S水電站的廠房設(shè)計(jì)計(jì)算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u1633S水電站的廠房設(shè)計(jì)計(jì)算案例 1203281.1水輪機(jī)選擇 1232161.1.1洪水標(biāo)準(zhǔn)確定 1107411.1.2特征水頭確定 2154181.1.3水輪機(jī)型號(hào)的選擇 4191641.1.4水輪機(jī)及發(fā)電機(jī)尺寸確定 7157681.2廠房各層高程的確定 9319151.2.1水輪機(jī)安裝高程 9245901.2.2主廠房基礎(chǔ)開挖高程 10247701.2.3尾水管下部高程 10307171.2.4水輪機(jī)層高程 10226481.2.5發(fā)電機(jī)定子安裝高程 10117651.2.6發(fā)電機(jī)層高程 10195581.2.7吊車軌道頂高程 11187621.2.8主廠房屋頂高程 11274331.2.9尾水平臺(tái)高程 1162321.3主廠房尺寸確定 117931.3.1主廠房長度確定 12112251.3.2主廠房寬度確定 14304031.3.3副廠房尺寸確定 151.1水輪機(jī)選擇1.1.1洪水標(biāo)準(zhǔn)確定水電站工程等級(jí)按《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》SL252-2017的規(guī)定確定為5級(jí)。本次設(shè)計(jì)廠房采用地面式發(fā)電廠房，廠房不作為樞紐擋水建筑物，其洪水標(biāo)準(zhǔn)按下表確定。表5-1水電站廠房永久性水工建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)建筑物級(jí)別洪水重現(xiàn)期（年）設(shè)計(jì)洪水位校核洪水位120010002200～1005003100～50200廠房選用洪水重現(xiàn)期100年作為設(shè)計(jì)洪水位，洪水重現(xiàn)期500年作為校核洪水位。通過調(diào)洪演算可得，設(shè)計(jì)洪水位為162.94米，校核洪水位為163.59米。1.1.2特征水頭確定(5-1)式中：;;死水位下，一臺(tái)機(jī)組發(fā)電：表5-2死水位+一臺(tái)機(jī)組發(fā)電時(shí)水頭計(jì)算表317.5012.01186.55130.95127.021.25這種情況下所對(duì)應(yīng)的引用流量Q=12.01m3/s，查電站廠房處水位～流量關(guān)系曲線有，一臺(tái)機(jī)組發(fā)電時(shí)的凈水頭為。死水位下，機(jī)組滿發(fā)：表5-3死水位+機(jī)組滿發(fā)時(shí)水頭計(jì)算表317.5024.07186.91130.59126.672.5這種情況下所對(duì)應(yīng)的引用流量Q=24.07m3/s，查電站廠房處水位～流量關(guān)系曲線有，一臺(tái)機(jī)組發(fā)電時(shí)的凈水頭為。正常蓄水位下，一臺(tái)機(jī)組發(fā)電：表5-4正常蓄水位+一臺(tái)機(jī)組發(fā)電時(shí)水頭計(jì)算表343.0010.04186.47156.53151.831.2這種情況下所對(duì)應(yīng)的引用流量Q=10.04m3/s，查電站廠房處水位～流量關(guān)系曲線有，一臺(tái)機(jī)組發(fā)電時(shí)的凈水頭為。正常蓄水位下，機(jī)組滿發(fā)：表5-5正常蓄水位+機(jī)組滿發(fā)時(shí)水頭計(jì)算表343.0020.13186.81156.19151.502.5這種情況下所對(duì)應(yīng)的引用流量Q=20.13m3/s，查電站廠房處水位～流量關(guān)系曲線有，一臺(tái)機(jī)組發(fā)電時(shí)的凈水頭為。設(shè)計(jì)洪水位下，機(jī)組滿發(fā)：表5-6設(shè)計(jì)洪水位+機(jī)組滿發(fā)時(shí)水頭計(jì)算表346.6319.67186.79159.84151.042.5這種情況下所對(duì)應(yīng)的引用流量Q=19.67m3/s，查電站廠房處水位～流量關(guān)系曲線有，一臺(tái)機(jī)組發(fā)電時(shí)的凈水頭為。校核洪水位下，機(jī)組滿發(fā)：表5-7校核洪水位+機(jī)組滿發(fā)時(shí)水頭計(jì)算表349.0419.38186.79162.25157.382.5這種情況下所對(duì)應(yīng)的引用流量Q=19.38m3/s，查電站廠房處水位～流量關(guān)系曲線有，一臺(tái)機(jī)組發(fā)電時(shí)的凈水頭為。由上表可得，電站的最大水頭為157.38m，最小水頭為126.67m，平均水頭。，根據(jù)最大水頭和最小水頭適合的水輪機(jī)有HL160，其推薦使用的水頭為110～150m，該機(jī)組在水頭大于150m時(shí)停機(jī)不發(fā)電。1.1.3水輪機(jī)型號(hào)的選擇1.1.3.1轉(zhuǎn)輪直徑的計(jì)算HL160型水輪機(jī)方案主要參數(shù)計(jì)算：根據(jù)《混流式水輪機(jī)的模型主要參數(shù)表》，可得HL160型水輪機(jī)在限制工況下的單位流量，效率=89.0％，由此可假定原型水輪機(jī)在該工況下的單位流量，效率。已知額定出力：，設(shè)計(jì)水頭為：。故轉(zhuǎn)輪直徑為：查《反擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱直徑系列》，選用較大并接近的標(biāo)稱直徑，取。1.1.3.2轉(zhuǎn)速n計(jì)算查《混流式水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪的主要參數(shù)表》HL160型水輪機(jī)在最優(yōu)工況下的轉(zhuǎn)速為。初步假定,將已知的和，代入下式：查《磁極對(duì)數(shù)與同步轉(zhuǎn)速關(guān)系表》，選用接近而偏大的同步轉(zhuǎn)速。1.1.3.3效率修正根據(jù)《混流式水輪機(jī)的模型主要參數(shù)表》（劉啟釗編《水電站》）表3-6，HL160型水輪機(jī)在最優(yōu)工況下的模型最高效率為，模型轉(zhuǎn)輪直徑的為：，故：因?yàn)槟Ｐ退啓C(jī)無法做到按比例計(jì)算的光滑度，還需要再減去修正值，則可得到效率修正值為，所以對(duì)于原型水輪機(jī)。與最初假設(shè)存在偏差，故重新假設(shè)，重新計(jì)算轉(zhuǎn)輪直徑：故仍選則轉(zhuǎn)輪直徑為。1.1.3.4單位參數(shù)修正單位轉(zhuǎn)速差值：（5-2）則故單位轉(zhuǎn)速和單位流量可以不加修正。綜上所述，原假定的、、是正確的，所以前面的計(jì)算及選用結(jié)果、也是正確得。最終確定水輪機(jī)參數(shù)為：、、、、。1.1.3.5工作范圍檢驗(yàn)最大單位流量為：則水輪機(jī)的最大引用流量為：在各特征水頭下：通過水輪機(jī)工作范圍圖可得，由這三根直線所圍成的水輪機(jī)工作范圍基本包含了該特性曲線的高效率區(qū)，所以對(duì)于HL160型水輪機(jī)方案所選定的參數(shù),是合理的。圖5-1HL160水輪機(jī)工作范圍圖1.1.3.6吸出高度計(jì)算由水輪機(jī)的設(shè)計(jì)工況參數(shù)，，，查圖5-1得氣蝕系數(shù)，由水輪機(jī)查氣蝕系數(shù)修正曲線圖可得氣蝕系數(shù)修正值，再由下式計(jì)算：（5-3）式中：——為安全起見取為單臺(tái)機(jī)組以最大引用流量工作時(shí)對(duì)應(yīng)得下游水位，為186.55m；——設(shè)計(jì)水頭，142.03m。1.1.3.7飛逸轉(zhuǎn)速1.1.4水輪機(jī)及發(fā)電機(jī)尺寸確定1.1.4.1水輪機(jī)尾水管尺寸查《推薦尾水管尺寸表》（劉啟釗編《水電站》）表2-1，選用彎肘形標(biāo)準(zhǔn)混凝土肘，,,,,,,,,進(jìn)口錐管的單邊擴(kuò)散角出口擴(kuò)散段其頂板仰角一般取取11°，詳見廠房布置圖。1.1.4.2蝸殼尺寸水電站的作用水頭為142.03m，大于，所以采用金屬蝸殼；，屬于高水頭混流式水輪機(jī)，取。根據(jù)《蝸殼進(jìn)口斷面平均流速曲線》得到蝸殼進(jìn)口斷面的平均流速為。對(duì)于任一斷面的流量，通過斷面的流量為：（5-4）式中：——從鼻端逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到斷面得角度。斷面半徑：（5-5）表5-8蝸殼斷面半徑計(jì)算（°）3453002552101651207530（m）0.600.560.520.470.410.350.280.181.1.4.3發(fā)電機(jī)的型號(hào)及參數(shù)得確定極距：（5-6）式中：；；?？傻谩＿€需要校核飛逸速度：（5-7）式中：；；可得，低于允許值110～120m/s。定子內(nèi)徑：（5-8）定子鐵芯長度：（5-9）式中：——系數(shù)，當(dāng)在10000～100000之間時(shí)可取。所以。在選擇水輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)型式時(shí)，可用下式作為造型判別：時(shí)，采用傘式；（5-10）時(shí)，采用懸式；（5-11）時(shí)，可采用全傘式；（5-12）式中：；；?？傻?，所以采用懸式發(fā)電機(jī)。表5-9發(fā)電機(jī)內(nèi)部部件尺寸估算表項(xiàng)目計(jì)算公式尺寸（cm）項(xiàng)目計(jì)算公式尺寸（cm）24927832442524查表100轉(zhuǎn)子外徑169勵(lì)磁機(jī)高度查表150下機(jī)架跨度300副勵(lì)磁機(jī)高度查表60機(jī)坑直徑查表240永磁機(jī)高度查表50推力軸承外徑200～260220下機(jī)架高度20勵(lì)磁機(jī)外徑140～160150擋風(fēng)板間距25法蘭底面間距70～150100發(fā)電機(jī)總高度豎向累加725磁軛軸向高度195主軸高度5801.2廠房各層高程的確定1.2.1水輪機(jī)安裝高程對(duì)于HL160-LJ-120:（5-13）式中：；。1.2.2主廠房基礎(chǔ)開挖高程（5-14）式中：。。1.2.3尾水管下部高程（5-15）式中：。1.2.4水輪機(jī)層高程（5-16）式中：；。1.2.5發(fā)電機(jī)定子安裝高程（5-17）式中：；。1.2.6發(fā)電機(jī)層高程（5-18）式中：；。發(fā)電機(jī)層與水輪機(jī)層之間的高度一般大于4米。下游校核洪水位低于發(fā)電機(jī)層地面高程。本次設(shè)計(jì)的發(fā)電機(jī)層滿足以上要求。1.2.7吊車軌道頂高程（5-19）式中：；；；。1.2.8主廠房屋頂高程（5-20）式中：；；；。1.2.9尾水平臺(tái)高程尾水平臺(tái)是布置尾水閘門、啟閉機(jī)的地方，也是閘門檢修場，其高程與發(fā)電機(jī)地面高程相同。1.3主廠房尺寸確定1.3.1主廠房長度確定廠房機(jī)組段長度由尾水管、發(fā)電機(jī)、蝸殼等在軸方向的尺寸確定，同時(shí)還要考慮主要通道的尺寸和機(jī)組附屬設(shè)備尺寸。機(jī)組段長度：（5-21）式中：分別計(jì)算蝸殼層、尾水管層、發(fā)電機(jī)層的和，取其中的最大值。1.3.1.1蝸殼層式中：；；。取。圖5-1蝸殼層1.3.1.2尾水管層式中：——尾水管的寬度，——尾水管邊墩混凝土厚度。取。圖5-2尾水管層1.3.2.3發(fā)電機(jī)層式中：；；。圖5-3發(fā)電機(jī)層所以機(jī)組段的長度端機(jī)組應(yīng)考慮起吊時(shí)吊鉤處于工作范圍內(nèi)、以及考慮到廠房邊墻和樓梯寬度1.5m，將端機(jī)組長度擴(kuò)大2.5m。安裝間長度要能夠滿足同時(shí)將機(jī)組主要部件同時(shí)置于該區(qū)域進(jìn)行檢修的要求，初估時(shí)取。主廠房長度為端機(jī)組段長度、安裝間長度以及機(jī)組段長度之和，主廠房長度為，取27m。1.3.2主廠房寬度確定廠房上部結(jié)構(gòu)上游側(cè)的寬度與下部結(jié)構(gòu)上游側(cè)寬度基本相等。主廠房下游側(cè)寬度由發(fā)電機(jī)風(fēng)罩外半徑加通道寬，或由廠房縱軸線下游側(cè)蝸殼的寬度加蝸殼外圍混凝土厚度來確定，主廠房下游側(cè)寬度應(yīng)取二者中較大值。（5-22）式中：；；。（5-23）