水电站课程设计

I目录前言.....................................................1第一部分水电站厂房......................................2一、设计资料.............................................2二、水轮机选型...........................................22.1水轮机型号选择.....................................22.2水轮机参数计算.....................................3三、水轮机蜗壳设计......................................143.1蜗壳形式的选择....................................143.2断面形状及包角的选择..............................143.3进口断面面积及尺寸的确定..........................14四、尾水管设计..........................................164.1尾水管的形式......................................164.2弯肘型尾水管主要尺寸的确定........................16五、发电机外形尺寸......................................175.1发电机型式的选择..................................175.2水轮发电机的结构尺寸..............................18六、厂房尺寸确定........................................206.1主厂房长度的确定..................................206.2主厂房的宽度......................................216.3主厂房各层高程的确定..............................22第二部分吊车梁设计.....................................25II七、吊车梁截面形式......................................25八、吊车梁荷载计算......................................268.1均布恒荷载q......................................268.2垂直最大轮压......................................26九、吊车梁内力计算......................................269.1弯矩计算.........................................269.2剪力计算.........................................27十、吊车梁正截面及斜截面抗剪强度计算....................2810.1吊车梁正截面承载力计算...........................2810.2斜截面抗剪强度计算...............................30十一、挠度计算..........................................31十二、裂缝宽度验算......................................32结语....................................................33参考文献................................................341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部分工作。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。进一步巩固和加深厂房部分的理论知识，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、使用现行规范、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行设计，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、蜗壳尺寸的确定、绘制蜗壳平面和断面单线图、尾水管尺寸的确定及草图、水电站厂房尺寸的确定以及吊车梁内力计算和吊车梁配筋计算等，并根据要求绘制相应的平面布置图和剖面图。2第一部分水电站厂房一、设计资料资料：某水利枢纽工程，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440.60m1.水位经多水位方案比较，最终采用正常蓄水位为：470.00m，死水位为：459.00m，距厂房下游100m处下游水位流量关系见下表：下游水位流量关系曲线40.660.680.6水位m430.8430.95431.06431.16431.35431.55.610.615.620.630.6431.75431.95
430.7430.8430.9431431.1431.2431.3431.4431.5431.6431.7431.8431.9432432.10510152025303540455055606570758085水位m流量m³/s2.机组供水方式：采用单元供水3.水头该水电站水头范围：𝐻𝑚𝑎𝑥=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。32.2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25～45，HL240水轮机模型参数，见下表2-190.4最优工况下的效率（%）限制工况下的单位流量Q'10(L/s)最优工况下的效率（%）HL2404460721100921240转轮型号实验水头H（m）直径D（mm）最优工况下的单位转速n'10(r/min)最优工况下的单位流量Q'10(L/s)

1.转轮直径𝑫𝟏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𝑄1𝑀′=1.24m3/s，效率
𝑀=90.4%，由此可以初步假定原水轮机的单位流量𝑄1′=𝑄1𝑀′=1.24m3/s,效率
𝑀=92%.水轮机额定水头𝐷1=√𝑃𝑟9.81×𝜂×𝑄1′𝐻𝑟32式中：𝐷1——水轮机标称直径𝑄1′——水轮机单位流量查得𝑄1′=1240L/s=1.24sm/3𝐻𝑟——设计水头，对于坝后式水电站𝐻𝑟=（0.9～0.95）𝐻𝑎，取𝐻𝑟=0.95𝐻𝑎=0.95×33.0=31.35m𝑃𝑟—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
𝑔=0.92～0.95，𝑃𝑟=𝑃𝑒/
𝑔=25000/2/0.95=13158kW代入式中得𝐷1=√𝑃𝑟9.81×𝜂×𝑄1′×𝐻𝑟32=√11589.81×0.92×1.24×1.532=2.59m,根据上式计算出的转轮直径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=275cm2.转速计算n=𝑛1′√𝐻𝐷1=72×√2.75=150.4r/min式中𝑛1′——单位转速采用最优单位转速𝑛1′=72r/min4H——采用设计水头33.00mD1——采用选用的标准直径D1=2.75m由额定转速系列表3-13查的相近而偏大的转速n=150r/min3.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
𝑀𝑚𝑎𝑥=92.0%,模型转轮直径𝐷1𝑀=46cm,则原型水轮机最高效率
𝑚𝑎𝑥=1−（1−
𝑀𝑚𝑎𝑥）√𝐷1𝑀𝐷15=1-(1-0.92)√462755=0.944效率修正值Δη=
𝑚𝑎𝑥−
𝑀𝑚𝑎𝑥−𝘀1−𝘀2=0.944-0.92-0.01=0.014式中:1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𝘀1=1%～2%；𝘀2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%，本列题中因原型与模型水轮机异性部件基本相似，故认为𝘀2=0。限制工况下的原型水轮机效率：η=
𝑀+Δ
=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𝐷1适合。（2）单位转速修正。单位转速修正计算公示如下Δ𝑛1′=𝑛10′-𝑛10𝑀′𝑛10′=𝑛10𝑀′√
𝑚𝑎𝑥
𝑀𝑚𝑎𝑥式中：𝑛10′为原型水轮机最优单位转速，r/min；𝑛10𝑀′为模型水轮机最优单位转速，r/min；
𝑀𝑚𝑎𝑥为最优工况下的模型水轮机的效率，查表得
𝑀𝑚𝑎𝑥=92%；
𝑚𝑎𝑥为最优工况下的原型水轮机的效率，
𝑚𝑎𝑥=
𝑀𝑚𝑎𝑥+Δ
=0.92+0.014=0.934由上两式得Δ𝑛1′𝑛10𝑀′=(√𝜂𝑚𝑎𝑥𝜂𝑀𝑚𝑎𝑥−1)=(√0.940.92−1)=0.87%因Δ𝑛1′0.03𝑛10𝑀′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5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工作范围并检验该工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𝐻𝑟和选定的直径𝐷1计算水轮机以额定出力工作时的最大单位流量𝑄1𝑚𝑎𝑥‘。由水轮机的额定出力𝑃𝑟的表达式𝑃𝑟=9.81𝑄1′𝐷12𝐻𝑟√𝐻𝑟
导出最大单位流量𝑄1𝑚𝑎𝑥‘计算式(限制工况下的𝑄1′)𝑄1𝑚𝑎𝑥′=𝑃𝑟9.81𝐷12𝐻𝑟√𝐻𝑟𝜂=11589.81×2.752×1.5×√1.5×0.918=1.101𝑚1.24𝑚则水轮机的最大引用流量为𝑄𝑚𝑎𝑥=𝑄1𝑚𝑎𝑥′𝐷12√𝐻𝑟=1.101×2.752×√31.35=46.62𝑚（2）按最大水头𝐻𝑚𝑎𝑥，最小水头𝐻𝑚𝑖𝑛以及选定的𝐷1,n分别计算出最小和最大单位转速𝑛1𝑚𝑖𝑛′和𝑛1𝑚𝑎𝑥′.𝑛1𝑚𝑖𝑛′=𝑛𝐷1√𝐻𝑚𝑎𝑥=150×2.75√9=66.05r/min𝑛1𝑚𝑎𝑥′=𝑛𝐷1√𝐻𝑚𝑖𝑛=150×2.75√28=77.96r/min（3）在HL240水轮机的模型综合特性曲线图上分别作出以𝑄1𝑚𝑎𝑥′、𝑛1𝑚𝑖𝑛′和𝑛1𝑚𝑎𝑥′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𝐷1、n是满意的。6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：𝑛1𝑚𝑎𝑥′=150×2.75√𝐻=73.67r/min,𝑄1𝑚𝑎𝑥′=1101L/s，查图3-21得σ=0