新版水电站厂房计算报告书.doc

水电站厂房
第一节 几种水头计算(1)
Hmax=Z蓄—Z单机满出力时下游水位
Hr= Z蓄—Z全机满出力时下游水位
Hmin=Z底—Z全机满出力时下游水位
一、Hmax计算。
1 假设Hmax=84m
由公式Nr=K Q H
公式中 Nr为单机出力50000KW
K 为出力系数8.5
H 为净水头=H0—ΔH=0.97H0 (ΔH=0.03H0)
Q 为该出力下流量。
故解出Q=70.028m3/s
查下游流量高程表得下游水位为198.8m
上游水位为284m
ΔH=0.03 (284—198.8)=2.6m
又由于284—84—2.6= 197.4
2 重新假设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为199.3m
上游水位为284m
ΔH=0.03 (284—199.3)=2.5m
又由于284—83—2.5=198.5
故Hmax=83m
二、Hmin计算。
1 假设Hmin=60m
由公式Nr=K Q H
公式中 Nr为全机出力00KW
K 为出力系数8.5
H 为净水头=H0—ΔH=0.97H0 (ΔH=0.03Ho)
Q 为该出力下流量。
故解出Q=392.16m3/s
查下游流量高程表得下游水位为203.50m
上游水位为264m
ΔH=0.03 (264—203.50)=1.80m
又由于264—60—1.80=202.20< 203.50
2 重新假设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为203.58m
上游水位为264m
ΔH=0.03 (264—203.58)=1.77m
又由于264—59—1.77=203.23 = 203.58
故Hmin=59m
三、Hr计算。
1 假设Hr=70m
由公式Nr=K Q H
公式中 Nr为全机出力00KW
K 为出力系数8.5
H 为净水头=H0—ΔH=0.97H0 (ΔH=0.03Ho)
Q 为该出力下流量。
故解出Q=336.13m3/s
查下游流量高程表得下游水位为203.40m
上游水位为284m
ΔH=0.03 (284－203.40)=2.10m
又由于284—70—2.10=211.90 > 203.40
2 重新假设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为203.33m
上游水位为284m
ΔH=0.03 (284－203.33)=2.34m
又由于284—78—2.34=203.66 = 203.33
故Hr=78m
第二节 水轮机选型(7)
依照该电站水头范畴和该机组出力范畴，在水轮机系列型谱表中查出该电站最佳选取HL220机型。
一、水轮机额定出力计算。
Nr = Ngr / ŋ
公式中Ngr为水轮机额定出力。
ŋ 为水轮机效率为90%。
Nr 为水轮机出力为55430KW。
故Ngr为5.543万KW
二、水轮机转轮直径计算。
为水轮机模型效率为89%。
为该出力下模型流量。
由此初步假定原型水轮机在该工况下 ,效率
由公式： 得
又由于转轮直径应选符合转轮直径系列并比计算值稍大值
故为2.75m。
三、水轮机转速n计算。
初步假定 （对于坝后式水电站）
由公式
又由于水轮机转速要采用发电机原则转速，为此要选用与上述公式得出转速相近发电机原则转速。常选用稍大原则转速作为水轮机采用转速。故为250 r/min。
又由于当n = 250 r/min 时水轮机效率比较低，故选用比原则转速稍小原则转速。
故选用n = 214 r/min。
四、效率与单位参数修正。
HL220-2750
求得原型（当水头H〈150m时〉
效率修正值：考虑原型与模型水轮机在制造工艺、质量上差别，在已求得值中减去一种修正值则由此原型水轮机在最优工况下效率为:
与假定值不等，重新假定。
重新假定： ,效率
得
又由于转轮直径应选符合转轮直径系列并比计算值稍大值
故为2.75m。
HL220-2750
求得原型（当水头H〈150m时〉
效率修正值：考虑原型与模型水轮机在制造工艺、质量上差别，在已求得值中减去一种修正值则由此原型水轮机在最优工况下效率为
与假定值相等。
单位转速修正值：
由于 按规定单位转速可不加修正，同步单位流量Q也可不修正，由上可见，原假定，，对的，所觉得2.75m和n = 214 r/min是对的。
五、水轮机工作范畴检查。

则水轮机最大引用流量：

与特性水头Hmax，Hmin,Hr相应单位转速为：

效率验证如图：

六、水轮机吸出高度Hs计算。
Hs = 10—/900—（σ +Δσ）H
公式中为电站海拔高程为203.79m。（由近年平均流量Q=100秒立方米）
σ 为水轮机汽蚀系数为0.133。
Δσ 为水轮机汽蚀系数修正值为0.02。

第三节 发电机选型
一、 发电机外型尺寸。
n=214r/min>150r/min 故采用悬式发电机。
1 重要尺寸估算
⑴．极距： （查表3—2得 查〈水电站〉表5—8得p=14）

(2).定子内径：
（3）.定子铁芯长度：
（4）.定子铁芯外径：因n=214r/min>166.7r/min
有
2 平面尺寸估算
⑴定子机座外径：因n=214r/min>166.7r/min，有
⑵风罩内径：因
⑶转子外径：
⑷下机架最大跨度：因
（查表 ）
⑸推力轴承外径和励磁机外径：依照发电机容量查表得：
取
3 轴向尺寸计算
⑴定子机座高度：
因n=214r/min
⑵上机架高度：
⑶推力轴承高度、励磁机高度和永磁机高度：查表得：
取
⑷下机架高度：悬式非承载机架：
⑸定子支座支承面至下机架支承面或下挡风板之间距离：
悬式非承载机架：
⑹下机架支承面至主轴法兰盘之间距离：
⑺转子磁轭轴向高度：无电扇：
⑻发电机主轴高度：

⑼定子铁芯水平中心线至主轴法兰底盘之间距离：
二、发电机重量估算
1 发电机总重：
2 发电机转子重：
3 发电机飞轮力矩：因100r/min<n<375r/min 取

二、 轮机蜗壳外型尺寸计算
由于，因而采用金属蜗壳。
查资料得：

蜗壳外缘至机组中心距离
2.08×2.75=5.72
1.86×2.75=5.115
1.58×2.75=4.345
1.24×2.75=3.41
蜗壳圆断面半径
0.64×2.75=1.76
0.54×2.75=1.485
0.4×2.75=1.1
0.34×2.75=0.935
蜗壳椭圆断面长半径
0.64×2.75=1.76
0.54×2.75=1.485
0.4×2.75=1.1
0.34×2.75=0.935
蜗壳椭圆断面短半径
-
-
-
0.2×2.75=0.55
蜗壳进口直径：（查表得）
蜗壳断面长：
蜗壳断面高：
金属蜗壳座环尺寸：查表得：
第四节 调速系统(7)
一、调速器选取
调速功计算：∵ 水轮机在该工况效率
∴
∵属于大型调速器。
二、接力器选取
1 接力器直径计算
采用原则导水机构用两个接力器操作选用额定油压为4.0Mpa
已知导叶数 ，采用原则正曲率导叶，查表6—4
取为0.03，∵=0.25。
选用与之偏大
2 接力器最大行程计算
在HL220模型综合特性曲线上由设计工况点： 查得
又 则
∴
3 接力器容积计算
两个接力器总容积
4 主配压阀直径选取
由公式：得
取与之偏大d=80mm即选用DT-80型电气液压式调速器。
三、油压装置选用
油压装置不考虑空放阀和进水阀用油，则油压装置压力油罐容积按经验公式：
选取与之接近偏大HYZ-1.6型分离式油压装置。
四、主变选用
采用扩大单元接线，两台机组共用一台主变，参照《水电站厂房设计》附录1—6，选用SSPL-10000型主变
五、起重设备
参照《机电设计手册》：发电机转子重量：182.85T
乘以动力系数1.2：182.85×1.2=219.42T
选用2×125双小车桥式起重机。
第五节 尾水管选型
由于采用HL220型，因而，因此：
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
肘管进口直径D3： 对于混流式水轮机，h1=0.05577m，h2=0.06971m，h3=0.1m，

第六节 厂房尺寸拟定(3)
一、机组段平面尺寸拟定。拟定。
1 主厂房长度拟定。
（1）机组间距L1:
由发电机风罩拟定机组段长度L1:
L1=Φ+B+2δ=8.92+4.2+2×1.5=14.12(m)
因此取L1:为14.2米。
（2） 机组段长度L2:
计算边机组段长度时候需要考虑设备布置和吊运规定。由经验公式得：
L2= L1+△L=14.2+0.8×2.75=16.4(m) [式中△L=(0.2-1)D]]
（3） 装间长度L3:
依照吊运与机组检修等布置规定，由经验公式得
L3=（1-1.5）L1因此取L3:为19米。
因此厂房总长为3 L1+ L2+ L3=3×14.2+16.4+19=78米。
2 主厂房宽度拟定。
（1） 厂房水下某些宽度拟定:
① 下游侧宽度B1:
B1重要决定于下游尾水管尺寸，故B1=4.5×D1=12.375m。取B1:为12.4m。
② 上游侧宽度B2:
B1重要决定于蜗壳进口布置、主阀、机组及其她附属设备布置，为了以便取与厂房水上某些上游侧宽度相似为：8.3m。
（2） 厂房水上某些宽度拟定:
① 下游侧宽度B1:
B1重要决定于发电机层地面设备布置及交通规定。
B1=8.92÷2+1.5+1.2=7.16m。取B1为7.2m。
② 上游侧宽度B2:
B2重要决定于发电机层地面设备布置及交通规定。
B2=8.92÷2+1.5+1+1.2=8.16m。取B1为8.3m。
二、尾水平台及尾水闸室布置。
尾水管出口分为两个孔，每孔尺寸为3.29m×3.34m，中间隔墩宽为0.9m。尾水闸门尺寸为3.49m×3.54m，每台机组各设一套闸门，分别以四台电动活动式尾水闸门起闭机操作。在每台机组尾水闸墩上分别设立两个尾水闸室，分别放置尾水闸门。
依照吊运闸门和行人交通需要，以及尾水管长度，设立尾水平台，高程与发电机层地面高程相似为：210.23m
三、主厂房控制高程拟定。
1 水轮机安装高程：
∵∴
∵由于一台机组满发时引用最小流量为70.87m3/s,相应水位即为下游尾水位：
∴水轮机安装高程：取为200m
2 尾水管底板高程：
▽1=▽3－b0÷2－h1=200－0.6875÷2－7.15=192.387
3 尾水管进人孔地面高程：
▽2=▽3－r1－h2=200－4.4－1.8=193.68(m)
4 水轮机层地面高程：
▽4=▽3+r2+h3=200+1.8425+1.2=203(m)
5 发电机定子安装高程：
▽D=▽4+h4+h5=203+2+1=206(m)
6 发电机层地面高程：
▽5=▽D+ h6=206+4.23=210.23(m)
7 安装间地面高程：
依照下游洪水资料及厂房施工等需要将安装间高程相对发电机地面高程抬高△H为4.77。因此安装间高程为▽6=▽5+△H=210.23+4.77=215(m)
8 吊车轨顶高程：
▽7=▽6+ hmax+ h7+c+ h8=215+7.88+0.2+0.8+1.895=225.775(m)
因此取▽7为225.78米。
9 屋顶大梁底部高程：
▽8=▽7+△h+ h9+ h10 =225.78+0.2+1.8+1.2=228.98(m)
因此取▽8为229米。
10 厂房屋顶高程：
以上高程都已经拟定因此厂房屋顶高程可取为230米。
第七节 厂房整体稳定分析(2)
为了便于计算荷载，厂房整体稳定分析按一种机组段进行计算，其计算办法与混凝土重力坝稳定分析相似。通过计算拟定厂房整体抗滑稳定性和地基上应力与否超过容许值，并且普通不容许浮现拉应力。由于厂房宽度较大，普通不需要进行厂房倾倒稳定性校核。
一、荷载计算。
1 厂房自重：
(a)一期混凝土自重：A1
尾水管周边混凝土自重：
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
尾水平台混凝土自重：
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
因此A1= W1+ W2+ W3=47373.5KN
(b)二期混凝土自重：A2
蜗壳周边混凝土自重：
W4=[13.0375×13.2105×14.2－3.14×(4.42÷4)×13.2105－(2.752÷4)×3.14×13.0375]×24=5.65KN
各层楼板自重：
W5=15.4×0.4×14.2×24×2=4198.656KN
因此A2= W4+ W5=56219.306KN
2 已安装机电设备重：A3
发电机总重：W6=3657KN
水轮机总重：W7=284KN
因此A3= W6+ W7=3941KN
3 上游水压力：A4
A4=0.25×3.14×5×5×9.81×5×5=4808.175KN
4 下游水压力：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 蜗壳和尾水管中水重：A7
A7=(2.75×2.75÷4)×3.14×3.14×(5.72－2.75)×2×10=1118.45KN
7 特殊风荷载：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 浪压力荷载：A9
A9=79.87KN
9 地震惯性力：A10
A10=Kh·Cz·F·W=0.1×0.25×1.1×107533.806=2957.18KN
10 地震时水激荡力：A11
A11=0.65Kh·Cz·γ0·H12·L=0.65×0.1×0.25×10×23.452×14.2=1268.9KN
二、荷载组合。
在计算设计中应当对各种不同工作状况，按照不同荷载组合校核厂房抗滑稳定性和地基应力分布。
1 在水电站正常运转状况时荷载组合为：

2 在水电站机组检修状况时荷载组合为：

3 在大坝宣泄洪水时非常状况时，泄洪时间较短，特殊风荷载可以不考虑，其荷载组合为：

四、计算办法与原则。
在上面也许发生几种荷载组合中，要要一方面进行分析和论证，找出重要控制状况进行计算。该厂房是建在比较好地基上，地基承载力较好，计算1种状况后发现所规定地基应力比地基承载力小得多时，亦可以不必对每一种状况都进行计算。
五、该电站地基承载能力及厂房抗滑稳定安全系数。
由于厂房建在新鲜完整坚硬岩石地基上，容许承载力较大为：2-10MP
厂房抗滑稳定安全系数查资料如下：（一级建筑物级别）
正常运营工况下：K=1.4
检修工况下：K=1.3
非常工况下：K=1.1
六、厂房抗剪断强度验算：

因此
满足规定。
七、厂房抗浮稳定验算：

因此
满足规定。
八、厂房抗滑稳定验算：
1 正常运转工况下：

因此
故满足规定。
2 检修工况下：

因此
故满足规定。
3 非常工况下：

因此
故满足规定。

参照文献
（1）索丽生 任旭华 胡明编著•水利水电工程专业毕业设计指南•中华人民共和国水利水电出版社.1
（2）王树人 董旒新主编•水电站建筑物•清华大学出版社1992.3
（3）水电站厂房设计规范SL266-•中华人民共和国水利水电出版社.5
（4）河海大学•张洪楚主编•水电站•中华人民共和国水利水电出版社1994.10
（5）河海大学•林益才主编•水工建筑物•中华人民共和国水利水电出版社1997.7
（6）国家电力公司水电建设工程质量监督总站编•水电工程设计基本•中华人民共和国电力出版社.1
（7）水电站机电设计手册编写组•水电站机电设计手册水力机械•水利电力出版社1983.11
（8）水电站机电设计手册编写组•水电站机电设计手册电气一次•水利电力出版社1982.11
（9）水电站坝内埋管设计手册及图集编写组•水电站坝内埋管设计手册及图集•水利电力出版社1988.11
（10）华东水利学院•水工设计手册第七卷水电站建筑物•水利电力出版社1989.5
（11）张光斗 王光纶著•专门水工建筑物•上海科学技术出版社1999.12
（12）李家星 赵振兴•水力学（上、下册）•河海大学出版社.12