【正文】 ? ? ? ?220 .3 44 0 .3 4 0 .3 4 4 0 .4 022m ?? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? 水錘壓力值為： m a x 0 . 4 0 8 4 . 3 3 3 . 7mH H m?? ? ? ? ? 總壓力值為： m a x 3 3 . 7 8 4 . 3 1 1 8H H H m? ? ? ? ? ? 轉(zhuǎn)速上升率為（按列寧格勒金屬工廠公式計(jì)算）： 0122036511sN T fn G D? ? ? ? 上式中： 0N 為機(jī)組額定容量，為 萬(wàn) KW。 這里取 1 0 . 8 5 0 . 8 5 7 5 . 9 5ssT T s? ? ? ?。 水電站最大水頭為 。 增加全負(fù)荷或部分負(fù)荷時(shí)：機(jī)組轉(zhuǎn)速最大降低值，只對(duì)單獨(dú)運(yùn)行的電站計(jì)算，加入系統(tǒng)運(yùn)行的地在那還能，轉(zhuǎn)速受系統(tǒng)頻率的制約，不可能有很大的降低、壓力管道和蝸殼內(nèi)最大壓力降低值。 調(diào)節(jié)保證計(jì)算 調(diào)節(jié)保證計(jì)算的任務(wù) 計(jì)算有壓引水系統(tǒng)的最大和最小內(nèi)水壓力，最大內(nèi)水壓力作為設(shè)計(jì)或校核壓力管道、蝸殼和水輪機(jī)強(qiáng)度的依據(jù)；最小內(nèi)水壓力作為壓力管道線路布置，防止管道中產(chǎn)生負(fù)壓和校核尾水管內(nèi)真空度的依據(jù)。 調(diào)壓室設(shè)計(jì) 調(diào)壓室作用 在引水線路上設(shè)置調(diào)壓室后，利用調(diào)壓室擴(kuò)大的斷面積和自由水面，水錘波就會(huì)在調(diào)壓室反射到下游去。 所選擇的兩條引水線路分別以 1和 2表示， 2的進(jìn)水口均布置在左岸上游側(cè)140m 處，穿過(guò)左岸山體布置引水管道。 進(jìn)水口高程計(jì)算 為保證進(jìn)水口處于有壓狀態(tài)，以使水流流態(tài)穩(wěn)定，進(jìn)水口的高程應(yīng)低于運(yùn)行中可能出現(xiàn)的最低水位，并有一定的淹沒(méi)深度。如下圖： 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 22 圖 4— 4 進(jìn)水口閘門(mén)段斷面圖 進(jìn)水口尺寸驗(yàn)算 為保證水流流態(tài)的穩(wěn)定性，進(jìn)水口的水流流速不宜過(guò)大。則橢圓曲線為 22 2xy??。且本水電站的引水道不長(zhǎng)，因此設(shè)置單元供水管道的成本也不會(huì)很高。有壓進(jìn)水口中分為壩式、岸式、塔式等幾種。 HL220 模型特性綜合曲線如下圖： 水輪機(jī)吸出高的計(jì)算 由水輪機(jī)的設(shè)計(jì)工況 39。1n 值：在設(shè)計(jì)水頭 ? 時(shí)， 39。1 0 m a x0 .9 4 11 1 0 .0 1 6 0 .0 30 .9 1 1MMnn ??? ? ? ? ? ? ? 所以 39。10n 為最優(yōu)工況下原型水輪機(jī)相應(yīng)的最優(yōu)轉(zhuǎn)速。 3 / 219 .8 1 r rND QH ?? 式中 rN 為水輪機(jī)的額定出力 ， 10 fNN K W? ?? ? ?， 式中 f? 為發(fā)電機(jī)效率，對(duì)大中型水輪發(fā)電機(jī)可取 ~，這里取為 。并且為了接線等對(duì)稱(chēng)，大多數(shù)情況下都希望 選用偶數(shù)組機(jī)組臺(tái)數(shù)。且每臺(tái)機(jī)組的容量過(guò)小，水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的生產(chǎn)都較為麻煩。 若廠房類(lèi)型選用引水式廠房，則廠房只適宜布置在左岸下游側(cè)，因右岸地形地勢(shì)較陡，布置引水式廠房沒(méi)有合適的位置，并且開(kāi)挖量比較大，也很難保證穩(wěn)定。因此布置河床式廠房較不適宜，因?yàn)樘热舨贾脼楹哟彩綇S房，會(huì)使壩體段，特別是溢流壩段的長(zhǎng)度減小，當(dāng)與洪水時(shí)不通順，不能達(dá)到要求的泄洪流量，不能達(dá)到防洪效果 。）） 式中 E0—— 巖石變形模量； 181。相對(duì)阻水層（ W〈 升 /分〉頂板埋藏深度：河床 5～ 25 米，左岸 25～ 35 米，右岸 25～ 90 米。左岸臺(tái)地 2～15 米厚砂質(zhì)粘土層，右壩肩有 5～ 15 米厚殘坡積層。樞紐區(qū)經(jīng)多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，斷裂構(gòu)造和節(jié)理裂隙比較發(fā)育。 本流域地理位置在北緯 ～ ，東經(jīng) ～ 之間，屬北亞熱帶江北濕潤(rùn)區(qū)，為付熱帶季風(fēng)氣候，流域平均氣溫，平均為 ℃，最高為 ℃，最低零下 ℃。 供電對(duì)象主要是本地區(qū)以第二汽車(chē)廠為中心的機(jī)械工業(yè)，鐵路運(yùn)輸業(yè)以及其他工業(yè)，同時(shí)為農(nóng)田電力排灌及市政照明提供電力負(fù)荷。檢驗(yàn)學(xué)習(xí)的成績(jī)只是一個(gè)基本的要求，在完成設(shè)計(jì)的過(guò)程中更是鍛煉了讓我們?cè)谟龅叫轮R(shí)時(shí)勇于去學(xué)習(xí)、解決的能力。 整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程主要通過(guò)課程所學(xué)知識(shí)、查閱相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范以及設(shè)計(jì)手冊(cè)等有關(guān)資料并在老師的指導(dǎo)下完成。 這次設(shè)計(jì)主要需解決的問(wèn)題在于各種主要設(shè)備的參數(shù)、尺寸等的計(jì)算，以此根據(jù)相關(guān)資料選擇經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)備型號(hào)；引水系統(tǒng)的布置以及進(jìn)水口尺寸、管 道尺寸的計(jì)算和選擇；廠房的平面尺寸以及立面尺寸的計(jì)算和選擇；潛孔閘門(mén)的尺寸計(jì)算、選擇以及強(qiáng)度等驗(yàn)算。河流全長(zhǎng) 318 公里，流域總面積 平方公里。河床中偏右為一順河向深槽，復(fù)蓋沙礫石層厚 12～ 14 米。按其所含礦物成分和含量不同，可分 為如下幾種主要巖性：付片巖有局部含石榴子石白云母石英納長(zhǎng)片巖（ Y23）、富含白云母石英納長(zhǎng)片巖（ Y2y3），富含大顆粒石榴子石白云母石英納長(zhǎng)片巖（ Y2s3），富含小顆粒石榴子白云母石英納長(zhǎng)片巖（ Y2‘ 3）；正片巖有綠泥陽(yáng)起鈉長(zhǎng)片巖（ U1y2），綠泥鈉長(zhǎng)片巖（ U1n2）。 本區(qū)地震基本烈度，經(jīng)中國(guó)科學(xué)院地球物理研究所鑒定為 6 度，場(chǎng)地設(shè)防烈度采用7～ 度。 巖石堅(jiān)固系數(shù) f 和單位彈性抗力系數(shù) K0 的選定方法：因無(wú)試驗(yàn)資料，參考已建的相類(lèi)似的工程比較選取。片理產(chǎn)狀忌的趨勢(shì)走向北西西，側(cè)向北北東，傾角大于 60o 在高程 以下呈微風(fēng)化或新鮮狀態(tài)，其上均呈弱風(fēng)化狀態(tài)。但右岸側(cè)的山體山高坡陡，斷裂構(gòu)造發(fā)育，巖石較為破碎，有多條巖層分界線。 水輪機(jī)的選擇，在確定水輪機(jī)的型號(hào)和有關(guān)參數(shù)時(shí)，應(yīng)結(jié)合樞紐布置、工期安排以及水輪機(jī)的制造、運(yùn)輸、安裝和運(yùn)行維護(hù)等方面的因素，列出可能的水輪機(jī)待選方案，進(jìn)行各方案之間的動(dòng)能經(jīng) 濟(jì)比較和綜合分析，力求選出技術(shù)上先進(jìn)可靠，經(jīng)濟(jì)上合理的水輪機(jī)． 水輪機(jī)機(jī)組臺(tái)數(shù)和單機(jī)容量選擇 當(dāng)機(jī)組臺(tái)數(shù)不同時(shí)，單機(jī)容量不同，水輪機(jī)的直徑、轉(zhuǎn)速、效率和吸出高等也就不同，從而引起工程投資、運(yùn)行效益及產(chǎn)品供應(yīng)等情況的不同。因此若選用 1 臺(tái)機(jī)組不適宜。相比軸流式水輪機(jī)應(yīng)用也較為普遍，因此本水電站廠房工程采用混流式水輪機(jī)。 551m a x m a x1 ( 1 ) 1 ( 1 0. 91 ) 94 .1 % DD??? ? ? ? ? ? ? 考慮到制 造工藝水平的情況取 1 1%?? ，由于水輪機(jī)所應(yīng)用的蝸殼和尾水管型式與模型基本相似，故認(rèn)為 2 0?? ，則效率修正值 ?? 為： 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 14 m a x m a x 1 0 .9 4 1 0 .9 1 0 .0 1 0 .0 2 1M? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? 由此求得水輪機(jī)在限制工況下的效率為： 9 21 11M? ? ?? ? ? ? ? ? 與原來(lái)假定的效率 91%相同。10Mn 為 70r/min。1maxQ 和各種特征水頭下相應(yīng)的轉(zhuǎn)速值分別為： 39。1 m a x 74 .8 / m innr? 和 39。其各參數(shù)如下： 額定轉(zhuǎn)速 min/150 rn ? 定子鐵芯外徑 cmDa 854? 定子鐵芯內(nèi)徑 cmDi 781? 定子鐵芯長(zhǎng)度 cmLt 156? 定子機(jī)座高度 mmh 29801 ? 上機(jī)架高度 mmh 15602 ? 勵(lì)磁機(jī)高度 mmh 19694 ? 發(fā)電機(jī)主軸高度 mmh 816411 ? 機(jī)座外徑 mmD 101001 ? 風(fēng)罩內(nèi)徑 mmD 128002 ? 轉(zhuǎn)子外徑 mmD 77683 ? 水輪機(jī)基坑直徑 mmD 60005 ? 轉(zhuǎn)子重 tGz 330? 定子重 tGd 160? 總重 tGp 635? 最大運(yùn)輸部件長(zhǎng)寬高尺寸為 、 、 起重設(shè)備的選擇 水電站廠房起重設(shè)備一般采用橋式起重機(jī)或門(mén)式起重機(jī)，而橋式起重機(jī)又有單小車(chē)和雙小車(chē)兩種。 供水方式的選擇 壓力管道向多臺(tái)機(jī)組供水的方式有三種，單元供水、聯(lián)合供水和分組供水。 進(jìn)口段尺寸計(jì)算 進(jìn)口段頂板曲線采用 1/4 橢圓曲線 22221xyab??。 ta n 3 ?? 39。 通氣孔面積按下式計(jì)算： aavQA? aQ 為進(jìn)水口流量，這里取單機(jī)最大引用流量 sm /3 。 經(jīng)計(jì)算得： mS k 2 ????? 綜合分析并考慮到風(fēng)浪的影響，取淹沒(méi)深度為 。 從引水線路地質(zhì)條件來(lái)看， 1線路的地質(zhì)條件較好，而 2線路在上、下游均有小部分距離經(jīng)過(guò)地質(zhì)條件不好的區(qū)域，但基本上不影響壓力管道的安全性。壓力水道中的流速取為各段水道的平均流速，取為 4m/s。 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 27 調(diào)節(jié)保證計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn) 機(jī)組在丟棄負(fù)荷的過(guò)程中，一般情況下，最大轉(zhuǎn)速上升率 max 55%? ? ，對(duì)于大型電站 max 45%? ? ，對(duì)于沖擊式機(jī)組 max 30%? ? 。 機(jī)組轉(zhuǎn)速為 150r/min，單機(jī)最大引用流量為 /ms。 水流最大速度為： m a xm a x 221 2 0 .9 4 .2 8 /63 .1 444QV m sD?? ? ?? 管道特性系數(shù)為： m ax01 2 0 0 4 . 2 8 3 . 5 92 2 9 . 8 1 7 3cVgH? ?? ? ??? m ax04 6 0 4 . 2 8 0 . 3 99 . 8 1 7 3 7sLVg H T? ?? ? ??? 丟棄全負(fù)荷時(shí)： 0 1?? ， 0 ?? ??，所以發(fā)生末相水擊。 則 ? ?2 3 . 5 3 . 5 22= 5 . 2 7 . 8 1 1 . 5 6 1 0 8 0 0itG D K D l t m? ? ? ? ? 將以上數(shù)值代入轉(zhuǎn)速上升率公式得： 012 2 203 6 5 3 6 5 7 5 0 0 0 5 .9 5 1 .2 91 1 1 1 0 .3 71 5 0 1 0 8 0 0sN T fn G D? ? ? ?? ? ? ? ? ? ?? 機(jī)組轉(zhuǎn)速最高值： ? ? ? ?m a x 0 1 15 0 7 1 20 / m i nn n r?? ? ? ? ? ? 由以上計(jì)算知，當(dāng)導(dǎo)葉啟閉時(shí)間為 7s 時(shí)，在設(shè)計(jì)水頭下丟棄全負(fù)荷，水錘壓力上升值與轉(zhuǎn)速上升率均在規(guī)定范圍內(nèi)。 f 為水錘影響系數(shù)，查水電站建筑物教材 141 頁(yè)圖 915 水錘影響系數(shù)根據(jù)管道特性系數(shù)得 ? 。 iD 為定子鐵芯內(nèi)徑（ m）。 ? ? ? ?220 .4 64 0 .4 6 0 .4 6 4 0 .5 822m ?? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? 根據(jù)調(diào)節(jié)保證計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，水錘壓力上升率不滿(mǎn)足要求，不再計(jì)算轉(zhuǎn)速上升率。 調(diào)節(jié)保證計(jì)算基本數(shù)據(jù) 由前面計(jì)算可知，壓力管道長(zhǎng)度取為 460m，壓力鋼管直徑為 6m。 研 究減小水擊壓強(qiáng)及機(jī)組轉(zhuǎn)速變化的措施。 初步分析時(shí)，可用表征壓力引水系統(tǒng)慣性大小的水流加速時(shí)間，也稱(chēng)作壓力引水道 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 26 的慣性時(shí)間常數(shù)值 wT 來(lái)判斷設(shè)置上游調(diào)壓室的條件，其式為： ? ?iiwwrLvTTgH??? 上式中： iL 為壓力引水道（包括蝸殼及尾水管）各段之長(zhǎng)度； iv 為上述各段水道相應(yīng)的流速； g為重力加速度； rH 為水輪機(jī)的設(shè)計(jì)水頭； ? ?wT 為 wT 的允許值，一般取為 2~4s。 從線路距離來(lái)看， 1和 2線路距離相差不大，所以從洞線的開(kāi)挖、壓力鋼管的耗用量、施工工期、工作量等方面來(lái)說(shuō)， 1和 2線路均差不多。 v為閘門(mén)斷面的水流流速，取閘門(mén)段面最大引用流量時(shí)的流速。A 為引水?dāng)嗝娴拿娣e（按漸變段末端計(jì)算） ?為引水道中心線水平面間夾角，本設(shè)計(jì)取 o0?? c為收縮系數(shù)，一般取 ~，本設(shè)計(jì)取 ?c 由上式計(jì)算得： 2239。收縮角不超過(guò) 10 度，以 6~9 度 為宜，本設(shè)計(jì)取為 6 度。 引水道經(jīng)濟(jì)直徑為 33m a x7 75 .2 5 .2 1 2 0 .9 5 .473QDmH ?? ? ? 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 20 按經(jīng)濟(jì)流速計(jì)算 m a x ? ? ? 取 4/v m s? 為減小引水道內(nèi)的水錘壓力值，引水道直徑取稍大值，這里取 D=6m。而塔式則適用于岸坡地質(zhì)條件較差的地方 。 轉(zhuǎn)輪重量估算 查《水電站設(shè)計(jì)手冊(cè)水力機(jī)械分冊(cè)》 143 頁(yè)圖 256 水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪重量估算曲線，根據(jù)轉(zhuǎn)輪直徑及水頭大小可查得水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪重量為 45 噸。 11 1 5 0 3 . 8 7 4 . 8 / mi n58rrnDnrH ?? ? ? 查 HL220 水 輪 機(jī) 模 型 綜 合 特 性 曲 線 圖 ， 分 別