水电站课程设计水电站厂房及吊车梁设计Word格式文档下载.docx
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470.00m,死水位为:
459.00
m,距厂房下游100m处下游水位流量关系见下表：
下游水位流最关刁
継线
流量m*s
5.6
10.6
15.6
20.6
30.6
40.6
60.6
80.6
水位m
430.8
430.95
431.06
431.16
431.35
431.5
431.75
431.95
2•机组供水方式：
采用单元供水
3.水头
该水电站水头范=39.00m,Hmin=28.00m,加权平均水头Ha=33.00m
二、水轮机选型
2.1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28.00m〜39.00m,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。
2.2水轮机参数计算
2.2.1HL240型水轮机方案主要参数选择（两台机组）
HL240水轮机水头范围23〜45,HL240水轮机模型参数，见下表2-1
勰型号
实验水头H
（m）
1§
D（mm）
輸nio（“min）
mu况下解騎量Qio（L/s）
就就下的孵qW）
限制血单MtQM/s）
效率咖
HL240
4
460
72
1100
92
1240
90.4
1.转轮直径的计算
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Q；
m二l・24n?
/s,效率t/m=90.4%,由此可以初步假定原水轮机的单位流量=Q；
m二1.241117s,效率水轮机额定水头
4=[%三
J9.81X7JXQ（H2
式中：
D]——水轮机标称直径
Q；
——水轮机单位流量查得Q；
二1240L/S二1.24加、心
Hr——设计水头，对于坝后式水电站Hr=（0.9〜0.95）弘，取Hr=Q.95Ha=0.95X33.0=31.35m
3—水轮机额定出力，山发电机的额定处理求得，对于中小型水电站砌二0.92〜
0.95,Pr=Pe/t]g=2o000/2/0.95=13158kW
代入式中得=——-——=I皿8二二2.59m,根据上式计
J9.81xr/XQ；
XH2N9.81X0.92X1.24X31.352
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：
D1=275cm
2.转速计算
式中皿一一单位转速采用最优单位转速龙=72r/min
H——采用设计水头33.00m
D：
——采用选用的标准直径D产2.75m
山额定转速系列表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。
查表3—9可得HL240型水轮机在最优工况下的模型最高效率riMmaX=^0%,模型转轮直径De二46cm,则原型水轮机最高效率
式中:
匂为考虑到原型与模型水轮机工艺水平影响的效率修正值，取S=
1%〜2%；
习为考虑到原型与模型水轮机异性部件影响的效率修正值，取
£
2=瑰〜3%,本列题中因原型与模型水轮机异性部件基本相似，故认为£
2=0o限制工况下的原型水轮机效率：
n=M二0.904+0.014=0.918
可见，与计算转轮直径时所假定的原型水轮机在限制工况下的效率相符。
说明所选的久适合。
（2）
单位转速修正。
单位转速修正计算公示如下
加。
为原型水轮机最优单位转速，r/min：
旳为模型水轮机最优单位转速，r/min：
T]Mmax为最优工况下的模型水轮机的效率，查表得T]Mmax=92%；
r]max为最优工况下的原型水轮机的效率，r]max^Mmax^二0.92+0.0
14=0.934
由上两式得
弊=（匡匚石=（叵E—1）=0.87%
n10MyjHMmaxy\0・92J
因An；
＜0.03n；
OM时，可不必进行修正。
故计算的n值适合。
单位流量也不加修饰。
4.工作范围检验
在水轮机的直径和转速选定之后，还需要在模型综合特性曲线图上绘出水轮机的相似丄作范围并检验该丄作范围是否包括了高效率区，以论证所选定的直径和转速的合理性。
（1）按水轮机的额定水头和选定的直径久计•算水轮机以额定出力工作时的最大单位流量Qlmaxo
III水轮机的额定出力几的表达式
二9.8109孑厲.、/77刁
•皿;
J环\81X2.^X31.35XV-31.35XO.918=1-1O1^3A<
1.24m3/s则水轮机的最大引用流量为
Qmz二Q&
gDf再=1・101X2.752xV3L35=46.62m?
/s
150X2.75
（2）按最大水头Hmax,最小水头以及选定的Z\,n分别计算出最小和最大单位转速加加九和＜max.
nimin=
nDx150X2.75/・
=———=66.05r/min
Hmax＜39
nDl150X2.75rr2/・
心"
=1^===77%r/min
（3）在HL240水轮机的模型综合特性曲线图上分别作出以Qrlmax.nrlmin和加尬占为常数的直线，这些直线所包括的范围（如图阴影部分）在95%出力限制线以左并包含了模型综合特性曲线的高效率区，说明选定的
Di>
n是满意的。
图2-1HL240水轮机模型综合特性曲线及工作范围检验（两台机组）
5・确定吸出高度
由设计工况参数:
nrlmax"
^'
7-"
73.67r/min,Q；
wax=1101L/s,查图3-21
得o二0・197,在空化系数修正曲线中查得Ao二0.035o
则吸岀高度为
说明HL240水轮机方案的吸岀高度满足电站要求。
2.2.2轴流转桨ZZ440水轮机主要参数的计算（两台水轮机）1•转轮直径Di的计算
山于轴流式水轮机的限制工况山空蚀条件决定，为防止开挖过大，水电站常采用限制水轮机吸出高度的办法反推Q；
和6
根据水轮机型号ZZ440查表3-10得在限制工况下的单位流量Q；
二1.65m3/s,空
蚀系数0=0.72.在空蚀系数修正曲线图2-28查的Aa=0.04o在允许的吸出高度
［比］二-4m时，其相应的空蚀系数为
aJ角f=1Q-J^+4-o.O35=0.396<
0.72
31・35
山表3-10查得ZZ440水轮机在最优工况下的单位转速n10=115r/min,查图
2-2可知，对应与工况点（S二b二0.396）处的单位流量0二1150L/s,
模型水轮机的效率=87.2%o据此可先假定设计工况下原型水轮机的效率°
=89.7%,则转轮直径为
a=IPr-=I
J9.81X7JX（2（XH；
N
查表3-12,选用与水轮机转轮计算直径相近的标称直径6二2.75m
n=niVH-115Xv33=240.23r/min
2.选择额定转速"
o
2.75
查表3-13,选用与之相近而偏大的同步转速心二250r/mino
由表2-2查得ZZ440水轮机试验水头=3.5m,模型转轮标称直径£
＞耐
=0.46mo对轴流转桨式水轮机，当叶片转角为卩时，原型水轮机最大效率
=1_0.693（1_ri.pMmax）
叶片在不同转角0时的可山模型综合特性曲线图3-22查得，当选用制造工艺影响的效率修正值尸1%,即可用上式计算出不同转角0时的效率修正值
△府疵弋，计算成果见下表
叶片转角0
-10
-亍
+亍
+10°
+15°
知max（%）
84.9
88.0
88.8
88.3
87.2
86.0
89.5
91.6
92.2
91.9
91.1
90.2
知max（%）■论（％）
4.6
3.6
3.4
3.9
4.2
△%（%）
2.6
2.4
2.9
3.2
ZZ440水轮机效率修正值计算表
由表3-10查得ZZ440水轮机最优工况的模型效率〃皿疵二89%,从以上计算知，最优工况的效率最接近于卩=0。
时的效率88.8%,故可采用△%二2.4%作为其修正值，则可得ZZ440水轮机原型的最高效率为
"
max■〃畑x+△“二89%+2.4$二91.4%
因为在吸出高度-4m限制的工况点（s=113r/min,o=0.396）处的模型水轮机的效率加二87.2%,该工况点在卩二0处，求得该工况点的效率修正值为切。
=2.4%,该工况点原型水轮机效率为77=87.2%+2.4%=89.6%与假定的89.7%相近。
可见选用D]=2.15m,n=250r/min是合适的。
（1）按水轮机的额定水头和选定的直径久计算水轮机以额定出力工作时
4p131S8
的最大单位流量Qlmax\Q1D^t1%.81x2.752x31.35xvTO^=1-13m3A
则水轮机的最大引用流量为
如不慎侵犯了你的权益•请联系我们吿知
Qmax^Qlmax^yfH^=1.13x2.752X^^35=47.85m3/s
（2）按最大水头Hmax,最小水头丹仙以及选定的D“n分别计算出最小和
最大单位转速血m和怕尬彩.
JnDl/・
g=^===12993rmln
将上述值在ZZ440水轮机模型综合特性曲线上标岀，如图中的阴影部分
既是水轮机的工作范围。
可见，工作范围仅部分包含了该特性曲线的高效率
区。
图2-2ZZ440水轮机模型综合特性曲线及工作范围检验（两台机组）
5.确定吸出高度
用水轮机设计工况点n；
r=122.79r/min,Qlmax=U30rn3/s在图3-22上可查空蚀系数o二0.38o
则对应的水轮机的吸出高度为
比=10--一（O+M）H=
如不慎侵犯了你的权益，请联系我们告知
440.6/、
10-——-（0.38+0.04）X31.35=-3.66m>
-4.0m900
故满足电站要求。
2.2.3HL240型水轮机与ZZ440型水轮机两种方案的比较
经过上述讣算，两方案的相关参数如下表
水轮机方案参数对比表
序号
项目
ZZ440
1
型轮数模转参
推荐使用的水头范围H（m）
25〜45
20〜36
2
最优单位转速Mo（r/min）
115
3
最优单位流量Go（L/s）
800
最高效率加皿“備）
89
5
空化系数。
0.195
0.04
6
原型水轮机
参数
工作水头范围H（m）
28〜39
7
转轮直径久（m）
2.75
8
转速
150
250
9
最咼效率耳max（%）
91.8
91.4
10
额定出力P（kW）
13158
11
最大引用流量Q（m3/s）
46.62
47.85
12
吸出高度Hs（m）
2.30
-3.66
由上表可以看出，两种机型方案的水轮机标称直径均为2.75m。
HL240型方案的工作范围包含了更多的高效率区域，运行效率高，空化系数较小，安装高程也高，对提高年发电量和减小厂房开挖量有利。
ZZ440型方案的转速高，可减小发电机尺寸。
但山于该机型水轮机及其调速系统复杂，所以总体造价较高。
综合考虑，本电站选择HL240型方案更为合理。
2.2.4HL240型水轮机四台机组方案主要参数选择
1.选择转轮标称直径Di
由资料可知该水电站装机容量为25MW,选择四台机组，则单机装机容量为6.25MW。
山此可得该水轮机的额定功率
根据水轮机型号HL240查上表得HL240型水轮机在限制丄况下的单位流量
M=1.24m7s,效率t/m二90.4%,山此可以初步假定原水轮机的单位流量Q；
=
Q®
二1・24m7s,效率二92%.水轮机额定水头
二0・93Hq二0.95x33.0=31.35m
Di——水轮机标称直径
二1240L/S二1・24”儿・
Hr——设计水头Hr=31.35m
几一水轮机额定出力，由发电机的额定处理求得，对于中小型水电站偏二0.92〜
0.95
凡二4/術二25000/4/0.95=6579kW
的转轮直径183cm,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6二200cm
2.
二沁更二206.8r/min
转速计算
Dx200
式中加一一单位转速采用最优单位转速时=72r/min
采用选用的标准直径Df2.00m
山额定转速系列表3-13查的相近而偏大的转速n二214.3r/min
（1）效率修正。
查表3—9可得HL240型水轮机在最优工况下的模型最高效
率加皿“二92.0%,模型转轮直径D1M=46c叫则原型水轮机最高效率
如不慎侵犯了你的权益，请联系我们告知!
rimaX=1-<
1-r]Mmax）J^l-d-O.92）詹0.940
效率修正值
Aq=r）max-r]Mmax一s-勺二0.944-0.92-0.01=0.01
可为考虑到原型与模型水轮机工艺水平影响的效率修正值，取匂=
1%〜2%;
习为考虑到原型与模型水轮机异性部件影响的效率修正值，取s2=1%〜3孰本列题中因原型与模型水轮机异性部件基本相似，故认为习二。
。
限制工况下的原型水轮机效率：
T]=z/m+A?
?
=0.904+0.01=0.914
说明所选的6适合。
（2）单位转速修正。
10-"
10My/^lmax/^]Mmax
为原型水轮机最优单位转速，r/min；
砒为模型水轮机最优单位转速，r/min：
r]Mmax为最优工况下的模型水轮机的效率，查表得T）Mmax=92%,r]max为最优工况下的原型水轮机的效率，利Mma/Aq=0.92+0.010=0.930
ZI77"
/10.930\
—=（丄凹--1）=1二0・54%
nioMy]^Mmaxy\0.92J
<
0.03n；
（1）按水轮机的额定水头弘和选定的直径久计算水轮机以额定出力工作时
的最大单位流量
山水轮机的额定出力几的表达式
E・二9.『阿m
导出最大单位流量计算式
niPr二6579
^lmax9.81D£
Hr/777^9.81X2.02X31.35X^31.35X0.914
=1.045m3/s<
l.24m3/s（限制工况下的Q）则水轮机的最大引用流量为
Qmax=QimaxDiy/^r=1・045x2.02X731.35=23.4m3/s
⑵按最大水头Hmax,最小水头Hm沅以及选定的分别计算出最小和最
大单位转速血汛和血“
（3）在HL240水轮机的模型综合特性曲线图上分别作出以Qrlrnax.和砒为常数的直线，这些直线所包括的范围（如图阴影部分）在95%岀力限制线以左并包含了模型综合特性曲线的高效率区，说明选定的久、n是满意的。
图2-1HL240水轮机模型综合特性曲线及工作范围检验（四台机组）
5.
确定吸出高度
3-21得o二0.195,在空化系数修正曲线中查得Ao二0.035。
尽二10-器-（0.195+0.035）X31.35=2.30（m）>
-4・0m
说明HL240水轮机四台方案的吸出高度满足电站要求。
通过比较发现，在转轮直径相同，吸出高度相同的条件下，HL240型两台机组方案的工作范围包含了更多的高效率区域，运行效率高。
因此此电站选择HL240两台机组的方案。
三、水轮机蜗壳设计
3.1蜗壳形式的选择
蜗壳形式有金属蜗壳和混凝土蜗壳，金属蜗壳适用于水头大于40m或小型卧式机组，混凝土蜗壳适用于水头小于40m,金属蜗壳适用于水头大于40m的水电站。
因为本次课设水电站的水头范RI28.00—39.00m,水头运行范圉大，最大水头接近40m水头，所以本设计采用了金属蜗壳。
3.2断面形状及包角的选择
从蜗壳的鼻端至蜗壳进口断面之间的夹角称为蜗壳包角，常用00来表示,对于金属蜗壳由于流量较小，流速较大，通常采用包角为270°
〜345。
且金属蜗壳通常采用的蜗壳包角为345。
故本设计选择345。
包角。
3.3进口断面面积及尺寸的确定
1•座环尺寸:
座环固定导叶内径相对值:
久为水轮机的标称直径,
Di=2.75m<
3.2m；
故Q二1・64X2.75=4.51m,Db=l.37X2.75=3.77m2.任意断面i的断面尺寸:
断面半径:
^=ra^Pt
断面中心距:
断面外半径：
Rt=ra+2pt
则第i+1断面的包角为
（Pi+、=（Pi—卜（p,（i=0,1,2,3）
40为包角增量，一般取L（p=15°
或30°
蜗壳进口断面平均流速：
Vq=K』环Hr=31.35m,根据图2-6,查得心二0.9,则
Vo=0.9XxM35=5.04m/s
典型断面计算表：
如下
P1
断面中心距a
断面外半径R
345
3.94
5.62
315
3.87
5.47
285
3.79
5.31
255
3.70
5丄5
225
3.62
4.97
195
3.52
4.79
165
342
4.58
135
3.31
4.36
105
3.19
4.11
75
3.04
3.83
45
2.87
3.47
15
2.61
2.96
3-绘制蜗壳断面单线图和平面单线图
四、尾水管设计
4.1尾水管的形式
尾水管是反击式水轮机的重要过流部件，其形式和尺寸在很大程度上影响到水电站下部土建工程的投资和水轮机运行的效率及稳定性。
尾水管的形式很多,常用的有直锥形，弯锥形和弯肘形，大中型反击式水轮机均采用弯肘形，本设计采用弯肘形，它不但可以减小尾水管开挖深度，而且具有良好的水力性能。
弯肘形尾水管由进口直锥段中间肘管段和出口扩散段三部分组成。
4.2弯肘型尾水管主要尺寸的确定
1.尾水管高度
该电站属于中低水头电站，根据实践经验，低水头混流式水轮机（久＜。
2,久为转轮进口直径，2为转轮出口直径），h二2.6久，取h二2.6D1二2.6X
2.75=7.15mo
2肘管型式
L/D{=4.50
L=4.5X2.75=12.375m
BJD\=2.72
B5=2.72X2.75=7.48m
2/卩二1・35
D4=1.35X2.75=3.71m
hjD{=1.35
A4=1.35X2.75=3.71m
A6/Dj=0.678
//6=0.678X2.75=1.86m
Lj/Dj=1.82
厶二1.82X2.75=5.00m
h5/Dl=1.220
/?
5=1.220X2.75=3.355m
査动力设备设讣手册，得
D2/Dl=1.078
D2=1.078X2.75=2.9645m
DJD严928
>
3二0.928X2.75=2.552m
h\[D、二0.054
]二0・054X2.75=0.1485m
hJD、=0.16
2=0.16X2.75=0.44m
hjD、=0.593
hi=0.593X2.75=1.631m
3.尾
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