水电站课程设计_坝后式电站

水电站课程设计-某坝后式电站

考核方式：

(1)总分100分，其中设计文档30分，图纸30分；平时成绩40分。

(2)设计文档和图纸提交时间为17周周四下午2点，超过1天扣总分5分。

(3)平时成绩包括出席情况和定期答疑（四次，分别为16周周二、周四、周五，17周周一）。

(4)教室安排（仅限上午）：16周周三20317，周四20302，周五30202；17周周一～周三：30302

备注：16周周二上午9点30分统一讲解课程设计具体事项，地点30502。

设计容

一、枢纽布置（*）

二、水轮发电机组选择

(1) 选择机组台数、单机容量及水轮机型号（*）；

(2) 确定水轮机的尺寸(包括水轮机标称直径D1、转速n、吸出高度Hs、安装高程Za)；

(3) 选择蜗壳型式、包角、进口尺寸（*）；

(4) 选择尾水管的型式及尺寸；

(5) 选择相应发电机型号、尺寸

(6) 选择相应调速器及油压装置（*）。

三、厂区枢纽及电站厂房的布置设计

(1) 根据地形、地质条件、水文等资料，进行分析比较确定厂房枢纽布置方案；

(2) 根据水轮发电机的资料，选择相应的辅助设备，进行主厂房的各层布置设计；

(3) 确定主厂房尺寸；

(4) 副厂房的布置设计；

(5) 绘制主厂房横剖面图、发电机层平面图、水轮机层和蜗壳层平面图各一。

四、引水系统设计

(1) 进水口设计。确定进水口高程、型式及轮廓尺寸；

(2) 压力管道的布置设计。确定压力管道的直径；确定压力管道的布置方式和各段尺寸；

(3) 进水口横剖面图一。

备注：标记（*）的本次课程设计可不做

设计指南

一、枢纽布置（*）

首先根据给定的设计资料查相应的规，确定工程等别及重要建筑物的级别。再根据地质、地形条件、建筑材料、施工条件、泄洪要求等来确定坝型，可以对土坝、拱坝、混凝土重力坝三种方案进行比较。

枢纽布置应确定各种建筑物的相对位置，进行坝段划分。本工程为坝后式水电站，主要包括拦河大坝与发电厂房两大部分。首先要求根据所给出的资料确定总体布置方案。主要比较左岸厂房方案和右岸厂房方案，考虑的因素包括主河床的位置、地质条件对大坝及厂房的影响、河道的冲刷与淤积、厂房进水和尾水的顺畅、各种建筑物的布置和施工是否方便、工程量等，可列表进行定性比较。选定厂房位置后，需要对坝段进行布置设计。

与本电站厂房有关的布置原则为：①要求电站进水口前水流平顺，无漩涡及横向水流；

②当溢流坝与厂房段并列布置时，应尽量将前者布置在主河槽，以保证泄水顺畅；③为减少下泄水流对发电和航运的不利影响，常在溢流坝与其他建筑物之间设置导墙；④当河流含沙量大，坝前淤积严重时，应采取排沙措施，冲沙孔或排沙洞常布置在厂房进水口附近，其高程可根据运用要求来确定；⑤应防止由于泥沙淤积造成尾水壅高，降低发电水头。

水电站厂房区的布置应包括主厂房、副厂房、尾水渠道、主变压器、开关站、交通道路的布置等容。

引水系统设计

进水口设计

确定进水口高程、型式及轮廓尺寸；确定拦污栅的布置形式和各部分尺寸。

(1) 进水口轮廓

由于本电站为坝后式水电站，故进水口的型式为坝式进水口。根据坝段长度选择拦污栅的平面形状(圆形或平面形)。确定进水口高程时需要注意，该电站地处寒冷地区，需要考虑冰冻对进水口的影响。

进水口的轮廓尺寸主要对进口段、闸门段、渐变段的断面尺寸进行计算和论证，要求水流平顺，水头损失小，进口流速不宜过大，结构受力条件好。进口段一般为喇叭口形状，闸门段一般为矩形断面，而渐变段主要是矩形断面和管道圆形段面的连接段。

(2) 拦污栅设计

拦污栅的设计容包括栅面设计(平面形状和面积)、栅面距坝体上游面的距离、栅条尺寸和间距。

(3) 闸门段设计

闸门段包括工作闸门和检修闸门，需要对闸门的位置、形式、尺寸、启闭方式、通气孔的位置及尺寸等进行设计。

由于本电站位坝后式水电站，所以工作闸门和检修闸门建议均采用平板式闸门。闸门的位置和尺寸需要根据上面设计的轮廓形状确定。

通气孔设计包括面积、位置和出口高程的确定，其中面积根据单根管道最大引用流量和设计允许气流流速确定，位置一般在闸门下游侧(工作闸门后止水)。如果工作闸门为前止水，则可由闸门井兼作通气孔。

压力管道的布置设计

压力管道的涉及容包括确定压力管道的直径；经定性分析比较确定压力管道的布置方式，各段尺寸及结构型式。

对于坝式水电站来说一般采用单管单机供水的坝压力管道，其布置原则上应力求管道短，穿过坝体时尽量减少对坝体的消弱，减少水头损失，降低水击压力，满足机组的调节保证为要求。

设计中需要考虑下面的因素：本电站为混凝土重力坝，坝高属中等坝，坝体尺寸较大，进水口和水轮机安装高程相差20m以上，进水口较高。

根据以上的原则和考虑因素，建议重点论证倾斜式管道布置方案的合理性。

压力管道的直径可采用经济流速方法确定。

水轮发电机组的选择

水轮机选择是水电站设计中一项重要任务，它涉及到机组能否安全、高效、可靠运行，而且对水电站造价、建设速度、水电站建筑物的布置形式及尺寸都有影响。

水轮机选择是在已知水电站装机容量N、水电站特征水头(最大工作水头H max、最小工作水头H min、设计水头H r、平均水头H av)、特征流量(最大引用流量Q max、最小引用流量Q min、平均流量Q av)、下游水位流量关系曲线情况下进行的。

选择机组台数、单机容量及水轮机型号：本次课程设计统一选用4台HL310 型机组，转轮直径D 1=6.5m ；转速n=72r/min ；

(1) 计算允许吸出高度H S ，并确定水电站的安装高程Z A

r s H k H σ-∇

-

=900

10 式中▽ —— 电站所在地的海拔高程；k —— 空蚀系数修正系数，一般取1.1~1.35； σ —— 水轮机模型空蚀系数；H r ——设计水头。

（2）选择蜗壳型式、包角、进口尺寸：蜗壳的水力计算见水力机械教材，本次课程设计蜗壳尺寸可选L +x =6.4m ；L -x =4.8m 。

（3）选择尾水管的型式及尺寸：尾水管轮廓尺寸确定见水力机械教材。 （4）选择相应发电机型号、尺寸，调速器及油压装置

水轮发电机、调速器和油压装置的型号和尺寸，可以由本电站的单机容量、额定转速等套用已建成的类似电站所使用的设备。

厂区枢纽及电站厂房的布置设计

厂房设计包括厂区枢纽的布置、主厂房尺寸的确定、厂房设备的布置、起重机的选择、厂房的结构布置、副厂房布置等。 主厂房的长度

主厂房的长度L =机组段长度L 0×机组数+装配场长度+边机组段加长ΔL 。

本电站属于中低水头水电站，其机组段长度一般根据下部块体结构的最小尺寸确定。下部块体结构的主要部件是蜗壳，蜗壳平面尺寸确定后，L 0=蜗壳平面尺寸+蜗壳外的混凝土结构厚度δ，δ一般取0.8~1.0m ，边机组段一般取1.0~3.0m 。某些情况下，下部块体结构的尺寸取决于尾水管的平面尺寸。

装配场长度由装配场的面积确定，而其面积要能够满足对一台机组进行解体大修的要求，即能够在装配场放下发电机转子、发电机上机架、水轮机顶盖和水轮机转轮四大件，并且在各部件之间留出1~2m 的通道。其中发电机转子一般带轴吊运到装配场，装配场楼板相应位置要留出直径比大轴法兰稍大的孔(平时覆以盖板)，大轴穿过后支承在特别设置的大轴承台上(也称为转子检修墩)，承台顶端预埋底角螺栓，待大轴法兰套入后，用螺母固定。

边机组段加长一般可取为△L =1.0D 1。