2013年秋季学期课程设计水利与环境学院系（院）水利水电工程专业题目水电站厂房课程设计学生姓名胡浩凡班级10水利水电工程（1）班学号**********指导教师朱士江日期2014 年01 月08 日三峡大学教务处订制水电站厂房课程设计说明书1 绘制蜗壳单线图1.1蜗壳的型式：首先，本水电站水轮机的最大工作水头80.440＞=m H m m ，应采用金属蜗壳；其次，由水轮机的型号HL220—LJ —120，可知本水电站采用金属蜗壳。

1.2蜗壳主要参数的选择金属蜗壳的断面形状为圆形为了获得良好的水力性能，圆形断面金属蜗壳的包角一般取φ0 =345°（P98）。

由基本资料可知: 3max 12.03m /s =Q 蜗壳进口断面流量max0360ϕ=c Q Q 334512.0311.53/360=⨯=c Q m s 。

由图4—30（P99）查得蜗壳进口断面平均流速 6.6/=c V m s 。

1.3座环尺寸查金属蜗壳座环尺寸系列表可知，表中最小转轮直径为1800mm 。

对表中数据进行分析，发现转轮直径和座环内外径成线性关系，利用excel 拟合直线，求出17.3074983.11+=D D a ， 54.1852938.11+=D D b 。

当11200=D mm 时mm D a 2105=，mm D b 1738=，则mm r a 5.1052=，mmr b 869=。

其中：b D —座环内径；a D —座环外径；b r —座环内半径；a r —座环外半径。

座环示意图如下图所示座环尺寸（单位：mm ），比例1:1001.4蜗壳的水力计算1.4.1对于蜗壳进口断面（P100）断面面积20max 34512.03 1.75360360 6.6ϕ⨯====⨯c c c c Q Q F m V V 断面的半径0maxmax 34512.030.746360360 6.6ϕρπππ⨯====⋅⨯⨯cc F Q m V 。

从轴中心线到蜗壳外缘的半径：max max 2 1.052520.746 2.545ρ=+=+⨯=a R r m 。

1.4.2对于断面形状为圆形的任一断面的计算设i ϕ为从蜗壳鼻端起算至计算面i 处的包角，则该计算断面处的max 360ii Q Q ϕ=，max360i i c Q V ϕρπ=，2i a i R r ρ=+。

其中：3max 12.03/=Q m s ， 6.6/=c V m s ， 1052.5 1.0525==a r mm m 。

表 １—１()i ϕ︒3max (/)360ii Q Q m s ϕ︒=()2c F mmax ()360ii cQ m V ϕρπ︒=2()i a i R r m ρ=+0 0.000 0.000 0.000 1.053 15 0.501 0.076 0.156 1.364 301.0030.1520.2201.492根据计算结果表１－１，画蜗壳单线图，如下图所示:蜗壳单线图（单位：m ）比例1:502 尾水管单线图的绘制为了减少尾水管的开挖深度，采用弯肘形尾水管，由进口直锥段、肘管和出口扩散段三部分组成。

由以下公式:1958.022000038.096.0100038.096.0121<=⨯+=+=s n D D可得12 1.21.2530.9580.958===D D m 当混流式水轮机出口直径21＞D D 时，由《水利机械》（第二版）表4-17知， 当1=1D m 时当1=1.2D m 时,乘以直径数即得所需尾水管尺寸。

2.1进口直锥段2.1.1导叶底环至转轮出口高度m D n h s 2028.02.1)117.02200013.0()117.00013.0(11=⨯-⨯=-=2.1.2转轮出口至尾水管进口高度h 2，对混流式机组约为0。

2.1.3直圆锥管高度： m h h h h h 2972.14213=---= 2.1.4出口直径m D 62.14=，进口锥管直径等于转轮出口直径，m D D 253.123== 则锥管的单边扩散角()() 9~705.82334∈=-=h D D arctg θ。

2.2肘管肘管是一90变截面弯管,其进口为圆断面，出口为矩形断面。

水流在肘管中由于转弯受到离心力的作用，使得压力和流速的分布很不均匀，而在转弯后流向水平段时又形成了扩散，因而在肘管中产生了较大的水力损失。

影响这种损失的最主要的因素是转弯的曲率半径和肘管的断面变化规律，曲率半径越小则产生的离心率越大，一般推荐使用的合理半径4(0.6~1.0)R D =，外壁6R 用上限，内壁7R 用下限。

则64741.0 1.62,0.60.6 1.620.972=⨯==⨯=⨯=R D m R D m 。

2.3出口扩散段：出口扩散段是一水平放置断面为矩形的扩散段，其出口宽度一般与肘管出口宽度相等，其顶板向上倾斜，长度()()1123~2216.3D m L L L ∈=-=仰角()() 13~1049.11265∈=-=L h h arctg α因为出口宽度m m B 10264.35<=，所以尾水管出口扩散段之间不设中间支墩。

2.4尾水段的高度总高度h 是由导叶底环平面到尾水管之间的垂直高度。

因为D1<D2，所以属于高比速混流式水轮机。

增大尾水管的高度h ，对减小水力损失和提高ωη是有利的。

但对混流式水轮机尾水管中产生的真空涡带在严重的情况下不仅影响机组的运行而且还会延伸到尾水管地板引起机组和厂房的振动。

为了改善这一情况，常采取增大尾水管高度的办法，但将会增大开挖量，从而引起工程投资的增加，经过试验，一般对于高比速取12.6h D ≥。

因此，m D m h 12.36.212.31=≥=,满足要求。

()15.4~5.34.5D L ∈=,满足要求。

2.5尾水管单线图根据以上的数据绘制单线图3 拟定转轮流道尺寸根据水电站动力设备设计手册中混流式水轮机转轮流道尺寸表，已知转轮型号为HL220型的尺寸如下：转轮型号D1D2D3D4D5D6bh1h2h3h4HL220 1 1.082 0.928 0.87 0.478 0.116 0.25 0.054 0.165 0.482 0.309 HL220 1.2 1.2984 1.1136 1.044 0.5736 0.1392 0.3 0.0648 0.198 0.5784 0.3708当1=1D m时，转轮流道尺寸如图所示：转轮流道尺寸（1=1D m ）（单位：mm ）比例1:10当1=1.2D m 时，转轮流道尺寸在上图各数据基础上乘1.2即可。

4 厂房起重设备的设计水电站厂房内桥式起重机的容量大小通常取决于起吊最重件(发电机转子带轴重)的重量，其跨度决定于桥式起重机标准系列尺寸，起重机台数取决于机组台数的多少，大小和机组安装检修方式。

水轮发电机重量估算由于发电机型号为SF630-12/2600得出该水轮机为立式空气冷却的水轮发电机，额定容量为6300kV A ，发电机极数为12，定子铁芯外径a D 为2600mm 。

查水轮发电机的标准额定转速与极数对照表，122=p ，得出min /500r n e =。

由机电设计手册得出： 极矩4463001047.9212f fS K cm p τ=== 定子铁芯内径2183.1i pD cm τπ==定子铁芯长度262630093.96410183.1500f t i e S l cm CD n -===⨯⨯⨯（当f S ＜10000kV A 时，C 取6410-⨯）。

水轮发电机重量估算：（大于150/min r 的高转速机组多半采用悬式支承方式） 水轮发电机总重量：231()=f f eS G K n式中： f G ——发电机总重量（t ）； f S ——发电机额定容量（kW ）；e n ——额定转速（/min r ）；1K ——系数，对于悬式发电机取18~10=K ，这里取19=K 。

代入数据得：2363009()48.73500fG t =⨯=发电机转子带轴重：0.524.4==z f G G t 。

显然，根据起重量系列GB783-65，且机组台数3=n ，故选1台单小车桥式起重机，型号为t 125/630。

查水电站动力设备设计手册中水电站大吨位单小车桥机主要参数，其具体数据如下：取跨度：16L m =； 起重机最大轮压：35.9T ； 起重机总重：77.3T ； 小车轨距：4400T L mm =； 小车轮距：2900T K mm =； 大车轮距；6250K mm =；大梁底面至轨道面距离：130F mm =； 起重机最大宽度：8616B mm =； 轨道中心至起重机外端距离：1400B mm =； 轨道中心至起重机顶端距离：3692H mm =； 主钩至轨面距离：1474h mm =；吊钩至轨道中心距离（主）：122655,1900L mm L mm ==；副吊钩至轨道中心距离：341300,2355L mm L mm ==；轨道型号：100QU 。

厂房轮廓尺寸5.1主厂房总长度的确定：厂房总长度取决于机组段的长度、机组台数和装配场长度。

主厂房的总长度：12=++∆L nL L L 。

其中n 为机组台数，1L 为机组段长度， 2L 为装配厂长度，L ∆为端机组段附加长度。

5.1.1机组段的长度的确定机组段的长度1L 按下式计算：1x x L L L +-=+。

其中，+x L 和-x L 分别为机组段+x 与 -x 方向的最大长度。

+x L 和-x L 可用表12-1中公式按蜗壳层、尾水管层和发电机层分别计算，然后取其中的最大值。

（１）蜗壳层：11222.544, 1.5, 2.084δδ====R m m R m11 4.044δ+=+=x L R m22 3.584δ-=+=x L R m则1 4.044 3.5847.628+-=+=+=x x L L L m 。

（2）尾水管层：523.264, 1.5δ===B B m m 2 3.264 1.5 3.13222δ+-==+=+=x x B L L m 则1 3.132 3.132 6.264+-=+=+=x x L L L m 。

（3）发电机层：查《水电站机电设计手册》可知：当500/min ≥e n r 时，定子机座外径1.30=j a D D ；当20000≤f S kVA 时，发电机风罩内径212.0=+D D m .而由发电机型号63012/2600-SF 可知，定子铁芯外径2600 2.6==a D mm m ，则发电机风罩内径3 1.30 2.6 2.0 5.38φ=⨯+=m由于一般取发电机风罩壁厚m 4.0~3.03=δ，这里取30.3δ=m ；两台机组之间风罩外壁净距一般取1.52m ，此处取2m 。