大连理工大学网络教育学院

本 科 生 毕 业 论 文（设 计）

题    目：水电站厂房设计

学习中心：                    

                层    次：     专科起点本科      

专    业：     水利水电工程    

年    级：        年  季        

学    号：                  

学    生：                      

指导教师：                    

完成日期：   2022年7月8日    

内容摘要

水电资源作为可再生清洁能源，是我国能源的重要的组成部分，在我国能源平衡和能源工业的可持续发展中占有重要地位。并且水电具有可再生、无污染、运行费用低的特点，便于进行电力调峰，有利于提高资源利用率和经济社会的综合效益。

我国水力资源丰富，根据流域梯级开发规划，适合建引水式开发水电站。本次设计主要通过对水轮发电机组主要参数（包括水轮机型式、机组台数、水轮机综合运转特性曲线的绘制、水轮机吸出高度几安装高程的确定和水轮机控制尺寸等）的设计，进而再对设计的参数进行选定，进一步进行调节保证计算及对调速设备的选择。最后完成了蜗壳型式及尺寸设计。

关键词：水电站；水力机械；蜗壳形式；设计

目     录

内容摘要... I

引   言... 1

1  基本资料... 2

1.1  流域概况... 2

1.2  水文与气象... 2

1.3  经济水利与功能... 2

1.4  g水库坝址地址条件概述... 3

1.5  特征参数的拟定说明... 3

2  水轮机选型和参数设计... 4

2.1  水轮机台数及型号选择... 4

2.1.1  水轮机选型的基本方法... 4

2.1.2  水轮机型号选择... 5

2.1.3  水轮机台数选择... 5

2.2  计算转轮直径... 7

2.3  计算原型水轮机的效率... 7

2.4  同步转速的选择... 7

2.5  水轮机设计流量Qr的计算... 7

2.6  飞逸转速的计算... 7

2.7  计算水轮机的运行范围... 7

2.7.1  水轮机水头计算方法... 7

2.7.2  水轮机水头计算步骤... 9

2.8  确定水轮机外形尺寸... 10

3  计算吸出高度与安装高程... 11

3.1  吸出高度的计算... 11

3.2  安装高程的计算... 11

4  蜗壳型式及尺寸设计... 13

4.1  蜗壳型式、断面形状和包角的确定... 13

4.2  座环的确定与金属... 13

4.3  蜗壳参数计算... 13

4.4  圆断面计算... 14

4.5  椭圆断面的计算... 14

4.6  选择尾水管的型式、计算尺寸... 15

4.4  发电机外形尺寸估算... 16

5  结论与总结... 19

参考文献... 20

引   言

电力工业是整个国民经济的基础和支柱产业，水力发电是清洁、可再生、无污染、运行成本低、效益高、对生态影响最小的能源，在未来世界的发展中水电是最值得大力开发利用的清洁能源。我国蕴藏着极其丰富水力资源，全国水力资源蕴藏量为6.94亿千瓦，技术可开发容量为5.42亿千瓦，经济可开发容量4.02亿千瓦，蕴藏量和可开发容量均居世界首位。

到目前为止已开发不到15%，2009年装机容量为1.97亿千瓦，年发电量4654亿千瓦时，到2020年水电装机将达到3.2亿千瓦，届时开发率将达58%以上，到2030年，水电资源容量开发率接近极限水平（70%），总装机容量为3.8亿千瓦。按照国家计划，在“十五”期间，我国着重研究开发了500-700Mw的水电机组。除在建的长江三峡电站、向家坝水电站等一批大型电站外，在2010年前，我国建设了大型电站就有溪洛渡、水布娅、小湾、龙滩、拉西瓦和瀑布沟等一批大型或超大型电站。这些电站的水电机组的单机容量都在500-750Mw范围，水轮机的转轮直径在6-9m范围。由以上数据可以很明显的看出，水电装机容量增长迅速，对水力发电设备特别是水轮机的需求旺盛，市场潜力巨大。水轮机是一种把水流的能量转变为旋转机械能的动力机械，在电力工业中占有特殊的地位，水力发电机组无论在单机容量，还是在结构尺寸方面都朝着巨型化方向发展，这对水力发电设备制造业提出了巨大的挑战。由于水电资源开发环境条件的复杂性和水电设备的特殊性，需要满足性能要求的各种型号的水轮机。根据水轮机在能量转换过程中利用水流能量形式的不同可分为：反击式和冲击式。反击式水轮机又有混流式、轴流式、斜流式、贯流式水轮机等。冲击式水轮机又分为水斗式、斜击式和双击式。目前水轮发电机组向着系列化和标准化发展，形成了一个完整的体系，并且不断有新型水轮机研发出来。而各种水轮机又有相同型号不同的机型，其对应的叶轮和叶片的又会千差万别。如何选择水轮机成为变电站设计的重中之重。

1  基本资料

1.1  流域概况

g水库所在的t河流域地势东高西低，一般高程在200m左右，总流域面积14090km²。t河流域的多年平均径流量约46亿m³，流域内年雨量在700～900mm，上游较多，下游较少。年雨量约有50%集中在七、八两月，而往往又集中在几次暴雨中降落，因而，本流域洪水系由暴雨产生、次数繁多、陡涨速落、洪峰特大，加之t河沿岸堤防较薄弱，防洪安全泄量有限，故沿岸洪涝灾害严重。

1.2  水文与气象

t主要水文测站有四个，多年平均含沙量按0.38kg/m³。综合多年的径流量和洪水资料分析，设定g水库正常蓄水位为239.0m，下游正常尾水位高程190m。

t河整个流域内均属大陆性气候，由于北来冷气团与南来暖气团影响，故气候变化比较大，夏季炎热多雨，冬季严寒少雨，气候干燥。

1.3  经济水利与功能

国民经济各部门对g水库的要求：主要包括防洪、城市及工业用水、农田灌溉，发电等方面，对于论文不涉及的资料在此不做叙述。

1. 防洪方面

要求解决b市遇一千年一遇洪水时免受灾害，即下泻洪峰流量不得超过4，500秒立米；万年洪水时为保大坝，下泄流量不受限制。

2. 城市以及工业用水方面：（要求保证率为95%）

b市要求流量8.76秒立米，相应年水量2.16亿m³；l市需流量2秒立米，相应年水量0.63亿m³；a市要求流量3秒立米，相应年水量0.94亿m³。

3. 农田灌溉要求（要求保证率75%）

g水库负担灌溉下游水田3万公顷。水浇地1万公顷，下游取水灌溉。4. 发电要求：利用城市及工业用水。以及农田灌溉用水发展水电，电力主要输送至小市，在小市接入东北电力系统。输电电压按60kv或110kv考虑。

5. g水库水位-容积，面积关系见表1-1：

表1-1  g水库水位-容积表

6. g水库坝址水位-流量关系详见表1-2：

表1-2  g水库坝址水位-流量关系表

1.4  g水库坝址地址条件概述

坝基岩石在河谷及左岸位于下寒武系石桥统沙质岩之上，在右岸堤坝端由于断裂将岩层错动而使坝基之部分位于中寒系当什统及馒头统岩层之上。作为堤坝基岩之暗紫色云母质页岩，经试验和新鲜烟丝之物理力学性质尚属良好，岩石致密坚硬，抗压强度平均为620公斤/平方厘米，岩层抗风华能力弱，全风化之深度可达4-5米。在河谷中坝基及其附近未发现有断层，影响坝基稳定主要因素为岩石性质及其产状。岩层产状在河谷两岸及河谷转孔中见大部岩层倾角比较陡55-70度，倾向下游，个别地方角度比较缓，约为15-28度，右坝坝端发现有顺岩层之黏土夹层。

1.5  特征参数的拟定说明

g水库建成后，多年平均发电量已得出为7898.8kWh，装机容量3.16万kW，初步决定安装4台机组。

HL240水轮机模型转轮直径m；

=49.0m，==27.5m，==m。

2  水轮机选型和参数设计

2.1  水轮机台数及型号选择

2.1.1  水轮机选型的基本方法

目前世界上各国在设计水电站时选择水轮机的方法不尽相同，其主要方法可以概括为下面几种。

1．应用统计资料选择水轮机

这种方法以已建水电站的统计资料为基础，通过汇集、统计国内外已建水电站的水轮机的基本参数，再把它们按水轮机型式、应用水头、单机容量等参数进行分析归类。在此基础上，用数理统计法做出水轮机的比转速、单位参数与应用水头的关系曲线、、以及电站空化系数与比转速的关系曲线等，或者用数值逼近法得出关于这些参数的经验公式。当确定了水电站的水头与装机容量等基本参数后，可根据统计曲线或经验公式确定水轮机的型式与基本参数。按照选定的水轮机参数向水轮机生产厂提出制造任务书，由制造厂生产出符合用户要求的水轮机。这种方法在国外被广泛采用。