河床式水电站水力机械采暖通风与空调设计.docx
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河床式水电站水力机械采暖通风与空调设计
FCD90030FCD
河床式水电站初步设计阶段
水力机械、采暖通风与空调
设计大纲范本
（中小型）
水利水电勘测设计标准化信息网
1999年12月
水电站初步设计阶段
水力机械、采暖通风与空调
设计大纲
主编单位:
主编单位总工程师:
参编单位:
主要编写人员:
软件开发单位:
软件编写人员:
勘测设计研究院
年月
1工程概况…………………………………………………………………………（4）
2设计依据文件和规范……………………………………………………………（4）
3设计基本资料……………………………………………………………………（4）
4水轮机及其附属设备的选择………………………………………………………（5）
5辅助机械设备……………………………………………………………………（8）
6采暖通风与空调…………………………………………………………………（11）
7厂房及水力机械主要设备布置…………………………………………………（13）8应提交的设计成果………………………………………………………………（13）
1工程概况
提示：
简述工程地理位置、工程任务与装机规模及电站接入系统中的地位等情况
2设计依据文件和规范
2.1有关本工程的文件
（1）工程可行性研究报告；
（2）工程可行性研究报告审批文件；
（3）工程初步设计任务书；
（4）其它有关文件。
2.2主要设计规范
（1）DL5021-93水利水电工程初步设计报告编制规程;
（2）Sl/T179-96小型水利水电工程初步设计报告编制规程;
（3）SDJ173-85水力发电厂机电设计技术规范（试行）;
（4）SDJQ1-84水力发电厂厂房采暖通风与空气调节设计技术规定;
（5）GB/T15468-1995水轮机基本技术条件;
（6）GB/T10969-1996水轮机通流部件技术条件;
（7）GB/T15469-1995反击式水轮机空蚀评定;
（8）DL/T5066-1996水轮发电厂水力机械辅助设备系统设计技术规定;
（9）GB/T9652.1-1997水轮机调速器与油压装置技术条件;
（10）SDJ278-90水利水电工程设计防火规范;
（11）DL/T5081-1997水力发电厂自动化设计技术规范。
3设计基本资料
3.1气温、湿度、大气压和风向
（1）采暖室外空气计算温度_____℃;
（2）冬季通风室外空气计算温度_____℃;
（3）夏季通风室外空气计算温度_____℃;
（4）夏季通风室外空气计算相对湿度_____％;
（5）冬季空气调节室外空气计算温度_____℃;
（6）冬季空气调节室外空气计算相对湿度_____％;
（7）夏季空气调节室外空气计算干球温度_____℃;
（8）夏季空气调节室外空气计算日平均温度_____℃;
（9）夏季空气调节室外空气计算湿球温度_____℃;
（10）冬季室外空气平均风速_____m/s;
（11）冬季主要风向及其频率_____％（主要风向_____）;
（12）夏季主要风向及其频率_____％（主要风向_____）;
（13）冬季室外大气压力_____Pa;
（14）夏季室外大气压力_____Pa;
（15）极端最高气温_____℃;
（16）极端最低气温_____℃;
（17）多年平均气温_____℃;
（18）多年平均相对湿度_____％。
3.2水温
（1）最高水温_____℃;
（2）多年平均水温_____℃。
3.3水质
（1）总硬度_____°G;
（2）暂时硬度_____°G;
（3）pH值_____;
（4）多年平均含砂量_____kg/m3;
（5）最大含砂量______kg/m3;
（6）平均泥砂粒径______mm。
3.4流量
电站引用流量______m3/s。
3.5水位
（1）正常蓄水位_____m;
（2）校核洪水位（P=_____%）_____m;
（3）设计洪水位（P=_____%）_____m;
（4）死水位_____m;
（5）最高尾水位（P=_____%）_____m;
（6）设计尾水位_____m;
（7）最低尾水位_____m;
（8）尾水位-流量关系曲线。
3.6水头
（1）电站最大水头_____m;
（2）电站最小水头_____m;
（3）水轮机最大水头_____m;
（4）水轮机最小水头_____m;
（5）水轮机加权平均水头_____m。
3.7装机容量及保证出力
（1）单机容量_____MW;
（2）总装机容量_____MW;
（3）保证出力_____MW。
3.8利用小时数与发电量
（1）年利用小时数_____h;
（2）多年平均发电量_____×104kW·h。
4水轮机及其附属设备的选择
4.1水轮机型式的选择
根据本电站水头范围和目前国内可供选择的水轮机转轮，将适合的模型转轮型号及其参数列于表1。
提示：
目前国内有数家中外合资的水轮发电机组制造成公司，如果引用该公司的国外模型转轮，或者需要直接从国外公司引进设备，可以根据引用或引进谈判情况将其模
型转轮列于表1中比较
表1水轮机模型转轮及其参数比较表
水轮机型式
转轮型号
叶片数,个
推荐最大使用水头,m
最优工况
Q'10,L/s
n'10,r/min
η
设计工况
Q'1，L/s
η，%
σM
ns,m·kW
提示：
针对表1中各模型转轮的最高效率、单位流量、单位转速和气蚀系数等参数,以及制造、运行经验，电站在接入系统中的地位与作用,进行综合分析比较，初选2～3个能量指标和气蚀性能等较好的转轮,再对适合本电站的真机转轮参数进行计算和综合技术、经济方案比较，将各方案参数列于表2中。
4.2水轮机基本参数的选择
4.2.1水轮机额定水头的选择
提示：
对在容量较大电站的水能计算中，应配合水能专业根据电站在接入系统中的地位、电力电量平衡、装机规模和经济分析,选定水轮机设计水头，其取值一般应界于电站最大水头与加权平均水头之间,且尽量接近电站最大水头。
再根据机组运行条件、能量指标和经济指标,经全面综合分析后确定水轮机额定水头,一般可按下式计算:
Hr=（Zs-ZW）-△h
式中Hr——水轮机额定水头,m;
Zs——死水位,m;
ZW——对应全厂满发流量之尾水位,m;
△h——对应全厂满发流量时,引水系统累计水头损失,m。
4.2.2水轮机单位流量的选择
提示：
根据所选转轮的最大使用单位流量和相应的气蚀要求而导致的开挖深度，并结合转轮在其它电站的实际运行情况综合分析选定。
4.2.3水轮机单位转速的选择
提示:
根据转轮最优单位转速n’10水轮机的型式特征选取。
对灯泡贯流式转轮，n’1一般取1.1n’10～1.2n’10；对轴流式转轮n’1一般取1.05n’10～1.1n’10。
4.2.4水轮机转轮直径的选择
提示：
转轮直径按下式计算
规定的转轮标准直径尺寸系列较接近的直径选取。
当选用标准直径使转轮参数不合理时，可考虑选取非标准值。
4.3机组台数的选定
提示：
根据电站在系统中的地位和担任负荷的性质，机组特性、单机容量占系统容量的比重、电站初期与远景的规模、机组和水库的运行方式、电站枢纽布置、机组制造的技术水平、能量指标，机电设备和土建工程量、工程投资，按不同方案通过技术经济比较确定见表2。
表2方案比较表
序号
名称
单位
第_____方案
第_____方案
第_____方案
备注
1
装机容量
MW
2
机组台数
台
3
单台机组容量
MW
4
水轮机型号
5
水轮机额定水头
m
6
水轮机转轮直径
m
7
水轮机额定转速
r/min
8
水轮机额定流量
m3/s
9
水轮机额定出力
MW
10
水轮机额定工况点效率
%
11
水轮机最高效率
%
12
水轮机加权平均效率
%
13
水轮机允许吸出高度
m
14
发电机型号
15
发电机额定
MW/MVA
16
单台水轮机重量
t
17
单台发电机重量
t
18
单台水轮机价格
万元
19
全部水轮机价格
万元
20
单台发电机价格
万元
21
全部发电机价格
万元
22
全部机组价格
万元
23
配套机械设备估价
万元
24
配套电气设备估价
万元
25
主厂房长×宽
m
26
尾水管底板高程
m
27
金属结构投资估算
万元
28
土建投资估算
万元
29
总投资估算
万元
30
多年平均电能
亿kWh
提示：
根据表2，对各方案从土建投资、机电投资、水轮机效率及年发电量等多项指标进行技术经济比较，最后选定机组台数和机组机型。
4.4水轮机安装高程的确定
提示：
（1）低水头径流式电站宜根据运行工况、过流量、水头、保证率曲线和下游水位-流量关系曲线及转轮气蚀特性曲线计算确定水轮机的允许吸出高度和相应的安装高程,初选与方案比较中，可用额定水头和设计尾水位的方法进行计算，并以最大水头工况进行校核。
在根据气蚀特性参数计算安装高程的同时，要考虑尾水管出口顶部淹没深度不小于0.5m的运行稳定性要求。
（2）当水中含沙量较大或同型号转轮用于较高水头范围时,所确定的安装高程应适当留有余地。
（3）最终确定安装高程应与制造厂协商。
列出选定的水轮机及其配套发电机的型号与主要参数。
4.5水轮机过流部件型式与控制尺寸选定
提示
（1）过流部件包括进水流道（如蜗壳、管形壳等）和出水流道（尾水管）等，其型式和控制尺寸一般根据制造厂资料和水工结构要求确定。
（2）如采用新的结构型式，应与厂家协商并有充分论证。
列出过流部件的结构型式和主要控制尺寸。
4.6水轮机的附属设备
提示：
水轮机的附属设备包括调速器及其油压装置和漏油装置等。
（1）根据机组容量大小、电站在系统中的地位和控制要求等选定调速器型式（电气液压调速器或微机调速器等）、数量及主要技术参数。
（2）根据确定的调速器型号和参数，按经验公式计算选择油压装置和漏油装置。
列出所选调速器、油压装置和漏油装置的型号和主要参数。
4.7水轮发电机组调节保证计算
在额定水头和最大水头甩全负荷两种控制工况下，分别计算在不同导叶关闭时间时的蜗壳最大压力升高值、尾水管最大真空值和机组最大转速升高值，并取其中较大值。
再根据流道设计强度和有关规范关于调节保证计算的标准，确定合理的导叶关闭时间和蜗壳最大压力升高值、尾水管最大真空值、机组最大转速升高值。
提示：
（1）必要时，应进行导叶分段关闭计算。
（2）机组调节保证值最终应与机组制造厂协商确定。
5辅助机械设备
5.1主厂房起重机
（1）根据机电设备吊运最重件和起吊工具的总重量，并参照起重机标准系列，选定起重机的额定起重量。
（2）起重机的型式和参数应根据机电设备安装、检修、布置要求和起重量等确定，其中起重速度主要根据机组设备的结构型式、安装程序选定。
（3）起重机的台数一般为一台，当机组台数多于5台时，为加快安装进度，可考虑采用2台。
（4）起重机的跨度根据主厂房宽度确定，一般每隔0.5m选取。
提示：
机电设备在安装检修过程中，为满足中、小部件频繁起吊的需要，可另增设一台5t电动葫芦，装于起重机大梁下面。
5.2技术供水系统
（1）明确技术供水对象。
提示：
一般主要有发电机空气冷却器、轴承油冷却器、水轮机主轴密封、水冷式空压机和水泵（润滑或充水）用水等。
（2）确定总用水量。
根据制造厂提供资料或应用经验公式计算并参照相似机组已有资料,初定各冷却设备用水量。
（3）根据用水设备对水质、水温和水压的要求，确定水源或合理进行水处理。
（4）确定技术供水方式。
提示：
（1）一般工作水头在15m以下时,采用水泵供水；工作水头在15m以上时,采用自流供水或自流和水泵混合供水方式。
（2）水泵供水方式应设有备用水泵。
一般集中和分组供水方案配置一台；单元供水方案每台机配置一台。
（3）在布置条件允许且经济合理时，为提高水质和获得较为稳定的供水压力，可考虑设置中间水池。
（4）技术供水系统应能自动操作并有可靠的备用水源。
（5）技术供水系统设计应考虑泥沙沉积、水生物寄生及结垢等对供水系统运行的影响，并采用相应的处理措施。
如：
可采用正反向运行的供水管路系统；对有结垢性的水质，可用电磁法或超声波法处理。
（5）计算确定供水设备型号和技术参数。
5.3排水系统
提示：
排水系统包括三部分：
机组检修排水、厂内渗漏排水和厂区排水。
一般要求分开设置,如将机组检修排水和厂内渗漏排水集水井合成一个，必须有防止尾水倒灌厂内的可靠措施。
5.3.1机组检修排水
（1）确定检修排水量。
（2）确定检修排水方式。
（3）确定检修排水泵台数、型式及参数。
提示：
（1）检修排水量按4～6小时排干一台机组流道内的积水与上、下游两闸门漏水量的总和来确定。
（2）检修排水泵不应少于2台，且均为工作泵。
（3）每台水泵的排水量均应大于上、下游闸门的总漏水量。
5.3.2厂内渗漏排水
（1）确定厂内渗漏排水对象。
提示：
厂内渗漏排水包括厂内水工建筑物的渗水、机组顶盖与主轴密封漏水、水冷式空压机冷却水排水、各阀门、管件渗漏水等。
（2）根据水工专业提供的厂房水工建筑物渗漏水量估算值，参照已运行类似电站渗漏水量大小，并结合电站实际情况确定渗漏排水量。
（3）渗漏排水泵的数量应不少于两台，其中一台备用。
水泵每小时起动1～2次,起动后工作时间20min～30min。
（4）渗漏集水井容积可按30min～60min厂内渗漏水量或参考已运行类似电站的集水井容积确定。
（5）渗漏排水应能自动操作。
5.3.3厂区排水
厂区排水包括厂区集雨面积内排水和坝基渗漏排水。
（1）根据水工专业提供的厂区排水集雨面积、坝基渗漏水量和水文专业提供的最大暴雨强度（一般按10年一遇）计算排水量。
（2）选定排水方式。
提示：
当选用自流排水或自流水泵排水时，应有避免尾水倒灌和积水入厂房的措施。
（3）选定水泵台数、型号和参数。
台数一般不少于两台，且均为工作泵。
（4）排水泵的启、停应能自动操作。
5.4压缩空气系统
压缩空气系统包括中压气系统和低压气系统。
5.4.1中压压缩空气系统
（1）确定用气对象。
（2）确定供气压力与供气方式。
（3）选定空压机台数、排气量和高压贮气罐。
提示：
（1）空气压缩机台数一般应选两台;总排气量按两台中压压缩空气机同时投入，在2h～4h内将一台机组的压力油罐充气至额定压力来确定；当机组台数不多时，中压贮气罐一般选择一个。
（2）对容量较小的电站,如选用的调速器具有自动补气功能,可不设置中压气系统。
（4）中压压缩空气系统应能自动操作。
5.4.2低压压缩空气系统
（1）确定用气对象。
提示：
对有调相要求的电站应考虑调相用气。
（2）确定空气压缩机容量和台数
提示：
低压空气压缩机的容量按全部共用用气设备可能的同时最大耗 气量确定。
台数至少设置2台，其中一台备用。
（3）为保证机组制动用气的可靠性，应设置制动专用贮气罐。
贮气罐的容积必须保证在制动用气后（一般只考虑一台机制动用气，但当机组台数多时应结合考虑机组接入系统情况是否有两台机同时制动用气），罐内气压能保持在最低制动气压（一般为0.4MPa）以上。
（4）低压压缩空气系统应能自动操作。
5.5油系统
提示：
油系统包括透平油系统和绝缘油系统。
一般应分开设置。
5.5.1选择油罐容积和数量
提示：
透平油油罐的容积按一台最大机组总用油量的110%确定；绝缘油油罐的容积按一台最大主变压器总用油量的110%确定。
两者油罐数量一般均设置两个，一个是净油罐，一个为污油罐（运行油罐）。
5.5.2选择油处理设备
提示：
（1）透平油和绝缘油处理设备一般应分别设置真空滤油机和压力滤油机各一台，油泵二台。
对容量较大和机组台数较多的电站，透平油系统的压力滤油机应不少于两台;对容量较小和机组台数较少的电站，可考虑两系统共同使用一台真空滤油机的可能性。
小型电站油处理设备设置与否可根据具体情况确定。
（2）可考虑采用国内已研制成功并经运行考验的,多功能于一体的油处理设备。
5.5.3选择油化验设备
提示：
（1）油化验设备两系统共同设置一套，一般按简化分析配置。
（2）对小型电站或梯级电站可根据具体情况不设置油化验设备。
5.6水力监测系统
根据实际情况选择监测项目及监测部分的一次设备和二次仪表，列出相应设备的型号、量程和精度等级。
提示：
（1）水力监测系统一般设置以下五个监测部分。
1）上、下游水位测量
2）拦污栅压差测量
3）机组流量测量（必要时）
4）净水头测量
5）流道各断面压力和真空值测量
（2）目前国内一些高等学校和科研机构已经研制出并经实际运行考验性能良好的综合测量仪，能集中测量和显示上述以及其它项目（如效率、出力、电量、水量、振动、摆度等）的水力和经济参数,设计时可根据电站自动化水平、经济运行和科研需要等具体情况考虑采用。
5.7机械修理设备
提示：
一般按水电部1975年颁布的《水电站机械修理设备配置标准（试行）》配置机修设备。
也可根据业主要求和实际情况配置。
6采暖通风与空调
提示：
主要选定主、副厂房采暖通风与空调系统的设计方案和设备，并绘制电站采暖通风与空调系统图。
6.1主厂房采暖通风与空调
提示：
（1）河床式水电站厂房一般为地面式厂房，特别是对灯泡贯流式机组，由于主要发热设备发电机置于流道中被水包围，其热量不散发至厂房内。
主厂房热负荷主要来自太阳辐射热，故一般采用自然通风方式。
（2）当河床式水电站下游水位高,且变幅大，如下游挡水墙与厂房下游墙合二为一，则一般采用机械通风为主，辅以自然通风方式。
（3）如电站所在地区夏季气温高，一般考虑空调；如电站所在地区冬季气温低，还应设置采暖设备。
（4）为节省投资和解决值班人员工作条件，可只在运行层单独设置带空调的值班室。
（5）水轮机廊道层（或蜗壳层和水轮机层）的通风按排除余湿计算,一般设置机械排风。
列出主厂房采暖通风与空调设备型号与主要参数。
6.2副厂房采暖通风与空调
（1）计算机房、中控室、通信载波室和重要办公用房采暖通风与空调。
提示：
（1）计算机房由于温、湿度和清洁度要求高，故一般设置空调，且通风、空调设备应考虑40%的备用量。
（2）中控室、通信载波室和重要办公用房的通风、空调方式，通常在夏季室外空气计算温度小于29℃时采用自然通风；温度为29℃～32℃时可采用机械通风；当温度大于32℃时,宜采用带有空气处理设施的机械通风。
（3）上述各设备室的采暖，一般采用与夏季通风相结合的电热采暖装置或电辐射板采暖。
（2）电气设备与辅助机械室的通风采暖。
提示：
（1）各设备室通风方式除蓄电池室为机械送、排风外,其余一般采用自然进风、机械排风方式。
各设备室通风量与设备配置见表3。
（2）蓄电池室、油库、油处理室和油化验室的采暖，一般设置与通风系统相结合的电热风采暖,其他生产附属房间一般不考虑采暖，如有必要，可选用电辐射板或电炉采暖。
（3）南方气温较高的电站一般不需要采暖。
各辅助设备室通风量与风机配置见表3。
表3各辅助设备室通风量与风机配置表
设备室名称
计算通风量m3/s
风机型号
台数台
单机风量m3/h
单机风压
kPa
备注
厂用变室
按排除室内余热计算
开关室
按换气8次/h计算
配电装置室
按换气8次/h计算
电缆道
按换气8次/h计算
母线道
按散热量计算蓄电
蓄电
池室
进风
按换气8次/h计算
排风
按换气10次/h计算
油罐室
按换气3次/h计算
油处理室
按换气6次/h计算
压气机室
按排除余热计算
水泵室
按排除余热余湿计算，取大值
提示：
表中蓄电池室的蓄电池考虑为防酸隔爆型，如为敞开式蓄电池时，则换气次数为：
进风12次/h，排风14次/h。
7厂房及水力机械主要设备布置
提示：
根据水轮发电机组及其附属设备的尺寸及布置，考虑设备进厂、安装、运行与检修的要求及枢纽布置等,确定厂房布置形式、机组段长度、厂房各控制尺寸和各层高程、安装场位置和面积等,同时确定各主要设备的布置，使其便于操作和管理，且经济美观。
注意考虑相关专业和消防、采暖通风与空调等的要求。
8应提交的设计成果
8.1初步设计报告
应按部颁DL5021-93和SL/T179-96的要求进行编制。
提示：
（1）初设报告应有分析、有论证、有方案比较图表，并有明确的结论和意见，对需进一步论证的遗留问题应有说明。
（2）文字简明扼要和清晰。
（3）初设报告应附有推荐方案的水力机械及采暖
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