課程設(shè)計計算書

§1繪制蝸殼單線圖一、蝸殼的型式:由水輪機(jī)的型式為HL220—LJ—120,可知本水電站采用金屬蝸殼。二、蝸殼主要參數(shù)的選擇(參考《水力機(jī)械》第二版，水利水電出版社)斷面形狀采用圓形斷面為了良好的水力性能一般蝸殼的包角取中=345。0計算Q:maxN=N=6300=6632KW(門一發(fā)電機(jī)效率，0.95?0.98，此處取0.95)r門0.95 ff查附表1得:單位流量Q'=1.15m3/S1則Q=Q；巧2河=1.15x1.22xV625=13.09m3/s則可求得蝸殼進(jìn)口斷面流量：Q=J中c36000345。Q=——x13.09=12.54m3/s,c360。蝸殼進(jìn)口斷面平均流速匕由圖4—30查得，U=6.7m/s由于水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑小于1800mm,則座環(huán)尺寸D=(1.55~1.64)D] 氣=(1.33~1.37)Q取D=1.6七=1920mm D^=1.35D^=1620mm則r=960mmr=810mm其中D一座環(huán)內(nèi)徑；D一座環(huán)外徑；r一座環(huán)內(nèi)半徑；r一座環(huán)外半徑。b a b a座環(huán)示意圖如下圖所示三、蝸殼的水力計算1、對于蝸殼進(jìn)口斷面斷面面積斷面的半徑2、座環(huán)尺寸（mm）Q中13.09三、蝸殼的水力計算1、對于蝸殼進(jìn)口斷面斷面面積斷面的半徑2、座環(huán)尺寸（mm）Q中13.09x345?！猰ax0 =1.87m2360OV 360°x6.7pmax三=M虹

兀弋360。兀Vc-13.09x345。=' =5.17m\'360°x兀x6.7從軸中心線到蝸殼外緣的半徑：Rmax=r.+2p =0.96+2x5.17=11.3m對于中間任一斷面:設(shè)氣為從蝸殼鼻端起算至計算面i處的包角，則該計算斷面處的最Q最Qmax，imax360oV兀c其中：Qmax=13.09m3/s,V=6.7m/s,r-960mm其中：Qmax七(O)?Q=亦Qmax(m3/S)F(m2)P—] max~~i—(m)i V360okVcR-r+2p,(m)00000.960150.5450.0810.1611.282301.0910.1630.2281.415451.6360.2440.2791.518

602.1820.3260.3221.604752.7270.4070.3601.680903.2730.4880.3941.7491053.8180.5700.4261.8121204.3630.6510.4551.8711354.9090.7330.4831.9261505.4540.8140.5091.9781656.0000.8950.5342.0281806.5450.9770.5582.0761957.0901.0580.5812.1212107.6361.1400.6022.1652258.1811.2210.6242.2072408.7271.3020.6442.2482559.2721.3840.6642.2882709.8181.4650.6832.32628510.3631.5470.7022.36430010.9081.6280.7202.40031511.4541.7100.7382.43633011.9991.7910.7552.47034512.5451.8720.7722.504根據(jù)計算結(jié)果表1—1,畫蝸殼單線圖，如下圖所示，§2尾水管單線圖的繪制根據(jù)已知的資料，得此水電站尾水管對應(yīng)的尺寸如下：(單位：m)型式D1hLB5D4h4h6L1h5參數(shù)12.64.52.7201.351.350.6751.821.22尺寸1.23.125.43.2641.621.620.812.1841.464為了減少尾水管的開挖深度，采用彎肘形尾水管，由進(jìn)口直錐段、肘管和出口擴(kuò)散段三部。1、進(jìn)口直錐段直錐圓管高度h3=h-h1-h4=3.12-0.217-1.62=1.28m進(jìn)口錐管上下直徑：D=1.26mD=1.62m3 42、 肘管:肘管是一90o變截面彎管，其進(jìn)口為圓斷面，出口為矩形斷面。水流在肘管中由于轉(zhuǎn)彎受到離心力的作用，使得壓力和流速的分布很不均勻，而在轉(zhuǎn)彎后流向水平段時又形成了擴(kuò)散，因而在肘管中產(chǎn)生了較大的水力損失。一般推薦使用的合理半徑R=(0.6~1.0)D4，外壁R6用上限，內(nèi)壁R7用下限。R6=1.0xD4=1.62m R7=0.6xD4=0.972m3、 出口擴(kuò)散段:a取12。，長R=L-L=5.4-2.184=3.216m尾水管單線圖如下圖所示：

§3擬定轉(zhuǎn)輪流道尺寸根據(jù)《水電站機(jī)電設(shè)計手冊》——水力機(jī)械分冊，已知D1'=1.0m時，HL220型的尺寸可以D]=1.2m時的轉(zhuǎn)輪流道尺寸，如圖：*1.128 *1.128 §4廠房起重設(shè)備的設(shè)計水電站廠房內(nèi)橋式起重機(jī)的容量大小通常取決于起吊最重件（發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子帶軸重）的重量，其跨度決定于橋式起重機(jī)標(biāo)準(zhǔn)系列尺寸，起重機(jī)臺數(shù)取決于機(jī)組臺數(shù)的多少，大小和機(jī)組安裝檢修方式。發(fā)電機(jī)的型號是SF630-12/2600，額定電壓為6300千伏，磁極對數(shù)為6。發(fā)電機(jī)的極距Tc'6300發(fā)電機(jī)的極距T=9x/ =43.08cm42x6其中，Sf一發(fā)電機(jī)的額定容量;

P--磁極對數(shù);Kf一系數(shù)，一般為8~10，這里取9。定子內(nèi)徑D=2^=竺x43.08=164.64cmi兀3.14定子鐵芯長度l=—f 63°° =154.95cmiCD2n3x10-6x164.642x500ie其中，C--系數(shù)，取3x10-6；n一額定轉(zhuǎn)數(shù)。D_ 164.64l~n~~D_ 164.64l~n~~154.95x500=0.002<0.035，造型采用懸式。發(fā)電機(jī)總重量G=K（七）2/3=9x（竺0）2/3W48.7tf1n 5009式中：Sf——發(fā)電機(jī)額定容量；n9——額定轉(zhuǎn)速；K1——系數(shù)，對懸式發(fā)電機(jī)取8—10；對傘式發(fā)電機(jī)取7—9；對水內(nèi)冷式發(fā)電機(jī)取6—7。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子重量按總重量一半估算即Gf/2=24.35t〈100t，并且機(jī)組臺數(shù)為3臺，所以選擇一臺單小車橋式起重機(jī)，型號為100T/20T。其具體數(shù)據(jù)如下：取跨度：L=16m； 起重機(jī)最大輪壓：35.9T；起重機(jī)總重：77.3T； 小車軌距：Lt=4400mm；小車輪距：Kt=2900mm； 大車輪距；K=6250mm；大梁底面至軌道面距離：F=130mm；起重機(jī)最大寬度：B=8616mm；軌道中心至起重機(jī)外端距離：B]=400mm；軌道中心至起重機(jī)頂端距離：H=3692mm；主鉤至軌面距離：h=1474mm；吊鉤至軌道中心距離（主）：L=2655mm,L=1900mm；副吊鉤至軌道中心距離：L3=1300mm,L4=2355mm；軌道型號：QU100。§5廠房輪廓尺寸主要參考《水電站機(jī)電設(shè)計手冊》一一水力機(jī)械分冊和《水電站廠房設(shè)計》——水利水電出版社。一、主廠房總長度的確定：1、廠房總長度取決于機(jī)組段的長度、機(jī)組臺數(shù)和裝配場長度。于是總長L=nL1+L+AL其中n為機(jī)組臺數(shù)，L1為機(jī)組段長度，La為安裝間長度，AL為端機(jī)組段附加長度。（1）機(jī)組段長度的確定機(jī)組段的長度L按下式計算：L=L+L。L應(yīng)是蝸殼層、尾水管層、發(fā)1 1 +X -X 1電機(jī)層中的最大值。蝸殼層：R=2.504m,5=1.5m,R=2.028mL=R/51=2.504+1.5=4.004mL=R2+51=2.028+1.5=3.528m貝Q%=L+L=4.004+3.528=7.532m；尾水管層：B=3.264m,5=1.5m2B。 3.264L=L=—+5=—2—+1.5=3.132m貝Q七=L+L=3.132+3.132=6.264m；發(fā)電機(jī)層：%=3.2m,53=0.3m,b=3m（因在兩臺機(jī)組之間設(shè)樓梯時取3:4m，此處取3m）。?bR3.23 ? bR3.23L=￡++5=—+—+0.3=3.4m，L=1++5=—+—+0.3=3.4m+X22322 -X 22322則L=L+L=3.4+3.4=6.8m由以上計算的各層L，其中蝸殼層L］最大為7.532m，故取L1=7.5m其中:R1——蝸殼+X方向最大平面尺寸；R2——蝸殼-%方向最大平面尺寸；——蝸殼層外部混凝土厚度，初步設(shè)計時取1.2?1.5m，此處取1.5m；B——尾水管寬度（已知資料）；——尾水管邊墩混凝土厚度，一般取1.5?2.0m；%——發(fā)電機(jī)風(fēng)罩內(nèi)徑； 發(fā)電機(jī)風(fēng)罩壁厚，一般取0.3~0.4m；b——兩臺機(jī)組之間風(fēng)罩外壁靜距，一般取1.5~2.0m，如設(shè)樓梯取3--4m。（2）、端機(jī)組段長度的確定取AL=0.2D1=0.2x1.2=0.24m，其中：AL——安全裕量，采用一臺起重機(jī)吊裝發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子時取0.2~0.3。L2=L1+AL=7.5+0.24=7.74m3、裝配場尺寸確定裝配場與主機(jī)室寬度相等，以便利用起重機(jī)沿主廠房縱向運(yùn)行。裝配廠長度一般約為機(jī)組段L1的1.0~1.5倍。對于混流式和懸式發(fā)電機(jī)采用偏小值，因此取1.2。L3=1.2L1=1.2x7.5=9m因此，可得主廠房總長度為：L=2L1+L2+L=2x7.5+7.74+9=31.74m，取32m。二、主廠房寬度的確定以機(jī)組中心線為界，廠房寬度B可分為上游側(cè)寬度B和下游側(cè)寬度B兩部分。B=B+B，B=土+5+A，其中，。=3.2m,5=0.3m,A=4m，A風(fēng)s%s2 3 3 3罩外壁至上游內(nèi)側(cè)的靜距。所以，B=§+53+A=筆+0.3+4=5.9mB除滿足發(fā)電機(jī)層要求，還要滿足蝸殼-y方向和混凝土厚要求。對于發(fā)電機(jī)層：B=^^+53+A。其中，A——風(fēng)罩外壁至下游墻內(nèi)側(cè)的靜距，主要用于主通道取2m。所以，B=§+5+A=~2~+0.3+2=3.9m對于蝸殼層—y方向?yàn)椋築=L+53=2.288+0.3=2.588m〈B故取Bx=3.9m因此匕B=B+B=5.9+3.9=9.8m，取10m。三、廠房各層高程的確定1、水輪機(jī)組安裝高程VTb立軸混流式水輪機(jī)安裝高程由下式計算，VT=VT.+H+b。其中：水輪機(jī)導(dǎo)葉高度bo=0.2D1=0.2x1.2=0.24m查附表1得。=0.133，查圖2-16得Ac=0.027TOC\o"1-5"\h\z, V一*由H=10.3—(c+Ac)H————1得：， 9002516H=10.3—(0.115+0.027)x62.5— —1=0.145m… b 0.24則VT=VT.+H+2=244.2+0.145+—^~=244.465m其中：H——吸出高度；b0——導(dǎo)葉高度；VTmin——下游設(shè)計最低水位。由于n=3,故取1臺機(jī)組流量相應(yīng)的尾水位；由已知資料，取A =251.6m；c—Tmin一氣蝕系數(shù)；Ac為氣蝕系數(shù)修正值；H——設(shè)計水頭；二一一水電站廠房所900在地點(diǎn)海拔高程的校正值。2、 尾水管底板高程V:1bV=V-守-h，其中：h一底環(huán)頂面至尾水官的距離h=2.9m；V一機(jī)組安裝高程；b°一導(dǎo)葉高度。所以，V=V—b—h=244.465—024—2.9=241.445m1T2w 23、 主廠房基礎(chǔ)開挖高程VfVF=VT-(h3+h2+h1)=241.445-(1.436+1.464+1.5)=237.045mh3——水輪機(jī)安裝高程到尾水管出口頂面的距離，h2——尾水管出口高度，h——尾水管底板混凝土厚度，取1.5m。4、 進(jìn)水閥地面高程V廣V3-r-h2其中：V3一鋼管中心線高程，V3=Vt；q一引水鋼管半徑；h2一鋼管底部至主閥室地面的高度，鋼管底部作通道，h2應(yīng)大于1.8m，此處取h2=2m。所以，七=V3-,—h2=241.445—525—2=236.695m5、 水輪機(jī)層地面高程V4:V4=V^+r2+h3V4=VT+r2+h3=244.465+0.772+1=246.237m?246.2m其中：r2一蝸殼進(jìn)水段半徑r2=0.772m；h3一蝸殼上部混凝土厚度可取1.0m。6、 發(fā)電機(jī)安裝高程Vg:V^=V4+h5+h6。其中：h5一進(jìn)人孔高度，一般取1.8?2.0m，此處取1.8m；h6一進(jìn)人孔頂部厚度，一般為左右1.0m，此處取1.0m。貝J：Vg=V4+h5+h6=246.237+1.8+1=249.037m7、 發(fā)電機(jī)層樓板面高程V2=Vg+h5取h5=2m，則V2=Vg+h5=249.037+2=251.037mV2-V4=251.037-246.2=4.837m〉4m，滿足要求。8、 起重機(jī)的安裝高程(軌頂高程)V=V+h+h+h+h+h5 2 6 7 8 9 10其中：h6一吊運(yùn)設(shè)備時需跨越的固定設(shè)備或建筑物的高度，發(fā)電機(jī)上

機(jī)架高度h6=0.25D=0.25x1.6464=0.412m。h7一吊運(yùn)部件與固定物之間的垂直安全距離在0.6——1.0m,取h=0.6m；7h8—發(fā)電機(jī)主軸高度，h8=0.8H=0.8x8.1673=6.534m；h9—吊運(yùn)部件與吊鉤之間的距離，一般在1.0?1.5m之間，取h=1.2m；9hi0一主鉤最高位置(上極限位置)至軌頂面距離，hi0=1.474m。貝VV5=251.037+0.412+0.6+6.534+1.2+1.474=261.257m四、安裝間的位置選擇及設(shè)計因?yàn)檫M(jìn)廠的公路在主廠房的下游側(cè)，為了運(yùn)輸方便，把安裝間布置在廠房的下游側(cè)。安裝間的長度為機(jī)組段勺的1-1.5倍，對混流式采用偏小值，即9m；安裝間寬度與主機(jī)室相等，即10m。同時，為了滿足主變能推入安裝間進(jìn)行維修，在安裝間下游側(cè)設(shè)置了尺寸為4mx6m的變壓器坑;在安裝內(nèi)設(shè)有5mx5m的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子檢修坑，方便發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子檢修。廠房的大門尺寸取決于運(yùn)入廠房內(nèi)最大部件的尺寸。因?yàn)樯蠙C(jī)架為0.41m，因此選用門寬為6m，高7m。為安全起見，門向外開。對安裝間的具體說明如下：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子直徑周圍應(yīng)留2.0m的空隙，以供安裝磁極之用。發(fā)電機(jī)上機(jī)架周圍留有1.0m的間隙，供作通道用。水輪機(jī)頂蓋及轉(zhuǎn)輪周圍留有1.0m間隙，供作通道之用?！?廠區(qū)布置§7副廠房的設(shè)計副廠房由輔助生產(chǎn)車間，某些輔助設(shè)備的房間和必要的技術(shù)所組成，它是各種輔助設(shè)備布置和運(yùn)行人員工作的場所。它的布置原則是運(yùn)行管理方便和最大限度地利用一切可以利用的空間，盡量減少不必要的間室面積，以減少投資。1、 中央控制室布置在發(fā)電機(jī)層，且位于發(fā)電機(jī)層的中部，盡量窗戶朝南開，以及加強(qiáng)通風(fēng)或空調(diào)，室內(nèi)凈高一般為4.0?4.5m取4m。2、 繼電保護(hù)室布置在中控室，在靠近主機(jī)組的副廠房內(nèi)，配電裝置長度在7m以內(nèi)時，只布置一個出口，門應(yīng)向外開。3、 集纜室位于中控室和繼電保護(hù)室的下面，凈高在2m?3m之間，取2m。4、 母線廊道連接水電站發(fā)電機(jī)和主變壓器，道內(nèi)布母線，母線距樓板底的凈距離不小于0.8m。5、 廠用變壓器，盡可能靠近發(fā)電機(jī)電壓配電裝置。廠變壓間高度按盧蕊高度再加上700mm，兩側(cè)寬度至少加800mm，門高為變壓器的高至少加300mm，門寬至少加400mm。6、 廠用動力室分散布置在負(fù)荷點(diǎn)附近（安裝間、水輪機(jī)層、水泵室、機(jī)修間，油處理室等處）。7、 為輔助設(shè)備系統(tǒng)配置的一些房間：空氣壓縮室，絕緣油庫、透平油庫，水泵室；應(yīng)注意，控制溫度、防止潮濕、防止火源。8、 電氣試驗(yàn)室，電氣高壓實(shí)驗(yàn)室，油化實(shí)驗(yàn)室，水處理室，都順序布置在副廠房上游側(cè)，向下游側(cè)開門?！?主廠房的內(nèi)部布置蝸殼之間布置蝴蝶閥，在事故停機(jī)或檢修時，關(guān)斷水流，在尾水管出口處備有檢修閘門，當(dāng)尾水管或水輪機(jī)檢修時，用來擋住尾水進(jìn)入。在發(fā)電層上游側(cè)，布置每臺機(jī)組的調(diào)速器和機(jī)旁盤，各布置油壓裝置一臺，每個機(jī)組段（對應(yīng)蝶閥中心）均留有蝴蝶閥吊孔。1、3號機(jī)組段上，布置水輪機(jī)層的樓蓋，在3號機(jī)組上游側(cè)布置在去副廠房的樓梯。水輪機(jī)層3號機(jī)組段上布置去蝴蝶閥層的樓梯。作用筒布置在機(jī)座的上游側(cè)，調(diào)速器恢復(fù)機(jī)構(gòu)（杠桿）在右側(cè)作用筒上，并與位于發(fā)電機(jī)層的調(diào)壓器的有關(guān)機(jī)構(gòu)相對應(yīng)。兩臺高壓空氣壓縮機(jī)布置在3號機(jī)組作用筒的右側(cè)，為油壓裝置充氣之用。每一機(jī)組段上都布置著勵磁室。低壓配電裝置室和離子勵磁室布置在水輪機(jī)層的左端。每條壓力管道上均安裝有蝴蝶閥，在其前為伸縮節(jié)。每個機(jī)組段都設(shè)有漏油裝置，在3號機(jī)組段上設(shè)有集水井。排水溝布置在上游墻側(cè)，在集水井兩側(cè)布置尾水管排水泵兩臺，集水井排水泵兩臺，在2號機(jī)組上，布置消防水泵一臺，每個機(jī)組段上均設(shè)有進(jìn)入尾水管的進(jìn)水廊道。為了避免地基不均勻沉降，在主副廠房之間用沉降伸縮縫分開，縫寬2cm?！?結(jié)構(gòu)布置主廠房水輪機(jī)層以上部分，除了機(jī)座之外，主要為梁板，柱的結(jié)構(gòu)。發(fā)電機(jī)層樓板厚度為0.30m，支承在通風(fēng)罩和上下游混凝土墻的牛腿上，由于分期施工要求，在機(jī)組間加設(shè)了剛架柱，不僅用來支承發(fā)電機(jī)層樓板的荷載，而且具有加強(qiáng)構(gòu)架的作用，剛架大梁的斷面為50cmX100cm,立柱的斷面是50cmX50cm。構(gòu)架柱的下斷面為1.0mX1.50m的矩形斷面，上斷面則為1.0cmX0.50cm，牛腿高為1.20m，傾角為45度，直角邊長為0.50米，構(gòu)架的間距為6.00米。副廠房選用的結(jié)構(gòu)形式是鋼筋混凝土鋼架。副廠房的一部分荷載傳遞到主廠房構(gòu)架上，因而其分縫與主廠房分縫相一致。構(gòu)架立柱斷面為0.5mX0.5m。中央控制室主梁斷面為0.5mX1.0m。其余各層的主梁斷面為0.40mX0.60m。次梁斷面為0.20mX0.4m、0.20mX0.5m和0.25mX0.50m三種。樓板厚度為7?10cm?！?0廠房混凝土的澆筑分期廠房混凝土由于機(jī)組安裝的要求，一般分成兩期澆筑，其中尾水管、上下游墻、吊車梁以及部分樓板層梁，在施工中先行澆筑，稱為一期混凝土；而為了機(jī)組的安裝和埋件，需要預(yù)留空位，要等機(jī)組部分的設(shè)備到貨后，尾水管圓錐段鋼板內(nèi)襯和金屬蝸殼安裝好后再行澆筑的混凝土，稱為二期混凝土。

設(shè)計成果繪制成兩張A1的圖紙：其中廠房橫剖面圖一張（手繪），包括主要設(shè)備技術(shù)指標(biāo)表，比例1：100;廠房發(fā)電機(jī)層平面圖一張（打印），包括廠房發(fā)電機(jī)層、水輪機(jī)層、蝸殼層、尾水管層、包括副廠房各層，比例為1：200。水電站廠房課程設(shè)計評分標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目權(quán)重分值優(yōu)秀(100>XN90)良好(90>XN80)中等(80>XN70)及格(70>XN60)不及格（X<60）評分參考標(biāo)準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計方法與設(shè)計成果0.25100設(shè)計內(nèi)容完整、設(shè)成驟正確。設(shè)計成果合理可行。理論分析與計算正確，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。對研究的問題能較深刻分析或有獨(dú)到之處，成果突出，反映出作者很好地掌握了有關(guān)設(shè)計內(nèi)容完整、設(shè)成驟正確。設(shè)計成果合理。理論分析與計算正確、數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確。對研究的問題能正確分析或有新見解，成果比較突出，反映出作者較好地掌握了有關(guān)基礎(chǔ)設(shè)計內(nèi)容完整、設(shè)成驟基本正確。設(shè)計成果比較合理。理論分析與計算基本正確，數(shù)據(jù)基本準(zhǔn)確。對研究的問題能提出自己的見解，成果有一定意義，設(shè)計內(nèi)容完整、設(shè)計步驟基本正確。設(shè)計成果基本合理。理論分析與計算無差錯。對某些問題提出個人見解，并得出研究結(jié)果，作者對基礎(chǔ)理設(shè)計內(nèi)容不夠完整、設(shè)計步驟不夠正確。設(shè)計成果不合理，理論分析與計算有原則錯誤。缺乏研究能力，未取得任何成果，反基礎(chǔ)理論與專業(yè)知識。理論與專業(yè)知識。反映出作者基本掌握了有關(guān)基礎(chǔ)與專業(yè)知識。論和專業(yè)知