水電站課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書

水電站建筑物課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書目的通過這次設(shè)計(jì)，綜合運(yùn)用工程制圖、工程力學(xué)、水電站建筑物、水工建筑物等課程的知識(shí)，掌握廠房布置設(shè)計(jì)的要點(diǎn)和要求，確定廠房的尺寸和幾個(gè)控制高程，并提高CAD繪圖能力。二、設(shè)計(jì)資料1.1工程概況石門子水利樞紐工程位于新疆昌吉州瑪納斯縣西南塔西河中游河段上,距烏伊公路45km。本工程以灌溉為主,兼顧發(fā)電、防洪、是一個(gè)綜合利用的中型水利樞紐工程。塔西河流域總面積2010km2。水庫(kù)建成后,可以增加灌溉面積,保證棉花種植面積的擴(kuò)大,為瑪納斯縣發(fā)展商品棉基地發(fā)揮重要作用。此外,樞紐本身的防洪、發(fā)電效益也對(duì)當(dāng)?shù)毓まr(nóng)業(yè)的發(fā)展起到積極作用。本樞紐工程的主要建筑物由碾壓混凝土拱壩、粘土心墻副壩、上下游圍堰、導(dǎo)流兼引水發(fā)電隧洞、發(fā)電站廠房、碾壓混凝土拱壩、壩身泄水孔等組成,最大壩高110m,裝機(jī)6.4MW。年發(fā)電量為2490萬(wàn)KWh，年利用小時(shí)數(shù)為3890小時(shí)。一期工程計(jì)劃于1999年底部分蓄水，2000年6月30日建成?，敿{斯縣塔西河一級(jí)石門子水電站為塔西河石門子水利樞紐的二期工程，包括引水隧洞進(jìn)口事故閘門及啟閉機(jī)、導(dǎo)流洞改建為發(fā)電洞，發(fā)電洞與導(dǎo)流洞卸接的龍?zhí)ь^彎段、鋼筋砼襯砌段、鋼板襯砌段、鋼管分岔段、發(fā)電站廠房、高壓開關(guān)站、尾水閘門及啟閉機(jī)、尾水渠連接段等部分組成。1.2水文塔西河流域位于新疆昌吉州瑪納斯縣境內(nèi),該河地處天山山脈北支依連哈比爾尕山的北麓東側(cè),該河流域北望準(zhǔn)噶爾盆地,東以干河子呼圖壁縣為鄰,西與瑪納斯河流域相伴。地理位置介于北緯4331’~4430’,東經(jīng)8550’~8632’之間,屬獨(dú)立水系,為典型的內(nèi)陸河流。據(jù)石門子水文站觀測(cè)資料統(tǒng)計(jì),多年平均氣溫4.1C,多年平均降水量430mm,多年平均蒸發(fā)量1410.8mm。主要特征水位如下：正常蓄水位為1389死水位為1356最高洪水位 1391.35設(shè)計(jì)洪水位 1390.15下游設(shè)計(jì)洪水位 1317.8下游最低尾水位1317.03引水隧洞及電站廠區(qū)工程地質(zhì)條件塔西河石門子水利樞紐壩址位于石門子河道狹窄處,壩址河床海拔1323,距下游石門子水文站約1.2km,是塔西河上的龍頭水庫(kù)。發(fā)電洞進(jìn)口位于左岸單薄山脊南端右側(cè)，進(jìn)口段洞軸線與洞臉邊坡走向交角大，邊坡坡度約70，巖性為侏羅系喀拉扎組（J3hlb）青灰色礫巖，巖層產(chǎn)狀270N30，沿層面分布軟弱夾層，裂隙少量發(fā)育，強(qiáng)風(fēng)化層厚2m，弱風(fēng)化層厚6.5m。進(jìn)口無大的邊坡穩(wěn)定問題。洞身段主要穿越青灰色礫巖，巖體較完整，成洞條件較好，只洞身末端為砂巖夾砂質(zhì)泥巖，巖石較破碎，且?guī)r層傾角小于邊坡坡度，對(duì)出口洞臉邊坡穩(wěn)定不利。電站廠房基礎(chǔ)一部分坐落在強(qiáng)風(fēng)化及弱風(fēng)化的砂巖夾砂質(zhì)泥巖上，下游段座落在第四系沖積砂礫石層上，需做好基礎(chǔ)處理。1.4工程任務(wù)與規(guī)模根據(jù)塔西河流域規(guī)劃,塔西河流域分六個(gè)梯級(jí)電站開發(fā)，并根據(jù)塔西河梯級(jí)電站水量有限的特點(diǎn)，這些電站的任務(wù)是調(diào)峰、調(diào)頻及作為事故備用。除一級(jí)石門子水電站外，其余各級(jí)水電站均采用自動(dòng)調(diào)節(jié)渠道，以保證電站啟動(dòng)迅速靈活的需要。石門子水利工程是以灌溉為主,兼顧防洪、發(fā)電等綜合效益的水利樞紐工程，庫(kù)容5010萬(wàn)m3。其主要任務(wù)是：以石門子水庫(kù)為主，配合地下水和平原水庫(kù)，保證灌區(qū)春季灌溉用水，擴(kuò)大灌溉面積；一定程度地調(diào)蓄洪水，減少洪水對(duì)下游的危害；提供廉價(jià)電力，特別是梯級(jí)水電站建成后，可以承擔(dān)電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻及作為事故備用的電站。1.5工程布置及主要建筑物1.工程布置在可行性研究階段，考慮到左岸山體單薄，主要及附屬建筑物均布置在右岸，隨著勘探工作的深入，發(fā)現(xiàn)左岸古河槽呈“V”型河谷，河槽內(nèi)堆積的沖積砂礫石層，結(jié)構(gòu)密實(shí)，各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)較高，防滲處理后可作為天然壩體利用；同時(shí)查明右岸隧洞進(jìn)出口存在邊坡穩(wěn)定問題。故在勘探工作后期，確定將主要及附屬建筑物均布置在左岸，這里各建筑物工程地質(zhì)條件相對(duì)較優(yōu)。石門子電站樞紐的組成建筑物是主廠房、副廠房、變電站（包括升壓站和開關(guān)站）、尾水渠及一些附屬建筑物。作為一個(gè)引水式電站，導(dǎo)流洞穿越左岸山體，至左岸較平坦坡地進(jìn)入下游河道，相應(yīng)地，改造后的發(fā)電洞也經(jīng)左岸山體輸水入電站。本電站設(shè)計(jì)尾水渠與電站出水方向以較小的角度斜交尾水渠經(jīng)由節(jié)制閘直接接入二級(jí)電站的引水渠道中，在左岸與河道之間建一過水側(cè)堰和沖沙閘。廠區(qū)由西南向東北，海拔逐漸降低，地勢(shì)漸趨平坦?？紤]到這個(gè)地勢(shì)特點(diǎn)，在進(jìn)行廠區(qū)布置時(shí)，將各主要建筑物多靠近北側(cè)緩坡布置，除廠房放在廠區(qū)西南側(cè)的陡坡背后外，尾水渠布置在東側(cè)，變電站布置在北側(cè)，進(jìn)廠公路也由北側(cè)引入。廠房布置在發(fā)電洞（由導(dǎo)流洞改造而成）的出口處，導(dǎo)流洞出口已經(jīng)作好了開挖，因而在此處布置廠房的實(shí)際開挖量并不太大。引水鋼管在廠房前分岔成兩支后經(jīng)蝴蝶閥進(jìn)入蝸殼，副廠房布置在廠房的上游側(cè)。2.引水建筑物導(dǎo)流洞改建發(fā)電洞，選用壓力隧洞，斷面設(shè)計(jì)成直徑為3m的圓形斷面，外襯50cm鋼筋砼。3.發(fā)電廠房及開關(guān)站發(fā)電站裝機(jī)為23.2MW，選用HL220-LJ-100機(jī)組。開關(guān)站在廠房左側(cè)，靠近廠房，面積為16.5m15m。1.6水力機(jī)械、電氣設(shè)備1.6.1水力機(jī)械根據(jù)動(dòng)能計(jì)劃，本電站裝機(jī)容量以6.4MW為宜。選用2臺(tái)3.2MW的豎軸混流式機(jī)組，型號(hào)為HL220-LJ-100。水輪機(jī)頂蓋的直徑為1.5m。除水輪機(jī)之外，還有蝶閥，調(diào)速器等輔助設(shè)備。以下分別介紹。1.水輪機(jī)型號(hào)：HL220-LJ-100形式：豎軸混流式裝機(jī)臺(tái)數(shù)：2臺(tái)最高水頭：76m設(shè)計(jì)水頭：55m最低水頭：40m設(shè)計(jì)流量：7.45m3/s功率：3368kW設(shè)計(jì)點(diǎn)效率：92.5%最高效率：93%額定轉(zhuǎn)速：600r/min飛逸轉(zhuǎn)速：1343r/min軸向水推力：18t吸出高度：-2.24m總重：23t2.進(jìn)水閥進(jìn)水閥作為水輪機(jī)前的進(jìn)水控制閥是重要保護(hù)裝置。推薦使用電動(dòng)立軸蝶閥DTD971H-1.0型，直徑Ф1400mm。3.尾水管尾水管與水輪機(jī)型號(hào)相對(duì)應(yīng)。4.調(diào)速器裝置調(diào)速器是水輪發(fā)電機(jī)組的關(guān)鍵輔機(jī)。體現(xiàn)小型水電站的自動(dòng)化程度取決于機(jī)組的調(diào)速設(shè)備。推薦使用YWT-3000油壓裝置式微機(jī)型調(diào)速器。5.自動(dòng)化元件自動(dòng)化元件包括壓力變換器、液位信號(hào)器及各種儀表等。1.6.2電氣設(shè)備根據(jù)所選水輪機(jī)，配以SF3200-10/2150型的發(fā)電機(jī)（普通傘式），該機(jī)組額定功率3200KW，電壓6300V，功率因數(shù)0.8。發(fā)電機(jī)風(fēng)罩內(nèi)徑D＝5.4m，轉(zhuǎn)子直徑2.1m，定子埋入式布置，上機(jī)架直徑3.4m，高度為0.5m。（可利用水電站設(shè)計(jì)參考資料的有關(guān)公式估算）。風(fēng)罩外壁至上游墻內(nèi)側(cè)的凈距為3m。主變壓器尺寸為3×1.6.3附屬設(shè)備起重機(jī)采用LH-20/5t型橋式起重機(jī)，主副鉤起重量分別為16t及5t。上游側(cè)主鉤極限位置距軌頂中心線距離1.65m，副鉤極限位置距軌頂中心線距離0.75m，下游側(cè)主鉤極限位置距軌頂中心線距離1.47m，副鉤極限位置距軌頂中心線距離2.14m。軌頂至小車距離1.43m，軌頂至調(diào)運(yùn)部件的距離為三設(shè)計(jì)要求和步驟根據(jù)水輪機(jī)基本尺寸，按照下式計(jì)算金屬蝸殼尺寸并繪制草圖。（至少計(jì)算8個(gè)剖面）式中——從鼻端到計(jì)算斷面的包角；——通過計(jì)算斷面的流量；——計(jì)算斷面的半徑；——從蝸殼中心到計(jì)算斷面外包線上點(diǎn)的距離；——最大引用流量；——斷面平均流速，可查圖3得到；——水輪機(jī)導(dǎo)葉外半徑，取0.82D1；——水輪機(jī)導(dǎo)葉內(nèi)半徑，取0.68D1。根據(jù)給定的水輪機(jī)型號(hào)，查模型圖4并利用同一系列水輪機(jī)的相似關(guān)系得出實(shí)際水輪機(jī)及尾水管的主要尺寸（參考水利機(jī)械資料）。表1金屬蝸殼尺寸計(jì)算表計(jì)算包角圖1金屬蝸殼平面單線圖圖2金屬蝸殼剖面圖圖3蝸殼進(jìn)口斷面平均流速曲線（a）適用于設(shè)計(jì)水頭小于60m；（b）適用于設(shè)計(jì)水頭50～400m對(duì)已給的地形、樞紐的布置圖、主要設(shè)計(jì)水位、安裝運(yùn)行的要求、機(jī)械設(shè)備的基本資料等進(jìn)行綜合分析。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行主廠房平面設(shè)計(jì)，確定主廠房橫向、縱向尺寸。橋吊跨度按標(biāo)準(zhǔn)跨度選擇，以0.5m級(jí)變化，范圍約8～11m。（詳見《水電站建筑物》或者設(shè)計(jì)手冊(cè)）主廠房立面設(shè)計(jì)，確定發(fā)電機(jī)層、水輪機(jī)層、蝸殼層、吊車軌頂、廠房頂部以及各樓板高程。確定安裝間平面尺寸及高程。副廠房的尺寸及布置不做要求，在圖中只需示意即可。6、作圖。要求重點(diǎn)突出，比例適中，標(biāo)