水电站课程设计
一：计算水轮机安装高程
参考教材，立轴混流式水轮机的安装高程Zs的计算方法如下：
Zs????Hs?b0/2
式中??为设计尾水位，取正常高尾水位1581.20m；b0为导叶高度，1.5m；
Hs为吸出高度，m。
其中，Hs?10.0???(?m???)H 900式中，?为水轮机安装位置的海拔高程，在初始计算时可取为下游平均水位的海拔高程，设计取1580m；
?m为模型气蚀系数，从该型号水轮机模型综合特性曲线（教材P69)查得?m=0.20，
??为气蚀系数的修正值，可在教材P52页图2-26中查得??=0.029；
H为水轮机水头，一般取为设计水头，本设计取H=38m。水头Hmax及其对应工况的?m进行校核计算。
Hs?10.0?1580??(?m???)H=10.0--(0.2+0.029)?38=-0.458 900900Zs????Hs?b0/2=1581.20-0.458+1.5/2=1581.49m。
二：绘制水轮机、蜗壳、尾水管和发电机图
2.1水轮机的计算
图1.1 转轮布置图
如图所示，可得HL240具体尺寸：
表1.11 转轮参数表
D1 D2 D3 D4 D5 D6 b0 h1 h2 h3 h4 1.0 1.078 0.928 0.725 0.483 0.128 0.365 0.054 0.16 0.593 0.283 4.1 4.420 3.805 2.973 1.980 0.525 1.497 0.221 0.656 2.431 1.160
2.2 蜗壳计算
进口断面尺寸计算 (1)进口断面流量的确定
由资料，该水电站初步设计时确定该电站装机17.6×104kW，电站共设计装4台机组，故每台机组的单机容量为17.6×104kW÷4=4.4×104kW。
由水轮机出力公式：N???QH?9.81QH=4.4×104kW 式中：Q为水轮机设计流量（m3/s）；
H为设计水头，m；由设计资料得H=38.0m。
所以，Q?N?/9.81H?4.4×104（/9.81?38.0）=118.03（m3/s）
进口断面流量计算公式： Q0??0360Q
Q0??0360Q=
345?118.03=113.11（m3/s） 360式中：?0—蜗壳包角，通常均采用3450
Q—水轮机设计流量，Q =118.03m3/s （2）进口断面流速的确定
蜗壳进口断面平均流速可由教材P36（图2-8a，已知设计水头38.0m，本设计为金属蜗壳可取为上限值）查得：V0=5.8m/s。 （3）进口断面半径?0 由公式?0?Q?0113.11=?2.492m
3600V0?5.8?3.14（4）进口断面中心距ai
由公式a0=ra??0=2.492+3.15=5.642 式中ra=Da/2 （5）断面外半径R0
由公式：R0?ra?2?0=3.15+2×2.492=8.134m
绘制蜗壳单线图时，在蜗壳上共取0—0~7—7共八个蜗壳断面（从0—0开始每隔45°取一个断面），利用下列公式进行断面计算，得各断面的参数。 任一断面i—i的流量：Qi??i3600Q
断面半径：?i?即V0?Vi）
Q?i（断面上沿径向各点的水流圆周分速度等于一个常数，0360Vi?断面中心距：ai=ra??i 断面外半径：Ri?ra?2?i
各断面参数计算列表如下：
蜗壳计算列表（圆形断面） 断面号 0 1 2 3 4 5 6 7 ?i(°) Qi（m3/s） 345 300 255 210 165 120 75 30 113.11 98.36 83.60 68.85 54.10 39.34 24.59 9.84 ?i(m) 2.492 2.324 2.143 1.944 1.723 1.470 1.162 0.735 ai(m) 5.642 5.474 5.293 5.094 4.873 4.620 4.312 3.885 Ri(m) 8.134 7.798 7.435 7.039 6.597 6.090 5.474 4.620
2.3尾水管计算
由水轮机型号可知转轮直径D1=410cm
转轮出口直径D2=1.078D1=1.078×410=441.98㎝。
满足条件D1≤D2，采用标准混凝土肘管，故可用推荐的尾水管尺寸表（教材第二章P42表2-1） 参数 比例
尾水管各参数尺寸表 参数 长度（m)
2.3.1 直锥段各尺寸的确定 （1） 导叶底环至转轮出口高度h1
h 10.66 L 18.45 B5 11.152 D4 5.535 h4 h6 L1 7.462 h5 5.002 h/D1 2.6 L/D1 4.5 B5/D1 2.720 D4/D1 1.35 h4/D1 1.35 h6/D1 0.675 L1/D1 1.82 h5/D1 1.22 5.535 2.7675 h1=0.221+0.656=0.877m
（2） 转轮出口至尾水管直锥段进口高度h2
对于混流式水轮机组，h2为保证水轮机组正常运行的安装缝的高度，一般可忽略
不计，此设计取h2=0.05m。 （3）尾水管进口直锥段高度h3
h3=h?h1?h2?h4=10.66-0.877-0.05-5.535=4.198m。 （4）尾水管直锥段进口直径D3
D3≈D2=441.98㎝ 2.3.2 中间弯肘段尺寸的确定
弯肘段尺寸可由教材推荐使用的标准混凝土肘管的尺寸图（教材P43图2—18和表2—2），其中所列的数据对应h4=D4=1000mm，应用时乘以选定的h4（或与之相等的D4）即可得到弯肘段各参数值。 2.3.3 出口扩散段尺寸的确定
由尾水管参数尺寸表可得：h5=5.002m；h6=2.7675m；L=18.45m；L1=7.462m。
由数据用此公式可算得 tan??h5?h65.002?2.7675??0.203 L?L118.45?7.462尾水管顶板仰角?=11.5°。
三：确定主厂房轮廓尺寸
3.1 主厂房长度的确定 3.1.1主厂房的长度
主厂房的长度可由公式L?nL0?L安??L 式中：n—机组台数
L0—机组段长度。
本机组段间距由蜗壳尺寸控制，按公式L0=蜗壳平面尺寸+2?l计算。（?l—蜗壳外的混凝土结构厚度。混凝土蜗壳一般取0.8~1.0m，金属蜗壳一般可取1~2m，边机组段一般取1~3m。）。经综合考虑，中间机组段按
L0=15.42+2?1.5=18.42m计算，边机组按L0=15.42+2?2=19.42m计算。