水电站课程设计讲义

水电站课程设计GE GROUP system office room 【GEIHUA16H-GEIHUA GEIHUA8Q8-目录前言第一部分水电站厂房一、设计资料二、水轮机选型2.1水轮机型号选择 .............................................2.2水轮机参数计算 .............................................三、水轮机蜗壳设计3.1蜗壳形式的选择 .............................................3.2断面形状及包角的选择 .......................................3.3进口断面面积及尺寸的确定 ...................................四、尾水管设计4.1尾水管的形式 ...............................................4.2弯肘型尾水管主要尺寸的确定 .................................五、发电机外形尺寸5.1发电机型式的选择 ...........................................5.2水轮发电机的结构尺寸 .......................................六、厂房尺寸确定6.1主厂房长度的确定 ...........................................6.2主厂房的宽度 ...............................................6.3主厂房各层高程的确定 ....................................... 第二部分吊车梁设计七、吊车梁截面形式八、吊车梁荷载计算8.1均布恒荷载q ................................................8.2垂直最大轮压 ...............................................九、吊车梁内力计算9.1弯矩计算 ...................................................9.2剪力计算 ...................................................十、吊车梁正截面及斜截面抗剪强度计算10.1吊车梁正截面承载力计算 ....................................10.2斜截面抗剪强度计算 ........................................ 十一、挠度计算十二、裂缝宽度验算结语参考文献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。

水电站调节课程设计一、教学目标本课程的学习目标包括知识目标、技能目标和情感态度价值观目标。

知识目标要求学生掌握水电站的基本原理、调节方式及其对环境的影响；技能目标要求学生能够运用所学知识对水电站的运行进行分析和评估；情感态度价值观目标要求学生培养对水电站建设和管理的兴趣，提高环保意识和社会责任感。

通过分析课程性质、学生特点和教学要求，我们将目标分解为具体的学习成果：了解水电站的基本原理和调节方式，掌握水电站对环境的影响及其评估方法，培养学生的分析和评估能力，提高环保意识和社会责任感。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括水电站的基本原理、调节方式、环境影响及其评估方法。

具体安排如下：1.水电站的基本原理：介绍水电站的组成部分、工作原理和运行特点。

2.水电站的调节方式：讲解水电站的径流调节、水位调节和发电调节。

3.环境影响及其评估方法：分析水电站建设对生态环境的影响，介绍环境影响评估的方法和流程。

教学进度安排：共计8课时，第1-4课时讲解水电站的基本原理和调节方式，第5-6课时分析水电站对环境的影响，第7-8课时介绍环境影响评估的方法和流程。

三、教学方法为了激发学生的学习兴趣和主动性，本课程将采用多种教学方法，包括讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等。

1.讲授法：通过讲解水电站的基本原理、调节方式和环境影响，使学生掌握相关知识。

2.讨论法：学生就水电站建设和管理的相关问题进行讨论，提高学生的思考和分析能力。

3.案例分析法：分析实际案例，使学生更好地理解水电站的运行特点和环境影响。

4.实验法：安排实地考察或模拟实验，让学生亲身体验水电站的运行过程，提高学生的实践能力。

四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验，我们将选择和准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的教材，如《水电站运行与管理》等。

2.参考书：提供相关领域的参考书籍，如《水电站环境影响评价》等。

3.多媒体资料：制作精美的课件、视频和图片，直观地展示水电站的运行特点和环境影响。

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。

水电站电气设备课程设计一、课程设计简介本课程设计旨在帮助学生更加全面地了解水电站电气设备的相关知识，包括水电站电气系统、发电机、变压器、开关柜等。

通过本课程设计，学生将掌握水电站电气设备的设计、运行、故障排除等方面的技能，为今后从事电气工程相关领域打下坚实的基础。

二、课程设计要求1.学生需要结合实际情况，选择一座水电站进行电气设备选型。

2.学生需要对选中的水电站进行电气系统设计、选型计算等工作。

3.学生需要进行电气设备的故障排查与维修。

4.学生需要撰写相关报告，总结学习成果并提出建议和改进意见。

三、选题思路选题过程中，考虑到电气设备在水电站中扮演着至关重要的角色，因此我们选择了电气设备作为课程设计选题。

从选题中我们可以学习到水电站电气设备的选型、设计、运行与维护等方面知识，为我们在今后从事相关领域奠定坚实的基础。

四、设计流程与方法1、水电站电气系统设计在选取了水电站之后，需要对电气系统进行设计。

设计时需要根据水电站的实际情况，对电气系统中的各个组成部分进行选型，包括发电机、变压器、开关柜等，同时需要进行线路布置和接线图的绘制。

设计的过程需要考虑到电气系统的稳定性、可靠性和安全性等方面，并进行相关计算。

2、选型计算在进行选型计算时，需要结合电气系统设计方案，对选中的电气设备进行计算和选型。

在计算中，需要考虑到各个电气设备的容量、电气参数等因素，并进行合理的选择。

同时，还需要考虑到电气设备的适应性和稳定性等方面。

3、故障排查与维修在项目运行过程中，会遇到各种电气设备故障，需要进行及时排查和维修。

在故障排查时，需要认真分析故障原因，选择恰当的维修方法进行维修。

4、报告总结最后，需要将整个项目的过程进行总结与总结报告。

在总结报告中，需要将电气设备的选型计算、故障排查与维修等方面进行详细的分析和总结，并提出必要的改进建议。

五、课程设计评价标准1.设计方案合理，创意性突出，能够满足要求和实际情况。

2.选型计算准确可靠，选型合理。

水电站厂房布置课程设计学院：水利水电学院班次：学号：姓名：目录第一节：课程设计任务1、基本资料2、设计要求3、设计成果第二节；水电站厂房设计1、绘制蜗壳单线图2、绘制尾水管单线图3、拟定转轮流迫尺寸4、厂房起重设备计算5、厂房轮廓尺寸第三节：水电站厂房布置第四节：课程设计感想第一节：基本资料及设计要求1、基本资料（1）原始资料见表2—1。

（2）水轮发电机的外形尺寸示意图见图2-1.（3）厂区地区图见图2-3（4）水轮机型谱参数、转轮外形尺寸、水轮机综合特性曲线、蜗壳形式及其尺寸、尾水管形式及其尺寸、主变压器型号及其外形尺寸、桥车吊车系列及其尺寸、主阀型号及其尺寸等有关设备资料详见《水力机械设计手册》或参见《水电站》教材。

2、设计要求（1）根据选定的课程设计题目，研究并熟悉与所选题目有关的各种资料。

（2）研究、拟定厂区建筑物布置方案，初步确定厂区建筑物平面布置形式。

（3）进行水轮机选型设计。

根据给定的电站装机容量及机组台数，拟定水轮机装置方式，选择可用的水轮机型号方案，计算、确定所选各型号方案的水轮机主要参数（转轮标号直径D1、额定转速n r等），进行各方案的综合比较、分析，则优选定水轮机型号。

然后，将所选定水轮机型号。

然后，将所选定水轮机型号及其主要参数与表2-1中的相应资料进行对照、分析。

（4）进行厂房布置设计。

根据所选定的水轮机型号，确定水轮机（含蜗壳、座环、导叶、转轮及尾水管等）的外形尺寸；确定与所选定水轮机配套的水轮发电机、主变压器、调速器、油压装置、机旁盘及桥式吊车等设备的型号及外形尺寸；确定主厂房内各主要设备的布置形式；计算确定主厂房的长度、宽度及各层高程等尺寸。

（5）完成厂区建筑物布置设计。

根据主厂房布置设计成果，研究确定副厂房、主变压器场及高压开关站等建筑物的形式及其平面尺寸；修改并最终完成厂区建筑物平面布置设计。

3、设计成果（1）绘制设计图纸①厂区建筑物平面布置图：②厂房横剖面图（比例1:100）；③厂房发电机层平面图（比例1:200）④厂房水轮机层平面图（比例1:200）（2）编写设计说明书主要内容包括：设计依据及标准、水轮机选型设计、厂房布置设计、厂区布置设计、厂区建筑物布置设计、收获与体会等。

水电站课程设计第一部分基本资料某水电站为混合式开发，枢纽由挡水建筑物，泄水建筑物，引水建筑物及水电站厂房组成，装机容量2?17MW ，厂房处平均地面高程350.00米。

1.水位经分析正常蓄水位为414.4米，死水位为399.6米。

尾水位：尾水渠水位流量关系见下表：2.供水方式：集中供水。

3.水头：水电站水头范围：H max =63m, H min =45m, 平均水头H av =51.5m 。

4.引水系统布置：引水隧洞长3000.00米，洞径5.5米，压力钢管由水平段（长50.00米）上斜坡段（长58.00米，坡角为18.43度），下斜坡段（长58.00米，坡角18.4度），和下水平段（长10.00米）组成，之后与蜗壳进口连接，机组间距为14.00米。

第二部分设计内容一．水轮机型号及主要参数：（一）水轮机型号选择：根据该水电站的水头变化范围45-63m ，在水轮机系列型谱表查出适合的机型有HL230和HL220两种，现在将这两种水轮机作为初选方案，分别求出其有关参数，并进行比较分析。

（二）HL220型水轮机方案的主要参数选择： 1.转轮直径D 1计算查书表3-6和图3-12可得HL220型水轮机在限制工况下的单位流量'1m Q =1150L/S=1.15m 3/s ，其中效率m η=89.0%，由此可初步假定原型水轮机该工况下的单位流量'1Q ='1m Q =1.15m 3/s, 效率η=91.0%，上述的'1Q ，η和N r =17000/0.95=17895KW, H r =51.5m ，代入D 1=ηr r rH H Q N '181.9可得D 1=2.172, 选用与之接近而偏大的标称直径为D 1=2.25m 。

2.转速n 计算查表3-4可得HL220型水轮机在最优工况下单位转速'10m n =70r/min ，初步假定'10n ='10m n ，将已知的'10n 和H av =51.5m ，D 1=2.25m ，代入n=1`1D Hn =223.2r/min ，选用与之接近而偏大的同步转速n=250r/min. 3.效率及单位参数修正查表3-6可得HL220型水轮机在最优工况下的模型最高效率为max M η=91.0%，模型转轮直径为D 1M =0.46m ，根据公式m ax η=1-（1-Mmas η）511D D M得max η=93%，则效率修正值为η?=93%-91.0%=2.0%，考虑到模型与原型水轮机在制造工艺质量上的差异，常在已求得的η?中再减去一个修正值ξ。

《水电站》课程设计一、设计目的使学生对水电站初步规划阶段的水能利用、水电站开发方式选择、水电站出力估算、水轮发电机组选择设计和厂房布置等工作内容有全面了解、重点掌握水电站装机容量和机组台数确定、水轮机选择设计、参数计算等工作内容和程序。

通过工程设计实例的训练，培养学生独立工作及综合分析、解决问题的能力，以便将来承担水电站工程设计任务。

二、拟设计水电站参数资料及相关要求拟设计某一引水式水电站，已经过水文水能计算，其各种技术参数及设计要求如下： 1．电站最大水头max 35.6H m =，加权平均水头28av H m =，设计水头28r H m =，最小水头min 24.5H m =；2．电站最大可引用流量3max 27.8/Q m s =；3．拟选用水轮发电机组额定出力（单机容量）及台数：1600,31600f y N KW N KW ==⨯；4．水电站站址海拔高程m 0.860=∇； 5．下游水位流量关系曲线（略）； 6．要求最大允许吸出高m H s 5.5-≥。

三、设计内容1.确定水电站装机容量（通过估算水电站出力确定f y nN N =）及台数；2.机型号的选择及主要参数计算；3．水轮机调速设备及水轮机发电机的选配； 4．蜗壳、尾水管型式选择及各有关尺寸计算； 5．厂房布置设计（水电站主厂房各层平面及剖面图）。

四、设计报告1．水轮机型号的选择据该水电站的工作水头范围，在反击式水轮机系列型谱表中查得HL240型水轮机和ZZ440水轮机都可使用，这就需要将两种水轮机都列入比较方案，并对其主要参数分别予以计算。

2．水轮机主要参数的计算2.1 HL240型水轮机方案主要参数的计算2.1.1直径1D 的计算ηr r rH H Q N D 1181.9'=式中31160016840.95281240/ 1.24/(1)f r f r N N kW H m Q L s m s η⎧===⎪⎪⎪=⎨⎪'==⎪⎪⎩由附表查得同时在附图1中查得水轮机模型在限制工况下的效率，由此可初步假设水轮机在该工况的效率为91．0％。

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：'f=0.8～0.9 ；'c=0.7～0.8MPa。

《水电站》课程设计说明书院系：水电学院专业：水利水电工程姓名：学号：指导：袁吉栋老师目录第一章基本资料 (1)第二章机组台数与单机容量的选择 (2)第三章水轮机型号、装置方式的确定 (2)第四章水轮机特性曲线的绘制 (9)第五章蜗壳的设计 (11)第六章尾水管的设计 (12)第七章发电机的选择 (14)第八章调速设备的选择 (16)第一章基本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，厂房型式为引水式。

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：水库调节性能年调节保证出力 4万kw装机容量 16万kw多年平均发电量 42000 kwh最大工作水头 38.0 m加权平均水头 36.0 m设计水头 36.0 m最小工作水头 34.0 m平均尾水位 152.0 m设计尾水位 150.0 m发电机效率 96%-98%第二章机组台数与单机容量的选择水电站总装机容量等于机组台数和单机容量的乘积，在总装机容量确定的情况下可以拟订出不同的机组台数方案，当机组台数不同时，则当单机容量不同，水轮机的转轮直径、转速也就不同。

有时甚至水轮机的型号也会改变，从而影响水电站的工程投资、运行效率、运行条件以及产品供应。

在确定水电站机组台数和单机容量时，综合考虑下面的因素： （一） 机组台数与工程建设费用的关系；（二） 机组台数与设备制造、运输、安装及枢纽布置的关系； （三） 机组台数与水电站运行效率的关系； （四） 机组台数与水电站维护的关系； （五） 机组台数与电气主接线的关系；从而初步确定水电站采用4台机组，每台机组装机容量4万千瓦。

4万千瓦×4=16万千瓦满足水电站要求。

第三章 水轮机型号、装置方式的确定由基本资料，根据水电站的工作水头范围，在反击式水轮机系列型号谱表中查得HL240型水轮机和ZZ440型水轮机都可以使用。

⽔电站课程设计⽔电站课程设计⼀：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：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()900s 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()900s 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 ）进⼝断⾯流量计算公式： 00360Q Q ?=0360Q Q ?==345118.03360=113.11（3/m s ）式中：?0—蜗壳包⾓，通常均采⽤3450Q —⽔轮机设计流量，Q =118.03m 3/s（2）进⼝断⾯流速的确定蜗壳进⼝断⾯平均流速可由教材P36（图2-8a ，已知设计⽔头38.0m ，本设计为⾦属蜗壳可取为上限值）查得：0V =5.8m/s 。