水电站厂房的设计毕业设计兰州交大.docx

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水电站厂房的设计毕业设计兰州交大

绪论

水电站厂房是水电站主要建筑物之一，是将水能转换为电能的综合工程设施。

厂房中安装水轮机、发电机和各种辅助设备。

通过能量转换，水轮发电机发出的电能，经变压器、开关站等输入电网送往用户。

所以说水电站厂房是水、机、电的综合体，又是运行人员进行生产活动的场所。

其任务是满足主、辅设备及其联络的线、缆和管道布置的要求与安装、运行、维修的需要；为运行人员创造良好的工作条件；以美观的建筑造型协调与美化自然环境。

水电站厂区包括：

（1）主厂房。

布置着水电站的主要动力设备（水轮发电机组）和各种辅助设备的主机室（主机间），及组装、检修设备的装配场（安装间），是水电站厂房的主要组成部分。

（2）副厂房。

布置着控制设备、电气设备和辅助设备，是水电站的运行、控制、监视、通讯、试验、管理和运行人员工作的房间。

（3）主变压器场。

装设主变压器的地方。

电能经过主变压器升高到规定的电压后引到开关站。

（4）开关站（户外高压配电装置）。

装设高压开关、高压母线和保护措施等高压电气设备的场所，高压输电线由此将电能输往用户，要求占地面积较大。

由于水电站的开发方式、枢纽布置、水头、流量、装机容量、水轮发电机组形式等因素，及水文、地质、地形等条件的不同，加上政治、经济、生态及国防等因素的影响，厂房的布置方式也各不相同，所以厂房的类型有各种不同的划分，例如按机组工作特点可分为立式机组厂房、卧式机组厂房。

根据厂房在水电站枢纽中的位置及其结构特征，水电站厂房可分为以下三种基本类型：

1.坝后式厂房。

厂房位于拦河坝下游坝趾处，厂房与坝直接相连，发电用水直接穿过坝体引人厂房。

  2.河床式厂房。

厂房位于河床中，本身也起挡水作用，如广西西津水电站厂房。

若厂房机组段内还布置有泄水道，则成为泄水式厂房（或称混合式厂房），。

  3.引水式厂房。

厂房与坝不直接相接，发电用水由引水建筑物引人厂房。

当厂房设在河岸处时称为引水式地面厂房。

水电站厂房是专门的水工建筑物,它具有一般水工建筑物的共性,故其设计有以下的特点:

（1）厂房内安装水轮机发电机组和辅助设备,以及控制操作和进行量测的设备,主要任务是发电,所以厂房设计必须保证机电设备的安全运行和提供良好的维护条件。

（2）水电站厂房是水工、机械和电机以及自动控制、电子设备的综合体,在设计、施工和运行中,必须把几个方面配合好,使综合体优化。

（3）水电站厂房设计应力求紧凑和简单,使建筑上美观,运行方便,而不求豪华。

（4）厂房内运行管理人员应力求精简,应保证他们有良好工作条件和卫生环境。

（5）水电站厂房多建在偏僻地区,而机电设备一般既大又重,所以必须有较好的对外交通运输条件。

（6）设计水电站厂房时,要根据当地的地形、地质和水文条件,既考虑安排好压力输水管的进水和尾水管的出水条件,又要考虑到厂房与变压器和开关站在布置上的配合要求。

由上述特点可见,水电站厂房设计是比较复杂的,其中最关键的是要选择好水轮发电机组,即要尽可能选用转速高、尺寸小、重量轻的机组,因为厂房尺寸和起重设备的规模等都是随着机组的尺寸而定的。

对于一般的地面式厂房,选择合适的吸出高度也是非常重要的。

而且,全厂的机组台数不宜太多。

总之,在设计中要做多个比较布置方案,进行技术经济、运行管理综合比较,以选择确定最优设计方案。

第一章水电站厂房的位置及形式选定

第一节水电站厂房的选择

根据报告审查会决定采用钢筋混凝土面板堆石坝为坝型，选中坝址建坝。

左岸河岸式溢洪道，右岸长隧洞引水，在桐子营大桥以下420米处河道右侧建岸边厂房的枢纽总体布置方案。

通过工程所在地区水文、地质、地形、地貌构造，初步拟定在桐子营大桥以下420米处，靠近贡水河的右岸桔园处建设厂房，采用引水式厂房布置形式，通过有压隧洞引水。

选此处是因为该地区位于角砾岩、粉砂岩岩基上，地基比较好，地势平坦、开阔，厂房容易布置，从而工程开挖量小，交通便利，可节省材料和费用，便于工程的施工，另外，该地区靠近汞水河，从而比较容易泄水。

第二节厂房布置方岸的选定

方岸一：

主厂房位于桔园平坦处，副厂房位于主厂房上游一侧，升压站紧接副厂房，尾水渠布置在主厂房下游，斜对河岸。

这个方岸的优点是

（1）基础开挖几劈坡工程量小。

（2）尾水出口与河道斜交，免受下泄洪水的顶托。

（3）升压站紧接副厂房，缩短了引出线的长度。

方岸二：

副厂房位于主厂房的两侧，位于进厂公路的一侧，升压站位于主厂房的左侧，尾水渠布置在主厂房的下游。

这个方岸的优点是

（1）靠近公路，交通便利。

（2）升压站远离副厂房，延长了引出线的长度。

对于上述两个方岸的比较，可以得出结论：

方岸一，工程量小，主副厂房布置紧凑，厂区布置合理，虽有一些不足之处，但较方案二是利多弊少，故采用方案一。

第二章下部结构的设计与布置

第一节水轮机的计算

一、水轮机型号及主要参数选择：

1.水电站最大水头

=65.89m，设计水头

=50.4m，加权平均水头

=

=50.4m,

最小水头

=35.7m，装机容量为24MV，初步布置2台机组，则单机容量为12MV。

2.水轮机型号选择

根据该水电站的水头变化范围35.7m~65.89m,在水轮机系列型谱表3-4，查出合适的机型有HL230和HL220,现将这两种水轮机作为初选方案，分别求出其有关系数，并进行分析。

水轮机HL230型水轮机方案的主要参数选择

（1）转轮直径

计算

查表3-6可得HL230型水轮机在限制工况下的单位流量

=1110L/S=1.11

/s,效率

=85.2%，由此可初步假定原型水轮机在该工况下的单位流量

=

=1.11

/s,效率

=86.0%，设

=97%

水轮机的额定出力

=

=

=12371KW,上述的

、

和

=12371KW、

=50.4m代入式

=

=

=1.85m﹙2.1﹚

选用与之接近而偏大的标称直径

=2.0m

（2）转速n的计算

查表3-4可得HL230水轮机在最有工况下单位转速

=71.0r/min,初步假定

=

=71.0r/min,将已知的

和

=50.4m，

=2.0m代入式n=

=

=252.0r/min,选用与之接近而偏大的同步转速n=300r/min.﹙2.2﹚

3.效率及单位参数修正

HL230型水轮机在最优工况下的模型最高效率为

=90.7%，模型转轮直径为

=0.404，根据式3-14可得原型效率：

=1-

=1-

=93.2%﹙2.3﹚

则效率修正值为

=93.2%-90.7%=2.5%.

考虑到模型与原型水轮机在制造工艺质量上的差异，常在已求得的

值中再减去一个修正值

。

先取

=1.7%，则可得效率修正值为

=1.7%，由此可得原型水轮机在最优工况和限制工况下的效率为

（与上述假定值相同）

单位转速的修正值按下式计算：

﹙2.4﹚

则

=

由于

，按规定单位转速可不加修正，同时单位流量

也可不加修正。

由上可见原假定的

=86%、

、

是正确的，那么上述计算及选用的结果

，

是正确的。

4.工作范围的检验

在选定

，

后，水轮机的

及各特征水头相对应的

即可计算出来。

水轮机在

下工作时，其

即为

，故

=

=1.024<1.11

/s﹙2.5﹚

则水轮机的最大引用流量为

与特征水头

和

相对应的单位转速为

﹙2.6﹚

r/min

在HL230型水轮机模型综合特性曲线图上分别绘出

，

的直线，这三根直线所围成的水轮机工作范围（图中阴影部分）基本上包含了该特性曲线的高效率区，所以对于HL230型水轮机方案，所选定的参数

，

是合理的。

5.吸出高度

计算

由水轮机的设计工况参数

=84.52r/min,

在图上可查得相应的气蚀系数约为

，并在图2-26上查得气蚀系数的修正值约为

，由此可求出水轮机的吸出高度为：

﹙2.7﹚

可见HL230型水轮机方案的吸出高度满足电站要求。

二、水轮机HL220型水轮机方案的主要参数选择

1.转轮直径

的计算

查《水力机械》可得HL220型水轮机在限制工况下的单位流量

=1150L/S=1.15

/s,效率

=89.0%，由此可初步假定原型水轮机在该工况下的单位流量

=

=1.15

/s,效率

=90.0%，设

=97%

水轮机的额定出力

=

=

=12371KW

上述的

、

和

=12371KW、

=50.4m代入式

=

=

选用与之接近而偏大的标称直径

=2.0m

2.转速n的计算

《水力机械》查表3-4可得HL220水轮机在最有工况下单位转速

=70.0r/min,初步假定

=

=70.0r/min,将已知的

和

=50.4m，

=2.0m代入式n=

=

=248.5r/min,选用与之接近而偏大的同步转速n=250r/min.

3.效率及单位参数修正

可得HL230型水轮机在最优工况下的模型最高效率为

=91.0%，模型转轮直径为

=0.46，根据式3-14可得原型效率

=1-

=1-

=93.3%

则效率修正值为

=93.3%-91.0%=2.3%.

考虑到模型与原型水轮机在制造工艺质量上的差异，常在已求得的

值中再减去一个修正值

。

先取

=1.3%，则可得效率修正值为

=1.0%，由此可得原型水轮机在最优工况和限制工况下的效率为

（与上述假定值相同）

单位转速的修正值按下式计算：

则

=

由于

，按规定单位转速可不加修正，同时单位流量

也可不加修正。

由上可见原假定的

=90.0%、

、

是正确的，那么上述计算及选用的结果

，

是正确的。

4.工作范围的检验

在选定

，

后，水轮机的

及各特征水头相对应的

即可计算出来。

水轮机在

下工作时，其

即为

，故

=

=0.968<1.15

/s

则水轮机的最大引用流量为

与特征水头

和

相对应的单位转速为

在HL230型水轮机模型综合特性曲线图上分别绘出

，

的直线，这三根直线所围成的水轮机工作范围（图中阴影部分）基本上包含了该特性曲线的高效率区，所以对于HL220型水轮机方案，所选定的参数

，

是合理的。

5.吸出高度

计算

由水轮机的设计工况参数

=70.4r/min,

在图上可查得相应的气蚀系数约为

，并在图《水力机械》查得气蚀系数的修正值约为

，由此可求出水轮机的吸出高度为：

可见HL220型水轮机方案的吸出高度满足电站要求

三、两种方案的比较分析

表2-1水轮机方案参照对照表

序号

项目

HL230

HL220

1

推荐使用的水头范围

35

~65

50~85

2

最优单位转速

71

70

3

模型转轮参数

（最优单位流量

）

913

1000

4

最高效率

90.7

91.0

5

气蚀系数

0.17

0.133

6

工作水头范围（m）

50.4~65.89

50.4~65.89

7

转轮直径

2.0

2.0

8

转速n（r/min）

300

250

9

最高效率

91.5

92.0

10

额定出力

12371

12371

11

最大引用流量

29.08

27.49

12

吸出高度

0.48

1.38

由表可见，两种机型方案的水轮机转轮直径D相同均为2.0m，但HL220型水轮机方案的工作范围包含了较多的高效率区域，运行效率较高、气蚀系数较小、有利于提高年发电