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1一、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7.21×108m3。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9.3℃，最低气温－35.8℃。最大风速北风21m/s。最大冰厚0.37m。地面冻结深度一般在1.1m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1035036.65千年一遇洪水位72.79.21834036.36百年一遇洪水位70.8487035.50正常高水位68.66.42死水位47.00.7（2）水库的主要技术指标：项目单位数量总库容×108m38.47调节库容×108m35.72死库容×108m30.7灌溉面积万亩83.6城市、工业用水×108m31.3最大坝高m54.0电站装机容量kw6400电站年利用小时数h3084多年平均发电量×104kw.h1973.9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40.35m，渠顶高程45.90m，渠2道设计流量48.0m3/s。渠道加大流量53.0m3/s。电站尾水渠水位流量关系表(Z~Q)：水位Z(m)41.3541.8542.3542.8543.3543.8544.3544.8545.35流量Q(m3/s)5.5410.4016.0022.2028.9035.8043.1052.7057.80(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＝27.8m；２．加权平均水头Ha＝22.1m；３．设计水头Hr＝21.3m；４．电站正常运转时的最小水头Hmin＝14.0m。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＝0.91。二、水轮机的选型本水电站的最大水头Hmax=27.8m，正常运转时最小水头Hmin=14.0m，加权平均水头Ha=22.1m，设计水头Hr=21.3m。水电站总装机容量Nf=6400kW，设计装机台数2台，单机容量Ny1=3200kW。2.1水轮机型号选择根据该水电站的水头变化范围14.0~27.8m，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。2.2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，21.3m；'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89.6%。根据计算结果，D1=1.63m，应选择与之相近且偏大的轮转标称直径，但D1=1.8m相差太大，可近似取为D1=1.6m。3（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=88.3r/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=88.3r/min；Ha——水轮机的平均水头，22.1m；D1——水轮机的轮转直径，由（2-1）计算可得，1.6m。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=89.6%，模型的转轮直径D1M=0.39m。对于混流式水轮机，当水头H150m时，原型效率按下式计算：%16.926.139.0%6.8911115511maxmaxDDMM（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=89.6%s/m40.13M11QQmin/r250nnM1010是正确的，那么上述计算及选用的结果D1=1.6m、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4min/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=1.6m和n=250r/min是合理的。2.3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=0.1，气蚀系数修正值Δσ＝0.05（当HP＝21.3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44.5m；M—模型气蚀系数，0.1；—气蚀修正系数，0.05；H—水轮机水头，本设计取为设计水头21.3m。计算式（2-9）得，水轮机的吸出高度HS=6.79m。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，27.8m。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HL240HL3101模型转轮参数推荐使用的水头范围（m）25~45302最优单位转速n'10(r/min)72.088.33最优单位流量Q'10(L/s)112012004最高效率Mmax(%)9289.65气蚀系数0.20.366原型水轮机参数工作水头范围（m）14~27.814~27.87转轮直径D1(m)1.81.68转速n(r/min)214.33009最高效率max(%)93.9192.1610额定出力Nr（kW）32003200511最大引用流量Qmax（m3/s）16.74816.54112吸出高度HS(m)4.206.79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。2.4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mnm6.1ambtanm21tann21abF22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6i2i2iaiiciMax2i2iiii0122.02657.0）67.1R（8.133）67.1R（8.1rRaV360Qtann21tanm21baF绘制曲线Rfii，得出我可轮廓单线m23.58.143.3DRB102.5尾水管主要尺寸确定尾水管尺寸示意图本电站为小型电站，为减少开挖量，尾水管采用弯锥形。尾水管直锥段某些部位尺寸所示，计算如下：管直锥段进口宽度D3=D1+1.0cm=180+1.0=181cm=1.81m；直锥段长度L=4D3=4×1.81=7.24m；尾水管出口到底板距离h=1.5D3=1.5×1.81=2.715m，取3m；圆锥角=14o，半圆锥角/2=7o尾水管出口宽度D4=mLD575.3sin724.7281.12/sin23，圆锥角稍作改动，取为1.0m；b=1.2D3=1.2×1.81=2.172m，c=0.85D3=0.85×1.81=1.539m；尾水管出口高程=47.80-7.24=40.56m。由于本水电站的最低尾水位为44.5m，所以淹没深度为3.94m，所以，在尾水管出口加长一段圆管，长度为4.0m。那么尾水管出口高程为40.56-4.0=36.56m。尾水管底板高程=尾水管出口高程-h=36.56-0.80=35.76m。取底板厚度为0.5m，那么基础开挖高程为35.76-0.5=35.26m。2.6确定水轮机安装高程（按一台水轮机的50%额定流量设计）7m80.4728.120.45.442HZm5.44s/m3224.44748.1621Q21Q1swawMaxD安装高程查表得3发电机组型式型号：TSL330/60─32；额定电压：6300伏；频率：50赫；相数：三相；功率因数：0.8；额定转速：187.5r/min；飞逸转速：520r/min；转动惯量：＞125t；推力轴承负荷：75t；正常运转时所承受的扭矩：20.8t·m；短路运转时所承受的扭矩：77.3t·m；定子基础荷重：94t；下机架基础荷重：41t。4调速设备机组配用G