水电站大作业
一．基本资料及任务某坝后式电站，总装机容重为120MW，初拟装四台机组，电站最大水头Hmax=140m，最小水头Hmin=100m，加权平均水头Hav=116m，计算水头Hr＝110m，下游水位-流量曲线如下表所列：
表 1 下游水位-流量关系
要求：
（l）确定水轮机类型及装置方式；
（2）确定水轮机转轮直径D1及转速n，校核水轮机的工作范围和计算水头下的额定出力；
（3）计算在设计水头下，机组发出额定出力时的允许吸出高Hs，并算出此时水轮机的安装高程。问此工况是否是气蚀最危险工况？为什么？
（4）采用圆形断面的金属蜗壳，最大包角φmax＝345°，导水叶高度b0=0.224D1。请计算蜗壳及尾水管轮廓尺寸。并用CAD绘出蜗壳、尾水管单线图。
（5）将模型综合特性曲线转换成原型运转综合特性曲线。
本题是一个水轮机选型的综合题，本题的任务要求有：
●选择水轮机的台数和单机容量；
●选择水轮机的牌号、型号及装置方式；
●确定水轮机的直径、转速、吸出高及安装高程；
●确定蜗壳及尾水管尺寸；
●绘制水轮机运转综合特性曲线；
选型设计已经收集的基本资料：
（1）水能规划资料
●装机容量：总装机容量为120MW,初拟四台机组；
●各种代表水头：Hmax=140m, Hmin=100m, Hav=116m, Hr＝110m；
●下游水位与流量关系曲线（表1）。
（2）水轮机产品技术资料
●水轮机的系列型谱：附件中包括轮系的水头适用范围、最优工况和限制
工况下的单位转速、单位流量和模型汽蚀系数。
●同步转速n：机组的同步转速与发电机的磁极对数有关，磁极对数只能
是一对一对的，在选择水轮机转速是必须套用同步转速。
n=3000/p(r/min)。
●某一轮系的模型综合特性曲线（包括飞逸特性曲线）。
二．水轮机比较与选择
2.1 水轮机型号初选
在水轮机型号选择中，起主要作用的是水头，每一种水轮机都有一定的水头使用范围。上限是由其结构强度和气蚀条件决定的，一般不允许超出。而下限是由经济条件决定的。Hmax 不能超过该轮系的适用水头的上限；Hav 、Hr 在适用水头范围之内。若两种型号都适用，则需要进行对比分析和计算。问题条件中已经给出了电站的最大水头Hmax=140m ，最小水头Hmin=100m ，加权平均水头Hav=116m ，计算水头H ＝110m 。于是，可以根据水头数据参考水轮机的系列型谱选择水轮机类型。
查《中小型混流式、轴流式水轮机模型参数表》有多种选择方案，为了便于比较分析本文初步选择水轮机型号为A253-46和A502-35。两种机型均为混流型，装置方式采用立轴布置。
2.2水轮机比较
2.2.1混流A253-46型水轮机
1．转轮直径D 1的计算
由公式ηηH H D Q QH N 21 181.981.9==可得到D 1的计算公式为：
η
2
3 1181.9H Q N
D =
(公式1) 注意几个参数的取值：
● N 取水轮机额定出力N r ，/r f f N N η=，f N 是发电机的额定出力（机组
容量）；f η是发电机效率，查资料可取为96%；所以求得N r =31.25MW 。 ● H 取设计水头H r =110m 。
● '1Q 取限制工况下的单位流量'1m a x Q ，查型谱表得'1m a x Q =0.805m 3/s,
M η=88.6%。
● 效率ηηη?+=M ，这一步需要试算，初步估计%.41=?η，则
90%M ηηη=+?=。
由以上参数可以计算出D 1=1.95m ，对照标准直径去定D 1；通常是选用相近而偏大的标准直径，以便使水轮机有一定的富裕容量。所以选择D 1=2.0m 。
2. 转速的计算
水轮机转速的计算公式为：1'1D H
n n =（公式2）
参数取值：
● 已知D 1=2.0m 。
● H 取H av =116m ；即在运行过程中出现最多的水头。
● '1n 选用原型最优单位转速'10n ；初步假定'10'10M n n == 63(r/min)，'
10M n 为模
型的最优单位转速。
由以上参数，计算出n=339.3(r/min)，按照标准选取转速，选取与之相近且偏大的同步转速333.3(r/min)，p=9。
3. 效率及单位参数修正
查表可得A253-46型水轮机在最优工况下的模型最高效率为2%9max =M η，模型转轮直径为D 1M =0.46m ，原型效率
5
1
1max max )1(1D D m
M ηη--=（公式3） 于是，求得max 94.0%η=，效率修正值为max max M ηηη-=?=2%。考虑到模型与原型水轮机在制造工艺质量上的差异，常在已求得的η?值中再减去一个修正值ξ。现在取0.6%ξ=，则可得到效率修正值为 1.4%η?=，由此可得原型水轮机在最优工况和限制工况下的效率为
max max 92% 1.4%93.4%M n ηη=+?=+=
88.6% 1.4%90%M n ηη=+?=+=（与上述假设相同）
单位转速的修正值按下式计算：
''
1101)M n n ?=（公式4-1）
则：'
1'101)10.76%M
n n ?===（公式4-2）
由于'
1'10 3.0%M
n n ?<，按规定单位转速可不加修正，同时，单位流量'1Q 也可以
不加修正。
由上可见，原先假定的''''
11max 101090%,,M Q Q n n η===是正确的，所以上述计算及选用的结果D 1=2.0m 、n=333.3r/min 也是正确的。
4. 工作范围检验
在选定D 1=2.0m 、n=333.3r/min 后，水轮机的'
1max Q 及各特征水头相对应的'
1n 即可计算出来。水轮机在H r 、N r 下工作时，其''
11max Q Q =，故
'3
1max 0.7670.805/Q m s =
==<（公式5） 则水轮机的最大引用流量为
'
23max 1max 10.767232.18/Q Q D m s ==?=（公式6）
与特征水头H max 、H min 、和Hr 相对应的单位转速为
（公式7）
在A253-46型水轮机模型综合特性曲线图上分别绘出'
1max 767/Q L s =、
， 的直线，如图1所示。由图可见，有
这三根直线所围成的水轮机工作范围（图中阴影部分）基本上包含了该特性曲线的高效率区。所以对于A253-46型水轮机方案，所选定的参数D 1=2.0m 、n=333.3r/min 是合理的。
图 1 A253-46型水轮机的工作范围检验
5. 吸出高度Hs 和安装高程Zs 计算
由水轮机的设计工况参数，'163.56/min r n r =，'
1max 767/Q L s =，在图1上可
查得相应的气蚀系数约为0.047σ=，并在《水电站》图2-26查得气蚀系数的修正值约为
，由此可求出水轮机的吸出高度为
10()900
s H H σσ?
=-
-+?（8） 其中?是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，即453.6m ?=，带入公式求得
Hs=2.566（m ）。
即转轮中压力最低点在下游水面2.566m 以上，水轮机安装位置合理，可见A253-46型水轮机方案的吸出高度满足电站要求。
安装高程s Z 按照公式
0/2s w s Z H b =?++（9）
其中w ?为设计尾水位。设计流量3max 32.18/Q m s =，查下游水位-流量曲线
表得设计尾水位w ?=452.8m ，而bo=0.25D1=0.5m ，于是求得
Zs=452.8+0.5+2.566=455.87m 。
由模型综合特性曲线知，图上还有更高的气蚀工况0.065σ=，比设计工况时的气蚀系数0.048m σ=大，因此该工况不是气蚀最危险工况。
2.2.2混流A502-35型水轮机
与混流A253-46型水轮机的参数选择一样，本文从以下4个方面进行分析研究。
1. 转轮直径D 1计算
查《中小型混流式、轴流式水轮机模型参数表》可得A502-35型水轮机在限制工况下的单位流量'310.872/M Q m s =，效率87%M η=，由此可初步假定原型水轮机在该工况下的单位流量''3110.872/M Q Q m s ==，效率89%η=。
上述的'1Q 、η、31250Nr kw =和110r H m =，代入公式（1）中可得1 1.89D m =，
选用与之接近而偏大的标称直径1 2.0D m =。
2. 转速n 计算
查《参数表》可得A502-35型水轮机在最优工况下单位转速'
1062/min M n r =，
初步假定''1010M n n =，将已知的'
10n 和116av H m =,1 2.0D m =代入式（2）可得333.88/min n r =，选用与之接近的同步转速333.3/min n r =。
3. 效率及单位参数的修正
查《参数表》可得A502-35型水轮机在最优工况下的模型最高效率为
max 92.7%M η=，模型转轮直径为10.35M D m =，根据式（3）
，可求得原型效率max 94.8%η=，则效率修正值94.8%92.7% 2.1%η?=-=。考虑模型与原型水轮机在制造工艺质量上的差异，常在求得的η?值中减去一个修正值ξ。现在取0.1%ξ=，则可得效率修正值为2%η?=，由此可得原型 水轮机在最优工况和限制工况下的效率为
max max 92.7%2%94.7%M ηηη=+?=+=
87%2%89%M ηηη=+?=+=（与上面假设值相同）
单位转速的修正值按公式（4）计算，则
'
1'
101)1 1.07%3%M
n n ?===< 按照规定单位转速可以不加修正。同时，单位流量'1Q 也可不加修正。
由以上可见，原假定的89%η=，''
1010M n n =，
''3110.872/M Q Q m s ==是正确的，
那么上述计算的结果1 2.0D m =，333.3/min n r =也是正确的。
4. 共作范围的检验
在选定1 2.0D m =，333.3/min n r =后，水轮机的'
1max Q 及各特征水头相对应的'1n 即可以计算出来。
水轮机在H r 、N r 下工作时，其''
11max Q Q =，故由式（5）求解得到'331max 0.776/0.872/Q m s m s =<
则水轮机的最大引用流量由式（6）有：
'
3max 1max 132.54/Q Q D m s ==
与特征水头H max 、H min 、和Hr 相对应的单位转速为
'1min '
1max '156.34/min 66.66/min 63.56/min r n r n r n r =
===
===
== 在A502-35型水轮机模型综合特性曲线图上分别绘出'
1max 776/Q L s =、'1min 56.34/min n r =和'1max 66.66/min n r =的直线，如图2所示。由图可见，有这三根直线所围成的水轮机工作范围（图中阴影部分）基本上包含了该特性曲线的高效率区。所以对于A502-35型水轮机方案，所选定的参数D 1=2.0m 、n=333.3r/min 是合理的。
图 2 A502-35型水轮机的工作范围检验
5. 吸出高度Hs 和安装高程s Z 计算
由水轮机的设计工况参数，'163.56/min r n r =，'
1max 776/Q L s =，在图2上可查得相应的气蚀系数约为0.076σ=，并在《水电站》图2-26查得气蚀系数的修正值约为0.02σ?=，水轮机安装位置海拔高程453.6m ?=，由水轮机的吸出高度公式（8）计算求解得 1.064s H m =-。
即转轮中压力最低点在下游平均水面以下 1.064m ，水轮机安装位置合理，可见A253-46型水轮机方案的吸出高度满足电站要求。
安装高程s Z 按照公式（9），设计流量3max 32.54/Q m s =，查下游水位-流量曲线表得设计尾水位452.778w m ?=，而010.250.5b D m ==，于是求得
455.964s Z m =。
由模型综合特性曲线知，图上还有更高的气蚀工况0.11σ=，比设计工况时的气蚀系数0.078m σ=大，因此该工况不是气蚀最危险工况。
2.2.3 两种方案的比较分析
表 2水轮机方案参数对照表
由表2可见，两种机型方案的水轮机直径D 1相同，均为2.0m 。但A253-46型水轮机方案的工作范围包含了较多的高效率区域，运行效率较高，气蚀系数较小，安装高程较高，有利于提高年发电量和减小电站厂房的开挖工程量，所以在制造供货方面没有问题时，初步选择A253-46型方案较为有利。
2.3 主要结论
◆ 经过初选与比较最终选择的水轮机类型为A253-46型，装置方式采用轴
立混流式。
◆ 水轮机直径D 1=2.0m ，转速n=333.3r/min ，水轮机的工作范围100m-140m ，
计算水头下的额定出力31250Nr kw =。
◆ 在设计水头H r ＝110m 下，机组发出的额定出力时的允许吸出高
Hs=2.566m ，水轮机安装高程为Zs=455.87m ，此工况不是气蚀最危险工况。
三． 蜗壳及尾水管尺寸计算
采用圆形断面的金属蜗壳，最大包角φmax ＝345°，导水叶高度b 0=0.224D 1。请计算蜗壳及尾水管轮廓尺寸。并用CAD 绘出蜗壳、尾水管单线图。
3.1蜗壳断面尺寸计算
蜗壳各断面尺寸根据沿流各断面流速相等条件计算。水流进入座环时，按照均匀对称如流的要求。径向流速分量应等于常数，既有
max
r a Q V const D b π=
=（公式10） 其中a D 为座环外径，查规范得到可取 3.45a D m =，座环内径 2.85b D m =；0
b 为导叶高度，由题中b 0=0.224D 1=0.448m ； 圆周速度分量径向变化规律有两种假设
a) 假设任一断面上沿径向各点的水流速度矩等于常数，即const r V u =； b) 假设任一断面上沿径向各点的水流圆周分速度等于常数，即
c u V const V ==。
前一种假定对满足蜗壳均匀、轴对称进水好一些；后一种假定使得蜗壳尾部断面尺寸较大，有利于减小水头损失，并便于加工制作。本文为了计算方便，采用假设（b ），由各断面流速相等条件，得到各断面流速：（包角从鼻端起算，如
图3所示）/s 31.28m =3
max Q
max 360Q Q i
i
?=
（11）
图 2 金属蜗壳的平面单线图
于是得到蜗壳半径i ρ计算公式：
c
i
i V Q πρ=
（12） 设计水头Hr=110m ，查《水电站》教材，图2-8蜗壳进口断面平均流速曲线，对金属蜗壳可取上限值9.6/c V m s =。
蜗壳外包线i R （如图4所示）计算公式：
图 3 金属蜗壳外包线示意图
i a i r R ρ2+=（13）
其中m r a 725.12/D a ==，m r b 425.12/D b == 蜗壳计算所得数据如下表：
表3 蜗壳计算数据表
3.2 尾水管选型及计算
3.2.1尾水管选型
尾水管的型式很多，目前最常用的有三种：直锥形、弯锥形和弯肘形。他们的特点如下：
η可达80%-85%），但其下部开挖
1.直锥形尾水管结构简单，性能最好（
w
工程量最大，因此一般应用于小型水轮机。
2.弯锥形尾水管比直锥形尾水管对了一段圆形等直径的弯管，它是常用于
小型卧式水轮机中的一种尾水管，由于其转弯段水力损失较大，所以其
η约为40%-60%。
性能较差，
w
3.弯肘形尾水管不但可以减小尾水管的开挖深度，而且具有良好的水力性
η可达75%-80%，除贯流式机组外几乎所有的大中型水轮机均采能，
w
用这种型式的尾水管。
因此，本文中尾水管型式选用弯肘形尾水管。它由进口直锥段、中间肘管段和出口扩散段三部分组成。
3.2.2尾水管尺寸计算
对混流式水轮机的尾水管（图），在一般情况下，其尺寸可以根据《水
电站》教材表2-1及相关参考数据：推荐的尾水管尺寸表确定，由于水
轮机属于高水头水轮机（D1 图 4 混流式水轮机弯肘形尾水管 部分尺寸选择依据： 1. 进口直锥段。进口直锥段是一段圆锥行扩散管，对于混流式水轮机，其单边扩散角θ的最优取值为7°-9°。 2. 中间弯肘段。它是一段90°转弯的变截面弯管，其进口断面为圆形，出口断面为矩形，在《水电站》教材表2-2和图2-18给出了标准混凝土肘管尺寸，其中所列数据对应h4=1.35*D1=2.7(m)，应用时乘以选定的h4=2.7(m)，即可得到所需值。 3. 出口扩散管。它是一段水平放置、两侧平行、顶板上翘α角的矩形扩散管。一般取1013α=?-?。 4. 尾水管的高度。尾水管的高度h 是指水轮机底环平面的高度，对高水头混流式水轮机（D 1 5. 尾水管的水平长度。尾水管的水平长度L 是指机组中心线到尾水管出口断面的距离，通常取1(3.5~4.5)L D =。L=9.0（m ） 3.3蜗壳和尾水管的单线图的绘制 通过以上计算确定蜗壳和尾水管尺寸后，用CAD 绘制的单线图如下： 图 5 A253-46型水轮机蜗壳、尾水管单线图 四．原型运转综合特性曲线的绘制 4.1等水头线的绘制 给定某一水头，对应综合特性上的一条横线，该横线与效率等高线相交，形成一系列交点，算出对应的原型出力，可以作出等水头曲线，即绘出对应每个H 值的效率特性曲线()f N η=。A235-46型水轮机等水头曲线计算表格见表5，用到的公式有： H nD n m 1 1= η23 21 181.9H D Q N = 如下表，分别列出了不通水头对应的不通单位转速下的出力——效率曲线（等水头线）的数据。 表3 A235-46型水轮机等水头曲线计算成果表 画出的等水头线如下： 图6 等水头曲线 4.2 等效率线的绘制 在等水头曲线上作出某一效率值的水平线，它与图中的各等H线相交，读出所有交点的H、N值，并将其点绘制在H~N坐标图上，把它们连成光滑曲线， 就得到了该效率值的等效率值，整理出数据表格如表6所示，用excel 画图，作 表 4 等效率线上的N 、H 值求解表格 图 7 等效率曲线图 4.3出力限制线的绘制 出力限制线表示水轮机在不同水头下实际允许发出的最大出力。由于水轮机与发电机配套运行，所以水轮机最大出力收到发电机额定出力和水轮机5%出力储备线的双重限制。 发电机额定出力gr N 的限制记为水轮机额定出力r N 的，因此在运转综合特性曲线图上，r H H ≥时的出力限制线为31250r N N kw ==的一段垂直线，如图9所示，由于r H 是水轮机发出额定出力的最小水头，所以r H H <时，水轮机出力受5%出力储备线额限制。在相应的模型综合特性曲线图中的5%出力储备线上 找出相应于m i n 100H m =的工况点，1793 /Q L s =，然后求出对应的kw 2520581.923 min 21'1min ==ηηH D Q N 。在图9中把r H 、r N 与min H 、min N 点连成直线，得到r H H <时的出力限制线。 图 9 出力限制线 4.4等吸出高度线的绘制 （1） 绘出各水头下的1'()Q f N =辅助曲线，运用excel 绘制曲线如图10所示。 图 8 1'()Q f N =辅助曲线图 （2） 各水头下的'1M n 值，并在相应的模型综合特性曲线上查出'1M n 水平线与各 等气蚀系数σ线的所有交点坐标'1Q 、σ值。 （3） 在1'()Q f N =辅助曲线上相应于上述各'1Q 的N 值，填入表6。利用公式 10()900 s H H σσ? =- -+?计算出相应于上述各σ的Hs 值，计算结果见 表 5 吸出高度计算表 根据表中对应的Hs 值和N 值，作出()s H f N =曲线，如图11所示。 图 9 Hs~f(N)曲线 （1） 在()s H f N 图上任取某Hs 值（如取Hs=1m 和1.5m ），作水平线与曲线 相交，记下各交点的Hs 、N 值，并点绘在H~N 坐标图上，将各点连成光滑曲线即成为某Hs 值(图中Hs=1m 和1.5m)的等吸出高度线，如图12所示。 图10 等吸出高度线 4.5运转综合特性曲线 通过以上步骤，将各图综合在一起就可以得到原型运转综合特性曲线，如图13。 1．课程设计目的 水电站厂房课程设计是《水电站》课程的重要教学环节之一，通过水电站厂房设计可以进一步巩固和加深厂房部分的理论知识，培养学生运用理论知识解决实际问题的能力，提高学生制图和使用技术资料的能力。为今后从事水电站厂房设计打下基础。 2．课程设计题目描述和要求 2.1工程基本概况 本电站是一座引水式径流开发的水电站。 拦河坝的坝型为5.5米高的砌石滚水坝，在河流右岸开挖一条356米长的引水渠道，获得平均静水头57.0米，最小水头50m，最大水头65m。电站设计引用流量7.2立方米每秒，渠道采用梯形断面，边坡为1：1，底宽3.5米，水深1.8米，纵坡1：2500，糙率0.275，渠内流速按0.755米每秒设计，渠道超高0.5米。在渠末建一压力前池，按地形和地质条件，将前池布置成略呈曲线形。池底纵坡为1：10。通过计算得压力前池有效容积约320立方米。大约可以满足一台机组启动运行三分钟以上，压力前池内设有工作闸门、拦污栅、沉砂池和溢水堰等。 本电站采用两根直径1.2米的主压力钢管，钢管由压力前池引出直至下镇墩各长约110米，在厂房前的下镇墩内经分叉引入四台机组，支管直径经计算采用直径0.9米。钢管露天敷设，支墩采用混凝土支墩。支承包角120度，电站厂房采用地面式厂房。 2.2设计条件及数据 1.厂区地形和地质条件： 水电站厂址及附近经地质工作后，认为山坡坡度约30度左右，下部较缓。沿山坡为坡积粘土和崩积滚石覆盖，厚度约1.5米。并夹有风化未透的碎块石，山脚可能较厚，估计深度约2～2.5米。以下为强风化和半风化石英班岩，厂房基础开挖至设计高程可能有弱风化岩石，作为小型水电站的厂址地质条件还是可以的。 2.水电站尾水位： 厂址一般水位12.0米。 厂址调查洪水痕迹水位18.42米。 3.对外交通： 厂房主要对外交通道为河流右岸的简易公路，然后进入国家主要交通道。4.地震烈度： 本地区地震烈度为六度，故设计时不考虑地震影响。 水电站建筑物第二次作业 1、除了拦河闸，冲沙闸，进水闸，排水闸，分洪闸，挡潮闸， 还有什么闸？以组为单位，查阅资料； 答：节制闸、排污闸、分水闸 （1）节制闸 ：建于河道或渠道中用于调节上游水位、控制下泄水流流量的水闸。天然河道上的拦河节制闸枢纽中常常包括进水闸、船闸、冲沙闸、水电站、抽水站建筑物。 （2）分水闸 ：建于灌溉渠道分岔处用以分配水量的水闸。将上一级渠道的来水按一定比例分配到下一级渠道中。可兼做量水用。型式有开敞式及封闭式两种。前者为露天的,结构简单;后者为涵洞,上有填土覆盖,主要修建在深挖方渠道上。 2、 除了课堂上所举的大型水利工程，世界上还有那些大型水利 工程（与大坝、闸门有关的水利工程），将相关资料查出来答：（1）世界上最大的水电站－－伊泰普水电站 伊泰普大坝建在流经巴西和巴拉圭两国之间的巴拉那河上。两国联合建坝，从20世纪70年代中期开始，直到1982年才竣工，其耗资200亿美元。大坝有60层高，坝后的水库沿河延伸达161千米。 自1990年改进以后，伊泰普大坝是世界上最大的水电站，18台水轮机组发电量达1.26万兆瓦。它的发电量比仅次于它的对手―委内瑞拉的古里大坝，要高出20％以上。 伊泰普水电站生产的电能由巴西与巴拉圭两国分享。但是，巴拉圭只使用了发电量中极小的一部分。所以，巴拉圭将其份额中的大部分卖给了巴西。 （2）世界高重力坝之一－－胡佛大坝 工程建于1931年4月，1936年3月竣工。水库名米德湖，总库容352亿立米。水电装机1134.5万kW，两个泄洪隧洞引水明渠长约198米，泄量为11340立米/秒。4个进水塔每个底部直径25米，最大坝高222.5米。该坝于1955年被评为美国现代土木工程七大奇迹之一。该工程建成后，在防洪、灌溉、城市及工业供水、水力发电等方面发挥了巨大的作用，为开发和建设美国西部各州作出了贡献。 （3）世界最高坝－－罗贡坝 世界最高的土石坝，也是世界最高坝。工程于1975年开工，1989年完工。位于塔吉克国和国阿姆河支流瓦赫什河上。工程主要任务是灌溉与发电。最大坝高335米，坝顶长660米，坝顶宽20米，底宽1500米。坝体体积7550万立米。水库库容133亿立米。水电装机360万kW。 填空题 1、就集中落差形成水头的措施而言，水能资源的开发方式可分为坝式、引水式和混合式_三种基本类型。河道坡降较缓，流量较大，有筑坝建库条件的河段，宜采用坝式开发方式。 2、根据空化产生的部位不同，一般把水轮机的空化分为四种类型。通常，混流式水轮机以翼型空化为主，而_间隙空化局部空化是次要的。空腔空化只发生在固定叶片的反击式水轮机的尾水管中。 3、凡是具有水库，能在一定限度内按照负荷的需要对天然径流进行调节的水电站，统称为有调节水电站。径流式水电站是指日调节和无调节水电站。 4、反击式水轮机按水流流经转轮方向的不同及适应不同水头与流量的需要，分为混流式、轴流式、斜流式和贯流式四种型式。 5、根据明钢管的管身在镇墩间是否连续，其敷设方式有连续式和分段式两种。 6、水电站压力管道的主阀有三种常见的型式，即闸阀、蝴蝶阀和球阀 7、分段式明钢管上的作用力，按作用的方向可分为轴向力、法向力和径向力三种，径向力力使管壁产生环向拉应力。 8、根据所用材料的不同，蜗壳通常有金属蜗壳和混凝土蜗壳。较高水头（H大于40m）的水电站常用金属蜗壳。 9、水电站厂房按设备的组成可分为水流设备系统、电流设备系统、电器控制设备系统、 机器控制设备系统和辅助设备系统五个系统。 10、水电站生产电能的过程是有压水流通过水轮机，将水能转变为机械能，水轮机又带动水轮发电机转动，再将机械能转变为电能。 11、引水式水电站根据引水建筑物的不同又可分为坝后式和河床式两种类型。 12、拦污栅在立面上可布置成垂直的或倾斜式，平面形状可以是 平面也可以是多边形的。 13、水电站的引水渠道可分为自动调节渠道和非自动调节渠道两种类 该枢纽工程位西北某省A河上游干流上，其布置和工程参数如附件所示， 该水电站拟定主要设计参数 序号项目单位数值 1 最大水头m 125 2 最小水头m 86 3 多年平均水头m 92.5 4 设计水头m 88 5 总装机容量MW 360 （一）水轮机型号选型 1 根据该水电站的水头变化范围86~125m，在水轮机系列谱表3-3，表3-4中查出适合的机型有HL180和HL200两种。 2 主要参数选择 2.1 选取4台机组 2.2 转轮直径D1计算 单机容量：36万kw/4=9万kw （一)HL180水轮机 2.2.1查文献HL180转轮综合特性曲线可知机组效率M=90%;g =96% Nr=Ny/zg=360000/4*0.96=93750kw 查表3-6可得HL180型水轮机在限制工况下的单位流量'1M Q =860L/s=0.86m 3/S ，效率m=89.5%，由此可 初步假定原型水轮机在该工况下的单位流量'1 Q =' 1M Q =0.86m 3/S ，效率=92%。 上述的Q1’，和Nr=单机容量：36万kw/4=9万kw ；g=96% Nr=Py/zg=360000/4*0.96=93750kw ，Hr=88m 带入式 η r r 11'81.9r H H Q N D = 可得=3.83m ，选用与之接近而偏大的 标称直径=3.9m 。 2.2.2转速n 计算 查表3-4可得HL180型水轮机在最优工况下单位转速10M n'=67r/min,初步假定M 1010'n ' n = ，将已知的和av H =92.5m ，1 D =3.9m 代入式1 1 ' n n D H =可得n=165.2r/min ， 选用与之接近而偏大的同步转速n=166.7r/min 。（上式中'n 选用原型最优单位转速10 'n ，H 选用加权平均水头 Hav ） 2.2.3 效率级单位参数修正 ηηη1 D 1 D 10 'n ? ? ? ???--=-=?)5/1()^(1)1(11Mmax Mmax max D D K K M ηηηη）（ 一、原始资料及设计条件 1、概述 1.1工程概况 某水电站位于沅水一级支流巫水下游峡谷河段，下距会同县若水乡镇2km，距洪江市15km。坝址下游2km有洪江～绥宁省级公路从若水乡镇经过，交通较为便利。 该工程初拟正常蓄水位191m，迥水至高椅坝址，库容0.0708亿m3，装机16MW，是一座以发电为主，兼有防洪、旅游等综合效益的水电工程，枢纽建筑物由溢流闸坝、重力式挡水坝、右岸引水发电隧洞和引水式厂房组成。 1.2. 工程等别和建筑物级别 本工程以发电为主，兼有防洪、旅游等综合效益。水库正常蓄水位191m时库容为0.0708亿m3，电站装机容量为16MW。 2、水文气象资料 2.1洪水 各频率洪峰流量详见下表1。 （1）下坝址水位～流量关系曲线详见下表2。 表3 上坝址水位～流量关系曲线表（高程系统：85黄海） （3）厂址水位～流量关系曲线详见下表4。 表4 厂址水位～流量关系曲线表（高程系统：85黄海） 多年平均含沙量：0.089kg/m3 多年平均输沙量：22.05万t 设计淤沙高程：169.0m 淤沙内摩擦角：100 淤沙浮容重：0.9t/m3 2.4气象 多年平均气温：16.6℃ 极端最高气温：39.1℃ 极端最低气温：-8.6℃ 多年平均水温：18.2℃ 历年最高气温：34.1℃ 历年最低气温： 2.1℃ 多年平均风速： 1.40m/s 历年最大风速：13.00m/s，风向：NE 水库吹程： 3.0km 最大积雪厚度：21cm 基本雪压：0.25KN/m3 3、工程地质与水文地质 3.1工程地质资料 （1）该工程区地震基本烈度小于Ⅵ度，不考虑地震荷载。 （2）基岩物理力学指标如下 上坝址 饱和抗压强度：20～30MPa 抗剪指标：f砼/岩=0.6～0.65 抗剪断指标：f′砼/岩=0.8～0.9 c′=0.7～0.8MPa 下坝址 饱和抗压强度：15～25MPa 抗剪指标：f砼/岩=0.6～0.62 抗剪断指标：f′砼/岩=0.7～0.8 c′=0.70MPa 3.2坝址工程地质条件 （1）上坝址工程地形、地质条件 上坝址位于河流弯曲段下游，流向2790，基本为“U”型横向河谷。河床基岩裸露，高程181～184m，河床宽136m，水深0.5～3.0m。坝轴线上游100～350m，河床深槽较发育，一般槽宽20～40m，槽深11～14.5。当蓄水位192m 时，河谷宽161m ，左岸冲沟较发育，坝轴线上、下游分别分布2# 及3# 冲沟，边坡具下陡上缓特征，高程227m以下坡角450，以上坡角250，山顶高程271m ；右岸地形较平顺，上游有一小冲沟分布，边坡较陡峻，坡角350～450，山顶高程292m。 水工作业安全规程 1. 主题、适用范围 本标准规定了水工建筑物维护、水工机电设备运行维护、水上作业的安全要求。 本标准适用于。 2 本规程引用标准： 下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。在标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。 2.1 《电业安全工作规程》发电厂和变电所电气部分(能源部91) 2.2 《电业安全工作规程》热力和机械部分(电力部94) 2.3 《水电站大坝安全管理办法》电安(1997)25号 2.4 《电业安全工作规程》水工部分（福建省古田溪水力发电厂88） 2.5 《电力生产安全工作规程》国家电力公司（2000） 3 总则 3.1 通则 3.1.1 为切实保证水工作业人员在生产工作中的安全与健康，严格执行电力生产“安全第一，预防为主”的方针，防止设备和水工建筑物的损坏及其他事故的发生，特制订本规程。 3.1.2 各级领导、工作人员都应根据岗位安全责任的规定对本岗位负有安全责任，要充分发挥安全生产保证体系和监督体系的作用，严格监督本规程的贯彻执行。 3.1.3 凡在管辖区域从事水工工作的人员均应认真执行本规程，并按各自工种和工作性质，学习掌握本规程相关部分，定期进行学习考试，并经考试合格，方可上岗参加工作。 3.1.4 凡新参加工作的人员、临时工、实习生均必须学习本规程并经考试合格后方可进入水工生产现场参加工作或学习。 3.1.5 各级领导在安排水工生产工作时不得发出违反本规程的命令。工作人员在接到违反本规程的命令时，应提出意见，予以纠正，若发令人不予纠正，应报告上级主管部门。任 水电站复习思考题（1） 复习思考题（水轮机部分）（一） 1.水电站的功能是什么，有哪些主要类型？ 2.水电站的装机容量如何计算？ 3.水电站的主要参数有哪些（H、Q、N、N装、P设、N保），说明它们的含义？ 4.我国水能资源的特点是什么？ 5.水力发电有什么优越性？ 复习思考题（水轮机部分）（二） 1.水轮机是如何分为两大类的？组成反击式水轮机的四大部件 是什么？ 水轮机根据转轮内的水流运动和转轮转换水能形式的不同可分为反击式和冲击式水轮机两大类。 组成反击式水轮机的四大部件是：引水部件、导水部件、工作部件、泄水部件 2.反击式和冲击式水轮机各是如何调节流量的？ 反击式水轮机：水流在转轮空间曲面形叶片的约束下，连续不断地改变流速的大小和方向。 冲击式水轮机：轮叶的约束下发生流速的大小和方向的改变，将其大部分的动能传递给轮叶，驱动转轮旋转。 3.什么是同步转速，同步转速与发电机的磁极对数有什么关系？尾水管的作用是什么？ 同步转速：电机转子转速与定子的旋转磁场转速相同(同步)。同步转速与发电机的磁极对数无关。 尾水管的作用：①将通过水轮机的水流泄向下游；②转轮装置在下游水位之上时，能利用转轮出口与下游水位之间的势能H2；③回收利用转轮出口的大部分动能 4.水轮机的型号如何规定？效率怎样计算？ 根据我国“水轮机型号编制规则”规定，水轮机的型号由三部分组成，每一部分用短横线“—”隔开。第一部分由汉语拼音字母与阿拉伯数字组成，其中拼音字母表示水轮机型式。第二部分由两个汉语拼音字母组成，分别表示水轮机主轴布置形式和引水室的特征；第三部分为水轮机转轮的标称直径以及其它必要的数据。 水轮机的效率：水轮机出力（输出功率）与水流出力（输入功率）之比。?=P/Pw 5.什么是比转速？ n s 表示当工作水头H=1m、发出功率N=1kw时，水轮机所具有的转速n称为水轮机的比转速。 水电站课程设计——水轮机选型设计说明书 学校： 专业： 班级： 姓名： 学号： 指导老师： 第一节基本资料 (3) 第二节机组台数与单机容量的选择 (4) 第三节水轮机型号、装置方式、转轮直径、转速、及吸出高度与安装高程的确定 (5) 第四节水轮机运转特性曲线的绘制 (11) 第五节蜗壳设计 (13) 第六节尾水管设计 (16) 第七节发电机选择 (18) 第八节调速设备的选择 (19) 参考资料 (20) 第一节基本资料 一、水轮机选型设计的基本内容 水轮机选型设计包括以下基本内容： （1）根据水能规划推荐的电站总容量确定机组的台数和单机容量； （2）选择水轮机的型号及装置方式； （3）确定水轮机的轮转直径、额定出力、同步转速、安装高程等基本参数； （4）绘制水轮机的运转特性曲线； （5）确定蜗壳、尾水管的型式及它们的主要尺寸，以及估算水轮机的重量和价格；（6）选择调速设备； （7）结合水电站运行方式和水轮机的技术标准，拟定设备订购技术条件。 二、基本设计资料 某梯级开发电站，电站的主要任务是发电，并结合水库特性、地区要求可发挥水产养殖等综合效益。电站建成后投入东北主网，担任系统调峰、调相及少量的事故备用容量，同时兼向周边地区供电。该电站水库库容小不担任下游防洪任务。经比较分析，该电站坝型采用混凝土重力坝，厂房型式为河床式。经水工模型试验，采用消力戽消能型式。 经水能分析，该电站有关动能指标为： 水库调节性能日调节 保证出力 4万kw 装机容量 16万kw 多年平均发电量 44350 kwh 最大工作水头 39.0 m 加权平均水头 37.0 m 设计水头 37.0 m 最小工作水头 35.0 m 平均尾水位 202.0 m 设计尾水位 200.5 m 发电机效率 98.0% 《水电站》课程考核说明 一、关于课程考核的有关说明 《水电站》水利水电工程专业专科必修的一门主要专业课。通过本课程的学习，使学生掌握水电站组成建筑物及其功用、型式、设计原则及确定建筑物的尺寸；运用所学的基本理论选择合理的设计方案和计算方法，配合其它有关课程的学习，为今后从事水利水电工程设计、施工、管理和参与科研工作等打下基础。 1. 考核对象 浙江水利水电高等专科学校水利水电工程专业的学生。 2. 考核方式 本课程采用“知识＋技能＋态度”的考核方式，平时作业、平时表现、综合技能、期末考试相结合，满分为100分，及格为60分。 综合成绩=平时（考勤、表现、作业）成绩（20%）+ 综合技能成绩（30%）+期末成绩(50%) 3. 命题依据 本课程命题是依据是水利水电工程专业(专科) 水电站课程教学标准和为本专业编写教材《水电站》。 本考核说明是考试命题的基本依据。 4. 考试要求 本课程考试着重考核学生对水电站的基本概念、基本理论和基本计算技能的掌握情况。本考核说明对各章内容规定了考核知识点和考核要求，考试按了解、理解和掌握三个层次提出学生应达到的考核标准。 “了解”是最低层次的要求，凡是属于需要了解的知识点，要求对它们的概念有基本的了解。 “理解”是较高层次的要求，熟悉水工建筑物的基本理论和设计原则，能对相关问题进行分析和判断并得到正确的结论。 “掌握”是高层次的要求，凡是需要掌握的知识点，要求学生能运用所学的知识和方法选择合理的设计方案和计算方法，得出正确的设计和计算结果。 5. 命题原则 (1) 命题范围：在本课程教学大纲、《水电站》教材和考核说明所规定的内容和要求范围内命题，不得任意扩大和缩小考题范围。 (2) 试题的组成与覆盖面：命题应基本覆盖教材内容，同时要突出重点。试题的题量和难易程度要适当，其难易度分为容易、中等和较难三个层次，它们的组成比例约为30:50:20。 (3) 试题中各种能力层次的试题题量比例为：了解＜10%，理解20~30%，掌握60~70%。 6. 试题类型和结构 试题类型可分判断题、选择、填空题、问答题(含计算题)，组成比例约为10：20：30：40。 7. 答题时限：期末考试笔试时间为120分钟。 8. 其它说明：学生参加考试应带钢笔、铅笔、三角板或直尺、橡皮和计算器。 二、课程考核的内容和要求 ●模块1：水力发电概述 考核知识点： 1.水力发电的概念、水电站的开发方式、电站类型。 考核要求： 1.掌握水电站的开发方式、电站类型、特点及组成建筑物； ●模块2：水轮机及其选择 考核知识点： 1.水轮机的工作参数、水轮机的基本类型； 2. 蜗壳和尾水管的基本类型、特点、适用情况； 3. 水轮机效率、吸出高度和安装高程； 4. 水轮机相似条件、相似定律概念；掌握单位参数、比转速的定义， 水轮机特性曲线及组成； 5. 水轮机选择方法和步骤。 考核要求： 水工部2017级新员工培训12月考试试题答案 （水工维护） 姓名：____________ 分数：_________________________________ 一、填空题 1. 施工中防火安全注意事项：材料的防火处理、施工现场防火、电气防火、 消防设施的保护。 2. 受限和密闭空间工作现场配备符合国家标准要求的通风设备、气体检测设备、 照明设备、通讯设备、个人防护用品。 3. 受限和密闭空间作业是指作业人员进入封闭或者部分封闭，与外界相对 隔离，出入口较为狭窄，作业人员不能长时间在内工作，自然通风不良, 易造成有毒有害、易燃易爆物质积聚或者氧含量不足的空间内作业。 4. 水工现场安全生产作业，应坚持“安全第一、预防为主、综合治理”的方针。 5. 定置管理使用类型有三类：区域定置管理、仓库定置管理、特别定置管理。 6. 高空焊接、气割作业时，事先必须清除周围易燃物品，防止火星飞溅引起火 灾。 7. 封闭管理区巡视的周期为每周二次,进水口建筑物巡视周期为每月一次 8. 木工机械、风动工具、喷砂除锈、锻造、铆焊等噪声危害严重的作业，应配 备足够的防噪耳塞等防护用品。职工接触噪声强度应符合国家相关规范的 规定 9. 脚手架的钢管外径应为48mm-51mm，壁厚3mmr3.5mm扣件不得有裂纹、 气孔、砂眼、变形滑丝；钢管无锈蚀脱层、裂纹与严重凹陷。 10. 易产生毒物危害的作业场所，应采用无毒或低毒的原材料及生产工艺或通 风、净化装置或采取密闭等措施，并应配有足量的防护用品。 11. 混凝土搅拌机运转中途不准停机，也不得在满载时启动搅拌机。运转出料时， 严禁用工具或手进入搅拌筒内扒料。 12. 砌体工程施工所用的材料应有产品合格证书、产品性能检测报告。块材、水 泥、钢筋、外加剂等还有主要材料性能的进场复检报告。 13. 砌体施工时，楼面和屋面堆载不得超过楼板的允许荷载值。 14. 遇有丄级以上强风、浓雾、雷电等恶劣气候，不应进行露天高处作业。 15. 临时用电必须按规定敷设线路，选用的电线电缆必须满足用电安全性需要。施 工现场禁止使用双绞电线，绝缘导线临时在地面铺设或穿越道路埋设时必须加 钢套管保护。 选择题 1.水工大体积混凝土裂缝A类裂缝在—环境条件下列入日常维护或年度维修 进行处理。 A 一类二类三类 2.灌浆法施工时压水检查, 孔口压力为50%?80%^计灌浆压力，宜为 _ a。 (A) A 0.2 ?0.4MPa B 0.3 ?0.4MPa C 0.2 0.3MPa 3. 定期检查由大坝中心负责，大坝中心可委托水电站大坝主管单位组织实施定 期检查，定期检查一般每五年进行一次，检查时间一般不超过______ 年。（B）A半年 B 一年C 2 年 4. 根据《二滩水电站泄洪运行要求报告》的规定，我厂泄洪洞汛期间歇性检查 前提条件是：单条泄洪洞累计泄洪达______ 小时，就需要进行检查。（ B ） 培训班考试题目及答案 1、原来常用A、B、C表示三相，用CT表示电流互感器，用PT表示电压互感器，现在用什么代号（5分）答：U、V、W表示三相；TA表示电流互感器；TV表示电压互感器。 2、发电机同期有几个条件每种条件的误差要求是多少（10分） 答：四个条件： ①发电机的相序要和电网的相序一致。 ②发电机电压与电网电压相差为±5％Ue。 ③发电机频率与电网频率相差为±。 ④发电机的电压相位与电网电压相位相差应≤±150～200。 3、励磁装置起什么作用目前多采用什么形式的励磁系统（5分） 答：给转子提供可控的直流电压与直流电流。 目前多采用“微机型自并励系统”。 4、水电站和变电站的计算机系统常用什么网络（5分） ①现场总线网，一般用RS485作通讯口，速度较慢； ②现场总线网加以太网； ③ PLC直接上以太网； ④双以太网； ⑤环行以太网。 5、LCU的意思是什么（5分） 现地控制单元（Local Control Unit） 6、对保护装置的四项要求是什么（10分） ⑴选择性； ⑵速动性； ⑶灵敏性； ⑷可靠性。 7、水电站综合自动化系统由哪些部分组成（10分） 答： ?1、上位机及网络系统（现场总线网、以太网）； ?2、水机自动化控制（LCU）屏； ?3、公用系统控制（LCU）屏； ?4、发电机、变压器、线路等监控保护屏； ?5、开关站控制（LCU）屏； ?6、闸门控制（LCU）屏； ?7、测温制动屏； ?8、同期屏（含自动准同期及手动同期） ?9、全电子式电度计量屏 ?10、直流电源屏 ?11、站用交流屏 ?12、微机励磁系统； ?13、微机调速器系统。 8、什么是直流高频充电模块的N+1设计（5分） 答：即如果需要2块高频充电模块，则配置3个模块（N+1），以保证直流充电的可靠性。 9、水机自动控制（LCU）屏是作什么的采用什么技术（10分） ⑴完成机组的自动开机、停机； ⑵自动调节发电机有功功率、无功功率； ⑶机组的电量与非电量的测量； ⑷水机的保护； ⑸与上位机通讯； ⑹采用PLC（可编程控制器）技术。 10、TV（PT）输出的额定电压是多少TA（CT）输出的额定电流是多少（5分） 答：TV输出额定电压是100V；TA 输出额定电流是5A 或1A。 11、数字化变电站组成的三个条件是什么（5分） 答：1、智能化的一次设备； 2、网络化的二次设备； 3、自动化的运行管理系统。 12、什么是高油压的调速器它有什么特点（5分） 答：采用16Mpa 以上油压的调速器是高油压调速器； 高油压调速器体积小，用油省，采用充高压氮气的油囊来缓冲油压，不用高压压缩空气补气，可省去高压空气压缩机。 13、许多设备（变压器、发电机、母线、馈线、大型电动机等）都采用差动保护，差动保护的基本工作原理是什么（5分） 答：这些设备工作正常时，流入该设备的电流应该等于流出的电流（以电流互感器的副边计算），如果流入某设备的电流不等于流出该设备的电流时，输入与输出的电流不相等时，表示设备内部有故障，此时电流有差值，进行保护的动作，称为差动保护。 14、励磁系统在并网前和并网后调节时，对发电机调节什么（5分） 答：励磁系统在并网前调节发电机的电压，在并网后调节发电机的无功功率。 15、变电站与水电站的“五防”要求是什么内容（5分） 答： 1、防止带负荷分、合隔离开关； 2、防止误分、误合断路器、负荷开关； 3、防止接地开关处于闭合位置时关合断路器、负荷开关； 4、防止在带电时误合接地开关； 5、防止误入带电室（只有间隔室不带电时，才能开门进入间隔室）。 16、调速器在并网前和并网后调节时，对发电机调节什么（5分） 答：调速器在并网前调节发电机的转速与频率，在并网后调节发电机的有功功率。 ～祝大家身体健康，万事如意！～ 第一章原始资料及设计条件 1.1 概述 1.1.1 工程概况 某水电站位于沅水一级支流巫水下游峡谷河段，下距会同县若水乡镇2km，距洪江市15km。坝址下游2km有洪江～绥宁省级公路从若水乡镇经过，交通较为便利。 该工程初拟正常蓄水位191m，迥水至高椅坝址，库容0.0708亿m3，装机16MW，是一座以发电为主，兼有防洪、旅游等综合效益的水电工程，枢纽建筑物由溢流闸坝、重力式挡水坝、右岸引水发电隧洞和引水式厂房组成。 1.2工程等别和建筑物级别 本工程以发电为主，兼有防洪、旅游等综合效益。水库正常蓄水位191m时库容为0.0708亿m3，电站装机容量为16MW，根据水利水电工程等级划分的规定，工程规模为小（1）型，工程等别为Ⅳ等。永久性建筑物闸坝、电站厂房等属4级建筑物，临时建筑物属5级。 1.2 水文气象资料 1.2.1 洪水 各频率洪峰流量详见下表 表1-1 坝址洪峰流量表 1.2.2 水位～流量关系曲线： 表1-2 下坝址水位～流量关系曲线表高程系统：85黄海 表1-3 上坝址水位～流量关系曲线表 高程系统：85黄海 表1-4 厂址水位～流量关系曲线表 高程系统：85黄海 多年平均含沙量：0.0893/m kg ； 多年平均输沙量：22.05万t ；设计淤沙高程：169.0m ；淤沙内摩擦角：10?；淤沙浮容重：0.93/m t 。 1.2.4 气象 多年平均气温：16.6?C ；极端最高气温：39.1?C ；极端最低气温：-8.6?C ；多年平均水温：18.2?C ；历年最高气温：34.1?C ；历年最低气温：2.1?C ；多年平均风速：1.40s m /； 历年最大风速：13.00s m /，风向：NE ；水库吹程：3.0km ；最大积雪厚度：21cm ；基本雪压：0.252/m KN 。 1.3 工程地质与水文地质 1.3.1 工程地质资料 (1)该工程区地震基本烈度小于Ⅵ度，不考虑地震荷载。 (2) 基岩物理力学指标 上坝址：饱和抗压强度：20～30MPa ；抗剪指标：岩砼/f =0.6～0.65；抗剪断指标： 《水电站》课程标准 课程代码：132011009 课程学时：64 课程学分：4 课程类型：理实一体 课程性质：专业岗位核心课程 1．课程概述 1.1 课程性质与定位 水电站是水利水电建筑工程、水利工程等水利类专业的一门专业岗位核心课程，涉及的课程和知识面广泛，对学生职业能力培养和职业素养养成起主要支撑和明显促进作用。通过本课程的学习，使学生获得有关水电站建筑物的基本理论、基本知识与基本技能，训练和培养学生综合的思维方法及分析问题和解决问题的能力，为今后从事水电站工程规划的设计打下基础。 《水电站》课程应在学完《建筑材料与测试技术》、《水利工程制图》、《土力学与工程地质》、《工程水文及水利计算》、《工程力学》、《水工钢筋混凝土结构》《水力学》等课程后学习；其后续课程为《水利工程施工技术》、《水利工程造价与招投标》、《水工建筑物设计与施工》、《水利工程管理》等。 1.2 课程设计思路 (1) 该课程是依据CDIO工程教育理念设置的。 总体设计思路是，打破以知识传授为主要特征的传统学科课程模式，转变为基于CDIO的教学模式，教学做一体化。依托行业，以典型的水利工程项目为对象，组织学生学习相关的知识、培养相应的职业能力。 (2) 增强职业岗位能力，理论教学与实践教学融合 每个模块中理论教学和实训教学（包括认识实训、现场教学、仿真模拟、综合实训、顶岗实践）紧密结合、交替进行、互补共进、形成一个完整体系。加强理论实践一体化建设。 理论教学注重建筑物的型式、功能、适用条件、结构和构造以及设计方法和程序；以专职教师授课为主；实践教学则边看、边学、边做，加深工程理念，锻炼工程岗位动手能力，培养职业基本素质。以兼职教师讲课和现场教学为主。 (3) 以典型工程为载体，组织课程教学环节 以学生实际工作岗位的能力要求，以典型工程设计、施工、监理等具体过程组织课堂教学。 教学过程中以典型实际工程为教学载体，工程实例贯穿于教学全过程中。实现从书本到现 1．水在某一温度下开始汽化的临界压力称为该温度下的汽化压力。（2）答： T 2．由于水轮机过流流道中低压区达到（或低于）该温度下水的汽化压力引起的 周期性的气泡产生、破灭而破坏水轮机过流金属表面的现象称为水轮机的汽蚀现象。（2） 答： T 3．水轮机安装高程确定的越高，则水下开挖量越小，水轮机也不容易发生汽蚀。（2） 答： F 4．满足几何相似的一系列大小不同的水轮机，称为同轮系（或同型号）水轮机。（2） 答： T 5．同轮系两水轮机动力相似就称此两水轮机为等角工作状态。（2）答： F 6．使水轮机达到额定转速，刚发出有效功率时的导叶开度a x称为空转开度。（2）答： F 7．冲击式水轮机通过改变导叶开度 a 0来调节机组转速，而反击式水轮机通过改变喷嘴开度来调节机组转速。（2） 答： F 8．水轮机随着机组负荷的变化而相应地改变导叶开度，使机组转速恢复并保持 为额定值或某一预定值的过程称为水轮机调节。（ 2）答： T 9．机械液压调速器调节性能优良，灵敏度和精确度高，成本低，便于安装调 整。（2） 答： F 10．主配压阀直径在80mm 以上的为大型调速器， 60mm 以下的为小型调速器。（ 2） 答： F 11．水电站进水口的功用是引进符合发电要求的用水。（3） 答： T 12．潜没式进水口，在一定的水压之下工作，以引进深层水为主，适用于从水位变化幅度较小的水库中取水。（3） 答： F 13．潜没式进水口不能单独布置，必须和挡水建筑物结合在一起。（3） 答： F 14．有压进水口在布置需要时可能略低于运行中可能出现的最低水 位。（ 3） 答： F 15．事故闸门（工作闸门）在布置时应位于检修闸门下游侧。（3） 答： T 16．通气孔的位置应在有压进水口的事故闸门之前，作用：引水道充气时用以排气，事故闸门紧急关闭放空引水道时，用以补气以防出现有害真 空。（3） 答： F 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Z s 的计算方法如下： 0/2s s Z H b ω=?++ 式中ω?为设计尾水位，取正常高尾水位1581.20m ；0b 为导叶高度，1.5m ； s H 为吸出高度，m 。 其中，10.0()900 s m H H σσ? =- -+? 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 σ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 σ=0.20， σ?为气蚀系数的修正值，可在教材P52页图2-26中查得σ?=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H max 及其对应工况的m σ进行校核计算。 10.0()900 s m H H σσ? =- -+?=10.0-1580900-(0.2+0.029)?38=-0.458 0/2s s Z H b ω=?++=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 D 1 D 2 D 3 D 4 D 5 D 6 b 0 h 1 h 2 h 3 h 4 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17.6×410kW ，电站共设计装4台机组，故每台机组的单机容量为17.6×410kW ÷4=4.4×410kW 。 由水轮机出力公式：9.81N QH QH ωγ===4.4×410kW 式中：Q 为水轮机设计流量（3/m s ）； H 为设计水头，m ；由设计资料得H=38.0m 。 所以，4×10//=118.039.81 4.4Q N H ω=?=（9.8138.0）（3/m s ） 水电站题库及答案 GE GROUP system office room 【GEIHUA16H-GEIHUA GEIHUA8Q8- 1．水在某一温度下开始汽化的临界压力称为该温度下的汽化压力。（2）答：T 2．由于水轮机过流流道中低压区达到（或低于）该温度下水的汽化压力引起的周期性的气泡产生、破灭而破坏水轮机过流金属表面的现象称为水轮机的汽蚀现象。（2） 答：T 3．水轮机安装高程确定的越高，则水下开挖量越小，水轮机也不容易发生汽蚀。（2） 答：F 4．满足几何相似的一系列大小不同的水轮机，称为同轮系（或同型号）水轮机。（2） 答：T 5．同轮系两水轮机动力相似就称此两水轮机为等角工作状态。（2） 答：F 6．使水轮机达到额定转速，刚发出有效功率时的导叶开度a 称为空转开度。 x （2） 答：F 来调节机组转速，而反击式水轮机通过改变7．冲击式水轮机通过改变导叶开度a 喷嘴开度来调节机组转速。（2） 答：F 8．水轮机随着机组负荷的变化而相应地改变导叶开度，使机组转速恢复并保持为额定值或某一预定值的过程称为水轮机调节。（2） 答：T 9．机械液压调速器调节性能优良，灵敏度和精确度高，成本低，便于安装调整。（2） 答：F 10．主配压阀直径在80mm以上的为大型调速器，60mm以下的为小型调速器。（2） 答：F 11．水电站进水口的功用是引进符合发电要求的用水。（3） 答：T 12．潜没式进水口，在一定的水压之下工作，以引进深层水为主，适用于从水位变化幅度较小的水库中取水。（3） 答：F 13．潜没式进水口不能单独布置，必须和挡水建筑物结合在一起。（3） 答：F 14．有压进水口在布置需要时可能略低于运行中可能出现的最低水位。（3）答：F 15．事故闸门（工作闸门）在布置时应位于检修闸门下游侧。（3） 答：T 16．通气孔的位置应在有压进水口的事故闸门之前，作用：引水道充气时用以排气，事故闸门紧急关闭放空引水道时，用以补气以防出现有害真空。（3） 答：F 17．充水阀作用是开启闸门前向引水道充水，平衡闸门前后水压，以便在静水中开启闸门，从而减小启门力。（3） 答：T 18．自动调节渠道的渠顶高程沿渠道渠长不变，渠道断面也逐渐加大。（3）答：T 《水电站》课程设计水轮机的选型设计 专业：XXX 班级: XX 姓名：XXX 学号：XXX 指导教师：XXX 【摘要】 本说明书共七个章节，主要介绍了大江水电站水轮机选型，水轮机运转综合特性曲线的绘制，蜗壳、尾水管的设计方案和工作原理以及调速设备和油压装置的选择。主要内容包括水电站水轮机、排水装置、油压装置所满足的设计方案及控制要求和设计所需求的相关辅助图和设计图。系统的阐明了水电站相关应用设备和辅助设备的设计方案的步骤和图形绘制的方法。 【关键词】 水轮机、综合运转特性曲线图、蜗壳、尾水管、调速器、油压装置。 【Abstract】 Curriculum project of hydro station is a important course and practical process in curriculum provision of water-power engineering major . There are more contents and specialized knowledge in the curriculum project , which make students not to adapt themselves quickly to complete the design . In this paper , characteristic of the curriculum project is analyzed , causes of in adaptation to the curriculum project in students are found , rational guarding method are proposed , and a example of applying the guarding method is given . The results show that using provided method to guard student design is a good method, when teaching mode and time chart are given , students are guarded from mode of thinking and methodology , and design step are discussed and given . After the curriculum project of hydro station, the capability of students to solve practical engineering problems is improved , and the confidence to engage in design is strengthened . 【Keyword】 Curriculum project of hydro station; guarding method ; mode of thinking ; methodology; design step. . . 水电站课程设计 ——水轮机选型设计说明书 学校： 专业： 班级： ： 学号： 指导老师： 第一节基本资料 (3) 第二节机组台数与单机容量的选择 (4) 第三节水轮机型号、装置方式、转轮直径、转速、及吸出高度与安装高程的确定 (5) 第四节水轮机运转特性曲线的绘制 (11) 第五节蜗壳设计 (13) 第六节尾水管设计 (16) 第七节发电机选择 (18) 第八节调速设备的选择 (19) 参考资料 (20) 第一节基本资料 一、水轮机选型设计的基本内容 水轮机选型设计包括以下基本内容： （1）根据水能规划推荐的电站总容量确定机组的台数和单机容量； （2）选择水轮机的型号及装置方式； （3）确定水轮机的轮转直径、额定出力、同步转速、安装高程等基本参数； （4）绘制水轮机的运转特性曲线； （5）确定蜗壳、尾水管的型式及它们的主要尺寸，以及估算水轮机的重量和价格；（6）选择调速设备； （7）结合水电站运行方式和水轮机的技术标准，拟定设备订购技术条件。 二、基本设计资料 某梯级开发电站，电站的主要任务是发电，并结合水库特性、地区要求可发挥水产养殖等综合效益。电站建成后投入东北主网，担任系统调峰、调相及少量的事故备用容量，同时兼向周边地区供电。该电站水库库容小不担任下游防洪任务。经比较分析，该电站坝型采用混凝土重力坝，厂房型式为河床式。经水工模型试验，采用消力戽消能型式。 经水能分析，该电站有关动能指标为： 水库调节性能日调节 保证出力 4万kw 装机容量 16万kw 多年平均发电量 44350 kwh 最大工作水头 39.0 m 加权平均水头 37.0 m 设计水头 37.0 m 最小工作水头 35.0 m 平均尾水位 202.0 m 设计尾水位 200.5 m 发电机效率 98.0% 一、计算题 1、已知水轮机为HL240—LJ —120，水电站的H max =37m, H P =31m, H min =25m,尾水位为180 m ，各水头对应的气蚀系数为：H max 时，22.0=σ，H P =31m 时，23.0=σ，H min =25m 时，24.0=σ。坐环高度b 0=0.365D 1，确定水轮机的安装高层。（20分） 解：1）计算吸出高度 ()H ?--?-=σσ900 10s H 可得吸出高度分别为0.18，1.43，2.8。 2）计算安装稿酬4.18020=+ +?=b H Z s a 取吸出高度为179.4米 2、已知水管直径D=1.8m,管长L=120m,流速V=5m/s,静水头H 0=60m,波速a=990m/s,阀们的关闭时间T s =5s,计算从全开到全关的水锤压强。（20分） 解：1）直接与间接判断 T s =2L/a=0.24s<5s 为间接水锤 2）第一相与末相判断 204.021.4200 ==== s T gH LV gH aV σρ 属末相水锤。 3）227.0221=-=σ σξ △H=13.63m 考虑水锤时的总水头为73.63米。 3、已知水管直径D=1.8m, 静水头H 0=60m, 水锤的动水压力△H=13.63m ，钢管[]a MP 4.129=σ，焊缝系数95.0=φ，计算压力水管管壁厚度。（20分） 解：计算内压：H=60+13.63=73.63m P=γH=0.722MP a 管壁厚度[] mm t 6.828.0Pr =+= σφ 取t=10mm t D <=+25.6480 t mm D >=.5.13130 1不满足抗外压稳定，需设置刚性环。 4、已知水轮机为HL240—LJ —120，水电站的H max =37m ，H P =31m, H min =25m ，尾水位为180 m ，设计流量为9.2m 3/s ，坐环直径为2.06m ，确定水轮机的蜗壳尺寸。（10分） 解：水电站课程设计报告
水电站第二次作业
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峡阳水电站水工作业安全规程
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