(好資料)畢業(yè)設(shè)計(jì)-廠房設(shè)計(jì)說明書5設(shè)計(jì)書正文

若水電站樞紐工程水電站廠房設(shè)計(jì)正文第一章 若水電站樞紐工程原始資料第一節(jié) 概述一 工程概況若水電站位于沅水一級支流巫水下游峽谷河段，下距會同縣若水鄉(xiāng)鎮(zhèn)2，距洪江市15。壩址下游2有洪江綏寧省級公路從若水鄉(xiāng)鎮(zhèn)經(jīng)過，交通較為便利。 該工程原規(guī)劃擬定正常蓄水位245，由于水庫興建庫區(qū)淹沒損失大，且淹沒省級重點(diǎn)保護(hù)單位高椅古民居。為避免庫區(qū)高椅古民居淹沒，早日實(shí)現(xiàn)中級電氣化縣目標(biāo)， 2002年5月對若水河段規(guī)劃進(jìn)行了重新復(fù)核，使原一級開發(fā)改為二級開發(fā)，并經(jīng)省廳審查通過。復(fù)核后本工程初擬正常蓄水位192，迥水至高椅壩址，庫容0.0738億，裝機(jī)16，是一座以發(fā)電為主，兼有防洪、旅游等綜合效益的水電工程，樞紐建筑物由溢流閘壩、重力式擋水壩、右岸引水發(fā)電隧洞和引水式廠房組成。二 工程等別和建筑物級別本工程以發(fā)電為主，兼有防洪、旅游等綜合效益。水庫正常蓄水位192時庫容為0.0738億，電站裝機(jī)容量為16，根據(jù)水利水電工程等級劃分及防洪標(biāo)準(zhǔn)SL252-2000規(guī)定，工程規(guī)模為?。?）型，工程等別為等。永久性建筑物閘壩、電站廠房等屬4級建筑物，臨時建筑物屬5級。相應(yīng)洪水標(biāo)準(zhǔn)為：1 大壩、發(fā)電引水隧洞等永久性主要建筑物的設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)期為50年（），校核洪水重現(xiàn)期為500年（）。2 電站主、副廠房、變電站及公路等建筑物的設(shè)計(jì)洪水重現(xiàn)期為30年（），校核洪水重現(xiàn)期為100年（）。第二節(jié) 水文氣象資料一 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（%）0.10.20.5123.335102050壩址洪峰流量（m3/s）9420844071606190522045403990308022201190廠址洪峰流量（m3/s）9800879074606460546047504180324023401260二 水位流量關(guān)系曲線1 下壩址水位流量關(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）5640624068407440804086402 上壩址水位流量關(guān)系曲線詳見下表1-3。表1-3 上壩址水位流量關(guān)系曲線表 高程系統(tǒng)：85黃海 水位Z（m）184.23185.00186.00187.00188.00189.00流量Q（m3/s）36.5255620106015402060水位Z（m）190.00191.00192.00193.00194.00195.00流量Q（m3/s）265032703890451051305750水位Z（m）196.00197.00197.50198.00199.00199.50流量Q（m3/s）6370699073007610823085403 廠址水位流量關(guān)系曲線詳見下表1-4。表1-4 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(jì)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(fēng)速： 1.40 歷年最大風(fēng)速： 13.00，風(fēng)向：NE 水庫吹程： 3.0最大積雪厚度： 21 基本雪壓： 0.25第三節(jié) 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)一 工程地質(zhì)資料1 該工程區(qū)地震基本烈度小于度，不考慮地震荷載。2 基巖物理力學(xué)指標(biāo)如下上壩址 飽和抗壓強(qiáng)度：2030 抗剪指標(biāo)： f砼/巖=0.60.65 抗剪斷指標(biāo)： f砼/巖=0.80.9 c=0.70.8 下壩址飽和抗壓強(qiáng)度：1525 抗剪指標(biāo)： f砼/巖=0.60.62抗剪斷指標(biāo)： f砼/巖=0.70.8c=0.70二 壩址工程地質(zhì)條件1 上壩址工程地形、地質(zhì)條件上壩址位于河流彎曲段下游，流向2790，基本為“U”型橫向河谷。河床基巖裸露，高程181184，河床寬136，水深0.53.0。壩軸線上游100350，河床深槽較發(fā)育，一般槽寬2040，槽深1114.5。當(dāng)蓄水位192 時，河谷寬161 ，左岸沖溝較發(fā)育，壩軸線上、下游分別分布2# 及3# 沖溝，邊坡具下陡上緩特征，高程227以下坡角450，以上坡角250，山頂高程271 ；右岸地形較平順，上游有一小沖溝分布，邊坡較陡峻，坡角350450，山頂高程292。壩址區(qū)除兩岸均分布有寬度較窄，厚34沖積階地堆積及左岸分布厚13殘積堆積外，基巖大部分裸露，出露的主要巖性為砂質(zhì)板巖、絹云母板巖夾長石砂巖、厚層長石砂巖、含礫砂巖、含礫砂質(zhì)板巖。 壩區(qū)巖層走向與河流交角700800，傾上游偏左岸，壩址區(qū)構(gòu)造較簡單，僅上游見F1斷層及物探探測的F3斷層，破碎帶寬0.10.6，延伸長度均小于50。主要節(jié)理有四組。壩區(qū)巖石風(fēng)化受巖性與地形等因素影響，長石砂巖抗風(fēng)化能力較強(qiáng)，風(fēng)化較淺；板巖、絹云母板巖抗風(fēng)化能力較弱，風(fēng)化深度較大，兩岸山頂受地形切割呈弧立小山包，則強(qiáng)風(fēng)化深達(dá)2536。據(jù)鉆孔壓水試驗(yàn)和地下水觀測資料，壩區(qū)巖體透水性較差，地下水位坡降陡達(dá)4050%，埋藏較淺，遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)正常蓄水位。壩基巖體透水率小于5lu占96.8%，基本屬弱透水巖體；防滲帷幕下限（q5lu）埋深，左岸5.220，河床57，右岸2.512。2 下壩址工程地形、地質(zhì)條件下壩址位于上壩址下游660，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182183.5，河床寬202，右河床為淺灘，水深0.51.0m, 左河床為人工改造河槽，水深1.52.0。當(dāng)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400430，為崩坡積物所覆蓋，山頂高程324.74；右岸坡角420450，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N200250E,SE600700，其走向與河流交角600650，傾向上游偏左岸。壩區(qū)巖石風(fēng)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(fēng)化能力較弱，兩岸肩強(qiáng)風(fēng)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9.540（高程225以上），右壩肩地下水位埋深3 23（高程226 以上），遠(yuǎn)高于蓄水位。據(jù)鉆孔壓水試驗(yàn)資料表明，基巖的透水性與巖體風(fēng)化程度密切相關(guān)，強(qiáng)風(fēng)化帶及弱風(fēng)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(qiáng)，為中等透水帶，弱風(fēng)化帶中下部和微風(fēng)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（q5lu）埋深，左岸1028，河床210，右岸620。3 壩基巖石物理力學(xué)指標(biāo)壩基巖石物理力學(xué)指標(biāo)建議值在下表1-5中列出。表1-5 壩基巖石物理力學(xué)指標(biāo)建議值表 巖石名稱風(fēng)化程度天然密度(g/cm3)飽和抗壓強(qiáng)度()砼與巖石抗剪強(qiáng)度砼與巖石抗剪斷強(qiáng)度彈性模量(GPa)抗沖流速(m/s)臨時開挖坡比備注fC(MPa)fc(MPa)長石砂巖含礫砂巖強(qiáng)2.52.630350.50.5500.70.750.30.3534451:0.5上壩址弱2.72.7545500.60.6500.90.950.80.9810781:0.3砂質(zhì)板巖強(qiáng)2.542.568100.400.4500.550.600.100.1522.5231:0.75上壩址弱2.752.7620250.550.600.800.850.450.5068451:0.5絹云母板巖強(qiáng)2.52.55680.380.4000.500.550.080.101222.51:0.75下壩址弱2.722.7515200.50.5500.750.800.350.40453.54.51:0.5三 引水發(fā)電隧洞及廠房工程地質(zhì)條件1 引水發(fā)電隧洞下壩址引水隧洞進(jìn)口位于壩線右岸上游，洞段穿越河間地塊，出口位于河灣下游9#沖溝口附近。洞軸向N16W。進(jìn)口段（040）：地形坡角2860，上覆巖體厚618，圍巖為Zaj 2-4巖組灰綠色絹云母板巖，劈理發(fā)育，巖層產(chǎn)狀N20E，SE65，傾向洞外偏右側(cè)，與洞軸線交角36，主要發(fā)育產(chǎn)狀N70W，SE78，N50W，SW87及N10E ，SE85三組節(jié)理，面多閉合平直，延伸長0.51.0。強(qiáng)風(fēng)化帶下限埋深812，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，。洞臉邊坡由于受層面與多組節(jié)理組合切割穩(wěn)定性較差，建議采取加固處理措施。洞身段（40110）：上覆巖體厚1866，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(fēng)化狀態(tài)。巖層產(chǎn)狀N22E，SE64，與洞軸線交角38。主要發(fā)育N5060W，SW8587及N10E，SE8085兩組節(jié)理，面緊密閉合，延伸長0.51.0。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4070段屬類圍巖，f=45，K0=3540；平距70110段屬類圍巖，f=67，K0=5055。洞身段（110350）：上覆巖體厚24107，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(fēng)化狀態(tài)，巖層產(chǎn)狀N22E，SE64，與洞軸線交角38，板巖內(nèi)產(chǎn)狀N15E，NW75劈理較發(fā)育。主要發(fā)育N5060W及N10E兩組高傾角節(jié)理，面平直閉合，延伸長0.51.0m。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（310350）劈理、節(jié)理較發(fā)育，穩(wěn)定性較差。其中平距110310段屬類圍巖，f=45，K0=3035；平距310350段屬類圍巖，f=34，K0=1520。出口段（350以后）：地形坡角1545，上覆巖體厚224。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N15E，SE6570，傾向洞內(nèi)偏右側(cè)，與洞軸線交角31。主要發(fā)育N30E，NW35，N85W，SW86，N15W，SW79及N80E ，NW36四組節(jié)理，面多閉合，延伸長15。強(qiáng)風(fēng)化帶下限埋深516m。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，建議采取明挖，開挖坡比，,。由于N10E及N80E，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。2 廠房下壩址廠房位于河彎下游9#沖溝出口的沖積堆積級階地一帶，階地寬1012，階面高程183184，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1.01.8，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，N1520E，SE6570，板巖劈理發(fā)育，主要發(fā)育NE向、NEE向、NNW向及NWW向四組節(jié)理，面多閉合，延伸長15。強(qiáng)風(fēng)化帶下限埋深25，廠房基礎(chǔ)持力層為弱風(fēng)化巖體，其強(qiáng)度滿足建筑物地基應(yīng)力要求。但NE及NEE向兩組緩傾角（3536）節(jié)理較發(fā)育，且傾向坡外，對廠房開挖邊坡穩(wěn)定不利，建議采取加固處理措施。推薦的巖體物理力學(xué)指標(biāo)建議值：弱風(fēng)化長石砂巖，；弱風(fēng)化絹云母板巖Rg=1520，；開挖坡比, 。四 天然建筑材料本階段勘察按普查精度要求進(jìn)行，除對原規(guī)劃料場進(jìn)行復(fù)核外，重點(diǎn)對石料進(jìn)行了勘測，共勘查儲量：砂礫料180.85104 ，土料77.5104 ，石料988.22104 ，儲量基本能滿足要求。1 土料共調(diào)查了7個料場，總儲量77.5104 ，均分布在團(tuán)河級階地，為黃褐色、紅棕色粘土、土層較密實(shí)，呈可塑硬塑狀，中 低壓縮性。料場分布面積大，有用層厚度3 4，無用層厚度僅0.5。除高標(biāo)、若水兩料場有少量農(nóng)田及柑桔林外，其他產(chǎn)地均為荒地，開采條件好。除若水料場運(yùn)距為2.5較近外，其他料場運(yùn)距較遠(yuǎn)達(dá)1014。各料場距公路較近，運(yùn)輸方便，推薦料場土的物理力學(xué)指標(biāo)：天然含水量26%，最優(yōu)含水量22%，最大干密度1.561.60g/cm3，壓縮系數(shù)Va1-2=0.32，內(nèi)摩擦角180，凝聚力23。2 砂礫料共調(diào)查26個料場，總儲量180.85104 ，其中砂約46.39104，礫134.46104 m3，水上66.56104 ，水下114.29104 ，主要分布在團(tuán)河、巫水、沅水等河流。團(tuán)河的砂料場，礫石成分板巖較多，磨圓度較差，粗礫含量偏高，砂約占1520%，砂礫石質(zhì)量較差。巫水、沅水的砂礫料場，礫石成份主要為砂巖，石英砂巖等，磨園較好，含泥較少，砂約占2040%。質(zhì)量較好。團(tuán)河、巫水河的料場單個儲量較小，一般13104 。水上可采厚度0.51.5，水下可采厚度1.52.0。無用層厚度00.8，最厚2，開采較為方便。沅水的料場單個儲量較大，一般1030104 ，可采厚度水上：1.02.0 ,水下：1.52.0?；緵]有無用層，開采條件好。八宋、陳田、若水、胡家灣、上江西團(tuán)、下江西團(tuán)、紅廟灣、陡灘料場，遠(yuǎn)距近，僅25。其他料場運(yùn)距較遠(yuǎn)達(dá)9.528.5。除三洲、高椅料場不通公路，運(yùn)輸不便外，其他料場距公路均較近，運(yùn)輸較方便。3 石料共調(diào)查5個料場，總儲量988.24104。除獨(dú)巖灘料場為估算儲量外，其他四個料場均實(shí)測斷面，用平行斷面法計(jì)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(fēng)化巖石較堅(jiān)硬，飽和抗壓強(qiáng)度。表部無用層為風(fēng)化破碎巖石，厚度020?？拷影哆厼槿躏L(fēng)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(yùn)距近，小于1，應(yīng)優(yōu)先開采。獨(dú)巖灘料場遠(yuǎn)距較遠(yuǎn)，達(dá)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。第四節(jié) 設(shè)計(jì)基本數(shù)據(jù)一 工程開發(fā)的任務(wù)若水水電站工程開發(fā)的任務(wù)是以發(fā)電為主，兼顧防洪、旅游、生態(tài)治理等綜合利用，它的興建將促進(jìn)會同縣工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。二 主要技術(shù)規(guī)范及參考資料水利水電樞紐工程等級劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)SL252-2000混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范DL5108-1999水電站廠房設(shè)計(jì)規(guī)范SD335-89水電站進(jìn)水口設(shè)計(jì)規(guī)范SD303-88水利水電工程可行性研究報告編制規(guī)程DL5020-93水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范SD134-84水電站調(diào)壓室設(shè)計(jì)規(guī)范DL/T5058-1996水利水電工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范SDJ278-90水工設(shè)計(jì)手冊第七冊三 水庫特征水位、下泄流量及下游水位1 下壩址正常蓄水位：192.00； 設(shè)計(jì)洪水位（P=2%）：193.75，下泄流量Q=5220m3/s，相應(yīng)下游水位193.3；校核洪水位（P=0.2%）：199.4，下泄流量Q=8440m3/s，相應(yīng)下游水位198.67；死水位：191.50。2 上壩址正常蓄水位：192.00； 設(shè)計(jì)洪水位（P=2%）：194.78，下泄流量Q=5220m3/s，相應(yīng)下游水位194.15；校核洪水位（P=0.2%）：200.24，下泄流量Q=8440m3/s，相應(yīng)下游水位199.34；死水位：191.50。四 水文氣象資料 見前。五 工程地質(zhì)資料見前。六 設(shè)計(jì)控制標(biāo)準(zhǔn)1 穩(wěn)定控制標(biāo)準(zhǔn)（1） 大壩 基本組合（設(shè)計(jì)情況）： Kc1.05，k3.0 特殊組合（校核情況）： Kc1.00, k2.5（2） 廠房抗浮安全系數(shù) Kf1.102 應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)（1） 基礎(chǔ)面不出現(xiàn)垂直拉應(yīng)力（2） 最大垂直壓應(yīng)力小于地基允許承載力（地基承載力安全系數(shù)取2）3 防滲設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（1） 相對隔水層控制線：35lu（2） 壩基設(shè)帷幕、排水，。第二章 機(jī)電設(shè)備選擇第一節(jié) 水輪機(jī)的選型一 水輪機(jī)選擇的基本資料裝機(jī)容量二 水輪機(jī)型號的選擇根據(jù)設(shè)計(jì)水頭，參照金鐘元水力機(jī)械附表1，可以有兩種選型方案，分別為方案一（型水輪機(jī)）和方案二（型水輪機(jī)）。根據(jù)課題需要本設(shè)計(jì)中選用方案一：型水輪機(jī)。不再作機(jī)型的比較。三 單機(jī)容量的選擇水電站的裝機(jī)容量等于機(jī)組臺數(shù)和單機(jī)容量的乘積。根據(jù)已確定的裝機(jī)容量，就可以擬定可能的機(jī)組臺數(shù)方案。在選擇機(jī)組臺數(shù)時可從下列方面考慮：1 機(jī)組臺數(shù)與機(jī)電設(shè)備制造的關(guān)系機(jī)組臺數(shù)增多時，機(jī)組單機(jī)容量減小，尺寸減小，因而制造及運(yùn)輸都有比較容易，這對于制造能力和運(yùn)輸條件較差的地區(qū)是有利的。但實(shí)際上小機(jī)組單位千瓦消耗的材料多，制造也較麻煩，故一般都希望選用較大的機(jī)組。2 機(jī)組臺數(shù)與水電站投資的關(guān)系當(dāng)選用的機(jī)組臺數(shù)較多時，不僅機(jī)組本身單位千瓦的造價高，而且隨著機(jī)組臺數(shù)的增加。相應(yīng)的閘門、管道、調(diào)速器，輔助設(shè)備和電氣設(shè)備的套數(shù)就要增加，電氣結(jié)線也較復(fù)雜，廠房平面尺寸也需加大，機(jī)組安裝維護(hù)的工作量也增加，因此從這些方面來看，水電站單位千瓦的投資將隨臺數(shù)的增加而增加。但另一方面，采用小機(jī)組則廠房的起重能力、 安裝場地、機(jī)坑開挖量都可縮減，因此又可減小一些水電站投資?？偟膩碚f，機(jī)組臺數(shù)變化要引起水電站投資變化，在大多數(shù)情況下，臺數(shù)增多將增大投資。3 機(jī)組臺數(shù)與水電站運(yùn)行效率的關(guān)系機(jī)組臺數(shù)增多能夠增加水電站的電能，但當(dāng)增多到一定程度，再增多時對水電站的運(yùn)行效率就不會有顯著的影響了。當(dāng)水電站在電力系統(tǒng)中擔(dān)任基荷工作時，選擇機(jī)組臺數(shù)少，可合水輪機(jī)在較長時間內(nèi)以最優(yōu)工況運(yùn)行，合水電站保持較高的平均效率。4 機(jī)組臺數(shù)與水電站運(yùn)行維護(hù)工作的關(guān)系機(jī)組臺數(shù)多，單機(jī)容量小，運(yùn)行方式就比較靈活，機(jī)組發(fā)生事故后所產(chǎn)生的影響小，檢修也較容易安排。但因運(yùn)行操作次數(shù)隨之增加，發(fā)生事故的機(jī)率增高了，同時管理人員增多，運(yùn)行費(fèi)用也提高了。因此不宜選用過多的機(jī)組臺數(shù)。在技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件相近時，應(yīng)盡量采用機(jī)組臺數(shù)較少的方案，但為了水電站運(yùn)行的可靠性和靈活性，一般應(yīng)不少于兩臺。故綜合考慮，采用兩臺機(jī)組，單機(jī)容量為。式中 水輪機(jī)的額定出力發(fā)電機(jī)的額定出力發(fā)電機(jī)效率四 水輪機(jī)主要參數(shù)的確定1 轉(zhuǎn)輪直徑的計(jì)算式中： =8.25103KW=11.5 由金鐘元水力機(jī)械附表1查得該型水輪機(jī)在限制工況下的， =82.6% .由此可假定水輪機(jī)在該工況下的效率為86%。將以上各值代入公式得： 選用與之接近而偏大的標(biāo)準(zhǔn)直徑=4.5.2 效率修正值的計(jì)算由附表1查得：型水輪機(jī)在最優(yōu)工況下模型的最高效率=89.6%,模型轉(zhuǎn)輪的直徑=0.39. 則原型水輪機(jī)的最高效率 =93.6%考慮到制造水平的情況，取=1.0%,則效率修正值為：=0.9360.8960.01=0.03由此可求得水輪機(jī)在限制工況的效率應(yīng)為：=0.826+0.03=0.856(與原來假定的數(shù)值相近)3 轉(zhuǎn)速的計(jì)算式中 由附表1查得在最優(yōu)工況下的 =88.3 r/min，同時由于：=0.0220.03所以可忽略不計(jì)，則以=88.3 r/min代入上式得：=(88.5)/4.5=69.0 r/min選用與之接近而偏大的同步轉(zhuǎn)速4 工作范圍的檢驗(yàn)計(jì)算在選定的=4.5，的情況下，水輪機(jī)在最大的和各種特征水頭下相應(yīng)的值分別為：在設(shè)計(jì)水頭=11.5以額定出力Nr工作時，其相應(yīng)的最大單位流量為： =1.201.4 m3/s則水輪機(jī)的最大引用流量為：=1.204.52=82.41 m3/s對值：在設(shè)計(jì)水頭=11.5時在最大水頭=12.9時 在最小水頭=9.5時在型水輪機(jī)的主要綜合特性曲線圖上,分別畫出=104.2r/min，=89.5的直線，由圖可見，由這兩根直線與效率線所圍成的水輪機(jī)工作范圍基本上包含了該特性曲線的高效率區(qū)，所以對于型水輪機(jī)方案，所選定參數(shù)=4.5, =94.7是合理的。5 運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線的繪制（1） 在最大水頭至最小水頭范圍內(nèi)，選取4個水頭，計(jì)算每個水頭下的式中， 原型水輪機(jī)額定轉(zhuǎn)速；原型水輪機(jī)標(biāo)稱直徑；模型水輪機(jī)直徑；原型水輪機(jī)凈水頭；模型水輪機(jī)試驗(yàn)水頭；該試驗(yàn)水頭均為0.3048米。（2） 按各水頭下的在模型綜合特性曲線上作垂直線，與導(dǎo)葉開度（%）為90、80各曲線上的交點(diǎn)即為相應(yīng)導(dǎo)葉開度的模型效率；與線的交點(diǎn)即為模型水傳輸線機(jī)相應(yīng)的最大功率；按下式可求得相應(yīng)的原型水輪機(jī)最大功率式中，模型水輪機(jī)最大功率（英制馬力）模型水輪機(jī)效率原型水輪機(jī)效率效率修正值。（3） 運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線的計(jì)算計(jì)算表格如表2-1所示：表2-1 轉(zhuǎn)輪運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線計(jì)算表轉(zhuǎn)輪型號： =4.5 =0.39 10082.782.730.4327443.5610083.283.230.4259753.199084.484.430.4327443.519088.488.430.4259752.98808282.031.4327443.598085.685.630.4259753.097079.879.830.4327443.667084.284.230.4259753.156076.876.830.4327443.776081.581.530.4259753.265071.371.330.43274445076.276.230.4259753.514063.763.730.4327444.374069.369.330.4259753.89轉(zhuǎn)輪運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線計(jì)算表轉(zhuǎn)輪型號：HL310 =4.5 =0.39 10082.982.930.42210712.2710082.782.730.4211451.069089.289.230.422107129089.689.630.4211450.748086.586.530.42210712.18087.387.330.4211450.847084.884.830.42210712.197085.985.930.4211450.916081.581.530.42210712.346081.781.730.4211451.115077.377.330.42210712.555077.777.730.4211451.334070.870.830.42210712.934071.671.630.4211451.7（4） 繪制出力限制線水輪機(jī)出力限制線7%的出力儲備線，可按各水頭下水輪機(jī)最大出力的93%求得。本設(shè)計(jì)中因選用型水輪機(jī)，繪制過程中因差值過小，而出現(xiàn)線重合等現(xiàn)象，精度達(dá)不到要求，故只說明繪制方法，不對其進(jìn)行繪制。6 吸出高的計(jì)算由水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊（水力機(jī)械）知，對于轉(zhuǎn)輪，其吸出高可按下式計(jì)算：式中為電站裝置系數(shù)，查得。水電站的海拔高度可由表2-2中的廠址水位與流量關(guān)系得出。表2-2 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采用內(nèi)插法可得下式：=179.32因此：取最大值根據(jù)實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，需將計(jì)算的吸出高度減1作為采用的吸出高度，汽蝕較輕微。故取為-6.7.7 飛逸轉(zhuǎn)速的計(jì)算反擊式水輪機(jī)的飛逸轉(zhuǎn)速與水輪機(jī)凈水頭、導(dǎo)葉開度有關(guān)。最大飛逸轉(zhuǎn)速式中： 最大水頭（米）最大單位飛逸轉(zhuǎn)速查表知，水輪機(jī)采用的8 軸向水推力的計(jì)算式中 軸向水推力系數(shù)，對于水輪機(jī)， 五 水輪機(jī)安裝高程的確定對立軸混流式水輪機(jī)，安裝高程由下式確定： 式中查表知，取 故機(jī)組安裝高程為173.5。第二節(jié) 水輪機(jī)結(jié)構(gòu)與外型尺寸估算混流式水輪機(jī)主要由以下幾部分組成：（1）埋入部分：包括蝸殼、座環(huán)、尾水管等；（2）導(dǎo)水機(jī)構(gòu)：包括頂蓋、底環(huán)、導(dǎo)葉和導(dǎo)葉操作機(jī)構(gòu)等；（3）轉(zhuǎn)動部分：包括轉(zhuǎn)輪、主軸等；（4）導(dǎo)軸承、密封裝置及其他附屬裝置。一 蝸殼1 斷面形式由40知，應(yīng)選擇混凝土蝸殼。它的斷面為梯形斷面，有較小的水力損失和平面尺寸，便于施工。蝸殼頂角點(diǎn)和底角點(diǎn)的變化形式有直線和拋物線兩種。直線變化結(jié)構(gòu)簡單，水力損失大；拋物線變化結(jié)構(gòu)復(fù)雜，水力損失小。為便于施工，故選用直線變化規(guī)律。斷面形式如圖2-1所示。， 圖2-1 蝸殼斷面圖2 蝸殼的水力計(jì)算查水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊（水力機(jī)械），進(jìn)口斷面流速VC=2.9/s，故所需的進(jìn)口斷面面積為： 蝸殼計(jì)算表如表2-3所示。表2-3 蝸殼斷面計(jì)算表斷面序號半徑（米）面積(平方米)角度14.452.9421537.305325.055.8422974.07835.659.59359121.6429max6.25141.9602180 蝸殼進(jìn)口斷面的具體尺寸如圖2-2所示：(單位：米)采用半圖解法求解其它斷面的面積，計(jì)算過程如圖2-3所示。 圖2-3 蝸殼斷面計(jì)算圖同理可求出30度、60度、90度、120度、150度斷面的面積和半徑，如表2-4所示：表2-4 蝸殼計(jì)算表306090120150F23.6647.320170.980194.6402118.3002R8.328814.018917.883721.811325.0426 根據(jù)以上各值可畫出蝸殼平面單線如圖2-4所示： 圖2-4 蝸殼平面單線圖二 尾水管1 確定尾水管的基本尺寸根據(jù)本電站的總裝機(jī)容量(16MW)為中型水電站，為了減少尾水管的開挖深度，采用彎肘型尾水管。彎肘形尾水管是由進(jìn)口直錐段、肘管和出口擴(kuò)散段三部分組成。其大致形狀如圖2-5所示：尾水管的基本尺寸查表4-18(金鐘元水力機(jī)械)，水輪機(jī)可采用型標(biāo)準(zhǔn)系列如表2-5所示：表2-5 尾水管標(biāo)準(zhǔn)型式與實(shí)際計(jì)算表參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)1.02.54.52.741.3521.3520.671.751.31實(shí)際4.511.2520.2512.336.0846.0843.0157.8755.895尾水管高度，指從水輪底環(huán)平面到尾水管底板的高度，是決定尾水管性能的主要參數(shù)。對高比速混流式水輪機(jī)，為了保證機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性，最低不得小于?？山迫檗D(zhuǎn)輪出口直徑，此處取為=4.8.進(jìn)口錐管的半錐角的最優(yōu)值,對混流式水輪機(jī),取。此處取為9。根據(jù)尾水管的結(jié)構(gòu)可得下式:解得=4.053，而,可取為0.2-0.5,此處取為0.2m。故=0.913。因此尾水管外形尺寸如圖2-6所示： 圖2-6 尾水管外形尺寸圖 （單位：米）2 尾水管型線圖的繪制（見圖2-7），取尾水管標(biāo)準(zhǔn)彎管段尺寸如表2-6所示：(單位：米)參數(shù)0.4871.4780.1071.1600.8150.782實(shí)際2.19156.6510.48155.223.66753.519 圖2-7 尾水管型線圖三 水輪機(jī)重量估算1 水輪機(jī)總重量估算水輪機(jī)總重量指不包括調(diào)速器、油壓裝置和其他輔助設(shè)備的水輪機(jī)整體重量。查水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊（水力機(jī)械）圖2-55可知，2 轉(zhuǎn)輪重量估算查水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊（水力機(jī)械）圖2-56可知，第三節(jié) 調(diào)速系統(tǒng)的選擇水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的基本任務(wù)是：使水輪發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定地以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，在機(jī)組負(fù)荷變化工其他外擾作用下，保證機(jī)組的轉(zhuǎn)速變化不超過一定的范圍，并能迅速地穩(wěn)定于新的工況，從而保證發(fā)電機(jī)輸出的交流電頻率滿足用電設(shè)備的要求。水輪機(jī)調(diào)節(jié)是通過調(diào)速系統(tǒng)根據(jù)機(jī)組轉(zhuǎn)速的變化不斷地改變水輪機(jī)過流量來實(shí)現(xiàn)的。調(diào)速系統(tǒng)的主要設(shè)備有：調(diào)速器、油壓裝置和漏油裝置。一 調(diào)速器的型式及工作容量的選擇1 調(diào)速器型式選擇調(diào)速器型式選擇的一般要求有以下兩點(diǎn)：（1） 當(dāng)電站和機(jī)組容量較大，在系統(tǒng)中承擔(dān)調(diào)頻任務(wù)，應(yīng)選用調(diào)節(jié)品質(zhì)好，自動化程度高的電氣液壓調(diào)速器。當(dāng)機(jī)組容量較小，在系統(tǒng)中地位不重要，經(jīng)常承擔(dān)基荷時，也可選用機(jī)械液壓調(diào)速器。（2） 選擇調(diào)速器時應(yīng)考慮到調(diào)速器某些五一節(jié)對電站其他設(shè)備的要求和影響。2 調(diào)速器工作容量的選擇調(diào)速器的工作容量是指在一定的工作油壓下，調(diào)速系統(tǒng)所具有的最大可能輸出功率，該輸出功率不僅取決于調(diào)速功的大小，還取決于關(guān)機(jī)時間的長短。而主配壓閥直徑并不能全面地反映調(diào)速器的工作容量，對直徑相同但結(jié)構(gòu)不同的主配壓閥，具有不同的最大行程，窗口尺寸和開、關(guān)機(jī)時間調(diào)整方式，因而其摩阻系數(shù)和可能最大輸出功率也不相同。所以只有同一類型的主配壓閥才能按其活塞直徑表征調(diào)速器的容量。選擇調(diào)速器工作容量時，應(yīng)留有適當(dāng)?shù)挠嗔恳员ＷC機(jī)組可靠地開關(guān)導(dǎo)葉，關(guān)機(jī)時間應(yīng)能滿足調(diào)節(jié)保證的要求。（1） 主接力器的選擇采用兩個接力器來操作導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，每個接力器的直徑可按下列公式計(jì)算式中 計(jì)算系數(shù)。取為0.030； 導(dǎo)葉高度。 在標(biāo)準(zhǔn)接力器系列表中選擇與之接近的直徑300。接力器最大行程可由下列經(jīng)驗(yàn)公式求得 式中為導(dǎo)葉最大開度?？捎赡Ｐ退啓C(jī)的導(dǎo)葉開度依下式換算求得 式中 、分別為原型和模型水輪機(jī)導(dǎo)葉軸心圓的直徑、分別為原型和模型水輪機(jī)導(dǎo)葉數(shù)目由水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊圖1-18可查得，。 所以。取，則兩個接力器的總?cè)莘e。（2） 主配壓閥的選擇主配壓閥的直徑與通向接力器的油管直徑是相等的，主配壓閥油的流量為式中 導(dǎo)葉從全開到全關(guān)的直線關(guān)閉時間,主配壓閥直徑為式中 管內(nèi)油的流速，一般在（48）/s范圍內(nèi)選取。此處取為4/s大型調(diào)速器以主配壓閥的直徑為表征組成系列的，因此在反擊式水輪機(jī)調(diào)速器系列型譜表中本水電站可選擇DT-100。查水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊表6-7可知其基本資料如表2-7所示： 表2-7 DT-100基本資料表型號制造廠機(jī)械柜尺寸基礎(chǔ)柜尺寸電氣柜尺寸重量參考價格DT-100杭州發(fā)電設(shè)備廠700800130012001500440800236012007萬元調(diào)速器外形如圖2-8所示： 圖2-8 調(diào)速器外形尺寸圖二 油壓裝置的選擇1 油壓裝置的組成油壓裝置是向水輪發(fā)電機(jī)制調(diào)速系統(tǒng)供給壓力油的能源設(shè)備，是調(diào)速系統(tǒng)的重要組成部分。同時也可作為進(jìn)水閥、調(diào)壓閥以及液壓操作元件的壓力油源。油壓裝置有分離式和組合式兩種。分離式油壓裝置的壓力油罐與回油箱分開；組合式油壓裝置的壓力油罐裝在回油箱上面的框架上。前者容量范圍較大，適用于大中型水輪機(jī)。后者結(jié)構(gòu)緊湊，但容量較小，僅適用于中小型水輪機(jī)。本電站采用組合式油壓裝置。油壓裝置的主要部件有：（1）壓力油罐：其中油占總?cè)莘e的30-40%，其余70-60%為壓縮空氣。（2）回油箱：其容積約為壓力油罐容積的1.2-1.4倍。（3）油泵：一般均為螺旋油泵，有立式和臥式兩種。（4）油泵附件：包括安全閥、逆止閥和節(jié)流閥等。（5）壓力油罐的附件：包括壓力表、油位信號及自動補(bǔ)氣裝置、壓力信號器、空氣閥等。2 油壓裝置的選擇計(jì)算油壓裝置的選擇計(jì)算主要是確定油壓裝置的臺數(shù)和容量（工作能力）。為了滿足機(jī)組調(diào)節(jié)和安全運(yùn)行的要求，通常每臺水輪機(jī)裝設(shè)一臺油壓裝置。油壓裝置的工作能力是以壓力油箱的總?cè)莘e和額定油壓為表征的。壓力油箱的總?cè)莘e可按下列經(jīng)驗(yàn)公式估算取查油壓裝置系型譜表，本水電站可選。查水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊可知其基本尺寸如表2-8所示： 表2-8 油壓裝置基本尺寸表油壓裝置型號油罐長度油罐寬度總高油罐高油罐外徑2400170032702370油壓裝置外形尺寸如圖2-9所示： 圖2-9 油壓裝置簡圖 （單位：mm）第四節(jié) 發(fā)電機(jī)的選擇一 水輪發(fā)電機(jī)的型式選擇本設(shè)計(jì)為大中型電站,故選用大中型機(jī)組,采用立式布置SF10-42/940已知發(fā)電機(jī)主要參數(shù)如表2-9所示： 表2-9 發(fā)電機(jī)主要參數(shù)表額定功率功率因素轉(zhuǎn)速（r/min）額定電壓U（kv）額定容量KVA80000.871.46.310000二 水輪發(fā)電機(jī)的通風(fēng)冷卻方式及其選擇大中型水輪發(fā)電機(jī)常采用密閉式空氣循環(huán)冷卻和水內(nèi)冷兩種冷卻方式。通過兩個通風(fēng)方式的比較，本電站采用密閉式空氣循環(huán)冷卻。密閉式空氣循環(huán)冷卻的冷卻方式是借助轉(zhuǎn)子風(fēng)扇或輪同的風(fēng)扇作用合空氣在發(fā)電機(jī)內(nèi)部循環(huán)流通，熱空氣通過冷卻器用水冷卻。三 水輪發(fā)電機(jī)外形尺寸估算1 主要尺寸估算（1） 極距：式中 發(fā)電機(jī)額定容量（10000KVA）；磁極對數(shù)（42）；系數(shù)，一般取為（8-10）。此處取8（2） 定子內(nèi)徑（3） 定子鐵芯長度式中 額定轉(zhuǎn)速（71.4r/min）C系數(shù)(410-6-6.510-6),此處取為410-6，故采用傘式發(fā)電機(jī)。 （4） 定子鐵芯外徑 (機(jī)座號)166.7rpm, 2 外形尺寸估算 （1）平面尺寸估算定子機(jī)座外徑 (136.4rpm)風(fēng)罩內(nèi)徑 (20000KVA)轉(zhuǎn)子外徑下機(jī)座最大跨度 (10000100000KVA)水輪機(jī)機(jī)坑直徑(6300)=6.3+0.6=6.9推力軸承外徑和勵磁機(jī)外徑查表3-7, =2000-2600,取為2000 =1400-1600,取為1400（2） 軸向尺寸計(jì)算定子機(jī)座高度 (88.2rpm)上機(jī)架高度 （傘式非承載機(jī)架）推力軸承高度,勵磁機(jī)高度, 副勵磁機(jī)高度和永磁機(jī)高度查表3-8,當(dāng)20000KVA時, =1000=1500-1800,此處取為1500,其中機(jī)架高500-700,此處取為500=600=500下機(jī)架高度 (傘式承載機(jī)架)定子支座支承面至下機(jī)座支承面或下?lián)躏L(fēng)板之間的距離=0.25=0.257060=1765（傘式承載機(jī)架）下機(jī)座支承面至主軸法蘭底面之間的距離轉(zhuǎn)子磁軛軸向高度(無風(fēng)扇)發(fā)電機(jī)主軸高度發(fā)電機(jī)總高度,即由主軸法蘭盤底面至發(fā)電機(jī)頂部的高度定子鐵芯水平中心線至主軸法蘭盤底面至發(fā)電機(jī)頂部的高度3 水輪發(fā)電機(jī)重量估算（1）發(fā)電機(jī)總重量式中 發(fā)電機(jī)總重量()；系數(shù),對懸式發(fā)電機(jī)取8-10,此處取為8。（2）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子重量一般可按發(fā)電機(jī)總重量的1/2估算（3）發(fā)電機(jī)飛輪力矩發(fā)電機(jī)外形尺寸如圖2-10所示： 圖2-10 發(fā)電機(jī)外表尺寸示意圖 （單位：米）第四節(jié) 起重設(shè)備水電站起重