水电站课程设计计算说明书公司内部档案编码：[OPPTR-OPPT28-OPPTL98-OPPNN08]《水电站》课程设计任务书题目：水电站地面式厂房布置设计发题日期：年月日完成日期：年月日专业名称：班号：学生姓名：主要指导教师：其他指导教师：武汉大学水利水电学院水电站教研室1工程概况及设计资料1.1工程概况湘贺水利枢纽位于向河上游，河流全长270公里，流域面积6000平方公里属于山区河流。

本枢纽控制流域面积1350平方公里，总库容亿立方米，为多年调节水库。

本枢纽的目标是防洪和发电。

主要建筑物有重力拱坝，坝高米，弧长370米；泄洪建筑物；开敞式溢洪道或泄洪隧洞；发电引水隧洞及岸边地面厂房等工程。

水电站总装机60MW，装机4台，单机15MW。

电站担任工农业负荷，全部建成后担任系统灌溉负荷。

电站厂房位于右岸坝下游几十米处，由引水隧洞供水，主洞内径米，支洞内径米，厂内装置4台混流式立式机组，出线方向为下游，永久公路通至左岸。

1.2基本资料1.2.1水库及水电站特征参数1、水库水位水库校核洪水位 m水库设计洪水位 m水库正常高水位 m水库发电死水位 m设计洪水尾水位 m校核洪水尾水位 m2、厂址水位流量关系曲线3、水电站特征水头最大水头 m最小水头 m平均水头 m计算水头 m4、地形地质电站枢纽地形参见地形图。

左岸地势较平缓，右岸地势较陡。

枢纽基岩系凝灰岩，岩石抗压强度较高，厂区有第四纪沉积层，厚约3米，河床砂卵石覆盖层平均深2~4米。

5、供电方式本电站初期为三台机组，远景为四台机组，投入系统运行，根据系统要求本电站能作调相运行，水电站主结线采用扩大单元结线方式，采用110千伏、35千伏及发电机电压千伏三种电压等级送电；高压侧采用桥形结线方式。

电气主结线见图二。

6、对外交通下游左岸有永久公路通过。

1.2.2水电站主要动力设备及辅助设备1、水轮机：型号HL220-LJ-225额定出力 MW额定转速 r/min单机额定（最大）流量 s2、水轮发电机：型号SF15-28/550机械柜尺寸：长×宽×高=750×950×1375（mm）电气柜尺寸：长×宽×高=550×804×2360（mm）（2）油压装置型号：4、厂房附属设备（l）水轮机前的蝴蝶阀（2）桥式吊车详见附表1，选定吊车型号，选用有关尺寸．5、电气设备（l）三相三线圈主变二台型号：SFSL1-50000/110/35/10尺寸：长×宽×高=6820×4520×8200（mm）轨距： 1435（mm）检修起吊高度： 8200（mm）主变压器身重：（吨）（2）厂用变压器二台型号： SJL1－630/10/厂用变压器参考数据：（3）机旁盘每台机六块：控制盘1块，保护盘1块，表计盘1块，动力盘1块，励磁盘2块。

尺寸：宽×厚×高=800×550×2360(mm)1.2.3副厂房参考面积（单位：m2）（1）直接生产副厂房①中央控制室 100~120②电缆室与中控室同③通讯室 20~50④发电机电压配电装置室 40~50⑤厂用盘室 30~40⑥直流系统室蓄电池室 40~50酸室 10~14套间 5~6充电机室 10~15通风机室 10~15直流盘室 20~25⑦母线廓道宽度不少于⑧厂变室 15⑨空压机及贮气筒室 3~40⑩油桶及油处理室 50~55⑾排水泵室 15~20集水井容积 30~35（m3）（2）检修、试验用房①测量表计试验室 30~40②高压试验室 20~30③电工试验室 20~30④机修间 40~50⑤工具间 10~15（3）间接辅助生产用房①交接班室 20~25②值班休息室 15~20③办公室 15~20④浴室厕所 10~20⑤警卫室 10附表1：桥式吊车型号及尺寸2水电站在整个枢纽中的位置及厂房枢纽布置2.1电站厂房在枢纽中的位置厂房为引水式地面厂房。

厂区基岩系凝灰岩，岩石抗压强度较高，厂区有第四纪沉积层，厚约3米。

初步可以沿等高线布置在引水道斜交的右河岸上，位于重力拱坝的下游。

可采用斜向供水。

厂房上游端有公路，交通条件满足要求。

尾水渠逐渐倾向下游与河道斜交，使水流顺畅。

2.2厂区枢纽布置初步拟定厂房位置后进行厂区布置。

主厂房沿等高线布置在坝下游，安装场在主厂房端部，靠近公路一侧，并布置了回车场。

副厂房布置在主厂房下游侧，位于尾水平台上。

主变压器布置在副厂房端部，靠近安装场处。

开关站位于距离主变约150m的下游。

3水轮机安装高程及主要设备尺寸的确定3.1水轮机安装高程水轮机型号为HL220—LJ—225。

3.1.1计算吸出高吸出高公式：−(H H+?H)HH H≤10.0−900其中：为水轮机安装位置的海拔高程，初始计算时取为下游平均水位的海拔高程，取70m。

H H为模型气蚀系数，查表得到H H=0.133。

σ为气蚀系数的修正值，根据设计水头查得σ=0.022。

H为水轮机水头，一般取为设计水头H=48.30m。

计算得H H≤2.43m3.1.2确定安装高程H H=H+H H+12H0其中：H为设计尾水位，常取一台水轮机的额定流量下的下游水位，单机额定流量为H3/s，根据水位流量关系曲线查得尾水位为。

H H为吸出高，暂取为。

H0为导叶高度，根据水轮机型号查得H0=0.25H1=0.25×225cm=56.25cm计算得：H H=69.13+2.40+0.5625=72.09水轮机的安装高程为3.2蜗壳型式及尺寸确定3.2.1蜗壳形式选择采用金属焊接蜗壳。

蜗壳的断面形状均做成圆形，以改善其受力条件。

包角H0=345°。

3.2.2蜗壳水力计算（1）已知条件与参数设计水头H H=48.30H最大引用流量H HHH=36.2H3/H导叶高度H0=0.5625H座环固定导叶外径H H和内径H H：根据水力机械设计手册，查得H H=385cm，H H=325HH进口断面平均流速H H：根据经验曲线查取，金属蜗壳取上限值H H=6.4m/s（2）蜗壳中水流运动假定水流圆周分速度H H=H H=6.4m/s（3）水力计算为保证流量均匀地进入导水机构，通过任一断面i的流量应为H H=H HHHH H 360°式中：H H为从蜗壳鼻端至断面i的包角断面半径H H=√H HHH H=√H HHH H H360°HH H断面中心距H H=H H+H H 断面外半径H H=H H+2H H 计算过程如下：表3—1 蜗壳水力计算蜗壳断面单线图图3—1 蜗壳断面形状01234567蜗壳平面单线图图3—2 蜗壳平面单线图3.3尾水管型式及尺寸确定尾水管采用弯肘式。

图3—3 尾水管尾水管尺寸采用设计手册推荐的尺寸：HL220—LJ—225水轮机为中比转速水轮机，H1<H2表3—2 推荐的尾水管尺寸表h=2.6H1=5.85HL=4.5H1=10.125HH5=2.720H1=6.12HH4=1.35H1=3.0375HH4=1.35H1=3.0375HH6=0.675H1=1.51875HH1=1.82H1=4.095HH5=1.22H1=2.745m3.4转轮尺寸确定根据水轮机型号及其标称直径H1确定各尺寸：H1=2.25m表3-3 转轮个尺寸确定D2/D1D3/D1D4/D1D5/D1D6/D1b0/D1h1/D1h2/D1h3/D1h4/D1 D2D3D4D5D6b0h1h2h3h4图3-4 转轮尺寸3.5发电机型式及尺寸确定水轮发电机型号SF15-28/550 ，为立式空冷水轮发电机，额定容量15MW，定子铁芯外径为550cm。

同步转速为214.3r/min> 150r/min，所以采用悬式发电机。

初步计算时，采用定子埋入式。

4厂房各主要高程确定图4—1 厂房各高程简图4.1厂房开挖高程根据水轮机安装高程初步确定厂房开挖高程：挖=安−12H0−h−δ其中：挖为厂房开挖高程。

安为水轮机安装高程安=H H=72.09H。

h为尾水管高度，根据水力机械设计手册推荐，暂取h=2.6H1= 5.85m。

δ为尾水管底板厚度，基岩上的尾水管底板厚度一般取为1—2m，取为1m。

计算得：挖=72.09−0.5×0.5625−5.85−1=64.96m 4.2水轮机层地面高程水=安+H max+H1水为水轮机层地面高程H max为蜗壳最大半径，H max=1.31mH1为蜗壳顶部混凝土的厚度，取。

水=72.09+1.31+1.50=74.90m 4.3发电机装置高程装=水+H2+H3装为发电机装置高程H2为机墩进人孔高度，一般为2m左右，取为2m。

H3为进人孔上的混凝土厚度，取为。

计算得装=74.90+2.00+1.50=78.4m 4.4发电机层楼板高程发=装+H4H4为定子高度，根据资料，H4=2.43m计算得：发=78.4+2.43=80.83m校核：水轮机层地面到发电机楼板下层净空高度不低于4m，初估楼板厚度为，h=80.83−0.5−74.9=5.43m满足要求。

4.5装配场楼板高程发电机层楼板高程高于下游设计洪水位，故安装场高程与发电机层地面同高。

=80.83m装配4.6吊车轨顶高程4.6.1桥吊选型桥吊的起重量取决于需要由它吊运的最重部件，一般为发电机转子，低水头电站可能是转轮。

本次设计中采用的是悬式发电机，其转子需带轴吊运。

带轴转子重量为80t。

利用设计手册中的曲线估算转轮重量为85t。

根据资料附表1，初步选定选用单小车双钩100T桥吊。

机组台数不超过6台，只选用一台桥吊即可。

桥吊的跨度根据厂房的平面尺寸及其他因素在后续章节中确定。

在计算时初选跨度16m。

图4—2 水轮机转轮重量估算曲线4.6.2轨顶高程轨=发+H5+H6+H7+H8H5为吊物垂直安全距离，取为。

H6为起吊部件高度，考虑最大部件高度，发电机转子带轴约。

H7为吊索或吊具高度，估算为。

H8为吊钩至轨顶距离，为。

计算得：轨=80.83+0.8+4.39+0.6+1.474=88.09m 4.7屋面大梁底部高程梁=轨+H9+H10H9为桥吊轨顶至小车顶距离，查表得H9=3.692H。

H10为小车顶部到屋面大梁底部的距离，一般取。

计算得：梁=88.09+3.692+0.30=92.08m 4.8屋顶高程顶=梁+H11H11为屋面大梁（或桁架）+屋面板+保温防水层高度，一般取。

计算得：顶=92.08+0.3=92.38m5主厂房平面尺寸确定5.1机组段长度H1机组段长度为相邻两机组中心线的距离。

H1=H+x+H−x分别计算发电机层、水轮机层和蜗壳层的机组段长度，然后取三者中的最大值作为机组段长度。