摘本研究基于設計資料，對牛欄江榕樹灘水電站的機組配置、蝸殼尺寸、尾水管尺寸確定、發(fā)電機及調(diào)速器型號選擇、廠房尺寸計算、吊車梁結構設計進行了深入計算與分析。此外，本文詳細闡述了水電站廠房布局設計，并討論了水利水電工程對社會與生態(tài)環(huán)境的影響，并根據(jù)需求完成了相關圖紙的繪制。關鍵詞：水電站；蝸殼；尾水管；發(fā)電機；廠房布局；廠房結構；AbstractBasedonthedesigndata,thisstudycarriedoutin-depthcalculationsandanalysesontheunitconfiguration,volutesize,tailpipesize,generatorandgovernormodelselection,plantsizecalculation,andcranegirderstructuredesignoftheNiulanRiverRongshutanHydropowerStation.Inaddition,thispaperelaboratesonthelayoutdesignofhydropowerplants,discussestheimpactofwaterconservancyandhydropowerprojectsonthesocialandecologicalenvironment,andcompletesthedrawingofrelevantdrawingsaccordingtotheneeds.Keywords:hydropowerstation,volute,tailpipe,generator,plantlayout,plantstructure;

前言一、項目背景與意義牛欄江榕樹灘水電站作為牛欄江流域的重要水電開發(fā)項目，位于云南省境內(nèi)，承載著區(qū)域能源優(yōu)化、生態(tài)保護及經(jīng)濟社會發(fā)展的重任。隨著全球能源結構的轉型和我國清潔能源戰(zhàn)略的深入實施，水電站的建設不僅關乎地方經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，更是國家能源戰(zhàn)略的重要組成部分。本設計方案旨在通過科學規(guī)劃和技術創(chuàng)新，打造一座高效、安全、環(huán)保的現(xiàn)代化水電站，為地方經(jīng)濟社會發(fā)展注入新動力。二、設計依據(jù)與標準本設計方案嚴格遵循國家及地方相關法規(guī)、政策和技術標準，結合牛欄江流域的實際水文、地質條件，參考國內(nèi)外先進的水電站設計經(jīng)驗和技術成果，確保設計的科學性和實用性。三、工程規(guī)模與特點牛欄江榕樹灘水電站工程規(guī)模宏大，具有水頭高、流量大、水能資源豐富等特點。電站設計裝機容量大，年發(fā)電量可觀，將成為牛欄江流域乃至云南省的電力供應重要基地。四、設計范圍與目標本設計方案涵蓋了電站的機組選型、主廠房結構設計、水輪機與發(fā)電機配置、輔助設備等多個方面。設計目標是打造一座技術先進、運行穩(wěn)定、環(huán)境友好的現(xiàn)代化水電站，實現(xiàn)高效發(fā)電、節(jié)能減排、生態(tài)保護的綜合效益。五、技術路線與原則在設計過程中，我們堅持技術創(chuàng)新與實際應用相結合的原則，采用國內(nèi)外先進的水電站設計理念和技術手段，確保設計的先進性和實用性。同時，注重環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展，力求在滿足發(fā)電需求的同時，最大限度地減少對自然環(huán)境的影響

目錄摘 1Abstract 2前言 31、工程基本資料 71.1工程概況 71.2地形地質條件 71.4壩址徑流系列 91.5設計年徑流 101.6洪水 101.7泥沙 111.7.1基本資料 111.7.2懸移質泥沙顆粒級配 121.7.3懸移質泥沙礦物成分 122、擬定設計參數(shù) 132.1水庫特征參數(shù) 132.2水輪機水頭 132.3發(fā)電效益 133、水輪機選型及其相關設計 143.1機組臺數(shù)與單機容量之間的關系及選擇 143.1.1機組臺數(shù)選擇和原因 143.1.2機組單機容量選擇 143.2水輪機型號及裝置 143.2.1水輪機型號選擇 143.2.2裝置方式選擇 153.3水輪機參數(shù)計算 153.3.1HL200型水輪機方案主要參數(shù)選擇 153.3.2HL220型水輪機方案主要參數(shù)選擇 183.3.3HL180型水輪機方案主要參數(shù)選擇 213.3.3HL200型水輪機,HL220型水輪機,HL180型水輪機兩種方案的比較 244、水輪機蝸殼設計 254.2蝸殼進口流量確定 254.1蝸殼形式的選擇 254.3蝸殼進口平均流速確定 254.4對蝸殼內(nèi)水流運動規(guī)律的假定 254.5確定金屬蝸殼的外輪廓尺寸 265、尾水管設計 285.1尾水管的形式 285.2彎肘形尾水管部分尺寸的確定 286、水輪發(fā)電機型號的選定 306.1發(fā)電機型式的選擇 306.2水輪發(fā)電機的結構尺寸 307、調(diào)速系統(tǒng) 327.1調(diào)速設備的選擇 327.2接力器的選擇 337.3調(diào)速器的選擇 347.4液壓裝置的選擇 358、起重設備 368.1型式和臺數(shù)的選擇 368.2主要參數(shù) 369、吊車梁的設計 379.1吊車梁的荷載 379.2吊車梁的內(nèi)力計算 389.2.1吊車梁上非固定的豎向集中荷載作用的內(nèi)力分析計算 3810、水電站廠房設計 4210.1廠區(qū)樞紐平面布置 4210.2主廠房主要尺寸的確定 4210.2.1主廠房長度的確定 4210.2.2主廠房寬度確定 4410.3主廠房剖面設計 4510.3.1機組的安裝高程 4510.3.2尾水管底板高程 4610.3.3基礎開挖高程 4610.3.4水輪機地面高程 4610.3.5發(fā)電機定子安裝高程（發(fā)電機裝置高程） 4610.3.6發(fā)電機層樓板高程 4710.3.7吊車軌頂高程(起重機裝置高程) 4710.3.8天花板高程 4810.3.9屋頂高程 4810.4副廠房的布置與設計 4811、主廠房荷載 4911.1安裝間 4911.2發(fā)電機層 5011.3尾水平臺 5011.4其他荷載 5012、工程與社會 52

1、工程基本資料1.1工程概況位于云南省東北部云貴交界處的牛欄江中游，榕樹灘水電站工程橫跨云南省會澤縣與貴州省威寧縣。電站距離昭通150公里，距離昆明322公里，主要采用引水發(fā)電的方法進行能源開發(fā)。作為金沙江右岸的主要支流，牛欄江源頭位于云南嵩明縣的楊林海，流向由南向北，流經(jīng)嵩明、馬龍、曲靖、沾益、宜威、會澤、巧家、魯?shù)?、昭通等云南十縣市及貴州威寧縣，最終在昭通市麻窩村匯入金沙江。該河道上游平緩，中游逐漸加深，下游則變得陡峭，全長415公里，總落差1725米，流域面積達到13672平方公里。榕樹灘水電站壩址以上的流域面積為8151平方公里，多年平均流量為101立方米每秒，多年平均徑流量為31.9億立方米。電站的主體結構包括攔河壩、輸水管道以及發(fā)電機組房。在正常蓄水位1496.00米時，裝機容量為100兆瓦，相應的庫容為395.5萬立方米；校核洪水位1497.6米時，庫容為500.78萬立方米。電站的多年平均發(fā)電量為4.38億千瓦時，安裝有3臺發(fā)電機組，單機容量為33.33兆瓦。1.2地形地質條件榕樹灘水電站坐落于兩岸地形相對對稱的位置，當河水位達到1474.30米時，水深相應增加，此時水面寬度約45米。在設計的正常水位1496.00米時，水庫表面寬度擴展到約106米。在水位高于1500.00米的區(qū)域，兩岸的基巖裸露，形成了明顯的地質特征，而1500.00米以下的地區(qū)則主要由坡積物構成。在1500.00至1630.00米之間，地形呈現(xiàn)一定的斜率；當高程超過1630.00米時，地形變得更加陡峭，坡度通常超過60°，甚至形成陡崖。通過這種地形分布，可以看出該地區(qū)的自然地貌對水電站的建設與運營具有一定的影響。。在研究的壩區(qū)，泥盆紀上層的巖層常見沉積于河流底部或被第四紀地層掩蓋。其中，二疊紀初期的梁山組主要位于河床之下或同樣被第四紀沉積物所覆蓋。在壩區(qū)兩側，可以發(fā)現(xiàn)梁山組的零星出露，此巖石結構上表現(xiàn)出硬度不一的特性。此外，棲霞組在兩岸都可以看到巖石露頭，而且?guī)r溶現(xiàn)象較為普遍。至于茅口組，則多分布在兩岸的較高地帶，一般高出海拔1800米。關于第四紀的地層，主要是斜坡堆積物和崩塌堆積物，它們的厚度大概在2米至30米之間，這些地層在兩岸間呈現(xiàn)出不同程度的碎層或夾帶泥土的情況。在巖石的結構分析上，主要識別了三組節(jié)理發(fā)展的情況，這些節(jié)理的方向和發(fā)展程度對于理解該區(qū)域的地質構造極為重要。榕樹灘壩址位于兩岸，其地形特征顯著。左岸與右岸的地下水位分別略低于河水面1.83米至5.62米，且透水性較差，其透水率(q)小于5Lu。左岸的頂板埋深在96米至138米之間，而右岸則在51米至107米之間。在這兩岸，棲霞組（P1q）地層出現(xiàn)了從極強烈到強烈的巖溶化現(xiàn)象，而河床地層（P11D3d）則表現(xiàn)出微弱的巖溶化。這表明該區(qū)域的防滲處理不僅深度大，而且難度也較高。位于雷家溝的壩址地形則顯示出明顯的“U”型不對稱結構，左側較平坦而右側則較為陡峭。在枯水期，當河水位為1470.20米時，河床寬約35.0米，水深介于1米和2米之間。左岸上方的緩坡區(qū)主要是崩塌堆積體，斜度大約在20到35度之間，而后緣部分則變?yōu)槎钙?，斜度高達76度，基巖露頭。右岸的地形則更為陡峭，下坡角度在35度到40度，特別是在高程1560.00米到1880.00米之間,斜度大約為71度。高程1504.00米以下，沿河地區(qū)主要覆蓋著坡崩積物，而更高位置則露出基巖。綜上所述，這些地質和地形特征對壩址的建設提出了額外的挑戰(zhàn)，特別是在防滲和穩(wěn)定性處理方面，需采用精確而周詳?shù)募夹g措施。在對雷家溝和榕樹灘兩個壩址的地質條件進行對比時，可以歸納出幾個主要的差異。首先，位于雷家溝的梁山組地層較為上抬，其背斜軸已明顯偏移到左岸，盡管如此，壩基部分仍舊覆蓋在梁山組的巖石之上。其次，雷家溝左岸的山坡面臨較大的滑坡危險，堆積的材料既龐大又復雜。此外，相對于左岸，右岸的地形呈現(xiàn)出更高和更陡的特征，巖石由于解壓而產(chǎn)生裂紋，這對于壩基的挖掘及后續(xù)的施工穩(wěn)定性帶來了嚴峻挑戰(zhàn)，相應的加固和工程處理工作也因此更加困難和繁重。1.3氣象1.3.1流域氣象特性牛欄江流域的氣候特點復雜多變。在其上游區(qū)域，屬于北亞熱帶的季風氣候類型，而當進入到流域的大部分其它地區(qū)時，轉變?yōu)榈湫偷臏貛Ц咴撅L氣候。這一帶的年度氣溫變化較大，但日間的溫差則相對較小，同時，明顯的干濕季節(jié)變換也是一大特色。地形上，流域的河谷與山嶺之間高差巨大，造就了豐富的立體氣候現(xiàn)象。具體到不同地區(qū)的氣象數(shù)據(jù)，上游的嵩明氣象站記錄顯示，該站點的多年平均氣溫為14°C。曾記錄的最低氣溫是在1983年12月29日的-15.8°C，而最高氣溫則是1994年5月2日的34°C。中游地區(qū)靠近會澤的氣象站，其多年平均氣溫則略低，為12.7°C，該站的歷史最低氣溫是1999年1月12日的-17°C，最高氣溫記錄為1986年6月1日的31.2°C。至于下游靠近魯?shù)榈臍庀笳军c，平均氣溫為12°C，其中氣溫最低紀錄是1977年2月10日的11.5°C，最高則是1987年5月23日的32.9°C。在某流域區(qū)域內(nèi)，我們觀察到了一個明顯的蒸發(fā)量變化趨勢：從上游到下游，年平均蒸發(fā)量逐步減少。具體數(shù)據(jù)顯示，嵩明氣象站的多年平均蒸發(fā)量達到1973.3毫米；位于中游的會澤氣象站，該數(shù)值為1904.9毫米；而在下游的魯?shù)闅庀笳?，平均蒸發(fā)量進一步下降至1679.7毫米。這一現(xiàn)象反映了地理位置對氣象因素如蒸發(fā)量的顯著影響。在牛欄江流域，水源的補給主要依賴于降雨，而在冬天，少量的融雪也會對水量有所貢獻。這一地區(qū)的雨量分布表現(xiàn)出明顯的地域不均，通常情況下，下游區(qū)域的雨量最多，上游區(qū)域雨量居中，中游區(qū)域則雨量最少。具體來說，下游的藥山地區(qū)年均降雨量大約為1600毫米，是流域中降雨量最高的地區(qū)，而從河灣子到大沙店以及接近金沙江河谷的區(qū)域，年均降雨量不足800毫米，是降雨量最低的區(qū)域。根據(jù)一些氣象站的數(shù)據(jù)記錄，七星橋站的多年平均降水量約為968.7毫米，黃梨樹站為775.1毫米，大沙店站的平均降水量大約為717.5毫米，而小河站的降水量則達到了1106.8毫米。在牛欄江流域，大部分降雨發(fā)生在6月至11月之間，這段時間的降雨量約占全年總量的80%。這種季節(jié)性降雨模式對于該地區(qū)水資源的管理和利用具有重要影響。1.4壩址徑流系列通過對河灣子水文資料的分析，可以觀察到不同年份流量與多年平均流量的比較發(fā)展趨勢。從1953年至1963年，記錄顯示水流量沿多年平均值上下波動，表明這一時段為正常水位年份。然而，在1974年至1993年期間，大多數(shù)年份的年平均流量低于多年平均，揭示出這段時間主要是枯水期，只有少數(shù)年份略有超出。相對地，1964年至1968年以及1994年到2001年則為水量較充沛的年份。詳細來看，1992年的流量特別低，年平均流量僅為36.7，大大低于平均流量98.3的37.3%，而1968年則顯示出相對較高的水位，年平均流量為166，超出多年平均值170%。這一時間跨度內(nèi)，河流經(jīng)歷了明顯的枯水、平水和豐水時段。對于這49年的流量數(shù)據(jù)分析還表明，在過去35年后，累計平均值達到穩(wěn)定狀態(tài)。這使得該數(shù)據(jù)具有代表性，成為榕樹灘水電站設計的重要參考依據(jù)。這種分析方法和發(fā)現(xiàn)不僅幫助于水電站設計，也對理解長期水文周期及其變化提供了寶貴的視角。1.5設計年徑流榕樹灘水電站的壩址選擇在河灣子水文站下游位置，具體而言，兩者間的距離為18.3公里。該水電站的集水區(qū)域面積為8151平方公里，與河灣子水文站的集水面積相比少了229平方公里。在計算榕樹灘水電站的徑流數(shù)據(jù)時，采用了水文比擬的方法，即根據(jù)集水面積的差異對河灣子水文站的流量數(shù)據(jù)進行了適當調(diào)整，以適應大巖洞壩址斷面的實際情況。這樣處理后，得到了該站從1953年至2001年的徑流數(shù)據(jù)序列。該壩區(qū)的年均流量達到101立方米每秒，年總徑流量約為31.9億立方米。這一年中的流量分布與降水模式相符，其中汛期流量占到全年總流量的79.8%。在全年中，4月份流量最低，大約只占全年流量的2.36%。1.6洪水根據(jù)河灣子站從1953到2001年間的49年水文記錄，本分析依據(jù)施工計劃要求與水位變動的特征進行了詳細研究。我們采用避免跨期抽樣的方法，仔細挑選了在幾個關鍵時段內(nèi)的最高洪水流量記錄。具體地，我們選擇了從12月1日到次年5月31日、從12月1日到次年4月30日、從1月1日到次年5月31日以及從1月1日到次年4月30日的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)被用來形成各時段中洪峰流量的連續(xù)序列。通過應用PIII型曲線擬合技術并對統(tǒng)計參數(shù)進行協(xié)調(diào)，我們成功計算出了榕樹灘水電站在不同施工時段所需設計的洪水水位。這些詳細的結果已在表1-1中詳細列示。本分析確保了施工安全與效率，同時考慮了水流量的季節(jié)性變化和最大可能的洪水風險。表1-1在河川工程中，設計洪水過程線的制定是關鍵一環(huán)。我們通常選取特定時間段內(nèi)的歷史洪水數(shù)據(jù)來模擬和計算這些過程線。具體來說，我們以壩址地點為例，選取了從1月1日到次年的5月31日及從12月1日到次年的5月31日這兩個時段。在這些時段內(nèi)，我們參考了河灣子站在1974年5月和1964年5月所記錄的洪水數(shù)據(jù)。對于從1月1日至次年的4月30日和從12月1日至次年的4月30日的設計洪水過程線，我們依據(jù)1964年5月的洪水實例進行計算。這里采用了一種比較和放大歷史洪峰流量的方法，即通過比較同期的實際測量數(shù)據(jù)，按照一定比例放大，以此來估算可能的最大洪水流量。這種方法有助于工程師們對可能的洪水情況有更準確的預測，從而在設計防洪措施時更有針對性。通過這樣的數(shù)據(jù)處理和模擬，確保了水利工程能夠有效應對未來可能出現(xiàn)的極端洪水事件。1.7泥沙1.7.1基本資料牛欄江流經(jīng)的城市位于滇東北高原區(qū)域，其地形特點因地段而異。在七星橋上游的區(qū)域，地形較為開闊且平坦，這里的植被狀況較好，且水土流失問題不嚴重。然而，在中下游部分，情況則大為不同，這里的河谷深刻，兩岸坡度陡峻，植被稀疏，由此引發(fā)的水土流失相當嚴重。特別是從河灣子至大沙店的河段，山頂?shù)貐^(qū)呈現(xiàn)較為平坦的特點，地表覆蓋有較厚的紅土。河谷的深切和山坡的陡峭造成了高達大約1750米的高差。此外，由于主岸斜坡及支流溝底的陡峭，加之植被覆蓋不佳，頻繁發(fā)生滑坡及沖溝現(xiàn)象，這也使得水土流失問題日益嚴峻，成為牛欄江泥沙的主要源頭。在進行榕樹灘壩址的泥沙計算時，以河灣子站的歷史數(shù)據(jù)作為設計參考依據(jù)。根據(jù)1960年到1975年間的日平均含沙量、懸移質輸沙率及流量的實測數(shù)據(jù)，我們計算得出河灣子站在此期間的多年懸移質輸沙率為104千克/秒、年均輸沙量約為328噸，而多年平均流量約為17立方米/秒。此外，年平均含沙量約為0.972。值得注意的是，壩址的懸移質泥沙在一年中的分配非常不均勻，主要集中在6月至11月的汛期，期間的泥沙量占全年總量的約94.2%。這一信息對于水利工程的設計與管理具有重要參考價值。1.7.2懸移質泥沙顆粒級配在1973年對牛欄江的補充規(guī)劃設計過程中，專家們使用了大沙店水站在1966至1968年間收集的231組懸移質樣品進行了詳細的粒度分析。這些樣品顯示，牛欄江中的懸移質泥沙顆粒相對較細。通過這項分析，研究人員繪制了具有代表性的顆粒分布曲線，并將其成果記錄在表1-2中。此次規(guī)劃設計階段的成果對于理解牛欄江中泥沙的分布和特性提供了重要數(shù)據(jù)支持。小于某一粒徑(mm)的沙重百分數(shù)(%)平均粒徑(mm)0.0050.010.050.10.250.510.034055859599.599.95100表1-21.7.3懸移質泥沙礦物成分在云南省分析測試研究所對來自區(qū)域性水體的沙泥樣本進行了一項詳細的礦物組成分析。通過仔細的科學測定，研究人員對這些樣本中的各種礦物質內(nèi)容進行了識別和量化。具體的分析數(shù)據(jù)被整理并呈現(xiàn)在了“表1-3”中。此次研究工作有助于了解該地區(qū)水域的沉積物質構成，對環(huán)境監(jiān)測和地質研究均具有重要的科學價值。成分石英白云石方解石水鈣沸石其他百分比(%)27.349.18.54.210.9榕樹灘壩址泥沙懸移質泥沙礦物成分表1-3

2、擬定設計參數(shù)2.1水庫特征參數(shù)正常蓄水位 1496.00m死水位 1490.00m2.2水輪機水頭最大水頭 95.75m最小水頭 77.31m設計水頭 81.5m2.3發(fā)電效益裝機容量 100MW保證出力 15.8MW年利用小時數(shù) 4380h年平均年發(fā)電量 4.38億KW?h

3、水輪機選型及其相關設計3.1機組臺數(shù)與單機容量之間的關系及選擇3.1.1機組臺數(shù)選擇和原因在計劃建設微型或小型水電站時，總裝機容量是初步確定的重要參數(shù)。例如，假設一個水電站的設計總裝機容量為100兆瓦。在這種情況下，水輪機的設計包括選擇合適數(shù)量的水輪機及其各自的容積。這些設計決策將直接影響到水輪機各機組的性能和規(guī)格，如轉輪直徑和轉速。具體來說，如果總裝機容量已預設，那么根據(jù)單個機組的容積和機組數(shù)量的關系，可以靈活選擇多種設計方案。單機容積與機組數(shù)量的乘積需要與預設的總裝機容量相匹配。調(diào)整機組數(shù)量會改變單機容積，進而可能會需要調(diào)整如水輪機的轉輪尺寸和轉速等參數(shù)。在實際設計中，大多數(shù)中小型水電站通常采用2至4臺機組?；谶@一常規(guī)設計與相關技術和經(jīng)濟因素的考慮，在此案例中，選擇了配備3臺機組的設計方案，以確保在確保技術可行性和經(jīng)濟效益的同時，達到設定的100兆瓦總裝機容量的要求。這種設計方法旨在平衡成本，效率與可靠性，適用于引水式水電站的建設需求。3.1.2機組單機容量選擇單機容量應滿足如下:N=100MW÷3=33333.33kw水輪機額定出力,如下所示:N3.2水輪機型號及裝置根據(jù)型號數(shù)據(jù)中所述，不同型號的水輪機對于水頭的適應能力有明確的區(qū)間。具體表現(xiàn)為，HL220型水輪機能夠適用于50米至85米的水頭范圍。而HL200型和HL180型水輪機則適合水頭范圍為90米至125米。這些信息對于選擇合適的水輪機型號來適配特定的水頭條件是非常關鍵的。3.2.1水輪機型號選擇本水電站設計考慮的工作水頭介于77.31米至96.75米之間，此區(qū)間的水頭極為關鍵，因為它直接影響到水輪機的型號選擇。我們考慮了三種不同的水輪機型號，并將其作為初步選擇對象。通過對這些型號的相關性能參數(shù)進行計算和分析，我們可以比較它們的適用性和成本效益，從而選出一個最優(yōu)的方案。這種方法確保了我們在確保性能的同時，也能得到經(jīng)濟上的優(yōu)勢。3.2.2裝置方式選擇在設計中小型水電站時，通常會選擇較大尺寸的水輪機發(fā)電機組，并采用較低的安裝高程。這種情況下，最適合選用的是立軸式設計。選擇立軸式的主要原因在于其多重優(yōu)勢：首先，由于發(fā)電機的安裝位置較高，因此不容易受到濕氣的侵蝕；其次，這種布置方式能夠提高機組的傳動效率；最后，立軸式的設備能有效減少水電站廠房所需的占地面積。基于以上優(yōu)點，本次設計決定采用立軸式方式進行部署。3.3水輪機參數(shù)計算3.3.1HL200型水輪機方案主要參數(shù)選擇(1)轉輪直徑D1的計算HL200型水輪機在限制工況下的單位流量可由課本表3-6查得,單位流量為Q1M'=950L/S,效率ηM=89.4%D式中：D1Q1'Hr——設計水頭NrN代入式中得D(2)轉速計算n=n式中：n10'——單位轉速采用最優(yōu)單位轉速H——采用加權平均水頭86.1mD1——采用選用的標準直徑2.采用與其接近的同步轉速n=300r/min p=10。(3)效率及單位參數(shù)修正HL200型水輪機在最優(yōu)工況下可查表3-6得其模型最高效率μMmax=90.7%,模型轉輪直徑η則Δη=由于模型與原型水輪機的質量有差異,所以需要在Δη減去一個修正ξ=1.0%,ηη=因為 Δ所以，不需要修正。則原假定的n=300r/min,Q1(4）出力校核N設計流量Q由水輪機運轉特性曲線查得η修正得水輪機效率η=0.894+0.03=0.924NT(5）運行范圍校核在選定D1=2.34m,n=300r/min后,水輪機的Q1maxQ1max'水輪機的最大引用流量為Q各個特征水頭相對應的單位轉速nnn各個特征水頭相對應的單位轉速項目HHH水頭(m)95.7581.577.31單位轉速n171.7477.7679.83單位流量Q10.950.950.95表3-1(6)吸出高程的計算H式中：?——當?shù)馗叱虨?400mσ——氣蝕系數(shù)H——水頭水輪機吸出高度計算見表3-2項目最大水頭設計水頭最小水頭水頭(m)95.7581.577.31單位轉速(r/min)71.7477.7679.83氣蝕系數(shù)0.0880.0880.088修正值0.0190.0190.019σ+10.258.728.27吸出高度HS(m-1.81-0.280.17表3-2采用最小值作為其吸出高度HHL200型水輪機的安裝高程的計算:Z式中：導葉的相對高度b0/D1=0.20Δw為設計尾水位1Hs3.3.2HL220型水輪機方案主要參數(shù)選擇(1)轉輪直徑D1HL220型水輪機在限制工況下的單位流量可由課本表3-6查得Q1M'=1150L/SQ1'D式中：D1Q1'Hr——設計水頭NrN代入式中得D水輪機標稱直徑取D(2)轉速計算n=n式中n10'——單位轉速采用最優(yōu)單位轉速H——采用加權平均水頭86.1mD1——采用選用的標準直徑2.采用與其接近的同步轉速n=300r/min p=10。(3)效率及單位參數(shù)修正HL220型水輪機在最優(yōu)工況下可查表3-6得其模型最高效率μMmax=91.0%,模型轉輪直徑η則Δη=由于模型與原型水輪機的質量有差異,所以需要在Δη減去一個修正ξ=1.0%,ηη=因為 Δ所以，不需要修正。則原假定的n=300r/min,Q1(4）出力校核N設計流量Q由水輪機運轉特性曲線查得η修正得水輪機效率η=0.890+0.03=0.92NT(5）運行范圍校核在選定D1=2.2m,n=300r/min后,水輪機的Q1maxQ1max'=水輪機的最大引用流量為Q各個特征水頭相對應的單位轉速nnn各個特征水頭相對應的單位轉速項目HHH水頭(m)95.7581.577.31單位轉速n172.4273.1175.06單位流量Q11.151.151.15表3-3(6)吸出高程的計算H式中：?——當?shù)馗叱虨?400mσ——氣蝕系數(shù)H——水頭水輪機吸出高度計算見表3-4項目最大水頭設計水頭最小水頭水頭(m)95.7581.577.31單位轉速(r/min)72.4273.1175.06氣蝕系數(shù)0.1330.1330.133修正值0.0190.0190.019σ+14.5512.3911.75吸出高度HS-6.11-3.94-3.31表3-4采用最小值作為其吸出高度HHL220型水輪機的安裝高程的計算:Z式中：b0導葉相對高度為b0/D1=0.25Δw為設計尾水位1Hs3.3.3HL180型水輪機方案主要參數(shù)選擇(1)轉輪直徑D1HL180型水輪機在限制工況下的單位流量可由課本表3-6查得Q1M'=860L/SQ1'D式中：D1Q1'Hr——設計水頭NrN代入式中得D水輪機標稱直徑取D(2)轉速計算n=n式中n10'——單位轉速采用最優(yōu)單位轉速H——采用加權平均水頭86.1mD1——采用選用的標準直徑2.采用與其接近的同步轉速n=250r/min p=12。(3)效率及單位參數(shù)修正HL180型水輪機在最優(yōu)工況下可查表3-6得其模型最高效率μMmax=92.0%,模型轉輪直徑η則Δη=由于模型與原型水輪機的質量有差異,所以需要在Δη減去一個修正ξ=1.0%,ηη=因為 Δ所以，不需要修正。則原假定的n=250r/min,Q1(4）出力校核N設計流量Q由水輪機運轉特性曲線查得η修正得水輪機效率η=0.895+0.03=0.925NT(5）運行范圍校核在選定D1=2.5m,n=250r/min后,水輪機的Q1maxQ1max'=水輪機的最大引用流量為Q各個特征水頭相對應的單位轉速nnn各個特征水頭相對應的單位轉速項目HHH水頭(m)95.7581.577.31單位轉速n163.8769.2371.08單位流量Q10.860.860.86表3-5(6)吸出高程的計算H式中：?——當?shù)馗叱虨?400mσ——氣蝕系數(shù)H——水頭水輪機吸出高度計算見表3-6項目最大水頭設計水頭最小水頭水頭(m)95.7581.577.31單位轉速(r/min)63.8769.2371.08氣蝕系數(shù)0.0830.0830.083修正值0.0190.0190.019σ+9.778.317.89吸出高度HS-1.320.130.55表3-6采用最小值作為其吸出高度HHL180型水輪機的安裝高程的計算:Z=1400?1.32+0.25=1398.93m式中：導葉相對高度b0/D1=0.20ΔwHs3.3.3HL200型水輪機,HL220型水輪機,HL180型水輪機兩種方案的比較水輪機選型方案參數(shù)對照表3-9序號項目HL200HL220HL1801模型水輪機參數(shù)推薦使用的水頭范圍(m)90~12550~8590~1252最優(yōu)單位轉速(r/min)6870673最優(yōu)單位流量(L/s)95011508604限制工況單位流量(L/s)95011508605最高效率(%)90.791.092.06氣蝕系數(shù)0.0880.1330.0837原型水輪機參數(shù)工作水頭范圍(m)77.31~95.7577.31~95.7577.31~95.758轉輪直徑(m)2.342.22.59轉速(r/min)30030025010最高效率(%)9391.4391.4111額定出力(KW)34691369613588312最大引用流量(m3/s)46.9146.7146.2713吸出高度(m)-1.71-6.02-1.3214安裝高程(m)1398.421394.1651398.93表3-9根據(jù)表3-9的數(shù)據(jù)比較，可以看出在三個不同的水輪機型號中，HL180和HL200的安裝高程高于HL220，這種布置方式更有利于增加電站的年發(fā)電量。同時，HL180型的空化系數(shù)較HL200型更低，意味著其在運行過程中更穩(wěn)定，耗損較小。而HL220型水輪機的工作水頭范圍相對較小，這限制了其在全年持續(xù)運行的適應性。綜合考慮各種因素，選擇HL180型水輪機作為電站的主要設備將更加合適。這種選擇不僅優(yōu)化了發(fā)電效率，也確保了設備的長期穩(wěn)定運行。。

4、水輪機蝸殼設計4.2蝸殼進口流量確定進口流量: Q式中φ0Q則Q對于由鼻端算起包角φ?Q4.1蝸殼形式的選擇在設計水電站機組時，針對不同的水頭條件選擇最合適的蝸殼類型至關重要?；谒^的高低，蝸殼可分為金屬蝸殼和混凝土蝸殼兩種形式。對于水頭超過40米的情況，或是小型橫置機組，金屬蝸殼被認為更為合適，主要因其材質和結構適應較高水壓的需求。相反，如果水頭低于40米，使用混凝土蝸殼則更為合適，因為它更能適應較低的水壓環(huán)境。在此次水電站設計中，我們綜合考慮了這些因素，并最終選擇了金屬蝸殼。這一決定基于水電站的實際水頭范圍，即77.31米至95.75米，遠超40米的界限，因此金屬蝸殼在此環(huán)境下將提供更優(yōu)的性能和耐久性。4.3蝸殼進口平均流速確定本設計的設計水頭為81.5m，查《水電站機電設計手冊—水力機械》規(guī)范——蝸殼進口斷面平均流速曲線，可取蝸殼進口斷面平均流速為Vc4.4對蝸殼內(nèi)水流運動規(guī)律的假定在該設計方案中，我們考慮了水泵的蝸殼流道內(nèi)的水流動態(tài)。為了詳細分析流體的行為，我們做出了一個假設，即蝸殼內(nèi)各個橫截面上水流的圓周速度分量與蝸殼入口處的平均流速保持一致。通過這樣的假設，我們可以更準確地模擬和預測流體在蝸殼內(nèi)的流動情況，并為進一步的優(yōu)化設計提供理論基礎。V4.5確定金屬蝸殼的外輪廓尺寸對于進口斷面:F則進口斷面半徑:ρ查《水電站機電設計手冊》水力機械表2-16得D式中:rarr對于中間任一斷面,流量為Q斷面半徑為 ρ斷面中心距 a主軸中心到該斷面的外緣半徑 R計算結果表4-1包角°流m斷面半徑(m)斷面中心距(m)主軸中心到斷面的外緣半徑(m)ψ30Q3.86ρ0.41a2.47R2.88ψ75Q9.64ρ0.66a2.71R3.37ψ120Q15.42ρ0.83a2.88R3.71ψ165Q21.21ρ0.98a3.03R4.00ψ210Q26.99ρ1.10a3.15R4.25ψ255Q32.77ρ1.21a3.26R4.47ψ300Q38.56ρ1.32a3.37R4.68ψ345Q44.34ρ1.41a3.46R4.87表4-1蝸殼的平面單線圖可將蝸殼各計算斷面的外緣連接起來得到,如圖1

5、尾水管設計5.1尾水管的形式在反擊式水輪機組中，尾水管是至關重要的一個組件，它的設計對機組的建造成本及其效率和穩(wěn)定性有顯著影響。尾水管的設計多樣，其中最為常見的包括直錐型、彎錐型以及彎肘型。在這次設計選用了彎肘型尾水管，這種類型不但在水力表現(xiàn)上優(yōu)良，還有助于降低挖掘深度，從而減少建設成本。彎肘型尾水管的結構包括三個主要部分：入口處的直錐段、中部的肘形段和出口的擴散段。這種結構配置，有助于優(yōu)化水流的導向和擴散，進而增強整個機組的運作效率。5.2彎肘形尾水管部分尺寸的確定HL180型水輪機轉輪流道尺寸,可由《水電設計手冊》查得,D2=1.06進口直錐段是一段垂直的圓錐形擴散管,它的進口直徑和高度分別為D3、?3,錐管段因鋪設金屬里襯,為了保護管壁不被旋轉水流破壞,對于混流式水輪機而言,單邊的擴散角θ的最優(yōu)值為7°~9°,本設計選用(2)中間彎肘段是一種角度為90°,進口斷面為圓形,出口斷面為長方形的邊截面彎管,通常不配有金屬襯墊,但在水流速度較快,尤其是含沙較高時,必須配有襯墊,因本電廠水頭低于150.故不配有襯墊。(3)出口擴散段是一段水平放置,兩側平行,頂板上翹α的矩形擴散管,α一般取10°~13°,本設計取11°當出口斷面寬度過大時,可按水工結構要求加設中間設墩,它的厚度取(0.10~0.15)B5hLBDhhLh2.64.52.7201.351.350.6751.821.22h(m)L(m)BD4?4?6L1?56.511.256.83.3753.3751.68754.553.05尾水管尺寸表表5-1利用以上數(shù)據(jù)繪制尾水管如圖2

6、水輪發(fā)電機型號的選定6.1發(fā)電機型式的選擇在設計水輪發(fā)電機時，必須考慮其型號與轉速，這兩者在很大程度上影響了發(fā)電機的結構設計。此外，發(fā)電機的布局和結構也需符合電站廠房的具體布置要求。本設計案例中，選用的水輪機額定轉速為250轉每分鐘，因此，我們選擇了懸掛型水輪發(fā)電機來適應這一要求。6.2水輪發(fā)電機的結構尺寸本設計中水輪發(fā)電機的型號采用推薦型號為SF42.5-24/520,懸式水輪發(fā)電機。額定轉速n=250r/min,磁極個數(shù)為12個,定子鐵芯外徑5200mm,SF42.5-24/520型水輪發(fā)電機有關資料如下(查《水電站機電設計手冊》水力機械卷):定子外徑: D定子內(nèi)徑: D定子長度: L定子機座高度: ?上機架高度: ?永磁機及轉速繼電器高度: ?定子支撐面至下機架支撐面距離: ?下機架支承面至法蘭底面距離: ?轉子磁軛軸向高度: ?發(fā)電機主軸高度: ?定子水平中心線至法蘭底面距離: ?法蘭盤地面至發(fā)電機層地板高度: H=7406mm定子支承至發(fā)電機層地板高度: ?=3655mm機座外徑: D風罩內(nèi)徑: D轉子外徑: D下機架最大跨度: D水輪機機坑直徑: D圖6-1發(fā)電機外形尺寸示意圖

7、調(diào)速系統(tǒng)7.1調(diào)速設備的選擇調(diào)速系統(tǒng)在水輪發(fā)電機組中發(fā)揮著至關重要的作用。其主要職能是確保水輪機組可以在其額定轉速下穩(wěn)定操作。無論是面對負荷的波動還是外部干擾，調(diào)速系統(tǒng)都必須保證轉速的變化保持在可控范圍之內(nèi)，以便快速適應新的運行狀態(tài)。這一機制對于維持發(fā)電機所輸出的交流電頻率，進而滿足電力設備的高標準需求，是非常關鍵的。調(diào)節(jié)機組轉速是通過不斷調(diào)整水輪機的流量來達成的，這一過程完全依賴于調(diào)速系統(tǒng)的有效運行。在水電站的調(diào)速系統(tǒng)起著至關重要的角色，主要功能是根據(jù)水輪機的轉速變化來調(diào)節(jié)其運行。調(diào)速系統(tǒng)不僅調(diào)整水輪機，還負責整個機組的正常運作包括啟動和停止等操作。雖然調(diào)速系統(tǒng)包含多項功能，但并非所有功能在所有情況下都是必需的，有些特定的功能只有在一定的條件下才能有效。調(diào)速系統(tǒng)基于其調(diào)節(jié)方法和工作原理，主要分為兩類：電器液壓調(diào)速器和機械液壓調(diào)速器。選擇何種類型的調(diào)速器取決于具體應用的需求。電器液壓調(diào)速器操作簡便，能自動執(zhí)行多數(shù)任務，無需人工干預，這使其非常適合于大型水電站使用。它的優(yōu)點還包括能夠適應較大的負荷變化。相較之下，機械液壓調(diào)速器則顯得有些局限，其應用通常受到裝機容量和操作條件的限制，因此更適合安裝容量較小的電站。在這種情況下，通常推薦使用第一種電器液壓調(diào)速器，因為它的自動化程度高，能更有效地完成機組的調(diào)節(jié)任務，并具備處理較大負荷的能力。A=調(diào)速功式中： Hmax——水輪機的最大水頭為Q——最大水頭下發(fā)出額定出力時的流量D1——轉輪直徑本設計為2.5A143175.56~178969.45在選擇調(diào)速器時，通常優(yōu)選大型調(diào)速器搭配的反擊式水輪機。這種方案中，控制系統(tǒng)一般通過兩個交互作用的接力器來達到精細控制。具體而言，一個接力器負責推動，而另一個則執(zhí)行反向拉動的動作，兩者共同形成了一個力矩，這個力矩進而推動控制環(huán)，以便操縱導水機構的開關動作。這樣的設計能夠確保水輪機的運行調(diào)節(jié)更加精確和穩(wěn)定。7.2接力器的選擇(1)接力器直徑的選擇在此設計中，為了控制水輪機的導水系統(tǒng)，我們選擇使用兩個接力器。通過設定每個接力器的額定油壓為2.5Mpa，并依據(jù)特定的公式來計算每個接力器的直徑，以確保系統(tǒng)的有效和安全運行。db0——D1——D1=2.5m,導葉數(shù)Z0=24,采用標準正曲率導葉式中λ為系數(shù)查《水力機械》表6-4得λd取接力器直徑為0.35m(2)接力器最大行程的計算接力器最大行程Snax為：Smax=a式中：D0,Z0,由模型水輪機參數(shù)查模型綜合特性曲線得a0計算系數(shù)取1.8,其中,a0在前面的HL180的范圍驗算中。已經(jīng)求得最優(yōu)工況下的單位流量Q1max'=0.82m3而D0D0M都是直徑的符號,第一個是原型的轉輪直徑,它的長度是2500mm;第二個是模型的轉輪直徑,該直徑的長度是460mm;Z0Z0Ma計算系數(shù)取1.8則S3)接力器容積的計算Vs7.3調(diào)速器的選擇大型調(diào)速器的分類與區(qū)分，很大程度上依據(jù)了主配壓閥的直徑大小來進行。直徑d計算得：d=式中： TsVm2.5MPa般取Vm本設計選用Ts=5s，Vm=d=查《水力機械》表選擇與之接近的DT-80電氣液壓型調(diào)速器7.4液壓裝置的選擇油壓裝置是為水輪發(fā)電機的調(diào)速系數(shù)供給壓力油的能源設備,是調(diào)速系統(tǒng)的重要組成設備。同時也作為進水閥,調(diào)壓閥以及液壓操作原件的壓力油源。油壓裝置的工作能力由壓力油罐的額定油壓及總容量來標志,目前國內(nèi)生產(chǎn)的油壓裝置,其額定油壓一般為25kg/mV式中：Vk——壓力油罐總體積（m3Vs——導葉接力器的總體積（m3Vk=(18在選擇適用的油壓裝置時，我們可以參考相關技術參數(shù)表，選取一個接近但規(guī)格略高的型號，例如HYZ-0.3型組合式油壓裝置?？偟膩碚f，確保選用的設備參數(shù)略高于實際需求，可以提供更穩(wěn)定的性能和安全保障。HL180型水輪機調(diào)速器設備方案:1、接力器直徑： ds=350mm2、調(diào)速器主配壓閥直徑： d=45.24mm3、調(diào)速器型號： DT-80單調(diào)節(jié)電氣液壓型調(diào)速器4、油壓裝置型號： HYZ-0.3型組合式油壓裝置

8、起重設備水電站主廠房起重設備一般采用橋式起重機或門式起重機。8.1型式和臺數(shù)的選擇一般情況下可按以下原則初步選取。(1)在進行重型物件吊運作業(yè)時，設備的選擇取決于吊運物品的重量與所需操作的機組數(shù)量。假如所需吊運的物品重量不超過100噸，并且涉及的機組總數(shù)不多于4個，此時，使用一臺橋式單梁起重機即可滿足需求。然而，如果機組數(shù)量超過5臺，為了確保作業(yè)效率和安全，就需要部署兩臺橋式單梁起重機來執(zhí)行任務。這樣的設備配置能夠更好地適應不同的工作場景和需求。(2)當最重的起重部件達到100600噸，且設備數(shù)量不超過三臺時，建議配置一臺雙小車或單小車橋式起重機應對起重需求。而在設備數(shù)量超過五臺的情況下，由于設備安裝及維修過程中需要頻繁起重，此時應考慮使用一臺雙小車橋式起重機，并增配一臺載重能力較低的單小車橋式起重機以進行輔助作業(yè)。另一可行方案是配置兩臺載重各為最大起重部件一半重量的單小車橋式起重機，以滿足復雜的起重需求。此種安排旨在確保起重作業(yè)的順利與安全。(3)當需要吊運的物體超過600噸重時，操作者可以選擇使用一臺或兩臺獨立的單梁橋式起重機進行作業(yè)。這種起重機具有較大的承載能力，能夠安全高效地完成重大吊裝任務。因為最重吊運件的重量為162噸，機組臺數(shù)為3臺，所以選用一臺雙小車橋式起重機為雙小車2×100T.橋吊主鉤100T,標準跨度16m。8.2主要參數(shù)名義起重量(t)單臺小車起重量(t)跨度Lk起升高度(m)單臺小車重(t)主鉤副鉤2×10010020162619起重機總重(t)起重機最大輪壓(t)極限位置(mm)吊鉤至軌道面距離吊鉤至軌道中心距離主鉤h副鉤hll9461.5124070011001600查《水力機械》表7-16得 表8-19、吊車梁的設計9.1吊車梁的荷載對于水輪機吊車梁來說，其所承受的載重主要分為幾個部分：自身重量、鋼軌及其附件的重量，以及吊車作業(yè)時的載荷。其中，前兩者屬于持續(xù)且分布均勻的靜態(tài)荷載，而最后一者則是隨吊車移動而變化的動態(tài)集中荷載。該梁側面的最大輪壓是根據(jù)起重機的關鍵性能參數(shù)計算得出的，這包括了吊車的工作范圍和重量等因素。對水輪機吊車梁一側豎向的最大輪壓Pmax由起重設備的主要參數(shù)得P在計算吊車梁時，豎向最大輪壓應乘以動力系數(shù)μ，輕級工作制軟鉤吊車的動力系數(shù)為1.1。其設計值Q橫向水平剎車力T，橫向水平剎車力系由打車一側各輪平均傳至軌頂，并考慮力的正反兩個方向。T=式中：m——一臺吊車作用在一側吊車梁上的輪子數(shù)（4）G1G2G4L——吊車跨度（16m）L1T式中：T——橫向水平剎車力T09.2吊車梁的內(nèi)力計算9.2.1吊車梁上非固定的豎向集中荷載作用的內(nèi)力分析計算(1)應用力學求解器對吊車梁施加垂直集中荷載時的應力反應進行分析，我們計算出最大彎矩為648KN/m，同時獲得最大剪力為81KN。這一系列的計算步驟和結果被詳細記錄在圖9-1至圖9-4中。圖9-1圖9-2圖9-3圖9-4(2)在設計該廠房結構中，我們采用了T形斷面的吊車梁。整個廠房的長度為52.8米。為了確保結構的穩(wěn)定性和承載能力，我們設置了10根連續(xù)梁。通過計算，每根梁的跨度被設定為5.28米。這樣的設計旨在優(yōu)化空間的使用效率，并提高整個廠房的結構安全。由公式確定斷面設計尺寸高跨比?L一般取14~17,則高h=(14~高寬比BH一般取(12~13)則b=(12上翼緣寬度bf'=翼緣高度?f'=(3)在設計翼板的寬度時，需要應對一系列結構和功能性需求。首先，翼板寬度必須足夠以便于鋼軌及其相關附件的安裝。通常，這個寬度至少應保持在350mm。此外，為了確保位于梁端部的主筋能夠有效地錨固，翼板在這一部分的寬度需適度增加至大約1000mm。(4)在進行吊車梁設計時，我們需遵循《混凝土結構設計規(guī)范(SL191-2008)》所規(guī)定的設計原則以及材料選擇標準。根據(jù)該規(guī)范，吊車梁的混凝土應選用C30級別的混凝土，確保其具有足夠的強度和耐久性。此外，梁的縱向鋼筋應選用HRB400型號以提供必要的張力支撐，而連接和固定這些鋼筋的箍筋則應使用HPB235型號，這樣的配置有助于保證結構的整體穩(wěn)定性和安全性。這種材料與規(guī)范的精確選擇確保了構造的可靠性和功能效能。(5)配筋計算(按構造要求配筋)吊車梁結構安全級別為Ⅱ級(基本組合的安全系數(shù)為K=1.20),計算跨度l0=5.1m,正常運行期跨中截面承受的彎矩值M=600KN·m,剪力V=75KN,梁截面尺寸如圖,混凝土為C30級(fc=14.3N/mm2),采用HRB400鋼筋(fy=360N/mm2取a=65mm,h0=1200-65=1135mmα==0.012ζ=1?As===1913.5選用8C20(As=2513mm2)在構造箍筋時，根據(jù)設計要求進行配筋，翼緣選用4C36，間距200（As=4072mm2）

10、水電站廠房設計10.1廠區(qū)樞紐平面布置該廠區(qū)坐落于壩址下游8.8公里處，占據(jù)了一塊長約160米、寬介于40至60米的平坦臺地。此處臺地的堆積層厚度在8至12米之間，主要由斜坡積累和崩塌堆積物構成，包括碎石土和混雜有塊狀石頭。該區(qū)域的巖石以淺灰色和白色的白云巖為主，摻雜有少量的水巖、粗粒石英砂巖以及含鈣的碳質頁巖和灰?guī)r。地形背后是陡峭的山坡，在這些地區(qū)發(fā)現(xiàn)了明顯的卸荷裂縫。在物理地質特征方面，該廠區(qū)主要展示了風化作用、卸荷過程和崩塌堆積現(xiàn)象。在考慮了廠房位置所處的地形與地質特性后，對不同的建筑方案進行了慎重的比較分析。在地下廠房方案中，地質結構復雜，特別是二疊系梁山組的巖石層中軟硬不一，多裂縫，使得挖掘與施工難度增加，進而導致施工成本和工程量大增。而地面廠房方案則因所在地巖石結構較為穩(wěn)固和完整，邊坡穩(wěn)定，施工空間廣闊，施工起來相對方便。綜合考慮地質與地形條件、施工難易度、以及未來運營環(huán)境等因素，地面廠房方案顯示出更多優(yōu)勢。因此，經(jīng)過深入研究與分析，目前階段建議選擇地面廠房方案進行建設。這一決策不僅考慮了工程實施的可行性，還顧及了長期的維護與安全性。10.2主廠房主要尺寸的確定在設計水電站的主廠房時，其長度和寬度主要由內(nèi)部關鍵設施的尺寸限制。具體而言，一些核心部件如水輪機的定子、水輪機的混凝土蝸殼、尾水管的結構、調(diào)速系統(tǒng)，以及發(fā)電機的風罩等，都需在平面設計中考慮其空間占用與布局。為了合理配置這些核心設施，需要綜合考慮廠房上部和下部結構的布局，確保所有設施的有效配合與整體功能的發(fā)揮。這樣不僅利于設備的安裝與后期維護，也有助于提高工程的運行效率和安全性。10.2.1主廠房長度的確定1)確定機組段長度L機組段長度L1L1,按下式計算L式中:L+x——L?x——(1).蝸殼層 L+x=R1+式中:δ1——所以,L+x=4.87+1=5.87m (2).尾水管層 L+x=B2+式中：B——尾水管寬度,取為6.5mδ21.2-1.5m，安全起見,取為1.4m。L(3).發(fā)電機層 L+x=Φ3式中:Φ3——發(fā)電機風罩內(nèi)徑,b——兩臺機組監(jiān)外罩的凈距，一般可取為1.5~2.0m若在機組間設樓梯，一般取3~4m，現(xiàn)取1.8mδ3——發(fā)電機風罩壁厚，一般取0.3~所以L在蝸殼層、尾水管層、發(fā)電機層的計算中,L+x、LL考慮到設備布置、交通、樓梯、分縫等問題取:L則：L2)邊機組段的附加長度?L端機組段是作邊機組段,是指在安裝間不同一端的機組段,其長度?L的確定除了需要考慮上述機組的因素外,還與裝配場(安裝間)位置,安裝間的位置、廠內(nèi)是否布設進水閘、起重機吊運設備的要求等因素有關。?L=本設計選用1.0，所以?L=2.5m3)安裝間的長度L安裝間又稱裝配場,它的作用是組裝、檢修設備。安裝間的位于廠房右側。安裝間的寬度與主機室寬度一致。以便利用起重機,沿著主廠房的縱向運行。確定安裝間尺寸的確定主要在于確定長度,一般均為機組段長度1.0~2.0倍,本設計取2.0倍。所以L2此外,安裝間面積按一臺機組擴大性檢修面積確定。即可以布置下四大件。綜上所述，主廠房長度L按下式計算：L=n式中：n為機組臺數(shù)減1所以，L=2×12.65+25+2.5=52.8m10.2.2主廠房寬度確定以機組段中心線為界，廠房寬度可分為上游側寬度Bu和下游側寬度Bd兩部分。1).發(fā)電機層：BB式中：Au,Ad——風罩外壁至上游側墻，下游側墻的寬度,分別取為3.37m,4.47mD風所以 Bu=12.17m 2).水輪機層一般上、下游側分別布置水輪機輔助設備（即油、水、氣管路等）和發(fā)電機輔助設備（電流電壓互感器、電纜等）。這些設備一般靠墻、風罩壁布置或在頂板布置，不影響水輪層交通，因此對廠房的寬度影響不大?？梢圆挥梅治隹紤]3).蝸殼層寬度一般由蝸殼的尺寸、結構要求、附屬設備布置以及交通要求確定，上、下游側寬度可表達如下：BB式中: LwuΔL——蝸殼外圍的混凝土結構厚度，取1mAfBBBu=(Bu)Bd=(Bd)則主廠房總寬度為B=Bu10.3主廠房剖面設計主廠房剖面設計又成豎向設計，主要解決垂直方向空間處理上的有關問題，合理的確定主、副廠房上、下結構部分的高程，滿足通風、采光需要及發(fā)電、配電的合理安排。10.3.1機組的安裝高程?下min——下游最低尾水位取1400mb0——導葉高度0.5HS——水輪機吸出高度-1.32m所以，?考慮到吸出高度的計算中采用的是設計水頭，此外在實際運行中為防止水輪機氣蝕等因素，決定降低安裝高程，取為1398m10.3.2尾水管底板高程?式中：h1尾水管高度。取為所以?10.3.3基礎開挖高程?式中：S——尾水管底板厚度。巖基：S=1.2~2.0m；土中：S=3~4m，本設計中取2.0m所以?10.3.4水輪機地面高程?式中：ρ——金屬蝸殼進口斷面半徑，混凝土蝸殼為進口斷面在水輪機安裝高程以上的高度，本設計為1.41mδ——蝸殼頂部混凝土厚度，初設時可取0.8~1.0m左右，大型機組可達2~3m,本設計為小型機組，所以取為1m。則?10.3.5發(fā)電機定子安裝高程（發(fā)電機裝置高程）? 式中：?3 h孔——進人控高度1.0~所以?10.3.6發(fā)電機層樓板高程除了需要滿足發(fā)電機層的布置要求外,還需要考慮到水輪機層設備的布置及母線電纜的敷設和下游尾水的影響。無特殊情況下,發(fā)電機層的樓板高程?5(1)為了保證發(fā)電機出線和油氣水管道能夠正常布置,所以水輪機層的凈高應該不少于3.0-3.5m。如將出線層加設在發(fā)電機層的樓板面與水輪機層的地面之間,則出線層地面到水輪機層的地面凈高也應該大于3.0m。保證下游設計洪水位不淹廠房。無特殊情況的話,發(fā)電機層的樓板面和裝配場的樓面高程應該齊平。(2)當河流洪水期與枯水期水位相差巨大,這時將發(fā)電機層的樓板面設置在下游洪水位的上面是不經(jīng)濟的。會大大增大廠房下部結構部分混凝土的工程量。(3)將發(fā)電機層樓板面布設在下游洪水位的下面。在廠房的大門和對門的交通口,設置臨時性插板以擋洪水;沿廠房的交通的道路設防水墻。綜合以上條件發(fā)電機層樓板高程為:?式中:h——定子支承至發(fā)電機層地板高度10.3.7吊車軌頂高程(起重機裝置高程)依據(jù)最重部件:發(fā)電機轉子162T,選擇雙小車2×100T.橋吊主鉤100T,標準跨度16m?式中:?4——發(fā)電機定子高度和上機架高度之和(??5——吊運部件與固定的機組或設備間的垂直凈距;水平凈距0.3m,垂直凈距0.61.0m(如采用剛性夾具,為0.25~0.5m),取0.7m;?11——最大吊運部件的高度,取6968mm=6.968?7——調(diào)運部件與吊鉤間的距離(一般在1.0~1.5m左右),取決于發(fā)電機起吊方式和掛鎖、卡具;取1.1h——主鉤最高位置至軌道面距離,可從起重機參數(shù)表查出。查得1.1m則吊車安裝高程:?10.3.8天花板高程?式中:h' h"所以 ?10.3.9屋頂高程屋頂高程應該根據(jù)屋頂結構形式和尺寸來確定,并需要滿足起重機部件安裝與檢修,廠房吊頂與照明設施布置等要求。?其中:h為屋頂結構厚度,取為1.8m所以屋頂高程為:1426.973m10.4副廠房的布置與設計在規(guī)劃副廠房的布局時，關鍵的考慮是其具體的安置地點，因為不同的地理位置將決定廠房的功能和工程需求。例如，如果副廠房位于尾水管平臺，那么會面臨振動問題增加，并且還須延長尾水管，從而導致工程量的增加。因此，在確定副廠房的位置時，我們通常遵循最大化利用現(xiàn)有空間并盡量減少建設成本的策略。根據(jù)這一原則，我們最終選擇將副廠房設置在主廠房的上游側。這個位置不僅能有效減輕工程難度，還有利于整體運營的高效與安全。輔助廠房中包涵了多個功能區(qū)域，其中主要包括不同種類的電氣室、維修室以及研究區(qū)間。具體例子中，廠用配電室設計緊鄰廠外的主變壓器，以便于電力分配與控制；油化實驗室則采用了單獨房間的設計，并與通風機室位于同一高度，同時為了保持儀器工作的穩(wěn)定和準確，特別安裝了空調(diào)系統(tǒng)以控制環(huán)境溫度；此外，為了提高安全防護，減少事故發(fā)生，專門設立了高壓試驗室，用來及時檢測并解決電氣設備中的潛在風險和問題。這樣的布局不僅有效利用空間，也增強了安全與效率。

11、主廠房荷載工廠的主建筑各層除了基礎結構重量和抹面層的負擔外，還需要承受活動荷載。這種活動荷載的具體數(shù)值，需根據(jù)可能出現(xiàn)的實際情況來設定。在設備安裝區(qū)域，不同功率的機組在空間上的要求差別顯著；即便是功率相同的電站，其對活動荷載的需求也存在明顯的不同。11.1安裝間在進行機組安裝或檢修時，通常需要考慮工作地點樓層能承受的重量，尤其是大型機械設備所帶來的重荷載。這種重荷載通常構成了安裝區(qū)域樓板活載荷的重要組成部分?？紤]到這些設備底部可能會放置支撐物，如枕木或墊塊，這些都有助于分散壓力，因此在計算荷載時非常有必要考慮這種荷載分散效應。關于如何估算這些荷載，當設備的具體尺寸和重量數(shù)據(jù)缺失時，常采用一種經(jīng)驗公式來進行初步估算，這種方法在工程設計初期尤為有效。通常，會根據(jù)設備所占面積單位進行荷載的計算，以確保樓面的安全性不被大型設備超重所威脅。通過這種方式，可以較為準確地預測并準備適當?shù)闹未胧?，保證安裝作業(yè)的順利進行。即q=(0.07~0.10)G式中:q——安裝間樓面活荷載(t/m2);G——發(fā)電機轉子連軸重(t)。該式中較小的系數(shù)適用于大容量、低轉速的機組。q=(0.07~0.10)G=0.1×162=16.2t對于容量在7.25萬千瓦以上的大型機組，所使用的標準公式得出的計算結果往往偏高。因此，許多大型水電站會依據(jù)設備實際放置的區(qū)域進行分區(qū)，并針對安裝空間的活載荷進行調(diào)整計算，使用如下方法進行估算：q=式中:D——發(fā)電機轉輪直徑(m)。q=按該式計算所得的荷載比較接近實際情況。11.2發(fā)電機層在對發(fā)電機組進行安裝或檢修期間，通常在發(fā)電機層只會存放一些小型配件或部件。因此，與安裝間相比，該層所需承受的樓面載荷相對較輕?？梢圆捎靡环N經(jīng)驗公式來估算該荷載，該公式可以有效幫助確定承載需求。這樣的計算方式確保在進行設備安裝或維護時，樓面的結構安全得到合理評估。qq在發(fā)電機所在的樓層，除去發(fā)電機本身外，通常會布置一些其他設備如調(diào)速器、壓油設備及機旁操作盤。這些設備所產(chǎn)生的等效分布活荷載，通常要低于安裝間內(nèi)的活荷載。11.3尾水平臺尾水平臺的設計用于支撐檢修時所受到的尾水閘門的動載荷。一般情況下，這種平臺的荷載標準設置在每平方米500到1000公斤之間，但對于大型發(fā)電站來說，通常會選擇使用這一范圍的上限值。若尾水平臺還兼作公路橋的功能，則需要參照交通部對公路橋梁的車輛荷載標準來決定其荷載，這樣的設計既要滿足公路交通的需要，亦需考慮到與閘門維護功能相關的荷載需求。11.4其他荷載在工業(yè)建筑設計中，活荷載的計算至關重要以確保結構安全。主廠房與副廠房的樓梯、走廊等區(qū)域，通常設計的活荷載范圍在350到400千克每平方米。對于吊物孔的蓋板設計，其承受的荷載通常應控制在1000千克每平方米以內(nèi)。此外，由于在主副廠房內(nèi)部會進行物品的搬運和設備的轉移，這些操作往往伴隨著撞擊和動力的影響，因此，這些區(qū)域的樓面活荷載需要考慮動力系數(shù)，一般取值在1.1到1.2之間，這一系數(shù)僅適用于傳遞至樓板和梁的情況。在分析和計算工廠內(nèi)部的梁、柱和墻的承重時，還需考慮到活荷載的折減系數(shù)，這一系數(shù)通常在0.8到0.85之間。此外，工廠內(nèi)部使用的非生產(chǎn)性房間，例如辦公室或儲物室，其樓面荷載可以類比于民用建筑，通常這類房間的均布荷載可以相應地設計。通過這樣的參數(shù)和系數(shù)的適當應用，可以有效確保工廠建筑的結構安全和功能需求得到滿足。一般辦公室:150kg/m2會議室:200kg/m2資料室:200