水电站建筑物课程设计1.pdf
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1、一、一、绘制蜗壳单线图绘制蜗壳单线图1 1、蜗壳的型式:、蜗壳的型式:在资料中已经给出水轮机的型号为 HL220-LJ225,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 2、选择蜗壳的主要参数、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0 345。通过计算得出Qmax值,计算如下:错误错误!NrNff60000KW1500015000KW,f 0.9615625KW式中:Nf40.96错误错误!Q1 max1Nr9.81D12Hr23156259.812.25246.220.913
2、1.111.15m3s13其中:Q11150L s 1.15ms(由附表一查得),D1 2.25m,Hr 46.2m,。0.91(由附表一查得)错误错误!QmaxQ1 maxD112Hr1.112.252 46.2 38.2m3sQmax0得36034538.2 36.61m3/s360由蜗壳进口断面流量QcQc(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VC=5.6m/s.(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查得此时蜗壳的座环内径Db=3250mm,外径Da=3850
3、mm,所以有蜗壳座环的内、外半径分别为:rb=DbD=1625mm=1。625m,ra=a=1925mm=1。925m。22座环尺寸(mm)比例:1:1003 3、蜗壳的水力计算、蜗壳的水力计算(1)对于蜗壳进口断面:断面的面积:FcQc0Qmax345 38.2 6.537m2Vc360 Vc360 5.6Fc断面的半径:max0Qmax360 Vc345 38.21.443m360 5.6从轴中心线到蜗壳外缘的半径:Rmax ra2max1.92521.443 4.811m.(2)对于断面形状为圆形的任一断面的计算设i为从蜗壳鼻端起算至计算面i处的包角,则该计算断面处的Qii360Qmax
4、,iiQmax,Ri ra 2i.其中:Qmax 38.2m3/s,Vc 5.6m/s,360 Vcra1925mm 1.925m。计算结果见下表:i()0153045607590105120135150165180195210225240255270285300315330345Qi3Q(m/s)max360iFcm2i00。2840.5680.8531.1371。4211.7051.9902。2742。5582。8423.1263.4113.6953.9794。2634.5484。8325.1165.4005。6855。9696.2536.537Qmaxi(m)Ri ra2i(m)360V
5、c00.3010.4250.5210.6020。6730.7370.7960.8510.9030。9510.9981。0421.0851。1261.1651.2031.2401.2761.3111.3451.3791.4111。4431.9252。5272。7762。9673。1283。2703.3993.5173。6273.7303.8283.9214。0094.0954。1764.2554。3324。4064。4784.5484.6164。6824。7474.81101.5923.1834。7756。3677。9589。55011.14212.73314。32515.91717。50819
6、。10020.69222.28323.87525.46727。05828。65030。24231。83333。42535。01736。608(3)蜗壳断面为椭圆形的计算当圆形断面半径 S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:h b00.25D10.252.250.1D10.1D10.12.25 0.506m222h0.506临界值S 0.882m,为座环蝶形边锥角,一般取 55 度。coscos55由圆形断面=3450,1.443m得蜗壳系数C Ora0ra(ra20)3451062.21.9251.443 1.925(1
7、.92521.443)当i=S=0。882m 时得临界角i()C(raira(ra2i)1510结合可知,当断面包角在 0151 度的时候 S,取 椭圆断面。椭圆短半径2 1.045A0.51L21.345L椭圆的当量面积A i2 d2tan椭圆长半径1 L21cot椭圆断面中心距ai ra1.22i椭圆断面外半径Ri a 1L h0.5060.506 0.618msinsin5500.819计算结果见下表:i0153045607590105120135151iC0.0000.0140.028i0.0000。2510.365A0.1290.3260.5462-0.16510.568aiRi1。
8、7242。292-0.0250。6101。8952。5050.1070.2310。6500.6870.7222.0562.2072.7062.8940。0420。4570。7830。0560。5371。0340。3480。0710。6101。2970。0850。6780.0991.5710.4590.5662。3493。0723.2413。4033.5590。7562。4850.7870.8182.6152.7400。7411。8550。6682.1490.7670。1130。8020.1270。8482。8613。7090.8770.9072.9793.1013.8563。6890。8602
9、。4530。8642.7860。9640。1420。920根据计算结果,画蜗壳单线图,如下图所示,比例为1:80,单位为mm。蜗壳单线图(单位 mm)比例 1:80二、二、尾水管单线图的绘制尾水管单线图的绘制因为选用的水轮机型号为 HL220LJ-225,说明水轮机的标准直径D1=225cm=2.25m。由资料中的图可有下表:型式参1.002。93数尺2.256.5936.2555.6253。431.789寸902.782。50525795292。2.513.1143.166.049.2069D1HH1H2H31。H40。H51。12L11。L22。LB4B53。1.1141.38440568
10、54.092.53555。10.47.9910。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,D3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D3和出口直径D2相等;对于混流式水轮机,其锥管的单边扩散角可取7 9;h3为直锥管的高度,增大h3可减小肘管的入口流速,减小水头损失。进口锥管高度:h3 H2 H3=5。6253。43=2。195m;进口锥管上、下直径:D31=2.51m,D42=3.114m。(2)肘管:肘管是一90变截面弯管,其进口为圆断面,出口
11、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R (0.6 1.0)D4,外壁R6用上限,内壁R7用下限,则有:R6=13。114=3.114m,R7=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。仰角=10.4,长度L1=3.16m
12、L2=6。04m,L=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D2=D3=2。51mD1=2。25m,所以属于高比速混流式水轮机。增大尾水管的高度h,对减小水力损失和提高h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 h2.6D1,题
13、目中已知 h=H=6.593m2.6D1=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D1 1.0m时,HL220 型的尺寸可以推求D1 2.25m时的转轮流道尺寸。如下图:四、厂房起重设备的设计四、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:L 16m;起重机最大轮压:35.9T;起重机总重:77
14、.3T;小车轨距:LT 4400mm;小车轮距:KT 2900mm;大车轮距;K 6250mm;大梁底面至轨道面距离:F 130mm;起重机最大宽度:B 8616mm;轨道中心至起重机外端距离:B1 400mm;轨道中心至起重机顶端距离:H 3692mm;主钩至轨面距离:h 1474mm;吊钩至轨道中心距离(主):L1 2655mm,L21900mm;副吊钩至轨道中心距离:L31300mm,L2 2355mm;轨道型号:QU100。五、五、厂房轮廓尺寸厂房轮廓尺寸1 1、主厂房总长度的确定:、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L n
15、L1 LaL其中 n 为机组台数,l1为机组段长度,la为装配场长度,l为端机组段附加长度(1)、机组段的长度L1的确定机组段的长度L1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L1按下式计算:L1 Lx Lx;其中:Lx为机组段+x 方向的最大长度;Lx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:L1 R1 R212其中:R1为i 3450时的Ri,即R1=4.811m,R2为当i1650时的Ri,即R2=3。921m。1,2分别为蜗壳左右外围混凝土的厚度,初步设计时取1。2-1
16、.5m,取1。4m,则L1 R1 R212 4.8113.9211.42 11.532m按尾水管层推求:L1 B 22其中:B为尾水管的出口宽度,2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B 8m,21.8m,则l1 B283.6 11.6m按发电机层推求:L13b 23其中:3为发电机风壁厚,一般取 0.30。4m,这里取 0.35mb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38.4m则L13 23b 8.420.351.8 10.9m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
17、度决定.则L111.6m(2)端机组段附加长度的确定L 0.11.0D10.52.251.125m(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。装配场长度一般约为机组段长lc的 1.01。5 倍。对于混流式采用偏小值,因此取 1.2。La1.2L11.211.6 13.92m。(4)厂房的总长度:L nL1 LaL 411.613.921.125 61.445m2 2、主厂房宽度的确定、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BS和下游侧宽度BX两部分,关于这两部分的计算可列式如下:上游侧宽度BS:BS323 A;其中,在前面的计算中
18、已有3=8。4m,3=0.35m;A 为风罩外壁到上游墙内侧的净距,取 5m。则BS323 A=9。55m。下游侧宽度BX:BX除满足上式外,还需满足蜗壳在y方向的尺寸和蜗壳外混凝土厚度的要求。对于发电机层:BX323 A其中:A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,3=8.4m,3=0。35m;则BX323 A=6。55m.对于蜗壳层y方向为:BX y2l.其中:y2为i为2550时的Ri,为 4。406m;l为混凝土保护层的厚度,取 1.5m则BX=4.406+1。5=5。906m综上所述,取BX=6.55m.因此,B Bs Bx=9。55+6.55=16.1m。(2
19、)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:桥机b1b2hbehb牛腿以上:B lk 2(b1b2 hb)牛腿以下:B lk 2(e hb)其中:b1-桥机端与轨道中心线的距离,查桥机的有关规定取 0.4mb2桥机端部与上柱内面间距,一般取 0.30.6m,取 0.3mhb牛腿上部立柱截面高度,一般取 0.6-1。2m,取 0。6mhb牛腿下部立柱截面高度,一般取 1。02。5m,取 1me偏心距,一般取 00.25m,取 0.25m所以牛腿以上:B lk2(b1b2 hb)162(0.4 0.30.6)18.6m牛腿以下:B lk 2
20、(ehb)16 2(0.25 1)18.5m综合(1)(2),取主厂房的宽度 B 为 18。6m。3 3、厂房各层高程的确定、厂房各层高程的确定(1)1)水轮机的安装高程水轮机的安装高程T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:T min HSb0;2HS10.3()H 1;900其中:b0为导叶高度,一般b0=0。10。39D1,则b0 0.25D1 0.252.25 0.5625m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,
21、=93.5m;900min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,min=91。84m;93.51=0.33m,900b0.56T T min Hs0 91.840.33 92.45m。22所以:Hs10.3(0.1650.027)46.2(2 2)尾水管底板高程)尾水管底板高程1 Tb0hw2b00.5625 6.592 6.312m;22其中:hw底环顶面至尾水管的距离hw H T机组安装高程;b0导叶高度。所以:1 Tb00.5625hw 92.456.312 85.857m22(3)3)主厂房基础开挖高程主厂房基础开挖高程F:F
22、T(h1h2h3)T H h1 92.456.5931.5 84.357m其中:h1-尾水管底板混凝土厚度,取 1。5m;h2尾水管出口高度;h3-从水轮机安装高程T向下量取到尾水管出口顶面的距离则h2h3=H=6.593m(尾水管的高度);(4 4)进水阀地面高程)进水阀地面高程2 3r1h2其中:3钢管中心线高程,3 T;r1阀外半径,即引水钢管半径,蝶阀尺寸3400mm,则r1=1。7m;h2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,h2一般为 1。82m,此处取h2 2m。所以:2 3r1h2 92.45(5 5)水轮机层地面高程)水轮机层地面高程4 T r2 h3=92.
23、45+2。4055+1=95.86m3.42 88.75m2其中:r2蜗壳进水断面导叶中心线以上的净空高度,r2=4.811/2=2。4055;h3蜗壳上部混凝土厚度,对金属蜗壳可取1.0m。(6 6)发电机安装高程)发电机安装高程G:G T h4 h5 h6 1 h5 h6=95.86+2.0+1.0=98。86m其中:h5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度,一般为 1.82。0,此处取 2。0m;h6进人孔顶部厚度,一般为 1。0m 左右,取 1.0m。(7 7)发电机层楼板面高程)发电机层楼板面高程5:5 G h=98.86+1。8=100。66m为了
24、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:5-4=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 8)起重机的安装高程(轨顶高程)起重机的安装高程(轨顶高程)6 5 h6 h7 h8 h9 h10其中:h6-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1.22m.h7-吊运部件与固定物之间的垂直安全距离在 0。6-1.0m,取h7 0.6m;h8发电机主轴高度,h8 5.02m;h9吊运部件与吊钩之间的距离,一般在 1。01.5m 之间,取h91.2m;h10主钩最高位置(上极限位置)至轨顶
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