沙溪水电站机电设备初步设计
沙溪水电站位于我国湖南省中部的沙水流域上，在沙溪县上游12公里处，电站建成后将向汀中地区供电，其主要供电地区为长沙等地。
沙溪水电站坝址在大叶江上游200公尺处，坝址地区条件优越，两岸边坡稳定，坝址段上部河谷宽浅，坝段下部河谷窄深。
厂址选在大坝下游右岸上，水由隧洞式压力钢管引入厂房（长约150米）。公路自下游在右岸进入厂区。
电站装机情况： Hmax (m) 72.5 Hp (m) 55.0 Hmin (m) N装机（MW） 利用小时（h） 保证出力（MW） 47.0 460 4700 130 电站下游水位曲线如图：
米98下97969594020040060080010001200米/秒3沙溪水电站下游水位曲线千年一遇洪水尾水位 ?106.2（Q=18800米3/秒）
该地区属于温暖多雨气候，春温秋澡，春间多梅雨，秋冬降水较少，年平均气温160C，最高气温40. 90C，最低气温-9.20C，年平均气温180C。
电站建成后承担基荷及部分峰荷，亦考虑调相，本站将在相距80公里的长工变电站接入系统，并向沙溪县供电约4-5万瓦。
电力系统接线见附图一。
第一章 水轮机的选型设计
- 6 -
热能与动力工程专业毕业设计
第一节 水轮机型号选定
一、水轮机型式的选择
根据水电站原始资料，该水电站的水头范围为47~72.5m，查《水电站机电设计手册—水力机械》表1-1可知，适合此水头范围水轮机的类型有轴流式和混流式。
二者相比：
1、轴流转桨式水轮机适用于水头与负荷变化较大的电站。
2、轴流式水轮机空化系数大，当尾水管较长时，易产生紧急关机时的抬机现象。 3、混流式水轮机比转速范围广，适用水头范围广，结构简单，价格低，运行稳定且效率高。
根据本电站特点，选择混流式水轮机。
二、比转速的选择
水轮机的设计水头估算:
由《水电站机电设计手册—水力机械》P36知：设计水头初算时可近似取（0.9-1.1）HP，现取Hr?0.95HP?0.95?55?52.25(m)
按我国水轮机型谱推荐的设计水头与比转速的关系，水轮机的ns为
ns?2000Hr?20?200052.25?20?256.69(m?KW)
因此，以选择ns在255左右的水轮机为宜。
根据本电站水头变化范围47~72.5m，查《毕业设计指导型谱新转轮性能曲线及流道尺寸汇编》P2在水轮机型谱中，适合本电站的水头段有HL260可选择。在设计工况下HL260转轮的ns为261m?KW,与本电站的计算比转速最接近，而且空化系数小，故选用HL260转轮。
第二节 原型水轮机主要参数的选择
电站所在电力系统的容量：
400?500?300?460?1660
一般情况下，单机容量不得超过系统容量的15%，即不超过
- 7 -
沙溪水电站机电设备初步设计
1660?15%?249(MVA)
根据电站建成后,在电力系统的作用和供电方式以及电站运行的灵活性和检修的要求,初步拟定机组台数为2台、3台、4台、5台、6台进行比较。
台数 单机容量（万千瓦） 2 23 3 15.3 4 11.5 5 9.2 6 7.7 一、二台
1、计算转轮直径
由《水轮机》P325页可知，水轮机额定出力：
Pr?NG?G23?104??234693.88(KW)
0.98式中 ?G-----发电机效率,一般可取0.95-0.98，现取0.98
NG -----同步发电机的额定容量(KW)
由水轮机型谱可知，取最优单位转速n110?79r/min与出力限制线交点的单位流量为设计工况点单位流量，则可取Q11r?1.247m3/s,对应的模型效率?M?0.927，暂取效率修正值???0.03，??0.927?0.03?0.957,模型最高效率为0.92。
D1?Pr 1.59.81Q11rHr? ?234693.88 1.59.81?1.247?52.25?0.957 ?7.44(m)
按我国规定的反击式水轮机转轮标准直径系列表（见《水轮机》P9），计算值
介于标准值7.0m和7.5m之间，且接近7.5m，暂取D1?7.5m。
2、计算原型水轮机的效率
- 8 -
热能与动力工程专业毕业设计
?max?1?(1??M0)5D1M0.35?1?(1?0.927)5?0.958 D17.5????max??M0?0.958?0.927?0.031
限制工况原型水轮机效率为：
???M????0.886?0.034?0.92
3、同步转速的选择
n?n110HpD1?70?55?69.22(r/min) 7.5此值介于发电机同步转速标准值68.2r/min和71.4r/min之间，二者都取。
4、计算水轮机的运行范围
当n?68.2r/min时 最大水头、平均水头和最小水头对应的单位转速
n11min?nD1Hmax??68.2?7.572.5?60.07(r/min)
n11a?nD1Hp68.2?7.555?68.97(r/min)
n11max?nD1Hmin?68.2?7.547?74.61(r/min)
当n?71.4r/min时 最大水头、平均水头和最小水头对应的单位转速
n11min?nD1HpnD1Hmax??74.1?7.572.5?62.89(r/min)
n11a?74.1?7.555?72.21(r/min)n11max?nD1Hmin?74.1?7.547?78.11(r/min)
- 9 -
沙溪水电站机电设备初步设计
二、三台
1、计算转轮直径
由《水轮机》P325页可知，水轮机额定出力：
Pr?NG?G15.3?104??156462(KW)
0.98D1?Pr 1.59.81Q11rHr?156462 1.59.81?1.247?52.25?0.957 ? ?5.95(m)
计算值介于标准值5.5m和6..0m之间且接近6.0m，所以取D1?6.0m。 2、计算原型水轮机的效率
?max?1?(1??M0)5D1M0.35?1?(1?0.927)5?0.952 D16.0????max??M0?0.952?0.92?0.032
限制工况原型水轮机效率为：
???M????0.957?0.032?0.959
3、同步转速的选择
n?n110HpD1?79?55?97.65(r/min) 6.0此值介于标准值93.8r/min和100r/min之间，二者都取。 4、计算水轮机的运行范围
当n?93.8r/min时 最大水头、平均水头和最小水头对应的单位转速
n11min?nD1Hmax?93.8?6.072.5?66.1(r/min)
- 10 -