水电站课程设计

（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)；
管地板之间的垂直高度。在描述进口直锥管中已经说明
,属于低速混流式水轮机。增
大尾水管的高度 ，对减小水力损失和提高 是有利的，特别是对大流量的轴流式水轮机更
为显着。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正常运 行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
转轮直径为
，转速为
，水电站厂房所在地点海拔高程为
，模
型气蚀系数修正值为
,则水轮机的吸出高度为
导叶高度为
，取
. ,由于有 4 台机组，设计尾水
位取 1 台机组流量相应的水位， 可按如下过程确定：
一台水轮机工作时的流量为 其中： 取水轮机最优工况下的模型效率，即 限制工况下的模型效率为
则原型最优工况下效率为
修正值为 其中
这里取 0.8
则修正后的模型限制工况下效率为
, 此时
单位流量为
流量
则
因
则
则水轮机的安装高程为
.
（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（
），得可此水电站尾水管对应的
尺寸如下 ：
（单位：m）
型式
参数
1
2.6
4.5 2.720 1.35 1.35 0.675 1.82 1.22
度的方法，但将会增大开挖量，经过试验，对于低转速混流式水轮机，应采取
，由
上述可知， (4)选择相应发电机型号、尺寸
，满足要求。
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 7.8 3.8 2.5m,最大 50t；定子铁芯主要尺寸：外径 9.20m, 内径 8.62m, 长度 1.15m，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 2.54m，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
机组段长度 可按下式计算：
.
其中： 表示机组段 方向的最大长度；
表示机组段 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。
<1>按蜗壳层推求：
其中：
表示蜗壳外部混凝土厚度，一般为
，这里取 1.2；
蜗壳 方向最大平面尺寸，经计算为 ；
蜗壳 方向最大平面尺寸，经计算为 ；
则
.
<2>按尾水管层推求：
其中： 为尾水管出口宽度，其值为
；
为尾水管混凝土边敦厚度（大型水电站取
站取
），这里取 .
则
.
<3>按发电机层推求：
， 中型水电站取
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
， 小型水电
其中： 表示发电机风壁厚，一般取
，这里取 ；
表示相邻两风罩外壁净距，一般取
，这里取 ；
表示发电机风罩内径，由上述资料知其值为 .
.布置图如下：
其中 为机组台数， 为机组段长度， 为装配场长度， 为左机组段长度， 为右机组段长 度，为便于安装，厂房左端增加长度 。 ①机组段的长度 的确定
机组的长度 主要由蜗壳尾水管，尾水管，发电机等设备在 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。
椎管与基础环相连接，可取 与出口直径 相等，其椎管的单边扩散角 可取 ； 为直
锥管的高度，增大 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
尺寸 6.5 16.9 29.25 17.68 8.775 8.775 4.3875 11.83 7.93
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， 为至椎管的进口直径；对于混流式水轮机由于至
.
其中：
当水轮机的转轮直径
时，相应的 取值为
，这里 取
2.4，则：
.
, 这里取
.
结论：主厂房的宽度为
.
⑶主厂房的剖面尺寸确定 ①水轮机的安装高程由上述资料可知为
.
②尾水管地板的高程为：
.
其中： 表示水轮机安装高程；
表示导叶高度；
表示底环顶面至尾水管的距离，
.
则 ③主厂房基础开挖高 其中： 表示尾水管地板混凝土厚度,取 ；
，外壁
用上限，内壁
用作下限，则
有.
.
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
，其中
-.
⑤尾水段的高度和水平长度 尾水管的总高度 和总长度 是影响尾水管性能的重要因素。总高度 是由导叶底环平面到尾水
则
.
结论：根据以上三种结构的计算情况，厂房的机组间距由尾水管层推求的长度决定
即
，为便于施工，取
.
②左端机组段附加长度为
.
③右端机组段附加长度为
.
④安装间长度为
，这里取
.
结论：主厂房的长度为
. ⑵主厂房的宽度
，取
①以机组中心线为界，厂房宽度 可分为上游侧宽度 和下游侧宽度 两部分,关于这两部分
的计算可用以下经验公式计算：