水电站课程设计

《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×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℃，最低气温－℃。最大风速北风21m/s。最大冰厚。地面冻结深度一般在左右。 水文资料： (1)水库特征水位与溢洪道泄量特征：

特 征 水 位 水 位 (m) 库 容 (×108m3) 泄 量 (m3/s) 下游河床相

应水位(s) 特大洪水位 10350 千年一遇洪水位 8340 百年一遇洪水位 4870 正常高水位 死水位 （2）水库的主要技术指标：

项 目 单 位 数 量 总库容 ×108m3 调节库容 ×108m3 死库容 ×108m3 灌溉面积 万亩 城市、工业用水 ×108m3 最大坝高 m 电站装机容量 kw 6400 电站年利用小时数 h 3084 多年平均发电量 × 电站尾水渠水位流量关系： 电站尾水渠出口即为灌溉渠道的渠首，渠底高程，渠顶高程，渠道设计流量s。渠道加大流量s。 电站尾水渠水位流量关系表(Z~Q)：

水位Z (m) 流量Q(m3/s)

(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Hmax ＝； ２．加权平均水头Ha ＝； ３．设计水头Hr ＝； ４．电站正常运转时的最小水头Hmin ＝。 ５．水电站总装机容量Nf ＝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 ＝。

二、 水轮机的选型

本水电站的最大水头Hmax=，正常运转时最小水头Hmin=，加权平均水头Ha=，设计水头Hr=。水电站总装机容量Nf=6400kW，设计装机台数2台，单机容量Ny1=3200kW。

水轮机型号选择

根据该水电站的水头变化范围~，查《水电站（第三版）》，河海大学，刘启钊主编P73表3-4水轮机系列型谱中查出合适的机型有HL240、HL310。选择HL240。

转轮直径的计算

转轮直径D1按下式计算：

mHHQNDr63.1%6.893.213.2140.181.9320081.9r'1r1

（2-1）

式中 Nr ——水轮机的额定出力，3200kW； Hr ——水轮机的设计水头，； '1Q ——原型水轮机单位流量，初步假定s/40.13'1'1mQQM；

 ——与'1Q相应的原型效率，假设为%。

根据计算结果，D1=，应选择与之相近且偏大的轮转标称直径，但D1=相差太大，可近似取为D1=。 （2）转速n的计算 查《水电站（第三版）》，河海大学，刘启钊主编P74表3-6可得HL310型水轮机模型在最

优工况下的单位转速'10Mn=min。水轮机的转速n按下式计算：

min/2316.11.223.881av'10rDHnn （2-2）

式中 '10n ——原型水轮机最优工况下单位转速，初步假定'10n='10Mn=min； Ha ——水轮机的平均水头，； D1 ——水轮机的轮转直径，由（2-1）计算可得，。 由式（2-2）得，n=231r/min，选用与之接近而偏大的同步转速250r/min。

（3）效率及单位参数修正 查《水电站（第三版）》，河海大学，刘启钊主编P74表3-6可得HL310型水轮机模型最高效率ηMmax=%，模型的转轮直径D1M=。对于混流式水轮机，当水头H<150m时，原型效率按下式计算：

%16.926.139.0%6.8911115511maxmax

D

DMM

（2-3）

效率修正值为%56.2%6.89%16.92maxmaxM，则原型的效率为： %00.93%4.10%6.82M （2-4）

按下式判定是否对单位转速进行修正：

03.0014.01%6.89%16.921maxmax'10'1MMnn

（2-5）

由式（2-5）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η=% s/m40.13M11QQ

min/r250nnM1010 是正确的，那么上述计算及选用的结果D1=、n=250r/min也是正确的。 工作范围的检查

水轮机在Hr、Nr下工作时，其'max1'1QQ

smsmHHDNQ/40.1/45.1%6.893.213.216.181.9320081.9332rr21r'max1

（2-6）

则水轮机的最大引用流量为 smHDQQr/541.6121.36.140.13221'max1max （2-7）

与特征水头Hmax、Hmin和Hr相对应的单位转速为 min/0.1043.216.1250nmin/3.128146.1250nmin/0.918.276.1250r1'1min1'max1max1'min1rHDnrHDnrHnDnr （2-8）

在HL310型水轮机模型综合特性曲线图上分别绘出s/1400'max1LQ、min/0.91'min1rn、min/3.128'max1rn的直线，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。对于HL310型水轮机方案，所选定的参数D1=和n=250r/min是合理的。

吸出高度的HS计算 由水轮机的设计工况参数，s/1400min/0.104'max1'1LQrnr，在曲线图上查得相应的气蚀系数约为σ =，气蚀系数修正值Δσ＝（当HP＝米时）。可按下式计算水轮机的吸出高度： m79.63.211.005.09005.440.10H9000.10HMs）（）（ (2-9)

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； M —模型气蚀系数，；



—气蚀修正系数，；

H —水轮机水头，本设计取为设计水头。

计算式（2-9）得，水轮机的吸出高度HS=。 飞逸转速nf的计算

min/r15238.18.27520DHnn1maxf1f （2-10）

式中 '1fn —模型最大可能开度的单位飞逸转速，520r/min； Hmax ——水轮机最大水头，。

两种方案的比较分析

为了便于比较分析，现将两种方案（HL240、HL310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2-1中： 表2-1 水轮机方案参数对照表 序号 项目 HL240 HL310 1 模型转轮参数 推荐使用的水头范围（m） 25~45 <30 2 最优单位转速n'10(r/min)

3 最优单位流量Q'10(L/s) 1120 1200 4 最高效率Mmax(%) 92 5 气蚀系数

6 原型水轮机参数 工作水头范围（m） 14~ 14~ 7 转轮直径D1(m)

8 转速n(r/min) 300 9 最高效率max(%) 10 额定出力Nr（kW） 3200 3200 11 最大引用流量Qmax（m3/s） 12 吸出高度HS(m)

由表2-1可见，HL240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，有利于提高年发电量和减小电站厂房的开挖量。故选择HL240 型水轮机方案，即：选定水轮的型号为HL240—LJ—50。 蜗壳尺寸计算

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，采用立轴式。引用水头较低，因此采用混凝土蜗壳为宜。混凝土蜗壳断面为梯形，包角2250。混凝土蜗壳流量确定： 拟定2250，

s/m3561.12360748.16270360QQMax0c

经查P32页表2-8得，s/m75.3V3c，假定s/m75.3VV3cu 确定蜗壳尺寸混凝土蜗壳的外轮廓尺寸确定： 657.0D365.0b10m

nm6.1ambtanm21tann21abF22其中，

1.2b816.2V360QF30190c0Max0anmba㎡，

联立求得， m7.3bm76.1am5.1mm88.0n

67.1D928.0r1a 则从水轮机主轴到蜗壳进口外边缘半径0R为 m43.376.167.1arR1a0