水电站设计指导

6.1.3 机组台数与单机容量

水电站总装机容量等于机组台数和单机容量的乘积，在总装机容量确定的情况下，可以拟订出不同的机组台数方案，当机组台数不同时，则单机容量不同。水轮机的转轮直径、转速也就不同，有时甚至水轮机型号也会改变，从而影响水电站的工程投资、运行条件、运行效率以及产品供应。因此在选择机组台数时应从以下几方面综合考虑：

a 机组台数与设备制造的关系 b 机组台数与电站投资的关系 c 机组台数与水电站运行效率的关系 d 机组台数与水电站运行维护工作的关系 6.2 机组机型的选择

单机容量的选择是在电站装机容量确定的基础上进行的，当机组台数较多时，水电站的运行机动灵活，易于调度，使其总平均效率较高，但台数过多时，导致总造价较高，不经济，在经济指标相当的情况下，尽量选用较大的单机容量。

故确定机组台数应不少于两台，为了电站运行的灵活性和检修的需要，尽量选取同型号的水轮机。通过计算得：N装=22517kw

单机容量(两台机组) ：N单?N22517??11728(kw) 2?2?0.96单机容量(四台机组) ：N单?N22517??5865(kw) 2?4?0.96通过计算得N装=22517kw，单机出力N2=11728kw， 参阅“中小型混流式水轮机转轮系列型谱”（JB/T6310-92）及目前国内制造厂家生产水轮发电机组情况，适合本电站的水轮机转轮有HL240、ZZ440型，详见表5-1古洞河水电站机型比较表.表5-1显示HL240转轮较ZZ440转轮具有效率高、气蚀性能好，该机在高效区运行，具有良好的运行稳定性等特点且吸出高度较ZZ440高。因此选用HL240型水轮机，具体计算详见计算书。

表4-1 电站机组机型比较表 项目 水轮机型号 两台机组 四台机组 1

HL240 最大水头Hmax（m） 最小水头Hmin（m） 设计 参数 平均水头Ha（m） 设计水头Hr（m） 额定出力Nr（kw） 最优单位转速n10?（r/min） 模型 转轮 参数 最优单位流量Q10?（m3/s） 最高效率?MmaxZZ440 39.18 27.05 33.50 31.83 11728 115 800 89 0.42 24.72～35.87 2.5 273 91.4 -3.56 40.31 HL240 39.18 27.05 33.50 31.83 5865 72 1100 92 0.195 27.05～39.18 1.8 231.5 92.9 2 20.56 ZZ440 39.18 27.05 33.50 31.83 5865 115 800 89 0.42 27.05～39.18 1.8 375 91.2 -3.56 20.84 39.18 27.05 33.50 31.83 11728 72 1100 92 0.195 24.72～35.87 2.5 166.7 93.3 2.5 40.90 （%） 气蚀系数? 工作水头范围（m） 转轮的直径D1（m） 原型水轮机参数 转速n（r/min） 最高效率?max（%） 吸出高度Hs（m） 最大引用流量Qmax（m3/s）

由上表可见，两台机组的水轮机转轮直径D1都为2.5m，四台机组的水轮机转轮直径D1都为1.8m。但HL240型水轮机（两台机组）方案的工作范围包含了较多的高效率区，运行效率较高，气蚀系数小，安装高程较高，有利于提高发电量和减小水电站厂房的开挖工程量；而ZZ440型水轮机方案的机组转速较高，有利于减小发电机尺寸，降低发电机造价，但这种机型的水轮机及其调节系统的造价较高。

根据以上分析，初步选用HL240型(两台机组)水轮机方案较为有利。详细过程见计算说明书。 6.3 蜗壳与尾水管 6.3.1 蜗壳

蜗壳是反击式水轮机重要的引水部件。蜗壳根据材料可分为金属蜗壳和混凝土蜗壳两种当水头小于40m时，多采用钢筋混凝土浇制成的蜗壳；当水头大于40m时，由于混凝土结构受过大的

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内水压力，常采用钢板焊接成铸钢蜗壳，但混凝土蜗壳一般用于大中型水电站，本设计属于低水头水电站。

金属蜗壳按其制造方法又可分为焊接、铸焊和铸造三种类型。金属结构形式取决于水轮机的水头和尺寸。对于较大的中、低水头混流式脽轮机一般都采用钢板焊接结构。所以本设计采用钢板焊接结构。

蜗壳的断面形状：金属蜗壳的断面均做成圆形以改善其受力条件，金属蜗壳与座环的连接方式根据座环的上、下环结构形式不同而有所不同。

蜗壳的包角?0：从蜗壳鼻端至蜗壳进口断面0—0 之间的夹角成为蜗壳的包角。常用?0表示，蜗壳的鼻端即为与蜗壳末端连接在一起的那一个特殊固定导叶的除水边。对于金属蜗壳，由于其过流量较小，允许的流速较大，因此其外形尺寸对厂房造价影响较小，为了获得良好的水力性能以及考虑到其结构和加工工艺条件的限制一般采用?0= 3450

蜗壳进口断面的平均流速Vc ：当蜗壳断面形状及包角?0确定后，蜗壳进口断面的平均流速Vc是决定蜗壳尺寸的主要参数。对于相同的过流量Vc选的大则蜗壳断面就小，但水力损失增大。Vc只可根据水轮机设计水头Hr从《水电站》图2—8种的经验曲线查得，在一般情况下，可取图中的中间值，对于金属蜗壳和有钢板里衬的砼蜗壳可以去上限值。当布置上不受限制时也可取下限制

由图中查得Vc = 5.5m/s 蜗壳的水力计算

目的：确定各个断面的几何形状和尺寸并绘制蜗壳平面和断面单线图。 金属蜗壳的水力计算公式： 断面流量：Qi?Qmax?i3600

断面半径：?i?Qi??VcQmax?i

3600?Vc断面中心距：ai = ra + ρi 断面外半径：Ri = ra + 2ρi

（具体计算见计算书）

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6.3.2 尾水管

(1) 尾水管是反击式水轮机重要的过流部件。其形式和尺寸在很大程度上影响到水电站下部土建工程的投资和水轮机运行的效率和稳定性。因此合理选择尾水管的形式和尺寸有重要的意义。

(2) 尾水管的作用：

a 汇集并导转轮出口水流排往下游；

b 当H2>0时，利用这一高度水流固有的位能； c 回收转轮出口水流的部分功能； (3) 尾水管的形式和主要尺寸的确定

尾水管的形式很多，但目前最常用的有直锥形、弯锥形、弯肘形三种形式 直锥形 结构简单，性能最好，但其下部可按工程量较大 弯锥形 性能较差

弯肘形尾水管 不但可减少尾水管开挖深度，而且有良好的水力性能，故本设计采用弯肘形尾水管。

本设计采用弯肘形尾水管。 (4) 尾水管设计

弯肘形尾水管由进口直锥段、中间肘管段和出口扩散管三部分组成。 a 进口直锥段

进口直锥段是一段垂直的圆周扩散管，其单边扩散角?最优值为： 混流式水轮机?=7°～9° 本设计?取8°度 b 中间弯肘段

中间弯肘段是一段90°转弯的变截面弯管，其进口断面为圆型，出口断面为矩形 c 出口扩散段

出口扩散段是一段水平放直，两侧平行，顶板上翘?角的矩形扩散管?一般取10°～13°，本设计取11°。

当出口宽度过大时加设中间支墩，支墩厚度取b5=(0.1～0.15)，本设计取0.1 B5。考虑尾水门槽的布置要求，出口扩散段内通常不加金属里衬。

d 尾水管的高度h是指水轮机底环平面至尾水管底板的高度

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对于低水头混流式水轮机(D1＜D2), h≥2.6D1，最低不得小于2.3D1 e 尾水管的水平长度L

L是指机组中心线至尾水管出口断面的距离。增大L可使尾水管出口断面积增大，从而降低尾水管的出口动能损失。但过分增大L将使尾水管的内部水力损失以及厂房尺寸增大。通常取L=(3.5～4.5)D1

本设计L取4.5 D1= 4.5×2.25 ＝10.13 m

7 厂房布置

7.1 基本资料

水电站厂房是水电站生产电能的主体建筑物。按建筑物的不同功能及机电设备的性质和作用，可分为主厂房（包括主机房和安装间）和副厂房两部分。

厂房布置的任务就是根据厂区布置形式、电站主接线方式、机电设备的性质、作用、相互关系等 。合理安排机电设备在主、辅厂房中的位置。同时采取合理的结构布置措施。创造良好的运行、工作、安装和检修条件，以保证电站安全、可靠、正常地运行。 7.2 厂区布置 7.2.1 引水道布置

采用钢筋混凝土压力管道。 1) 压力管路线布置原则： a 尽量选择最短最直的路线。 b 尽量选择良好的地质条件。 c 尽量减少水管的起伏波折。 d 避开山崩、雪崩地区。 2 ) 压力管道的供水方式： 采用单元单机供水

3 ) 压力管道进入厂房的方向: 采用正向进入厂房 4 ) 坝身管道的布置：

布置形式有两种：一种为坝内埋管，一种为坝后埋管。本设计采用坝内埋管。坝内埋管在坝

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