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水电站课程设计说明书

第一章基本资料

第二章水轮发电机选择

第一节机组台数和机组型号选择及水轮机主要参数确定

第二节蜗壳和尾水管的尺寸选择

第三节发电机组的选择及尺寸第二章水电站厂房设计

第一节主厂房的平面尺寸确定

第二节主厂房布置的构造要求

第三节桥吊选择

第四节副厂房布置

附：

计算书

第一节基本资料

第二节水轮发电机选择

第三节水轮机厂房设计

第一章基本资料

1•流域概况

该水电站位于S河流的上游，电站坝址以上的流域面积为20,300km2，本电站属于

该河流梯级电站中的一个。

2•水利动能

本电站的主要任务是发电。

结合水库特性、地区要求可发挥养鱼等综合利用效益。

本电站水库特征水位及电站动能指标见表1

表1H水电站工程特性表

名称

单位

数量

备注

一、水库特性

1、水库特征水位

校核洪水位（P=0.1%）

293.9

设计洪水位（P=1%）

290.9

正常蓄水位

290.0

死水位

289.0

2、正常蓄水位时水库面积

加2

15.17

3、水库容积

校核洪水位时总库容

108m3

2.29

正常蓄水位时库容

"83

10m

1.63

死库容

~8~3~1

10m

1.49

二、下泄流量及相应下游水位

包括机组过流

量

1、设计洪水最大下泄量

3-1m.s

200.00

相应下游水位

273.2

2、校核洪水最大下泄量

3-1m.s

700.00

相应下游水位

274.9

三、电站电能指标

装机容量

200.0

保证岀力

35.00

多年平均发电量

108kW

4.35

年利用小时数

2255

四、水轮机工作参数

最大工作水头

25.60

最小工作水头

22.80

设计水头

23.30

流量（m2/s）

图1下游水位一一流量关系曲线

第二章水轮发电机选择

第一节水轮机的台数和机组型号选择及水轮机主要参数确定

台数：

4台，单机容量50KV；

型号：

HL310

主要参数：

直径D1=6.5m转速n=71.4r/min;允许吸出高度Hs=0.143m

第二节蜗壳和尾水管的尺寸选择

混凝土蜗壳，包角为2250

L+x=6.4m,L-x=4.8m

弯肘形尾水管，参数如下表所示：

参数

馆

肘管型式

适用

范围

实际

6.5

16.9

29.25

17.68

8.775

4.3875

11.83

7.93

标准混

凝土肘

管

混流

式

第三节发电机组的选择及尺寸

发电机型号为SF50-60/920，具体参数如下表所示:

形式

额定容量Nf（MW）

功率因

数cos©

额定电压

（KVA

转速

n（r/min）

半伞式

0.8

58800

136.4

飞轮力矩（kN*m2）

转子重

（t）

定子重⑴

总重⑴

250

10600

235

145

478

发电机的尺寸

根据发电机的型号，查出发电机的主要尺寸（长度和高度均为mm）

外径Da（cm）

内径Di（cm）

长度

Lt（cm）

定子基座高

上机加高

度h2

920

862

115

2540

835

转子磁颚轴向

高度h10

定子水平中心线到法兰底

距离h12

发电机主轴高度h11

2012

4330

2660

下机架最大跨

度D4

水轮机基坑直径D5

推力轴承装

置外径D6

6470

5600

3600

定子支撑面至

下机架支撑面距离

下机架支撑面到法兰底面

距离h9

永磁机

及转速继电

器高度h6

推力轴承高

度h3

法兰盘底

至发电机顶的

距离H

2215

940

650

1100

9580

定子支撑面到发电机层底高度h

基座外

径D1

风罩内径D2

转子外径

3375

10400

13000

8590

第二章水电站厂房设计

第一节主厂房的平面尺寸确定

1.主厂房的长度L=116m

2.主厂房的宽度B=26.6m

3.主厂房高度

1.安装高程'、安=264.71m

2.尾水管底板高程、尾=243.54m

3.开挖高程挖=241.54m

4.水轮机层底板高程'水=266.98m

5.发电机层地板高程、发=272.52m

6.吊车轨顶高程（P176）i吊=301.12m

7.厂房天花板及屋顶高程'天=310.62m''顶=311.27m

第二节主厂房布置的构造要求

1.厂房内的交通

2.厂房应注意采光，通风，取暖，防潮，防火等

3.主厂房的分缝和止水

第三节桥吊选择

双小车2150t桥式起重机

第四节副厂房布置副厂房设在主厂房靠对外交通的一边。

附：

计算书

第一节基本资料

见设计说明书

第二节水轮发电机选择

一、机组台数和机组型号选择及水轮机参数确定

选择机组台数时，应对加工制造能力和运输条件、总投资、水电站的运行效率和运行灵

活性、运行维护工作量的大小等因素进行综合考虑，经技术经济比较确定机组台数。

为了使

电气主结线对称，大多数情况下机组台数为偶数。

对于中小型水电站，为保证运行的可靠性

和灵活性，机组台数一般不少于2台。

本电站属于中型水电站，所以建议选用4台。

单机容量等于装机容量与台数的比值，所以单机容量为200/4=50MW

根据该水电站的水头变化范围22.80—25.60m，查表找出合适的机型有HL310和ZZ440

两种。

下面通过参数比较再选择选用哪种型号。

HL310水轮机主要参数的选择:

1.转轮直径Di计算

查表3-6和图3-12可得HL310水轮机在限制工况下的单位流量为Q1M=1400LS=1.40m3s，效率M=82.6%,由此可初步假定原型水轮机在该工况下的单位流量Q1=Q1M=1.40,效率=86%。

1NI50汉103

由公式D1=|r~j,=6.135m，选用与之

^|9.81Q；Hn/H^^Y9.81x1.4x23.30"23.30x86.0%

接近而偏大的标称直径D1=6.5m。

2.转速n计算

查表3-4可得HL310型水轮机在最优工况下单位转速n10M=88.3rmin，初步假定

Hr2330

n10=n10M，因为该电站是河床式水电站，所以加权平均水头Hav===25.89m,

0.90.9

亠八亠nnkTHV88.^725.89「…亠亠

由公式n====69.08rmin，选用与之接近而偏大的同步转

D1D16

速n=71.4r.min。

3.效率及单位参数修正

一D-

米用公式max=1_（仁Mmax）（如）5进行修正。

查表3-6可得HL310型水轮机在最优工况下

的模型最高效率为耳Mmax=89.6%,,模型转轮直径为D1M=0.39m，根据公式可得原型效

0391

率max=1-（1-89.6%）（）5=94.1%,则效率修正值为

6.5

‘=max-Mmax=94.1%-89.6%=4.5%，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•。

现取=1.0%，则可得效率修正值为

.■:

=3.5%，由此可得原型水轮机在最优工况和限制工况的效率为：

max=Mmax+=89.6%+3.5%=93.1%

=m+厶=82.6%+3.5%=86.1%（与上述假设值基本相同）

单位转速的修正值按下式计算：

n1=n10M（'.maxMmax-1）

则n1=（

n10M

..maxmmax"）=.0.9310.896-1=1.93%

由于厶njn!

M<3.0%，按规定单位转速可不加修正，同时，单位流量Q1也可以不加修正。

由上可见，原假定的=86%，Qi=Qim，nio=ni0M是正确的，那么上述计算及选用的结

果Di=6.5m，n=71.4rmin也是正确的。

4.工作范围的检验

在选定D1=6.5m,n=71.4rmin后，水轮机的Q1max及各特征水头相对应的m即可计算出来。

水轮机在HrNr下工作时，其Q1即为Q1max，故

则水轮机的最大引用流量为

Qmax=Q1maxD2.Hr=1.2466.52:

了23.30=254.11m3s

与特征水头HmaxHmin和相对应的单位转速为

nD171.4汉6.5/.

_nD171.4X6.5

n1max=

n1min=「Hmax=「25.60曲73®

=—:

=97.20r.min

■，.Hmin、22.80

nDj71.4X6.5/.

n1r===96.15r.min

VHrJ23.30

在HL310型水轮机模型综合曲线图上分别绘出Q1max=1246Ls，n1max=97.20rmin和n1min=91.73nmin的直线。

由图可见，由这三根直线所围成的水轮机工作范围基本上包含

了该特性曲线的高效率区。

所以对于HL310型水轮机方案，所选定的D1=6.5m和

n=71.4rmin是合理的。

5.吸出高度Hs计算

由水轮机的设计工况参数，n1r=96.15rminQ1max=1246Ls，在图3-25上可查得气

蚀系数值为二=0.360气蚀系数的修正值为&宀-0.05，由此可求出水轮机的吸出高度为

冗丄A273.20丄

Hs=10--（；「：

；「）H=10--（0.3600.05）23.30=0.143m

900900

ZZ440水轮机方案的主要参数选择

1.转轮直径Di计算

由表3-7查得ZZ440型水轮机在限制工况下的单位流量Qi=1650Ls=1.65m3s，同时可

查的该工况下的气蚀系数:

二=0.72。

从图3-13中可查得该工况点（n10=ii5rmin，二=0.72）

处的单位流量Q1=1660Ls。

同时查得该工况点的模型效率M=82%，并根据此假定水轮

机的效率为86%。

由公式D1=/Nr_=J50乂10_==5.63m，选用与之

”9.81Q1H（貞n\9.81x1660汉23.30汇『23.30x86%

相近的标称直径D1=6.0m。

2.转速n计算

=97.52rmin

n10.Hav115.25.89

n==

D16.0

选用与之相近而偏大的同步转速n=100rmin。

3.效率及单位参数修正

D1h—

采用公式max=1-（1-Mmax）[0.30.7（D1M）5（HM）10]修正。

对于轴流转浆式水轮机，必

D1H

须对其模型综合特性曲线图上的每个转角:

-的效率进行修正。

当叶片转角为:

时的原型水轮机最大效率可用下式计算

咕ax=1-（1一怙max）Q3+0.7翠％/D^Hm阳）

根据表3-7知D1M=0.46m，HM=3.5m，并知D1=6.0m，H=23.30m，代入上式可算得

叶片在不同转角:

时的-Mmax可用模型综合特性曲线查得，从而可求出相应

型水轮机的最高效率-max。

当选用效率的制造工艺影响修正值=1%，即可计算出不同转角：

•时效率修正值."■：

..o

起计算结果见下表。

叶角转角a

-10

-5

"cMmax%

84.9

88.0

88.8

88.3

87.2

86.0

81.0

80.0

怙ax%

90.2

92.2

92.8

92.4

91.7

91.0

87.7

87.1

n亠"

OmaxoMmax

5.3

4.2

4.0

4.1

4.5

5.0

6.7

7.1

4.3

3.2

3.0

3.1

3.5

4.0

5.7

6.1

由表3-7查得ZZ440型水轮机最优工况的模型效率为Mmax=89%。

由于最优工况接近

=00等转角线，故可采用:

：

.=3.0%作为其修正值，从而得到原型最高效

max=89%+3.0%=92.0%。

已知M=82%，而该工况处于转角200与250之间，用内插法可求得改点的效率修正

值为.：

..=5.1%,由此可得该工况点的原型水轮机效率为=82%+5.1%=87.1%（与原假定值

接近），由于:

"1=（.：

max—Mmax-1）=,92.0%89.0%-1=1.67%<3.0%，故单位转速niom''

不作修正，同时，单位流量也可不作修正。

由此可见，以上选用的D1=6.0m，n=100「min是正确的。

4.工作范围宽的检验

在选定D1=6.0m，n=100rmin后，水轮机的Q1max及各特征水头相对应的⑴即可计算出来。

50000

9.816.0223.30.23.3087.1%

则水轮机的最大引用流量为

Qmax=Q1maxD^/Hr=1.456.°2一23.30=251.97mls

与特征水头HmaxHmin和Hr相对应的单位转速为

1006.°=118.59min.25.60

1006.°=125.67rmin.22.80

n；r==10^6.0=124.30r/min

\；：

HrJ23.30

在HL310型水轮机模型综合曲线图上分别绘出Q1max=1450Ls，n1max=118.59rmin和

n；min=125.67rmin的直线。

由图可见，由这三根直线所围成的水轮机工作范围基本上包含

了该特性曲线的高效率区。

5.吸出高度Hs计算

在水轮机的设计工况点（n1r=124.30rmin，Q1max=1.45m3s）处，由图3-26可查得气蚀系数约为0.57,查图2-26查得厶；「=0.05,则可求出水轮机的吸出高度为

V27320

Hs=10--（；「.：

；「）H=10（0.570.05）23.30=-4.74m、

900900

F面通过列表进行参数比较分析:

序号

项目

ZZ440

HL310

模型

转轮参数

推存使用水头范围（m）

20~36

<30

最优单位转速n；0（r/min）

115

88.3

最优单位流量Q；0（L/s）

800

1120

限制工况单位流量Q；max

（L/s）

1650

1240

最咼效率^Mmax（%）

89.6

设计工况气蚀系数坊

0.42

0.36

原型

水轮机参

数

工作水头范围（m）

22.8~2

5.6

22.8~2

5.6

转轮直径D1（m）

6.0

6.5

转速n（r/min）

100

71.4

最咼效率nmax（%）

93.1

额定出力Nr（kW）

50000

最大引用流量Qmax

（m3/s）

251.97

254.11

吸出高Hs（m）

-4.74

0.143

由上表可见，两种机型的方案的水轮机转轮直径ZZ440小于HL310。

但是HL310型水轮机

方案的工作范围包含了更多地高效率区域，运行效率较高，气蚀系数较小，安装高程较高，有利于提高年发电量和减小电站厂房的开挖工程量；而ZZ440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，但这种机型水轮机及其调节系统的造价较高。

根据以上分析，在制造供货方面没有问题时，初步选用HL310型方案较为有利。

综上，本组选用HL310型水轮机。

二、蜗壳和尾水管的尺寸选择

1•蜗壳的选择

由于本电站水头较低，选择混凝土蜗壳，通过2250和180°两个包角方案的分析比较，225

o包角易于与压力管道连接，予以采用。

经计算，蜗壳+x方向宽6.4m，-x方向宽4.8m。

2•尾水管的选择

尾水管可采用标准弯肘型尾水管，弯肘型尾水管由进口直锥段、中间肘管段和出口扩散段三

部分组成，其轮廓尺寸确定见下图。

参数

肘管

型式

适用

范围

标准

1.0

2.6

4.5

2.72

1.35

0.675

1.82

1.22

标准混凝土肘管

混流

式

实际

6.5

16.9

29.25

17.68

8.775

4.3875

11.83

7.93

三、发电机组的选择及尺寸

根据额定功率Nf为50000kw,转轮转速n为71.4rmin小于150rmin,选用伞式水轮发

电机，查表3-11（P166）选用型号为SF50-44/920。