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- 某水電站廠房計算書
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圖紙簡介
某水電站廠房計算書
水電站廠房
第一節 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8.5
H 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284m
ΔH=0.03 (284—198.8)=2.6m
又因為284—84—2.6= 197.4
2 重新假設Hmax=83m
由公式Nr=K Q H
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284m
ΔH=0.03 (284—199.3)=2.5m
又因為284—83—2.5=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8.5
H 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264m
ΔH=0.03 (264—203.50)=1.80m
又因為264—60—1.80=202.20< 203.50
2 重新假設Hmin=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
ΔH=0.03 (264—203.58)=1.77m
又因為264—59—1.77=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8.5
H 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284m
ΔH=0.03 (284－203.40)=2.10m
又因為284—70—2.10=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
ΔH=0.03 (284－203.33)=2.34m
又因為284—78—2.34=203.66 = 203.33
故Hr=78m
第二節 水輪機的選型(7)
根據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 / ŋ
公式中Ngr為水輪機額定出力。
ŋ 為水輪機效率為90%。
Nr 為水輪機出力為55430KW。
故Ngr為5.543萬KW
二、水輪機轉輪直徑的計算。
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
又因為轉輪直徑應選符合轉輪直徑系列并比計算值稍大的值
故 為2.75m。
三、水輪機轉速n的計算。
初步假定 （對于壩后式水電站）
由公式
又因為水輪機的轉速要采用發電機的標準轉速，為此要選取與上述公式得出的轉速相近的發電機的標準轉速。常選取稍大的標準轉速作為水輪機采用的轉速。故為250 r/min。
又因為當n = 250 r/min 時水輪機的效率比較低，故選取比標準轉速稍小的標準轉速。
故選取n = 214 r/min。
四、效率與單位參數修正。
HL220-2750的
求得原型 （當水頭H〈150m時〉
效率修正值： 考慮原型與模型水輪機在制造工藝、質量上的差異，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
又因為轉輪直徑應選符合轉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H〈150m時〉
效率修正值： 考慮原型與模型水輪機在制造工藝、質量上的差異，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工況下的效率為
與假定值相等。
單位轉速修正值：
由于 按規定單位轉速可不加修正，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 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相應單位轉速為：
效率驗證如圖：
六、水輪機吸出高度Hs的計算。
Hs = 10— /900—（σ +Δσ）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）
σ 為水輪機的汽蝕系數為0.133。
Δσ 為水輪機的汽蝕系數修正值為0.02。
第三節 發電機的選型
一、發電機的外型尺寸。
n=214r/min>150r/min 故采用懸式發電機。
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定子機座外徑：因n=214r/min>166.7r/min，有
⑵風罩內徑：因
⑶轉子外徑：
⑷下機架最大跨度：因
（查表 ）
⑸推力軸承外徑和勵磁機外徑：根據發電機容量查表得：
取
3 軸向尺寸的計算
⑴定子機座高度：
因n=214r/min
⑵上機架高度：
⑶推力軸承高度、勵磁機高度和永磁機高度：查表得：
取
⑷下機架高度：懸式非承載機架：
⑸定子支座支承面至下機架支承面或下擋風板之間的距離：
懸式非承載機架：
⑹下機架支承面至主軸法蘭盤之間的距離：
⑺轉子磁軛軸向高度：無風扇：
⑻發電機主軸高度：
⑼定子鐵芯水平中心線至主軸法蘭底盤之間的距離：
二、發電機的重量估算
1 發電機總重：
2 發電機轉子重：
3 發電機飛輪力矩：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：
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蝸殼外緣至機組中心的距離 |
2.08×2.75=5.72 |
1.86×2.75=5.115 |
1.58×2.75=4.345 |
1.24×2.75=3.41 |
|
蝸殼圓斷面半徑 |
0.64×2.75=1.76 |
0.54×2.75=1.485 |
0.4×2.75=1.1 |
0.34×2.75=0.935 |
|
蝸殼橢圓斷面長半徑 |
0.64×2.75=1.76 |
0.54×2.75=1.485 |
0.4×2.75=1.1 |
0.34×2.75=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：
金屬蝸殼座環尺寸：查表得：
第四節 調速系統(7)
一、調速器的選擇
調速功計算：∵ 水輪機在該工況的效率
∴
∵ 屬于大型調速器。
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 ，采用標準正曲率導葉，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
兩個接力器總容積
4 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1—6，選用SSPL-10000型主變
五、起重設備
參考《機電設計手冊》：發電機轉子重量：182.85T
乘以動力系數1.2：182.85×1.2=219.42T
選用2×125雙小車橋式起重機。
第五節 尾水管的選型
由于采用HL220型，因此 ，所以：
|
h |
L |
B5 |
D4 |
h4 |
h6 |
L1 |
h5 |
|
2.6D1 |
4.5D1 |
2.72D1 |
1.35D1 |
1.35D1 |
0.675D1 |
1.82D1 |
1.22D1 |
|
7.15m |
12.375m |
7.48m |
3.7125m |
3.7125m |
1.856m |
5.005m |
3.355m |
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 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:
由發電機風罩確定的機組段長度L1:
L1=Φ+B+2δ=8.92+4.2+2×1.5=14.12(m)
所以取L1:為14.2米。
（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。由經驗公式得：
L2= L1+△L=14.2+0.8×2.75=16.4(m) [式中△L=(0.2-1)D]]
（3） 裝間長度L3:
根據吊運與機組檢修等的布置要求，由經驗公式得
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:
① 下游側寬度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。
② 上游側寬度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的寬度相同為：8.3m。
（2） 廠房水上部分寬度的確定:
① 下游側寬度B1:
B1主要決定于發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。
② 上游側寬度B2:
B2主要決定于發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尾水閘室，分別放置尾水閘門。
根據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200m
2 尾水管底板高程：
▽1=▽3－b0÷2－h1=200－0.6875÷2－7.15=192.387
3 尾水管進人孔地面高程：
▽2=▽3－r1－h2=200－4.4－1.8=193.68(m)
4 水輪機層地面高程：
▽4=▽3+r2+h3=200+1.8425+1.2=203(m)
5 發電機定子安裝高程：
▽D=▽4+h4+h5=203+2+1=206(m)
6 發電機層地面高程：
▽5=▽D+ h6=206+4.23=210.23(m)
7 安裝間地面高程：
根據下游洪水資料及廠房的施工等需要將安裝間高程相對發電機地面高程抬高△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：
以上高程都已經確定所以廠房屋頂高程可取為230米。
第七節 廠房的整體穩定分析(2)
為了便于計算荷載，廠房的整體穩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定分析相同。通過計算確定廠房整體的抗滑穩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拉應力。由于廠房的寬度較大，一般不需要進行廠房傾倒穩定性的校核。
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)×14.2－0.5×(3.355+1.85625)×7.37×7.48－1.85625×5.005×7.48－(90÷360)×3.14×3.7122×7.48]=24539.94KN
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
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
各層樓板自重：
W5=15.4×0.4×14.2×24×2=4198.656KN
所以A2= W4+ W5=56219.306KN
2 已安裝的機電設備重：A3
發電機總重：W6=3657KN
水輪機總重：W7=284KN
所以A3= W6+ W7=3941KN
3 上游水壓力：A4
A4=0.25×3.14×5×5×9.81×5×5=4808.175KN
4 下游水壓力：A5
A5=0.5×10×23.45×23.45×14.2=39043.0775KN
5 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×(5.72－2.75)×2×10=1118.45KN
7 特殊風荷載：A8
P=K·Kz·W0=0.8×1.0×76.8=61.44kg/m2
A8=14.2×(229.975－218.45)×61.44=10054.96N=10.05496KN
8 浪壓力荷載：A9
A9=79.87KN
9 地震慣性力：A10
A10=Kh·Cz·F·W=0.1×0.25×1.1×107533.806=2957.18KN
10 地震時水的激蕩力：A11
A11=0.65Kh·Cz·γ0·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定性和地基應力分布。
1 在水電站正常運轉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種情況后發現所要求的地基應力比地基承載力小得多時，亦可以不必對每一種情況都進行計算。
五、該電站的地基承載能力及廠房抗滑穩定安全系數。
由于廠房建在新鮮完整的堅硬巖石地基上，允許的承載力較大為：2-10MP
廠房抗滑穩定安全系數查資料如下：（一級建筑物等級）
正常運行工況下：K=1.4
檢修工況下：K=1.3
非常工況下：K=1.1
六、廠房的抗剪斷強度驗算：
所以
滿足要求。
七、廠房抗浮穩定驗算：
所以
滿足要求。
八、廠房的抗滑穩定驗算：
1 正常運轉工況下：
所以
故滿足要求。
2 檢修工況下：
所以
故滿足要求。
3 非常工況下：
所以
故滿足要求。
參考文獻
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（2）王樹人 董旒新主編•水電站建筑物•清華大學出版社1992.3
（3）水電站廠房設計規范SL266-2001•中國水利水電出版社2001.5
（4）河海大學•張洪楚主編•水電站•中國水利水電出版社1994.10
（5）河海大學•林益才主編•水工建筑物•中國水利水電出版社1997.7
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（7）水電站機電設計手冊編寫組•水電站機電設計手冊水力機械•水利電力出版社1983.11
（8）水電站機電設計手冊編寫組•水電站機電設計手冊電氣一次•水利電力出版社1982.11
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（11）張光斗王光綸著•專門水工建筑物•上海科學技術出版社1999.12
（12）李家星趙振興•水力學（上、下冊）•河海大學出版社2000.12
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