水电站厂房与枢纽布置设计说明书毕业论文文档格式.docx
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N=845KW;
查《小型水电站》中册,水轮机部分,天津大学主编,P812-813表2-3
和P840图2-24得气蚀系数0.133(限制工况),气蚀系数修正值△c=0.022(当Hp=57.0米时)。
2.调速器(自动调速器):
XT-300;
接力器全行程:
150mm;
接力器全行程时间:
1.5〜5s;
外形尺寸:
长x宽乂高(mm)1635x1000x1785;
1081Kg;
参考价格:
20000元;
安装位置由电站布置决定
3.发电机:
SFW118/44-6;
额定功率:
800KW;
额定电压:
6300V;
发电机总重:
6500Kg;
cos©
=0.8;
额疋转速:
n=1000n/min;
飞逸转速:
np=1800n/min;
长x宽乂高(mm)3190x1530x1500;
65000元/台;
4.蝶阀:
(如图所示)
©
0.8m手电动操作;
阀体340Kg;
活门:
277Kg;
启闭方式:
电动操作;
主要尺寸:
a=1730mm:
b=880mm:
c=350mm:
d=850mm:
e=470mm。
d
立式蝴蝶阀外形示意图
5.桥式起重机:
参考天津大学水利系主编《小型水电站》中册,水轮机部分,
P1092〜1093。
SDQ手动单梁起重机;
台数:
一台;
起重量:
10000千克;
跨度:
建议采用10.5米。
(四)电气主结线及电气设备布置:
电站采用单母线分段接线,1号和2号发电机组的出线经高压开关接至6.3KV母线为一组。
另一组由3号和4号发电机组组成。
每一组各自通过主变接入35KV高压母线,二段母线之间用高压开关连接,厂用电由发电机母线经变压器送至380V母线。
根据电站主结线,水电站内应布置下列配电设备:
高压开关柜共13只,其中:
1井、2井、3井、4#发电机开关柜共4只,6.3KV母线联络柜2只;
主变开关柜4只;
近区用电柜1只;
厂用高压柜1只;
备用1只。
开关柜尺寸:
长X宽乂高=1.2X1.2X3.2米。
低压控制盘7面;
直流盘1面;
同期盘一面;
低压继保盘7面;
励磁盘4面;
机旁盘4面。
表盘尺寸:
宽90cm,厚60cm,高210〜240cm。
主变两台:
SJ6-3200/35/6.3KVy/411。
每台总重量:
8770Kg,外形尺寸:
长X宽X高2790X2825X2815mm。
厂变一台:
SJ-30/6.3/0.4KVy/y-12。
总重量:
312Kg;
长X宽X高:
975X408X930mm。
变电站面积(主变压器场和高压开关站):
25X20m。
1'
电站主结线图
(五)要求
厂房布置设计的内容为:
根据给定的原始资料及机电设备,决定厂房的型式及其在枢纽中的位置,进行厂区和厂房内部的布置,决定厂房的轮廓尺寸。
完成厂区布置及主、副厂房布置得设计;
绘制厂房典型平面图及剖面图;
编写设计计算说明书。
(六)内容
1•水轮机的型号选择:
2•计算水轮机的吸出高度和安装高程;
水轮机层的地面高程。
3•尾水管的出口高程;
尾水室的底板高程;
基础开挖高程;
吊车轨顶高程等。
4.确定主厂房水下部分结构尺寸。
5•考虑厂房对外交通、厂址地形、下游水位变化等条件,确定安装间(13.65米)和主机房地面高程(10.15米)。
6.进行水轮机、发电机、调速器、蝴蝶阀的布置,确定主厂房的宽度、机组
中心距和主厂房的长度。
7.根据电站主结线图及配电设备,布置在电站内部主要电气设备的位置和确
定副厂房尺寸。
8.进行水电站厂房的枢纽布置,拟定主厂房、副厂房、安装间、开关站、主变压器场的位置。
9.根据自然条件、建材条件及厂房结构要求,进行初步厂房设计。
10.要求完成1:
100厂房平面布置图及1:
50厂房横剖面图和下游立面图和大门立面图各一张,设计说明书一份。
3.水电站厂房设计
3.1水轮机的型号选择
A.水轮机转轮型号的选择
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。
。
本水电站的静水头为57m,最小水头为Hmin50m、最大水头为Hmax65m,加权水头为Hav57m。
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。
表3-1水轮机模型转轮主要参数
璽号
导叶相对高度如内
細制匸况
水头
直径
Kiinri«
{rmin)
流章Q\(L$)
效率f?
/%
空fell索数
a
比转
速屯
仙
效率q/%
<
30
0.305
刑
0一刻
883
1220
曲6
155
1400
fl2.fi
036'
HL260
10-35
3S5
15
0.378
72.5
1IR0
R0.4
1370
胆只
HL24O
25-45
4.0
460
14
0.365
72.0
1100
92.0
0.2
275
1240
90,4
0.20
HI一】
35-65
0305
404
0315
71.0
013
呱7
、1"
1110
85J
HL220
50-85
0.25
70.0
1000
91.0
0J15
255
1150
89.0
ft.133
JIL200
*W~I25
3.0
翎,0
KOO
90.7
O.OKS
210
950
89,4
H.ONH
HL1KO
MO-125
40
4WI
020
670
720
ao?
5
207
K60
H95
(H叩
HL36O
1)0-130
46(1
17
0J24
67.0
5S0
31,0
OrO57
IR7
W0
ft.O65
B.转轮直径Di确定
Di
由表3-1可得,HL220型水轮机在限制工况下,Qi'
m1150L/S1.15m3/s,
效率m89%,由此可初步假定原型水轮机在该工况下Q1q1m1.15m3/s,
效率为m90.1%,对于引水式水电站,比Hav57m。
由式3-1,得D^,Nr;
845丿0.44m,选取与之接近而
^9.81Q1Hn/Hr\9.811.1557v'
570.891
偏大的标称直径D10.5m。
C.转速n计算
由表3-1可得HL220型水轮机在最优工况下的单位转速n;
0M70r/min,初步假定n;
0门讪。
将已知的n;
0和Hav57m,D10.5m代入3-2,可得:
n辽型亘1057r/min,选取与之接近而偏小的同步转速n-
D10.5
1000r/min。
D.效率及单位参数修正情况
模型转轮直径为d1M
0.46m,由公式3-3,得:
max—1-(牛Mmax)
5D^M1(10.91)50.4691.15%,
则效率修正值为
91.15%90.07%1.08%1.1%,考虑到模型与原型
由表3-1可得HL220型水轮机在最优工况下的模型最高效率
Mmax
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E。
即可得效率
修正值为
1.1%,由此可得原型水轮机在最优工况和限制工况下的效率为
mazMmax
90.07%1.1%91.17%
M
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:
n1n'
oM、一max/Mmax1,由于A<
3.0%,按
□oM
规定单位转速可不加修正,同时单位流量Q;
也可不加修正。
由上可见,原假定的90.1%,Qi'
Qi'
m,nwnWM是正确的,那么上述
计算及选用的结果D10.5m,n1000r/min也是正确的。
E.工作范围的检验
在选定D10.5m,n1000r/min后,水轮机的Q1max及各特征水头对应的n;
既可计算出来。
水轮机在Hr、Nr下工作时,其Q1即为Q1max,故
20.9m3/s1.15m3/s
9.810.5257、570.90
则水轮机的最大引用流量为
QmaxQ1maxD-|2.Hr0.90.52571.7m3/s
与特征水头Hmax、Hmin和Hr相应的单位转速为
在HL220型水轮机的模型综合特性曲线图上分别画出Q;
max0.9m3/s,
n1max70.7r/min,n^in62.02r/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HL220型水
轮机的方案,所选定的参数D10.5m,n1000r/min是合理的
F.飞逸转速nf的计算
G.装置方式
对机组转轮直径小于1m、吸出高度Hs为正值的水轮机,常采用卧轴装置,以降低厂房高度。
而且卧式机组的安装、检修及维护比较方便。
本水电站机组的转轮直径为0.5m,小于1.0m,且吸出高度Hs为正值,所以采用卧轴装置。
H.吸出高度Hs、安装高程Zs的计算
由水轮机设计工况参数,n1r66.22r/min,Q;
max900L/s,在模型综合特性曲线图上可查得相应的气蚀系数0.104(限制工况),气蚀系数修正值Ac=0.022(当Hp=57.0米时)。
10
HS10()H10(0.1040.022)572.8m>
900900
由此可见,HL220型水轮机方案的洗出高度满足电站要求
Zs
HSD1/2122.80.5/214.6m
3.2水轮机层地面高程
厂房的地面高程最好与对外交通道路的高程相同,并高出下游最高洪水位。
但有时限于电站的地形条件或下游洪水位太高,不能完全满足上述要求,此时可根据具体情况,使厂房地面高程与对外道路的高程相同,而高于发电机层的地面高程,或厂房地面高程与发电机层地面高程相同,且都低于下游最高洪水位,此时厂房应采取挡水墙等防洪措施。
本工程根据给定的水轮发电机组横剖面图3-1可知,厂房地面高程(发电机层地面高程)为(14.6-0.63)=14.0m水轮机层的地面高程为14.0-0.42=13.6m。
3.3尾水管出口和尾水室尺寸的确定根据给定的水轮发电机组横剖面图3-1可知,尾水管出口高程为
13.6-2.033-0.92=10.6m,尾水室底板高程为
13.6-2.033-0.92-0.75=10.0m。
由上述3.1计算知,尾水渠设计流量Q=1.7m3/s,拟定设计流速为1m/s,则尾水室断面面积至少为1.7/1=1.7m2,据此拟定尾水室宽2.9m,高为2.1m,符合要求。
3.3.1基础开挖量(单宽)
3
W(2.81.1330.78)2.0332.91.67(0.610.580.440.881.405)0.918.0m3
3.3.2吊车轨顶
吊车的安装高程c根据下述公式确定:
C2h7h8h9h10店
发电机层地面高程,取14m。
27
h7――厂房中最长件是水轮机转轮带轴,最宽件为发电机转子带轴。
结合图3-1,
取h7=1.5mo
h8――吊运部件与固定的机组或设备间的垂直净距;
水平净距0.3m,垂直净距
0.6〜1.0m(如采用刚性夹具,为0.25〜0.5m),取垂直距0.8m。
h9――最大吊运部件的高度(往往是发电机转子带轮或水轮机转轮带轴),取尾水
管高度2.1mhio——吊运部件与吊钩间的距离(一般在1.0〜1.5m左右),取决于发电机起吊方式和挂索、卡具,取1m。
hii――主钩最高位置(上极限位置)至轨顶面距离,可从起重机要参数表查出,查表取1.5m(长沙起重机厂,跨度10m,起重量10t)
综上,C2h7h8h9h|0h11=141.50.82.111.5=20.9m
3.4蝶阀坑的高度和宽度的确定
由基本资料可知:
蝶阀:
a=1730mm;
b=880mm;
c=350mm;
d=850mm;
根据相应的工程经验,最后确定蝶阀坑的高度为1.7m,宽度为0.47+1+0.83=2.3m
尾水渠的高度和宽度的确定
确定尾水渠的高度和宽度时设计流速米用1.5m/s,水轮机设计流量为
1812
Q1.8m3/s,故Abh1.2m2,取宽度b=1.5m,故h0.8m。
为了
1.51.5
偏于安全,更便于应对突发状况,最后确定尾水渠的宽度为1.5m,高度为1.2m。
3.5主厂房的长度和宽度
水电站主厂房空间尺寸的设计原则是在满足设备布置和安装、维护、运行、
管理的前提下,尽量减小厂房尺寸,降低造价。
A.主厂房的长度
N---机组台数
Lo----机组段长度,指相邻两台机组中心线之间的距离一一机组间距。
机组段间距
一般由下部块体结构中水轮机蜗壳的尺寸控制,在高水头情况下常由发电机定子外径控制。
机组间距除满足设备布置要求外,还应保留必要宽度的通道。
由于蜗壳尺寸与水轮机转轮直径D有关,故具体确定机组间距L,时,
可由以下水轮机转轮直径D,为参数的经验公式来计算。
对于金属蜗壳(水
头在40〜120m):
L1
3.6D1h(m),式中,h=1〜3.5m,水头高时取小
值,水头低时取大值。
则L03-60-53・5(%:
0))31)4.8m,
L安--安装间长度,安装间的宽度一般与主厂房相同,安装间的长度一般取L安=
(1.0〜1.5)L0,取L安1.4L01.44.86.7m
△L--边机组段加长长度,由于外侧有主厂房的端墙,为了使机组设备和辅助设备
处于桥吊工作范围内,远离安装间一端的机组段需要加长△L。
△L=(0.1~1.0)D1,取L0.2D10.20.50.1m
再考虑设备外缘间距离2m左右,设备外缘与墙距2m左右,电气盘柜和设备距离不小于1.5m,控制屏、动力屏距墙0.8-1m。
综上,主厂房长度L取为30m。
B.主厂房的宽度
主厂房宽度需综合考虑机组设备长度l1,廊道宽度l2,吊车跨度l3,吊运方式及设备间安全距离。
由《水轮机发电机组横剖面图》3-1,得水轮机发电机组总长
l12.81.1330.780.610.580.440.881.4058.6m
电缆廊道宽度l2取1.5m
吊车跨度为l310m
综上,拟定厂房宽度为12m
C.安装间布置应根据装机台数,满足设备、安装及检修或车辆进厂装卸的需要。
安装间可布置于主厂房的一端、两端或中间段。
本设计布置在主厂房靠近开关站一侧。
安装间地面高程宜与发电机地面高程相同,如下游洪水尾水位高于发电机层地面高程,可抬高安装间高程。
取安装间高程为14.0m。
安装间大门尺寸要满足运输车辆进厂的要求,如通行载重汽车大门宽度一般不小于3.3m,高度不小于4.5m。
取大门宽4.5m,高5m。
主厂房的高度
考虑到起重机与厂房吊顶(或屋架下弦、灯具底)的净距不得小于200〜
300mm。
在厂房顶适当部位应有可供拆装起重机的减速器盖、卷筒、电动机等部件的必要空间。
由上述计算知,超重机高程为20.9m。
则拟定厂房高程为21.5m安装间下层布置(水轮机辅助设备)
安装间的下面一般有一至二层空间可利用作为辅助生产房间,如储油室、油处理室、压气机室、机修室等。
储油室和油处理室
储油室和油处理室应考虑防火防爆要求,为防止油外溢,户外地坪高程或室内地面高程均应比同一层的其他地面低10cm。
油处理室应设置两道门,分设两侧,门要向外开启。
油处理室的位置应布置靠近储油室及用油对象。
压气机室
压气机室一般可布置在厂内,当距离较长时,宜布置在靠近用气对象的专门房间内。
机修间
机修间可设置在厂外或厂内,设置在厂内的机修间,由于有较大的噪声和灰尘,布置时要避开精密仪表间和值班室。
3.6副厂房
副厂房的位置和组成应注意与主变压器场地、主厂房的位置及环境要求相协调,经综合比较确定。
同时应结合运行、管理方便的要求,合理利用有效空间,做到对外交通交通方便,通风、采光良好。
副厂房最好布置在有进厂公路一侧,可利用公路运进设备。
副厂房主要包括中控室、高压开关站、厂用电设备和其他附属设施。
布置时一般应该满足如下要求:
1.厂变一般放在开关室附近;
2.卫生间要远离中控室等用电设备所在地;
3.通迅调度室要靠近中控室,并远离蓄电池室;
4.厂用电设备、开关站也应靠近中控室。
A.中央控制室
中央控制室主要布置:
低压控制盘7面、低压继保盘7面、直流盘1面、同期盘1面,最后确定中央控制室的宽度为5m,长度为9.8m。
中控室的面积一般不宜太小,控制盘离墙壁的距离不得小于1m,两排盘之间的距离不得小于1.8m,以满足检修的要求。
主环控制盘前离墙壁应不小于4.5m,以满足放控制桌和运行监视的要求。
主变压器
主变压器位置宜靠近主厂房,并宜与安装间高程相同。
主变压器场地的防火防爆及通风散热等应符合有关规范规定。
直流电系统用房(蓄电池室系统用房)
直流电系统用房包括蓄电池室、套间(前室)、储酸室、充电机室等。
这些房间应尽可能地布置在同一层。
蓄电池室在可能范围内尽量靠近中控室,以节省蓄电池至直流盘的直流电缆。
B.高压开关室
开关站宜靠近主变压器和中央控制室。
应选择地基及边坡稳定地段或利用其他合适的场地进行布置,其进出线应避免跨越泄流建筑物的水跃区、射流区。
开关站位置宜避开冲沟口,不能避开时,应对山洪、泥石流和崩塌体等采取预防措施。
开关站大多选择在厂房下游侧近处而又宽旷的地方,还要考虑输电的方向。
根据设计要求,高压开关站要求布置的设备为13只高压开关柜。
13只开关柜按要求布置为2排,最后确定开关室的宽度为9m,长度为10m。
C.厂用电变压器布置
主变压器的布置
主变压器与开关站应布置在主厂房的同一侧,否则引出线升压后,又绕过主厂房到开站,会增加许多电缆长度。
当开关站与厂房靠得很近时,可将高主变布置在开关站内。
厂用电变压器1台,布置在开关室的边上。
厂变的尺寸为
975*408*930mm,最后确定厂变房间宽度为1.5m,长度为2m。
D.
附属设施
附属设施包括:
蓄电室、值班室和电话室等,详细尺寸见A1
3.7厂房枢纽布置
厂房位置宜选在紧靠河边、较为平坦的岸边或滩地上,以减少开挖,开关站
布置在邻近
尾水渠布置
以免受下泄洪水的顶
布置尾水渠时,应使出口与河道斜交,不要正对河床,托。
本电站采用两根直径1.2米的主压力钢管,钢管由压力前池引出直至下镇墩各长约110米,在厂房前的下镇墩内经分叉引入四台机组,支管直径经计算采用直径0.9米。
支撑包角120度,为了避免在钢管损坏时水流直冲厂房,管道与厂房成一定角度引向厂房,电站厂房采
用地面式厂房。
本工程设置防洪堤,由于历史最高水位为18.42m下游处设置坝顶高程为19.10m的防洪堤,详图参见A1大图
总结和心得体会
参考书目:
[1]《水电站厂房设计》,顾鹏飞、喻远光编,水利电力出版社,1987年
[2]《小型水电站厂房》第二版,陈坤、姚珍格、李柯君,水利电力出版社,1993年
[3]《水电站》,刘启钊主编,-3版.北京:
中国水利水电出版社,2007
[4]中华人民共和国水利部.SL266-2001水电站厂房设计规范.北京:
中国水利水电出版社.2001
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