《某水电站厂房初步设计》课程设计学生姓名：学号：专业班级：水利水电(2)班指导教师：二○一三年九月二十七日目录第一章工程概况 (1)第二章有关设计资料 (2)2.1 厂区地形和地质条件 (2)2.2 水电站尾水位 (2)2.3 对外交通 (2)2.4 地震烈度 (2)第三章水轮机型号及主要参数选择 (3)3.1 水轮机型号选择 (3)3.2 主轴及蜗壳形式选择 (3)3.3 HL220型水轮机方案的主要参数选择 (3)3.4 两种方案的比较分析 (6)第四章机电设备 (7)4.1 水轮机 (7)4.2 调速器（自动调速器） (7)4.3 发电机 (8)4.4 蝶阀 (8)4.5 桥式起重机 (9)第五章电气主结线及电气设备布置： (10)第六章主要控制高程的确定 (11)6.1 水轮机的吸出高度和安装高程 (11)6.2 水轮机层的地面高程 (11)6.3 尾水设计及相关高程 (11)6.4 吊车轨顶高程 (12)6.5 厂房天花板高程和厂房顶高程 (13)第七章主厂房的布置设计 (14)7.1 机组的布置方式 (14)7.2 厂房下部结构的构造和布置 (14)7.3 主厂房的长度和宽度 (14)7.4 安装间的布置 (16)7.5 主厂房内机电设备布置及交通运输 (16)第八章副厂房的布置设计 (17)8.1 中央控制室 (17)8.2 高压开关室 (17)8.3 厂用设备的布置 (18)8.4 楼梯 (18)8.5 厂变和工具间 (18)8.6 值班室和休息室 (18)8.7 调度室和通讯室 (18)8.8 卫生间 (18)第九章水电站枢纽布置 (19)9.1 厂房 (19)9.2 主变压器场 (19)9.3 引水道 (19)9.4 压力钢管 (19)9.5 尾水道 (19)9.6 对外交通 (19)第十章开挖量的计算 (20)第十一章分析与总结 (23)11.1 问题分析 (23)11.2 课设感受 (24)参考文献 (25)附图1：水轮机机组平面示意图 (26)附图2：水轮发电机组剖面图B－B (27)附图3：水轮发电机组横剖面图A－A (28)附图4：HL220型水轮机综合特性曲线图 (29)第一章工程概况本电站是一座引水式径流开发的水电站。
拦河坝的坝型为5.5米高的砌石滚水坝，在河流右岸开挖一条356米长的引水渠道，获得平均静水头57.0米，最小水头50m，最大水头65m。
电站设计引用流量7.2立方米每秒，渠道采用梯形断面，边坡为1：1，底宽3.5米，水深1.8米，纵坡1：2500，糙率0.275，渠内流速按0.755米每秒设计，渠道超高0.5米。
在渠末建一压力前池，按地形和地质条件，将前池布置成略呈曲线形。
池底纵坡为1：10。
通过计算得压力前池有效容积约320立方米。
大约可以满足一台机组启动运行三分钟以上，压力前池内设有工作闸门、拦污栅、沉砂池和溢水堰等。
本电站采用两根直径1.2米的主压力钢管，钢管由压力前池引出直至下镇墩各长约110米，在厂房前的下镇墩内经分叉引入四台机组，支管直径经计算采用直径0.9米。
钢管露天敷设，支墩采用混凝土支墩。
支承包角120度，电站厂房采用地面式厂房。
第二章有关设计资料2.1 厂区地形和地质条件水电站厂址及附近经地质工作后，认为山坡坡度约30度左右，下部较缓。
沿山坡为坡积粘土和崩积滚石覆盖，厚度约1.5米。
并夹有风化未透的碎块石，山脚可能较厚，估计深度约2～2.5米。
以下为强风化和半风化石英班岩，厂房基础开挖至设计高程可能有弱风化岩石，作为小型水电站的厂址地质条件还是可以的。
2.2 水电站尾水位厂址一般水位10.0米。
厂址调查洪水痕迹水位18.42米。
2.3 对外交通厂房主要对外交通道为河流右岸的简易公路，然后进入国家主要交通道。
2.4 地震烈度本地区地震烈度为六度，故设计时不考虑地震影响。
第三章 水轮机型号及主要参数选择本水电站的最大水头H max =65m ，，最小水头H min =50m ，平均水头H av =57.0m ；水轮机的装机容量N y =3380kW ，装机台数4台，单机容量N y1=845kW 。
对于引水式电站，设计水头H r =H av =57m 。
电站设计引用流量Q P =7.2m 3/s ，单机引用流量Q P1=1.8m 3/s 。
3.1 水轮机型号选择根据该水电站的水头变化范围50~65m ，查《水电站（第四版）》，河海大学，刘启钊主编P 79表3-6水轮机系列型谱中查出合适的机型有HL220、HL230。
3.2 主轴及蜗壳形式选择3.2.1 主轴本电站为小型引水式电站，引用流量小，为减少厂房的开挖量及高度，采用卧轴式。
3.2.2 蜗壳本电站为小型引水式电站，引用水头较高，因此采用金属蜗壳为宜。
通常情况下，金属蜗壳断面为圆形，包角︒=3450ϕ。
本设计中也是如此。
3.3 HL220型水轮机方案的主要参数选择3.3.1 转轮直径D1计算查《水电站（第四版）》，河海大学，刘启钊主编P 79表3-6可得HL220型水轮机在限制工况下：单位流量s mL Q M 3'115.1s /1150==，效率%0.89=M η。
由此可初步假定原型水轮机在该工况下的单位流量s /15.13'1'1m Q Q M ==，效率η假设为89.15%。
转轮直径D 1按下式计算：mH H Q N D r 44.0%15.89575715.181.984581.9r '1r1=⨯⨯⨯⨯==η（3-1）式中 N r ——水轮机的额定出力，845kW ；H r ——水轮机的设计水头，对于引水式水电站取为平均水头，57.0m ；'1Q ——原型水轮机单位流量，初步假定s /15.13'1'1m Q Q M ==；η ——与'1Q 相应的原型效率，假设为89.15%。
根据计算结果，D 1=0.44m ，选择与之相近且偏大的轮转标称直径D 1=0.5m 。
3.3.2 转速n 的计算查《水电站（第四版）》，河海大学，刘启钊主编P 79表3-6可得HL220型水轮机模型在最优工况下的单位转速'10M n =70.0r/min 。
水轮机的转速n 按下式计算：min /10575.057701av'10r D H n n =⨯==（3-2）式中 '10n ——原型水轮机最优工况下单位转速，初步假定'10n ='10M n =70r/min ；H av ——水轮机的平均水头，57.0m ；D 1 ——水轮机的轮转直径，由3.2.1计算可得，0.5m 。
由式（3-2）得，n =1057r/min ，若选择的偏大同步转速的1500r/min ，则相差太大，不宜。
故选用与之接近而偏小的同步转速1000r/min 。
3.3.3 效率及单位参数修正查《水电站（第四版）》，河海大学，刘启钊主编P 79表3-6可得HL220型水轮机模型最高效率ηMmax =91.0%，模型的转轮直径D 1M =0.46m 。
对于混流式水轮机，当水头H <150m 时，原型效率按下式计算：()()%15.915.046.0%9111115511max max =--=--=D D M M ηη （3-3）效率修正值为%15.0%0.91%15.91max max =-=-=∆M ηηη，则原型的效率为：%15.89%15.0%89=+=∆+=ηηηM（3-4）按下式判定是否对单位转速进行修正：03.0001.01%0.91%15.911maxmax '10'1<=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=∆M M n n ηη （3-5）由式（3-5）可知，此时单位转速可不加修正，同时，单位流量也可不加修正。
由上可见，原假定的min100015.1%15.89'10'103'1'1r n n s m Q Q M M =====η是正确的，那么上述计算及选用的结果D 1=0.5m 、n =1000r/min 也是正确的。
3.3.4 工作范围的检查水轮机在H r 、N r 下工作时，其'max 1'1Q Q =sm s m H H D N Q /15.1/898.0%15.8957575.081.984581.9332r r 21r'max 1<=⨯⨯⨯⨯==η（3-6）则水轮机的最大引用流量为s m H D Q Q r /695.1575.0898.03221'max 1max =⨯⨯==（3-7）与特征水头H max 、H min 和H r 相对应的单位转速为min /2.66575.01000n min /7.70505.01000n min /0.62655.01000r 1'1min 1'max 1max 1'min 1r H D n r H D n r H nD n r =⨯===⨯===⨯==（3-8）在HL220型水轮机模型综合特性曲线图上分别绘出s /898'max 1L Q =、min /7.70'max 1r n =、min /0.62'max 1r n =的直线，如附图4所示，由这三根直线所围成的水轮机工作范围基本并末包含该特性曲线的高效率区。
但是考虑到修改转轮直径对其工作范围影响不太，若修改其同步转速使之达到1500r/min ，则估算其单位转速可达100-110 r/min ，更加偏离高效率区。
因此，对于HL220型水轮机方案，所选定的参数D 1=0.5m 和n =1000r/min 是合理的。
3.3.5 吸出高度的H S 计算由水轮机的设计工况参数，s /898min/2.66'max 1'1L Q r n r ==，在曲线图上查得相应的气蚀系数约为σ =0.104，气蚀系数修正值Δσ＝0.022（当H P ＝57.0米时）。
可按下式计算水轮机的吸出高度：()m H H M S 81.20.57022.0104.0-9000.10-0.109000.10=⨯+=∆+-∇-≤）（σσ(3-9)式中 ∇ —水轮安装位置的海拔高程，本设计取为下游水位一般水位10.0m ；M σ —模型气蚀系数，0.104；σ∆ —气蚀修正系数，0.022；H —水轮机水头，本设计取为设计水头57.0m 。
计算式（3-9）得，水轮机的吸出高度H S =2.81m 。
3.3.6 飞逸转速n f 的计算min /21455.0651331max '1r D H n n ff =⨯==（3-10）式中 '1f n—模型最大可能开度的单位飞逸转速，133r/min ；H max ——水轮机最大水头，65m 。