水电站厂房的设计毕业设计兰州交大.docx
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水电站厂房的设计毕业设计兰州交大
绪论
水电站厂房是水电站主要建筑物之一,是将水能变换为电能的综合工程设备。
厂房中安装水轮机、发电机和各样协助设备。
经过能量变换,水轮发电机发出的电能,经变压器、开关站等输入电网送往用户。
所以说水电站厂房是水、机、电的综
合体,又是运转人员进行生产活动的场所。
其任务是知足主、辅设备及其联系的线、缆和管道部署的要求与安装、运转、维修的需要;为运转人员创建优秀的工作条件;以雅观的建筑造型协调与美化自然环境。
水电站厂区包含:
(1)主厂房。
部署着水电站的主要动力设备(水轮发电机组)和各样协助设备的主机室(主机间),及组装、检修设备的装置场(安装间),是水电站厂房的主要构成部分。
(2)副厂房。
部署着控制设备、电气设备和协助设备,是水电站的运转、控制、监督、通信、试验、管理和运转人职工作的房间。
(3)主变压器场。
装设主变压器的地方。
电能经过主变压器高升到规定的电压后引到开关站。
(4)开关站(户外高压配电装置)。
装设高压开关、高压母线和保护举措等高压电气设备的场所,高压输电线由此将电能输往用户,要求占地面积较大。
因为水电站的开发方式、枢纽部署、水头、流量、装机容量、水轮发电机组形式等要素,及水文、地质、地形等条件的不一样,加上政治、经济、生态及国防等要素的影响,厂房的部署方式也各不相同,所以厂房的种类有各样不一样的区分,比如按机组工作特色可分为立式机组厂房、卧式机组厂房。
依据厂房在水电站枢纽中的地点及其结构特色,水电站厂房可分为以下三种基本种类:
1.坝后式厂房。
厂房位于拦河坝下游坝趾处,厂房与坝直接相连,发电用水直接穿过坝体引人厂房。
2.河床式厂房。
厂房位于河床中,自己也起挡水作用,如广西西津水电站
厂房。
若厂房机组段内还部署有泄水道,则成为泄水式厂房(或称混淆式厂房),。
3.引水式厂房。
厂房与坝不直接相接,发电用水由引水建筑物引人厂房。
当厂房设在河岸处时称为引水式地面厂房。
水电站厂房是特意的水工建筑物,它拥有一般水工建筑物的共性,故其设计有以
下的特色:
(1)厂房内安装水轮机发电机组和协助设备,以及控制操作和进行量测的设备,主要任务是发电,所以厂房设计一定保证机电设备的安全运转和供给优秀的保护条件。
(2)水电站厂房是水工、机械和电机以及自动控制、电子设备的综合体,在设计、施工和运转中,一定把几个方面配合好,使综合体优化。
(3)水电站厂房设计应力争紧凑和简单,使建筑上雅观,运转方便,而不求豪华。
(4)厂房内运转管理人员应力争精简,应保证他们有优秀工作条件和卫生环境。
(5)水电站厂房多建在荒僻地域,而机电设备一般既大又重,所以一定有较好的对外交通运输条件。
(6)设计水电站厂房时,要依据当地的地形、地质和水文条件,既考虑安排好压力输水管的进水和尾水管的出水条件,又要考虑到厂房与变压器和开关站在部署上的配合要求。
由上述特色可见,水电站厂房设计是比较复杂的,此中最重点的是要选择好水轮发电机组,即要尽可能采纳转速高、尺寸小、重量轻的机组,因为厂房尺寸和起重设备的规模等都是跟着机组的尺寸而定的。
关于一般的地面式厂房,选择适合的吸出高度也是特别重要的。
并且,全厂的机组台数不宜太多。
总之,在设计中要做多个比较部署方案,进行技术经济、运转管理综合比较,以选择确立最优设计方案。
第一章水电站厂房的地点及形式选定
第一节水电站厂房的选择
依据报告审察会决定采纳钢筋混凝土面板堆石坝为坝型,选中坝址建坝。
左岸河岸
式溢洪道,右岸长隧洞引水,在桐子营大桥以下420米处河流右边建岸边厂房的枢纽总
体部署方案。
经过工程所在地域水文、地质、地形、地貌结构,初步制定在桐子营大桥
以下420米处,凑近贡水河的右岸桔园处建设厂房,采纳引水式厂房部署形式,经过有
压隧洞引水。
选此处是因为该地域位于角砾岩、粉砂岩岩基上,地基比较好,地势平展、
宽阔,厂房简单部署,进而工程开挖量小,交通便利,可节俭资料和花费,便于工程的
施工,此外,该地域凑近汞水河,进而比较简单泄水。
第二节厂房部署方岸的选定
方岸一:
主厂房位于桔园平展处,副厂房位于主厂房上游一侧,升压站紧接副厂房,
尾沟渠部署在主厂房下游,斜对河岸。
这个方岸的长处是
(1)基础开挖几劈坡工程量小。
(2)尾水出口与河流斜交,免受下泄洪水的顶托。
(3)升压站紧接副厂房,缩短了引出线的长度。
方岸二:
副厂房位于主厂房的双侧,位于进厂公路的一侧,升压站位于主厂房的左
侧,尾沟渠部署在主厂房的下游。
这个方岸的长处是
(1)凑近公路,交通便利。
(2)升压站远离副厂房,延伸了引出线的长度。
关于上述两个方岸的比较,能够得出结论:
方岸一,工程量小,主副厂房部署紧凑,厂区部署合理,虽有一些不足之处,但较方案二是利多弊少,故采纳方案一。
第二章下部结构的设计与部署
第一节水轮机的计算
一、水轮机型号及主要参数选择:
1.水电站最大水头Hmax=,设计水头Hr=,加权均匀水头Hav=Hr=,
最小水头Hmin=,装机容量为24MV,初步部署2台机组,则单机容量为12MV。
2.水轮机型号选择
依据该水电站的水头变化范围~,在水轮机系列型谱表3-4,查出适合的机型有HL230
和HL220,现将这两种水轮机作为初选方案,分别求出其相关系数,并进行剖析。
水轮机HL230型水轮机方案的主要参数选择
(1)转轮直径D1计算
查表3-6可得HL230型水轮机在限制工况下的单位流量Q1'=1110L/S=m3s,效率
m=%,由此可初步假设原型水轮机在该工况下的单位流量Q1m'=Q1'=m3s,效率=%,设
gr=97%
水轮机的额定卖力Nr=
Ngr
=
12000
'
和Nr=12371KW、Hr=代入式
=12371KW,上述的
Q1、
gr
0.97
D1=
Nr
=
12371
=
﹙﹚
HrHr
9.811.1150.4
50.4
9.81Q1'
86%
采纳与之凑近而偏大的标称直径
D1=
(2)转速n的计算
查表3-4可得HL230水轮机在最有工况下单位转速
n10'
=min,初步假设n10m'
=n10'=min,
将已知的n10'
和Hav=,D1
=代入式n=n1'H
=71
50.4=min,采纳与之凑近而偏大的同步
D1
2.0
转速n=300r/min.﹙﹚
3.效率及单位参数修正
HL230型水轮机在最优工况下的模型最高效率为
Mmax=%,模型转轮直径为D1M=,
依据式3-14可得原型效率:
max=1-1Mmax
5
D1m=1-10.907
5
0.404
=%
﹙﹚
D1
2.0
则效率修正当为V=%%=%.
考虑到模型与原型水轮机在
制造工艺质量上的差别,常在已求得的
值中再减去
一个修正当
。
先取
=%,则可得效率修正当为
=%,由此可得原型水轮机在最优工
况和限制工况下的效率为
max
Mmax
90.7%0.8%
91.5%
M
85.2%
0.8%
86.0%
(与上述假设值相同)
单位转速的修正当按下式计算:
n1'
n10'
m
max/Mmax
1
﹙﹚
则
n1'
=
max/
Mmax
1
0.915/0.907
1
0.44%
n10'
m
因为n1'/n10'm
3.0%,按规定单位转速可不加修正,同时单位流量
Q1'也可不加修正。
由上可见原假设的
=86%、Q1'
Q1'm、n10'
n10m'
是正确的,那么上述计算及采纳的结果
D1
2.0m,n
300r/min是正确的。
4.工作范围的查验
在选定D1
2.0m,n
300r/min后,水轮机的Q1max'
及各特色水头相对应的n1'即可
计算出来。
水轮机在Hr,Nr
下工作时,其Q1'即为Q1max'
,故
Q1max'
=
Nr
Hr
9.8122
12371
= ﹙﹚ 9.81D12Hr 50.4 50.40.86 则水轮机的最大引用流量为 Qmax Q1max' D12 Hr 1.024 22 50.4 29.08m3/s 与特色水头Hmax,Hmin和Hr相对应的单位转速为 n1min' nD1 300 2 73.92r/min ﹙﹚ Hmax 65.89 n' nD1 300 2 100.42r/min 1max Hmin 35.7 n1'r nD1 3002 84.52r/min Hr 50.4 在HL230 型水轮机模型综合特性曲线图上分别绘出Q1max' 1024L/S, n1max' 100.42r/min,n1min' 73.92r/min的直线,这三根直线所围成的水轮机工作范围(图 中暗影部分)基本上包含了该特征曲线的高效率区,所以关于 HL230型水轮机方案,所 选定的参数D1 2.0m,n 300r/min是合理的。 5.吸出高度Hs计算 由水轮机的设计工况参数 n1r'=min,Q1max' 1024L/S,在图上可查得相应的气蚀系数 约为 0.17,并在图2-26上查得气蚀系数的修正当约为 0.025,由此可求出水轮 机的吸出高度为: Hs 10 ( )H10 590 0.025)50.4 0.48m4.0m﹙﹚ (0.17 900 900 可见HL230型水轮机方案的吸出高度知足电站要求。 二、水轮机HL220型水轮机方案的主要参数选择 1.转轮直径D1的计算 查《水力机械》可得 HL220型水轮机在限制工况下的单位流量 Q1'=1150L/S=m3s,效 率m=%,由此可初步假设原型水轮机在该工况下的单位流量Q1m' =Q1'=m3s,效率=%, 设gr=97% 水轮机的额定卖力 Nr= Ngr =12000=12371KW gr 0.97 上 述 的 Q1' 、 和 Nr =12371KW、Hr =代 入 式 D1= Nr = 12371 1.84m 9.81Q1'Hr Hr 9.811.15 50.4 50.490% 采纳与之凑近而偏大的标称直径D1= 2.转速n的计算 《水力机械》查表 3-4可得HL220水轮机在最有工况下单位转速 n10'=min,初步假设 n10' m=n10'=min,将已知的n10'和Hav=,D1=代入式n=n1'H=70 50.4 =min,采纳与之凑近 D1 2.0 而偏大的同步转速n=250r/min. 3.效率及单位参数修正 可得HL230型水轮机在最优工况下的模型最高效率为Mmax=%,模型转轮直径为 D1M=,依据式3-14可得原型效率 max=1-1Mmax 5 D1m =1-10.91 5 0.46 =% D1 2.0 则效率修正当为V=%%=%. 考虑到模型与原型水轮机在制造工艺质量上的差别,常在已求得的值中再减去 一个修正当。 先取=%,则可得效率修正当为=%,由此可得原型水轮机在最优工 况和限制工况下的效率为 max Mmax 91.0% 1.0% 92.0% M 89.0% 1.0% 90.0% (与上述假设值相同) 单位转速的修正当按下式计算: n1' n10' m max/Mmax1 则 n1'= max/Mmax1 0.92 1 0.55% n10m' 0.91 因为n1'/n10'm3.0%,按规定单位转速可不加修正,同时单位流量 Q1'也可不加修正。 由上可见原假设的 =%、Q1' Q1m'、n10' n10m' 是正确的,那么上述计算及采纳的结果 D1 2.0m,n250r /min是正确的。 4.工作范围的查验 在选定D1 2.0m,n 250r/min后,水轮机的Q1max' 及各特色水头相对应的 n1'即可 计算出来。 水轮机在Hr,Nr 下工作时,其Q1'即为Q1max' ,故 Q1max' = Nr Hr 12371 = 9.81D12Hr 9.812250.4 50.40.91 则水轮机的最大引用流量为 QmaxQ1max' D12Hr0.968 22 50.427.49m3/s 与特色水头Hmax,Hmin和Hr相对应的单位转速为 ' nD1 250 2 61.60r/min n1min Hmax 65.89 n1max' nD1 250 2 83.68r/min Hmin 35.7 n' nD1 2502 70.43r/min 1r Hr 50.4 在HL230 型水轮机模型综合特征曲线图上分别绘出Q' 968L/S , 1max n1max' 83.68r/min,n1min' 61.60r/min的直线,这三根直线所围成的水轮机工作范围(图 中暗影部分)基本上包含了该特征曲线的高效率区,所以关于HL220型水轮机方案,所 选定的参数D12.0m,n250r/min是合理的。 5.吸出高度Hs计算 由水轮机的设计工况参数 n1r'=min,Q1max' 968L/S,在图上可查得相应的气蚀系数约 为 0.133,并在图《水力机械》查得气蚀系数的修正当约为 0.025,由此可求出 水轮机的吸出高度为: Hs 10 ( )H10 590(0.133 0.025)50.4 1.38m4.0m 900 900 可见HL220型水轮机方案的吸出高度知足电站要求 三、两种方案的比较剖析 表2-1水轮机方案参照比较表 序号 项目 HL230 HL220 1 介绍使用的水头 35~65 50~85 范围 2 最优单位转速 n10' r/min 71 70 3 模型转轮参数 (最优单位流量 913 1000 Q' L/S) 10 4 最高效率 max % 5 气蚀系数 6 工作水头范围(m) ~ ~ 7 转轮直径D1 m 8 转速n(r/min) 300 250 9 最高效率 max % 10 额 定 出 力 12371 12371 Nr KW 11最大引用流量 Qmaxm3/s 12吸出高度Hsm 由表可见,两种机型方案的水轮机转轮直径D相同均为,但HL220型水轮机方案的 工作范围包含了许多的高效率地区,运转效率较高、气蚀系数较小、有益于提升年发电 量,而HL230型水轮机方案的机组转速较高,有益于减小发电机尺寸、降低发电机造价。 依据以上剖析,在限制供货方面没有问题时,初步采纳HL220型水轮机方案,故水轮机 型号为HL220—LJ—200。 第二节水轮发电机的型式选择 本设计为大中型水电站,故采纳大中型机组,采纳立式SF12—18—3600型发电机 表2-2发电机的主要参数 单机容量(KW)功率因数额定电压额定容量(KVA) (COS) 1200013333 一、水轮机主要尺寸估量 1.极距; Kj Sf 13333 ﹙﹚ 4 94 43.69cm 2P 2 12 式中: Sf —发电机额定容量(13333KVA) P—磁极对数(12) Kj—系数,一般取(8-10)在这里取Kj=9 2.定子内径Di 2p 21243.69 ﹙﹚ Di 333.94cm 3.14 3.定子铁芯长度It It Sf 式中; ne_额定转速(r/min) ﹙﹚ = 2ne CDi Di_定子内径 C-系数(4*106~6.5*10 6)此处取5*106 Sf 13333 It=CDi2ne= 5 106 333.942 250 95.65cm Di 333.94 0.014 0.035 Itn 95.65 250 所以采纳悬式水轮发电机 9 4.定子铁芯外径Da(机座号) ne250r/min166.7r/minDa=Di333.9443.69377.63cm 则取Da=378cm,故发电机型号为SF1212/378 二、外形尺寸估量 1.平面尺寸估量 (1)定子机座外径D1 Q214ne250r/min300D11.20Da1.20*378453.6cm (2)风罩内径D2 QSf20000KVAD2D12.0453.6200653.6cm (3)转子外径 D3Di2 单边空气空隙,初步估量时可忽视不计 D3 Di333.94cm (4)下机座最大跨度D4 Q10000 Sf100000KVA D 4 5 D0.6m 式中D5 为水轮机基坑直径9 D5= D4D50.6m=+==3600cm (5)推力轴承外径D6和励磁机外径D7 查《水利机械》D6=2400cm,D7=1500cm 三、轴向尺寸计算 1.定子机座高度h1 ne 250r/min214r/min,h1It 295.65 2*43.69183.03cm 2. 上机架高度h2 关于悬式承载机架h2=0.25Di 0.25*333.94 83.48cm 3. 9 推力轴承高度h3,励磁机高度h4和永磁机高度h6 h3=1000mm,h4 =1500~1800,取1600mm,其中机架高500~700,在这里取 600mm,h5=600mm, h6=500mm 4.下机架高度h7 悬式非承载机架h7=Di0.12333.9440.07cm 5.定子支座支承面至下机架支承面或下挡风板之间的距离h8
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