毕业论文魏村西抽水站设计32944.doc
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1、目录第一部分泵站设计土建部分1 综合说明31.1兴建缘由31.2工程位置、规模、作用31.3基本资料及工程设计标准31.4工程布置和主要建筑物51.5机电和金属结构62 设计参数的确定72.1设计流量的确定72.2水位分析及特征扬程的确定72.3工程设计等级73 机组选型83.1 方案比较83.2方案的选择114 枢纽布置及进出水建筑物设计134.1枢纽布置及站房结构型式134.2引河及前池设计134.3 进水流道的设计154.4出水流道设计184.5上下游连接建筑物的形式和布置204.6交通和附属建筑235 站房设计245.1站房结构型式与布置245.2站房平面尺寸的确定255.3站房各部分
2、高程的确定265.4站房主要结构设计设计315.5 水泵工况点的校核345.6防渗渗计算395.7稳定计算436 结构计算516.1基本情况516.2底板弯矩计算516.3配筋计算597 原始资料627.1概况627.2气象资料627.3电源情况628 主接线设计638.1站负荷计算638.2主变的选择648.3供电母线的选择(35kV架空线的选择)658.4主接线659 短路电流计算679.1短路计算布置图679.2各组件电抗计算679.3短路点的短路电流计算6810泵站机组的启动计算7010.1计算简图7010.2启动压降的计算7011 电气设备的选择7211.1电动机回路电器设备的选择7
3、211.2电缆的选择7511.3 6kV电压互感器开关柜的选择7611.46kV母线的选择7811.5 6kV母线支持绝缘子和穿墙套管的选择7911.6站变开关设备的选择8011.7变低压侧电气设备的选择8211.8 主变高压侧电气设备的选择8511.9 35kV电压互感器开关柜的选择8811.10 35kV侧站变的开关柜的选择8911.11 35kV母线的选择9211.12 35kV母线支持绝缘子的选择9312 继电保护9512.1电动机保护9512.2主变的保护98参考文献100第一篇 泵站土建部分毕业设计1 综合说明1.1兴建缘由根据太湖治理规划,拟常州市境内魏村兴建水利工程枢纽,即为魏
4、村西抽水站。 1.2工程位置、规模、作用魏村西抽水站位于常州市魏村,其包括泵站工程、节制闸、船闸各一座,共同组成具有防洪、灌溉、供水、航运、水环境保护等多功能综合利用工程系统。其中泵站、节制闸、船闸平行布置,泵站、节制闸引河。引河系人工开挖,上下游联接天然河道德胜河,并分别直通太湖和长江。其建成后为二等大(2)型建筑物,工程级别为二级水工建筑物。 1.3基本资料及工程设计标准1.3.1自然条件该项工程位于北亚热带南部气候区,年平均气温15.5,年平均降雨量1067.8mm。工程处于长江冲积平原,地势平坦,地下水埋深一般1.5m。1.3.2地质条件表11 土层分布情况土 层 指 标序号 635(
5、击)土层项高天然湿容重孔隙比含水量%(kPa)度压缩系数MPa容许承载力kPa灰黄、褐黄色重中粉质壤土,上部为耕植土,下部夹薄层砂壤土35.81.901.870.830.9627.834.71814黄灰及灰褐色淤泥质中重粉质壤土,夹薄层粉砂,局部呈现互层状,含有机质13.01.821.1141.179灰黄及黄色中、重粉质壤土,粉质粘土,81.01.910.8932.7231511.0150灰黄色中、重粉质壤土,下部夹薄层粉砂,局部呈现互层状12-5.01.880.9434.6291710.5180灰黄及灰色轻粉质砂壤土,夹薄层重粉质壤土,局部呈现互层状,含白色云母片24-9.51.860.96
6、34.9172113.6180 根据江苏省水利勘测总队常州市魏村水利枢纽工程地质勘察报告(施工图阶段),站址处土层自上而下分布情况如表11。土壤物理力学指标采用值: =15=23kPa =150 kPa =0.3 砌墙后,回填土的物理指标选用值: =15=1.15kPa 15kN/m2 抗滑安全系数: 正常运用期:1.3校核运用期:1.1附注:高程系吴淞零点为基准。1.3.3水位特征值长江侧:百年一遇最高高潮位 7.45m50%频率高潮平均值 4.94m97%保证率最低低潮位 2.31m71年410月最低旬平均低潮位 1.65m内河侧:解放后出现的最高涝水位5.76m泵站开机灌溉时,站前高水位
7、 4.31m泵站开机排涝时,站前水位 3.04m最低通航水位 2.50m1.3.4设计参数泵站具有双向抽水要求,其抽水能力均为60m3/s,站上并附设汽-10,挂-80单车道公路桥一座。表12 站身稳定计算水位组合工况计算工况长江内河(m)水位差(m)正向校核7.452.504.95设计7.453.044.41反向校核1.655.764.11设计1.894.312.42 表13 泵站灌排净扬程工况计算工况长江内河(m)水位差(m)抽排涝水校核4.943.041.90设计7.453.943.51灌溉补水校核2.314.312.00设计1.894.312.421.3.5设计标准魏村泵站为二等大(2
8、)型建筑物,工程级别为二级水工建筑物。长江侧及内河侧引河河底高程0.0m。附注:节制闸闸孔净宽6+12+6=24m;边墩、中墩厚度1.54=6m,闸室长18m,公路桥桥面高9.50m,泵站、节制闸间以导流墩相隔。余见枢纽示意图地震:按6度考虑1.3.6气象资料风力:设计按8级风考虑,校核按10级风计算。最大风速度: 5m/s ;基本风压:W=373N/m2;最热月平均最高温度: 33.8;最热月平均气温: 33.4;年最高温度月: 7月;极端最高气温 :41;极端最低气温: -12;最热月地面:下0.8m处土壤平均温度: 27;雷暴日数 35日/年;1.3.7负荷类型泵站年最大负荷利用小时=2
9、000h。1.3.8供电电源由位于站址西南的变电所架设10km专线供电。其输电电压为110kV或35kV两种。最大运行方式时变电所馈电母线的短路容量800MVA,最小运行方式时为600MVA。泵站在计费计量点的功率因数不应低于0.9。1.4工程布置和主要建筑物1.4.1站房形式及主要尺寸站房采用块基型站房,站房高度10.8m(楼面至屋顶大梁),水泵房高度11.02m,底板尺寸:25.230.4m21.4.2进出水流道流道采用平面蜗壳式双向进出水流道,流道长20m,宽5.6m,中间设0.6m宽的隔墩。1.4.3进出水建筑物(1)上下游引河长江侧、内河侧引河均为底宽43.5米,高程0.00,边坡1
10、:3(2)前池前池长22m,其中斜坡段14m,斜坡i=0.23。1.4.4西岸上下游连接建筑物上下游连接建筑物选用反翼墙及扶壁式挡土墙1.5机电和金属结构1.5.1 抽水站一座(1)主机泵安装2000ZLQ152.8轴流泵配套TDL215/2124 800kW电动机五台套,总装机容量4000kW,抽水能力75m3/s。(2)变配电工程(包括套闸、节制闸和枢纽管理处用电)1)主变 35/6.3kV 4000kVA一台2)站变 35/0.4 kV 200kVA一台、6/0.4kV 200各kVA一台3)高低压开关等电气设备1.5.2金属结构设备上下游进出水流道均采用快速闸门,共16扇,进水流道选用
11、QPPY2328型液压启闭机10台。出水流道选用QPPY2258型液压启闭机10台。在泵站上下游各设单轨悬挂式清污机二台,栅体倾角90o。2 设计参数的确定2.1设计流量的确定由设计任务书可知泵站具有双向抽水的要求,其向长江抽排流量位75m3/s,向内河提灌流量为75m3/s。2.2水位分析及特征扬程的确定由表1-2的特征水位可推知泵站灌排净扬程,如表2-1所示。表2-1 泵站灌排净扬程工况时期长江(m)内河 (m)(m)抽排涝水正常4.943.041.90最大7.453.943.51灌溉补水正常2.314.312.00最大1.894.312.42由于泵站以抽排涝水为主,故以抽水时的正常净扬程
12、加上估计的水头损失所得水位进行机组的选型,以其最大扬程进行校合电机是否超载,并校合灌溉补水正常运行时工况点是否在高效区。2.3工程设计等级魏村西泵站为二等大(2)型建筑物,工程级别为二级水工建筑物。3 机组选型3.1 方案比较3.1.1方案选择由于该泵站以排涝为主,故以排涝水位进行选泵。初步估算水力损失为0.6m,则由得=1.9+0.6=2.5m由于只有一台原型泵即该泵站正在用的=2.05m; =187.5 r/min 可供参考,另配有南水北调工程所用的模型泵,故此处将选出一模型泵与正在用的原型泵进行比较。3.1.2方案一选用5台2000ZLQ15-2.8型泵。m3/s,则有单泵流量 =75/
13、5=15m3/s3.1.3方案二选用三台泵 泵的单宽流量 =75/3=25m3/s,通过先选模型泵再根据相似条件得原型泵的尺寸。模型泵的选取:根据水泵及水泵站中水泵的相似律可知比转速是水泵进行分类和性能比较的综合判据,随着比转速的变化,水泵发生一些有规律的变化。故要使模型泵与原型泵具有相似的工况,应选比转速与原型泵相似的模型泵。假设=150r/min由水泵及水泵站原型泵=1376选用模型泵时应选择相近的,故选用一模型泵mm,r/min其在高效区时 H=3.7m ; Q=385 L/s此时模型泵的=1230若将叶片调至此时有=3.2m ; =370L/s=13451367 原型泵与模型泵的近似相
14、等。故该模型泵可选由水泵与水泵站中水泵的相似律知识有0.8得=2.56m 取为2.6m有,又有根据,将模型泵的性能曲线转化为原型泵的性能曲线,如图3-1 图3-1由模型泵转得到的原型泵性能曲线故可向厂家订购三台D=2.6m ; n=150r/min 原型泵,其在正常水位下运行时工况点在高效区内。3.1.4方案比较由水泵及水泵站中的水泵动力机配套知识有(1)三台2.6m的泵计算过程中参考图3-1由性能曲线可得在设计工况 (A点)(1+15%)=3.51(1+15%)=4.04mkW当m 时,m3/s (B点)kWkW(2) 五台2.05m 的泵由性能曲线得,在设计工况,(A点)(1+15%)=3
15、.51(1+15%)=4.04mkW 当m 时,m3/s(B点)kWkW图3-2 2000ZLQ15-2.8型水泵综合性能曲线3.2方案的选择根据水泵及水泵站中水泵选型有水泵选型的原则:1)充分满足一定的设计标准内供排水及灌溉要求; 2)水泵在运行中效率高; 3)水泵运行安全,汽蚀性能好; 4)机电设备及土建投资费用低;5)运行和管理和维修方便。水泵台数太少,机电设备运行效率高,管理人员和相对费用也较低,能源消耗和运行费用较省。但台数太少难以适应流量的变化要求,运行调度不方便,当水泵发生故障时影响较大。台数多,适应性强保证率高,但台数过多,水泵过小,效率过地能耗较高,运行成本高,不便管。大中型
16、泵站一般取48台。故由配套总功率进行比较得选用五台的较为经济,另外从运输安装的方便性来看选用五台较为适中。3.3电机选型 确定配套功率时,必须按照水泵工作范围内最大轴功率来计算。配套轴功率的计算式如下: kW 其中为水泵工作范围内对应的最大轴功率。(泵型的选择中已计算)根据前面的方案的比较已选择5台2.05m的水泵,其单台所需配套功率为598kW,为安全起见选择TDL215/21-24型同步电动机,其额定功率为800kW。电机得技术参数参数见下表:表3-1 TDL215/21-24型同步电动机技术参数型号容量(kW)额定电压(kW)额定电流(A)启动电流数额定转速(r/min)TDL215/2
17、1-2458006935.5250励磁电压(V)励磁电流(A)符合系数(K1)0.41.11.8903000.8854 枢纽布置及进出水建筑物设计4.1枢纽布置及站房结构型式4.1.1枢纽布置(1)此站的泵站枢纽中泵站工程部分主要有:引河、前池、站房、出水池、输水河道。(2)站房的定位 由泵站工程中站址的选择有 泵站站址的选择一般考虑以下几个方面:1)站址应选择在排灌区内最优的地形位置上,对于排灌结合的泵站为了减少泄水建筑物的工程量,站址宜靠近外河堤;2) 保证取水、排水方便;3)泵站站房应尽量设置在坚实的地基上,如遇流沙和淤泥层,应作必要的地基处理。4)泵站尽量建在交通便利初;5)站址地形要
18、开阔,有利于泵站建筑物的布置与施工,有利于以后的改建;6)考虑综合利用的要求。根据以上的要求以及魏村水利枢纽处的地形,将站址选在得胜河东南侧地面高程为9.5m处。(3)泵站枢纽的布置由泵站工程,双向流道闸站结合型式,站房向外靠近并将之置于堤身中,利用站身挡外河水位,从而省去防洪闸,则工程量较省。这种泵站是站身直接挡水,所以适用扬程较低,内外水位变化幅度不大的场合。综合考虑各种因数魏村西站采用双向流道闸站结合型式。4.1.2站房结构型式由泵站工程站房的结构型式主要与进、出水的变化幅度、水泵机组的类型和结构、工程地质条件有关。因上文枢纽布置采用双向流道闸站结合型式,即站身直接挡水。故采用块基型泵房
19、。由泵站工程知,进水流道有:肘形进水流道、平面蜗壳进水流道、簸箕形进水流道、双向进水流道。其中平面蜗壳进水流道宽度比肘形稍宽,但其显著的优点流道的高度较小,可以抬高站房的底板高程。开挖量深度低。此外,这种流道施工较为方便,而而且流道与流道之间需要填充的混凝土量较少,因此对节省工程投资,加快工程进度等有明显的优点。而魏村西站内外河水位相差较小,扬程较低,也适合用蜗壳形流道。综合考虑魏村西站采用块基型,平面蜗壳双向进水流道。4.2引河及前池设计4.2.1前池的型式由泵站工程前池分为两大类,即为正向进水式和侧向进水式。因此处不受地理条件的限制,为得到较好的水力条件采用正向进水式。4.2.2前池尺寸的
20、确(1) 为了进入流道的水流较为稳定,前池的前8米取为平直段(2) 扩散角由泵站工程可知扩散角是影响前池尺寸和水流流态的主要因素。扩散角过小会增大池长,工程量和造价也随之增大;扩散角较大,主流可能会产生脱壁、偏折,池内产生回流和旋涡,使池中水流不畅顺。根据有关试验和工程经验,前池扩散角采用。(3) 河底纵向坡度由泵站工程可知底坡过大会恶化水泵的进水条件,其次回增大水力损失,底坡过缓,则土方开挖量增大,综合水力和工程要求,池底坡度一般采用(4)由于河底高程为0.00m,进水流道底板高程为-3.22米,为使池的底坡,扩散角,将前池的倾斜段长度=14m,前池的宽度=44m。由于流道底版垂直水流的长度
21、为36.4m,进行底坡和扩散角的验算由池长的计算公式故底版设计满足要求,具体尺寸见图图4-1前池尺寸图4.2.3引河的设计由魏村水利枢纽示意图知:下游的河堤有两曾不同的高程,分别为5.5m和7.5m;上游的河堤也有两层不同的高程,分别为6.0m和9.5m ;上下游的河底高程都为0.0m,此处取引渠的护坡坡度为1:3。泵站段的引渠宽度已经确定为43.6m。其采用35cm的浆砌块石护坡,黄砂、块石各10cm。由以上的数据可得引渠的尺寸图图4-5引河断面尺寸图 引河的尺寸应该满足过流能力,其流速应该满足不淤,不冲的要求。4.3 进水流道的设计主要参考给水排水设计手册、魏村泵站双向进水流道设计(论文)
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