水电站课程设计水电站厂房及吊车梁设计.docx

1、水电站课程设计水电站厂房及吊车梁设计前言 1第一部分水电站厂房 2、设计资料 2二、 水轮机选型 22.1水轮机型号选择 22.2水轮机参数计算 2三、 水轮机蜗壳设计 133.1蜗壳形式的选择 133.2断面形状及包角的选择 133.3进口断面面积及尺寸的确定 13四、 尾水管设计 154.1尾水管的形式 154.2弯肘型尾水管主要尺寸的确定 15五、 发电机外形尺寸 175.1发电机型式的选择 175.2水轮发电机的结构尺寸 17六、 厂房尺寸确定 196.1主厂房长度的确定 196.2主厂房的宽度 206.3主厂房各层高程的确定 21第二部分吊车梁设计 24七、 吊车梁截面形式 24八、

2、 吊车梁荷载计算 258.1均布恒荷载q 258.2垂直最大轮压 25九、 吊车梁内力计算 259.1弯矩计算 2592剪力计算 26十、吊车梁正截面及斜截面抗剪强度计算 2710.1吊车梁正截面承载力计算 2710.2斜截面抗剪强度计算 29十一、挠度计算 30十二、裂缝宽度验算 31结语 32参考文献 33前言本课程设计主要是水利水电枢纽工程中水电站厂房设计的部分工作。设计目 的在于培养学生正确的设讣思想，理论联系实际工作的工作作风，严肃认真、实 事求是的科学态度和勇于探索的创新精神。培养学生综合运用所学水电站知识, 分析和解决水电工程技术问题的能力；通过课程设计实践训练并提高学生解决水

3、利水电工程实际问题的能力。进一步巩固和加深厂房部分的理论知识，培养学生 独立思考、分析问题及运用理论知识解决实际问题的能力，提高学主制图、使用 现行规范、查阅技术资料、使用技术资料的能力以及编写设讣说明书的能力。根据已有的原始资料和设计要求进行设计，主要内容有：水电站总体布置、 水轮机型号的选择以及水轮机特性曲线的绘制、蜗壳尺寸的确定、绘制蜗壳平面 和断面单线图、尾水管尺寸的确定及草图、水电站厂房尺寸的确定以及吊车梁内 力讣算和吊车梁配筋讣算等，并根据要求绘制相应的平面布置图和剖面图。如不慎侵犯了你的权益请联系我们告知第一部分水电站厂房一、设计资料资料：某水利枢纽工程，具有防洪、灌溉、发电、养

4、殖、旅游等功能。水电 站厂房为坝后式，通过水能计算该水电站装机容量为25Mw,厂房所在处平均地 面高程440. 60m1.水位经多水位方案比较，最终采用正常蓄水位为:470.00 m,死水位为:459.00m,距厂房下游100 m处下游水位流量关系见下表：下游水位流最关刁継线流量m*s5.610.615.620.630.640.660.680.6水位m430.8430.95431.06431.16431.35431.5431.75431.952机组供水方式：采用单元供水3.水头该水电站水头范=39. 00m, Hmin=28. 00m,加权平均水头Ha=33. 00m二、水轮机选型2.1水轮机

5、型号选择水轮机型号的选择中起主要作用的是水头，本电站工作水头范围为 28. 00m39. 00m,根据水头范围从水轮机系列型谱中查得轴流式ZZ440型适应水 头20m36m,混流式HL240型适应水头2545m两种型座位备选方案。经方案比 较后确定水轮机型号。2. 2水轮机参数计算2. 2.1 HL240型水轮机方案主要参数选择(两台机组)HL240水轮机水头范围2345, HL240水轮机模型参数，见下表2-1勰型号实验水头H(m)1D (mm)輸 nio(“min)mu况下解 騎量 Qio(L/s)就就下的 孵q W)限制血单 MtQM/s)效率咖HL2404460721100921240

6、90.41.转轮直径的计算根据水轮机型号HL240查上表得HL240型水轮机在限制工况下的单位流量 Q；m二l24n?/s,效率t/m=90.4%,由此可以初步假定原水轮机的单位流量= Q；m二1. 241117s,效率水轮机额定水头4= % 三J 9.81X7JXQ(H2式中：D水轮机标称直径Q；水轮机单位流量查得Q；二1240L/S二1. 24加、心Hr设计水头，对于坝后式水电站Hr= (0.90.95)弘，取Hr=Q. 95Ha = 0.95 X33. 0=31. 35m3水轮机额定出力，山发电机的额定处理求得，对于中小型水电站砌二0.920. 95, Pr=Pe/tg=2o000/2/

7、0. 95=13158kW代入式中得= - =I 皿8 二二2. 59m,根据上式计J9.81xr/XQ；XH2 N 9.81X0.92X1.24X31.352算出的转轮直径259cm,查表312水轮机转轮标称直径系列，选用相近而偏大 的标准直径：D1=275cm2.转速计算式中皿一一单位转速采用最优单位转速龙=72r/minH采用设计水头33. 00mD：采用选用的标准直径D产2. 75m山额定转速系列表3-13查的相近而偏大的转速n=150r/min3.效率及单位参数修正(1)效率修正。查表39可得HL240型水轮机在最优工况下的模型最高效 率riMmaX= 0%,模型转轮直径De二46c

8、m,则原型水轮机最高效率式中:匂为考虑到原型与模型水轮机工艺水平影响的效率修正值，取S =1%2%；习为考虑到原型与模型水轮机异性部件影响的效率修正值，取2 =瑰3%,本列题中因原型与模型水轮机异性部件基本相似，故认为2=0o 限制工况下的原型水轮机效率：n = M二0. 904+0. 014=0. 918可见，与计算转轮直径时所假定的原型水轮机在限制工况下的效率相符。说 明所选的久适合。(2)单位转速修正。单位转速修正计算公示如下式中：加。为原型水轮机最优单位转速，r/min：加。旳为模型水轮机最优单位 转速，r/min： TMmax为最优工况下的模型水轮机的效率，查表得TMmax=92%；

9、 rmax 为最优工况下的原型水轮机的效率，rmaxMmax二0.92+0.014=0. 934由上两式得弊=（匡匚石=（叵E 1）=0. 87%n10M yj HMmax y 092 J因An；0. 03n；OM时，可不必进行修正。故计算的n值适合。单位流量也不 加修饰。4.工作范围检验在水轮机的直径和转速选定之后，还需要在模型综合特性曲线图上绘出水轮 机的相似丄作范围并检验该丄作范围是否包括了高效率区，以论证所选定的直径 和转速的合理性。（1）按水轮机的额定水头和选定的直径久计算水轮机以额定出力工作时 的最大单位流量QlmaxoIII水轮机的额定出力几的表达式二 9.8109孑厲.、/77

10、刁皿;J环 81X2.X31.35XV-31.35XO.918=1- 1O13A n是满意的。图2-1 HL240水轮机模型综合特性曲线及工作范围检验（两台机组）5确定吸出高度由设计工况参数:nrlmax 7-73. 67r/min, Q；wax=1101L/s,查图 3-21得o二0197,在空化系数修正曲线中查得Ao二0. 035o则吸岀高度为说明HL240水轮机方案的吸岀高度满足电站要求。2. 2. 2轴流转桨ZZ440水轮机主要参数的计算（两台水轮机） 1转轮直径Di的计算山于轴流式水轮机的限制工况山空蚀条件决定，为防止开挖过大，水电站常 采用限制水轮机吸出高度的办法反推Q；和6根据水

11、轮机型号ZZ440查表3-10得在限制工况下的单位流量Q；二1. 65m3/s,空蚀系数0=0. 72.在空蚀系数修正曲线图2-28查的Aa=0. 04o在允许的吸出高度比二-4m时，其相应的空蚀系数为a J 角 f = 1Q-J + 4- o.O35 = 0.396 -4.0m 900故满足电站要求。2.2. 3 HL240型水轮机与ZZ440型水轮机两种方案的比较经过上述讣算，两方案的相关参数如下表水轮机方案参数对比表序号项目HL240ZZ4401型轮数 模转参推荐使用的水头范围H (m)25 4520 362最优单位转速Mo (r/min)721153最优单位流量Go (L/s)1100

12、8004最高效率加皿“備)92895空化系数。0. 1950. 046原型 水轮机参数工作水头范围H (m)28 3928 397转轮直径久(m)2. 752. 758转速1502509最咼效率耳max(%)91.891.410额定出力P (kW)131581315811最大引用流量Q(m3/s)46. 6247. 8512吸出高度Hs(m)2. 30-3.66由上表可以看出，两种机型方案的水轮机标称直径均为2.75m。HL240型方 案的工作范围包含了更多的高效率区域，运行效率高，空化系数较小，安装高程 也高，对提高年发电量和减小厂房开挖量有利。ZZ440型方案的转速高，可减小 发电机尺寸。

13、但山于该机型水轮机及其调速系统复杂，所以总体造价较高。综合 考虑，本电站选择HL240型方案更为合理。2. 2.4 HL240型水轮机四台机组方案主要参数选择1.选择转轮标称直径Di由资料可知该水电站装机容量为25MW,选择四台机组，则单机装机容量为 6.25MW。山此可得该水轮机的额定功率根据水轮机型号HL240查上表得HL240型水轮机在限制丄况下的单位流量Q；M=1.24m7s,效率t/m二90.4%,山此可以初步假定原水轮机的单位流量Q；=Q二124m7s,效率二92%.水轮机额定水头二0 93Hq二0. 95x33. 0=31. 35m式中：Di水轮机标称直径Q；水轮机单位流量查得Q

14、；二1240L/S二124”儿Hr设计水头 Hr =31. 35m几一水轮机额定出力，由发电机的额定处理求得，对于中小型水电站偏二0.920. 95凡二4/術二25000/4/0. 95=6579kW的转轮直径183cm,查表312水轮机转轮标称直径系列，选用相近而偏大的标 准直径6二200cm2.二沁更二206. 8r/min转速计算Dx 200式中加一一单位转速采用最优单位转速时=72r/minH采用设计水头33. 00m采用选用的标准直径Df2. 00m山额定转速系列表3-13查的相近而偏大的转速n二214. 3r/min3.效率及单位参数修正(1)效率修正。查表39可得HL240型水轮

15、机在最优工况下的模型最高效率加皿“二92. 0%,模型转轮直径D1M=46c叫则原型水轮机最高效率如不慎侵犯了你的权益，请联系我们告知!rimaX = 1- 1 - rMmax)Jl-d-O. 92)詹0. 940效率修正值Aq = r)max - rMmax 一 s - 勺二0. 944-0. 92-0. 01=0. 01式中：可为考虑到原型与模型水轮机工艺水平影响的效率修正值，取匂=1%2%;习为考虑到原型与模型水轮机异性部件影响的效率修正值，取 s2 =1%3孰本列题中因原型与模型水轮机异性部件基本相似，故认为习二。 限制工况下的原型水轮机效率：T = z/m + A?=0. 904+0

16、. 01=0. 914可见，与计算转轮直径时所假定的原型水轮机在限制工况下的效率相符。说明所 选的6适合。(2)单位转速修正。单位转速修正计算公示如下10 -10 M y/lmax/Mmax式中：加。为原型水轮机最优单位转速，r/min；砒为模型水轮机最优单位 转速，r/min： rMmax为最优工况下的模型水轮机的效率，查表得T)Mmax=92%, rmax 为最优工况下的原型水轮机的效率，利Mma/Aq =0. 92+0. 010=0. 930由上两式得Z I 77 / 10.930 =(丄凹-1) = 1 二0 54%nioM y Mmax y 0.92 J因An；0. 03n；OM时，

17、可不必进行修正。故计算的n值适合。单位流量也不 加修饰。4.工作范围检验在水轮机的直径和转速选定之后，还需要在模型综合特性曲线图上绘出水轮 机的相似丄作范围并检验该丄作范围是否包括了高效率区，以论证所选定的直径 和转速的合理性。(1)按水轮机的额定水头弘和选定的直径久计算水轮机以额定出力工作时的最大单位流量山水轮机的额定出力几的表达式E二9. 阿m导出最大单位流量计算式ni Pr 二 6579 lmax 9.81DHr/777 9.81X2.02X31.35X31.35X0.914=1. 045m3/s-4 0m说明HL240水轮机四台方案的吸出高度满足电站要求。通过比较发现，在转轮直径相同，

18、吸出高度相同的条件下，HL240型两台机 组方案的工作范围包含了更多的高效率区域，运行效率高。因此此电站选择 HL240两台机组的方案。三、水轮机蜗壳设计3.1蜗壳形式的选择蜗壳形式有金属蜗壳和混凝土蜗壳，金属蜗壳适用于水头大于40m或小型卧 式机组，混凝土蜗壳适用于水头小于40m,金属蜗壳适用于水头大于40m的水电 站。因为本次课设水电站的水头范RI 28. 0039. 00m,水头运行范圉大，最大水 头接近40m水头，所以本设计采用了金属蜗壳。3.2断面形状及包角的选择从蜗壳的鼻端至蜗壳进口断面之间的夹角称为蜗壳包角，常用00来表示,对 于金属蜗壳由于流量较小，流速较大，通常采用包角为27

19、0345。,且金属蜗 壳通常采用的蜗壳包角为345。,故本设计选择345。包角。3. 3进口断面面积及尺寸的确定1座环尺寸:座环固定导叶内径相对值:式中：久为水轮机的标称直径,Di=2. 75m3. 2m；故Q二1 64 X 2. 75=4. 51m, Db=l. 37X2. 75=3. 77m 2.任意断面i的断面尺寸:断面半径: = raPt断面中心距:断面外半径：Rt = ra + 2pt则第i+1断面的包角为(Pi+、= (Pi 卜(p, (i = 0,1,2,3 )式中：40为包角增量，一般取L(p= 15 或30 蜗壳进口断面平均流速：Vq = K环 Hr =31. 35m,根据图2-6,查得心二0.9,则Vo=0. 9XxM35=5. 04m/s典型断面计算表：如下3 二0. 928X2. 75=2. 552mh D、二0. 054/?二0 054X2. 75=0. 1485mhJD、=0. 16/?2=0. 16X2. 75=0. 44mhjD、=0. 593hi =0. 593X2. 75=1. 631m3.尾