水电站课程设计一：计算水轮机安装高程参考教材，立轴混流式水轮机的安装高程Z s 的计算方法如下：0/2s s Z H b ω=∇++式中ω∇为设计尾水位，取正常高尾水位1581.20m ；0b为导叶高度，1.5m ；sH 为吸出高度，m 。

其中，10.0()900s m H H σσ∇=--+∆ 式中，∇为水轮机安装位置的海拔高程，在初始计算时可取为下游平均水位的海拔高程，设计取1580m ；m σ为模型气蚀系数，从该型号水轮机模型综合特性曲线（教材P69)查得m σ=0.20，σ∆为气蚀系数的修正值，可在教材P52页图2-26中查得σ∆=0.029；H 为水轮机水头，一般取为设计水头，本设计取H=38m 。

水头H max 及其对应工况的m σ进行校核计算。

10.0()900s m H H σσ∇=--+∆=10.0-1580900-(0.2+0.029)⨯38=-0.458 0/2s s Z H b ω=∇++=1581.20-0.458+1.5/2=1581.49m 。

二：绘制水轮机、蜗壳、尾水管和发电机图2.1水轮机的计算图1.1 转轮布置图如图所示，可得HL240具体尺寸：表1.11 转轮参数表D1D2D3D4D5D6b0h1h2h3h41.0 1.0780.9280.7250.4830.1280.3650.0540.16 0.593 0.2834.1 4.423.8052.9731.980.5251.4970.2210.6562.431 1.1602.2 蜗壳计算进口断面尺寸计算(1)进口断面流量的确定由资料，该水电站初步设计时确定该电站装机17.6×410kW ，电站共设计装4台机组，故每台机组的单机容量为17.6×410kW ÷4=4.4×410kW 。

由水轮机出力公式：9.81N QH QH ωγ===4.4×410kW 式中：Q 为水轮机设计流量（3/m s ）；H 为设计水头，m ；由设计资料得H=38.0m 。

所以，4×10//=118.039.81 4.4Q N H ω=⨯=（9.8138.0）（3/m s ） 进口断面流量计算公式： 00360Q Q ϕ=0360Q Q ϕ==345118.03360⨯=113.11（3/m s ） 式中：ϕ0—蜗壳包角，通常均采用3450Q —水轮机设计流量，Q =118.03m 3/s （2）进口断面流速的确定蜗壳进口断面平均流速可由教材P36（图2-8a ，已知设计水头38.0m ，本设计为金属蜗壳可取为上限值）查得：0V =5.8m/s 。

（3）进口断面半径0ρ 由公式0000360Q V ϕρπ==113.112.4925.83.14m =⨯（4）进口断面中心距i a由公式0a =0a r ρ+=2.492+3.15=5.642 式中a r =/2a D （5）断面外半径0R由公式：002a R r ρ=+=3.15+2×2.492=8.134m绘制蜗壳单线图时，在蜗壳上共取0—0~7—7共八个蜗壳断面（从0—0开始每隔45°取一个断面），利用下列公式进行断面计算，得各断面的参数。

任一断面i —i 的流量：0360ii Q Q ϕ=断面半径：0360ii i Q V ϕρπ=（断面上沿径向各点的水流圆周分速度等于一个常数，即0i V V =）断面中心距：i a =a i r ρ+ 断面外半径：2i a i R r ρ=+ 各断面参数计算列表如下：蜗壳计算列表（圆形断面）断面号 i ϕ(°)i Q （3/m s ）i ρ(m)i a (m)i R (m)0 345 113.11 2.492 5.642 8.134 1 300 98.36 2.324 5.474 7.798 2 255 83.60 2.143 5.293 7.435 3 210 68.85 1.944 5.094 7.039 4 165 54.10 1.723 4.873 6.597 5 120 39.34 1.470 4.620 6.090 6 75 24.59 1.162 4.312 5.474 7309.840.7353.8854.6202.3尾水管计算由水轮机型号可知转轮直径D 1=410cm转轮出口直径D 2=1.078D 1=1.078×410=441.98㎝。

满足条件D 1≤2D ，采用标准混凝土肘管，故可用推荐的尾水管尺寸表（教材第二章P42表2-1） 参数 h/D 1 L/D 1 B 5/D 1 D 4/D 1 h 4/D 1 h 6/D 1 L 1/D 1 h 5/D 1 比例 2.64.52.7201.351.350.6751.821.22尾水管各参数尺寸表 参数hLB 5 D 4h 4 h 6 L 1h 5长度（m) 10.66 18.45 11.1525.535 5.5352.76757.462 5.0022.3.1 直锥段各尺寸的确定 （1） 导叶底环至转轮出口高度1h1h =0.221+0.656=0.877m（2） 转轮出口至尾水管直锥段进口高度2h对于混流式水轮机组，2h 为保证水轮机组正常运行的安装缝的高度，一般可忽略不计，此设计取2h =0.05m 。

（3）尾水管进口直锥段高度3h3h =124h h h h ---=10.66-0.877-0.05-5.535=4.198m 。

（4）尾水管直锥段进口直径3D3D ≈2D =441.98㎝2.3.2 中间弯肘段尺寸的确定弯肘段尺寸可由教材推荐使用的标准混凝土肘管的尺寸图（教材P43图2—18和表2—2），其中所列的数据对应4h =4D =1000mm ，应用时乘以选定的4h （或与之相等的4D ）即可得到弯肘段各参数值。

2.3.3 出口扩散段尺寸的确定由尾水管参数尺寸表可得：5h =5.002m ；6h =2.7675m ；L =18.45m ；1L =7.462m 。

由数据用此公式可算得 561 5.002 2.7675tan 0.20318.457.462h h L L α--===-- 尾水管顶板仰角α=11.5°。

三：确定主厂房轮廓尺寸3.1 主厂房长度的确定 3.1.1主厂房的长度主厂房的长度可由公式0L nL L L =++∆安 式中：n —机组台数0L —机组段长度。

本机组段间距由蜗壳尺寸控制，按公式0L =蜗壳平面尺寸+2l ∆计算。

（l ∆—蜗壳外的混凝土结构厚度。

混凝土蜗壳一般取0.8~1.0m ，金属蜗壳一般可取1~2m ，边机组段一般取1~3m 。

）。

经综合考虑，中间机组段按0L =15.42+2⨯1.5=18.42m 计算，边机组按0L =15.42+2⨯2=19.42m 计算。

L 安—安装间长度。

按公式L 安=（1.0~1.5）0L 计算，此处按L 安=1.20L 处理。

L ∆—边机组段加长。

按公式L ∆=（0.1~1.0）1D 计算，此处按L ∆=0.51D主厂房长度3(6.698.732 1.5)(6.698.7322) 1.218.420.5 4.1L =⨯++⨯+++⨯+⨯+⨯=98.834m 。

3.2 主厂房宽度的确定以机组中心线为界，将厂房宽度分为上游侧宽度s B 和下游侧宽度x B ，则厂房总宽度为B=s B +x B 。

s B 、x B 应分别考虑各层的布置要求确定，一般需考虑发电机层，水轮机层和蜗壳层的布置要求。

各层的s B 、x B 确定后，厂房的上、下游侧宽度应取各层上、下游侧宽度的最大值，即s B =max(s B ) x B =max(x B )B= max(s B )+max(x B ) 3.2.1 蜗壳层s B 、x B 的确定s B 的确定上游侧宽度s B 为机组中心至上游侧蜗壳外缘尺寸加上外包混凝土厚度l ∆，再加上蝴蝶阀室的宽度（参照教材湖南镇水电站主厂房蝴蝶阀设计，取为5m ）。

s B =5.3927+1.5+5=11.8927m 。

x B 的确定下游侧宽度x B 为机组中心至下游侧蜗壳外缘尺寸加上外包混凝土厚度l ∆。

x B =7.78+1.5=9.28m 。

3.2.2 发电机层s B 、x B 的确定s B 的确定s B =s +D A 风（s A 为发电机层风罩外缘至上游侧墙的宽度，一般由主要及次要交通通道、附属设备的布置、吊运方式以及运行管理方便等因素确定） 由设计资料，s B =s +D A 风=4.5+2.5+1.5+1+1=10.5m 。

考虑到发电机转子的吊运及附属设备的布置，取s B =12m 。

x B 的确定x B =D 风+x A （x A 为发电机层风罩外缘至下游侧墙的宽度，一般由主要及次要交通通道、附属设备的布置、吊运方式以及运行管理方便等因素确定）x B =D 风+x A =4.5+1.5+1+1=8m 。

3.2.3 水轮机层s B 、x B 的确定一般上下游侧分别布置水轮机辅助设备（即油气水管路等）和发电机辅助设备（电流电压互感器，电缆等）。

这些设备一般靠墙、风罩壁布置或在顶板布，不影响水轮机层交通，因此对厂房的宽度影响不大，此处不予计算。

3.2.4 主厂房宽度的最终确定s B =max(s B )=12m x B =max(x B )=9.28mB= max(s B )+max(x B )=12+9.28=21.28m 。

3.3 主厂房高度及各层高程的确定3.3.1 水轮机安装高程T ∇（第一节已经确定）s Z =0/2T s H b ω∇=∇++=1581.20-0.458+1.5/2=1581.49m3.3.2 主厂房基础开挖高程F ∇ 主厂房基础开挖高程可由公式：321()F T h h h ∇=∇-++确定。

式中：（32h h +）—尾水管的尺寸；1h —尾水管底板混凝土厚度（根据地基性质和尾水管结构形式而定，岩基上的尾水管底板厚一般取1~2m ）321()F T h h h ∇=∇-++=1581.49-（4.198+5.535+1.5）=1570.257m 。

3.3.3 水轮机层地面高程1∇ 水轮机层地面高程1∇可由公式：14T h ∇=∇+（4h =蜗壳进口半径+蜗壳顶部混凝土层厚度。

金属蜗壳顶部混凝土一般不低于1.0m ，混凝土蜗壳顶板厚根据结构计算决定。

）14T h ∇=∇+=1581.49+（5.53/2+1.2）=1585.455m 。

3.3.4发电机装置高程G ∇ 发电机装置高程可由公式：156G h h ∇=∇++求出。

式中：5h —发电机机墩进入孔高度（一般取1.8~2.0m ），2.0m ；还须满足水轮机层附属设备油气水管道和发电机出线布置要求的高度。