水电站课程设计

水电站课程设计The final revision was on November 23, 2020

（中国通常称水头大于70m 为高水头水电站，低于30m 为低水头水电站，30～70m 为中水头水电站）

（混流式安装高程以导叶中心线为基准,轴流式则以叶片中心线为基准,卧式机组以主轴水平中心线为基准）.

一、水轮机发电机组的选择

（1）选择机组台数、单机容量及水轮机型号（*）；

选用4台HL310型机组，单机容量为（总装机容量=机组台数）

（2）确定水轮机的尺寸(包括水轮机标称直径D1、转速n 、吸出高度Hs 、安装高程Za)； 转轮直径为D 1=6.5m ，转速为n =72r/min ，水电站厂房所在地点海拔高程为=252m,，模型气蚀系数修正值为σz =σ+?σ=0.36,则水轮机的吸出高度为H s =10.0−900−σH r =10.0−252900−0.36×23.30=1.332m .

导叶高度为b 0=0.1~0.39D 1，取b 0=0.3D 1=0.3×6.5=1.95m ,由于有4台机组，设计尾水位取1台机组流量相应的水位，ω可按如下过程确定：

一台水轮机工作时的流量为Q =Q ′D 12√H r ,而Q ′=N r 9.81D 1 2H r 32η

⁄

其中：η取水轮机最优工况下的模型效率，即ηMmax =0.896, 此时D 1m =0.39m.

限制工况下的模型效率为ηM =0.826

则原型最优工况下效率为ηmax =1−（1−ηMmax ）（

D 1m D 1）15=0.941 修正值为η=k (ηmax −ηMmax )=0.030

其中k 取0.5~1.03，这里取

则修正后的模型限制工况下效率为η=ηM +η=0.856

单位流量为Q ′=N r 9.81D 1 2H r 32η=350009.81×6.52×23.32×0.856=0.877m 3s ⁄

流量Q =Q ′D 12√H r =0.877×6.52×√23.3=178.88m 3s ⁄

则H =2×10−12×Q 3−8×10−8×Q 2+0.0015×Q 2+264.65=264.83m

因H =264.83<266，则H 取266m.

则水轮机的安装高程为Z s =ω+H s +b 02=266+1.332+1.952=268.31m .

（3）选择尾水管的型式及尺寸；

①根据已得到的资料，知该水轮机为低水头水轮机（D 1

为了减小开挖深度以及具有良好的水力性能，可采用弯肘形尾水管，它由进口直锥段、中间弯肘段、出口扩散段三部分组成。

② 进口直锥段：

进口直锥段是一个垂直的圆锥形扩散观，D 3为至椎管的进口直径；对于混流式水轮机由于至椎管与基础环相连接，可取D 3与出口直径D 2相等，其椎管的单边扩散角θ可取7°~9°；ℎ3

为直锥管的高度，增大ℎ3可减小肘管的入口流量，减小流速对管壁的冲刷。

③肘管：

肘管是一变截面弯管，其进口为圆断面，出口为矩形断面，水流在肘管中由于转弯受到离心力作用，使得压力和流速分布很不均匀，而在转弯后流向水平段时又形成了扩散，因而在肘管中产生了较大的水力损失。影响这种损失的最主要的原因是转弯的我、曲率半径和肘管的断面变化规律，曲率半径越小则产生的离心力越大，一般推荐使用的合理半径为R= (0.6~1.0)D1，外壁R6用上限，内壁R7用作下限，则有. R6=1.0×6.5=6.5m,R7=

0.6×6.5=3.9m.

④出口扩散段：

出口扩散段是一水平放置断面为矩形的扩散段，起出口宽度一般与肘管出口宽度相等；其顶板向上倾斜，根据其出口宽度并不是很大，所以不需要加设中间支墩。仰角为α=

arctanℎ5−ℎ6

L2=arctan7.93−4.3875

17.42

=11.50°，其中L2=L-L1.

⑤尾水段的高度和水平长度

尾水管的总高度h和总长度l是影响尾水管性能的重要因素。总高度h是由导叶底环平面到尾水管地板之间的垂直高度。在描述进口直锥管中已经说明D1 2.2D1，由上述可知，h=16.9>2.2D1=2.2×6.5=14.3，满足要求。

(4)选择相应发电机型号、尺寸

已知水轮机单机容量为，根据《水电站机电手册——水力机械》查得，选择发电机的型号为SF50-44/920的半伞式发动机组4台。

主要参数为：

额定容量58800KVA;重量：转子375t，定子190t，总重685t；最大运输部件外形尺寸××m,最大50t；定子铁芯主要尺寸：外径, 内径, 长度，定子机座高度2540mm，上机架高度835mm，推力轴承高度1100mm，励磁机高度2400mm,机座外径10400mm，风罩内径13000mm，定子外壳高度为，转子外径8590mm，下机架最大跨度6470mm，水轮机基坑直径5600mm，推力轴承装置直径3600mm，励磁机外径2660/3400.

二、厂区枢纽及电站厂房的布置设计

⑴主厂房总长度的确定：

厂房总长度包括机组段的长度（机组中心距）、端机组端的长度和安装间的长度。总长L= nL C+L1+L2+L a.布置图如下：

其中n为机组台数，L C为机组段长度，L a为装配场长度，L1为左机组段长度，L2为右机组段长度，为便于安装，厂房左端增加长度L。

①机组段的长度L c的确定

机组的长度L c主要由蜗壳尾水管，尾水管，发电机等设备在x轴方向(厂房纵向)的尺寸来决定，同时还考虑机组附属设备即主要通道，吊物孔的布置及其所需尺寸。

机组段长度L c可按下式计算：L c=L+x+L−x.

其中：L+x表示机组段+x方向的最大长度；

L−x表示机组段−x方向的最大长度；

计算机组长度时可按蜗壳层、尾水层和发电机层分别计算，然后取其中最大值，再调节其他两个，使其相等。