沙厂水利枢纽坝后式电站设计毕业设计

'前言毕业设计是对我们在校期间最后一次全面的，彻底的，综合的，实践性的考查。通过这次设计，使我们学习查阅相关文献，理解并应用国家相关设计规范，手册，标准图集以及工程中的常用方法，熟练应用软件，熟知水工建筑设计的全过程，以培养独立完成设计的能力，为以后工作打下良好的基础坝式电站是厂房放在大坝的下游侧地面的水电站。通过对坝后式水电站的设计，从而达到巩固从结构力学、水电站、水工钢结构，水工钢筋混凝土结构等专业课程中所学的理论知识和专业知识，能实际运用于设计施工中，培养独立分析和解决问题的能力。坝后式水电站属于坝式水电站的一种，本电站的装机容量在10万kw左右，属于中小型水电站。设计时，应按照国家，行业的规范进行设计，以确保设计的合理性和安全性以及实用性。在设计过程中，要用到如压力管道设计规范等一系列规范。必须严格按照规范设计。世界上已建的大型坝后式水电站，如巴西与巴拉圭的伊泰普水电站,装机容量达1260万kW;美国的大古力水电站、苏联的萨扬舒申斯克水电站，装机容量都在600万kW以上。已建的大型河床式水电站,如苏联的伏尔加格勒水电站，装机容量230万kW。当然，目前世界上最大的坝后式水电站当属中国的三峡水电站，总装机容量2250万千瓦。中国已建成有多种坝型、各种布置形式的坝式水电站。其中，常规的坝后式水电站如丰满水电站、东江水电站、龙羊峡水电站；坝内式水电站如上犹江、凤滩等水电站；溢流式水电站如新安江水电站、乌江渡水电站（厂房顶挑流式）。已建成的河床式水电站如葛洲坝水利枢纽、富春江、西津、青铜峡等水电站。坝后式水电站设计最关键的两部分是水轮机的选型和厂房的设计。水轮机式基础，只有选定了水轮机，才能根据水轮机来设计厂房的尺寸。因此，本设计的知道思想围绕着水轮机展开，通过水轮机来确定其他如厂房的设计。本设计是在对原始资料进行分析，在其现有的实际条件的基础上，按照水电站设计的完整步骤，经过一步步的分析，推理，论证进行的。是按照实际条件，借鉴其他类似水电站的设计过程，查阅图书馆资料，并结合当今的实际情况和发展的实际水平进行的。技术路线的基本过程是：水轮机部分的设计—发电机部分的设计— 电气部分的设计—水力机组辅助部分的设计—厂房部分的设计关于水轮机的选型：本水电站式中型电站，一般用型谱法和比转速法进行选型，即根据水头范围，从水轮机型谱中选择合适的水轮机型号。注意水轮机的工作水头范围，要把与设计水电站的水轮机型号都选人，并要求水轮机的最高水头不超过型谱规定的使用上限，设计水头不要低于型谱规定的使用下限。机组台数的拟定必须有根据，要考虑到相近水轮机的水轮机台数，当前水轮机的制造水平，水电站的运行，维修的灵活性，电站的平均效率，主接线的因素。比较初选方案，要用水轮机的原型参数。要计算各水轮机的转速，转轮直径，原型效率，吸出高度，还要绘制水轮机的工作范围图，此外，要比较水轮机的工作范围图，涵盖最高效率区的方案优越。精选方案的比较，是在初选方案的基础上进行的。精选方案除了比较动态指标外还要比较经济指标，因此要列表计算比较各方案的设备价格和土建投资。经过充分论证，选择一个最佳方案，并列出最佳方案参数表。在此计算中所采取的的计算方法有：试算法，反算法，图表法等常用方法。并借助计算机，计算器等计算工具对设计结果进行估价，以比较器经济性，验算其可靠性和有效性，分析比较优越性，经过一系列的严密分析论证确定最佳方案。绘制设计图式采用手工绘图和计算机绘图相结合，用文字表编辑器编写，本电站的设计图包括主厂房横剖面图，厂房布置图四张（发电机层，水轮机层，蜗壳层，尾水管层平面图各一张。）编写设计计算书和说明书，均要用计算机打印。对于设计中出现的问题，要及时准确的查阅相关资料，并请教指导老师。为了保证设计质量，设计过程的阶段成果英定期的上交指导老师，径指导老师批改后，对错误部分要及时纠正，并吸取教训，降低错误率。 目录摘要IABSTRACTII第1章水利枢纽布置11.1地质地形条件11.2坝轴线及电站布置情况11.2.1电站布置1第2章水轮机型号2第3章蜗壳33.1型式33.2断面形状33.3包角和平均流速33.3.1进口断面的尺寸33.3.2变化规律33.3.3绘制辅助曲线4第4章尾水管64.1型式64.2尺寸6第5章调速设备及油压装置75.1调速功75.2接力器75.2.1直径75.2.2容积75.2.3调速器75.2.4油压装置8第6章发电机96.1发电机主要部分的尺寸96.2外形尺寸96.3发电机重量10 6.4起重机10第7章压力引水管道117.1进水口117.1.1型式117.1.2高程117.1.3进水口曲线及尺寸127.1.4渐变段137.2压力管道147.2.1布置147.2.2直径147.2.3弯管段的曲率147.2.4管道壁厚147.2.5应力校核157.3拦污栅157.3.1综述157.3.2布置157.3.3总面积167.3.4清污及防冻167.3.5闸门启闭设备167.3.6通气孔177.3.7充水阀17第8章厂房布置188.1主厂房高程188.2主厂房平面尺寸188.2.1主厂房长度188.2.2主厂房宽度188.3装配厂面积188.3.1位置188.3.2高程198.3.3宽度198.3.4长度198.4油、水、气系统布置198.4.1油系统布置198.4.2排水系统208.4.3气系统21 8.5副厂房的布置218.5.1副厂房的组成218.5.2副厂房的位置218.5.3副厂房平面布置设计的原则和要求228.6厂房的采光、通风、交通及防火25第9章展望与未来28致谢29参考文献30附录31 2013届水利水电专业毕业设计摘要本设计主要是对坝后式水电站的设计，坝后式水电站的厂房位于非溢流坝坝址处。本设计是在对原始资料进行分析，在其现有的实际条件的基础上，按照水电站设计的完整步骤，经过一步步的分析，推理，论证进行的。是按照实际条件，借鉴其他类似水电站的设计过程，查阅图书馆资料，并结合当今的实际情况和发展的实际水平进行的。技术路线的基本过程是：水轮机部分的设计—发电机部分的设计—电气部分的设计—水力机组辅助部分的设计—厂房部分的设计首先是水轮机的选型。通过工作水头范围大致选出符合要求的水轮机，再通过具体的参数计算来比较选择最优水轮机，最终选择HL240型水轮机其次就是发电机的选择。按照规范计算发电机的一系列参数，然后参照已建电站所选的发电机，选择符合要求的发电机最后是厂房部分的设计。厂房的设计主要在于长，宽，高的选定。通过对比蜗壳层，水轮机层，发电机层的最大尺寸，来选择厂房的最终尺寸。关键词：坝后式水电站，厂房，蜗壳层，水轮机，发电机，I 2013届水利水电专业毕业设计ABSTRACTThisdesignismainlytothedesignofpowerstaionatdamtoe,theworkshopofpowerstaionatdamtoeislocatedinthenon-overflowingdamsite.Thedesignistheanalysisofrawdata,onthebasisoftheactualconditionsofitsexisting,accordingtothehydropowerstationtocompletethedesignstep,stepbystep,throughtheanalysis,reasoning,argumentation,inaccordancewiththeactualconditionsandreferenceforothersimilarhydropowerstationofthedesignprocess,accesstolibrarydata,combinedwithtoday"sactualsituationandtheactuallevelofdevelopment.hebasicprocessoftechnologyroute:partdesignoftheturbin—Electricalpartdesign—partdesignofthegenerator—hydraulicauxiliarypartofthedesignunit—partdesignoftheworkshop.Firstly,theselectionofwaterturbine.Throughworkingheadrangegenerallyconformtotherequirementsofturbineareselected,andthenthroughtheselectionofspecificparametersarecalculatedtocomparethemostoptimalturbineandeventuallychooseHL240typeturbine.Secondly,theselectionofgenerator.Thegeneratorofaseriesofparameterscalculatedonthebasisofthespecification,andthenselectedreferencetoexistingpowerstationgenerator,generatorchoicestomeettherequirements.Lastly,partdesignoftheworkship.mainlylyinginthelong,wide,highisselected.Bycomparingthevolutelayer,turbine,generator,thebiggestsizetochoosethefinalsizeoftheplant.KEYWORDS:powerstaionatdamtoe,workshop,volutelayer,waterturbine,generatorI 2013届水利水电专业毕业设计第1章水利枢纽布置1.1地质地形条件沙厂水库，距密云县20公里。库区河谷宽缓，河曲较发育，呈不对称的“U”字形。河床高程130~132m,右岸谷坡较为陡峭，坡度一般为，左岸相对平缓。库区河谷底宽一般为300~450m。河谷两岸山体雄厚，山峰高程为175~180m。库区内无区域性断层通过，未见较大断层发育，但受小规模断层影响，岩体中裂隙较为发育。库区基岩边坡稳定，不具备大型的基岩滑坡条件，局部为坡积及洪积物分布区以及粉壤土区，水库蓄水后可能造成局部塌滑，但对电站的运行基本无影响。总之，库区工程地质条件较为优越，不存在影响建筑物安全的工程地质问题。1.2坝轴线及电站布置情况1.2.1电站布置沙厂水电站采用坝后式水电站布置。其组成建筑物包括挡水建筑物，泄水建筑物，水电站进水建筑物，水电站引水及尾水建筑物，水电站平水建筑物，发电、变电和配电建筑物，其他建筑物等。31 2013届水利水电专业毕业设计第1章水轮机型号根据水电站的工作水头（25.45~35.40m），在反击式水轮机系列型谱表中查得HL240型水轮机和ZZ440型水轮机都可以使用，这就需要将两种水轮机都列入比较方案，对其参数分别予以计算和选定为了便于分析比较，现将两种方案的有关参数列于下表表21水轮机方案参数对照表序号项目ZZ440HL2401模型转轮参数推荐使用水头范围（m）20~3625~452最优单位转速（r/min）115723最优单位流量（L/s）80011004限制工况单位流量（L/s）165012405最高效率（%）89926设计工况气蚀系数0.400.1977原型转轮参数工作水头范围（m）25.45~35.425.45~35.48转轮直径（m）4.13.89转速（r/min）166.7107.110最高效率（%）91.794.811额定出力（kW）250002500012最大引用流量（）99.8695.8713吸出高（m）-2.813.03从上表的对照中可以看出，两种不听的机型方案在同样水头下同时满足额定出力的情况下，HL240与ZZ440相比较来看，它具有效率高工作范围好,汽蚀系数小等优点，这可以提高水电站的年发电量和减小厂房的开挖量。HL240尺寸较小，这可以减小厂房的尺寸。所以选用HL240型水轮机。31 2013届水利水电专业毕业设计第1章蜗壳1.1型式水轮机的工作水头，选择混凝土蜗壳。1.2断面形状图31蜗壳进口断面形状其中取,,（为座环外径）,（为座环内径）1.3包角和平均流速查得=4.4（为蜗壳进口断面的平均流速）混凝土蜗壳通常采用，此处采用包角。1.3.1进口断面的尺寸(3.1)，,b=6.587m1.3.2变化规律如图32，31 2013届水利水电专业毕业设计图32混凝土蜗壳的水力计算采用直线变化规律，则AG，CH直线（如图中虚线所示）的方程为对AG线对CH线式中：，为系数，可由进口断面尺寸确定，。1.1.1绘制辅助曲线在进口断面作若干个中间断面，如图2-1中的0,1,2，i断面，其外半径为（i=1,2,3…）。由于，因此，结合上面两式可求出每一个的中间断面的尺寸，，及，从而求出各中间断面的面积为(3.2)(3.3)将对应每一个求出的值绘于图2-2，并光滑连成曲线，即得到辅助曲线31 2013届水利水电专业毕业设计图33混凝土蜗壳的平面单线图31 2013届水利水电专业毕业设计第1章尾水管1.1型式尾水管型式很多，但目前最常用的有直锥形，弯锥形和弯肘形。其中直锥形尾水管结构简单，性能最好（可达80%~85%），但其下部开挖工程量大，因此一般用于小型水轮机。弯锥形尾水管比直锥形尾水管多了一段等直径的弯管，它是常用于小型卧式水轮机中的一种尾水管，由于其弯管段水利损失较大，所以性能较差，约为40%~60%。弯肘形尾水管不但可以减小开挖深度，而且具有良好的水力性能，可达75%~80%，因此，本电站采用弯肘形尾水管。1.2尺寸弯肘形尾水管由进口直锥段，中间肘管段和出口扩散段三部分组成。由于弯肘形尾水管内的水流运动极其复杂，所以其尺寸参照表41电站尾水管推荐尺寸参数肘管型式适用范围标准1.02.64.52.721.351.350.6751.821.22标准混凝土肘管混流式实际3.89.8817.110.3365.135.132.5656.9164.63631 2013届水利水电专业毕业设计第1章调速设备及油压装置1.1调速功应用下式计算水轮机的调速功(3.4)属大型调速器，则接力器、调速柜和油压装置应分别进行计算和选择。1.2接力器1.2.1直径采用两个接力器来操作水轮机的导水结构，选用额定油压为2.5MPa，则每个接力器的直径可由下式求得：(3.5)由此，在表中选择与之接近而偏大的的标准接力器接力器最大行程的计算应用下式，接力器的最大行程为：(3.6)1.2.2容积两个接力器的总容积，可由下式求得：(3.7)1.2.3调速器大型调速器的型号是以主配压阀的直径来表征的，主配压阀的直径d可由下式计算(3.8)31 2013届水利水电专业毕业设计选择与之相邻而偏大的DT—80型电气液压型调速器。1.1.1油压装置此处油压装置不考虑空放阀和进水阀的用油，则压力油罐的容积可按下式估算，即：(3.9)选择与之相邻而偏大的YZ—1.6型分离式油压装置。31 2013届水利水电专业毕业设计第1章发电机1.1发电机主要部分的尺寸，初步选定伞式发电机。表61发电机主要部分的尺寸单位：cm机距定子铁芯内径定子铁芯长度定子铁芯外径42.5757.9690.29808.961.2外形尺寸表62发电机平面尺寸单位：cm定子机座外径风罩内径转子外径下机架最大跨度922.211162.21677.96580水轮机基坑推力轴承外径励磁机外径520300200表63发电机轴向尺寸单位：cm定子机座高度上机架高度励磁机高度副励磁机高度215.2975.796220100永磁机高度下机架高度转子磁轭轴向高度发电机主轴高度80151.529150.29874.42定子支座支撑面至下机架支承面或下挡风板之间的距离189.49定子支座支撑面至下机架支承面或下挡风板之间的100定子铁芯水平中心线至主轴法兰盘底面249.3231 2013届水利水电专业毕业设计1.1发电机重量表64发电机重量总重量转子重飞轮力矩325.36162.685629.701.2起重机起重机的型式和台数取决于水电站的厂房类型、最大起重量和机组台数等条件。具有上部结构的厂房一般选用桥式起重机。起重机额定起重量应根据最重吊运件的重量（一般为发电机转子）加起吊工具的重量，并参照起重量系列确定，发电机转子重，乘以动力系数1.2，得，选双小车桥式起重机。31 2013届水利水电专业毕业设计第1章压力引水管道1.1进水口1.1.1型式由于本电站是坝后式水电站，采用坝后式进水口。1.1.2高程1.淹没深度有压式进水口应低于运行中可能出现的最低水位（死水位），并有一定的淹没深度，以避免进水口前出现漏斗状吸气漩涡并防止有压引水道内出现负压，其中前者常为控制条件，漏斗状漩涡绘带入空气，吸入漂浮物，引起噪音和振动，减小过流能力，影响水电站的正常发电。不出现吸气漩涡的临界淹没深度按戈登经验公式估算图71进水口型式(7.1)(7.2)取2.顶部高程31 2013届水利水电专业毕业设计(7.3)1.底部高程有压式进水口的底部高程应高于设计淤沙高程(7.4)1.1.1进水口曲线及尺寸1.曲线进口段上唇曲线采用1/41椭圆，其长轴a取1.1D（D为引水道渐变段末端直径）;短轴取1/3。下唇采用直线，坡度为1:1。如图72所示：图72进水口尺寸2.尺寸(7.5)(7.6)1.1.2渐变段渐变段是由矩形闸门到圆形管道的过渡段。通常采用圆角过渡，如下图所示：其中1-1断面为闸门段，3-3断面为渐变段末端。圆角半径r按直线规律变为渐变段末端31 2013届水利水电专业毕业设计半径。渐变段的长度为管道直径的1.5-2.0倍，侧面扩散角以为宜。管道长度L取10m,侧面扩散角取图73渐变段剖面图图74渐变段平面图图75渐变段横截面图1.1压力管道1.1.1布置采用倾斜式布置，其轴线与下游坝坡平行.钢管在坝体内用软垫层与坝体混凝土分开，钢管基本上承受全部内水压力。31 2013届水利水电专业毕业设计1.1.1直径大中型压力钢管的经济直径(7.7)取1.1.2弯管段的曲率一般为直径的2~3倍。此处取2.5倍即转弯半径1.1.3管道壁厚(7.8)管壁的结构厚度(7.9)考虑制造工艺，安装，运输等要求，管壁的最小结构厚度不宜小于下式确定的数值，也不宜小于6mm。(7.10)(7.11)综上，管道壁厚取11mm。1.1.4应力校核(7.12)管道应力校核在最大工作水头，最小工作水头，设计水头三种情况下进行。a)31 2013届水利水电专业毕业设计(7.13)a)(7.14)b)(7.15)综上，所选管径和壁厚满足应力要求。1.1拦污栅1.1.1综述拦污设备的功用是防止漂木，树支，树叶，杂草，垃圾，浮冰等漂浮物随水流入进水口，同时不让这些漂浮物堵住进水口，影响进水能力。主要的拦污设备是进口处的拦污栅。许多河流洪水期漂浮物剧增，进口处的拦污栅极易堵塞。如清污不及时，就可能使水电站被迫减小出力甚至停机，压坏拦污栅的事例也曾发生。为了减轻对进口拦污栅的压力，有时在离进水口几十米以外加设一道粗栅或拦污浮排，拦截粗大的漂浮物，并将其引向溢流坝，宣泄至下游。拦污浮排可用竹木，钢材或或混凝土等材料制作，其中竹木材质的拦污浮排一般仅临时性地使用。1.1.2布置拦污栅的立面布置可以是倾斜的或垂直的，本电站是坝式进水口，所以采用垂直布置。拦污栅在平面上可以布置成直线形或多边形构成的近似半圆形。此处采用采用直线形拦污栅。1.1.3总面积(7.16)31 2013届水利水电专业毕业设计1.1.1清污及防冻拦污栅是否被污物堵塞及堵塞程度可通过监测栅前，栅后的压力差或水位差来判断，这是因为正常情况下水流通过拦污栅时的水头损失很小，被污物堵塞后则明显增大。发现拦污栅被堵时，要及时清污，以免造成额外的水头损失。堵塞不严重时清污方便，堵塞过多则过栅流速大，水头损失大，污物被水压力紧压在栅条上，清污困难，处理不当绘造成停机或压坏拦污栅的事故。拦污栅的清污方法随清污设施及污物种类不同而异。大中型水电站常用清污机。在严寒地区要防止拦污栅封冻。如冬季仍能保证全部栅条完全淹没在水下，则水面形成冰盖后，下层水温高于,栅面不会结冰。如栅条露出水面，则要设法防止栅面结冰。一种方法是在栅面上通过50V以下电流，形成回路，使栅条发热；另一种方法是将压缩空气通至拦污栅上游侧的底部，从均匀布置的喷嘴中喷出，形成至下而上的水流，将下层温水带至栅面，并增加水流紊动，防止栅面结冰。1.1.2闸门启闭设备设两道闸门，即事故闸门和检修闸门。事故闸门仅在全关或全开的情况下工作，不用于流量调节，其主要功用是，当机组或引水道内发生事故时迅速切断水流以防事故扩大。此外，引水道检修期间，也可用于封堵水流。事故闸门常悬挂于孔口上方，以便事故时能在动水中快速关闭。因事故闸门在动水中开启，因此因先用冲水阀向门后管道冲水，待闸门前后的水压基本平衡后才开启闸门。有压式进水口的检修闸门设在事故闸门上游侧，在检修事故闸门及其门槽时用以堵水。进水口合用一扇检修门，合用一台移动式的启闭机。1.1.3通气孔通气孔设在事故闸门之后，其功用式当引水道充水时用以排气，当事故闸门关闭防空引水道时，用以补气以防有害真空的出现。通气孔的面积：(7.17)通气孔顶端应高于上游最高水位，以防水流溢出。(7.18)31 2013届水利水电专业毕业设计1.1.1充水阀阀的作用是开启闸门前向引水道充水，平衡闸门前后水压，以便闸门在静水中开启此外，进水口应设有可靠地测压设施，以便监测拦污栅前后的水位差，以及事故闸门，检修闸门在开启前的平压情况。31 2013届水利水电专业毕业设计第1章厂房布置1.1主厂房高程表81厂房高程单位：cm水轮机安装高程尾水管底板高程开挖高程水轮机底板高程134.85124.28122.78138.65发电机底板高程吊车轨顶高程屋顶高程144.56158.95163.801.2主厂房平面尺寸1.2.1主厂房长度(8.1)最终确定=90m1.2.2主厂房宽度(8.2)取二者中的最大值，拟定主厂房的宽度为：20m1.3装配厂面积1.3.1位置水电站对外交通运输道路可以是铁路、公路或水路。大中型水电站的部件大而重、运输量大，常铺设专用铁路线；中小型水电站多采用公路。对外交通通道必须直达装配厂，以便车辆直接开入装配厂，利用桥吊卸货。因此装配厂一般均布置在主厂房有对外道路的一端。31 2013届水利水电专业毕业设计1.1.1高程装配厂的高程主要取决于对外道路及发电机层楼板高程。一方面，装配厂层最好与对外道路同高，且高于下游最高水位，以保证对外交通在洪水期畅通无阻。另一方面，装配厂层最好也与发电机层同高，以充分利用场面，方面工作。1.1.2宽度1.1.3长度取1.2油、水、气系统布置1.2.1油系统布置1.作用及分类水电站油系统任务有两方面：一是供给机组轴承的润滑油和操作用的压力油，称为透平油。其作用是润滑、散热及传递能量；二是供给变压器、油开关等电气设备的绝缘油，其作用是绝缘、散热及灭弧。两种油的性质不同，应有两套独立的油系统。2.油系统的组成及布置（1）油库。接受和贮存油地方，油库设有油罐。透平油的用油设备均在厂内，故透平油库一般布置在厂内，只有在油量很大时才在厂外另设存贮新油的油库。绝缘油用量大的主变压器和开关站都在厂外，所以绝缘油库常布置在厂外主变压器和开关站附近。油库要特别注意防火，大于100t时油库应设在厂外。（2）油处理室。设有油泵和滤油机，有时还有油再生装置。油处理室一般设在油库旁。透平油与绝缘油常合用油处理室。相邻水电站可合用一套油处理设备。（3）补给油箱。设在主厂房的吊车梁下。当设备中的油有消耗时，补给油罐自31 2013届水利水电专业毕业设计流补给新油。当不设补给油箱时，可利用油泵补给新油。（4）废油槽。在每台机组的最低点设废油槽，收集漏出的废油。（5）事故油槽。当变压器、油开关、油库发生燃烧事故时迅速将油排走，以免事故扩大。油可排入事故油槽中或直接排入下游河道。事故油槽应布置在便于充油设备排油的位置，并便于灭火。（6）油管。油的输送设备，一般布置在水轮机层。1.1.1排水系统1．供水对象及要求水电站厂房内的供水系统包括技术供水、生活供水、消防供水。技术供水包括冷却及润滑用水，如发电机的空气冷却器、机组导轴承和推力轴承的油冷却器、水润滑导轴承、空气压缩机气缸冷却器、变压器的冷却设备等。耗水量最大的是发电机和变压器的冷却用水，可达技术用水的80%左右，要求水质清洁、不含对管道和设备有害的化学成分。2．供水系统布置及供水方式一般供水系统是从压力管道取水、上游水库取水、下游水泵取水和地下水源取水。供水系统由水源、供水设备、水处理设备、管网和测量控制元件组成。管路应尽可能靠近机组，以缩短管线并减少水头损失。供水泵房应布置在水轮机层或以下的洞室内。为保证水质，用水管把水引向过滤设备，经过滤后再分配用水。（1）水泵供水：当水电站的水头太低(水压力不够)或太高(需要减压设备)时采用此方式供水。（2）自流供水：适用于水头在12~60m之间的水电站，但当水头大于40m时需要减压设备。坝后式厂房从水库引水，引水式厂房从压力水管引水。（3）混合式供水：水电站水头变化较大时采用，高水头用自流方式，低水头时用水泵。消防用水要求水流能喷射到建筑物的最高部位，水量一般为15L/s。消防用水可从上游压力管道、下游尾水渠或生活用水的水塔取水，并且应设置两个水源。生活用水根据工作人员的多少决定。31 2013届水利水电专业毕业设计1.1.1气系统1．压气系统的用途压缩空气分为低压压缩空气和高压压缩空气。（1）低压压缩空气系统。机组制动；调相运行压水；蝶阀关闭时，将压缩空气通入阀上的空气围带，使其膨胀而减少漏水；检修时清扫设备，供风动工具使用；通向拦污栅，防冻清污。额定气压为0.5~0.8MPa。（2）高压压缩空气系统。厂房中所有调速器油压装置的压力油箱充气，调速器压力油箱中约有2/3的体积为压缩空气，以保证调速器用油时无过大的压力波动，额定气压为2.5MPa及4MPa。配电装置如空气断路器的灭弧和操作的用气，以及开关和少油断路器的操作用气，额定气派压为2~5MPa。2.压气系统的组成及布置压气系统的组成有空压机、储气罐、输气管、测量控制元件。用气设备如远离厂房(如高压开关站及进水口)，则在该处另设有压气系统，厂房内高低压系统均要设置。空气压缩机室一般布置在水轮机层，安装间的下面，其噪声很大，要远离中央控制室，并满足防火防爆要求。1.2副厂房的布置为了保证机组正常运行，在主厂房近旁布置的各种辅助机电设备、控制、试验、管理和运行人员工作和生活的房间，称为副厂房。1.2.1副厂房的组成副厂房的组成、面积和内部布置取决于电站装机容量、机组台数、电站在电力系统中的作用等因素。大型水电站的副厂房，按性质可分为三类：直接生产副厂房、检修试验副厂房、工作生活副厂房。1.2.2副厂房的位置副厂房的位置应紧靠主厂房，基本上布置在主厂房的上游侧，下游侧和端部，可集中一处，也可分两处布置。1．副厂房设在主厂房的上游侧这种布置方式的优点是布置紧凑，电缆短，监视机组方便，主厂房下游侧采光通31 2013届水利水电专业毕业设计风条件良好。但电气设备线路与进水系统设备互相交叉干扰，引水道可能要增长。适用于引水式、坝后式水电站，坝后式厂房主要是利用厂坝之间的空间。2．副厂房设在主厂房的下游侧其优点是电气设备的线路集中在下游侧，与水轮机进水系统设备互不交叉干扰，监视机组方便。缺点是主厂房的通风和采光受到影响，由于发电机引出母线和变压器布置在主厂房的下游侧，尾水管的振动影响较严重，容易引起电气设备的误操作，运行人员的工作环境不好。另外，副厂房布置在下游侧需延长尾水管的长度，相应增加厂房下部结构尺寸和工程量，电气出线也较复杂。适用于河床式水电站。如葛洲坝、富春江水电站。1.副厂房设在主厂房靠对外交通的一端其优点是主副厂房的总宽度较小，采光通风良好，给运行人员创造了良好的工作条件，能适应电站分期建设、初期发电的特点，运行与机电设备安装干扰小，可以减轻机组噪音对中央控制室的影响。缺点是母线与电缆线路较长，投资加大，当机组台数较多时，监视、维护距离较长。适用于引水式电站。1.1.1副厂房平面布置设计的原则和要求1．中央控制室(简称中控室)中控室是整个水电站发电、配电、变电等设备以及水位和流量等集中控制和集中监视的地方，是电站的神经中枢。中控室一般布置控制盘、直流盘、继电保护盘和信号盘、厂用盘、自动调频盘等。中控室的位置要便于电站的控制、监视并迅速消除故障，电缆长度尽量短，一般布置在发电机层的中部。中控室不宜布置在主变压器场的下层或尾水平台上，因为出现的噪声和振动将会影响继电保护设备的整定值，并使值班人员过度疲劳和注意力分散。中控室要求宽敞明亮、干燥舒适、安静，具有良好的工作环境。最好用玻璃作隔音墙隔开，既便于观察，又收到隔声效果。室内要求通风良好，光线均匀柔和，避免阳光直射至仪表盘面并设有防西晒的隔热遮阳措施，无噪声干扰，室内温度、湿度适当，以保证仪表的灵敏度和准确性。中控室面积根据电站规模、性质和对电站的要求而定，一般为60~100m2。室内净高一般为4~5m。31 2013届水利水电专业毕业设计2．集缆室又称电缆夹层，布置在中控室和继电保护盘室的下层，面积等于或稍小于中央控制室。室内只有电缆和电缆吊架，布置简单，室内净高一般为2~3m，以工作人员能站立工作为宜。该层汇集来自主厂房和变电站的各种操作电缆，然后通往中控室的控制盘、操作盘。集缆室安全出口不少于两个，并应做好防潮设计。3．继电保护盘室布置在中控室附近，当开关站距主厂房较远，尤其是在高程相差很大情况下，可将输电线路保护盘室布置在开关站。4．发电机电压配电装置室(低压开关室)主要布置发电机电压母线和发电机电压断路器等设备，通常这些设备成套地集成于一个金属柜中，称为开关柜。这些开关柜布置在高度为4~5m、宽度为6~8m的房间中。低压开关室的位置布置在主变压器与发电机之间，与发电机层同高程的副厂房内。开关室一般不设窗户，要满足通风、防潮、防火、防爆的要求。开关室长度超过7m时，须两端设出口，超过60m或通向防爆间隔通道长度大于40m时，宜设三个出口，门朝外开，两个出口相距不宜超过30m，开关室不应布置在浴室或厕所下面。耐火等级不应低于2级。采用自然通风，当不能满足温度要求或发生事故排烟困难时，可考虑增设机械通风装置。5.通讯室及远动装置室当输电电压在110kV以上时，为了电站与系统调度中心联系，由系统调度中心指挥电站运行，专设载波电话通讯室、自动电话交换机室、微波或其他无线电通讯室和远动装置室等。这些房间要毗邻于中控室且同一高程，室内最小高度为3.2～3.5m。要求防尘防震，避免过大的噪声、不应与蓄电池室或强电设备邻近。微波或其他无线电通讯室，应在其屋顶或附近设无线或微波发射塔。6.直流设备室包括蓄电池室、储酸室、充电机室、通风机室及套间等。这些房间作为整套布置在一起，一般布置在副厂房的一端，并靠近用电设备，以缩短直流配电盘的电缆长度。不允许布置在中控室、配电装置室（开关室）和通讯室的上方，以免酸性残液渗到下面房间。其要求为：（1）蓄电池室是向厂房内电气设备提供直流电源，并作为备用电源。采用人工照明，不设窗户，避免硫酸气产生的氢气在阳光直晒下引起爆炸。门窗、墙壁、顶棚、31 2013届水利水电专业毕业设计蓄电池台架和调配池均应用耐酸材料铺设，地面和墙裙用白色瓷砖（缝中填耐酸砂浆）或耐酸性沥青地面，并有适当的排水坡度。（2）储酸室储存电池所用的酸类，应尽量靠近蓄电池室。为了防止酸气外溢，酸室一般用套间与其他房间分开，墙壁要较厚，地板、墙壁、顶棚要考虑耐酸问题；（3）通风机室和套间的作用是排除有害酸气，防止有害气体扩散，应采用单独的通风系统。（4）充电机室是向蓄电池充电的，最好布置在与蓄电池室毗邻的房间内。7．厂用电设备室厂用变压器可布置在厂外主变压器旁；如厂内有空间，也可布置在厂内，尽可能靠近开关室，以缩短连接母线的长度。每台厂用变压器应布置在防火、防爆的单独小间，并与水轮机层同高，且设专用走廊。厂变一般就地检修，门朝外开，地面有2％坡度倾向集油槽(干式变压器可不设坡)。厂用高压成套开关柜，通常布置在水轮机层母线室附近，不宜布置在发电机层或距中控室太近。厂用低压配电装置，又称动力盘，一般应集中布置在单独房间。8．母线廊道、母线室或母线竖井发电机与主变压器之间的母线，一般要经过母线廊道、母线室或母线竖井引到主变压器。布置要满足安装、维修的要求。发电机母线廊道位置宜布置在发电机出线方向的一侧，并靠近主变、厂变的位置，其面积和层高取决于母线的数量和带电安全距离的要求。母线竖井应设有巡视、检修用的电梯和楼梯，每隔4～5m设维修平台，平台和楼梯宽度均不应小于0.8m。9.各种试验室和车间电气试验室的试验对象是二次回路的设备和500V以下的电气设备，最好布置在中控室附近。电气试验室要求通风、防尘和防潮措施，不宜布置在尾水管上部。高压试验室的试验对象是3kV以上的电气设备，这些设备一般比较笨重，搬运不便，因此高压试验室应布置在与发电机同高程的安装间附近或副厂房内。电工修理间和电气工具间，应布置在靠近发电机层交通方便处。机修车间可单独布置在厂外，尽量靠近厂房。10．办公室及生活用房值班室和调度室一般与中控室邻近，并与主厂房联系快捷、方便。行政办公及生活用房可设在厂外单独房间内，要求布置在较安静的地方。31 2013届水利水电专业毕业设计副厂房可采用两层或两层以上的砖混结构，其尺寸可根据副厂房各层的平面布置要求，协调上下层关系，定出副厂房的长度和宽度。根据工程经验，副厂房的宽度一般为6~9m。副厂房的面积和内部各房间布置应根据机电设备布置、维修、试验及管理需要，结合厂房具体条件综合考虑确定。1.1厂房的采光、通风、交通及防火水电站厂房必须妥善考虑采光、通风、取暖、防潮、防火保安、交通运输等问题，以确保水电站的正常运行，并给运行人员提供良好的工作环境。一、采光地面厂房应尽可能采用自然采光，布置主副厂房时要考虑开窗的要求。主厂房自然采光主要靠厂房两侧的大窗，吊车梁以上的窗子主要起通风的作用，大窗开在构架柱之间的墙上，为长形独立窗。窗宽度不要太小，使照明均匀。窗的高度一般不小于房间进深的1/4。窗下槛在发电机层楼板以上不宜超过1～2m，以保证窗子附近有足够的光线，并便于通风。夜间及地下式、坝内式、溢流式厂房或地面厂房水下部分的房间，要设计人工照明。人工照明分为工作照明、事故照明(当交流电源中断时自动投入的直流电照明)、安全照明（设有防触电措施或采用36V及以下电压的照明）、检修照明及警卫照明。中央控制室及主机房内的照明不能使仪表盘面上产生反光，以保证运行人员能清晰地观察仪表。二、通风地面厂房应尽量采用自然通风。当自然通风达不到要求，或当下游水位过高而不能有效地采用自然通风时，或在产生过多热量的房间（如变压器室、配电装置室等），或在产生有害气体的房间（如蓄电池室、油处理室等），才装设人工通风。主副厂房的通风量应根据设备的发热量、散湿量和送排风参数等因素决定。要合理安排进出风口的位置以达到最佳的通风效果。水轮机层、水泵室、蝴蝶阀室等厂内潮湿部位采用以排湿为主的通风方式，对于产生有害气体的房间要设置专用的排风系统，以免有害气体渗入其他房间。人工通风系统的进风口要设在排风口上风，低于排风口但高于室外地面2m以上，要考虑防虫及防灰沙的措施。主通风机室的位置除满足通风系统气流组织的合理性外，还应远离中央控制室、载波机室等安静场所，以免噪声干扰。31 2013届水利水电专业毕业设计盛夏酷热地区或人工通风仍不能满足厂内温度湿度要求时，可采用局部或全部的空气调节装置。空气调节装置的冷源应尽量采用天然低温水或其他天然冷源。无此条件时，经过技术经济论证可局部或全部地采用机械制冷设备。三、取暖冬天厂房内的温度不能过低，以保证机电设备的正常运行。冬季水电站若正常发电，发电机层、出线层、水轮机层、母线道等处靠机电设备发出的热量即可维持必需的温度。热量不足以维持必需温度的房间，可用电辐射取暖或电热取暖。中央控制室可装设空气调节器，以便在冬季取暖、夏季降温。四、防潮地面厂房水下部分的房间要注意防潮，坝内及地下厂房的防潮问题更为突出。过分潮湿能造成电气设备的短路、误动作或失灵，可能使机械设备加速锈蚀，运行人员工作条件恶化。防潮的措施不外乎以下四项：（1）防渗防漏。外墙混凝土要满足抗渗要求，必要时可加设防潮夹层；要减小设备漏水，伸缩及沉陷缝要加设止水；冷却水管、混凝土墙及岩石表面如有结露滴水则要用绝热包扎。（2）加强排水。已渗漏进厂房或防潮夹层的水要迅速排除，不能让其积存。（3）加强通风。潮湿部位宜采用以排湿为主的通风方式，减小空气中的湿度。（4）局部烘烤。以电炉或红外线烘烤，防止设备受潮。五、厂内交通厂房对外开有大门，以便运输大部件。大门尺寸很大，可采用旁推门、上卷门或活动钢门。为了保持厂房内部的清洁、干燥与温度，不运输大部件时大门应关闭。安排各种房门部位时要考虑防火的安全出口，安全出口的门净宽不小于0.8m，门向外开。某些可产生负压的房间，如闸门室，门最好向里开，以便出现负压时门可自动开启。主厂房内各层及副厂房布置机电设备的房间内都要有通道，以便运输设备和进行安装，并供工作人员通行。发电机层及水轮机层常设贯穿全长的水平通道，通道一般宽l～2m。为了吊运各种设备，与通道相应要布置吊物孔，如蝴蝶阀吊孔、水泵吊孔、公用吊孔等。主、副厂房不同高程各层之间可设斜坡道、楼梯、攀梯、转梯或电梯。斜坡道坡度在20o以下，一般以12o为宜。楼梯的坡度为20o～46o，以34o为宜。单人楼梯宽0.9m，双人楼梯宽1.2m～1.4m31 2013届水利水电专业毕业设计。每台机组最好有专用楼梯，至少每两台机组要设一座楼梯。楼梯设置要能使运行人员巡视方便，并要保证发生事故时能迅速到达现场。只供少数人员偶然使用的楼梯可做成钢攀梯，坡度常在60o～90o之间，宽0.7m。转梯可节省空间，适用于不经常上下的地方。电梯用于厂房高度较大或各层间高差太大时。31 2013届水利水电专业毕业设计第1章展望与未来我国幅员辽阔，河湖众多，流域面积在100以上的河流有50000多条，河流长度有42万多；天然湖泊中，面积在1以上的有2759个，总面积约9.1万。我国水资源总量比较丰富，根据20世纪80年代完成的水资源调查评价的结果，我国多年平均水资源总量为28124亿，其中河川径流量27115亿。在全世界范围内，我国的水资源总量仅次于巴西、俄罗斯、加拿大、美国及印度尼西亚等五国，居世界第六位。我国的水能资源极其丰富，居世界首位。按多年平均流量估算的河川水能资源理论蕴藏量约6.94亿，年发电量60829亿。由于技术、经济及环境等因素的制约，可能开发的水能资源仅是其总蕴藏量中的一部分。根据普查资料，我国可能开发的装机容量0.5以上的水电站近11700座，总装机容量可达4.02亿，年发电量17534。现在，人们对污染越来越重视，也为减少污染正在努力，这为水利水电行业的发展提供了契机。水资源是无污染的清洁能源，加之我国水资源的储量相当丰富。所以大力发展水利水电行业，开发水资源就成了必然且明智的选择。十一五以来，国家加大了对水利水电行业的投入，大力发展水利水电事业。2013中央一号文件的出台，说明了国家对农业的重视。其中农业水利是其中的重要一部分。兴修小型坝，小型水电站成了一种良好的选择。这样，就带动了水利水电行业的发展。水是生命之源，也是一个国家的动脉。水利水水电行业是国家的基础行业，关乎国计民生。因此，水利水电行业前景一片光明。31 2013届水利水电专业毕业设计致谢首先，我要感谢我的导师郑老师，他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样，给了起到了指明灯的作用；他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪，让我很快就感受到了设计的快乐并融入其中。其次我要感谢同组同学对我的帮助和指点，没有他们的帮助和提供资料，没有他们的鼓励和加油，这次毕业设计就不会如此的顺利进行。此次毕业设计历时2个月，是我大学学习中遇到过的时段最长、涉及内容最广、工作量最大的一次设计。用老师的一句话概括就是这次毕业设计相当如是把以前的小课程设计综合在一起的过程，只要把握住每个小课设的精华、环环紧扣、增强逻辑，那么这次的任务也就不难了。我此次的任务是做一个水电站设计。虽说老师说的话让此次的毕业设计看起来不是那么的可怕，但是当我真的开始着手时，还的确是困难重重。在毕业设计即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意!最后我还要感谢河海学院和我的母校重庆交通大学四年来对我的栽培。31 2013届水利水电专业毕业设计参考文献[1]刘启钊,胡明.水电站[M].北京:中国水利水电出版社,2010[2]吴持.水力学[M].北京:高等教育出版社,2007[3]SD335—89.水电站厂房设计规范[S].北京:水利水电出版社,1989[4]SL281—2003.水电站压力钢管设计规范[S].北京:水利水电出版社,2003[5]刘志明,王德信,汪德爟.水工设计手册[M].北京:水利水电出版社,1983[6]水轮机机电设计手册编写组.水电站机电设计手册[M].北京:水利电力出版社,1988[7]王树人.水电站建筑物[M].北京:清华大学出版社,1992[8]袁光裕,胡志根.水利工程施工[M].北京:中国水利水电出版社,2009[9]顾圣平,田富强,徐得潜.水资源规划及利用[M]北京:中国水利水电出版社,2009[10]张智洪,张玉强.水运工程项目管理[M].北京:人民交通出版社,2011[11]Wu,H.&Y.Shen.&K.Jiang.&J.Shi.StructuralAnalysisoftheEmbeddedSpiralCaseintheThreeGorgesHydropowerStation[J].AmericanSocietyofCivilEngineers.2012[12]L,jian.&L.Qiao.&P.Liu.&C.F.Dai.LaboratoryTestandNumericalSimulationofTime-DependentThermomechanicalBehavioroftheThree-GorgesDam.AmericanSocietyofCivilEngineers.201031 2013届水利水电专业毕业设计附录1.水轮机选型参照《水电站》表3—3，表3—4.2.起重机型号及参数参照水电站机电设计手册表7—1631'