1．课程设计目的水电站厂房课程设计是《水电站》课程的重要教学环节之一，通过水电站厂房设计可以进一步巩固和加深厂房部分的理论知识，培养学生运用理论知识解决实际问题的能力，提高学生制图和使用技术资料的能力。

为今后从事水电站厂房设计打下基础。

2.课程设计题目描述和要求（一）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356千米长的引水渠道，获得静水头57.0米。

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。

（二）设计条件及数据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.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。

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。

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。

（三）有关机电设备：1.水轮机;台数：四台；重量：7000Kg；型号：HL702(220)—WJ—50；参考价格：22000元/台；额定转速：n＝1000n/min＝57.0m；设计水头：HP设计流量：Q＝1.8m3/s；P额定出力：N＝845KW；查《小型水电站》中册，水轮机部分，天津大学主编，P812-813表2-3和P840图2-24得气蚀系数σ＝0.133（限制工况），气蚀系数修正值Δσ＝0.022＝57.0米时）。

（当HP2.调速器（自动调速器）：型号：XT-300；台数：四台；接力器全行程：150mm；接力器全行程时间：1.5～5s；外形尺寸：长×宽×高（mm）1635×1000×1785；重量：1081Kg；参考价格：20000元；安装位置由电站布置决定。

3.发电机：台数：四台；型号：SFW118/44-6；额定功率：800KW；额定电压：6300V；发电机总重：6500Kg；cosφ＝0.8；额定转速：n=1000n/min；飞逸转速：n＝1800n/min；p外形尺寸：长×宽×高（mm）3190×1530×1500；参考价格：65000元/台；4.蝶阀：（如图所示） φ0.8m 手电动操作； 重量：阀体340Kg ； 活门:277Kg ；启闭方式：电动操作；主要尺寸：a=1730mm ；b=880mm ；c=350mm ；d=850mm ；e=470mm 。

abc立式蝴蝶阀外形示意图5.桥式起重机：参考天津大学水利系主编《小型水电站》中册，水轮机部分，P1092～1093。

型号：SDQ 手动单梁起重机； 台数：一台； 起重量：10000千克； 跨度：建议采用10.5米。

（四）电气主结线及电气设备布置：电站采用单母线分段接线，1号和2号发电机组的出线经高压开关接至6.3KV 母线为一组。

另一组由3号和4号发电机组组成。

每一组各自通过主变接入35KV 高压母线，二段母线之间用高压开关连接，厂用电由发电机母线经变压器送至380V 母线。

根据电站主结线，水电站内应布置下列配电设备：高压开关柜共13只，其中：1＃、2＃、3＃、4＃发电机开关柜共4只，6.3KV 母线联络柜2只；主变开关柜4只；近区用电柜1只；厂用高压柜1只；备用1只。

开关柜尺寸：长×宽×高＝1.2×1.2×3.2米。

低压控制盘7面；直流盘1面；同期盘一面；低压继保盘7面；励磁盘4面；机旁盘4面。

表盘尺寸：宽90cm，厚60cm，高210～240cm。

主变两台：型号：SJ6-3200/35/6.3KV y/Δ-11。

每台总重量：8770Kg，外形尺寸：长×宽×高2790×2825×2815mm。

厂变一台：型号：SJ－30/6.3/0.4KV y/y-12。

总重量：312Kg；外形尺寸：长×宽×高：975×408×930mm。

变电站面积（主变压器场和高压开关站）：25×20m。

电站主结线图（五）要求厂房布置设计的内容为：根据给定的原始资料及机电设备，决定厂房的型式及其在枢纽中的位置，进行厂区和厂房内部的布置，决定厂房的轮廓尺寸。

完成厂区布置及主、副厂房布置得设计;绘制厂房典型平面图及剖面图；编写设计计算说明书。

（六）内容1．水轮机的型号选择：2．计算水轮机的吸出高度和安装高程；水轮机层的地面高程。

3．尾水管的出口高程；尾水室的底板高程；基础开挖高程；吊车轨顶高程等。

4. 确定主厂房水下部分结构尺寸。

5．考虑厂房对外交通、厂址地形、下游水位变化等条件，确定安装间（13.65米）和主机房地面高程（10.15米）。

6.进行水轮机、发电机、调速器、蝴蝶阀的布置，确定主厂房的宽度、机组中心距和主厂房的长度。

7.根据电站主结线图及配电设备，布置在电站内部主要电气设备的位置和确定副厂房尺寸。

8.进行水电站厂房的枢纽布置，拟定主厂房、副厂房、安装间、开关站、主变压器场的位置。

9.根据自然条件、建材条件及厂房结构要求，进行初步厂房设计。

10.要求完成1：100厂房平面布置图及1：50厂房横剖面图和下游立面图和大门立面图各一张，设计说明书一份。

3.水电站厂房设计 3.1水轮机的型号选择 A.水轮机转轮型号的选择在水轮机型号选择中，起主要作用的是水头，每一种型号的水轮机都有一定的水头适用范围。

本水电站的静水头为57m ，最小水头为m 50H min =、最大水头为m 65H max =，加权水头为57av H m =。

查混流式水轮机模型转轮主要参数表，选转轮型号为HL220的混流式水轮机。

表3-1 水轮机模型转轮主要参数B.转轮直径1D 确定ηr r rH H Q N D '1181.9=式3-11'1D Hn n = 式3-2 115max max )1(1D D M M ηη--= 式3-3由表3-1可得，HL220型水轮机在限制工况下，'311150/ 1.15/M Q L s m s ==，89%M η=效率，由此可初步假定原型水轮机在该工况下s /m 15.1Q Q 3'M 1'1==，效率为%1.90=M η, 对于引水式水电站， m H H av r 57==。

由式3-1，得m H H Q N D r r r 44.0891.0575715.181.984581.9'11=⨯⨯⨯⨯==η，选取与之接近而偏大的标称直径10.5D m =。

C.转速n 计算由表3-1可得HL220型水轮机在最优工况下的单位转速'1070/min M n r =，初步假定'M 10'10n n =。

将已知的'10n 和57av H m =，m 5.0D 1=代入3-2，可得：11701057/min 0.5n n r D ===，选取与之接近而偏小的同步转速n ＝1000r/min 。

D.效率及单位参数修正情况由表3-1可得HL220型水轮机在最优工况下的模型最高效率max 91%M η=，模型转轮直径为10.46m M D =，由公式3-3，得：max max 111(191.15%M ηη=--=＝－（－）， 则效率修正值为%1.1%08.1%07.90%15.91≈=-=∆η，考虑到模型与原型水轮机大小相近，在制造工艺质量上差异较小，不考虑η∆修正值ξ。

即可得效率修正值为%1.1≈∆η，由此可得原型水轮机在最优工况和限制工况下的效率为%17.91%1.1%07.90max =+=∆+=ηηηM maz（与上述假定值相同）%1.90%1.1%89=+=∆+=ηηηM单位转速的修正值按下式计算：''110Mn n∆=由于'1'10Mn n ∆＜3.0%，按规定单位转速可不加修正，同时单位流量'1Q 也可不加修正。

由上可见，原假定的%1.90=η，''11M Q Q =，''1010M n n =是正确的，那么上述计算及选用的结果m in /r 1000n ,m 5.0D 1==也是正确的。

E.工作范围的检验在选定m in /r 1000n ,m 5.0D 1==后，水轮机的'm ax 1Q 及各特征水头对应的'1n 既可计算出来。

水轮机在r H 、r N 下工作时，其'1Q 即为'm ax 1Q ，故'331max 0.9/ 1.15/Q m s m s ===< 则水轮机的最大引用流量为'23max 1max 10.90.5 1.7/Q Q D m s ==⨯=与特征水头max H 、r min H H 和相应的单位转速为'1min '1max '162.02/min 70.7/min 66.22/min r n r n r n r ========= 在HL220型水轮机的模型综合特性曲线图上分别画出'31max0.9/Q m s =，'1max 70.7/min n r =，'1min 62.02/min n r =的直线，可以从图上看出三条直线所围成的水轮机工作范围基本上包括了该特性曲线的高效率区。

所以对于HL220型水轮机的方案，所选定的参数m in /r 1000n ,m 5.0D 1==是合理的。

F.飞逸转速f n 的计算G.装置方式对机组转轮直径小于1m 、吸出高度S H 为正值的水轮机，常采用卧轴装置，以降低厂房高度。

而且卧式机组的安装、检修及维护比较方便。

本水电站机组的转轮直径为0.5m ，小于1.0m ，且吸出高度S H 为正值，所以采用卧轴装置。