某水電站廠房計(jì)算書

./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=KQH公式中Nr為單機(jī)出力50000KWK為出力系數(shù)8.5H為凈水頭=H0—ΔH=0.97H0<ΔH=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284mΔH=0.03<284—198.8>=2.6m又因?yàn)?84—84—2.6=197.42重新假設(shè)Hmax=83m由公式Nr=KQH解出Q=70.87m3/s查下游流量高程表得下游水位為199.3m上游水位為284mΔH=0.03<284—199.3>=2.5m又因?yàn)?84—83—2.5=198.5故Hmax=83m二、Hmin的計(jì)算。1假設(shè)Hmin=60m由公式Nr=KQH公式中Nr為全機(jī)出力200000KWK為出力系數(shù)8.5H為凈水頭=H0—ΔH=0.97H0<ΔH=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264mΔH=0.03<264—203.50>=1.80m又因?yàn)?64—60—1.80=202.20<203.502重新假設(shè)Hmin=59m由公式Nr=KQH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264mΔH=0.03<264—203.58>=1.77m又因?yàn)?64—59—1.77=203.23=203.58故Hmin=59m三、Hr的計(jì)算。1假設(shè)Hr=70m由公式Nr=KQH公式中Nr為全機(jī)出力200000KWK為出力系數(shù)8.5H為凈水頭=H0—ΔH=0.97H0<ΔH=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284mΔH=0.03<284－203.40>=2.10m又因?yàn)?84—70—2.10=211.90>203.402重新假設(shè)Hr=78m由公式Nr=KQH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284mΔH=0.03<284－203.33>=2.34m又因?yàn)?84—78—2.34=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X圍和該機(jī)組的出力X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)KW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250r/min。又因?yàn)楫?dāng)n=250r/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=214r/min。四、效率與單位參數(shù)修正。HL220-2750的求得原型〔當(dāng)水頭H〈150m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H〈150m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,原假定,,正確,所以為2.75m和n=214r/min是正確的。五、水輪機(jī)工作X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—〔σ+Δσ〕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〕σ為水輪機(jī)的汽蝕系數(shù)為0.133。Δσ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⑴．極距：〔查表3—2得查〈水電站〉表5—8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/min>166.7r/min有2平面尺寸估算⑴定子機(jī)座外徑：因n=214r/min>166.7r/min,有⑵風(fēng)罩內(nèi)徑：因⑶轉(zhuǎn)子外徑：⑷下機(jī)架最大跨度：因〔查表〕⑸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⑴定子機(jī)座高度：因n=214r/min⑵上機(jī)架高度：⑶推力軸承高度、勵(lì)磁機(jī)高度和永磁機(jī)高度：查表得：?、认聶C(jī)架高度：懸式非承載機(jī)架：⑸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：⑹下機(jī)架支承面至主軸法蘭盤之間的距離：⑺轉(zhuǎn)子磁軛軸向高度：無(wú)風(fēng)扇：⑻發(fā)電機(jī)主軸高度：⑼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)轉(zhuǎn)子重：3發(fā)電機(jī)飛輪力矩：因100r/min<n<375r/min取輪機(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=1.4850.4×2.75=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6—4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1—6,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：hLB5D4h4h6L1h52.6D14.5D12.72D11.35D11.35D10.675D11.82D11.22D17.15m12.375m7.48m3.7125m3.7125m1.856m5.005m3.355m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=Φ+B+2δ=8.92+4.2+2×1.5=14.12<m>所以取L1:為14.2米。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：L2=L1+△L=14.2+0.8×2.75=16.4<m>[式中△L=<0.2-1>D]]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3L1+L2+L3=3×14.2+16.4+19=78米。2主廠房寬度的確定?！?〕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)組與其他附屬設(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：8.3m。〔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)備的布置與交通要求。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)備的布置與交通要求。B2=8.92÷2+1.5+1+1.2=8.16m。取B1為8.3m。二、尾水平臺(tái)與尾水閘室的布置。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)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,以與尾水管的長(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200m尾水管底板高程：▽1=▽3－b0÷2－h(huán)1=200－0.6875÷2－7.15=192.387尾水管進(jìn)人孔地面高程：▽2=▽3－r1－h(huán)2=200－4.4－1.8=193.68<m>水輪機(jī)層地面高程：▽4=▽3+r2+h3=200+1.8425+1.2=203<m>發(fā)電機(jī)定子安裝高程：▽D=▽4+h4+h5=203+2+1=206<m>發(fā)電機(jī)層地面高程：▽5=▽D+h6=206+4.23=210.23<m>安裝間地面高程：根據(jù)下游洪水資料與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>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。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。廠房屋頂高程：以上高程都已經(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>×14.2－0.5×<3.355+1.85625>×7.37×7.48－1.85625×5.005×7.48－<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=[<12.4－7.2>×<205.9225－192.387>×14.2－1×4×7.48－7.4813×<205.9225－192.387>×4]×24=18133.55KN所以A1=W1+W2+W3=47373.5KN<b>二期混凝土自重：A2蝸殼周圍混凝土自重：W4=[13.0375×13.2105×14.2－3.14×<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=56219.306KN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=3941KN上游水壓力：A4A4=0.25×3.14×5×5×9.81×5×5=4808.175KN下游水壓力：A5A5=0.5×10×23.45×23.45×14.2=39043.0775KN上浮力：A6A6=[<23.45+70.34>×3×0.5+956.76]×14.2=24074.964KN蝸殼和尾水管中水重：A7A7=<2.75×2.75÷4>×3.14×3.14×<5.72－2.75>×2×10=1118.45KN特殊風(fēng)荷載：A8P=K·Kz·W0=0.8×1.0×76.8=61.44kg/m2A8=14.2×<229.975－218.45>×61.44=10054.96N=10.05496KN浪壓力荷載：A9A9=79.87KN地震慣性力：A10A10=Kh·Cz·F·W=0.1×0.25×1.1×107533.806=2957.18KN地震時(shí)水的激蕩力：A11A11=0.65Kh·Cz·γ0·H12·L=0.65×0.1×0.25×10×23.452×14.2=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。在水電站正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況時(shí)的荷載組合為：在水電站機(jī)組檢修的情況時(shí)的荷載組合為：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與廠房抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。由于廠