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1、.水电站厂房设计说明书(MY 水电站 )1.绘制蜗壳单线图1.1 蜗壳的型式水轮机的设计头头 Hp=46.2m40m，水轮机的型式为 HL220-LJ-225，可知本水电站采用混流式水轮机，转轮型号为 220，立轴，金属蜗壳，标称直径 D1=225cm=2.25m。1.2 蜗壳主要参数的选择 1金属蜗壳为圆断面， 由于其过流量较小， 蜗壳的外形尺寸对水电站厂房的尺寸和造价影响不大，因此为了获得良好的水力性能一般采用0 = 340 350。本设计采用 0 = 345 ，通过计算得出通过蜗壳进口断面的流量Qc，计算如下：单机容量： N f60000KW15000KW ，选取发电机效率为f =0.9
2、6，这样可求得4NN f15000水轮机的额定出力：rf15625KW0.96设计水头： Hpr，1由此查表得：= 0.91=H=46.2mD =2.25mQ 11150L/s1.15m 3 /s 水轮机以额定出力工作时的最大单位流量：11Nr156253Q1 max2 3231.11 1.15m /s9.81D1 Hr29.812.2546.2 2 0.91水轮机最大引用流量：QQ 1D2H r1.112.25246.238.2m 3 /smax1 max 1蜗壳进口断面流量： QQmax345o38.23/s360o0360o36.61mc根据水力机械第二版中图4-30 可查得设计水头为4
3、6.2m60m 时蜗壳断面平均流速为 Vc。=5.6 m/s由附表 5 可查得：座环外直径 Da=3850mm，内直径 Db=3250mm，；座环外半径 r a=1925mm，座环内半径 rb=1625mm。座环示意图如图一所示：.座环尺寸 ( mm)比例： 1：1001.3 蜗壳的水力计算1.3.1 对于蜗壳进口断面断面的面积： FcQcQmax 038.23456.537m 2Vc360 Vc5.6360断面的半径：maxFcQmax 038.2 3451.443m360Vc3605.6从轴中心线到蜗壳外缘的半径：Rr 2max1.925 2 1.443 4.811mmaxa1.3.2 对
4、于中间任一断面设i 为从蜗壳鼻端起算至计算面i 处的包角，则该断面处QiioQmax ，ii Qmax， Ri ra2 i360o360 Vc其中： Qmax 38.2m 3/ s， Vc5.6m / s ， ra1925mm 1.925m 。表一金属蜗壳圆形断面计算表i ( )QiiQmax3Fm2iQmax i (m)Rira 2 i (m)360(m /s)c360 Vc00001.925151.5920.2840.3012.527303.1830.5680.4252.776454.7750.8530.5212.967606.3671.1370.6023.128757.9581.4210
5、.6733.270909.5501.7050.7373.39910511.1421.9900.7963.517.12012.7332.2740.8513.62713514.3252.5580.9033.73015015.9172.8420.9513.82816517.5083.1260.9983.92118019.1003.4111.0424.00919520.6923.6951.0854.09521022.2833.9791.1264.17622523.8754.2631.1654.25524025.4674.5481.2034.33225527.0584.8321.2404.4062702
6、8.6505.1161.2764.47828530.2425.4001.3114.54830031.8335.6851.3454.61631533.4255.9691.3794.68233035.0176.2531.4114.74734536.6086.5371.4434.8111.3.3 蜗壳断面为椭圆形的计算对于中间任一断面（依据水力机械以及水电站机电设计手册（水力机械），当圆形断面半径S 时，蜗壳的圆形断面就不能与座环蝶形边相切这时就改成椭圆形断面。则由椭圆断面过渡到圆形断面时的临界角t 计算如下：当S 时，r a固定导叶外切圆半径 ; r蝶形边锥角顶点所在半径; R0座环蝶形边半径 ;
7、bh蝶形边至导水机构水平中心线高度;- 蝶形边锥角 , 一般为 55o;蜗壳圆形断面的半径 ; a 蜗壳断面至座环中心线的距离; X 座环蝶形边外缘至蜗壳断面垂直中心线的距离如上图所示，由水电站动力设备设计手册查得：蝶形边高度可近似地定为b00.25 D10.252.25h20.1D120.1D120.12.250.506mSh0.506，为座环蝶形边锥角，一般取 55。cos0.882mcos55临界值 S=0.882m。由圆形断面=3450，1.443m 得CO3451062.2rara(ra 20) 1.925 1.44301.925(1.925 2 1.443)由此得临界角 i ( )
8、C (raira (ra 2 i )151结合可知，当断面包角在0 151的时候S ，取椭圆断面。.椭圆短半径21.045 A 0.51L21.345L ， A2d2tan，i椭圆长半径1L2 1 coti2raiiCC椭圆断面中心距 aira 1.22id=ra- rb椭圆断面外半径 Rira2iLh0.5060.506sinsin550.8190.618m计算结果见下表二：表二金属蜗壳椭圆形断面计算表iiiA21aiRiC00.0000.0000.129-0.1650.5681.7242.292150.0140.2510.326-0.0250.6101.8952.505300.0280.3
9、650.5460.1070.6502.0562.706450.0420.4570.7830.2310.6872.2072.894600.0560.5371.0340.3480.7222.3493.072750.0710.6101.2970.4590.7562.4853.241900.0850.6781.5710.5660.7872.6153.4031050.0990.7411.8550.6680.8182.7403.5591200.1130.8022.1490.7670.8482.8613.7091350.1270.8602.4530.8640.8772.9793.8561510.1420.9
10、202.7860.9640.9073.1013.689根据计算结果，画蜗壳单线图，如下图所示，比例为1:80 ，单位为 mm。.图二蜗壳单线图2.尾水管单线图的绘制根据已知的资料及下图，得此水电站尾水管对应的尺寸如表三：1H H1H22-3.17H310.5。H5HLL1-6.00L尾水管单位参数示意图（5-1）5-1 ）尾水管单位参数示意图（表三蜗壳尾水管尺寸型式D1HH 1H 2H 3HlH 512L1L2LB4B5参数1.002.932.782.501.525 0.7951.291.1141.3841.4052.6854.092.533.5510.4.尺寸2.256.5936.2555.
11、6253.431 1.7892.902.5073.1143.1616.0419.205.697.9910.4根据资料，选取的是弯肘型尾水管。弯肘型尾水管是由进口直锥段、肘管和出口扩散管三部分组成。2.1 进口直锥段进口直锥管是一垂直的圆锥形扩散观，D3 为直锥管的进口直径：对混流式水轮机由于直锥管与基础环相连接，可取D3 和转轮出口直径D2 相等；对于混流式水轮机，其锥管的单边扩散角可取 7 9；h3 为直锥管的高度，增大h3 可减小肘管的入口流速，减小水头损失。进口锥管高度：h3H 2H 35.6253.4312.194m进口锥管上下直径：D312.507m, D423.114m2.2 肘管
12、肘管是一 90变截面弯管 ,其进口为圆断面，出口为矩形断面。水流在肘管中由于转弯受到离心力的作用， 使得压力和流速的分布很不均匀， 而在转弯后流向水平段时又形成了扩散，因而在肘管中产生了较大的水力损失。影响这种损失的最主要因素是转弯的曲率半径和肘管的断面变化规律，曲率半径越小则产生的离心力越大，一般推荐使用的合理半径R=(0.61.0)D4，外壁 R6 用上限，内壁 R7 用下限。R61.0D43.114m, R70.6D40.63.1141.868m 。为了减少水流在转弯处的脱流及涡流损失，因此将肘管出口作成收缩断面，并使断面的高度缩小宽度增大，高宽比约为 0.25，肘管进、出口面积比约在
13、1.3 左右。肘管出口断面高度： h6=Hl =1.789m肘管出口断面宽度： B6=B5=7.988m2.3 出口扩散段出口扩散段是一水平放置断面为矩形的扩散段，其出口宽度一般与肘管出口宽度相等；其顶板向上倾斜，根据其出口宽度并不是很大，所以不用加设中间支墩。仰角 =10.4，长度： L1=3.161m， L2=6.041m，L=9.202m2.4 尾水段的高度尾水管的总高度 h 和总长度 L 是影响尾水管性能的重要因素。总高度h 是由导叶底环平面到尾水管之间的垂直高度。 对于混流式水轮机由于直锥管环相连接， 可取 D32。D=2.25m2.6D1=5.85m，故满足要求。对于总长度 L，通
14、常取 L=(3.54.5)D1=7.87510.125m，L=9.203m。所以总长度也满足要求。2.5 尾水管单线图.根据以上的数据绘制单线图如下图三。图三尾水管单线图3.拟定转轮流道尺寸根据水电站机电设计手册 水力机械分册， 已知 D1 1.0m 时，HL220 型的尺寸可以D1=2.25m 时的转轮流道尺寸，如图四：图四转轮流道尺寸（单位：m）4.厂房起重设备的设计水电站厂房采用的起重设备形式和台数取决于厂房类型、最大起重量和机组台数等。因为为岸边引水式厂房，故采用桥式起重机。由于本水电站吊运构件中最重的为发电机转子带轴重为 82.6t 100t，且机组台数 n 4 。故选 1 台单小车
15、桥式起重机，型号为 100T / 20T 。其具体数据如下：取跨度： L=16m；起重机最大轮压： 35.9t；.起重机总重： 77.3t；小车轨距： LT=4400mm；小车轮距： K T=2900mm；大车轮距： K=6250mm；大梁底面至轨道面距离：F=130mm；起重机最大宽度： B=8616mm；轨道中心至起重机外端距离：B1=400mm；轨道中心至起重机顶端距离：H=3692mm；主钩至轨面距离： h=1474mm；吊钩至轨道中心距离（主） ：L1=2655mm,L2=1900mm；副吊钩至轨道中心距离：L3 =1300mm，L4=2355mm；轨道型号： QU100。5.厂房轮
16、廓尺寸5.1 主厂房总长度的确定：厂房总长度取决于机组段的长度、机组台数和装配场长度。总长 L nL1 L2L（其中 n 为机组台数， L1 为机组段长度， L2 为装配场长度， L 为端机组段附加长度）5.1.1 机组段长度 L 1 的确定机组段的长度 L1 是机组的中心距离。主要由蜗壳、尾水管、发电机风罩在x 轴方向（厂房纵向）的尺寸来决定。（ 1）按蜗壳层推求：L1 RR12 1 2其中，R1 为当 i345o 时的 Ri ，即 R1=4.811m ，R2 为当 i165o 时的 Ri ，即 R2=3.921m 。1 , 2 分别为蜗壳左右外围混凝土的厚度，初步设计时取1.21.5m，这
17、里均取 1.3m，所以蜗壳层对应：LR1 R2124.8113.9211.31.311.332m（ 2）按尾水管层推求：LB2 2其中 B 为尾水管的出口宽度，2 为尾水管混凝土边墩厚度，初步设计时可取1.52.0m，大 型 机 组 取 2.0m。已 知B7.988m， 在 这 里 取 取21.8m 。所以尾水管层对应： L B2 27.98821.8 11.588m（ 3）按发电机层推求： L3b2 3其中 3为发电机风壁厚，一般取0.3 0.4m,这里取 0.35m， b 为相邻两风罩外壁净距，一般取 1.5 2m,38.4m 。这里取 1.8m ，由已知资料可知，发电机风罩内径所以发电机
18、层对应： L3b2 38.4 1.8 20.3510.9m据以上三种结构的计算情况，厂房的机组间距由水轮机尾水管层推求的长度决定,取.L111.588m 。最后取机组段长度为11.600m。5.1.2 端机组段附加长度的确定L(0.1 1.0)D10.42.250.9m5.1.3 装配厂长度的确定装配场与主机室宽度相等，以便利用起重机沿主厂房纵向运行。装配场长度一般约为机组段长L1 的 1.0 1.5 倍。对于混流式采用偏小值，这里取1.1。L21.111.612.760m 。5.1.4 厂房的总长度LnL1L2L 4 11.6 12.76 0.9 60.060m最终取厂房的总长度 L = 6
19、0.000m。也就是机组段长度不变， 端机组段附加长度减少 6cm，再加上沉降缝的 2cm，因此机组段附加长度最后为 82cm。5.2主厂房宽度的确定5.2.1 以机组中心线为界，厂房宽度B 可分为上游侧宽度Bs 和下游侧宽度Bx 两部分B BxBs33A8.4m ,取 3 0.35m ， A 风罩外壁至上游内2Bs ，。其中， 3侧的净距，取 5m。33A8.4所以，Bs0.35 5 9.55m22Bx除满足发电机层要求外，还要满足蜗壳y方向和混凝土厚度要求。33ABx对于发电机层：2。其中， A 风罩外壁至下游墙内侧的净距，主要用于主通道取 2m 。Bx33A8.40.352 6.55m所
20、以，22对于蜗壳层y方向为：Bxy2l。其中：y为i为 255 时的Ri，为 4.406m； l 为混凝土保护层的厚度，取 1.5m2此时对应的 Bx =4.406+1.5=5.906m.由于 5.906m 6.55m，所以取 Bx6.55m因此， BBs Bx 9.55 6.5516.1m 。5.2.2 由厂房的辅助设备，根据桥机跨度确定主厂房的宽度根据起重机设备可知桥机的跨度为lk =16m。图五桥机牛腿以上： Bl k2(b1b2 hb )牛腿以下： Bl k2(ehb )其中：b1桥机端与轨道中心线的距离，查桥机的有关规定取 0.4m b2桥机端部与上柱内面间距，一般取 0.30.6m
21、，取 0.4m hb牛腿上部立柱截面高度，一般取 0.6 1.2m，取 0.8m hb牛腿下部立柱截面高度，一般取 1.02.5m，取 1.5m e 偏心距，一般取 00.25m，取 0.1m所以，牛腿以上： Blk2(b1b2hb )162(0.40.4 0.8) 19.2m牛腿以下： Blk2(ehb )162(0.11.5)19.2m综上所述，取主厂房的宽度B 为 19.2m.6.厂房各层高程的确定6.1 水轮机组安装高程b0T下minH s竖轴混流式水轮机安装高程由下式计算，2 。其中，查表可得导叶相对高度为0.25。因此，导水叶高度： b00.252.25 0.5625m已知0.16
22、5,0.027H s 10.3 () H9001，. 气蚀系数； 气蚀系数修正值； H 计算水头； 900 水电站厂房所在地点海拔高程的校正值。H s10.3(0.165 0.027) 46.293.51 0.33m所以水轮机允许吸出高度：900。对于水电站厂房建成后下游设计最低水位下m in ，由于本水电站有 4 台机组，所以取一台机组流量对应的尾水位。故根据资料，得出：下 min91.84mH sb00.562592.451m则，水轮机组安装高程：T下 min291.84 0.3326.2 尾水管底板高程b0hw3T2尾水管底板高程：其中： hw 底环顶面至尾水管底板的距离3Tb0hwTH
23、92.451 6.59385.858m则，尾水管底板高程：26.3 主厂房基础开挖高程主厂房基础开挖高程：FT(h3h2h1 )TH h1其中： h1 尾水管底板混凝土厚度，取1.5m ，h2 尾水管出口高度h3 从水轮机安装高程T 向下量取到尾水管出口顶面的距离则，主厂房基础开挖高程：FTHh192.451 6.5931.584.358m6.4 进水阀层地面高程进水阀层地面高程：45r1hl其中： 5 钢管中心线高程，5T ； r1 引水钢管半径，蝶阀尺寸 3400mm，则r1=1.7m；hl 钢管底部至主阀室地面的高度，钢管底部作通道，hl应大于1.8m，此处取hl =2m。则，进水阀层地
24、面高程：45r1 hl92.4511.7 2 88.751m6.5 水轮机层地面高程水轮机层地面高程：1Th4其中：h4 蜗壳进口半径和蜗壳顶混凝土层， 金属蜗壳的保护层一般不少于 1.0m ,蜗壳进口半径为 1.443m ,蜗壳上部混凝土厚度可取 1.0m ,所以 h4=2.443 m 。则：1Th4 92.451 2.443 94.894m 。由于水轮机层的地面高程一般取100mm 的.整数倍。故最终水轮机层地面高程：1 = 94.900m6.6 发电机安装高程发电机安装高程：G1h5h6其中： h5 进人孔高度，一般取 1.8 2.0m，此处取 1.9m；h6 进人孔顶部厚度，一般为左右
25、 1.0m，此处取 1.0m。则，发电机安装高程：G1h5 h6 94.900 1.9 1 97.800m6.7 发电机层楼板面高程发电机层楼板高程：2Gh f并且21 99.92 94.95.02m4m ，满足要求。最高尾水位 94.6m99.92m ，不会淹没厂房。因此，发电机层楼板高程：299.920m6.8 起重机（吊车）的安装高程起重机（吊车）的安装高程：C2h7 h8 h9h10h11其中： h7 发电机定子高度和上机架高度之和。发电机上机架高度为0.993m，定子机座高为 1.8m。发电机定子为埋入式故h7=0.993m；h8 吊运部件与固定物之间的垂直净距离，一般为0.61.0
26、m，这里取 0.7m；h9 最大吊运部件高度，由资料知h9=5.02m；h10 吊运部件与吊钩之间的距离，一般在1.0 1.5m 左右，取 h10=1.3m；h11 主钩最高位置至轨顶面距离h11=1.474m则，起重机（吊车）的安装高程：C 99.92 0.9930.75.02 1.31.474109.407m 。6.9 屋顶高程屋顶高程：RCh12h13其中 h12 轨道面至起重机顶部距离 h12=3.692m；h13 检修吊车在车上留有 0.5m 高度， h13=0.5m；则RCh12 h13 109.407 3.692 0.5 113.599m ，屋面大梁的高度、屋面板厚度等取 0.8
27、m，则屋顶高程为 114.399m。7.安装间的位置选择及设计因为进厂的公路在主厂房的右侧，为了运输方便，把安装间布置在厂房的右侧。由前面已知安装间的长度12.760m，宽与主厂房同宽为19.2m。同时，为了满足主变能推入安装间进行维修，在安装间下游侧设置了尺寸为8.5m5.5m 的变压器坑；在安装内设有 5m 5m 的发电机转子检修坑，方便发电机转子检修。.1)位置：进厂的公路在主厂房的右侧，为了运输方便，把安装间布置在厂房的右侧；2）尺寸：已知安装间的长度为12.747m ，宽与主机室同宽为19.2m。安装间地面高程为99.92m与发电机层楼板高程同高，这样可以利用紧邻的机组段场地进行安装
28、、检修；3）变压器坑：为了满足主变压器能推入安装间进行维修，在安装间下游侧设置尺寸为8.5m5.5m 的变压器坑；4）检修坑：在安装间内设有直径为4.9m 的发电机转子检修坑，方便发电机转子检修；5）吊物孔和楼梯：在安装间上游侧设有2.5m3.0m 的吊物孔，供吊运设备用；靠上游侧设有检修运行用的楼梯，净宽1.2m，坡度 35。6）大门：厂房的大门尺寸取决于运入厂房内最大部件的尺寸。因为上机架为6.47m，转子直径为 4.9m，因此选用门宽为6m，高 7m。为安全起见，门向外开。对安装间的具体说明如下：发电机转子直径周围应留2.0m 的空隙，以供安装磁极之用。发电机上机架周围留有1.0m 的间
29、隙，供作通道用。水轮机顶盖及转轮周围留有1.0m 间隙，供作通道之用。8. 厂区布置由于密云电站是河岸地面厂房，故其布置可如下面布置图。对于方案（一） ,由于主变在主厂房的上游侧，它离主机组最近，因此线路最短，最方便，电能损失小，但是主变厂与主厂房的距离增加，增加了发电机电压母线的长度，并且加大了电能损失。副厂房设在主厂房的下游侧，虽然电气设备的线路都集中在下游侧，与水轮机进水系统互不交叉干扰，但是尾水管的振动较严重，容易引起电气设备的误操作，并且可能要延长尾水管长度，增加厂房下部结构尺寸和工作量。对于方案（二），在厂房与后山坡之间形成一个很宽的地带，刚好用来布置副厂房及主变压器厂，并且主变压器厂就在主厂房后面，可以减少发电机电压母线的长度，减少电能损失和故障机会。开关站和主变压器厂也比较接近。副厂房设在主厂房的上游侧，布置紧凑，电缆短，监视机组方便。但是会使引水管道增长，不易适应电站的分期建设、提前发电的要求等。.图 1 厂房布置方案（一）图 2 厂房布置方案（二）经过对方案（一）、方案（二）的比较，总体来说，方案（二）要好一些。故采用方案（二）。.9.主厂房内部布置蜗壳之间布置蝴蝶阀，在事故停机或检修时，关断水流，在尾水管出口处备有检修闸门，当尾水管或水轮机检修时，用来挡住尾水进入。在发电层上游侧，布置每台机组的调速器和机旁盘，各布置油压装置一台，每个机组段(对应