水电站厂房课程设计计算书1

⽔电站⼚房课程设计计算书1

⽔电站⼚房课程设计说明书1 绘制蜗壳单线图

1.1蜗壳的型式：

⾸先，本⽔电站⽔轮机的最⼤⼯作⽔头80.440＞=m H m m ，应采⽤⾦属蜗壳；其次，由⽔轮机的型号HL220—LJ —120，可知本⽔电站采⽤⾦属蜗壳。1.2蜗壳主要参数的选择

⾦属蜗壳的断⾯形状为圆形

为了获得良好的⽔⼒性能，圆形断⾯⾦属蜗壳的包⾓⼀般取φ0 =345°（P98）。 由基本资料可知: 3max 12.03m /s =Q 蜗壳进⼝断⾯流量max0360

=

c Q Q 3345

12.0311.53/360

=

=c Q m s 。 由图4—30（P99）查得蜗壳进⼝断⾯平均流速 6.6/=c V m s 。

1.3座环尺⼨

查⾦属蜗壳座环尺⼨系列表可知，表中最⼩转轮直径为1800mm 。对表中数据进⾏分析，发现转轮直径和座环内外径成线性关系，利⽤excel 拟合直线，求出17.3074983.11+=D D a ， 54.1852938.11+=D D b 。

当11200=D mm 时mm D a 2105=，mm D b 1738=，则mm r a 5.1052=，mm

r b 869=。

其中：b D —座环内径；a D —座环外径；b r —座环内半径；a r —座环外半径。 座环⽰意图如下图所⽰

座环尺⼨（单位：mm ），⽐例1:1001.4蜗壳的⽔⼒计算

1.4.1对于蜗壳进⼝断⾯（P100）

断⾯⾯积20max 34512.03 1.75360360 6.6=

===?c c c c Q Q F m V V

断⾯的半径0maxmax 0.746360360 6.6ρπ

π

=

=

=

=c m V 。

从轴中⼼线到蜗壳外缘的半径：max max 2 1.052520.746 2.545ρ=+=+?=a R r m 。 1.4.2

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max 360i

i

Q Q ?=

，i ρ=2i a i R r ρ=+。

其中：3max 12.03/=Q m s ， 6.6/=c V m s ， 1052.5 1.0525==a r mm m 。

表 １—１

根据计算结果表１－１，画蜗壳单线图，如下图所⽰:

蜗壳单线图（单位：m ）⽐例1:502 尾⽔管单线图的绘制

为了减少尾⽔管的开挖深度，采⽤弯肘形尾⽔管，由进⼝直锥段、肘管和出⼝扩散段三部分组成。

由以下公式:1

958.022000038.096.0100038.096.0121<=?+=+=s n D D

可得12 1.21.2530.9580.958

=

==D D m 当混流式⽔轮机出⼝直径21＞D D 时，由《⽔利机械》（第⼆版）表4-17知， 当1=1D m 时

当1=1.2D m 时,乘以直径数即得所需尾⽔管尺⼨。

2.1进⼝直锥段

2.1.1导叶底环⾄转轮出⼝⾼度

m D n h s 2028.02.1)117.02200013.0()117.00013.0(11=?-?=-=

2.1.2转轮出⼝⾄尾⽔管进⼝⾼度h 2，对混流式机组约为0。 2.1.3直圆锥管⾼度： m h h h h h 2972.14213=---= 2.1.4出⼝直径

m D 62.14=，进⼝锥管直径等于转轮出⼝直径，m D D 253.123== 则锥管的单边扩散⾓()() 9~705.82334∈=-=h D D arctg θ。2.2肘管

肘管是⼀90变截⾯弯管,其进⼝为圆断⾯，出⼝为矩形断⾯。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4(0.6~1.0)R D =，外壁6R ⽤上限，内壁7R ⽤下限。

则64741.0 1.62,0.60.6 1.620.972=?==?=?=R D m R D m 。 2.3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，

长度()()1123~2216.3D m L L L ∈=-=

仰⾓()() 13~1049.11265∈=-=L h h arctg α

因为出⼝宽度m m B 10264.35<=，所以尾⽔管出⼝扩散段之间不设中间⽀墩。2.4尾⽔段的⾼度

总⾼度h 是由导叶底环平⾯到尾⽔管之间的垂直⾼度。因为D1

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ωη是有利的。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，从⽽引起⼯程投资的增加，经过试验，⼀般对于⾼⽐速取12.6h D ≥。

因此，m D m h 12.36.212.31=≥=,满⾜要求。()15.4~5.34.5D L ∈=,满⾜要求。2.5尾⽔管单线图

根据以上的数据绘制单线图3 拟定转轮流道尺⼨

根据⽔电站动⼒设备设计⼿册中混流式⽔轮机转轮流道尺⼨表，已知转轮型号为HL220型的尺⼨如下：

当1=1

D m时，转轮流道尺⼨如图所⽰：

转轮流道尺⼨（1=1D m ）（单位：mm ）⽐例1:10

当1=1.2D m 时，转轮流道尺⼨在上图各数据基础上乘1.2即可。4 ⼚房起重设备的设计

⽔电站⼚房内桥式起重机的容量⼤⼩通常取决于起吊最重件(发电机转⼦带轴重)的重量，其跨度决定于桥式起重机标准系列尺⼨，起重机台数取决于机组台数的多少，⼤⼩和机组安装检修⽅式。

⽔轮发电机重量估算

由于发电机型号为SF630-12/2600得出该⽔轮机为⽴式空⽓冷却的⽔轮发电机，额定容量为6300kV A ，发电机极数为12，定⼦铁芯外径a D 为2600mm 。

查⽔轮发电机的标准额定转速与极数对照表，122=p ，得出min /500r n e =。 由机电设计⼿册得出：

极矩47.9f

K cm τ=== 定⼦铁芯内径2183.1i p

D cm τπ

=

=

定⼦铁芯长度2626300

93.96410183.1500

f t i e S l cm CD n -===（当f S ＜10000kV A 时，C 取6410-?）。

⽔轮发电机重量估算：（⼤于150/min r 的⾼转速机组多半采⽤悬式⽀承⽅式） ⽔轮发电机总重量：231(

)=f f e

S G K n

式中： f G ——发电机总重量（t ）； f S ——发电机额定容量（kW ）；e n ——额定转速（/min r ）；

1K ——系数，对于悬式发电机取18~10=K ，这⾥取19=K 。

代⼊数据得：2363009()48.73500

f

G t =?=

发电机转⼦带轴重：0.524.4==z f G G t 。显然，根据起重量系列GB783-65，且机组

台数3=n ，故选1台单⼩车桥式起重机，型号为t 125/630。

查⽔电站动⼒设备设计⼿册中⽔电站⼤吨位单⼩车桥机主要参数，其具体数据如下：

取跨度：16L m =； 起重机最⼤轮压：35.9T ； 起重机总重：77.3T ； ⼩车轨距：4400T L mm =； ⼩车轮距：2900T K mm=； ⼤车轮距；6250K mm =；

⼤梁底⾯⾄轨道⾯距离：130F mm =； 起重机最⼤宽度：8616B mm =； 轨道中⼼⾄起重机外端距离：1400B mm =； 轨道中⼼⾄起重机顶端距离：3692H mm =； 主钩⾄轨⾯距离：1474h mm =；

吊钩⾄轨道中⼼距离（主）：122655,1900L mm L mm ==；

副吊钩⾄轨道中⼼距离：341300,2355L mm L mm ==； 轨道型号：100QU 。

⼚房轮廓尺⼨5.1主⼚房总长度的确定：

⼚房总长度取决于机组段的长度、机组台数和装配场长度。 主⼚房的总长度：12=++?L nL L L 。

其中n 为机组台数，1L 为机组段长度， 2L 为装配⼚长度，L ?为端机组段附加长

度。5.1.1机组段的长度的确定机组段的长度1L 按下式计算：1x x L L L +-=+。其中，+x L 和-x L 分别为机组段+x 与-x ⽅向的最⼤长度。+x L 和-x L 可⽤表12-1中公式按蜗壳层、尾⽔管层和发电机层分别

计算，然后取其中的最⼤值。

（１）蜗壳层：11222.544, 1.5, 2.084δδ====R m m R m11 4.044δ+=+=x L R m

22 3.584δ-=+=x L R m

则1 4.044 3.5847.628+-=+=+=x x L L L m 。

（2）尾⽔管层：523.264, 1.5δ===B B m m 2 3.264 1.5 3.13222

δ+-==

+=+=x x B L L m 则1 3.132 3.132 6.264+-=+=+=x x L L L m 。

（3）发电机层：

查《⽔电站机电设计⼿册》可知：当500/min ≥e n r 时，定⼦机座外径1.30=j a D D ；当20000≤f S kVA 时，发电机风罩内径21

2.0=+D D m .⽽由发电机型号

63012/2600-SF 可知，定⼦铁芯外径2600 2.6==a D mm m ，则

发电机风罩内径3 1.30 2.6 2.0 5.38φ=?+=m

由于⼀般取发电机风罩壁厚m 4.0~3.03=δ，这⾥取30.3δ=m ；两台机组之间风罩外壁净距⼀般取1.52m ，此处取2m 。 33 5.3820.3 3.992222

φδ+-==

++=++=x x b L L m 则17.98+-=+=x x L L L m 。

由以上计算的各层1L ，其中发电机层1L 最⼤为7.98m ，故取17.98=L m 。 其中:1R ——蜗壳x +⽅向最⼤平⾯尺⼨；2R ——蜗壳x -⽅向最⼤平⾯尺⼨；

1δ——蜗壳层外部混凝⼟厚度，初步设计时取1.2~1.5m ，此处取1.5m ； B ——尾⽔管宽度（已知资料）

； 2δ——尾⽔管边墩混凝⼟厚度，⼀般取1.5~2.0m ； 3φ——发电机风罩内径；3δ——发电机风罩壁厚，⼀般取0.3~0.4m ；

b ——两台机组之间风罩外壁静距，⼀般取1.5~2m ，如设楼梯取3~4m 。

5.1.2端机组段长度的确定

取10.20.2 1.20.24?==?=L D m （附加长度1(0.1~1.0)?=L D ），其中：?L ——安全裕量，采⽤⼀台起重机吊装发电机转⼦时取0.2~0.3。217.980.248.22=+?=+=L L L m

5.1.3安装⼚尺⼨确定

装配⼚与主机室宽度相等，以便利⽤起重机沿主⼚房纵向运⾏。装配⼚长度⼀般约为

机组段1L 的1.0~1.5倍。对于混流式和悬式发电机采⽤偏⼩值，因此取1.2。311.2 1.27.989.576==?=L L m 。

因此，可得主⼚房总长度为：123227.988.229.57633.756=++=?++=L L L L m 。5.2主⼚房宽度的确定