电大水利水电—水电站课程设计本科

《某小型水电站设计》

课程设计

学生姓名：

学号：

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。

3.3.4 工作范围的检查