水電站廠房的設(shè)計(jì)(畢業(yè)設(shè)計(jì)）

1、緒論水電站廠房是水電站主要建筑物之一，是將水能轉(zhuǎn)換為電能的綜合工程設(shè)施。廠房中安裝水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)和各種輔助設(shè)備。通過能量轉(zhuǎn)換，水輪發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能，經(jīng)變壓器、開關(guān)站等輸入電網(wǎng)送往用戶。所以說水電站廠房是水、機(jī)、電的綜合體，又是運(yùn)行人員進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng)的場(chǎng)所。其任務(wù)是滿足主、輔設(shè)備及其聯(lián)絡(luò)的線、纜和管道布置的要求與安裝、運(yùn)行、維修的需要；為運(yùn)行人員創(chuàng)造良好的工作條件；以美觀的建筑造型協(xié)調(diào)與美化自然環(huán)境。水電站廠區(qū)包括：（1）主廠房。布置著水電站的主要?jiǎng)恿υO(shè)備（水輪發(fā)電機(jī)組）和各種輔助設(shè)備的主機(jī)室（主機(jī)間），及組裝、檢修設(shè)備的裝配場(chǎng)（安裝間），是水電站廠房的主要組成部分。（2）副廠房。布置著控制設(shè)備、

2、電氣設(shè)備和輔助設(shè)備，是水電站的運(yùn)行、控制、監(jiān)視、通訊、試驗(yàn)、管理和運(yùn)行人員工作的房間。（3）主變壓器場(chǎng)。裝設(shè)主變壓器的地方。電能經(jīng)過主變壓器升高到規(guī)定的電壓后引到開關(guān)站。（4）開關(guān)站（戶外高壓配電裝置）。裝設(shè)高壓開關(guān)、高壓母線和保護(hù)措施等高壓電氣設(shè)備的場(chǎng)所，高壓輸電線由此將電能輸往用戶，要求占地面積較大。由于水電站的開發(fā)方式、樞紐布置、水頭、流量、裝機(jī)容量、水輪發(fā)電機(jī)組形式等因素，及水文、地質(zhì)、地形等條件的不同，加上政治、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)及國防等因素的影響，廠房的布置方式也各不相同，所以廠房的類型有各種不同的劃分，例如按機(jī)組工作特點(diǎn)可分為立式機(jī)組廠房、臥式機(jī)組廠房。根據(jù)廠房在水電站樞紐中的位置及其結(jié)

3、構(gòu)特征，水電站廠房可分為以下三種基本類型：1. 壩后式廠房。廠房位于攔河壩下游壩趾處，廠房與壩直接相連，發(fā)電用水直接穿過壩體引人廠房。 2. 河床式廠房。廠房位于河床中，本身也起擋水作用，如廣西西津水電站廠房。若廠房機(jī)組段內(nèi)還布置有泄水道，則成為泄水式廠房（或稱混合式廠房），。 3. 引水式廠房。廠房與壩不直接相接，發(fā)電用水由引水建筑物引人廠房。當(dāng)廠房設(shè)在河岸處時(shí)稱為引水式地面廠房。 水電站廠房是專門的水工建筑物,它具有一般水工建筑物的共性,故其設(shè)計(jì)有以下的特點(diǎn): （1）廠房內(nèi)安裝水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組和輔助設(shè)備,以及控制操作和進(jìn)行量測(cè)的設(shè)備,主要任務(wù)是發(fā)電,所以廠房設(shè)計(jì)必須保證機(jī)電設(shè)備的安全運(yùn)行和提

4、供良好的維護(hù)條件。 （2）水電站廠房是水工、機(jī)械和電機(jī)以及自動(dòng)控制、電子設(shè)備的綜合體,在設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行中,必須把幾個(gè)方面配合好,使綜合體優(yōu)化。 （3）水電站廠房設(shè)計(jì)應(yīng)力求緊湊和簡單,使建筑上美觀,運(yùn)行方便,而不求豪華。 （4）廠房內(nèi)運(yùn)行管理人員應(yīng)力求精簡,應(yīng)保證他們有良好工作條件和衛(wèi)生環(huán)境。 （5）水電站廠房多建在偏僻地區(qū),而機(jī)電設(shè)備一般既大又重,所以必須有較好的對(duì)外交通運(yùn)輸條件。 （6）設(shè)計(jì)水電站廠房時(shí),要根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡匦巍⒌刭|(zhì)和水文條件,既考慮安排好壓力輸水管的進(jìn)水和尾水管的出水條件,又要考慮到廠房與變壓器和開關(guān)站在布置上的配合要求。 由上述特點(diǎn)可見,水電站廠房設(shè)計(jì)是比較復(fù)雜的,其中最關(guān)鍵

5、的是要選擇好水輪發(fā)電機(jī)組,即要盡可能選用轉(zhuǎn)速高、尺寸小、重量輕的機(jī)組,因?yàn)閺S房尺寸和起重設(shè)備的規(guī)模等都是隨著機(jī)組的尺寸而定的。對(duì)于一般的地面式廠房,選擇合適的吸出高度也是非常重要的。而且,全廠的機(jī)組臺(tái)數(shù)不宜太多。總之,在設(shè)計(jì)中要做多個(gè)比較布置方案,進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)、運(yùn)行管理綜合比較,以選擇確定最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。第一章 水電站廠房的位置及形式選定第一節(jié) 水電站廠房的選擇 根據(jù)報(bào)告審查會(huì)決定采用鋼筋混凝土面板堆石壩為壩型，選中壩址建壩。左岸河岸式溢洪道，右岸長隧洞引水，在桐子營大橋以下420米處河道右側(cè)建岸邊廠房的樞紐總體布置方案。通過工程所在地區(qū)水文、地質(zhì)、地形、地貌構(gòu)造，初步擬定在桐子營大橋以下420

6、米處，靠近貢水河的右岸桔園處建設(shè)廠房，采用引水式廠房布置形式，通過有壓隧洞引水。選此處是因?yàn)樵摰貐^(qū)位于角礫巖、粉砂巖巖基上，地基比較好，地勢(shì)平坦、開闊，廠房容易布置，從而工程開挖量小，交通便利，可節(jié)省材料和費(fèi)用，便于工程的施工，另外，該地區(qū)靠近汞水河，從而比較容易泄水。第二節(jié) 廠房布置方岸的選定 方岸一：主廠房位于桔園平坦處，副廠房位于主廠房上游一側(cè)，升壓站緊接副廠房，尾水渠布置在主廠房下游，斜對(duì)河岸。這個(gè)方岸的優(yōu)點(diǎn)是（1）基礎(chǔ)開挖幾劈坡工程量小。（2）尾水出口與河道斜交，免受下泄洪水的頂托。（3）升壓站緊接副廠房，縮短了引出線的長度。 方岸二：副廠房位于主廠房的兩側(cè)，位于進(jìn)廠公路的一側(cè)，升壓

7、站位于主廠房的左側(cè)，尾水渠布置在主廠房的下游。這個(gè)方岸的優(yōu)點(diǎn)是（1）靠近公路，交通便利。（2）升壓站遠(yuǎn)離副廠房，延長了引出線的長度。 對(duì)于上述兩個(gè)方岸的比較，可以得出結(jié)論：方岸一，工程量小，主副廠房布置緊湊，廠區(qū)布置合理，雖有一些不足之處，但較方案二是利多弊少，故采用方案一。第二章 下部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與布置第一節(jié) 水輪機(jī)的計(jì)算一、水輪機(jī)型號(hào)及主要參數(shù)選擇： 1.水電站最大水頭=65.89m，設(shè)計(jì)水頭=50.4m，加權(quán)平均水頭=50.4m,最小水頭=35.7m，裝機(jī)容量為24mv，初步布置2臺(tái)機(jī)組，則單機(jī)容量為12mv。 2. 水輪機(jī)型號(hào)選擇根據(jù)該水電站的水頭變化范圍35.7m65.89m,在水輪機(jī)

8、系列型譜表3-4，查出合適的機(jī)型有hl230和hl220,現(xiàn)將這兩種水輪機(jī)作為初選方案，分別求出其有關(guān)系數(shù)，并進(jìn)行分析。水輪機(jī)hl230型水輪機(jī)方案的主要參數(shù)選擇 （1）轉(zhuǎn)輪直徑計(jì)算 查表3-6可得hl230型水輪機(jī)在限制工況下的單位流量=1110l/s=1.11/s,效率=85.2%，由此可初步假定原型水輪機(jī)在該工況下的單位流量=1.11/s,效率=86.0%，設(shè)=97%水輪機(jī)的額定出力 =12371kw,上述的、和=12371kw、=50.4m代入式 =1.85m 2.1選用與之接近而偏大的標(biāo)稱直徑=2.0m（2）轉(zhuǎn)速n的計(jì)算 查表3-4可得hl230水輪機(jī)在最有工況下單位轉(zhuǎn)速=71.0r

9、/min,初步假定=71.0r/min,將已知的和=50.4m，=2.0m代入式n=252.0r/min,選用與之接近而偏大的同步轉(zhuǎn)速n=300r/min. 2.23.效率及單位參數(shù)修正hl230型水輪機(jī)在 最優(yōu)工況下的模型最高效率為=90.7%，模型轉(zhuǎn)輪直徑為=0.404，根據(jù)式3-14 可得原型效率：=1-=1-=93.2% 2.3 則效率修正值為=93.2%-90.7%=2.5%. 考慮到模型與原型水輪機(jī)在 制造工藝質(zhì)量上的差異，常在已求得的值中再減去一個(gè)修正值。先取=1.7%，則可得效率修正值為=1.7%，由此可得原型水輪機(jī)在最優(yōu)工況和限制工況下的效率為 （與上述假定值相同）單位轉(zhuǎn)速的

10、修正值按下式計(jì)算： 2.4 則 =由于，按規(guī)定單位轉(zhuǎn)速可不加修正，同時(shí)單位流量也可不加修正。由上可見原假定的=86%、是正確的，那么上述計(jì)算及選用的結(jié)果，是正確的。4.工作范圍的檢驗(yàn) 在選定，后，水輪機(jī)的及各特征水頭相對(duì)應(yīng)的即可計(jì)算出來。水輪機(jī)在下工作時(shí)，其即為，故=1.0241.11/s 2.5則水輪機(jī)的最大引用流量為與特征水頭和相對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速為 2.6r/min在hl230型水輪機(jī)模型綜合特性曲線圖上分別繪出，的直線，這三根直線所圍成的水輪機(jī)工作范圍（圖中陰影部分）基本上包含了該特性曲線的高效率區(qū)，所以對(duì)于hl230型水輪機(jī)方案，所選定的參數(shù)，是合理的。5.吸出高度計(jì)算 由水輪機(jī)的設(shè)計(jì)工

11、況參數(shù)=84.52r/min,在圖上可查得相應(yīng)的氣蝕系數(shù)約為，并在圖2-26上查得氣蝕系數(shù)的修正值約為，由此可求出水輪機(jī)的吸出高度為： 2.7可見hl230型水輪機(jī)方案的吸出高度滿足電站要求。二、水輪機(jī)hl220型水輪機(jī)方案的主要參數(shù)選擇 1. 轉(zhuǎn)輪直徑的計(jì)算查水力機(jī)械可得hl220型水輪機(jī)在限制工況下的單位流量=1150l/s=1.15/s,效率=89.0%，由此可初步假定原型水輪機(jī)在該工況下的單位流量=1.15/s,效率=90.0%，設(shè)=97%水輪機(jī)的額定出力 =12371kw上述的、和=12371kw、=50.4m代入式 =選用與之接近而偏大的標(biāo)稱直徑=2.0m2. 轉(zhuǎn)速n的計(jì)算 水力機(jī)

12、械查表3-4可得hl220水輪機(jī)在最有工況下單位轉(zhuǎn)速=70.0r/min,初步假定=70.0r/min,將已知的和=50.4m，=2.0m代入式n=248.5r/min,選用與之接近而偏大的同步轉(zhuǎn)速n=250r/min.3. 效率及單位參數(shù)修正 可得hl230型水輪機(jī)在 最優(yōu)工況下的模型最高效率為=91.0%，模型轉(zhuǎn)輪直徑為=0.46，根據(jù)式3-14 可得原型效率=1-=1-=93.3%則效率修正值為=93.3%-91.0%=2.3%. 考慮到模型與原型水輪機(jī)在 制造工藝質(zhì)量上的差異，常在已求得的值中再減去一個(gè)修正值。先取=1.3%，則可得效率修正值為=1.0%，由此可得原型水輪機(jī)在最優(yōu)工況和

13、限制工況下的效率為 （與上述假定值相同）單位轉(zhuǎn)速的修正值按下式計(jì)算：則 =由于，按規(guī)定單位轉(zhuǎn)速可不加修正，同時(shí)單位流量也可不加修正。由上可見原假定的=90.0%、是正確的，那么上述計(jì)算及選用的結(jié)果，是正確的。4. 工作范圍的檢驗(yàn) 在選定，后，水輪機(jī)的及各特征水頭相對(duì)應(yīng)的即可計(jì)算出來。水輪機(jī)在下工作時(shí)，其即為，故=0.968mm,取 3.30因，取 3.31判斷大小偏心，因?yàn)閙mmm,所以按大偏心受壓構(gòu)件計(jì)算mm. 3.32對(duì)于級(jí)鋼筋查水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)得。3.33所以按最小配筋率計(jì)算，查附錄四表3知=.選用。 3.34 3.353.36選用在負(fù)向彎矩作用下，立柱外側(cè)受拉，所以必須通過配筋計(jì)算

14、來保證柱得外側(cè)受拉強(qiáng)度。已知m=-535.38kn.m,n=439.73kn, =2945(即正向彎矩時(shí)配置得)按上述同樣方法計(jì)算得知，按大偏心受壓構(gòu)件計(jì)算：選用2.截面-，因截-面得兩組內(nèi)力設(shè)計(jì)值均小于截面-兩組對(duì)應(yīng)內(nèi)力設(shè)計(jì)值，配筋時(shí)只需將截面-配置得鋼筋直通至截面-即可，不用作配筋計(jì)算。3.截面-，已知m=-111.77kn.m, n=262.50kn, b=h=500mm，取a=40mm，其余資料同截面-。上柱計(jì)算長度，所以需要考慮縱向彎曲得影響。求值;=426mmmm,取因，取判斷大小偏心，因?yàn)閙mmm,所以按大偏心受壓構(gòu)件計(jì)算mm.對(duì)于級(jí)鋼筋查水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)得。所以按最小配筋率

15、計(jì)算，查附錄四表3知=.選用。 選用在正向彎矩m=5.03kn.m及相應(yīng)軸力n=236.25kn作用下，經(jīng)計(jì)算承載力滿足要求。4.箍筋配置剪跨比，上柱，取下柱，取。因?yàn)?截面最大剪力v=-39.40kn,n=262.50kn -截面最大剪力v=7.82kn，n=773.26kn-截面最大剪力v=-58.08kn，n=439.73kn 所以按構(gòu)造配箍筋：根據(jù)規(guī)范柱中非加密區(qū)選用雙肢箍，加密區(qū)配置雙肢箍。所以，經(jīng)驗(yàn)算滿足箍筋最小配筋率得要求。為了防止中間縱向鋼筋得曲凸，還需添置附加箍筋。圖3-9 柱配筋圖總 結(jié)這次我所做的設(shè)計(jì)題目是水電站廠房設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)開始的第一周，從圖書館和老師那里得到了很多所需的參考資料，圖紙和規(guī)范。從第二周開始，進(jìn)行了廠房的位置選擇和型式擬定，根據(jù)老師給出的地質(zhì)、水文、氣象及地震等級(jí)資料并綜合考慮當(dāng)?shù)?、?jīng)濟(jì)條件和施工難度等因素,結(jié)合工程有關(guān)條件,選擇在桐子營大橋以下