水电站课程设计说明书

1、电站课程设计说明书水电站课程设计说明书第一章 基本资料第二章 水轮发电机选择第一节 机组台数和机组型号选择及水轮机主要参数确定第二节 蜗壳和尾水管的尺寸选择第三节 发电机组的选择及尺寸第三章 水电站厂房设计第一节 主厂房的平面尺寸确定 第二节 主厂房布置的构造要求 第3节 桥吊选择第4节 副厂房布置附：计算书第1节 基本资料第2节 水轮发电机选择第3节 水轮机厂房设计第1章 基本资料1.流域概况该水电站位于S河流的上游，电站坝址以上的流域面积为20,300km2，本电站属于该河流梯级电站中的一个。2.水利动能本电站的主要任务是发电。结合水库特性、地区要求可发挥养鱼等综合利用效益。本电站水库特征

2、水位及电站动能指标见表1表1 H水电站工程特性表名 称单位数量备注一、水库特性 1、水库特征水位 校核洪水位(P=0.1%)m 设计洪水位(P=1%)m 正常蓄水位m 死水位m 2、正常蓄水位时水库面积km2 3、水库容积 校核洪水位时总库容108m3 正常蓄水位时库容108m3 死库容108m3二、下泄流量及相应下游水位包括机组过流量 1、设计洪水最大下泄量m3.s-1 相应下游水位m 2、校核洪水最大下泄量m3.s-1相应下游水位m三、电站电能指标 装机容量MW 保证出力MW 多年平均发电量108 年利用小时数h2255四、水轮机工作参数 最大工作水头m 最小工作水头m 设计水头m图1 下

3、游水位流量关系曲线第二章 水轮发电机选择第一节 水轮机的台数和机组型号选择及水轮机主要参数确定台数：4台，单机容量50KW；型号：HL310主要参数：直径D1=6.5m；转速n=7r/min；允许吸出高度Hs=第二节 蜗壳和尾水管的尺寸选择混凝土蜗壳，包角为弯肘形尾水管，参数如下表所示：参数肘管型式适用范围实际标准混凝土肘管混流式第三节 发电机组的选择及尺寸发电机型号为SF50-60/920，具体参数如下表所示：因水轮机的发电功率50MW，转速n=72r/min则选择发电机的型号为SF50-60/920。形式额定容量Nf(MW)功率因数cos额定电压（KVA）转速n(r/min)半伞式5058

4、8001nf飞轮力矩（kN*m2)转子重（t)定子重(t)总重(t)25010600235145478发电机的尺寸根据发电机的型号，查出发电机的主要尺寸（长度和高度均为mm)外径(cm)内径Di(cm)长度Lt(cm)定子基座高h1上机加高度h29208621152540835转子磁颚轴向高度h10定子水平中心线到法兰底距离h12发电机主轴高度h11201243302660下机架最大跨度D4水轮机基坑直径D5推力轴承装置外径D6647056003600定子支撑面至下机架支撑面距离h8下机架支撑面到法兰底面距离h9永磁机及转速继电器高度h6推力轴承高度h3法兰盘底至发电机顶的距离H2215940

5、65011009580定子支撑面到发电机层底高度h基座外径D1风罩内径D2转子外径D3337510400130008590第三章 水电站厂房设计第一节 主厂房的平面尺寸确定的长度 L=116m1.安装高程 2.尾水管底板高程 3.开挖高程 5.发电机层地板高程 6.吊车轨顶高程(P176)=310.62m 第二节 主厂房布置的构造要求1. 厂房内的交通2. 厂房应注意采光，通风，取暖，防潮，防火等3. 主厂房的分缝和止水第三节 桥吊选择双小车桥式起重机第4节 副厂房布置副厂房设在主厂房靠对外交通的一边。附：计算书第一节 基本资料 见设计说明书第二节 水轮发电机选择一、机组台数和机组型号选择及水

6、轮机参数确定选择机组台数时，应对加工制造能力和运输条件、总投资、水电站的运行效率和运行灵活性、运行维护工作量的大小等因素进行综合考虑，经技术经济比较确定机组台数。为了使电气主结线对称，大多数情况下机组台数为偶数。对于中小型水电站，为保证运行的可靠性和灵活性，机组台数一般不少于2台。本电站属于中型水电站，所以建议选用4台。单机容量等于装机容量与台数的比值，所以单机容量为200/4=50MW25.60m，查表找出合适的机型有HL310和ZZ440两种。下面通过参数比较再选择选用哪种型号。HL310水轮机主要参数的选择：1. 转轮直径计算查表3-6和图3-12可得HL310水轮机在限制工况下的单位流

7、量为=1400，效率=82.6,由此可初步假定原型水轮机在该工况下的单位流量=1.40，效率=86。由公式=6.135m，选用与之接近而偏大的标称直径=6.5m。2. 转速n计算查表3-4可得HL310型水轮机在最优工况下单位转速，初步假定=，因为该电站是河床式水电站，所以加权平均水头=25.89m，由公式n=。3. 效率及单位参数修正采用公式=进行修正。查表3-6可得HL310型水轮机在最优工况下的模型最高效率为=89.6%，模型转轮直径为=0.39m，根据公式可得原型效率=94.1%，则效率修正值为=94.1%89.6%=4.5%，考虑到模型与原型水轮机在制造工艺质量上的差异，常在已求得的

8、值中再减去一个修正值。现取=1.0%，则可得效率修正值为=3.5%，由此可得原型水轮机在最优工况和限制工况的效率为：=+=89.6%+3.5%=93.1%=+=82.6%+3.5%=86.1%（与上述假设值基本相同）单位转速的修正值按下式计算：=则 =1.93%由于<3.0%，按规定单位转速可不加修正，同时，单位流量也可以不加修正。由上可见，原假定的=86%，=，=是正确的，那么上述计算及选用的结果也是正确的。4. 工作范围的检验在选定后，水轮机的及各特征水头相对应的即可计算出来。水轮机在下工作时，其即为，故=则水轮机的最大引用流量为=与特征水头 和相对应的单位转速为=在HL310型水轮

9、机模型综合曲线图上分别绘出=1246，和的直线。由图可见，由这三根直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HL310型水轮机方案，所选定的是合理的。5. 吸出高度计算由水轮机的设计工况参数，=1246，在图3-25上可查得气蚀系数值为，气蚀系数的修正值为，由此可求出水轮机的吸出高度为ZZ440水轮机方案的主要参数选择1. 转轮直径计算由表3-7查得ZZ440型水轮机在限制工况下的单位流量=1650，同时可查的该工况下的气蚀系数=0.72。从图3-13中可查得该工况点（=115，=0.72）处的单位流量=1660。同时查得该工况点的模型效率=82%，并根据此假定水轮机

10、的效率为86%。由公式=5.63m，选用与之相近的标称直径=6.0m。2. 转速n计算n=选用与之相近而偏大的同步转速n=100。3. 效率及单位参数修正采用公式=修正。对于轴流转浆式水轮机，必须对其模型综合特性曲线图上的每个转角的效率进行修正。当叶片转角为时的原型水轮机最大效率可用下式计算=根据表3-7知=0.46m，=3.5m，并知=6.0m，H=23.30m，代入上式可算得=。叶片在不同转角时的可用模型综合特性曲线查得，从而可求出相应值得原型水轮机的最高效率。当选用效率的制造工艺影响修正值=1%，即可计算出不同转角时效率修正值。起计算结果见下表。叶角转角-10-50510152025%-

11、% 由表3-7查得ZZ440型水轮机最优工况的模型效率为=89%。由于最优工况接近=等转角线，故可采用=3.0%作为其修正值，从而得到原型最高效=89%+3.0%=92.0%。 已知=82%，而该工况处于转角与之间，用内插法可求得改点的效率修正值为=5.1%,由此可得该工况点的原型水轮机效率为=82%+5.1%=87.1%（与原假定值接近），由于=1.67%<3.0%，故单位转速不作修正，同时，单位流量也可不作修正。由此可见，以上选用的=6.0m，n=100是正确的。4. 工作范围宽的检验在选定=6.0m，n=100后，水轮机的及各特征水头相对应的即可计算出来。=则水轮机的最大引用流量为

12、=与特征水头 和相对应的单位转速为=在HL310型水轮机模型综合曲线图上分别绘出=1450，和的直线。由图可见，由这三根直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。5. 吸出高度计算在水轮机的设计工况点（，）处，由图3-26可查得气蚀系数约为0.57，查图2-26查得=0.05，则可求出水轮机的吸出高度为=-4.74m、下面通过列表进行参数比较分析：序号项目ZZ440HL3101模型转轮参数推荐使用水头范围（m）2036<302最优单位转速（r/min）1153最优单位流量（L/s）80011204限制工况单位流量（L/s）165012405最高效率（%）896设计工况气

13、蚀系数7原型水轮机参数工作水头范围（m）8转轮直径（m）6.09转速（r/min）10010最高效率（%）9293.111额定出力（kW）500005000012最大引用流量（）2254.1113吸出高（m）-43由上表可见，两种机型的方案的水轮机转轮直径ZZ440小于HL310。但是HL310型水轮机方案的工作范围包含了更多地高效率区域，运行效率较高，气蚀系数较小，安装高程较高，有利于提高年发电量和减小电站厂房的开挖工程量；而ZZ440型水轮机方案的机组转速较高，有利于减小发电机尺寸，降低发电机造价，但这种机型水轮机及其调节系统的造价较高。根据以上分析，在制造供货方面没有问题时，初步选用HL

14、310型方案较为有利。综上，本组选用HL310型水轮机。二、蜗壳和尾水管的尺寸选择由于本电站水头较低，选择混凝土蜗壳，通过225º和180°两个包角方案的分析比较，225º包角易于与压力管道连接，予以采用。经计算，蜗壳+x方向宽6.4m，-x方向宽4.8m。2. 尾水管的选择尾水管可采用标准弯肘型尾水管，弯肘型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，其轮廓尺寸确定见下图。参数肘管型式适用范围标准标准混凝土肘管混流式实际三、发电机组的选择及尺寸 根据额定功率小于150，选用伞式水轮发电机，查表3-11（P166）选用型号为SF50-44/920。相关尺

15、寸见下表：相关参数形式额定容量Nf(MW)功率因数cos额定电压（KVA）转速n(r/min)半伞式50588001nf飞轮力矩（kN*m2)转子重（t)定子重(t)总重(t)25010600235145478发电机的尺寸根据发电机的型号，查出发电机的主要尺寸（长度和高度均为mm)外径(cm)内径Di(cm)长度Lt(cm)定子基座高h1上机加高度h29208621152540835转子磁颚轴向高度h10定子水平中心线到法兰底距离h12发电机主轴高度h11201243302660下机架最大跨度D4水轮机基坑直径D5推力轴承装置外径D6647056003600定子支撑面至下机架支撑面距离h8下机

16、架支撑面到法兰底面距离h9永磁机及转速继电器高度h6推力轴承高度h3法兰盘底至发电机顶的距离H221594065011009580定子支撑面到发电机层底高度h基座外径D1风罩内径D2转子外径D3337510400130008590第三节 水电站厂房设计一、主厂房的平面尺寸确定1. 主厂房长度的确定：主厂房的长度L=机组段长度×机组数+装配场长度+边机组段加长L=L+x+L-x(三者取大值)蜗壳层:L+x=+=6.4+2.0=8.4m L-x=+=4.8+2.0=6.8m 尾水管层：L+x=L-x=B/2+=17.68/2+2=10.84m，发电机层：L+x=L-x=3/2+b/2+3

17、=14/2+4/2+0.4=9.4m (3取0.3-0.4m，b取3m-4m） 取较大值，即边机组段加长，取4m安装间长度，取25mL=4x21.68+25+4=11m 即取116m。2.主厂房的宽度B=Bs+BxBs=3/2+3+A=14/2+0.3+（2+2+1+1）=13.3m （14/2>6.4）3.主厂房高度1.安装高程 =26+2.尾水管底板高程 =-混凝土底板厚度（约1-2m）第4节 水轮机层底板高程 =+蜗壳顶部混凝土厚度（约1m)=26+2.54/2+1=5. 发电机层地板高程 =+进人孔高度（约2m)+混凝土结构厚度（约1m)+定子外壳高度（定子外壳高度为2.54m）

18、=26+2+1+2.54=6. 吊车轨顶高程=+最大部件高度（发电机转子带轴）+高度方向的安全距离(高度方向的安全距离6m) =27+2+6=7.厂房天花板及屋顶高程=+吊车尺寸+0.2=301.12+0.2=+二、主厂房布置的构造要求1. 厂房内的交通2. 厂房应注意采光，通风，取暖，防潮，防火等3. 主厂房的分缝和止水三、桥吊选择起重机的型式和台数取决于水电站的厂房类型、最大起重量和机组台数等条件。具有上部结构的厂房一般选用桥式起重机。因为最终吊运的重量（发电机转子）大致为235吨在100-600吨范围内，机组台数为4台，不多于五台，所以选用双小车桥式起重机。起重机额定起重量应根据最重吊运件的重量（一般为发电机转子）加起吊工具的重量，并