某水電站廠房計(jì)算書

某水電站廠房計(jì)算書某水電站廠房計(jì)算書某水電站廠房計(jì)算書水電站廠房第一節(jié)幾種水頭的計(jì)算〔1〕Ｈｍax=Z蓄—Z單機(jī)滿出力時(shí)下游水位Hｒ=Z蓄—Z全機(jī)滿出力時(shí)下游水位Hmin=Z底—Z全機(jī)滿出力時(shí)下游水位一、Ｈmax的計(jì)算。1假設(shè)Hmax=8４m由公式Nｒ=ＫQH公式中Ｎr為單機(jī)出力50000ＫＷＫ為出力系數(shù)8.5H為凈水頭＝H0—ΔH=0.97H０〔ΔH=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２84mΔH＝0.03〔28４—19８.８〕=2．6ｍ又因?yàn)?8４—84—２.6=197.42重新假設(shè)Hｍａx=8３m由公式Nr=KQH解出Q=７0．8７m３/s查下游流量高程表得下游水位為19９.3m上游水位為２8４mΔＨ=0.０3〔284—19９.３〕=２．5ｍ又因?yàn)?8４—８３—２.5＝198.５故Hmax=8３ｍ二、Hｍin的計(jì)算。１假設(shè)Ｈmin＝６0m由公式Nr＝KＱH公式中Nr為全機(jī)出力200000ＫWK為出力系數(shù)8.5Ｈ為凈水頭=Ｈ0—ΔH=0.97H0〔ΔH＝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2６4mΔH=0．０3〔264—203.50〕=1.80ｍ又因?yàn)?6４—60—１.8０＝２02.20<20３.５02重新假設(shè)Hｍｉn=5９m由公式Nr=KQＨ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26４mΔH=0.０3〔２64—20３.58〕=1.77m又因?yàn)?64—５9—1．77＝２03.２3=20３．58故Hmiｎ=5９m三、Hｒ的計(jì)算。1假設(shè)Hr=7０m由公式Ｎr＝KQH公式中Ｎr為全機(jī)出力20０000KWK為出力系數(shù)8．5H為凈水頭=H0—ΔH=0.97H0〔ΔＨ＝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284mΔH＝0.0３〔284－20３．40〕=2.10m又因?yàn)?８4—７0—2．10=２11．9０>2０3.４02重新假設(shè)Hr=78m由公式Nr=KQH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284ｍΔH=0.03〔284－２0３.33〕＝2．３４ｍ又因?yàn)?84—78—2.34=20３.66=2０3．3３故Ｈr＝７8m第二節(jié)水輪機(jī)的選型〔7〕根據(jù)該電站的水頭范圍和該機(jī)組的出力范圍,在水輪機(jī)系列型譜表中查出該電站最好選擇HL2２0機(jī)型。〔未經(jīng)許可請勿轉(zhuǎn)載〕一、水輪機(jī)的額定出力計(jì)算。Nr＝Nｇr/?公式中Ngr為水輪機(jī)額定出力。?為水輪機(jī)效率為90％。Nｒ?yàn)樗啓C(jī)出力為554３0KW。故Ngｒ?yàn)?．543萬KW二、水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑的計(jì)算。為水輪機(jī)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(jī)在該工況下，效率由公式：得又因?yàn)檗D(zhuǎn)輪直徑應(yīng)選符合轉(zhuǎn)輪直徑系列并比計(jì)算值稍大的值故為２.75m。三、水輪機(jī)轉(zhuǎn)速ｎ的計(jì)算。初步假定〔對于壩后式水電站〕由公式又因?yàn)樗啓C(jī)的轉(zhuǎn)速要采用發(fā)電機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)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(jī)的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速。常選取稍大的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速作為水輪機(jī)采用的轉(zhuǎn)速。故為25０r/miｎ?！参唇?jīng)許可請勿轉(zhuǎn)載〕又因?yàn)楫?dāng)n＝250r/min時(shí)水輪機(jī)的效率比較低，故選取比標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速稍小的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速。故選取n=214r/ｍiｎ。四、效率與單位參數(shù)修正。HL２20-275０的求得原型〔當(dāng)水頭H〈1５0ｍ時(shí)〉效率修正值:考慮原型與模型水輪機(jī)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(jī)在最優(yōu)工況下的效率為:〔未經(jīng)許可請勿轉(zhuǎn)載〕與假定值不等，重新假定。重新假定：，效率得又因?yàn)檗D(zhuǎn)輪直徑應(yīng)選符合轉(zhuǎn)輪直徑系列并比計(jì)算值稍大的值故為2.75m。HL2２0-2750的求得原型〔當(dāng)水頭H〈１５０m時(shí)〉效率修正值：考慮原型與模型水輪機(jī)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(jī)在最優(yōu)工況下的效率為〔未經(jīng)許可請勿轉(zhuǎn)載〕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(shí)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＝2１４r/miｎ是正確的?！参唇?jīng)許可請勿轉(zhuǎn)載〕五、水輪機(jī)工作范圍的檢驗(yàn)。則水輪機(jī)最大引用流量：與特征水頭Ｈmax，Ｈｍiｎ,Ｈr相應(yīng)單位轉(zhuǎn)速為：效率驗(yàn)證如此圖:六、水輪機(jī)吸出高度Ｈｓ的計(jì)算。Hs=10—/９0０—〔σ+Δσ〕Ｈ公式中為電站的海拔高程為203.７９ｍ?！灿啥嗄昶骄髁浚?10０秒立方米〕σ為水輪機(jī)的汽蝕系數(shù)為0.13３。Δσ為水輪機(jī)的汽蝕系數(shù)修正值為0.０２。第三節(jié)發(fā)電機(jī)的選型發(fā)電機(jī)的外型尺寸。n=214r／min>15０r/ｍiｎ故采用懸式發(fā)電機(jī)。1主要尺寸估算⑴．極距：〔查表3—2得查〈水電站〉表5—8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/min>16６.7ｒ/min有２平面尺寸估算⑴定子機(jī)座外徑：因ｎ＝2１４r/ｍｉn>1６６.7r/min,有⑵風(fēng)罩內(nèi)徑:因⑶轉(zhuǎn)子外徑:⑷下機(jī)架最大跨度：因〔查表〕⑸推力軸承外徑和勵磁機(jī)外徑:根據(jù)發(fā)電機(jī)容量查表得：?。齿S向尺寸的計(jì)算⑴定子機(jī)座高度:因n＝２14r/miｎ⑵上機(jī)架高度:⑶推力軸承高度、勵磁機(jī)高度和永磁機(jī)高度：查表得：?、认聶C(jī)架高度：懸式非承載機(jī)架:⑸定子支座支承面至下機(jī)架支承面或下?lián)躏L(fēng)板之間的距離：懸式非承載機(jī)架：⑹下機(jī)架支承面至主軸法蘭盤之間的距離：⑺轉(zhuǎn)子磁軛軸向高度:無風(fēng)扇:⑻發(fā)電機(jī)主軸高度:⑼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(jī)的重量估算1發(fā)電機(jī)總重:2發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子重：3發(fā)電機(jī)飛輪力矩:因1０0r/min<n<３７5ｒ/min取輪機(jī)蝸殼外型尺寸的計(jì)算由于,因此采用金屬蝸殼。查資料得:蝸殼外緣至機(jī)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=1.4850.4×2．75=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(jìn)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(jì)算:∵水輪機(jī)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(jì)算采用標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)用兩個接力器操作選用額定油壓為４.0Mｐａ已經(jīng)知道導(dǎo)葉數(shù),采用標(biāo)準(zhǔn)正曲率導(dǎo)葉，查表6—4取為0.０３，∵=０.25。選用與之偏大的2接力器的最大行程的計(jì)算在HL220模型綜合特性曲線上由設(shè)計(jì)工況點(diǎn)：查得又則∴3接力器容積的計(jì)算兩個接力器總?cè)莘e4主配壓閥直徑的選擇由公式: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(jìn)水閥的用油，則油壓裝置壓力油罐的容積按經(jīng)驗(yàn)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(kuò)大單元接線,兩臺機(jī)組共用一臺主變,參考(水電站廠房設(shè)計(jì))附錄1—6，選用ＳSPＬ-10００0型主變〔未經(jīng)許可請勿轉(zhuǎn)載〕五、起重設(shè)備參考（機(jī)電設(shè)計(jì)手冊）:發(fā)電機(jī)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(jī)。第五節(jié)尾水管的選型由于采用HL220型，因此，所以:hLB5D４h4h6L１h52.6D14.5Ｄ12.７２D11.35D1１.3５D１0.675D11.８2D11.22Ｄ17.15m12．375m7．48m３．7125m3．７125m1．856m5．005ｍ3.３５５m肘管進(jìn)口直徑D３:對于混流式水輪機(jī),h1＝0.05577m，ｈ2=0.0697１m,h３=0.1ｍ，〔未經(jīng)許可請勿轉(zhuǎn)載〕第六節(jié)廠房尺寸的確定〔3〕一、機(jī)組段平面尺寸的確定。的確定。1主廠房長度的確定。〔1〕機(jī)組間距L1:由發(fā)電機(jī)風(fēng)罩確定的機(jī)組段長度Ｌ1：L１=Φ＋Ｂ+2δ=8．9２+4．2+２×1.5=14.１2〔ｍ〕所以取L１:為１4.2米。機(jī)組段長度Ｌ2:計(jì)算邊機(jī)組段長度的時(shí)候需要考慮設(shè)備的布置和吊運(yùn)的要求。由經(jīng)驗(yàn)公式得:L2＝Ｌ１+△L=１4．2+０.8×2.75=16．4〔m〕［式中△Ｌ=〔0.2－1〕D］]〔未經(jīng)許可請勿轉(zhuǎn)載〕裝間長度L3:根據(jù)吊運(yùn)與機(jī)組檢修等的布置要求，由經(jīng)驗(yàn)公式得Ｌ3=〔1-１.5〕L1所以?。蹋?為19米。所以廠房的總長為３L1＋L2＋L３=3×14．2＋16.4＋1９=7８米。２主廠房寬度的確定?！?〕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?！参唇?jīng)許可請勿轉(zhuǎn)載〕上游側(cè)寬度B2:Ｂ１主要決定于蝸殼進(jìn)口的布置、主閥、機(jī)組及其他附屬設(shè)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:8.3m?！参唇?jīng)許可請勿轉(zhuǎn)載〕〔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(jī)層地面的設(shè)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(jī)層地面的設(shè)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(jī)組各設(shè)一套閘門，分別以四臺電動活動式尾水閘門起閉機(jī)操作。在每臺機(jī)組的尾水閘墩上分別設(shè)置兩個尾水閘室,分別放置尾水閘門?！参唇?jīng)許可請勿轉(zhuǎn)載〕根據(jù)吊運(yùn)閘門和行人交通的需要，以及尾水管的長度，設(shè)置尾水平臺,高程與發(fā)電機(jī)層地面高程相同為：21０.23ｍ〔未經(jīng)許可請勿轉(zhuǎn)載〕三、主廠房控制高程的確定。１水輪機(jī)的安裝高程:∵∴∵因?yàn)橐慌_機(jī)組滿發(fā)時(shí)引用最小流量為７0.８7ｍ３/s,對應(yīng)的水位即為下游尾水位:∴水輪機(jī)安裝高程：取為20０m尾水管底板高程:▽1=▽3-b0÷2－h(huán)1=２０0-0.6875÷2-7.15=192.３87尾水管進(jìn)人孔地面高程:▽2=▽3－r１-h2=200－4．4－1.８=19３.68〔ｍ〕水輪機(jī)層地面高程：▽4=▽3＋ｒ２+h3=200+１.8４25+1.2=2０3〔m〕發(fā)電機(jī)定子安裝高程：▽D=▽4+h4＋h５=２03＋2+1=２０6〔m〕發(fā)電機(jī)層地面高程：▽5=▽Ｄ+ｈ6＝206＋４.23=210.23〔m〕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(jī)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〕〔未經(jīng)許可請勿轉(zhuǎn)載〕吊車軌頂高程：▽7=▽6＋hｍaｘ＋ｈ7＋c＋h８=215+7.88+0．２+0．8+1.895=225.７75〔m〕〔未經(jīng)許可請勿轉(zhuǎn)載〕所以取▽7為225．78米。屋頂大梁底部高程：▽8=▽7+△h+h9+ｈ１0=2２５.78+0.２+１.８+1.2=228.９8〔ｍ〕〔未經(jīng)許可請勿轉(zhuǎn)載〕所以取▽８為２2９米。廠房屋頂高程:以上高程都已經(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(jì)算荷載,廠房的整體穩(wěn)定分析按一個機(jī)組段進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算方法與混凝土重力壩的穩(wěn)定分析相同。通過計(jì)算確定廠房整體的抗滑穩(wěn)定性和地基上的應(yīng)力是否超過允許值，而且一般不允許出現(xiàn)拉應(yīng)力。由于廠房的寬度較大，一般不需要進(jìn)行廠房傾倒穩(wěn)定性的校核?！参唇?jīng)許可請勿轉(zhuǎn)載〕一、荷載計(jì)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〕×１４.２-０.5×〔3.35５+1.85625〕×７.3７×7．48-1.８5６25×5.005×7.48-〔9０÷３60〕×3．1４×３.7１22×7.48]=２4539.94KN〔未經(jīng)許可請勿轉(zhuǎn)載〕柱子自重:W２=０.8×1.2×34×6×24=4７00．1６KN尾水平臺混凝土自重：W1３=[〔１2.4－７．2〕×〔205．9２25-１92.387〕×1４．2－1×4×7．４８－7.4８13×〔２０5．9２２５－19２.３87〕×4]×2４=１８1３3.55KＮ〔未經(jīng)許可請勿轉(zhuǎn)載〕所以Ａ１=Ｗ1+W2+W3=47373．5ＫN〔b〕二期混凝土自重：A２蝸殼周圍混凝土自重：Ｗ4=[1３.０375×1３.２105×１４.２-3.１4×〔４．４2÷４〕×13．2105-〔２.752÷4〕×3.14×13.037５]×２4=52020.65KN〔未經(jīng)許可請勿轉(zhuǎn)載〕各層樓板自重：W5=１5.4×０.4×14．2×24×２=４198．６５6KN所以Ａ2＝W4+W5=５6219.3０6KN已安裝的機(jī)電設(shè)備重:Ａ3發(fā)電機(jī)總重：W6=３657ＫN水輪機(jī)總重：W7=2８4ＫN所以A3=Ｗ６+W７＝3９41ＫN上游水壓力:Ａ4A4=0.２５×3.14×5×5×9.81×5×5=48０8.1７5KN下游水壓力：A5Ａ5=0.５×10×2３.4５×23.45×14.２＝390４3.０775KN上浮力：Ａ6A6=［〔23.45+70．３４〕×3×0.５+９56.76］×１4.2=24074.96４KN〔未經(jīng)許可請勿轉(zhuǎn)載〕蝸殼和尾水管中水重：Ａ７A7＝〔2．75×2.75÷4〕×3.1４×3．14×〔5.72－2.7５〕×2×１0=1１１8.45KN〔未經(jīng)許可請勿轉(zhuǎn)載〕特殊風(fēng)荷載：A８P=K·Kz·W0=0.8×1.0×76．8=61.４4kg/ｍ２Ａ8=14.2×〔22９.975－2１8.4５〕×61．4４=10054.96Ｎ=10.０５496KN〔未經(jīng)許可請勿轉(zhuǎn)載〕浪壓力荷載:A9A９=7９.８７KN地震慣性力：A１0A10=Ｋh·Cz·F·Ｗ＝０.1×0．2５×1.１×10753３.806＝29５7.18KN〔未經(jīng)許可請勿轉(zhuǎn)載〕地震時(shí)水的激蕩力:A11A11=0.65Ｋh·Cz·γ0·H１2·L=0．65×0.1×0.２5×１0×23.４5２×14．2＝1268.９KＮ〔未經(jīng)許可請勿轉(zhuǎn)載〕二、荷載組合。在計(jì)算設(shè)計(jì)中應(yīng)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(yīng)力分布?！参唇?jīng)許可請勿轉(zhuǎn)載〕在水電站正常運(yùn)轉(zhuǎn)情況時(shí)的荷載組合為：在水電站機(jī)組檢修的情況時(shí)的荷載組合為：在大壩宣泄洪水時(shí)的非常情況時(shí),泄洪時(shí)間較短，特殊風(fēng)荷載可以不考慮,其荷載組合為：四、計(jì)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(jìn)行分析和論證,找出主要控制情況進(jìn)行計(jì)算。該廠房是建在比較好的地基上的，地基的承載力較好，計(jì)算1種情況后發(fā)現(xiàn)所要求的地基應(yīng)力比地基承載力小得多時(shí)，亦可以不必對每一種情況都進(jìn)行計(jì)算?！参唇?jīng)許可請勿轉(zhuǎn)載〕五、該電站的地基承載能力及廠房抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。由于廠房建在新鮮完整的堅(jiān)硬巖石地基上，允許的承載力較大為:２-１0ＭP廠房抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)查資料如下：〔一級建筑物等級〕正常運(yùn)行工況下：K=1．4檢修工況下:Ｋ=1.3非常工況下:K=1.1六、廠房的抗剪斷強(qiáng)度驗(yàn)算：所以滿足要求。七、廠房抗浮穩(wěn)定驗(yàn)算:所以滿足要求。八、廠房的抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算:1正常運(yùn)轉(zhuǎn)工況下:所以故滿足要求。檢修工況下:所以故滿足要求。非常工況下:所以故滿足要求。參考文獻(xiàn)〔1〕索麗生任旭