水电站课程设计-某坝后式电站考核方式：(1) 总分100分，其中设计文档30分，图纸30分；平时成绩40分。(2) 设计文档和图纸提交时间为17周周四下午2点，超过1天扣总分5分。(3) 平时成绩包括出席情况和定期答疑（四次，分别为16周周二、周四、周五，17周周一）。(4) 教室安排（仅限上午）：16周周三20317，周四20302，周五30202；17周周一周三：30302备注：16周周二上午9点30分统一讲解课程设计具体事项，地点30502。设计内容一、枢纽布置（*）二、水轮发电机组选择(1) 选择机组台数、单机容量及水轮机型号（*）；(2) 确定水轮机的尺寸(包括水轮机标称直径D1、转速n、吸出高度Hs、安装高程Za)；(3) 选择蜗壳型式、包角、进口尺寸（*）；(4) 选择尾水管的型式及尺寸；(5) 选择相应发电机型号、尺寸(6) 选择相应调速器及油压装置（*）。三、厂区枢纽及电站厂房的布置设计(1) 根据地形、地质条件、水文等资料，进行分析比较确定厂房枢纽布置方案；(2) 根据水轮发电机的资料，选择相应的辅助设备，进行主厂房的各层布置设计；(3) 确定主厂房尺寸；(4) 副厂房的布置设计；(5) 绘制主厂房横剖面图、发电机层平面图、水轮机层和蜗壳层平面图各一张。四、引水系统设计(1) 进水口设计。确定进水口高程、型式及轮廓尺寸；(2) 压力管道的布置设计。确定压力管道的直径；确定压力管道的布置方式和各段尺寸；(3) 进水口横剖面图一张。备注：标记（*）的本次课程设计可不做设计指南一、枢纽布置（*）首先根据给定的设计资料查相应的规范，确定工程等别及重要建筑物的级别。再根据地质、地形条件、建筑材料、施工条件、泄洪要求等来确定坝型，可以对土坝、拱坝、混凝土重力坝三种方案进行比较。枢纽布置应确定各种建筑物的相对位置，进行坝段划分。本工程为坝后式水电站，主要包括拦河大坝与发电厂房两大部分。首先要求根据所给出的资料确定总体布置方案。主要比较左岸厂房方案和右岸厂房方案，考虑的因素包括主河床的位置、地质条件对大坝及厂房的影响、河道的冲刷与淤积、厂房进水和尾水的顺畅、各种建筑物的布置和施工是否方便、工程量等，可列表进行定性比较。选定厂房位置后，需要对坝段进行布置设计。与本电站厂房有关的布置原则为： 要求电站进水口前水流平顺，无漩涡及横向水流； 当溢流坝与厂房段并列布置时，应尽量将前者布置在主河槽，以保证泄水顺畅； 为减少下泄水流对发电和航运的不利影响，常在溢流坝与其他建筑物之间设置导墙； 当河流含沙量大，坝前淤积严重时，应采取排沙措施，冲沙孔或排沙洞常布置在厂房进水口附近，其高程可根据运用要求来确定； 应防止由于泥沙淤积造成尾水壅高，降低发电水头。水电站厂房区的布置应包括主厂房、副厂房、尾水渠道、主变压器、开关站、交通道路的布置等内容。引水系统设计进水口设计确定进水口高程、型式及轮廓尺寸；确定拦污栅的布置形式和各部分尺寸。(1) 进水口轮廓由于本电站为坝后式水电站，故进水口的型式为坝式进水口。根据坝段长度选择拦污栅的平面形状(圆形或平面形)。确定进水口高程时需要注意，该电站地处寒冷地区，需要考虑冰冻对进水口的影响。进水口的轮廓尺寸主要对进口段、闸门段、渐变段的断面尺寸进行计算和论证，要求水流平顺，水头损失小，进口流速不宜过大，结构受力条件好。进口段一般为喇叭口形状，闸门段一般为矩形断面，而渐变段主要是矩形断面和管道圆形段面的连接段。(2) 拦污栅设计拦污栅的设计内容包括栅面设计(平面形状和面积)、栅面距坝体上游面的距离、栅条尺寸和间距。(3) 闸门段设计闸门段包括工作闸门和检修闸门，需要对闸门的位置、形式、尺寸、启闭方式、通气孔的位置及尺寸等进行设计。由于本电站位坝后式水电站，所以工作闸门和检修闸门建议均采用平板式闸门。闸门的位置和尺寸需要根据上面设计的轮廓形状确定。通气孔设计包括面积、位置和出口高程的确定，其中面积根据单根管道最大引用流量和设计允许气流流速确定，位置一般在闸门下游侧(工作闸门后止水)。如果工作闸门为前止水，则可由闸门井兼作通气孔。压力管道的布置设计压力管道的涉及内容包括确定压力管道的直径；经定性分析比较确定压力管道的布置方式，各段尺寸及结构型式。对于坝式水电站来说一般采用单管单机供水的坝内压力管道，其布置原则上应力求管道短，穿过坝体时尽量减少对坝体的消弱，减少水头损失，降低水击压力，满足机组的调节保证为要求。设计中需要考虑下面的因素：本电站为混凝土重力坝，坝高属中等坝，坝体尺寸较大，进水口和水轮机安装高程相差20m以上，进水口较高。根据以上的原则和考虑因素，建议重点论证倾斜式管道布置方案的合理性。压力管道的直径可采用经济流速方法确定。水轮发电机组的选择水轮机选择是水电站设计中一项重要任务，它涉及到机组能否安全、高效、可靠运行，而且对水电站造价、建设速度、水电站建筑物的布置形式及尺寸都有影响。水轮机选择是在已知水电站装机容量N、水电站特征水头(最大工作水头Hmax、最小工作水头Hmin、设计水头Hr、平均水头Hav) 、特征流量(最大引用流量Qmax、最小引用流量Qmin、平均流量Qav)、下游水位流量关系曲线情况下进行的。选择机组台数、单机容量及水轮机型号：本次课程设计统一选用4台HL310 型机组，转轮直径D1=6.5m；转速n=72r/min；(1) 计算允许吸出高度HS，并确定水电站的安装高程ZA 式中 电站所在地的海拔高程；k 空蚀系数修正系数，一般取1.11.35； 水轮机模型空蚀系数；Hr设计水头。（2）选择蜗壳型式、包角、进口尺寸：蜗壳的水力计算见水力机械教材，本次课程设计蜗壳尺寸可选L+x=6.4m；L-x=4.8m。（3）选择尾水管的型式及尺寸：尾水管轮廓尺寸确定见水力机械教材。（4）选择相应发电机型号、尺寸，调速器及油压装置水轮发电机、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。厂区枢纽及电站厂房的布置设计厂房设计包括厂区枢纽的布置、主厂房尺寸的确定、厂房内设备的布置、起重机的选择、厂房的结构布置、副厂房布置等。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L。本电站属于中低水头水电站，其机组段长度一般根据下部块体结构的最小尺寸确定。下部块体结构的主要部件是蜗壳，蜗壳平面尺寸确定后，L0=蜗壳平面尺寸+蜗壳外的混凝土结构厚度，一般取0.81.0m，边机组段一般取1.03.0m。某些情况下，下部块体结构的尺寸取决于尾水管的平面尺寸。装配场长度由装配场的面积确定，而其面积要能够满足对一台机组进行解体大修的要求，即能够在装配场内放下发电机转子、发电机上机架、水轮机顶盖和水轮机转轮四大件，并且在各部件之间留出12m的通道。其中发电机转子一般带轴吊运到装配场，装配场楼板相应位置要留出直径比大轴法兰稍大的孔(平时覆以盖板)，大轴穿过后支承在特别设置的大轴承台上(也称为转子检修墩)，承台顶端预埋底角螺栓，待大轴法兰套入后，用螺母固定。边机组段加长一般可取为L=1.0D1。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23m，次要通道宽12m。在机旁盘前还应留有1m宽的工作场地，盘后应有0.81m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，以此确定蜗壳层平面宽度。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Bu和Bd，则主厂房宽度为Bu+Bd。(4) 当宽度基本确定后，最后要根据吊车标准宽度Lk验证，宽度必须满足吊车的要求。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+Hs+b0/2 其中 W电站运行时出现的最低下游水位，其确定方法见本书第6章表6-6； Hs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12m)。(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-挖主厂房布置的构造要求(1) 厂房内的交通主厂房各层之间和每一层内都有交通要求。各层之间的主要楼梯一般宽度为1.52.0m，坡度一般为25。次要楼梯较窄，有的部位可用爬梯。厂房内每层的交通要求不尽相同，以发电机层的交通最为重要，参见“主厂房的宽度”。(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主厂房中的缝有两种，一种为施工缝，另一种为温度沉陷缝，其中施工缝可不作为设计内容。温度沉陷缝一般直通到底，每隔20m左右或一个机组段分一条。如果厂房建在软基上，分缝距离一般在40m以上或两个机组段分一条。缝的宽度一般为0.52cm，软基上的厂房一般为35cm。因为温度沉陷缝有一定的宽度，为了防止水通过分缝进入厂房，需要在缝中设置止水，一般为橡胶止水或铜片止水，其设置方法和构造与坝的止水相同。副厂房的布置设计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课本表格。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)。桥吊跨度是指桥吊大梁两端轮子的中心距。选择桥吊跨度时应综合考虑下列因素：(1) 桥吊跨度要与主厂房下部块体结构的尺寸相适应，使主厂房构架直接座落在下部块体结构的一期混凝土上。(2) 满足发电机层及装配场布置要求，使主厂房内主要机电设备均在主副钩工作范围之内，以便安装和检修。(3) 尽量选用起重机制造厂家所规定的标准跨度。桥式吊车的吊运方式应尽可能减小