引水式日調(diào)節(jié)電站畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） i 目錄目錄 第第 1 章章 工程概況工程概況-1 1.1 工程概況-1 1.1.1 流域概況-1 1.1.2 流域開發(fā)概況-1 1.1.3 該樞紐的興建在國民經(jīng)濟(jì)中的意義-1 1.2 水庫及主要建筑物的特征-1 第第 2 章章 基本資料基本資料-3 2.1 水文特征-3 2.1.1 年徑流-3 2.1.2 設(shè)計(jì)洪水-3 2.1.3 年沙量及氣象-4 2.2 工程地質(zhì)-4 2.2.1 地質(zhì)概況-4 2.2.2 廠區(qū)工程地質(zhì)條件和問題-4 2.2.3 對(duì)外交通-5 2.2.4 建筑材料-5 第第 3 章章 水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)-6 3.1 機(jī)組臺(tái)數(shù)與單機(jī)容量

2、的選擇-6 3.1.1 水輪機(jī)的選型原則和任務(wù)-6 3.1.2 機(jī)組臺(tái)數(shù)的選擇-6 3.1.3 單機(jī)容量的選擇-8 3.2 水輪機(jī)特征水頭的確定-8 3.2.1 最大水頭-8 max h 3.2.2 最小水頭-9 min h 3.2.3 設(shè)計(jì)水頭-10 r h 3.2.4 加權(quán)平均水頭-10 av h 3.3 水輪機(jī)型號(hào)及主要參數(shù)的選擇 -10 3.3.1 水輪機(jī)型號(hào)的選擇-10 3.3.2 hl220 型水輪機(jī)方案的主要參數(shù)選擇-10 3.3.3 hl230 型水輪機(jī)方案的主要參數(shù)選擇-14 3.3.4 兩種方案的比較分析-18 3.4 蝸殼的形式和尺寸的確定-18 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論

3、文） ii 3.4.1 蝸殼形式的選擇-18 3.4.2 蝸殼設(shè)計(jì)的基本要求-19 3.4.3 蝸殼主要參數(shù)的選擇-19 3.4.4 蝸殼的水力計(jì)算-20 3.5 尾水管形式和尺寸的確定-23 3.5.1 尾水管形式的選擇-23 3.5.2 尾水管尺寸的確定-24 3.5.3 尾水管的局部尺寸變動(dòng) -26 3.6 調(diào)速器的選擇-26 3.6.1 調(diào)速器形式的選擇-26 3.6.2 調(diào)速器工作容量的計(jì)算 -27 3.7 發(fā)電機(jī)的選擇-30 3.7.1 發(fā)電機(jī)的形式-30 3.7.2 水輪發(fā)電機(jī)的尺寸和重量 -31 第第 4 章章 壓力管道及調(diào)壓室的初步設(shè)計(jì)壓力管道及調(diào)壓室的初步設(shè)計(jì) -32 4.

4、1 壓力管道的類型的選擇-32 4.2 壓力管道供水方式及分岔管類型的選擇-32 4.2.1 供水方式-32 4.2.2 分岔管-33 4.3 壓力管道的引近方式和進(jìn)水方式的選擇-34 4.3.1 引進(jìn)方式-34 4.3.2 進(jìn)水方式-35 4.4 壓力管道尺寸-36 4.4.1 壓力管道直徑-36 4.5 調(diào)壓室的初步設(shè)計(jì)-36 4.5.1 調(diào)壓室的類型和布置方式 -36 4.5.2 調(diào)壓室的水位波動(dòng)計(jì)算 -38 第第 5 章章 樞紐總體布置樞紐總體布置-40 5.1 廠房建筑物的組成-40 5.1.1 水電站廠房建筑物的組成 -40 5.1.2 水電站廠房的基本類型 -40 5.2 廠區(qū)布

5、置的原則-41 5.3 廠房樞紐布置-41 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） iii 5.3.1 主廠房-41 5.3.2 副廠房-42 5.3.3 變電站-42 第第 6 章章 水電站廠房設(shè)計(jì)水電站廠房設(shè)計(jì)-43 6.1 概述-43 6.1.1 水電站廠房的作用-43 6.1.2 水電站廠房的基本要求： -43 6.1.3 水電站廠房的基本類型 -43 6.1.4 水電站廠房的組成-44 6.2 廠房內(nèi)部布置-45 6.2.1 下部塊體結(jié)構(gòu)的布置-45 6.2.2 水輪機(jī)層布置-46 6.2.3 發(fā)電機(jī)層布置-49 6.2.4 尾水平臺(tái)布置-52 6.2.5 廠房的交通、采光、通風(fēng)、防潮、采暖、

6、保安防火 -52 6.3 廠房輪廓尺寸的確定-53 6.3.1 主廠房長度-53 6.3.2 主廠房的寬度-54 6.3.3 主廠房的高度-55 6.4 廠房結(jié)構(gòu)布置-57 6.4.1 概述-57 6.4.2 主廠房的分縫與止水-58 6.4.3 主廠房結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的傳力過程 -58 6.4.4 主廠房結(jié)構(gòu)組成及作用 -58 結(jié)束語結(jié)束語-60 謝辭謝辭-61 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)-62 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第第 1 章章 工程概況工程概況 1.11.1 工程概況工程概況 1.1.11.1.1 流域概況流域概況 永定河為河海流域五大水系之一。上游分為兩大水系，北支為洋河，南支為桑干 河，

7、在官廳以上 30km 處的朱關(guān)屯匯合，永定河在官廳以上流域面積為 47000km2,永定 河自官廳至三家店河道 110km，落差 330m,平均坡降 1/300，區(qū)間流域面積 1600km2， 河道穿行于軍都山峽谷之中，統(tǒng)稱為官廳山峽。官廳水庫于 1955 年建成，運(yùn)用以來對(duì) 防洪起了巨大作用，經(jīng)水庫調(diào)蓄上游來水，均勻下泄，以滿足下游工農(nóng)用水的需要。 1.1.21.1.2 流域開發(fā)概況流域開發(fā)概況 官廳山峽流域具有豐富的水資源，目前已經(jīng)開發(fā)的有：官廳水電站，下馬嶺水電 站，下葦?shù)晁娬?，以及下游的三家店水閘等，同時(shí)在官廳山峽的下游，又建造了梯 級(jí)開發(fā)電站，即安家莊 i、ii 級(jí)電站。 1.1.

8、31.1.3 該樞紐的興建在國民經(jīng)濟(jì)中的意義該樞紐的興建在國民經(jīng)濟(jì)中的意義 該電站為引水式日調(diào)節(jié)電站，在華北電網(wǎng)上擔(dān)任峰荷與調(diào)相任務(wù)，對(duì)改變?nèi)A北地 區(qū)用電緊張狀態(tài)，充分合理利用水能資源，緩解電力系統(tǒng)高峰供電的緊張狀態(tài)起積極 作用，向陽口 ii 級(jí)電站的興建，對(duì)提高京津唐電力系統(tǒng)的靈活性，充分利用水能，具 有十分重要的意義。 1.21.2 水庫及主要建筑物的特征水庫及主要建筑物的特征 該電站在系統(tǒng)中擔(dān)任調(diào)峰與調(diào)相的任務(wù)，其日調(diào)節(jié)水庫為大青巖水庫，入庫徑流 由官廳水庫控制，所以用官廳水庫下泄流量作為本電站的發(fā)電水量，而官廳水庫的出 庫年徑流系列及均值為 14.04 億立米（19551972 年）作

9、為大青巖水庫入庫系列的均 值。 電站首部為攔河壩，位于豐沙線沿河城車站和幽州車站之間的大青巖壩址上游距 幽州車站 2.8km，下有距沿河城車站 3.2km，攔河壩采用重力壩，其主要數(shù)據(jù)如下： 最大壩高 27.5m 壩頂高 5.0m 壩長 112.5m 正常高水位 409.0m 最高洪水位 409.0m 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 死水位 405.0m 總庫容 645 萬 3 m 調(diào)節(jié)庫容 245 萬 3 m 壩頂高程 411.0m 最大泄流量 2200 sm3 溢流壩段長 27.5m 非溢流段長 27.5m 最大單寬流量 32.7 sm3 發(fā)電引水隧洞全長 4876.6m，進(jìn)口底高程 3

10、95.0m，縱坡 2.3%，圓形斷面，洞徑 7.5m，沿洞線主要穿過中厚層硅質(zhì)灰?guī)r，走向與洞線近正交，中段穿過霏細(xì)巖石。沖 沙導(dǎo)流隧洞位于攔河壩左岸，施工期間可作導(dǎo)流用，建成后用以沖砂，放空水庫及分 泄部分洪水用，洞長 219.8m，直徑 5.0m，進(jìn)口底高程 388.0m，縱坡 6.6%，出口底高 程 388.5m，其最大最小流量分別為 156和 126。為了利于沖砂以保護(hù)發(fā)電洞，sm3sm3 沖砂洞進(jìn)口在壩上有 30m 處，位于發(fā)電洞下部，形成雙層進(jìn)水口。高壓管道穿過薄層， 厚層和中層硅質(zhì)灰?guī)r，穿過 f5 斷層。主管直徑 3.4m，高壓管道全部采用鋼板襯砌。 電站廠房在向陽口村上游 300

11、m 處，靠永定河左岸，該處河岸為 70m 高的陡壁，廠 址放在斷層下盤緊靠陡壁的基巖上，考慮到沿河城大斷層為活動(dòng)性斷面，因此，將變 電站與廠房按“一”字型布置在斷層底基巖上。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 第第 2 章章 基本資料基本資料 2.12.1 水文特征水文特征 2.1.12.1.1 年徑流年徑流 向陽口級(jí)水電站的日調(diào)節(jié)水庫為大青巖水庫，入庫徑流由上游的官廳水庫控制， 故官廳水庫的下泄水量作為本電站的發(fā)電水量，區(qū)間來水很少，考慮該部分水量可與 水庫蒸發(fā)及水流下泄的沿程損失互為補(bǔ)償，所以不另行計(jì)算。 官廳水庫出庫年水量采用官廳建庫運(yùn)行以來（1955-1972）的 17 年出庫年徑流系

12、 列及均值 14.04 億立米作為大青巖水庫的入庫系列和均值。 表 2.1 17 年的出庫年徑流系列（流量單位：億） 3 m 時(shí)段55-5656-5757-5858-5959-6060-6161-6262-6363-64 流量 23.686.26418.814.4127.7413.3813.8215.627.3 時(shí)段 64-6565-6666-6767-6868-6969-7070-7171-72 流量 17.82 10.517.5718.1711.4811.9112.637.54 2.1.22.1.2 設(shè)計(jì)洪水設(shè)計(jì)洪水 壩址，廠址的洪水由兩部分組成，其一為官廳大青巖，官廳向陽口的區(qū) 間洪水，

13、其二為官廳水庫下泄洪水。 廠址的設(shè)計(jì)洪水按官廳向陽口間 50 年一遇洪水加官廳水庫下泄 600計(jì)算，sm3 校核洪水按區(qū)間 50 年一遇洪水加官廳下泄 600計(jì)算。sm3 表 2.2 洪峰流量（）sm3 斷面設(shè)計(jì)校核 大青巖壩址910+600=15101600+600=2200 向陽口廠址1800+600=24003000+600=3600 表 2.3 向陽口 ii 級(jí)電站尾水位與流量關(guān)系如下表 水位（m）348.6349.5350351352 流量（）sm3058106265480 水位（m）353354355356357 流量（）sm37601150175025703540 河北工程大學(xué)畢

14、業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 2.1.32.1.3 年沙量及氣象年沙量及氣象 大青巖入庫沙量，主要由官廳水庫下泄沙量決定，自 1955-1972 年資料，官廳水 庫下泄沙量的均值為 163 萬噸，可作為大青巖水庫年均入庫泥沙量。本流域處于山區(qū)， 夏季炎熱多雨，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 均氣溫變化不大，均值約為 11.7,年內(nèi)氣溫變化大，六月份最高氣溫 40.2，二月 份最低氣溫-22.9。 2.22.2 工程地質(zhì)工程地質(zhì) 2.2.12.2.1 地質(zhì)概況地質(zhì)概況 永定河由官廳流入官廳山峽，出三家店流向華北平原，河道寬約 50150m，河床 是不對(duì)稱得階梯狀，

15、河流兩岸山澗溝谷發(fā)育與河床呈羽毛狀排列，切割較深，河床坡 底較陡，呈“v”字型。 工作區(qū)出露的巖石，主要為遠(yuǎn)古界震旦系薊縣統(tǒng)，霧逆山咀硅質(zhì)灰?guī)r，含礫石英 砂巖，還有少量零分布的火層巖和變質(zhì)巖，第四系松散堆積物主要是河床沖積層和山 坡上的堆積物及崩積物 。向陽口區(qū)以沿河城大斷裂為代表的祁呂賀蘭山字型起控制作 用。 本區(qū)斷裂構(gòu)造較發(fā)育，主要由三組，一組走向 nm320340；一組走向?yàn)?ne2040;一 組走向?yàn)?ne5070，另外層間錯(cuò)動(dòng)為較發(fā)育，基本順層，局部均層斷裂互相交錯(cuò)，構(gòu) 成棋盤格式，但由于主要應(yīng)力的不均衡性，北東向一組數(shù)量少。 本地區(qū)地震烈度，根據(jù)地震地質(zhì)大隊(duì)建議，基本烈度為 7 度

16、。本區(qū)河水，地下水 對(duì)混凝土無侵蝕性。 2.2.22.2.2 廠區(qū)工程地質(zhì)條件和問題廠區(qū)工程地質(zhì)條件和問題 廠區(qū)位于向陽口村的西南側(cè)，永定河左岸，岸坡陡立，成 6576 度角與河床沙礫 石層相接，山坡局部為坡積物所覆蓋，陡崖巖體為震旦紀(jì)霧迷山咀硅質(zhì)條帶灰?guī)r，陡 坡頂以上緩坡部分為順層侵入的霏細(xì)石。 廠區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造主要受沿河大斷層的控制，該斷層沿左岸坡角切過，走向 ne60,傾 向 se,傾角 70，斷層在平面上呈舒緩坡狀，破碎帶寬度較大，在本區(qū)近 300m，是祁 呂系代表性斷裂，近期活動(dòng)比較明顯。 本區(qū)是可以修建廠房的，但廠房時(shí)應(yīng)該在斷層的一盤（下盤緊靠陡崖）為宜。 調(diào)壓井跨度較大，據(jù)目前資料

17、分析井筒下部三分之二段處于巨厚層硅質(zhì)灰質(zhì)巖中， 巖坡平緩（傾角 3 度）對(duì)洞壁穩(wěn)定是有利的，但上部三分之一處于霏細(xì)巖中，高角度 裂隙發(fā)育對(duì)洞壁及洞頂穩(wěn)定均十分不利，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)引起重視。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 高壓管道段一般布置在工程地質(zhì)條件較好，只在叉管水平段因巖層產(chǎn)狀平緩，且 臨近沿河城大斷裂，巖石相對(duì)破碎，工程地質(zhì)條件稍差，應(yīng)做好襯砌和防滲措施，各 段 f，k 建議如下： 表 2.4 f，k 樁號(hào)布置措施 樁號(hào)4+889.64+922.14+951.64+983.755+021.1 f4-6 4 3-4 1 k600 250-320 320-400 60 廠房設(shè)置在沿河城大斷裂北

18、西側(cè)一盤上，廠基巖石為中厚硅質(zhì)灰?guī)r，由于受斷層 影響，完整性稍差，但其承載力已滿足要求，過廠基的斷層規(guī)模不大，對(duì)建筑物穩(wěn)定 性無影響，只按一般斷層處理即可，廠房后邊坡完整性較好，建議按 75 度削坡，但對(duì) 中下部之薄層硅質(zhì)灰?guī)r，建議進(jìn)行表面噴漿保護(hù)，以防其在外力作用下風(fēng)化坍塌。 2.2.32.2.3 對(duì)外交通對(duì)外交通 現(xiàn)有交通運(yùn)輸條件：有豐（臺(tái)）沙（城）鐵路沿本工程附近通過，距壩址附近車 站為豐沙 i 線，幽州車站（在壩址上游約 2.3km）和沿河城車站（在壩址下游約 3.2km，距廠址約 9km）對(duì)外交通公路，現(xiàn)有沿河城村至齋堂的簡易公路，接齋堂至雁 翅通往北京的公路干線，可通汽車，由沿河城

19、至齋堂的公路大約 1.5km，目標(biāo)較低，需 進(jìn)行適當(dāng)?shù)男奚?，可達(dá)四級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，可作為電廠永久對(duì)外交通線。 施工場(chǎng)內(nèi)交通，擬將舊同（大同）塘公路適當(dāng)修善，作為施工期主要場(chǎng)內(nèi)交通， 其中由大青巖壩址至向陽口廠址間約 13km 長的公路做成永久公路，大部件（主變壓器 運(yùn)輸重 40 多噸）運(yùn)輸擬由沿河城車站或雁翅車站卸車后，用 60 噸拖車由公路運(yùn)至廠 區(qū)。 2.2.42.2.4 建筑材料建筑材料 料廠位于沿河城村附近，距大青巖壩址 7-9km，距廠址 4-6km，運(yùn)距較遠(yuǎn)，但交通 方便，位于同塘公路線上，存在的問題是占農(nóng)口較多，儲(chǔ)量可滿足要求，質(zhì)量除含泥 量較大，施工需進(jìn)行沖洗外，一般也滿足要求.。 河

20、北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 第第 3 章章 水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)水輪機(jī)選型設(shè)計(jì) 水輪機(jī)是水電站中最主要的動(dòng)力設(shè)備之一，它關(guān)系到水電站的工程投資，安全運(yùn) 行和經(jīng)濟(jì)效益等重大問題，因此在水能規(guī)劃的基礎(chǔ)上，根據(jù)水電站水頭和負(fù)荷的工作 范圍，正確地進(jìn)行水輪機(jī)選擇是水電站設(shè)計(jì)的主要任務(wù)之一。 3.13.1 機(jī)組臺(tái)數(shù)與單機(jī)容量的選擇機(jī)組臺(tái)數(shù)與單機(jī)容量的選擇 3.1.13.1.1 水輪機(jī)的選型原則和任務(wù)水輪機(jī)的選型原則和任務(wù) （一）水輪機(jī)選型的一般原則為： （1）機(jī)型的技術(shù)特性應(yīng)適應(yīng)該電站的水資源條件。 （2）盡可能縮短水電站的施工期，使機(jī)組早日投產(chǎn)，滿足國民經(jīng)濟(jì)的需要。 （3）水輪機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定可靠，機(jī)動(dòng)靈活

21、，滿足安全供電。 （4）力求水輪機(jī)的平均效率較高，使水電站獲得較大的動(dòng)能效益，盡可能降低水 電站造價(jià)，做到經(jīng)濟(jì)合理。 （5）考慮到供貨的現(xiàn)實(shí)性，中小型水電站的水輪機(jī)要符合通用化、系列化、標(biāo)準(zhǔn) 化、的要求。 （6）水輪機(jī)的制造、運(yùn)輸、安裝、運(yùn)行方便。 上述原則應(yīng)根據(jù)水電站的具體條件，權(quán)衡利弊，選出技術(shù)上先進(jìn)可靠、經(jīng)濟(jì)上合 理的水輪機(jī)方案。 （二）水輪機(jī)選型的主要任務(wù)是： （1）確定水輪機(jī)的特征水頭（最大水頭、最小水頭、設(shè)計(jì)水頭、加權(quán)平均水頭等） 。 （2）選擇水輪機(jī)的臺(tái)數(shù)和型號(hào)。 （3）選定水輪機(jī)的標(biāo)稱直徑、額定轉(zhuǎn)速、吸出高程、安裝高程等參數(shù)。 （4）確定水輪機(jī)的蝸殼和尾水管的型式和尺寸。 （5

22、）確定調(diào)速器、油壓裝置的型式和尺寸。 （6）估算發(fā)電機(jī)的尺寸和重量等。 3.1.23.1.2 機(jī)組臺(tái)數(shù)的選擇機(jī)組臺(tái)數(shù)的選擇 水電站的裝機(jī)容量等于機(jī)組臺(tái)數(shù)和單機(jī)容量的乘積。根據(jù)已確定的裝機(jī)容量可以 擬定出不同的機(jī)組臺(tái)數(shù)方案。當(dāng)機(jī)組臺(tái)數(shù)不同時(shí)，單機(jī)容量不同，水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪直徑、 轉(zhuǎn)速也就不同，有時(shí)甚至水輪機(jī)的型號(hào)也會(huì)改變，從而引起水電站的工程投資、運(yùn)行 效率、運(yùn)行條件以及產(chǎn)品供應(yīng)等情況的變化。 目前上不可能從理論計(jì)算上求得合理的單機(jī)容量，因此在選擇機(jī)組臺(tái)數(shù)時(shí)應(yīng)從下 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 列幾方面綜合考慮： （1）機(jī)組臺(tái)數(shù)與機(jī)電設(shè)備制造的關(guān)系 機(jī)組臺(tái)增多時(shí)，機(jī)組單機(jī)容量減小，尺寸減小，因而

23、制造及運(yùn)輸都比較容易，這 時(shí)由于制造能力和運(yùn)輸條件較差的地區(qū)是有利的。但實(shí)際上小機(jī)組單位千瓦消耗的材 料多，制造也較麻煩，故一般都希望選擇較大的機(jī)組。 （2）機(jī)組臺(tái)數(shù)與水電站投資的關(guān)系 機(jī)組臺(tái)數(shù)較多時(shí)，不僅機(jī)組本身的單位千瓦造價(jià)較高，而且隨著機(jī)組臺(tái)數(shù)的增加， 相應(yīng)的閥門、管道、調(diào)速器，輔助設(shè)備和電器設(shè)備的套數(shù)就要增加，電器結(jié)線也較復(fù) 雜，廠房平面尺寸也需加大，機(jī)組的安裝維護(hù)工作量也將增加，因此從這些方面來看， 水電站的單位千瓦的投資將隨機(jī)組臺(tái)數(shù)的增加而增加。但另一方面，采用小機(jī)組則廠 房的起重能力、安裝場(chǎng)地、基坑開挖量都可縮減，因此又可減少一些水電站的投資。 總的來說機(jī)組臺(tái)數(shù)變化要引起水電站投

24、資變化，在大多數(shù)情況下，機(jī)組臺(tái)數(shù)增多將增 大投資。 （3）機(jī)組臺(tái)數(shù)與水電站運(yùn)行效率的關(guān)系 當(dāng)機(jī)組數(shù)目不同時(shí)水電站水輪機(jī)的平均效率也不同。機(jī)組臺(tái)數(shù)增多能夠增加水電 站的電能，但當(dāng)增多到一定程度，在增多時(shí)對(duì)水電站的運(yùn)行效率就不會(huì)有顯著的影響 了。當(dāng)水電站在電力系統(tǒng)中擔(dān)任基荷工作時(shí)，選擇機(jī)組臺(tái)數(shù)少，可使水輪機(jī)在較長時(shí) 間內(nèi)以最優(yōu)工況運(yùn)行，使水電站保持較高的平均效率。當(dāng)水電站擔(dān)任系統(tǒng)尖峰負(fù)荷時(shí)， 由于負(fù)荷經(jīng)常變化，而且幅度較大，為使每臺(tái)機(jī)組都可以高效率工作，就需要更多的 機(jī)組臺(tái)數(shù)。 此外，由于水輪機(jī)類型的不同，機(jī)組臺(tái)數(shù)對(duì)水電站平均效率的影響也不同。如： 軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)，猶豫其高效率區(qū)比較寬廣，單機(jī)效

25、率變化比較平穩(wěn)，故機(jī)組臺(tái)數(shù) 的增減對(duì)水電站平均效率的影響不大。但對(duì)軸流定槳式水輪機(jī)，當(dāng)出力變化時(shí)效率變 化就比較劇烈，因此增加機(jī)組臺(tái)數(shù)，對(duì)于提高水電站的平均效率就比較顯著。 （4）機(jī)組臺(tái)數(shù)與水電站運(yùn)行維護(hù)工作的關(guān)系 當(dāng)機(jī)組臺(tái)數(shù)較多時(shí)，單機(jī)容量就小，水電站的運(yùn)行方式機(jī)動(dòng)靈活，機(jī)組發(fā)生事故 后所產(chǎn)生的影響小，檢修也較容易安排。但因運(yùn)行操作次數(shù)隨之增加，發(fā)生事故的幾 率增高了，同時(shí)管理人員增多，運(yùn)行費(fèi)用也提高了。因此不宜選用過多的機(jī)組臺(tái)數(shù)。 上述各種因素既相互聯(lián)系又相互影響，不可能都一一滿足，所以在選擇機(jī)組臺(tái)數(shù) 時(shí)應(yīng)針對(duì)電站具體情況而定。為了水電站運(yùn)行的可靠性和靈活性，一般不少于兩臺(tái)且 大多數(shù)情況下

26、機(jī)組臺(tái)數(shù)用偶數(shù)。同時(shí)為了制造、安裝、運(yùn)行維護(hù)及設(shè)備供應(yīng)的方便， 在一個(gè)水電站內(nèi)盡可能的選用同一型號(hào)的機(jī)組。 本設(shè)計(jì)為引水式水電站，電站的總裝機(jī)容量為 6 萬千瓦，屬中型水電站（2.5 萬 kwn25 萬 kw） ，我國建成的中型水電站一般選用 46 臺(tái)機(jī)組，由于上述各種因素互: 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 相影響，遵循上述原則并結(jié)合電站具體情況本設(shè)計(jì)選用 4 臺(tái)機(jī)組。 3.1.33.1.3 單機(jī)容量的選擇單機(jī)容量的選擇 水輪機(jī)的單機(jī)容量 n 為： （3.1）（萬 總 kw n n n 式中： 總的裝機(jī)容量，本設(shè)計(jì)為 6 萬 kw； 總 n n機(jī)組臺(tái)數(shù)，本設(shè)計(jì)為 4 臺(tái) 將數(shù)據(jù)代入上式得:

27、 n6 n=1.5kw n4 總 萬 水輪機(jī)的額定出力為： （3.2） r n nkw n 總 式中： 水輪機(jī)的效率，本設(shè)計(jì)取 98% n機(jī)組臺(tái)數(shù)，本設(shè)計(jì)為 4 臺(tái) 將以上數(shù)據(jù)帶入公式得： 4 4 r 6 10 1.5306 10 4 98% nkw 3.23.2 水輪機(jī)特征水頭的確定水輪機(jī)特征水頭的確定 水輪機(jī)型號(hào)的選擇中起主要作用的是水頭。水輪機(jī)的任一工作狀況的工作性能可 采用水輪機(jī)的水頭、流量、效率、出力和轉(zhuǎn)速等工作參數(shù)之間的關(guān)系來描述。 水輪機(jī)的水頭也稱工作水頭，指單位重量水體通過水輪機(jī)時(shí)能量減小值，水輪機(jī) 水頭隨電站上、下游水位而變化。為此常用最大水頭，最小水頭，設(shè)計(jì)水頭來表征水 輪

28、機(jī)的運(yùn)行范圍和工作特性。 3.2.13.2.1 最大水頭最大水頭 max h 最大水頭，是允許水輪機(jī)運(yùn)行的最大凈水頭，通常由水輪機(jī)強(qiáng)度所決定?？?max h 由下式進(jìn)行估算 水輪機(jī)出力： （3.3）（kwqh81 . 9 n 式中：通過水電站水輪機(jī)的流量（m/s） ；q h水電站的凈水頭，為水電站上、下游水位之差減去各種水頭損失（m） ； 水電站效率，小于 1。等于水輪機(jī)效率 機(jī)、發(fā)電機(jī)效率 電及機(jī)組傳 動(dòng)效率 傳的乘積。本設(shè)計(jì)取 80%。 試算： 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 （1）初選定,由表 2-3 查得時(shí)，相應(yīng)的，/s20mq 3 /s0mq 3 m 6 . 348z 下 時(shí)，相應(yīng)

29、的，用內(nèi)插法計(jì)算出時(shí)，相應(yīng)的/s58mq 3 m 5 . 349z 下 /s20mq 3 。已知，考慮沿程等水頭損失，則m91.348z 下 m 0 . 409z 上 8 . 0 （3.4） m29.58 91.348 0 . 40997 . 0 zz97 . 0 h1 ）（ ）（ 下上 1 n9.81 0.8 20 58.29 9149 kw （2）選定,由表 2-3 查得相應(yīng)的。/s58mq 3 m 5 . 349z 下 m72.57 5 . 3490 .40997 . 0 zz97. 0h2 下上 2 n9.81 0.8 58 57.72=26273.22kw 而實(shí)際，介于 9149kw

30、 與 26273.22kw 之間，所以實(shí)際最大水頭介于kw15000n 58.29m 與 57.72m 之間，再用內(nèi)插法算得，此時(shí)對(duì)應(yīng)的，m09.58hmax/s33.57mq 3 。m11.349z 下 故最大水頭為 。m09.58hmax 3.2.23.2.2 最小水頭最小水頭 min h 最小水頭，是保證水輪機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行的最小凈水頭。當(dāng) 4 臺(tái)機(jī)組同時(shí)發(fā)電 min h 時(shí)，所對(duì)應(yīng)的流量也同理由試算法求得，負(fù)荷出力應(yīng)與相接近。kw6n萬 （1）令,查表 2-3 得,已知。 3 q106m /sm350z 下 m405z 上 1 h0.97 zz 0.97405350 53.35 m 下上

31、 1 n9.81 0.8 106 53.35 44381 kw （2）選定，由表 2-3 查得相應(yīng)的，已知。/s265mq 3 m351z 下 m405z 上 m38.52 35140597 . 0 zz97. 0h2 上下 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 2 n9.81 0.8 265 52.38 108936 kw 同理由內(nèi)差法算出當(dāng)時(shí)，,相應(yīng)的。故最kw60000n m11.53hmin/s146mq 3 小水頭。m11.53hmin 3.2.33.2.3 設(shè)計(jì)水頭設(shè)計(jì)水頭 r h (3.5) m52.55 1 11.53 09.58 09.58 4 1 h h h 4h 2 2 m

32、in max max r ）（ 所以設(shè)計(jì)水頭，相應(yīng)的設(shè)計(jì)流量。m52.55hr/s137.7mq 3 3.2.43.2.4 加權(quán)平均水頭加權(quán)平均水頭 av h 加權(quán)平均水頭,是一定期間所有可能出現(xiàn)的水輪機(jī)水頭的加權(quán)平均值，是水輪 av h 機(jī)在其附近運(yùn)行時(shí)間最長的凈水頭。已知該電站為引水式水電站，所以 m52.55hh rav 3.33.3 水輪機(jī)型號(hào)及主要參數(shù)的選擇水輪機(jī)型號(hào)及主要參數(shù)的選擇 3.3.13.3.1 水輪機(jī)型號(hào)的選擇水輪機(jī)型號(hào)的選擇 水輪機(jī)型號(hào)的選擇是在已知機(jī)組單機(jī)容量和各種特征水頭的情況下進(jìn)行的，一般 有根據(jù)水輪機(jī)系列型譜選擇和采用套用機(jī)組兩種方法。本設(shè)計(jì)根據(jù)水輪機(jī)系列型譜進(jìn)

33、 行選擇。 每種型號(hào)的水輪機(jī)都有其適用的水頭范圍，由此根據(jù)水電站的水頭情況，可直接 從型譜表中選擇出適合于該水電站的水輪機(jī)型號(hào)。有時(shí)可能選出兩種型號(hào)同時(shí)都能適 用，這樣可將兩種機(jī)型均列入比較方案進(jìn)行比較。 根據(jù)該水電站的水頭變化范圍 53.1158.09m ，在水輪機(jī)系列型譜表 3.4（水 電站第三版 河海大學(xué) 劉啟釗主編）中查出合適的機(jī)型有 hl220 和 hl230 兩種?，F(xiàn) 將這兩種水輪機(jī)作為初選方案，分別求出其相關(guān)參數(shù)，并進(jìn)行比較分析。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 3.3.23.3.2 hl220hl220 型水輪機(jī)方案的主要參數(shù)選擇型水輪機(jī)方案的主要參數(shù)選擇 hl220 型水

34、輪機(jī)適用水頭為 5085m，模型具體參數(shù)如下表 3.1 所示。 表 3.1 hl220 型水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪主要參數(shù)表 模型轉(zhuǎn)輪最優(yōu)工況限制工況 直徑 d1（mm ） 葉 片 數(shù) z1 導(dǎo)葉 相對(duì) 高度 b0/d1 單位轉(zhuǎn) 速 n10 (r/min) 單位 流量 q10(l/ s) 效率 (% ) 氣蝕 系數(shù) 比 轉(zhuǎn) 速 ns 單位 流量 q1(l/s ) 效率 (% ) 氣蝕 系數(shù) 460140.2570.0100091.00.115255115089.00.133 （1） 轉(zhuǎn)輪直徑的計(jì)算: 1 d （3.6） 2/3 r 1 r 1 q81 . 9 n d h 式中： 水輪機(jī)標(biāo)稱直徑； 1 d

35、 模型水輪機(jī)在限制工況下的單位流量，查得 1 q ；/sm15 . 1 l/s1150q 3 1 設(shè)計(jì)水頭，； r hm52.55hr 與工況點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的原型效率，假設(shè)； 1 q92% 水輪機(jī)額定出力，。 r n)(15306nrkw 將數(shù)據(jù)代入上式得 : 1 3/2 15306 d 9.81 1.15 55.520.92 1.89 m 查水電站 （第三版 河海大學(xué) 劉啟釗主編）表 1.2 選用與其接近而偏大的標(biāo)稱 直徑 。m0 . 2d1 （2）轉(zhuǎn)速 n 的計(jì)算 （3.7） 1 1 d hn n 式中： 單位轉(zhuǎn)速采用最優(yōu)工況下單位轉(zhuǎn)速，； 1 nr/min 0 . 70 10 n 采用加權(quán)平均

36、水頭，；hm52.55hav 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 采選定的標(biāo)稱直徑，。 1 dm0 . 2d1 將數(shù)據(jù)代入上式得 7055.52 2.0 260.79 r/min n 查水電站 （第三版 河海大學(xué) 劉啟釗主編）表 1.1,選用與其接近的同步轉(zhuǎn)速 ，磁極對(duì)數(shù)。min/300rn 10p （3）效率及單位參數(shù)修正 查表可得 hl220 型水輪機(jī)在最優(yōu)工況下的模型最高效率為，模型轉(zhuǎn)% 0 . 91 mmax 輪直徑為。m460 . 0 d1m 原型水輪機(jī)的最高效率 （3.8） 1 5 maxmax 1 1 (1) m m d d 933 . 0 0 . 2 460 . 0 )910

37、. 0 1 (1 5 效率修正值 考慮原型與模型水輪機(jī)在制造工藝質(zhì)量上的差異，取修正值。%3 . 1 （3.9） 01 . 0 013 . 0 910 . 0 933 . 0 mmaxmax 原型水輪機(jī)在最優(yōu)工況和限制工況下的效率為： （3.10） 92 . 0 01 . 0 91 . 0 mmaxmax （3.11） 90 . 0 01 . 0 89 . 0 m 單位轉(zhuǎn)速的修正 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 （3.12） 03 . 0 0055 . 0 1 91 . 0 92 . 0 1 maxm max 10 1 n n 由于3.0%，按規(guī)定單位轉(zhuǎn)速可不加修正，同時(shí)，單位流量也可不加

38、修正。 1 10 n n 1 q 由上可見，原假定的,=，是正確的，那么上述計(jì)算及選92% 1 q m 1 q 10m 10 nn 用的結(jié)果、也是正確的。m0 . 2d1r/min300n （4）工作范圍的檢驗(yàn) 在選定、后，水輪機(jī)的及幾個(gè)特征水頭相對(duì)應(yīng)的m0 . 2d1r/min300n max1 q 即可計(jì)算出來。 1 n 水輪機(jī)在、下工作時(shí)，其即為故 r h r n max1 q （3.13） r 1max 2 1rr n q 9.81d hh = 2 15306 9.81 2.055.5255.520.92 =1.0251.15 m3/s 則水輪機(jī)的最大引用流量為： （3.14） 2 m

39、ax1max1r qqdh =1.025 2.0252.55 =30.45m3/s 與特征水頭、相對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速為： max h min h r h 1 1min max nd300 2.0 n78.72r/min h58.09 （3.15）r/min33.82 11.53 0 . 2300 h nd n min 1 1max r/min52.80 52.55 0 . 2300 h nd n r 1 1r （5） 吸出高度 hs的計(jì)算 由下式進(jìn)行水輪機(jī)吸出高度的計(jì)算： 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 （3.16） h 900 10h ms 式中： 水輪安裝位置的海拔高程，在初始計(jì)算是可取為

40、最大水頭對(duì)應(yīng)的下游 尾水位，本設(shè)計(jì)為 349.11m； 模型氣蝕系數(shù)，各種工況下的可從該型號(hào)水輪機(jī)模型綜合 m m 特性曲線中查取； 氣蝕系數(shù)的修正值，可根據(jù)設(shè)計(jì)水頭由水電站 （第三版 r h 河海大學(xué) 劉啟釗主編）圖 2.26 查?。?水輪機(jī)水頭。 h 列表計(jì)算，如下表 3.2 表 3.2 吸出高度計(jì)算表 項(xiàng)目最大水頭設(shè)計(jì)水頭最小水頭 水頭（m）58.0955.5253.11 單位轉(zhuǎn)速 1 n78.7280.5282.33 氣蝕系數(shù)0.1260.1290.13 修正值0.0190.0190.019 h8.4238.2177.791 吸出高度 （m） s h 1.1891.3951.821 采

41、用最小值，確定水輪機(jī)安裝高程。 s h1.1894mm （6） 水輪機(jī)安裝高程 立軸混流式水輪機(jī)采用下式計(jì)算水輪機(jī)的安裝高程 （3.17） 2 b hz 0 sws 式中： 下游最低尾水位（ =348.6m） ； w w 導(dǎo)水葉高度， （由導(dǎo)葉相對(duì)高度可得=0.5） 。 0 b25. 0d/b 10 0 b 將數(shù)據(jù)代入上式得： =348.6+1.189+0.5/2 =350.04 m s z 3.3.33.3.3 hl230hl230 型水輪機(jī)方案的主要參數(shù)選擇型水輪機(jī)方案的主要參數(shù)選擇 hl230 型水輪機(jī)適用水頭為 3565m，模型具體參數(shù)如下表 3.3 所示。 表 3.3 hl230 型

42、水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪主要參數(shù)表 模型轉(zhuǎn)輪導(dǎo)葉相 對(duì)高度 最優(yōu)工況限制工況 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 直徑 d1（mm ） 葉 片 數(shù) z1 b0/d1 單位轉(zhuǎn) 速 n10 (r/min) 單位 流量 q10 (l/s) 效率 (% ) 氣 蝕 系 數(shù) 比 轉(zhuǎn) 速 ns 單位 流量 q1(l/s ) 效率 (% ) 氣蝕 系數(shù) 404150.31571.091390.7247111085.20.17 （1） 轉(zhuǎn)輪直徑的計(jì)算 1 d 2/3 r 1 r 1 q81 . 9 n d h 式中： 水輪機(jī)標(biāo)稱直徑； 1 d 原型水輪機(jī)在限制工況下的單位流量，查得； 1 q/sm11 . 1 l/s1

43、110q 3 1 設(shè)計(jì)水頭，； r hm52.55hr 與 工況點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的原型效率，?。?1 q92% 水輪機(jī)額定出力，。 r n r n15306kw 將數(shù)據(jù)代入上式得 1 3/2 15306 d1.922 9.81 1.11 55.520.92 m 查水電站 （第三版 河海大學(xué) 劉啟釗主編）表 1-2 選用與其接近而偏大的標(biāo)稱 直徑 。m0 . 2d1 （2） 轉(zhuǎn)速 n 的計(jì)算 1 1 d hn n 式中： 單位轉(zhuǎn)速采用最優(yōu)工況下單位轉(zhuǎn)速， r/min； 1 n 0 . 71 10 n 采用加權(quán)平均水頭，；hm52.55hav 采選定的標(biāo)稱直徑，。 1 dm0 . 2d1 將數(shù)據(jù)代入上式得

44、 min/52.264 0 . 2 52.5571 r n 查水電站 （第三版 河海大學(xué) 劉啟釗主編）表 1.1 選用與其接近的同步轉(zhuǎn)速 ，磁極對(duì)數(shù)。min/300rn 10p 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 （3）效率及單位參數(shù)修正 查表可得 hl230 型水輪機(jī)在最優(yōu)工況下的模型最高效率為，模型轉(zhuǎn)% 7 . 90 mmax 輪直徑為。m404 . 0 d1m 原型水輪機(jī)的最高效率為： mmax 1m 5 max 1 d 1 (1) d 5 0.404 1 (1 0.907)0.932 2.0 效率修正值 考慮原型與模型水輪機(jī)在制造工藝質(zhì)量上的差異，取修正值。%1 015 . 0 01

45、. 0 907 . 0 932 . 0 mmaxmax 原型水輪機(jī)在最優(yōu)工況和限制工況下的效率為： 922 . 0 015 . 0 907 . 0 mmaxmax 867 . 0 015 . 0 852 . 0 m 單位轉(zhuǎn)速的修正 max1 10mmax 1 92.2% 1 90.7% n n =0.008 0.03 由于3.0%，按規(guī)定單位轉(zhuǎn)速可不加修正，同時(shí)，單位流量也可不加修正。 1 10 n n 1 q 由上可見，原假定的,=，是正確的，那么上述計(jì)算及選92% 1 q m 1 q 10m 10 nn 用的結(jié)果、也是正確的。m0 . 2d1r/min300n （4）工作范圍的檢驗(yàn) 在選定

46、、后，水輪機(jī)的及個(gè)特征水頭相對(duì)應(yīng)的即m0 . 2d1r/min300n max1 q 1 n 可計(jì)算出來。 水輪機(jī)在、下工作時(shí)，其即為故 r h r n max1 q 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 =1.0251.11 m3/s r 1max 2 1rr n q 9.81d hh 2 15306 9.81 2.055.5255.520.92 則水輪機(jī)的最大引用流量為： 2 max1max1r qqdh =1.025 2.0252.55 =30.545m3/s 與特征水頭、相對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速為： max h min h r h 1 1min max nd300 2.0 n78.72r/min

47、 h58.09 r/min33.82 11.53 0 . 2300 h nd n min 1 1max r/min52.80 52.55 0 . 2300 h nd n r 1 1r （5） 吸出高度 hs的計(jì)算 由下式進(jìn)行水輪機(jī)吸出高度的計(jì)算： h 900 10h ms 式中： 水輪安裝位置的海拔高程，在初始計(jì)算是可取為最大水頭對(duì)應(yīng)的下游 尾水位，本設(shè)計(jì)為 349.11m； 模型氣蝕系數(shù)，各種工況下的可從該型號(hào)水輪機(jī)模型綜合 m m 特性曲線中查取； 氣蝕系數(shù)的修正值，可根據(jù)設(shè)計(jì)水頭由水電站 （第三版 r h 河海大學(xué) 劉啟釗主編）圖 2-26 查取； 水輪機(jī)水頭。 h 列表計(jì)算，如表 3.

48、4 表 3.4 吸出高度計(jì)算表 項(xiàng)目最大水頭設(shè)計(jì)水頭最小水頭 水頭（m）58.0955.5253.11 單位轉(zhuǎn)速 1 n78.7280.5282.33 氣蝕系數(shù)0.1900.1870.185 修正值0.0210.0220.022 h12.25711.60410.994 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 吸出高度 （m） s h -2.644-1.991-1.382 采用最小值，確定水輪機(jī)安裝高程。 s h2.6444mm （6） 水輪機(jī)安裝高程 立軸混流式水輪機(jī)采用下式計(jì)算水輪機(jī)的安裝高程 2 b hz 0 sws 式中： 下游最低尾水位（ =348.6m） ； w w 導(dǎo)水葉高度， （由導(dǎo)

49、葉相對(duì)高度可得=0.63） 。 0 b315. 0d/b 10 0 b 將數(shù)據(jù)代入上式得 =348.6-2.644+0.63/2 s z =346.27m 3.3.43.3.4 兩種方案的比較分析兩種方案的比較分析 為了便于比較分析，現(xiàn)將這兩種的有關(guān)參數(shù)列入下表 3.5。 表 3.5 hl220 和 hl230 水輪機(jī)方案參數(shù)對(duì)照表 序號(hào)項(xiàng)目hl220hl230 1推薦使用的水頭范圍( )m50853565 2最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速 10( / min) nr7071 3 模型轉(zhuǎn)輪參數(shù) 最優(yōu)單位流量l/sq10 11501110 4最高效率 max(%)m 9190.7 5 模型轉(zhuǎn)輪參數(shù) 模型氣蝕系數(shù)0

50、.1330.170 6工作水頭范圍( )m53.158.0953.158.09 7轉(zhuǎn)輪直徑 md12.02.0 8轉(zhuǎn)速( / min)n r300300 9最高效率 max(%) 93.393.2 10額定出力kwnr1530615306 11最大引用流量/smq 3 max 31.2431.24 12吸出高度 s h( )m1.189-2.644 13 原型水輪機(jī)參 數(shù) 安裝高程 s z( )m350.04346.27 由上表可見，hl220 型水輪機(jī)方案的工作范圍包含了較多的高效率區(qū)域運(yùn)行效率較 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 高，氣蝕系數(shù)較小，安裝高程較高，有利于提高年發(fā)電量和減小廠

51、房的開挖工程量； 而 hl230 水輪機(jī)方案的機(jī)組轉(zhuǎn)速較高，有利于減小發(fā)電機(jī)尺寸，降低發(fā)電機(jī)造價(jià)，但 這種機(jī)型的水輪機(jī)及其調(diào)節(jié)系統(tǒng)的造價(jià)較高。據(jù)以上分析，在制造供貨方面沒有問題 時(shí)，初步選用 hl220 型方案較為有利。 3.43.4 蝸殼的形式和尺寸的確定蝸殼的形式和尺寸的確定 3.4.13.4.1 蝸殼形式的選擇蝸殼形式的選擇 蝸殼是反擊式水輪機(jī)的重要引流部件。根據(jù)材料可分為混凝土蝸殼和金屬蝸殼兩 種，當(dāng)水頭小于 40 米時(shí)多采用鋼筋混凝土澆制成的蝸殼，簡稱混凝土蝸殼；當(dāng)水頭大 于 40 米時(shí)，由于混凝土結(jié)構(gòu)不能承受過大的內(nèi)水壓力，常采用鋼板焊接或鑄鋼蝸殼， 統(tǒng)稱金屬蝸殼。由于該電站水頭大

52、于 40 米，所以選用金屬蝸殼。 3.4.23.4.2 蝸殼設(shè)計(jì)的基本要求蝸殼設(shè)計(jì)的基本要求 （1）過水表面應(yīng)光滑、平順，水力損失??； （2）保證水流均勻、軸對(duì)稱地流進(jìn)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)； （3）水流在流進(jìn)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)前應(yīng)具有一定的環(huán)量，以保證在主要的運(yùn)行工況下水流 能以較小的沖角進(jìn)入固定導(dǎo)葉和活動(dòng)導(dǎo)葉，減小導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的水力損失； （4）具有合理的斷面形狀和尺寸，以降低廠房投資及便于倒水機(jī)構(gòu)的接力器和傳 動(dòng)機(jī)構(gòu)的布置； （5）具有必要的強(qiáng)度和合適的材料，以保證結(jié)構(gòu)上的可靠性和抵抗水流的沖刷。 3.4.33.4.3 蝸殼主要參數(shù)的選擇蝸殼主要參數(shù)的選擇 蝸殼的主要參數(shù)有蝸殼的包角、蝸殼斷面形狀和蝸殼進(jìn)口斷面流速

53、。 （1）蝸殼的包角 從蝸殼的鼻端至蝸殼進(jìn)口斷面之間的夾角稱為蝸殼的包角，常用表示。蝸殼的 0 鼻端即為與蝸殼末端連接在一起的那一個(gè)特殊固定導(dǎo)葉的出水邊。 蝸殼包角的大小直接影響蝸殼的平面尺寸，包角大時(shí)（接近 360） ，水輪機(jī)流量 全部經(jīng)蝸殼進(jìn)口斷面進(jìn)入水輪機(jī)，因此進(jìn)口斷面較大；包角較小時(shí)，部分流量直接進(jìn) 入導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，經(jīng)進(jìn)口斷面進(jìn)入水輪機(jī)的流量減少，進(jìn)口斷面尺寸相應(yīng)減小，包角為 180時(shí)蝸殼寬度最小。 對(duì)于金屬蝸殼，由于其過流量較小，允許的流速較大，因此外形尺寸對(duì)廠房造價(jià) 影響較小。為了獲得良好的水利性能及考慮到其結(jié)構(gòu)和加工工藝條件的限制，一般采 用=345。本設(shè)計(jì)采用 345。 0 河北工

54、程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 （2）蝸殼的斷面形狀 金屬蝸殼的斷面均做成圓形，以改善其受力條件。在接近鼻端，由于和座環(huán)蝶形 邊光滑過渡及焊接上的需要，斷面形狀接近于橢圓形。 （3）蝸殼進(jìn)口斷面流速 c v 蝸殼的進(jìn)口斷面為經(jīng)過轉(zhuǎn)輪中心與引水道中心線垂直的過水?dāng)嗝妗Ｎ仛みM(jìn)口斷面 流速的大小不僅與蝸殼尺寸大小有關(guān)，還與蝸殼內(nèi)水頭損失有關(guān)。流量相同時(shí)，進(jìn)口 斷面流速大，斷面尺寸就小，機(jī)組間距也可減小，但蝸殼內(nèi)水頭損失就大；流速小， 斷面尺寸就大，將增加廠房投資。 蝸殼進(jìn)口斷面流速可根據(jù)下式計(jì)算： （3.18） rc hav 式中： 設(shè)計(jì)水頭，m； r h 與水頭及蝸殼材料有關(guān)的系數(shù)，按下表 3.6

55、查用。 c a 表 3.6 金屬蝸殼流速系數(shù) c a 設(shè)計(jì)水 頭 （m） r h 20406080100150200300 c a1.00.970.910.850.800.710.650.60 金屬蝸殼進(jìn)口允許極限流速為 1415m/s。 3.4.43.4.4 蝸殼的水力計(jì)算蝸殼的水力計(jì)算 通過水力計(jì)算確定蝸殼各部分尺寸。由于蝸殼直接與水輪機(jī)座環(huán)相連，因此必須 知道座環(huán)的尺寸，包括高度、外直徑、內(nèi)直徑、蝸殼斷面形狀及設(shè)計(jì)流量 0 b a d b d 與包角。 r q 0 a-金屬蝸殼的計(jì)算； b-座環(huán)尺寸 圖 3.1 金屬蝸殼的計(jì)算和座環(huán)尺寸 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 本設(shè)計(jì)水輪機(jī)具

56、體數(shù)據(jù)如下表 3.7 所示。 表 3.7 水輪機(jī)具體數(shù)據(jù) 轉(zhuǎn)輪直徑 d1 設(shè)計(jì)水頭 hr 設(shè)計(jì)流量 r q 座環(huán)相對(duì)高 度 b0/d1 座環(huán)高度 b0 外直徑 da 內(nèi)直 徑 db 2.0m55.52m31.24m3/s0.250.50m （1）進(jìn)口斷面流速 0 v 本電站的設(shè)計(jì)水頭為 55.52m，由表 3.6 經(jīng)過內(nèi)插法算得金屬蝸殼流速系數(shù)為 =0.92。則蝸殼進(jìn)口斷面流速為 c a =0.92=6.86 m/s1415m/s （滿足要求） （3.19） rc0 hav 52.55 （2）進(jìn)口斷面流量 0 q 由于水流沿座環(huán)均勻進(jìn)入導(dǎo)水機(jī)構(gòu)及轉(zhuǎn)輪，故經(jīng)任一蝸殼斷面的流量為： q (3.20

57、) max 360 i i q q 式中： 表示計(jì)算斷面與蝸殼尾端斷面的夾角； i 水輪機(jī)的最大流量 max q 蝸殼進(jìn)口斷面的流量為當(dāng)時(shí)的流量，即 0 3 0max 0 345 30.4529.18 360360 q qm s （3）進(jìn)口斷面面積 0 f （3.21） 2 0 0 0 29.18 4.25 6.86 q fm v （4）進(jìn)口斷面半徑 0 （3.22） 0 0 4.25 1.16 3.14 f m （5）進(jìn)口斷面中心距 c1 r （3.23）xrr 0c1 （3.24） 22 00 x h 式中： 蝶邊 a 處半徑； 0 r 斷面中心距蝶邊距離；x 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）

58、 22 蝶形邊到導(dǎo)水機(jī)構(gòu)中心線高程。且。 0 h 0 0 b h 2 式中：導(dǎo)葉高度。查表 3.1 知，導(dǎo)葉的相對(duì)高度，所以m； 0 b 0 1 0.25 b d 0 0.5b 誤差，取其值為 0.2。 將數(shù)據(jù)代如上式得 2222 c1000 rrh1.81.160.452.87m （6）進(jìn)口斷面外半徑 0 r 0c10 rr2.87 1.164.03m （3.25） （7）蝸殼常數(shù)c （3.26） 0 22 c1c10 22 c rr 345 2.872.871.18 =1358.27 （8）由蝸殼圓形斷面計(jì)算圖的幾何關(guān)系得 （3.27） 2 0 i 0 i i h c r2 c x （3.

59、28） 2 i 2 0i xh （3.29） icii rr (3.30) 0cii rrx 表 3.8 金屬蝸殼圓形斷面計(jì)算表（的變化幅度采用 30） i 斷 面 號(hào) i c i 0 r c r2 i 0 2 0 h 2 0 i 0 h c r 2 i x 2 i x i ci r i r 03450.251.80.900.2030.831.081.171.172.884.05 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 13150.231.80.830.2030.791.021.041.112.823.93 22850.211.80.760.2030.750.960.921.062.763.82

60、32550.191.80.680.2030.690.880.770.992.683.67 42250.171.80.610.2030.640.810.660.932.613.54 51950.141.80.500.2030.540.680.460.812.483.29 61650.121.80.430.2030.480.600.360.752.403.15 71350.101.80.360.2030.400.500.250.672.302.97 81050.081.80.290.2030.290.370.140.592.172.76 9750.061.80.220.2030.130.190.0