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。
2.3课程设计成果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，选择水轮机型号。
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；计算管壁厚度并进行管壁应力分析。
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。
3．课程设计报告内容3.1水轮机型号选择根据该水电站的水头：平均静水头57.0米、最小水头50米、最大水头65米。
水头作用范围50~65m ，在水轮机系列型谱表3-3，表3-4中查出合适的机型有HL230和HL220两种，现将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。
表3-1 大中型混流式转轮参数（暂行系列型谱）3.2 HL220型水轮机的主要参数选择 1. 转轮直径1D 的计算通过查《水电站》表3-6可得HL220型水轮机在限制工况下的单位流量s m s L 3'1M 15.11150Q ==，效率%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 m s L 3'1M '115.11150Q Q ===，效率%15.89=η，即假设%15.0=∆η，%15.89%15.0%89=+=+∆=M ηηη。
上述的'1Q 、η和KW N r 845=、m H r 0.57=代入m H H Q N r r r442.08915.0575715.181.984581.9D '11=⨯⨯⨯⨯==η表3-2 反击型水轮机转轮标称直径系列 （单位：cm ）查表3-2选用与之接近而偏大的标称直径m D 5.01=。
2. 转速n 的计算查《水电站》表3-4可得HL220型水轮机在最优工况下单位转速min 70'10r n M =初步假定%91'10'10==M n n ，将已知的'10n 和m H av 0.57=，m D 5.01=代入min 0.10575.057701'1r D H n n =⨯==，表3-3 磁极对数与同步转速关系通过查表3-3磁极对数与同步转速关系，选取与之接近的同步转速：min /1000r n =。
3. 效率及单位参数修正查《水电站》表3-6可得HL220型水轮机在最优工况下的模型最高效率为%0.91Mmax =η，模型转轮直径为m D M 46.01=，得原型效率：%15.915.046.0)91.01(1)1(15511Mmax max =--=--=D D M ηη 效率修正值%15.0%0.91%15.91Mmax max =-=-=∆ηηη，由此可得原型水轮机在最优工况和限制工况下的效率为：%15.91%15.0%0.91Mmax max =+=∆+=ηηη%15.89%15.0%89=+=∆+=ηηηM （与假定值相同） 单位转速的修正值按下式计算)1(max max '10'1-=∆M M n n ηη则()03.00008.0191.09115.01max max'10'1<=-=-=∆M Mn n ηη，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。
由上可知，原假定的%91=η、‘M Q 1'1Q =、‘’M 1010ηη=是正确的，那么上述计算及选用的结果m D 5.01=、m in 1000r n =也是正确的。
4. 工作范围的检验在选定m D 5.01=、m in 1000r n =后，水轮机的'm ax 1Q 及各特征水头相对应的'1n 即可计算出来。
水轮机在r H 、r N 下工作时，其'1Q 即为'm ax 1Q ，故898.08915.057575.081.984581.9221'max 1=⨯⨯⨯⨯==ηr r rH H D N Q ＜1.15s m /3，此值与原选用的'1Q =1.15s m /3相比，符合“接近而不超过”原则，说明所选的D 1是合适的。
则最大引用流量为：s m H D Q Q r /695.1575.0898.03221'max 1max =⨯⨯==与特征水头max H 、min H 、r H 相对应的单位转速为：min /02.62655.01000max 1'min 1r H nD n =⨯==min /71.70505.01000min 1'max 1r H nD n =⨯==min /23.66575.010001'1r H nD n r r =⨯==在HL220型水轮机模型综合特性曲线图上分别绘出m Q 3'max 1898.0=，min /71.70'max 1r n =和min /02.62'min 1r n =的直线，得这三根线所围成的水轮机工作范围基本上包含了该特性曲线的高效率区。
所以对于HL220型水轮机方案，所选定的参数.5m 0D 1=和min /1000r n =是合理的。
5. 吸出高度Hs 的确定查《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（当HP ＝57.0米时），由此可求出水轮机的吸出高度为：()()m H H s 154.157022.013.0900121090010=⨯+--=∆+-∆-=σσ可见，HL220型水轮机方案的吸出高度满足电站要求。
3.3 HL230型水轮机的主要参数选择 1. 转轮直径1D 的计算通过查《水电站》表3-6可得HL230型水轮机在限制工况下的单位流量s m s L 3'1M 11.11110Q ==，效率%2.85=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 m s L 3'1M '111.11110Q Q ===，效率%59.85=η，即假设%39.0=∆η，%59.85%39.0%2.85=+=+∆=M ηηη。
上述的'1Q 、η和KW N r 845=、m H r 0.57=代入m H H Q N r r r451.08559.0575715.181.984581.9D '11=⨯⨯⨯⨯==η查表3-2选用与之接近而偏大的标称直径m D 5.01=。
2. 转速n 的计算查《水电站》表3-4可得HL230型水轮机在最优工况下单位转速min 71'10r n M =初步假定%7.90'10'10==M n n ，将已知的'10n 和m H av 0.57=，m D 5.01=代入min 08.10725.057711'1r D H n n =⨯==，通过查表3-2磁极对数与同步转速关系表，选取与之接近的同步转速：min /1000r n =。
3. 效率及单位参数修正查《水电站》表3-6可得HL230型水轮机在最优工况下的模型最高效率为%7.90Mmax =η，模型转轮直径为m D M 404.01=，得原型效率：%09.915.0404.0)907.01(1)1(15511Mmax max =--=--=D D M ηη 效率修正值%39.0%7.90%09.91Mmax max =-=-=∆ηηη，由此可得原型水轮机在最优工况和限制工况下的效率为：%09.91%39.0%7.90Mmax max =+=∆+=ηηη%59.85%39.0%2.85=+=∆+=ηηηM （与假定值相同） 单位转速的修正值按下式计算)1(max max '10'1-=∆M M n n ηη则()03.00021.01907.09109.01max max'10'1<=-=-=∆M Mn n ηη，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。
由上可知，原假定的%91=η、‘M Q 1'1Q =、‘’M 1010ηη=是正确的，那么上述计算及选用的结果m D 5.01=、m in 1000r n =也是正确的。
4. 工作范围的检验在选定m D 5.01=、m in 1000r n =后，水轮机的'm ax 1Q 及各特征水头相对应的'1n 即可计算出来。
水轮机在r H 、r N 下工作时，其'1Q 即为'm ax 1Q ，故935.08559.057575.081.984581.9221'max 1=⨯⨯⨯⨯==ηr r rH H D N Q ＜1.15s m /3，此值与原选用的'1Q =1.15s m /3相比，符合“接近而不超过”原则，说明所选的D 1是合适的。
