电大水利水电 —水电站__课程设计 (本科)
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《某小型水电站设计》
课程设计
学生姓名:
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专业:水利水电
指导教师:
第一章内容简介
内容摘要
本设计为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。整个设计根据地形及地质条件和相关资料、规格等要求,进行全面结合考虑,力图合理、科学,有较强的实用性。
关键词:引水式径流水电站设计规划
第二章有关设计资料
2.1 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。
2.2 水电站尾水位
厂址一般水位10.0米。
厂址调查洪水痕迹水位18.42米。
2.3 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。
2.4 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。
第三章 水轮机型号及主要参数选择
本水电站的最大水头H max =65m ,,最小水头H min =50m ,平均水头H av =57.0m ;水轮机的装机容量N y =3380kW ,装机台数4台,单机容量N y1=845kW 。对于引水式电站,设计水头H r =H av =57m 。电站设计引用流量Q P =7.2m 3/s ,单机引用流量Q P1=1.8m 3/s 。
3.1 水轮机型号选择
根据该水电站的水头变化范围50~65m ,查《水电站(第四版)》,河海大学,刘启钊主编P 79表3-6水轮机系列型谱中查出合适的机型有HL220、HL230。
3.2 主轴及蜗壳形式选择
3.2.1 主轴
本电站为小型引水式电站,引用流量小,为减少厂房的开挖量及高度,采用卧轴式。
3.2.2 蜗壳
本电站为小型引水式电站,引用水头较高,因此采用金属蜗壳为宜。通常情况下,金属蜗壳断面为圆形,包角︒=3450ϕ。本设计中也是如此。
3.3 HL220型水轮机方案的主要参数选择
3.3.1 转轮直径D1计算
查《水电站(第四版)》,河海大学,刘启钊主编P 79表3-6可得HL220型水轮机在限制工况下:单位流量s m
L Q M 3
'
115.1s /1150==,效率%0.89=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 /15.13'1'
1m Q Q M ==,效率η
假设为89.15%。
转轮直径D 1按下式计算:
m
H H Q N D r 44.0%
15.89575715.181.9845
81.9r '1r
1=⨯⨯⨯⨯=
=η
(3-1)
式中 N r ——水轮机的额定出力,845kW ;
H r ——水轮机的设计水头,对于引水式水电站取为平均水头,57.0m ;
'1Q ——原型水轮机单位流量,初步假定s /15.13'1'1m Q Q M ==;
η ——与'1Q 相应的原型效率,假设为89.15%。
根据计算结果,D 1=0.44m ,选择与之相近且偏大的轮转标称直径D 1=0.5m 。
3.3.2 转速n 的计算
查《水电站(第四版)》,河海大学,刘启钊主编P 79表3-6可得HL220型水轮机模型在最优工况下的单位转速'
10M n =70.0r/min 。水轮机的转速n 按下式计算:
min /10575
.057
701
av
'10r D H n n =⨯=
=
(3-2)
式中 '10n ——原型水轮机最优工况下单位转速,初步假定'
10n ='
10M n =70r/min ;
H av ——水轮机的平均水头,57.0m ;
D 1 ——水轮机的轮转直径,由3.2.1计算可得,0.5m 。
由式(3-2)得,n =1057r/min ,若选择的偏大同步转速的1500r/min ,则相差太大,不宜。故选用与之接近而偏小的同步转速1000r/min 。
3.3.3 效率及单位参数修正
查《水电站(第四版)》,河海大学,刘启钊主编P 79表3-6可得HL220型水轮机模型最高效率ηMmax =91.0%,模型的转轮直径D 1M =0.46m 。对于混流式水轮机,当水头H <150m 时,原型效率按下式计算:
()()%15.915
.046
.0%91111155
11max max =--=--=D D M M ηη (3-3)
效率修正值为%15.0%0.91%15.91max max =-=-=∆M ηηη,则原型的效率为:
%15.89%15.0%89=+=∆+=ηηηM
(3-4)
按下式判定是否对单位转速进行修正:
03.0001.01%0.91%15.911max
max '10'1<=⎪⎪⎭⎫ ⎝
⎛-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=∆M M n n ηη (3-5)
由式(3-5)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min
100015.1%
15.89'
10'103'1'1r n n s m Q Q M M =====η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。