某水电站厂房计算书.doc

1、水电站厂房第一节 几种水头的计算 (1)Hmax=Z 蓄 Z 单机满出力时下游水位Hr= Z 蓄 Z 全机满出力时下游水位Hmin=Z 底Z 全机满出力时下游水位一、H max的计算。1 假设 Hmax=84m由公式 Nr=K Q H公式中 Nr 为单机出力 50000KWK 为出力系数 8.5H 为净水头=H 0H=0.97H 0 (H=0.03H 0)Q 为该出力下的流量。故解出 Q=70.028m3/s查下游流量高程表得下游水位为 198.8m上游水位为 284mH=0.03 (284198.8)=2.6m又因为 284842.6= 197.42 重新假设 Hmax=83m由公式 Nr=

2、K Q H解出 Q=70.87m3/s查下游流量高程表得下游水位为 199.3m上游水位为 284mH=0.03 (284199.3)=2.5m又因为 284832.5=198.5 故 Hmax=83m二、H min的计算。1 假设 Hmin=60m由公式 Nr=K Q H公式中 Nr 为全机出力 200000KWK 为出力系数 8.5H 为净水头=H 0H=0.97H 0 (H=0.03Ho)Q 为该出力下的流量。故解出 Q=392.16m3/s查下游流量高程表得下游水位为 203.50m上游水位为 264mH=0.03 (264203.50)=1.80m又因为 264601.80=202.

3、20 203.402 重新假设 Hr=78m由公式 Nr=K Q H解出 Q=301.66m3/s查下游流量高程表得下游水位为 203.33m上游水位为 284mH=0.03 (284203.33)=2.34m又因为 284782.34=203.66 = 203.33故 Hr=78m第二节 水轮机的选型 (7)根据该电站的水头范围和该机组的出力范围，在水轮机系列型谱表中查出该电站最好选择 HL220 机型。一、水轮机的额定出力计算。Nr = Ngr / 公式中 Ngr 为水轮机额定出力。 为水轮机效率为 90%。Nr 为水轮机出力为 55430KW。故 Ngr 为 5.543 万 KW二、水轮

4、机转轮直径的计算。为水轮机模型效率为 89%。m1为该出力下模型的流量。sQ/5.3由此初步假定原型水轮机在该工况下 ,效率 smQM/15.31 %91由公式： 得 rrHDN218.9 D6982又因为转轮直径应选符合转轮直径系列并比计算值稍大的值故 为 2.75m。1D三、水轮机转速 n 的计算。初步假定 （对于坝后式mi/701r mn10mHrav1.8295.0/水电站）由公式 min64.23075.187011 rDHnav 又因为水轮机的转速要采用发电机的标准转速，为此要选取与上述公式得出的转速相近的发电机的标准转速。常选取稍大的标准转速作为水轮机采用的转速。故为250 r/

5、min。又因为当 n = 250 r/min 时水轮机的效率比较低，故选取比标准转速稍小的标准转速。故选取 n = 214 r/min。四、效率与单位参数修正。HL220-2750 的 %91maxMmDm46.01求得原型 （当水头 H150m 时3.9)(51axaxM效率修正值： 考虑原型与模型水轮机在制造工艺、质量.93.6上的差异，在已求得的 值中减去一个修正值 则 由此原型水轮%0.3.4机在最优工况下的效率为:3.95.4%91maxax M与假定值不等，重新假定。3.8m重新假定： ,效率 sQM/5.1 .得 rrHDN2.9mD621又因为转轮直径应选符合转轮直径系列并比计

6、算值稍大的值故 为 2.75m。1HL220-2750 的 %91maxMm46.01求得原型 （当水头 H150m 时3.6)(151axmaxDM效率修正值： 考虑原型与模型水轮机在制造工艺、质量.93.6上的差异，在已求得的 值中减去一个修正值 则 由此原型水轮%0.13.4机在最优工况下的效率为3.95.4%91maxax M与假定值相等。8单位转速修正值： %3.2193.5)1(maxa10 Mmn由于 按规定单位转速可不加修正，同时单位流量 Q 也可不修正，由上%.310mn可见，原假定 ， ， 正确，所以 为 2.75m 和 n = 214 .9MQ1mn101Dr/min 是

7、正确的。五、水轮机工作范围的检验。 smsHDNQrr 3321max1 15.08.1%.93785.8198.9 则水轮机最大引用流量： smr 321maxax 1.7.0与特征水头 Hmax，H min,Hr相应单位转速为： in59.6483.2max1in1 rD i2.7.in1in1 min63.85.241min1 rHDr效率验证如图： 六、水轮机吸出高度 Hs 的计算。Hs = 10 /900（ +）H公式中 为电站的海拔高程为 203.79m。 （由多年平均流量 Q=100 秒立方米） 为水轮机的汽蚀系数为 0.133。 为水轮机的汽蚀系数修正值为 0.02。 31.2

8、78)0.13.(907.21sH第三节 发电机的选型一、发电机的外型尺寸。n=214r/min150r/min 故采用悬式发电机。1 主要尺寸估算极距： （查表 32 得 查水电站表 542pSkfj 108jk8 得 p=14） cm0.6)1(530)1(4(2).定子内径： cpDi 316.54.2（3）.定子铁芯长度： cmnCSleitt 65.1024.062 （4）.定子铁芯外径：因 n=214r/min166.7r/min有 cDia 35.7.13.5.12 平面尺寸估算定子机座外径：因 n=214r/min166.7r/min，有 mDa8.69214.风罩内径：因 K

9、VASt20cD382012转子外径： Di .536.53 下机架最大跨度：因 KVASt1（查表 ）cm40654mD8.5推力轴承外径和励磁机外径：根据发电机容量查表得：取D2601,3276 cc5,73 轴向尺寸的计算定子机座高度：因 n=214r/min cmlht 71.203.65.1021 上机架高度： Di 8.2推力轴承高度、励磁机高度和永磁机高度：查表得： mhhhmh 906,120,240,015543 取 cmcc812,7654下机架高度：悬式非承载机架： cDi 4.3.7定子支座支承面至下机架支承面或下挡风板之间的距离：悬式非承载机架： cmDhi 3.80

10、16.5.01.8 下机架支承面至主轴法兰盘之间的距离： chh120,799 转子磁轭轴向高度：无风扇： cmlht 65.21065.10)650(10 发电机主轴高度： cmhhhH84.98432 cm78.98.).7(1定子铁芯水平中心线至主轴法兰底盘之间的距离： c2.356.01012二、发电机的重量估算1 发电机总重： )(7.35)45()108()( 2321 tnSkGeff 2 发电机转子重： .2tf3 发电机飞轮力矩：因 100r/minn375r/min 取 2.5k)(47806.1)3.5(. 2.5.32 mtlDkGti 二、轮机蜗壳外型尺寸的计算由于

11、，因此采用金属蜗壳。mH408max查资料得：i009018027蜗壳外缘至机组中心的距离 1ADRi2.082.75=5.72 1.862.75=5.115 1.582.75=4.345 1.242.75=3.41蜗壳圆断面半径 1Bi0.642.75=1.76 0.542.75=1.4850.42.75=1.1 0.342.75=0.935蜗壳椭圆断面长半径 1D0.642.75=1.76 0.542.75=1.485 0.42.75=1.1 0.342.75=0.935蜗壳椭圆断面短半径 12C- - - 0.22.75=0.55蜗壳进口直径： （查表得 ）1034.10mD685.37

12、.2410蜗壳断面长： mRL 7572.008蜗壳断面高： mRh 52.841.3.500279 金属蜗壳座环尺寸：查表得： 250,1,6kDab第四节 调速系统 (7)一、调速器的选择调速功计算： 水轮机在该工况的效率 mH83axkwNr5430%89 sQ9.76.1.9540 属于大型调速mNkAr 30.1483232max85.0器。二、接力器选择1 接力器直径的计算采用标准导水机构用两个接力器操作选用额定油压为 4.0Mpa已知导叶数 ，采用标准正曲率导叶，查表 64max10HDbds240z取为 0.03， =0.25。32.9. 10Db选用与之偏大的mHDbds 3

13、76.0825.7.max10 42 接力器的最大行程的计算在 HL220 模型综合特性曲线上由设计工况点： in63.1rnr查得smQ3ax108.又 则0 40MD240zmzDaM87.29463100mx0x0 S 36.0.)8.14(axax3 接力器容积的计算两个接力器总容积 32max2 076.7.14SdVss 4 主配压阀直径的选择由公式： 得),(4sTds md841.3取与之偏大的 d=80mm 即选用 DT-80 型电气液压式调速器。三、油压装置的选取油压装置不考虑空放阀和进水阀的用油，则油压装置压力油罐的容积按经验公式：选择与之接近偏大的 HYZ-1.6 型分

14、离式油压装置。30 5.168.)218(mVs四、主变的选取采用扩大单元接线，两台机组共用一台主变，参考水电站厂房设计附录 16，选用 SSPL-10000 型主变五、起重设备参考机电设计手册：发电机转子重量：182.85T乘以动力系数 1.2：182.851.2=219.42T选用 2125 双小车桥式起重机。第五节 尾水管的选型由于采用 HL220 型，因此 ，所以：31Dh L B5 D4 h4 h6 L1 h52.6D1 4.5D1 2.72D1 1.35D1 1.35D1 0.675D1 1.82D1 1.22D17.15m 12.375m 7.48m 3.7125m 3.7125

15、m 1.856m 5.005m 3.355m肘管进口直径 D3： 对于混流式水轮机 ，42134)(htgt097h1=0.05577m，h 2=0.06971m，h 3=0.1m， mttg782.)(21443 第六节 厂房尺寸的确定 (3)一、机组段平面尺寸的确定。的确定。1 主厂房长度的确定。（1）机组间距 L1:由发电机风罩确定的机组段长度 L1:L1=+B+2=8.92+4.2+21.5=14.12(m)所以取 L1:为 14.2 米。（2） 机组段长度 L2:计算边机组段长度的时候需要考虑设备的布置和吊运的要求。由经验公式得：L2= L1+L=14.2+0.82.75=16.4(

16、m) 式中L=(0.2-1)D（3） 装间长度 L3:根据吊运与机组检修等的布置要求，由经验公式得L3=（1-1.5）L 1所以取 L3:为 19 米。所以厂房的总长为 3 L1+ L2+ L3=314.2+16.4+19=78 米。2 主厂房宽度的确定。（1） 厂房水下部分宽度的确定: 下游侧宽度 B1:B1主要决定于下游尾水管的尺寸，故 B1=4.5D1=12.375m。取 B1:为12.4m。 上游侧宽度 B2:B1主要决定于蜗壳进口的布置、主阀、机组及其他附属设备的布置，为了方便取与厂房水上部分上游侧的宽度相同为：8.3m。（2） 厂房水上部分宽度的确定: 下游侧宽度 B1:B1主要决

17、定于发电机层地面的设备的布置及交通要求。B1=8.922+1.5+1.2=7.16m。取 B1为 7.2m。 上游侧宽度 B2:B2主要决定于发电机层地面的设备的布置及交通要求。B2=8.922+1.5+1+1.2=8.16m。取 B1为 8.3m。二、尾水平台及尾水闸室的布置。尾水管的出口分为两个孔，每孔的尺寸为 3.29m3.34m，中间隔墩宽为 0.9m。尾水闸门尺寸为 3.49m3.54m，每台机组各设一套闸门，分别以四台电动活动式尾水闸门起闭机操作。在每台机组的尾水闸墩上分别设置两个尾水闸室，分别放置尾水闸门。根据吊运闸门和行人交通的需要，以及尾水管的长度，设置尾水平台，高程与发电机

18、层地面高程相同为：210.23m三、主厂房控制高程的确定。1 水轮机的安装高程： mHS31.2 mbHs 9625.127.5031.20 因为一台机组满发时引用最小流量为 70.87m3/s,对应的水位即为下游尾水位：85.0尾水轮机安装高程： 取为 200m8.195.2096.1水2 尾水管底板高程： 1= 3b 02h 1=2000.687527.15=192.3873 尾水管进人孔地面高程： 2= 3r 1h 2=2004.41.8=193.68(m)4 水轮机层地面高程： 4= 3+r2+h3=200+1.8425+1.2=203(m)5 发电机定子安装高程： D= 4+h4+h

19、5=203+2+1=206(m)6 发电机层地面高程： 5= D+ h6=206+4.23=210.23(m)7 安装间地面高程：根据下游洪水资料及厂房的施工等需要将安装间高程相对发电机地面高程抬高H 为 4.77。所以安装间高程为 6= 5+H=210.23+4.77=215(m)8 吊车轨顶高程： 7= 6+ hmax+ h7+c+ h8=215+7.88+0.2+0.8+1.895=225.775(m)所以取 7为 225.78 米。9 屋顶大梁底部高程： 8= 7+h+ h 9+ h10 =225.78+0.2+1.8+1.2=228.98(m)所以取 8为 229 米。10 厂房屋顶

20、高程：以上高程都已经确定所以厂房屋顶高程可取为 230 米。第七节 厂房的整体稳定分析 (2)为了便于计算荷载，厂房的整体稳定分析按一个机组段进行计算，其计算方法与混凝土重力坝的稳定分析相同。通过计算确定厂房整体的抗滑稳定性和地基上的应力是否超过允许值，而且一般不允许出现拉应力。由于厂房的宽度较大，一般不需要进行厂房倾倒稳定性的校核。一、荷载计算。1 厂房自重：(a)一期混凝土自重：A 1尾水管周围混凝土自重：W1=(12.375+8.2)(3.712+3.387)14.20.5(3.355+1.85625)7.377.481.856255.0057.48(90360)3.143.712 27

21、.48=24539.94KN柱子自重： W2=0.81.234624=4700.16KN 尾水平台混凝土自重：W13=(12.47.2)(205.9225192.387)14.2147.487.4813(205.9225192.387)424=18133.55KN所以 A1= W1+ W2+ W3=47373.5KN(b)二期混凝土自重：A 2蜗壳周围混凝土自重：W4=13.037513.210514.23.14(4.4 24)13.2105(2.75 24)3.1413.037524=52020.65KN各层楼板自重：W5=15.40.414.2242=4198.656KN所以 A2= W4

22、+ W5=56219.306KN2 已安装的机电设备重：A 3发电机总重：W 6=3657KN水轮机总重：W 7=284KN所以 A3= W6+ W7=3941KN3 上游水压力：A 4 A4=0.253.14559.8155=4808.175KN4 下游水压力：A 5A5=0.51023.4523.4514.2=39043.0775KN5 上浮力：A 6A6=(23.45+70.34)30.5+956.7614.2=24074.964KN 6 蜗壳和尾水管中水重：A 7A7=(2.752.754)3.143.14(5.722.75)210=1118.45KN 7 特殊风荷载：A 8P=KKzW0=0.81.076.8=61.44kg/m2A8=14.2(229.975218.45)61.44=10054.96N=10.05496KN8 浪压力荷载：A 9A9=79.87KN9 地震惯性力：A 10