《某小型水电站设计》
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专业：水利水电
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第一章内容简介
内容摘要
本设计为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。整个设计根据地形及地质条件和相关资料、规格等要求，进行全面结合考虑，力图合理、科学，有较强的实用性。
关键词：引水式径流水电站设计规划
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?=3450?。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 m L 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：
m
H H Q N D r 44.0%
15.89575715.181.9845
81.9r '1r
1=????=
=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
.057
701
av
'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%91111155
11max 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%15.911max
max '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min
100015.1%
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 =
s
m s m H H D N Q /15.1/898.0%15.8957575.081.9845
81.9332r 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 /2.6657
5.01000n min /7.7050
5
.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 /898
min /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 81.20.57022.0104.0-900
0.10-0.109000.10=?+=?+-?-
≤）（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
.065
1331
max '1r D H n n f
f =?=
=
（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 。
3.4 两种方案的比较分析
为了便于比较分析，现将两种方案（HL230型水轮机方案的主要参数选择，引用他人计算成果）的有关参数列入表3-1中：
表3-1 水轮机方案参数对照表 序号 项目
HL220 HL230 1 模型转轮参数
推荐使用的水头范围（m ） 50~85 35~65 2 最优单位转速n '10(r/min ) 70.0 71 3 最优单位流量Q '10(L/s ) 1000 913 4 最高效率ηMmax (%) 91 90.7 5 气蚀系数σ
0.104 0.17 6 原型水轮机参数
工作水头范围（m ） 50~65 50~65 7 转轮直径D 1(m ) 0.5 0.5 8 转速n (r/min ) 1000 1000 9 最高效率ηmax (%)
0.9115 0.9109 10 额定出力N r （kW ）
845 845 11 最大引用流量Q max （m 3/s ） 1.695 1.765 12
吸出高度H S (m )
2.81
0.299
由表3-1可见，两种机型方案的水轮机转轮直径D 1相同，均为0.5m,。但HL220型水轮机方案的工作范围包含了较多的高效率区域，运行效率较高，气蚀系数较小，安装高程较高，有利于提高年发电量和减小电站厂房的开挖量。故选择HL220 型水轮机方案，即：选定水轮的型号为HL220—WJ —50。
第四章 机电设备
4.1 水轮机
对机组转轮的直径小于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、检修及运行维护也方便。由上述水轮机的参数计算以及水电站的类型可以确定水轮机装置方式采用卧轴式，水轮的型号为HL220—WJ —50。
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 设计水头：H P ＝57.0m ；
设计流量：Q P ＝1.8m 3
/s ； 额定出力：N ＝845KW ；
4.2 调速器（自动调速器）
调速器一般由调速柜、接力器、油压装置三部分组成。中小型调速器的调速柜、接力器和油压装置组合在一起，称为组合式；大型调速器分开设置，称为分离式。中小型调速器是根据计算水轮机所需的调速功A 查调速器系列型谱表来选择的。
反击式水轮机的调速功A （N ?m ）的经验公式：
)·
(20365.05733.1225)250~200(1max m N D H Q A ≈???== Q 为最大水头下额定出力时的流量为
65
81.9845
81.9max ?=
=
H N Q =1.33s m /3。 故本设计选用中小型调速器，油压装置与调速器组合在一起，根据调速器系列型谱表选用自动调速器，型号为XT —300。
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；
4.3 发电机
选择与水轮机单机容量相匹配的发电机，型号为SFW118/44-6。发电机主要参数，如下所示：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 p＝1800n/min；
外形尺寸：长×宽×高（mm）3190×1530×1500；
参考价格：65000元/台；
4.4 蝶阀
快速阀门有：平板阀、蝴蝶阀、球阀。本设计根据水头和输水要求采用蝴蝶阀，蝶阀由阀壳和阀体组成，具体参数如下图4-1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。
b
a
c
e
d
图4-1 立式蝴蝶阀外形示意图
4.5 桥式起重机
水电站必不可少起重设备，安装、检修等都需要起重设备，本设计采用洛阳市洛北起重设备厂生产的SDQ手动单梁起重机，具体参数如下：
型号：SDQ手动单梁起重机；台数：一台；
起重量：10000千克；跨度：11.0米。
第五章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。如图5-1所示：
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。
图5-1 电站主结线图
第六章 主要控制高程的确定
6.1 水轮机的吸出高度和安装高程
由3.3.5可知，水轮机的吸出高度H S =1.15m 。
卧轴混流式水轮机的安装高程，即主轴中心线的位置高程，按式(6-1)计算：
m D H Z S w s 56.122/5.0-81.20.102/1=+=-+?=
(6-1)
式中 w ? —设计尾水位，10.0m ；
H s —水轮机的吸出高度，2.81m ；
D 1 —水轮机的转轮标称直径，0.5m 。 由上式计算得水轮机的安装高程Z s =12.56m 。
6.2 水轮机层的地面高程
由附图2：水轮发电机组剖面图B-B 和附图3：水轮发电机组横剖面图A-A 可知，水轮机主轴中心线到水轮机地面高程的距离为750mm ，那么水轮机地面高程为11.81m 。
6.3 尾水设计及相关高程
6.3.1 尾水管设计
图6-1 尾水管尺寸示意图
本电站为小型电站，为减少开挖量，尾水管采用弯锥形，如附图3所示。 尾水管直锥段某些部位尺寸如图3-1所示，计算如下：
尾水管直锥段进口宽度D 3=D 1+1.0cm =50+1.0=51.0cm =0.51m ； 直锥段长度L =4D 3=4×0.51=2.04m ；
尾水管出口到底板距离h =1.5D 3=1.5×0.51=0.765m ，取0.8m ； 圆锥角θ=14o ，半圆锥角θ/2=7o
尾水管出口宽度D 4=m L D 007.1sin704.2251.02/sin 23=???+=+θ，圆锥角稍作改动，取为1.0m ；
b =1.2D 3=1.2×0.51=0.612m ，
c =0.85D 3=0.85×0.51=0.434m ；
尾水管出口高程=11.81-2.04=9.77m 。由于本水电站的最低尾水位为10.0m ，所以淹没深度为0.23m ，且一般小型水电站尾水管出口应有0.5~1m 的淹没深度，且降低尾水室顶部高程，与蝶阀坑相互错开，以利于布置，所以，在尾水管出口加长一段圆管，长度为0.50m 。
那么尾水管出口高程为9.77-0.5=9.27m 。
尾水管底板高程=尾水管出口高程-h =9.27-0.80=8.47m 。 取底板厚度为0.5m ，那么基础开挖高程为8.47-0.5=7.97m 。
6.3.2 尾水室设计
求出c=0.434，b=0.612，所以尾水室的宽度为B=0.612+0.612+1.0=2.22m 。该水电站的设计引水流量7.2立方米每秒，并且由于有4个水轮机所以，尾水室的流量
s m Q 38.142.7==，经济流速s m V /1=，bh m V
Q A ===28.1，m h 81.022.28
.1==。
所以该尾水室的宽度取2.3m ，高度取1.3m 。
6.3.3 尾水渠设计
尾水渠的流量s m Q 38.142.7==，经济流速s m V /5.1=，22.1m V
Q
A ==
，m b A h 54.01
.22.1===
。所以该尾水渠的宽度取2.3m ，高度取1.3m 。 每台机组设置单独的平板尾水闸门，尺寸：2.5m ×2.0m 。
6.4 吊车轨顶高程
本水电站为卧式机组，各部分组件吊装相对独立，不会互相干扰。各组件从安装间起吊，近直线地到达预定安装位置。装机顺序由远及近、由大到小依次安装。
本来最大吊运部件为2m ×2m ，根据厂房设备的起吊情况，选择洛阳市洛北起重设备厂生产的SQD 手动单梁起重机。
吊车轨顶高程按下式计算：
11109872h h h h h c +++++?=?
（6-2）
式中，2? 水轮机地面高程，11.81m ； h 7 地面以上固定机组最大部件高度，为水轮机部分，1.3m ； h 8 吊运部件与固定的机组或设备间的垂直净距，0.8m ； h 9 最大吊运部件的高度，蜗壳，2.0m ； h 10 吊运部件与吊钩之间的距离，1.2m ；
h 11
主钩最高位置至轨顶面距离，可从起重机参数表查出，0.61m 。
由式（6-2）计算可得，=?c 17.72m 。为取=?c 18.00m
6.5 厂房天花板高程和厂房顶高程
为了检修吊车和布置灯具，需在小车顶端到厂房天花板或屋顶大梁底面之间，留出至少0.3m的安全高度。吊车在轨顶以上的高度由吊车规格决定。
天花板高度=吊车轨顶高程+吊车在轨顶以上的高度+安全超高
综合考虑，厂房天花板高程定为19.00m。
第七章主厂房的布置设计
7.1 机组的布置方式
本电站装机台数为4台，机组台数较多，因此采用机组轴线与厂房纵轴线垂直的布置方式。其优点是：机组间距小，岔管较短，分岔角较小。缺点是厂房宽度增大，尾水渠在发电机支座下通过，使尾水渠顶板上的荷载加大。
7.2 厂房下部结构的构造和布置
卧式机组厂房下部结构比较简单，仅布置有尾水室和蝶阀坑等。
7.2.1尾水室
参照6.3内容；
7.2.2蝶阀坑高度和宽度
查《小型水电站》中册，对于卧式机组不必设置贯通全厂的主阀廊道，单个设置主阀坑即可。主阀坑应便于主阀的安装、检修和操作,操作主阀一侧的空间应不小于1m，对于侧主阀外廓与坑壁的距离不小于0.8m。厂内有吊车时，应将主阀布置在吊车工作范围之内。
蝴蝶阀主要尺寸：a=1730mm；b=880mm；c=350mm；d=850mm；e=470mm。（可查图4-1 立式蝴蝶阀外形示意图）
所以，蝶阀坑长度=d+1000+800=2650mm=2.65m
蝶阀坑宽度=e+1000+800=2270mm=2.27m
蝶阀坑高度=1000
a=1730+1000=2730mm=2.73m
7.3 主厂房的长度和宽度
7.3.1机组间距c L
机组的布置方式：机组的布置方式对确定厂房轮廓尺寸有较大的影响。其布置方式有纵向布置、横向布置和斜向布置三种。本设计厂房中的机组布置采用横向布置，机组等距离布置。
卧式机组厂房尺寸的原则有：
1、机组间距应满足两点：发电机转子安装、检修时能抽出和套入；设备外廓之间的距离，一般为2m左右。靠机组设备外端与侧墙的距离，同样满足上述要求。
2、电气屏柜与设备之间的距离，对于有吊车的厂房，一般不宜小于1.5m。控制屏、动力屏后端离墙应有0.8~1.0m的距离。
3、当厂内设有主阀时，应设主阀坑，上下游侧与压力钢管连接的法兰面与墙的距离，
一般不应小于0.3m 。
4、安装间的面积，应满足一台机组扩大性检修的需要，一般可取为一个机组段长度的1.0~1.3倍，视机组容量和台数而定。
5、当厂内设有吊车时，确定厂房宽度应考虑到吊车的标准跨度要求。
根据以上原则确定：机组间距c L 取5.5m
7.3.2 边机组段长度
与安装间相邻的边机组长度，必须满足发电机层设备布置要求，下部块体结构尺寸应考虑蜗壳外围或尾水管边墙的混凝土厚度0.8m 以上，而与安装间相对一端边机组段长度，除满足设备布置外，为了保证边机组在吊桥工作范围以内，则x 1+≥J L ，其中J 为吊桥主钩至桥吊外侧的距离，x 为吊车梁末端挡车板的长度，x 一般为0.4~0.9m 。由此取边机距离墙壁的长度1L =4.0m ，2L =4.83m 。
7.3.3 安装间的长度
安装间的长度当机组台数不超过4~6台时，可按检修一台机组时能放置四大部件并留有做够的工作通道来确定。初步设计时，可采用a L =(1.0~1.5) c L ，故取安装间的长度为7.83m 。
7.3.4 主厂房的总长度
当n 、c L 、1L 、2L 、a L 确定后，则主厂房的总长度为：
m L L L L n L a c 16.3383.783.40.45.53)1(21=+++?=+++-=
厂房周边的墙体采用的厚度为0.37m 。柱子的尺寸为4.0m 6.0?m 。
7.3.5 厂房的宽度
主厂房的宽度应从厂房上部和下部结构的不同因素来考虑。上部宽度取决于吊车的跨度，发电机尺寸、最大部件的吊运方式、辅助设备的布置与运行方式等条件。厂房下部宽度取决于蜗壳和尾水管的尺寸。根据水轮机发电机组横剖面图A —A 得机组总厂约为6m ，并考虑厂内交通及100000千克吊车的标准跨度为11m 和保证能套入和抽出发电机转子，墙体宽度等因素，定出厂房的宽度为12m 。
7.4 安装间的布置
7.4.1安装间的位置
安装间一般均布置在主厂房有对外道路的一端，高程和主厂房高程一至。对外交通通道必须直达安装间，车辆直接驶入安装间以便利用厂房桥吊卸货。水电站对外交通运输道路可以是铁路、公路、或水路。对于中小型水电对外交通运输道路站采用公路。
7.4.2安装间的尺寸
安装间与主厂房同宽以便桥吊通行，所以安装间的面积就决定了它的长度。
安装间的面积可按一台机组扩大性检修的需要确定，一般考虑放置四大部件，即发电机转子、发电机上机架、水轮机转轮、水轮机顶盖。四大部件要布置在主钩的工作范围内，其中发电机转子应全部置于主钩起吊范围内。发电机转子和水轮机转轮周围要留有1~2m的工作场地。
7.4.3安装间的布置
安装间内要安排运货车的停车位置
主变压器有时也要在安装间进行检修，这时要考虑主变压器运入的方式及停车点。主变压器大修时常需吊芯检修，在安装间上设尺寸相同的变压器坑。发电机转子放在安装间上时主轴要穿过地板，地板上在相应位置要设大轴孔，下要设大轴承台，并预埋底脚螺栓。安装间大门尺寸选用4.4m×4.2m。
7.5 主厂房内机电设备布置及交通运输
7.5.1主厂房内机电设备的布置
主厂房内的机电设备主要的有水轮发电机组及其辅助附属设备（调速器、励磁盘及机旁盘），蝴蝶阀等。
机组及其辅助附属设备：调速器布置在发电机房，四周均留有大于1.0m宽的空间，以便于操作维修。调速器紧邻发电机，以缩短管路和运行操作方便。励磁盘与机旁盘装置在距离墙壁0.8m处。
7.5.2吊物孔
水电站厂房只在发电机层设有吊车，其他层如水轮机层的一些小型设备需要检修时，要将其吊运到发电机层的安装场，这就需要在发电机层的楼板上设置吊物孔，用于起吊发电机层以下几层的一些小型设备。孔尺寸为2.2m×1.6m的吊物孔，盖有承重盖板。
第八章 副厂房的布置设计
副厂房：应紧靠主厂房，基本上布置在主厂房的上游侧，下游侧和端部，可集中一处，也可分两处布置，本设计布置在主厂房的上游侧。
副厂房的组成、面积和内部布置取决于电站装机容量、机组台数、电站在电力系统中的作用等因素。
8.1 中央控制室
中控室是为了集中地对整座电站发电、配电、变电设备以及下游水位、流量进行监视和控制而集中布置各种控制仪表的专门房间。其中布置有各种指示盘、同步盘、记录盘等控制盘、直流盘、保护盘和信号盘等，它是电站的神经中枢。
中控室应尽量靠近主机房，交通方便。同时与开关站之间有方便通道联系。引水式厂房中央控制室应尽量靠近主机房和开关站之间，并靠近机组。一般也常布置在主厂房的一端，此时应结合装机顺序对初期发电和分歧过度的各种电缆、维护通道等进行统盘考虑，以保证中控室的安全运行。
中控室的净高度一般为4~4.5m.。中控室和发电机层之间最好用玻璃做成隔音墙。中控室下层应设电缆层或电缆夹层，净高度一般不小于2m ，也不宜大于2.5m 。中控室附近应设置交接班室、值班室及卫生间等。
中控室的长为10m ，宽为6m ，中控室内放置7面保护屏，7面控制屏，3面厂用屏，3面直流屏，外形尺寸均为长宽?（cm ）6090?，并设置一个工作台。中控制的净高取3.9m 。
8.2 高压开关室
发电机低压配电设备是指发电机引出线至主变压器升压前的低压配电设备。位于发电机和主变压器之间，并尽可能缩短其距离。发电机低压配电设备通常布置于成套的开关柜中，其副厂房称为高压开关室。
高压开关室，当其长度超过7米时，应设两个向外开的门出口，通向其他房间或室外。不应布置在厕所、浴室的下面。高压开关室长为10m ，宽为6m ，里面放置13个高压开关柜，将开关柜设置成两排，中间的维护通道为1m ，尺寸为长高宽??（cm ）120320120??。开关室布置在安装场上游侧，开关室设有二扇宽度为1.2m 的门。
8.3 厂用设备的布置
厂用电大部分是交流电，厂用变压器常设两台，一台备用，布置在厂用开关室内。厂用电小部分是直流电，主要供给操作电路、信号以及继电器用电。直流电来自蓄电池，厂房一般需设直流电设备室。直流配电室一般包括蓄电池室、酸室、套间、充电机室、通风机室、直流配电盘等，它们应作为一个整体而布置在一起。根据以上要求将储酸室和蓄电池室布置在一起。储酸室，宽度为4.3m，长度为5.6m；蓄电池室布置在储酸室的旁边，宽度为4.3m，长度为5.8m。
8.4 楼梯
厂房各层之间用楼梯作主要交通通道，运行人员上下各层从楼梯上通行。从副厂房到安装间的楼梯宽为1.5m，从主厂房到副厂房的楼梯宽为1.2m。
8.5 厂变和工具间
厂变和工具间布置在开关室和中控室之间，厂变宽度为2.0m,长度为3m。工具间布置在发电机层旁边，邻近安装间的位置，作为放置日常工具与零碎用品的场所。故将工具间布置在开关室的旁边，邻近安装场，宽度为3.0m,长度为3.8m
8.6 值班室和休息室
值班室和休息室布置在中控室旁边，值班室长为6m，宽为3m；休息室长为6m，宽为2.5m。
8.7 调度室和通讯室
调度室和通讯室依次布置在休息室旁边，尺寸都为：长6m，宽2.5m。
8.8 卫生间
卫生间布置在通讯室旁边，长为6m，宽为2.5m。
第九章水电站枢纽布置
9.1 厂房
主厂房布置在河流右岸，上游坡脚较平坦处，以减少开挖量。尺寸：38.42×20.33m。
9.2 主变压器场
变压器场应尽量布置在露天场地，保证良好的通风条件；最好能靠近低压配电装置和主厂房，可减少事故几率；其场地最好与装配厂高程一致，并有轨道相连，以便与将变压器运送到装配场进行检修。变压器场面积为25m×20m。
9.3 引水道
引水渠道在河流右岸，长356米的引水渠道，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。
9.4 压力钢管
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。
9.5 尾水道
每台机组设单独尾水渠，经尾水平台（尾水闸门）后合并引入河流。
9.6 对外交通
引水式厂房一般沿河岸布置，进厂公路可沿等高线进入厂房，宽采用6米。
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 2.1工程基本概况 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。 2.2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12.0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。
目录 摘要 (1) ABSTRACT (2) 1 工程概况 (4) 1.1工程概况 (4) 1.1.1 流域概况 (4) 1.1.2 流域开发概况 (4) 1.1.3 该枢纽的兴建在国民经济中的意义 (4) 1.2水库及主要建筑物的特征 (4) 2 基本资料 (6) 2.1水文特征 (6) 2.1.1 年径流 (6) 2.1.2 设计洪水 (6) 2.1.3 年沙量及气象 (7) 2.2工程地质 (7) 2.2.1地质概况 (7) 2.2.2 厂区工程地质条件和问题 (8) 2.2.3 对外交通 (9) 3水轮机选型设计 (10) 3.1机组台数与单机容量的选择 (10) 3.1.1机组台数的选择 (10) 3.1.2单机容量的选择 (11) 3.2水轮机特征水头的确定 (11) 3.2.1 最大水头Hmax (11) 3.2.2最小水头Hmin (12) 3.2.3设计水头Hr (12) 3.2.4加权平均水头Ha (12) 3.3水轮机型号及主要参数的选择 (12) 3.3.1水轮机型号与装置方式的选择 (12) 3.3.2 HL220型水轮机方案的主要参数选择 (13) D的计算 (13) 3.3.2.1 转轮直径1 3.3.2.2转速器的计算 (13) 3.3.2.3出力校核 (13) 3.3.2.4 吸出高度的计算 (14) 3.3.2.5水轮机的安装高程 (14) 3.3.2.6工作范围的检验 (15)
3.3.3 HL230型水轮机方案的主要参数选择 (15) 3.3.3.1 转轮直径1D的计算 (15) 3.3.3.2 确定水轮机的转速 (15) 3.3.3.3 出力校核 (16) 3.3.3.4 吸出高度的计算 (16) 3.3.3.5水轮机的安装高程 (17) 3.3.2.6工作范围的检验 (17) 3.4蜗壳的形式和尺寸的确定 (18) 3.4.1 蜗壳形式的选择 (18) 3.4.2 金属蜗壳设计理论 (18) 3.4.3 蜗壳尺寸的计算 (19) 3.5尾水管形式和尺寸的确定 (22) 3.5.1尾水管形式的选择 (22) 3.5.2尾水管尺寸的确定 (22) 3.6调速器和油压装置的选择 (24) 3.7发电机的选择 (24) 3.7.1 水轮发电机的尺寸和重量 (25) 4.水电站枢纽的总体布置 (29) 4.1厂房枢纽布置 (29) 4.2厂房建筑物的组成 (29) 4.2.1 水电站厂房建筑物的组成 (29) 4.2.2 水电站厂房内部布置 (29) 5水电站厂房设计 (31) 5.1厂房构造 (31) 5.2主厂房的上部结构 (31) 5.2.1 屋顶 (31) 5.2.2 构架 (31) 5.2.3 吊车梁 (32) 5.2.4 外墙 (32) 5.2.5 楼板 (32) 5.3主厂房的下部结构 (32) 5.4主厂房平面设计 (32) 5.4.1 主厂房长度的确定 (32) 5.4.2 主厂房宽度的确定 (33) 5.5主厂房剖面设计 (34) 5.5.1 机组的安装高程 (34) 5.5.2 尾水管顶部高程 (34) 5.5.3 尾水管底板高程 (34) 5.5.4 基础开挖高程 (35)
该枢纽工程位西北某省A河上游干流上，其布置和工程参数如附件所示， 该水电站拟定主要设计参数 序号项目单位数值 1 最大水头m 125 2 最小水头m 86 3 多年平均水头m 92.5 4 设计水头m 88 5 总装机容量MW 360 （一）水轮机型号选型 1 根据该水电站的水头变化范围86~125m，在水轮机系列谱表3-3，表3-4中查出适合的机型有HL180和HL200两种。 2 主要参数选择 2.1 选取4台机组 2.2 转轮直径D1计算 单机容量：36万kw/4=9万kw （一)HL180水轮机 2.2.1查文献HL180转轮综合特性曲线可知机组效率M=90%;g =96%
Nr=Ny/zg=360000/4*0.96=93750kw 查表3-6可得HL180型水轮机在限制工况下的单位流量'1M Q =860L/s=0.86m 3/S ，效率m=89.5%，由此可 初步假定原型水轮机在该工况下的单位流量'1 Q =' 1M Q =0.86m 3/S ，效率=92%。 上述的Q1’，和Nr=单机容量：36万kw/4=9万kw ；g=96% Nr=Py/zg=360000/4*0.96=93750kw ，Hr=88m 带入式 η r r 11'81.9r H H Q N D = 可得=3.83m ，选用与之接近而偏大的 标称直径=3.9m 。 2.2.2转速n 计算 查表3-4可得HL180型水轮机在最优工况下单位转速10M n'=67r/min,初步假定M 1010'n ' n = ，将已知的和av H =92.5m ，1 D =3.9m 代入式1 1 ' n n D H =可得n=165.2r/min ， 选用与之接近而偏大的同步转速n=166.7r/min 。（上式中'n 选用原型最优单位转速10 'n ，H 选用加权平均水头 Hav ） 2.2.3 效率级单位参数修正 ηηη1 D 1 D 10 'n ? ? ? ???--=-=?)5/1()^(1)1(11Mmax Mmax max D D K K M ηηηη）（
水电站课程设计——水轮机选型设计说明书 学校： 专业： 班级： 姓名： 学号： 指导老师：
第一节基本资料 (3) 第二节机组台数与单机容量的选择 (4) 第三节水轮机型号、装置方式、转轮直径、转速、及吸出高度与安装高程的确定 (5) 第四节水轮机运转特性曲线的绘制 (11) 第五节蜗壳设计 (13) 第六节尾水管设计 (16) 第七节发电机选择 (18) 第八节调速设备的选择 (19) 参考资料 (20)
第一节基本资料 一、水轮机选型设计的基本内容 水轮机选型设计包括以下基本内容： （1）根据水能规划推荐的电站总容量确定机组的台数和单机容量； （2）选择水轮机的型号及装置方式； （3）确定水轮机的轮转直径、额定出力、同步转速、安装高程等基本参数； （4）绘制水轮机的运转特性曲线； （5）确定蜗壳、尾水管的型式及它们的主要尺寸，以及估算水轮机的重量和价格；（6）选择调速设备； （7）结合水电站运行方式和水轮机的技术标准，拟定设备订购技术条件。 二、基本设计资料 某梯级开发电站，电站的主要任务是发电，并结合水库特性、地区要求可发挥水产养殖等综合效益。电站建成后投入东北主网，担任系统调峰、调相及少量的事故备用容量，同时兼向周边地区供电。该电站水库库容小不担任下游防洪任务。经比较分析，该电站坝型采用混凝土重力坝，厂房型式为河床式。经水工模型试验，采用消力戽消能型式。 经水能分析，该电站有关动能指标为： 水库调节性能日调节 保证出力 4万kw 装机容量 16万kw 多年平均发电量 44350 kwh 最大工作水头 39.0 m 加权平均水头 37.0 m 设计水头 37.0 m 最小工作水头 35.0 m 平均尾水位 202.0 m 设计尾水位 200.5 m 发电机效率 98.0%
一、综述 1.1工程概况 平山水库位于省某县平山河中游，该河系睦水（长辽的支流）的主要支流，全长284m，流域面积为556㎞2，坝址以上控制流域面积491㎞2；平山河是山区河流，河床比降为0.3%，沿河有地势较为平坦的小平原，最低高程为62.5m左右。 1.2枢纽任务 枢纽主要任务以灌溉发电为主，并结合防洪、航运养殖、给水等任务进行开发。 1.3设计基本数据 1)正常蓄水位113.0 2)设计洪水位：113.10m； 3)校核洪水位：113.50m； 4)死水位：105.0m（发电极限工作深度8m）； 5)灌溉最低库水位：104.0m； 6)总库容：2.00亿m3； 7)水库有效库容：1.15亿m3；
8)发电调节保证流量Qp=7.35m3/s，相应下游水位63.20m； 9)发电最大引用流量Qmax=28 m3/s，相应下游水位68.65m； 10)通过调洪演算，溢洪道下泄流量Q1%=840 m3/s，相应下 游水位72.65m。 11)校核情况下，溢洪道下泄流量Q0.1%=1340 m3/s，相应下 游水位74.30m。 12)水库淤积高程85.00m。 二、坝址水文特性 暴雨洪峰流量Q0.05%=1860m3/s，Q0.5%=1550m3/s，Q1%=1480m3/s。 多年平均流量13.34m3/s,多年平均来水量4.22亿m3。多年平均最大风速10m/s，水库吹程8km，多年平均降雨次数48次/年，库区气候温和。 三、枢纽及库区地形地质条件 3.1坝址、库区地形地质及水文地质 平山河流域多为丘陵地区，在平山枢纽上游均为大山区，河谷山
势陡峭，河谷边坡一般为60°~70°，地势高差都在80~120m，河床宽一般为400m，河道弯曲很厉害，尤其枢纽布置处更为显著形成S 形，沿河沙滩及两岸坡积层发育，坝址处两岸河谷呈马鞍形，其覆盖物较厚，基岩产状凌乱。 靠近坝址上游是泥盆纪五通砂岩，坝下游为二迭纪炭岩，坝轴线位于五通砂岩上面。 在平山咀以南，即灰岩与砂岩分界处，发现一大断层，其走向近东西，倾向大致向北西，在坝轴线左岸的五通砂岩特别破碎，产状凌乱，岩隐裂隙很发育。岩的渗水率都很小，两岸多为0.001~0.01升/分，坝址处沿坝轴线是1.5-5.0m厚的覆盖层，k=10-4cm/s，γ浮=10kN/m3，ψ=35 坝区地震为5~6度，设计时可不考虑。 3.2筑坝材料 枢纽大坝采用当地材料筑坝，据初步勘察，土料可以采用坝轴线下游1.5～3.5公里的丘陵区与平原地带的土料，且储量很多，一般质量尚佳，可作筑坝之用。砂料可在坝轴线下游1～3公里河滩围及平山河出口处两岸河滩开采。料可以用采场开采，采场可用坝轴线下游左岸山沟较合适，其质为灰岩、砂岩，质量良好，质地坚硬，岩出露，覆盖浅，易开采。
一、原始资料及设计条件 1、概述 1.1工程概况 某水电站位于沅水一级支流巫水下游峡谷河段，下距会同县若水乡镇2km，距洪江市15km。坝址下游2km有洪江～绥宁省级公路从若水乡镇经过，交通较为便利。 该工程初拟正常蓄水位191m，迥水至高椅坝址，库容0.0708亿m3，装机16MW，是一座以发电为主，兼有防洪、旅游等综合效益的水电工程，枢纽建筑物由溢流闸坝、重力式挡水坝、右岸引水发电隧洞和引水式厂房组成。 1.2. 工程等别和建筑物级别 本工程以发电为主，兼有防洪、旅游等综合效益。水库正常蓄水位191m时库容为0.0708亿m3，电站装机容量为16MW。 2、水文气象资料 2.1洪水 各频率洪峰流量详见下表1。 （1）下坝址水位～流量关系曲线详见下表2。 表3 上坝址水位～流量关系曲线表（高程系统：85黄海） （3）厂址水位～流量关系曲线详见下表4。 表4 厂址水位～流量关系曲线表（高程系统：85黄海）
多年平均含沙量：0.089kg/m3 多年平均输沙量：22.05万t 设计淤沙高程：169.0m 淤沙内摩擦角：100 淤沙浮容重：0.9t/m3 2.4气象 多年平均气温：16.6℃ 极端最高气温：39.1℃ 极端最低气温：-8.6℃ 多年平均水温：18.2℃ 历年最高气温：34.1℃ 历年最低气温： 2.1℃ 多年平均风速： 1.40m/s 历年最大风速：13.00m/s，风向：NE 水库吹程： 3.0km 最大积雪厚度：21cm 基本雪压：0.25KN/m3 3、工程地质与水文地质 3.1工程地质资料 （1）该工程区地震基本烈度小于Ⅵ度，不考虑地震荷载。 （2）基岩物理力学指标如下 上坝址 饱和抗压强度：20～30MPa 抗剪指标：f砼/岩=0.6～0.65 抗剪断指标：f′砼/岩=0.8～0.9 c′=0.7～0.8MPa 下坝址 饱和抗压强度：15～25MPa 抗剪指标：f砼/岩=0.6～0.62 抗剪断指标：f′砼/岩=0.7～0.8 c′=0.70MPa 3.2坝址工程地质条件 （1）上坝址工程地形、地质条件 上坝址位于河流弯曲段下游，流向2790，基本为“U”型横向河谷。河床基岩裸露，高程181～184m，河床宽136m，水深0.5～3.0m。坝轴线上游100～350m，河床深槽较发育，一般槽宽20～40m，槽深11～14.5。当蓄水位192m 时，河谷宽161m ，左岸冲沟较发育，坝轴线上、下游分别分布2# 及3# 冲沟，边坡具下陡上缓特征，高程227m以下坡角450，以上坡角250，山顶高程271m ；右岸地形较平顺，上游有一小冲沟分布，边坡较陡峻，坡角350～450，山顶高程292m。
摘要 本文为面混凝土面板堆石坝设计说明书，根据所给基本资料及面板堆石坝的特点进行调洪演算，本设计中一共选取了四种方案，经过调洪演算并结合下游防洪要求及经济因素等的考虑，最终选择方案四，即选择堰宽为75m的方案。 本设计主要进行了调洪演算、坝体分区设计、溢洪道设计、溢洪道水面线计算、坝体渗流分析及坝体稳定计算等几个方面。本设计中河岸溢洪道布置在河流右岸，为正槽溢洪道。大坝高71.3m，上游坝坡坡度为1.4，下游坡度为1.3坝轴线长度为449.4m，布置在河流转弯处。经坝体稳定分析和渗流计算，本方案满足要求。 关键词：混凝土面板堆石坝调洪演算坝体设计渗流计算稳定验算河岸溢洪道
ABSTRACT This paper for the surface of concrete face rockfill dam design specifications, according to the basic information and given the characteristics of concrete face rockfill dam for flood regulating calculation, the total selection in the design of the four kinds of solutions, through the combined with the downstream flood control requirements for flood regulating calculation, and economic factors, finally four options, which chooses the plan of dam is 75 m wide. This design mainly for flood regulating calculation, design, design of spillway, the surface spillway dam partition line, dam seepage analysis and dam body stability calculation. The design and arrangement of the spillway in the Banks of the river on the right bank of the river, spillway was right in the groove. 71.3 m high dam, the upstream dam slope degree is 1.4, the downstream slope 1.3 dam axis length of 449.4 m, decorate in the bend. This scheme by the dam seepage calculation, stability analysis and meet the requirements. Keywords: concrete face rockfill dam, flood routing, design of dam body ,seepage calculation, Stability calculation, The bank spillway II
第一章原始资料及设计条件 1.1 概述 1.1.1 工程概况 某水电站位于沅水一级支流巫水下游峡谷河段，下距会同县若水乡镇2km，距洪江市15km。坝址下游2km有洪江～绥宁省级公路从若水乡镇经过，交通较为便利。 该工程初拟正常蓄水位191m，迥水至高椅坝址，库容0.0708亿m3，装机16MW，是一座以发电为主，兼有防洪、旅游等综合效益的水电工程，枢纽建筑物由溢流闸坝、重力式挡水坝、右岸引水发电隧洞和引水式厂房组成。 1.2工程等别和建筑物级别 本工程以发电为主，兼有防洪、旅游等综合效益。水库正常蓄水位191m时库容为0.0708亿m3，电站装机容量为16MW，根据水利水电工程等级划分的规定，工程规模为小（1）型，工程等别为Ⅳ等。永久性建筑物闸坝、电站厂房等属4级建筑物，临时建筑物属5级。 1.2 水文气象资料 1.2.1 洪水 各频率洪峰流量详见下表 表1-1 坝址洪峰流量表 1.2.2 水位～流量关系曲线： 表1-2 下坝址水位～流量关系曲线表高程系统：85黄海
表1-3 上坝址水位～流量关系曲线表 高程系统：85黄海 表1-4 厂址水位～流量关系曲线表 高程系统：85黄海 多年平均含沙量：0.0893/m kg ； 多年平均输沙量：22.05万t ；设计淤沙高程：169.0m ；淤沙内摩擦角：10?；淤沙浮容重：0.93/m t 。 1.2.4 气象 多年平均气温：16.6?C ；极端最高气温：39.1?C ；极端最低气温：-8.6?C ；多年平均水温：18.2?C ；历年最高气温：34.1?C ；历年最低气温：2.1?C ；多年平均风速：1.40s m /； 历年最大风速：13.00s m /，风向：NE ；水库吹程：3.0km ；最大积雪厚度：21cm ；基本雪压：0.252/m KN 。 1.3 工程地质与水文地质 1.3.1 工程地质资料 (1)该工程区地震基本烈度小于Ⅵ度，不考虑地震荷载。 (2) 基岩物理力学指标 上坝址：饱和抗压强度：20～30MPa ；抗剪指标：岩砼/f =0.6～0.65；抗剪断指标：
水电站厂房课程设计说明书 张文奇 1.蜗壳的型式 电站设计水头H p=95.5m>40m （且>80m ），根据《水力机械》第二版第96页的蜗壳型式选择金属蜗壳。 2.蜗壳的主要参数 2.1金属蜗壳的断面形状为圆形。 2.2对于圆形断面金属蜗壳为了获得良好的水力性能一般采用蜗壳的包角为 0?=345°。 2.3根据《水力机械》第二版第99页图4-30查得，当设计水头为95.5m 时，蜗壳的进口断面的平均流速c V =7.5m/s ； 2.4己知水轮机的型号HL200-LJ-275，根据《水力机械》第二版附表5查得:1D =2750mm ，H=95.5m 时，蜗壳的座环内径b D =3650mm ，外径a D = 4550 mm ，所以蜗壳座环的内、外半径分别： 3. 金属蜗壳的水力计算 电站设计水头H P =95.5m ，进口平均流速c V =7.5m/s ，包角为0?=345°，每台机组过水能力：max Q =62.69m 3/s 。 3650 182522b b D r mm = ==4550 227522a a D r mm = = =
3.1对于蜗壳进口断面： 断面的面积： 断面的半径： 从轴中心线到蜗壳外缘的半径： 3.2对于中间任一断面： 设为从蜗壳鼻端起算至计算断面i 处的包角，则该计算断面处的 其中max Q =62.69m 3/s 。，c V =7.5m/s ，a r =2.275m 计算成果见表1： 2max 062.69345==8m 3603607.5C C C C Q Q F V V ???= =???max 1.6m ρ= ==max a max 2 2.2752 1.6 5.475R r m ρ=+=+?=i ?max 360i i Q Q ?= ? i ρ= a 2i i R r ρ=+
目录 摘要 (2) 前言 (2) 1 设计基本资料 (3) 1.1 基本概况 (3) 1.2 自然条件 (4) 2工程综合说明 (8) 2.1工程等级及防洪标准 (8) 2.2水库特征水位 (9) 2.3枢纽主要建筑物组成 (9) 3 水闸设计 (10) 3.1闸址、闸型选择 (10) 3.2闸孔尺寸及闸墩厚度拟定 (11) 3.3闸底高程的确定 (13) 3.4闸顶高程的确定 (14) 3.5 水闸消能防冲设计 (14) 3.6 闸室布置与构造 (24) 3.7闸室稳定计算 (30) 3.8 闸室防渗排水设计 (37) 3.9 上下游连接建筑物设计 (42) 4 两岸挡水坝段设计 (42) 4.1 剖面设计原则 (42) 4.2 基本剖面拟定 (43) 4.3 实用坡面的设计 (43) 4.4 各项荷载的计算（单位长度） (45) 5基础及库岸边坡处理 (48) 5.1 连接坝顶的地基处理 (48) 5.2水闸基础加固处理 (50) 5.3 库岸边坡处理 (50)
6引水发电系统的简要布置 (52) 6.1 引水系统设计 (52) 6.2 发电厂房的布置 (54) 7结论 (55) 总结与体会 (56) 谢辞 (57) 参考文献 (58) 附录 (59)
摘要 本设计结合兴马电站基本资料，采用岸边引水式方案进行首部枢纽初步设计，主要内容包括首部枢纽建筑物的布置、水闸设计、引水和发电建筑设计、两岸挡水坝段设计、基础及库岸边坡处理。本设计参照相关规范和书籍资料重点进行挡泄水建筑物设计，首先根据设计资料确定闸坝及建筑物等级，由地质资料确定坝址，进行水利枢纽工程的总体布置；然后进行水闸设计，确定水闸等别、闸坝高程，进行闸孔设计、闸室布置及稳定计算、消能防冲设计、防渗排水设计、两岸连接物的设置等；接着对引水和厂房进行了简要设计，然后对两岸挡水坝段进行设计，采用重力式方案确定挡水坝段剖面尺寸，并进行稳定验算；最后对基础及边坡防护进行简要的说明。 关键词：兴马电站；首部枢纽；河床式厂房；水闸；挡水坝段 Abstract This design unifies the xinma power, using the shore basic data plan first hub diversion type, the main contents include the preliminary design of layout, first hub building design, water diversion and power generation locks architectural design, the cross-strait block dam section design, foundation and library shore slope processing. This design related standards and reference books material with the focus on the building design, discharge water retaining first according to determine the passage and building design information, the geological data to determine level of dam site, the overall arrangement of water conservancy hub project; Then, determine such damages to the gate design elevation, passage: don't, the sluice hole design, chamber arrangement and stability calculation and elimination of can prevent blunt design, anti-seepage and drainage design, cross-straits connectives Settings etc; Then the water diversion and building a brief design, then sections of cross-strait block dam design, adopted a gravity type plan against dam section profile, and stability checking size; Finally based and for slope protection for briefly. Keywords: xingma power station; First hub; Riverbed workhouse; Sluices; Block dam section 前言 水闸是一种利用闸门挡水和泄水的低水头水工建筑物，多用于河道,渠系及水
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 ； s H 为吸出高度，m 。 其中，10.0()900 s 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()900 s 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 D 1 D 2 D 3 D 4 D 5 D 6 b 0 h 1 h 2 h 3 h 4 1.0 1.078 0.928 0.725 0.483 0.128 0.365 0.054 0.16 0.593 0.283 4.1 4.420 3.805 2.973 1.980 0.525 1.497 0.221 0.656 2.431 1.160 2.2 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 ）
毕业设计（论文） 开题报告 学生姓名 班级××级水利水电自考助学班 指导老师李云强 题目重力坝剖面构造设计 荆州理工职业学院 2012年11 月 28 日
1、选题的目的理论价值和现实意义 本次毕业设计是对大学两年以来所学知识的一次总结，通过对鄂——01水利枢的了解和对个人所掌握相关知识的考虑，本次选择《重力坝剖面构造设计》作为毕业设计的题目。 鄂——01水利枢纽的河道J水发源于山区,流经H,C等县市,而于H市附近汇入S江,其于流总长197公里,流域积3356平方公里,坝址控制流域面积711平方公里,占全流域面积的21%,J水属于山区性河流,流域内多为山区和丘陵区,起河床比降为: 上游河段:由河源至石门 1.21% 中游河段:由石门至神山头0.44% 下游河段:由神山头至河口0.24% 流域内雨量充沛,H市站多年平均雨量为1447.7公里,且雨量多集中于3~8月份,约占全年平均雨量的70%,尤以4~6月份雨量集中,每到雨季,山洪爆发,流域内中,下游地区农田(50余万)和城乡人口(30余万人)经常遭到洪水灾害和威胁,甚至造成生命财产的重大损失 本次水利枢纽是一座以发电，防洪，改善航道为主的综合性利用水库，建成后，可保护下游中等城市，减少减轻洪水威胁。 本次选题丰富了重力坝的设计理念，加深了对设计实例的了解，方便了今后对于重力坝的研究。 2、本课题在国内外的研究状况及发展趋势 重力坝在水压力及其他荷载作用下，主要依靠坝体自重产生的抗滑力满足稳定要求：同时依靠坝体自重产生的压应力来抵消由于水压力所引起的拉应力，以满足强度要求。由于混泥土重力坝自重大，温控难度高，所以在严寒或者温差大的地区应对重力坝在严寒地区施工的温度应力问题进行分析。 混泥土重力坝在严寒地区施工的温度应力问题研究现状: 2.1、按设计的坝体建立一个完整的模型 (即竣工后的完整坝体 ) ,并按实际施工过程中的薄层碾压混凝土建立相应的层单元。
（中国通常称水头大于70m为高水头水电站，低于30m为低水头水电站，30～70m为中水头水电站） （混流式安装高程以导叶中心线为基准,轴流式则以叶片中心线为基准,卧式机组以主轴水平中心线为基准）. 一、水轮机发电机组的选择 （1）选择机组台数、单机容量及水轮机型号（*）； 选用4台HL310型机组，单机容量为（总装机容量=机组台数） （2）确定水轮机的尺寸(包括水轮机标称直径D1、转速n、吸出高度Hs、安装高程Za)； 转轮直径为，转速为，水电站厂房所在地点海拔高程为，模型气蚀系数修正值为,则水轮机的吸出高度为 . 导叶高度为，取,由于有4台机组，设计尾水位取1台机组流量相应的水位，可按如下过程确定： 一台水轮机工作时的流量为 其中：取水轮机最优工况下的模型效率，即, 此时 限制工况下的模型效率为 则原型最优工况下效率为 修正值为 其中这里取 则修正后的模型限制工况下效率为 单位流量为 流量 则 因则 则水轮机的安装高程为. （3）选择尾水管的型式及尺寸； ①根据已得到的资料，知该水轮机为低水头水轮机（），得可此水电站尾水管对应的尺寸如下：（单位：m）
型式 参数 1 尺寸 为了减小开挖深度以及具有良好的水力性能，可采用弯肘形尾水管，它由进口直锥段、中间弯肘段、出口扩散段三部分组成。 ②进口直锥段： 进口直锥段是一个垂直的圆锥形扩散观，为至椎管的进口直径；对于混流式水轮机由于至椎管与基础环相连接，可取与出口直径相等，其椎管的单边扩散角可取；为直锥管的高度，增大可减小肘管的入口流量，减小流速对管壁的冲刷。 ③肘管： 肘管是一变截面弯管，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作用，使得压力和流速分布很不均匀，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。影响这种损失的最主要的原因是转弯的我、曲率半径和肘管的断面变化规律，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为 ，外壁用上限，内壁用作下限，则有.. ④出口扩散段： 出口扩散段是一水平放置断面为矩形的扩散段，起出口宽度一般与肘管出口宽度相等；其顶板向上倾斜，根据其出口宽度并不是很大，所以不需要加设中间支墩。仰角为 ，其中-. ⑤尾水段的高度和水平长度 尾水管的总高度和总长度是影响尾水管性能的重要因素。总高度是由导叶底环平面到尾水 管地板之间的垂直高度。在描述进口直锥管中已经说明,属于低速混流式水轮机。增大尾水管的高度，对减小水力损失和提高是有利的，特别是对大流量的轴流式水轮机更 为显着。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正常运行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 度的方法，但将会增大开挖量，经过试验，对于低转速混流式水轮机，应采取，由上述可知，，满足要求。 (4)选择相应发电机型号、尺寸 已知水轮机单机容量为，根据《水电站机电手册——水力机械》查得，选择发电机的型号为SF50-44/920的半伞式发动机组4台。 主要参数为：
《水电站》课程设计水轮机的选型设计 专业：XXX 班级: XX 姓名：XXX 学号：XXX 指导教师：XXX
【摘要】 本说明书共七个章节，主要介绍了大江水电站水轮机选型，水轮机运转综合特性曲线的绘制，蜗壳、尾水管的设计方案和工作原理以及调速设备和油压装置的选择。主要内容包括水电站水轮机、排水装置、油压装置所满足的设计方案及控制要求和设计所需求的相关辅助图和设计图。系统的阐明了水电站相关应用设备和辅助设备的设计方案的步骤和图形绘制的方法。 【关键词】 水轮机、综合运转特性曲线图、蜗壳、尾水管、调速器、油压装置。
【Abstract】 Curriculum project of hydro station is a important course and practical process in curriculum provision of water-power engineering major . There are more contents and specialized knowledge in the curriculum project , which make students not to adapt themselves quickly to complete the design . In this paper , characteristic of the curriculum project is analyzed , causes of in adaptation to the curriculum project in students are found , rational guarding method are proposed , and a example of applying the guarding method is given . The results show that using provided method to guard student design is a good method, when teaching mode and time chart are given , students are guarded from mode of thinking and methodology , and design step are discussed and given . After the curriculum project of hydro station, the capability of students to solve practical engineering problems is improved , and the confidence to engage in design is strengthened . 【Keyword】 Curriculum project of hydro station; guarding method ; mode of thinking ; methodology; design step.
西安理工大学毕业设计（论文） 题目铜钱坝坝水利枢纽布置 及泄水建筑物设计 专业水利水电工程 班级工082班 学生王勋 指导教师王飞虎 2012
铜钱坝水利枢纽工程布置及泄水建筑物设计 摘要 铜钱坝水库坝址位于汉江支流玉带河下游，该水库是以供某工厂工业用水为主，兼补偿下游农田灌溉用水，以及防洪、发电、养鱼等综合利用水利枢纽工程。本次毕业设计分析了坝址的地形和地质条件，对比几种坝型最终选取常态混凝土重力坝和坝轴线并进行了枢纽布置。枢纽建筑物包括泄水建筑物、挡水大坝、底孔、供水管道和电站等。然后对该工程的溢流坝及底孔的形式和消能及防冲进行了设计。坝体剖面的稳定和应力计算，荷载组合取了基本组合和特殊组合两种不同的情况，以正常蓄水位时的荷载组合作为基本组合；以校核荷载和地震荷载作为特殊组合。设计中选取了坝基面和廊道底部截面作为计算截面，对坝体的两种稳定和强度都进行了计算，结果都满足要求。本次设计的主要成果有：设计说明书1份，设计图纸6张以及其他相关附图附表等。 关键词：常态混凝土重力坝；溢流坝；底孔；设计。
Copper cash dam water conservancy hub project layout andWater discharge building design ABSTRACT Copper cash dam located in hanjiang river dam site tributary jade belt linked to the downstream, the reservoir for a factory in industrial water is given priority to, and compensation of farmland irrigation water downstream, and flood control, power generation, fish, and other comprehensive use of water conservancy hub project. The graduation design analysis of the dam site topographical and geological conditions, compared several dam type selection ultimately normal concrete gravity dam and dam axis and the general layout.Hub buildings including outlet structure,Block water dam,underport,Water supply pipe and power stations.Then the spillway and bottom outlet in the form of engineering and the energy dissipationand scour protection design.The stability of the dam profile and stress calculation, the load combination to take thebasic combinations and special combination of two different situation, normal water level of theload combination as the basic combination; c hecking loads and seismic loads as special combinations.In the design of the dam foundation and corridor on the surface as the section at the bottom section on the dam two stability and strength are calculated, the result is meet the requirements. The design of the main achievements are: a design specifications, design drawings and other relevant drawings six pictures schedule, etc. Keywords: normal concrete gravity dam; Overflow dam; underport; Design.
《水电站建筑物》课程设计BL电站计算说明书 姓名: 学号: 指导教师: 年月日
一、基本资料 1．1工程概况 根据某市供水和灌溉的需求，于X河的Y河口坝址修建BL水电站。该电站水库控制流域面积2085km2，坝址处多年平均径流量7.21×108m3。 水库属大(2)型，工程等别为Ⅱ等，主要建筑物为2级，次要建筑物为3级。采用混合坝型，拟建一座坝后式水电站。电站尾水泄入灌溉渠道，结合工农业用水进行发电。 水电站厂房按3级建筑物设计，厂房经右岸坝下公路对外联系。 1．2设计的目的与任务 目的：通过本次课程设计，使学生将所学水电站基本知识加以系统化，能够运用基本理论知识解决实际工程问题，使学生在分析问题、理论计算、制图、编写说明书与计算书等方面得到锻炼，初步掌握水电站的设计步骤、方法、基本理论，为参加工作打下基础。 任务：进行水轮机选型与厂房布置设计。 1．3BL电站设计资料 气象资料： 该地区多年平均气温9.3℃，最低气温－35.8℃。最大风速北风21m/s。最大冰厚0.37m。地面冻结深度一般在1.1m左右。 水文资料： (1)水库特征水位与溢洪道泄量特征： （2 电站尾水渠出口即为灌溉渠道的渠首，渠底高程40.35m，渠顶高程45.90m，渠
道设计流量48.0m 3/s 。渠道加大流量53.0m 3/s 。 电站尾水渠水位流量关系表(Z ~Q )： (3)厂房地质资料 水库坝址系由变质岩、沙岩、熔岩及花岗岩类组成，坝址有一组北北西向断层，在厂房范围内有一小断层通过。 本地区地震基本烈度为Ⅶ度。厂房设计烈度为7度。 (4)水轮机选型的基本资料： 经水能计算，最终确定： １．电站最大水头H max ＝27.8m ； ２．加权平均水头H a ＝22.1m ； ３．设计水头H r ＝21.3m ； ４．电站正常运转时的最小水头H min ＝14.0m 。 ５．水电站总装机容量N f ＝6400kW ，考虑水电站运行及用水量变化规律，经方案比较，决定选用两台机组。发电机效率ηf ＝0.91。 二、 水轮机的选型 本水电站的最大水头H max =27.8m ，正常运转时最小水头H min =14.0m ，加权平均水头H a =22.1m ，设计水头H r =21.3m 。水电站总装机容量N f =6400kW ，设计装机台数2台，单机容量N y1=3200kW 。 2.1水轮机型号选择 根据该水电站的水头变化范围14.0~27.8m ，查《水电站（第三版）》，河海大学，刘启钊主编P 73表3-4水轮机系列型谱中查出合适的机型有HL240、HL310。选择HL240。 2.2 转轮直径的计算 转轮直径D 1按下式计算： m H H Q N D r 63.1%6.893.213.2140.181.93200 81.9r '1r 1=????= =η （2-1） 式中 N r ——水轮机的额定出力，3200kW ； H r ——水轮机的设计水头，21.3m ； '1Q ——原型水轮机单位流量，初步假定s /40.13'1'1m Q Q M ==； η ——与'1Q 相应的原型效率，假设为89.6%。 根据计算结果，D 1=1.63m ，应选择与之相近且偏大的轮转标称直径，但D 1=1.8m 相差太大，可近似取为D 1=1.6m 。