【正文】 工程投資、運行效益、運行條件和產(chǎn)品供應(yīng)情況的變化。本次設(shè)計次用3臺102/3=34(MW)水輪機(jī)。2水輪裝置方式及水輪機(jī)型號的確定水輪機(jī)的裝置方式可分為臥軸和立軸兩種，其中臥軸布置方式布置簡單，不需向下開挖但占地面積較大，一般用于小型電站或水頭較低的貫流式水電站。為縮小廠房面積，高水頭大中型電站一般均采用立軸布置方式。根據(jù)不同型式水輪機(jī)對水頭適用范圍的要求，混流式與斜流式水輪機(jī)可滿足設(shè)計要求。由水電站的水頭范圍(～)查水輪機(jī)的系列型譜，采用HLD06a水輪機(jī)，適用水頭范圍80m～150m。查《水電站機(jī)電設(shè)計手冊》（９）P227表15得HLD06a型水輪機(jī)的參數(shù)： =，最優(yōu)工況效率，%，,由于在限制工況處原型水輪機(jī)的效率要高于模型水輪機(jī)，所以初步假定原型水輪機(jī)在該工況點的效率為89%。通常是選用比計算值稍大的標(biāo)準(zhǔn)直徑作為水輪機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)直徑。原型水輪機(jī)的最高效率為： ηmax=1(1) (22) 式中，模型機(jī)的最高效率 模型機(jī)直徑 原型機(jī)直徑故 ηmax=1(1)=1()==%考慮到制造水平的差異，根據(jù)水輪機(jī)的標(biāo)稱直徑去ε=1%；本設(shè)計中，認(rèn)為原型水輪機(jī)所采用的蝸殼和尾水管與模型水輪機(jī)的相似，故取，則效率修正值由下式計算： （23）代入數(shù)值可得 ==水輪機(jī)在限制工況點的效率為η=+Δη=+==%與原來假設(shè)值接近,符合要求。所以取原型水輪機(jī)的最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速和模型機(jī)的最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速相同，即取=70r/min。根據(jù)所選的D1=、n=,可計算出設(shè)計工況點水輪機(jī)的最大單位流量和相應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速。（2）水輪機(jī)的吸出高驗算計算出的吸出高=4m,滿足電站要求。 圖21 水輪機(jī)效率檢驗圖因為水電站的水頭H40m,故應(yīng)采用金屬蝸殼，蝸殼包角為345176。流速為 （26）式中，K流速系數(shù)，可在《水電站》（22），P95圖421中查得K=故。故以每隔15176。)Qi（m3/s)ρi(m)Ri(m)345 330 315 300 285 270 255 240 225 210 195 180 165 150 135 120 105 90 75 60 45 30 續(xù)表21 蝸殼基本參數(shù)計算表15 0 將蝸殼各計算斷面的外緣連接起來，便可得到蝸殼平面度的單線圖，如圖所示： 圖22 蝸殼單線圖尾水管的型式很多，目前常用的有直錐形，彎錐形和彎肘形三種型式。查《水電站機(jī)電設(shè)計手冊》（9）推薦的肘管尺寸參數(shù)列于下表表22 推薦的肘管尺寸參數(shù)D1hLB5D4h4h6L1h5依據(jù)上表，：表23 尾水管各項數(shù)據(jù)D1hLB5D4h4h6L1h5（1）進(jìn)口直錐段進(jìn)口直錐段是一段垂直的圓錐形擴(kuò)散管，其內(nèi)壁設(shè)金屬里襯，以防止旋轉(zhuǎn)水流和渦帶脈動壓力對管壁的破壞，其單邊擴(kuò)散角θ的最優(yōu)值為θ=7176。本設(shè)計取θ=9176。（2）中間彎肘段（肘管）中間彎肘段常稱為肘管，它是一段90176。由于肘管形狀復(fù)雜，所以肘管內(nèi)一般不設(shè)金屬里襯，所需具體參數(shù)見上表。其頂板仰角一般取α=10176。當(dāng)出口寬度過大時，可按水工結(jié)構(gòu)要求加設(shè)中間支墩，支墩厚度，并考慮尾水門槽布置要求。（4）尾水管高度尾水管高度h是指水輪機(jī)底環(huán)平面至尾水管底板的高度，它是決定尾水管性能的主要參數(shù)。查《水電站機(jī)電設(shè)計手冊》（9）取h===（m）（5）尾水管的水平長度尾水管的水平長度L是指機(jī)組中心線至尾水管出口斷面的距離。綜上可畫出尾水管的平面尺寸圖，如下圖：圖23 尾水管的平面尺寸圖 單位(cm)（1）極距τ （28）式中，sf——發(fā)電機(jī)額定容量； P——磁極對數(shù)，本設(shè)計為７對； Kj——系數(shù)，一般為8～10。故 （4）定子鐵芯外徑Da(機(jī)座號) 因為ne（1）定子機(jī)座外徑D1300ne500r/min，D1===（m）（2）風(fēng)罩內(nèi)徑D2Sf20000KW，D2=D1+=(m)（3）轉(zhuǎn)子外徑D3式中δ為單邊空氣空隙，初步估算時可以忽略不計（4）下機(jī)架最大跨度D41000Sf100000KW，D4=D5+,式中D5為水輪機(jī)基坑直徑，查《水電站機(jī)電設(shè)計手冊》（9）P162表36，D5=3000mm，D4=D5+=(m)。取D6=3000mm，D7=2000mm。懸式承載機(jī)架h2===（cm）。（9）定子支座支承面至下機(jī)架支承面或下?lián)躏L(fēng)板之間的距離h8 懸式非承載機(jī)架：h8===（cm）（10）下機(jī)架支承面至主軸法蘭底面之間的距離h9 查《水電站機(jī)電設(shè)計手冊》（９）取h9=1000mm。H=h1+h2+h3+h4+h5+h6+h8+h9=++150+200+120+80++100=(cm)。中小型調(diào)速器的調(diào)速柜、接力器和油壓裝置組合在一起，稱為組合式；大型調(diào)速器分開設(shè)置，稱為分離式。水輪機(jī)所需的調(diào)速功30000N?m調(diào)速功A已超出中小型調(diào)速器調(diào)速功的范圍，假設(shè)錯誤，故本設(shè)計調(diào)速器為大型調(diào)速器。接力器的直徑可近似用下列公式計算 （211） 式中，λ—計算系數(shù)，； b0—導(dǎo)葉高度，m； D1—轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱直徑； Hmax—水輪機(jī)最大水頭。已知a0max=22，D0m=290mm，Z0=16，Z0m=24，取D0==2=。故由計算的d查《水電站》(22)P110表51，選擇與主配壓閥直徑接近偏大的標(biāo)準(zhǔn)調(diào)速器DT100。圖24 調(diào)速器外形尺寸圖油壓裝置的工作容量以壓力油罐的總?cè)莘e作為表征，壓力油罐的總?cè)莘eVk為Vk=(18～20)Vs，取。查《水電站機(jī)電設(shè)計手冊》（９）P295表615知壓力油罐筒外徑D1=930mm、基礎(chǔ)架外徑D0=1070mm、總高H=2457mm、筒高h(yuǎn)=1694mm，回油箱油箱長度m=1916mm、油箱寬度n=1900mm、油箱體高k=890mm、油箱總高L=1535mm。在右岸布置一支隧洞作為引水隧洞，其后靠近廠房位置設(shè)置上游調(diào)壓室連接引水隧洞與壓力管道，以減小水擊壓力，布置地面廠房。（2） 當(dāng)溢流壩與廠房段并列布置時，應(yīng)盡量將前者布置在主河槽，以保證泄水順暢。（4） 當(dāng)河流含沙量大，壩前淤積嚴(yán)重時，應(yīng)采取排沙措施，沖沙孔或排沙洞常布置在廠房進(jìn)水口附近，其高程可根據(jù)運用要求來確定。廠房布置平面上采用順河流方向依次布置副廠房、主廠房和回車場。第一層為實驗室、修理間、電纜室、繼電保護(hù)盤室、充電機(jī)室、蓄電池室、儲酸室以及行人走廊等, 高程與發(fā)電機(jī)層相同。主變壓器布置應(yīng)盡量靠近主廠房，以縮短昂貴的發(fā)電機(jī)電壓母線長度，減小電能損失和故障機(jī)會，并滿足防火、防爆、防雷、防水霧和通風(fēng)冷卻的要求，安全可靠。其高程與發(fā)電機(jī)層同一高程，設(shè)有運輸軌道通往安裝場。由于電站水頭較大，采用包角為345度的金屬蝸殼。一回進(jìn)線，二回出線，間隔跨度為15米。配電站裝置采用半高型布置，線線搭架采用雙母線的高型構(gòu)架，共有5個母線塔架和4個隔離開關(guān)構(gòu)架。共有八個間隔，三個進(jìn)線間隔，三個出線間隔，一個母線間隔，一個避雷器和電壓互感器間隔。站內(nèi)為混凝土地面。進(jìn)水口段長23m，進(jìn)口前布置有攔污柵，與壩面平行，柱墩的間距2m，橫梁間距4m，柵條的凈距b=70mm。壓力鋼管長470m，采用Q345R型鋼材，圓管內(nèi)徑為,，流速為4m/s?？刹捎谜蛞蛘邆?cè)向引水，考慮減小管線長度、使水流平順，減小水頭損失等，本設(shè)計擬采用正向引水方式。第4章 引水系統(tǒng)設(shè)計引水隧洞的路線選擇是設(shè)計中的關(guān)鍵，它關(guān)系到隧洞的造價，施工難易，工程進(jìn)度，運行可靠性等方面。XX水電站為混合式開發(fā)電站，壩址、。，洞線穿越泥巴溝、加熱柯、扎柯溝、宗達(dá)寺溝、支哈溝5條較大的沖溝，其中加熱柯為泥曲河左岸主要支流，溝谷深切，其侵蝕基準(zhǔn)面與泥曲河相當(dāng)，且谷底寬緩，一般60～200m，谷底沖洪積堆積物深厚，長年流水，繞溝線路長。左岸引水方案位于泥曲河凹岸，不符合線路截彎取直的一般布置原則。右岸引水方案位于泥曲河凸岸，有利于線路截彎取直。取30176。綜上所述，從地質(zhì)條件上，左右岸總體成洞地質(zhì)條件差別不大，洞線布置上看，右岸引水不但洞線較短，繞溝難度也相對較小，故本階段選擇右岸一條洞線作為推薦方案。其組成為：進(jìn)口段，閘門段，漸變段。洞式進(jìn)水口充分利用了巖石作用，鋼筋混凝土工程量較小，這一種既經(jīng)濟(jì)又安全的結(jié)構(gòu)形式。（3）壩式進(jìn)水口：其基本特征是進(jìn)水口附近在壩體上適用于壩后時廠房或河床式水電站廠房的上游壩體內(nèi)，進(jìn)水口與壩體成統(tǒng)一的整體。XX水電站為有壓進(jìn)水式，岸邊地質(zhì)條件較好，因此選擇深式進(jìn)水口中的隧洞式進(jìn)水口為宜。因為漏斗式吸氣漩渦會帶入空氣，吸入漂浮物，引起噪音和振動，減小過水能力，影響水電站的正常發(fā)電。故閘頂高程閘底高程為(1)進(jìn)口段：其作用是連接攔污柵與閘門段。圖31　 　　 進(jìn)水口示意圖(2)閘門段：閘門段是引水道和進(jìn)口段的連接段，閘門口采用矩形，閘門凈過水面積為（～）隧洞面積，門寬B等于或稍小于洞徑D，門高h(yuǎn)等于洞徑D,取門寬B=，門高h(yuǎn)=。(3)漸變段：漸變段是閘門段到壓力引水管道的過渡段，其斷面面積和流速應(yīng)逐漸變化，使水流不產(chǎn)生漏流并盡量減小水頭損失。以6～9186。本設(shè)計取其長度為21m，收縮角約為8186。已知單臺水輪機(jī)的最大流量為Qmax=，則通過閘門的總流量為。70186。的平面攔污柵，過柵的水流凈流速應(yīng)盡量小，以減小水頭損失和清污困難，不宜大于1m/s，本設(shè)計取過柵流速為1m/s。柵條的凈距應(yīng)保證通過攔污柵的污物不會卡在水輪機(jī)過流部件中。攔污柵被污物堵塞后水頭損失明顯增大，因此攔污柵必須及時清污，以免造成額外的水頭損失。人工清污一般適用于小型水電站的淺水、傾斜攔污柵。(2）閘門設(shè)計工作閘門：選用平板閘門，門寬B=，門高h(yuǎn)=。檢修閘門：采用平板閘門，尺寸同工作閘門，要求在靜水中開啟，靜水中關(guān)閉。(3）通氣孔和進(jìn)人孔：通氣孔設(shè)在事故閘門之后其功用是當(dāng)引水道充水時可以排氣，當(dāng)事故閘門關(guān)閉放空引水道時，可以補(bǔ)氣以防出現(xiàn)有害真空。代入數(shù)值得：為了便于進(jìn)水口及壓力水道的維護(hù)與檢修，需設(shè)進(jìn)人孔。隧洞斷面形式取決于水流流態(tài)、地質(zhì)條件、施工條件及運行條件等，有壓隧洞一般采用圓形斷面，原因是圓形斷面的水流條件受力條件都較為有利，本設(shè)計中隧洞斷面采用圓形。為了保證水工隧洞的安全有效運行通常需要對隧洞進(jìn)行襯砌，襯砌作用是①限制圍巖變形，保證圍巖穩(wěn)定。③防止?jié)B漏。⑤減小表面糙率。（2）單層襯砌：由混凝土、鋼筋混凝土或漿砌石等組成，適用于中等地質(zhì)條件斷面較大，水頭及流速較高情況。（3）組合式襯砌：由內(nèi)層的鋼板，鋼筋網(wǎng)噴漿，外層為混凝土或鋼筋混凝土，有頂拱為混凝土邊墻或底板為漿砌石和頂拱邊墻噴錨后再進(jìn)行混凝土或鋼筋混凝土等形式。壓力管道是從水庫或引水道末端的壓力前池或調(diào)壓室，將發(fā)電所需用水在有壓的狀況下引入水輪機(jī)的輸水管。在集中供水和分組供水方式下需要岔管連接。（1）鋼管鋼管布置在地面稱為明鋼管；布置在壩體混凝土中稱為壩內(nèi)鋼管；埋設(shè)在巖體中稱為地下埋管。鋼筋混凝土管具有造價低、能承受較大外壓和經(jīng)久耐用等優(yōu)點，通常用于內(nèi)壓不高的中小型水電站。（3）鋼襯鋼筋混凝土管在內(nèi)水壓力作用下鋼襯與外包鋼筋混凝土聯(lián)合受力，從而可減小鋼襯的厚度，適用于大HD值的管道。結(jié)合鋼管的特點及XX水電站的基本狀況本設(shè)計擬采用地下埋管向機(jī)組供水，采用Q345R型鋼材。壓力管道的引進(jìn)方式有正向引進(jìn)、側(cè)向引進(jìn)和斜向引進(jìn)三種。鋼管發(fā)生事故時直接危機(jī)廠房安全；側(cè)向引近適用于高、中水頭電站，避免水流直沖廠房。壓力管道向多臺機(jī)組供水的方式有三種，單元供水、聯(lián)合供水和分組供水。結(jié)合地形、地質(zhì)條件、管線長度及對廠房安全的要求，本設(shè)計擬采用側(cè)向引進(jìn)、聯(lián)合供水（一管多級）的方式向機(jī)組供水，即由一條壓力管道一個非對稱Y型三岔管向三臺機(jī)組供水?？紤]銹蝕、磨蝕和鋼板厚度誤差等因素，管壁結(jié)構(gòu)厚度應(yīng)至少比計算厚度增加2mm，故取結(jié)構(gòu)厚度為32mm，大于D/800+4且大于6mm，滿足設(shè)計要求。鋼管在管外大氣壓的作用下可能失去穩(wěn)定，管壁被壓扁。光滑無剛性環(huán)的明鋼管不失穩(wěn)的最小管壁厚度計算公式為： （36）式中，D鋼管直徑，m； 鋼管管壁厚度，m； P抗外壓荷載設(shè)計值，取100KPa E鋼材的彈性模量， K安全系數(shù)，K=2 忽略不計。第5章 水電站廠房設(shè)計水電站廠房是水電站主要建筑物之一