水电站课程设计报告

1．课程设计目的水电站厂房课程设计是《水电站》课程的重要教学环节之一，通过水电站厂房设计可以进一步巩固和加深厂房部分的理论知识，培养学生运用理论知识解决实际问题的能力，提高学生制图和使用技术资料的能力。

为今后从事水电站厂房设计打下基础。

2．课程设计题目描述和要求2.1工程基本概况本电站是一座引水式径流开发的水电站。

拦河坝的坝型为5.5 米高的砌石滚水坝，在河流右岸开挖一条356 米长的引水渠道，获得平均静水头57.0 米，最小水头50m，最大水头65m。

电站设计引用流量7.2 立方米每秒，渠道采用梯形断面，边坡为1：1，底宽3.5 米，水深1.8 米，纵坡1：2500，糙率0.275 ，渠内流速按0.755 米每秒设计，渠道超高0.5 米。

在渠末建一压力前池，按地形和地质条件，将前池布置成略呈曲线形。

池底纵坡为1：10。

通过计算得压力前池有效容积约320 立方米。

大约可以满足一台机组启动运行三分钟以上，压力前池内设有工作闸门、拦污栅、沉砂池和溢水堰等。

本电站采用两根直径1.2 米的主压力钢管，钢管由压力前池引出直至下镇墩各长约110 米，在厂房前的下镇墩内经分叉引入四台机组，支管直径经计算采用直径0.9 米。

钢管露天敷设，支墩采用混凝土支墩。

支承包角120 度，电站厂房采用地面式厂房。

2.2设计条件及数据1.厂区地形和地质条件：水电站厂址及附近经地质工作后，认为山坡坡度约30 度左右，下部较缓。

沿山坡为坡积粘土和崩积滚石覆盖，厚度约1.5 米。

并夹有风化未透的碎块石，山脚可能较厚，估计深度约2～2.5 米。

以下为强风化和半风化石英班岩，厂房基础开挖至设计高程可能有弱风化岩石，作为小型水电站的厂址地质条件还是可以的。

2.水电站尾水位：厂址一般水位12.0 米。

厂址调查洪水痕迹水位18.42 米。

3.对外交通：厂房主要对外交通道为河流右岸的简易公路，然后进入国家主要交通道。

4.地震烈度：本地区地震烈度为六度，故设计时不考虑地震影响。

2.3课程设计成果要求厂房布置设计的内容为：根据给定的原始资料及机电设备，选择水轮机型号。

决定厂房的型式及其在枢纽中的位置，进行厂区和厂房内部的布置，决定厂房的轮廓尺寸；计算管壁厚度并进行管壁应力分析。

完成厂区布置及主、副厂房布置得设计; 编写设计计算说明书。

3．课程设计报告内容3.1 水轮机型号选择根据该水电站的水头：平均静水头57.0 米、最小水头50 米、最大水头65 米。

水头作用范围50~65m，在水轮机系列型谱表3-3，表3-4 中查出合适的机型有HL230 和HL220 两种，现将两种水轮机作为初选方案，分别求出其有关参数，并进行比较分析。

表3-1 大中型混流式转轮参数（暂行系列型谱）适用水头范转轮型号围使用型号旧型号<30 HL310 HL365, Q25-45 HL240 HL12335-65 HL230 HL263, H250-85 HL220 HL7023.2 HL220 型水轮机的主要参数选择1.转轮直径D1 的计算通过查《水电站》表3-6 可得HL220 型水轮机在限制工况下的单位流量Q1'M 1150L s 1.15m3s，效率M 89% ，由此可初步假定原型水轮机在该工况下的单位流量Q1'Q'1M 1150L s 1.15m3s，效率89.15% ，即假设上述的Q1'、和N r 845KW 、H r 57.0m代入0.15%，M 89% 0.15% 89.15% 。

D18459.81 1.15 57 57 0.8915 0.442mN r 9.81Q1H r25 30 35 40 42 50 60 71 80 84 100 120 140 160 180 200 225 250 275 300 330 380410450500550600650700750800850 900 950 1000查表 3-2 选用与之接近而偏大的标称直径 D 1 0.5m2. 转速 n 的计算查《 水电 站》 表 3-4 可得 HL220 型水 轮 机 在 最 优 工 况 下 单 位 转 速n 1'0M 70r min 初 步 假 定 n 1'0 n 1'0M 91% ， 将 已 知 的 n 1'0 和 H av 57.0m ，D 1 0.5m 代入表 3-3 磁极对数与同步转速关系 磁极对数 P 3 4 5 7 8 9 10 12 14 同步转速 n （ r/min ） 1000 750 600 428.6 375 333.3 300 250 214.3 磁极对数 P 161820 22 24 262830 32 同步转速 n （ r/min ） 187.5 166.7 150 136.4 125 115.4 107.1 10093.8磁极对数 P 34 36 38 40 42 46 48 50同步转速 n （ r/min ）88.283.3797571.468.262.560通过查表 3-3 磁极对数与同步转速关系，选取与之接近的同步转速：n 1000r /min 3. 效率及单位参数修正查《水电站》表 3-6 可得 HL220 型水轮机在最优工况下的模型最高效率为n 1'HD 170 57 0.51057.0 r min ，1 (1 91.15%Mmax 91.0% ，模型转轮直径为D1M 0.46m，得原型效率：max效率修正值max Mmax 91.15% 91.0% 0.15% ，由此可得原型水轮机在最优工况和限制工况下的效率为：89% 0.15% 89.15% （与假定值相同）单位转速的修正值按下式计算则 'n 1max Mmax1 0.9115 0.91 1 0.0008 0.03，按规定单位转n10M速可不加修正，同时，单位流量 Q 1'也可不加修正。

由上可知，原假定的 91%、 Q 1'Q 1M 、 10 10M 是正确的，那么上述 计算及选用的结果 D 1 0.5m 、 n 1000r min 也是正确的。

4. 工作范围的检验在选定 D 1 0.5m 、 n 1000r min 后，水轮机的 Q 1'max 及各特征水头相对应的n 1'即可计算出来。

水轮机在 H r 、 N r 下工作时，其 Q 1'即为Q 1'max ，故30.898<1.15m 3/s ，9.81 0.5257 57 0.8915此值与原选用的 Q 1 ' =1.15m 3/ s 相比，符合“接近而不超过”原则，说明所 选的 D 1是合适的。

则最大引用流量为：' 2 2 3Q max Q 1'max D 12H r 0.898 0.5257 1.695m 3/s与特征水头 H max 、 H min 、 H r 相对应的单位转速为：在 HL220 型水轮机模型综合特性曲线图上分别绘出Q 1'max 0.898m 3s ，n10M(max M max1)Q1maxN r9.81D 12H r H rn1minnD 1 H r1000 0.565 1000 0.5501000 0.557 62.02r /min70.71r /min66.23r /minnD 1nD 1Hminmaxn 1'max 70.71r / min 和n 1'min 62.02r / min 的直线，得这三根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 HL220 型水轮机方案， 所选定的参数 D 10.5m 和n 1000r / min 是合理的。

5. 吸出高度 Hs 的确定 查《小型水电站》中册，水轮机部分，天津大学主编， P812-813 表 2-3 和P840图 2-24 得气蚀系数σ＝ 0.133（限制工况），气蚀系数修正值Δσ＝ 0.022（当 HP ＝57.0 米时），由此可求出水轮机的吸出高度为：12H s 10 H 10 0.13 0.022 57 1.154m s900 900可见， HL220 型水轮机方案的吸出高度满足电站要求。

3.3 HL230 型水轮机的主要参数选择 1. 转轮直径 D 1 的计算通过查《水电站》表 3-6 可得 HL230 型水轮机在限制工况下的单位流量 Q 1'M 1110Ls 1.11m 3s ，效率 M 85.2% ，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 1'M1110L s 1.11m 3 s ，效率85.59% ，即假设0.39%， M 85.2% 0.39% 85.59% 。

上述的 Q 1'、 和 N r 845KW 、H r 57.0m 代入查表 3-2 选用与之接近而偏大的标称直径 D 1 0.5m 。

2. 转速 n 的计算查《 水电 站》 表 3-4 可得 HL230 型水 轮机在最优工况下单位转速 n 1'0M 71r min 初步假定n 1'0 n 1'0M 90.7% ，将已知的 n 1'0和 H av 57.0m ，D 1 0.5m 代入通过查表 3-2 磁极对数与同步转速关系表，选取与之接近的同步转速：D 19.81Q 1'H r H r8459.81 1.15 57 57 0.85590.451mn 1'HD 1 71 570.51072.08r min ，n 1000r /min3. 效率及单位参数修正查《水电站》表 3-6可得 HL230 型水轮机在最优工况下的模型最高效率为Mmax90.7% ，模型转轮直径为 D 1M 0.404m ，得原型效率：max 1 (1 Mmax )5D 1M1 (1 0.907)50.40491.09%D 10.5效率修正值 max Mmax 91.09% 90.7% 0.39% ，由此可得原型水轮 机在最优工况和限制工况下的效率为：85.2% 0.39% 85.59% (与假定值相同)单位转速的修正值按下式计算则 'n 1max Mmax1 0.9109 0.907 1 0.0021 0.03，按规定单位n10M转速可不加修正，同时，单位流量 Q 1'也可不加修正。

由上可知，原假定的91% 、Q 1 Q 1M 、 10 10M 是正确的，那么上述 计算及选用的结果 D 10.5m 、 n 1000r min 也是正确的。

4. 工作范围的检验在选定 D 1 0.5m 、 n 1000r min 后，水轮机的 Q 1'max 及各特征水头相对应 的n 1'即可计算出来。