水電站廠房設(shè)計.doc

水電站廠房設(shè)計 指導(dǎo)老師： 徐寅 一、任務(wù)書1、設(shè)計技術(shù)要求廠房課程設(shè)計重點是主廠房內(nèi)部主要設(shè)備和結(jié)構(gòu)的布置，以及輪廓尺寸的決定，設(shè)計圖應(yīng)符合工程圖紙的要求，說明書應(yīng)能說明設(shè)計內(nèi)容，文字通順，整潔2、工作內(nèi)容水電站廠房課程設(shè)計要求學(xué)生根據(jù)所給任務(wù)書，利用說給的資料，完成下列工作：用簡略的方法選擇廠房的主要和輔助設(shè)備進行廠區(qū)和廠房內(nèi)部布置，決定廠房的輪廓尺寸繪制設(shè)計圖紙和編寫設(shè)計說明書二、工程概況該水電站是一座以發(fā)電為主兼有防洪、灌溉、過木、供水等綜合效益的縣辦骨干電站。采用鋼筋混凝土堆石壩，最大壩高74m，壩址以上控制流域面積564k，占全流域面積的75.3%，多年平均流量為水庫總庫容為，屬多年調(diào)節(jié)。廠房為壩后式，安裝3臺8000KW機組，總裝機容量，保證出力5500KW，多年平均發(fā)電量，年利用小時3025h，在系統(tǒng)中（地方電網(wǎng)）擔(dān)任調(diào)峰、調(diào)相任務(wù)，并可對下游梯級進行調(diào)節(jié)，經(jīng)濟效益顯著。在樞紐布置上，為避免廠房、溢洪道、筏道的相互干擾，將岸坡式溢洪道布置在壩左岸的一鼻形山脊上，用鋼筋混凝土擋土墻與堆石壩銜接，出口消能采用挑流形式。過木干筏道布置在壩左岸的山坡上。隧洞布置在壩右岸的山體中，具有導(dǎo)流、發(fā)電引水和放空等多種功能，即施工期用隧洞導(dǎo)流，并在導(dǎo)流洞口上的山巖中另開一洞口，與隧洞相連成為“龍?zhí)ь^”形式，采用塔式進水口作為發(fā)電引水和放空隧洞的首部，水庫蓄水時將導(dǎo)流洞口封賭。隧洞直徑為5.2m。隧洞出口設(shè)有放空水庫用的閘門。在放空閘門上游另鑿發(fā)電引水岔洞，洞徑4.6m，然后以三根的鋼支管與機組相連。本工程規(guī)模屬大（2）型，樞紐為二等工程，電站廠房按3級建筑物設(shè)計。三、主要設(shè)備1、水輪機和發(fā)電機電站最大水頭Hmax=64.3m，加權(quán)平均水頭Hcp=59.63m，最小水頭Hmin=38.02m。按水頭范圍及裝機容量，套用3臺現(xiàn)有機組。水輪機的型號為HL220-LJ-140，單機額定出力為8333KW，該機組適用Hmax=65m，Hmin=38m，額定流量16.5m3/s，和電站水頭范圍比較匹配。發(fā)電機型號為SF8000-16/3300，單機額定出力8000KW（懸式），采用密封式通風(fēng)，可控硅勵磁。水輪機導(dǎo)葉b0為0.35m。水輪機帶軸長3.74m，發(fā)電機轉(zhuǎn)子帶軸長4.785m.。一臺機組在設(shè)計水頭、額定出力下運行的尾水位為100.1 m。2、調(diào)速器：選用 YDT-3500型電氣液壓式3、主閥：采用臥式液壓型搖擺式接力器雙平板偏心蝴蝶閥4、橋式起重機：本電站的最重部件為發(fā)電機轉(zhuǎn)子帶軸重37.5t，結(jié)合廠房布置要求。選用起重機跨度LK=12m，主副鉤最大起升高度分別為20m和22m，主鉤最高位置至軌頂距離為0.911m，小車高度2.723m。廠房屋頂結(jié)構(gòu)厚度為2.456 m。四、設(shè)計參考資料中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準（SL 266-2001）：水電站廠房設(shè)計規(guī)范中華人民共和國水利部 編中國水利水電出版社2001DLT5186-2004水力發(fā)電廠機電設(shè)計規(guī)范水力機械（第2版）金鐘元 編中國水利水電出版社1992水電站機電設(shè)計手冊：水力機械 水利電力出版社 1983水電站建筑物（第二版） 馬善定，汪如澤編水利水電出版社 1996水工設(shè)計手冊（第1版） 第七卷 水電站建筑物華東水利學(xué)院主編水利電力出版社 1989專門水工建筑物 - 張光斗，王光綸著 - 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 1999水電站廠房設(shè)計 顧鵬飛 水利電力出版社 1987小型水電站 陳坤，姚珍格，李柯君 著 水利電力出版社 1993水電站建筑物設(shè)計參考資料 張治濱 等編中國水利水電出版社 1997水電站教學(xué)參考資料匯編 江西省水利水電學(xué)校 崔清溪 主編水利電力出版社1992水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計指南 (第二版) - 胡明，沈長松主編 - 中國水利水電出版社 2010五、輔助設(shè)備1、 油系統(tǒng)，透平油系統(tǒng)，供應(yīng)機組軸承的潤滑和操作調(diào)速器接力器和進水閥用的壓力油；絕緣油系統(tǒng)，供應(yīng)各種電氣設(shè)備如變壓器，油斷路器用有，均屬于絕緣油系統(tǒng)。兩類油的事故排油由管道排往集水井，事故后再將集水井的油抽出來。由于電站距離縣城比較近，交通方便，故油化驗設(shè)備按簡化分析設(shè)置。2、 供水系統(tǒng)：技術(shù)供水，本電站水頭范圍為38.0264.32m，水質(zhì)符合要求，所以采用自供流的方式，取水口設(shè)在每臺機蝴蝶閥前，以保證自動投入，或切除。消防供水：全廠設(shè)以消防用水總管與技術(shù)供水總管連通。油庫，油處理室和變壓器上裝有消防噴霧頭，一般情況下，采用自流供水能滿足全廠消防對水壓的要求，但當(dāng)電站在最小水頭運行時，則水壓不足，故需另外加兩臺臥室水泵（一臺備用）從下游抽水送至消防總管，同時作為技術(shù)供水的備用水泵。3、 排水系統(tǒng)：分機組檢修排水，廠房滲漏排水和廠區(qū)排水三部分。a， 檢修排水，采用廊道間接排水方式，即檢修機組是，蝸殼和尾水管匯總的積水通過盤形閥的控制，先流經(jīng)廊道排往集水井，然后再由水泵抽排至尾水渠，集水井上共設(shè)兩臺檢修排水用井泵，兩臺水泵同時工作，待積水抽空后，再由一臺抽排閘門的漏水。b， 滲漏排水，與檢修排水公用一集水井，設(shè)一條深井泵，檢修排水泵可作為滲漏排水泵的備用水泵，滲漏排水泵的起動和切除有液位信號器根據(jù)集水井的水位變化控制，集水井的有效容積為40m3，可利用的廊道容積為58.7 m3。廠房沉陷，溫度縫的滲水，壩體滲水，機組頂蓋與主軸密封滲漏水，壓力鋼管伸縮節(jié)漏水等，經(jīng)廠內(nèi)排水溝，管引至集水井，然后再由滲漏排水泵抽排至尾水渠。c， 廠區(qū)排水，選用4臺單級雙吸臥式泵，廠區(qū)排水時4臺水泵逐臺起動，以減小廠用變壓器的壓降。廠區(qū)排水集水井的有效容積為94.13m3.4、 壓縮空氣系統(tǒng)：高壓氣系統(tǒng)選用1.5m3儲氣罐各一只，低壓機2臺（一臺備用），為確保制動用氣的可靠性，在制動用氣儲氣罐的進氣側(cè)裝有逆止閥，當(dāng)兩臺儲氣罐壓力不平衡時，只允許調(diào)相用儲氣罐的氣進入制動儲氣罐。風(fēng)動工具盒吹掃用氣均用調(diào)相供氣管引出。5、 直流系統(tǒng)：有一組鉛酸蓄電池兩套充電裝置組成，共全廠和事故情況下控制，保護，信號和自動裝置的直流電源。蓄電池按浮充電方式運行。6、 通風(fēng)，采光：本電站為地面式廠房，主廠房采用自然通風(fēng)方式，中控室，載波室裝設(shè)窗式空調(diào)器，蓄電池室，酸室裝設(shè)軸流風(fēng)機，通過管道將新產(chǎn)出的酸氣排至廠外。位于水輪機層副廠房中的母線道，也用軸流風(fēng)機通風(fēng)散熱。主機房采光用自然采光和人工照明相結(jié)合的方式。人工照明的正常電源是廠用電系統(tǒng)，當(dāng)用電系統(tǒng)事故時，則利用蓄電池室的直流電源供電。7、 尾水閘門：本電站三臺機組公用一扇4X2m平板滑動鋼閘門，由一臺5噸電動葫蘆啟動。六、廠區(qū)布置主廠房位于壩后河床右岸位置，安裝布置在同一岸與右岸進廠公路連接?？紤]充分利用廠壩之間的空間并有利于主廠房的通風(fēng)，采光等因素，將副廠房分為兩部分，一部分在主廠房的上游側(cè)，稱上游副廠房：另一部分在主廠房左端，稱端部副廠房。變電站布置在端部副廠房與溢洪道之間的一塊平地上，因溢洪道與變電站成一交角，故變電站為一不規(guī)則矩形，面積200m2。主變壓器靠近右端部副廠房布置。為方便主變引出線和進入安裝廠檢修，兩臺主變錯開布置，且變電站與安裝場同高程，并設(shè)有運輸軌道。進區(qū)變開率到引接線及搬運的方便，布置在端部副廠房靠下游側(cè)屋外處，并設(shè)置圍欄，以保證安全。35KV配電裝置如采用屋外型設(shè)備，則受場地限制，布置較困難，故采用屋內(nèi)型設(shè)備。根據(jù)進出線方向及總體布置要求，將35KV開關(guān)室布置在靠變電站下游側(cè)處，開關(guān)室面積7.8X19.8m2，設(shè)兩個出口，為方便維護，110KV開關(guān)站高壓設(shè)備均采用中型布置，110KV母線避雷針選用體積較小的氧化鋅避雷器，并安裝在構(gòu)架上。在戶外開關(guān)室下游側(cè)布置有廠區(qū)排水泵房。主廠房內(nèi)部布置1， 發(fā)電機層及安裝場發(fā)電機層與安裝場地面同高，布置有3臺發(fā)電機。在機組上虞側(cè)第二象限區(qū)布置YDT-3500型調(diào)速器，每臺機組各設(shè)6塊機房盤。布置在主機房上游側(cè)排架柱之間，盤背面距墻1m。機組中心吸納上游側(cè)布置蝴蝶閥吊孔（3.4X2.2m），機組中心線下游側(cè)還布置有設(shè)備吊物孔（2.5X2.5m），以吊運水輪機層下的其他較重設(shè)備。在發(fā)電機層左端布置有通往水輪機層的樓梯。在安裝場設(shè)有設(shè)備吊物孔（2.4X2.4m）和通往橋吊操作室的鋼樓梯，安裝場樓梯板上還設(shè)有轉(zhuǎn)子軸孔，軸孔下層設(shè)轉(zhuǎn)子墩，以便檢修時支承轉(zhuǎn)子用。2， 水輪機層在水輪機層上游側(cè)布置操作蝴蝶閥用的油壓裝置，蝴蝶閥控制柜和碟閥孔。在調(diào)速器下面水輪機層上布置有調(diào)速軸及其推拉桿。水輪機層下游側(cè)布置油，氣，水管道以及機組檢修排水用盤形閥和尾水管平壓操作閥門豎井。發(fā)電機主引出線布置在水輪機層上游側(cè)第二象限+y偏-x32.5o方向發(fā)電機風(fēng)罩上，中性點引出線布置在-x軸方向的風(fēng)罩上。在機墩旁水輪機層地面上還布置有復(fù)勵磁變壓器及其保護網(wǎng)。發(fā)電機出口電路互感器及中性點電路互感器布置在發(fā)電機機墩風(fēng)罩上。機墩進入孔布置在機墩下游側(cè)。水輪機層右端，安裝場下層，布置有油庫。油處理室和空氣壓縮裝置及樓梯間。本層還布置有通往發(fā)電機層及蝴蝶閥室層的樓梯。3， 蝸殼，尾水管層在蝴蝶閥室中布置有胡得閥及其伸縮節(jié)，蝴蝶閥接力器，漏油裝置等，尾水管進入孔通道也從蝴蝶閥室中進入。七、主廠房輪廓尺寸1， 主廠房個高程確定水輪機安裝高程：一般根據(jù)水輪機在各種工況下允許的吸出高度值和相應(yīng)的上游設(shè)計低水位，并考慮廠房位置的地形，地質(zhì)等條件，經(jīng)技術(shù)，經(jīng)濟比較后確定本電站一條機組在設(shè)計水頭，額定出力下運行的尾水位101.1m作為設(shè)計低水位，水輪機吸出高程按下式計算： Hg=10-900-KH式中：=100.1m，K=1.2，=0.128，Hp=58m，帶入數(shù)據(jù)的Hg=0.98（m）考慮到氣蝕系數(shù)不能完全反應(yīng)水輪機的氣蝕性能，以及根據(jù)水輪機廠家的建議，取Hg=0，即考慮一定的安全裕量因此水輪機的安裝高程為： 安=Z下設(shè)線+Hg+b02=100.10+0+12X0.35=100.275(m)另用其他不利工況下算得的安裝高程予以校核，上述安裝高程數(shù)值均滿足要求，廠房落座在巖基上。當(dāng)一臺機組滿發(fā)是，尾水管出口的淹沒深度為1.653m，滿足淹沒出流要求，2， 尾水管底板高程和廠房基礎(chǔ)開挖高程：本電站尾水管高度為3.685m，導(dǎo)葉高度bo=0.35m，取尾水管底板結(jié)構(gòu)厚度0.815m，則尾水管底板高程為： 100.275-12X0.35-3.685=94.4159（m）廠房基礎(chǔ)開挖高程為94.415-0.815=95.6（m）此外排水廊道底板高程為94.315m,集水井底板高程為91.50m。3， 蝴蝶閥室地面高程：進廠壓力鋼管中心高程為100.275m，鋼管直徑為2m，因尾水管進人孔從蝴蝶閥室進入，考慮通道要求及蝴蝶閥室開關(guān)器的安裝，取鋼管底部至蝴蝶閥室地面高度為2m，則蝴蝶閥室地面高程為：100.275-22-2=97.2754， 水輪機層地面高程：水輪機層地面高程=安裝高程100.375+蝸殼進口斷面半徑0.902+蝸殼上部混凝土高度0.7m=101.877m5， 發(fā)電機層地板高程和安裝場地面高程：發(fā)電機層的地板高程為107.255m，根據(jù)套用機組的具體尺寸推算得出的。發(fā)電機層與水輪機層的高差為5.378m，滿足水輪機層的設(shè)備布置和運行維護所需的空間。6， 電站50年一遇設(shè)計洪水位和200年一遇校核洪水位分別為109.80和110.86m，均高于發(fā)電機層地板高程，如發(fā)電機層布置在下游最高洪水位以上，則仍需從現(xiàn)有高程提高2.6m至3.6m。雖然不夠經(jīng)濟，最終決定仍采用107.255m，但在主機房下游最高洪水位一下設(shè)置防洪鋼窗，作為急防洪措施，并在廠房下游側(cè)建有混凝土墻，由于超過發(fā)電機層高程的洪水位率較小且歷時不長，這種措施還是可行的。安裝場地地板高程曾考慮略高于下游最高洪水位，而與發(fā)電機層不同高的布置方案，這樣雖有利于廠房區(qū)防洪和對外交通，但因廠房布置在河床中，原地面較低，所以將增加廠區(qū)的填石工程量，且該電站主機房的高度是由滿足主變檢修來控制的，這樣將增加廠房的高度，綜如上述，實際采用了安裝場與發(fā)電機層地板同高的布置方案。為確保洪水期安全運行，在廠外設(shè)置有防洪墻。尾水平臺高層與安裝場地板高程相同。7， 吊車軌頂高程：軌頂應(yīng)按吊運發(fā)電機轉(zhuǎn)子帶軸，水輪機轉(zhuǎn)輪帶軸以及主變?nèi)咚璧淖畲蟾叨瓤刂?。發(fā)嗲你家轉(zhuǎn)子帶軸廠4.785m，比水輪機轉(zhuǎn)輪帶軸3.74m要長，故先以吊運發(fā)電機轉(zhuǎn)子帶軸控制：從下游側(cè)吊運（上游布置機旁盤，調(diào)速器等），取轉(zhuǎn)子距地面安全距離為0.6m，吊索長1m,由吊車資料知吊鉤極限位置至軌頂距離為0.911m，則發(fā)電機層地面至吊車軌頂?shù)母叨葹椋?0.6+4.785+1.0+0.911=7.296（m）若從吊運主變考慮，要求吊鉤與發(fā)電機層地面的高度為7.4m，則發(fā)電機層地面至吊車軌頂?shù)母叨戎辽贋椋?7.4+0.911=8.311（m）本電站實際取用9m，故吊車軌頂高程為： 107.255+9=116.255（m）天花板高程和屋頂高程：小車頂部至軌頂?shù)母叨葹?.723m，小車頂部至天花板的安全距離取0.5m，則天花板高程為： 116.255+2.723+0.5=119.478（m）廠房屋頂結(jié)構(gòu)厚度為（包括大梁，屋面板，女兒墻）為2.356m，則屋頂女兒墻頂高程為： 119.478+2.456=121.934（m）8， 廠房總高度為121.934-95.6=26.234m。其中上不結(jié)構(gòu)高度121.934-107.255=14.679m。主機房凈高（算至吊頂）12.223m。主廠房長度1， 機組間距（機組段長度）：機組間距取決于蝸殼，尾水管或發(fā)電機平面尺寸與設(shè)備的布置。蝸殼最大寬度為5.5m，因2,3號機組間設(shè)有一溫度沉陷縫，故取蝸殼間混凝土厚度為2m，則由此所需機組間距為5.5+2=7.5m。尾水管出口官渡為3.836m，考慮分縫，取尾水渠閘墩厚3m，故有尾水管控制所需機組間距為3.836+3=6.836m。發(fā)電機風(fēng)道外徑為5.9m；機組間布置的YDT-3500調(diào)速機的平面尺寸為1.9X1.1m，取道寬1m，則所需距離約為9m。綜上所述：機組間距不應(yīng)小于9m，因2，3號機之間分了縫，且布置有并列排架柱，另外考慮到機墩之間電器設(shè)備的布置等，最終取機組之間距離為10m。2， 機邊組段長度：與安裝場相鄰的右邊機組段長度，按結(jié)構(gòu)和調(diào)速器布置需要取5.5m。與安裝場相對一端的左邊機組段布置有蝴蝶閥吊孔和樓梯等，因蝴蝶閥中心線與機組中心線的距離為2.1m，橋吊最大寬度為6.626m，若取橋吊緩沖器外端至墻的距離為0.5m,故按吊運蝴蝶閥要求，則左邊機組段長不應(yīng)小于3， 安裝場長度及廠房總長度：按檢修一臺機組在安裝場防止四大件考慮，長度為14.4m，相當(dāng)于機組段長度的1.44倍。沿長度方向共設(shè)兩條溫度沉陷縫，縫寬2cm，則主廠房凈長度為 2X10+5.5+6.5+14.4+2X0.02=46.42（m）再加安裝場一端的邊墻厚度0.4m（另一端為副廠房），則主廠房總長度為： 46.42+0.4=46.82（m）主廠房寬度1， 上游側(cè)寬度，是根據(jù)發(fā)電機房的設(shè)備布置決定的。取機旁盤距墻1m機旁盤寬0.55m，機旁盤距蝴蝶閥吊孔邊緣0.7m，蝴蝶閥吊孔尺寸2.2X3.3m(廠房寬度方向2.2m)，蝴蝶閥吊孔至機墩風(fēng)道外緣0.7m，機墩風(fēng)道外半徑2.95m，則主廠房上游側(cè)寬度為1+0.5+0.7+2.2+0.7+2.95=8.05（m），取8m。這一尺寸能滿足蝴蝶閥，伸縮節(jié)，蝸殼進人孔，旁通關(guān)和鋼管排水管等的布置要求。2， 主廠房下游側(cè)寬度：從滿足發(fā)電機層設(shè)備吊運和在水輪機層布置油，氣，水管道等需要，取下游側(cè)寬度為5.5m。這一寬度能滿足蝸殼結(jié)構(gòu)布置要求。采用吊車標(biāo)準跨度lk=12m，可保證需吊部分均在吊鉤的工作范圍內(nèi)。3， 主廠房寬度及廠房基礎(chǔ)寬度：主廠房凈寬為上下游側(cè)寬度之和即8+5.5+0.5=14.4m。取尾水平臺寬4.9m，上游副廠房與主廠房之間不舍溫度沉陷縫，上游副廠房基礎(chǔ)寬度為6.2m，則廠房基礎(chǔ)總寬度為： 6.2+14.4+4.9=25m副廠房布置1) 上游副廠房：分為兩層，第一層與水輪機層同高，上游側(cè)布置母線廊道，下游側(cè)布置電纜廊道和走廊。母線廊道的上游側(cè)布置1,2號機組引出線，下游側(cè)布置3好機組引出線，均設(shè)置保護網(wǎng)。安裝場下布置油庫，油處理室。油庫上游側(cè)布置有空壓機室及裝配件，第二層與發(fā)電機層同高，布置有發(fā)電機出口電源互感器柜，勵磁電壓互感器柜以及設(shè)置勵磁變壓器的單獨小賤，在安裝場上游側(cè)布置有工具間，高壓試驗室及樓梯間。2) 端部副廠房共分六層。第一層與水輪機層同高，即101.877m，布置母線電纜道和水泵房，第二層與發(fā)電機層同高即107.255m，布置6.3KV，10KV開關(guān)室，蓄電池室，廠用變壓器室，廠用配電裝置室和電纜豎井等。第三層至第六層，如圖所示。第三層高程為11.86m布置電纜室（中控室下層），油化驗室等,第四層高程為115.36m，布置中控室，值班休息室和交接班室，中控室布置有保護屏。直流屏，公用設(shè)備屏事故照明切換屏和水利監(jiān)測屏等。第五層高程為121.06m，布置載波通訊室，電工實驗室和儀表修理室等。第六層高程為124.96m，布置會議室，閱覽室，資料室及自動化實驗室等，第二層以上均設(shè)置樓梯間，廁所和洗手間。此外，35KV開關(guān)室布置在變電站中。八、主廠房結(jié)構(gòu)布置1， 上部結(jié)構(gòu)構(gòu)架，主機室布置三臺機組，在安裝場與1號機組間，2,3號機組間各設(shè)以溫度沉陷縫，將主廠房分為三個獨