重庆城口巴山水电站水轮发电机设计
彭水水电站500t级垂直升船机总体布置
彭水水电站500t级垂直升船机总体布置第37卷第1期2006年1月人民长江YangtzeRiverV01.37.No.1Jan..20o6文章编号:1001—4179(2(~)01一OO25—04彭水水电站500t级垂直升船机总体布置单毅于庆奎(长江水利委员会设计院,湖北武汉430010)摘要:彭水水电站通航建筑物由一级船闸和一级垂直升船机组成.升船机布置在下游,最大通航水头66,6m.通过中间渠道与上游的船闸连接,船闸最大通航水头15m,二者联合运转,可克服枢纽81.6m的最大通航水头.升船机采用钢丝绳卷扬全平衡垂直提升型式.船舶过坝时,通过上,下闸首驶入钢质承船厢内.承船厢由多根钢丝绳悬吊,通过设于承重塔柱顶部机房内的主提升机驱动,使之沿承重塔柱导轨垂直升降运行,运送船只过坝.全面介绍了彭水水电站500t级垂直升船机的总体布置与设计特点,并对升船机主体设备,金属结构以及电气设备等的设计作了简要论述.关键词:垂直升船机;总体布置;主提升机;承船厢;金属结构;电气设备;彭水水电站中图分类号:U642.2文献标识码:A彭水升船机在初步设计阶段根据彭水水电站水位落差大,河床窄等客观条件,通过机型选择和比较,确定选用钢丝绳卷扬式全平衡垂直升船机.由于船厢总重量与平衡重重量相等,主提升机只需克服船厢误载水水体重,系统摩阻力,惯性力及钢丝绳不平衡重量,因此全平衡升船机的最大优点是在同等运行速度下所需功率很小,可最大降低运行能耗.该型式升船机主提升机受力明确,设备制造和安装调试难度相对较低,通过钢丝绳自身的柔性即可自动适应塔柱的变位,这样可相对降低塔柱的结构变位及施工精度.全平衡钢丝绳卷扬式垂直升船机在国内外高水头升船机设计中应用较为广泛,主要有比利时斯特勒比升船机,湖北清江隔河岩升船机,高坝洲升船机,福建闽江水口升船机等等.1总体布置彭水水电站通航建筑物由一级船闸和一级垂直升船机组成.升船机布置在下游,最大通航水头66,6m,通过中间渠道与上游的船闸连接,船闸最大通航水头15m,二者联合运转,可克服枢纽81.6m的最大通航水头.升船机采用钢丝绳卷扬全平衡垂直提升型式.船舶过坝时,通过上,下闸首驶入装有水的钢质承船厢内.承船厢由多根钢丝绳悬吊,通过设于承重塔柱顶部机房内的主提升机驱动,使之沿承重塔柱导轨垂直升降运行, 运送船只过坝.上闸首是升船机的上游挡水建筑物,位于升船机上游端与中间渠道的连接处,主要设备布置在升船机上游端两个组合筒体之间的土建结构上.上闸首设置事故检修闸门和工作闸门各1扇,分别由1台2×125kN固定卷扬机启闭,启闭机布置在塔柱顶部的主机房内.中间渠道保持278.0m恒定水位,航槽净宽12.0in,底高程275.3m,闸顶高程280.0m.收稿日期:2005—11—25作者简介:单毅,男,长江水利委员会设计院枢纽处,工程师.升船机主体设备由主提升机,承船厢,平衡重系统及其它辅助设备组成.提升主机布置在塔柱顶部的主机房内,机房地面高程290.0m.提升主机主要包括4套卷扬提升机构,8套平衡滑轮组,1套安全制动系统,1套机械同步轴系统,4套干油润滑系统及相应的电力拖动,控制,检测等设备.每套提升机构各由1台200kW的交流电机驱动,4套提升机构间通过机械同步轴联接,形成封闭的同步轴系统.提升主机的额定提升力2400I【N,最大提升高度,66.6m.承船厢为钢质槽形结构,由80根钢丝绳悬吊,并通过提升主机驱动,在船厢室内沿塔柱上下运行. 船厢有效水域尺寸为59.0m×11.7m×2.5m(长×宽×水深),外形尺寸为71.0m×16.0m×8.2in(长×宽×厢头高),船厢结构,设备加厢内水体总重约3250t.承船厢的总重量由相同重量的平衡重全部平衡.平衡重包括重力平衡重和转矩平衡重,其中重力平衡重2100t,转矩平衡重l150t.下闸首是升船机下游的挡水建筑物,位于升船机下游端与下游引航道的连接处.航槽净宽12.0m,底高程208.4m,闸顶高程235.0m,可适应下游最低通航水位211.4m至最高通航水位227.0m的水位变化.下闸首布置有1扇工作大门和1套检修门.工作大门由1台布置在下闸首机房内的2×4000kN固定卷扬式启闭机操作,检修门由布置在混凝土排架上的2×320 l【N单向桥机操作.升船机控制系统设备由计算机监控系统,广播系统,工业电视系统,检测系统等设备组成.升船机运转程序为:升船机单向运转,船只下行(承船厢与上闸首处于对接状态,船厢门和上闸首工作门已经开启,中间渠道水域与船厢水域连通):过坝船只经中间渠道,渡槽进入承船厢一船只在厢内停泊并系缆一关闭船厢门一船厢上游端的防撞装置提升至设定位26人民长江2006篮置一检测船厢内水深,启动可逆水泵系统(水深误差超过允许值时),调节厢内水深至设计允许值一关闭I-_N首工作门一泄掉两门间的缝隙水一"u"形密封框退回一顶紧机构退回一夹紧机构退回一提升主机启动(电机接电并施加静力矩一工作制动器松闸一电机调整力矩大小及方向使机械传动系统预紧一安全制动器松闸一电机起动,主机投入运行),船厢向下运行一船厢内标准水位线与下游水位齐平时,主机电机经电气制动停机,工作制动器上闸,安全制动器上闸一顶紧机构推出一密封框推出并压紧下闸首工作大门一夹紧机构投入工作一启动可逆水泵系统, 向船厢门与下闸首门间充水,直至平压一船厢下游端的防撞装置降至设定位置一开启下游船厢门和下闸首工作大门的卧倒小门一船只解缆出厢,驶入下游引航道后下行.2主要技术参数主要技术参数见表1.3主提升机设备主提升设备为提升力2400kN,提升高度66.6m的4吊点多钢丝绳卷扬设备.主提升机安装在升船机塔柱顶部的主提升机机房内,机房地面高程290.0m,主提升机卷筒,滑轮轴线距机房地面3.0m.主提升机在平面上对称布置,其纵,横中心线与船厢中心线重合.主机的安装检修由设在机房内的1000/2×150kN双向桥机承担.主提升机由4套卷扬机,1套机械同步轴系统及8组平衡滑轮等设备组成,在主机房的平面内分4个吊点区对称布置.4套卷扬机构的横向间距l9.85m,纵向间距36.0m.每套卷扬机分别由1台交流电动机驱动,电机的动力经浮动轴,联轴器,减速器传递给减速器两侧的两只卷筒.在电机与减速器间的联轴器上设置1套工作制动器,在每只卷筒的外端分别设置1套安全制动器,以及独立的轴承座,卷筒轴的另一端支承在减速器的箱体上.减速器的高速轴位于其它轴系的下方,第2根高速轴上设有换向锥形齿轮副.4台减速器经第2根高速轴,联轴器,机械轴,扭矩传感器及轴承座等连成一矩形封闭的机械轴同步系统.每只卷筒上缠绕7根钢丝绳,其中4根为提升绳,提升绳的一端缠绕并固定在卷筒上,另一端通过调节螺杆,螺母及均衡油缸与船厢相连;另3根为转矩平衡绳,其一端反向缠绕并固定在卷筒上,另一端通过调节螺杆,螺母与转矩平衡重连接.每组平衡滑轮组由6片滑轮构成,每片滑轮上绕过一根重力平衡绳. 重力平衡绳的一端通过锥套直接与船厢吊耳板连接,另一端通过调节螺杆,螺母,锥套与重力平衡重相连.减速器内的轴承,齿轮副及联轴器由稀油润滑泵站强制润滑,卷筒,滑轮及同步轴系统的全部滚动轴承由4台干油润滑站集中润滑.为了保证升船机安全稳定运行与可靠性,主提升机设有工作制动器和安全制动器.安全制动器和工作制动器均采用液压器均由设在机房中央的1套液压站集中操作.在正常运行工况时,工作制动器首先上闸,同时电机停电,延时数秒后,安全制动器上闸;在事故工况时安全制动器分级调压上闸,工作制动器无级调压上闸,以尽可能地减少停机时对主提升设备的冲击.另外,尽量提高转矩平衡重的重量也可以提高主提升机对升船机的控制能力,尽可能地保证升船机的安全稳定,彭水升船机转矩平衡重达1150t,占平衡重总重量的35%.主提升设备提升力的计算载荷包括:船厢升降运行时船厢内最大允许误载水体重量;起,制时机构惯性力,运动部件摩阻力,悬吊钢丝绳僵性阻力以及平衡链与钢丝绳的不平衡重量差等,主提升机构的主要载荷为船厢内最大允许误载水体的重量. 主提升机布置的关键在于大直径卷筒及大输出扭矩减速器的制造难度,卷筒制造误差会直接影响升船机的运行.因此卷筒与减速器的制造既是满足升船机正常运行的关键,也是升船机的制造难点.4承船厢结构及设备4.1承船厢承船厢装设在由上,下闸首及塔柱构成的船厢室内,船厢室长(顺水流方向)71.4m,宽(垂直水流方向)18.0m.承船厢的两端面与上,下闸首密封止水面的距离各为200tam.承船厢由80根钢丝绳悬吊,由主提升机驱动,沿设在塔柱上的4条导轨升降运行.承船厢为钢质槽型薄壁结构,两端分别设1扇卧倒式闸门,闸门处于关闭状态时,船厢内形成封闭水域,为通航船舶提供湿运过坝条件.承船厢由厢体结构和船厢设备组成.厢体结构包括主体结构和附属结构,船厢设备包括各种功能的机械设备,电气控制和检测设备等.厢体结构包括:承船厢厢体,护舷,系缆装置,卧倒门门槽,检修门门槽,防撞装置导向槽,交通通道及栏杆,上锁定结构,电控设备室,液压设备机房,夹紧结构和顶紧结构等.船厢设备包括:厢头卧倒工作门,卧倒门液压启闭机,防撞梁,防撞梁升降装置,检修门,检修门启闭设备,"u"型密封框装置,卧倒门槽与检修门槽冲淤装置,可逆水泵系统,夹紧装置,顶紧装置,钢丝绳液压均衡油缸,上游导承装置,下游导承装置,液压控制系统,船厢供电设备,船厢消防及火灾报警设施,船厢通风除湿设备,船厢PI.C控制子站设备,照明设备等.承船厢外形尺寸71m×16m×8.2m,承船厢有效水域尺寸59m×11.7m×2.5m,干舷高0.7m.由于整体尺寸较大及运输条件的限制,承船厢结构的拼装不能采取整体浮运至船厢室,因而采用在船厢室内现场拼装的方案.承船厢外形尺寸是根据升船机运行要求对船厢在运行中可能出现的各种工况及其载荷组合,利用有限元理论通过计算机对承船厢进行整体受力分析和结构优化后确定.承船厢装有设计水深的水体且在悬吊状态时的刚度为:主纵梁的最大挠度与跨度比不大于1/2000,横向盘式制动器.制动器通过机械弹簧上闸,液压松闸.所有制动梁系的最大挠度与跨度比不大于1/700.表1主要技术参数额定钢丝绳根数安全系数钢丝绳卷筒及滑轮提升速度,提升加速度,事故减速度/电机提升力/kN(提升绳,重力绳,转矩绳),根(重力绳,提升绳)直径/mm直径/mm(m?min-1)(m?S-2)(m?S-2)功率/kW2400104(32/48/24)t>7.5/≥8.064385012±0.010.044×200第1期单毅等:彭水水电站500t级垂直升船机总体布置274.2液压设备承船厢上的所有液压设备均由2套液压控制系统操作,液压控制系统由设在船厢两端机舱内的液压泵站,机旁控制阀组及管路系统等组成,各液压设备的控制阀组就近布置在机舱内或主纵梁内,液压泵站与控制阀组间以及控制阀组与执行机构间由管路系统相连接.布置在承船厢上的船厢工作门,"U"型密封框机构,顶紧机构,夹紧机构,防撞梁驱动装置,均衡油缸等均由液压泵站驱动和控制.4.3船厢工作门及其启闭机船厢工作门安装在船厢的两端头,与船厢结构共同构成盛水结构,形成通航的湿运条件.船厢工作门为露顶式平板门,两个支铰设在门的下部.启闭时闸门绕支铰轴转动;开启后船厢门卧倒于船厢头部的门龛内,闸门面板与船厢底铺板齐平;关闭后闸门门顶与主纵梁的上翼板齐平,门顶可作为船厢两侧的交通通道.每扇闸门由1套双缸液压启闭机操作,启闭机布置在机舱内,通过摆臂,支铰轴将驱动力矩传递到船厢门上.4.4钢丝绳均衡油缸均衡油缸的作用是当承船厢在运行过程中因卷筒和钢丝绳的制造误差,设备的安装误差及船厢运行时钢丝绳变形伸长不一致误差累积造成承船厢发生倾斜时,通过调整与钢丝绳连接的32套液压油缸活塞的位置实现调平.均衡油缸布置在提升绳与船厢吊耳之间,用于调节船厢的水平状态以及保持提升绳内张力的均衡.均衡油缸为双作用缸,工作时单向承载并保压. 在均衡油缸和钢丝绳之间布置有调节螺母,防松螺母以及防旋板等部件.均衡油缸上设有活塞杆锁紧装置,船厢调平前将锁紧螺母旋开,调平后将螺母锁紧,避免因油缸泄漏造成船厢倾斜.4.5顶紧装置顶紧机构的作用是船厢与闸首对接过程中平衡间隙水对船厢产生的水压力,密封框对船厢的反力及船舶进入船厢时引起水涌产生的水压力等,防止船厢的纵向水平运动.顶紧机构油缸竖向安装,缸体中部铰支,活塞杆与楔形块连接,推动楔形块在导槽内上下运动,顶紧块在楔形块的驱动下水平运动,并同时绕支臂的铰轴摆动.顶紧块靠斜面自锁承受船厢的水平载荷, 并将其传递至混凝土塔柱.4.6夹紧装置夹紧的作用是利用油缸夹紧沿程埋设在塔柱上的夹紧轨道产生摩擦力,从而使船厢可以在沿程任意位置锁定.夹紧的工况考虑之一是在船闸与闸首对接过程中水满厢;另一种情况是在船厢漏水时可平衡部分系统不平衡力.夹紧机构油缸采用反向安装,活塞杆固定,缸体在导承体内移动.缸体端部装有摩擦片,摩擦片可沿任意方向在小角度内偏摆.4.7防撞装置防撞装置是为防止船只进入船厢时失控撞击船厢门引发大量漏水事故而设置的.国内升船机防撞吸能装置有刚性和弹塑性防撞两种,彭水升船机采用的为弹塑性防撞形式.防撞梁采用箱形截面,其上布置有缓冲橡皮,导向滑块及钢丝绳连接构件等.连接防撞梁的钢丝绳通过设在船厢主纵梁上部的滑轮组后,与布置在主纵梁内部的起升油缸相连.防撞梁系统和防撞梁安装在船厢两端头,工作门的内侧.过船时,防撞梁沿导向槽下降至卧倒门门龛内,卧倒门关闭后,防撞梁提升至设定位置.防撞梁的防撞能力按总质量750t(含附连水体重量)的500t级驳船以0.5m/s的航行速度正面撞击设计.4.8对接密封装置密封装置用于船厢与闸首对接时,把船厢水域与上,下游航道水域连通,以便船舶可进出船厢.密封框装置由"U"形框架结构,止水橡皮,弹簧箱,油缸及支座,导轮等组成."U"形密封框的油缸通过弹簧箱作用于"U"形框架,…U'形架在厢头"u"形槽内沿导向轮运动.油缸分两种,一种是主动缸,每套有4只,2只安装在…U'形框的底边,2只分别布置在…U形框的两侧边,其两端分别与弹簧箱和支座铰接,除对框架施压外,还用于驱动框架在厢头的"U"形槽内运动;另7只为压紧缸,两侧边各设2只, 底边设3只,其活塞杆不与弹簧箱直接连接,油缸采用中部固定支承,仅用于对框架施压."U"形框端部设两道止水橡皮,一道为…P'形,一道为"Q"形.密封框与船厢结构间采用活动"C"形橡皮止水.除上述外,承船厢及船厢室设备还包括船厢检修门及其启闭机,可逆水泵装置,船厢锁定装置,导承装置,卧倒门槽与检修门槽冲淤装置,疏散廊道设备,船厢供电设备,船厢消防及火灾报警设施,船厢通风除湿设备,船厢PLC控制子站设备,照明设备等等.5平衡重系统及钢丝绳组件5.1平衡重系统平衡重系统由8套重力平衡重组,4套转矩平衡重组,8套平衡链装置,24套平衡重组上锁定装置,8套重力平衡重组下锁定装置,8套转矩平衡重组下锁定装置和平衡重系统埋件等部分组成.重力平衡重总重2100t,转矩平衡重总重1150t.重力平衡重组分别安装在混凝土塔柱的8个重力平衡重井内,转矩平衡重组分别安装在混凝土塔柱的4个转矩平衡重井内.重力平衡绳绕过主机房内的滑轮后,两端分别与重力平衡重块及船厢吊耳板连接;转矩平衡绳一端与转矩平衡重块相连, 另一端缠绕并固定在卷筒上;提升绳的一端经均衡油缸与船厢相连,另一端缠绕并固定在卷筒上.船厢运行时,平衡重组在平衡重井内沿轨道升降.每组平衡重设有一套钢结构安全梁,发生断绳事故时平衡重可落在安全梁的缓冲装置上,使断绳平衡重重量分配到该组平衡重的其它钢丝绳上以确保整个平衡系统的平衡.在钢丝绳卷扬全平衡升船机中,平衡重块的数量多,重量大,因此在浇铸平衡重混凝土块时如何实现高容重混凝土的密度及保证制造形体的尺寸是平衡重制造的难点.5.2钢丝绳组件钢丝绳由48根重力平衡绳,24根转矩平衡绳和32根提升绳组成.钢丝绳组件由钢丝绳及锥套构成,锥套与钢丝绳固接. 提升绳和转矩平衡绳的一端带有锥套,重力平衡绳的两端均带有锥套.钢丝绳采用圆形股,交互捻,独立钢丝绳绳芯,不松散,镀锌钢丝绳,出厂前应进行预拉伸处理.钢丝绳是垂直升船机最重要的承载部件,影响其使用寿命最直接的因素是轮绳直径比e.由于升船机使用的钢丝绳并不只是单纯受拉,在其进入卷筒或滑轮后将同时受到拉伸,弯曲和挤压的联合作用,且升船机钢丝绳长期承受工作载荷,工作环境湿度大,因此我们在轮绳直径比选择上要比起重机设计规范大得多,彭水升船机轮绳直径比e≥60.在钢丝绳安全系数确定28人民长江2006生时,结合与升船机工况相近的设备进行参考,最终确定重力平衡绳与转矩平衡绳安全系数不小于7.5,提升绳安全系数不小于8.0.6升船机上,下闸首闸门及启闭设备6.1上闸首事故检修门,工作门及启闭设备上闸首事故检修门安装于升船机上闸首工作门上游,在工作门出现事故或检修时挡水使用.闸门为静水启门,可动水关门,由布置在主机房内的2X125kN固定卷扬机操作.闸门启闭时,沿装设在两侧塔柱侧墙上的导向架运行,开启后,由锁定梁锁定在主机房290.0m高程的底板上.上闸首工作门安装在上闸首下游端的钢门槽内,静水启闭,由布置在主机房内的2X125kN固定卷扬机操作.闸门启闭时,沿装设在两侧塔柱侧墙上的导向架运行,开启后,由装设在机房底板上的自如式挂钩装置锁定.6.2下闸首工作门及启闭设备下闸首工作闸门是升船机下游的挡水设备,布置在升船机下闸首的上游端,过船时船厢通过其与下游水域对接.下闸首工作闸门为带卧倒小门的下沉式平板门,其上游面板距船厢端面200Ⅱ一.门槽底高程191.0m,闸墙顶面高程235.0m,最大工作水头19.9m,可适应下游15.6m的通航水位变化.卧倒小门可适应1.95m通航水位变化,当水位变幅超过1.95m时由工作大门带压操作,适应通航水位变化,闸门由2X4000kN固定卷扬机启闭.闸门工作时,由设在闸门两侧的锁定机构锁定在门槽内,检修时由启闭机提出闸顶,并由检修锁定梁锁定在门槽上方.6.3下闸首检修门及启闭设备下闸首检修门安装在升船机下闸首的下游端,是升船机下游的检修,防洪挡水设备,由5节叠梁门和其上的1扇平板门组成.门槽底高程208.4m,闸门顶高程与闸墙顶面高程235.0m齐平,闸门总高度和设计水头均为26.6m.闸门静水启闭,由2 X320kN单向桥机操作.升船机通航时,多余闸门存放在门库内,检修或洪水期时,由单向桥机通过液压自动挂脱梁操作闭门.7升船机电气设计7.1主拖动系统升船机主提升机有4个驱动单元,每个驱动单元由1台电动机驱动,4个驱动单元之间采用矩形封闭式机械轴刚性联接, 组成机械轴同步多电机传动系统.主拖动系统为双闭环交流变频调速系统,每台交流电动机由1套交流变频传动装置供电.4 套交流变频传动装置由1套传动控制站进行协调控制,均有各自的速度环和电流/转矩环,当组成升船机主拖动系统时,4套交?三峡工程建设动态?流变频传动装置共用1个主速度环,形成1套由1个速度外环和4个电流/转矩内环组成的双闭环自动无级调速系统和采用4 个独立速度外环加出力均衡调节两种方式.4套交流变频传动装置中1套设为主机,另外3套设为从机,采用主一从控制方式,实现4套交流变频传动装置之间的负荷均匀分配控制和4 台电动机同轴出力均衡控制,在任意1台故障时均能实现无扰动切换.主拖动系统的运行速度可根据行程实现五阶段速度图控制.电动机选用起重机起升机构专用交流变频调速电动机.电动机主要参数:P=200kw;U=380V;50Hz;n=739r/rain.交流变频传动装置采用起重机起升机构专用型,功率与电机容量配套.主拖动系统应具有控制功能,保护功能,显示功能,控制及组网功能.传动控制站应具备对4套交流变频传动装置进行现地操作控制,监视和保护的功能,同时完成与上级监控系统的数据信息交换.7.2自动控制系统升船机自动控制系统由计算机监控装置,广播指挥装置,工业电视和检测装置组成.升船机计算机监控系统采用两层分布式控制结构,主控级采用快速单以太网.主控级监控主机,工程师站与现地子站之间采用工控网络连接,网络结构为双网冗余结构.计算机监控系统主控级由监控主机,网络服务器,工程师站,多媒体主机,打印机,UPS,网卡,快速以太网交换机及其网络组件等组成,监控主机采用双机热备工作方式.升船机作为一项复杂的系统工程,其自动化程度是较高的.在完成每个运行程序时需要对各个部位的多项状态,参数进行检测后输入监控系统,完成运行过程的自动控制.彭水升船机工程的运行检测装置有下列几种:水位测量,水深测量,行程测量,位置测量,开度测量,船厢静态调平检测,船厢动态水平检测,船舶探测装置和船厢减速停位检测,监护检测等.8结论彭水升船机自初步设计至2005年招标设计已历时多年.设计方案经多次审查,优化后采取钢丝绳卷扬式全平衡垂直升船机.因它具有主提升机受力明确,设备制造和安装调试难度相对较低等优点,可以说是高水头升船机的优选,国内外许多升船机都采用这种型式.但由于国内在相应通航标准的制订相对落后,给设计,制造,安装调试等工作都带来了一定的困难.彭水升船机招标设计工作刚刚完成,设计成功与否取决于设计的合理与周全性,制造的高精度性及现场的安装调试情况.三峡大坝左岸主体工程全部完工三峡临时船闸改建冲砂闸工程混凝土提前4d全线浇筑到185m设计高程,与三峡大坝左岸顺利实现对接,这标志着三峡大坝左岸主体工程全部完成.承担三峡临时船闸改建冲砂闸工程施工任务的武警水电部(编辑:徐诗银)队,在两年多的时间里,共完成混凝土浇筑18.3万m],完成金属结构及机电设备安装1200多吨;工程单元质量合格率达到。
巴山夜雨涨秋池——重庆巴山电站业主营地规划设计
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般在 ２ ～ ０ ０ ３ 人左 右 ，建 筑规 模在 ３ ０ ｍ ０ ０ 左
画。 Ｂ 两式的 西窗 ． 向任河 的潺潺流水 面 和对岸 的山岚．剪 出样式不 同的窗式和 窗景。对 诗人 的岽敬 和 Ｂ山的 想望 渐渐 融台成 设计 的魂 魄，于是 灵感如目 Ｂ山绵绵 的秋雨 ， 渐占满 ７ 渐
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工 作人 员 ，同时 向业主 报 方案 设计 构悬 ，具
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水电站工程水力机械设计与优化分析
水电站工程水力机械设计与优化分析发表时间：2020-08-07T02:41:28.532Z 来源：《建筑学研究前沿》2020年10期作者：祁海军[导读] 消耗量较大的飞轮机尽量减少中小型水电站的使用次数。
而工作人员在10米到25米或者40米到80米的水电站可以使用灯泡贯流或轴流转桨的水轮机，这样可以更好地改善发电效果。
承德江河工程设计有限公司河北承德 067000摘要：水电站在建设的时候需要有效地运用水力机械设备，工作人员在设计和运用水力机械的时候要考虑水电站的基本功能，还要结合我国水力建设的设计理念。
这些年来，水电站工程中陆续使用新技术，通过对计算机技术的合理运用，更好地完善我国水电站工程水力机械的设计工作。
本文先分析了水电站工程中的水力机械，之后根据水电站的现实需要提出一些优化对策，希望可以更好地提升水电站的运行效率。
关键词：水电站；工程水利；机械设计；优化；分析引言水力机械是水电站建设中的重要内容，水电站在建设的时候要充分考虑水力机械的运行特征，进一步满足水力建设的需要，并且不断地完善和优化现存的机械设备。
考虑水力机械的实际使用目的，不断地优化水力机械的设计，从而更好地降低水力机械运行中的故障概率，有效地提升水电站的运行效率。
1 水轮机机械的设计工作人员在优化水轮机机械的时候要全面地了解水电站的运行情况，根据水电站机械的不同用途来选择合适的水轮机设备，这样可以更好地提高水轮机的使用效率，有利于满足实际生产建设的需要。
1.1 选择水轮机的型号水电站在选择水轮机型号的时候，技术人员要结合水电站的生产需求和水头使用状况等要素，合理地选择水轮机型号。
一般来说，影响水轮机型号选择不仅会考虑生产效率，技术人员还要还要考虑运行过程中的成本费用，消耗量较大的飞轮机尽量减少中小型水电站的使用次数。
而工作人员在10米到25米或者40米到80米的水电站可以使用灯泡贯流或轴流转桨的水轮机，这样可以更好地改善发电效果。
某水电站水轮机结构设计
３ 水 力 设 计 简 介
该机组 由 浙 江 富 春 江 水 电设 备 股 份 有 限 公 司 与 挪 威
道路与之相接 ， 交通较方便 。本工程为二 等大 （ ２ ） 型工程 ， 水库 具有 日调节性能 。该水电站的开发任务为发 电， 是西藏 中部 电 网的主力电源 。另外 ， 丰水期 将作 为羊湖 电站 的抽水 电源 ， 为 羊湖 电站提供抽水 电量 ； 枯 水期 向西藏 中部 电网送 电， 满 足西 藏 中部 电网负荷的需求 。电站 按“ 无人 值班 ” （ 少 人值 守） 原则
圈 的不 同段 分 别 施 压 。 液 压 系 统 由柱销 叶 片泵 Ｔ ６ Ｃ － ０ ０ ５ 供压， 额定 压力 １ ４ ＭＰ ａ ，
流量 １ ７ ． １ ｍＬ ／ ｒ ， 油 泵 电机 选 用 Ｙ１ ３ ２ ＭＩ 一 ６的 ４ ｋ Ｗ 电机 ； 溢 流
型， 较之传统工艺 ， ｅ ｎ ｘ ： 堡 量 坌 堑
某 水 电站 水轮 机 结 构 设 计
蒋 昭
（ 浙 江 富春江 水 电设 备 股份 有限公 司 ， 浙江 杭州 ３ １ ０ ０ １ ２ ）
摘
要： 介 绍 了水 电站 的基本情 况及 水轮 机 的基本性 能要 求 ， 对水力 设计 进行 了简 要分析 ， 重 点 阐述 了水 轮机结 构设 计 的特点 。
关键 词 ： 水 电站 ； 水 轮机 ； 结构设 计
１ 电站 概 况
本文介绍的水电站位 于西藏 自治区山南地 区加查县境 内 ， 是雅鲁藏布江干流上开发 的第一个 水电站 ， 共 装设 ６台单 机容 量８ ５ ＭＷ 的水轮发电机组 ， 其 中 ３台机组 由浙江 富春 江水 电
山区水电站引水发电系统设计
山区水电站引水发电系统设计1. 引言本文档旨在详细介绍山区水电站引水发电系统的设计方案。
山区水电站由于地理环境的特殊性，设计和建设过程中需要考虑许多独特的因素。
本设计方案将着重介绍水电站引水系统的设计要点和关键技术。
2. 设计概览山区水电站引水发电系统的设计由以下几个主要组成部分构成：2.1 引水管道引水管道是将水源地处于山区的水引入水电站的关键通道。
在设计引水管道时需要考虑以下因素：- 管道的材料选择和尺寸设计，以保证足够的水流量和压力；- 引水管道的线路规划，避免过于陡峭的坡度和难以施工的地形；- 引水管道的维护和检修通道的设置，以便后期的维护和维修工作。
2.2 泵站水电站引水系统中的泵站是将水源抽升到合适的高度以便引入发电机组的关键设施。
在泵站的设计中需要考虑以下因素：- 泵站的位置选择，尽可能靠近水源地，并考虑到安全和施工便利性；- 泵站的泵选型和数量确定，以满足所需的水流量和压力；- 泵站的控制系统设计，以实现自动化控制和监测。
2.3 水库和发电机组引水发电系统中的水库是存储大量水源，平衡水量的波动，并作为调节调度水量的重要设施。
在水库的设计中需要考虑以下因素：- 水库的位置选择和容量确定，根据山区的地理条件和水流情况；- 水库的溢洪道和泄洪能力的设计，以防止水库溢流或决堤；- 水库与发电机组之间的引流系统设计，确保水能顺利引入发电机组。
3. 关键技术在山区水电站引水发电系统的设计中，需要考虑一些关键的技术要点：- 地形地貌的影响：山区地形复杂，需要根据实际地形地貌进行合理规划和设计；- 材料选型和防腐保护：山区环境恶劣，需要选择适合的材料并进行防腐保护措施；- 机电设备的可靠性：山区交通不便，设备维修困难，需要选择可靠性较高的机电设备；- 自动化控制系统：引水发电系统需要具备自动化控制、远程监控和故障诊断功能。
4. 结论山区水电站引水发电系统设计需要充分考虑地理环境的特点和复杂性。
在该系统的设计中，引水管道、泵站、水库和发电机组是其中的关键组成部分。
水电站初步技术设计
水电站初步技术设计毕业设计设计题目：八盘溪水电站初步技术设计（发电机和电气部分）设计任务指导书第一部分设计原始资料一、电站地理位置：位于华南地区北江流域。
二、枢纽任务：以防洪为主，兼顾减淤、防凌，供水与发电。
三、水电站设计保证率：90%。
四、水能开发方式：坝式开发，电站为岸边引水式地下厂房。
五、地质概况：建坝位置河道开阔覆盖层30-40米。
山体为砂岩断层相对较少六、水能规划主要参数1、水库调节性能及参数：水库调节性能：不完全年调节总库容：136.4亿立方米正常蓄水位：255.0米有效防洪库容：40.5亿立方米设计洪水位：267.3米调水调沙库容：10.0亿立方米校核洪水位：268.0米死水位：235.0米2、总装机容量：P总=1200MW 保证出力：400MW3、水轮机工作水头最大水头Hmax=120m 平均水头Hav=95m设计水头Hr=90m 最小水头Hmin=80.04、水库运行水位7-9月按死水位运行， 10-6月按正常高水位运行。
5、引水系统水头损失△H=2.97*10-5Q 2 ， Q为单机流量6、坝下游牲征水位洪水尾水位： 139.36m 洪水尾水位：139.49 正常尾水位： 134.72 最低尾水位：133.647、泥沙条件时段（年）第1~3年第4~10年第11~14年过机泥沙kg/m3 7.4 21.5 35.3七、交通：交通便利，坝址下游有铁路干线经过。
八、本电站采用8 台HL180水轮机，发电机型号：SF150-20/1136；额定转速n=150r/min.1、本电站承担蜂荷任务备用，汛期担负基荷。
2、本电站有500KV和220KV两极电压接入系统。
其中500KV电压一回，220KV电压八回。
3、短路电流计算参数基淮容量：100MVA系统等值电抗母线运行电压500KV 正序电抗：0.0063零序电抗：0.0183 正序525KV 最高550KV220KV 正序阻抗：0.0078零序阻抗：0.0146 正序217KV 最高242KV发电机X”d<=0.22(饱和值) 额定功率因数0.9（滞后）4、厂用电有6KV和0.4KV两种电压等级，厂用变压器按装机容量的0.5%选定第二部分任务与要求一、发电机部分1、根据水电站装机形式，单机出力和转速，确定发电机类型及结构形式，以及单机容量，电压等级，功率因数等。
机组安装方案完整版
重庆酉阳金家坝水电站水轮发电机安装施工方案批准：校核：编制：中国水利水电第三工程有限公司局金家坝施工局2010年3月1日水轮发电机安装施工方案一、概述金家坝水利枢纽工程位于重庆市酉阳县及贵州省沿河县的交界地，离酉阳县城48公里。
枢纽工程大坝位于酉阳县官清乡金家坝，发电厂房位于酉阳县双河镇。
坝区离发电厂房8公里，通过7143米的引水隧洞引水发电。
电站设计三台单机容量为25MW的机组，总装机容量75MW。
水轮机型号为HLA630-LJ-174，发电机型号FS25-14/4000。
机组为立轴混流式水轮机。
蜗壳为全包角金属蜗壳，转轮直径1740mm。
水轮机主体包括埋入部分（尾水肘管、尾水锥管、座环、蜗壳、机坑里衬）、导水机构（底环、导叶、顶盖、控制环）、转动部分（转轮、主轴）、主轴密封、油导轴承（内油盒、油箱、轴承架、油箱盖、油箱板、轴瓦、冷却器、轴承盖、支柱螺钉、放松装置）、调速机构及管路布置等；发电机部分主要包括定子基础、上下机架基础、定子、转子、上下导轴承装置、推力轴承装置、空冷器、制动器、集电环、上下盖板及风罩等。
水轮机基本参数有：最高水头120m、设计水头102m、最低水头72m、额定转速428.6r/min、额定流量27.5m³/s、额定出力25780KW、飞逸转速793 r/min、轴向推力97.02t、吸出高度-2.1m；发电机主要参数有：容量P N=31250KVA/25000KW、电压U N=10500V、电流I N=1718.3A、功率因子COSΦ=0.8（滞后）、频率f N=50Hz、转速n N=428.6r/min飞逸转速n r=793r/min、相数m=3、接法Y、绝缘等级F/F、定额S1等；辅助设备主要是Φ2500液控蝶阀及油压装置。
机组旋转方向从发电机端看为顺时针方向。
二、施工方案1、水轮机部分安装1）施工流程a、安装顺序：尾水肘管安装→尾水椎管安装→座环、蜗壳安装→机坑里衬安装→导水机构预装→转轮、水机轴安装→导水机构回装→接力器安装→主轴密封安装→油导轴承安装→调速机构及管路安装b、安装程序：设备到货验收→设备倒运→设备清理→设备安装面清理→设备吊装→设备调整安装→清理施工作业面→整体检查验收2）埋入部分尾水管、蜗壳座环、及机坑里衬已经安装完成，施工方案详见已报送的各自施工方案。
水电站机电设备安装总结及质量验收报告
重庆市城口县蹇家沟水电站机电设备安装归纳总结及质量验收报告批准人：校核人：编写人：2016年7月安装单位：重庆远扬能源股份有限公司目录一、电站工程简况二、电站引水建筑物简介三、电站建筑物简介四、电站主要参数五、电站主要设备简介六、电站调节保证七、辅助机械设备简介八、供应商提供主要设备验收情况九、1F水斗式机组安装验收表十、2F水斗式机组安装验收表十一、3F水斗式机组安装验收表一、电站工程简况1、电站地理位置任河流域位于川陕交界地带的大巴山，是汉江上游最大的一条支流，发源于重庆市城口县大巴山南麓的大燕山一字梁一带，沿着大巴山南麓，由东偏南流向西偏北，流经城口县的高望、修齐、城口县城、冉家坝和万源市的大竹河镇，穿过大巴山与M仓山的过渡带，进入陕西省紫阳县境内，流向由西北转为东北，经紫阳县的高滩、瓦房店后在紫阳县城西南注入汉江。
整个流域呈带状狭长形，流域形状系数0.17。
地理位置界于东经107°56′～109°17′，北纬21°42′～32°51′之间。
东面和北面与汉江支流岚河、大道河、洞河及汝河等流域接壤；南面是渠江水系州河支流前河和后河流域；西面与渠江支流通江流域和汉江支流牧马河水系的泾洋河流域毗邻。
流域内山峦起伏，峰高谷狭，地形复杂，海拔约在270～2520m 之间。
山脉走向与河流走向基本一致，流域内河溪众多，水系较为发育，河网密度大，河长15km以上的支流有22条。
主要支流有畔河、坪坝河、渚河等；其中渚河是任河流域最大的支流，控制集雨面积964km2。
任河干流总长212km，河口以上集水面积4893km2；干流河道平均比降7.3‰，多年平均流量122m3/s，水力资源理论蕴藏量52.6万KW。
任河干流现设有国家水文基本站点两个，即大竹河水文站、瓦房店水文站。
任河流域地处秦巴隆起区，岩层多属火山岩，岩石出露到处可见；流域内土层一般都比较薄，中上游植被尚可，但由于地势陡峭以及近年来人类活动加剧，每遇大暴雨洪水时，水土流失现象较为严重。
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重庆城口巴山水电站水轮发电机设计
发表时间：2017-12-04T15:12:43.730Z 来源：《基层建设》2017年第25期作者：邹振江程烈蓉
[导读] 摘要：本文介绍了70MW水轮发电机设计的主要特点和一些新技术的运用。
重庆水轮机厂有限责任公司重庆 400054
摘要：本文介绍了70MW水轮发电机设计的主要特点和一些新技术的运用。
关键词：水轮发电机；主要参数；结构设计
1 引言
巴山水电站位于重庆市最北端的城口县境内的任何干流上。
通过引水隧洞压力钢管从水库引水至电站厂房。
电站正常蓄水位680m，相应库容29254万m3。
装设2台70MW立轴式水轮发电机组，总装机容量140MW。
2 发电机基本参数
型号 SF70-18/5700 额定容量 82.353MVA
额定功率 70MW 额定电压 10.5KV
额定电流 4528.2A 额定功率因素 0.85（滞后）
额定频率 50Hz 额定转速 333.3r/min
飞逸转速 651.4r/min 额定励磁电流 881A
额定励磁电压 353V 相数 3
定子绕组接法 2Y 绝缘等级 F
励磁方式静止可控硅励磁冷却方式密闭循环空气冷却
旋转方向俯视顺时针
3 发电机主要技术参数
推力轴承负荷 4050KN 额定运行时定子基础承受的扭矩 2409KN.m
突然短路时定子基础承受的扭矩 10520KN.m
制动时下机架传给基础的扭矩 186.16KN.m
定子基础荷重 5600KN 顶转子时下机架基础荷重 1800KN
冷却水压 0.4MPa 冷却水量 290m3/h
冷却水最高进水温度28℃轴承总用油量 6.5m3
轴承润滑油牌号 L-TSA46 制动器气压 0.5～0.8MPa
制动时间 2min 制动时耗气量 6 L/s
制动器顶转子油压 9MPa 飞轮力矩≥17000KN.m2
4 发电机主要结构
本发电机为立轴悬式、密闭循环空气冷却、轴流式风扇、双面进风结构。
主要由定子、转子、上机架、下机架、通风冷却系统、水灭火系统、制动系统等主要部件组成。
4.1 定子
因受运输条件的限制，定子机座分两瓣，设有合缝板，在工厂按整圆制作。
机座分瓣运至工地后，用专门的连接板将机座组成整圆，然后进行搭焊鸽尾筋、叠片和下线，使定子铁芯的整体性得到保证。
定子机座通过有限元力学分析，具有足够的刚度和强度，不但能承受磁拉力和扭矩，而且能保证铁芯和绕组组装后的整体吊装不会产生变形。
定子冲片由优质冷轧硅钢片冲制而成，低损耗、无时效。
冲片去毛刺后，两面涂漆厚度均匀。
叠片通过鸽尾筋固定在定子机座上。
为了消除铁芯膨胀引起的变形对机座的影响，采用了双鸽尾筋结构，鸽尾筋与铁芯之间留有间隙。
铁芯压紧采用穿心螺杆并加装蝶形弹簧，以防机组长期运行后出现松动。
压紧时采用液压拉伸工具施压，使叠压力达到1.5MPa以上，为了调节铁芯内外圆的高度差，本机采用了补偿片结构，设计时给出了宽度为90、170和270mm的共3种调整片，在定子叠片时对其内外径的高度差进行调整。
考虑机座受热后的自由膨胀，定子机座和定子基础板采用径向销定位。
为了减少定子铁芯端部漏磁引起的发热问题，定子齿压片和端箍为非磁性材料。
定子铁芯分段中的通风槽钢也采用非磁性材料制造。
定子绕组为双层条形波绕组。
采用热模压工艺成型，直线及端部进行了防晕处理，具有良好的电气性能，其接头和连接线均采用银铜焊工艺，接触电阻小，可减少接头发热。
定子绕组为Y形连接，分2支路，F级绝缘。
4.2 转子
转子由磁极、磁轭、转子支架、上下轴流式风扇、主轴和极间撑抉以及各种连接线和线夹等组成。
磁极铁芯由1.5mm厚薄钢板叠压而成，每个磁极设有3个T尾来承受磁极在飞逸状态下的离心力。
极靴上装设有纵横阻尼绕组，使
Xq/Xd”接近于1。
阻尼条与阻尼环之间采用银铜焊。
各阻尼环之间采用多层磷青铜皮制成“Ω”型柔性连接，并用材料为35CrMo的拉杆将其固定于磁轭上。
磁极线圈采用扁铜带绕制而成，层间和极身绝缘均为F级绝缘材料。
极身和上下托板与磁极线圈采用整体压制，提高绝缘性能及装配质量。
每个磁极通过T尾用6副斜楔固定在磁轭上。
磁轭结构由于受运输条件的限制，采用叠片式结构，通过转子支架与主轴连接。
磁轭扇形片采用5mm厚高强度薄钢板经激光切割加工而成。
每片3极，全圆由6片拼成。
磁轭轴向长度上分为7段，段间设有30mm高通风沟。
磁轭叠片方式为每层错一个极距叠片，并形成”＞”字形。
两端各l00mm高为每层一片一叠，中间部分每层两片一叠，这样既保证了磁轭的整体刚度，又有利于减小片间通风间隙的风阻，增加铁芯段的风量，以利于发电机的通风冷却，整个磁轭用9副磁轭键固定在转子支架上。
发电机主轴用20SiMn低台金锻钢制造，下端带有法兰，与水轮机轴法兰用精配螺栓连接。
为了保证上导、下导和水导轴承位在运行时的同轴度要求，三档轴承位采用与水机轴一次装夹同车的加工方式。
本机设计时在保证机组转动惯量的前提下，对阻尼环在磁极压板上的固定位置作了调整，减短了磁轭的轴向长度，使磁轭扇形片的用
量减少了l0％。
转子上的所有零件均能承受在飞逸工况下的离心力，具有足够的安全裕度。
4.3 上机架
上机架为辐射式荷重机架。
有6个支腿，用钢板焊接而成，通过有限元受力分析，对个别应力较高部位采取了补强措施，能承受机组的所有轴向力4050kN。
中心体油池内装设有推力轴承、导轴承和油冷却器，油池容量为5m3。
推力轴承为刚性偏心支承，轴承瓦采用优质弹性金属塑料瓦，全圆12块瓦，均匀分布在φ1315mm圆周上。
轴瓦单位压力为3，825MPa。
在推力头和镜板之间和轴承支架与上机架油池底板之间均设有绝缘垫扳，镜板为45#锻钢，经探伤合格后精加工而成。
油冷却器采用了双金属挤片管，具有较高的换热效率，呈两个半圆布置在油池底部。
在中部设有分油板，将冷热油隔开形成有效油路。
顶部没有挡油板，平抑油池内油的涌浪。
为了解决高速机油池甩油和油雾溢出的问题，参考国内外的一些比较先进、成功的结构，对油池的各密封结构作了大量的改进。
4.4 下机架
下机架为辐射型组焊结构，油池内设有下导轴承和油冷却器。
下导轴承其尺寸与上导相同，可互换使用，油冷却器靠也为双金属挤片式环形冷却器，由两瓣组成。
下机架同样通过有限元受力分析，能够承受顶转子时转动部分的所有重量l 800kN。
在不吊出定子的情况下。
下机架能够很方便的通过定子内径整体吊出。
4.5 通风冷却系统
本机冷却方式由密闭循环空气冷却，双面进风。
电机产生的总风量约为43m³，热风温度为61.7℃，冷风温度≤40℃，冷却水进水温度≤28℃，冷却水压力为O，4MPa。
整个通风冷却系统由上风洞盖板、下风洞盖板，上下挡风板和空气冷却器等组战。
内部热空气通过定子铁芯通风沟和定子线圈端部进空气冷却器，经空气冷却器冷却后的冷空气分上、下两路经上下挡风板由上下端轴流式风扇加压进入发电机内部对其进行冷却。
本机设有l2个空气冷却器，均匀布置于定子机座外圆。
冷却器采用翅片式结构，根据业主要求，冷却管材料为白铜管，散热片为铝片，总换热容量为1200KW，能满足N+1方式运行的要求。
4.6 水灭火系统
在发电机定子线圈的上下端部装有灭火环管，每个环管上均匀布置了24个水喷雾头，当机组内部发生火警时，由装设于机组内部的感温感烟信号装置，将火灾信号传输至电站火灾报警监控系统，操作雨淋阀向机组内部进行喷淋灭火。
本机灭火水压为0.4—0.6MPa。
4.7 制动系统
在每个下机架支腿上装设有一个制动器，供发电机停机制动及顶转子用，制动器为单缸双活塞型式，油气分离，气压复位。
设有机械锁定，制动块为无石棉摩阻材料，无污染。
每个制动器均带有粉尘收集装置，以避免粉尘进入机组内部。
5 结束语
重庆城口巴山水电站的发电机设计，通过对电磁参数的合理选取、对机组强度的计算和校验，优化了结构设计。
特别是采用了新型的非磁性材20Mn23A1，高强度磁极磁轭钢板WDER550、WBER600，并在上、下机架中采用新型的密封结构，提高了机组性能，降低了材料消耗，从而使本机不仅在性能上而且在经济指标方面达到了设计的先进水平，为今后中大型水轮发电机的设计打下了良好的基础。
参考文献：
[1]《水轮发电机设计与计算》白延年主编，机械工业出版社
[2]《大型电机的发热与冷却》丁舜年主编，科学出版社。