1、1.設計題目水電站廠房布置設計2.設計目的進一步鞏固和加深廠房部分的理論知識，培養(yǎng)學生獨立思考、分析問題及運用理論知識解決實際問題的能力，提高學生制圖、使用現(xiàn)行規(guī)范、查閱技術資料、使用技術資料的能力以及編寫設計說明書的能力。通過該課程設計使學生初步掌握水電站廠房設計的內容、步驟和方法。3.設計內容根據(jù)所學知識，指導學生完成水電站的設計。具體指導內容為：（1）機組選型選擇水輪機、發(fā)電機的型式和尺寸，確定其主要參數(shù)；蝸殼及尾水管設計。包括確定蝸殼型式、包角及進口尺寸，繪制蝸殼單線圖；確定尾水管型式及尺寸。（2）主廠房輪廓尺寸確定確定主廠房長、寬、高的輪廓尺寸；進行主廠房內部布置設計。4.設計資料&

2、#160;某水利樞紐工程，具有防洪、灌溉、發(fā)電、養(yǎng)殖和旅游等功能。水電站廠房為壩后式，通過水能計算確定該水電站裝機容量為10000KW，兩臺機組，發(fā)電機效率為0.95，水輪機允許吸出高度度Hs不小于；廠房所在處平均海拔高程為。1. 水位經(jīng)多水位方案比較，最終采用正常蓄水位為470.00m，死水位為459.00m，距廠房下游100m處水位-流量關系見下表：表 下游水位-流量關系表流量Q（m3/s）510152030406080水位Z（m）432. 機組供水方式單元供水3. 水頭該水電站水頭范圍Hmax=39.00m，Hmin=28.00m，加權平均水頭Hav=33.00m。5.設計成果（1）手寫

3、和打印設計計算說明書各1份說明書內容應包括設計原始資料、設計原理和構思以及各部型式和尺寸，敘述清楚，闡明設計原則和依據(jù)，字跡工整、文句通暢，計算書應列出使用公式和參數(shù)，并附有計算簡圖。（2）CAD繪制設計圖紙2張（3號圖紙）內容包括主廠房橫剖面圖，蝸殼平面圖各1張。要求圖紙尺寸、規(guī)格、線條、字體都要參照國家制圖標準。第 一 章 水輪機選型計算第一節(jié) 水輪機型號的選擇根據(jù)水電站的工作水頭范圍，在反擊式水輪機系列型譜表中查得HL240型水輪機和ZZ440型水輪機都可以使用，這就需要將兩種水輪機都列入比較方案，對其參數(shù)分別予以計算和選定。第二節(jié) 水輪機主要參數(shù)計算第三節(jié) HL240型水輪機方案主要參

4、數(shù)計算1轉輪直徑的計算式中 同時在附表1中查得水輪機模型在限制工況下的效率，由此可初步假定水輪機在該工況的效率為92%。將以上各值代入上式得選用與之接近而偏大的標準直徑2效率修正值的計算由附表1查得水輪機模型在最優(yōu)工況下的，模型轉輪直徑，則原型水輪機的最高效率可依（3-23）式計算，即考慮到制造工藝水平的情況取；由于水輪機所應用的蝸殼和尾水管的型式與模型基本相似，故認為，則效率修正值為：由此求得水輪機在限制工況的效率為：（與原來假定的數(shù)值接近，不再校正）3轉速的計算式中 。由附表1查得在最優(yōu)工況下的，同時由于所以可忽略不計，則以代入上式得：選用與之接近而偏大的標準同步轉速4工作范圍的驗算在選定

5、的的情況下，水輪機的和各種特征水頭下相應的值分別為：則水輪機的最大引用流量為：對值：在設計水頭時在最大水頭時在最大水頭時在HL240型水輪機的模型綜合特性曲線圖上，分別畫出的直線，如圖所示。可以看出這些直線所標出的水輪機相似工作范圍（陰影部分）基本包括了高效率區(qū)，所以對所選定的直徑是合理的，但還須和其他方案作比較。5水輪機吸出高的計算由水輪機的設計工況（）在圖上可查得相應的氣蝕系數(shù)；由設計水頭，在圖2-16上查得，則可求得水輪機的吸出高為：第四節(jié) ZZ440型水輪機方案主要參數(shù)的計算1 轉輪直徑的計算式中值同前。對于值，可由附表2查得該型水輪機在限制工況下的，同時還查得氣蝕系數(shù)。但在允許高程時

6、，則相應的裝置氣蝕系數(shù)為：所以，為了滿足對吸出高的限制，值可在ZZ440型水輪機模型綜合特性曲線圖上依工況點查得為。同時亦可查該工況點上，由此可初步假定水輪機的效率為%。將以上各值代入上式，便可求得：選用與之接近而偏大的標準直徑2 效率修正值的計算對軸流轉漿式水輪機，葉片在不同轉角時的最大效率可用（3-24）式計算，即已知，代入上式，則得：葉片在不同轉角時的值可自圖3-10查得，由此便可應用上式求得相應于該角時的水輪機最高效率，并將計算結果列于表4-8。表4-8葉片轉角-10-50+5+10+15當選取制造工藝影響的效率修正值和考慮異形部件的影響時，便可計算得不同角時效率修正值為：將的計算結果

7、亦同時列入表4-8中。由附表2查得在最優(yōu)工況下模型的最高效率，由于最優(yōu)工況很接近于的等轉角線，故采用效率修正值，這樣便可得出原型水輪機的最高效率為： 已知在限制工況模型的效率為：，而改點處于兩等角線之間，用內插法可求得該點的效率修正值為，由此可求得水輪機在限制工況下的效率為：與原來假定的效率%很接近，不在校正3 轉速的計算由于 所以不考慮的修正，由此求得水輪機的轉速為：選用與之接近而偏大的標準同步轉速。4 工作范圍的驗算在選定的的情況下，水輪機的和各種特征水頭下相應的值分別為：則水輪機的最大引用流量為：對值：在設計水頭時在最大水頭時在最小水頭時在圖上，分別畫出的直線，如圖所示。可以看出這些直線

8、所標出的水輪機相似工作范圍（陰影部分）基本上包括了特性曲線的高效率區(qū)。5 水輪機吸出高的計算在設計工況時，由圖3-10可查得氣蝕系數(shù)，由此可求得水輪機的吸出高為;(不滿足要求)故最后選用HL240型水輪機。第 二 章 水輪發(fā)電機選擇計算1發(fā)電機主要部分的尺寸計算，初步選定懸式發(fā)電機一 機距P磁極對數(shù)，12；取8-9；二 定子鐵芯內徑三 定子鐵芯長度發(fā)電機額定容量；水輪機額定轉速;定子內徑，;C計算系數(shù)，取為。（空冷）四 定子鐵芯外徑，故采用懸式。第 二 節(jié) 外形尺寸估算一 平面尺寸估算1 定子機座外徑2 風罩內經(jīng)3 轉子外徑4 下機架最大跨度其中查表3-6（水電站機電設計手冊）5 推力軸承外徑

9、和勵磁機外徑查表得查表3-7（水電站機電設計手冊）二 軸向尺寸的計算1 定子機座高度，2 上機架高度懸式承載機架：3 推力軸承高度勵磁機高度、副勵磁機高度和永磁機高度查水電站機電設計手冊表3-8得，=100cm,4 下機架高度懸式承載機架：5 定子支座支撐面至下機架支承面或下?lián)躏L板之間的距離懸式承載機架：6 下機架支承面至主軸法蘭底面之間的距離按以生產(chǎn)的發(fā)電機統(tǒng)計資料查得，7 轉子磁軛軸向高度有風扇時，8 發(fā)電機主軸高度9 定子鐵芯水平中心線至主軸法蘭盤底面距離三 水輪發(fā)電機重量估算1 水輪發(fā)電機的總重量計算系數(shù)取92 發(fā)電機轉子重3 發(fā)電機飛輪力矩查水輪機機電設計手冊表3-10，。第 三 章

10、 蝸殼的型式及其主要尺寸的確定采用金屬蝸殼，圓形斷面，為防止?jié)B漏和減少磨損，在蝸殼內壁作鋼襯，鋼板的厚度取10mm蝸殼的水力計算就是在上述假定的基礎上進行蝸殼各中間斷面的計算。計算是在給定的水輪機設計水頭、最大引用流量、導葉高度。坐環(huán)尺寸（等）和選擇的蝸殼斷面形式、最大包角、進口平均流速的情況下進行的。混凝土蝸殼的水力計算采用半圖解法較為方便。1 對于蝸殼進口斷面：斷面的面積 斷面半徑 由水利機械附表5查得金屬蝸殼座環(huán)尺寸，座環(huán)外Da =3m,座環(huán)內徑Db=2.5m,轉輪直徑D1=1.8m。半徑/ 2 當時，當時，當時，當時，當時，當時，當時， 當時， 第 四 章 尾水管的型式及其主要尺寸的確

11、定選用彎肘型尾水管表4-17 推薦的尾水管尺寸表參數(shù)肘管型式適用范圍標準8標準混凝土肘管混流式實際1.81.22第 五 章 主廠房主要尺寸的確定一·主廠房長度的確定式中：主廠房長度；機組臺數(shù)；機組段長度；安裝見長度；邊機組段加長。按蝸殼層、尾水管層和發(fā)電機層分別計算，然后取其中的最大值。a蝸殼層b尾水管層取對稱尾水管 c發(fā)電機層其中發(fā)電機風罩內徑，m；b兩臺機組之間風罩外壁凈距，取為m;發(fā)電機風罩壁厚，取為取以上三者中的最大值，。d邊機組段加長邊機組段加長，取1m。e安裝間長度安裝間長度，取10m。則主廠房的長度：。二·主廠房寬度的確定主廠房的凈寬；上游側寬度；下游側寬度上

12、游側寬度： 下游側寬度： 主廠房凈寬：，取10m三·主廠房高程的確定a水輪機安裝高程對于豎軸軸流式水輪機式中：水輪機安裝高程；水輪機轉輪直徑；系數(shù)，其值約為0.41；b主廠房基礎開挖高程式中： 基礎開完高程；水輪機安裝高程；尾水管高度；尾水管底部混凝土厚度，取為1m。-（）c水輪機層地面高程式中：蝸殼頂混凝土層為1m。d發(fā)電機裝置高程式中： 發(fā)電機機墩進人孔高度，取為2m；進人孔頂部厚度，取為。e發(fā)電機層樓板高程為保證一下各層高度和設備布置及運行上的需要，水輪機層的凈高不少于3.5，否則發(fā)電機出線和油氣水管道布置困難。f起重機（吊車）的安裝高程式中： 發(fā)電機定子高度和上機架高度之和，

13、吊運部件與之固定的機組或設備間的垂直凈距m。最大部件的高度；（發(fā)電機轉子帶軸）m吊運部件與吊鉤間的距離，取為m。主鉤最高位置（上極限位置）至軌頂面距離1m；g屋頂高程起重機軌頂至小車頂面的凈空尺寸；查設計手冊得2m吊車檢修高度；屋面板厚度；h裝配廠的樓板高程裝配廠與對外交通道路及發(fā)電機層樓板高程齊平，且高于下游設計洪水位。第 六 章 副廠房的布置 水電站廠房除了裝設運行必須的水輪發(fā)電機組、調速設備和裝配場的主要廠房外，還需要有設置機電設備運行、控制、試驗、管理、和運行人員工作和生活的房間，稱為副廠房。一 副廠房的組成副廠房的規(guī)模根據(jù)水電站裝機容量、機組臺數(shù)、電站在電力系統(tǒng)中的作用、自動化程度和遙控的應用，而有所變化。大中型水電站副廠房房間的組成，按性質可分為三類：直接生產(chǎn)副廠房、檢修試驗副廠和間接輔助生產(chǎn)副廠房。二 副廠房的位置副廠房設在主廠房靠對外交通的一端，其優(yōu)點是主、副廠房的總寬較小，采光通風良好，給運行人員值班創(chuàng)造良好的工作條件，能適應電站分期建設、初期發(fā)電的特點，運行與機電設備安裝干擾較小，能減輕機組震動與噪聲對中央控制室的影響。缺點是母線與電纜線路較長，增加了投資，大型水電站當機組臺數(shù)較多時，監(jiān)視、維護距離較長，檢修、試驗時的聯(lián)系不方便。三 副廠房平面布置的設備中央控制室、集纜室、繼電保護盤室、通訊室及遠