水電站課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書

1、水電站課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書水電站課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書第一章 基本資料第二章 水輪發(fā)電機(jī)選擇第一節(jié) 機(jī)組臺(tái)數(shù)和機(jī)組型號(hào)選擇及水輪機(jī)主要參數(shù)確定第二節(jié) 蝸殼和尾水管的尺寸選擇第三節(jié) 發(fā)電機(jī)組的選擇及尺寸第三章 水電站廠房設(shè)計(jì)第一節(jié) 主廠房的平面尺寸確定 第二節(jié) 主廠房布置的構(gòu)造要求 第3節(jié) 橋吊選擇第4節(jié) 副廠房布置附：計(jì)算書第1節(jié) 基本資料第2節(jié) 水輪發(fā)電機(jī)選擇第3節(jié) 水輪機(jī)廠房設(shè)計(jì)第1章 基本資料1.流域概況該水電站位于S河流的上游，電站壩址以上的流域面積為20,300km2，本電站屬于該河流梯級(jí)電站中的一個(gè)。2.水利動(dòng)能本電站的主要任務(wù)是發(fā)電。結(jié)合水庫(kù)特性、地區(qū)要求可發(fā)揮養(yǎng)魚等綜合利用效益。本電站水庫(kù)特

2、征水位及電站動(dòng)能指標(biāo)見(jiàn)表1表1 H水電站工程特性表名 稱單位數(shù)量備注一、水庫(kù)特性 1、水庫(kù)特征水位 校核洪水位(P=0.1%)m293.90 設(shè)計(jì)洪水位(P=1%)m290.90 正常蓄水位m290.00 死水位m289.00 2、正常蓄水位時(shí)水庫(kù)面積km215.17 3、水庫(kù)容積 校核洪水位時(shí)總庫(kù)容108m32.29 正常蓄水位時(shí)庫(kù)容108m31.63 死庫(kù)容108m31.49二、下泄流量及相應(yīng)下游水位包括機(jī)組過(guò)流量 1、設(shè)計(jì)洪水最大下泄量m3.s-18 200.00 相應(yīng)下游水位m273.20 2、校核洪水最大下泄量m3.s-111 700.00相應(yīng)下游水位m274.90三、電站電能指標(biāo)

3、裝機(jī)容量MW200.00 保證出力MW35.00 多年平均發(fā)電量108kW.h4.35 年利用小時(shí)數(shù)h2255四、水輪機(jī)工作參數(shù) 最大工作水頭m25.60 最小工作水頭m22.80 設(shè)計(jì)水頭m23.30圖1 下游水位流量關(guān)系曲線第二章 水輪發(fā)電機(jī)選擇第一節(jié) 水輪機(jī)的臺(tái)數(shù)和機(jī)組型號(hào)選擇及水輪機(jī)主要參數(shù)確定臺(tái)數(shù)：4臺(tái)，單機(jī)容量50KW；型號(hào)：HL310主要參數(shù)：直徑D1=6.5m；轉(zhuǎn)速n=71.4r/min；允許吸出高度Hs=0.143m第二節(jié) 蝸殼和尾水管的尺寸選擇混凝土蝸殼，包角為L(zhǎng)+x=6.4m，L-x=4.8m彎肘形尾水管，參數(shù)如下表所示：參數(shù)肘管型式適用范圍實(shí)際6.516.929.251

4、7.688.7758.7754.387511.837.93標(biāo)準(zhǔn)混凝土肘管混流式第三節(jié) 發(fā)電機(jī)組的選擇及尺寸發(fā)電機(jī)型號(hào)為SF50-60/920，具體參數(shù)如下表所示：因水輪機(jī)的發(fā)電功率50MW，轉(zhuǎn)速n=72r/min則選擇發(fā)電機(jī)的型號(hào)為SF50-60/920。形式額定容量Nf(MW)功率因數(shù)cos額定電壓（KVA）轉(zhuǎn)速n(r/min)半傘式500.858800136.4nf飛輪力矩（kN*m2)轉(zhuǎn)子重（t)定子重(t)總重(t)25010600235145478發(fā)電機(jī)的尺寸根據(jù)發(fā)電機(jī)的型號(hào)，查出發(fā)電機(jī)的主要尺寸（長(zhǎng)度和高度均為mm)外徑(cm)內(nèi)徑Di(cm)長(zhǎng)度Lt(cm)定子基座高h(yuǎn)1上機(jī)加高

5、度h29208621152540835轉(zhuǎn)子磁顎軸向高度h10定子水平中心線到法蘭底距離h12發(fā)電機(jī)主軸高度h11201243302660下機(jī)架最大跨度D4水輪機(jī)基坑直徑D5推力軸承裝置外徑D6647056003600定子支撐面至下機(jī)架支撐面距離h8下機(jī)架支撐面到法蘭底面距離h9永磁機(jī)及轉(zhuǎn)速繼電器高度h6推力軸承高度h3法蘭盤底至發(fā)電機(jī)頂?shù)木嚯xH221594065011009580定子支撐面到發(fā)電機(jī)層底高度h基座外徑D1風(fēng)罩內(nèi)徑D2轉(zhuǎn)子外徑D3337510400130008590第三章 水電站廠房設(shè)計(jì)第一節(jié) 主廠房的平面尺寸確定1.主廠房的長(zhǎng)度 L=116m2.主廠房的寬度 B=26.6m3.主

6、廠房高度 1.安裝高程 =264.71m 2.尾水管底板高程 =243.54m 3.開挖高程 =241.54m 4.水輪機(jī)層底板高程 =266.98m 5.發(fā)電機(jī)層地板高程 =272.52m 6.吊車軌頂高程(P176) =301.12m 7.廠房天花板及屋頂高程 =310.62m =311.27m第二節(jié) 主廠房布置的構(gòu)造要求1. 廠房?jī)?nèi)的交通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第三節(jié) 橋吊選擇雙小車橋式起重機(jī)第4節(jié) 副廠房布置副廠房設(shè)在主廠房靠對(duì)外交通的一邊。附：計(jì)算書第一節(jié) 基本資料 見(jiàn)設(shè)計(jì)說(shuō)明書第二節(jié) 水輪發(fā)電機(jī)選擇一、機(jī)組臺(tái)數(shù)和機(jī)組型號(hào)選擇及水輪機(jī)參數(shù)

7、確定選擇機(jī)組臺(tái)數(shù)時(shí)，應(yīng)對(duì)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(tái)數(shù)。為了使電氣主結(jié)線對(duì)稱，大多數(shù)情況下機(jī)組臺(tái)數(shù)為偶數(shù)。對(duì)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(tái)數(shù)一般不少于2臺(tái)。本電站屬于中型水電站，所以建議選用4臺(tái)。單機(jī)容量等于裝機(jī)容量與臺(tái)數(shù)的比值，所以單機(jī)容量為200/4=50MW根據(jù)該水電站的水頭變化范圍22.8025.60m，查表找出合適的機(jī)型有HL310和ZZ440兩種。下面通過(guò)參數(shù)比較再選擇選用哪種型號(hào)。HL310水輪機(jī)主要參數(shù)的選擇：1. 轉(zhuǎn)輪直徑計(jì)算查表3-6和圖3-12可得HL31

8、0水輪機(jī)在限制工況下的單位流量為=1400=1.40，效率=82.6,由此可初步假定原型水輪機(jī)在該工況下的單位流量=1.40，效率=86。由公式=6.135m，選用與之接近而偏大的標(biāo)稱直徑=6.5m。2. 轉(zhuǎn)速n計(jì)算查表3-4可得HL310型水輪機(jī)在最優(yōu)工況下單位轉(zhuǎn)速=88.3，初步假定=，因?yàn)樵撾娬臼呛哟彩剿娬?，所以加?quán)平均水頭=25.89m，由公式n=69.08，選用與之接近而偏大的同步轉(zhuǎn)速n=71.4。3. 效率及單位參數(shù)修正采用公式=進(jìn)行修正。查表3-6可得HL310型水輪機(jī)在最優(yōu)工況下的模型最高效率為=89.6%，模型轉(zhuǎn)輪直徑為=0.39m，根據(jù)公式可得原型效率=94.1%，則效率

9、修正值為=94.1%89.6%=4.5%，考慮到模型與原型水輪機(jī)在制造工藝質(zhì)量上的差異，常在已求得的值中再減去一個(gè)修正值?，F(xiàn)取=1.0%，則可得效率修正值為=3.5%，由此可得原型水輪機(jī)在最優(yōu)工況和限制工況的效率為：=+=89.6%+3.5%=93.1%=+=82.6%+3.5%=86.1%（與上述假設(shè)值基本相同）單位轉(zhuǎn)速的修正值按下式計(jì)算：=則 =1.93%由于<3.0%，按規(guī)定單位轉(zhuǎn)速可不加修正，同時(shí)，單位流量也可以不加修正。由上可見(jiàn)，原假定的=86%，=，=是正確的，那么上述計(jì)算及選用的結(jié)果=6.5m，n=71.4也是正確的。4. 工作范圍的檢驗(yàn)在選定=6.5m，n=71.4后，水

10、輪機(jī)的及各特征水頭相對(duì)應(yīng)的即可計(jì)算出來(lái)。水輪機(jī)在 下工作時(shí)，其即為，故=1.246<1.4則水輪機(jī)的最大引用流量為=254.11與特征水頭 和相對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速為=91.73=97.20=96.15在HL310型水輪機(jī)模型綜合曲線圖上分別繪出=1246，=97.20和=91.73的直線。由圖可見(jiàn)，由這三根直線所圍成的水輪機(jī)工作范圍基本上包含了該特性曲線的高效率區(qū)。所以對(duì)于HL310型水輪機(jī)方案，所選定的=6.5m和n=71.4是合理的。5. 吸出高度計(jì)算由水輪機(jī)的設(shè)計(jì)工況參數(shù)，=96.15 =1246，在圖3-25上可查得氣蝕系數(shù)值為，氣蝕系數(shù)的修正值為，由此可求出水輪機(jī)的吸出高度為ZZ4

11、40水輪機(jī)方案的主要參數(shù)選擇1. 轉(zhuǎn)輪直徑計(jì)算由表3-7查得ZZ440型水輪機(jī)在限制工況下的單位流量=1650=1.65，同時(shí)可查的該工況下的氣蝕系數(shù)=0.72。從圖3-13中可查得該工況點(diǎn)（=115，=0.72）處的單位流量=1660。同時(shí)查得該工況點(diǎn)的模型效率=82%，并根據(jù)此假定水輪機(jī)的效率為86%。由公式=5.63m，選用與之相近的標(biāo)稱直徑=6.0m。2. 轉(zhuǎn)速n計(jì)算n=97.52選用與之相近而偏大的同步轉(zhuǎn)速n=100。3. 效率及單位參數(shù)修正采用公式=修正。對(duì)于軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)，必須對(duì)其模型綜合特性曲線圖上的每個(gè)轉(zhuǎn)角的效率進(jìn)行修正。當(dāng)葉片轉(zhuǎn)角為時(shí)的原型水輪機(jī)最大效率可用下式計(jì)算=根據(jù)

12、表3-7知=0.46m，=3.5m，并知=6.0m，H=23.30m，代入上式可算得=。葉片在不同轉(zhuǎn)角時(shí)的可用模型綜合特性曲線查得，從而可求出相應(yīng)值得原型水輪機(jī)的最高效率。當(dāng)選用效率的制造工藝影響修正值=1%，即可計(jì)算出不同轉(zhuǎn)角時(shí)效率修正值。起計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表。葉角轉(zhuǎn)角-10-50510152025%84.988.088.888.387.286.081.080.0%90.292.292.892.491.791.087.787.1-%5.34.24.04.14.55.06.77.14.33.23.03.13.54.05.76.1 由表3-7查得ZZ440型水輪機(jī)最優(yōu)工況的模型效率為=89%。由于最

13、優(yōu)工況接近=等轉(zhuǎn)角線，故可采用=3.0%作為其修正值，從而得到原型最高效=89%+3.0%=92.0%。 已知=82%，而該工況處于轉(zhuǎn)角與之間，用內(nèi)插法可求得改點(diǎn)的效率修正值為=5.1%,由此可得該工況點(diǎn)的原型水輪機(jī)效率為=82%+5.1%=87.1%（與原假定值接近），由于=1.67%<3.0%，故單位轉(zhuǎn)速不作修正，同時(shí)，單位流量也可不作修正。由此可見(jiàn)，以上選用的=6.0m，n=100是正確的。4. 工作范圍寬的檢驗(yàn)在選定=6.0m，n=100后，水輪機(jī)的及各特征水頭相對(duì)應(yīng)的即可計(jì)算出來(lái)。=1.45則水輪機(jī)的最大引用流量為=251.97與特征水頭 和相對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速為=118.59=1

14、25.67=124.30在HL310型水輪機(jī)模型綜合曲線圖上分別繪出=1450，=118.59和=125.67的直線。由圖可見(jiàn)，由這三根直線所圍成的水輪機(jī)工作范圍基本上包含了該特性曲線的高效率區(qū)。5. 吸出高度計(jì)算在水輪機(jī)的設(shè)計(jì)工況點(diǎn)（=124.30，=1.45）處，由圖3-26可查得氣蝕系數(shù)約為0.57，查圖2-26查得=0.05，則可求出水輪機(jī)的吸出高度為=-4.74m、下面通過(guò)列表進(jìn)行參數(shù)比較分析：序號(hào)項(xiàng)目ZZ440HL3101模型轉(zhuǎn)輪參數(shù)推薦使用水頭范圍（m）2036<302最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速（r/min）11588.33最優(yōu)單位流量（L/s）80011204限制工況單位流量（L/s）

15、165012405最高效率（%）8989.66設(shè)計(jì)工況氣蝕系數(shù)0.420.367原型水輪機(jī)參數(shù)工作水頭范圍（m）22.825.622.825.68轉(zhuǎn)輪直徑（m）6.06.59轉(zhuǎn)速（r/min）10071.410最高效率（%）9293.111額定出力（kW）500005000012最大引用流量（）251.97254.1113吸出高（m）-4.740.143由上表可見(jiàn)，兩種機(jī)型的方案的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑ZZ440小于HL310。但是HL310型水輪機(jī)方案的工作范圍包含了更多地高效率區(qū)域，運(yùn)行效率較高，氣蝕系數(shù)較小，安裝高程較高，有利于提高年發(fā)電量和減小電站廠房的開挖工程量；而ZZ440型水輪機(jī)方案的機(jī)

16、組轉(zhuǎn)速較高，有利于減小發(fā)電機(jī)尺寸，降低發(fā)電機(jī)造價(jià)，但這種機(jī)型水輪機(jī)及其調(diào)節(jié)系統(tǒng)的造價(jià)較高。根據(jù)以上分析，在制造供貨方面沒(méi)有問(wèn)題時(shí)，初步選用HL310型方案較為有利。綜上，本組選用HL310型水輪機(jī)。二、蝸殼和尾水管的尺寸選擇1.蝸殼的選擇由于本電站水頭較低，選擇混凝土蝸殼，通過(guò)225º和180°兩個(gè)包角方案的分析比較，225º包角易于與壓力管道連接，予以采用。經(jīng)計(jì)算，蝸殼+x方向?qū)?.4m，-x方向?qū)?.8m。2. 尾水管的選擇尾水管可采用標(biāo)準(zhǔn)彎肘型尾水管，彎肘型尾水管由進(jìn)口直錐段、中間肘管段和出口擴(kuò)散段三部分組成，其輪廓尺寸確定見(jiàn)下圖。參數(shù)肘管型式適用范圍標(biāo)準(zhǔn)1

17、.02.64.52.721.351.350.6751.821.22標(biāo)準(zhǔn)混凝土肘管混流式實(shí)際6.516.929.2517.688.7758.7754.387511.837.93三、發(fā)電機(jī)組的選擇及尺寸 根據(jù)額定功率為50000kw，轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速n為71.4小于150，選用傘式水輪發(fā)電機(jī)，查表3-11（P166）選用型號(hào)為SF50-44/920。相關(guān)尺寸見(jiàn)下表：相關(guān)參數(shù)形式額定容量Nf(MW)功率因數(shù)cos額定電壓（KVA）轉(zhuǎn)速n(r/min)半傘式500.858800136.4nf飛輪力矩（kN*m2)轉(zhuǎn)子重（t)定子重(t)總重(t)25010600235145478發(fā)電機(jī)的尺寸根據(jù)發(fā)電機(jī)的型號(hào)，

18、查出發(fā)電機(jī)的主要尺寸（長(zhǎng)度和高度均為mm)外徑(cm)內(nèi)徑Di(cm)長(zhǎng)度Lt(cm)定子基座高h(yuǎn)1上機(jī)加高度h29208621152540835轉(zhuǎn)子磁顎軸向高度h10定子水平中心線到法蘭底距離h12發(fā)電機(jī)主軸高度h11201243302660下機(jī)架最大跨度D4水輪機(jī)基坑直徑D5推力軸承裝置外徑D6647056003600定子支撐面至下機(jī)架支撐面距離h8下機(jī)架支撐面到法蘭底面距離h9永磁機(jī)及轉(zhuǎn)速繼電器高度h6推力軸承高度h3法蘭盤底至發(fā)電機(jī)頂?shù)木嚯xH221594065011009580定子支撐面到發(fā)電機(jī)層底高度h基座外徑D1風(fēng)罩內(nèi)徑D2轉(zhuǎn)子外徑D3337510400130008590第三節(jié) 水

19、電站廠房設(shè)計(jì)一、主廠房的平面尺寸確定1. 主廠房長(zhǎng)度的確定：主廠房的長(zhǎng)度L=機(jī)組段長(zhǎng)度×機(jī)組數(shù)+裝配場(chǎng)長(zhǎng)度+邊機(jī)組段加長(zhǎng)L=L+x+L-x(三者取大值)蝸殼層:L+x=+=6.4+2.0=8.4m L-x=+=4.8+2.0=6.8m =8.4+6.8=15.2m尾水管層：L+x=L-x=B/2+=17.68/2+2=10.84m，=21.68m發(fā)電機(jī)層：L+x=L-x=3/2+b/2+3=14/2+4/2+0.4=9.4m (3取0.3-0.4m，b取3m-4m） =18.8m取較大值，即=21.68m邊機(jī)組段加長(zhǎng)，取4m安裝間長(zhǎng)度，取25mL=4x21.68+25+4=115.7

20、2m 即取116m。2. 主廠房的寬度 B=Bs+BxBs=3/2+3+A=14/2+0.3+（2+2+1+1）=13.3m （14/2>6.4）同理求得Bx=Bs=13.3m 所以B=13.3*2=26.6m3. 主廠房高度1.安裝高程 =263.3+0.143+2.54/2=264.71m2.尾水管底板高程 =264.71-2.54/2-16.9=243.54m3.開挖高程 =-混凝土底板厚度（約1-2m） =243.54-2=241.54m4. 水輪機(jī)層底板高程 =+蝸殼頂部混凝土厚度（約1m) =264.71+2.54/2+1=266.98m5. 發(fā)電機(jī)層地板高程 =+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（定子外殼高度為2.54m） =266.98+2+1+2