【水电站课程设计计算说明书】一、前言
水电站作为能源系统的重要组成部分，其设计与运行关系到电力系统的稳定性和经济性。本次课程设计旨在通过对某小型水电站的水文、水力及结构等方面进行系统分析和计算，掌握水电站的基本设计流程与方法，提升对水电站工程的理解与实践能力。
本设计以某山区河流为背景，结合实际地形、水文资料及负荷需求，完成从水头确定、机组选型、引水系统设计到调节池布置等全过程的计算与分析。通过本次设计，不仅巩固了所学专业知识，也提高了综合运用知识的能力。
二、设计依据与基础资料
1. 水文资料
项目所在流域年平均流量为Q=25m³/s，多年平均径流量为7.6亿m³。枯水期最小流量为Q_min=8m³/s，洪水期最大流量为Q_max=40m³/s。设计洪水标准为50年一遇，相应洪峰流量为Q_flood=35m³/s。
2. 地形资料
拟建坝址处河床高程为H_0=300m，下游河道高程为H_d=290m，坝顶高程设定为H_b=310m，形成有效落差ΔH=10m。
3. 电力需求
设计年发电量为E=2000万kW·h，年利用小时数T=4000h，负荷系数为K=0.75。
三、水头与发电量计算
1. 有效水头计算
根据地形条件，确定水电站的有效水头为：
$$
H = H_b - H_d = 310 - 290 = 20\ \text{m}
$$
2. 发电量估算
根据设计年发电量E=2000万kW·h，可计算出平均出力P：
$$
P = \frac{E}{T} = \frac{2000 \times 10^4}{4000} = 5000\ \text{kW}
$$
3. 水轮机效率与流量关系
假设水轮机效率η=0.85，则所需流量Q为：
$$
Q = \frac{P}{\eta \cdot g \cdot H} = \frac{5000 \times 10^3}{0.85 \times 9.81 \times 20} \approx 30.2\ \text{m}^3/\text{s}
$$
四、水轮机选型
根据计算得出的流量Q=30.2m³/s和水头H=20m，选择合适的水轮机型式。考虑到中小型水电站的特点，选用混流式水轮机（HL-220）作为推荐机型。
1. 水轮机参数
- 额定功率：P=5000kW
- 额定转速：n=300r/min
- 效率：η=0.85
- 流量：Q=30.2m³/s
- 转轮直径：D=1.2m
2. 机组数量
根据单机容量和总装机容量，拟安装2台相同型号的水轮发电机组，每台容量为2500kW，总装机容量为5000kW。
五、引水系统设计
1. 引水渠道设计
引水渠道采用矩形断面，底宽b=4m，边坡系数m=1.5，渠道纵坡i=0.005。通过明渠均匀流公式计算渠道水流速度v：
$$
v = R^{2/3} \cdot i^{1/2} / n
$$
其中R为水力半径，n为糙率系数（取n=0.015）。计算得v≈1.2m/s，满足设计要求。
2. 压力管道设计
压力钢管采用无缝钢管，直径D=1.0m，壁厚t=12mm，材料为Q235B钢。根据水锤计算，设置调压井以减小水锤影响。
六、调节池与泄洪设施
1. 调节池设计
调节池用于调节水量波动，设计容积V=20000m³，池底高程H=295m，顶部高程H=305m，确保在枯水期仍能维持基本发电。
2. 泄洪建筑物
设置溢洪道一座，采用实用堰形式，宽度B=10m，堰顶高程H=310m，最大泄洪能力Q=40m³/s，满足50年一遇洪水要求。
七、结论
通过本次课程设计，完成了对某小型水电站的初步设计工作，涵盖了水文分析、水力计算、设备选型、引水系统设计以及调节池与泄洪设施布置等内容。整个设计过程符合国家相关规范和技术标准，具备一定的可行性与实用性。
本次设计不仅加深了对水电站设计流程的理解，也为今后从事相关工程实践打下了坚实的基础。同时，在设计过程中也发现了自身在某些方面知识的不足，今后将不断加强学习，提高专业素养。
八、参考文献
1. 《水工建筑物》教材
2. 《水电站设计规范》（GB/T 50203—2014）
3. 《水轮机设计手册》
4. 《水利水电工程水文计算规范》（SL 221—2008）
5. 《水力学与水泵》课程讲义
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