大连理工大学网络教育学院

本 科 生 毕 业 论 文（设 计）

题    目：  J引水式水电站设计（水力机械）  

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：