水电站课程设计

《水电站建筑物》课程设计BL电站计算说明书

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基本资料

1.1工程概况根据某市供水和灌溉的需求，于 X 河的丫河口坝址修建控制流域面积

2085km 2

，坝址处多年平均径流量X10m 3

。

水库属大(2)型，工程等别为n 等，主要建筑物为2级，用

混合坝型，拟建一座坝后式水电站。电站尾水泄入灌溉渠道，行发电。

水电站厂房按3级建筑物设计，厂房经右岸坝下公路对外联系。

1. 2设计的目的与任务

目的：通过本次课程设计，使学生将所学水电站基本知识加以系统化，能够运用基本理论知识解决实际工程问题，使学生在分析问题、理论计算、制图、编写说明书与计算书等方面得到锻炼，初步掌握水电站的设计步骤、方法、基本理论，为参加工作打下基础。

任务：进行水轮机选型与厂房布置设计。

1. 3BL 电站设计资料

气象资料：

该地区多年平均气温°C，最低气温—°C 。最大风速北风21m/s 。最大冰厚。地面冻结深度一般在左右。

水文资料：

(1) 水库特征水位与溢洪道泄量特征：

(2)水库的主要技术指标:

电站尾水渠水位流量关系：

电站尾水渠出口即为灌溉渠道的渠首，渠底高程，渠顶高程，渠道设计流量

BL 水电站。该电站水库

次要建筑物为3级。采结

合工农业用水进 S 。

渠道加大流量S 。

电站尾水渠水位流量关系表(Z~Q):

(3) 厂房地质资料

水库坝址系由变质岩、沙岩、熔岩及花岗岩类组成，坝址有一组北北西向断层，在厂房范围内有一小断层通过。

本地区地震基本烈度为％度。厂房设计烈度为7度。

(4) 水轮机选型的基本资料：

经水能计算，最终确定：

1.电站最大水头H max =； .加权平均水头H a =； .设计水头H r =；

.电站正常运转时的最小水头 H min =。

.水电站总装机容量 N f = 6400kW ，考虑水电站运行及用水量变化规律，经方案比较，决定选用两台机组。发电机效率 n =。

水轮机的选型

本水电站的最大水头 H max =，正常运转时最小水头

H min =，加权平均水头 H a =,设计水头H r =。

水电站总装机容量 N f =6400kW ，设计装机台数2台，单机容量 N yi =3200kW 。

水轮机型号选择

根据该水电站的水头变化范围 ~，查《水电站(第三版)》，河海大学，刘启钊主编 3-4水轮机系列型谱中查出合适的机型有

HL240、HL310。选择HL240。

转轮直径的计算

转轮直径D 1按下式计算：

根据计算结果，D 1=，应选择与之相近且偏大的轮转标称直径，但 D 1=相差太大，可近似取

为 D 1=。

3 4 5 P73表

D i

\|9.81Q 1'Hrj1H7

3200

(2-1)

式中 N r

H r

Q 1

V9.81 1.40 21.3 J21.3 1.63m

水轮机的额定出力， 3200kW ；水轮机的设计水头，；原型水轮机单位流量，初步假定与Q ；相

应的原型效率，假设为

89.6% '

Q Q 1M 1.40m

/s ；

（2）转速n 的计算

查《水电站（第三版）》，河海大学，刘启钊主编 P74表3-6可得HL310型水轮机模型在最优工况下的单位转速

n 10M =min 。水轮机的转速n 按下式计算:

n 込 88.3 丁22.1 231r/min

1.6

式中

n 10

原型水轮机最优工况下单位转速，初步假定

10 = n

10M =min ；

H a ——水轮机的平均水头，；

D 1 ——水轮机的轮转直径，由（2-1）计算可得，。由式（2-2）得，n =231r/min ，选用与之接近而偏大的同步转速

（3）效率及单位参数修正

查《水电站（第三版）》，河海大学，刘启钊主编 P74表3-6

可得HL310型水轮机模型最高

D 1M =。对于混流式水轮机，当水头

H<150m 时，原型效率按下式

则水轮机的最大引用流量为

效率n Mmax =%,模型的转轮直径计算：

max

Mmax

效率修正值为

max

Mmax

82.6% 按下式判定是否对单位转速进行修正:

5 1 V D 1

92.16% 10.4% n i max

1 89.6% 89.6% 93.00%

?39 92.16% 5 V 1.6

2.56%，则原型的效率为:

(2-3)

(2-4)

1 0.014 0.03

V 89.6%

n 10M

Mmax

由式（2-5）可知，此时单位转速可不加修正，同时，单位流量也可不加修正。由上可见，原假定的 n=%

Q 1

Q 1M

gOm '

/s n 10

n 10M 250r/m

是正确的，那么上述计算及选用的结果 Dm n=250r/min 也是正确的。

工作范围的检查

水轮机在H r 、N r 下工作时，

(2-5)

1 max

其 Q 1 Q 1max

N r

9.81D 12

H ___________ 3200 ____________ 9.81 1.62 21.3 89.6%

1.45m /s 1.40m /s

(2-6)

D 1 -

(2-2)

250r/min 。

Q1'max D2T H? 1.40 1.6216.541m3/s

Q max (2-7) 与特征水头H max、H min和H r相对应的单位转速为

(2-8)

n 1max 128.3r/min 的直线，由这三根直线所围成的水轮机工作范围基本并末包含该特性曲线的高效率区。对

于 HL310型水轮机方案，所选定的参数 D 1=和n =250r/min 是合理的。

式中

n 仃一模型最大可能开度的单位飞逸转速，

520r/min ;

H max --水轮机最大水头，。

两种方案的比较分析

为了便于比较分析，现将两种方案（ HL240、HL310型水轮机方案的主要参数选择，引用他

人计算成果）的有关参数列入表

2-1中：

表2-1 水轮机方案参数对照表

imin

nD j

imax

J H max nD 1

250 1.6 —F 91.0r / min V27.8 25^ 128.3r/min

nD 1

: 250 1.6 ,- —. 104.0r/m in

J H 7

721^3

在HL310型水轮机模型综合特性曲线图上分别绘出 n ir

Q 1max 1400L/S 、n 1min 91.0r/min 、

吸出高度的HS 计算

由水轮机的设计工况参数，

n 1r

的气蚀系数约为cr=，气蚀系数修正值

104.0r/min Q^ax 1400L/S ，在曲线图上查得相应

△尸（当H p =米时）。可按下式计算水轮机的吸出高度：

44 5

/C c\

—-（0.05 0.1） 21 .3 6.79m （2-9）

H s 10.0

900 （ M ） H 10.0

—水轮安装位置的海拔高程，本设计取为下游水位一般水位;

M —模型气蚀系数，；

—气蚀修正系数，；

H —水轮机水头，本设计取为设计水头。

H s =o

式中

计算式（2-9）得，水轮机的吸出高度

飞逸转速n f 的计算

1f Y H

max

n f

520

心 1523r / min

1. 8

(2-10)

吸出高度H s (m)

由表2-1可见，HL240型水轮机方案的工作范围包含了较多的高效率区域, 效率较高，气蚀系数较小， HL240型水轮机方案，即：

运行有利于提高年发电量和减小电站厂房的开挖量。故选择选定水轮的型号为 HL240- L — 50。蜗壳尺寸计算

引用流量小，为减少厂房的开挖量及高度，采用立轴式。引用 0 225。混凝土蜗壳流拟定 0 225，

0Q Max 270 16. 748

12. 561m3/ s

360 360 经查 P32页表2-8得， V c 3.75m 3

/s ，假定 V u V c

的外轮廓尺寸确定:

b 。 0. 365D 1 0. 657 m

F ab 2ta n 1 m 2

tan

2 本电站为小型引水式电站，水头较低，因此采用混凝土蜗壳为宜。混凝土蜗壳断面为梯形，包角量确定：

2 其中，4 3.75m 3

/ s 确定蜗壳尺寸混凝土蜗壳

F o n 19， QlMax 0 360 V c

1.6 30

2.8伽

a 联立求得,

b p m n 2 1 a 0.88m 1.5m 1.76m 3.7m r

0.9280 1.67 则从水轮机主轴到蜗壳进口外边缘半径 R 0为

R 0 r a a 1 1.67 1.76 3.43m