水电站厂房课程设计说明书张文奇1.蜗壳的型式电站设计水头H p=95.5m>40m （且>80m ），根据《水力机械》第二版第96页的蜗壳型式选择金属蜗壳。

2.蜗壳的主要参数2.1金属蜗壳的断面形状为圆形。

2.2对于圆形断面金属蜗壳为了获得良好的水力性能一般采用蜗壳的包角为0ϕ=345°。

2.3根据《水力机械》第二版第99页图4-30查得，当设计水头为95.5m 时，蜗壳的进口断面的平均流速c V =7.5m/s ；2.4己知水轮机的型号HL200-LJ-275，根据《水力机械》第二版附表5查得:1D =2750mm ，H=95.5m 时，蜗壳的座环内径b D =3650mm ，外径a D = 4550 mm ，所以蜗壳座环的内、外半径分别：3. 金属蜗壳的水力计算电站设计水头H P =95.5m ，进口平均流速c V =7.5m/s ，包角为0ϕ=345°，每台机组过水能力：max Q =62.69m 3/s 。

3650182522b b D r mm ===4550227522a a D r mm ===3.1对于蜗壳进口断面：断面的面积：断面的半径：从轴中心线到蜗壳外缘的半径：3.2对于中间任一断面：设为从蜗壳鼻端起算至计算断面i 处的包角，则该计算断面处的其中max Q =62.69m 3/s 。

，c V =7.5m/s ，a r =2.275m 计算成果见表1：2max 062.69345==8m 3603607.5C C C C Q Q F V V ϕ⨯︒==︒︒⨯max 1.6m ρ===max a max 2 2.2752 1.6 5.475R r m ρ=+=+⨯=i ϕmax360ii Q Q ϕ=︒i ρ=a 2i i R r ρ=+3.3蜗壳断面为椭圆形的计算当圆形断面半径的时候蜗壳的圆形断面就不能与座环蝶形边相切，这时就用椭圆断面。

由《水电站动力设备手册》查得：蝶形边高度可近似定为：m 55.01.075.2275.22.01.02b h 10=⨯+⨯=+=D查《水力机械》第二版附表1可得HL200-LJ-275水轮机导叶相对高度b 0=0.2。

临界值：为座环蝶形边锥角，一般取55度。

由圆形断面得：当时的临界角综合可知，当断面包角在0-146.4 度的时候，取椭圆断面。

椭圆短半径: 椭圆的当量面积: 椭圆长半径:，S ρ<0.550.959cos cos55h S m α===︒α345, 1.597m ϕρ=︒=1006.6C ===0.959i S m ρ==i ()(1006.6(2.2750.959146.4i a C r ϕρ︒=+=+=︒S ρ<2m ρ=（）i 1=sin iC ϕρα+222i d tg m A πρα=+（）12(1ctg )m L ρρα=+-（）0.550.671sin sin 55h L α===︒椭圆断面中心距:椭圆断面外半径:计算结果见表2：表2所以蜗壳尺寸图如下所示：单位mmi a2a 1.22mrρ=+（）i i1mR aρ=+（）4.拟定转轮流道尺寸根据《水电站机电设计手册》——水力机械分册，已知D1’=1.0m时，HL200 型的尺寸可以推D1=2.75m 时的转轮流道尺寸。

将图中所示的各尺寸乘以2.75，即可得到水轮机转轮流道尺寸。

5.尾水管单线图的绘制尾水管型式选择本电站选用混流式水轮机，为了减小尾水管的开挖深度，采用弯肘形尾水管，它由进口直锥段、肘管和出口扩散段三部分组成。

由于所选水轮机型号为HL200-LJ-275，则水轮机的标称直径为D1=2.75m。

下表中的尺寸是对转轮直径而言，当直径不为1m 时，可乘以直径数即得所需尺寸。

对混流式水轮机由于直锥管与基础环相连接，可以取D3等于转轮出口直径D2，由水轮机的流道尺寸可知转轮出口直径为D2=1.082X2.75=2.98m，由水轮机的流道尺寸可知D1<D2，所以根据表3推荐选择的尾水管尺寸如下表4所示表3表4尾水管设计尺寸（m）5.1进口直锥段进口直锥管是一垂直的圆锥形扩散管，由于选用混流式水轮机，则转轮出口直径2D 等于直锥管的进口直径3D =2.98m ，直锥段出口直径4D =3.7125m ，锥管的单边扩散角取θ=8°，直锥段高度3h =2.6m 。

5.2肘管:肘管是一90°变断面弯管，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R=(0.6~1.0)4D ，外壁6R 用上限，内壁7R 用下限，则有:6R =1 X 3.71=3.71m 7R =0 .6X3 .71=2.226m5.3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2L =L -1L =7.37m 仰角︒=-=5.11h h arctg265L α 说明:因为算出的B 5=7.48m<10m ，所以尾水管出口扩散段之间不设中间支墩。

5.4尾水段的高度与水平长度尾水管的总高度h 和L 是影响尾水管性能的重要因素，总高度h 是由导叶底环平面到尾水管之间的垂直高度。

增大尾水管的高度h ，对减小水力损失和提高效率是有利的，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，一般对于高比速混流式水轮机（1D ＜2D ）取h ≥2 .6 1D ，因此，h =7.15m=2.61D ，满足要求。

总长度L 指从机组中心到尾水管出口的水平距离，通常取L=（3.5~4.5）1D 。

由表3知L=12.375m ，满足要求。

尾水管尺寸示意图如下：6．水轮发电机尺寸根据《水电站动力设计手册》表2—4得S f =50000/0.85=58823.53（KVA ）磁极对数p=3000/250=12（对）6.1 发电机极距τfK =τ4f 2p S ⨯=9412258823.53⨯=63.33 cm=0.63 m f S ------发电机额定容量（KVA ）p ------磁极对数f K ------系数，一般为8~10，容量大、线速度高的取上限6.2发电机定子内径i D=i D πp2τ=3.14122⨯×0.63=4.84 m6.3定子铁芯长度t Lt L =e i fn D C S =26-484.0525010558823.53⨯⨯⨯=200.84cm=2.01m f S ------发电机额定容量（KVA ）e n ------额定转速（rpm ） i D ------定子内径（cm ）C ------系数，见表5选择发电机型式n l t i D =2501.85464.7⨯=0.01<0.035 i D ------定子内径（cm ）t L ------定子铁芯长度（cm ）n ------额定转速（rpm ）悬式＜0.035，伞式≥0.035，全伞式＞0.05故水轮发电机结构型式采用悬式。

6.4 定子铁芯外径a D如容量转速与已生产发电机接近，可套用已生产机座号，相差大时按以下公式估算：e n ≤466.7rpm ，＋i a D D = 1.2τ e n ＞466.7rpm ，＋i a D D =τ故：e n =250rpm>166.7rpm ，＋i a D D =τ=4.84+0.63=5.47 m6.5定子机座外径1D当214≤e n ≤300rpm 时，1D =1.2a D =1.2⨯5.47=6.56 m6.6风罩内径2D当f S =58823.53>20000kVA 时，2D =1D +2.4=6.56+2.4=8.96 m 6.7转子外径3D3D =-i D 2×δ=4.84 m式中δ为单边空气间隙，初步估算时可忽略不计。

6.8下机架最大跨度：5D 为水轮机基坑直径，查《水电站机电设计手册》得5D =3.8m(已知转轮直径275cm)450.6 3.80.6 4.4D D m =+=+=6.9推力轴承外径D 6和励磁机外径D 7 查《水电站机电设计手册》表3—7得：D 6=2600~3600mm （取D 6=3m ），D 7=1600~2600mm （取D 7=2m ）6.10定子机座高度h 1由于 n e =250≥214 rmp 则 h 1=l t +2 Ƭ=2.01+2×0.63=3.27m6.11上机架高度h 2悬式非承载机架: h 2=0.25D i =0.25x4.84=1.21m ；6.12推力轴承高度h 3、励磁机高度h 4、永磁机高度h 6 （S f =58823.53 KVA ≥20000 KVA ）查表3—8得：推力轴承高度h 3 =1750mm ，励磁机高度h 4 =2200mm ，副励磁机高度h 5 =1000mm ，永磁机高度h 6=750mm 。

6.13下机架高度h 7:悬式承载机架： h 7=0.12D i =0.12×4.84=0.58 m6.14定子支座支承面至下机架支承面或下挡风板之间的距离h 8悬式承载机架：h 8=0.15D i =0.15×4.84=0.73 m6.15下机架支撑面至主轴法兰底面之间的高度h 9按已生产的发电机统计资料，一般为700~1500mm ， 则取h 9=1000mm 6.16转子磁扼轴向的高度h 10无风扇时：h 10=l t +（500~600）mm=2.01+0.6=2.61m 有风扇时h 10=l t +(700~1000)mm=2.01+1=3.01m6.17发电机主轴高度h 11H 11=(0 .7~0.9)H其中H 是发电机总高度 H=h 1+h 2+h3+h 4+h 5+h 6+h 8+h 9=11.91mH 11=(0 .7~0.9)H=0.8x11.91=9.53m6.18定子铁芯水平中心线至主轴法兰盘底面距离h 12：无风扇：H 12=0 .46h 1 +h 10=0.46x3.27+2.61=4.11 m 有风扇：H 12=0 .46h 1 +h 10=0.46x3.27+3.01=4.51 m7.水轮发电机重量估算7.1初步设计阶段，在未取得制造厂资料前，可按式（7-1）来估算水轮发电机的总重量G f =K 1(ef n S )2/3（7-1）G f ------发电机总重量(t)f S ------发电机额定容量（KVA ）e n ------额定转速（rpm ）1K ------系数，对悬式发电机取8~10发电机转子重量一般可按发电机总重量的21估算则发电机总重量G f =K 1(e f n S )2/3 =9×(25058823.53)2/3=343.02 t发电机转子重量G z =G f /2=343.02/2=171.51 t起重物件中根据资料可知最重的物件为吊发电机转子带轴重，机组台数为4台，所以选1台单小车桥式起重机，起重量为140t ，桥跨根据厂房宽度拟定。