金滩水电站初步设计

水电站设计基本资料

水利枢纽工程具有防洪,灌溉,发电,养殖等功能.水电站厂房为坝后式,水电站装机容量为7MW,厂房所在平均地面高程440.0m.

水位:正常蓄水位为470.00m.死水位:459.00m.距厂房下游100m处水位流量关系见下表格

机组供水方式: 采用单元供水

水电站水头范围:H

MAX =39M, H

MIN

=28M, H

AV

=33M

第一部分水轮机选型

（1） 初选机型

该水电站为坝后式水电站。故设计水头H r =0.95* H av =0.95*33=31m,该水电站

装机容量为7MW ，拟选顶两台机组，发电机效率设为96%，因此水轮机额定出力N r =7*103/2*96%= 3646kw

特征水头 H max =39.0 m H min =28.0 m H av =33m H r =31 m

根据该水电站的水头变化范围28~39m 。在机组系列型谱表中查得合适的机型有HL240和ZZ440两种，现将这两种水轮机作为初选方案，分别计算出相关参数，并进行比较分析：

1 HL240型水轮机方案的主要参数选择

a 转轮直径D 1的计算

HL240型水轮机在限制工况下的单位流量Q′1M =1.24 m 3/s,效率η=90.4％

由此可初步假定原型水轮机在该工况下的单位流量Q′1= Q′1M =1.24 m 3/s ，效率η=91％，上述Q′1，η和N r =6300/0.96=6562.5 kw ，H r =37.5 m

384.191

.0313124.181.93646

81.91=⨯⨯⨯⨯=

=

η

r r r

H QH N D

选用与之接近而偏大的标称直径D 1=1.4 m

b 转速n 的计算

HL240水轮机在最优工况下单位转速n′10m =72 r/min ，初步假定n′10=n′10m ， 代入式

min /2954

.133

721

'10r D H n n av

=⨯=

=

选用与之接近而偏大的同步转速n=300 r/min 。

c 效率及单位参数修正

HL240型水轮机在最优工况下模型最高效率ηMmax =92%，模型标称直径D 1M =0.46 m

)005005

11max 6.934

.146

.0921(1)1(1=--=--=D D M M Max ηη 则效率修正值 Δη=93.6%－92%=1.6%

考虑到模型与原型水轮机在制造工艺质量上的差异，常在已求的Δη值上再减去一个修正值ξ，取ξ=1.0%

则可得效率修正值Δη=0.6 %

由此可得原型水轮机在最优工况和限制工况下的效率为

%6.92%6.0%92max =+=∆+=ηηηM Max

%0.91%6.0%4.90=+=∆+=ηηηM （与上述假定值相同）

单位转速的修正值按下式计算

)

1(

max max

'

10'1-=∆M M n n ηη

则%32.01%92%

6.921max max '10'1=-=-=∆M M

n n ηη

由于Δ′n 1/ n′10M =0.32%<3.0%，按规定单位转速可不加修正，同时单位流量Q′1也可不加修正。

由上可见，原假定的η=91% ，Q′1= Q′1M ，n′1=n′10M 是正确的，那么上述计算及选用的结果D 1=1.4 m ，n=300 r/min 也是正确的。

d 工作范围的检验

在选定D 1=1.4m ，n=300 r/min 后，水轮机的Q′1max 及各特征水头相对应的n′1即可计算出来。

水轮机在H r 下工作时，其Q′1即为Q′1max ，故

s m H H D Q r r /24.1207.191

.031314.181.93646

81.9Nr 3221'max 1<=⨯⨯⨯⨯=

=

η

则水轮机最大引用流量为

s m H D Q Q r /17.13314.1207.13221'max 1max =⨯⨯==

与特征水头H max ，H min ，H r 相对应的单位转速为

min /25.67394

.1300max 1'min 1r H nD n =⨯=

=

min /37.7928

4

.1300min

1'1r H nD n man =⨯=

=

min /43.7531

4

.13001'1r H nD n r

r =⨯=

=

在HL240型水轮机模型综合特性曲线上分别绘出

Q′1max =1.207 m 3/s n′1max =79.37r/min n′1min =67.25 r/min 三条直线 由图可见，这三条直线所围成的水轮机工作范围基本上包含了该特性曲线的高效率区

所以对于HL240型水轮机方案，所选定的参数D 1=1.4 m 和n=300 r/min 是合理的。

e 吸出高度的计算

由水轮机的设计工况参数，n′1r =75.43 r/min ，Q′1max =1.027m 3/s 。在水轮机模型特性曲线上查得相应的气蚀系数σ=0.197，并在《水电站》P 49H r ～Δσ曲线上查得Δσ=0.032，由此可求出水轮机的吸出高度为

m H H s 231.231)038.0197.0(900440

10)(90010=⨯+--=∆+-∇-

=σσ

f 水轮机安装高程计算

根据下游水位和流量关系表格 （参见首页设计基本资料）

在画图纸上画出下游水位和流量关系，

确定水轮机安装高程的尾水位w

∇，通常称为设计尾水位。设计尾水位根据下面的表