立軸混流式水輪機的安裝-水電站課程設(shè)計

1、<p><b>　　水電站課程設(shè)計</b></p><p>　　一：計算水輪機安裝高程</p><p>　　參考教材，立軸混流式水輪機的安裝高程Zs的計算方法如下：</p><p>　　式中為設(shè)計尾水位，取正常高尾水位1581.20m；為導(dǎo)葉高度，1.5m；為吸出高度，m。</p><p><b>　

2、　其中，</b></p><p>　　式中，為水輪機安裝位置的海拔高程，在初始計算時可取為下游平均水位的海拔高程，設(shè)計取1580m；</p><p>　　為模型氣蝕系數(shù)，從該型號水輪機模型綜合特性曲線（教材P69)查得=0.20，</p><p>　　為氣蝕系數(shù)的修正值，可在教材P52頁圖2-26中查得=0.029；</p><p&g

3、t;　　H為水輪機水頭，一般取為設(shè)計水頭，本設(shè)計取H=38m。水頭Hmax及其對應(yīng)工況的進行校核計算。</p><p>　　=10.0--(0.2+0.029)38=-0.458</p><p>　　=1581.20-0.458+1.5/2=1581.49m。</p><p>　　二：繪制水輪機、蝸殼、尾水管和發(fā)電機圖</p><p><

4、;b>　　2.1水輪機的計算</b></p><p>　　圖1.1 轉(zhuǎn)輪布置圖</p><p>　　如圖所示，可得HL240具體尺寸：</p><p>　　表1.11 轉(zhuǎn)輪參數(shù)表</p><p><b>　　2.2 蝸殼計算</b></p><p><b>　　進口斷

5、面尺寸計算</b></p><p>　　(1)進口斷面流量的確定</p><p>　　由資料，該水電站初步設(shè)計時確定該電站裝機17.6×kW，電站共設(shè)計裝4臺機組，故每臺機組的單機容量為17.6×kW÷4=4.4×kW。</p><p>　　由水輪機出力公式：=4.4×kW</p><

6、p>　　式中：Q為水輪機設(shè)計流量（）；</p><p>　　H為設(shè)計水頭，m；由設(shè)計資料得H=38.0m。</p><p><b>　　所以，（）</b></p><p>　　進口斷面流量計算公式： </p><p>　　==113.11（）</p><p>　　式中：—蝸殼包角，通常均采

7、用3450</p><p>　　Q—水輪機設(shè)計流量，Q =118.03m3/s</p><p>　?。?）進口斷面流速的確定</p><p>　　蝸殼進口斷面平均流速可由教材P36（圖2-8a，已知設(shè)計水頭38.0m，本設(shè)計為金屬蝸殼可取為上限值）查得：=5.8m/s。</p><p><b>　?。?）進口斷面半徑</b&g

8、t;</p><p><b>　　由公式=</b></p><p>　?。?）進口斷面中心距</p><p>　　由公式==2.492+3.15=5.642</p><p><b>　　式中=</b></p><p><b>　?。?）斷面外半徑</b>

9、</p><p>　　由公式：=3.15+2×2.492=8.134m </p><p>　　繪制蝸殼單線圖時，在蝸殼上共取0—0~7—7共八個蝸殼斷面（從0—0開始每隔45°取一個斷面），利用下列公式進行斷面計算，得各斷面的參數(shù)。</p><p>　　任一斷面i—i的流量：</p><p>　　斷面半徑：（斷面上沿徑向各

10、點的水流圓周分速度等于一個常數(shù)，即）</p><p><b>　　斷面中心距：=</b></p><p><b>　　斷面外半徑：</b></p><p>　　各斷面參數(shù)計算列表如下：</p><p><b>　　2.3尾水管計算</b></p><p>

11、;　　由水輪機型號可知轉(zhuǎn)輪直徑D1=410cm</p><p>　　轉(zhuǎn)輪出口直徑D2=1.078D1=1.078×410=441.98㎝。</p><p>　　滿足條件D1≤，采用標準混凝土肘管，故可用推薦的尾水管尺寸表（教材第二章P42表2-1）</p><p><b>　　尾水管各參數(shù)尺寸表</b></p><

12、p>　　2.3.1 直錐段各尺寸的確定</p><p>　　導(dǎo)葉底環(huán)至轉(zhuǎn)輪出口高度</p><p>　　=0.221+0.656=0.877m</p><p>　　轉(zhuǎn)輪出口至尾水管直錐段進口高度</p><p>　　對于混流式水輪機組，為保證水輪機組正常運行的安裝縫的高度，一般可忽略不計，此設(shè)計取=0.05m。</p>&

13、lt;p>　　（3）尾水管進口直錐段高度</p><p>　　==10.66-0.877-0.05-5.535=4.198m。</p><p>　　（4）尾水管直錐段進口直徑</p><p><b>　　≈=441.98㎝</b></p><p>　　2.3.2 中間彎肘段尺寸的確定</p><

14、p>　　彎肘段尺寸可由教材推薦使用的標準混凝土肘管的尺寸圖（教材P43圖2—18和表2—2），其中所列的數(shù)據(jù)對應(yīng)==1000mm，應(yīng)用時乘以選定的（或與之相等的）即可得到彎肘段各參數(shù)值。</p><p>　　2.3.3 出口擴散段尺寸的確定</p><p>　　由尾水管參數(shù)尺寸表可得：=5.002m；=2.7675m；=18.45m；=7.462m。</p><p

15、>　　由數(shù)據(jù)用此公式可算得</p><p>　　尾水管頂板仰角=11.5°。</p><p>　　三：確定主廠房輪廓尺寸</p><p>　　3.1 主廠房長度的確定</p><p>　　3.1.1主廠房的長度</p><p>　　主廠房的長度可由公式</p><p><b

16、>　　式中：n—機組臺數(shù)</b></p><p><b>　　—機組段長度。</b></p><p>　　本機組段間距由蝸殼尺寸控制，按公式=蝸殼平面尺寸+2計算。（—蝸殼外的混凝土結(jié)構(gòu)厚度?；炷廖仛ひ话闳?.8~1.0m，金屬蝸殼一般可取1~2m，邊機組段一般取1~3m。）。經(jīng)綜合考慮，中間機組段按=15.42+21.5=18.42m計算，邊機組

17、按=15.42+22=19.42m計算。</p><p><b>　　—安裝間長度。</b></p><p>　　按公式=（1.0~1.5）計算，此處按=1.2處理。</p><p><b>　　—邊機組段加長。</b></p><p>　　按公式=（0.1~1.0） 計算，此處按=0.5</

18、p><p>　　主廠房長度98.834m。</p><p>　　3.2 主廠房寬度的確定</p><p>　　以機組中心線為界，將廠房寬度分為上游側(cè)寬度和下游側(cè)寬度，則廠房總寬度為B=+。、應(yīng)分別考慮各層的布置要求確定，一般需考慮發(fā)電機層，水輪機層和蝸殼層的布置要求。各層的、確定后，廠房的上、下游側(cè)寬度應(yīng)取各層上、下游側(cè)寬度的最大值，即</p><p

19、><b>　　=max()</b></p><p><b>　　=max()</b></p><p>　　B= max()+max()</p><p>　　3.2.1 蝸殼層、的確定</p><p><b>　　的確定</b></p><p>　　

20、上游側(cè)寬度為機組中心至上游側(cè)蝸殼外緣尺寸加上外包混凝土厚度，再加上蝴蝶閥室的寬度（參照教材湖南鎮(zhèn)水電站主廠房蝴蝶閥設(shè)計，取為5m）。</p><p>　　=5.3927+1.5+5=11.8927m。</p><p><b>　　的確定</b></p><p>　　下游側(cè)寬度為機組中心至下游側(cè)蝸殼外緣尺寸加上外包混凝土厚度。</p>

21、<p>　　=7.78+1.5=9.28m。</p><p>　　3.2.2 發(fā)電機層、的確定</p><p><b>　　的確定</b></p><p>　　=（為發(fā)電機層風罩外緣至上游側(cè)墻的寬度，一般由主要及次要交通通道、附屬設(shè)備的布置、吊運方式以及運行管理方便等因素確定）</p><p><b&

22、gt;　　由設(shè)計資料，</b></p><p>　　==4.5+2.5+1.5+1+1=10.5m?？紤]到發(fā)電機轉(zhuǎn)子的吊運及附屬設(shè)備的布置，取=12m。</p><p><b>　　的確定</b></p><p>　　=+（為發(fā)電機層風罩外緣至下游側(cè)墻的寬度，一般由主要及次要交通通道、附屬設(shè)備的布置、吊運方式以及運行管理方便等因素確

23、定）</p><p>　　=+=4.5+1.5+1+1=8m。</p><p>　　3.2.3 水輪機層、的確定</p><p>　　一般上下游側(cè)分別布置水輪機輔助設(shè)備（即油氣水管路等）和發(fā)電機輔助設(shè)備（電流電壓互感器，電纜等）。這些設(shè)備一般靠墻、風罩壁布置或在頂板布，不影響水輪機層交通，因此對廠房的寬度影響不大，此處不予計算。</p><p&

24、gt;　　3.2.4 主廠房寬度的最終確定</p><p>　　=max()=12m</p><p>　　=max()=9.28m</p><p>　　B= max()+max()=12+9.28=21.28m。</p><p>　　3.3 主廠房高度及各層高程的確定</p><p>　　3.3.1 水輪機安裝高程（第

25、一節(jié)已經(jīng)確定）</p><p>　　=1581.20-0.458+1.5/2=1581.49m</p><p>　　3.3.2 主廠房基礎(chǔ)開挖高程</p><p>　　主廠房基礎(chǔ)開挖高程可由公式：</p><p><b>　　確定。</b></p><p>　　式中：（）—尾水管的尺寸；</

26、p><p>　　—尾水管底板混凝土厚度（根據(jù)地基性質(zhì)和尾水管結(jié)構(gòu)形式而定，巖基上的尾水管底板厚一般取1~2m）</p><p>　　=1581.49-（4.198+5.535+1.5）=1570.257m。</p><p>　　3.3.3 水輪機層地面高程</p><p>　　水輪機層地面高程可由公式：</p><p>　

27、　（=蝸殼進口半徑+蝸殼頂部混凝土層厚度。金屬蝸殼頂部混凝土一般不低于1.0m，混凝土蝸殼頂板厚根據(jù)結(jié)構(gòu)計算決定。）</p><p>　　=1581.49+（5.53/2+1.2）=1585.455m。</p><p>　　3.3.4發(fā)電機裝置高程</p><p>　　發(fā)電機裝置高程可由公式：</p><p><b>　　求出。&l

28、t;/b></p><p>　　式中：—發(fā)電機機墩進入孔高度（一般取1.8~2.0m），2.0m；還須滿足水輪機層附屬設(shè)備油氣水管道和發(fā)電機出線布置要求的高度。）</p><p>　　—進入孔頂部厚度混凝土厚度（一般為1.0m左右）1.0m。</p><p>　　=1585.455+2.0+1.0=1588.455m。</p><p>

29、　　3.3.5 發(fā)電機層樓板高程</p><p>　　發(fā)電機層地面高程除應(yīng)滿足發(fā)電機層布置要求外，還應(yīng)考慮水輪機層設(shè)備布置及母線電纜的敷設(shè)和下游尾水位的影響。一般情況下，發(fā)電機層樓板高程應(yīng)滿足以下條件：</p><p>　　（1）保證水輪機層的凈高不少于3.5~4.0m，否則發(fā)電機出線和油氣水管道布置困難。</p><p>　?。?）保證下游設(shè)計洪水不淹廠房。一般情

30、況下，發(fā)電機層樓板面和裝配場樓板面高程齊平。</p><p>　　由于單機容量數(shù)萬千瓦的發(fā)電機組多采用定子埋入式布置，故本設(shè)計也采 用定子埋入式布置，其上部機架埋入深根據(jù)發(fā)電機尺寸取為3m。</p><p>　　=+3=1588.455+3=1591.455m＞1585.13m（設(shè)計洪水水位）。</p><p>　　且1591.455-1585.455=6＞4.0，

31、故滿足設(shè)計要求。</p><p>　　3.3.6 起重機（吊車）的安裝高程（起重機的安裝高程是指吊車軌頂高程）</p><p><b>　　計算公式：</b></p><p>　　—發(fā)電機定子高度和上機架高度之和（埋入式布置就僅為上機架的高度）</p><p>　　—吊運部件與固定的機組或設(shè)備間的垂直凈距；固定的機組、設(shè)

32、備、墻、柱、地面之間保持水平凈距0.3m，垂直凈距0.6~1.0m（如采用剛性夾具，垂直凈距可減小為0.25~0.5m）</p><p>　　—最大吊運部件的高度。</p><p>　　—吊運部件與吊鉤間的距離（一般在1.0~1.5m左右），取決與發(fā)電機起吊方式和掛鎖，卡具。</p><p>　　—主鉤最高位置（上極限位置）至軌頂面距離，可從起重機參數(shù)表查出。<

33、;/p><p>　　=1591.455+0.4922+0.8+7.25+1.2+1.2=1602.392m</p><p>　　3.3.7 屋頂高程</p><p><b>　　計算公式：</b></p><p>　　—小車高度；—為檢修吊車需要在小車上方留有距離，一般取0.5m。</p><p>　

34、　=1602.3922+1.5+0.5=1604.392m。</p><p>　　根據(jù)起重量和寬度，確定吊橋型號</p><p>　　重量取決于需要由它吊運的最重的部件，本設(shè)計的最重部件為發(fā)電機轉(zhuǎn)子的重量，重206t。當起重量大于75t，且臺數(shù)不大于6臺時，可考慮采用雙小車橋吊，本設(shè)計采用雙小車橋吊。</p><p><b>　　劃分一，二期混凝土<

35、/b></p><p>　　水電站廠房的施工是分期完成的，第一期澆筑的叫一期混凝土。首先澆筑一期混凝土的目的是為了形成封閉的擋水周界。包括尾水管擴散段、肘管斷及主廠房的外墻、構(gòu)架、吊車梁、屋頂?shù)取?lt;/p><p>　　二期混凝土一般包括尾水管的直錐段、座環(huán)、蝸殼、發(fā)電機機座、及各層樓板。</p><p><b>　　發(fā)電機支承結(jié)構(gòu)</b>

36、</p><p>　　本設(shè)計采用圓筒式機座，圓筒壁厚取1.8m。為了使機座荷載的一部分經(jīng)水輪機座環(huán)傳至下部塊體結(jié)構(gòu)，該內(nèi)徑要略小于座環(huán)的外徑，一般取轉(zhuǎn)輪直徑的1.3~1.4倍左右，本設(shè)計取為1.35倍轉(zhuǎn)輪直徑。</p><p>　　主廠房的結(jié)構(gòu)布置設(shè)計及廠房內(nèi)各種設(shè)備的布置</p><p>　　6.1主廠房上部結(jié)構(gòu)</p><p><b

37、>　?。?）屋面結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　主廠房的屋面一般采用鋼筋混凝土預(yù)制構(gòu)件，以節(jié)省模板。常用的是薄腹屋面梁，其上部為大型預(yù)制屋面板。屋面梁尺寸可從下面屋面梁尺寸表中查得。</p><p>　　屋面的防水層和保溫層可采用圖示的結(jié)構(gòu)，保溫材料可用爐渣或珍珠巖粉等，厚度由當?shù)貧鉁貤l件決定。</p><p><b>　?。?）構(gòu)架&

38、lt;/b></p><p>　　采用整體式構(gòu)架，每一機組段設(shè)置3個構(gòu)架。構(gòu)架間距取為18.42÷3=6.14m。為簡化設(shè)計施工，采用等跨布置。</p><p><b>　　吊車梁及吊車柱</b></p><p>　　為節(jié)約鋼材，我國多采用鋼筋混凝土吊車梁，支承在構(gòu)架立柱的牛腿上。</p><p><

39、;b>　?。?）外墻</b></p><p><b>　?。?）樓板</b></p><p>　　七．副廠房的布置設(shè)計</p><p><b>　　副廠房的組成</b></p><p>　　大型水電站的副廠房，按性質(zhì)可分為三類：</p><p><b&

40、gt;　　直接生產(chǎn)副廠房</b></p><p>　　中央控制室，繼電保護盤，電纜室，蓄電池室，酸室和套間，蓄電池的通風機室，機械修理間，電器工具間，油化驗室，水化驗室等。</p><p><b>　　檢修試驗副廠房</b></p><p>　　繼電保護試驗室，精密儀器試驗室，測量表計試驗室，高壓試驗室，電工修理間，機械修理間，電氣

41、工具間，油化驗室，水化驗室等。</p><p><b>　　工作生活副廠房</b></p><p>　　交接班室，運行分場，檢修分場，水工分場，總工程師室，廠長室，生產(chǎn)技術(shù)科，會議室，資料室，廁所、盥洗室。</p><p><b>　　（2）副廠房的位置</b></p><p>　　副廠房布置于主廠

42、房的上游。副廠房的寬度由于缺乏相應(yīng)的數(shù)據(jù)，這里根據(jù)書本的相關(guān)資料確定寬度為5m墻寬為0.75m。</p><p><b>　　廠內(nèi)交通設(shè)計</b></p><p><b>　　安裝間的位置</b></p><p><b>　　安裝間的位置</b></p><p>　　安裝間一般

43、均布置愛主廠房對外有道路的一端，對外交通通道必須直達安裝間，車輛直接開入安裝間以便橋吊卸貨，所以安裝間布置在主廠房的左側(cè)。</p><p><b>　　安裝間的高程</b></p><p>　　安裝間的高程主要取決于對外道路的高程及發(fā)電機樓板的高程。安裝間最好與對外道路同高，均高于下游最高水位，以保持洪水期對外交通暢通無阻。安裝間最好業(yè)余發(fā)電機層同高以充分利用場地安裝

44、檢修。所以經(jīng)過對電站周圍環(huán)境的勘測評估可以確定安裝間的高程與發(fā)電機層同高。</p><p><b>　　安裝間的面積和布置</b></p><p><b>　　安裝間的面積</b></p><p>　　安裝間與主廠房同寬以便橋吊通行，座椅安裝間的面積就決定了它的長度。安裝間的面積可按每一臺機組擴大性檢修的需要確定，一般考慮

45、放置四大部件，即發(fā)電機轉(zhuǎn)子、發(fā)電機上機架、水輪機轉(zhuǎn)輪、水輪機機蓋。四大部件要布置在主鉤的工作范圍，其中發(fā)電機轉(zhuǎn)子應(yīng)全部布置于主鉤起吊范圍內(nèi)。發(fā)電機轉(zhuǎn)子和水輪機轉(zhuǎn)輪周圍要留有1-2m的工作場地。在缺乏資料是，安裝間的長度可取1.25-1.5倍機組段長，；多機組電站安裝間面積可根據(jù)需要增大或加設(shè)副安裝間。</p><p><b>　　安裝間的布置</b></p><p>

46、　　安裝間的大門尺寸要滿足運輸車輛進廠要求，如通行標準軌距的火車，其寬度不小于4.2m，高度不小于5.4m。通行載重汽車的大門寬度不小于3.3m高度不小于4.5m。發(fā)電機轉(zhuǎn)子放在安裝間上時軸要穿過地板，地板上在相應(yīng)位置要設(shè)大軸孔，面積要大于大軸法蘭盤。為了組裝轉(zhuǎn)子式使軸直立，在軸下要設(shè)大軸承臺，并預(yù)埋地腳螺栓。主變壓器有事也要推入安裝間進行大修，這時要考慮主變壓器運入的方式及停放的地點。主變壓器大修時常需吊芯檢修，在安裝間上設(shè)尺寸相當?shù)?/p>