水電站設計計算書

1、水電站廠房第一節(jié) 幾種水頭的計算(1)Hmax=Z蓄Z單機滿出力時下游水位Hr= Z蓄Z全機滿出力時下游水位Hmin=Z底Z全機滿出力時下游水位一、Hmax的計算。1 假設Hmax=84m 由公式Nr=K Q H 公式中 Nr為單機出力50000KW K 為出力系數(shù)8.5 H 為凈水頭=H0H=0.97H0 (H=0.03H0) Q 為該出力下的流量。 故解出Q=70.028m3/s查下游流量高程表得下游水位為198.8m 上游水位為284m H=0.03 (284198.8)=2.6m又因為284842.6= 197.4 2 重新假設Hmax=83m由公式Nr=K Q H解出Q=70.87m

2、3/s查下游流量高程表得下游水位為199.3m 上游水位為284m H=0.03 (284199.3)=2.5m又因為284832.5=198.5 故Hmax=83m二、Hmin的計算。1 假設Hmin=60m 由公式Nr=K Q H 公式中 Nr為全機出力200000KW K 為出力系數(shù)8.5 H 為凈水頭=H0H=0.97H0 (H=0.03Ho) Q 為該出力下的流量。 故解出Q=392.16m3/s查下游流量高程表得下游水位為203.50m 上游水位為264m H=0.03 (264203.50)=1.80m又因為264601.80=202.20< 203.50 2 重新假設Hm

3、in=59m由公式Nr=K Q H解出Q=398.80m3/s查下游流量高程表得下游水位為203.58m 上游水位為264m H=0.03 (264203.58)=1.77m又因為264591.77=203.23 = 203.58故Hmin=59m三、Hr的計算。1 假設Hr=70m 由公式Nr=K Q H 公式中 Nr為全機出力200000KW K 為出力系數(shù)8.5 H 為凈水頭=H0H=0.97H0 (H=0.03Ho) Q 為該出力下的流量。 故解出Q=336.13m3/s查下游流量高程表得下游水位為203.40m 上游水位為284m H=0.03 (284203.40)=2.10m又因

4、為284702.10=211.90 > 203.40 2 重新假設Hr=78m由公式Nr=K Q H解出Q=301.66m3/s查下游流量高程表得下游水位為203.33m 上游水位為284m H=0.03 (284203.33)=2.34m又因為284782.34=203.66 = 203.33故Hr=78m第二節(jié) 水輪機的選型(7)根據(jù)該電站的水頭范圍和該機組的出力范圍，在水輪機系列型譜表中查出該電站最好選擇HL220機型。一、水輪機的額定出力計算。Nr = Ngr / 公式中Ngr為水輪機額定出力。 為水輪機效率為90%。Nr 為水輪機出力為55430KW。 故Ngr為5.543萬K

5、W二、水輪機轉(zhuǎn)輪直徑的計算。 為水輪機模型效率為89%。 為該出力下模型的流量。由此初步假定原型水輪機在該工況下 ,效率 由公式： 得 又因為轉(zhuǎn)輪直徑應選符合轉(zhuǎn)輪直徑系列并比計算值稍大的值故為2.75m。三、水輪機轉(zhuǎn)速n的計算。 初步假定 （對于壩后式水電站）由公式 又因為水輪機的轉(zhuǎn)速要采用發(fā)電機的標準轉(zhuǎn)速，為此要選取與上述公式得出的轉(zhuǎn)速相近的發(fā)電機的標準轉(zhuǎn)速。常選取稍大的標準轉(zhuǎn)速作為水輪機采用的轉(zhuǎn)速。故為250 r/min。又因為當n = 250 r/min 時水輪機的效率比較低，故選取比標準轉(zhuǎn)速稍小的標準轉(zhuǎn)速。故選取n = 214 r/min。四、效率與單位參數(shù)修正。HL220-2750的

6、 求得原型（當水頭H150m時效率修正值：考慮原型與模型水輪機在制造工藝、質(zhì)量上的差異，在已求得的值中減去一個修正值則由此原型水輪機在最優(yōu)工況下的效率為: 與假定值不等，重新假定。 重新假定： ,效率 得 又因為轉(zhuǎn)輪直徑應選符合轉(zhuǎn)輪直徑系列并比計算值稍大的值故為2.75m。 HL220-2750的 求得原型（當水頭H150m時效率修正值：考慮原型與模型水輪機在制造工藝、質(zhì)量上的差異，在已求得的值中減去一個修正值則由此原型水輪機在最優(yōu)工況下的效率為 與假定值相等。 單位轉(zhuǎn)速修正值： 由于 按規(guī)定單位轉(zhuǎn)速可不加修正，同時單位流量Q也可不修正，由上可見，原假定，正確，所以為2.75m和n = 214

7、 r/min是正確的。五、水輪機工作范圍的檢驗。則水輪機最大引用流量：與特征水頭Hmax，Hmin,Hr相應單位轉(zhuǎn)速為：效率驗證如圖： 六、水輪機吸出高度Hs的計算。Hs = 10/900（ +）H公式中為電站的海拔高程為203.79m。（由多年平均流量Q=100秒立方米） 為水輪機的汽蝕系數(shù)為0.133。 為水輪機的汽蝕系數(shù)修正值為0.02。第三節(jié) 發(fā)電機的選型一、 發(fā)電機的外型尺寸。n=214r/min>150r/min 故采用懸式發(fā)電機。1 主要尺寸估算極距： （查表32得 查水電站表58得p=14）(2).定子內(nèi)徑：（3）.定子鐵芯長度：（4）.定子鐵芯外徑：因n=214r/mi

8、n>166.7r/min有2 平面尺寸估算定子機座外徑：因n=214r/min>166.7r/min，有風罩內(nèi)徑：因 轉(zhuǎn)子外徑：下機架最大跨度：因 （查表 ）推力軸承外徑和勵磁機外徑：根據(jù)發(fā)電機容量查表得：取3 軸向尺寸的計算定子機座高度：因n=214r/min 上機架高度：推力軸承高度、勵磁機高度和永磁機高度：查表得： 取下機架高度：懸式非承載機架：定子支座支承面至下機架支承面或下?lián)躏L板之間的距離：懸式非承載機架：下機架支承面至主軸法蘭盤之間的距離：轉(zhuǎn)子磁軛軸向高度：無風扇：發(fā)電機主軸高度：定子鐵芯水平中心線至主軸法蘭底盤之間的距離：二、發(fā)電機的重量估算1 發(fā)電機總重：2 發(fā)電機

9、轉(zhuǎn)子重：3 發(fā)電機飛輪力矩：因100r/min<n<375r/min 取二、 輪機蝸殼外型尺寸的計算由于，因此采用金屬蝸殼。查資料得：蝸殼外緣至機組中心的距離2.08×2.75=5.721.86×2.75=5.1151.58×2.75=4.3451.24×2.75=3.41蝸殼圓斷面半徑0.64×2.75=1.760.54×2.75=1.4850.4×2.75=1.10.34×2.75=0.935蝸殼橢圓斷面長半徑0.64×2.75=1.760.54×2.75=1.4850.4

10、15;2.75=1.10.34×2.75=0.935蝸殼橢圓斷面短半徑-0.2×2.75=0.55蝸殼進口直徑：（查表得）蝸殼斷面長：蝸殼斷面高：金屬蝸殼座環(huán)尺寸：查表得：第四節(jié) 調(diào)速系統(tǒng)(7)一、調(diào)速器的選擇調(diào)速功計算： 水輪機在該工況的效率 屬于大型調(diào)速器。二、接力器選擇1 接力器直徑的計算采用標準導水機構用兩個接力器操作選用額定油壓為4.0Mpa 已知導葉數(shù) ，采用標準正曲率導葉，查表64取為0.03，=0.25。選用與之偏大的2 接力器的最大行程的計算在HL220模型綜合特性曲線上由設計工況點： 查得 又 則3 接力器容積的計算兩個接力器總?cè)莘e4 主配壓閥直徑的選擇

11、由公式：得取與之偏大的d=80mm即選用DT-80型電氣液壓式調(diào)速器。三、油壓裝置的選取油壓裝置不考慮空放閥和進水閥的用油，則油壓裝置壓力油罐的容積按經(jīng)驗公式：選擇與之接近偏大的HYZ-1.6型分離式油壓裝置。四、主變的選取采用擴大單元接線，兩臺機組共用一臺主變，參考水電站廠房設計附錄16，選用SSPL-10000型主變五、起重設備參考機電設計手冊：發(fā)電機轉(zhuǎn)子重量：182.85T 乘以動力系數(shù)1.2：182.85×1.2=219.42T選用2×125雙小車橋式起重機。第五節(jié) 尾水管的選型由于采用HL220型，因此，所以：hLB5D4h4h6L1h52.6D14.5D12.7

12、2D11.35D11.35D10.675D11.82D11.22D17.15m12.375m7.48m3.7125m3.7125m1.856m5.005m3.355m肘管進口直徑D3： 對于混流式水輪機，h1=0.05577m，h2=0.06971m，h3=0.1m，第六節(jié) 廠房尺寸的確定(3) 一、機組段平面尺寸的確定。的確定。1 主廠房長度的確定。（1）機組間距L1:由發(fā)電機風罩確定的機組段長度L1:L1=+B+2=8.92+4.2+2×1.5=14.12(m)所以取L1:為14.2米。（2） 機組段長度L2:計算邊機組段長度的時候需要考慮設備的布置和吊運的要求。由經(jīng)驗公式得：L

13、2= L1+L=14.2+0.8×2.75=16.4(m) 式中L=(0.2-1)D（3） 裝間長度L3:根據(jù)吊運與機組檢修等的布置要求，由經(jīng)驗公式得L3=（1-1.5）L1所以取L3:為19米。所以廠房的總長為3 L1+ L2+ L3=3×14.2+16.4+19=78米。2 主廠房寬度的確定。（1） 廠房水下部分寬度的確定: 下游側(cè)寬度B1: B1主要決定于下游尾水管的尺寸，故B1=4.5×D1=12.375m。取B1:為12.4m。 上游側(cè)寬度B2: B1主要決定于蝸殼進口的布置、主閥、機組及其他附屬設備的布置，為了方便取與廠房水上部分上游側(cè)的寬度相同為：8

14、.3m。（2） 廠房水上部分寬度的確定: 下游側(cè)寬度B1:B1主要決定于發(fā)電機層地面的設備的布置及交通要求。B1=8.92÷2+1.5+1.2=7.16m。取B1為7.2m。 上游側(cè)寬度B2:B2主要決定于發(fā)電機層地面的設備的布置及交通要求。B2=8.92÷2+1.5+1+1.2=8.16m。取B1為8.3m。二、尾水平臺及尾水閘室的布置。 尾水管的出口分為兩個孔，每孔的尺寸為3.29m×3.34m，中間隔墩寬為0.9m。尾水閘門尺寸為3.49m×3.54m，每臺機組各設一套閘門，分別以四臺電動活動式尾水閘門起閉機操作。在每臺機組的尾水閘墩上分別設置兩個

15、尾水閘室，分別放置尾水閘門。 根據(jù)吊運閘門和行人交通的需要，以及尾水管的長度，設置尾水平臺，高程與發(fā)電機層地面高程相同為：210.23m三、主廠房控制高程的確定。1 水輪機的安裝高程：因為一臺機組滿發(fā)時引用最小流量為70.87m3/s,對應的水位即為下游尾水位：水輪機安裝高程：取為200m2 尾水管底板高程： 1=3b0÷2h1=2000.6875÷27.15=192.3873 尾水管進人孔地面高程： 2=3r1h2=2004.41.8=193.68(m)4 水輪機層地面高程： 4=3+r2+h3=200+1.8425+1.2=203(m)5 發(fā)電機定子安裝高程： D=4+

16、h4+h5=203+2+1=206(m)6 發(fā)電機層地面高程： 5=D+ h6=206+4.23=210.23(m)7 安裝間地面高程：根據(jù)下游洪水資料及廠房的施工等需要將安裝間高程相對發(fā)電機地面高程抬高H為4.77。所以安裝間高程為6=5+H=210.23+4.77=215(m)8 吊車軌頂高程： 7=6+ hmax+ h7+c+ h8=215+7.88+0.2+0.8+1.895=225.775(m) 所以取7為225.78米。9 屋頂大梁底部高程： 8=7+h+ h9+ h10 =225.78+0.2+1.8+1.2=228.98(m) 所以取8為229米。10 廠房屋頂高程：以上高程都

17、已經(jīng)確定所以廠房屋頂高程可取為230米。第七節(jié) 廠房的整體穩(wěn)定分析(2)為了便于計算荷載，廠房的整體穩(wěn)定分析按一個機組段進行計算，其計算方法與混凝土重力壩的穩(wěn)定分析相同。通過計算確定廠房整體的抗滑穩(wěn)定性和地基上的應力是否超過允許值，而且一般不允許出現(xiàn)拉應力。由于廠房的寬度較大，一般不需要進行廠房傾倒穩(wěn)定性的校核。一、荷載計算。1 廠房自重：(a)一期混凝土自重：A1 尾水管周圍混凝土自重：W1=(12.375+8.2)×(3.712+3.387)×14.20.5×(3.355+1.85625)×7.37×7.481.85625×5.0

18、05×7.48(90÷360)×3.14×3.7122×7.48=24539.94KN 柱子自重： W2=0.8×1.2×34×6×24=4700.16KN 尾水平臺混凝土自重：W13=(12.47.2)×(205.9225192.387)×14.21×4×7.487.4813×(205.9225192.387)×4×24=18133.55KN 所以A1= W1+ W2+ W3=47373.5KN(b)二期混凝土自重：A2蝸殼周圍混凝土

19、自重：W4=13.0375×13.2105×14.23.14×(4.42÷4)×13.2105(2.752÷4)×3.14×13.0375×24=52020.65KN各層樓板自重：W5=15.4×0.4×14.2×24×2=4198.656KN所以A2= W4+ W5=56219.306KN2 已安裝的機電設備重：A3 發(fā)電機總重：W6=3657KN水輪機總重：W7=284KN所以A3= W6+ W7=3941KN3 上游水壓力：A4 A4=0.25×3.

20、14×5×5×9.81×5×5=4808.175KN4 下游水壓力：A5 A5=0.5×10×23.45×23.45×14.2=39043.0775KN5 上浮力：A6 A6=(23.45+70.34)×3×0.5+956.76×14.2=24074.964KN 6 蝸殼和尾水管中水重：A7 A7=(2.75×2.75÷4)×3.14×3.14×(5.722.75)×2×10=1118.45KN 7 特殊風

21、荷載：A8P=K·Kz·W0=0.8×1.0×76.8=61.44kg/m2A8=14.2×(229.975218.45)×61.44=10054.96N=10.05496KN8 浪壓力荷載：A9 A9=79.87KN9 地震慣性力：A10 A10=Kh·Cz·F·W=0.1×0.25×1.1×107533.806=2957.18KN10 地震時水的激蕩力：A11 A11=0.65Kh·Cz·0·H12·L=0.65×0.1×0.25×10×23.452×14.2=1268.9KN 二、荷載組合。 在計算設計中應該對各種不同的工作情況，按照不同的荷載組合校核廠房的抗滑穩(wěn)定性和地基應力分布。1 在水電站正常運轉(zhuǎn)情況時的荷載組合為：2 在水電站機組檢修的情況時的荷載組合為： 3 在大壩宣泄洪水時的非常情況時，泄洪時間較短，特殊風荷載可以不考慮，其荷載組合為： 四、計算方法與原則。 在上面可能發(fā)生的幾種荷載組合中，要要首先進行分析和論證，找出主要控制情況進行計算。該廠房是建在比較好的地基上的，地基的承載力較好，計算1種情況后發(fā)現(xiàn)所