水電站課程設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上目錄專心-專注-專業(yè)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(wèn)題的能力；通過(guò)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(wèn)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(wèn)題及運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)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(shuō)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、

2、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(guò)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440.60m1.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(jiàn)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：Hm

3、ax =39.00m, Hmin=28.00m,加權(quán)平均水頭Ha=33.00m二、水輪機(jī)選型2.1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28.00m39.00m，根據(jù)水頭范圍從水輪機(jī)系列型譜中查得軸流式ZZ440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)。2.2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(jiàn)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Q

4、1M'=1.24m3/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'=1.24m3/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'水輪機(jī)單位流量 查得Q1'=1240L/s=1.24Hr設(shè)計(jì)水頭，對(duì)于壩后式水電站Hr=（0.90.95）Ha，取Hr=0.95Ha=0.95×33.0=31.35mPr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=0.920.95，Pr=Pe/g=25000/2/0.95=13158kW

5、代入式中得D1=Pr9.81××Q1'×Hr32=.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=72×332.75 =150.4r/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33.00mD1采用選用的標(biāo)準(zhǔn)直徑D1=2.75m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

6、（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)=0.944效率修正值=max-Mmax-1-2=0.944-0.92-0.01=0.014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+=0.904+0.014=0.918可見(jiàn)，與計(jì)算轉(zhuǎn)輪直徑時(shí)所假定的原型

7、水輪機(jī)在限制工況下的效率相符。說(shuō)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+ =0.92+0.014=0.934由上兩式得 n1'n10M'=(maxMmax-1)=0.9340.92-1=0.87%因n1'<

8、;0.03n10M'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 Pr=9.81Q1'D12HrHr導(dǎo)出最大單位流量Q1max計(jì)算式(限制工況下的Q1')Q1max'=Pr9.81D12HrHr =.81×2.752×31.35×

9、;31.35×0.918=1.101m3/s<1.24m3/s 則水輪機(jī)的最大引用流量為Qmax=Q1max'D12Hr=1.101×2.752×31.35=46.62m3/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=77.96 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Q1

10、max'、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(shuō)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=73.67r/min, Q1max'=1101L/s，查圖3-21得=0.197，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-（0.195+0.035)×31.35=2.30(m）-4.0m 說(shuō)

11、明HL240水輪機(jī)方案的吸出高度滿足電站要求。2.2.2 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(guò)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'=1.65m3/s，空蝕系數(shù)=0.72.在空蝕系數(shù)修正曲線圖2-28查的=0.04。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

12、況下的單位轉(zhuǎn)速=115r/min,查圖2-2可知，對(duì)應(yīng)與工況點(diǎn)（=115r/min,=0.396)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=.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D1=2.75m2.選擇額定轉(zhuǎn)速n0n=n1'HD1=115×332.75 =240.23r/min查表3-13， 選用與之相近而偏大的同步轉(zhuǎn)速

13、n0=250 r/min。3.效率及單位參數(shù)修正由表2-2查得ZZ440水輪機(jī)試驗(yàn)水頭=3.5m,模型轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱直徑=0.46m。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(jiàn)下表葉片轉(zhuǎn)角-10°-5°0°+5°+10

14、6;+15°84.988.088.888.387.286.089.591.692.291.991.190.2-4.63.63.43.63.94.23.62.62.42.62.93.2ZZ440水輪機(jī)效率修正值計(jì)算表 由表3-10查得ZZ440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)

15、原型水輪機(jī)效率為87.2%+2.4 %=89.6%與假定的89.7%相近。可見(jiàn)選用，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 =.81×2.752×31.35×31.35×0.896=1.13m3/s則水輪機(jī)的最大引用流量為Qmax=Q1max'D12Hr=1.13

16、15;2.752×31.35=47.85m3/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=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?jiàn)，工作范圍僅部分包含了該特性曲

17、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)=0.38。則對(duì)應(yīng)的水輪機(jī)的吸出高度為 Hs=10-900-+H=10-440.6900-0.38+0.04×31.35=-3.66m>-4.0m 故滿足電站要求。2.2.3 HL240型水輪機(jī)與ZZ440型水輪機(jī)兩種方案的比較 經(jīng)過(guò)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)25452036

18、2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)0.1950.046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)2.752.758轉(zhuǎn)速1502509最高效率max（%）91.891.410額定出力P（kW)131581315811最大引用流量Q(m3/s)46.6247.8512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)

19、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1.選擇轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱直徑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6.25MW。由此可得該水輪機(jī)的額定功率Pr。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'=1.24m3/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'=1.24m3/s, 效率M=92

20、%.水輪機(jī)額定水頭 Hr=0.95Ha=0.9533.0=31.35mD1=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'=1240L/s=1.24Hr設(shè)計(jì)水頭 Hr=31.35mPr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=0.920.95Pr=Pe/g=25000/4/0.95=6579kW代入式中得D1=Pr9.81××Q1'×Hr32=65799.81×0.92×1.24×31.3532=1.83m,根據(jù)上式計(jì)算出的轉(zhuǎn)

21、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 =206.8r/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33.00mD1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=214.3r/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

22、-0.92)=0.940效率修正值=max-Mmax-1-2=0.944-0.92-0.01=0.01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+=0.904+0.01=0.914可見(jiàn)，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(shuō)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/Mma

23、x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+ =0.92+0.010=0.930由上兩式得n1'n10M'=(maxMmax-1)=0.9300.92-1=0.54%因n1'<0.03n10M'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

24、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Pr=9.81Q1'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/s<1.24m3/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=23.4m

25、3/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=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(shuō)明選定的D1、n是滿意的。圖2-1 HL

26、240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)工況參數(shù)：n1max' =214.3×2.00H=76.55r/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-（0.195+0.035)×31.35=2.30(m）-4.0m說(shuō)明HL240水輪機(jī)四臺(tái)方案的吸出高度滿足電站要求。通過(guò)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

27、的方案。三、水輪機(jī)蝸殼設(shè)計(jì)3.1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。3.2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(lái)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。3.3進(jìn)口斷面面積及尺寸的

28、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<3.2m時(shí)，上兩式取上限值；因?yàn)镈1=2.75m<3.2m；故Da=1.64×2.75=4.51m， Db=1.37×2.75=3.77m2.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

29、均流速：V0=KvHr，Hr =31.35m,根據(jù)圖2-6，查得Kv=0.9，則 V0=0.9×31.35=5.04m/s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(guò)流部件，其形式和尺寸在很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。4.2彎肘型尾水管主要尺寸的確定1.尾水管高度該

30、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），h2.6D1,取h=2.6D1=2.6×2.75=7.15m。2肘管型式=4.50L=4.5×2.75=12.375m=2.72=2.72×2.75=7.48m=1.35=1.35×2.75=3.71m=1.35=1.35×2.75=3.71m=0.678=0.678×2.75=1.86m=1.82=1.82×2.75=5.00m=1.220=1.220×2.75=3.355m查動(dòng)力設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)，得=

31、1.078=1.078×2.75=2.9645m=0.928=0.928×2.75=2.552m=0.054=0.054×2.75=0.1485m=0.16=0.16×2.75=0.44m=0.593=0.593×2.75=1.631m3.尾水管示意圖五、發(fā)電機(jī)外形尺寸5.1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××20=42cm 式

32、中 K1-系數(shù)，K1=9.012.5（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=535.5 cm（3）定子鐵芯長(zhǎng)度lt（cm）的計(jì)算lt=SnCDinN=×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

33、直徑D3D3=DiD3=5355上機(jī)架高度h2h2=0.25Dih2=1339下機(jī)架跨距D4D4=D5+500D4=4400高度h7h7=0.12Dih7=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=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=l

34、t+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+h6h14=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（）2=190.8tKG-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

35、設(shè)備的選擇根據(jù)轉(zhuǎn)子帶軸的重量為95.4t，選擇起重設(shè)備具體選擇見(jiàn)下表。六、廠房尺寸確定6.1主廠房長(zhǎng)度的確定主廠房的長(zhǎng)度由主機(jī)間和安裝間的長(zhǎng)度確定，而主機(jī)間的長(zhǎng)度則主要取決于機(jī)組臺(tái)數(shù)、機(jī)組段的長(zhǎng)度和邊機(jī)組的加長(zhǎng)，因此，主廠房的長(zhǎng)度L可以表達(dá)為L(zhǎng)=nL0+L邊+L安式中：n為機(jī)組臺(tái)數(shù)；L0為機(jī)組段長(zhǎng)度；L邊為邊機(jī)組段加長(zhǎng)；L安為安裝間長(zhǎng)度。 1. 發(fā)電機(jī)層 機(jī)組段長(zhǎng)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=8.76+2×0.3+

36、2=11.36m2. 蝸殼層 機(jī)組段長(zhǎng)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 =5.62+4.58+2×0.8=11.8m3. 尾水管層機(jī)組段長(zhǎng)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0.81.0m，大型機(jī)組可達(dá)2m。則L0 =7.48+2×0.8=9.08m 取三者中的最大值，即機(jī)組段長(zhǎng)度L0=11.8m4. 邊機(jī)組段加長(zhǎng)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

37、房的右端，則取大值L邊=1.0×2.75=2.75m5. 安裝間長(zhǎng)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=1.25×11.8=14.75m 綜上所述，主廠房的長(zhǎng)度L=nL0+L邊+L安=2×11.8+2.75+14.75=41.4m6.2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：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（

38、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+Bd=9.38+7.38=16.76m6.3主廠房各層高程的確定 1.水輪機(jī)安裝高程

39、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(guò)流量。確定設(shè)計(jì)尾水位的水輪機(jī)過(guò)流量電站裝機(jī)臺(tái)數(shù)水輪機(jī)過(guò)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為壓力管道直徑；h1為人的高度1.82.0m；壓

40、力管道直徑(彭德舒公式得)D=75.2Qmax3Hr=75.2×46.62331.35=4.01m 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。本次設(shè)計(jì)為巖質(zhì)基礎(chǔ)

41、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(guó)內(nèi)外已建電站的經(jīng)驗(yàn)采用，一般至少取0.81.0m,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+h7=439.

42、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)軌頂至小車頂面的凈空尺寸，

43、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(zhǎng)度為41.4m,設(shè)置6根連續(xù)梁?？玳L(zhǎng)為6.9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

44、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1380862.5，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

45、。5.設(shè)計(jì)原則及混凝土強(qiáng)度等級(jí)、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(zhǎng)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/m8.2垂直最大輪壓q=61.5×104N/m九、吊車梁內(nèi)力計(jì)算9.1彎矩計(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

46、=nql2+knPl=n×12.1×103×6.92+kn×61.5×104×6.9 =n+kn n,kn的取值見(jiàn)表9-19.2剪力計(jì)算根據(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=NV5=k5P-0.125ql=0.31×61.5×104-0.125×12.1

47、×6.9×103=NV10左=-0.625ql-k10左P=-0.625×12.1×6.9×103-1.29×61.5×104=-NV10右=0.625ql+k10左P=0.625×12.1×6.9×103+1.29×61.5×104=NRA=0.375ql+k0P=0.375×12.1×103×6.9+1.16×61.5×104=NRB=1.25ql+kBP=1.25×12.1×103×6.9+

48、1.35×61.5×104=N十、吊車梁正截面及斜截面抗剪強(qiáng)度計(jì)算10.1吊車梁正截面承載力計(jì)算10.1.1 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=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'=800mm10.1.2.鑒別T形梁所屬情

49、況按下式鑒別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。10.1.3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.

50、85b=0.468AS=fcbf'h0fy=19.1×800×0.0087×=4121mm2=ASbh0=×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=19.1×400

51、15;0.113×=2676mm2=ASbh0=×930=0.72%>min=0.20%,滿足要求選用5B28（AS=3079mm2）10.2斜截面抗剪強(qiáng)度計(jì)算10.2.1 T型梁截面尺寸驗(yàn)算hw=1000-70-150=780mmhwb=1.95<4.0由下式可得0.25fcbh0=0.25×19.1×400×930=1776.3kN >KV=1.2×=893.7kN滿足截面抗剪要求。10.2.2抗剪腹筋計(jì)算以支座邊緣截面為驗(yàn)算截面：VC=0.7ftbh0=0.7×1.71×400×9

52、30=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=×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=