公伯峽水電站廠房及電氣部分設(shè)計(jì)

1、公伯峽水電站廠房及電氣部分設(shè)計(jì)公伯峽水電站總裝機(jī)容量1500 MW，多年平均發(fā)電量5.14億KW·h，該電站設(shè)有5臺(tái)300 MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組，水輪機(jī)型號(hào)：HLA801-LJ-580，電站設(shè)計(jì)水頭99.3 m，水輪機(jī)額定轉(zhuǎn)速125 r/min，相應(yīng)比轉(zhuǎn)速ns為230 m·kw，水輪機(jī)安裝高程1891.9 m。右岸設(shè)置引水式地面廠房。第1章 主廠房主要尺寸的確： 主廠房的尺寸的確定，即主廠房總長(zhǎng)、總高和寬度的確定。主廠房的總長(zhǎng)度包括機(jī)組段的長(zhǎng)度L1（機(jī)組中心間距），端機(jī)組段的長(zhǎng)度L和安裝間的長(zhǎng)度L2，并考慮必要的水工結(jié)構(gòu)分縫要求的尺寸。由水輪機(jī)型號(hào)（HLA801-LJ-

2、580）可知轉(zhuǎn)輪直徑5.8m。該電廠進(jìn)廠公路位于右側(cè)，為方便交通裝卸，因此主廠房也布置在右側(cè)，安裝間位于主廠房的右側(cè)。1.1 平面尺寸的確定1.1.1 尾水管層控制尺寸的確定 肘管型式：由于D1>D2，此次設(shè)計(jì)公伯峽水電站尾水管時(shí)選擇標(biāo)準(zhǔn)混凝土肘管。根據(jù)水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)水利機(jī)械分冊(cè)P129查得：L-y=4.5 D1 L-y=4.5×5.8=26.10mL+y=0.5×1.35D1 L+y=0.5×1.35×5.8=3.915m L+x=L-x=B52+2=0.5×2.72 D1+2=0.5×2.72×5.8+1.4=

3、9.288m上式中 2 尾水管邊墩混凝土厚度，初步設(shè)計(jì)選 1.4m尾水管具體尺寸如圖1-1所示：圖1-1 混流式水輪機(jī)尾水管該尾水管由進(jìn)口直錐段、肘管和出口擴(kuò)散段三部分組成。尾水管的基本尺寸查水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)水利機(jī)械分冊(cè)P129頁(yè)表2-17可得：h=2.6 D1=2.6×5.8=15.08 mL=4.5 D1=4.5×5.8=26.10 mB5=2.72 D1=2.72×5.8=15.776 mD4=1.35 D1=1.35×5.8=7.83 mh4=1.35 D1=1.35×5.8=7.83 mh6=0.675 D1=0.675×

4、5.8=7.83 mL1=1.82 D1=1.82×5.8=10.556 mhS=1.22 D1=1.22×5.8=7.076 m圖1-2 混流式水輪機(jī)尾水管由于跨度大要加設(shè)支墩，尺寸計(jì)算如下：b5=（0.10.15）B5 得 b5=（1.57762.3664）m 取 b5=1.9 mR =(36) b 得 R=(36)×1.9=(5.711.4) 取 R=8.6 m=(0.20.3)b 得=0.30.3×1.9=(0.380.57) 取 =0.5mL1.4D1 得L1.4×5.8 即L8.12m1.1.2 蝸殼層控制尺寸的確定由文獻(xiàn)查得ns=

5、230 m·kw 參考水電站動(dòng)力設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)P145圖 1-3 蝸殼控制尺寸蝸殼層尺寸由混流式水輪機(jī)控制尺寸計(jì)算公式查得：這里D2為轉(zhuǎn)輪直徑 D2=5.8mD2D3=10.96+0.00038ns D3=5.81(0.96+0.00038×230)=6074.92mmD1D3=0.4+94.5ns D1=6.07492×0.4+94.5230=4926.30mmH1D3=0.094+0.00025ns H1=6.07492×0.094+0.00025×230=920.4mm當(dāng)110ns350時(shí) H2D3=1/（3.16-0.0013ns） H2

6、=2.1234mAD3=1.2-19.56/ns A=1.2-19.56230×6074.92=6773.27mmBD3=1.1+54.80/ns B=1.1+54.80230×6074.92=8129.83mmCD3=1.32+49.25/ns C=1.32+49.25230×6074.92=9319.72mmDD3=1.5+48.8/ns D=1.5+48.8230×6074.92=10401.32mmED3=0.98+63.6/ns E=0.98+63.6230×6074.92=7633.27mmFD3=1+131.4/ns F=1+13

7、1.4230×6074.92=9545.55mmGD3=0.89+96.5/ns G=0.89+96.5230×6074.92=7955.50mmHD3=0.79+81.75/ns H=0.79+81.75230×6074.92=6958.42mmID3=0.1+0.00065ns I=0.1+0.00065×230×6074.92=1515.69mmLD3=0.88+0.00049ns L=0.88+0.00049×230×6074.92=6030.57mmMD3=0.6+0.000015ns M=0.6+0.000015

8、×230×6074.92=3665.91mm則蝸殼層在L+x和L-x方向的控制尺寸為：L+x=B+A2+1 1蝸殼外部混凝土厚度1.21.5m 這里取1=1.4m得：L+x=8129.83+6773.272+1400=12916.465mm=12.92mL-x=C+1=9319.72+1400=10719.72mm=10.72m1.1.3 發(fā)電機(jī)層控制尺寸的確定 由公伯峽水電站發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速125 r/min，5臺(tái)機(jī)組單機(jī)容量300mw，查水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)水利機(jī)械p166表3-11選擇水輪機(jī)發(fā)電機(jī)型號(hào)為SF300-48/1230,該電機(jī)為懸式機(jī)組，磁極24對(duì)。根據(jù)該手冊(cè)p

9、159估算水輪發(fā)電機(jī)主要尺寸如下：圖1-4 懸式水輪發(fā)電機(jī) 發(fā)電機(jī)極距 ： =Kj4Sf2PcmKj系數(shù)一般為810; 這里取Kj=9P磁極對(duì)數(shù) 根據(jù)已查的發(fā)電機(jī)型號(hào)可知P=24Sf發(fā)電機(jī)額定容量 Sf=343000則=Kj4Sf2Pcm=9×434300002×24=82.747cm=0.8275m 定子內(nèi)徑Di ： Di=2P=2×24×0.8275=12.644m 定子鐵芯長(zhǎng)度 Lt=SfCDi2ne=3430007×10-6×12.64442×125=2.452m Lt=2.4520.8275=2.96 1Lt/3

10、通風(fēng)好且發(fā)電機(jī)效率高 定子鐵芯外徑Da：由發(fā)電機(jī)型號(hào)：SF300-48/1230可得定子鐵芯外徑為Da=12.3m 定子機(jī)座外徑D1：ne136.4 rpm D1=1.14Da 136.4ne214 rpm D1=1.18Da 214ne300 rpm D1=1.20Da 300ne500 rpm D1=1.25Da ne500 rpm D1=1.30Da由公伯峽水電站ne=125r/min 即 ne136.4 rpm 得：D1=1.14Da=1.14×12.3=14.022m 風(fēng)罩內(nèi)徑D2： Sf20000KVA D2=D1+2.0m Sf>20000KVA D2=D1+2.

11、4m由于公伯峽水電站 Sf=343000>20000 即 D2=D1+2.0m=14.022+2.4=16.422m 轉(zhuǎn)子外徑D3： D3= Di-2 單邊空氣間隙 初步計(jì)算可忽略不計(jì) 得D3=Di=12.644m 下機(jī)架最大跨度D4：D4=D5+1.2m=8.12+1.2=9.32m D5為水輪機(jī)機(jī)坑直徑 由于公伯峽水電站轉(zhuǎn)輪直徑為5800mm， 由水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)p162表3-6查得D5=8.12m 推力軸承外徑D6和勵(lì)磁機(jī)外徑D7：推力軸承外徑D6和勵(lì)磁機(jī)外徑D7，可根據(jù)發(fā)電機(jī)容量由水電站動(dòng)力設(shè)備手冊(cè)p162表3-7查得：推力軸承外徑D6=5m，勵(lì)磁機(jī)外徑D7=3.6m 定子機(jī)座

12、外徑h1：由于125ne214 rpm 即h1=Lt+2+200mm=2.452+2×0.8275+0.2=4.307m 上機(jī)架高度h2: 懸式承載機(jī)架：h2=0.25Di=0.25×12.664=3.161m 推力軸承高度h3、勵(lì)磁機(jī)高度h4、副勵(lì)磁高度h5、永磁極高度h6可查水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)水利機(jī)械p163表3-8選取由于Sf=34300020000 則：推力軸承高度h3=2000mm 勵(lì)磁機(jī)高度h4=2400mm副勵(lì)磁高度h5=1200mm永磁極高度h6=900mm 下機(jī)架高度h7：懸式非承載機(jī)架：h7=0.12Di=0.12×12.644=1.51728

13、m 定子支座支撐面至下機(jī)架支撐面或下?lián)躏L(fēng)板之間的距離h8： 懸式非承載機(jī)架：h8=0.15Di=0.15×12.644=1.8966m 下機(jī)架支撐面至主軸法蘭底面之間的距離h9：按已生產(chǎn)的發(fā)電機(jī)統(tǒng)計(jì)資料一般為7001500mm，這里取h9=1400mm 轉(zhuǎn)子磁軛軸向高度 h10：無(wú)風(fēng)扇時(shí)h10=Lt+500600mm=2.452+0.60=3.052m 發(fā)電機(jī)主軸高度h11： h11=（0.70.9)HH為發(fā)電機(jī)總高度，即由主軸法蘭底面至發(fā)電機(jī)頂部的高度 由發(fā)電機(jī)總表可查H=10890mm，所以 h11=0.9×10.890=9.801mL+x=L-x=3/2+b/2+3=

14、16.022/2+3.5/2+0.35=10.111m式中： 3發(fā)電機(jī)風(fēng)罩內(nèi)徑 3=16.022m b這里取b=3.5m 3發(fā)電機(jī)風(fēng)罩壁厚取0.35m1.1.4 綜合分析1) 機(jī)組段長(zhǎng)度L1的確定:機(jī)組段長(zhǎng)度按尾水管層、蝸殼層和發(fā)電機(jī)層三者中的最大值確定即 L1=L+max+L-max=12.92+10.72=23.64m 2) 端機(jī)組段附加長(zhǎng)度L的確定:根據(jù)水電站動(dòng)力設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)p375可得 L=0.21.0D1=0.8×5.8=4.64m (D1為轉(zhuǎn)輪直徑5.8m)3) 安裝間長(zhǎng)度L2的確定：安裝間長(zhǎng)度一般約為機(jī)組段長(zhǎng)度L1的1.01.5倍，對(duì)混流式機(jī)組采用偏小之 這里取1.2倍

15、 得：L2=1.2L1=1.2×23.64=28.368m4) 主廠房總長(zhǎng)度L: L=nL1+L2+L=5×23.64+28.368+4.64=151.208m 1.1.5 廠房寬度B的確定:以機(jī)組中心線為界，公伯峽水電站廠房總寬度B可分為上游側(cè)寬度Bs和下游側(cè)寬度Bx兩部分,即：B=Bs+ Bx這兩部分計(jì)算如下： 上游側(cè)寬度Bs：Bs=32+3+A式中：3發(fā)電機(jī)風(fēng)罩內(nèi)徑，3=16.022m； 3發(fā)電機(jī)風(fēng)罩壁厚，3=0.35m；A 風(fēng)罩外壁至上游側(cè)墻內(nèi)側(cè)的凈距，A取4m。 因此可知 Bs=32+3+A=16.0222+0.35+4=12.361m 下游側(cè)寬度Bx： Bx除了

16、滿足上式外，還需要滿足蝸殼在-y方向的尺寸和蝸殼外混凝土厚度的要求。對(duì)于發(fā)電機(jī)層：Bx=32+3+A=16.0222+0.35+3=11.361m式中：A風(fēng)罩外壁至上游側(cè)墻內(nèi)側(cè)的凈距，A取3m。對(duì)于蝸殼層寬度尺寸：Bs=E+1=7.633+1.4=9.033m 取Bs=12.5mBx=D+1=10.401+1.4=11.801m 取Bx=12m則：B=Bs+ Bx=12.5+12=24.5m 由于滿足起重機(jī)的安裝各延伸0.5m因此 B=25.5m1.2 立面尺寸的確定 廠房各層的高程，主要有主廠房基礎(chǔ)開(kāi)挖高程、機(jī)組安裝高程、水輪機(jī)層地面高程、發(fā)電機(jī)層地面高程、吊車(chē)軌道頂?shù)母叱?、廠房頂?shù)母叱痰龋?/p>

17、 各層高程的確定。1.2.1 水輪機(jī)安裝高程T的確定: 已知T=1891.9m1.2.2 主廠房基礎(chǔ)開(kāi)挖高程F的確定: 主廠房基礎(chǔ)開(kāi)挖高程F=T-h3+h2+h1=T-h+h1=1891.9-15.08+1.4=1875.42mm 式中：h3水輪機(jī)安裝高程到尾水管出口頂面的距離 h2尾水管出口高度 h1尾水管底板混凝土厚度 取h1=1.4m1.2.3 水輪機(jī)層底面高程1的確定:水輪機(jī)層底面高程1=T+L2+h41=T+L2+h4式中：h4蝸殼頂部的混凝土層高度h4=1.4m L蝸殼進(jìn)口段高度L=6030.57mm=6.03m因此: 1=T+L2+h4=1891.8+6.032+1.4=1896

18、.315m1.2.4 發(fā)電機(jī)裝置高程G的確定：發(fā)電機(jī)裝置高程G=T+h5+h6式中：h5發(fā)電機(jī)機(jī)墩進(jìn)人孔高度 h5=2m h6進(jìn)人孔頂部混凝土高度 h6=1.0m因此：G=T+h5+h6=1896.315+2+1=1899.315m1.2.5 發(fā)電機(jī)層樓板高程2的確定：發(fā)電機(jī)層樓板高程2=h+G式中：h定子支撐面到發(fā)電機(jī)層地面高程，由水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)p169續(xù)表查得h=6.57m因此：2=h+G=6.57+1891.9=1905.885m1.2.6 起重機(jī)安裝高程C的確定：(1) 主廠房起重機(jī)的選擇查水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)水利機(jī)械（1）P299可得，起重機(jī)的選擇一般可按以下原則初步選?。篴) 當(dāng)

19、最重吊運(yùn)件的重量小于100 噸，機(jī)組臺(tái)數(shù)小于4 臺(tái)時(shí)，選用一臺(tái)單小車(chē)橋式起重機(jī)；機(jī)組臺(tái)數(shù)多于5 臺(tái)，選用兩臺(tái)單小車(chē)橋式起重機(jī)。b) 當(dāng)最重吊運(yùn)件的重量為100-600 噸，機(jī)組臺(tái)數(shù)小于4 臺(tái)時(shí)，選用一臺(tái)雙小車(chē)或單小車(chē)橋式起重機(jī)；機(jī)組臺(tái)數(shù)多于5 臺(tái)時(shí)，因機(jī)組安裝檢修時(shí)吊運(yùn)任務(wù)繁重，此時(shí)若用一臺(tái)雙小車(chē)橋式起重機(jī)，則應(yīng)另設(shè)一臺(tái)起重量較小的單小車(chē)橋式起重機(jī)供輔助吊運(yùn)之用。或選用兩臺(tái)起重量各為最重吊運(yùn)件一半的單小車(chē)橋式起重機(jī)。c) 當(dāng)最重吊運(yùn)件的重量大于600 噸時(shí)，可選用一臺(tái)或兩臺(tái)單小車(chē)橋式起重 機(jī)。(2) 重量估算查水電站動(dòng)力設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)P31計(jì)算公式得：a) 水輪機(jī)總重量G（t）估算G=KD1aH

20、b式中：K、b與水頭有關(guān)的系數(shù)，可從表1-15、表1-16查得; a與水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑有關(guān)的系數(shù)，可從表1-15、表1-16查得;由于公伯峽水電站設(shè)計(jì)水頭99.3m，轉(zhuǎn)輪直徑5.8m，因此這里K取8.1 ，b=0.16，a=2.16 G=KD1aHb=8.1×5.82.16×99.30.16=753.4 tb) 轉(zhuǎn)輪重量估算：混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪重量GHLt=0.5+0.025（10-D1）D13=0.5+0.025×（10-5.8）×5.83=118.04 tc) 發(fā)電機(jī)重量估算查水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)P166表3-11得：發(fā)電機(jī)GF=1520 t 轉(zhuǎn)子GZ=7

21、89.4 t 定子Gd=450 t 根據(jù)以上數(shù)據(jù)，查水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)P334表3-17，選擇兩臺(tái)主鉤400 副鉤100的單小車(chē)橋式起重機(jī) ，配合廠房寬度尺寸，其跨度取23m（起重機(jī)跨度不符合標(biāo)準(zhǔn)尺寸時(shí)，可按每隔0.5m選?。?起重機(jī)及平衡梁繪圖尺寸及各參數(shù)如下：a) 間隙距離查水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)P308得：起重機(jī)端梁最外端與上下游墻的內(nèi)側(cè)距離一般應(yīng)不小于700mm，由水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)P334得軌道中心至起重機(jī)外端距B1=450mm，則起重機(jī)外端距上下游墻的內(nèi)側(cè)距離共為：25.5-0.45×2-23=1.6m，取起重機(jī)外端距上下游墻各位0.8m，符合要求。b) 起重機(jī)尺寸查水電站機(jī)

22、電設(shè)計(jì)手冊(cè)P334表7-17和P329圖7-35可得： 主鉤起升高度：26 m 副鉤起升高度：35 m 起重機(jī)小車(chē)重：113 t 起重機(jī)總重： 218 t 小車(chē)軌距LT: 5500 mm 起重機(jī)最大寬度B：10380 mm 小車(chē)長(zhǎng)度B1: 8400 mm 軌道面至起重機(jī)頂端距離H：6400 mm 軌道面至緩沖距離H1: 1200 mm 吊鉤至軌道中心距離: (主鉤) L1=3200 mm L3=4800 mm （副鉤）L2=5650 mm L4=2350 mmc) 平衡梁尺寸單小車(chē)橋式起重機(jī)配用的平衡梁外形尺寸查水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)P305表7-7可得：L=12100 mm L1=10500 mm H=2600 mm h1=500 mmh2=686 mm S=120 mm B=3000 mm b1=600 mm=40 mm D=320 mm b2=360 mm L2=1300 mmh3=1300 mmd) 吊物范圍a. 橫向： 阻進(jìn)器的選定 選用A型阻進(jìn)器，阻進(jìn)器寬600mm，則吊物范圍與廠房上下游墻壁距離為：0.6+B2=0.6+10.382=5.79 mb. 縱向：用主