水利水电工程毕业设计--二级水电站厂房设计

1、目录摘要1abstract21工程概况41.1工程概况41. 1. 1流域概况41. 1.2流域开发概况41. 1.3该枢纽的兴建在国民经济屮的意义412水库及主要建筑物的特征42基本资料62. 1水文特征62. 1. 1年径流62. 1.2设计洪水62. 1.3年沙量及气象72.2工程地质72. 2. 1地质概况72. 2.2厂区工程地质条件和问题82. 2.3对外交通93水轮机选型设计103. 1机组台数与单机容量的选择103. 1. 1机组台数的选择103. 12单机容量的选择113. 2水轮机特征水头的确定113. 2. 1最大水头hmax113. 2. 2最小水头hmin123. 2

2、. 3设计水头hr123.2.4加权平均水头 h123. 3水轮机型号及主要参数的选择123. 3. 1水轮机型号与装置方式的选择123. 3.2 hl220型水轮机方案的主要参数选择133. 3. 2. 1 转轮直径耳的计算133. 3. 2. 2转速器的计算133. 3. 2.3出力校核133. 3. 2. 4吸出高度的计算143. 3. 2. 5水轮机的安装高程143. 3.2.6工作范圉的检验153. 3.3 hl230型水轮机方案的主要参数选择153. 3. 3. 1 转轮直径9的计算153. 3. 3.2确定水轮机的转速153. 3. 3. 3出力校核163. 3. 3.4吸出高度

3、的计算163. 3. 3. 5水轮机的安装高程173. 3. 2. 6 i作范围的检验1734蜗壳的形式和尺寸的确定183.4.1蜗壳形式的选择183.4.2金属蜗壳设计理论183.4.3蜗壳尺寸的计算193. 5尾水管形式和尺寸的确定223. 5.1尾水管形式的选择223. 5. 2尾水管尺寸的确定223. 6调速器和油压装置的选择243.7发电机的选择243. 7. 1水轮发电机的尺寸和重量25294水电站枢纽的总体布置4.1厂房枢纽布置294.2厂房建筑物的组成294.2.1水电站厂房建筑物的组成294.2.2水电站厂房内部布置295水电站厂房设计315.1厂房构造315.2主厂房的上部

4、结构315.2. 1 屋顶315.2.2 构架315. 2.3吊车梁325.2.4 外墙325. 2. 5 楼板3253主厂房的下部结构325. 4主厂房平面设计325.4. 1主厂房长度的确定325.4.2 主厂房宽度的确定3355主厂房剖面设计345. 5. 1机组的安装高程345. 5.2尾水管顶部高程345. 5.3尾水管底板高程345. 5.4基础开挖高程355. 5.5水轮机地面高程355. 5.6主阀廊道地面高程355. 5.7发电机定子安装高程355. 5.8发电机层地面高程355. 5.9吊车轨顶高程355. 5. 10天花板高程365. 5. 11屋顶高程3656副厂房的布

5、置与设计365. 6. 1中央控制室365. 6. 2开关室和电缆室365. 6.3继电保护室，载波室及其他37结束语38谢辞39参考文献40摘要本设计为向阳口二级水电站厂房设计，该电站为引水式日调节电站，在华北电网上 担任峰荷与调相任务，对改变华北地区用电紧张状态，充分合理利用水能资源，缓解电 力系统高峰供电的紧张状态起积极作用，向阳口 ii级电站的兴建，对提高京津唐电力 系统的灵活性，充分利用水能，具有十分重要的意义。电站首部为拦河坝，位于丰沙线 沿河城车站和幽州车站之间的大青岩坝址上游距幽州车站2.8km,下有距沿河城车站 3. 2km,拦河坝采用重力坝，电站首部为拦河坝，位于丰沙线沿河

6、城车站和幽州车站之间的大青岩坝址上游距幽 州车站2.8km,下有距沿河城车站3. 2km,拦河坝釆用重力坝，本设计主要包括：最大水头确定水轮机的特征水头八最小水头、设计水头。由电 站的正常蓄水位，下游水位和死水位就可以求得水轮机的特征水头。机组台数可以根据 单机容量求得。根据电站的主要水力特点以及水轮机系列型谱，参照单机容量确定水轮 机型号。计算并选择了水轮机的转轮直径和水轮机的转轮转速，并且计算出了安装高程, 吸出高等参数。由水头选择蜗壳类型，确定蜗壳的主要参数：包角大小、断面形状、进 口断面流速。通过水力计算（其中中间断面的顶角点、底角点采用肓线变化规律），确 定各中间断面尺寸。根据电站要

7、求选择弯肘型尾水管。本设计采用标准混凝土肘管，参 照标称直径确定各部分尺寸。枢纽布置中包括综合地质、地形、水文等各方面的要求，确定坝型、坝线以及枢布 置，尤其是厂房的布置进行了仔细的研究讨论，最后确定厂房布置在右岸，溢流坝布置 在左岸。此外还进行了开挖，地基处理等问题的设计。厂房布置中包括确定了厂房各层高程，主厂房、副厂房、安装间的平面尺寸，以及 发电机层、水轮机层、尾水管层的平面布置。此外还有桥吊、房顶及一些细部构造的设 计。木设计所有设计内容均是按所学水工建筑物和水电站的基木知识所设计，所有设计 均符合现行设计的有关规范规定。关键词：蜗壳；尾水管；装机容量；转轮直径；水轮机安装高程。abs

8、tractthe design of hydropower plant as xiangyang mouth level design , the power station, adjust for water type, in north china grid as load and the task, to change prcpm huabei region, sufficient electricity tensions and rational utilization of water resources in the power system of power to ease te

9、nsions peak, the positive role of grade ii xiangyang mouth, to improve the flexibility of tianjin tang power system, make full use of water, has the extremely vital significance. first, in lanheba for hydropower station shacheng line along the river and the city state between the upstream dam is qui

10、et state qingyan km, under the 2.8 km away from the town, by the lanheba 3.2 dam,first, in lanheba for hydropower station shacheng line along the river and the city state between the upstream dam is quiet state qingyan km, under the 2.8 km away from the town, by the lanheba 3.2 dam,)this design is m

11、ainly include: the biggest characteristic of hydraulic head head: sure, the minimum head, head of design. by the power of the normal storage level and lower level and the level of death can be obtained the turbine characteristic head. units can be obtained according to the capacity of the number. ac

12、cording to the characteristics of the main power hydraulic turbine using matlab, and the series of capacity to determine the turbine model. calculation and choice of turbine turbine runner diameter and the wheel speed, and calculated the installation elevation, epispastic higher parameters. by the h

13、ead, spiral type selection of main parameters: spiral angle cross-section shape, size, imported section velocity. through the hydraulic calculation of the middle section (including vertex points, points: using the straight-line variation), to determine the sectional dimensions between. according to

14、the requirement of power bend ancon tail pipe. this design uses the standard concrete pipe, elbow to determine the size of each part of nominal diameter.the general layout of comprehensive geology, topography, including various aspects of hydrology, determine the dam, dam axis and decorate, especial

15、ly the plant layout carefully studied and discussed, the final determination building layout, decorate in the right side of the zeya. in addition to the excavation, foundation treatment, etc.in the workshop arrangement including has determined workshop each elevation, main workshop, vice-workshop, i

16、nstallment plane size, as well as generator level, hydraulic turbine level, draft tube level plane layout. in addition also has the bridge to hang, the roof and some detail structure design.the this design all design content is presses studies the hydraulic engineering structure and the hydroelectri

17、c power station elementary knowledge designs, all designs conform to the present design related standard stipulation.key word: volute; draft tube; installed capacity; runner diameter; installs the elevation.1工程概况1.1工程概况1.1.1流域概况永定河为河海流域五大水系之一。上游分为两大水系，北支为洋河，南支为桑干河, 在官厅以上30kni处的朱关屯汇合，永定河在官厅以上流域面积为470

18、00km2,永定河自官 厅至三家店河道110km,落差330m,平均坡降1/300,区间流域面积1600km2,河道穿行 于军都山峡谷之中，统称为官厅山峡。官厅水库于1955年建成，运用以来对防洪起了 巨大作用，经水库调蓄上游来水，均匀下泄，以满足下游工农用水的需要。1. 1. 2流域开发概况官厅山峡流域具有丰富的水资源，目前己经开发的有：官厅水电站，下马岭水电站, 下苇店水电站，以及下游的三家店水闸等，同时在官厅山峡的下游，又建造了梯级开发 电站，即安家庄1,11级电站。1.1.3该枢纽的兴建在国民经济中的意义该电站为引水式日调节电站，在华北电网上担任峰荷与调相任务，对改变华北地区 用电紧张

19、状态，充分合理利用水能资源，缓解电力系统高峰供电的紧张状态起积极作用, 向阳口 ii级电站的兴建，对提高京津唐电力系统的灵活性，充分利用水能，具有十分 重要的意义。1. 2水库及主要建筑物的特征该电站在系统中担任调峰与调相的任务，其日调节水库为大青岩水库，入库径流由 官厅水库控制，所以用官厅水库下泄流量作为本电站的发电水量，而官厅水库的出库年 径流系列及均值为14. 04亿立米（19551972年）作为大青岩水库入库系列的均值。电站首部为拦河坝,位于丰沙线沿河城车站和幽州车站之间的大青岩坝址上游距幽 州车站2. 8km,下有距沿河城车站3. 2km,拦河坝采用重力坝，其主要数据如下：最大坝高2

20、7. 5m坝顶高5.0m坝长112.5m止常高水位409. om最高洪水位409. om死水位405. om总库容645 万 m3调节库容245 万 m3坝顶高程411. om最大泄流量2200溢流坝段长27. 5m非溢流段长27. 5m最人单宽流量32. 7 加7$发电引水隧洞全长4876. 6m,进口底高程395. om,纵坡2. 3%,圆形断面,洞径7. 5m, 沿洞线主要穿过中厚层硅质灰岩，走向与洞线近止交，中段穿过霏细岩石。冲沙导流隧 洞位于拦河坝左岸，施工期间可作导流用，建成后用以冲砂，放空水库及分泄部分洪水 用,洞长219. 8m,直径50m,进口底高程388. om,纵坡6.

21、6%,出口底高程388. 5m,其 最大最小流量分别为156和126"/几为了利于冲砂以保护发电洞，冲砂洞进口在 坝上有30m处，位于发电洞下部，形成双层进水口。高压管道穿过薄层，厚层和中层硅 质灰岩，穿过f5断层。主管直径3.4m,高压管道全部采用钢板衬砌。电站厂房在向阳口村上游300m处，靠永定河左岸，该处河岸为70m高的陡壁，厂 址放在断层下盘紧靠陡壁的基岩上，考虑到沿河城大断层为活动性断而，因此，将变电 站与厂房按“一”字型布置在断层底基岩上。2基本资料2. 1水文特征2. 1. 1年径流向阳口 ii级水电站的日调节水库为大青岩水库，入库径流由上游的官厅水库控制，故官厅水库的

22、下泄水量作为本电站的发电水量，区间来水很少，考虑该部分水量可与水 库蒸发及水流下泄的沿程损失互为补偿，所以不另行计算。1. 官厅水库出库年水量采用官厅建库运行以来(1922-1972)的17年出库年径流系列及均值14. 04亿立米作为大青岩水库的入库系列和均值表2 - 117年的出库年径流系列(流量单位：亿加j时段55-5656-5757-5858-5959-6060-6161-6262-63流量23.686. 26418. 8014.4127. 7413. 3813. 8215. 6263-6464-6565-6666-6767-6868-6969-7070-7171-727. 3017.

23、8210. 517. 5718. 1711.4811.9112. 637. 542.1. 2设计洪水坝址，厂址的洪水由两部分组成，其一为官厅一一大青岩，官厅一一向阳口的区间 洪水，其二为官厅水库下泄洪水。厂址的设计洪水按官厅一向阳口间50年一遇洪水加官厅水库下泄600 m3/s计算， 校核洪水按区间50年一遇洪水加官厅下泄600计算。表2 2洪峰流量(m5/s )断面设计校核大青岩坝址910+600二15101600+600二2200向阳口厂址1800+600=24003000+600=3600表2 - 3向阳口 ii级电站尾水位与流量关系如下表水位(m)348.6349.5350351352

24、流量(m3/s )058106265480水位(m)353354355356357流量(m3/s )76011501750257035402. 1. 3年沙量及气象大青岩入库沙量，主要由官厅水库下泄沙量决定，自1955-1972年资料，官厅水库 下泄沙量的均值为163万吨，可作为大青岩水库年均入库泥沙量。本流域处于山区，夏 季炎热多雨，冬季寒冷少雨，年平均降雨量536mm,主要集中在7, 8月份。各年平均 气温变化不大，均值约为11.7cc,年内气温变化大，六月份最高气温40.2°c,二月份最 低气温-22.9°c2. 2工程地质2. 2. 1地质概况永定河由官厅流入官厅山

25、峡，出三家店流向华北平原，河道宽约50150m,河床是 不对称得阶梯状，河流两岸山涧沟谷发育与河床呈羽毛状排列，切割较深，河床坡底较 陡，呈“v”字型。工作区出露的岩石，主要为远古界震旦系蓟县统，雾逆山咀硅质灰岩，含砾石英砂 岩，述有少量零分布的火层岩和变质岩，第四系松散堆积物主要是河床冲积层和山坡上 的堆积物及崩积物。向阳口区以沿河城大断裂为代表的祁吕贺兰山字型起控制作用 本区断裂构造较发育，主要由三组，一组走向nm320340； 组走向为ne2040;组 走向为ne5070,另外层间错动为较发育，基本顺层，局部均层断裂互相交错，构成棋 盘格式，但由于主要应力的不均衡性，北东向一组数量少。本

26、地区地震烈度，根据地震地质大队建议，基本烈度为7度。本区河水，地下水对 混凝土无侵蚀性。2. 2.2厂区工程地质条件和问题厂区位于向阳口村的西南侧，永定河左岸，岸坡陡立，成6576度角与河床沙砾 石层相接，山坡局部为坡积物所覆盖，陡崖岩体为震旦纪雾迷山咀硅质条带灰岩，陡坡 顶以上缓坡部分为顺层侵入的霏细石。厂区的地质构造主要受沿河大断层的控制，该断层沿左岸坡角切过，走向ne60,倾 向se,倾角70°c,断层在平面上呈舒缓坡状，破碎带宽度较大，在本区近300m,是祁吕 系代表性断裂，近期活动比较明显。本区是可以修建厂房的，但厂房时应该在断层的一盘（下盘紧靠陡崖）为宜。调压井跨度较大，

27、据目前资料分析井筒下部三分之二段处于巨厚层硅质灰质岩中， 岩坡平缓（倾角3度）对洞壁稳定是有利的，但上部三分之一处于霏细岩中，高角度裂 隙发育对洞壁及洞顶稳定均十分不利，设计时应引起重视。高压管道段一般布置在工程地质条件较好，只在叉管水平段因岩层产状平缓，且临 近沿河城大断裂，岩石相对破碎，工程地质条件稍差，应做好衬砌和防渗措施，各段f, k建议如下：表2 - 4 f, k桩号布置措施桩号4+889. 64+922. 1 4+951. 64+983. 755+021. 1f4-643-41k600250-320320-40060厂房设置在沿河城大断裂北西侧一盘上，厂基岩石为中厚硅质灰岩，由于受

28、断层影 响，完整性稍差，但其承载力已满足要求，过厂基的断层规模不大，对建筑物稳定性无 影响，只按一般断层处理即可，厂房后边坡完整性较好，建议按75度削坡，但对中下部之薄层硅质灰岩，建议进行表面喷浆保护，以防其在外力作用下风化坍塌。2. 2. 3对外交通现有交通运输条件：有丰（台）沙（城）铁路沿本工程附近通过，距坝址附近车站 为丰沙1线，幽州车站（在坝址上游约2. 3km）和沿河城车站（在坝址下游约3. 2km, 距厂址约9km）对外交通公路，现有沿河城村至斋堂的简易公路，接斋堂至雁翅通往北 京的公路干线，可通汽车，由沿河城至斋堂的公路大约1.5km,目标较低，需进行适当 的修善，可达四级标准，

29、可作为电厂永久对外交通线。施工场内交通，拟将旧同（大同）塘公路适当修善，作为施工期主要场内交通，其 中由大青岩坝址至向阳口厂址间约13km长的公路做成永久公路，大部件（主变压器运 输重40多吨）运输拟由沿河城车站或雁翅车站卸车后，用60吨拖车由公路运至厂区2. 2. 4建筑材料料厂位于沿河城村附近，距大青岩坝址7-9km,距厂址4-6km,运距较远，但交通 方便，位于同塘公路线上，存在的问题是占农口较多，储量可满足要求，质量除含泥量 较大，施工需进行冲洗外，一般也满足要求。3水轮机选型设计在水轮机设计屮，合理选择水轮机，对于充分利用水能，保证可靠而正确的运行， 降低造价，节约管理费用等有密切关

30、系。水轮机选型的主要任务：选定水轮机的特征水头，拟定水轮机的台数和型号；选定 水轮机的标称直径、额定转速、吸出高程、安装高程等参数，确定水轮机的蜗壳和尾水 付z东流的型式和尺寸，确定调速器、油压装置的型式和尺寸以及估算发电机的尺寸和 重量等设计内容。3.1机组台数与单机容量的选择3.1.1机组台数的选择在总装机容量确定的情况下，可以拟定出不同的机组台数方案。当机组台数不同时, 则单机容量不同，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。因此，在选择机组台 数时，应从下列几方面综合考(1) 机组台数与设备制造的关系当选

31、用的机组台数较多时，机组单机容量较小，尺寸也较小，对制造能力和运输条 件要求较低，但其单位千瓦所消耗的材料较多，加工制造的工作量较大，故总造价较高。(2) 机组台数与水电站投资的关系机组台数较多时，不仅机组本身的单位千瓦造价较高，而且增加了阀门、管道、 调速器等辅助设备及电器设备的套数，电器结线也较复杂，厂房的总平面尺寸也较大， 机组的安装维护工作量也将增加，因此，水电站的单位千瓦投资将随机组台数的增加而 增加。(3) 机组台数与水电站运行效率的关系当机组台数不同时，水电站的平均效率也不同。当水电站在电力系统中承担基荷工 作时，选用台数较少、尺寸较大的机组可提高电站的平均效率。(4) 机组台数

32、与水电站运行维护工作的关系当机组台数较多时，水电站的运行方式机动灵活，易于调度，每台机组的事故影响 较小，检修工作较易安排。但运行、检修、维护的总工作量及年运行费用和事故率将随 机组台数的增多而增大。因此，机组台数不宜太多。上述各种因素既相互联系又相互对立，不可能同时全部满足，所以在选择机组台数时应针对电站具体情况，且大多数该情况下机组台数用偶数，所以选用4台机组。3. 1. 2单机容量的选择单机容量n二6/4二1. 5万kw,水轮机额定出力nr=n/98%=15306kw3. 2水轮机特征水头的确定水轮机的任一工作状况的工作性能可采用水轮机的水头、流量、效率、出力和转速 等工作参数之间的关系

33、来描述。水轮机的水头也称工作水头，指单位重量水体通过水轮机时能量减小值，水轮机水 头随电站上、下游水位而变化。为此常用最大水头，最小水头，设计水头来表征水轮机 的运行范围和工作特性。3. 2. 1最大水头hmax最大水头hmax,是允许水轮机运行的最大净水头，对水轮机结构的强度设计有决 定性的影响。hmax可由下面方法求出水轮机出力：n=9. 81 q qh=aqh(3-1)对于中型电站h般取6. 5-8.5,木设计取7. 5h】=?7(z上zq(3 2)试算：(1)设水电站正常情况下最小流量q=29m3 /s,由表23查得相应的z下二349. 05m, o 已知z上二409.0m, h二0.

34、80,考虑沿程等水头损失，则h = 0.97(z上一z 卜)= 0.97x(4090 349.05) = 5&2加n、=7.5x29x58.2 = 126585曲 计算得到的出力值较设计出力小，须在拟定流量重新计算(2)选定q=58m3 /s,由表2 - 3查得相应的z下二349. 5m丹2二° 97 x (409. 0-349. 5)=57. 72mn2=7. 5x58x57. 72=25108. 2kw而实际n=15000kw,介于12658. 5kw与25108. 2kw之间，所以实际最大水头介于58. 2m 与57. 7加之间，再用内差法算得hmax=58. 16m,

35、此时对应的q二34. 39nf/s。3. 2. 2最小水头hmin最小水头hmin,是保证水轮机安全稳定运行的最小净水头。当4台机组同时发电时, 所对应的流量也同理由试算法求得，负荷出力应与n=6万kw相接近。假设止常情况下最大流量q=106m3/s,查表2 - 3得z下二350m,已知z上二405mw,=0. 97 (z 卜 - z下)=0. 97 x (405-350) =53. 35mn =7. 5x 106x53. 35=42413. 25kw(2)再假设q二265m3/s,由表2 - 3查得相应的z下二351m,已知z上二405mw2=0. 97(z卜 -z下)=0. 97x (40

36、5-351)=52. 38mn2=7. 5x265x52. 38=104105. 25kw再由内差法算出当n=60000时，hxi=53. 07m,相应的q=150. 7m3/s,故最小水头hain=53. 07m3. 2. 3设计水头hrhr=4hmax/(hmax/hmin)12 =55. 52m(3 3)所以设计水头hr二55. 52m3. 24加权平均水头ha加权平均水头ha,是一定期间所有可能出现的水轮机水头的加权平均值，是水轮机 在其附近运行时间最长的净水头。已知该电站为引水式水电站，所以havhr=55. 52m3. 3水轮机型号及主要参数的选择3. 3. 1水轮机型号与装置方式

37、的选择由以上求得该水电站的水头变化范围53.0758. 16m ,在水轮机系列型谱表3 4 (水电站河海大学)中查出hl220型和hl230型水轮机可使用。大中型水轮机多采用立轴式，即水轮机轴和发电机轴在同一垂线上，并通过法兰盘 (联轴器)相连，所以此处采用立轴式。3. 3. 2 hl220型水轮机方案的主要参数选择3. 3. 2. 1转轮直径9的计算由型谱表查得hl220型水轮机相关参数如下：导叶相对高度如二025 ,最优单位转数n0 =70. 0 r/min ,最大单位流量 dq =1 1501/5 = 1.15/n3a，?7 = 0.91由公式nr = 9. 81hrq n和q；=万磊可

38、得d. = *= 1.9加(3 4)v 9.810 h：5采用与其接近的标称直径为d二2. 0m(计算出的转轮直径应该符合水轮机转轮的标准尺寸系列，通常选用比计算值稍大的标 准直径作为水轮机的标称直径，查水电站专科适用教材表3-3,取与之接近而偏人 的标准直径d尸2in)3. 3. 2. 2转速器的计算单位转速nlom=70. 0r/min,初步假定nl0 =代入公式得：n 丽 70xv55.52.心n = = 26lr/mm(3 5)d2釆用与其接近的同步转速，刃= 25(k/min查水电站表4-7得磁极对数p二12。3. 3. 2.3出力校核(1)真机最高效率查表3-9 (水电站天津大学)

39、可得i1l220型水轮机在最优工况下的模型最高效率 为n max =91 % ,模型转轮直径为dxm =0.46m,将数值代入公式得 7max = 1-(1-"max 对久"/»】=0.933。(2)效率修正值a n = n max- n mmax=93. 3%-91 %二2. 3%,考虑到模型与原形水轮机在制造工艺质量上 的差异，常在已求得的值中再减去一个修正值§。现取§二1%,可得效率修正值 a n=2. 3%-l. 0%二 1. 3%,=ewg t = 001 2<0.03 故单位转速及单位流量可不修正。实际应用中，一般与单位流量q

40、相比彳弓小，可忽略不计，即不再进行单位流量的 修正；而对单位转速，当计算结果 */側（；3%时，心；亦可忽略不计，也不再进行 单位转速的修止。由上可见，h =91%是正确的，故d|=2.0加，n = 250r/min为正确的3. 3. 2. 4吸出高度的计算根据选到的£ = 2.0加，n = 250r/min和水轮机设计水头hr二55. 52m,可计算出在 设计工况点水轮机的最大单位流量qma:和相应的单位转速®:1.04m3 is153069.8 1x22 x55.523/2 x 0.91gnax = q maxz=1.04x22 x a/5552 = 31 m3 / s

41、 nr = ndx /= 250x2-v55.52 = 67"min由qg：和®可在水轮机机电设计手册hl220型水轮机的主要综合特性曲线图屮查 得对应的空蚀系数7 = 012查水电站图3-16空蚀系数修正曲线得 o- = 0.025由 此 可 得 水 轮 机 的 吸 岀 高 为心 °。-盒 w嚣-(。 12 + 0.025) x 55.52 "尬3. 3. 2. 5水轮机的安装高程za = vw+ hs + 2式中：vw一水电站下游水位，取348.6m带入数值得 za = 348.6 +1.56 + 0.25 = 350.41m3. 3. 2.61作范

42、围的检验在最大水头hmax=58. 16m时，有®min = 2、/ jh曲=25ox 2 十 丁5 8.16 = 65.6厂/ min在最小水头hmin=53. 07m时，有® max = "d、/y/h = 250 x 2 -753.07 = 68.6r/min在hl220型水轮机综合特性曲线图上分别画iw 2lmaj = 1.04m3/s ,711 min =65.6/7niin,max =68.6r/min为常数的直线，围成的阴影部分就是此水轮机的 工作范围。从图中可以看出水轮机的工作范围基木处于特性曲线的高效率区，说明hl220型水 轮机对于di=2m,

43、 n=250r/min,其工作范围还是比较合适的。3. 3. 3 hl230型水轮机方案的主要参数选择3. 3. 3. 1转轮直径。的计算查水电站表42得q =1110l/ = l.lb?t3a初步假定2|' =ej =h10l/5 = l.llm75,效率 =0.92由公式nr = 9. 81iirq n和q =° 可得d. = i*= j15306(9.8lx 1.11 ox55.5215 x0.92) = 1.92m 9.8 q h" 7(3 - 6)查水电站专科适用教材表3-3,采用与其接近的标称直径为0二2. om3. 3. 3. 2确定水轮机的转速查水电

44、站表4-2得单位转速n)m=71. or/min,代入公式71x j55.522=265r/min(3 7)采用与其接近的同步转速，n = 250厂/min查水电站表4-7得磁极对数1）二12。3. 3. 3. 3出力校核（1）真机最高效率查表3-9 （水电站天津大学）可得hl230型水轮机在最优工况下的模型最高效率 为umax =90.7%,模型转轮直径为dm=0. 404m,将数值代入公式得原型水轮机的最高 效率为喰=1一（1 q*几=0.93。（2）效率修正值a n = n max- n mmax=93%-90. 7%二2. 3%,考虑到模型与原形水轮机在制造工艺质量上 的差异，常在已求

45、得的 a值中再减去一个修正值§。现取2=1%,可得效率修正值 an=2.3%-1.0%=1.3%,f% =如7皿-l = 0 012< 0.03故单位转速及单位流量可不修正。实际应用中，一般与单位流量q相比彳弓小，可忽略不计，即不再进行单位流量的 修正；而对单位转速，当计算结果 */側（；<3%时，亦可忽略不计，也不再进行 单位转速的修正。由上可见，n =90. 7%是正确的，故d = 2.0m , n = 250r/min为正确的。3. 3. 3. 4吸出高度的计算根据选到的£> = 2.0加，n = 250/7min和水轮机设计水头hr二55. 52m

46、,可计算出在 设计工况点水轮机的最大单位流量和相应的单位转速s2lmaxn9.8ld,2/r3/2；7153069.8 1x22 x55.523/2 x 0.921.02/n3 isemax = qx nj d,2vwr =1.02x22 x 552 = 30.4/ / s nr - ndx /yhr - 250 x 2 4-755.52 = 67.lr/min由qmj和®可在水轮机机电设计手册hl230型水轮机的主要综合特性曲线图中查得对应的空蚀系数<7 = 0.118查水电站图3-16空蚀系数修正曲线得 <7 = 0.025由 此 可 得 水 轮 机 的 吸 出 高

47、为hs = 10.0 - - (b + acr)hr = 10.0-352,51 -(0.118+ 0.025) x 55.52 = 1.67m9009003. 3. 3. 5水轮机的安装高程za - vw+ hs-2式中：vw水电站下游水位，取348.6m带入数值得 za = 348.6 + 1.67 4- 0.25 = 350.52m3. 3. 2. 6工作范巳的检验在最大水头hmax=58. 16m时,有厲血=兀»| / qhz = 250x 2 4-5 8.16 = 65.6r / in in在最小水头hmin=53. 07m时，有n、啊=nd、/ jh血=250x2-e-

48、j53.07 = 68.6r/min在hl230型水轮机综合特性曲线图上分别画iw 2lma/ = 1.02m3 is , nimin =65.6r/min, himax =68.6/7min为常数的直线，围成的阴影部分就是此水轮机的 工作范围。从图中可以看出水轮机的工作范围偏离高效率区。表3. 1两种方案比较号项目hl220hl2301模型转轮参数推荐使用的水头范围h(m)50-8535-652最优单位转速n 0 (r/min)70713最优单位流量(1/s)10009134最优效率加喰()9190.75空化系数”0.1330.1706原型转轮参数工作水头范围h(m)53.07-58.165

49、3.07-5 &167转轮直径d】(m)228转速 n(r/min)2502509最高效率max(%)9393.310额定出力p(kw)153061530611最大引用流量q(龙心)3130.412吸岀高度hs(m)1.561,67工作范围包含了较多高效率区偏离高效率区综上，选定hl220型水轮机。3.4蜗壳的形式和尺寸的确定3. 4. 1蜗壳形式的选择蜗壳是反击式水轮机的重要引流部件。根据材料可分为混凝土蜗壳和金屈蜗壳两 种，当水头大于40米时，由于混凝土结构不能承受过大的内水压力，常采用钢板焊接 或铸钢蜗壳，统称金屈蜗壳。由于该电站水头大于40米，所以选用金属蜗壳。3. 4. 2金

50、属蜗壳设计理论水力计算确定蜗壳各部分尺寸，由于蜗壳直接与水轮机座环相连，因此必须知道座 环的尺寸，包括高度方、外直径q、内直径q、蜗壳断面形状及设计流量q与包角©金屈蜗壳的进口断面的形状为圆形，金屈蜗壳的包角比钢筋混凝土的包角大，为 340°-350°,多用345° o圆断面的半径从进口至尾部随着流量的减小而减小，蜗壳断面 的半径较小，为了便于与座环连接，断面形状由圆形逐步过渡到椭圆形断面。蜗壳包角大小直接影响蜗壳的平面尺寸，包角大时(接近360 ),水轮机流量全部 经蜗壳进口断面进入水轮机，因此进口断面较大；包角较小时，部分流量直接进入导水 机构，经进

51、口断面进入水轮机的流量减少，进口断面尺寸相应减小。3. 4.3蜗壳尺寸的计算(1) 进口断面流量q对于任一断面，为了保证流量均匀进入导水机构，则通过任一断面的流量为 q<fqmax 4)i /360°(3 8)式中©i从蜗壳鼻端到断面i的包角，设计取345qm“x水轮机设计流量，取31m3/sqo=qmax<l)o/360° =31 x (345° /360° )=29. 71m3/s(2) 进口断面流速vo蜗壳进口断面流速可根据下式计算：v。二k (hr) 'k(3 9)式中：hr设计水头，为55. 52mk流速系数，根据

52、实验及实践的统计资料，金属蜗壳的流速系数k值可由 水轮机的设计水头hr在图4-21推荐的曲线3上查得，查得k二93%.vo= k (hr)炉0 93 x (55. 52) %二6. 93m/s(3)进口断面面积fofo二qo/vo二29. 71/6. 93=4. 29m2(3 10)(4)进口断面半径plp i=qo/(3. 14vo)!4=29. 71/ (3. 14x6. 93)炉.17m(3 11)(5)进口断面中心距q =+ jpj -需(3 式中：h°蝶形边到导水机构水平屮心线高度"座环蝶边a处半径由公式 h0=bo/2+a=0. 5/2+0. 2=0. 45m(

53、3-13)h=0. 2座环固定导叶外径的相对值da/d,=l. 551. 64,内径相对值db/d严1. 331. 37,当 dv3加时,取上限值。此设计中，di二加,所以2 = 2 = 1.64,解得 da=3. 28m, r = = 1.64md、 22 = = 1.37解得 db=2. 74m, rh = = 1.37md、 22r() = ra + 0.25 = 1.64+0.25 = 1.89m所以 rci = r()+矿=.89+jl.1720.2 = 2.97m(6) 进口断面外半径&& = r(, + p =2.97+1.17 = 4.14/71(3 14)(7

54、) 与碟形边相切的最小圆的半径ss=h/sin35° =0.45/ sin35° =0. 78m(3 - 15)(8) 蜗壳系数c和蜗壳常数k(3 16)c =阳 =：= 14375a/-a22.97 - v2.972 -1.172(9) 由圆断面计算图的几何关系得x二 d)i/c+ (2ro <i> i/c-ho2) vip i= (x2 -h02) % rci=ro+x(3 17)(3 18)(3 (3 20)面尺寸图fj固定导叶外切圆学径 rd座环蝶龙边半径）h蝶形 边至导水机构水平中心线赢度y a-tt形边锥角，一敬为55j -蝶形边锥角虑所在半径.p&

55、#171;壳圆形断頑的半径q 竭秃断面至酿环中心线的匣离、x座环绑形边外缘至蜗 克駅面垂宜中心线的距离ri=rci+ p i列表计算:表3. 2蜗壳圆形断面计算表（©i的变化幅度通常采用30。）断面号<l)i© i/cro2ro4)i/ch02(2rod> i/c-ho2 ) '/2xixi2p irciri03450. 241.890.910.20. 841.081. 171. 172. 974. 1413150. 221.890. 830.20. 791.011.021. 102.904. 0022850. 201.890. 760.20. 750. 950. 901.052. 843. 8932550. 181.8