水电站厂房毕业设计说明书(厂房引水系统)(编辑修改稿)

水电站厂房毕业设计说明书(厂房引水系统)(编辑修改稿)内容摘要：

置 厂房类型确定 根据基本资料可知，本工程为大（二）型工程，主要建筑物为 2级，次要建筑物为3级。 本工程坝体采用碾压混凝土重力坝型式，地基以砂岩和泥岩为主，初步判断厂房类型可设置为坝后式、河床 式、地下式或岸边式。 由相关资料可知，坝体所处位置两岸山谷较为陡峭，地质构造复杂，在坝后设置厂房开挖量过大，且易受坝体施工的影响，在溢流坝泄洪时产生的水雾易对厂房的安全运行造成干扰。 同时，厂房设在坝体后面会大大减轻护坦防冲效果，对枢纽整体有较为不利的影响。 若将厂房与整个进水建筑物连为一体，即设为河床式电站，厂房本身起挡水的作用。 一般来说，河床式厂房较适于河道中下游地区，水头较低，单机容量大的电站；不适于地质条件较差，地应力分布较为复杂的地区。 且这种厂房结构复杂，通风和防渗施工较为困难。 若因在河谷两岸找 不到较为合适的厂房位置，将厂房设在地下，即设为地下式厂房。 又考虑到河谷两岸地形地势，仅左岸有较为合适的位置。 但考虑左岸山体裂隙较为发育，且开挖难度过大，对工程稳定性有较大的影响，所以在河谷两岸设置地下厂房的方式也不理想。 若设置为岸边式厂房，左岸地形明显优于右岸，在河岸下游 U型河谷左岸有一块较为平坦的地区非常适合将地面厂房设置在其中。 且考虑到引水道设于左岸，施工量将大大降低，能够获得较大的水头差，发电效率明显高于右岸。 综上所述，将厂房设为坝后式则受地形条件所限，易受坝体影响；若将厂房设为河床式则受地质条件 所限，不宜选用；若将厂房设在地下，则受开挖与地质条件所限，稳定性不够。 综合比较几种不同形式电站的优缺点，本电站决定选用岸边引水式厂房，厂址选在左岸下游侧，进水口设在左岸上游，通过有压引水隧洞引水。 西华大学毕业设计说明书 10 厂房各部分尺寸计算 蜗壳单线图的绘制 蜗壳型式的确定 在资料中已经给出了水轮机型号为 HL211— LJ— 225，而且电站最大工作水头maxH =40m，查相关资料《水利机械》中蜗壳分类，蜗 壳型式为金属。 蜗壳主要 参数 根据《水利机械》中规范，金属蜗壳进口断面包角 0 345 。 同时，已知蜗壳进口断面流量 maxQ =80 sm/3 ，设计水头 rH =35m。 查《水利 机械 》第二版第 99 页中蜗壳进口断面平均流速曲线可知， 蜗壳进口断面平均流速为 cV = sm/。 已知水轮机型号为 HL211— LJ— 225，查相关资料中规范可知，蜗壳座环内半径br =，外半径 ar =。 图 21 蜗 壳尺寸示意图（单位： mm） 蜗壳水力计算 西华大学毕业设计说明书 11 对于任一蜗壳断面有 oii 360max coii vQ360m ax iai rR 2 其中： iQ 为任一蜗 壳 断面流量， maxQ 为水轮机最大流量 cv 为进口断面平均流速， i 为断面半径， iR 为断面外半径 对于进口断面 有， 断面流量为 sm cc /6 6 6 03 4 5803 6 0 3m a x    断面面积为 mVQFccc  断面半径为 mFc a x   从轴中心线到蜗壳外径的半径 mrR a m a xm a x   蜗壳单线图 对蜗壳由鼻端起，每隔 15176。 取一个断面计算，便可绘制出蜗壳单线图，计算结果如下： 表 21 蜗壳单线图表 ()i 3m a x ( / )360iiQ Q m s   2cFm )(mFci   2 ( )i a iR r m 0 0 0 0 15 30 45 10 60 75 90 20 105 120 135 30 150 西华大学毕业设计说明书 12 165 180 40 195 210 225 50 240 255 270 60 285 300 315 70 330 345 图 22 蜗壳单线图 尾水管单线图的绘制 已知选定的水轮机型号为 HL211— LJ— 225，查相关资料可知：当水轮机直径mD  且水轮机出口直径 12DD 时，由《水利机械》可查得 西华大学毕业设计说明书 13 表 22 尾水管各部位参数表 型式 h L 5B 4D 4h 6h 1L 5h 参数 尺寸 为减小尾水管开挖的深度，决定采用弯肘形尾水管，由进口直锥段、肘 管、出口扩散段组成，其计算过程在下面给出。 进口直锥段计算 由相关资料，可知 mDhh 4 0 3 9 121  进口锥管的高度为 3 1 2 4 2. 38h h h h h m     锥管的单边扩散角 0433 8 .12DDarctg h  进口锥管上下直径 3 1. 05 2. 25 2. 36 3 ,Dm   2转 轮 出 口 直 径 D 由相关资料，对混流式水轮机，锥管的单边扩散角可取 7~9176。 ，出口直径 4D =。 肘管计算 肘管是一 90 变截面弯管，其进口为圆断面，出口为矩形断面，水流在肘管中由于转弯受到离心力的作用，使得压力和流速的分布很不均匀，而在转弯后流向水平段时又形成了扩散，因而在肘管中产生了较大的水力损失。 影响这种损失的最主要的因素是转弯的曲率半径和肘管的断面变化规率，曲率半径越小则产生的离心率越大，一般推荐使用的合理半径 4( ~ )RD ，外壁 6R 用上限，内壁 7R 用下限。 mR  mR  出口扩散段计算 出口扩散段是一个水平放置断面为矩形的扩散段，其出口宽度一般与肘管出口宽度相等，其顶板仰角  r c t a na r c t a n 2 65  L hh，。 , mLmL  顶板长度 mDmLLL ~)3~2( 112 。 西华大学毕业设计说明书 14 尾水管高度 尾水管总高度是由导叶底环平面到尾水管之间的垂直高度，对于混流式水轮机可取mDmDD 6 123  ，且属于高比转速混流式水轮机，取 mDh 1 。 尾水管单线图 根据以上数据，可绘制出尾水管单线图，如下 图 23 尾水管单线图（单位： m） 主厂房尺寸计算 主厂房长度计算 厂房总长度主要由机组段长、端机组段的长度和安装间的长度组成。 总长 ac LLLLnL  21)1( ，其中 n 为机组台数， cL 为机组段长度， aL 为装配场长度， 1L 为左机组段长， 2L 为右机组段长，为便于安装，厂房左端加长 Δ L。 西华大学毕业设计说明书 15 图 24 厂房长度示意图 机组段长度 cL 机组段长度 cL 主要由蜗壳、尾水管、发电机风罩在纵向的尺寸来决定。 其长度按xxc LLL   来计算，其中， xL 为机组段 +x 方向的最大长度， xL 为机组段 x 方向的最大长度。 按蜗壳层计算时 2121   RRLc 其中， 1R 为 0345i 时的 iR ，即 1R = 2R 为当 0165i 时的 iR ，即 2R = 12,分别为蜗壳左右外围混凝土的厚度，取 则， 2121   RRLc =+++= 按尾水管层计算时 25 2BLc 其中， 5B 为尾水管的出口宽度，即 5B = 2 为尾水管混凝土边墩厚度（大型取 5～ 7m,中型取 3～ 4m,小型取 1～ 2m），取 则 ， 25 2BLc =+2 = 按发电机层计算时 33 2  bLc 其中 ， 3 为发电机风壁厚，一般取 ~,取 b 为相邻两风罩外壁净距，一般取 ~2m,取 3 为发电机风罩内径，查相关资料， 3 = 则， 33 2  bLc =++2 = 尺寸调整：为保证三个层面计算长度一致，必须对尺寸进行调整，具体如下 12,分别为蜗壳左右外围混凝土的厚度，取 2 为尾水管混凝土边墩厚度，取 3 为发电机风壁厚，取 b 为相邻两风罩外壁净距，取 西华大学毕业设计说明书 16 综上所述，机组段长度取为。 安装间长度 安装间又称为装配厂，其宽度与主机间相同，长度一般为机组段长的 ~。 对于混流式和悬式 水轮机 取偏小值，其长度取为 LLa 即， LLa = = 结合工程实际地形考虑，经过后期调整，安装间长度为 ，宽度为 ，具体布置见相关枢纽布置图。 端机组段加长 左端机组段附加长度 1L 按蜗壳层计算  111 RL += 按尾水管层计算 251 2 tBL =  按发电机层计算 1L =tf LD  32 =  则，综上所述， 1L 取为 右端机组段附加长度 2L 按蜗壳层计算 mRL   按尾水管层计算 2L = mtB 4 5 9 15  按发电机层计算 2L =tf LD  32 =  则，综上所述， 2L 取为 主厂房总长度 综合上诉数据，可计算出主厂房的总长为 ac LLLLnL  21)1( = m4 7 5 8  综合考虑，为方便计算将厂房长度选为 71m。 西华大学毕业设计说明书 17 主厂房宽度 计算 厂房宽度以机组中心线为界，分为上游侧宽度 SB 和下游侧宽度 XB 两部分，其 计算式为 xs BBB  ，具体计算如下 上游侧宽度 332SBA    其中， 3 为发电机风罩内径，即 3 = 3 为发电机风罩壁厚，即 3 = A 为风罩外壁到上游墙内侧的净距 ,一般取 2~3m，取为 2m 则， 332SBA   =  下游侧宽度 XB 除了满足上面式子的要求外，还需要满足蜗壳在 y 方向的尺寸 和蜗壳外混凝土厚度的要求。 对发电机层 332XBA    其中， 3 为发电机风罩内径，即 3 = 3 为发电机风罩壁厚，即 3 = A 为风罩外壁到下游墙内侧的净距，取为 6m 则， 332XBA   = m5 5 5  对蜗壳 y 方向 2XB y l  其中， 2y 为 i 为 0255 时的 iR ，取为 2y = l 为混凝土保护层的厚度，取为 l = 则， 2XB y l  =+= 因此，厂房宽度为 xs BBB  =+= 由桥机跨度确定厂房宽度，已知跨度 L=16m，如图 西华大学毕业设计说明书 18 图 25 牛腿部分示意图 其中，牛腿以上 122 ( 39。 )kbB l b b h    牛腿以下 2( )kbB l e h   其中， 1b 为桥机端与轨道中心线的距离，查相关资料，取为 2b 为桥机端部与上柱内面间距，一般取 ~，取为 39。 bh 为牛腿上部立柱截面高度，一般取 ~，取为 bh 为牛腿下部立柱截面高度，一 般取 ~，取为 e 为偏心距，一般取 0~，取为 则，牛腿以上 122 ( 39。 )kbB l b b h   =。