河床式水电站设计-任务书

课程设计任务书_河床式水电站
一、设计目的和要求
通过水电站课程设计，进一步巩固和加深水电站厂房部分的理论知识，使学生初步掌握水电站厂房设计的步骤和方法，培养和提高学生独立分析问题和运用所学理论知识解决实际问题的能力。

1、了解任务，熟悉资料，进行厂区布置，确定主副厂房等的相对位置。

2、确定机电设备型号及尺寸
2.1、决定水轮机型式；
2.2、选择蜗壳型式，确定蜗壳轮廓尺寸；
2.3、选择尾水管型式，确定尾水管的基本尺寸；
2.4、选择发电机并估算其尺寸。

3、厂房布置
3.1、根据给定的资料及机电设备，由水轮机的安装高程开始，确定主厂房各项主要高程。

3.2、根据主要设备及辅助设备的布置要求以及吊车跨度，确定主厂房的平面尺寸及装配场面积。

进行各层布置时应注意到：
（l）辅助设备位置的协调（包括调速系统，油、水、气系统设备的布置）；（2）厂房内吊车的工作范围及其规格尺寸；（3）厂内上下各层的交通联系，楼梯、吊物孔、交通道等的布置及尺寸；（4）主要设备的检修条件；（5）厂房各部件的结构尺寸；
3.3、根据机电设备及油水气系统的布置，对与主厂房运行直接有关的副厂房部分进行布置。

相应房间尺寸参见参考资料提供的参考面积。

二、设计内容和时间安排
三、设计成果与要求
1、设计图（40分）
设计图是课程设计的主要成果。

要求制图正确，图面饱满，没有重复，线条分明，字体工整，尺寸齐全，与说明书吻合。

每个同学应完成设计图4张，包括水电站厂房纵剖面及发电机层、水轮机层和蜗壳层的平面布置图。

2、设计说明书（40分）
说明书是设计思想，设计依据和设计成果的文字说明，反映全部设计内容。

要求立论正确，论据可靠，分析合理，结论明确，并应有必要的插图、表格。

计算内容全部整理好附在说明书的后面，也要章节分明、条理清楚，要求公式正确，参数选用正确，计算无误。

四、水电站设计说明书编写参考提纲（参考）
第一章 基本资料 第二章 水轮发电机选择
第一节 机组台数和机组型号选择 第二节 水轮机主要参数的确定 第三节 蜗壳和尾水管的尺寸选择 第四节 发电机组的选择及尺寸 第三章 水电站厂房设计 第一节 主厂房的平面尺寸确定 第二节 主厂房的剖面尺寸确定 第二节 主厂房的布置 第四节 副厂房布置
五、 参考书目
(1) 水利部，水电站厂房设计规范(SL266—2001)(试行)，中国水利水电出版社，2001（*） (2) 金钟元，水力机械，水利电力出版社，1991
(3) 马善定等合编，水电站建筑物，中国水利水电出版社，1996
(4) 张治滨等合编，水电站建筑物设计参考资料，中国水利水电出版社，1997（*）
(5) 华东水利学院主编，水工设计手册(第七册)，水电站建筑物，水利电力出版社，1989（*） (6)《水电站机电设计手册》编写组编，水电站机电设计手册—水力机械卷，水利电力出版社，1987（*）
（7）水电站详细资料（*）
六、 设计基本资料
(一)、流域概况
该水电站位于S 河流的上游，电站坝址以上的流域面积为20,300km 2，本电站属于该河流梯级电站中的一个。

(二)、水利动能
本电站的主要任务是发电。

结合水库特性、地区要求可发挥养鱼等综合利用效益。

5000
10000
15000
20000
264
266268270272274276278280水位 (m )
流量(m 2
/s)
图1 下游水位——流量关系曲线
本电站水库特征水位及电站动能指标见表1
七、设计指导
(一)、水轮机组的选择
水轮机选择的主要内容包括：选择机组台数和机组型号，水轮机的标称直径和额定转速；选择蜗壳和尾水管的型式确定其轮廓尺寸；确定发电机的型式和尺寸，调速器、油压装置的型式和尺寸。

1、机组台数和机组型号的确定
选择机组台数时，应对加工制造能力和运输条件、总投资、水电站的运行效率和运行灵活性、运行维护工作量的大小等因素进行综合考虑，经技术经济比较确定机组台数。

为了使电气主结线对称，大多数情况下机组台数为偶数。

对于中小型水电站，为保证运行的可靠性和灵活性，机组台数一般不少于2台。

本电站属于中型水电站，所以建议选用4台或6台机组。

根据给出的电站特征水头(最大工作水头、最小工作水头、设计水头)，直接从水轮机系列型谱参数选择合适的水轮机型号，并查出相应的主要参数。

确定机组型号后需计算水轮机的主要参数，包括转轮标称直径D1和转速n（计算中 混流式可取91%，轴流式可取81%）。

由于水轮机直径D1已有标准尺寸系列，因此D1应改取为与其计算值相近的标称直径。

通常D1选用较计算值稍大的标称直径。

25 30 35 (40) 42 50 60 71 (80) 84
100 120 140 160 180 200 225 250 275 300
330 380 410 450 500 550 600 650 700 750
800 850 900 950 1000
2、蜗壳和尾水管的选择
由于本电站水头较低，选择混凝土蜗壳，通过225º和180°两个包角方案的分析比较，225º包角易于与压力管道连接，予以采用。

经计算，蜗壳+x方向宽6.4m，-x方向宽4.8m。

尾水管可采用标准弯肘型尾水管，弯肘型尾水管由进口直锥段、中间肘管段和出口扩散段三部分组成，其轮廓尺寸确定见下图或参考书。

混凝土蜗壳示意图弯肘型尾水管示意图
3、水轮发电机、调速器和油压装置选择
水轮发电机、调速器和油压装置的型号和尺寸，可以由本电站的单机容量、额定转速等套用已建成的类似电站所使用的设备。

(二)河床式厂房设计
厂房的设计包括主厂房尺寸的确定、厂房内设备的布置、起重机的选择、厂区枢纽的布置、厂房的结构布置、副厂房布置等。

1、主厂房的长度
主厂房的长度L=机组段长度L0×机组数+装配场长度+边机组段加长ΔL。

2、主厂房的宽度
主厂房的宽度应由发电机层、水轮机层和蜗壳层三层的布置要求来共同决定。

(1) 发电机层中，首先决定吊运转子(带轴)的方式，是由上游侧还是下游侧吊运。

若由下游侧吊运，则厂房下游侧宽度主要由吊运之转子宽度决定。

若从上游侧吊运，则上游侧较宽。

此外，发电机层交通应畅通无阻。

一般主要通道宽2～3m，次要通道宽1～2m。

在机旁盘前还应留有1m宽的工作场地，盘后应有0.8～1m宽的检修场地，以便于运行人员操作。

(2) 水轮机层中，一般上下游侧分别布置水轮机辅助设备(即油水气管路等)和发电机辅助设备(电流电压互感器、电缆等)。

以这些设备放下后，不影响水轮机层交通来确定水轮机层的宽度。

(3) 蜗壳层一般由设置的检查廊道、进人孔等确定宽度。

蜗壳和尾水管进人孔的交通要通畅，集水井水泵房设置应有足够的位置。

一般由厂房机组中心线为基准，分别确定各层上游侧和下游侧所需宽度，再分别找出各层上下游侧的最大值B u和B d，则主厂房宽度为B u+B d。

(4) 当宽度基本确定后，最后要根据吊车标准宽度L k验证，宽度必须满足吊车的要求。

3、主厂房的高度
首先定出各层的高程，才能确定主厂房的高度。

(1) 安装高程：▽安=▽W+H s+b0/2（混流式）or ▽安=▽W+H s+xD1（轴流式）
其中▽W——电站运行时出现的最低下游水位；H s——吸出高度；b0——导叶高度。

(2) 尾水管底板高程：▽尾=▽安- b0/2-H尾
其中H尾——尾水管的高度。

(3) 开挖高程：▽挖=▽尾-混凝土底板厚度(约1~2m)。

(4) 水轮机层地板高程：▽水=▽安+ b0/2+蜗壳顶部混凝土厚度(约1m)。

(5) 发电机层地板高程：▽发=▽水+进人孔高度(约2m)+混凝土结构厚度(约1m)+定子外壳高度。

但▽发还应该满足以下几个要求：(i) 水轮机层的高度不小于3.5m，否则难以布置出线、管道和各种设备；(ii) 发电机层楼板最好与装配场在同一高程上；(iii) 发电机层楼板最好高于下游最高洪水位，以便于对外交通和防潮、通风。

(6) 吊车轨顶高程：取决于最大部件的吊运方式和尺寸。

最大部件一般为发电机转子带轴或水轮
机转轮带轴。

▽吊=▽发+最大部件高度+高度方向的安全距离。

(7) 厂房天花板及屋顶高程：
▽天=▽吊+吊车尺寸+0.2m
▽顶=▽天+屋顶大梁高度+屋面板厚度
主厂房的高度=▽顶-▽挖
4、主厂房布置的构造要求
(1) 厂房内的交通
(2) 厂房应注意采光、通风、取暖、防潮、防火等。

(3) 主厂房的分缝和止水
5、桥吊选择
桥吊的选择主要是确定其起重量和桥吊跨度。

桥吊的最大起重量取决于所吊运的最重部件，一般为发电机转子，悬式发电机的转子需带轴吊运，伞式发电机的转子可带轴吊运，也可不带轴。

对于低水头电站，最重部件可能是带轴或不带轴的水轮机转轮。

少数情况下，桥吊的起重量决定于主变压器(主变需要在厂内检修)。

桥式吊车的吊运方式应尽可能减小厂房的高度和宽度，并同时满足机组正常运行和检修的要求。

6、副厂房
为了保证机组正常运行，在主厂房近旁布置的各种辅助机电设备、控制、试验、管理和运行人员工作和生活的房间，称为副厂房。

对于本电站，副厂房可以设在主厂房靠对外交通的一端。

副厂房的面积要求见教材及参考书。