湘贺水电站课程设计.doc

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1、湘贺水电站课程设计水电站课程设计说明书目 录1. 工程概况及基本资料- 2 -1.1 工程概况- 2 -1.2 电站枢纽- 3 -1.3 设计依据及参数- 3 -2 主要设备尺寸的确定- 4 -2.1 蜗壳尺寸- 4 -2.2 尾水管尺寸- 6 -2.3 水轮机转轮尺寸- 7 -2.4 发电机尺寸- 7 -3 主厂房剖面设计- 8 -3.1 水轮机安装高程- 8 -3.2 主厂房开挖高程- 9 -3.3 水轮机层楼板高程- 9 -3.4 发电机安装高程- 9 -3.5 发电机层楼板高程- 10 -3.6 吊车安装高程- 10 -3.7 屋顶高程- 10 -4 主厂房平面尺寸确定- 11 -4.

2、1 机组段长度- 11 -4.2 端机组段长度- 12 -4.3 主厂房宽度- 12 -4.4 安装场尺寸- 13 -4.5 主厂房长度- 13 -5 厂区枢纽布置- 13 -5.1 主厂房布置- 13 -5.2 副厂房布置- 14 -5.3 主变站布置- 14 -1. 工程概况及基本资料1.1 工程概况 湘贺水利枢纽位于向河上游，河流全长270公里，流域面积6000平方公里，属于山区河流。本枢纽控制流域面积1350平方公里，总库容22.15亿立方米，为多年调节水库。本枢纽的目标是防洪和发电。主要建筑物有重力拱坝，坝高77.5米，弧长370米；泄洪建筑物；开敞式溢洪道或泄洪隧道；发电引水隧洞及

3、岸边地面厂房等工程。水电站总装机60MW，装机4台，单机15MW。电站担任工农业负荷，全部建成后担任系统灌溉负荷。1.2 电站枢纽电站厂房位于右岸坝下游几十米处，由引水隧洞供水，主洞内径5.5米，支洞内径3.4米，厂内装置4台混流式立式机组，出线方向为上游，永久公路通至左岸的开阔平地上。1.3 设计依据及参数（1）水库水位水库校核洪水位 140.00m水库设计洪水位 137.00m水库正常高水位 125.00m水库发电死水位 108.00m设计洪水尾水位 77.00m校核洪水尾水位 78.50m（2）厂址水位流量关系曲线表1.1 水位流量关系曲线水位（m）68.5069.2069.7569.7

4、569.9070.20流量（m3/s）0.040.080.0120.0160.0200.0水位（m）70.9571.6072.2074.5076.3078.50流量（m3/s）400.0600.0800.01000.01200.01400.0（3）水电站特征水头最大水头 56.00m最小水头 38.00m平均水头 50.84m计算水头 48.30m（4）地形地质电站枢纽地形参见地形图。左岸地势较平缓，右岸地势较陡。枢纽基岩系凝灰岩，岩石抗压强度较高，厂区有第四纪沉积层，厚约3米，河床砂卵石覆盖层平均深24m。（5）供电方式本电站初期为3台机组，远景为4台机组，投入系统运行，根据系统要求本电站能

5、作调相运行，水电站主接线采用扩大单元接线方式，采用110千伏、35千伏及发动机电压10.5千伏三种电压等级送电；高压侧采用桥型接线方式。（6）对外交通 下游左岸有永久公路通过。2 主要设备尺寸的确定2.1 蜗壳尺寸 由设计基本资料可知，计算水头为48.3m，水轮机型号为HL220LJ225 ，查水电站机电设计手册（水力机械）可得：标称直径D1 2250mm座环外径Da 3850mm座环内径Db 3250mm取=0.25，蜗壳断面为圆形断面，包角为345。由计算水头H=48.3m，查蜗壳进口断面平均流速曲线得=5.76m/s。由下列公式计算蜗壳的断面尺寸：断面半径 断面中心距 断面外半径 式中为

6、单机额定流量，值为36.2 m3/s；ra=Da/2。计算过程如表2.1，计算出的蜗壳如图2.1所示。表2.1 蜗壳断面尺寸计算表（）（m） (m)(m)30o0.412.332.7575o0.652.583.23120o0.822.753.57165o0.962.883.85210o1.083.014.09255o1.193.124.31300o1.293.224.51345o1.383.314.69图2.1 蜗壳示意图2.2 尾水管尺寸水轮机为混流式，D1=2.25m，且D1D2，查水电站表2-1，计算可得尾水管的主要尺寸如表2.2所示，其中。表2.2 尾水管尺寸计算表 （m）2.64.5

7、2.7201.351.350.6751.821.22hL5.8510.1256.123.03753.03751.518754.0952.745图2.2 尾水管示意图2.3 水轮机转轮尺寸水轮机的型号为HL220LJ225，相关参数如下。额定出力 15.6MW额定转速 214.3r/min查水电站动力设备设计手册表1-12，列表计算得到转轮主要尺寸如表2.3所示。表2.3 水轮机转轮尺寸计算表 （m）1.0820.9280.870.4780.1160.250.0540.1650.4820.3092.43452.0881.95751.07550.2610.56250.12150.371251.08

8、450.695图2.3 水轮机转轮示意图2.4 发电机尺寸水轮发电机型号为是F15-28/550，如图2.4所示，其相关参数如表2.4所示表2.3 水轮发电机参数表额定功率(kW)功率因数cos额定转（r/min）额定电U(kV)转子带轴G1(t)150000.8214.310.580图2.4 水轮发电机示意图查水电站机电设计手册（水力机械），可得该水轮发电机的主要尺寸如下：上机架高度 1.22m下机架最大跨度 3.84m水轮机机坑直径 3.35m转子外径 4.904m风罩内径 8.40m机座外径 6.47m 发电机主轴高度 5.02m3 主厂房剖面设计3.1 水轮机安装高程 水轮机的安装高程

9、是一个控制性指标，按下式计算：式中：下游最低尾水位，由水轮机的额定流量为36.2m3/s，由给定的水位流量关系曲线，可确定为69.13m；b0导叶高度，=0.25，求得b0=0.5625；水轮机安装位置的海拔高程，可取为69.84m；气蚀系数的安全系数，取1.2；模型气蚀系数。水轮机的工作效率：最大单位流量：与特征水头对应的单位转速：由水轮机的设计工况，可查的相应的气蚀系数约为，并在图2-26上查的气蚀系数修正值，由此可求出水轮机的吸出高度为：则水轮机安装高程：计算可得 ：=3.257m， =72.67m。3.2 主厂房开挖高程主厂房开挖高程按下式确定：式中：h尾水管高度，值为5.85m；尾水

10、管底板垫层厚度，取1.2m。计算可得 ：=65.34m。3.3 水轮机层楼板高程水轮机层楼板高程按下式计算：式中：蜗壳最大半径，值为1.38m；蜗壳顶部混凝土厚度，取1.1m。计算可得 ：=75.15m。3.4 发电机安装高程发电机安装高程按下式计算：式中：机墩进人孔高度，取2.1m；进人孔顶部混凝土厚度，取1.5m。计算可得 ：=78.75m。3.5 发电机层楼板高程发电机层楼板高程按下式计算：式中：定子高度，值2.43m。计算可得 ：=81.18m。在本高程布置时，满足发电机出线安全，且比下游最高洪水位78.5m高出2.68m，故运行时安全合理。3.6 吊车安装高程吊车安装高程按下式计算。

11、式中：吊钩垂直安全高度，取0.5m；起吊部件高度，取发电机转子带轴的高度，值为4.39m；吊索或吊具高度，取1.5m；吊吊运部件到轨顶距离，极限尺寸为1.476m。吊车安装高程应满足在检修时吊运最大部件，故计算可得 ：=81.18+0.5+4.39+1.5+1.476=89.046m。3.7 屋顶高程屋面大梁底板高程按下式计算。式中：桥吊轨顶至小车顶距离，取3.692m；小车顶部到屋面大梁底部的距离，检修吊车时需在小车上留有0.5m高度，取0.5m；屋面大梁（或桁架）+屋面板+保温防水层高度，屋面大梁高1.2m，外加屋面板厚度、屋面保温防水层的厚度0.5m，取1.7m。计算可得 ：=89.04

12、6+3.692+0.5+1.7=94.938m。取95m。3.8 尾水管底板高程4 主厂房平面尺寸确定4.1 机组段长度机组段长度的基本计算公式如下所示：分别按上式计算发电机层、蜗壳层以及尾水管层长度，取其大值即为机组段长度。（1）发电机层按下式分别计算、，求其和即为发电机层机组段长度：式中：发电机风罩内径，值为8.4m；发电机风罩壁厚，取0.4m；b两机组之间风罩外壁净距，取3m。计算得 ：=12.2m。（2）蜗壳层按下式分别计算、，求其和即为蜗壳层机组段长度：式中：蜗壳包角为345的半径，值为4.69m；蜗壳包角为165的半径，值为3.85m；、蜗壳外包混凝土厚度，取1.5m。计算得 ：=

13、11.54m。（3）尾水管层尾水管层采用对称布置，按下式分别计算、。式中：尾水管宽度，值为6.12m；混凝土边墩厚度，取1.8m。计算得 ：=9.72m。 取三者之中最大值作为机组段长度，故的值为12.2 m。4.2 端机组段长度端机组段长度按下式计算：式中：端机组段加长，决定于安装场位置、桥吊宽度和工作范围，应保证机组中心线或进水阀中心线在吊钩极限位置以内，并留有0.20.3m的裕度。依据经验，靠近安装场一端=0.2D1=0.45m，远离安装场的一端 =0.8D1=1.8m。取大值，计算得靠近安装场端机组段长度 ：=12.2+0.45+0.3=12.95m，远离安装场端机组长度 ：=12.2

14、+1.8+0.3=14.3m。4.3 主厂房宽度主厂房的宽度为厂房上游侧宽度和厂房下游侧宽度之和。（1）上游侧宽度主要决定于发电机层地面的设备的布置及交通要求，风罩内径B=8.4m，厚度3=0.4m，通道宽1.5m，机械柜与周围的部件取为1m的检修场地；机旁盘厚度0.55m，盘前留有1.5m工作场地，盘后0.8m宽的检修场地；吊阀孔通过计算定出孔中心离发电机组中心水平向为3.29m，纵向为7m。另考虑发电机风道尺寸0.7m。通过布置，最后确定上游侧=8.4/2+1.5+0.4+0.55+0.8+1.5+0.7=9.65m。（2）下游侧宽度：主要决定于发电机层地面的设备的布置及交通要求，通道宽1

15、.5m，则=8.4/2+1.5+0.4=6.1m由上可知，=9.65+6.1=15.75m。4.4 安装场尺寸安装场的高程主要取决于对外道路及发电机楼板高程。因此，确定安装场高程与发电机楼板同高，为81.18m，且进场公路与安装场同高安装场面积取决于一台机组扩大性检修。同时放下发电机转子、发电机上机架、发电机下机架直径、水轮机顶盖直径以及水轮机转轮五大件。发电机转子周围需留2m的检修空间，其它则需1m即可，且四大件必须在吊钩限制线以内，最终可取安装场宽度与主厂房同宽为15.75m；考虑吊车安装要求，吊钩限制线离安装场边墙距离为m；通过五大件的布置，可得到安装场长度为15.1m。4.5 主厂房长

16、度主厂房的长度为安装场的长度与机组段长度之和。通过安装场和机组段的布置可知安装场长度为15.1m，机组段长度等于51.65m。从而可得主厂房的长度为：m5 厂区枢纽布置5.1 主厂房布置主厂房布置在河道右岸，采用集中供水方式，经由卜型岔管为四台机组供水。（1）发电机层发电机采用上机架埋入式布置，需布置有发电机、调速设备（油压装置、电气柜、机械柜）、机旁盘、楼梯、吊物孔、吊阀孔、交通道等。（2）水轮机层水轮机层布置机墩、调速器、接力器、阀门操作设备、油、气、水管路、出线、电气设备、吊阀孔等，机墩采用圆筒式。（3）蜗壳层布置蝶阀、蜗壳、水泵渗漏及检修集水井，并设有通向水轮机的楼梯。详细布置见水轮机

17、层、发电机层以及蜗壳层综合平面布置图。5.2 副厂房布置副厂房设在主厂房的上游侧，共布置三层，可以使布置紧凑，电缆线短，监视机组方便，主厂房下游侧采光通风良好。最低层与水轮机地面高程同高73.91m，布置排水泵室、空压机及储气筒室、油桶及油处理室、厂变及开关室、测量表计试验室、高压试验室、电工试验室、楼梯、卫生间、厂用盘、自动远动室、厂用配电室、直流盘室等。第二层与发电机安装高程同高77.01m全部用于铺设各种电缆。第三层与发电机楼板高程同高80.04m，布置中央控制室、继电保护室、通讯室、办公室、交接班室、休息室、楼梯、充电机室、储酸室、套间、通风机室、蓄电池室、工具及机修间、载波机室、载波机值班室、卫生间、警卫室等。根据参考面积，初步计算可将副厂房的宽度定为8m。具体布置见湘贺水电站厂房平面布置图。5.3 主变站布置 主变压器布置在厂房左端进场公路下游处，开关站布置于左岸（图中未标明）。详细布置见湘贺水电站厂区地形图。