设 计 任 务 书
合肥工业大学土木与水利学院
水利水电工程系
2011年12月
一、课程设计的目的和意义
1、目的
本课程设计是以《水力学》、《土力学》等课程为基础、以《水力机械与电气设备》、《水电站建筑物》两门专业课程内容为应用，是水利水电专业学生必修的重要教学环节之一。要求每个学生综合运用所学的有关专业基础课、专业课和工程知识，独立、系统、全面、深入地完成规定的设计任务，提交高质量的设计成果。
2、意义
（1）进一步熟悉水电站过水系统水力分析、计算方法； （2）巩固和加深水电站厂房部分的理论知识，使之系统化； （3）培养学生运用所学知识解决实际问题的能力和独立工作的能力；
（4）进一步培养学生计算、绘图、编写计算说明书的基本技能，强化应用有关手册、参考图集、规范等基本技能的训练；
（5）养学生严肃负责、实事求是和刻苦钻研的工作作风。
二、课程设计的基本要求
本课程设计的重点是本引水式水电站过水系统水力分析计算，调压室设计计算、主厂房内部主机组设备选型及其轮廓尺寸的确定，并进行各剖面的布置设计。设计图纸的绘制应符合工程图纸的要求，计算说明书应能说明设计内容，并且文字通顺，书面整洁。本课程设计学分2.0，集中两周完成，具体时间安排如下表：
序号 1 2 3 4 5 6 7 内 容 布置设计任务，熟悉资料，借参考资料 过水系统水力分析计算、确定机组 调压室及高压管道设计 确定厂房的轮廓尺寸及布置图 编写设计说明书 成果答辩及机动时间 总学时数 时间（天） 1 2 2 3 1 1 10 三、课程设计的注意事项
本水电站课程设计除了不要编制设计任务书之外(编制设计任务书一般由指导教师承担)，其它均需按正规的设计工作的固定程序进行。即要进行设计构思、方案的论证、计算分析、绘制工程图、编制水电站课程设计说明书和计算书。这是一项艰苦的、创造性的理论联系实际的劳动过程。本指导书适用于水利水电工程专业本科生的教学，设计要求如下：
1、课程设计是在教师的指导下，由学生独立进行的，在设计过程中要培养学生独立思考和独立工作能力。 2、在学生与教师研究问题时，学生应在充分钻研的基础上，事先提出自己的看法和意见，再与指导教师讨论。教师在回答问题时，应提出启发性的意见，解决问题的途径和工作方向，介绍文献或提出建议等。
3、为保质按时完成设计任务，学生应了解各阶段的设计内容和比重，结合自己的实际情况，参考建议的时间进度，做出控制性的时间安排。
四、课程设计的内容和任务
水电站课程设计的时间约为2周左右，对水利水电工程专业的大学生而言，要想在短短的2周左右的时间内完成水利水电枢纽工程各阶段的组成建筑物的规划、设计工作是不可能的，只能通过对某一设计阶段的某些建筑物作重点设计，并通过其他手段和措施使学生注意和掌握工程设计的全过程。本次水电站课程设计
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的内容主要包括：
1、进行拟开发水电站系统的引水道水力计算、调压室调节保证计算、高压管道水击计算； 2、根据特征水头和装机容量，进行水轮机和发电机的选型；
3、根据装机容量和所选定的水轮发电机组的参数，进行调速器、油压装置和起重设备等主要辅助设备的选择；
4、进行厂区和厂房内部布置，决定厂房的轮廓尺寸；
5、绘制设计图纸5张（引水线路图、枢纽布置图、厂房横剖面图、发电机层及水轮机层平面图） 6、编写设计说明书一份，说明工程概况、设计依据、设计参数比选、各建筑物尺寸的确定过程。
五、课程设计应提交的成果
1、应提交以下设计成果：
(1)图纸：1/10000引水道平面布置图；1/500工程枢纽布置图；1/100 －1/200厂房横剖面图、厂房发电机层、水轮机层水平布置图。至少2张为手绘图，至少2张CAD绘图，要求制图正确，布局合理，主次分明，比例适当，线条清晰，尺寸齐全，必要时应有简明注解。
(2)设计计算说明书一份（约15～20页），内容包括：工程概况及基本资料；水电站在整个枢纽中的位置及厂房枢纽布置概述；厂房各项主要高程及主要尺寸的决定及所考虑的因素；厂房各层的布置及考虑因素；副厂房布置；厂内外交通条件等。说明书应文字通顺，字迹工整，论据充足。设计计算说明书应反映设计者的设计思想、使用的方法和设计者分析能力。其要求是： 1）设计主要成果的说明；
2）对采用的设计参数、理论依据的说明；
3）章节分明、简明扼要、文理通顺、字迹工整，既有计算成果又有分析论证和明确结论，必要时，使用附表和插图。
2、考核办法：
组织2名专业老师进行设计的评阅工作，给出评阅成绩，集中安排1天时间，进行每个学生的答辩工作，给出答辩成绩。
六、主要参考资料
1. SD303—88《水电站进水口设计规范》 2. SDn34—84《水工隧洞设计规范》 3. SD335—89《水电站厂房设计规范》
4. DL／T5058一1996《水电站调压井设计规范》 5. SD335—92《水电站压力钢管设计规范》
6. 水利水电规划设计总院．水工设计手册(水电站建筑物)．水利电力出版社，1989 7．金钟元编. 水力机械(第二版). 中国水利水电出版社，1995. 8．马善定编. 水电站建筑物. 中国水利水电出版社，1985. 9．董毓新编. 水电站建筑物(第三版). 清华大学出版社，1993. 10．安徽省水利水电勘测设计院编. 小型水电站设计图集. 1986.
七、说明
本教学大纲适用于水利水电工程专业本科生的教学。设计方法要求如下：
1）课程设计是在教师的指导下，由学生独立进行的，在设计过程中要培养学生的独立思考和独立工作能力。
2）在学生与教师研究问题时，学生应在充分钻研的基础上，事先提出自己的看法和意见，再与指导教师讨论。教师在回答问题时，应提出启发性的意见，解决问题的途径和工作方向，介绍文献或提出建议等。
3）为保质按时完成设计任务，学生应了解各阶段的设计内容和比重，结合自己的实际情况，参考建议的时间进度，做出控制性的时间安排。
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《水电站课程设计》指导书
1、水利工程概况
对工程建设的意义、工程所在区域的气候条件、水文工程地质条件、水电站的水能开发条件及其在电网中的地位等基本资料进行搜集整理，消化吸收。
1.1工程综合说明
HF是安徽省的政治、经济、文化中心，也是全国重要的科教基地，位于江淮之间，正以“快速、健康、持续”发展为目标，逐步建成全方位、多功能、综合性的现代化大城市。DP水库位于南淝河上游，HF西北部，流域面积207.5平方公里，水质良好，是HF的优质供水源。HF市已动工兴建的DFY水库，可与DP水库联合运行，对流域内优质水加大了调节度，但因两库天然来水量少，依然无法满足HF市对优质水的需要量。九五年以来，利用DP水库和P灌区的滁河干渠相通的特点，已从P灌区引水入肥。供水工程，就是修建供水专线，连接DP水库、DFY水库和其上游的三大水库。从P灌区总干渠把产自大别山的天然优质水引入供水专线，经南淝河，入DP水库，源济HF市的城市供水，实现HF市供水工程规划提出的目标。
1.2 水文气象及自然地理
供水工程地处安徽省P灌区内，界于滁河干渠与大蜀山分干之间。P灌区位于东经116.4。至117.6。，北纬31.5。至32.5。，地处安徽省中西部地区，辖六安地区的寿县、六安、舒城、HF市的肥东、肥西、长丰等县市，是一个以灌溉为主，兼营水力发电、城市供水、航运、水产和多种经营的大型综合利用水利工程。灌区周边：西抵P河；北以22.5米高程的沿淠洼地、正南洼地、寿西湖洼地和瓦埠湖的边缘以及朱集、庄墓提灌区为界；东边与炉桥、驷马山两提灌区接壤；南以杭埠河灌区以及肥西、肥东、HF市郊区的沿巢提灌区为界。供水工程所属的P灌区，地处湿润季风气候带。其特征是：季风显著，雨量集中。灌区气候受冷锋、低涡及台风等因素影响，冬冷夏热，四季分明，无霜期较长，光、热、水配合良好，适宜各类农作物生长。由于本域属于气候上的过渡带，年际间季风强弱程度不同，进退的早迟不一，因而年际气候变化较大，造成雨水不均，常引起旱涝灾害。据气象站资料，本地区多年平均气温为14.6－15.6℃。一年中最热是7月份，月平均气温为27.2－28℃，极端最高气温多年平均38℃左右；最冷是1月份，月平均气温1.4℃，多年平均极端最低气温为零下10℃左右。全灌区无霜期多年平均210－230天，年际差别较大，最长可达270天，最短为170天。一般年份初霜出现在11月上旬，终霜在次年3月下旬结束，初霜出现一般北早南迟，山区早于丘陵，而终霜则相反。
由于地处湿润季风气候带，灌区四季分明，降雨蒸发年际间差别很大。例如干旱年份：1966年、1967年和1978年均为大旱年，年度雨量分别为557.0毫米、661.0毫米及531.6毫米，只有多年平均值的56.3%，66.9%和53.8%，主要灌溉期的雨量分别为264.5毫米、298.3毫米及302.0毫米，只有多年平均值的 38.9%、43.9%和 44.5 %。同时干旱年份降雨量小而蒸发量大。这三年全年度的灌区平均蒸发量分别为1426.6毫米、1354.8毫米及1286.3毫米，为多年平均值的的127%、120%及114%；主要灌溉期的灌区平均蒸发量分别为1059.4毫米、987.5毫米及933.8毫米，为多年平均值的134%、124%及118%。 而雨量充沛年份如：1954、1975和1991年，年度雨量分别为 1602.6毫米、1372.6毫米及 1512.8毫米，占多年平均值的 162.1%，138.9%和153%。这三年全年度的灌区平均蒸发量分别为 900.2毫米、907.1毫米及816.7毫米，为多年平均值的的85 %、85.6%及 77.3%。
1.3 工程地质
供水工程上段自P河总干渠将军岭枢纽，设进水闸布专线至袁湾村附近，下段利用袁湾河，经南淝河入DP水库。供水专线沿线为低山区和岗区，地形沿拟建专线高低起伏不平。总体地势：从专线进口（将军岭闸枢纽）副出口（袁湾村附近）逐渐降低，地面高程26～50m。进出口自然落差约24米。根据工程地质勘察报告，供水专线地层在勘探范围内自上而下依次是：堤身填土、中～重粉质壤土、粉质粘土和粘土、全风化砂岩、强风化砂岩5层。第1至第4层呈紫红色，稍湿、坚硬；强风化砂岩层未揭穿，也呈紫红色，稍湿、坚硬。从将军岭闸到袁湾村地段，地层主要以3层粘土、粘质粘土为主，局部地段为2层中～重粉质壤土。第3层层位相对稳定，强度较高，工程地质条件较好，但土具有弱膨胀性。2层土由于压缩变形略偏大，条件相对较差，但也能满足轻型建筑物对地基的要求。供水专线基本位于肥西县境内，地层均为中生界侏罗系以来地层，地震烈度为六度，对本工程对抗震可不做特别要求。工程所在场地内无明显含水地层，地下水为潜水或上层滞水，地下水位大致随地形起伏变化。工程勘察期间测得地下稳定水位为0.75～6.10m，高程32.80～46.10m。场地内未发现明显的污染源。
1.4 水电站工程
本电站是该引水工程的重要组成部分，根据工程总体布置：设计引水流量18m3/s，引水线进口（将军岭闸枢纽）至出口（袁湾村附近的袁湾）地势逐渐降低，其中：进水口将军岭渠底高程42.0m，多年平均设计水位47.2m，最高洪水位49.0m；袁湾河最低水位26m，多年平均设计水位26.5m，100年一遇洪水位29.98m。
2、水电站引水系统设计
(1)引水线路选择
引水管定线的原则如下：1)与城乡规划相结合；2)为节省投资，尽量缩短线路长度；3)减少拆迁，少占农田；4)便于管渠施工与运行维护；5)保证引水水量及水质的安全。
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由水源引水，在供水工程中，通常采用双路管线，目的在于增加供水保证程度，但同时也增加了工程投资和水头损失。在本项目中，可考虑引水系统的水先进入D水库，然后才进入净水厂，有了D水库的调节，引水系统可采用一条，以节省投资。此项完成后应绘制出1/100000引水道平面布置图(参见图1)。
(2)引水系统断面型式选择
线路确定以后，须对引水系统断面形式进行分析，比较明渠引水、无压暗管引水和压力管引水等若干方案的优劣，从便于管理，保护水质、水量、少占农田的角度出发，选择压力管引水形式。
1)型式选择：压力管引水断面形式主要比较3种：即门洞型、圆管型、矩型。
2)断面尺寸选定：根据引水线路沿线地面地形情况，以及工程设计引水流量确定合适的引水管道断面尺寸。 (3)引水系统水力设计
据工程地质勘察报告，勘探区为低山区和岗区，应该注意地形沿拟建管（渠）线总地势从拟建管（渠）线进口到出口逐渐降低。
1)进水闸布置(不要求设计)
2)电站引水系统水力计算 引水系统的主要任务是向H市D水库供水，以补充H市水量之不足，因此水力设计的任务是在满足供水流量的前提下，充分利用地形自然落差，而使过水断面较小，投资较省。同时该引水管路也是电站动力引水系统，须根据前述选定的引水系统线路长度、沿程水力坡降、管道断面形式及尺寸、合理确定管路的糙率系数，根据长距离输水的水力学计算方法，计算出合理的引水流速、局部水头损失和沿程水头损失等重要水力要素。
3)电站压力管道水击计算及调压室稳定计算：根据公式计算压力管道特征水击值；确定调压室尺寸如内径、混凝土壁厚、调压室地板高程等，室顶高程经涌浪估算拟定，确定调压室总高度。
3、水电站布置设计
(1)水电站厂房
1)布置方案 根据集中利用水头原则，厂区应布置合适的位置如袁湾附近，同时要结合调压室的位置及结构、压力引水管道进水方向、水头损失最小、以及具体地形地质等要求，确定厂房位置。 2)厂区布置 水轮机安装高程,发电机层高程按D水库百年一遇（29.98m）控制定为31.0m。副厂房拟布置位置，尾水管下接尾水明渠，进泄水小支流后流入袁湾河，进D水库，进厂房和变电站公路。此项完成后应绘制出1/500工程枢纽布置图(参见图2)。 (2)主要机电及金属结构设计
1) 主要机械设备选择：水轮发电机组及主要附属设备选择参考表1.
表1 可供选择的水轮机参数表 转轮型号 转轮直径（m） 设计水头（m） 设计流量（m3/s） 额定出力（kW） 额定转速(r/min) 额定点效率(%) 最高效率(%) 机组造价(万元)
ZD560 1400 11.0 9.29 842 300 84 85 约97.5 ZD660 1100 11.0 8.84 839 500 88 90 约75 9-5
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图1 引水渠线布置平面图
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图2 水电站枢纽布置地形图
2)辅助设备选择 包括起吊设备、选用空压机为机组制动和检修提供气源、技术供水采用水泵供水、检修排水和渗漏排水合用一套自吸离心泵、油系统等设备设施的布置，主要设备可参考表2。
表2 水力机械主要设备材料表 序号 名称 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 水轮机 发电机 调速器 励磁装置 行车 供水泵 排水泵 空压机 压力滤油机 齿轮油泵 立柜式空调器 台钻 手电钻 手提砂轮机 交流电焊机 型号规格 ZD660-LH-110 SF800-12/1430 MMT-600 静止可控硅 起重量10t跨度6.5m IS100-80-160，Q=100m3/h H=32m 3TC-15，Q=40m3/h H=15m 排气压力0.8Mpa，排气量1.5 m3/min LY-50 2CY-3.3/3.3 冷暖两用，制冷（热）量12000W Z512 J3Z19 S3S-150 单位 台 台 台 套 台 台 台 台 台 台 台 台 台 台 台 数量 2 2 2 2 1 2 2 2 1 1 1 1 1 1 1 备 注 3）主、副厂房电气设备布置 对发电机层进行励磁屏、自动化屏、测温屏和机旁动力箱等设备进行布置。副厂房布置在主厂房下游侧可分为二层。底层（与水轮机层同高程）一般设励磁变压器室；上层设中央控制室和高压开关室、低压配电室等。
4）变电站布置 变电所一般布置于厂房不太远的附近，查设计规范确定其占地面积，同时确定其高程、出线间隔和出线方向等。
5）消防 由于本站属于小型水电站，根据《水利水电工程设计防火规范》SDJ278-90规定，确定本站灭火设施装置。
6）金属结构 须在调压室每台压力水管进水口设事故快速门一扇，确定孔口尺寸及闸门形式。发电尾水检修门的尺寸及形式，金属结构特性及工程量可参考表3。
表3 金属结构特性及工程量 闸门名称 门孔尺寸（m） 设计水头（m） 数量（扇） 闸门重(t) 埋件重(t) 发电洞事故门 2.0×2.0 15 2 2.1 2.2 QPK1×100kN 1.1 引水洞工作门 2.0×2.0 15 1 2.1 2.2 QPK1×100kN 1.1 尾水检修门 3.21×1.29 5 1 1.35 0.8 手拉葫芦HS1×30kN 0.15 启闭机型号 启闭机重量(t)
(3) 主厂房布置设计
根据选定的机组形式及尺寸，确定主厂房规模及主要机电设备的布置。绘制1/100－1/200厂房横剖面图、厂房发电机层布置图、水轮机层水平布置图等。
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1.360 2.800 b1=1770 b2=2660 00 00 0.800 3.100 h6=1.350 h5=0.830 h4=1.120 h3=1.450 h1=0.700 L=4500 00 h2=1.400
图3 主厂房剖面 L1=1600 b3=1200 00 B5=2420 00 φ=135° 00 b5=0.326D1 图5 机旁、励磁盘90×60cm
b4=1220 00 图6 调速器65×85cm
L3=1600 图4 蜗壳尾水管平面图
图7中控室表盘80×60cm
图9 高压开关85×180cm
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图8 中控室远控柜组340×120cm
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