水电站厂房的设计文档格式.docx
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选此处是因为该地区位于角砾岩、粉砂岩岩基上，地基比较好，地势平坦、开阔，厂房容易布置，从而工程开挖量小，交通便利，可节省材料和费用，便于工程的施工，另外，该地区靠近汞水河，从而比较容易泄水。
第二节厂房布置方岸的选定
方岸一：
主厂房位于桔园平坦处，副厂房位于主厂房上游一侧，升压站紧接副厂房，尾水渠布置在主厂房下游，斜对河岸。
这个方岸的优点是
（1）基础开挖几劈坡工程量小。
（2）尾水出口与河道斜交，免受下泄洪水的顶托。
（3）升压站紧接副厂房，缩短了引出线的长度。
方岸二：
副厂房位于主厂房的两侧，位于进厂公路的一侧，升压站位于主厂房的左侧，尾水渠布置在主厂房的下游。
这个方岸的优点是
（1）靠近公路，交通便利。
（2）升压站远离副厂房，延长了引出线的长度。
对于上述两个方岸的比较，可以得出结论：
方岸一，工程量小，主副厂房布置紧凑，厂区布置合理，虽有一些不足之处，但较方案二是利多弊少，故采用方案一。
第二章下部结构的设计与布置
第一节水轮机的计算
一、水轮机型号及主要参数选择：
1.水电站最大水头Hmax=65.89m，设计水头Hr=50.4m，加权平均水头
Hav=Hr=50.4m,
最小水头Hmin=35.7m，装机容量为24MV，初步布置2台机组，则单机容量为12MV。
2.水轮机型号选择
根据该水电站的水头变化范围35.7m~65.89m,在水轮机系列型谱表3-4，查出合适的机型有HL230和HL220,现将这两种水轮机作为初选方案，分别求出其有关系数，并进行分析。
水轮机HL230型水轮机方案的主要参数选择
（1）转轮直径D1计算
查表3-6可得HL230型水轮机在限制工况下的单位流量Q1'
=1110L/S=1.11m3/s,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Q1'
m=Q1'
=1.11m3/s,效率
=86.0%，设gr=97%
水轮机的额定出力Nr=Ngr=12000=12371KW,上述的Q1'
、和Nr=12371KW、Hr=50.4mgr0.97
Nr12371
代入式D1='
r==1.85m﹙2.1﹚
9.81Q1'
HrHr9.811.1150.450.486%
选用与之接近而偏大的标称直径D1=2.0m
（2）转速n的计算
查表3-4可得HL230水轮机在最有工况下单位转速n1'
0=71.0r/min,初步假定
n1'
0m=n1'
0=71.0r/min,将已知的n1'
0和Hav=50.4m，D1=2.0m代入式
n=300r/min.﹙2.2﹚
n=n1D1H=712.050.4=252.0r/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
HL230型水轮机在最优工况下的模型最高效率为Mmax=90.7%，模型转轮直径为
D1M=0.404，根据式3-14可得原型效率：
max
=1-
1
5
=1-10.9075
0.404=93.2%
2.0
2.3﹚
则效率修正值为V=93.2%-90.7%=2.5%.
考虑到模型与原型水轮机在制造工艺质量上的差异，常在已求得的值中再减去一个修正值。
先取=1.7%，则可得效率修正值为=1.7%，由此可得原型水轮机在
最优工况和限制工况下的效率为
maxMmax
90.7%0.8%91.5%
2.4﹚
85.2%0.8%86.0%（与上述假定值相同）
单位转速的修正值按下式计算：
n1'
0mmax/Mmax1
则'
n1=max/Mmax10.915/0.90710.44%
n10m
由于n1'
/n1'
0m3.0%，按规定单位转速可不加修正，同时单位流量Q1'
也可不加修正由上可见原假定的=86%、Q1'
Q1'
m、n1'
0n1'
0m是正确的，那么上述计算及选用的结果D12.0m，n300r/min是正确的。
4.工作范围的检验
在选定D12.0m，n300r/min后，水轮机的Q1'
max及各特征水头相对应的n1'
即可计算出来。
水轮机在Hr,Nr下工作时，其Q1'
即为Q1'
max，故
Q1max
Nr
9.81D12HrHr
2=1.024<
1.11m3/s
9.812250.450.40.86
2.5﹚
则水轮机的最大引用流量为QmaxQ1'
maxD12Hr1.0242250.429.08m3/s
与特征水头Hmax,Hmin和Hr相对应的单位转速为
n1min
nD1
3002
65.89
35.7
50.4
73.92r/min
100.42r/min
84.52r/min
2.6﹚
在HL230型水轮机模型综合特性曲线图上分别绘出Q1'
max1024L/S，n1'
max100.42r/min,n1'
min73.92r/min的直线，这三根直线所围成的水轮机工作范围（图
中阴影部分）基本上包含了该特性曲线的高效率区，所以对于HL230型水轮机方案，所选定的参数D12.0m，n300r/min是合理的。
5.吸出高度Hs计算
由水轮机的设计工况参数n1'
r=84.52r/min,Q1'
max1024L/S,在图上可查得相应的气蚀系数约为0.17，并在图2-26上查得气蚀系数的修正值约为0.025，由此可求
出水轮机的吸出高度为：
590
Hs10（）H10（0.170.025）50.40.48m4.0m﹙2.7﹚
900900
可见HL230型水轮机方案的吸出高度满足电站要求。
二、水轮机HL220型水轮机方案的主要参数选择
1.转轮直径D1的计算
查《水力机械》可得HL220型水轮机在限制工况下的单位流量Q1'
=1150L/S=1.15m3/s,效率m=89.0%，由此可初步假定原型水轮机在该工况下的单位流量Q1'
m=Q1'
=1.15m3/s,
0.97
gr
效率=90.0%，设gr=97%水轮机的额定出力Nr=Ngr=12000=12371KW
上述的Q1'
、和Nr=12371KW、Hr=50.4m代入式
2.转速n的计算
《水力机械》查表3-4可得HL220水轮机在最有工况下单位转速n1'
0=70.0r/min,初步假定n1'
0=70.0r/min,将已知的n1'
n=n1H=7050.4=248.5r/min,选用与之接近而偏大的同步转速n=250r/min.D12.0
可得HL230型水轮机在最优工况下的模型最高效率为Mmax=91.0%，模型转轮直
径为D1M=0.46，根据式3-14可得原型效率
Mmax
0.915
=93.3%
则效率修正值为V=93.3%-91.0%=2.3%.
考虑到模型与原型水轮机在制造工艺质量上的差异，常在已求得的值中再减去
一个修正值。
先取=1.3%，则可得效率修正值为=1.0%，由此可得原型水轮机在
91.0%1.0%92.0%
89.0%1.0%90.0%（与上述假定值相同）
max/
则
10.55%
也可不加修正由上可见原假定的=90.0%、Q1'
m、n1'
0m是正确的，那么上述计算及选用的结果D12.0m，n250r/min是正确的。
在选定D12.0m，n250r/min后，水轮机的Q1'
max及各特征水头相对应的n1'
9.81D12HrHr
2=0.968<
1.15m3/s
9.812250.450.40.91
maxD12Hr0.9682250.427.49m3/s与特征水头Hmax,Hmin和Hr相对应的单位转速为
'
nD12502
n1min161.60r/min
1minHmax65.89
n1max
250283.68r/min
nD12502
Hr50.4
70.43r/min
在HL230型水轮机模型综合特性曲线图上分别绘出Q1'
max968L/S，n1'
max83.68r/min,n1'
min61.60r/min的直线，这三根直线所围成的水轮机工作范围（图中阴影部分）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D12.0m，n250r/min是合理的。
5.吸出高度Hs计算'
r=70.4r/min,Q1'
max968L/S,在图上可查得相应的气蚀系数约为0.133，并在图《水力机械》查得气蚀系数的修正值约为0.025，由此
可求出水轮机的吸出高度为：
Hs10（）H10590（0.1330.025）50.41.38m4.0m
s900900
可见HL220型水轮机方案的吸出高度满足电站要求
三、两种方案的比较分析
表2-1水轮机方案参照对照表
序号
项目
HL230
HL220
推荐使用的水头
范围
35~65
50~85
2
最优单位转速
0r/min
71
70
3
模型转轮参数（最优单位流量Q1'
0L/S）
913
1000
4
最高效率max%
90.7
91.0
气蚀系数
0.17
0.133
6
工作水头范围（m）
50.4~65.89
7
转轮直径D1m
8
转速n（r/min）
300
250
9
91.5
92.0
10
额定出力
NrKW
12371
11
最大引用流量
Qmaxm3/s
29.08
27.49
12
吸出高度Hsm
0.48
1.38
由表可见，两种机型方案的水轮机转轮直径D相同均为2.0m，但HL220型水轮机方案的工作范围包含了较多的高效率区域，运行效率较高、气蚀系数较小、有利于提高年发电量，而HL230型水轮机方案的机组转速较高，有利于减小发电机尺寸、降低发电机造价。
根据以上分析，在限制供货方面没有问题时，初步选用HL220型水轮机方案，故水轮机型号为HL220—LJ—200。
第二节水轮发电机的型式选择
单机容量（KW）
功率因数
（COS）
额定电压
额定容量（KVA）
12000
0.9
10.5
13333
本设计为大中型水电站，故采用大中型机组，采用立式SF12—18—3600型发电机
表2-2发电机的主要参数
、水轮机主要尺寸估算
1.极距；
Sf
Kj
941333343.69cm
2P212
2.8﹚
Sf—发电机额定容量（13333KVA）P—磁极对数（12）
Kj—系数，一般取（8-10）在这里取Kj=9
2.定子内径Di
2p21243.69
Di333.94cm
i3.14
式中：
2.9﹚
3.定子铁芯长度It
It=Sf
It=2
tCDi2ne
式中;
ne_额定转速（r/min）
2.10﹚
Di_定子内径
C-系数（4*106~6.5*106）此处取5*106
I=Sf
tCDi2ne5106333.942250
95.65cm
Di333.94
Itn95.65250
0.0140.035
所以采用悬式水轮发电机
4.定子铁芯外径Da（机座号）
ne250r/min166.7r/minDa=Di333.9443.69377.63cm
则取Da=378cm，故发电机型号为SF1212/378
、外形尺寸估算
1.平面尺寸估算
1）定子机座外径D1
Q214ne250r/min300D11.20Da1.20*378453.6cm
2）风罩内径D2
QSf20000KVAD2D12.0453.6200653.6cm
（3）转子外径
D3Di2单边空气间隙，初步估算时可忽略不计
D3Di333.94cm
（4）下机座最大跨度D4
Q10000Sf100000KVAD4D50.6m
式中D5为水轮机基坑直径9D5=3.0m
D4D50.6m=3.0+0.6=3.6m=3600cm
（5）推力轴承外径D6和励磁机外径D7
查《水利机械》D6=2400cm，D7=1500cm
三、轴向尺寸计算
1．定子机座高度h1
ne250r/min214r/min,h1It295.652*43.69183.03cm2．上机架高度h2
对于悬式承载机架h2=0.25Di0.25*333.9483.48cm
3．推力轴承高度h3，励磁机高度h4和永磁机高度h69
h3=1000mm,h4=1500~1800,取1600mm，其中机架高500~700，在这里取
600mm,h5=600mm,h6=500mm
4．下机架高度h7
悬式非承载机架h7=0.12Di0.12333.9440.07cm5．定子支座支承面至下机架支承面或下挡风板之间的距离h8
悬式非承载机架h8=0.12Di0.15333.9450.09cm6．下机架支承面至主轴法兰底面之间的距离h9按已生产的发电机统计资料，一般为700~1500mm,取h9=800mm7．转子磁轨轴向高度h10
有风扇时，h10It（700~1000）mm956.58001756.5mm8．发电机主轴高度h11
h11（0.7~0.9）H，H—发电机总高度，即由主轴法兰盘底面至发电机顶部的高度
H=h1h2+h3+h4+h5+h6+h8+h9=183.03+83.48+100+160+60+50+50.09+80=766.6c
mh110.8H0.8766.6613.28cm
9．定子铁芯水平中心线至主轴法兰盘底面距离h12
h12=0.46h1h10=0.46183.03+175.65=259.84cm
四、水轮发电机重量估算
1.发电机总重量Gf（t）
Gf=K1
Sf3
133333
113.35t
2.11﹚
K1—系数，对悬式发电机取8~10，在此处取8
2.发电机转子重量一般可按发电机总重量的1/2估算
Gf
113.35
56.675t
3.发电机飞轮力矩
2.12﹚
23.53.52
CD2K2Di3.5It5.23.33943.50.9565333.47tm2
K2—经验系数，可按9选取,当100ne375时，K25.2
Di—定子铁芯长度（m）
It—定子铁芯长度（m）
第三节蜗壳断面形式及尺寸计算
本电站最大工作水头超过40m,故采用金属蜗壳，有线变化结构简单，水力损失大：
抛物线变化结构复杂，水利损失小。
为了改善蜗壳的受力条件使水利损失最大，故采用
抛物线变化规律的圆形断面，圆形金属蜗壳断面包角通常采用f=345
、蜗壳进口断面流量
2.13﹚
QcQmaxfi27.4934526.34m3/s
c360i360
Qmax—水轮机最大引用流量
1.蜗壳进口平均流速2蜗壳进口断面平均流速Vc5.8m/s
则蜗壳进口断面面积
FcVQcc
26.34
5.8
4.54m2
2.14﹚
断面半径
Fc
Qmaxfi
360Vc
27.49345
3463.145.8
1.20m
由《水力机械》可查得金属蜗壳座环尺寸，水头在70m一下其座环外径Da3.4mRaDa/23.4/21.7m
R=Da2i=1.7+21.44=4.10m
表2-3蜗壳断面半径随角度的变化
蜗壳包角f
断面半径i（m）
R（m）
345
1.20
4.10
1.12
3.94
255
1.03
3.77
210
0.94
3.58
165
0.83
3.36
120
0.71
3.12
75
0.56
2.82
30
0.35
2.40
第四节尾水管形式及其主要尺寸确定
根据本电站的总装机容量为大中型水电站，为了减少尾水管的开挖深度，采用标准
弯肘型尾水管。
是由进口直锥段，肘管和出口扩散段三部分组成，其大
致形状如图所示，使用推荐的尾水管尺寸2
表2-4本电站尾水管尺寸参数
肘管形
式
适用范
围
h/D1
L/D1
B5/D1
D4/
D1
h6/D1
L1/D1
h5/D1
标准混凝土肘管
混流式
D1D2
2.6
4.5
2.72
1.35
0.675
1.82
1.22
表2-5本电站尾水管尺寸参数
参数
h
L
B5
D4
h6
L1
h5
标准
5.2
9.0
5.44
2.7
3.64
2.44
尾水管肘管是一90度变断面，起出口为矩形，断面水流由于在肘管中转弯受到离
心力的作用，由于曲率越小，半径越小，产生的离心力越大。
一般推荐使用合理半径
R=（0.
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