水电站课程设计HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】目录前言本课程设计主要是水利水电枢纽工程中水电站厂房设计的部分工作。
设计目的在于培养学生正确的设计思想，理论联系实际工作的工作作风，严肃认真、实事求是的科学态度和勇于探索的创新精神。
培养学生综合运用所学水电站知识，分析和解决水电工程技术问题的能力；通过课程设计实践训练并提高学生解决水利水电工程实际问题的能力。
进一步巩固和加深厂房部分的理论知识，培养学生独立思考、分析问题及运用理论知识解决实际问题的能力，提高学生制图、使用现行规范、查阅技术资料、使用技术资料的能力以及编写设计说明书的能力。
根据已有的原始资料和设计要求进行设计，主要内容有：水电站总体布置、水轮机型号的选择以及水轮机特性曲线的绘制、蜗壳尺寸的确定、绘制蜗壳平面和断面单线图、尾水管尺寸的确定及草图、水电站厂房尺寸的确定以及吊车梁内力计算和吊车梁配筋计算等，并根据要求绘制相应的平面布置图和剖面图。
第一部分水电站厂房一、设计资料资料：某水利枢纽工程，具有防洪、灌溉、发电、养殖、旅游等功能。
水电站厂房为坝后式，通过水能计算该水电站装机容量为25Mw，厂房所在处平均地面高程1.水位经多水位方案比较，最终采用正常蓄水位为： m，死水位为： m，距厂房下游100 m处下游水位流量关系见下表：2.机组供水方式：采用单元供水3. 水头该水电站水头范围：H HHH =, H HHH=,加权平均水头H H=二、水轮机选型水轮机型号选择水轮机型号的选择中起主要作用的是水头,本电站工作水头范围为～，根据水头范围从水轮机系列型谱中查得轴流式ZZ440型适应水头20m ～36m,混流式HL240型适应水头25～45m 两种型座位备选方案。
经方案比较后确定水轮机型号。
水轮机参数计算HL240型水轮机方案主要参数选择（两台机组）HL240水轮机水头范围25～45，HL240水轮机模型参数，见下表2-1 1.转轮直径H H 的计算根据水轮机型号HL240查上表得HL240型水轮机在限制工况下的单位流量H 1H ′=s ，效率H H =%，由此可以初步假定原水轮机的单位流量H 1′=H 1H ′=s,效率H H =92%.水轮机额定水头H 1=√H H9.81×H ×H 1′H H32式中：H 1——水轮机标称直径H 1′——水轮机单位流量 查得H 1′=1240L/s=s m /3 H H ——设计水头，对于坝后式水电站H H =（～）H H ，取H H =H H =0.95×H H —水轮机额定出力,由发电机的额定处理求得，对于中小型水电站H H =～，H H =H H /H H =25000/2/=13158kW 代入式中得H 1=√H H9.81×H ×H 1′×H H32=√131589.81×0.92×1.24×31.3532=,根据上式计算出的转轮直径259cm ，查表3—12水轮机转轮标称直径系列，选用相近而偏大的标准直径： H 1=275cm2.转速计算n=H 1′√H H 1=72×√332.75=min式中H 1′——单位转速采用最优单位转速H 1′=72r/minH ——采用设计水头D 1——采用选用的标准直径D 1=由额定转速系列表3-13查的相近而偏大的转速n=150r/min 3.效率及单位参数修正（1）效率修正。
查表3—9可得HL240型水轮机在最优工况下的模型最高效率H HHHH =%,模型转轮直径H 1H =46cm,则原型水轮机最高效率H HHH =1−（1−H HHHH ）√1HH15=1-√462755=效率修正值Δη=H HHH −H HHHH −H 1−H 2=式中:1 为考虑到原型与模型水轮机工艺水平影响的效率修正值，取H 1=1%～2%；H 2为考虑到原型与模型水轮机异性部件影响的效率修正值，取H 2=1%～3%，本列题中因原型与模型水轮机异性部件基本相似，故认为H 2=0。
限制工况下的原型水轮机效率： η=H H +ΔH =+=可见，与计算转轮直径时所假定的原型水轮机在限制工况下的效率相符。
说明所选的H 1适合。
（2）单位转速修正。
单位转速修正计算公示如下ΔH 1′=H 10′-H 10H ′H 10′=H 10H ′√H HHH /H HHHH式中：H 10′为原型水轮机最优单位转速，r/min ；H 10H ′为模型水轮机最优单位转速，r/min ；H HHHH 为最优工况下的模型水轮机的效率，查表得H HHHH =92%；H HHH 为最优工况下的原型水轮机的效率，H HHH =H HHHH +ΔH =+=由上两式得ΔH 1′H 10H′=(√H HHHH HHHH−1)=(√0.9340.92−1)=% 因ΔH 1′<H 10H ′时，可不必进行修正。
故计算的n 值适合。
单位流量也不加修饰。
4.工作范围检验在水轮机的直径和转速选定之后，还需要在模型综合特性曲线图上绘出水轮机的相似工作范围并检验该工作范围是否包括了高效率区，以论证所选定的直径和转速的合理性。
（1）按水轮机的额定水头H H 和选定的直径H 1计算水轮机以额定出力工作时的最大单位流量H 1HHH ‘。
由水轮机的额定出力H H 的表达式H H =H 1′H 12H H √H H H导出最大单位流量H 1HHH ‘计算式(限制工况下的H 1′)H 1HHH ′=H12H =9812752×31.35×√31.35×0.918=H 3/H <H 3/H 则水轮机的最大引用流量为H HHH =H 1HHH ′H 12√H H =×2.752×√31.35=H 3/H（2）按最大水头H HHH ，最小水头H HHH 以及选定的H 1,n 分别计算出最小和最大单位转速H 1HHH ′和H 1HHH ′.H 1HHH ′=1H =√39=66.05 r/minH 1HHH ′=1√H HHH=√28=77.96 r/min（3）在HL240水轮机的模型综合特性曲线图上分别作出以H 1HHH ′、H 1HHH ′和H 1HHH ′为常数的直线，这些直线所包括的范围（如图阴影部分）在95%出力限制线以左并包含了模型综合特性曲线的高效率区，说明选定的H 1、n 是满意的。
图2-1 HL240水轮机模型综合特性曲线及工作范围检验（两台机组） 5．确定吸出高度由设计工况参数：H 1HHH ′ =√H=min, H 1HHH ′=1101L/s ，查图3-21得σ=，在空化系数修正曲线中查得?σ=。
则吸出高度为H H =10-440.6900-（+×=(m）＞ 说明HL240水轮机方案的吸出高度满足电站要求。
轴流转桨ZZ440水轮机主要参数的计算（两台水轮机） 1.转轮直径H H 的计算由于轴流式水轮机的限制工况由空蚀条件决定，为防止开挖过大，水电站常采用限制水轮机吸出高度的办法反推H 1′和σ。
根据水轮机型号ZZ440查表3—10得在限制工况下的单位流量H 1′=s ，空蚀系数σ=.在空蚀系数修正曲线图2-28查的?σ=。
在允许的吸出高度[H H ]=-4m 时，其相应的空蚀系数为σ=10−?900−[H H ]H H−?H =10−440.6900+431.35−0.035=0.396<0.72由表3-10查得ZZ440水轮机在最优工况下的单位转速'10n =115r/min,查图2-2可知，对应与工况点（'10n =115r/min,σ=处的单位流量'1Q =1150L/s,模型水轮机的效率M η=%。
据此可先假定设计工况下原型水轮机的效率η=%，则转轮直径为H 1=√HH9.81×H ×H 1′×H H32=√131589.81×0.897×1.15×31.3532=查表3-12，选用与水轮机转轮计算直径相近的标称直径H 1= 2.选择额定转速H 0n=H 1′√H H 1=115×√332.75=min查表3-13， 选用与之相近而偏大的同步转速H 0=250 r/min 。
3.效率及单位参数修正由表2-2查得ZZ440水轮机试验水头M H =,模型转轮标称直径M D =。
对轴流转桨式水轮机，当叶片转角为ϕ时，原型水轮机最大效率H HHHH =1−(1−H HHHHH )(0.3+0.7√H 1H H 15√H HH H10=1−(1−H HHHHH )(0.3+0.7√0.46.5√3.5.10 =1−0.693(1−H HHHHH )叶片在不同转角ϕ时的H HHHHH 可由模型综合特性曲线图3-22查得，当选用制造工艺影响的效率修正值ε=1%，即可用上式计算出不同转角ϕ时的效率修正值ϕη∆=max ϕη-max M ϕη-ε，计算成果见下表ZZ440水轮机效率修正值计算表由表3-10查得ZZ440水轮机最优工况的模型效率max M η=89%，从以上计算知，最优工况的效率最接近于︒=0ϕ时的效率%，故可采用ϕη∆=%作为其修正值，则可得ZZ440水轮机原型的最高效率为ηηη∆+=max max M =89%+%=%因为在吸出高度-4m 限制的工况点（'10n =115r/min,σ=）处的模型水轮机的效率M η=%,该工况点在ϕ=0处，求得该工况点的效率修正值为% 2.4=∆ϕη，该工况点原型水轮机效率为=η%+ %=%与假定的%相近。
可见选用m D 75.21=，n=250r/min 是合适的。
4.工作范围检验在水轮机的直径和转速选定之后，还需要在模型综合特性曲线图上绘出水轮机的相似工作范围并检验该工作范围是否包括了高效率区，以论证所选定的直径和转速的合理性。
（1）按水轮机的额定水头H H 和选定的直径H 1计算水轮机以额定出力工作时的最大单位流量H 1HHH ‘=H H 12H H H H H =9812752×31.35×√31.35×0.896=H 3/H则水轮机的最大引用流量为H HHH =H 1HHH ′H 12√H H =×2.752×√31.35=H 3/H（2）按最大水头H HHH ，最小水头H HHH 以及选定的H 1,n 分别计算出最小和最大单位转速H 1HHH ′和H 1HHH ′.H 1HHH ′=1H =√39=110.09 r/minH 1HHH ′=1H =√28=129.93 r/minH 1H ′=1√H HHH=√31.35=122.79 r/min将上述值在ZZ440水轮机模型综合特性曲线上标出，如图中的阴影部分既是水轮机的工作范围。