水电站厂房课程设计计算书1．蜗壳单线图的绘制 1.1 蜗壳的型式根据给定的基本资料和设计依据，电站设计水头Hp=46.2m ，水轮机型号 ：HL220-LJ-225。

可知采用金属蜗壳。

又Hp=46.2m>40m ，满足《水电站》（第4版）P32页对于蜗壳型式选择的要求。

1.2 蜗壳主要参数的选择金属蜗壳的断面形状为圆形，根据《水电站》（第4版）P35页可知：为了获得良好的水力性能及考虑到其结构和加工工艺条件的限制，一般取蜗壳的包角为0345ϕ=。

通过计算得出最大引用流量max Q 值，计算如下： ○1水轮机额定出力：15000156250.96frfN N KW η=== 式中：60000150004f KWN KW ==，0.96f η=。

○2'31max 3322221156251.11 1.159.819.812.2546.20.904rp N Q m s D H η===<⨯⨯⨯（水轮机在该工况下单位流量''311 1.15M Q Q m s ==由表3-6查得）。

○3'23max1max 1 1.11 2.2538.2Q Q D m s ==⨯=。

由蜗壳进口断面流量max 0360c Q Q ϕ=，得334538.236.61/360c Q m s =⨯=。

蜗壳进口断面平均流速V c 由《水电站》（第4版）P36页图2-8（a ）查得，5.6/c V m s =。

由《水力机械》第二版，水利水电出版社）附录二表5查得：3250,3850b a D mm D mm ==，则1625 1.625,1925 1.925b a r mm m r mm m ====。

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：图1 座环示意图（单位：mm ）1.3 蜗壳的水力计算（1）对于蜗壳进口断面（断面0）： 断面面积 35375.66.561.36m V Q F c c c ===断面的半径 m F cc 443.1537.6===ππρ从轴中心到蜗壳外缘的半径：m r R c a c 811.4443.12925.12=⨯+=+=ρ 即断面0：m 443.10=ρ，m r r a 925.10==，m R R c 811.40==。

（2）对于中间任一断面：蜗壳半径常数为：25.1062)443.12925.1(925.1443.1925.1345)2(000=⨯+⨯-+=+-+=ρρϕa a a r r r C设i ϕ为从蜗壳鼻端起算至断面i 处的包角，则该断面处的： 断面半径：Cr Ciii ϕϕρ02+=断面外半径：i a i r R ρ2+= 各段计算结果如下表所示：表1 蜗壳水力计算表断面0 345 0.325 1.250 1.118 1.443 4.811 13300.3111.1961.0941.4044.7342 315 0.297 1.142 1.068 1.365 4.6553 300 0.282 1.087 1.043 1.325 4.5754 285 0.268 1.033 1.016 1.285 4.4945 270 0.254 0.979 0.989 1.243 4.4126 255 0.240 0.924 0.961 1.201 4.3287 240 0.226 0.870 0.933 1.159 4.2428 225 0.212 0.815 0.903 1.115 4.1559 210 0.198 0.761 0.872 1.070 4.06510 195 0.184 0.707 0.841 1.024 3.97411 180 0.169 0.652 0.808 0.977 3.87912 165 0.155 0.598 0.773 0.929 3.78213 150 0.141 0.544 0.737 0.879 3.68214 135 0.127 0.489 0.699 0.827 3.57815 120 0.113 0.435 0.659 0.772 3.47016 105 0.099 0.381 0.617 0.716 3.35617 90 0.085 0.326 0.571 0.656 3.23718 75 0.071 0.272 0.521 0.592 3.10919 60 0.056 0.217 0.466 0.523 2.97120 45 0.042 0.163 0.404 0.446 2.81721 30 0.028 0.109 0.330 0.358 2.64122 15 0.014 0.054 0.233 0.247 2.42023 0 0.000 0.000 0.000 0.000 1.925根据表1的计算结果可以画出蜗壳单线图，如下图所示：图2 金属蜗壳的平面单线图（单位：m）2 .绘制尾水管单线图D=225cm=2.25m。

选用的水轮机型号为HL220-LJ-225，即水轮机的标称直径1根据已知的资料，得此水电站尾水管对应的尺寸如下：5尾水管单位参数示意图（5-1）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。

(1)进口直锥管进口直锥管是一垂直的圆锥形扩散管，3D 是直锥管的进口直径：对于混流式水轮机由于和基础环相连接，可取3D 等于转轮出口直径2D ，即m D 507.213==φ,m D 114.324==φ。

3h 为直圆锥管的高度，m H H h 194.2431.3625.5323=-=-=。

（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。

根据《水力机械》第二版，水利水电出版社）P103页，曲率半径越小则产生的离心力越大，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。

故64741.0 3.114,0.60.6 3.114 1.868R D m R D m =⨯==⨯=⨯=。

(3)出口扩散段121210.4, 3.161, 6.041,9.202L m L m L L L m α====+= (4)尾水管的高度总高度h 是由导叶底环平面到尾水管之间的垂直高度。

由于mD D D 507.2321==<，故属于高比转速的混流式水轮机。

增大尾水管的高度h ，对减小水力损失和提高ωη是有利的，特别是对大流量的轴流式水轮机更为显著。

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h 的办法，但将会增大开挖量，经过试验，一般对于高比速取12.6h D ≥。

16.593 2.6 5.85h m D m=>=,故满足要求。

绘制尾水管单线图如下：（单位m ）图3 尾水管单线图（单位：m ）3 .拟定转轮流道尺寸根据《水电站动力设备设计手册》P26页表1-12，已知1' 1.0D m =时220HL 型的尺寸，可以求得1 2.25D m =时的HL220转轮流道尺寸，如下表：表3 HL220-LJ-225转轮流道尺寸1D2D 3D 4D 5D 6D 0b 1h 2h 3h 4h1 1.082 0.928 0.870 0.478 0.116 0.250 0.054 0.165 0.482 0.309 2.252.435 2.088 1.958 1.076 0.261 0.563 0.122 0.371 1.085 0.695图4 水轮机转轮流道尺寸（单位：m ）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。

本水电站吊运构件中最重的为发电机转子带轴重为82.6100t t <，且机组台数4n =。

故选1台单小车桥式起重机，型号为100/20t t 。

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 。

5 .确定主厂房的轮廓尺寸5.1 主厂房总长度的确定厂房长度取决于机组段长度、机组台数和装配场长度。

于是主厂房的总长度L 可由下式求得：321)1(L L L n L ++-=式中n 为机组台数，1L 为机组段长度，2L 为端机组段长度，3L 为装配场长度。

(1)机组段长度的确定机组段长度1L 也就是机组的中心距离。

它随水电站类型和机型而不同，主要由蜗壳、尾水管、发电机风罩在x 方向（厂房纵向）的尺寸来定，并考虑机组附属设备及主要交通道、吊运通道、闸孔的布置等所需的尺寸。

机组段长度1L 可按下式计算： x x L L L -++=1x L +为机组段+x 方向的最大长度，x L -为机组段-x 方向的最大长度。

1L 应为蜗壳层、尾水管层和发电机层的最大值。

1) 蜗壳层：m R m m R 782.3,4.1,811.4211===δ m R L x 111.63.1811.411=+=+=+δ m R L x 082.53.1782.311=+=+=-δ则m L L L x x 193.11082.5111.61=+=+=-+。

其中:1R 为0345i ϕ=时的i R ，即1R =4.811m2R 为165i ϕ=时的iR ，即2R =3.782m1δ为蜗壳外包混凝土的厚度，初步设计时取1.2-1.5m ，这里取1.3m 。

2) 尾水管层：（对称尾水管）m B m B B 2),2(8m ,988.725====δ见表实际取m B L L x x 622822=+=+==-+δ 则m L L L x x 12661=+=+=-+。

其中:B ——尾水管宽度；2δ——尾水管边墩混凝土厚度，一般取1.5~2.0m ，此处取2.0m ；3) 发电机层：338.4,0.3,3m m b m φδ=== 338.430.362222x b L m φδ+=++=++= 338.430.362222x b L m φδ-=++=++=则16612x x L L L m +-=+=+=。