水电站设计（水力机械方向）（模板）（可直接上传）

'丈止律二犬彥网络教育学院本科生毕业论文（设计）题目：引水式水电站设计学习中心：层次：专业：年级：学号：学生：扌旨导教师：完成日期： 内容摘要水轮机是水电站中最主要动力设备之一，影响电站的投资、制造、运输、安装、安全运行、经济效益。水轮机选型设计是水电站设计中的一项重要工作。它不仅包括水轮机型号的选择和有关参数的确定，还应认真分析与选型设计有关的各种因素，如水轮发电机的制造、安装、运输、运行维护，电力用户的要求以及水电站枢纽布置、土建施工、工期安排等。因此，在选型设计过程中应广泛征集水工、机电和施工等多方面的意见，列出可能的待选方案，进行各方案之间的动能经济比较和综合分析，以力求选出技术上先进可靠、经济上合理的水轮机。木设计主要完成电站的水轮机、发电机等机电设备选定。最后完成了水厂房布置。厂房布置是否得当，不仅直接影响到电站的运行，而且对设计工作和施工的影响都很大，因此必须周密考虑，精心设计。关键i司：蜗壳形式；引水式水电站；水轮发电机 .1内容摘要弓丨言11基本资料31-131.2工程地质条件31.2.1地貌与地层31.2.2水库区工程地质条件41.2.3坝址工程地质条件41.2.4付坝工程地质条件51.3水文与气象51.3.1流域自然地理概况51.3.2气彖条件61.3.3水文资料61.4主厂房位置选择62水轮机选型和参数设计92.1水轮机选型92.2初选转轮肓径92.3计算并且初选转速92.4修正模型系数102.5确定水轮机外形尺寸113计算吸出高度与安装高程123.1吸出高度的计算123.2安装高程的计算124蜗壳型式及尺寸设计134.1选择蜗壳型式134.2蜗壳进口断面有关尺寸拟定134.2尾水管的选择13 4.2.1尾水管的作用和型式134.2.2尾水管的尺寸计算144.3调速器、吊车、主阀的选择154.3.1调速器的选择154.3.2吊车的选择164.3.3主阀的选择174.4发电机外形尺寸估算174.5厂区枢纽平面布置184.6主厂房平面设计185结论与总结21参考文献22 引言电力是现代化工业生产和牛活不可或缺的动力能量，水力发电是电力工业的一个门类。建国50多年来，我国的水电事业有了长足的发展，取得了令人瞩目的成绩。水电在我国的兴起是有其深刻的背景的。我国河流众多，径流丰沛，落差巨大，蕴藏着丰富的水能资源。2000〜2004年冲国水电工程顾问集团公司组织了全国水力资源复查，水电资源理论蕴藏量为6.94亿kW,年发电量6.08万亿kW・h,其中技术可开发容量为5.42亿kW,年发电量2.47万亿kW•h;经济可开发容量为4.02亿kW,年发电量1.75万亿kW•h。首先，我国有大规模利用水能资源的条件和必要性。我国水能资源丰富,不论是水能资源蕴藏量，还是可能开发的水能资源，在世界各国中均居第一位。但是目前我国水能的利用率仅为13%,水力发电前景广阔。随着我国经济的快速增长，能源消耗总量也大幅度增长,煤炭、石油和天然气这些常规能源的消耗量越来越大，甚至需要依靠进口。水力发电经过一个多世纪的发展，其工程建设技术、水轮发电机组制造技术和输电技术趋于完善,单机容量也不断增大。并且水力发电成木低廉，运行的可靠性高,故其发展极为迅速。近一个世纪，特别是建国以来,经过几代水电建设者的艰苦努力,中国的水电建设从小到大、从弱到强不断发展壮大。改革开放以来，水电建设更是迅猛发展，工程规模不断扩大。据电工行业统计数据表明，2009年我国发电设备和大中型电机的产量分别为：水轮发电机组2303万kW,汽轮发电机8654万kW,成套发电设备11993万kW,大中型电机约为7500万kW,其中大型电机约为3000万kW（含风电1380万kw的70%）o调查表明，全世界发电设备市场的订货量从1991年的70GW增加到了1996年的100GW,其中水电只占16%。在水电设备订货量方面，亚洲国家的订货量要占一半以上，如1996年的总订货量为18GW,其中中国占23%o水轮机是一种流体机械。所谓流体机械就是以流体作为工作介质的机器。它是实现流体功能和热能转换的机械。（热能转换的流体机械在此不作介绍）。对于功和能转换的流体机械主要分为两大类，一类是流体能量对流体机械作功而提供动力;另一类则是通过流体机械将原动力传递给流体，使流体的能量得以提高。当然还有一种液力传动功能的机械（如液力变矩器、液力耦合器以及流体与流体、流体与固体分离的机械）也称为流体机械。 水力发电用的水轮机有着100年以上的历史，一般认为是已竭力开发的成熟机械。的确，在数十年前水轮机的效率就己达到90%,看起来开发的余地不大。但实际上，在以计算机进行流态分析和强度分析的技术进步支撑下，水轮机的开发已达到非常先进的程度。性能的提高，不仅是简单体现在效率的提高，而是更应在更宽的水头和流量范围内仍能稳定和高效率的运转。关于水轮机产品的优化，当今世界水电设备国际市场最为流行的热门先进技术电子计算机辅助流体动态分析（CFD）的应用，能使水轮机的性能大大提升，设置逼近它的极限值。提高水轮机性能的首要前提是：流态分析（CFD）技术的大幅度进步。目前水轮机设计一般采用完全的三维粘性流态分析，使用着比较简单的紊流模型。由于利用了CFD,可在短时内进行设计的优化。CFD精度的提高与计算机技术的飞跃进步密切相关，此外，与高精度模型试验的组合也导致了CFD利用技术的提高。提高比转速ns,缩小水轮机转轮直径，提高发电机组转速，减小机组尺寸,提高大部件刚度，强度计算的准确性，允许应力可适当提高（减轻机组重量20%）简化部件结构，减少加工工作量，采用新工艺，新技术减少工序和工装来降低成木。水轮机向着大容量的方向发展,机组运行的可靠性越来越受到大家的重视。压力脉动、空蚀与磨损、材料机械与化学性能都会肓接影响机组的可靠性指标。我国自1950年代初开始制造水轮机，从8O0kW起，尾随欧美发达国家的步伐，起步较晚。先是向前苏联学习，颇有收获，继而扩展至向西欧与美国学习,进一步开阔了视野。据不完全统计，我国已投产的各类大中型水电机组500余台之多,英中混流机组320余台,从统计数据看，混流式水轮机应用最多。混流式水轮机是当今应用最普遍的一种水轮机机型,其适用水头范围可从I•几米到数百米，实际应用水头多在20〜700n）之间，适用于水头和流量变幅均较大的电站,具有尺寸小、重量轻、结构紧凑、操作维护方便、效率高等优点，是开发中高水头水力资源的优良机型。目前在建和待建的巨型机组均选用混流式水轮机机型，通过三峡、龙滩、拉西瓦等大型水电站的建设和一大批70万kW级混流式机组的成功投产，大型混流式水轮机技术在我国得到了广泛应用，技术上取得了巨大进步。近几年，随着国外先进技术的引进和消化吸收，高水头混流式水轮机技术也取得了较大进展，对于400〜600m水头段的水电站，以往因水轮机技术限制只能采用冲击式水轮机机型，目前许多水电站亦开始采用混流式机型。从近几年混流式水轮机的应用情况看，其技术发展趋势将是容量更大、水头更高、稳定运行范围更宽。 1基本资料1・1流域概况浑江是鸭绿江在我国境内的较大支流，也是我国东北地区水力资源较为丰富的一条河流，因此，合理开发利用浑江水力资源是个重要的课题。浑江发源于长白山老岭，河流全长430余公里，河流坡降约为1/1000;流域面积15000平方公里。流域形状近于椭圆，南北长160公里，东西宽约170公里。根据浑江河道自然特性的变化，大致以通化为上、中游之分界：以桓仁为中、下游之分界。河流系山区河流，蜿蜒于山谷之中，沿河山势陡峭，支流众多，于支流入口处，地势较为开阔，出现山间盆地。浑江流域水系图参见图1。浑江下游（桓仁以下）的水能利用与梯级开发问题曾进行了长时间的研究，基木上归纳为两种开发方案，即：①桓仁、沙尖子两级开发方案与0）桓仁、回龙山、太平哨、高岭、金坑等多级开发方案。目前，在桓仁水电站早已建成投产的情况下，实际上变成为沙尖子高坝大库与回龙、太平哨、高岭、金坑等梯级开发方式之争。木任务书取材于梯级开发方案的太平哨水电站，并拟定为混合式开发的地面厂房型式。1.2工程地质条件1.2.1地貌与地层木地区的地貌景观按其成因类型可分为两类：①构造剥蚀地形，海拔高程360—770米，相对高度200—600米，为中低山地形，由古老的变质岩系组成，山脊较狭窄，起伏不大，无明显的峰峦，地形坡度较大。0）侵蚀堆积地形，木区可见相对高度为20-30米的二级阶地，3-12米的一级阶地和2-4米的河漫滩。水库区及水工建筑物区出露的地层有：前震旦系，震旦系、寒武系、朱罗系、和第四系，简单分述如下：①前震旦系：主要为一套区域变质岩石，部分经受不同程度的混合岩化作用,形成各种类型的混合质变质岩。各水工建筑物均位于木地层的混合变质岩上。0）震旦系：仅在水库区东南局部出露，主要为石英砂岩、石英砾岩、粉砂岩、页岩等。③寒武系：该系出露更少，仅局部可见，主要为灰岩。 ③朱罗系：该系在水库区北部，雅河口以上至回龙山一带广泛分布，为陆相火山岩建造，主要为安山岩、安山质凝灰岩、流纹岩等。④第四系：在木区出露的有上更新统和全新统。前者分布于浑江二级阶地，为洪一冲积层，主要为砂卵砾石、砂和亚粘土，后者包括一级阶地、河漫滩及河床上堆积的亚砂土、砂砾石，残积的亚粘土等。1.2.2水库区工程地质条件木库区两岸山体高峻，高程为360—700米，分水岭厚度均在0.8公里以上。库岸岩石在雅河口以上为侏罗纪火山碎屑岩类，以下为震旦纪变质岩和混合质变质岩，地下水位较高，不会向邻谷产永久性渗漏。不存在塌岸问题。1.2.3坝址工程地质条件曾选两条坝线（上坝线与下坝线）进行比较。上、下坝线相距200-300米，地质条件基木相同，但下坝线右岸地形更单薄，左岸岩石完整性较差，呈片状破碎，风化也较深，而上坝线左岸则比较完整。河谷部分，下坝线岩石普遍风化较深，而上坝线只有个别地段风化较深。从上述分析确定选用上坝线。修建土坝或混凝土重力坝，地质上都是可能的。坝址区出露的地层有前震旦系和第四系。前震旦系为经受中等程度混合岩化作用的变质岩系，包括黑云母斜长石注入片麻岩、黑云母混合片麻岩和大理岩，前者分布在左岸，后者分布在右岸，两者为整合接触。第四系包括各种不同成因的松散堆积物。堆积层分布于两岸山坡，为亚砂土夹碎石，厚度左岸为1.5—4.0米，右岸为0.3—2米。河床砂卵砾石厚0—3.5米。坝址区两岸发现有断层三条，其中一条为平推断层（F3）位于左岸，走向NE36°，倾向南东，倾角70°,破碎带宽5米。另外两条北东向断层F1与F2。据分析F1就是区域性的太平哨大断裂，在右坝头西北约300米处通过;F2位于右岸,产状为走向北东40—50°,倾角80°,断层带宽3—4米。F1与F2对建筑物均无直接影响。坝址区基岩的透水性，根据19个孔、75次压水试验成果统计，单位吸水量由上而下逐渐减小。距地面深4.3-15米范围内单位吸水量的平均值为0.1升/分，25米以下时为0.027升/分。据分析，若采用混凝土重力坝坝型时（估计坝高40米左右），大坝将建基于比较完整的半风化岩石之上。河谷部分的开挖深度（自基岩面算起）约为2-7米, 相应于此开挖标准，坝基岩石与混凝土摩擦系数建议为0.6,河床部位岩石风化较浅，实际上可挖至微风化岩石，建议摩擦系数采用为0.65o坝址右岸岩石强烈风化，全风化岩石深达30米。强烈风化的原因主要是黑云母混合片麻岩中斜长石和黑色矿物含量较多，长石结晶体粗大，抗风化能力较薄弱所致。建议处理意见是：砂砾状全风化层（深15米左右）可采用混凝土防渗墙方法处理，块状全风化层以下采用帷幕灌浆方法处理。左岸F3断层以及局部破碎带可按常规办法处理。1.2.4付坝工程地质条件葫芦细子地段山体低缓，最低点地面高程仅为192米，需要修建付坝。若主坝采用土坝型式，则此处可修建岸坡式溢洪道。此处山体最狭窄处宽仅70米，上、下游水为差7米。此坡地形陡峭，基岩裸露，南坡较缓，坡度一般约20°-30°o此垩口是浑江侵蚀堆积二级阶地，垩口顶部和山坡上分布有砂卵砾石，厚度1—5米，其地质时代为上更新世坡积层。木地段地层主要是前震旦纪黑云母斜长石注入片麻岩，混合岩化程度较低，岩性不均一，有的地方可见变质岩基体。木地段发现断层共七条，但规模均很小，宽度大都在一米以内，最大宽对为1.5米。这些断层大多延伸不长，对建筑物无影响，设计与施工时按常规方法处理即可。通过地质分析与稳定计算可以认为，此地段山体是稳定的。为了确保建筑物安全，建议在设计时要加强帷幕灌浆与排水措施。1.3水文与气象1.3.1流域自然地理概况太平哨电站位于鸭绿江支流浑江下游，木站以上集水面积12950平方公里，其上游约86公里和37公里处分别有桓仁，回龙山水电站，其集水面积坝址以上分别为10,375平方公里与12,506平方公里。浑江流域地理坐标在东经124°24’—126°36’，北纬40°40’—42°10’之间。其相邻流域北为第二松花江，东为鸭绿江干流，西侧为辽河流域左岸支流浑河、太子河，南为鸭绿江右岸支流蒲石河、河。浑江属于山区性河流，流域内高山群立，山势陡峭，地势起伏较大，山坡上一半多生杂草和林从，植被较好。 1.3.2气象条件浑江属于山区河流，地形对气候的作用比较明显，流域东北系长白山系的主峰白头山，海拔高达2744米，自此分向西北，西南与东南三方向逐渐低下，到流域南部的丹东，海拔高程为59米，自丹东向北至宽甸，地形突然上升（海拔高程约300米），高差达240米，因此当偏南气流入境后，受地形抬升影响，产牛强烈降水，降雨中心多在鸭绿江下游至宽甸间，浑江正处于该暴雨中心北部边缘，故降雨量很大，降雨量集中在夏季，各地6-8月降雨量占全年的60%左右，尤以7、8两月为最多，最多月雨量与最小月雨量之比达30倍之多。浑江流域正处于西风带大陆的东部，冬季在蒙古高压的控制下，天气寒冷干燥，为期漫长，全流域一月份平均温度均在・10。以下，极端最低气温发牛在一月份，并在・30。以下。全年右4—5个月气温在零度以下，夏季炎热而短促，极端最高气温可达39.5°C（桓仁），年差很大，参见表3。1.3.3水文资料浑江桓仁以下，干流有桓仁、回龙山、沙尖子水文站，支流有二户来、普乐堡及太平哨水文站。各站资料以桓仁较长。太平哨水库年径流系用回龙山、沙尖子及支流半拉江上的太平哨水文站径流资料，按面积比推求而得，详见表4。各站年径流有关参数详见表5。浑江的洪水主要由急剧而强烈的暴雨形成，暴雨多集中在三天，其中强度最大的暴雨又多集中在一天之内。就较大洪水年份分析，形成暴雨的天气系统有台风，气旋（华北气旋，渤海气旋、江淮气旋、黄海气旋）以及副热带高压边缘的幅合扰动，如1960年发牛了浑江的50年一遇洪水，形成此次暴雨的天气系统在黄海上空正在恢复中的台风输送水汽与副热带高压边缘的扰动，再加上南部连续移来三个低压想遭遇。1・4主厂房位置选择白杨沟水电站是中国第一座自己勘测、设计、施工和制造设备的大型水电站,主要担负华东电网调峰、调频和事故备用任务，是华东电网骨干电站之一，并有防洪、灌溉、航运、养殖和旅游等综合效益，对促进沪、杭、宁地区工农业发展有巨大作用。水库正常蓄水位108m,总库容220亿n?,死水位86m,调节库容102.7亿n?,具有多年调节性能。防洪库容47.3亿nA电站装机容量81万kW, 保证出力17.8万kW,多年平均年发电量18.6亿kW*ho以220kV和110kV输电线路各4回接入华东电力系统。经水库调节，使下游建德、桐庐、富阳三市（县）2万余亩肥沃农出免受洪水灾害。厂房顶部与大坝溢流面衔接，并用钢筋混凝土拉板结构简支坝体，下部则与坝体分离。厂房长213.1m,宽17m,厂房内安装4台单机容量7.5万kW和5台单机容量7.25万kW的混流式水轮发电机组，共9台，水轮机肓：径4.1m,额定水头73m,进水口高程70.4m,压力钢管肓径5.2m,按坝内埋管方式斜穿坝体。副厂房布置在溢流面下面的厂坝之间，llOkV和220kV开关站均布置在坝下游右岸山坡上，升船机位于左岸。电站在防洪、灌溉、航运、渔业、林果业、旅游业等方面，都作出了显著贡献。水库商品鱼捕捞连年稳产高产，部分产品出口欧美十多个国家，1989J998年总产量达4.55万t;库区580km2内有大小岛屿1078个，水碧山黛，景色旖旎，被誉为”绿色千岛湖”，成为国家级示范森林公园，仅1999年创旅游收入约5亿元;通过合理调度库水下泄流量，顶冲杭州湾涌潮，为杭州市自来水厂提供淡水资源,改善居民饮用水和工业用水质量，仅据1992-1994年统计，因库水顶潮使杭州市免受工业停产损失达40亿元以上;水库已拦蓄洪峰流量10000m3/s以上的洪水26次,避免和减轻了建德、桐庐、富阳等城镇2hhm2农出的洪涝灾害，仅90年代就减少下游地区经济损失七、八十亿元。可调节千年一遇的每秒200立方米洪峰为500立方米/秒。消除下游2万公顷农出20年一遇洪水灾害。使下游建德、桐庐、富阳一带城镇百年一遇洪水减轻。年产淡水鱼630万公斤。库区有大小岛屿千余个，湖光山色，景色佳丽，有“千岛湖”之称。是江南消夏避署胜地。全国重点风景名胜区。浑江自然落差较大，水量丰富，在太平哨水库回水范围内多为崇山峻岭，淹没耕地、村屯较少。库区老营沟附近虽发现有铅锌矿，但据辽宁省地质局调查，该矿储量有限，规模不够，未能纳入国家开采计划，仅有牛产队组织开采。由于桓仁水库的修建，极大的改变了浑江的径流在年内分布的不均匀性，弥补了太平哨水库的库容小，调节性能差的缺陷。太平哨电站应尽可能的利用河段自然落差，因而，从与其上级回龙电站尾水位衔接角度的分析，太平哨水库正常高水位定为191.5米为宜。水库死水位则应结合输水建筑物的布置分析确定。（死水位190米，正常高水位191.5米，设计洪水位（P=l%）191.7米，Q=12400m3/s,校核洪水位(P=0.1%)194.7米Q=17500m3/s)o 根据木工程的条件，应采用II级设计标准，即水利枢纽永久性建筑物按百年一遇洪水设计，千年一遇洪水校核。考虑到上一级回龙地下电站交通洞的高程，要求木水库设计洪水位也不应超过198.0米高程。东北地区工农业牛产不断提高，现有电源特别是水电远远不能满足系统负荷增长的需要。经与东北电力局研究认为，太平哨水电站将在负荷曲线的尖峰位置上工作，并应适当担任一部分备用容量，为此，木电站的利用小时数不宜过高，可控制在2500小时左右或更低些，可结合机组选择合理确定。(最后确定太平哨水电站的装机容量N为16万千瓦，保证出力2.5万千瓦，年发电量4.3亿度，年利用小时数2680小时。特征水头：最大水头38.1米，最小水头34.6米，设计水头36.2米，加权平均水头36.2米，发电机效率98%o) 2水轮机选型和参数设计水轮机是水电站中最主要动力设备之一，影响电站的投资、制造、运输、安装、安全运行、经济效益。根据H、N的范围选择水轮机是水电站主要设计任务之一，使水电站充分利用水能，安全可靠运行。2.1水轮机选型在水轮机型号选择中，起主要作用的是水头，每一种型号的水轮机都有一定的水头适用范围。木水电站的静水头为57m,最小水头为乩,叶=50血、最大水头为HmdX=65m,加权水头为Hav=51mo查混流式水轮机模型转轮主要参数表，选转轮型号为HL220的混流式水轮机。2.2初选转轮直径(2-1)(2-2)(2-3)9彳9.81QHJ丽式中：£>,——水轮机标称肓径；Q——水轮机单位流量；Hr——设计水头；Nr——水轮机额定出力；由表可得，HL220型水轮机在限制工况下，0llW=H50L/s=A5m3/s,效率=89%,由此可初步假定原型水轮机在该工况下Q；=Q1M=1.15m3/s,效率为=90.1%,对于引水式水电站，比=%=5仏由式3-1,得D{-IN「—=]]—〕=0.44/7?,选取与之接近V9.81X1.15x57x757x0.891而偏大的标称直径9=0.5/72o2.3计算并且初选转速由表2-1可得HL220型水轮机在最优工况下的单位转速n]0M=70r/min,初步假定n；0=n；0Mo将已知的n；0和Hav=57m,D严0.5m代入2・2,可得：斤=“1777=7°x7^7“os?厂/血门,选取与之接近而偏小的同步转速n=D}0.5 1000r/mino 2.4修正模型系数由表2-1可得HL220型水轮机在最优工况下的模型最高效率办八嘶=91%，模型转轮直径为=0.46m,由公式得：仏=1—(1—九mQx潜=1-(1-091)愿=91.15%,则效率修正值为△“=91.15%-90.07%=1.08%考虑到模型与原型水轮机大小相近，在制造工艺质量上差异较小，不考虑△〃修正值匚即可得效率修正值为△〃=L1%,由此可得原型水轮机在最优工况和限制工况下的效率为〃叱=%max+△〃=90.07%+1.1%=91.17%〃=+厶〃=89%+1.1%=90.1%(与上述假定值相同)单位转速的修正值按下式计算：酗=GOA/J〃唤/%maxT，由于上乞＜3.0%,yi按规定单位转速可不加修正，同时单位流量Q也可不加修正。°M由上可见，原假定的〃=90」％,Q]=Qm，斥0="om是正确的，那么上述计算及选用的结果D|二0.5m,n=1000r/min也是正确的。在选定D,=0.5m,n=1000r/min后，水轮机的Q；唤及各特征水头对应的比既可计算出来。水轮机在H「、N「下工作时，其Q；即为Q"lmax,故84521max-9^D^H)y[H~rri~9.81xO.52x57xV57xO.9O~/s<]A5m/smax则水轮机的最大引用流量为2niax=Q唤厅X=0.9x0.52x后=1.7//s与特征水头、Hmin和H「相应的单位转速为-讪1000x0.5.max=^=1000x0：5=7()7r/mmV50nD,1000x0.5/•n.="=；=—=66.22厂/mm匝V57在I1L220型水轮机的模型综合特性曲线图上分别画出Q；诳=0.9龙/$,斤max=70.7/7min,n}m[n=62.02r/min的直线，可以从图上看出三条直线所围成的水轮机工作范围基本上包括了该特性曲线的高效率区。所以对于IIL220型水轮机的方案，所选定的参数D,=0.5m,n=1000r/min是合理的。 2.5确定水轮机外形尺寸因为设计中计算的D（如果为2）值，所以根据HL240的单位转轮直径的水轮机各部分的尺寸扩大2倍，就得到水轮机外形尺寸图，如下图实例所示：注：对于单位转轮肓径的水轮机各部分的尺寸，是单位肓径为ln）时的数据，绘制时最终还应乘以D』勺数值。 3计算吸出高度与安装高程3.1吸出高度的计算由水轮机设计工况参数，入=66.22厂/min,2lmax=900L/5,在模型综合特性曲线图上可查得相应的气蚀系数。=0.104邙H制工况），气蚀系数修正值Ao=0.022（当出=57.0米时）。H.<10-----G+二10-匹-（0」04+0.022）x57二2.8m>059009003.2安装高程的计算由此可见，HL220型水轮机方案的洗出高度满足电站要求Z5二J+Hs—D】/2=12+2.8—0.5/2=14.6m 4蜗壳型式及尺寸设计4.1选择蜗壳型式蜗壳形式有金属蜗壳和混凝土蜗壳，金属蜗壳适用于水头大于40m或小型卧式机组，混凝土蜗壳适用于水头小于40m由水电站的水头范围34.6〜38.1m.蜗壳的作用是将水流均匀、平顺、轴对称地引向水轮机的导水机构，进入转轮。蜗壳依据所用的材料不同，可分为金属蜗壳和混凝土蜗壳。由木电站设计水头为51.44米，而51.44米《40米，所以采用钢板焊接的金属蜗壳。4.2蜗壳进口断面有关尺寸拟定1）基木依据如表4・1表4-1导水机构主要尺寸单位（cm）标称直径导叶圆周直径内环直径外环直径导叶咼度D1D0DaDbb014017020024135蜗壳的包角根据《水电站动力设备手册》水轮机的型号H厶220-厶丿-140,选（pe=345°2）尺寸计算表4・2圆形断而蜗壳单线图单位（加）断面号0（。）P尸岸弋『总ri=ra+2Pi13450.852.9023000.782.7732550.712.6342100.632.4751650.552.3161200.462.137750.351.918300.211.639-1501.214.2尾水管的选择4.2.1尾水管的作用和型式尾水管的作用可归纳为三点：一是将通过水轮机的水流泄向下游；二是转轮装置在下游水位之上时，能利用转轮出口与下游水位之间的势能日2,三是回收利 29用转轮出口的大部分动能（-△力2-5）。图4・1蜗壳单线图尾水管的型式有直锥型、水管。弯曲直锥型、弯曲型三种，本次设计采用弯曲型尾4.2.2尾水管的尺寸计算采用/7L220,Z6型尾水管，尺寸如表4-3:表4-3弯曲型尾水管尺寸计算表单位伽）名称0hL2h4%厶h2尺寸1.403.506.303.8361.8931.8931.8340.9382.450.02名称D,a&R?a2&b5K尺寸1.5360.6821.6242.0691.1410.151.09500.343 图4-2尾水管单线图4.3调速器、吊车、主阀的选择4.3.1调速器的选择调速器应根据测速元件的不同，其可以分为机械液压型和、电器液压型两大类。机械液压型控制部分为机械元件（飞摆、杠杆等），操作部分为液压系统。电气液压控制部分为测频回路（进行测频、放大、反馈等），操作部分为液压系统。本设计采用机械液压型。由于本电站水轮机为混流式，所以是以导水机构为唯一调节对象的单调节。中小型调速器都有固定接力器，调速柜和油压装置是成套产品，可按调速功选择调速器。假设为中小型调速器，先计算出调速功后再判断具体类型。反击式水轮机调速功的经验公式为：A=（200〜250）QJH"（N.m） 公式中：水轮机的最大工作水头；Q—最大工作水头发出额定出力时的流量；°—水轮机标称育径；200〜500为系数，高水头取200,低水头取250。水轮机运行过程中允许出现的最大净水头，对于无压引水式水电站为压力前池正常水位与一台机组满发时相应的尾水位之差减去引水系统水头损失即得。可查下游水位、水头损失流量关系曲线求得：W=339.9-285.90-1.5=52.50(m)lIldAQ=15.9吹A=200x15.9x752.5x1.4=27262.8(N.m)根据所得数值，查调速器的型谱表，选用yr-3000,然后查〈〈水电站动力设备手册〉〉，得调速器尺寸如表4-4,表4-4KT-3000型调速器主要尺寸（单位：mm）名称机械栢尺寸尺寸1180*2100*2460表4-5FT-3000型调速器主要参数（单位：mm）接力器容积调速轴转角压力油罐容积每台油泵输油量及油泵数接力器最小关闭时间最高工作油压17.70L45°600L1.4L/S,22s24(10认)4.3.2吊车的选择主厂房多采用双钩桥式起重机，起重机的工作制度（JC%）分轻级（JC=15%）,屮级（JC=25%）和重级（JC=60%）三种JC%定义为:JC(%)起重机在某一周期中实际延续工作时间*这个工作周期的总时间""°水电站起重机利用率较低，环境正常，应选用轻级工作制的桥吊，但对中小型电诂，多选用一般用途的现成产品，市上供一般用途的桥吊只有中级和重级,所以屮小型电站也可选用重中级工作制的桥吊。根据转子带轴重量32》，跨度10.5加，查《水电站动力设备手册》得吊车起重 量中,主钩50》，副10（,主要部分尺寸如表4・6：表4-6双钩桥机主要部分尺寸单位（加加）名称LtKktBBHF尺寸250048003580630030027841070131名称h2hhA/2h/4尺寸2400922-622002000100531954.3.3主阀的选择设置在水轮机前的阀门称为主阀，是保证在某台机组停机或检修时，不影响其他机组的正常运行。查《水电站动力设备手册》得HL220-LJ-140型水轮机配套的主阀为卧式蝴蝶阀,其直径为2000加加，尺寸如表4-7：表4-7蝴蝶阀主要外形尺寸单位（加加）名称直径£>型式abcdef封水方式蝴蝶阀2000卧式33481806110()18001000365空气围带4.4发电机外形尺寸估算表4-8流道尺寸单位（mm）名称d2d4q2尺寸1400151512991218669162名称5h他居K尺寸3507623120433发电机TS厶330/61-16型，如表4-9：表4-9主要外形与安装尺寸单位（加加）名称力2%0203040506H、尺寸19125243900280357602350270035801490名称h2比比比矶比比比比尺寸1643242973610161600470626946191135 06=O1IEAMUIne二9IO<—1|一申」L2700」一3580图4-3发电机外形尺寸4.5厂区枢纽平面布置本节主要是根据地形、地质、水文、施工管理等资料,进行定性分析，比较确定枢纽布置方案，即主厂房、变压器、开关站的相对位置.太平哨水电站在引水道出口处、地形等高线基本与浑江沿岸平行，且坡度均匀平缓，电站所在地质条件较好，为黑云母混合麻片岩,岩体平整坚硕，承载能力强，为了便于施工及交通，采用垂直引进方式，这样可以减小岩体开挖量，水流怒,水流条件好,且尾水管出水方式也较好，交通方便，根据太平哨电站地形图,安装见布置在厂房右侧，变压器场布置在厂房右侧，副厂房不止在主厂房上游侧.4.6主厂房平面设计主厂房长度、宽度尺寸,主要取决于水轮机发电机定子季风罩墙、水轮机蜗壳、尾水管与调速系统的布置.同时要将上部结构和下部结构结合考虑。机组段长度的确定：机组段长度L1随水电诂类型和机型不同,主要有蜗壳、尾水管、发电季风罩在X轴方向的尺寸来确定，并考虑机组附屈设备及主要交通道、吊车运输、阀门布置等所需的尺寸。L1按下式计算：Li=L+x+L・x 式中：L+x——及阻断+x方向的最大长度.L-x机组段・x方向的最大长度.蜗壳层L+x=Rl+5]L-x=R2+82式中：5】一一蜗壳外部混凝土厚度，初设时为1.2-1.5m,现在取为1.4/7?Ri蜗壳+x方向最大平面尺寸:6.875/?2R2——蜗壳-x方向最大平面尺寸:5.075m所以，L+x=6.875+1.4=8.275mL・x=5.075+1.4=6.475m尾水管层L+x=B/2+52L・x=B/2+52式中：B——尾水管宽度，取为11.152m52——尾水管边墩混凝土厚度，由水工结构确定，初设取：1.2-1.5m,对大型机组取2m,安全起见，取为1.5mo所以L+x=L・x=l1.152/2+1.5=775加发电基层L+x=®/2+b/2+§3L・x=3/2+b/2+§3式中：①3——发电机风罩内径,0：）=12.8m.b——两台机组监外罩的净距，一般可取为1.5〜2.0m.若在机组间设楼梯，一般取3〜4加，现取1.8mo83——发电机风罩壁厚，一般取0.3〜0.4/n,现取0.4加。所以L+x=L・x=l2.8/2+1・8/2+0.4=7.7加在蜗壳层、尾水管层、发电机层的计算中，L+x、L・x均取最大值：Li=L+X+L・X=8.275+7.7=15.975m考虑到设备布置、交通、楼梯、分缝等问题取：L+x=9.3m:L-x=7.7m,贝ihLi=9.3+7.7=17.0/7?2）端机组段又称边机组段，是指在安装间不同一端的机组段，其长度L2的确定除需要考虑上述机组的因素外还与装配场（安装间）位置，厂内是否布置进水闸、安装间的位置、起重机吊运设备的要求等因素有关。因木设计安装间在厂房右侧，端机组段L+x多取1.0加。即L2=1800^=18m3）安装间安装间又称装配场，它是组装、检修设备的场所。安装间的位置设在厂房右侧、高程与对外交通道同高V166.0/。安装间的宽度与主机室宽度相等。以便利 用起重机，沿主厂房纵向运行。确定安装间的尺寸主要在于确定长度，一般均为机组段长度的1.0〜2.0倍，本设计取1.4倍。La=1.4L】=l.4x17=23.8加,取24.0加。此外，安装间面积按一台机组扩大性检修面积确定。即可以布置下四大件。因而，主厂房长度为：L=nL】+L2+La式中：L)——机组段长度n为机组台数减1。L2——端机组段长度La——安装间长度所以：L=3X1700+1800+2400=9300cm=93m 5结论与总结水厂房布置是厂房设计中极为重要的一环。厂房布置是否得当，不仅肓接影响到电站的运行，而且对设计工作和施工的影响都很大，因此必须周密考虑，精心设计。厂房布置必须因地制宜进行，一般来说，对厂房布置的基木要求是：1、可能选择最有利的工程地质、水文地质和地形条件，要避免在滑坡、陡坡和有承压水等不利地段建造厂房。要确保工程安全可靠。2、量是谁六平顺地进出厂房（包括上游的高压水道和下游的尾水区），以减少水头损失和防止淤积、冲刷。3、力求土石方开挖和浇筑混凝土等工程量最少，总的工程投资最省。4、尽可能使第一台机组早日发电和总工期最短。5、尽可能为电站的运行、管理和检修创造方便条件。6、以上几条基木要求都是同等重要的，在厂房布置中必须给予全面考虑。 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