-CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY水电站课程设计计算书学生*： 杨山 学院名称： 水利工程与环境学院 专业名称： 水利水电工程 班级名称： 水电1143班 学 号：1106411340指导教师： 董天松 *工程学院水利与环境工程学院2015 年 3月. z.-目 录前言.1一、设计资料.2二、水轮机选型2.1 水轮机型号选择.22.2装置方式的选择.22.3水轮机参数型水轮机方案主要参数选择.2型水轮机方案主要参数选择.6型水轮机及ZZ440型水轮机两种方案的比拟.9型水轮机四台机组方案主要参数选择.102.3.5 HL240型水轮机两台机组与四台机组两种方案的比拟.10三、水轮机蜗壳设计3.1蜗壳形式的选择.133.2断面形状及包角的选择.133.3进口断面面积及尺寸确实定.13四、尾水管设计4.1尾水管的形式.154.2弯肘形尾水管局部尺寸确实定.15五、发电机的选择5.1发电机型式的选择.165.2水轮发电机的构造尺寸.16六、主厂房尺寸确实定6.1主厂房长度确实定.196.2主厂房宽度确实定.206.3主厂房高程确实定.21. z.-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局部工作。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。进一步稳固和加深厂房局部的理论知识，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、使用现行标准、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展设计，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、蜗壳尺寸确实定、绘制蜗壳平面和断面单线图、尾水管尺寸确实定及草图、水电站厂房尺寸确实定等，并根据要求绘制相应的平面布置图和剖面图。一、设计资料资料：*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441.8m1 水位经多水位方案比拟，最终采用正常蓄水位为：470.00 m，死水位为：459.00 m，距厂房下游100 m处下游水位流量关系见下表：下游水位流量关系流量m3/s6.811.816.821.831.841.861.881.8水位m430.80430.95431.06431.16431.35431.50431.75431.95(2) 机组供水方式：采用单元供水(3) 水头 该水电站水头范围：=39.00m =28.00m 加权平均水头=33.00m二、 水轮机选型2.1水轮机型号选择 由资料可知，水电站水头在2839m范围内时，在水轮机系列型谱表中可选轴流式ZZ440或混流式HL240作为备选方案，经方案比拟后确定水轮机型号。2.2装置方式的选择在大中型水电站中,其水轮机发电机组尺寸一般较大,安装高程也较低,因此七装置方式多采用立轴式。它可使发电机的安装高程较高不易受潮,机组的传动效率较高而且水电站厂房的面积较小,因此本设计采用立轴式装置,设置两台机组。2.3 水轮机参数计算 混流式HL240水轮机根本参数的选择HL240水轮机水头范围2545，HL240水轮机模型参数，见下表转轮型号直径最优工况下的单位转速r/min)最优工况下的单位流量(L/s)最优工况下的效率%限制工况下的单位流量(L/s)限制工况下的效率%HL24046cm72.0110092.0124090.4 1.选择转轮标称直径D1 由资料可知该水电站装机容量为25MW，首先假定为两台机组，则单机装机容量为12.5MW。由此可得该水轮机的额定功率。=13157.89 转轮标称直径计算公式为m)其中：为水轮机的单位流量，根据转轮型号HL240，由表查得，选用限制工况下的，=1240L/s=1.24/s;水轮机额定水头=0.95=0.9533=31.35m；计算时一般将限制工况下的增加2%3%。查表，选用限制工况下的，=90.4%，=90.4%+90.4%2%=92%；2.59m 根据上式计算出的转轮标称直径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：=275cm。2. 选择额定转速 水轮机转速n计算式 式中的单位转速应采用原型最优单位转速,由表3-9查得，=72r/min。水头H应采用加权平均水头。 将=72r/min，=2.75m,=33m，带入上式得n=150.4r/min 由额定转速系列表查得相近而偏大的，转速no=166.7r/min。3. 效率及单位转速修正1效率修正。查表3-9，选用最优工况下的模型水轮机效率=92.0%，模型转轮标称直径=46cm,则原型水轮机最高效率=0.944 效率修正值 =0.944-0.92-0.01-0=0.014 限制工况下的原型水轮机效率 查表3-9，选用限制工况下的模型水轮机效率=90.4%。则=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。说明所选的适宜。（2） 单位转速修正。单位转速修正计算公式如下= 查表3-9，=0.92+0.014=0.934。 由上两式得=0.76% 因0.03时，可不必进展修正。故计算的n值适宜。单位流量也不加修正。4. 工作范围的检验 1按水轮机的额定水头和选定的直径计算水轮机以额定出力工作时的最大单位流量。由水轮机的额定出力的表达式=导出最大单位流量计算式= = =1.101/s1.24/s限制工况下的)则水轮机最大引用流量=1.1012.752=46.62(/s)(2)按最大水头，最小水头以及选定的,n分别计算出最小和最大单位转速和=73.41(r/min)=86.63(r/min)3在HL240水轮机的模型综合特性曲线图上分别作出以、和为常数的直线，这些直线所包括的范围如图阴影局部在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、n是满意的。5.确定吸出高度 由设计工况参数：=81.87r/min,=1101L/s，查图3-21得=0.195，在空化系数修正曲线中查得=0.035。 则吸出高度为=10-0.195+0.035)31.35 =2.30(m-4.0m 说明HL240水轮机方案的吸出高度满足电站要求。轴流转桨ZZ440水轮机主要参数的计算ZZ240水轮机水头范围2040，ZZ240水轮机模型参数，见下表叶片数导叶相对高度最优单位转速r/min限制工况单位流量m3/s气蚀系数模型直径m最优工况效率%限制工况效率%60.3751151.650.720.4689.081.01.选择转轮标称直径由表3-10查得ZZ440水轮机在限制工况下的单位流量=1650L/s=1.65/s，空化系数=0.72，在空化系数修正曲线图2-28中查得=0.035。在允许的吸出高度=-4m时，其对应的空化系数为=-=-0.035=0.3960.72 由表3-10查得ZZ440水轮机在最优工况下的单位转速=115r/min,查图3-22可知，对应与工况点=115r/min,=0.40)处的单位流量=1120L/s,模型水轮机的效率=86.2%。据此可先假定设计工况下原型水轮机的效率=89.6%，则转轮直径为=2.76(m) 查表3-12，选用与水轮机转轮计算直径相近的标称直径=2.75m2.选择额定转速=240.23r/min 选用与之相近而偏大的同步转速=250r/min。3.效率及单位参数修正查表3-10查得ZZ440水轮机试验水头=3.5m,模型转轮标称直径=0.46m。对轴流转桨式水轮机，当叶片转角为时，原型水轮机最大效率=1-1-0.3+0.7) =1-1-)(0.3+0.7) =1-0.693(1-叶片在不同转角时的可由模型综合特性曲线图3-22查得，中选用制造工艺影响的效率修正值=1%，即可用上式计算出不同转角时的效率修正值=-，计算成果见下表ZZ440水轮机效率修正值计算表叶片转角-10-5