水电站课程设计.docx
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1、精品文档,仅供学习与交流,如有侵权请联系网站删除目录前言1第一部分 水电站厂房2一、设计资料2二、水轮机选型22.1水轮机型号选择22.2水轮机参数计算2三、水轮机蜗壳设计133.1蜗壳形式的选择133.2断面形状及包角的选择133.3进口断面面积及尺寸的确定13四、尾水管设计154.1尾水管的形式154.2弯肘型尾水管主要尺寸的确定15五、发电机外形尺寸175.1发电机型式的选择175.2水轮发电机的结构尺寸17六、厂房尺寸确定196.1主厂房长度的确定196.2主厂房的宽度206.3主厂房各层高程的确定21第二部分 吊车梁设计24七、吊车梁截面形式24八、吊车梁荷载计算258.1均布恒荷载
2、q258.2垂直最大轮压25九、吊车梁内力计算259.1弯矩计算259.2剪力计算26十、吊车梁正截面及斜截面抗剪强度计算2710.1吊车梁正截面承载力计算2710.2斜截面抗剪强度计算29十一、挠度计算30十二、裂缝宽度验算31结语32参考文献33【精品文档】第 25 页前言本课程设计主要是水利水电枢纽工程中水电站厂房设计的部分工作。设计目的在于培养学生正确的设计思想,理论联系实际工作的工作作风,严肃认真、实事求是的科学态度和勇于探索的创新精神。培养学生综合运用所学水电站知识,分析和解决水电工程技术问题的能力;通过课程设计实践训练并提高学生解决水利水电工程实际问题的能力。进一步巩固和加深厂房
3、部分的理论知识,培养学生独立思考、分析问题及运用理论知识解决实际问题的能力,提高学生制图、使用现行规范、查阅技术资料、使用技术资料的能力以及编写设计说明书的能力。根据已有的原始资料和设计要求进行设计,主要内容有:水电站总体布置、水轮机型号的选择以及水轮机特性曲线的绘制、蜗壳尺寸的确定、绘制蜗壳平面和断面单线图、尾水管尺寸的确定及草图、水电站厂房尺寸的确定以及吊车梁内力计算和吊车梁配筋计算等,并根据要求绘制相应的平面布置图和剖面图。第一部分 水电站厂房一、设计资料资料:某水利枢纽工程,具有防洪、灌溉、发电、养殖、旅游等功能。水电站厂房为坝后式,通过水能计算该水电站装机容量为25Mw,厂房所在处平
4、均地面高程440.60m1.水位经多水位方案比较,最终采用正常蓄水位为:470.00 m,死水位为:459.00 m,距厂房下游100 m处下游水位流量关系见下表:2.机组供水方式:采用单元供水3. 水头 该水电站水头范围:Hmax =39.00m, Hmin=28.00m,加权平均水头Ha=33.00m二、水轮机选型2.1水轮机型号选择水轮机型号的选择中起主要作用的是水头,本电站工作水头范围为28.00m39.00m,根据水头范围从水轮机系列型谱中查得轴流式ZZ440型适应水头20m36m,混流式HL240型适应水头2545m两种型座位备选方案。经方案比较后确定水轮机型号。2.2水轮机参数计
5、算2.2.1 HL240型水轮机方案主要参数选择(两台机组)HL240水轮机水头范围2545,HL240水轮机模型参数,见下表2-11.转轮直径D1的计算根据水轮机型号HL240查上表得HL240型水轮机在限制工况下的单位流量Q1M=1.24m3/s,效率M=90.4%,由此可以初步假定原水轮机的单位流量Q1=Q1M=1.24m3/s, 效率M=92%.水轮机额定水头 D1=Pr9.81Q1Hr32式中:D1水轮机标称直径Q1水轮机单位流量 查得Q1=1240L/s=1.24Hr设计水头,对于坝后式水电站Hr=(0.90.95)Ha,取Hr=0.95Ha=0.9533.0=31.35mPr水轮
6、机额定出力,由发电机的额定处理求得,对于中小型水电站g=0.920.95,Pr=Pe/g=25000/2/0.95=13158kW 代入式中得D1=Pr9.81Q1Hr32=131589.810.921.2431.3532=2.59m,根据上式计算出的转轮直径259cm,查表312水轮机转轮标称直径系列,选用相近而偏大的标准直径: D1=275cm2.转速计算n=n1HD1=72332.75 =150.4r/min式中n1单位转速采用最优单位转速n1=72r/minH采用设计水头33.00mD1采用选用的标准直径D1=2.75m由额定转速系列表3-13查的相近而偏大的转速n=150r/min3
7、.效率及单位参数修正(1)效率修正。查表39可得HL240型水轮机在最优工况下的模型最高效率Mmax=92.0%,模型转轮直径D1M=46cm,则原型水轮机最高效率max=1-(1-Mmax)5D1MD1=1-(1-0.92)546275=0.944效率修正值=max-Mmax-1-2=0.944-0.92-0.01=0.014式中:为考虑到原型与模型水轮机工艺水平影响的效率修正值,取1=1%2%;2为考虑到原型与模型水轮机异性部件影响的效率修正值,取2=1%3%,本列题中因原型与模型水轮机异性部件基本相似,故认为2=0。限制工况下的原型水轮机效率:=M+=0.904+0.014=0.918可
8、见,与计算转轮直径时所假定的原型水轮机在限制工况下的效率相符。说明所选的D1适合。(2)单位转速修正。单位转速修正计算公示如下 n1=n10-n10M n10=n10Mmax/Mmax式中:n10为原型水轮机最优单位转速,r/min;n10M为模型水轮机最优单位转速,r/min;Mmax为最优工况下的模型水轮机的效率,查表得Mmax=92%;max为最优工况下的原型水轮机的效率,max=Mmax+ =0.92+0.014=0.934由上两式得 n1n10M=(maxMmax-1)=0.9340.92-1=0.87%因n10.03n10M时,可不必进行修正。故计算的n值适合。单位流量也不加修饰。
9、4.工作范围检验在水轮机的直径和转速选定之后,还需要在模型综合特性曲线图上绘出水轮机的相似工作范围并检验该工作范围是否包括了高效率区,以论证所选定的直径和转速的合理性。(1)按水轮机的额定水头Hr和选定的直径D1计算水轮机以额定出力工作时的最大单位流量Q1max。 由水轮机的额定出力Pr的表达式 Pr=9.81Q1D12HrHr导出最大单位流量Q1max计算式(限制工况下的Q1)Q1max=Pr9.81D12HrHr =131589.812.75231.3531.350.918=1.101m3/s1.24m3/s 则水轮机的最大引用流量为Qmax=Q1maxD12Hr=1.1012.75231
10、.35=46.62m3/s(2)按最大水头Hmax,最小水头Hmin以及选定的D1,n分别计算出最小和最大单位转速n1min和n1max. n1min=nD1Hmax=1502.7539=66.05 r/min n1max=nD1Hmin=1502.7528=77.96 r/min(3)在HL240水轮机的模型综合特性曲线图上分别作出以Q1max、n1min和n1max为常数的直线,这些直线所包括的范围(如图阴影部分)在95%出力限制线以左并包含了模型综合特性曲线的高效率区,说明选定的D1、n是满意的。图2-1 HL240水轮机模型综合特性曲线及工作范围检验(两台机组)5确定吸出高度由设计工况
11、参数:n1max =1502.75H=73.67r/min, Q1max=1101L/s,查图3-21得=0.197,在空化系数修正曲线中查得=0.035。 则吸出高度为 Hs=10-440.6900-(0.195+0.035)31.35=2.30(m)-4.0m 说明HL240水轮机方案的吸出高度满足电站要求。2.2.2 轴流转桨ZZ440水轮机主要参数的计算(两台水轮机)1.转轮直径D1的计算 由于轴流式水轮机的限制工况由空蚀条件决定,为防止开挖过大,水电站常采用限制水轮机吸出高度的办法反推Q1和。根据水轮机型号ZZ440查表310得在限制工况下的单位流量Q1=1.65m3/s,空蚀系数=
12、0.72.在空蚀系数修正曲线图2-28查的=0.04。在允许的吸出高度Hs=-4m时,其相应的空蚀系数为=10-900-HsHr-=10-440.6900+431.35-0.035=0.396-4.0m 故满足电站要求。2.2.3 HL240型水轮机与ZZ440型水轮机两种方案的比较 经过上述计算,两方案的相关参数如下表水轮机方案参数对比表序号项目HL240ZZ4401模型转轮参数推荐使用的水头范围H(m)254520362最优单位转速n10(r/min)721153最优单位流量Q10 (L/s)11008004最高效率Mmax(%)92895空化系数0.1950.046原型水轮机参数工作水头
13、范围H(m)283928397转轮直径D1 (m)2.752.758转速1502509最高效率max(%)91.891.410额定出力P(kW)131581315811最大引用流量Q(m3/s)46.6247.8512吸出高度Hs(m)2.30-3.66由上表可以看出,两种机型方案的水轮机标称直径均为2.75m。HL240型方案的工作范围包含了更多的高效率区域,运行效率高,空化系数较小,安装高程也高,对提高年发电量和减小厂房开挖量有利。ZZ440型方案的转速高,可减小发电机尺寸。但由于该机型水轮机及其调速系统复杂,所以总体造价较高。综合考虑,本电站选择HL240型方案更为合理。2.2.4 HL
14、24O型水轮机四台机组方案主要参数选择1.选择转轮标称直径D1 由资料可知该水电站装机容量为25MW,选择四台机组,则单机装机容量为6.25MW。由此可得该水轮机的额定功率Pr。根据水轮机型号HL240查上表得HL240型水轮机在限制工况下的单位流量Q1M=1.24m3/s,效率M=90.4%,由此可以初步假定原水轮机的单位流量Q1=Q1M=1.24m3/s, 效率M=92%.水轮机额定水头 Hr=0.95Ha=0.9533.0=31.35mD1=Pr9.81Q1Hr32式中:D1水轮机标称直径Q1水轮机单位流量 查得Q1=1240L/s=1.24Hr设计水头 Hr=31.35mPr水轮机额定
15、出力,由发电机的额定处理求得,对于中小型水电站g=0.920.95Pr=Pe/g=25000/4/0.95=6579kW代入式中得D1=Pr9.81Q1Hr32=65799.810.921.2431.3532=1.83m,根据上式计算出的转轮直径183cm,查表312水轮机转轮标称直径系列,选用相近而偏大的标准直径D1=200cm2.转速计算n=n1HD1=7233200 =206.8r/min式中n1单位转速采用最优单位转速n1=72r/minH采用设计水头33.00mD1采用选用的标准直径D1=2.00m由额定转速系列表3-13查的相近而偏大的转速n=214.3r/min3.效率及单位参数
16、修正(1)效率修正。查表39可得HL240型水轮机在最优工况下的模型最高效率Mmax=92.0%,模型转轮直径D1M=46cm,则原型水轮机最高效率max=1-(1-Mmax)5D1MD1=1-(1-0.92)546200=0.940效率修正值=max-Mmax-1-2=0.944-0.92-0.01=0.01式中:为考虑到原型与模型水轮机工艺水平影响的效率修正值,取1=1%2%;2为考虑到原型与模型水轮机异性部件影响的效率修正值,取2=1%3%,本列题中因原型与模型水轮机异性部件基本相似,故认为2=0。限制工况下的原型水轮机效率:=M+=0.904+0.01=0.914可见,与计算转轮直径时
17、所假定的原型水轮机在限制工况下的效率相符。说明所选的D1适合。(2) 单位转速修正。单位转速修正计算公示如下n1=n10-n10Mn10=n10Mmax/Mmax式中:n10为原型水轮机最优单位转速,r/min;n10M为模型水轮机最优单位转速,r/min;Mmax为最优工况下的模型水轮机的效率,查表得Mmax=92%;max为最优工况下的原型水轮机的效率,max=Mmax+ =0.92+0.010=0.930由上两式得n1n10M=(maxMmax-1)=0.9300.92-1=0.54%因n10.03n10M时,可不必进行修正。故计算的n值适合。单位流量也不加修饰。4.工作范围检验在水轮机
18、的直径和转速选定之后,还需要在模型综合特性曲线图上绘出水轮机的相似工作范围并检验该工作范围是否包括了高效率区,以论证所选定的直径和转速的合理性。(1)按水轮机的额定水头Hr和选定的直径D1计算水轮机以额定出力工作时的最大单位流量Q1max。 由水轮机的额定出力Pr的表达式Pr=9.81Q1D12HrHr导出最大单位流量Q1max计算式Q1max=Pr9.81D12HrHr =65799.812.0231.3531.350.914=1.045m3/s1.24m3/s (限制工况下的)则水轮机的最大引用流量为Qmax=Q1maxD12Hr=1.0452.0231.35=23.4m3/s(2)按最大
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