華北電力大學-水電站廠房設計說明書

1、目錄1、水電站工程概況和基本資料21.1 工程概況21.2 電站樞紐布置21.3 設計依據(jù)及參數(shù)22、主要設備尺寸的確定72.1 蝸殼尺寸72.2 尾水管尺寸82.3 水輪機轉(zhuǎn)輪尺寸92.4 發(fā)電機尺寸103 主廠房剖面設計103.1 水輪機安裝高程103.2 主廠房開挖高程113.3 水輪機層樓板高程113.4 發(fā)電機安裝高程113.5 發(fā)電機層樓板高程113.6 吊車安裝高程123.7 屋頂高程123.8 尾水管底板高程124 主廠房平面尺寸確定124.1 機組段長度124.2 端機組段長度134.3 主廠房寬度144.4 安裝場尺寸144.5 主廠房長度155廠區(qū)樞紐布置155.1 主廠

2、房布置155.2 副廠房布置155.3 主變站布置16II1、水電站工程概況和基本資料1.1 工程概況該水利樞紐位于向河上游，河流全長270公里，流域面積6000平方公里屬于山區(qū)河流。本樞紐控制流域面積1350平方公里，總庫容22.15億立方米，為多年調(diào)節(jié)水庫。樞紐的目標是防洪和發(fā)電。主要建筑物有重力拱壩，壩高77.5米，弧長370米；泄洪建筑物；開敞式溢洪道或泄洪隧洞；發(fā)電引水隧洞及岸邊地面廠房等工程。水電站總裝機60MW，裝機4臺，單機15MW。電站擔任工農(nóng)業(yè)負荷，全部建成后擔任系統(tǒng)灌溉負荷。1.2 電站樞紐布置電站廠房位于右岸壩下游幾十米處，由引水隧洞供水，主洞內(nèi)徑5.5米，支洞內(nèi)徑3.

3、4米，廠內(nèi)裝置4臺混流立式機組，開關站在廠房下游，靠近下游出線方向，永久公路從廠房下游側(cè)，通至左岸。1.3 設計依據(jù)及參數(shù)（一）水庫及水電站特征參數(shù)1、水庫水位水庫校核洪水位 140.00 m水庫設計洪水位 137.00 m水庫正常高水位 125.00 m水庫發(fā)電死水位 108.00 m設計洪水尾水位 77.00 m校核洪水尾水位 78.50 m2、水電站特征水頭最大水頭 56.00 m最小水頭 38.00 m平均水頭 50.84 m計算水頭 48.30 m3、地形地質(zhì)電站樞紐地形參見地形圖。左岸地勢較平緩，右岸地勢較陡。樞紐基巖系凝灰?guī)r，巖石抗壓強度較高，廠區(qū)有第四紀沉積層，厚約3米，河床砂

4、卵石覆蓋層平均深24米。（二）水電站主要動力設備及輔助設備1、水輪機：型號HL220-LJ-225額定出力 15.6 MW 額定轉(zhuǎn)速 214.3 r/min單機額定（最大）流量 36.2m3/s（1）蝸殼尺寸：選取圓形斷面的金屬蝸殼。金屬蝸殼對應的座環(huán)外徑Da=3.85m；座環(huán)內(nèi)徑Db=3.25m（相應的半徑為ra=1.925m、rb=1.625m）；導葉高度b0=0.25D1=0.5625m；座環(huán)碟形邊切線與水平中心線的夾角a為550；蝸殼的包角取o=345o，蝸殼各斷面半徑和斷面外緣半徑R、流量Q和蝸殼各斷面面積見下表。i345°300°255°210

5、6;165°120°75°30°0°Qi34.6930.1725.6421.1216.5912.077.5423.0170i1.381.2871.1861.0770.9540.8140.6430.4070Ri4.6854.4984.2984.0783.8333.5533.2122.7391.925Fi5.9815.2014.4213.6412.8612.081.30.520（2）尾水管1）尾水管形式：對于中型水輪機，選用彎肘形尾水管。2）尾水管尺寸進口直錐段：進口直錐段進口直徑D3 = 2.20m；單邊擴散角W取W=90，高度h3=2.70m。

6、肘管段：進口為圓形斷面，出口為矩形斷面。進口斷面直徑等于進口直錐段出口直徑D4=D3+2h3sinW=3.0375m，取D4=3.0m，轉(zhuǎn)彎處曲率半徑為外壁R外=1.0D4=3.0m；內(nèi)壁R內(nèi)=0.6D4=1.8m。肘管出口做成收縮斷面，出口面積為9.30m2，高度為h6=1.52m，寬度為B5=6.12m。肘管段采用八曲面模式用混凝土澆制成。長度為L1=4.095m，高度為h4=D4=3.0m。出口擴散段：為矩形擴散管，出口寬度與肘管出口寬度相同，底板水平，頂板向上傾斜，傾斜角度（仰角）a=100，長度L2=6.03m。因?qū)挾容^大，中間設置支墩，支墩厚1.0m?？傞L度與總高度：總長度L=L1

7、+L2=10.125m；高度h=5.85m。3）尾水管尺寸表： 尺寸hLB5D4h4h6L1h5h5推薦值5.8510.1256.123.03753.03751.524.0952.7452.702、水輪發(fā)電機：型號SF15-28/550額定功率（）功率因數(shù)額定轉(zhuǎn)速（r/min）額定電壓()轉(zhuǎn)子帶軸重（t）150000.8214.310.580圖1 發(fā)電機外形尺寸示意圖3、調(diào)速器設備（1）調(diào)速器型號：DT-100機械柜尺寸：長×寬×高=750×950×1375（mm）電氣柜尺寸：長×寬×高=550×804×2360（

8、mm）（2）油壓裝置型號：YZ-l.0型號油箱長度m(mm)油箱寬度n(mm)油罐總高H（mm）油罐筒高h（mm）油罐直徑D（mm）YZ-1.019161900245716949304、廠房附屬設備（l）水輪機前的蝴蝶閥型號直徑（cm）承受水頭(m)裝置方式閥重（噸）閥體長（m）吊孔尺寸（m）DF340-8534085立軸201.21.8×4.3（2）橋式吊車詳見附表1，參考吊車型號及有關尺寸。5、電氣設備機旁盤：每臺機六塊：控制盤1塊，保護盤1塊，表計盤1塊，動力盤1塊，勵磁盤2塊。尺寸：寬×厚×高=800×550×2360(mm)6、相關參

9、數(shù)：(1)計算水輪機安裝高程：V/900水電站廠房所在地點海拔高程校正值，其中V=70m；Vw水電站廠房建成后下游設計最低尾水位，取一臺機組運行時相應的尾水位Vw=69.134m；s、Ds汽蝕系數(shù)與其修正值，s由限制工況時水輪機特性曲線來確定，查水力機械教材；Ds由制造廠提供：Ds=0.025；(2) h3從水輪機安裝高程向下至尾水管出口頂面的距離取為h3=3.105m；(3)主廠房結(jié)構(gòu)布置1）主廠房上部結(jié)構(gòu)布置主廠房上部結(jié)構(gòu)排架柱縱向間距為6.0m，吊車梁下排架柱斷面尺寸為0.6m*1. 2m，吊車梁上排架柱斷面尺寸為0.6m*0.8m。吊車梁采用T形預制鋼筋混凝土梁，最大梁高1. 40m,

10、 腹板厚0.2m。屋面板為“”預制鋼筋混凝土板，板厚2m。 2）主廠房下部結(jié)構(gòu)布置 主廠房下部結(jié)構(gòu)機墩采用簡單圓筒式，壁厚1.5m，機墩上部風罩混凝土厚0.4m，并作為發(fā)電機層樓板的簡支端。發(fā)電機層樓板厚0.3m。水上混凝土墻厚0.45m，支承上部磚墻及發(fā)電機層樓板。水下棍凝土墻作為排架柱基礎，并承受外水壓力，因上游側(cè)外水壓力較小，故采用1 . 7m厚，下游則采用2. 0m，左右端墻厚0.5m，與上下游墻連成整體，共同承受外水壓力。附表1： 橋式吊車型號及尺寸起重機名稱容量（噸）跨度起升高度（m）主要尺寸（cm）極限尺寸（cm）主鉤副鉤LK(m)主鉤副鉤最大寬度軌道中心至外緣距離軌道面到車頂面

11、距離兩小車吊鉤間距離吊鉤到軌頂距離吊鉤至軌道中心距離主鉤副鉤BB1HLhL1L2雙小車2×502×1010.511.512.513.5269204037027097501101602×752×2010.511.512.513.5269204037027092701101602、主要設備尺寸的確定2.1 蝸殼尺寸由設計基本資料可知，計算水頭為48.3m，水輪機型號為HL220LJ225 ，查設計資料可得：標稱直徑D1 2.25m座環(huán)外徑Da 3.85m座環(huán)內(nèi)徑Db 3.25m導葉高度b0=0.25D1=0.5625m，蝸殼斷面為圓形斷面，包角o為345&#

12、176;。進口斷面平均流速Vc：根據(jù)經(jīng)驗曲線查取，金屬蝸殼取上限值Vc=6.4m/s。由下列公式計算蝸殼的斷面尺寸：斷面半徑 斷面中心距 斷面外半徑 式中為單機額定流量，值為36.2m3/s；ra=Da/2。計算過程如表2.1，計算出的蝸殼如圖2.1所示。表2.1 蝸殼斷面尺寸計算表（°）（m） (m)(m)30o0.392.312.7075o0.612.543.15120o0.772.703.47165o0.912.833.74210o1.022.953.97255o1.133.054.18300o1.223.154.37345o1.313.234.55圖2.1 蝸殼示意圖2.2

13、尾水管尺寸水輪機為混流式，D1=2.25m，且D1<D2，查水電站表2-1，計算可得尾水管的主要尺寸如表2.2所示，其中。表2.2 尾水管尺寸計算表 （m）2.64.52.7201.351.350.6761.821.22hL5.8510.1256.123.03753.03751.524.0952.7452.3 水輪機轉(zhuǎn)輪尺寸水輪機的型號為HL220LJ225，相關參數(shù)如下。額定出力 15.6MW額定轉(zhuǎn)速 214.3r/min查水力機械，列表計算得到轉(zhuǎn)輪主要尺寸如表2.3所示。表2.3 水輪機轉(zhuǎn)輪尺寸計算表 （m）1.0820.9280.870.4780.1160.250.0540.165

14、0.4820.3092.43452.0881.95751.07550.2610.56250.12150.371251.08450.69525圖2.3 水輪機轉(zhuǎn)輪示意圖2.4 發(fā)電機尺寸水輪發(fā)電機型號為是F15-28/550，如圖2.4所示，其相關參數(shù)如表2.4所示表2.3 水輪發(fā)電機參數(shù)表額定功率(kW)功率因數(shù)cos額定轉(zhuǎn)（r/min）額定電U(kV)轉(zhuǎn)子帶軸G1(t)150000.8214.310.580查水力機械，可得該水輪發(fā)電機的主要尺寸如下：上機架高度 1.22m下機架最大跨度 3.84m水輪機機坑直徑 3.35m轉(zhuǎn)子外徑 4.904m風罩內(nèi)徑 8.40m機座外徑 6.47m發(fā)電機主

15、軸高度 5.02m3 主廠房剖面設計3.1 水輪機安裝高程水輪機的安裝高程是一個控制性指標，按下式計算：Zs=w+Hs+12b0Hs=10.0-900-m+H式中：下游最低尾水位，由水輪機的額定流量為36.2m3/s，由給定的水位流量關系曲線，可確定為69.134m；b0導葉高度，=0.25，求得b0=0.5625；水輪機安裝位置的海拔高程，可取為70m；氣蝕系數(shù)的安全系數(shù)，取1.2；模型氣蝕系數(shù)。水輪機的工作效率：=Nr9.81*103*Qmax*Hr=15.6*1069.81*103*36.2*48.3=90.95%最大單位流量：Q'1max=Nr 9.81D12HrHr=15.6

16、*1039.81*0.9095*2.252*48.3*48.3=1.029m3/s與特征水頭對應的單位轉(zhuǎn)速：n'1=nD1Hr=214.3*2.2548.3=69.38r/min由水輪機的設計工況n'1=69.38r/min，Q'1max=1.029m3/s，可查的相應的氣蝕系數(shù)約為m=0.133，并查得氣蝕系數(shù)修正值，=0.025，可求出水輪機的吸出高度為：Hs=10.0-900-m+H=10.0-70900-0.133+0.025*48.3=2.291m則水輪機安裝高程：Zs=w+Hs+12b0=69.134+2.291+12*0.5625=71.71m計算可得 ：

17、Hs =2.291m，Zs=71.71m。3.2 主廠房開挖高程主廠房開挖高程按下式確定：挖=Zs-12b0-h-式中：h尾水管高度，值為5.85m；尾水管底板墊層厚度，取1m。計算可得 ：挖=71.71-12*0.6525-5.85-1=64.58m3.3 水輪機層樓板高程水輪機層樓板高程按下式計算：水=Zs+max+h1式中：蝸殼最大半徑，值為1.31m；蝸殼頂部混凝土厚度，取1.1m。計算可得 ：水=71.71+1.31+1.1=74.12m3.4 發(fā)電機安裝高程發(fā)電機安裝高程按下式計算：裝=水+h2+h3式中：機墩進人孔高度，取2.2m；進人孔頂部混凝土厚度，取1.5m。計算可得 ：裝

18、=74.12+2.2+1.5=77.82m3.5 發(fā)電機層樓板高程發(fā)電機層樓板高程按下式計算：發(fā)=裝+h4式中：定子高度，值2.43m。計算可得 ：發(fā)=77.82+2.43=80.25m在本高程布置時，滿足發(fā)電機出線安全，且比下游最高洪水位78.50m高出1.75m，故運行時安全合理。3.6 吊車安裝高程吊車安裝高程按下式計算。吊=發(fā)+h5+h6+h7+h8式中：吊鉤垂直安全高度，取0.5m；起吊部件高度，取發(fā)電機轉(zhuǎn)子帶軸的高度，值為4.39m；吊索或吊具高度，取1.2m；吊吊運部件到軌頂距離，極限尺寸為1.474m。吊車安裝高程應滿足在檢修時吊運最大部件，故計算可得 ：吊=80.25+0.5

19、+4.39+1.2+1.474=87.81m3.7 屋頂高程屋面大梁底板高程按下式計算。梁=吊+h9+h10+h11式中：橋吊軌頂至小車頂距離，取3.692m；小車頂部到屋面大梁底部的距離，檢修吊車時需在小車上留有0.5m高度，取0.5m；屋面大梁（或桁架）+屋面板+保溫防水層高度，屋面大梁高1.1m，外加屋面板厚度、屋面保溫防水層的厚度0.5m，取1.6m。計算可得 ：梁=87.814+3.692+0.5+1.6=93.61m取94m。3.8 尾水管底板高程1=Zs-12b0-h=71.71-12*0.5625-5.85=65.58m4 主廠房平面尺寸確定4.1 機組段長度機組段長度的基本計

20、算公式如下所示：L1=L+x+L-x分別按上式計算發(fā)電機層、蝸殼層以及尾水管層長度，取其大值即為機組段長度。（1）發(fā)電機層按下式分別計算、，求其和即為發(fā)電機層機組段長度：L+x=L-x=123+3+12b式中：發(fā)電機風罩內(nèi)徑，值為8.4m；發(fā)電機風罩壁厚，取0.4m；b兩機組之間風罩外壁凈距，一般可取1.5-2.0m，取2m。計算得 ：L+x=L-x=12*8.4+0.4+12*2=5.6m，L1=11.2m（2）蝸殼層按下式分別計算、，求其和即為蝸殼層機組段長度：L+x=1+R1L-x=2+R2式中：蝸殼包角為345°的半徑，值為4.55m；蝸殼包角為165°的半徑，值為

21、3.74m；、蝸殼外包混凝土厚度，取1.5m。計算得 ：L+x=1.5+4.55=6.05m，L-x=1.5+3.74=5.24m，L1=11.29m（3）尾水管層尾水管層采用對稱布置，按下式分別計算、。L+x=L-x=12B5+式中：尾水管寬度，值為6.12m；混凝土邊墩厚度，取1.5m。計算得 ：L+x=L-x=12*6.12+1.5=4.56m，L1=9.12m取三者之中最大值作為機組段長度，故的值為11.29m。4.2 端機組段長度端機組段長度按下式計算：L2=L1+L式中：端機組段加長，決定于安裝場位置、橋吊寬度和工作范圍，應保證機組中心線或進水閥中心線在吊鉤極限位置以內(nèi)，并留有0.

22、20.3m的裕度。依據(jù)經(jīng)驗，靠近安裝場一端=0.2D1=0.2*2.25=0.45m，遠離安裝場的一端 =0.8D1=0.8*2.25=1.8m。計算得靠近安裝場端機組段長度 ：=11.29+0.45+0.2=11.76m，遠離安裝場端機組長度 ：=11.29+1.8+0.2=13.29m。4.3 主廠房寬度主廠房的寬度為廠房上游側(cè)寬度和廠房下游側(cè)寬度之和。B上=123+A，B下=123+C其中：3為風罩內(nèi)徑。為風罩厚度。A為風罩外側(cè)至廠房上游墻內(nèi)側(cè)(或立柱內(nèi)側(cè))凈距，決定于設備布置。上游側(cè)布置的設備有：調(diào)速器：（包括機械柜、電氣柜、 油壓裝置、接力器），調(diào)速器之間油管路相連盡量靠近。機旁盤：

23、要考慮機旁盤前的巡視，一般要求1.5m，以及機旁盤后進線要求，一般要求80cm。蝶閥吊孔：蝶閥中心線與機組中心線滿足兩倍蝶閥直徑。另考慮發(fā)電機風道尺寸。取A=6m。C主要取決于通道寬度，取C=2m。計算得：B上=12*8.4+0.4+6=10.6m，B下=12*8.4+0.4+2=6.6m，B=17.2m4.4 安裝場尺寸安裝場的高程主要取決于對外道路及發(fā)電機樓板高程。因此，確定安裝場高程與發(fā)電機樓板同高，為77.82m，且進場公路與安裝場同高安裝場面積取決于一臺機組擴大性檢修。同時放下發(fā)電機轉(zhuǎn)子、發(fā)電機上機架、發(fā)電機下機架直徑、水輪機頂蓋直徑以及水輪機轉(zhuǎn)輪五大件。發(fā)電機轉(zhuǎn)子周圍需留2m的檢修空間，其它則需1m即可，且四大件必須在吊鉤限制線以內(nèi)，最終可