水电建筑物设计说明书实例精品文档19页

水电站厂房课程设计

——MY水电站

§1 课程设计的目的

课程设计是以工程实例为题，由学生独立思考，灵活应用有关的布置原则和要点，自己动手布置厂房。从而巩固和加深厂房部分的理论知识，并进一步培养学生的计算、制图和应用技术资料的技能。

§2 MY枢纽的概况

密云水库库区跨越潮、白两河，地处密云县城北20公里。两条河在密云县城以南约10公里处汇合成潮白河。

潮河和白河的最低分水岭在金沟，高程为130米。潮河水库和白河水库在金沟连通。库水位在130米高程以上合成一个水库即密云水库。河流多年平均流量为3

m s。

50.50/

密云水库是以防洪及工农业供水为主要任务，兼有发电效益的综合利用水利工程。

水库的特征水位如下：

死水位：126.0m

?；

?；校核洪水位：159.5m

?；设计洪水位：158.2m

?；正常高水位：157.5m

坝顶高程：160.0m

?。

主要建筑物包括：

一、挡水建筑物

有潮河和白河主坝两座及副坝五处，为碾压式粘土斜墙土坝，最大坝高为白河主坝

66.4m，潮河主坝56m，各副坝15.739m不等。

二、泄洪建筑物

1、溢洪道：有潮河左岸、第二溢洪道。第一溢洪道为正常溢洪道，底坝高程140m

?，泄

洪超过百年一遇的洪水，为五孔带胸墙式河岸溢洪道。第二溢洪道为非常溢洪道，与第一溢洪道配合宣泄千年一遇洪水，底坝高程为148.5m

?，为五孔开敞式河岸溢洪道。

2、隧洞：

(1) 白河左岸发电隧洞：用作发电供水和下游工农业供水，并在调压井上游设泄水支洞，

用以宣泄万年一遇特大洪水。进水塔进口底板高程为116.0m

?，洞径6m，洞长416m，底坡i=。调压室为圆筒式，内径17.14m。调压室后接两根埋藏式压力水管，管径5.5m，管1400

长125m。

(2) 潮河发电泄水隧洞：任务是施工导流、发电、灌溉、供水和泄洪。

(3) 走马庄放空隧洞：只在千年一遇洪水时参加泄洪，平时不用，主要任务是紧急放空。

其枢纽布置图见图1。

3、坝下廊道：为施工期的临时建筑物，施工导流采取潮、白两河分别导流的方式，故设白河导流廊道、潮河导流廊道，可宣泄20年一遇洪水。另有南石骆驼输水廊道，用以泄放3个流量的灌溉带用水。

§3 厂房枢纽位置的选择

3.1 挡水建筑物主坝的选择

经比较，潮河地面高程高于白河坝址地面高程，故建白河电站比建潮河电站多出10m水头，每年可多发电400万度。所以，电站设在白河，装机容量为4台单机15MW，共60MW，白河电站发电泄水可灌溉密云县以下耕地。

3.2 河压力引水系统和厂房枢纽布置的选择

经对左右岸两个方案从地形、地质、施工条件和运行管理等几个方面进行分析和比较后认为，右岸方案洞线较短（427m），有合适布置调压室的位置，出口地形较低，电站尾水渠较短，调压室可布置在白色石英岩上，且接近对外铁路，爆破时附近村庄不受干扰。而左岸方案洞线相对较长，岩石破碎，铁路进厂要跨越河流，且尾水渠、厂房开挖量大，右岸方案优点明显较多，故取右岸方案。

3.3 电站厂房位置的选择

也比较了两个方案：一是放在右岸下游小山沟上游地；二是放在泄洪支洞口。

厂房若布置在泄洪支洞处，优点是引水隧洞和高压输水管道较短，厂房位于白色石英岩基上，有可能取消调压室。缺点是岸壁很陡，平行与河岸的裂缝较发育，岩石削坡后有崩塌的危险。厂房距坝太近，施工干扰大。另外，大约少利用5m的落差，尾水渠亦较长，下游反调节池的修建要做较高的堤坝。

厂房若是布置在下游小山沟附近，其缺点是引水道较长（约510m），必须设调压室。优点是小山沟上游坡地地形较为平缓，地质条件好，修建厂房和调压室都是安全的，距坝较远，干扰小。为了保证安全和多利用5m水头，决定采用下游小山沟附近的方案。此方案中，厂房附近地形开敞，利用厂房枢纽的布置，而施工支洞处改为泄洪支洞，洞口发生过岩石崩塌现象。

3.4 主厂房位置的选择

主厂房左右位置的确定，是考虑到向右移动时，主厂房地基将遇到强烈风化的石灰岩，向左移动削坡工程显著，据此确定了主厂房的左右位置。

厂房地区为辉绿岩地带，处于半风化状态，厂房后山头表面岩石风化强烈，在这样的岩体中开挖6根岔管将严重削弱山体。故将岔管放在山体外，做成明的，这样厂房随之外移，据此确定了主厂房的前后位置。

§4 电站主接线图

万水轮发电机组。用两台主变密云白河水电站的主接线采用扩大单元接线，4台1.5KW

接成两个扩大单元。发电机出线电压为10.5KV 。引出后进低压配电装置，经断路器和隔离开关连成10.5KV 发电机电压母线，然后送主变升压，升压后的电流送110KV 开关站。110KV 高压侧采用单断路器双母线制，进出线为二进二出。

§5 基本资料和设计依据

5.1 有关密云水电站工程概况的简要说明如前。 5.2 坝址地形图一张，比例为1:1000，如前。

5.3 坝型为斜墙土坝，依据发电量和装机容量，厂房按Ⅱ级建筑物设计。 5.4 电站下游尾水位：

最高尾水位：94.6m ?；正常尾水位：93.5m ?；

单机满负荷出力时尾水位：91.84m ?；最低尾水位：91.5m ?。 5.5 水电站装机容量6KW 万，共四台机，厂房布置在右岸。 5.6 电站设计水头46.2p H m =。 5.7 水轮机型号：211HL —LJ —225； 转轮重量：14T ； 轴向水推力：78T ；

气蚀系数：0.165,0.027σσ=?=。

5.8 蜗壳尾水管尺寸：单位参数如表5.1及图5.1：

表5.1 蜗壳尾水管尺寸表

5.9 发电机

型号：550/7928/550

TS—28 (SF15-)；

风道直径：8.4m；定子半径：6.5m；

转子直径：4.90m；转子带轴总重：82.6T。

其他尺寸如下图5—2：（单位为：mm）

5.10 蝶阀尺寸：4340cm。

5.11 电气主接线：输电电压110KV；主变压器型号：40500/110

SFL—。

长宽=7060 m。

5.12 主压开关站面积：??2

TS550/79-28 悬式水轮机尺寸示意图

5.13 辅助设备：

—100，尺寸：120.0150.0190.0 cm；

（1）调速器：T??

—1.7，尺寸： 100cm；高 241.2cm。

（2）油压装置：MHYφ

5.14 机旁盘：每台机4块，每块8040240cm

??；

励磁盘：每台机5块，每块8090190cm

??。

5.15 对外交通：右岸公路。

§6 设计内容

设计内容概括地说，就是在给定工程枢纽布置和厂房位置的前提下，利用现有资料进行厂房布置设计。

§6.1 绘制蜗壳单线图

一、蜗壳的型式：

根据题意水轮机型号为HL211—LJ—225，可知应采用金属蜗壳；水轮机的工作头

46.240p H m m =>，故采用金属蜗壳。

二、蜗壳主要参数的选择（主要参考《水力机械》第二版，水利水电出版社） 依据《水力机械》第二版P98知圆断面金属蜗壳的进口断面的包角0345?=；蜗壳进口断面的流量0

max 360

c Q Q ?=

?，其中max Q 为水轮机的最大应用流量，查《水力机械》第二版P160

知设计流量 Q （即max Q ）为3

max 38.9/Q m s =，故030

m a x

034538.937.28/360

360

c Q Q m s ?=?=?=；由前资料可知设计水头Hr=Hp=46.2m,

故蜗壳的进口断面平均流速c V 查《水力机械》第二版P99图4—30(a)曲线得 5.55/c V m s =。 依据水轮机的型号HL211—LJ —225知《水力机械》第二版P162的附表五

得：当水轮机的标称直径D1=2250mm 时，金属蜗壳的座环外径为3850 3.85a D mm m ==，

座环内径为32503.b D m m m ==

，因此此金属蜗壳的座环外半径为

/23850/2 1.925a a r D mm m ===，金属蜗壳座环的内半径为/23250/2 1.625b b r D mm m ===。

座环示意图如图6—1所示：

三、蜗壳的水力计算 1、对于蜗壳进口断面

依据《水力机械》第二版P100计算如下： 断面的面积：20max 34538.9

6.717360360 5.55

c c c c Q Q F m V V ???=

===??；

断面的半径：0max max 1.463360360 5.55c m V ρππ

=

=

==????；

从轴中心线到蜗壳外缘的半径： 2、对于中间任一断面（参见规范）

设i ?为从蜗壳鼻端起算至计算断面i 处的包角，则该计算断面处：

max 0

38.9360

360i

i

i Q Q ??=

?=?

；max

720k

C Q π=

（C 为蜗壳系数，k 为蜗壳的常量）；

其中：3max 38.9/Q m s =，max 1.463m ρ=， 1925 1.925a r mm m ==。

对蜗壳的进口断面而言：0max [a C r ?ρ=+-；

0max

/[1038.66a C r ?ρ=+-=

=，分别取

i ?为000

3075.....345、列表计算如下：

3．椭圆形蜗壳的计算：

对于中间任一断面（依据《水力机械》课程笔记以及《水电站机电设计手册》（水力机械）），当圆形断面半径S ρ<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 ρ=时，

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

010.709

0.10.1 2.250.5822

0.58 1.011cos55cos55

b h D m h S m

=

+=+?====

由几何关系可得：0 1.9250.1 2.025a R r K =+=+=。

设i ?为从蜗壳鼻端起算至计算断面i 处的包角，则该计算断面处的几何关系可得：

则有:

0i i i i i

a R X

R a ρρ==+=+

利用进口断面345, 1.45m ?ρ==,求得常数1040C =,

则当 1.011i S m ρ==时，通过试算得192i ?=，即192i ?<时为椭圆断面，

192i ?≥时为圆形断面．分别以15为等差列表计算如下： S=α

cos b a r r - 式中α为座环蝶形边锥角一边为55o

S=

α

-cos 625

.1925.1=0.523m

结合上列蜗壳尺寸表可知，当断面包角o ?在0~15o

时，ρ＜S 故取椭圆形断面，椭圆断面各部分尺寸的计算公式如下椭圆断面短半径2ρ。

A=παρtg d i 22+ C

r 2c t g )C (C s i n 1i a 2

2i i i ?+?+?α=

αρ

式中A —圆形断面当量面积 i ρ—圆形断面半径 椭圆断面长半径）（ρρα-+=ctg 1L 21，椭圆断面中心距2

a i 22.1r a ρ+=

椭圆断面外半径1i i a ρ+=R

以上计算按下表进行，金属蜗壳椭圆形断面计算：

表6.1 金属蜗壳椭圆断面计算表

根据计算结果表6.2，画蜗壳单线图，如图6.2所示，比例为1:80，单位为mm 。

§6.2 尾水管单线图的绘制

根据前面已知的资料，结合水轮机的型号HL211—LJ —225，参考《水力机械》第二版可知：选用水轮机的标称直径为1 2.25D m =，当水轮机的出口直径21D D >的混流式水轮机，由《水力机械》第二版表4-17知：

当1 2.25D m =时，

为了减少尾水管的开挖深度，采用弯肘形尾水管，弯肘形尾水管由进口直段、肘管和出口扩散段三部分组成。

1、 进口直锥段：

查《水电站机电设计手册》——水力机械分册，1210.1920.432h h D m +== 进口锥管高度：3124 2.38h h h h h m =---=；

对混流式水轮机，锥管的单边扩散角θ值可取7-9°。（根据图4） 出口直径4 3.038D m =，则锥管的单边扩散角043

3

8.12D D arctg

h θ-==。 进口锥管上下直径：3 1.05 2.25 2.363,D m ==?=2转轮出口直径D 。 2、肘管：

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的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率越大，一般推荐使用的合理半径

42(0.6 1.0)(0.6 1.0)R D φ==，外壁6R 用上限，内壁7R 用下限。由《水力机械》标准混凝

土肘管可得，

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，056

12

11.5, 3.161,h h arctg

L m L α-=== 说明：因为算出的5B =6.12m<10m,所以尾水管出口扩散段之间不设中墩。 4、尾水段的高度

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HL 水轮机由于直锥管环相连接，可取3212.507 2.25D D m D m ==>=。

因为12D D <，所以属于高比速混流式水轮机。

增大尾水管的高度h ，对减小水力损失和提高h ω是有利的，特别是对大流量的轴流式水轮机更为显著。但对混流式水轮机尾水管中产生的真空涡带在严重的情况下不仅影响机组的运行而且还会延伸到尾水管地板引起机组和厂房的振动。为了改善这一情况，常采取增大尾水管高度的办法，但将会增大开挖量，经过试验，比较对于高比速12.6h D >。

当16.593 2.6 5.85h m D m =>=，故满足要求。 5、尾水管单线图

根据以上的数据绘制单线图（内、外半径分别与直锥管相切）。

§6.3 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1' 1.0D m =时，230HL 型的尺寸可以求出1 2.25D m =时的转轮流道尺寸。如图6—4。

§6.4 厂房起重设备的设计

主要参考《水电站机电设计手册》——水力机械分册和《水电站厂房设计》——水利水电出版社。

吊运构件中最重的为发电机转子带轴重为82.6100T T <，且机组台数4n =。故选1台单小车桥式起重机，型号为100/20T T 。 其具体数据如下：

取跨度：16L m =； 起重机最大轮压：35.9T ； 起重机总重：77.3T ； 小车轨距：4400T L mm =； 小车轮距：2900T K mm =； 大车轮距；6250K mm =；

大梁底面至轨道面距离：130F mm =； 起重机最大宽度：8616B mm =； 轨道中心至起重机外端距离：1400B mm =； 轨道中心至起重机顶端距离：3692H mm =； 主钩至轨面距离：1474h mm =；

吊钩至轨道中心距离（主）：122655,1900L mm L mm ==； 副吊钩至轨道中心距离：321300,2355L mm L mm ==；

轨道型号：100QU 。

§6.5 厂房轮廓尺寸

主要参考《水电站机电设计手册》——水力机械分册和《水电站厂房设计》——水利水电出版社。

一、 主厂房总长度的确定：

(一)厂房总长度包括机组段的长度（机组中心距）、端机组段的长度和安装厂的长度。 如上图可知：总长12(1)c a L n l l l l =-+++

其中n 为机组台数，c l 为机组间距，1l 为左边机组段长度，2l 为右边机组段长度，a l 为安装间长度。

1、组段的长度c l 的确定 机组段的长度c l 应按蜗壳层、尾水管层、发电机层分别推求，然后求最大值。

(1)按蜗壳层推求c l ：

其中， 1x 为当0

345i ?=时的i R ，即1x =4.855m ，2x 为当0

165i ?=时的i R ，即2x =3.810m 。

12.l l ??分别为蜗壳左右外围混凝土的厚度，大中型电站取1.5-2.5m ，这里取1.5m ，所以1212 4.855 3.81 1.5211.665c l x x l l m =++?+?=++?=

(2)按尾水管层推求c l ：

其中5B 为尾水管的出口宽度；T 为尾水管闸墩厚度（大型取5-7m,中型取3-4m,小型取1-2m ）。

依据图4知5B =8m ，T=3m,所以58311c l B T m =+=+=。 (3)按发电机层推求c l ：2c f t s l D δ=++?

其中t δ为风罩墙厚度，一般取0.4-0.6m,这里取0.5m ； s ?为相邻两风罩墙的间距，不小于1.6-2m,这里取1.8m 由前面已知资料可知，f D =8.4m 。

所以28.420.5 1.811.2c f t s l D m δ=++?=+?+=。

据以上三种结构的计算情况，取最大的按照蜗壳层计算的机组间距取c l =11.665m 。 2、端机组段长度的确定(安装间在左边) ①左边机组段的长度1l ：

按照蜗壳结构推求：111 4.855 1.5 6.355l x l m =+?=+= 按照尾水管层求：152/28/2 1.5 5.5l B t m =+=+=

按照发电机结构推求：1/28.4/20.5 1.5 6.2f t T l D L m δ=++=++= ②右边机组段的长度2l ：

按照蜗壳结构推求：222 3.81 1.5 5.31l x l m =+?=+= 按照尾水管层求：251/28/2 1.5 5.5l B t m =+=+=

按照发电机结构推求：2/28.4/20.51 5.7f t t l D l m δ=++=++=

L c L c L a L 1

L c

L 2安装间

主

机间

纵轴线