1．课程设计目的水电站厂房课程设计是《水电站》课程的重要教学环节之一，通过水电站厂 房设计可以进一步巩固和加深厂房部分的理论知识，培养学生运用理论知识解决 实际问题的能力，提高学生制图和使用技术资料的能力为今后从事水电站厂房 设计打下基础2．课程设计题目描述和要求2.1 工程基本概况本电站是一座引水式径流开发的水电站拦河坝的坝型为 5.5 米高的砌石滚水坝，在河流右岸开挖一条356 米长的引 水渠道，获得平均静水头57.0米，最小水头50m,最大水头65m电站设计引用 流量7 . 2立方米每秒，渠道采用梯形断面，边坡为1：1 ，底宽3 . 5米，水深1 . 8 米，纵坡 1：2500，糙率 0.275，渠内流速按 0.755 米每秒设计，渠道超高 0.5 米在渠末建一压力前池，按地形和地质条件，将前池布置成略呈曲线形池底 纵坡为1：10通过计算得压力前池有效容积约320立方米大约可以满足一台 机组启动运行三分钟以上，压力前池内设有工作闸门、拦污栅、沉砂池和溢水堰 等本电站采用两根直径1.2米的主压力钢管，钢管由压力前池引出直至下镇墩 各长约110米，在厂房前的下镇墩内经分叉引入四台机组，支管直径经计算采用 直径0. 9米。
钢管露天敷设，支墩采用混凝土支墩支承包角120度，电站厂房 采用地面式厂房2.2设计条件及数据1. 厂区地形和地质条件：水电站厂址及附近经地质工作后，认为山坡坡度约30度左右，下部较缓 沿山坡为坡积粘土和崩积滚石覆盖，厚度约1.5米并夹有风化未透的碎块石， 山脚可能较厚，估计深度约2〜2.5米以下为强风化和半风化石英班岩，厂房 基础开挖至设计高程可能有弱风化岩石，作为小型水电站的厂址地质条件还是可 以的2. 水电站尾水位：厂址一般水位 12.0 米厂址调查洪水痕迹水位18.42米3. 对外交通：厂房主要对外交通道为河流右岸的简易公路，然后进入国家主要交通道4. 地震烈度：本地区地震烈度为六度，故设计时不考虑地震影响2.3课程设计成果要求厂房布置设计的内容为：根据给定的原始资料及机电设备，选择水轮机型号 决定厂房的型式及其在枢纽中的位置，进行厂区和厂房内部的布置，决定厂房的 轮廓尺寸；计算管壁厚度并进行管壁应力分析完成厂区布置及主、副厂房布置得设计;编写设计计算说明书3．课程设计报告内容3.1 水轮机型号选择根据该水电站的水头：平均静水头 57.0 米、最小水头50 米、最大水头 65米。
水头作用范围50〜65m，在水轮机系列型谱表3-3,表3-4中查出合适的 机型有HL230和HL220两种，现将两种水轮机作为初选方案，分别求出其有关 参数，并进行比较分析表 3-1 大中型混流式转轮参数（暂行系列型谱）适用水头范 转轮型号围使用型号旧型号<30HL310HL365, Q25-45HL240HL12335-65HL230HL263, H250-85HL220HL7023.2 HL220 型水轮机的主要参数选择1.转轮直径D的计算1通过查《水电站》表 3-6 可得 HL220 型水轮机在限制工况下的单位流量Q'二1150Ls二1.15m3；s，效率耳=89%，由此可初步假定原型水轮机在该工 1M M况下的单位流量Q'二Q'二1150Ls二1.15m3■■'s，效率耳=89.15%，即假设1 1MAm = 0.15%，耳=Aq+耳 =89% + 0.15% = 89.15%M上述的 Q'、q 和 N = 845KW、H = 57.0m 代入1 r rD = Nr = 殛 =0.442m1 9.81Q;H JH q 9.81 x 1.15 x 57 x.57 x 0.8915253035404250607180841001201401601802002252502753003303804104505005506006507007508008509009501000查表3-2选用与之接近而偏大的标称直径D = 0.5m。
12. 转速 n 的计算查《 水电 站》 表 3-4 可得 HL220 型水 轮 机在最 优工 况下单位 转速n' = 70rmin 初步假定 n' = n' = 91% ,将已知的 n'和 H = 57.0m ,10 M ' 10 10 M 10 avD = 0.5m代入1n'VH 70xj57 10570 丿-n = —1 = = 1057.0 r mm，D 0.51表3-3磁极对数P同步转速n（r/min）磁极对数P同步转速n（r/min）磁极对数P同步转速n（r/min）10007501618187.5166.7343688.283.3磁极对数与同步转速关系600201503879101214428.6375333.3300250214.3222426283032136.4125115.4107.110093.840424648507571.468.262.560通过查表 3-3 磁极对数与同步转速关系，选取与之接近的同步转速：n 二 1000r /min3. 效率及单位参数修正查《水电站》表 3-6 可得 HL220 型水轮机在最优工况下的模型最高效率为耳 =91.0%，模型转轮直径为D = 0.46m，得原型效率:Mmax 1M=91.15%D 0.46n = 1 - (1 -n )5 严=1 - (1 - 0.91片-max Mmax 5 D 0.5“ 1效率修正值An =n -n = 91.15%-9i.o% = 0.15%，由此可得原型水轮max Mmax机在最优工况和限制工况下的效率为:n 二耳 +Aq 二 91.0% + 0.15% 二 91.15%max Mmaxn=n +An= 89% + 0.15% = 89.15% （与假定值相同）M单位转速的修正值按下式计算An '二 n' Q -1)1 10M max M maxAn' ( | max M max则—U 二 n n -17= ■0.91150.91 -1 二 0.0008 < 0.03,按规定单位转 n ' * max M max *10M速可不加修正，同时，单位流量Q'也可不加修正。
1由上可知，原假定的n = 91%、Q'二q，、n'二n‘是正确的，那么上述1 1M 10 10 M计算及选用的结果D = 0.5m、n = 1000r；min也是正确的4. 工作范围的检验在选定D = 0.5m、n二1000r min后，水轮机的Q'及各特征水头相对应 1 1m ax的n'即可计算出来水轮机在H、N下工作时，其Q'即为Q'，故Q1'max1maxN r .9.81D 2H -H n1 r、 r1 r r 1 1 max=0.898 <1.15 m3 / s，9.81 x 0.52 x 57 x^57 x 0.8915此值与原选用的Q '=1.15m3 /s相比，符合“接近而不超过”原则，说明所1选的D］是合适的则最大引用流量为：Q = Q' D 2 H = 0.898 x 0.52 x 丙=1.695m3 / smax 1 max 1 r与特征水头H 、 H 、 H相对应的单位转速为：max min rnDn' 二1min ，- HmaxnDn' 二 — 1max v H" min1000x0.5■；651000 x 0.5<50二 62.02r / min二 70.71r /minn'1rnDTHr1000x0.5=66.23r / min在HL220型水轮机模型综合特性曲线图上分别绘出Q'二0.898m3's，1maxn' = 70.71r/min和n' = 62.02r /min的直线，得这三根线所围成的水轮机工1max 1 min作范围基本上包含了该特性曲线的高效率区。
所以对于HL220型水轮机方案， 所选定的参数D = 0.5m和n二1000r / min是合理的15.吸出高度Hs的确定查《小型水电站》中册，水轮机部分，天津大学主编， P812-813 表 2-3 和P840图2-24得气蚀系数0.133（限制工况），气蚀系数修正值△0.022（当 HP=57.0米时），由此可求出水轮机的吸出高度为：H = 10- — -（a = 10 -旦-（0.13 + 0.022）x 57 = 1.154ms 900 900可见，HL220型水轮机方案的吸出高度满足电站要求3.3 HL230 型水轮机的主要参数选择1.转轮直径D的计算1通过查《水电站》表 3-6 可得 HL230 型水轮机在限制工况下的单位流量Q' = 1110Ls = 1.11 m3's，效率耳=85.2%，由此可初步假定原型水轮机在该 1M M工况下的单位流量Q' = Q' = 1110Ls = 1.11 m3：s，效率n = 85.59%，即假设1 1MAn = 0.39%，n = An +n = 85.2% + 0.39% = 85.59%M上述的 Q'、n 和 N = 845KW、H = 57.0m 代入1 r r845N iD = . r_= = 0.451m1 9.81Q'H X, H n 9.81 x 1.15 x 57 x .57 x 0.8559查表3-2选用与之接近而偏大的标称直径D = 0.5m。
12. 转速 n 的计算查《水电站》表 3-4 可得 HL230 型水轮机在最优工况下单位转速n' = 71 r;min 初步假定 n' = n' = 90.7%，将已知的 n'和 H = 57.0m，10 M 10 10 M 10 avD = 0.5m代入1=1072.08 r min，n 'JH 71 x.37n =—、 =D 0.51通过查表 3-2 磁极对数与同步转速关系表，选取与之接近的同步转速：n =1000r/min3. 效率及单位参数修正查《水电站》表 3-6 可得 HL230 型水轮机在最优工况下的模型最高效率为耳 二90.7%，模型转轮直径为D = 0.404m，得原型效率:Mmax 1MiD 10 404耳=1 - (1 -n )J —1M = 1 — (1 — 0.907)5 = 91.09%max Mmax l： — 0.5V 1效率修正值An =n -n 二91.09% -90.7%二0.39% ,由此可得原型水轮max Mmax机在最优工况和限制工况下的效率为:n 二n +An 二 90.7% + 0.39% 二 91.09%max Mmaxn=n +An= 85.2% + 0.39% = 85.59% （与假定值相同）MAn'二 n' ( n n -1)1 10M ' max M maxAn'(则一二 n n n' max * M max10M单位转速的修正值按下式计算-1)= *0.9109.. 0.907 -1 二 0.0021 < 0.03，按规定单位转速可不加修正，同时，单位流量Q'也可不加修正。
1由上可知，原假定的n = 91%、Q'二Q 、n'二n‘是正确的，那么上述1 1M 10 10 M计算及选用的结果—=0.5m、n = 1000r min也是正确的4. 工作范围的检验在选定—=0.5m、n = 1000r min后，水轮机的Q'及各特征水头相对应 1 1m ax的n'即可计算出来水轮机在H、N下工作时，其Q'即为Q'，故Q1'max1maxN r .9.81— 2H -H n1 八 r1 r r 1 1 max=0.935 <1.15 m3 /s，9.81 x 0.52 x 57 x *57 x 0.8559此值与原选用的Q '=1.15m3/s相比，符合“接近而不超过”原则，说明所1选的D］是合适的则最大引用流量为:Q = Q' — 2 H = 0.935 x 0.52 57 = 1.765m3 / smax 1 max 1 r与特征水头H 、H 、H相对应的单位转速为：max min rn'1min1000 X 0.5n'1maxn'1rnDnD<，H .minnDv651000 X 0.5v501000X0.5<57二 62.02r / min二 70.71r/min二 66.23r / min在HL230型水轮机模型综合特性曲线图上分别绘出Q'二0.935m3fs ,1maxn' =70.71r/min和n' = 62.02r/min的直线，得这三根线所围成的水轮机工1max 1 min作范围基本上包含了该特性曲线的高效率区。
所以对于HL230型水轮机方案，所选定的参数D = 0.5m和n二1000r/min是合理的15.吸出高度Hs的确定查《小型水电站》中册，水轮机部分，天津大学主编， P812-813 表 2-3 和P840图2-24得气蚀系数0.17邙限制工况)，气蚀系数修正值人0.022 (当H = 57.0m时)，由此可求出水轮机的吸出高度为：PH = 10 — A — G+Ad)H = 10 -巴-(0.17 + 0.022)x 57 = —0.955m s 900 900可见，HL230型水轮机方案的吸出高度满足电站要求3.4 HL220型与HL230型水轮机的比较分析为了便于比较分析，现将这两种方案的有关参数列表如下： 表 3-4 HL220 型与 HL230 型水轮机参数对照表序号项目HL220HL230推荐使用的水头范围(m)50—8535—65最优单位转速n；0 (r/min)70.071.0模型转轮参数最优单位流量Q ( m3 /s )101000913最高效率耳 (％)Mm ax91.090.7气蚀系数0.1330.17原型转轮参数转轮直径D1 (m)转速 n (r/min)0.50.5100010008最咼效率耳 (％)max91.1591.099额定出力Nr (kW)84584510最大引用流量Q ( m3/s )max1.6951.76511吸出高度Hs (m)1.154-0.955由表3-4可见，两种机型方案的水轮机转轮直径D］相冋，均为0.5m,。
但HL220 型水轮机方案的工作范围包含了较多的高效率区域，运行效率较高，气蚀 系数较小，安装高程较高，有利于提高年发电量和减小电站厂房的开挖量故选 择 HL220 型水轮机方案，即：选定水轮的型号为 HL220—WJ —50其主要参数如下：台数：四台；重量：7000Kg；型号： HL702(220)—WJ—50；参考价格： 22000 元/台；额定转速：n = 1000r/min设计水头： 打=57.0m设计流量：Q二1.8m3 / sP额定出力：N=845KW；3.5 水轮机装置方式的选择在大中型水电站中，其水轮发电机组的尺寸一般较大，安装高程也较低，因 此其装置方式多采用竖轴式，机水轮机轴和发电机轴在同一铅垂线上，并通过法 兰盘联接这样使发电机的安装高程较高不易受潮，机组的传动效率较高，而且 水电站厂房的面积较小，设备布置较方便对机组转轮的直径小于1m、吸出高度H为正值的水轮机，常采用卧轴装s 置，以降低厂房高度而且卧式机组的安装、检修及运行维护也方便由上述水 轮机的参数计算以及水电站的类型可以确定水轮机装置方式采用卧轴式 3.6调速器及油压装置的选择调速器一般由调速柜、接力器、油压装置三部分组成。
中小型调速器的调速 柜、接力器和油压装置组合在一起，称为组合式；大型调速器分开设置，称为分 离式中小型调速器是根据计算水轮机所需的调速功 A 查调速器系列型谱表来 选择的反击式水轮机的调速功A (N・m)的经验公式：A 二(200 〜250)Q\：'H D 二 225 x 1.33 "57 x 0.5 沁 2036(N • m)" max 1Q 为最大水头下额定出力时的流量为Q = N = 845 =1.33 m3/s9.81H 9.81 x 65max故本设计选用中小型调速器，油压装置与调速器组合在一起，根据调速器系列型谱表选用自动调速器，型号为 XT—3003.7主厂房各层高程和主要尺寸的确定 3.7.1 水轮机安装高程 Zs确定设计尾水位的水轮机过流量,查《水电站》表2-5 得：电站装机台数为4 台水轮机的过流量为 1 台水轮机的额定流量吸出高度：H < 10 - V -G + Ab)Hs 900 m已知：b =0.133,Ab =0.022,, H=57m, V ——尾水位 12m mwH < 10 -旦-(0.133 + 0.022)x 57 = 1.15ms 900对应卧轴反击式水轮机：Z 二 V + H -D /2 二 12 +1.15 -0.5/2 二 12.9ms w S 13.7.2 水轮机的地面高程由水轮机的布置方式可以知主机房地面高程为12.3m,即水轮机的地面高程 为 12.3m。
3.7.3 尾水管底板高程和出口高程由水轮机发电机组横剖面图A—A得尾水管高度为3.70m，尾水管出口距离 尾水室地板高度为0.75m，所以尾水管地板高程为尾水管底板高程=Z — h — h 二 12.9 — 3.70 — 0.75 二 8.45ms12尾水管出口高程=Z - h 二 12.9 - 3.70 二 9.2ms1h ——尾水管高度， m ；h ——尾水管出口距离尾水室地板高度， m '1 23.7.4 厂房基础开挖高程根据尾水管底板高程8.45m,底板混凝土厚度取1.0m，则厂房基础开挖高程 为 7.45m3.7.5 蝶阀坑高度和宽度查《小型水电站》中册，对于卧式机组不必设置贯通全厂的主阀廊道，单个 设置主阀坑即可主阀坑应便于主阀的安装、检修和操作,操作主阀一侧的空间 应不小于lm,对于侧主阀外廓与坑壁的距离不小于0.8m厂内有吊车时，应将 主阀布置在吊车工作范围之内蝴蝶阀参数：©0.8m手电动操作；重 量：阀体 340Kg；活 门： 277Kg；启闭方式：电动操作；主要尺寸：a=1730mm； b=880mm； c=350mm； d=850mm； e=470mm图 3-1 立式蝴蝶阀外形示意图所以，蝶阀坑宽度=d+1000+800=2650mm=2.65m蝶阀坑高度=a 1000=1730+1000=2730mm=2.73m3.7.6 尾水室的尺寸图 3-2 弯锥形尾水管尾水室尺寸由图 3-2 所示：D = D +(0.5 - 1)cm31L =(3~4)D30 = 12o 〜14oh 二(1.1 ~ 1.5)D3c 二 0.85D3b 二(1.0 ~ 1.2) D3V5 = (0.235 〜0.7)、H，经济流速取 1 m s。
根据水轮发电机组剖面图A-A、B-B，已知D二0.5m , L=3.7m, h=0.75m；3求出c=0.425, b=0.51，所以尾水室的宽度为B=0.51+0.51+1.08=2.1m该水电站的设计引水流量7.2立方米每秒，并且由于有4个水轮机所以，尾水室的流量Q 1 8Q = 724 = 1.8m3；s，经济流速V 二 1m/s，A = 一 = 1.8m2 = bh，h = = 0.86mV 2.1所以该尾水室的宽度取2.0m，高度取1.5m3.7.7 尾水渠的尺寸尾水渠的流量一 =724 = 1.8m3fs，经济流速V = 1.5m/s，A = 一 = 1.2m2，A 1.2h = - = = 0.57m所以该尾水渠的宽度取2.0m，高度取1.5mb 2.13.7.8 吊车轨顶高程 吊车轨顶高程=发电机层地面高程+发电机层楼板至吊车轨顶高度 发电机层楼板至吊车轨顶高度，根据吊车吊运最长部件的方式，外形尺寸及安全距离确定，厂房内最长吊运部件为尾水管，高度为 3.7m对于卧式水轮机吊车轨顶高程▽:V = Z + h + h + h + h + h s 3 4 5 6 7h ——为机组部件外露高度取 1.5m3h ――为吊运部件与固定的机组或设备间的垂直净距；水平净距0.3m，垂4直净距0.6m〜1.0m。
取0.8m，h ——最大吊运部件的高度取尾水管的高度为2.1m5h 吊运部件与吊钩之间的距离（一般在1.0〜1.5m左右）取1.2m6h ――主钩最高位置（上极限位置）至轨顶面高程，已知吊车梁采用柳州起 7重工具厂的，跨度为11m，对应的吊钩极限位置为0.98m,取1m即吊车轨顶高程=12.9+1+0.8+2.1+1.2+1=19m，如图 3-3图 3-3 吊装过程各部分尺寸示意图3.7.9厂房天花板高程和厂房顶高程 为了检修吊车和布置灯具，需在小车顶端到厂房天花板或屋顶大梁底面之 间，留出至少0.3m的安全高度吊车在轨顶以上的高度由吊车规格决定天花板高度=吊车轨顶高程+吊车在轨顶以上的高度+安全超高 综合考虑，厂房天花板高程定为 20.5m3.8主厂房的长度和宽度3.8.1机组间距Lc机组的布置方式：机组的布置方式对确定厂房轮廓尺寸有较大的影响其布 置方式有纵向布置、横向布置和斜向布置三种本设计厂房中的机组布置采用横 向布置，机组等距离布置卧式机组厂房尺寸的原则有：1、 机组间距应满足两点：发电机转子安装、检修时能抽出和套入；设备外廓之 间的距离，一般为 2m 左右靠机组设备外端与侧墙的距离，同样满足上述要求。
2、 电气屏柜与设备之间的距离，对于有吊车的厂房，一般不宜小于1.5m控制 屏、动力屏后端离墙应有0.8〜1.0m的距离3、 当厂内设有主阀时，应设主阀坑，上下游侧与压力钢管连接的法兰面与墙的 距离，一般不应小于 300 毫米4、 安装间的面积，应满足一台机组扩大性检修的需要，一般可取为一个机组段 长度的1 . 0〜 1 . 3倍，视机组容量和台数而定5、 当厂内设有吊车时，确定厂房宽度应考虑到吊车的标准跨度要求根据以上原则确定：机组间距L取6mc3.8.2边机组段长度与安装间相邻的边机组长度，必须满足发电机层设备布置要求，下部块体结 构尺寸应考虑蜗壳外围或尾水管边墙的混凝土厚度0.8m以上，而与安装间相对 一端边机组段长度，除满足设备布置外，为了保证边机组在吊桥工作范围以内， 则L > J + x，其中J为吊桥主钩至桥吊外侧的距离，x为吊车梁末端挡车板的1长度，x 一般为0.4〜0.9m由此取边机距离墙壁的长度L =4.5m，L =5.5m123.8.3 安装间的长度安装间的长度当机组台数不超过4〜6台时，可按检修一台机组时能放置四大 部件并留有做够的工作通道来确定初步设计时，可采用 L =(1.0〜1.5) L ，故 ac 取安装间的长度为8m。
3.8.4主厂房的总长度当n、 L、L、L、L确定后，则主厂房的总长度为：c 1 2 aL = (n — 1) L + L + L + L = 3 x 6 + 4.5 + 5.5 + 7 — 35mc12a厂房两边的墙体采用的厚度为0.37m，墙壁中轴线距离外墙的距离为0.2m 柱子的尺寸为0.6 x 0.4m3.8.5 厂房的宽度 主厂房的宽度应从厂房上部和下部结构的不同因素来考虑上部宽度取决于 吊车的跨度，发电机尺寸、最大部件的吊运方式、辅助设备的布置与运行方式等 条件厂房下部宽度取决于蜗壳和尾水管的尺寸根据水轮机发电机组横剖面图A—A得机组总厂约为6m,并考虑厂内交通及10t吊车的标准跨度为10m和保 证能套入和抽出发电机转子，墙体宽度等因素，定出厂房的宽度为11m3.9 安装间的布置3.9.1 安装间的位置 安装间一般均布置在主厂房有对外道路的一端，高程和主厂房高程一至对外交通通道必须直达安装间，车辆直接驶入安装间以便利用厂房桥吊卸货水电 站对外交通运输道路可以是铁路、公路、或水路对于中小型水电对外交通运输 道路站采用公路3.9.2 安装间的尺寸 安装间与主厂房同宽以便桥吊通行，所以安装间的面积就决定了它的长度。
安装间的面积可按一台机组扩大性检修的需要确定，一般考虑放置四大部件，即发电机转子、发电机上机架、水轮机转轮、水轮机顶盖四大部件要布置 在主钩的工作范围内，其中发电机转子应全部置于主钩起吊范围内发电机转子和水轮机转轮周围要留有1〜2m的工作场地3.9.3 安装间的布置 安装间内要安排运货车的停车位置 主变压器有时也要在安装间进行检修，这时要考虑主变压器运入的方式及停车点主变压器大修时常需吊芯检修，在安装间上设尺寸相同的变压器坑发电 机转子放在安装间上时主轴要穿过地板，地板上在相应位置要设大轴孔，下要设大轴承台，并预埋底脚螺栓安装间大门尺寸选用4.0mX4.5m3.10 主厂房内机电设备布置及交通运输3.10.1 主厂房内机电设备的布置 主厂房内的机电设备主要的有水轮发电机组及其辅助附属设备（调速器、励 磁盘及机旁盘），蝴蝶阀等机组及其辅助附属设备：调速器布置在发电机房，四周均留有大于1.0m宽 的空间，以便于操作维修调速器紧邻发电机，以缩短管路和运行操作方便励 磁盘与机旁盘装置在距离墙壁 0.8m 处3.10.2吊物孔 水电站厂房只在发电机层设有吊车，其他层如水轮机层的一些小型设备需要检修时，要将其吊运到发电机层的安装场，这就需要在发电机层的楼板上设置吊 物孔，用于起吊发电机层以下几层的一些小型设备。
孔尺寸为2.2mX 1.6m的吊物孔，盖有承重盖板3.10.3 调速器型号：XT-300台数： 4 台接力器全行程： 150mm接力器全行程时间： 1.5~5s外形尺寸：长x宽x高（mm） 1635x 1000x 1785重量： 1081kg参考价格： 20000 元安装位置为机组右边组成：压力油罐、储油槽和油泵3.11副厂房布置副厂房：应紧靠主厂房，基本上布置在主厂房的上游侧，下游侧和端部，可 集中一处，也可分两处布置，本设计布置在主厂房的上游侧副厂房的组成、面积和内部布置取决于电站装机容量、机组台数、电站在电 力系统中的作用等因素1 、中央控制室中控室是为了集中地对整座电站发电、配电、变电设备以及下游水位、流量 进行监视和控制而集中布置各种控制仪表的专门房间其中布置有各种指示盘、 同步盘、记录盘等控制盘、直流盘、保护盘和信号盘等，它是电站的神经中枢中控室应尽量靠近主机房，交通方便同时与开关站之间有方便通道联系 引水式厂房中央控制室应尽量靠近主机房和开关站之间，并靠近机组一般也常 布置在主厂房的一端，此时应结合装机顺序对初期发电和分歧过度的各种电缆、 维护通道等进行统盘考虑，以保证中控室的安全运行。
中控室的净高度一般为4〜4.5m.中控室和发电机层之间最好用玻璃做成隔 音墙中控室下层应设电缆层或电缆夹层，净高度一般不小于2m,也不宜大于 2.5m中控室附近应设置交接班室、值班室及厕所等中控室的长为10m,宽为6m,中控室内放置7面保护屏，7面控制屏，3面厂用屏，3面直流屏，外形尺寸均为宽x长（cm）55x80，并设置一个工作台中控制的净高取4.5m，总的高度为6.5m由于该电电站为小型电站，故不设载 波室，只在中央控制室中设一载波机2、高压开关室发电机低压配电设备是指发电机引出线至主变压器升压前的低压配电设备 位于发电机和主变压器之间，并尽可能缩短其距离发电机低压配电设备通常布 置于成套的开关柜中，其副厂房称为高压开关室高压开关室，当其长度超过 7 米时，应设两个向外开的门出口，通向其他房 间或室外不应布置在厕所、浴室的下面高压开关室长为10m,宽为6m,里 面放置13个高压开关柜，将开关柜设置成两排，中间的维护通道为1m，尺寸为 长x宽x高（cm） 120x 120x320开关室布置在安装场上游侧，开关室设有一宽 度为1.5m的门和一宽度为0.9m的门3、 厂用设备的布置厂用电大部分是交流电，厂用变压器常设两台，一台备用，布置在厂用开关 室内。
厂用电小部分是直流电，主要供给操作电路、信号以及继电器用电直流 电来自蓄电池，厂房一般需设直流电设备室直流配电室一般包括蓄电池室、酸 室、套间、充电机室、通风机室、直流配电盘等，它们应作为一个整体而布置在 一起，并接近中控室蓄电池室应尽量布置在中控室及配电装置室上部其入口 设有酸室和套间，以防酸气歪流根据以上要求将贮酸室布置在中控制的旁边， 宽度为2.5m，长度为6m；蓄电池室布置在贮酸室的旁边，宽度为3.5m，长度为 6m4、 楼梯厂房各层之间用楼梯作主要交通通道，运行人员上下各层从楼梯上通行从 副厂房到安装间的楼梯宽为1.5m，从主厂房到副厂房的楼梯宽为1.2m5、 值班室和卫生间值班室和卫生间布置在中控室旁边，值班室长为6m，宽为3m；卫生间长为 4.5m，宽为 3m6、 休息室和工具间工具间布置在发电机层旁边，邻近安装间的位置，作为放置日常工具与零碎 用品的场所故将工具间布置在开关室的旁边，邻近安装场，长度为3.5，宽度 为3,m,休息室布置在卫生间附近，长为3m，宽为2.5m7、 主变压器场变压器场应尽量布置在露天场地，保证良好的通风条件；最好能靠近低压配 电装置和主厂房，可减少事故几率；其场地最好与装配厂高程一致，并有轨道相 连，以便与将变压器运送到装配场进行检修。
变压器场面积为12X10mo8、 对外交通引水式厂房一般沿河岸布置，进厂公路可沿等高线从厂房公路要直接通入 主厂房的安装间，临近厂房一段应是水平，长度不小于20m，并有回车场地 公路的坡度不宜大于10%〜12%，转弯半径大于20m公路宽采用6米3.12 钢管应力分析3.12.1 基本资料确定本电站采用两根直径 1.2 米的主压力钢管，钢管由压力前池引出直至下镇墩 各长约110 米，在厂房前的下镇墩内经分叉引入四台机组，支管直径 0.9 米钢 管露天敷设，支墩采用混凝土支墩支承包角 120 度，电站厂房采用地面式厂房 根据工程经验和设计要求，在压力前池后设一上镇墩，与下镇墩用内径为 1.2m 的压力钢管相连，支敦间距10m,管轴线与地面倾角申=30上镇墩以下2m处设伸缩节，填料长q = 0.3m，与管壁摩擦系数f = 0.25，支墩为滚动式，摩擦系 数f = 0.1，钢材糙率n二0.0135，钢材允许应力t ] = 120MPa，焊缝系数Q = 0.95，钢管末跨跨中心处工作静水头h = 57.0，水击压力AH = 0.3 H要求对末跨跨中3.12.2 管壁厚度的确定1、管壁厚度的初步确定管壁的计算厚度§、丄按锅炉公式计算:计H = 57m,D = 1.2m,© = 0.95,LL 120Mpa 带入公式，计算得:a =ZHD计 2lYHD2 x 0.85 忙0.001 x(57 + 0.3 x 57)x 100 x 1202 x 0.95 x 0.85 x 120= 4.5 mm考虑钢板厚度的误差及运行中的锈蚀和磨损，加上 2mm 的裕度，所以初步确定 钢管壁厚为8 = d + 2mm = 4.5 + 2 = 6.5mm。
计2、 管壁的刚度校核：已知 8 > -D + 4，且8 > 6mm , D = 1.2m800所以8= 6.5 >1200 + 4 = 5.5，且8> 6mm，故满足刚度校核要求8003、 稳定校核：已知若管壁稳定则要满足8 >-D，但_D = 9.23 >8 = 6.5mm，所以稳定计 130 130 计不满足要求，因此在实际安装的过程中应该加加劲环4、 管壁厚度选择考虑到稳定要求，制作上方便及已有材料，实际制作厚度为 8mm3.12.3 跨中 1-1 截面应力分析1、切向应力％管壁的切向应力主要由内水压力引起的，对于倾斜的管道，若管轴与水平线 的倾斜为申，则切向应力为YH D yd 2 cp— - cos U cos ®28 48 屮D、8 —管道的内径和管壁的厚度，cmY 一 水的容重,0.001kgf /cm3H —管顶以上的计算水头，cmU —管壁的计算点与垂直中线的构成的圆心角，取0 申一管轴与水平线的夹角，为30D 1.2又因为一cosU cos申= x cos30x cos0 = 0.5196m < 0.05H = 2.85m，所以上2 2 p式等号右端的第二项是次要的，可以不要计入，则原公式如下：= 54.52MPaYHD = 9.81 x 57 x 1.2 x 1.32 x 0.0083.12.4径向应力bY管壁的内表面的径向应力b等于该处的内水压强，即rb = -YH = -9.81x 57 x1.3 = -0.727MPar“-”表示压力，“ + ”表示拉应力，表示内压应力为-0.727Mpa,管壁的外表面3.12.5轴向应力bx 跨中断面的轴向应力由两部分组成，即由水重和管重引起的轴向弯曲应力工Ab及表各轴向力引起的应力b ，其中b =x1 x 3 x 3 F由上述基本资料可得：A = -g L sin申=一(兀 x 1.207 x 0.008 x 9.81 x 7.85) x 103 x sin 30 = -120.25kN1 T 1A = — ^D2 — D2= --x (1.2162 —1.22)x9.81 x (110 —103) x 1.3 = -2.71kN5 4 1 2 4——A =— D2yh =—— x 1.22 x9.81 x0.49 = —5.44kN6 4 0 W 4A = ——D bf yH = —— x 1.216 x 0.3 x 0.25 x 9.81 x(57 —103 x 0.5)x 1.3 = —20.09kN7 1 k=E f (Qp + Qw )C0S 申=——x 1.208 x 0.008 x 9.81 x 7.5 + —x 1.22 x 9.81] x 10 x 10 x cos30。
x 0.1 = —115.37kN丿工 A = A + A + A + A + A = —263.86kN 15678F = —x (.2162 —1.22 )= 0.0303m 24x3M=1x101x10— 263.860.0303= —8.7 MPa q + q ) x 12 x cos 申 sw7.85x9.81 x0.008x 1.208x— + 9.81 x 1.22 x—' I 4丿x102xcos30=116.26kN4M 4x116.26当9 = 00时，b =p = ± xcos00 = —12.86MPaxi —D26 — x 1.22 x 0.0084M 4x116.26当9 = 1800时，b =p = ± xcos00 = 12.86MPax1 —D26 —x1.22x0.0083.12.6跨中1-1截面强度校核 当 9 = 00时：b = b + b = —8.7 —12.86 = —21.56MPax z1 x 3o =—0・727MPa , o 二 54.52MPay 0—o'》—(q1 — o' 2 — — o'》"x r r 0 0 x詁 L 心 + 甲》+6初 + Zb +g6 + 54522 ]=68.1MPa < 120 x 0.95 = 114MPa故当0 = Oo时，1-1截面满足强度要求当0 = 9Oo时:o =o +o = 8.7 —12.86 = —4.16 MPax z1 x 3o = —0.727MPa ， o = 54.52MPao n 2■i—o》—— o》—— o》"x r r 0 0 x—4.16 + 0.727)2 +(0.727 + 54.52》+(4.16 + 54.52》y0= —2=57.04MPa < 120 x 0.95 = 114MPa故当0 =900时， 1-1 截面满足强度要求。
4．结论4.1 成果评价本设计从设计资料分析、水轮机型号选择、主厂房的各层高程确定、尺寸 布置、副厂房的布置等都是按照课本所学方法进行计算，符合设计规范，其设计 计算成果具有较高的可靠性但在整体的设计过程中，由于设计资料的不完善， 导致出现了一些问题第一，没有说明厂房、开关站各比较方案的地形、覆盖层厚度、岩性、构 造、基岩风化深度、水文地质条件及主要工程地质问题，提出地质选择意见、岩 土物理力学性质参数和处理意见在厂房布置上没有考虑地形地质条件，没有考 虑厂房机组之间应设伸缩缝应把整个厂房划分成中间机组段边机组段及安装间 段三种独立体并分别对每段进行整体稳定及地基应力计算满足规定的安全度第二，缺少电气部分的设计，包括水电站接入电力系统地理位置、电气主 接线方案、厂用电接线图等厂房设计工程中只考虑了土建部分的设计，没有考 土建部分内部的布线第三，没有进行消防设计，没有根据防火间距及疏散要求，说明厂区内各 建筑物、主变压器、露天油罐或油罐室以及道路等的布置，提出各主要生产场所、 主要机电设备的消防设计及主要消防设施配置，对有特殊要求的生产场所，提出 通风、防烟及排烟等设计要求如选定消防水源、供水设施、消防供水量和水压 力、主要设备及其布置。
生产场所火灾事故照明、疏散标志的配置因此，本次设计完成了学习的任务，但也发现了一些存在的问题，需要以 后的努力学习达到要求4.2 课设感受为期两周的水电站厂房课程设计已经接近尾声了，通过这次课程设计，让我 对书本上的内容有了更深刻的理解，同时也让我深刻明白了理论联系实际的重要 性为了能尽快地完成任务，我在网络上查了很多资料，图书馆也借了一些有用 的参考书，包括相关规范这次课设的内容是对水电站课程所学知识的实践化,因此，设计的过程就要 理论结合实践在做的过程中我遇到了很多问题，甚至做到后面了，发现前面的 步骤出了问题，结果只能返工但在返工的过程中，我做的比以前跟仔细，更谨 慎，同时多做了一遍，知识就掌握的更深通过这次，真正学到了很多实实在在的东西，比如计算机绘图、编写设计 文件、应用计算机和查阅规范等资料的能力提高了，这些都是课堂上无法学到的 东西，很大程度上提高了自己的动手和动脑的能力参考书目：[1] 刘启钊. 水电站. 北京：中国水利水电出版社，2007.[2] 马善定、汪如泽. 水电站建筑物. 北京：中国水利水电出版社，1996.[3] 焦爱萍、王卫、梁建林. 水利水电工程专业毕业设计指南. 郑州：黄河水利出版社，2003.[4] 林继镛. 水工建筑物（第五版）. 北京：中国水利水电出版社，2009.[5] 中华人民共和国水利部.SL266-2001水电站厂房设计规范.北京：中国水利水电出版社, 2001.[6] 天津大学水利系. 小型水电站. 北京：水利电力出版社，1979.。