河床式水電站水力機械采暖通風與空調(diào)設計

1、 FCD90030 FCD河床式水電站 初步設計階段水力機械、采暖通風與空調(diào)設計大綱范本(中小型)水利水電勘測設計標準化信息網(wǎng)1999年12月 水電站 初步設計階段水力機械、采暖通風與空調(diào)設計大綱 主 編 單 位: 主編單位總工程師: 參 編 單 位: 主 要 編 寫 人 員: 軟 件 開 發(fā) 單 位: 軟 件 編 寫 人 員: 勘測設計研究院 年 月目 錄1 工程概況（4）2 設計依據(jù)文件和規(guī)范（4）3 設計基本資料（4）4 水輪機及其附屬設備的選擇（5）5 輔助機械設備（8）6 采暖通風與空調(diào)（11）7 廠房及水力機械主要設備布置 （13） 8 應提交的設計成果（13） 1 工程概況提示：

2、簡述工程地理位置、工程任務與裝機規(guī)模及電站接入系統(tǒng)中的地位等情況 2 設計依據(jù)文件和規(guī)范2.1 有關本工程的文件 (1) 工程可行性研究報告； (2) 工程可行性研究報告審批文件； (3) 工程初步設計任務書； (4) 其它有關文件。2.2 主要設計規(guī)范 (1) DL 5021-93 水利水電工程初步設計報告編制規(guī)程; (2) Sl/T 179-96 小型水利水電工程初步設計報告編制規(guī)程; (3) SDJ 173-85 水力發(fā)電廠機電設計技術規(guī)范(試行); (4) SDJQ 1-84 水力發(fā)電廠廠房采暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計技術規(guī)定; (5) GB/T 15468-1995 水輪機基本技術條件;

3、(6) GB/T 10969-1996 水輪機通流部件技術條件; (7) GB/T 15469-1995 反擊式水輪機空蝕評定; (8) DL/T 5066-1996 水輪發(fā)電廠水力機械輔助設備系統(tǒng)設計技術規(guī)定; (9) GB/T 9652.1-1997 水輪機調(diào)速器與油壓裝置技術條件; (10)SDJ 278-90 水利水電工程設計防火規(guī)范; (11)DL/T 5081-1997 水力發(fā)電廠自動化設計技術規(guī)范。3 設計基本資料3.1 氣溫、濕度、大氣壓和風向 (1)采暖室外空氣計算溫度_; (2)冬季通風室外空氣計算溫度_; (3)夏季通風室外空氣計算溫度_; (4)夏季通風室外空氣計算相對

4、濕度_ ; (5)冬季空氣調(diào)節(jié)室外空氣計算溫度_; (6)冬季空氣調(diào)節(jié)室外空氣計算相對濕度_ ; (7)夏季空氣調(diào)節(jié)室外空氣計算干球溫度_; (8)夏季空氣調(diào)節(jié)室外空氣計算日平均溫度_; (9)夏季空氣調(diào)節(jié)室外空氣計算濕球溫度_; (10)冬季室外空氣平均風速_m/s; (11)冬季主要風向及其頻率_(主要風向_); (12)夏季主要風向及其頻率_(主要風向_); (13)冬季室外大氣壓力_Pa; (14)夏季室外大氣壓力_Pa ; (15)極端最高氣溫_; (16)極端最低氣溫_; (17)多年平均氣溫_; (18)多年平均相對濕度_ 。3.2 水溫 (1)最高水溫 _; (2)多年平均水溫

5、_。3.3 水質(zhì) (1)總硬度_°G; (2)暫時硬度_ °G; (3)pH值_; (4)多年平均含砂量_ kg/m3; (5)最大含砂量_kg/m3; (6)平均泥砂粒徑_mm。3.4 流量 電站引用流量_m3/s。3.5 水位 (1)正常蓄水位_m; (2)校核洪水位(P=_%)_m; (3)設計洪水位(P=_%)_m; (4)死水位_m; (5)最高尾水位(P=_%)_m; (6)設計尾水位_m; (7)最低尾水位_m; (8)尾水位-流量關系曲線。3.6 水頭 (1)電站最大水頭_m; (2)電站最小水頭_m; (3)水輪機最大水頭_m; (4)水輪機最小水頭_m;

6、 (5)水輪機加權平均水頭_m。3.7 裝機容量及保證出力 (1)單機容量_MW; (2)總裝機容量_MW;(3)保證出力_MW。3.8 利用小時數(shù)與發(fā)電量 (1)年利用小時數(shù)_h; (2)多年平均發(fā)電量_×104kW·h。4 水輪機及其附屬設備的選擇4.1 水輪機型式的選擇根據(jù)本電站水頭范圍和目前國內(nèi)可供選擇的水輪機轉輪，將適合的模型轉輪型號及其參數(shù)列于表1。提示：目前國內(nèi)有數(shù)家中外合資的水輪發(fā)電機組制造成公司，如果引用該公司的國外模型轉輪，或者需要直接從國外公司引進設備，可以根據(jù)引用或引進談判情況將其模 型轉輪列于表1中比較 表1 水輪機模型轉輪及其參數(shù)比較表水輪機型式

7、轉輪型號葉片數(shù), 個推薦最大使用水頭, m最優(yōu)工況Q'10,L/sn'10,r/min設計工況Q'1，L/s，%Mns, m·kW提示：針對表1中各模型轉輪的最高效率、單位流量、單位轉速和氣蝕系數(shù)等參數(shù),以及制造、運行經(jīng)驗，電站在接入系統(tǒng)中的地位與作用,進行綜合分析比較，初選23個能量指標和氣蝕性能等較好的轉輪,再對適合本電站的真機轉輪參數(shù)進行計算和綜合技術、 經(jīng)濟方案比較，將各方案參數(shù)列于表2中。 4.2 水輪機基本參數(shù)的選擇4.2.1 水輪機額定水頭的選擇提示：對在容量較大電站的水能計算中，應配合水能專業(yè)根據(jù)電站在接入系統(tǒng)中的地位、電力電量平衡、裝機規(guī)模和

8、經(jīng)濟分析,選定水輪機設計水頭，其取值一般應界于電站最大水頭與加權平均水頭之間,且盡量接近電站最大水頭。再根據(jù)機組運行條件、能量指標和經(jīng)濟指標,經(jīng)全面綜合分析后確定水輪機額定水頭,一般可按下式計算:Hr=(Zs-ZW)-h式中 Hr 水輪機額定水頭,m; Zs 死水位,m; ZW 對應全廠滿發(fā)流量之尾水位,m; h 對應全廠滿發(fā)流量時,引水系統(tǒng)累計水頭損失,m。 4.2.2 水輪機單位流量的選擇提示：根據(jù)所選轉輪的最大使用單位流量和相應的氣蝕要求而導致的開挖深度，并結合轉輪在其它電站的實際運行情況綜合分析選定。 4.2.3 水輪機單位轉速的選擇提示:根據(jù)轉輪最優(yōu)單位轉速 n10水輪機的型式特征選

9、取。對燈泡貫流式轉輪，n1一般取1.1 n101.2 n10；對軸流式轉輪 n1一般取1.05n101.1n10。 4.2.4 水輪機轉輪直徑的選擇提示：轉輪直徑按下式計算 規(guī)定的轉輪標準直徑尺寸系列較接近的直徑選取。當選用標準直徑使轉輪參數(shù)不合理時，可考慮選取非標準值。 4.3 機組臺數(shù)的選定提示：根據(jù)電站在系統(tǒng)中的地位和擔任負荷的性質(zhì)，機組特性、單機容量占系統(tǒng)容量的比重、電站初期與遠景的規(guī)模、機組和水庫的運行方式、電站樞紐布置、機組制造的技術水平、能量指標，機電設備和土建工程量、工程投資，按不同方案通過技術經(jīng)濟比較確定見表2。 表2 方案比較表序號名稱單位第_方案第_方案第_方案備注1裝機

10、容量MW2機組臺數(shù)臺3單臺機組容量MW4水輪機型號5水輪機額定水頭m6水輪機轉輪直徑m7水輪機額定轉速r/min8水輪機額定流量m3/s9水輪機額定出力MW10水輪機額定工況點效率%11水輪機最高效率%12水輪機加權平均效率%13水輪機允許吸出高度m14發(fā)電機型號15發(fā)電機額定MW/MVA16單臺水輪機重量t17單臺發(fā)電機重量t18單臺水輪機價格萬元19全部水輪機價格萬元20單臺發(fā)電機價格萬元21全部發(fā)電機價格萬元22全部機組價格萬元23配套機械設備估價萬元24配套電氣設備估價萬元25主廠房長×寬m26尾水管底板高程m27金屬結構投資估算萬元28土建投資估算萬元29總投資估算 萬元3

11、0多年平均電能 億kWh提示：根據(jù)表2，對各方案從土建投資、機電投資、 水輪機效率及年發(fā)電量等多項指標進行技術經(jīng)濟比較，最后選定機組臺數(shù)和機組機型。 4.4 水輪機安裝高程的確定提示：(1)低水頭徑流式電站宜根據(jù)運行工況、過流量、水頭、保證率曲線和下游水位-流量關系曲線及轉輪氣蝕特性曲線計算確定水輪機的允許吸出高度和相應的安裝高程,初選與方案比較中，可用額定水頭和設計尾水位的方法進行計算，并以最大水頭工況進行校核。在根據(jù)氣蝕特性參數(shù)計算安裝高程的同時，要考慮尾 水管出口頂部淹沒深度不小于0.5 m的運行穩(wěn)定性要求。 (2)當水中含沙量較大或同型號轉輪用于較高水頭范圍時,所確定的安裝高程應適當留

12、有余地。 (3)最終確定安裝高程應與制造廠協(xié)商。 列出選定的水輪機及其配套發(fā)電機的型號與主要參數(shù)。4.5 水輪機過流部件型式與控制尺寸選定提示 (1)過流部件包括進水流道(如蝸殼、管形殼等)和出水流道(尾水管)等，其型式和控制尺寸一般根據(jù)制造廠資料和水工結構要求確定。 (2)如采用新的結構型式，應與廠家協(xié)商并有充分論證。 列出過流部件的結構型式和主要控制尺寸。4.6 水輪機的附屬設備提示：水輪機的附屬設備包括調(diào)速器及其油壓裝置和漏油裝置等。(1)根據(jù)機組容量大小、電站在系統(tǒng)中的地位和控制要求等選定調(diào)速器型式(電氣液壓調(diào)速器或微機調(diào)速器等)、數(shù)量及主要技術參數(shù)。 (2)根據(jù)確定的調(diào)速器型號和參數(shù)

13、，按經(jīng)驗公式計算選擇油壓裝置和漏油裝置。 列出所選調(diào)速器、油壓裝置和漏油裝置的型號和主要參數(shù)。4.7 水輪發(fā)電機組調(diào)節(jié)保證計算 在額定水頭和最大水頭甩全負荷兩種控制工況下，分別計算在不同導葉關閉時間時的蝸殼最大壓力升高值、尾水管最大真空值和機組最大轉速升高值，并取其中較大值。再根據(jù)流道設計強度和有關規(guī)范關于調(diào)節(jié)保證計算的標準，確定合理的導葉關閉時間和蝸殼最大壓力升高值、尾水管最大真空值、機組最大轉速升高值。提示： (1)必要時，應進行導葉分段關閉計算。(2)機組調(diào)節(jié)保證值最終應與機組制造廠協(xié)商確定。 5 輔助機械設備5.1 主廠房起重機 (1)根據(jù)機電設備吊運最重件和起吊工具的總重量，并參照起

14、重機標準系列，選定起重機的額定起重量。 (2)起重機的型式和參數(shù)應根據(jù)機電設備安裝、檢修、布置要求和起重量等確定，其中起重速度主要根據(jù)機組設備的結構型式、安裝程序選定。 (3)起重機的臺數(shù)一般為一臺，當機組臺數(shù)多于5臺時，為加快安裝進度， 可考慮采用2臺。 (4)起重機的跨度根據(jù)主廠房寬度確定，一般每隔0.5 m選取。提示：機電設備在安裝檢修過程中，為滿足中、小部件頻繁起吊的需要，可另增設一臺5 t電動葫蘆，裝于起重機大梁下面。 5.2 技術供水系統(tǒng) (1)明確技術供水對象。提示：一般主要有發(fā)電機空氣冷卻器、軸承油冷卻器、水輪機主軸密封、水冷式空壓機和水泵(潤滑或充水)用水等。 (2)確定總用

15、水量。 根據(jù)制造廠提供資料或應用經(jīng)驗公式計算并參照相似機組已有資料, 初定各冷卻設備用水量。 (3)根據(jù)用水設備對水質(zhì)、水溫和水壓的要求，確定水源或合理進行水處理。 (4)確定技術供水方式。提示：(1)一般工作水頭在15 m以下時,采用水泵供水；工作水頭在15 m以上時,采用自流供水或自流和水泵混合供水方式。 (2)水泵供水方式應設有備用水泵。一般集中和分組供水方案配置一臺；單元供水方案每臺機配置一臺。 (3)在布置條件允許且經(jīng)濟合理時，為提高水質(zhì)和獲得較為穩(wěn)定的供水壓力，可考慮設置中間水池。 (4)技術供水系統(tǒng)應能自動操作并有可靠的備用水源。 (5)技術供水系統(tǒng)設計應考慮泥沙沉積、水生物寄生

16、及結垢等對供水系統(tǒng)運行的影響，并采用相應的處理措施。如：可采用正反向運行的供水管路系統(tǒng)；對有結垢性的水質(zhì)，可用電磁法或超聲波法處理。 (5)計算確定供水設備型號和技術參數(shù)。5.3 排水系統(tǒng) 提示：排水系統(tǒng)包括三部分：機組檢修排水、廠內(nèi)滲漏排水和廠區(qū)排水。一般要求分開設置,如將機組檢修排水和廠內(nèi)滲漏排水集水井合成一個，必須有防止尾水倒灌廠內(nèi)的可靠措施。 5.3.1 機組檢修排水 (1)確定檢修排水量。 (2)確定檢修排水方式。 (3)確定檢修排水泵臺數(shù)、型式及參數(shù)。提示： (1)檢修排水量按46小時排干一臺機組流道內(nèi)的積水與上、下游兩閘門漏水量的總和來確定。 (2)檢修排水泵不應少于2臺，且均為

17、工作泵。 (3)每臺水泵的排水量均應大于上、下游閘門的總漏水量。 5.3.2 廠內(nèi)滲漏排水 (1)確定廠內(nèi)滲漏排水對象。提示：廠內(nèi)滲漏排水包括廠內(nèi)水工建筑物的滲水、機組頂蓋與主軸密 封漏水、水冷式空壓機冷卻水排水、各閥門、管件滲漏水等。 (2)根據(jù)水工專業(yè)提供的廠房水工建筑物滲漏水量估算值，參照已運行類似電站滲漏水量大小，并結合電站實際情況確定滲漏排水量。 (3)滲漏排水泵的數(shù)量應不少于兩臺，其中一臺備用。水泵每小時起動12次, 起動后工作時間20 min30 min。 (4)滲漏集水井容積可按30 min60 min 廠內(nèi)滲漏水量或參考已運行類似電站的集水井容積確定。 (5)滲漏排水應能自動

18、操作。5.3.3 廠區(qū)排水 廠區(qū)排水包括廠區(qū)集雨面積內(nèi)排水和壩基滲漏排水。 (1) 根據(jù)水工專業(yè)提供的廠區(qū)排水集雨面積、壩基滲漏水量和水文專業(yè)提供的最大暴雨強度(一般按10年一遇)計算排水量。 (2) 選定排水方式。提示：當選用自流排水或自流水泵排水時，應有避免尾水倒灌和積水 入廠房的措施。 (3)選定水泵臺數(shù)、型號和參數(shù)。臺數(shù)一般不少于兩臺，且均為工作泵。 (4)排水泵的啟、停應能自動操作。5.4 壓縮空氣系統(tǒng) 壓縮空氣系統(tǒng)包括中壓氣系統(tǒng)和低壓氣系統(tǒng)。5.4.1 中壓壓縮空氣系統(tǒng) (1)確定用氣對象。 (2)確定供氣壓力與供氣方式。 (3)選定空壓機臺數(shù)、排氣量和高壓貯氣罐。提示： (1)空

19、氣壓縮機臺數(shù)一般應選兩臺;總排氣量按兩臺中壓壓縮空氣機同時投入，在2 h4 h內(nèi)將一臺機組的壓力油罐充氣至額定壓力來確定；當機組臺數(shù)不多時，中壓貯氣罐一般選擇一個。 (2)對容量較小的電站,如選用的調(diào)速器具有自動補氣功能,可不設置中壓氣系統(tǒng)。 (4)中壓壓縮空氣系統(tǒng)應能自動操作。5.4.2 低壓壓縮空氣系統(tǒng) (1)確定用氣對象。提示：對有調(diào)相要求的電站應考慮調(diào)相用氣。 (2)確定空氣壓縮機容量和臺數(shù)提示：低壓空氣壓縮機的容量按全部共用用氣設備可能的同時最大耗 氣量確定。臺數(shù)至少設置2臺，其中一臺備用。 (3)為保證機組制動用氣的可靠性，應設置制動專用貯氣罐。貯氣罐的容積必須保證在制動用氣后(一

20、般只考慮一臺機制動用氣， 但當機組臺數(shù)多時應結合考慮機組接入系統(tǒng)情況是否有兩臺機同時制動用氣)，罐內(nèi)氣壓能保持在最低制動氣壓(一般為0.4 MPa)以上。 (4) 低壓壓縮空氣系統(tǒng)應能自動操作。5.5 油系統(tǒng)提示：油系統(tǒng)包括透平油系統(tǒng)和絕緣油系統(tǒng)。一般應分開設置。 5.5.1 選擇油罐容積和數(shù)量提示：透平油油罐的容積按一臺最大機組總用油量的110 %確定；絕緣油油罐的容積按一臺最大主變壓器總用油量的110 %確定。兩者油罐數(shù)量一般均設置兩個，一個是凈油罐，一個為污油罐(運行油罐)。 5.5.2 選擇油處理設備提示：(1)透平油和絕緣油處理設備一般應分別設置真空濾油機和壓力濾油機各一臺，油泵二臺

21、。對容量較大和機組臺數(shù)較多的電站，透平油系統(tǒng)的壓力濾油機應不少于兩臺;對容量較小和機組臺數(shù)較少的電站，可考慮兩系統(tǒng)共同使用一臺真空濾油機的可能性。小型電站油處理設備設置與否可根據(jù)具體情況確定。(2)可考慮采用國內(nèi)已研制成功并經(jīng)運行考驗的,多功能于一體的油處理設備。 5.5.3 選擇油化驗設備提示：(1)油化驗設備兩系統(tǒng)共同設置一套，一般按簡化分析配置。(2)對小型電站或梯級電站可根據(jù)具體情況不設置油化驗設備。 5.6 水力監(jiān)測系統(tǒng) 根據(jù)實際情況選擇監(jiān)測項目及監(jiān)測部分的一次設備和二次儀表，列出相應設備的型號、量程和精度等級。提示： (1)水力監(jiān)測系統(tǒng)一般設置以下五個監(jiān)測部分。 1) 上、下游水位

22、測量 2) 攔污柵壓差測量 3) 機組流量測量(必要時) 4) 凈水頭測量 5) 流道各斷面壓力和真空值測量 (2)目前國內(nèi)一些高等學校和科研機構已經(jīng)研制出并經(jīng)實際運行考驗性能良好的綜合測量儀，能集中測量和顯示上述以及其它項目(如效率、出力、電量、水量、振動、擺度等)的水力和經(jīng)濟參數(shù),設計時可根據(jù)電站自動化水平、經(jīng)濟運行和科研需要等具體情況考慮采用。 5.7 機械修理設備 提示：一般按水電部1975年頒布的水電站機械修理設備配置標準(試行)配置機修設備。也可根據(jù)業(yè)主要求和實際情況配置。 6 采暖通風與空調(diào) 提示：主要選定主、副廠房采暖通風與空調(diào)系統(tǒng)的設計方案和設備，并繪制電站采暖通風與空調(diào)系統(tǒng)

23、圖。 6.1 主廠房采暖通風與空調(diào)提示：(1)河床式水電站廠房一般為地面式廠房，特別是對燈泡貫流式機組，由于主要發(fā)熱設備發(fā)電機置于流道中被水包圍，其熱量不散發(fā)至廠房內(nèi)。主廠房熱負荷主要來自太陽輻射熱，故一般采用自然通風方式。(2)當河床式水電站下游水位高,且變幅大，如下游擋水墻與廠房下游墻合二為一，則一般采用機械通風為主，輔以自然通風方式。(3)如電站所在地區(qū)夏季氣溫高，一般考慮空調(diào)；如電站所在地區(qū)冬季氣溫低，還應設置采暖設備。(4)為節(jié)省投資和解決值班人員工作條件，可只在運行層單獨設置帶空調(diào)的值班室。(5)水輪機廊道層(或蝸殼層和水輪機層)的通風按排除余濕計算,一般設置機械排風。 列出主廠房

24、采暖通風與空調(diào)設備型號與主要參數(shù)。6.2 副廠房采暖通風與空調(diào) (1)計算機房、中控室、通信載波室和重要辦公用房采暖通風與空調(diào)。提示：(1)計算機房由于溫、濕度和清潔度要求高，故一般設置空調(diào)， 且通風、 空調(diào)設備應考慮40 %的備用量。 (2)中控室、通信載波室和重要辦公用房的通風、空調(diào)方式，通常在夏季室外空氣計算溫度小于29 時采用自然通風；溫度為29 32 時可采用機械通風；當溫度大于32 時, 宜采用帶有空氣處理設施的機械通風。 (3)上述各設備室的采暖，一般采用與夏季通風相結合的電熱采暖裝置或電輻射板采暖。 (2)電氣設備與輔助機械室的通風采暖。提示：(1)各設備室通風方式除蓄電池室為機械送、排風外,其余一般采用自然進風、 機械排風方式。各設備室通風量與設備配置見表3。 (2