水电站课程设计坝后式电站资料.docx

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水电站课程设计坝后式电站资料

水电站课程设计-某坝后式电站

考核方式：

（1）总分100分，其中设计文档30分，图纸30分；平时成绩40分。

（2）设计文档和图纸提交时间为17周周四下午2点，超过1天扣总分5分。

（3）平时成绩包括出席情况和定期答疑（四次，分别为16周周二、周四、周五，17周周一）。

（4）教室安排（仅限上午）：

16周周三20317，周四20302，周五30202；17周周一～周三：

30302

备注：

16周周二上午9点30分统一讲解课程设计具体事项，地点30502。

设计内容

一、枢纽布置（*）

二、水轮发电机组选择

（1）选择机组台数、单机容量及水轮机型号（*）；

（2）确定水轮机的尺寸（包括水轮机标称直径D1、转速n、吸出高度Hs、安装高程Za）；

（3）选择蜗壳型式、包角、进口尺寸（*）；

（4）选择尾水管的型式及尺寸；

（5）选择相应发电机型号、尺寸

（6）选择相应调速器及油压装置（*）。

三、厂区枢纽及电站厂房的布置设计

（1）根据地形、地质条件、水文等资料，进行分析比较确定厂房枢纽布置方案；

（2）根据水轮发电机的资料，选择相应的辅助设备，进行主厂房的各层布置设计；

（3）确定主厂房尺寸；

（4）副厂房的布置设计；

（5）绘制主厂房横剖面图、发电机层平面图、水轮机层和蜗壳层平面图各一张。

四、引水系统设计

（1）进水口设计。

确定进水口高程、型式及轮廓尺寸；

（2）压力管道的布置设计。

确定压力管道的直径；确定压力管道的布置方式和各段尺寸；

（3）进水口横剖面图一张。

备注：

标记（*）的本次课程设计可不做

设计指南

一、枢纽布置（*）

首先根据给定的设计资料查相应的规范，确定工程等别及重要建筑物的级别。

再根据地质、地形条件、建筑材料、施工条件、泄洪要求等来确定坝型，可以对土坝、拱坝、混凝土重力坝三种方案进行比较。

枢纽布置应确定各种建筑物的相对位置，进行坝段划分。

本工程为坝后式水电站，主要包括拦河大坝与发电厂房两大部分。

首先要求根据所给出的资料确定总体布置方案。

主要比较左岸厂房方案和右岸厂房方案，考虑的因素包括主河床的位置、地质条件对大坝及厂房的影响、河道的冲刷与淤积、厂房进水和尾水的顺畅、各种建筑物的布置和施工是否方便、工程量等，可列表进行定性比较。

选定厂房位置后，需要对坝段进行布置设计。

与本电站厂房有关的布置原则为：

①要求电站进水口前水流平顺，无漩涡及横向水流；②当溢流坝与厂房段并列布置时，应尽量将前者布置在主河槽，以保证泄水顺畅；③为减少下泄水流对发电和航运的不利影响，常在溢流坝与其他建筑物之间设置导墙；④当河流含沙量大，坝前淤积严重时，应采取排沙措施，冲沙孔或排沙洞常布置在厂房进水口附近，其高程可根据运用要求来确定；⑤应防止由于泥沙淤积造成尾水壅高，降低发电水头。

水电站厂房区的布置应包括主厂房、副厂房、尾水渠道、主变压器、开关站、交通道路的布置等内容。

引水系统设计

进水口设计

确定进水口高程、型式及轮廓尺寸；确定拦污栅的布置形式和各部分尺寸。

（1）进水口轮廓

由于本电站为坝后式水电站，故进水口的型式为坝式进水口。

根据坝段长度选择拦污栅的平面形状（圆形或平面形）。

确定进水口高程时需要注意，该电站地处寒冷地区，需要考虑冰冻对进水口的影响。

进水口的轮廓尺寸主要对进口段、闸门段、渐变段的断面尺寸进行计算和论证，要求水流平顺，水头损失小，进口流速不宜过大，结构受力条件好。

进口段一般为喇叭口形状，闸门段一般为矩形断面，而渐变段主要是矩形断面和管道圆形段面的连接段。

（2）拦污栅设计

拦污栅的设计内容包括栅面设计（平面形状和面积）、栅面距坝体上游面的距离、栅条尺寸和间距。

（3）闸门段设计

闸门段包括工作闸门和检修闸门，需要对闸门的位置、形式、尺寸、启闭方式、通气孔的位置及尺寸等进行设计。

由于本电站位坝后式水电站，所以工作闸门和检修闸门建议均采用平板式闸门。

闸门的位置和尺寸需要根据上面设计的轮廓形状确定。

通气孔设计包括面积、位置和出口高程的确定，其中面积根据单根管道最大引用流量和设计允许气流流速确定，位置一般在闸门下游侧（工作闸门后止水）。

如果工作闸门为前止水，则可由闸门井兼作通气孔。

压力管道的布置设计

压力管道的涉及内容包括确定压力管道的直径；经定性分析比较确定压力管道的布置方式，各段尺寸及结构型式。

对于坝式水电站来说一般采用单管单机供水的坝内压力管道，其布置原则上应力求管道短，穿过坝体时尽量减少对坝体的消弱，减少水头损失，降低水击压力，满足机组的调节保证为要求。

设计中需要考虑下面的因素：

本电站为混凝土重力坝，坝高属中等坝，坝体尺寸较大，进水口和水轮机安装高程相差20m以上，进水口较高。

根据以上的原则和考虑因素，建议重点论证倾斜式管道布置方案的合理性。

压力管道的直径可采用经济流速方法确定。

水轮发电机组的选择

水轮机选择是水电站设计中一项重要任务，它涉及到机组能否安全、高效、可靠运行，而且对水电站造价、建设速度、水电站建筑物的布置形式及尺寸都有影响。

水轮机选择是在已知水电站装机容量N、水电站特征水头（最大工作水头Hmax、最小工作水头Hmin、设计水头Hr、平均水头Hav）、特征流量（最大引用流量Qmax、最小引用流量Qmin、平均流量Qav）、下游水位流量关系曲线情况下进行的。

选择机组台数、单机容量及水轮机型号：

本次课程设计统一选用4台HL310型机组，转轮直径D1=6.5m；转速n=72r/min；

（1）计算允许吸出高度HS，并确定水电站的安装高程ZA

式中▽——电站所在地的海拔高程；k——空蚀系数修正系数，一般取1.1~1.35；

σ——水轮机模型空蚀系数；Hr——设计水头。

（2）选择蜗壳型式、包角、进口尺寸：

蜗壳的水力计算见水力机械教材，本次课程设计蜗壳尺寸可选L+x=6.4m；L-x=4.8m。

（3）选择尾水管的型式及尺寸：

尾水管轮廓尺寸确定见水力机械教材。

（4）选择相应发电机型号、尺寸，调速器及油压装置

水轮发电机、调速器和油压装置的型号和尺寸，可以由本电站的单机容量、额定转速等套用已建成的类似电站所使用的设备。

厂区枢纽及电站厂房的布置设计

厂房设计包括厂区枢纽的布置、主厂房尺寸的确定、厂房内设备的布置、起重机的选择、厂房的结构布置、副厂房布置等。

主厂房的长度

主厂房的长度L=机组段长度L0×机组数+装配场长度+边机组段加长ΔL。

本电站属于中低水头水电站，其机组段长度一般根据下部块体结构的最小尺寸确定。

下部块体结构的主要部件是蜗壳，蜗壳平面尺寸确定后，L0=蜗壳平面尺寸+蜗壳外的混凝土结构厚度δ，δ一般取0.8~1.0m，边机组段一般取1.0~3.0m。

某些情况下，下部块体结构的尺寸取决于尾水管的平面尺寸。

装配场长度由装配场的面积确定，而其面积要能够满足对一台机组进行解体大修的要求，即能够在装配场内放下发电机转子、发电机上机架、水轮机顶盖和水轮机转轮四大件，并且在各部件之间留出1~2m的通道。

其中发电机转子一般带轴吊运到装配场，装配场楼板相应位置要留出直径比大轴法兰稍大的孔（平时覆以盖板），大轴穿过后支承在特别设置的大轴承台上（也称为转子检修墩），承台顶端预埋底角螺栓，待大轴法兰套入后，用螺母固定。

边机组段加长一般可取为△L=1.0D1。

主厂房的宽度

主厂房的宽度应由发电机层、水轮机层和蜗壳层三层的布置要求来共同决定。

（1）发电机层中，首先决定吊运转子（带轴）的方式，是由上游侧还是下游侧吊运。

若由下游侧吊运，则厂房下游侧宽度主要由吊运之转子宽度决定。

若从上游侧吊运，则上游侧较宽。

此外，发电机层交通应畅通无阻。

一般主要通道宽2~3m，次要通道宽1~2m。

在机旁盘前还应留有1m宽的工作场地，盘后应有0.8~1m宽的检修场地，以便于运行人员操作。

（2）水轮机层中，一般上下游侧分别布置水轮机辅助设备（即油水气管路等）和发电机辅助设备（电流电压互感器、电缆等）。

以这些设备放下后，不影响水轮机层交通来确定水轮机层的宽度。

（3）蜗壳层一般由设置的检查廊道、进人孔等确定宽度。

蜗壳和尾水管进人孔的交通要通畅，集水井水泵房设置应有足够的位置，以此确定蜗壳层平面宽度。

一般由厂房机组中心线为基准，分别确定各层上游侧和下游侧所需宽度，再分别找出各层上下游侧的最大值Bu和Bd，则主厂房宽度为Bu+Bd。

（4）当宽度基本确定后，最后要根据吊车标准宽度Lk验证，宽度必须满足吊车的要求。

主厂房的高度

首先定出各层的高程，才能确定主厂房的高度。

（1）安装高程：

▽安=▽W+Hs+b0/2

其中▽W——电站运行时出现的最低下游水位，其确定方法见本书第6章表6-6；

Hs——吸出高度；

b0——导叶高度。

（2）尾水管底板高程：

▽尾=▽安-b0/2-H尾

其中H尾——尾水管的高度。

（3）开挖高程：

▽挖=▽尾-混凝土底板厚度（约1~2m）。

（4）水轮机层地板高程：

▽水=▽安+b0/2+蜗壳顶部混凝土厚度（约1m）。

（5）发电机层地板高程：

▽发=▽水+进人孔高度（约2m）+混凝土结构厚度（约1m）+定子外壳高度。

但▽发还应该满足以下几个要求：

（i）水轮机层的高度不小于3.5m，否则难以布置出线、管道和各种设备；（ii）发电机层楼板最好与装配场在同一高程上；（iii）发电机层楼板最好高于下游最高洪水位，以便于对外交通和防潮、通风。

（6）吊车轨顶高程：

取决于最大部件的吊运方式和尺寸。

最大部件一般为发电机转子带轴或水轮机转轮带轴。

▽吊=▽发+最大部件高度+高度方向的安全距离。

（7）厂房天花板及屋顶高程：

▽天=▽吊+吊车尺寸+0.2m

▽顶=▽天+屋顶大梁高度+屋面板厚度

主厂房的高度=▽顶-▽挖

主厂房布置的构造要求

（1）厂房内的交通

主厂房各层之间和每一层内都有交通要求。

各层之间的主要楼梯一般宽度为1.5~2.0m，坡度一般为25°。

次要楼梯较窄，有的部位可用爬梯。

厂房内每层的交通要求不尽相同，以发电机层的交通最为重要，参见“主厂房的宽度”。

（2）厂房应注意采光、通风、取暖、防潮、防火等。

（3）主厂房的分缝和止水

主厂房中的缝有两种，一种为施工缝，另一种为温度沉陷缝，其中施工缝可不作为设计内容。

温度沉陷缝一般直通到底，每隔20m左右或一个机组段分一条。

如果厂房建在软基上，分缝距离一般在40m以上或两个机组段分一条。

缝的宽度一般为0.5~2cm，软基上的厂房一般为3~5cm。

因为温度沉陷缝有一定的宽度，为了防止水通过分缝进入厂房，需要在缝中设置止水，一般为橡胶止水或铜片止水，其设置方法和构造与坝的止水相同。

副厂房的布置设计

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。

对于本电站，副厂房可以设在主厂房靠对外交通的一端。

副厂房的面积要求见课本表格。

桥吊选择

桥吊的选择主要是确定其起重量和桥吊跨度。

桥吊的最大起重量取决于所吊运的最重部件，一般为发电机转子，悬式发电机的转子需带轴吊运，伞式发电机的转子可带轴吊运，也可不带轴。

对于低水头电站，最重部件可能是带轴或不带轴的水轮机转轮。

少数情况下，桥吊的起重量决定于主变压器（主变需要在厂内检修）。

桥吊跨度是指桥吊大梁两端轮子的中心距。

选择桥吊跨度时应综合考虑下列因素：

（1）桥吊跨度要与主厂房下部块体结构的尺寸相适应，使主厂房构架直接座落在下部块体结构的一期混凝土上。

（2）满足发电机层及装配场布置要求，使主厂房内主要机电设备均在主副钩工作范围之内，以便安装和检修。

（3）尽量选用起重机制造厂家所规定的标准跨度。

桥式吊车的吊运方式应尽可能减小厂房的高度和宽度，并同时满足机组正常运行和检修的要求。

起吊部件和吊车的主钩由吊索或吊具系在一起。

在吊运过程中，起吊部件和其他设备及墙壁之间应留有一定的安全距离。

当采用刚性吊具时，垂直方向的安全距离为0.3m~0.5m，水平方向安全距离为0.2~0.4m。

若采用柔性吊具，垂直方向安全距离取0.6m~1.0m。

桥式吊车的主要参数见参考资料。

在完成上述设计工作以后，绘制主厂房横剖面图、发电机层平面图、水轮机层平面图、蜗壳尾水管层平面图各一张。

设计成果的具体要求

设计成果包括：

设计说明书、设计计算书和设计图纸

设计说明书

设计计算书

设计图纸

（1）电站进水口剖面图1张

（2）厂房横剖面图1张

（3）发电机层平面布置图1张

（4）水轮机层和蜗壳层平面图1张

要求图面合理、设计正确、整洁、清晰，绘图认真仔细。

不乱改乱写，图幅尺寸、规格、图的比例、线条、标注高程、尺寸符号和说明等均按工程制图标准。

水电站设计说明书编写参考提纲

设计题目

摘要

前言

第一章引水系统设计

第一节进水口设计

第二节引水管道设计

第三节引水道水力计算

第二章水轮发电机组设计

第一节水轮机的台数、单机容量与型号选择

第二节水轮机主要参数确定

第三节蜗壳设计

第四节尾水管设计

第五节水轮发电机及辅助设备选择

第三章水电站厂房设计

第一节厂区枢纽布置

第二节主厂房尺寸确定

第三节桥吊选择

第四节主厂房布置设计

第五节副厂房设计

第四章结论

参考文献

四、参考书

[1]水利电力部，水电站厂房设计规范（SL266—2001），中国水利电力出版社，2001。

[2）中华人民共和国电力行业标准，水工建筑物荷载设计规范（DL5077-1997），中国电力出版社，1998。

[3）中华人民共和国行业标准，水利水电工程等级划分及洪水标准（SL252-2000），中国水利水电出版社，2000。

[4]中华人民共和国行业标准，水工建筑物抗震设计规范（DL5073-1997），电力工业部，1997。

[5]中华人民共和国电力行业标准，混凝土重力坝设计规范（DL5108-1999），中国电力出版社，2000。

[6]水电站机电设计手册编写组，水电站机电设计手册（水力机械），水利电力出版社，1983。

[7]华东水利学院主编，水工设计手册（第五册），混凝土坝，水利电力出版社，1987

[8）华东水利学院主编，水工设计手册（第六册），泄水与过坝建筑物，水利电力出版社，1987

[9]华东水利学院主编，水工设计手册（第七册），水电站建筑物，水利电力出版社，1989

[10]顾鹏飞等，水电站厂房设计，水利电力出版社，1987

[11]金钟元，水力机械，水利电力出版社，1991。

[12]陈德新，杨建设主编，水轮机、水泵及辅助设备，中央广播电视大学出版社，2001。

[13]温新丽主编，水电站与泵站建筑物，中央广播电视大学出版社，2001。

[14]张治滨等合编，水电站建筑物设计参考资料，中国水利水电出版社，1997。

课程设计基本资料

（一）、流域概况

该水电站位于S河流的上游，电站坝址以上的流域面积为20,300km2，本电站属于该河流梯级电站中的一个。

（二）、水利动能

本电站的主要任务是发电。

结合水库特性、地区要求可发挥养鱼等综合利用效益。

本电站水库特征水位及电站动能指标见表1

表1H水电站工程特性表

名称

单位

数量

备注

一、水库特性

1、水库特征水位

保坝洪水位

m

297.10

校核洪水位（P=0.1%）

m

293.90

设计洪水位（P=1%）

m

290.90

正常蓄水位

m

290.00

死水位

m

289.00

2、正常蓄水位时水库面积

km2

15.17

二、下泄流量及相应下游水位

包括机组过流量

1、设计洪水最大下泄量

m3.s-1

8200.00

相应下游水位

m

273.20

2、校核洪水最大下泄量

m3.s-1

11700.00

相应下游水位

m

274.90

3、保坝洪水最大下泄量

m3.s-1

15600.00

相应下游水位

m

277.40

三、电站电能指标

装机容量

MW

200.00

保证出力

MW

35.00

多年平均发电量

108kW.h

4.35

年利用小时数

h

2255

四、主要建筑物及设备

1、挡水坝

型式

混凝土重力坝

坝顶高程

m

298.00

最大坝高

m

46.00

坝顶长度

m

438.00

2、泄水建筑物（略）

3、开关站

型式

露天式

面积（长×宽）

10665.60

4、水轮机工作参数

最大工作水头

m

25.60

最小工作水头

m

22.80

设计水头

m

23.30

图1下游水位——流量关系曲线