺寸驗(yàn)算hw=1000-70-150=780mmhwb=780400=1.95<4.0由下式可得0.25fcbh0=0.25×19.1×400×930=1776.3kN >KV=1.2×774709=893.7kN滿足截面抗剪要求。以支座邊緣截面為驗(yàn)算截面：VC=0.7ftbh0=0.7×1.71×40

49、0×930=445.3kN<KV=893.7kN根據(jù)KV=VC+VSV的條件，由下式得ASVS=KV-0.7ftbh01.25fyvh0=893.7×103-445.3×1031.25×210×930=1.84選四肢箍筋，由于梁高較大（h=1000mm），箍筋不宜太細(xì)，選用10，即AS=314mm2S=3.141.84=170mm,取S=150mm<Smax=250mm箍筋最小配筋率復(fù)核sv=ASVbs=314400×150=0.52%>sv min=0.12%十一、撓度計(jì)算鋼筋的彈性模量:ES=2.0×105N/mm2C40砼的彈性模量：EC=3.25×104N/mm2E=ESEC=2.0×1053.25×104=6.15=ASbh0=4354400×930=1.17%=(bf'-b)hf'bh0=(800-400)×150400×930=0.161對(duì)直接承受重復(fù)荷載=1.0Bd=ESASh021.15+0.