水电站建筑物课程教学设计.doc
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1、.-一、 绘制蜗壳单线图1、蜗壳的型式:在资料中已经给出水轮机的型号为HL220-LJ-225,而且电站设计水头HP=46.2m40m,根据水力机械第二版P96页书中蜗壳分类,则蜗壳的型式应为金属蜗壳。2、选择蜗壳的主要参数(1)金属蜗壳的断面形状为圆形,为了良好的水力性能一般蜗壳的包角取。通过计算得出值,计算如下: 式中:,其中:(由附表一查得),(由附表一查得)。由蜗壳进口断面流量得(2)根据水力机械第二版P99中图430查得,可知当设计水头为46.2m60m时,蜗壳的进口断面的平均流速=5.6。(3)因为已知水轮机的型号HL220LJ225,则由水力机械第二版P162的附表5查得此时蜗壳
2、的座环内径=3250mm,外径=3850mm,所以有蜗壳座环的内、外半径分别为:= =1625mm=1.625m,= =1925mm=1.925m。3、蜗壳的水力计算(1)对于蜗壳进口断面:断面的面积:断面的半径:从轴中心线到蜗壳外缘的半径:。(2)对于断面形状为圆形的任一断面的计算设为从蜗壳鼻端起算至计算面处的包角,则该计算断面处的,。其中:,。计算结果见下表:00001.925151.5920.2840.3012.527303.1830.5680.4252.776454.7750.8530.5212.967606.3671.1370.6023.128757.9581.4210.6733.2
3、70909.5501.7050.7373.39910511.1421.9900.7963.51712012.7332.2740.8513.62713514.3252.5580.9033.73015015.9172.8420.9513.82816517.5083.1260.9983.92118019.1003.4111.0424.00919520.6923.6951.0854.09521022.2833.9791.1264.17622523.8754.2631.1654.25524025.4674.5481.2034.33225527.0584.8321.2404.40627028.6505.1
4、161.2764.47828530.2425.4001.3114.54830031.8335.6851.3454.61631533.4255.9691.3794.68233035.0176.2531.4114.74734536.6086.5371.4434.811(3)蜗壳断面为椭圆形的计算当圆形断面半径的时候蜗壳的圆形断面就不能与座环蝶形边相切,这时就用椭圆断面。由水电站动力设备手册查得:蝶形边高度可近似定为:临界值,为座环蝶形边锥角,一般取55度。由圆形断面=3450,得蜗壳系数当=S=0.882m时得临界角结合可知,当断面包角在0151度的时候,取 椭圆断面。椭圆短半径椭圆的当量面积椭圆
5、长半径椭圆断面中心距 椭圆断面外半径计算结果见下表:A00.0000.0000.129-0.1650.5681.7242.292150.0140.2510.326-0.0250.6101.8952.505300.0280.3650.5460.1070.6502.0562.706450.0420.4570.7830.2310.6872.2072.894600.0560.5371.0340.3480.7222.3493.072750.0710.6101.2970.4590.7562.4853.241900.0850.6781.5710.5660.7872.6153.4031050.0990.741
6、1.8550.6680.8182.7403.5591200.1130.8022.1490.7670.8482.8613.7091350.1270.8602.4530.8640.8772.9793.8561510.1420.9202.7860.9640.9073.1013.689根据计算结果,画蜗壳单线图,如下图所示,比例为,单位为。蜗壳单线图(单位mm)比例1:80二、 尾水管单线图的绘制因为选用的水轮机型号为HL220-LJ-225,说明水轮机的标准直径=225cm=2.25m。由资料中的图可有下表:型式参数1.002.932.782.501.5250.7951.291.1141.3841.
7、4052.6854.092.533.5510.4尺寸2.256.5936.2555.6253.431.7892.902.513.1143.166.049.205.697.9910.4对于大中型水轮机,为了减小尾水管的开挖深度,都采用弯肘形尾水管,它由进口直锥段、肘管和出口扩散段三部分组成。(1)进口直锥段:进口直锥管是一个垂直的圆锥形扩散观,为直锥管的进口直径;对混流式水轮机由于直锥管与基础环相连接,可取和出口直径相等;对于混流式水轮机,其锥管的单边扩散角可取;为直锥管的高度,增大可减小肘管的入口流速,减小水头损失。进口锥管高度:=5.625-3.43=2.195m;进口锥管上、下直径:=2.
8、51m,=3.114m。(2)肘管:肘管是一变截面弯管,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律,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,外壁用上限,内壁用下限,则有:=13.114=3.114m , =0.63.114=1.868m。(3)出口扩散段:出口扩散段是一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;其顶板向上倾斜,根据其出口宽度并不是很大,所以不用加设中间支墩
9、。仰角=,长度=3.16m =6.04m,=9.20m.。(4)尾水段的高度与水平长度尾水管的总高度h和总长度L是影响尾水管性能的重要因素。总高度h是由导叶底环平面到尾水管底板之间的垂直高度。在描述进口直锥管中已说明=2.51m=2.25m, 所以属于高比速混流式水轮机。增大尾水管的高度,对减小水力损失和提高是有利的,特别是对大流量的轴流式水轮机更为显著。但对混流式水轮机尾水管中产生的真空涡带在严重的情况下不仅影响机组的运行而且还会延伸到尾水管地板引起机组和厂房的振动。为了改善这一情况,常采取增大尾水管高度的办法,但将会增大开挖量,经过试验,对于高比转速混流式水轮机,应取h2.6,题目中已知h
10、=H=6.593m2.6=5.85,所以满足要求。(5)尾水管单线图根据表中的数据绘制单线如下:尾水管单线图(单位:m)比例1:100三、拟定转轮流道尺寸 根据水电站机电设计手册水力机械分册,已知时,HL220型的尺寸可以推求时的转轮流道尺寸。如下图: 四、厂房起重设备的设计 起重物件中根据资料可知最重的物件为吊发电机转子带轴重,为82.6T100T,而且机组台数为4台,所以选1台单小车桥式起重机,型号为100T/20T。相关的参数为:取跨度:;起重机最大轮压:;起重机总重:;小车轨距:;小车轮距:; 大车轮距;大梁底面至轨道面距离:; 起重机最大宽度:;轨道中心至起重机外端距离:;轨道中心至
11、起重机顶端距离:;主钩至轨面距离:;吊钩至轨道中心距离(主):;副吊钩至轨道中心距离:;轨道型号:。五、 厂房轮廓尺寸1、主厂房总长度的确定:厂房总长度包括机组段的长度(机组中心距)、端机组段的长度和安装间的长度。总长 其中n为机组台数,为机组段长度,为装配场长度,为端机组段附加长度(1)、机组段的长度的确定机组段的长度主要由蜗壳、尾水管、发电机风罩在x轴方向(厂房纵向)的尺寸来决定。机组段的长度按下式计算:;其中:为机组段+x方向的最大长度; 为机组段-x方向的最大长度;计算机组段长度时可按蜗壳层、尾水管层和发电机层分别计算,然后取其中的最大值。按蜗壳层推求: 其中:为时的,即=4.811m
12、 ,为当时的,即=3.921m 。分别为蜗壳左右外围混凝土的厚度,初步设计时取1.2-1.5m,取1.4m,则按尾水管层推求:其中:为尾水管的出口宽度,为尾水管混凝土边墩厚度(大型取57m,中型取34m,小型取12m)依据图4知,则 按发电机层推求:其中:为发电机风壁厚,一般取0.3-0.4m,这里取0.35m 为相邻两风罩外壁净距,一般取1.5-2m,这里取1.8m 由已知资料可知,发电机风罩内径则据以上三种结构的计算情况,厂房的机组间距由水轮机蜗壳层推求的长度决定。 则(2)端机组段附加长度的确定(3)安装间长度的确定装配场与主机室宽度相等,以便利用起重机沿主厂房纵向运行。装配场长度一般约
13、为机组段长的1.01.5倍。对于混流式采用偏小值,因此取1.2。 (4)厂房的总长度:2、主厂房宽度的确定(1)以机组中心线为界,厂房宽度B可分为上游侧宽度和下游侧宽度两部分,关于这两部分的计算可列式如下:上游侧宽度:;其中,在前面的计算中已有=8.4m,=0.35m ;A为风罩外壁到上游墙内侧的净距,取5m。则=9.55m。下游侧宽度:除满足上式外,还需满足蜗壳在方向的尺寸和蜗壳外混凝土厚度的要求。对于发电机层:其中:为风罩外壁到下游墙内侧的净距,主要用于主通道,一般取2m,=8.4m,=0.35m;则=6.55m。对于蜗壳层方向为:。其中:为为时的,为4.406m;为混凝土保护层的厚度,取
14、1.5m则=4.406+1.5=5.906m综上所述,取=6.55m。因此,=9.55+6.55=16.1m。(2)由厂房的辅助设备,根据桥机跨度确定主厂房的宽度:根据起重机设备可知桥机的跨度为16m。如下图所示:牛腿以上:牛腿以下: 其中:桥机端与轨道中心线的距离,查桥机的有关规定取0.4m 桥机端部与上柱内面间距,一般取0.30.6m,取0.3m 牛腿上部立柱截面高度,一般取0.61.2m,取0.6m牛腿下部立柱截面高度,一般取1.02.5m,取1m偏心距,一般取00.25m,取0.25m所以牛腿以上:牛腿以下:综合(1)(2),取主厂房的宽度B为18.6m.3、厂房各层高程的确定(1)水
15、轮机的安装高程 根据水力机械第二版P40页中2-41公式可得立轴混流式水轮机安装高程计算公式:;其中:为导叶高度,一般=0.10.39,则为汽蚀系数,可根据水轮机的特性曲线来确定;为汽蚀系数的修正值;=0.165、=0.027;H为计算水头,这里H=46.2m;为水电站厂房所在地点海拔高程的校正值,=93.5m;为水电站厂房建成后下游设计最低水位。当有3台或4台机组时,取1台机组流量应的尾水位,=91.84m;所以: =0.33m, 。(2)尾水管底板高程 其中:底环顶面至尾水管的距离;机组安装高程;导叶高度。所以:(3)主厂房基础开挖高程:其中:尾水管底板混凝土厚度,取1.5m ;尾水管出口
16、高度;从水轮机安装高程向下量取到尾水管出口顶面的距离则=H=6.593m(尾水管的高度);(4)进水阀地面高程其中:钢管中心线高程,;阀外半径,即引水钢管半径,蝶阀尺寸3400mm,则=1.7m;钢管底部至主阀室地面的高度,钢管底部作通道为人检时用,一般为1.82m,此处取。所以:(5)水轮机层地面高程=92.45+2.4055+1=95.86m其中:蜗壳进水断面导叶中心线以上的净空高度,=4.811/2=2.4055; 蜗壳上部混凝土厚度,对金属蜗壳可取。(6)发电机安装高程:=95.86+2.0+1.0=98.86m其中:进人孔高度,须满足水轮机层附属设备油气水管道和发电机出线布置要求的高
17、度,一般为1.82.0,此处取2.0m;进人孔顶部厚度,一般为1.0m左右,取1.0m。(7)发电机层楼板面高程:=98.86+1.8=100.66m为了保证以下各层高度和设备布置及运行上的要求以及水不淹没厂房:-4=100.66-95.86=4.8m(3.54.0m),满足;下游最高尾水位94.6m100.66m,均符合要求。(8)起重机的安装高程(轨顶高程)其中:吊运设备时需跨越的固定设备或建筑物的高度,发电机上机架高度为。 吊运部件与固定物之间的垂直安全距离在0.61.0m,取; 发电机主轴高度,; 吊运部件与吊钩之间的距离,一般在1.01.5m之间,取; 主钩最高位置(上极限位置)至轨
18、顶面距离,。则=100.66+1.22+0.6+5.02+1.2+1.474=110.174m。(9)屋顶高程=110.174+3.692+0.5=114.366m其中:轨道面至起重机顶部距离,=3.692m; 检修吊车在车上留有高度,。4、安装间的位置选择及设计(1)位置:进厂的公路在主厂房的右侧,为了运输方便,把安装间布置在厂房的右侧;(2)尺寸:已知安装间的长度=13.92m,宽与主机室同宽为18.6m。安装间地面高程为98.86m与发电机层同高,这样可以利用紧邻的机组段场地进行安装、检修;(3)变压器坑:为了满足主变压器能推入安装间进行维修,在安装间下游侧设置尺寸为5.5m7.5m的变
19、压器坑;(4)检修坑:在安装间内设有的发电机转子检修坑,方便发电机转子检修;(5)吊物孔和楼梯:在安装间上游侧设有2.5m3.0m的吊物孔,供吊运设备用;靠上游侧设有检修运行用的楼梯,净宽1.2m,坡度35 ;(6)大门:厂房的大门尺寸取决于运入厂房内最大部件的尺寸。因为上机架为,转子直径为,因此选用门宽为6m,高7m。为安全起见,门向外开。对安装间的具体说明如下: 发电机转子直径周围应留2.0m的空隙,以供安装磁极之用。 发电机上机架周围留有1.0m的间隙,供作通道用。 水轮机顶盖及转轮周围留有1.0m间隙,供作通道之用。六、 厂区布置由于密云电站是河岸地面厂房,故其布置可根据已建成的河岸地
20、面厂房式子滩水电站厂区布置的方案(一);根据拓溪水电站厂区布置的方案(二)。其布置图如下。比较方案(一)和(二)对于方案(一),由于地质条件的限制,高压管道从回岔管以后采用明管,这样造价也底,在厂房与后山坡之间形成一个很宽的地带,刚好用来布置副厂房,并且使主变尽量靠近机组端,以使引出线最短,因此让主变场与安装间紧靠着,由于开关站地面积很大,不易在主厂房附近找到理想的场地,所以主变和开关站分开布置。对于方案(二),由于主变在主厂房的上游侧,它离主机组最近,因此线路最短,最方便,电能损失小,但是高压管道必须厂用埋管,这样造价高,并且地质也不允许,而且主厂房上游有一个很宽的地带,用于布置主变场有点浪
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