水电站厂房设计

水电站最大水头40.2 水电站最小水头22.3算术平均水头31.25 水电站设计水头30.4

4.2.2 水轮机主要参数的确定

⑴ 确定水轮机转轮直径

取水轮机工作范围为22～41m，在反击式水轮机系列型谱中查得HL240型水轮机比较适用于这一水头范围。

′21.5 Nd=9.81QrH??d =9.81Q1D1Hr??d （2）

式中：Nd—发电机单机容量

Qr—水轮机设计流量 Q1—单位最大流量 D1—水轮机转轮 ηd—发电机效率 η—水轮机效率 Hr—水轮机设计水头 初拟ηd=94%，η=92%。则

Nd3200×103??1.35m D1?ˊ1.51.59.81Q1Hrηηd9.81×1240×30.4×0.92×0.94查水轮机转轮标准系列取D1=1.4m

′2Q?Q1D1Hr?1.24?1.42?30.4?13.4m3/s

⑵ 效率修正值的计算

查《小型水电站发电设备手册》图1-15HL240型水轮机转轮综合特性曲线，HL240型水轮机在最优工况下的最高效率ηMmax=92.0%，模型转轮直径D1M=0.46m。 则原型水轮机的最高效率

?max?1?(1??Mmax)5D1M0.46?1?(1?0.92)5?93.6% （3） D11.4考虑制造水平的差异，根据水轮机的直径凭经验取ε=1.0%，原型水轮机所采用的蜗壳和尾水管与模型水轮机的相似故取ε‵=0。 则效率修正值由下式计算

△η=ηmax?ηMmax?ε?εˋ=0.936?0.92?0.01?0=0.006 （4）

水轮机在限制工况处的效率为

?=?M+ △?=0.904+0.006=0.91

⑶ 确定水轮机转速

由水轮机相似定律

n1M?

''nMD1MnD1??n1 （5） HMH1

n1'H n?D1在上式中原型水轮机的单位转速应取最大单位转速即

n10=n10M?△n1 （6）

???HL240模型水轮机的最优单位转速n10?72， 同时由于

??max△n1′0.936??1??1?0.009?0.03 n10M?Mmax0.92可不予修正，因此，原型水轮机的最优单位转速和模型机的相同，即n10??n′ 10M=72。

n1'H72?32n???291

D11.4查《水电站》表4-7选与之接近而偏大的发电机标准同步转速，取ne=300r/min。

⑷ 反算水轮机设计水头

N?9.81D12Q1′Hr1.5? （7）

223400N3)3?29.24 m Hr?()=(229.81?1.4?1.24?0.919.81D1Q1??Qr=Q1?D12Hr? 1.24?1.42?29.24=13.14 m3/s

Q总=3Qr=3×13.14=39.42 m3/s

故所选水轮机为HL240—LJ—140，设计流量为13.14 m3/s，设计水头为29.24m。查《小型水电站发电机设备手册》表1－14选与之相应的发电机为TSL325/36—20，与之配套的调速器为CT40，油压装置为YZ—1。

4.3 尾水渠设计

取尾水渠底宽b=8m，为梯形断面，边坡坡率m=0.25，底坡i=0.001，尾水渠为新开挖基岩，糙率n=0.018，初步设计尾水渠长100米，则尾水渠上下游高差△h=0.1m

尾水渠水深计算迭代公式

hj?1?(nQ0.6)(b?2hj1?m2)0.4/(b?mhj) （8） i开一台机组时Q=13.14 m3/s，经计算h=1.02m 开三台机组时Q=39.42 m3/s，经计算h=2.07m

则下游最低水深hmin=1.02+0.1=1.12m，高程247.12m 下游最高水深hmax=2.07+0.1=2.17m，高程248.17m 下游平均水深 h=1.65m，平均水位为247.65m

2

4.4 压力管道直径及蝶阀的确定

按经济流速确定压力管道直径，压力管道经济流速Ve一般为4—6m，取为4m/s 管道直径计算公式：

D=1.13Q/Ve （9）

管道内流速：

V=

对于主管，Q=39.42 m3/s

4Q （10）

3.14D2D主?1.1339.42/4?3.5m

?支?对于支管，Q=13.14 m3/s

4?13.14m=4.18m/s 23.14?2D支?1.1313.14/4?2.0m

4?13.14=4.18m/s 23.14?2查《水电站建筑物设计参考资料》，蝶阀选型为DF200-150，卧轴，名义直径两米。

?支?4.5 损失计算

以下损失计算过程中，所有系数来源于天津大学水利系主编的《小型水电站》 4.5.1 沿程损失

Q1.9△h沿??mL （11） 4.90.631D

式中：D—钢管内径

Q—管中流量 L—管长

α—考虑管道结构形式对沿程损失系数的影响,取为0.000826 m—考虑钢管使用年限的系数，取为1.02

39.421.9△h沿?0.000826?1.02?100=0.25m

0.631?3.54.94.5.2 局部损失

局部水头损失由下式计算：

3

△h局??局?22g （12）

式中：

h局 —局部水头损失

ξ局—局部水头损失系数 ν—计算断面平均流速 g—重力加速度，9.80 ⑴ 拦污栅损失

拦污栅水头损失系数

?拦??()4/3Ksin? （13）

式中：

β—与拦污栅条断面形状有关的系数，圆形，1.79 s—栅条直径，1㎝ b—栅条净距，5㎝

α—拦污栅与水平面夹角，70°

K—考虑拦污栅上附着污物对水头损失系数的影响，1.5

1?拦?1.79?()4/3?1.5?sin70??0.3

5过栅流速ν—1m/s

1.02△h拦?0.3?0.015m

2?9.8sb考虑堵塞取为0.1m

⑵ 进口局部损失

进口为喇叭形进口，局部损失系数为0.1 断面平均流速为1.5m/s

1.52△h进?0.1?0.01m

2?9.8⑶ 渐变段损失

渐变段长度一般为遂洞直径的1.5—2倍，侧面扩散角以6°—8°为宜。取损失系数为0.1 断面平均流速

Q39.42????3.22m/s

A3.523.222△h渐?0.1?0.05m

2?9.8⑷ 闸门槽损失

取损失系数为0.1

3.222△h闸?0.1?0.05m

2?9.8

4