密云水电站厂房课程设计概要

一、绘制蜗壳单线图1、蜗壳的型式：在资料中已经给出水轮机的型号为HL220-LJ-225，而且电站设计水头H P =46.2m＞40m ，根据《水力机械》第二版P96页书中蜗壳分类，则蜗壳的型式应为金属蜗壳。

2、选择蜗壳的主要参数（1）金属蜗壳的断面形状为圆形，为了良好的水力性能一般蜗壳的包角取0345ϕ= 。

通过计算得出max Q 值，计算如下：○115000156250.96fr fN N KW η=== 式中：60000150004f KW N KW ==，0.96f η= ○2131max 221156251.111.159.819.812.2546.20.91rr N Q m s D H η===<⨯⨯⨯其中：13111501.15Q s m s ==(由附表一查得，12.25D m =，46.2r H m =，0.91η=（由附表一查得）。

○3123max 1max 11.112.2538.2Q Q D m s ==⨯=由蜗壳进口断面流量max0360c Q Q ϕ=得 334538.236.61/360c Q m s =⨯=（2）根据《水力机械》第二版P99中图4—30查得，可知当设计水头为46.2m ＜60m 时，蜗壳的进口断面的平均流速C V =5.6/m s 。

（3）因为已知水轮机的型号HL220—LJ —225，则由《水力机械》第二版P162的附表5查得此时蜗壳的座环内径b D =3250mm，外径a D =3850mm，所以有蜗壳座环的内、外半径分别为：b r =2b D =1625mm=1.625m，a r = 2a D=1925mm=1.925m。

座环尺寸（mm）比例：1：1003、蜗壳的水力计算（1）对于蜗壳进口断面：断面的面积：20max 34538.26.5373603605.6c c c c Q Q F m V V ϕ⨯====⨯断面的半径：max 1.443m ρ==== 从轴中心线到蜗壳外缘的半径：max max 21.92521.4434.811a R r mρ=+=+⨯=。

（2）对于断面形状为圆形的任一断面的计算设i ϕ为从蜗壳鼻端起算至计算面i 处的包角，则该计算断面处的max 360 ii Q Q ϕ=，i ρ=2i a i R r ρ=+。

其中：3max 38.2/Q m s =，5.6/c V m s =，19251.925a r mm m ==。

计算结果见下表：（3）蜗壳断面为椭圆形的计算当圆形断面半径S ρ<的时候蜗壳的圆形断面就不能与座环蝶形边相切，这时就用椭圆断面。

由《水电站动力设备手册》查得：蝶形边高度可近似定为：01110.250.252.250.10.10.12.250.506222b D h D D m ⨯=+=+=+⨯= 临界值0.5060.882cos cos55h S m α===，α为座环蝶形边锥角，一般取55度。

由圆形断面ϕ=3450，1.443m ρ=得蜗壳系数1062.2C ===当i ρ=S=0.882m时得临界角0( (151i a i C r ϕρ︒=+= 结合可知，当断面包角在0～151度的时候S ρ<，取椭圆断面。

椭圆短半径21.345L ρ= 椭圆的当量面积22tan i A d πρα=+ 椭圆长半径(121cot L ρρα=+- 椭圆断面中心距1.22i a i a r ρ=+ 椭圆断面外半径1i R a ρ=+00.5060.5060.618sin sin 550.819h L m α==== 计算结果见下表：根据计算结果，画蜗壳单线图，如下图所示，比例为1:80，单位为mm 。

蜗壳单线图（单位mm ）比例1：80二、尾水管单线图的绘制因为选用的水轮机型号为HL220-LJ-225，说明水轮机的标准直径1D=225cm=2.25m。

由资料中的图可有下表：对于大中型水轮机，为了减小尾水管的开挖深度，都采用弯肘形尾水管，它由进口直锥段、肘管和出口扩散段三部分组成。

（1）进口直锥段：进口直锥管是一个垂直的圆锥形扩散观，3D 为直锥管的进口直径；对混流式水轮机由于直锥管与基础环相连接，可取3D 和出口直径2D 相等；对于混流式水轮机，其锥管的单边扩散角θ可取7~9︒︒；3h 为直锥管的高度，增大3h 可减小肘管的入口流速，减小水头损失。

进口锥管高度：323h H H =-=5.625-3.43=2.195m；进口锥管上、下直径：31D φ==2.51m，42D φ==3.114m。

（2）肘管：肘管是一90 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的作用，使得压力和流速的分布很不均匀，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因素是转弯的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率越大，一般推荐使用的合理半径4(0.6~1.0 R D =，外壁6R 用上限，内壁7R 用下限，则有：6R=1×3.114=3.114m ，7R =0.6×3.114=1.868m。

（3）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，其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，所以不用加设中间支墩。

仰角α=10.4︒，长度1L =3.16m 2L =6.04m，L =9.20m.。

（4）尾水段的高度与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底板之间的垂直高度。

在描述进口直锥管中已说明2D =3D =2.51m＞1D =2.25m，所以属于高比速混流式水轮机。

增大尾水管的高度h ，对减小水力损失和提高h ω是有利的，特别是对大流量的轴流式水轮机更为显著。

但对混流式水轮机尾水管中产生的真空涡带在严重的情况下不仅影响机组的运行而且还会延伸到尾水管地板引起机组和厂房的振动。

为了改善这一情况，常采取增大尾水管高度的办法，但将会增大开挖量，经过试验，对于高比转速混流式水轮机，应取h ≥2.61D ，题目中已知h=H=6.593m＞2.61D=5.85，所以满足要求。

（5）尾水管单线图根据表中的数据绘制单线如下：尾水管单线图（单位：m ）比例1：100三、拟定转轮流道尺寸根据《水电站机电设计手册》——水力机械分册，已知1' 1.0D m =时，HL220型的尺寸可以推求12.25D m =时的转轮流道尺寸。

如下图：四、厂房起重设备的设计起重物件中根据资料可知最重的物件为吊发电机转子带轴重，为82.6T ＜100T ，而且机组台数为4台，所以选1台单小车桥式起重机，型号为100T/20T。

相关的参数为：取跨度：16L m =；起重机最大轮压：35.9T ；起重机总重：77.3T ；小车轨距：4400T L mm =；小车轮距：2900T K mm =；大车轮距；6250K mm =；大梁底面至轨道面距离：130F mm =；起重机最大宽度：8616B mm =；轨道中心至起重机外端距离：1400B mm =；轨道中心至起重机顶端距离：3692H mm =；主钩至轨面距离：1474h mm =；吊钩至轨道中心距离（主）：122655, 1900L mm L mm ==；副吊钩至轨道中心距离：321300, 2355L mm L mm ==；轨道型号：100QU 。

五、厂房轮廓尺寸1、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）、端机组段的长度和安装间的长度。

总长1a L nL L L =++∆其中n 为机组台数，1l 为机组段长度，a l 为装配场长度，l ∆为端机组段附加长度 (1、机组段的长度1L 的确定机组段的长度1L 主要由蜗壳、尾水管、发电机风罩在x 轴方向（厂房纵向）的尺寸来决定。

机组段的长度1L 按下式计算：1x x L L L +-=+；其中：x L +为机组段+x方向的最大长度；x L -为机组段-x 方向的最大长度；计算机组段长度时可按蜗壳层、尾水管层和发电机层分别计算，然后取其中的最大值。

①按蜗壳层推求：11212L R R δδ=+++其中：1R 为0345i ϕ=时的i R ，即1R =4.811m ，2R 为当0165i ϕ=时的i R ，即2R =3.921m 。

12, δδ分别为蜗壳左右外围混凝土的厚度，初步设计时取1.2-1.5m ，取1.4m ，则112124.8113.9211.4211.532L R R m δδ=+++=++⨯=②按尾水管层推求：122L B δ=+其中：B 为尾水管的出口宽度，2δ为尾水管混凝土边墩厚度（大型取5～7m, 中型取3～4m, 小型取1～2m ）依据图4知8B m =，21.8m δ=，则1283.611.6l B m δ=+=+= ③按发电机层推求：1332L b φδ=++其中：3δ为发电机风壁厚，一般取0.3-0.4m, 这里取0.35m b 为相邻两风罩外壁净距，一般取1.5-2m, 这里取1.8m 由已知资料可知，发电机风罩内径38.4m φ=则13328.420.351.810.9L b m φδ=++=+⨯+=据以上三种结构的计算情况，厂房的机组间距由水轮机蜗壳层推求的长度决定。

则111.6L m =（2）端机组段附加长度的确定(10.1~1.00.52.251.125L D m ∆==⨯= （3）安装间长度的确定装配场与主机室宽度相等，以便利用起重机沿主厂房纵向运行。

装配场长度一般约为机组段长c l 的1.0～1.5倍。

对于混流式采用偏小值，因此取1.2。

11.21.211.613.92a L L m ==⨯=。

（4）厂房的总长度：1411.613.921.12561.445a L nL L L m =++∆=⨯++= 2、主厂房宽度的确定（1）以机组中心线为界，厂房宽度B 可分为上游侧宽度S B 和下游侧宽度X B 两部分，关于这两部分的计算可列式如下：①上游侧宽度S B ：332S B A φδ=++；其中，在前面的计算中已有3φ=8.4m，3δ=0.35m ； A 为风罩外壁到上游墙内侧的净距，取5m 。

则332S B A φδ=++=9.55m。

②下游侧宽度X B ：X B 除满足上式外，还需满足蜗壳在y -方向的尺寸和蜗壳外混凝土厚度的要求。

对于发电机层：332X B A φδ=++其中：A 为风罩外壁到下游墙内侧的净距，主要用于主通道，一般取2m ，3φ=8.4m，3δ=0.35m；则332X B A φδ=++=6.55m。

对于蜗壳层y -方向为：2X B y l =+∆。