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）

3.2 HL220型水轮机的主要参数选择 1. 转轮直径1D 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

s m s L 3'

1M 15.11150Q ==，效率%89=M η，由此可初步假定原型水轮机在该工况下的单位流量s m s L 3'

1M '1

15.11150Q Q ===，效率%15.89=η，即假设%15.0=∆η，%15.89%15.0%89=+=+∆=M ηηη。

上述的'1Q 、η和KW N r 845=、m H r 0.57=代入

m H H Q N r r r

442.08915

.0575715.181.9845

81.9D '

1

1=⨯⨯⨯⨯=

=

η

表3-2 反击型水轮机转轮标称直径系列 （单位：cm ）

查表3-2选用与之接近而偏大的标称直径m D 5.01=。 2. 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

min 70'10r n M =初步假定%91'10'10==M n n ，将已知的'10n 和m H av 0.57=，

m D 5.01=代入

min 0.10575

.057

701'1r D H n n =⨯==，

表3-3 磁极对数与同步转速关系

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：

min /1000r n =。 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

%0.91Mmax =η，模型转轮直径为m D M 46.01=，得原型效率：

%15.915

.046

.0)91.01(1)1(155

11Mmax max =--=--=D D M ηη 效率修正值%15.0%0.91%15.91Mmax max =-=-=∆ηηη，由此可得原型水轮机在最优工况和限制工况下的效率为：

%15.91%15.0%0.91Mmax max =+=∆+=ηηη

%15.89%15.0%89=+=∆+=ηηηM （与假定值相同） 单位转速的修正值按下式计算

)1(max max '

10'1-=∆M M n n ηη

则()

03.00008.0191.09115.01max max

'10'1<=-=-=∆M M

n n ηη

，

按规定单位转速可不加修正，同时，单位流量'

1Q 也可不加修正。

由上可知，原假定的%91=η、‘

M Q 1'1Q =、‘’M 1010ηη=是正确的，那么上述

计算及选用的结果m D 5.01=、m in 1000r n =也是正确的。 4. 工作范围的检验

在选定m D 5.01=、m in 1000r n =后，水轮机的'm ax 1Q 及各特征水头相对应的'1n 即可计算出来。水轮机在r H 、r N 下工作时，其'1Q 即为'm ax 1Q ，故

898.08915

.057575.081.9845

81.922

1'max 1=⨯⨯⨯⨯=

=

η

r r r

H H D N Q ＜1.15s m /3，

此值与原选用的'1Q =1.15s m /3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：

s m H D Q Q r /695.1575.0898.0322

1

'max 1max =⨯⨯==

与特征水头max H 、min H 、r H 相对应的单位转速为：

min /02.62655

.01000max 1'min 1r H nD n =⨯==

min /71.7050

5

.01000min 1'max 1r H nD n =⨯==

min /23.6657

5.010001'1r H nD n r r =⨯==

在HL220型水轮机模型综合特性曲线图上分别绘出s m Q 3'max 1898.0=，