【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算）： 0122036511sN T fn GD? ? ? ? 上式中： 0N 為機(jī)組額定容量，為 萬 KW。 tl 為定子鐵芯長度（ m）。 這里取 1 0. 85 0. 85 7 5. 95ssT T s? ? ? ?。 取導(dǎo)葉啟閉時間為 7s，同上述計算一樣，發(fā)生間接水錘。 水電站最大水頭為 。 壓力鋼管屬于地下埋式鋼管，則水擊波速為 1200m/s。 增加全負(fù)荷或部分負(fù)荷時：機(jī)組轉(zhuǎn)速最大降低值，只對單獨(dú)運(yùn)行的電站計算，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)保證計算的目的 正確合理地解決導(dǎo)葉啟閉時間、水擊壓力和機(jī)組轉(zhuǎn)速上升值三者之間的關(guān)系，最后選擇適當(dāng)?shù)膶?dǎo)葉啟閉時間和方式，使水擊壓力和轉(zhuǎn)速上升值 均在經(jīng)濟(jì)合理的允許范圍內(nèi)。 調(diào)節(jié)保證計算 調(diào)節(jié)保證計算的任務(wù) 計算有壓引 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)。 根據(jù)在地質(zhì)平面圖上引水線路的布置，由比例測量出壓力水道長度約為 460m。 調(diào)壓室設(shè)計 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，水錘波就會在調(diào)壓室反射到下游去。 從施工干擾程度來看， 2線路距離壩體過近，因此與主壩體的施工干擾程度大，而1在這一方面則較有優(yōu)勢，距離主壩體較遠(yuǎn)，互相施工影響小。 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，穿過左岸山體布置引水管道。 a為閘門孔口凈高，本設(shè)計為 。 進(jìn)水口高程計算 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，并有一定的淹沒深度。 3c os/ mcAAo ????? ?? 進(jìn)口面積為 22 mm ??? 滿足流速要求 進(jìn)水口尺寸示意圖 由前面的計算得出進(jìn)水口的尺寸示意圖如下： 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 23 圖 4— 5 進(jìn)水口結(jié)構(gòu) 尺寸示意圖 通氣孔和進(jìn)人孔 為保證當(dāng)引水道充水時可以排氣，在事故閘門之后設(shè)置一通氣孔，同時可保證引水道排水時供氣，避免引水道內(nèi)產(chǎn)生較大負(fù)壓。如下圖： 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 22 圖 4— 4 進(jìn)水口閘門段斷面圖 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大。 漸變段長度 1 . 6 1 . 6 6 9 . 6L D m? ? ? ? 收縮角取為 o 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 21 圖 4— 1 進(jìn)水口漸變段剖面圖 圖 4— 2 進(jìn)水口漸變段平面圖 圖 4— 3 進(jìn)水口漸變段斷面圖 39。則橢圓曲線為 22 2xy??。 進(jìn)水口尺寸計算 進(jìn)水口的尺寸計算應(yīng)主要包括進(jìn)口段尺寸計算、漸變段尺寸計算、閘門段尺寸計算等。且本水電站的引水道不長，因此設(shè)置單元供水管道的成本也不會很高。而壩體左壩肩部分的地形地質(zhì)條件都較好，因而考慮經(jīng)濟(jì)成本因素，本水電站樞紐工程廠房的進(jìn)水口采用岸邊式進(jìn)水口。有壓進(jìn)水口中分為壩式、岸式、塔式等幾種。 發(fā)電機(jī)型號的選擇 根據(jù)水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪直徑、轉(zhuǎn)速等計算，同時根據(jù)發(fā)電機(jī)的額定容量參考資料選擇發(fā)電機(jī)型號為 SF75— 40/854，懸式發(fā)電機(jī)。 HL220 模型特性綜合曲線如下圖： 水輪機(jī)吸出高的計算 由水輪機(jī)的設(shè)計工況 39。31 m ax 0 .9 8 /Q m s? ，39。1n 值：在設(shè)計水頭 ? 時， 39。 工作范圍的驗(yàn)算 在選定的 轉(zhuǎn)輪直徑、 n=150r/min 的情況下，水輪機(jī)的 39。10 m a x0. 94 11 1 0. 01 6 0. 030. 91 1MMnn ??? ? ? ? ? ? ? 所以 39。10 10 1Mn n n? ? ? ， 查表得 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。 效率修正值的計算 查水輪機(jī)模型參數(shù)表得，模型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑為 。 3 / 219 .8 1 r rND QH ?? 式中 rN 為水輪機(jī)的額定出力 ， 47 . 5 1 0 7 8 9 4 7 . 40 . 9 5fr fNN K W? ?? ? ?， 式中 f? 為發(fā)電機(jī)效率，對大中型水輪發(fā)電機(jī)可取 ~，這里取 為 。但混流式水輪機(jī)的適用水頭范圍廣、且結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行穩(wěn)定、效率高。并且為了接線等對稱，大多數(shù)情況下都希望選用偶數(shù)組機(jī)組臺數(shù)。 從機(jī)組臺 數(shù)與水電站運(yùn)行效率的方面考慮，較多機(jī)組臺數(shù)能使水電站有較高的平均效率。且每臺機(jī)組的容量過小，水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的生產(chǎn)都較為麻煩。 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 12 3 主要設(shè)備的選擇 水輪機(jī)型號及主要參數(shù)選擇 水輪機(jī)是水電站中最主要的動力設(shè)備之一，它關(guān)系到水電站的工程投資、安全運(yùn) 行、動能指標(biāo)及經(jīng)濟(jì)效益等重大問題，因此在水能規(guī)劃的基礎(chǔ)上，根據(jù)水電站水頭和負(fù)荷的工作范圍，正確的進(jìn)行水輪機(jī)的選擇是水電站設(shè)計中的主要任務(wù)之一。 若廠房類型選用引水式廠房，則廠房只適宜布置在左岸下游側(cè)，因右岸地形地勢較陡，布置引水式廠房沒有合適的位置，并且開挖量比較 大，也很難保證穩(wěn)定。 若采用地下廠房，根據(jù)地形資料以及地質(zhì)資料，可以看到，僅有壩體右岸的山體內(nèi)適宜開挖地下廠房，而左岸下游側(cè)的地勢較為平坦，開挖地下廠房的穩(wěn)定性不好。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，會使壩體段，特別是溢流壩段的長度減小，當(dāng)與洪水時不通順，不能達(dá)到要求的泄洪流量，不能達(dá)到防洪效果。后者呈穿插分布。）） 式中 E0—— 巖石變形模量； 181。巖石飽和抗壓強(qiáng)度約為 300～ 700 公斤 /平方厘米，屬中等堅硬巖石。相對阻水層（ W〈 升 /分〉頂板埋藏深度：河床 5～ 25 米，左岸 25～ 35 米，右岸 25～ 90 米。引水遂洞一般選用巖石 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 6 堅固系數(shù)為 2～ 7；單位彈性抗力系數(shù)為 100～ 600。左岸臺地 2～15 米厚砂質(zhì)粘土層，右壩肩有 5～ 15 米厚殘坡積層。付片巖屬元古界武當(dāng)山揚(yáng)坪組上部（ PtW1Y3），正片巖系褶皺早期基性侵入巖變質(zhì)而成。樞紐區(qū)經(jīng)多次構(gòu)造運(yùn)動，斷裂構(gòu) 造和節(jié)理裂隙比較發(fā)育。常水位標(biāo)高 米，河西寬 70～ 90 米，水深 2～ 8 米。 本流域地理位置在北緯 ～ ，東經(jīng) ～ 之間，屬北亞熱帶江北濕潤區(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 ℃。泗河在陜西境內(nèi)自南向北流，進(jìn)入湖北境內(nèi)轉(zhuǎn)自西向東行；官渡河有南向北來，兩源匯合于竹山縣城上游約 30 公里的兩河口后，稱堵河，有西南向東北匯入漢江。 供電對象主要是本地區(qū)以第二汽車廠為中心的機(jī)械工業(yè)，鐵路運(yùn)輸業(yè)以及其他工業(yè)，同時為農(nóng)田電力排灌及市政照明提供電力負(fù)荷。廠房是整個水電站樞紐建筑物中的一個主要建筑物，它的正確設(shè)計對于水電站的正常運(yùn)行以及經(jīng)濟(jì)效益都有重大影響，不管是在國內(nèi)還是在國外的水電站，對水電站廠房的設(shè)計都很重視。檢驗(yàn)學(xué)習(xí)的成績只是一個基本的要求，在完成設(shè)計的過程中更是鍛煉了讓我們在遇到新知識時勇于去學(xué)習(xí)、解決的能力。 其設(shè)計的主要內(nèi)容包括樞紐布置、主要設(shè)備型號選擇計算、引水系統(tǒng)設(shè)計、調(diào)節(jié)保證計算、廠房布置設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計。 整個設(shè)計過程主要通過課程所學(xué)知識、查閱相關(guān)設(shè)計規(guī)范以及設(shè)計手冊等有關(guān)資料并在老師的指導(dǎo)下完成。 選擇水電站廠房設(shè)計作為這次的畢業(yè)設(shè)計主要是因?yàn)閺S房在水電站中占有較大的投資比例，且其具有極大的重要性。 這次設(shè)計主要需解決的問題在于各種主要設(shè)備的參數(shù)、尺寸等的計算，以此根據(jù)相關(guān)資料選擇經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)備型號；引水系統(tǒng)的布置以及進(jìn)水口尺寸、管道尺寸的計算和選擇；廠房的平面尺寸以及立面尺寸的計算和選擇；潛孔閘門的尺寸計算、選擇以及強(qiáng)度等驗(yàn)算。 堵河系漢江中上游南岸的一大支流。河 流全長 318 公里，流域總面積 平方公里。年平均相濕度為 76%。河床中偏右為一順河向深槽，復(fù)蓋沙礫石層厚 12～ 14 米。 右壩肩山高坡陡，斷裂構(gòu)造發(fā)育，巖石較破碎。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片巖（ Y23）、富含白云母石英納長片巖（ Y2y3），富含大顆粒石榴子石白云母石英納長片巖（ Y2s3），富含小顆粒石榴子白云母石英納長片巖（ Y2‘ 3）；正片巖有綠泥陽起鈉長片巖（ U1y2），綠泥鈉長片巖（ U1n2）。 付片巖呈面狀風(fēng)化，正片巖以裹狀風(fēng)化較為顯著。 本區(qū)地震基本烈度，經(jīng)中國科學(xué)院地球物理研究所鑒定為 6 度，場地設(shè)防烈度采用7～ 度。一般正片巖透水性大于付片巖。 巖石堅固 系數(shù) f 和單位彈性抗力系數(shù) K0 的選定方法：因無試驗(yàn)資料，參考已建的相類似的工程比較選取?！?巖石泊桑比； rb—— 遂洞跨度之半，取 1 米代入。片理產(chǎn)狀忌的趨勢走向北西西，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)。 同時，因壩體的溢流壩段按照防洪設(shè)計要求，占用了較長的壩體長度。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。而在左岸下游側(cè)布置引水式廠房，則僅需開挖較少方量即可，且左岸的地質(zhì)條件相比右岸好得多。 水輪機(jī)的選擇，在確定水輪機(jī)的型號和有關(guān)參數(shù)時，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)組臺數(shù)和單機(jī)容量選擇 當(dāng)機(jī)組臺數(shù)不同時，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。 從機(jī)組臺數(shù)與水電站投資的方面考慮，機(jī)組臺數(shù)過多時，相應(yīng)的輔助設(shè)備等也會增多，勢必會增加投資。因此若選用 1 臺機(jī)組不適宜。 綜合考慮，本水電站樞紐選用兩臺機(jī)組，單機(jī)容量預(yù)算為 千瓦。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)。 查表得 HL220 型水輪機(jī)在限制工況下的單位流量 39。 551m ax m ax10 .4 61 ( 1 ) 1 ( 1 0 .9 1 ) 9 4 .1 %3 .8MM 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)計說明書 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： 0 .8 9 0 .0 2 1 0 .9 1 1M? ? ?? ? ? ? ? ? 與原來假定的效率 91%相同。 且式中 39。10Mn 為 70r/min。1n? 可忽略不計，則以 39。1maxQ 和各種特征水頭下相應(yīng)的轉(zhuǎn)速值分別為： 39。 11 1 5 0 3 . 8 6 6 . 7 / m in73rrnDnrH ?? ? ? 在最大水頭 max ? 時， 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 15 39。1 m ax 7 4 .8 / m innr? 和 39。1 / m inrnr? ， 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? 定子鐵芯長度 cmLt 156? 定子機(jī)座高度 mmh 29801 ? 上機(jī)架高度 mmh 15602 ? 勵磁機(jī)高度 mmh 19