某水電站廠房計(jì)算書

1、水電站廠房第一節(jié) 幾種水頭的計(jì)算(1)Hmax=Z蓄Z單機(jī)滿出力時(shí)下游水位Hr= Z蓄Z全機(jī)滿出力時(shí)下游水位Hmin=Z底Z全機(jī)滿出力時(shí)下游水位一、Hmax的計(jì)算。1 假設(shè)Hmax=84m 由公式Nr=K Q H 公式中 Nr為單機(jī)出力50000KW K 為出力系數(shù)8.5 H 為凈水頭=H0H=0.97H0 (H=0.03H0) Q 為該出力下的流量。 故解出Q=70.028m3/s查下游流量高程表得下游水位為198.8m 上游水位為284m H=0.03 (284198.8)=2.6m又因?yàn)?84842.6= 197.4 2 重新假設(shè)Hmax=83m由公式Nr=K Q H解出Q=70.87m

2、3/s查下游流量高程表得下游水位為199.3m 上游水位為284m H=0.03 (284199.3)=2.5m又因?yàn)?84832.5=198.5 故Hmax=83m二、Hmin的計(jì)算。1 假設(shè)Hmin=60m 由公式Nr=K Q H 公式中 Nr為全機(jī)出力200000KW K 為出力系數(shù)8.5 H 為凈水頭=H0H=0.97H0 (H=0.03Ho) Q 為該出力下的流量。 故解出Q=392.16m3/s查下游流量高程表得下游水位為203.50m 上游水位為264m H=0.03 (264203.50)=1.80m又因?yàn)?64601.80=202.20< 203.50 2 重新假設(shè)Hm

3、in=59m由公式Nr=K Q H解出Q=398.80m3/s查下游流量高程表得下游水位為203.58m 上游水位為264m H=0.03 (264203.58)=1.77m又因?yàn)?64591.77=203.23 = 203.58故Hmin=59m三、Hr的計(jì)算。1 假設(shè)Hr=70m 由公式Nr=K Q H 公式中 Nr為全機(jī)出力200000KW K 為出力系數(shù)8.5 H 為凈水頭=H0H=0.97H0 (H=0.03Ho) Q 為該出力下的流量。 故解出Q=336.13m3/s查下游流量高程表得下游水位為203.40m 上游水位為284m H=0.03 (284203.40)=2.10m又因

4、為284702.10=211.90 > 203.40 2 重新假設(shè)Hr=78m由公式Nr=K Q H解出Q=301.66m3/s查下游流量高程表得下游水位為203.33m 上游水位為284m H=0.03 (284203.33)=2.34m又因?yàn)?84782.34=203.66 = 203.33故Hr=78m第二節(jié) 水輪機(jī)的選型(7)根據(jù)該電站的水頭范圍和該機(jī)組的出力范圍，在水輪機(jī)系列型譜表中查出該電站最好選擇HL220機(jī)型。一、水輪機(jī)的額定出力計(jì)算。Nr = Ngr / 公式中Ngr為水輪機(jī)額定出力。 為水輪機(jī)效率為90%。Nr 為水輪機(jī)出力為55430KW。 故Ngr為5.543萬(wàn)K

5、W二、水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑的計(jì)算。 為水輪機(jī)模型效率為89%。 為該出力下模型的流量。由此初步假定原型水輪機(jī)在該工況下 ,效率 由公式： 得 又因?yàn)檗D(zhuǎn)輪直徑應(yīng)選符合轉(zhuǎn)輪直徑系列并比計(jì)算值稍大的值故為2.75m。三、水輪機(jī)轉(zhuǎn)速n的計(jì)算。 初步假定 （對(duì)于壩后式水電站）由公式 又因?yàn)樗啓C(jī)的轉(zhuǎn)速要采用發(fā)電機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速，為此要選取與上述公式得出的轉(zhuǎn)速相近的發(fā)電機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速。常選取稍大的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速作為水輪機(jī)采用的轉(zhuǎn)速。故為250 r/min。又因?yàn)楫?dāng)n = 250 r/min 時(shí)水輪機(jī)的效率比較低，故選取比標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速稍小的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速。故選取n = 214 r/min。四、效率與單位參數(shù)修正。HL220-2750的

6、 求得原型（當(dāng)水頭H150m時(shí)效率修正值：考慮原型與模型水輪機(jī)在制造工藝、質(zhì)量上的差異，在已求得的值中減去一個(gè)修正值則由此原型水輪機(jī)在最優(yōu)工況下的效率為: 與假定值不等，重新假定。 重新假定： ,效率 得 又因?yàn)檗D(zhuǎn)輪直徑應(yīng)選符合轉(zhuǎn)輪直徑系列并比計(jì)算值稍大的值故為2.75m。 HL220-2750的 求得原型（當(dāng)水頭H150m時(shí)效率修正值：考慮原型與模型水輪機(jī)在制造工藝、質(zhì)量上的差異，在已求得的值中減去一個(gè)修正值則由此原型水輪機(jī)在最優(yōu)工況下的效率為 與假定值相等。 單位轉(zhuǎn)速修正值： 由于 按規(guī)定單位轉(zhuǎn)速可不加修正，同時(shí)單位流量Q也可不修正，由上可見(jiàn)，原假定，正確，所以為2.75m和n = 214

7、 r/min是正確的。五、水輪機(jī)工作范圍的檢驗(yàn)。則水輪機(jī)最大引用流量：與特征水頭Hmax，Hmin,Hr相應(yīng)單位轉(zhuǎn)速為：效率驗(yàn)證如圖： 六、水輪機(jī)吸出高度Hs的計(jì)算。Hs = 10/900（ +）H公式中為電站的海拔高程為203.79m。（由多年平均流量Q=100秒立方米） 為水輪機(jī)的汽蝕系數(shù)為0.133。 為水輪機(jī)的汽蝕系數(shù)修正值為0.02。第三節(jié) 發(fā)電機(jī)的選型一、 發(fā)電機(jī)的外型尺寸。n=214r/min>150r/min 故采用懸式發(fā)電機(jī)。1 主要尺寸估算極距： （查表32得 查水電站表58得p=14）(2).定子內(nèi)徑：（3）.定子鐵芯長(zhǎng)度：（4）.定子鐵芯外徑：因n=214r/mi

8、n>166.7r/min有2 平面尺寸估算定子機(jī)座外徑：因n=214r/min>166.7r/min，有風(fēng)罩內(nèi)徑：因 轉(zhuǎn)子外徑：下機(jī)架最大跨度：因 （查表 ）推力軸承外徑和勵(lì)磁機(jī)外徑：根據(jù)發(fā)電機(jī)容量查表得：取3 軸向尺寸的計(jì)算定子機(jī)座高度：因n=214r/min 上機(jī)架高度：推力軸承高度、勵(lì)磁機(jī)高度和永磁機(jī)高度：查表得： 取下機(jī)架高度：懸式非承載機(jī)架：定子支座支承面至下機(jī)架支承面或下?lián)躏L(fēng)板之間的距離：懸式非承載機(jī)架：下機(jī)架支承面至主軸法蘭盤之間的距離：轉(zhuǎn)子磁軛軸向高度：無(wú)風(fēng)扇：發(fā)電機(jī)主軸高度：定子鐵芯水平中心線至主軸法蘭底盤之間的距離：二、發(fā)電機(jī)的重量估算1 發(fā)電機(jī)總重：2 發(fā)電機(jī)

9、轉(zhuǎn)子重：3 發(fā)電機(jī)飛輪力矩：因100r/min<n<375r/min 取二、 輪機(jī)蝸殼外型尺寸的計(jì)算由于，因此采用金屬蝸殼。查資料得：蝸殼外緣至機(jī)組中心的距離2.08×2.75=5.721.86×2.75=5.1151.58×2.75=4.3451.24×2.75=3.41蝸殼圓斷面半徑0.64×2.75=1.760.54×2.75=1.4850.4×2.75=1.10.34×2.75=0.935蝸殼橢圓斷面長(zhǎng)半徑0.64×2.75=1.760.54×2.75=1.4850.4

10、15;2.75=1.10.34×2.75=0.935蝸殼橢圓斷面短半徑-0.2×2.75=0.55蝸殼進(jìn)口直徑：（查表得）蝸殼斷面長(zhǎng)：蝸殼斷面高：金屬蝸殼座環(huán)尺寸：查表得：第四節(jié) 調(diào)速系統(tǒng)(7)一、調(diào)速器的選擇調(diào)速功計(jì)算： 水輪機(jī)在該工況的效率 屬于大型調(diào)速器。二、接力器選擇1 接力器直徑的計(jì)算采用標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)用兩個(gè)接力器操作選用額定油壓為4.0Mpa 已知導(dǎo)葉數(shù) ，采用標(biāo)準(zhǔn)正曲率導(dǎo)葉，查表64取為0.03，=0.25。選用與之偏大的2 接力器的最大行程的計(jì)算在HL220模型綜合特性曲線上由設(shè)計(jì)工況點(diǎn)： 查得 又 則3 接力器容積的計(jì)算兩個(gè)接力器總?cè)莘e4 主配壓閥直徑的選擇

11、由公式：得取與之偏大的d=80mm即選用DT-80型電氣液壓式調(diào)速器。三、油壓裝置的選取油壓裝置不考慮空放閥和進(jìn)水閥的用油，則油壓裝置壓力油罐的容積按經(jīng)驗(yàn)公式：選擇與之接近偏大的HYZ-1.6型分離式油壓裝置。四、主變的選取采用擴(kuò)大單元接線，兩臺(tái)機(jī)組共用一臺(tái)主變，參考水電站廠房設(shè)計(jì)附錄16，選用SSPL-10000型主變五、起重設(shè)備參考機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子重量：182.85T 乘以動(dòng)力系數(shù)1.2：182.85×1.2=219.42T選用2×125雙小車橋式起重機(jī)。第五節(jié) 尾水管的選型由于采用HL220型，因此，所以：hLB5D4h4h6L1h52.6D14.5D12.7

12、2D11.35D11.35D10.675D11.82D11.22D17.15m12.375m7.48m3.7125m3.7125m1.856m5.005m3.355m肘管進(jìn)口直徑D3： 對(duì)于混流式水輪機(jī)，h1=0.05577m，h2=0.06971m，h3=0.1m，第六節(jié) 廠房尺寸的確定(3) 一、機(jī)組段平面尺寸的確定。的確定。1 主廠房長(zhǎng)度的確定。（1）機(jī)組間距L1:由發(fā)電機(jī)風(fēng)罩確定的機(jī)組段長(zhǎng)度L1:L1=+B+2=8.92+4.2+2×1.5=14.12(m)所以取L1:為14.2米。（2） 機(jī)組段長(zhǎng)度L2:計(jì)算邊機(jī)組段長(zhǎng)度的時(shí)候需要考慮設(shè)備的布置和吊運(yùn)的要求。由經(jīng)驗(yàn)公式得：L

13、2= L1+L=14.2+0.8×2.75=16.4(m) 式中L=(0.2-1)D（3） 裝間長(zhǎng)度L3:根據(jù)吊運(yùn)與機(jī)組檢修等的布置要求，由經(jīng)驗(yàn)公式得L3=（1-1.5）L1所以取L3:為19米。所以廠房的總長(zhǎng)為3 L1+ L2+ L3=3×14.2+16.4+19=78米。2 主廠房寬度的確定。（1） 廠房水下部分寬度的確定: 下游側(cè)寬度B1: B1主要決定于下游尾水管的尺寸，故B1=4.5×D1=12.375m。取B1:為12.4m。 上游側(cè)寬度B2: B1主要決定于蝸殼進(jìn)口的布置、主閥、機(jī)組及其他附屬設(shè)備的布置，為了方便取與廠房水上部分上游側(cè)的寬度相同為：8

14、.3m。（2） 廠房水上部分寬度的確定: 下游側(cè)寬度B1:B1主要決定于發(fā)電機(jī)層地面的設(shè)備的布置及交通要求。B1=8.92÷2+1.5+1.2=7.16m。取B1為7.2m。 上游側(cè)寬度B2:B2主要決定于發(fā)電機(jī)層地面的設(shè)備的布置及交通要求。B2=8.92÷2+1.5+1+1.2=8.16m。取B1為8.3m。二、尾水平臺(tái)及尾水閘室的布置。 尾水管的出口分為兩個(gè)孔，每孔的尺寸為3.29m×3.34m，中間隔墩寬為0.9m。尾水閘門尺寸為3.49m×3.54m，每臺(tái)機(jī)組各設(shè)一套閘門，分別以四臺(tái)電動(dòng)活動(dòng)式尾水閘門起閉機(jī)操作。在每臺(tái)機(jī)組的尾水閘墩上分別設(shè)置兩個(gè)

15、尾水閘室，分別放置尾水閘門。 根據(jù)吊運(yùn)閘門和行人交通的需要，以及尾水管的長(zhǎng)度，設(shè)置尾水平臺(tái)，高程與發(fā)電機(jī)層地面高程相同為：210.23m三、主廠房控制高程的確定。1 水輪機(jī)的安裝高程：因?yàn)橐慌_(tái)機(jī)組滿發(fā)時(shí)引用最小流量為70.87m3/s,對(duì)應(yīng)的水位即為下游尾水位：水輪機(jī)安裝高程：取為200m2 尾水管底板高程： 1=3b0÷2h1=2000.6875÷27.15=192.3873 尾水管進(jìn)人孔地面高程： 2=3r1h2=2004.41.8=193.68(m)4 水輪機(jī)層地面高程： 4=3+r2+h3=200+1.8425+1.2=203(m)5 發(fā)電機(jī)定子安裝高程： D=4+

16、h4+h5=203+2+1=206(m)6 發(fā)電機(jī)層地面高程： 5=D+ h6=206+4.23=210.23(m)7 安裝間地面高程：根據(jù)下游洪水資料及廠房的施工等需要將安裝間高程相對(duì)發(fā)電機(jī)地面高程抬高H為4.77。所以安裝間高程為6=5+H=210.23+4.77=215(m)8 吊車軌頂高程： 7=6+ hmax+ h7+c+ h8=215+7.88+0.2+0.8+1.895=225.775(m) 所以取7為225.78米。9 屋頂大梁底部高程： 8=7+h+ h9+ h10 =225.78+0.2+1.8+1.2=228.98(m) 所以取8為229米。10 廠房屋頂高程：以上高程都

17、已經(jīng)確定所以廠房屋頂高程可取為230米。第七節(jié) 廠房的整體穩(wěn)定分析(2)為了便于計(jì)算荷載，廠房的整體穩(wěn)定分析按一個(gè)機(jī)組段進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算方法與混凝土重力壩的穩(wěn)定分析相同。通過(guò)計(jì)算確定廠房整體的抗滑穩(wěn)定性和地基上的應(yīng)力是否超過(guò)允許值，而且一般不允許出現(xiàn)拉應(yīng)力。由于廠房的寬度較大，一般不需要進(jìn)行廠房?jī)A倒穩(wěn)定性的校核。一、荷載計(jì)算。1 廠房自重：(a)一期混凝土自重：A1 尾水管周圍混凝土自重：W1=(12.375+8.2)×(3.712+3.387)×14.20.5×(3.355+1.85625)×7.37×7.481.85625×5.0

18、05×7.48(90÷360)×3.14×3.7122×7.48=24539.94KN 柱子自重： W2=0.8×1.2×34×6×24=4700.16KN 尾水平臺(tái)混凝土自重：W13=(12.47.2)×(205.9225192.387)×14.21×4×7.487.4813×(205.9225192.387)×4×24=18133.55KN 所以A1= W1+ W2+ W3=47373.5KN(b)二期混凝土自重：A2蝸殼周圍混凝土

19、自重：W4=13.0375×13.2105×14.23.14×(4.42÷4)×13.2105(2.752÷4)×3.14×13.0375×24=52020.65KN各層樓板自重：W5=15.4×0.4×14.2×24×2=4198.656KN所以A2= W4+ W5=56219.306KN2 已安裝的機(jī)電設(shè)備重：A3 發(fā)電機(jī)總重：W6=3657KN水輪機(jī)總重：W7=284KN所以A3= W6+ W7=3941KN3 上游水壓力：A4 A4=0.25×3.

20、14×5×5×9.81×5×5=4808.175KN4 下游水壓力：A5 A5=0.5×10×23.45×23.45×14.2=39043.0775KN5 上浮力：A6 A6=(23.45+70.34)×3×0.5+956.76×14.2=24074.964KN 6 蝸殼和尾水管中水重：A7 A7=(2.75×2.75÷4)×3.14×3.14×(5.722.75)×2×10=1118.45KN 7 特殊風(fēng)

21、荷載：A8P=K·Kz·W0=0.8×1.0×76.8=61.44kg/m2A8=14.2×(229.975218.45)×61.44=10054.96N=10.05496KN8 浪壓力荷載：A9 A9=79.87KN9 地震慣性力：A10 A10=Kh·Cz·F·W=0.1×0.25×1.1×107533.806=2957.18KN10 地震時(shí)水的激蕩力：A11 A11=0.65Kh·Cz·0·H12·L=0.65×0.1&

22、#215;0.25×10×23.452×14.2=1268.9KN 二、荷載組合。 在計(jì)算設(shè)計(jì)中應(yīng)該對(duì)各種不同的工作情況，按照不同的荷載組合校核廠房的抗滑穩(wěn)定性和地基應(yīng)力分布。1 在水電站正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況時(shí)的荷載組合為：2 在水電站機(jī)組檢修的情況時(shí)的荷載組合為： 3 在大壩宣泄洪水時(shí)的非常情況時(shí)，泄洪時(shí)間較短，特殊風(fēng)荷載可以不考慮，其荷載組合為： 四、計(jì)算方法與原則。 在上面可能發(fā)生的幾種荷載組合中，要要首先進(jìn)行分析和論證，找出主要控制情況進(jìn)行計(jì)算。該廠房是建在比較好的地基上的，地基的承載力較好，計(jì)算1種情況后發(fā)現(xiàn)所要求的地基應(yīng)力比地基承載力小得多時(shí)，亦可以不必對(duì)每一種情況都進(jìn)行計(jì)算。五、該電站的地基承載能力及廠房抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。 由于廠房建在新鮮完整的堅(jiān)硬巖石地基上，允許的承載力較大為：2-10MP 廠房抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)查資料如下：（一級(jí)建筑物等級(jí)） 正常運(yùn)行工況下：K=1.4 檢修工況下：K=1.3 非常工況下：K=1.1六、廠房的抗剪斷強(qiáng)度驗(yàn)算： 所以 滿足要求