S水電站設(shè)計目錄TOC\o"1-2"\h\u6445摘要 210885前言 230592基本資料 220220一、流域概況 222941洪水 2262832水位～流量關(guān)系曲線 3975三、泥沙 315882淤沙內(nèi)摩擦角：100 332014四、氣象 420179五、工程地質(zhì)資料 4259251.壩址工程地質(zhì)條件 456652.壩基巖石物理力學指標 48357六、天然建筑材料 631937水輪機機組的選型 6155242.1機組臺數(shù)的選擇與單價容量的確定 7273342.1.1機組臺數(shù) 760702.1.2機組單機容量的選擇 7104482.2水輪機的型號以及裝置方式的選擇 7132952.2.1型號選擇 712142.2.2裝置方式的選擇 729569二、蝸殼的相關(guān)計算 1273142.4.2蝸殼的型式及其主要參數(shù)的選擇 12139502.4.3蝸殼的水力計算 1325152.5尾水管設(shè)計 14192602.5.1尾水管的作用和形式 14145192.5.2彎肘形尾水管主要尺寸的確定 14284972.5.3彎肘形尾水管的部分尺寸的計算 14209482.6水輪機的空蝕及防治措施 15197182.7發(fā)電機的選擇 1646562.7.1發(fā)電機型式的選擇 164212.7.2水輪發(fā)電機的結(jié)構(gòu)尺寸 1632942.7.3調(diào)速設(shè)備的選擇 20233245水電站主廠房設(shè)計 21272845.1廠區(qū)樞紐平面布置 21122295.1.1廠區(qū)布置原則 2178985.1.2廠區(qū)平面布置 2123835.2主廠房平面設(shè)計 2219865.2.1主廠房長度L的確定 22256355.2.2主廠房寬度B的確定 23215755.3主廠房各層高程的確定 2437665.3.1水輪機安裝高程?安 24119765.3.2尾水管底板高程?1 25206475.3.3基礎(chǔ)開挖高程?2 25215625.3.4水輪機地面高程?3 25326725.3.5發(fā)電機裝置高程?4 25179235.3.6發(fā)電機層樓板高程?5 256215?5=?4+h4 296025.3.7吊車的軌頂高程起重機裝置高程?6 26255485.3.8天花板高程?7 26252245.3.9屋頂高程?8 26140406水電站副廠房設(shè)計 26199216.1副廠房的組成 27319656.2副廠房的平面布置 27176036.3廠房的通風、空氣調(diào)節(jié)、取暖、防潮與采光 2869476.3.1通風 28179766.3.2空氣調(diào)節(jié) 29207446.3.3取暖 2921426.3.4防潮 29100446.3.5采光 2922386參考文獻 30摘要：本次設(shè)計內(nèi)容是根據(jù)現(xiàn)有的原始資料以及該地區(qū)的氣象地質(zhì)資料進行水電站的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計及廠房設(shè)計，主要內(nèi)容包括:水輪機選型，蝸殼設(shè)計，尾水管設(shè)計，主副廠房設(shè)計及附屬設(shè)備設(shè)計等，然后依據(jù)本次設(shè)計的內(nèi)容繪制出發(fā)電機層平面圖、水輪機層平面圖、蝸殼層平面圖及尾水管層平面圖。S水電站工程的開發(fā)任務是進行水庫樞紐及電站進行設(shè)計設(shè)計，水庫建成后，可建裝機容量約為15MW的水電站，兼顧防洪、旅游、生態(tài)治理等綜合利用，它的興建將促進會同所在地工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。電站特征水頭：最大水頭為12.9m，最小水頭為9.5m，加權(quán)平均水頭12.3m，設(shè)計水頭為11.5m，發(fā)電機效率95%，并選用三臺單機容量為5MW的機組。關(guān)鍵詞：水電站;水輪機;發(fā)電機;水電站廠房前言水是人民生產(chǎn)生活中不可或缺的珍貴資源。S水電站工程的設(shè)計和開發(fā)，不僅可以達到除水害，興水利，防止洪澇災害，而且經(jīng)過合理的水量調(diào)節(jié)和分配，能夠有效利用水能進行發(fā)電，具有發(fā)展旅游、庫區(qū)航運、庫區(qū)養(yǎng)殖等綜合利用效益，可促進地區(qū)經(jīng)濟、社會與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，對改善當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境以及人民群眾的生存條件，讓當?shù)氐娜罕姳M早的脫貧致富，使社會更加的穩(wěn)定以及對經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展具有舉足輕重的意義。通過本次電站設(shè)計，不僅能夠幫助我們鞏固所學的專業(yè)課知識，鍛煉和運用大學所學的課程知識來解決實際工程中問題的能力，培養(yǎng)正確的設(shè)計思想，還能進一步提高我們進行各種計算，編寫設(shè)計計算書、說明書及水利工程制圖的能力，培養(yǎng)嚴肅認真、實事求是和刻苦鉆研的工作作風。進行水電站的樞紐設(shè)計，我們必須認真遵循嚴格的有關(guān)規(guī)范，遵守技術(shù)先進和經(jīng)濟合理等原則，并且通過對問題深入調(diào)查以及研究，然后進行全面的比較分析，提出一個真正可行的設(shè)計方案?；举Y料一、流域概況Z電站位于沅水一級支流巫水下游峽谷河段，下距會同縣Z鄉(xiāng)鎮(zhèn)2，距洪江市15。壩址下游2有洪江～綏寧省級公路從Z鄉(xiāng)鎮(zhèn)經(jīng)過，交通較為便利。二、水文特征1洪水各頻率洪峰流量詳見下表1-1。表1-1壩址洪峰流量表頻率（%）123.335102050壩址洪峰流量（m3/s）9420844071606190522045403990308022201190廠址洪峰流量（m3/s）98008790746064605460475041803240234012602水位～流量關(guān)系曲線壩址水位～流量關(guān)系曲線詳見下表1-2。表1-2下壩址水位～流量關(guān)系曲線表高程系統(tǒng)：85黃海水位Z（m）182.44183.00184.00185.00186.00187.00流量Q（m3/s）36.518552291213101730水位Z（m）188.00189.00190.00191.00192.00193.00流量Q（m3/s）218026803240384044405040水位Z（m）194.00195.00196.00197.00198.00199.00流量Q（m3/s）564062406840744080408640廠址水位～流量關(guān)系曲線詳見下表1-3。表1-3廠址水位～流量關(guān)系曲線表高程系統(tǒng)：85黃海水位Z（m）179.12180.00181.00182.00183.00184.00185.00流量Q（m3/s）30263600980138018002250水位Z（m）186.00187.00188.00189.00190.00190.5191.00流量Q（m3/s）2730327038504480514054805830三、泥沙多年平均含沙量：0.089多年平均輸沙量：22.05萬設(shè)計淤沙高程：169.0淤沙內(nèi)摩擦角：100淤沙浮容重：0.9四、氣象多年平均氣溫：16.6℃極端最高氣溫：39.1℃極端最低氣溫：-8.6℃多年平均水溫：18.2℃歷年最高氣溫：34.1℃歷年最低氣溫：2.1℃多年平均風速：1.40歷年最大風速：13.00，風向：NE水庫吹程：3.0最大積雪厚度：21基本雪壓：0.25五、工程地質(zhì)資料該工程區(qū)地震基本烈度小于Ⅵ度，不考慮地震荷載。基巖物理力學指標如下飽和抗壓強度：15～25；抗剪指標：f砼/巖=0.6～0.62；抗剪斷指標：f′砼/巖=0.7～0.8，c′=0.70。1.壩址工程地質(zhì)條件壩址基本為“U”型橫向谷，河流流向2650，河床大部分為沖積砂礫石覆蓋，河床高程182～183.5，河床寬202，右河床為淺灘，水深0.5～1.0m,左河床為人工改造河槽，水深1.5～2.0。當正常蓄水位192時，河谷寬232。兩岸地形對稱，邊坡較陡峻。左岸坡角400～430，為崩坡積物所覆蓋，山頂高程324.74；右岸坡角420～450，基巖裸露,山頂高程315.25。壩區(qū)除少部分為第四系松散堆積物覆蓋外，基巖大部分裸露，出露的主要巖性有絹云母板巖夾中薄層長石砂巖。壩區(qū)地質(zhì)構(gòu)造較簡單，斷層未見。巖層產(chǎn)狀N200～250E,SE＜600～700，其走向與河流交角600～650，傾向上游偏左岸。壩區(qū)巖石風化主要受巖性所控制，壩基及壩肩大部分為絹云母板巖，其抗風化能力較弱，兩岸肩強風化相對較深。據(jù)鉆孔地下水位觀測資料，左壩肩地下水位埋深9.5～40（高程225以上），右壩肩地下水位埋深3～23（高程226以上），遠高于蓄水位。據(jù)鉆孔壓水試驗資料表明，基巖的透水性與巖體風化程度密切相關(guān)，強風化帶及弱風化帶上部巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體完整性較差，透水性較強，為中等透水帶，弱風化帶中下部和微風化巖體透水性較差，基本為弱透水或微透水帶。壩基防滲帷幕下限（q<5lu）埋深，左岸10～28，河床2～10，右岸6～20。2.壩基巖石物理力學指標壩基巖石物理力學指標建議值在下表1-4中列出。表1-4壩基巖石物理力學指標建議值表巖石名稱風化程度飽和抗壓強度砼與巖石抗剪強度砼與巖石抗剪斷強度臨時開挖坡比備注fC(MPa)f′c′(MPa)長石砂巖含礫砂巖強2.5～2.630～3500.7～0.750.3～0.353～44～5上壩址弱2.7～2.7545～5000.9～0.950.8～0.98～107～8砂質(zhì)板巖強2.54～2.568～1000.55～0.600.10～0.152～2.52～3上壩址弱2.75～2.7620～2500.80～0.850.45～0.506～84～5絹云母板巖強2.5～2.556～800.50～0.550.08～0.101～22～2.5下壩址弱2.72～2.7515～2000.75～0.800.35～0.404～53.5～4.53.引水發(fā)電隧洞壩址引水隧洞進口地形坡角28°～60°，上覆巖體厚6～18，圍巖為Zaj2-4巖組灰綠色絹云母板巖，劈理發(fā)育，巖層產(chǎn)狀N20°E，SE∠65°，傾向洞外°W，SW∠87°及N10°E，SE∠85°三組節(jié)理，面多閉合平直，延伸長0.5～1.0。強風化帶下限埋深8～12，巖體因節(jié)理裂隙發(fā)育較破碎，成洞條件差，建議采取明挖。開挖坡比，。巖坡上覆巖體厚18～66，圍巖為Zaj2-3巖組上部灰白色厚層狀長石砂巖，圍巖呈弱～微風化狀態(tài)。巖層產(chǎn)狀N22°E，SE∠64°，與°E，SE∠80°～85°兩組節(jié)理，面緊密閉合，延伸長0.5～1.0。該段位于地下水位以下，巖體完整性較好，基本穩(wěn)定，成洞條件較好。其中平距40～70段屬Ⅲ類圍巖，f=4～5，K0=35～40；平距70～110段屬Ⅱ類圍巖，f=6～7，K0=50～55。逐漸深入上覆巖體厚24～107，圍巖為Zaj2-3、Zaj2-2巖組灰綠色絹云母板巖夾中厚層長石砂巖，圍巖呈弱～微風化狀態(tài)，巖層產(chǎn)狀N22∠64°，與洞軸線交角38°，板巖內(nèi)產(chǎn)狀N15°E，NW∠75°劈理較發(fā)育。主要發(fā)育N50°～60°W及N10°E兩組高傾角節(jié)理，面平直閉合，延伸長0.5～1.0m。該段位于地下水位以下，巖體完整至較完整，大部分洞段基本穩(wěn)定，成洞條件較好，但局部洞段（310～350）劈理、節(jié)理較發(fā)育，穩(wěn)定性較差。其中平距110～310段屬Ⅲ類圍巖，f=4～5，K0=30～35；平距310～350段屬Ⅳ類圍巖，f=3～4，K0=15～20。出口附近地形坡角15°～45°，上覆巖體厚2～24。圍巖為Zaj2-2巖組灰綠色絹云母板巖夾長石砂巖，板巖內(nèi)劈理發(fā)育。巖層產(chǎn)狀N15°四組節(jié)理，面多閉合，延伸長1～5。強風化帶下限埋深5～16m。該段位于地下水位以下，巖體因節(jié)理、劈理發(fā)育完整性差，成洞條件差，建議°E，傾向洞外的兩組緩傾角節(jié)理較發(fā)育，加上與NWW向、NNW向高傾角節(jié)理組合形成不穩(wěn)定塊體，對洞臉邊坡與開挖邊坡穩(wěn)定不利，建議采取錨固處理措施。4.廠房工程地質(zhì)條件廠房位于河彎下游9#沖溝出口的沖積堆積Ⅰ級階地一帶，階地寬10～12，階面高程183～184，后山坡坡角45°，基巖裸露。階地上部為灰褐色粉質(zhì)粘土，下部為砂礫石，厚1.0～1.8，基巖為Zaj2-3、Zaj2-2巖組灰綠色絹云母板巖夾灰白色長石砂巖。巖層產(chǎn)狀，N15六、天然建筑材料本階段勘察按普查精度要求進行，除對原規(guī)劃料場進行復核外，重點對石料進行了勘測，共勘查儲量：砂礫料180.85×104，土料77.5×104，石料988.22×104，儲量基本能滿足要求。石料共調(diào)查5個料場，總儲量988.24×104。除獨巖灘料場為估算儲量外，其他四個料場均實測斷面，用平行斷面法計算儲量。5個料場均位于庫內(nèi)兩岸。為Zaj2、Zaj3的厚層砂巖、含礫砂質(zhì)板巖、含礫砂巖等，弱風化巖石較堅硬，飽和抗壓強度。表部無用層為風化破碎巖石，厚度0～20?？拷影哆厼槿躏L化巖石，山坡無用層厚度較大，開采條件較差。蘆塘等四個料場運距近，小于1，應優(yōu)先開采。獨巖灘料場遠距較遠，達5.5,可作為備用料場。各料場均無公路相通，需修建簡易公路。水輪機機組的選型2.1機組臺數(shù)的選擇與單價容量的確定2.1.1機組臺數(shù)確定水電站機組臺數(shù)的本質(zhì)是其技術(shù)經(jīng)濟比較的過程，根據(jù)水電站在已經(jīng)確定的總裝機容量的情況下來選擇水電站機組臺數(shù)。某些情況下機組確定可與水輪機的型式、水輪機的主要參數(shù)同步選擇，需考慮以下幾種關(guān)系。1、臺數(shù)與機組容量、投資的關(guān)系在總裝機容量確定的情況下，臺數(shù)少時單機容量就大，單機容量大的水輪機其單位千瓦投資就少，配套設(shè)備、土建投資也相應減少，即可以發(fā)揮水電站設(shè)計的經(jīng)濟性。然而單機容量大的水輪機其尺寸就大，在制造、運輸和安裝等方面都存在較大難度。臺數(shù)多時反之。2、臺數(shù)與電站效率的關(guān)系同類型的單臺機組與電站在電力系統(tǒng)中擔任的基荷或擔任峰荷且承擔調(diào)頻時，所選擇的臺數(shù)方案不同。在電力系統(tǒng)電站擔任基荷時，選擇較少臺數(shù)。在擔任峰荷時，選擇較多臺數(shù)。3、臺數(shù)與電氣主接線、運行維護的關(guān)系在水電站機組臺數(shù)多時，其運行靈活，益與運行檢修，可避免發(fā)生空蝕和振動。機組臺數(shù)少時，水輪機的維護量，事故率都相應增大。為了電氣主接線對稱宜采用偶數(shù)臺數(shù)，因為擴大單元接線時，可節(jié)省變壓器的費用，大型機組受容量限制只采用單元接線時，不考慮奇偶臺數(shù)。2.1.2機組單機容量的選擇機組的單機容量：N=15MW÷3MW=5MW水輪機的額定出力：N?=N÷95﹪=5MW÷95﹪=5.264MW2.2水輪機的型號以及裝置方式的選擇2.2.1型號選擇在水電站廠房的設(shè)計中水輪機的選型是最為重要的一步，其根據(jù)已知的機組容量和特征水頭在水輪機的系列型譜中選擇。不同水頭范圍都有其適用的水輪機型式，在圖表中選擇適當?shù)乃啓C型式時一般最少選擇兩種型式的水輪機類型（水輪機上限水頭由結(jié)構(gòu)強度和汽蝕特性決定，選擇時一般不可超出上限水頭范圍，下限水頭范圍由經(jīng)濟因素決定），這樣方便方案的比較分析和計算，以確定出最佳的選型方案。確定水輪機類型后可根據(jù)水輪機模型參數(shù)表再次確定水輪機型號。此次設(shè)計中的水頭范圍為9.5m～12.9m，根據(jù)系列型譜表可選擇HL310（5m～20m）和ZZ560（5m～20m），因為以上兩種方案均使用，所以將兩種方案各參數(shù)計算并比較分析，然后確定一種最佳方案。2.2.2裝置方式的選擇機組轉(zhuǎn)輪直徑小于1m、吸出高度為正值的水輪機，常采用臥軸裝置，以降低廠房高度，而且臥軸機組的安裝、檢修及運行維護都較容易。根據(jù)以上條件，該設(shè)計采用臥軸裝置。水輪機參數(shù)計算

ZZ560型水輪機方案主要參數(shù)的選擇(三臺機組)

ZZ560水輪機水頭范圍12∽22，ZZ560水輪機模型參數(shù)，見下表2-1轉(zhuǎn)輪型號實驗水頭H(m)直徑D(mm)最優(yōu)工況下的單位轉(zhuǎn)速n106cm

in)最優(yōu)工況下的單位流量Q'10U/s)|最優(yōu)工況下的效率n(%)|限制工況下的單位流量Q'10L/s)限制工況下的效率n(%)ZZ5603.046013094089.0200081.0

1.轉(zhuǎn)輪直徑D1的計算

根據(jù)水輪機型號ZZ560查上表得，該水輪機在限制工況下的Q1Μ'=2.0m^/s，ηΜ=81%，所以初步假定原型水輪機Q1'=Q1Μ'D1為水輪機直徑

Q1水輪機單位流量為：由發(fā)電機的額定出力求得，對于中小型水電站ηg=0.92~0.95，Ρr=Ρeηg=15000/3/0.95=5264kW

代入式中得D1=Pr9.81×η×n1'=130r/min表示選用的最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速

Hav=12.3m選用設(shè)計水頭

D1=3.0m為選用的標準直徑

由額定轉(zhuǎn)速系列表3-13查的相近而偏大的轉(zhuǎn)速，取n=166.7r/min

3.效率及單位參數(shù)修正

(1)效率修正。查表3-9可得：水輪機在最優(yōu)工況下的模型最高效率η由此可得原型水輪機最高效率

ηmax=1?(1?η

式中:考慮水輪機原型與模型工藝水平影響的效率修正值時，取ε1=1%~2%;由于原型水輪機轉(zhuǎn)輪直徑尚未求得，所以效率修正值也不能計算，計算時可根據(jù)經(jīng)驗初步假定（一般限制工況下的ηΜ增加2%∽3限制工況下的原型水輪機:

η=ηΜ+?η=81%+0.004=81.4%

由此可見：以上D1nηmax=ηΜmax+?η=0.89+0.004=0.894在轉(zhuǎn)速和直徑被選定好以后，根據(jù)Q1max'(1)按水輪機的Hr和D1計算出水輪機在額定出力工作時的最大單位流量

水輪機的額定出力Pr為

Q得水輪機的最大引用流量為Qmax=Q1max'D1nnn

(3)將Q1max'、n1min'和n1max'5.確定吸出高度H根據(jù)水輪機的設(shè)計工況參數(shù)n1r'=147.5rmin，HHL310型水輪機方案主要參數(shù)選擇(三臺機組)

HL310水輪機水頭范圍5∽20，HL310水輪機模型參數(shù)，見下表2-1轉(zhuǎn)輪型號實驗水頭H(m)直徑D(mm)最優(yōu)工況下的單位轉(zhuǎn)速n106cm

in)最優(yōu)工況下的單位流量Q'10U/s)|最優(yōu)工況下的效率n(%)|限制工況下的單位流量Q'10L/s)限制工況下的效率n(%)HL3100.30539088.3122089.6140082.6

1.轉(zhuǎn)輪直徑D1的計算

根據(jù)水輪機型號HL310查上表得，該水輪機在限制工況下的Q1Μ'=1.4m^/s，ηΜ=82.6%，所以初步假定原水輪機Q1'=QD1為水輪機直徑

Q1水輪機單位流量為;由發(fā)電機的額定出力求得，對于中小型水電站ηg=0.92~0.95，Ρr=Ρeηg=15000/3/0.95=5264kW

代入式中得D1=Pr9.81×η×n1'=88.3r/min表示選用的最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速

Hav=12.3m選用設(shè)計水頭

D1=3.8m為選用的標準直徑

由額定轉(zhuǎn)速系列表3-13查的相近而偏大的轉(zhuǎn)速n=83.3r/min

3.效率及單位參數(shù)修正

(1)效率修正。查表3-9可得由此可得原型水輪機最高效率

ηmax=1?(1?η

式中:考慮原型與模型水輪機工藝水平影響的效率修正值時，取ε1=1%~2%;由于原型水輪機轉(zhuǎn)輪直徑尚未求得，所以效率修正值也不能計算，計算時可根據(jù)經(jīng)驗初步假定（一般限制工況下的ηΜ增加2%∽3限制工況下的原型水輪機效率:

η=ηΜ+?η=82.6%+0.008=83.4%

由此可見：以上D1nηmax=ηΜmax+?η=0.826+0.008=0.834

在轉(zhuǎn)速和直徑被選定好以后，根據(jù)Q1max'及各特征水頭計算出相對的n1'值來。

(1)按水輪機的H,和D1計算出水輪機在額定出力工作時的最大單位流量

QQmax=Q1max'D1nnn

(3)將Q1max'、n1min'和n1max'5.確定吸出高度H根據(jù)水輪機的設(shè)計工況參數(shù)n1r'=93.3rmin，QHs

HL310型水輪機與ZZ560型水輪機兩種方案的比較

序號項目ZZ560HL3101模型轉(zhuǎn)輪參數(shù)推薦使用的水頭范圍H

(

m)10-222-202最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速

(

r/min)13088.33最優(yōu)單位流量

(L/s)94012204最高效率(%)8989.65空化系數(shù)0.15-0.36原型轉(zhuǎn)輪參數(shù)工作水頭范圍H

(

m)9.5-12.99.5-12.97轉(zhuǎn)輪直徑.33.88轉(zhuǎn)速n(r166.783.39最高效率~(%;92.493.410額定出力P(kW)5264526411最大引用流量Q(m/s)57.483.312吸出高度(m)-0.754.28由于HL310型水輪機方案多存在于高效率區(qū)域，所以其運行效率高，相比較之下HL310的汽蝕系數(shù)小，對提高年發(fā)電量有益，因此初步選用HL310型。二、蝸殼的相關(guān)計算2.4.2蝸殼的型式及其主要參數(shù)的選擇蝸殼的型式蝸殼的型式主要有金屬型和混凝土型兩種，依據(jù)其制作材料劃分。在其水頭大于40m時一般采用金屬型蝸殼（也可采用混凝土設(shè)計殼，此時需在蝸殼內(nèi)壁加鋼板里襯用于防滲，H最高可達80m），在水頭小于40m時常采用混凝土型。該電站的設(shè)計水頭范圍為9.5m～12.9m，宜采用混凝土型蝸殼。蝸殼的斷面形狀混凝土蝸殼的形狀宜采用“T”形或“L”形，“T”形蝸殼又分為對稱式（m=n）、下伸式（m>n）、上伸式（m<n），“L”形蝸殼又稱平頂式蝸殼（n=0）,因此選用斷面形狀為平頂式。蝸殼包角的選擇混凝土蝸殼的包角一般為φ0=1352.4.3蝸殼的水力計算1、確定蝸殼進口斷面的平均流速蝸殼進口斷面的平均流速可根據(jù)水輪機的額定水頭在“混凝土蝸殼進口斷面的平均流速曲線”中查找獲得。取Vc2、進口斷面的計算在蝸殼采用平頂式（n=0）時，γ=10°~15°，取15°，δ=20°1、確定蝸殼進口斷面面積FF2、確定蝸殼進口斷面尺寸由bb=b0F聯(lián)立上式可得m=2.73ma=2.64mb=4.22m斷面半徑：R0由《水電站》的表3-9可查的HL310型水輪機線管參數(shù)，其導葉相對高度是0.391，則可計算導葉高度b0此時已知轉(zhuǎn)輪直徑是3.8m，由下表可查Db=5m，Da=5.75m，表2-4設(shè)計規(guī)范表轉(zhuǎn)輪直徑D座環(huán)內(nèi)徑D座環(huán)外徑DH=170m以下H=170m以上H=70m以下H=75～115mH=11～170mH=17～230m1800200022502500275003000330038004100450050005500600065007000750080002600285032503400365040004400500054506000660073008000855092501000026002850325034503700405044505050550061506850755082008900310034003850405044504700515058006300710077508550935010000108001170031003400390041004550475052005850635071507800860094501010010900110303150345039504200465048005300600064507200785087009550102003200350040004350475049005400610066007450820090509850107003、中間斷面劃分并計算R5.525.325.024.724.424.123.823.52a2.642.522.221.921.621.321.020.72m2.732.5322.0521.5721.0920.6120.132-0.348b4.224.0323.5523.0722.5922.1121.6321.152F10.159.307.255.334.152.741.660.82φ1801651299574492915所以蝸殼的進口寬度可計算得B=2.5尾水管設(shè)計2.5.1尾水管的作用和形式在反擊式水輪機中，尾水管的采用決定著水輪機的效率和穩(wěn)定性，其性能的優(yōu)劣性及其重要。尾水管安裝在水電站的下部，其型式及尺寸對水電站的投資有著很大的影響。常用的尾水管有直錐形、彎錐形和彎肘型三種，在本設(shè)計中為了減少開挖量，降低高程，采用彎肘型尾水管。它由直錐段、中間肘管段和出口擴散段組成。2.5.2彎肘形尾水管主要尺寸的確定（1）尾水管高度水輪機導水機構(gòu)底環(huán)平面與尾水管地板平面被稱為尾水管高度，增大直錐段長度可降低肘管段進口流速，減少水利損失，改善尾水管偏心渦的振動。為確保運行安全，在采用小于正常推薦范圍的數(shù)值時需進行充分的論證或?qū)嶒炑芯?。?）肘管型式由于肘管影響著整個尾水管的性能，因此選用性能良好的肘管時需要經(jīng)過多次實驗驗證，為了實際工程設(shè)計應用的方便，常采用標準混凝土管肘。（3）水平長度機組中心到尾水管出口的距離為水平長度，增大水平長度，可增加出口面積，降低出口動能，提高水輪機效率。但是水平長度過于太長，將增加沿程水力損失和部分廠房水下?lián)p失的尺寸。2.5.3彎肘形尾水管的部分尺寸的計算根據(jù)所推薦的尾水管尺寸表計算尾水管的各個實際尺寸：?LBD??L?比例201.351.350.6751.821.22實際尺寸9.8817.110.33656.9164.636由D3=1.06×D1h而h1依照規(guī)范h1應取400mm,即hh有以上可得數(shù)據(jù)繪制尾水管圖如下：2.6水輪機的空蝕及防治措施水輪機的空蝕從其發(fā)生位置一般可分為翼型空蝕、空腔空蝕和間隙空蝕三種。空蝕破壞在任何液體的一定動力條件下能對任何固體材料產(chǎn)生破壞。當水輪機的空蝕發(fā)展達到一定程度時，葉片繞流就會變壞，進而縮短水力距，使功率下降，效率降低。當空化和空蝕共同作用時會出現(xiàn)噪聲和壓力脈動，特別是尾水管的脈渦帶，在其頻率與相關(guān)部件的自振頻率吻合時，必引起共振，造成機組的振動、出力的擺動等，對機組的安全運行有著巨大威脅。防治措施：改善其水力設(shè)計和運行條件，提高工藝水平并采用抗蝕材料和適當?shù)倪\行方法2.7發(fā)電機的選擇2.7.1發(fā)電機型式的選擇基于水輪發(fā)電機的型式和轉(zhuǎn)速可確定水輪發(fā)電機的型式為立式布置的SFD5-22/745型發(fā)電機。立式水輪發(fā)電機有傘式和懸式兩種，在轉(zhuǎn)速小于150r/min時，選用傘式?；緟?shù)為額定轉(zhuǎn)速n=83.3r/min，對應的磁極對數(shù)為P=362.7.2水輪發(fā)電機的結(jié)構(gòu)尺寸主要尺寸估算1）確定極距ττ=Kf式中已知Sf=Kf為系數(shù)，取值范圍為8到10，這里取得：τ=102）確定定子鐵芯內(nèi)徑DD3）定子鐵芯長度LL已知式中ne為C為系數(shù)，由空冷方式在下表中查取表2-7系數(shù)C冷卻方式空冷水冷額定容量10000以下10000—100000110000—35000085000—350000C0.000002~0.0000040.000004~0.00000650.000006~0.0000080.00001~0.000013可得L定子鐵芯外徑Da依據(jù)《水電站機電設(shè)計手冊》知，可用ne<166.7rpm，ne>166.7rpm，式中：ne=83.3rpm，則D外形尺寸估算定子機座外徑Dne<136.4rpm，136.4≤ne<214rpm，214≤ne<300rpm，代入數(shù)據(jù)得：D1=1.14確定風罩內(nèi)徑DSf≤20000kVA，D由以上數(shù)據(jù)得：D2確定轉(zhuǎn)子外徑DD已知：§表示單邊空氣間隙，可忽略不計。由此可得：D確定下機架最大跨度D10000kVA≤Sf<100000kVAS式中：D5表示水輪機機坑直徑，查閱資料可知在水輪機轉(zhuǎn)輪直徑為D1=3.8m=3800mm由數(shù)據(jù)得：D確定推力軸承裝置外徑D6和勵磁機外徑在下表2-8中可查得。表2-8推力軸承裝置外徑和勵磁機外徑單位：mm發(fā)電機容量（kVA）10000-2000020000-6000060000-100000100000-300000推力軸承裝置外徑2000-26002600-36003600-42004200-5000勵磁機外徑1400-16001600-26002600-36003600-4800D軸向尺寸可估算得：確定定子機座高度hn214>n125>nn本設(shè)計中，neh選擇水輪發(fā)電機結(jié)構(gòu)形式：D所以采用全傘式結(jié)構(gòu)上機架高度h懸式承載機架：h傘式非承載機架：h此處選用傘式非承載機架，由以上數(shù)據(jù)求得：h2=0.10確定推力軸承高度h3、勵磁機高度h4、副勵磁機高度h5和永磁機高度h6時?？杀?-9推力軸承、勵磁機和永磁機的高度單位：mm發(fā)電機容量（kVA）<20000≥20000h10001500—2000h1500—18002000—2400h600800—1200h500600—900由設(shè)計資料，得hh下機架高度h本設(shè)計中選用傘式承載機架：h7h7=0.20定子支座支承面至下機架支承面的距離h懸式非承載機架：h傘式承載機架：h無下機架：h本設(shè)計中選用傘式承載機架，代入數(shù)據(jù)得：h8=0.15確定下機架支承面至主軸法蘭底面距離h9按統(tǒng)計的發(fā)電機生產(chǎn)資料，選取700至1500mm，優(yōu)選確定轉(zhuǎn)子磁軛軸向高度h本設(shè)計中選用有風扇時h10=h確定發(fā)電機總高度HH==207.73+70.67+100+180+60+50+141.33+176.66+150+166027=1302.66cm發(fā)電機主軸高度hh代入數(shù)據(jù)得：h11定子水平中心線至法蘭底面距離hh代入數(shù)據(jù)得：h12=0.46由以上計算數(shù)據(jù)，匯總?cè)缦卤恚罕?-10水輪發(fā)電機的結(jié)構(gòu)尺寸單位：cm項目符號估算結(jié)果（cm）定子外徑D745定子內(nèi)徑D710定子長度L90極距τ31定子機座高度h208上機架高度h72定子支撐面至下機架支撐面距離h177下機架支承面至主軸法蘭底面距離h150轉(zhuǎn)子磁軛軸向高度h167發(fā)電機主軸高度h1045定子水平中心線至法蘭底面距離h262法蘭盤地面至發(fā)電機層地板高度H1305機座外徑D848風罩內(nèi)經(jīng)D1048轉(zhuǎn)子外徑D707下機架最大跨度D580水輪機機坑直徑D520推力軸承裝置外徑D260勵磁機外徑D160布置特點說明：上機架埋入地板內(nèi)、勵磁機及其機架在其上露出地面，推力軸承在下機架之上。2.7.3調(diào)速設(shè)備的選擇水輪機調(diào)節(jié)是指依據(jù)外界負荷的變動來調(diào)節(jié)機組出力，使其與外界負荷相適應并保證機組的轉(zhuǎn)速在一定的范圍內(nèi)變化。水輪機的過流量通過機組轉(zhuǎn)速的反復改變來實現(xiàn)調(diào)速趨于穩(wěn)定于新的工況，從而滿足發(fā)電機用電設(shè)備的要求。單調(diào)節(jié)調(diào)速器只需調(diào)節(jié)導葉開度，常用于混流式、軸流定漿式等水輪機。在擁有導葉和轉(zhuǎn)輪葉片軸流轉(zhuǎn)漿式、有噴嘴和折流板的水斗式、帶有減壓閥的混流式等水輪機都需要同時協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)兩個對象，此時采用雙調(diào)節(jié)。本設(shè)計為混流式選取單調(diào)節(jié)調(diào)速器。由資料根據(jù)下面經(jīng)驗公式估算反擊式水輪機調(diào)節(jié)：=130.93kgm已知上式：H為水輪機的最大水頭12.9mQ為額定出力時最大水頭下的流量D1為轉(zhuǎn)輪直徑3.8所以可得：額定出力時最大水頭下的流量為0.85m3由以上數(shù)據(jù)可選擇SBT—125機械液壓式調(diào)速設(shè)備5水電站主廠房設(shè)計5.1廠區(qū)樞紐平面布置5.1.1廠區(qū)布置原則1）滿足廠房各部位結(jié)構(gòu)強度和穩(wěn)定性的要求2）盡量減少對農(nóng)田、天然植被的占用，保護生態(tài)及文物3）廠區(qū)各部分建筑合理布置、相互協(xié)調(diào)、避免互相干擾，方便運行、管理和維護4）考慮廠區(qū)的消防、排水及機電設(shè)備的運行檢修5）主要建筑物藝術(shù)處理，起到美化環(huán)境的作用5.1.2廠區(qū)平面布置廠區(qū)平面布置的主要任務是水輪機組、調(diào)速器、油壓裝置等機電設(shè)備各個建筑物合理安排、相互協(xié)調(diào)，使之水流順暢，發(fā)揮良好。依據(jù)地形地質(zhì)環(huán)境條件，使之運行安全可靠，施工交通方便，投資少。具體分析，擬定合理方案。5.2主廠房平面設(shè)計5.2.1主廠房長度L的確定(1)機組段長度的確定:機組段長度L主要由蝸殼、尾水管、發(fā)電機風罩在X軸方向的尺寸來確定,并考慮機組附屬設(shè)備及主要交通道、吊車運輸、閥門布置等所需的尺寸。L按下式計算：L式中:L+x——機組段在+x方向的最大長度L?x——機組段在-x方向的最大長度.蝸殼層LL式中：δ1——蝸殼外部混凝土厚度,初設(shè)時取1.2～1.5m，本設(shè)計中取為1.5mR1——蝸殼在+x方向最大平面尺寸:2.5mR2——蝸殼在-x方向最大平面尺寸:10.15m代入數(shù)據(jù)計算得：L+xL②.尾水管層LL式中：B——尾水管寬度,取為13.95m；δ2——尾水管邊墩混凝土厚度,由水工結(jié)構(gòu)確定,初設(shè)時可取1.2～1.5m，對大型機組取2m，本設(shè)計中取為2m代入數(shù)據(jù)計算得：L③.發(fā)電機層L+xL式中:Φ3——發(fā)電機風罩內(nèi)徑,Φ3b——兩臺機組間風罩外壁的凈距，一般可取1.5～2.0m，若在兩臺機組間設(shè)樓梯，一般取2～3m，現(xiàn)取2m；δ3——發(fā)電機風罩壁厚，一般取0.3～0.4m，現(xiàn)取0.4m代入數(shù)據(jù)計算得：L在蝸殼層、尾水管層和發(fā)電機層的計算中,L+x、LL考慮到設(shè)備布置、交通、樓梯、分縫等問題取L+x=4m：L?x=L(2)邊機組段長度的確定邊機組段是指位于安裝間另一端的機組段，初步設(shè)計時邊機組段加長段可取ΔL=0.1～1本設(shè)計中安裝間在廠房左側(cè)，D1=3.8m，所以ΔL=0.1～1D1(3)安裝間長度的確定安裝間又稱裝配場，它是組裝、檢修設(shè)備的場所，其位置設(shè)在廠房左側(cè)，與進場公路連接。安裝間的寬度與主機室的寬度相等，以便使用起重機。確定安裝間的尺寸主要在于確定其長度，一般均為機組段長度的1.0～1.5倍，即L安=1.0～1.5(4)主廠房長度主廠房長度按式計算：L=n?1式中：L1——機組段長度n——機組臺數(shù)（m）；L2——邊機組段長度（m）L安——安裝間長度（m）則L=5.2.2主廠房寬度B的確定以機組段中心線為界，廠房寬度可分為上游側(cè)寬度Bs和下游側(cè)寬度BB=B（1）水上部分寬度的確定①.上游側(cè)寬度：B式中：A——風罩外壁至上游墻內(nèi)側(cè)的凈距，取為5m；δ3——發(fā)電機風罩壁厚，取0.4mΦ3——發(fā)電機風罩內(nèi)徑，Φ3=代入數(shù)據(jù)計算得：B②.下游側(cè)寬度：B式中：C——下游走道寬度，取為3m。代入數(shù)據(jù)計算得：B則主廠房寬度為B1（2）水下部分寬度的確定①.上游側(cè)寬度：B式中：R1——蝸殼上游側(cè)斷面外半徑，取4.6mδ——混凝土保護層厚度，取為1.0m；α——蝶閥坑寬度，取為4.0m。代入數(shù)據(jù)計算得：B②.下游側(cè)寬度：B式中：L——尾水管長度，取17.1m。代入數(shù)據(jù)計算得：B則主廠房寬度為B2綜上估算，在B1和B2兩者間取較大值為B=26.7m，考慮到施工的方便以及廠房墻體的厚度，最終取廠房的寬度為27m，其中5.3主廠房各層高程的確定5.3.1水輪機安裝高程?安對于立軸混流式水輪機：?安式中：?下min——下游最低尾水位，取為179.12mb0——導葉高度，bHs——水輪機的吸出高度，H將以上數(shù)據(jù)代入式得?安考慮到在實際運行中為防止水輪機氣蝕，決定降低安裝高程，取為183m。5.3.2尾水管底板高程?1?1=式中：h——尾水管高度，為9.88m；將以上數(shù)據(jù)代入上式計算得：?15.3.3基礎(chǔ)開挖高程?2?式中：S——尾水管底板厚度，巖基：S=1.2～2.0m；土中：S=3～4m，本設(shè)計中取為1.5m。將以上數(shù)據(jù)代入上式計算得：?25.3.4水輪機地面高程?3?式中：ρ——蝸殼從安裝高程向上的最大尺寸，即混凝土蝸殼進口斷面半徑，為6.975m；δ——蝸殼頂部混凝土厚度，初設(shè)時可取為0.8～1.0m左右，大型機組可達2～3m,本設(shè)計取為3m。將以上數(shù)據(jù)代入上式計算得：?35.3.5發(fā)電機裝置高程?4?4式中：h1——進人高度1.8～2.0m,本設(shè)計取2.0mh2——進人頂部厚度1～3m，本設(shè)計取3.0m將以上數(shù)據(jù)代入上式計算得：?45.3.6發(fā)電機層樓板高程?5考慮如下因素，取滿足以下要求的最大值。1.保證水輪發(fā)電機出線和油、氣、水管道的布置要求：?式中：h3——發(fā)電機凈層高，一般不小于3.5～4.0m，本設(shè)計中取4m2.考慮發(fā)電及布置方式和選定機組發(fā)電機主軸長度的影響：?式中：h4——定子機座高和上機架高的一般為2.69m將以上數(shù)據(jù)代入上式計算得：?5.3.7吊車的軌頂高程起重機裝置高程?6根據(jù)《水電站機電設(shè)計手冊》，當機組臺數(shù)小于4臺時，起重設(shè)備選用一臺2x100/20t雙小車橋式起重機，雙吊鉤，起重機裝置高程?6式中：h5——調(diào)運設(shè)備時需跨越的固定設(shè)備或建筑物的高度范圍為0.6～1m，取為1.0mh6——吊運部件與固定物間的安全垂直距離，不應小于0.3m，初設(shè)取為0.5mh7——最大吊運部件高度為8.0mh8——吊具高度為2.0mh9——吊車主鉤至軌頂?shù)淖钚【嚯x為0.7將以上數(shù)據(jù)代入上式計算得：?65.3.8天花板高程?7天花板高程?7可由下式估算：?式中：h'——軌頂?shù)降踯囆≤図敳烤嚯x,由機電手冊取為4.5mh''——吊車檢修預留空間，其值不小于0.3m，取為0.5m將以上數(shù)據(jù)代入上式計算得：?75.3.9屋頂高程?8屋頂高程?8?式中：h10——屋頂結(jié)構(gòu)厚度,取為1.0將以上數(shù)據(jù)代入上式計算得：?86水電站副廠房設(shè)計6.1副廠房的組成副廠房的規(guī)模根據(jù)水電站裝機容量、機組臺數(shù)、電站在電力系統(tǒng)中的作用、自動化程度和遙控的應用而有所變化。6.2副廠房的平面布置（1）中央控制室中控室是整個水電站運行愛護，調(diào)度，控制和監(jiān)控的神經(jīng)中樞。它毗鄰主廠房，能在一定程度上縮短控制電線的長度，加強主機房與中控室的連接。房間要求通風良好，光線均勻柔和，避免陽光直射到儀表板上，并設(shè)有隔熱和遮陽措施，預防西曬，無噪音干擾，室內(nèi)濕度適宜，保證儀表的靈敏度和準性。室內(nèi)凈高4米，長10米，寬6米，面積60平方米。（2）集纜室布置在中控室和繼電保護屏室的下層。面積略小于中控室。長9米，寬6米，面積54平方米。室內(nèi)布置簡單，凈高2．5米，方便工作人員站立和上班。室內(nèi)只裝電線和電線吊架，設(shè)置兩個安全出口，做好防潮設(shè)計。（3）繼電保護盤室布置在中控室附近，長8米，寬6米，面積為48平方米。（4）通訊室及遠動裝置室當輸電電壓在110KV以上時，系統(tǒng)調(diào)度中心為電站和系統(tǒng)指揮電站的運行。專門設(shè)置載波電話通訊室，自動電話交換機室，微波或其他無線電通訊室，遠動設(shè)備室。這些房間與中央控制室相鄰，在同一標高。房間的最小高度為3．5米。要求防塵，防震，防止聲音過大。不得靠近蓄電瓶室或強電設(shè)備。對于微波或其他無線電通訊室，應在屋頂或屋頂附近設(shè)置天線或微波發(fā)射塔，長7米，寬6米，面積42平方米。（5）開關(guān)室為了使發(fā)電機引出線較短，減少電能損耗，常將開關(guān)室布置在靠近機組的副廠房內(nèi)，通向防爆間隔的通道凈寬為2米，高為3米，通道上不能夠有裸露的電氣設(shè)備、導體和電纜封端，采用成套配電裝置，最小凈距尺寸按規(guī)范規(guī)定。開關(guān)室長度為25米，設(shè)兩個出口，門向外開，兩個出口相距為5米，采用自然通風。（6）直流系統(tǒng)用房一般包括蓄電瓶室，儲酸室，套房（前室），鼓風機房和充電器室。這些房間在一樓與地面同高相鄰布置。為防止酸殘液滲入下面的房間，直流系統(tǒng)室一般不布置在中控室，配電裝置室（配電室），通訊室的上方。蓄電瓶室應預防酸性氣體外溢，避免硫酸氣體產(chǎn)生的氫氣在陽光直射下引起爆炸。除了用人工照明，還應增加防爆措施。房間里沒有窗戶，或者窗戶被漆成了遮陽的。門，窗，墻，天花板，電池架，混合池等均應鋪設(shè)耐酸材料。地面和墻裙應使用白色瓷磚（接縫處應使用真正的耐酸砂漿）或耐酸瀝青地板，并具有適當?shù)呐潘露?，以便于排水。同時設(shè)置單獨的出入口和單獨的排氣系統(tǒng)。風機房與蓄電池室相鄰，通風電機為全封閉或防爆。上述房間的門應向外打開，以確保安全。（7）廠用電設(shè)備房間廠用變壓器位于電廠外主變壓器旁。每臺機組布置在單獨的防火防爆室內(nèi)，與汽機層同層，設(shè)有專用走廊。發(fā)電廠變壓器一般在現(xiàn)場檢修，門朝外，地面坡度2％向油底殼傾斜。成套開關(guān)柜的輔助高壓發(fā)電機通常位于汽輪機層的母線室周邊，但不在發(fā)電機層或離中央控制室太近。根據(jù)要運輸?shù)淖畲笤O(shè)備的外形尺寸加上0．4m，確定門的寬度和高度。400V低壓配電裝置即配電盤應集中布置在單獨的房間內(nèi)。400V主面板不應靠墻布置。主面板室不應離中央控制室太遠。分屏室可布置在裝配場，汽機層，水泵房，空壓機房，機修間，油處理間等負荷點附近。6.3廠房的通風、空氣調(diào)節(jié)、取暖、防潮與采光在水電站廠房的發(fā)電機層夏季穩(wěn)定常常會很高，造成運行人員身體的不適、工作環(huán)境惡劣。也由于該層房間的高程低于水面，潮濕現(xiàn)象嚴重，使得很多工作人員患了職業(yè)病。在中央控制室、載波和微機室這類電氣設(shè)備較集中的地方，高溫導致各類電氣設(shè)備安全隱患大，增大了設(shè)備的故障率。電缺陷設(shè)備在低溫條件下絕緣層易催化斷裂，使使用期減短。在濕度相對過高時，元件發(fā)霉，絕緣能力降低，過低時常發(fā)生無動作。所以，廠內(nèi)空氣的溫度、相對濕度和清潔度成為了工作人員十分重視的事件之一，提供良好的采光、新鮮空氣和電氣設(shè)備及元件的安全與使用壽命是建設(shè)中不可或缺的工作。解決“四度”問題最常用的方法是通風、空調(diào)、采暖。6.3.1通風水電站廠房的熱量來源主要有內(nèi)部發(fā)電機散熱和外部光照傳入熱量兩個方面，在炎熱的夏季會由于廠房內(nèi)外溫差和太陽輻射導入大量的熱，再加上廠內(nèi)機電設(shè)備，照明燈具和人體的散熱，會使廠內(nèi)的溫度急劇升高，這謝熱量主要來源于機組運行時散發(fā)所以，地面廠房盡可能采用自然通風，當其達不到散熱要求時，還需采用人工通風散熱。（1）水輪發(fā)電機的通風冷卻水輪發(fā)電機在運行時內(nèi)部產(chǎn)生大量熱，會造成轉(zhuǎn)子、定子線圈的溫度升高，進而導致導線外部絕緣層老化的加快，若不及時散發(fā)內(nèi)部熱量，嚴重時會燒壞發(fā)電機。此時水輪發(fā)電機需冷卻解決。（2）主副廠房的通風在副廠房的通風中設(shè)計中不同功用的房間應采用不同的設(shè)計方法，在機密儀器較集中的房間應采用自然通