雙口渡水電站水利水電樞的廠房設(shè)計(jì)計(jì)算過程案例目錄TOC\o"1-3"\h\u7178雙口渡水電站水利水電樞的廠房設(shè)計(jì)計(jì)算過程案例 1272251.1水輪機(jī)選擇 1298271.1.1洪水標(biāo)準(zhǔn)確定 1248781.1.2特征水頭確定 2313331.1.3水輪機(jī)型號(hào)的選擇 4202351.1.4水輪機(jī)及發(fā)電機(jī)尺寸確定 7303091.2廠房各層高程的確定 10158421.2.1水輪機(jī)安裝高程 10262361.2.2主廠房基礎(chǔ)開挖高程 1021541.2.3尾水管底部高程 10175651.2.4水輪機(jī)層高程 1026851.2.5發(fā)電機(jī)定子安裝高程 11266601.2.6發(fā)電機(jī)層樓板高程 1195421.2.7吊車軌道頂高程 11327151.2.8主廠房屋頂高程 11158551.2.9尾水平臺(tái)高程 12205101.3主廠房尺寸確定 12211681.3.1主廠房長(zhǎng)度確定 127151.3.2主廠房寬度確定 14249471.3.3副廠房尺寸確定 151.1水輪機(jī)選擇1.1.1洪水標(biāo)準(zhǔn)確定水電站工程等級(jí)按《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》SL252-2017的規(guī)定確定。水電站工程等級(jí)確定為5級(jí)。本次設(shè)計(jì)廠房采用地面式發(fā)電廠房，廠房不作為樞紐擋水建筑物，其洪水標(biāo)準(zhǔn)按下表確定。表5-1水電站廠房永久性水工建筑物洪水標(biāo)準(zhǔn)建筑物級(jí)別洪水重現(xiàn)期（年）設(shè)計(jì)洪水位校核洪水位120010002200～1005003100～50200廠房選用洪水重現(xiàn)期100年作為設(shè)計(jì)洪水位，洪水重現(xiàn)期500年作為校核洪水位。通過調(diào)洪演算可得，設(shè)計(jì)洪水位為162.94米，校核洪水位為163.59米。1.1.2特征水頭確定(5-1)式中：Q——通過水電站水輪機(jī)的流量，m3/s;H——水電站凈水頭，水電站上下游水位之差減去各種水頭損失;——水電站效率，等于水輪機(jī)效率、發(fā)電機(jī)效率及機(jī)組傳動(dòng)效率的乘積。對(duì)于中型水電站A可?。?.0－8.5），本設(shè)計(jì)取8.2。死水位下，一臺(tái)機(jī)組發(fā)電：表5-2死水位+一臺(tái)機(jī)組發(fā)電時(shí)水頭計(jì)算表317.5012.01186.55130.95127.021.25通過單變量求解，N=1.25萬kw所對(duì)應(yīng)的引用流量Q=12.01m3/s，查得電站廠房處水位～流量關(guān)系曲線有，所以死水位下，一臺(tái)機(jī)組發(fā)電時(shí)的凈水頭為。死水位下，機(jī)組滿發(fā)：表5-3死水位+機(jī)組滿發(fā)時(shí)水頭計(jì)算表317.5024.07186.91130.59126.672.5通過單變量求解，N=2.5萬kw所對(duì)應(yīng)的引用流量Q=24.07m3/s，查得電站廠房處水位～流量關(guān)系曲線有，所以死水位下，一臺(tái)機(jī)組發(fā)電時(shí)的凈水頭為。正常蓄水位下，一臺(tái)機(jī)組發(fā)電：表5-4正常蓄水位+一臺(tái)機(jī)組發(fā)電時(shí)水頭計(jì)算表343.0010.04186.47156.53151.831.2通過單變量求解，N=2.5萬kw所對(duì)應(yīng)的引用流量Q=10.04m3/s，查得電站廠房處水位～流量關(guān)系曲線有，所以正常蓄水位下，一臺(tái)機(jī)組發(fā)電時(shí)的凈水頭為。正常蓄水位下，機(jī)組滿發(fā)：表5-5正常蓄水位+機(jī)組滿發(fā)時(shí)水頭計(jì)算表343.0020.13186.81156.19151.502.5通過單變量求解，N=2.5萬kw所對(duì)應(yīng)的引用流量Q=20.13m3/s，查得電站廠房處水位～流量關(guān)系曲線有，所以正常蓄水位下，一臺(tái)機(jī)組發(fā)電時(shí)的凈水頭為。設(shè)計(jì)洪水位下，機(jī)組滿發(fā)：表5-6設(shè)計(jì)洪水位+機(jī)組滿發(fā)時(shí)水頭計(jì)算表346.6319.67186.79159.84151.042.5通過單變量求解，N=2.5萬kw所對(duì)應(yīng)的引用流量Q=19.67m3/s，查得電站廠房處水位～流量關(guān)系曲線有，所以設(shè)計(jì)洪水位下，一臺(tái)機(jī)組發(fā)電時(shí)的凈水頭為。校核洪水位下，機(jī)組滿發(fā)：表5-7校核洪水位+機(jī)組滿發(fā)時(shí)水頭計(jì)算表349.0419.38186.79162.25157.382.5通過單變量求解，N=2.5萬kw所對(duì)應(yīng)的引用流量Q=19.38m3/s，查得電站廠房處水位～流量關(guān)系曲線有，所以設(shè)計(jì)洪水位下，一臺(tái)機(jī)組發(fā)電時(shí)的凈水頭為。由上表可得，電站的最大水頭為157.38m，最小水頭為126.67m，平均水頭。，根據(jù)最大水頭和最小水頭適合的水輪機(jī)有HL160，其推薦使用的水頭為110～150m，該機(jī)組在水頭大于150m時(shí)停機(jī)不發(fā)電。1.1.3水輪機(jī)型號(hào)的選擇1.1.3.1轉(zhuǎn)輪直徑的計(jì)算HL160型水輪機(jī)方案主要參數(shù)計(jì)算：根據(jù)《混流式水輪機(jī)的模型主要參數(shù)表》（劉啟釗編《水電站》）表3-6，可得HL160型水輪機(jī)在限制工況下的單位流量，效率=89.0％，由此可假定原型水輪機(jī)在該工況下的單位流量，效率。已知額定出力：，設(shè)計(jì)水頭為：。故轉(zhuǎn)輪直徑為：查《反擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱直徑系列》，選用較大的標(biāo)稱直徑，取。1.1.3.2轉(zhuǎn)速n計(jì)算查《混流式水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪的主要參數(shù)表》HL160型水輪機(jī)在最優(yōu)工況下的轉(zhuǎn)速為。初步假定,將已知的和，代入下式：查《磁極對(duì)數(shù)與同步轉(zhuǎn)速關(guān)系表》，選用接近而偏大的同步轉(zhuǎn)速。1.1.3.3效率修正根據(jù)《混流式水輪機(jī)的模型主要參數(shù)表》（劉啟釗編《水電站》）表3-6，HL160型水輪機(jī)在最優(yōu)工況下的模型最高效率為，模型轉(zhuǎn)輪直徑的為：，故：因?yàn)槟Ｐ退啓C(jī)無法做到按比例計(jì)算的光滑度，還需要再減去修正值，則可得到效率修正值為，所以對(duì)于原型水輪機(jī)。與最初假設(shè)存在偏差，故重新假設(shè)，重新計(jì)算轉(zhuǎn)輪直徑：故仍選則轉(zhuǎn)輪直徑為。1.1.3.4單位參數(shù)修正單位轉(zhuǎn)速差值：（5-2）則故單位轉(zhuǎn)速和單位流量可以不加修正。綜上所述，原假定得、、是正確得，那么上述計(jì)算及選用結(jié)果、也是正確得。最終確定水輪機(jī)參數(shù)為：、、、、。1.1.3.5工作范圍檢驗(yàn)最大單位流量為：則水輪機(jī)的最大引用流量為：在各特征水頭下：由圖可得，由這三根直線所圍成的水輪機(jī)工作范圍基本包含了該特性曲線的高效率區(qū)，所以對(duì)于HL160型水輪機(jī)方案所選定的參數(shù),是合理的。圖5-1HL160水輪機(jī)工作范圍圖1.1.3.6吸出高度計(jì)算由水輪機(jī)的設(shè)計(jì)工況參數(shù)，，，查圖5-1得氣蝕系數(shù)，由水輪機(jī)查氣蝕系數(shù)修正曲線圖可得氣蝕系數(shù)修正值，再由下式計(jì)算：（5-3）式中：——為安全起見取為單臺(tái)機(jī)組以最大引用流量工作時(shí)對(duì)應(yīng)得下游水位，為186.55m；——設(shè)計(jì)水頭，142.03m。1.1.3.7飛逸轉(zhuǎn)速1.1.4水輪機(jī)及發(fā)電機(jī)尺寸確定1.1.4.1水輪機(jī)尾水管尺寸查《推薦尾水管尺寸表》（劉啟釗編《水電站》）表2-1，選用彎肘形標(biāo)準(zhǔn)混凝土肘，,,,,,,,,進(jìn)口錐管的單邊擴(kuò)散角出口擴(kuò)散段其頂板仰角一般取取11°，詳見廠房布置圖。1.1.4.2蝸殼尺寸本設(shè)計(jì)的作用水頭為142.03m，大于，所以采用金屬蝸殼；又由于，屬于高水頭混流式水輪機(jī)，所以采用鑄焊金屬蝸殼。取。根據(jù)《蝸殼進(jìn)口斷面平均流速曲線》得到蝸殼進(jìn)口斷面的平均流速為。對(duì)于任一斷面的流量，通過斷面的流量為：（5-4）式中：——從鼻端逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到斷面得角度。斷面半徑：（5-5）表5-8蝸殼斷面半徑計(jì)算（°）3453002552101651207530（m）0.600.560.520.470.410.350.280.181.1.4.3發(fā)電機(jī)的型號(hào)及參數(shù)得確定極距：（5-6）式中：——額定容量，為12500/0.8=15625kVA；——磁極對(duì)數(shù)，為4對(duì)；——系數(shù)取為10?？傻?。還需要校核飛逸速度：（5-7）式中：——系數(shù)，等于；——額定線速度，頻率為50Hz時(shí)等于極距；可得，低于允許值110～120m/s。定子內(nèi)徑：（5-8）定子鐵芯長(zhǎng)度：（5-9）式中：——系數(shù)，當(dāng)在10000～100000之間時(shí)可取。所以。在選擇水輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)型式時(shí)，可用下式作為造型判別：時(shí)，采用懸式；（5-10）時(shí)，采用傘式；（5-11）時(shí)，可采用全傘式；（5-12）式中：——定子鐵芯內(nèi)徑（m）；——定子鐵芯長(zhǎng)度（m）；——額定轉(zhuǎn)速可得，所以采用懸式水輪發(fā)電機(jī)。表5-9發(fā)電機(jī)外形尺寸估算表項(xiàng)目計(jì)算公式尺寸（cm）項(xiàng)目計(jì)算公式尺寸（cm）定子鐵芯外徑249定子機(jī)座高度278定子機(jī)座外徑324上機(jī)架高度42風(fēng)罩內(nèi)徑524推力軸承高度查表100轉(zhuǎn)子外徑169勵(lì)磁機(jī)高度查表150下機(jī)架跨度300副勵(lì)磁機(jī)高度查表60機(jī)坑直徑查表240永磁機(jī)高度查表50推力軸承外徑200～260220下機(jī)架高度20勵(lì)磁機(jī)外徑140～160150擋風(fēng)板間距25法蘭底面間距70～150100發(fā)電機(jī)總高度豎向累加725磁軛軸向高度195主軸高度5801.2廠房各層高程的確定1.2.1水輪機(jī)安裝高程對(duì)于HL160-LJ-120:（5-13）式中：——設(shè)計(jì)尾水位，186.55m；——導(dǎo)葉高度，。1.2.2主廠房基礎(chǔ)開挖高程（5-14）式中：——尾水管尺寸，即尾水管高?！菜艿装寤炷梁穸?，取1m。1.2.3尾水管底部高程（5-15）式中：——尾水管高度，為2.64m。1.2.4水輪機(jī)層高程（5-16）式中：——蝸殼最大斷面半徑，0.6m；——包圍蝸殼的混凝土最小厚度，金屬蝸殼取1.0m。1.2.5發(fā)電機(jī)定子安裝高程（5-17）式中：——水輪機(jī)井進(jìn)人孔高度，取2m；——進(jìn)人孔頂部的梁深，取1m。1.2.6發(fā)電機(jī)層樓板高程（5-18）式中：——發(fā)電機(jī)定子高度，取2m；——上機(jī)架高度，取1.3m。水輪機(jī)層與發(fā)電機(jī)層之間的高度一般不小于4米。發(fā)電機(jī)層地面高程高于下游校核洪水位。本次設(shè)計(jì)的發(fā)電機(jī)層滿足以上要求。1.2.7吊車軌道頂高程（5-19）式中：——吊運(yùn)部件與固定的機(jī)組或設(shè)備的垂直凈距，?。弧畲蟮踹\(yùn)部件高度，取；——吊運(yùn)部件與吊鉤間距離，?。弧鞯蹉^的最高位置到軌頂面的距離，取。1.2.8主廠房屋頂高程（5-20）式中：——軌底至小車頂?shù)木嚯x，?。弧獧z修吊車離小車上方的距離，??；——屋頂大梁高度，參照已建工程，?。弧菝姘搴捅?、防水層的厚度，參照已建工程，取。綜上所述，可確定主廠房的高度為主廠房屋頂高程與基礎(chǔ)開挖高程之差，為26.25m。1.2.9尾水平臺(tái)高程尾水平臺(tái)是布置尾水閘門、啟閉機(jī)的地方，也是閘門檢修場(chǎng)，其高程與發(fā)電機(jī)地面高程相同。1.3主廠房尺寸確定1.3.1主廠房長(zhǎng)度確定裝有立軸反擊式機(jī)組的廠房機(jī)組段長(zhǎng)度由蝸殼、尾水管、發(fā)電機(jī)等在軸方向的尺寸確定，同時(shí)還要考慮機(jī)組附屬設(shè)備和主要通道的尺寸。機(jī)組段長(zhǎng)度：（5-21）式中：——機(jī)組段方向的最大長(zhǎng)度——機(jī)組段方向的最大長(zhǎng)度分別計(jì)算蝸殼層、尾水管層、發(fā)電機(jī)層的和，取其中的最大值。1.3.1.1蝸殼層式中：——蝸殼方向最大的平面尺寸，取；——蝸殼方向最大的平面尺寸，取；——蝸殼外部混凝土厚度，由水工結(jié)構(gòu)確定，初步設(shè)計(jì)時(shí)一般可取。取。圖5-1蝸殼層1.3.1.2尾水管層式中：——尾水管的寬度，——尾水管邊墩混凝土厚度。取。圖5-2尾水管層1.3.2.3發(fā)電機(jī)層式中：——發(fā)電機(jī)的風(fēng)罩內(nèi)徑，??；——發(fā)電機(jī)的風(fēng)罩壁厚，取；——兩臺(tái)機(jī)組之間風(fēng)罩外壁的凈距，取。圖5-3發(fā)電機(jī)層所以機(jī)組段的長(zhǎng)度端機(jī)組應(yīng)考慮起吊時(shí)吊鉤處于工作范圍內(nèi)、以及考慮到廠房邊墻和樓梯寬度1.5m，將端機(jī)組長(zhǎng)度擴(kuò)大2.5m。安裝間長(zhǎng)度要能夠滿足同時(shí)將機(jī)組主要部件同時(shí)置于該區(qū)域進(jìn)行檢修的要求，初估時(shí)取。