水電站畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、水電站畢業(yè)設(shè)計(jì)目錄摘要1前言2第一部分：水力機(jī)組選型設(shè)計(jì)和調(diào)節(jié)保證計(jì)算31水輪機(jī)的選型設(shè)計(jì)31.1 水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)概述31.2 水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)的任務(wù)31.3 水輪機(jī)選型的原則31.4 水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)的條件及主要參數(shù)31.5 水輪機(jī)臺(tái)數(shù)及型號(hào)的選擇41.6 初選工況點(diǎn)A51.8 額定轉(zhuǎn)速的確定61.9 效率及單位參數(shù)的修正71.10 核對(duì)所選擇的真機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑D1錯(cuò)誤!未定義書簽。1.11 確定水輪機(jī)導(dǎo)葉的最大可能開(kāi)度錯(cuò)誤!未定義書簽。1.12 計(jì)算水輪機(jī)額定流量Qr 錯(cuò)誤!未定義書簽。1.13 確定水輪機(jī)的允許吸出高度H.錯(cuò)誤!未定義書簽。1.14 計(jì)算水輪機(jī)的飛逸轉(zhuǎn)速191.15 計(jì)算水輪機(jī)軸

2、向水推力Ps錯(cuò)誤!未定義書簽。1.16 估算水輪機(jī)的質(zhì)量201.17 繪制水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線202水輪發(fā)電機(jī)的的初步選擇計(jì)算242.1 水輪發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式和冷卻方式242.2 發(fā)電機(jī)主要尺寸的估算242.3 發(fā)電機(jī)外形尺寸估算252.4 水輪發(fā)電機(jī)的質(zhì)量估算263調(diào)節(jié)保證計(jì)算273.1 調(diào)節(jié)保證計(jì)算概述273.2 調(diào)節(jié)保證計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)273.3 計(jì)算基本數(shù)據(jù)273.4 計(jì)算設(shè)計(jì)水頭、最大水頭下額定出力時(shí)引水系統(tǒng)的ZLY .錯(cuò)誤!未定義 書簽。3.5 假定導(dǎo)葉的直線關(guān)閉時(shí)間工和關(guān)閉規(guī)律283.6 水擊壓力上升計(jì)算283.7 最大轉(zhuǎn)速上升計(jì)算293.8 調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)備的選擇31第二部分：水電站廠

3、房布置設(shè)計(jì)334發(fā)電機(jī)層平面布置設(shè)計(jì)334.1 主廠房長(zhǎng)度確定334.2 起重設(shè)備的選擇344.3 主廠房的橫剖面設(shè)計(jì)35第三部分：水力機(jī)械輔助設(shè)備系統(tǒng)選擇設(shè)計(jì)385油系統(tǒng)設(shè)計(jì)385.1 用油量的估算385.2 油系統(tǒng)設(shè)備的選擇405.3 透平油系統(tǒng)設(shè)備明細(xì)表415.4 繪制透平油系統(tǒng)圖與操作程序表426壓縮空氣系統(tǒng)446.1 低壓壓縮空氣系統(tǒng)446.2 低壓空氣系統(tǒng)設(shè)備選擇486.3 高壓壓縮空氣系統(tǒng)486.4 空氣壓縮系統(tǒng)所選設(shè)備明細(xì)表496.5 繪制氣系統(tǒng)圖507水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)517.1 技術(shù)供水系統(tǒng)517.2 消防供水系統(tǒng)527.3 排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)537.4 繪制排水系統(tǒng)圖55結(jié)論56總

4、結(jié)57致謝58參考文獻(xiàn)和資料59摘要本次畢業(yè)設(shè)計(jì)根據(jù)三南嘴水站的主要數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行三個(gè)部分的設(shè)計(jì)。第一 部分：水利機(jī)組選型設(shè)計(jì)和調(diào)節(jié)保證計(jì)算，通過(guò)選型計(jì)算和運(yùn)行工況分析繪制水 輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線圖；第二部分：水電站廠房的布置設(shè)計(jì)，繪制發(fā)電機(jī)層平 面布置圖、主廠房橫剖面圖；第三部分：水力機(jī)組輔助設(shè)備系統(tǒng)選擇設(shè)計(jì)，繪制 逢平油系統(tǒng)圖、水系統(tǒng)圖、氣系統(tǒng)圖。關(guān)鍵詞：三角嘴水電站；選型設(shè)計(jì)；廠房設(shè)計(jì)；輔助設(shè)備AbstractThe graduation project based on primary data SanJiaoZui Hydropower, its three-part design.

5、 The first part: water conservation and regulation designed to ensure the selection is calculated by computing the appropriate selection and analysis of operating conditions drawn turbine operating characteristic curve integrated unit; Part II: hydropower plant layout design, drawing generator layer

6、 floor plan, the main plant cross-sectional view; part III: hydraulic unit auxiliary equipment systems choose design, drawing turbine oil system diagram, system diagram of water, gas system diagram.Keywords： SanJiaoZui Hydropower, selection and design, plant design, auxiliary equipment.水電站畢業(yè)設(shè)計(jì)前言水電站是

7、一個(gè)把水利能源轉(zhuǎn)化為電能的工廠。我國(guó)地域廣大，河流縱橫，水 力資源十分豐富?！笆逡?guī)劃”提出大力發(fā)展我國(guó)水電事業(yè)，因?yàn)樗Πl(fā)電不 但符合我國(guó)的能源政策，符合環(huán)保要求，有利于減少環(huán)境污染，乂能提供清潔廉 價(jià)的能源。水電站發(fā)電的最大特點(diǎn)是全部設(shè)備必須連續(xù)不間斷地運(yùn)轉(zhuǎn)，并且為了 安全穩(wěn)定可靠地供電，乂要保證電能的周波和電壓的質(zhì)量，需要與電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容分為三部分。第一部分是水輪機(jī)的選型和調(diào)節(jié)保證計(jì)算， 并通過(guò)選型計(jì)算和運(yùn)行工況的分析繪制水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線。水輪機(jī)的選型 設(shè)計(jì)是水電站設(shè)計(jì)中一項(xiàng)重要的任務(wù)，水電站水輪機(jī)的選擇是根據(jù)水電站的開(kāi)發(fā) 方式，動(dòng)能參數(shù)、水工建筑物等，并結(jié)合制造

8、廠的生產(chǎn)水平，擬出若干個(gè)方案進(jìn) 行綜合比較，最終選擇最佳的型號(hào)。調(diào)節(jié)保證計(jì)算則是合理的選擇導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)間 和規(guī)律并進(jìn)行水擊壓力和機(jī)組轉(zhuǎn)速變化的計(jì)算，使壓力變化值和轉(zhuǎn)速變化值在允 許的范圍內(nèi)，保證機(jī)組地強(qiáng)度、壽命及減少機(jī)組的振動(dòng)，避免壓力鋼管爆炸的 災(zāi)難性事故。第二部分是水電站廠房的布置設(shè)計(jì)。水電站廠房設(shè)計(jì)乂稱建筑設(shè)計(jì), 包括平面設(shè)計(jì)、剖面設(shè)計(jì)、立面設(shè)計(jì)。在廠房布置設(shè)計(jì)中首先是發(fā)電機(jī)的選型， 通過(guò)發(fā)電機(jī)的相應(yīng)尺寸為后面廠房的平面設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)。在主要機(jī)電設(shè)備已經(jīng)確 定的條件下，選定合理的建筑方案，分析個(gè)方案在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上的合理性，并 繪制廠房的平面布置圖、主廠房橫剖面圖。第三部分是水電站輔助設(shè)備系

9、統(tǒng)選擇 設(shè)計(jì)，此次輔助設(shè)備的選擇計(jì)算是對(duì)水電站的水系統(tǒng)、油系統(tǒng)、氣系統(tǒng)的相關(guān)計(jì) 算，保證機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。畢業(yè)設(shè)計(jì)是所學(xué)專業(yè)課知識(shí)的綜合運(yùn)用。通過(guò)設(shè)計(jì)來(lái)了解水電站基本知識(shí)和 主要的基礎(chǔ)設(shè)備。解決在做設(shè)計(jì)過(guò)程遇到的問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和 技能去分析和解決本專業(yè)范圍內(nèi)的工程技術(shù)問(wèn)題，建立正確的設(shè)計(jì)思想，掌握水 電站設(shè)計(jì)的基本程序和方法，使學(xué)生在工程實(shí)踐具有應(yīng)用專業(yè)技術(shù)解決工程實(shí)際 問(wèn)題的能力。水電站畢業(yè)設(shè)計(jì)第一部分：水力機(jī)組選型設(shè)計(jì)和調(diào)節(jié)保證計(jì)算1水輪機(jī)的選型設(shè)計(jì)1.1 水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)概述水輪機(jī)的選型計(jì)算是根據(jù)水電站設(shè)計(jì)部門提供的原始參數(shù)，選擇合理的水輪 機(jī)的型號(hào)和計(jì)算水輪機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)

10、。是水電站設(shè)計(jì)中一項(xiàng)重要的工作，它直接關(guān) 系到水電站機(jī)組能否長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行、投資多少。根據(jù)水電站的開(kāi)發(fā)方式，動(dòng)能參 數(shù)、水工建筑物等，并結(jié)合制造廠的生產(chǎn)水平，擬出若干個(gè)方案進(jìn)行綜合比較， 最終選擇最佳的型號(hào)。1.2 水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)的任務(wù)（1）確定電站裝機(jī)臺(tái)數(shù)及單機(jī)功率（2）選擇機(jī)組類型及模型轉(zhuǎn)輪型號(hào)（3）確定機(jī)組的裝置方式（4）確定轉(zhuǎn)輪直徑、額定轉(zhuǎn)速、飛逸轉(zhuǎn)速（5）計(jì)算所有運(yùn)行水頭和功率下水輪機(jī)的效率和吸出高度值，繪制水輪機(jī) 運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線。（6）軸向水推力的計(jì)算（7）計(jì)算水輪機(jī)的品質(zhì)13水輪機(jī)選型的原則（1）所選水輪機(jī)要具有較高的能量特性。不僅要選擇額定工況下Z1ax較高 的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪型號(hào)，

11、而且還要根據(jù)水輪機(jī)的工作特性曲線，即 = f（N）及 =f（H）曲線，選擇平均效率77最高的水輪機(jī)型號(hào)，使水輪機(jī)在負(fù)荷和水頭變化 的情況下具有最高的平均運(yùn)行效率。（2）所選水輪機(jī)不僅要具有良好的空蝕性能，還要有較好的工作穩(wěn)定性能, 運(yùn)行要靈活、平穩(wěn)、安全和可靠。（3）所選水輪機(jī)的尺寸應(yīng)較小，結(jié)構(gòu)要合理、先進(jìn)，便于運(yùn)輸、安裝、運(yùn) 行及檢修。（4）轉(zhuǎn)輪選擇比較時(shí)，應(yīng)盡可能選用n較高的水輪機(jī)，這樣轉(zhuǎn)速較高，相 應(yīng)的機(jī)組尺寸就小，并且使所選的水輪機(jī)經(jīng)常在最優(yōu)區(qū)運(yùn)行。選擇轉(zhuǎn)輪參數(shù)時(shí)應(yīng) 該使【值稍高于"o，而且Q”值應(yīng)接近于Qumax值。1.4 水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)的條件及主要參數(shù)最大水頭178.3m

12、最小水頭 /Wf/2= 144.6m加權(quán)平均水頭"尸165.5m額定水頭尸167.0m總裝機(jī)容量280MW海拔高程=395.5 m壩后式地面廠房，采用單機(jī)飲水方式，電站離負(fù)荷中心較遠(yuǎn)，在系統(tǒng)中擔(dān)任 基荷。1.5 水輪機(jī)臺(tái)數(shù)及型號(hào)的選擇15.1確定水輪機(jī)臺(tái)數(shù)及單機(jī)功率根據(jù)Ppi=PgXZ,其中Pp1為每臺(tái)機(jī)組的額定功率，匕為總裝機(jī)容量，Z為機(jī) 組臺(tái)數(shù)。選擇情況如表Mo表1-1水輪機(jī)臺(tái)數(shù)及單機(jī)功率臺(tái)數(shù)Z234單機(jī)功率P, (MW)4026.7201.5.2選擇機(jī)型及模型轉(zhuǎn)輪根據(jù)水輪機(jī)的類型及使用水頭范圍表，如圖表l-2o表1-2大中型水輪機(jī)的類型及使用水頭范圍表水輪機(jī)型式適用水頭范圍(m

13、)比轉(zhuǎn)速范圍(m.kW)能量轉(zhuǎn)換方式水流方式反擊式貫流式<20斜流式40 180150350混流式30 70050 300軸流式380200 850比轉(zhuǎn)速：n, =2000/V Hi7 - 20=135.7 m.kW比較結(jié)果：選擇混流式水輪機(jī)。查閱水輪機(jī)附表1,選擇水輪機(jī)型號(hào)HL160/D46,其模型轉(zhuǎn)輪主要參數(shù) 如表1-3。表1-3模型轉(zhuǎn)輪主要參數(shù)轉(zhuǎn)輪推薦使模型轉(zhuǎn)流道尺寸最優(yōu)工況型號(hào)用水頭H(m)輪直徑Di(cm)4瓦乙%。(r/min)2uo(m3 /s)(%)%HL160/D46135-200400.16171.252067.50.54891.60.03916初選工況點(diǎn)A式中：n&

14、#39;o 一模型的最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速 計(jì)算結(jié)果得：n> =67.2r/min在模型轉(zhuǎn)輪綜合特性曲線上作的水平線交5%功率限制線于A點(diǎn)，A點(diǎn) 即為初選設(shè)計(jì)工況點(diǎn)，見(jiàn)圖1-1。A點(diǎn)的單位流量即為初選設(shè)計(jì)工況點(diǎn)下的單位 流量。1.7轉(zhuǎn)輪直徑D1的確定 17.1水輪機(jī)的額定出力式中：N 一水輪機(jī)額定功率，kW；Nf一發(fā)電機(jī)額定功率；作一發(fā)電機(jī)功率，一般可取0.96或0.98,本次設(shè)計(jì)取小=0.96。1.7.2轉(zhuǎn)輪直徑D119.80用馬式中：N水輪機(jī)額定功率，kW：Qir真機(jī)單位流量，n13/s；一水輪機(jī)的效率，由初設(shè)工況點(diǎn)A的加a加上修正值得到77 = /八+的=/八+(13)%,本次設(shè)計(jì)取7=3%

15、, 77mA由HL160/D46模型綜合特性曲線上A點(diǎn)讀出得77mA=89.5%,計(jì)算結(jié)果如表l-4o表1口各種機(jī)組臺(tái)數(shù)下的轉(zhuǎn)輪直徑機(jī)組臺(tái)數(shù)234單機(jī)功率(W)4026.720直徑D1計(jì)算結(jié)果(m)1.861.51.3D1圓整結(jié)果(m)1.91.5131.8額定轉(zhuǎn)速的確定額定轉(zhuǎn)速n: _ 再 n = HjlO-ZT-式中：0一設(shè)計(jì)單位轉(zhuǎn)速，r/min：Hpj加權(quán)平均水頭，Hpj= 165.5m：D真機(jī)的轉(zhuǎn)輪直徑,m。計(jì)算結(jié)果如表1-5所示。表1-5額定轉(zhuǎn)速n的計(jì)算結(jié)果機(jī)組臺(tái)數(shù)234n (r/min)455576.34665查水輪機(jī)水輪發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速系列表，每個(gè)型號(hào)選擇兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)額定轉(zhuǎn)速,選取結(jié)果

16、見(jiàn)表l-6o表1-6水輪發(fā)電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)額定轉(zhuǎn)速機(jī)組臺(tái)數(shù)234n (r/min)428.6 和 500500 和 600600 和 7501.9效率及單位參數(shù)的修正1.9.1效率換算及其修正值真機(jī)的效率修正： = 】±劭2 土4/參照相應(yīng)規(guī)范，人二-。1，a/；3=o.oiA"二 maK.t - max.m式中： max八 一一真機(jī)的最優(yōu)工況效率；max.m一模型機(jī)的最優(yōu)工況效率，由中小型混流式水輪機(jī)模型運(yùn)轉(zhuǎn)主要參數(shù)表查閱得77nm,m=91.6%o式中：Dim為模型轉(zhuǎn)輪直徑，Dim為40cm；Di為真機(jī)的轉(zhuǎn)輪直徑。19.2單位參數(shù)的修正值A(chǔ)%及AQ1&吟='；”

17、=1”(后-1)Q=QQ1=Q；“(F式中：'加。？模型機(jī)最優(yōu)工況下的單位轉(zhuǎn)速。上述修正值可在最優(yōu)工況點(diǎn)進(jìn)行選取，其他工況點(diǎn)采用等值修正處理。當(dāng),旦3%,旦3%時(shí)，單位參數(shù)可不予修正。最終計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1-7。AQlm表1-7效率及單位參數(shù)的修正機(jī)組臺(tái)數(shù)轉(zhuǎn)輪直徑D1(cm)效率修正值真機(jī)效率單位參數(shù)修正值A(chǔ)n,是否修正21.92.3%91.8%1.3%1111口0否31.52.0%91.5%0.83%、1110否41.31.8%91.3%0.55% n, J否1.10核對(duì)所選擇的真機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑D1110.1確定水輪機(jī)的真實(shí)工況點(diǎn)B實(shí)際水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速：式中：、 一單位轉(zhuǎn)速修正值，取、為0B點(diǎn)在

18、nmr水平線上，在其上查找點(diǎn)(/，Q in.),計(jì)算功率并作輔助曲線N“=(Q"),即：Ml” =981%。僦=9.81(一+ =(Qum+AQ”)而Nu=-,在輔助曲線上有一個(gè)與Qi.mr之對(duì)應(yīng)，從而得到 DH/Q,. nQ-AQ,將Q1. mr的值返回到模型綜合特性曲線圖上與mr線相交于B點(diǎn)，即為真實(shí)工況點(diǎn)。各種方案計(jì)算結(jié)果如下：兩臺(tái)機(jī)組：(l)HL160/D40：轉(zhuǎn)輪直徑 Di=1.9m,轉(zhuǎn)速=428.6"minD1 Qnhl = n L = 428.6 x - J=63r/minE 河 V167KT N 41.7xl03 一,Nh = =-=5.13kWD,2Hj

19、1.92 x1675表1-8輔助曲線N. =f (Q“)計(jì)算數(shù)據(jù)表垢0.850.860.870.880.890.8730.8830.8930.9030.913Ql ,ii L加 ("/ / 5)0.3650.3800.3980.4200.441N( kW)3.133.313.493.723.95N/kW圖1-2 輔助曲線N“ =f (Q”)(2)HL160/D40：轉(zhuǎn)輪直徑 Di=L9m,轉(zhuǎn)速 n=500r/min n El = 500x = 73.5r/minnitr =眄 V16741.7xl01.92x1672=5.13kW表1-9輔助曲線N. =f (Q“)計(jì)算數(shù)據(jù)表0.85

20、0.860.870.880.89%=%+的0.8730.8830.8930.9030.913Qji Q ,mi (廣 / s)0.4450.4690.4970.5380.561Nh (kW)3.814.064.354.765.02N/kW540.2 0.3 0.4 0.5 Q;lt m/s圖1-3輔助曲線N. =f (QQ三臺(tái)機(jī)組：(l)HL160/D40：轉(zhuǎn)輪直徑 Di=1.5m,轉(zhuǎn)速 n=5OOr/minn. = n = 500 x = 58r/mine 啊 麗KT N 41.7xlO5 N t =y =y =5.72k WD：H 1.52x1677表1-11輔助曲線Nn =f (Q“)計(jì)

21、算數(shù)據(jù)表%0.850.860.870.880.890.870.880.890.900.91Q l.n Q .mi (/ / s)0.3680.4070.430.4640.48Nh( kW)3.143.403.754.104.29N/kW0.2 0.3 0.4 0.5 Qutm7s圖1-3輔助曲線N|t =f (Q.)(2)HL160/D40：轉(zhuǎn)輪直徑 Di=1.5m,轉(zhuǎn)速 n=600r/minnllr = n -S= = 600x= 69.6r/min啊 V167z N 41.7X103N1( =r =r =5.72kWD：H/ 1.52x1675表1-12輔助曲線N“ =f (Q。計(jì)算數(shù)據(jù)表

22、Umi0.850.860.870.880.890.870.880.890.900.91Q l.n Q .mi (/ / s)036603990.4190.4450.480Nh( kW)3.123.443.663.924.29N/kW0.2 0.3 0.4 0.5 Qutm/s圖1-4輔助曲線N. =f (QQ四臺(tái)機(jī)組：(l)HL160/D40：轉(zhuǎn)輪直徑 Di=1.3m,轉(zhuǎn)速 n=600r/minD1 31 = n 2= = 600x - r2_ = 6O.3r/minN § = 4L7x0： =5.7ikWDjHj 1.32 x1672表1.13輔助曲線Nh =f (Qu)計(jì)算數(shù)據(jù)表

23、%0.850.860.870.880.89%=%+0.870.880.890.900.91Q l./r = Q .mi (m3 Is)0.3680.400.4150.4420.461Nh( kW)3.143.453.623.904.11N/kW0.2 0.3 0.4 0.5 Qlhm/s圖1-5輔助曲線N. =f (Qh)(2)HL160/D40：轉(zhuǎn)輪直徑 Di=L3m,轉(zhuǎn)速 n=750r/minD1 3n,，= 750x= 75.4r/min167Nh41.7x10 =571kW1.32x1672表1-14輔助曲線N“ =f(Q|P計(jì)算數(shù)據(jù)表77m0.850.860.870.880.89/=

24、%+0.8680.8780.8880.8980.0.908Qlh =Qmi m3/s0.4170.4420.4620.4950.521N( kW)3.553.794.024364.64N/kW5430.2 0.3 0.4 0.5 Qjn/s圖1-6輔助曲線N, =f (QQ綜上圖所得真是工況點(diǎn)B如表1-15表1-15各轉(zhuǎn)速下真是工況點(diǎn)B機(jī)組臺(tái)數(shù)234額定轉(zhuǎn)速r/min428.6500500600600750單位轉(zhuǎn)速nil.tr6373.558.0369.660.3675.4單位流量Qll.tr0.5420.5720.5830.5950.5920.631.10.2工作范圍的檢查最大水頭Hmax下

25、，對(duì)應(yīng)一個(gè)nimin；最小水頭下Hmin下，對(duì)應(yīng)一個(gè)小。這 2條直線之間應(yīng)包含主要綜合特性曲線的優(yōu)效率區(qū)；同時(shí)，B點(diǎn)應(yīng)在最優(yōu)工況點(diǎn) 的附近，則可認(rèn)為所選擇的D1和n是合理的、正確的，否則應(yīng)重新選擇D1和n 的值。最大水頭Hmax=178.3m, n|mm=n-=最小水頭 Hmin = 144.6m, nlmax = n'， ,Vmm下面分別求出各種方法下的Lmm和nwa、大小，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表L16。表1/6 Jmm和川max大小機(jī)組臺(tái)數(shù)轉(zhuǎn)輪直徑D1(cm)轉(zhuǎn)速n(r/min)Imin(r/min)(r/ min)21.9428.660.967.750071.17931.550056.26

26、2.460067.474.841.360058.464.875068.181.1各方案的工作范圍及真實(shí)工況點(diǎn)B如下圖所示:圖1-8 D1=L9m,額定轉(zhuǎn)速=500i7min圖 l-10Di=L5m,額定轉(zhuǎn)速=600i7min圖 1-11 Dj=1.3nb 額定轉(zhuǎn)速=600r/min 圖 1-12 Di=l.3m,額定轉(zhuǎn)速=750“min綜上各種方案的工作范圍和真實(shí)工況點(diǎn)B的檢查，可得選用HL160/D40, 轉(zhuǎn)輪直徑Di=1.9m,額定轉(zhuǎn)速n=428.6r/min(>1.11 確定水輪機(jī)導(dǎo)葉的最大可能開(kāi)度在模型機(jī)和真機(jī)保持幾何相似時(shí)，有：“0 m” “Umax ,加式中：Do, Dom一

27、分別為真機(jī)，模型機(jī)的導(dǎo)葉分布直徑；Zo, Zom一分別為真機(jī)，模型機(jī)的導(dǎo)葉數(shù)；查閱水輪機(jī)表8-1得Z0=16, 由中小型混流式水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪主要參數(shù)表得Zom =20：aomax-B點(diǎn)的模型開(kāi)度值，查閱HL160/D46模型轉(zhuǎn)輪綜合特性曲線得 aonm=29.6mm：計(jì)算結(jié)果得：aomax=176mmo 因此，導(dǎo)葉的最大可能開(kāi)度:= 1.05 aOmax=184mm1.12 計(jì)算水輪機(jī)額定流量QQ的計(jì)算公式： NQr =9.81 凡式中：N水輪機(jī)的軸功率，kW；凡一設(shè)計(jì)水頭，m：么一設(shè)計(jì)工況點(diǎn)B的真機(jī)效率，7 =0.914；計(jì)算結(jié)果得：Qr=27.8m3/so1.13 確定水輪機(jī)的允許吸出高度

28、Hs計(jì)算時(shí)可選擇Hmm、Hr、Hmax等若干水頭分別計(jì)算匕，從中選擇一個(gè)最小 值作為允許吸出高度，本次設(shè)計(jì)計(jì)算Hmm，乩的下的Hs,選擇最小值作為水輪 機(jī)的允許吸出高度。水輪機(jī)允許吸出高度Hs按下式計(jì)算：Hs =10-V/900-（o- + A（T）H式中：一水電站水輪機(jī)安裝海拔高度，V=395.5mo一各對(duì)應(yīng)水頭下的工況點(diǎn)的空蝕系數(shù)；由水輪機(jī)查得，在HL160/D40 模型轉(zhuǎn)輪綜合特性曲線上（ng QnJ所對(duì)應(yīng)的。值；b空蝕系數(shù)的修正值；由水輪機(jī)圖3-7查的Ab =0.02。在進(jìn)行各水頭的工況點(diǎn)空蝕系數(shù)查找時(shí)，需作輔助曲線N“=f （QQ,為此列表 計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表2-17并得出各水頭下的輔助

29、曲線圖1-13和圖1-14。且在各水頭 下，n“=為已知，從輔助曲線上即可找到該水頭下發(fā)出的額定功率的工況點(diǎn)，從而得出其空蝕系數(shù)。表-17各水頭下的輔助曲線J(m)Hmin =144.6Hmax=I78.3m啊(r/min)67.761n/'+An(r/min)67.761%Qw：(m3)(kW)%Qwi(nP)Ng(kW)10.860.88303783.270.860.8830.3853.3320.860.8830.6895.970.860.8830.6765.8630.870.89303993.500.870.8930.403.540.870.8930.685.960.870.89

30、30.6655.8250.880.9030.4133.670.880.9030.433.8160.880.9030.6615.860.880.9030.6415.6770.890.9130.4463.990.890.9130.4423.9680.890.9130.6435.780.890.9130.6175.53(0.74,6.61)圖 1-13 HmE=H4.6m 輔助曲線N. =f (QQZ(0.528,185)圖 M4 Hmax = 178.3m 輔助曲線 N" =f (Q“)分別從輔助曲線上即可找到各水頭下發(fā)出的額定功率的工況點(diǎn)，查閱 HL160/D40模型綜合特性曲線從而得

31、出其空蝕系數(shù)。最小水頭下。=0.08,最大 水頭下。=0.035。代入計(jì)算結(jié)果：Hmi* 144 6mH =10-V/900-(cr + Ao-) H=-4.9mHmax = 178.3mH =10-V/900-(cr + Acr) H=-0.25m比較結(jié)果得：水輪機(jī)的允許吸出高度Hs=-4.9m。1.14 計(jì)算水輪機(jī)的飛逸轉(zhuǎn)速HL式及其他固定葉片式水輪機(jī)飛逸轉(zhuǎn)速的計(jì)算公式為:(r/min)式中：以一原型機(jī)的飛逸轉(zhuǎn)速；n11R 一模型機(jī)最大可能開(kāi)度下的單位飛逸轉(zhuǎn)速，由水輪機(jī)中小型混 流式水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪主要參數(shù)表，可知：nR=122.3r/min；Hmax 最大水頭，Hmax =178.3mo計(jì)

32、算得，nR =859.5r/mino1.15 計(jì)算水輪機(jī)軸向水推力Ps對(duì)于混流式水輪機(jī)：式中：Ps一軸向水推力,tf (ltf=9.81kN)；»一轉(zhuǎn)輪直徑，D, =1.9m；K一軸向水推力系數(shù)，由水輪機(jī)中小型混流式水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪主要參 數(shù)表，可知：k=0.24o計(jì)算得：Poo =121.3tf ® P=9.8iPoo=1189.8kN1.16 估算水輪機(jī)的質(zhì)量水輪機(jī)的質(zhì)量G可按下式計(jì)算：G = kDW式中：G 水輪機(jī)質(zhì)量，t；H 一水頭，WH="nm=178.3m；K一系數(shù)，由水利機(jī)械及工程設(shè)計(jì)表1.10,查得：k=8.1；a與直徑D1有關(guān)的指數(shù)，由水利機(jī)械及工

33、程設(shè)計(jì)表1.10查得：a =2.6；b 一與水頭有關(guān)的指數(shù)，由水利機(jī)械及工程設(shè)計(jì)表1.10查得：b=0.16 計(jì)算得：G=97.5to1.17 繪制水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線1.17.1繪制各水頭下， = /(N)工作特性曲線列表計(jì)算：在H超 一明窗內(nèi)取35個(gè)水頭列表計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表1-18。表1-18, HL水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線計(jì)算表H (m)"min = 1446mHpj= 165.5m(續(xù)表)nD(r/min)67.763.3%211/(mVs)N(kW)77mz2117(m3/s)N(kW)工作特性曲線7八=%+"10.860.8830.37820.550.860.

34、8830.37825.1720.860.8830.68937.460.860.8830.68645.6730.870.8930.39921.940.870.8930.39626.673N = 9.81?7tQltD,2HI40.870.8930.6837.390.870.8930.67745.5850.880.8930.41322.970.880.8930.42028.6060.880.9030.66136.760.880.9030.65744.7370.890.9130.44625.070.890.9130.44130.3580.890.9130.64336.150.890.9130.633

35、43.58%Hr=167mH.nil= 178.3mIII aAnDtnm-萬(wàn)("min)6361m=+An(r/min)6361%fj.211, (m3/s)N(kW)Dm%211, (m3/s)N(kW)工作特性曲線10.860.8830.38025.640.860.8830.38528.6620.860.8830.68546.230.860.8830.67650.3330.870.8930.39827.160.870.8930.40030.1240.870.8930.67646.140.870.8930.66550.07(續(xù)表)N=9.81,QRH250.880.8930.42

36、28.990.880.8930.43032.7460.880.9030.65545.20.880.9030.64148.8070.890.9130.44130.770.890.9130.44234.0280.890.9130.63244.100.890.9130.61747.50以乙為縱坐標(biāo)，以N為橫坐標(biāo)，得出各水頭下的 = /(N)工作特性曲線。1.17.2 繪制n = f（N）等效率曲線在H-N坐標(biāo)圖上，做個(gè)水頭的水平線，如Hl, H2, H3在 = 曲 線圖上每隔1%2%作 =const水平線，交給曲線與各點(diǎn)，將各點(diǎn)投影到H-N坐 標(biāo)圖上，再將各相等的點(diǎn)連成光滑的曲線，即成為等效率線。如

37、圖1-15。1.17.3 繪制功率限制線水輪機(jī)的功率限制線由2部分組成。在設(shè)計(jì)水頭H,到最大水頭Hmax范圍內(nèi), 水輪機(jī)功率受發(fā)電機(jī)額定容量P,的限制，所以這一段功率限制線為一條垂直線; 在設(shè)計(jì)水頭Hr到最小水頭范圍內(nèi)，水輪機(jī)功率受水輪機(jī)的最大過(guò)流能力限 制。此時(shí)，導(dǎo)葉開(kāi)度已達(dá)最大，所以功率限制就是5%功率儲(chǔ)備線。在Hmm下以 得出功率Ng。值，于是在H-N坐標(biāo)上，得到B點(diǎn)，連接AB即為設(shè)計(jì)水頭的出 力限制線。如附圖SJZ-11.17.4 繪制等吸出高度線（1）繪制Q'=f （N）輔助曲線，從計(jì)算表中可直接得出。（2）在模型綜合特性曲線上作各水頭下的nu=const水平線，交b=con

38、st線 與若干點(diǎn)，將各點(diǎn)的。及Q”計(jì)入表中，根據(jù)Q'=f（N）查出N值，計(jì)入表中， 計(jì)算Hs得值,根據(jù)Hs和N繪制Hs=f （N）曲線。計(jì)算表格如表1-19表1-19等吸出高度計(jì)算值Hi/mHmin= 144.6mHpj =165.5mnD； n,h=M (r/min)67.763.3nj'+AnWmin)67.763.3b0.020.02（續(xù)表）吸 出 高 度 的OQ(m3/s)N(kW)Hs(m)Qu(m3/s)N(kW)Hs(m)0.040.060.59233.90.880.5840.1-0.370.0450.0650.64536.20.160.6343.3-1.20.0

39、50.070.67037.0-0.560.66345.8-2.03計(jì)算0.0550.0750.69437.6-1.290.68346.1-2.850.060.080.7138.0-2.010.7246.4-3.68Hi/mHrj = 167mHmax = 178.3mnD nlu = -p=(r/min)Jd6361n'im = n'i + An (r/min)6361Ab0.020.02吸 出 高 度 的 計(jì) 算Oct+ActQn(m3/s)N(kW)Hs(ni)Qu(m3/s)N(kW)Hs(m)0.040.060.57840.8-0.460.55243.1-0.50.04

40、50.0650.62843.9-1.30.6147.2-2.030.050.070.6645.8-2.130.64349-2.920.0550.0750.6846.1-2.970.6750.1-3.810.060.080.746.4-3.680.6951-4.12水輪發(fā)電機(jī)的的初步選擇計(jì)算2.1 水輪發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式和冷卻方式水輪發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式主要取決于轉(zhuǎn)輪的類型和額定轉(zhuǎn)速，本電站轉(zhuǎn)輪額定 轉(zhuǎn)速為428.6<150r/min,所以水輪發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式為懸式。由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生大量的熱能，為保證機(jī)組運(yùn)行的安全性與穩(wěn) 定性，須采取一定的冷卻措施將熱量散逸。國(guó)內(nèi)一般認(rèn)為每極容量超過(guò)

41、 85000KE4,可采用水內(nèi)冷卻方式；低于85000 KVA ,一般采用通風(fēng)冷卻方式。 本電站機(jī)組單機(jī)容量35000 KVA,每極容量低于85000 KI/，故采用具有空氣冷 卻器的閉循環(huán)空氣冷卻方式，此種通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，空氣清潔干燥，冷風(fēng)穩(wěn)定, 溫度低。2.2 發(fā)電機(jī)主要尺寸的估算（1）極距的選擇根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料分析、機(jī)距與每極容量的關(guān)系：T = kjSfl2pN式中：sr發(fā)電機(jī)的額定容量，KV.A, sr =，功率因數(shù)cosa = 0.85 ; cos。p磁極對(duì)數(shù)：P=7：kj一系數(shù),一般為812.3,本次設(shè)計(jì)取12.3。計(jì)算結(jié)果7=93.6。（2）定子內(nèi)徑的選擇D =418cm朽（3）定

42、子鐵芯長(zhǎng)度的選擇Lt = Sf I CD1 m式中：c系數(shù)，查閱水電站設(shè)計(jì)手冊(cè)得c取1X103計(jì)算結(jié)果：L, = 62.8cm（4）定子鐵芯外徑Du = D + t（幾 >166.7/min）計(jì)算結(jié)果Da=511.6cm（5）飛輪力矩GD2 =kD13 sL式中：K經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，n>375時(shí)取44.5,本次設(shè)計(jì)取4.5。計(jì)算結(jié)果：GD2 =421.3。（6）校核發(fā)電機(jī)的結(jié)果尺寸£).7 £/?<= 0.004<0.035 校核結(jié)果：采用懸式機(jī)組（7）確定發(fā)電機(jī)的結(jié)果尺寸根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，查閱水電站設(shè)計(jì)手冊(cè)表3-11,選擇水輪發(fā)電機(jī)的型 號(hào)為SF4014/

43、512。2.3 發(fā)電機(jī)外形尺寸估算2.3.1 平面尺寸的估算（1）定子機(jī)座外徑D300 < ne < 500/7 min ： £）7=1.25Dn=640cm（2）風(fēng)罩內(nèi)徑D）D2=Di+2.4m=880cm, （Si>20000KV.A）,（3）轉(zhuǎn)子外徑D3Di = Di- 2J式中：5單邊氣隙，初步設(shè)計(jì)忽略不計(jì)，故D3 = d。（4）下機(jī)架最大跨度D410000<S1<100000KV.A, D4>D5+0.6m式中：一水輪機(jī)機(jī)坑直徑，查閱水電站設(shè)計(jì)手冊(cè)表3-2, Ds=3mo2.3.2 軸向尺寸計(jì)算（1）定子機(jī)座高度%ik>2 4r /

44、 min, =乙 + 2r計(jì)算結(jié)果h產(chǎn)2.5m（2）上機(jī)架高度"懸式機(jī)組：h,=0.25D| = L05m1 （3）推力軸承的高度1%,勵(lì)磁機(jī)高度h4,副勵(lì)磁機(jī)高度卜，永磁機(jī)的高度h6, 查閱水電站設(shè)計(jì)手冊(cè) 3-8 得：h,=2m , h4 =2m, h5=O.8m, h6=0.6mo（4）下機(jī)架的高度h懸式機(jī)組：h7 =0.12 D（=0.5m（5）定子支座支撐面至下機(jī)架之間的距離hg懸式機(jī)組：h8118=0.15=0.63m（6）下機(jī)架與支撐面至主軸法蘭底面之間的距離 按照已生產(chǎn)的發(fā)電機(jī)統(tǒng)計(jì)資料，取hgfOOOmm。（7）轉(zhuǎn)子磁規(guī)軸向高度片。有風(fēng)扇：h10=Ll= （700-10

45、00） mm 計(jì)算結(jié)果：ho = 1.3m。（8）發(fā)電機(jī)主軸高度1%H =hl + h2 + ll4 + /?5 + /76 + /18 + /19二8. 28mhu= （0.70.9） H =5.8m 取 0.7（9）定子鐵芯水平中心線至主軸法蘭盤底面距離%, hp=0.46 h1 + h10=2.48m2.4 水輪發(fā)電機(jī)的質(zhì)量估算（1）水輪發(fā)電機(jī)的總質(zhì)量Gf = Ki（Sf/ncy式中：Kt一系數(shù)，對(duì)懸式機(jī)組取89,本次設(shè)計(jì)取8計(jì)算結(jié)果：Gf =206to（2）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的估算發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的質(zhì)量一般可按發(fā)電機(jī)的總質(zhì)量的1/2估算，B|JGs=0.5Gf 計(jì)算結(jié)果6>101。3調(diào)節(jié)保證計(jì)

46、算3.1 調(diào)節(jié)保證計(jì)算概述在電站運(yùn)行過(guò)程中，常會(huì)遇到由于各種事故、機(jī)組突然解列，把負(fù)荷甩掉的 情況。此時(shí)機(jī)組轉(zhuǎn)速上升，調(diào)速器關(guān)閉導(dǎo)葉。經(jīng)一段時(shí)間，機(jī)組恢復(fù)到空載轉(zhuǎn)速。 在此調(diào)節(jié)過(guò)程中，除調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在調(diào)解過(guò)程中的最大轉(zhuǎn)速上升至也是非 常重要，它可能會(huì)影響到機(jī)組的強(qiáng)度、壽命及引起機(jī)組振動(dòng)。在甩負(fù)荷時(shí)，由于 導(dǎo)葉迅速關(guān)閉，水輪機(jī)的流量會(huì)急速變化，因此在水輪機(jī)壓力過(guò)水系統(tǒng)內(nèi)會(huì)產(chǎn)生 水擊，此時(shí)產(chǎn)生的最大壓力和最大壓力下降對(duì)過(guò)水系統(tǒng)的強(qiáng)度是有影響的。工程 實(shí)踐中曾因甩負(fù)荷善生太高導(dǎo)致壓力鋼管爆破的災(zāi)難性事故。為此，在設(shè)計(jì)階段 就應(yīng)該計(jì)算出最大壓力上升和最大轉(zhuǎn)速上升值。工程上稱這種計(jì)算為調(diào)節(jié)保證計(jì)

47、算。調(diào)節(jié)保證計(jì)算的任務(wù)：根據(jù)水電站過(guò)水系統(tǒng)和水輪發(fā)電機(jī)組的特性，合理的 選擇導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)間和關(guān)閉規(guī)律，進(jìn)行水擊壓力變化和機(jī)組轉(zhuǎn)速變化計(jì)算使壓力變 化值和轉(zhuǎn)速上升值在允許范圍內(nèi)，并以此指導(dǎo)電站的最終設(shè)計(jì)和調(diào)節(jié)系統(tǒng)的整 定。3.2 調(diào)節(jié)保證計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)組在甩負(fù)荷過(guò)程中轉(zhuǎn)速上升率夕=二乜。一般情況下，最大轉(zhuǎn)速上升 no率夕max<5。對(duì)于大型電站Pmax445%,對(duì)于沖擊式機(jī)組夕4 30%。機(jī)組在甩負(fù)荷過(guò)程中最大壓力上升率4 = %二也。在機(jī)組甩全負(fù)荷時(shí)，H。有壓過(guò)水系統(tǒng)允許的最大壓力上升率見(jiàn)表3-1 o表3-1.蝸殼甩全負(fù)荷時(shí)有壓過(guò)水系統(tǒng)允許的最大壓力上升率電站設(shè)計(jì)水頭Hr/m<4040

48、-100>100蝸殼允許最大壓力上升率看70%<<50%50%<<30%GV30%33計(jì)算基本數(shù)據(jù)壩后地面廠房，采用單管單機(jī)飲水式。壓力鋼管長(zhǎng)度WL = HmaJsin45",取 整的260m,管道直徑取與蝸殼進(jìn)口端面直徑相等D=2mo蝸殼中心線長(zhǎng)度 L= 15.8m,最大水頭Hmax = 178.3m,最小水頭Hmg =144.6m,加權(quán)平均水頭 Hpj=165.5m ,額定水頭H= 167.0m總裝機(jī)容量N=80MW,海拔高程 =395.5 m ,機(jī)組臺(tái)數(shù)2臺(tái)，水輪機(jī)設(shè)計(jì)流量Q=27.8m3/s,最大水頭額定出力時(shí)水輪機(jī) 工作流量Q"25.

49、95m3/s。額定轉(zhuǎn)速nr=428.6m/s,飛輪力矩GD'421.3。管段水機(jī)波速a = 1200iWs。因?yàn)橐艿罏殚L(zhǎng)有壓引水管道系統(tǒng),忽略尾水管的XL' 計(jì)算。3.4 計(jì)算設(shè)計(jì)水頭、最大水頭下額定出力時(shí)引水系統(tǒng)的ZLN.Zly =匯/% +ZL%+Zl81VBl計(jì)算結(jié)果：設(shè)計(jì)水頭時(shí)=2433 m7s；最大水頭下額定出力時(shí)ZLY=2516 m7so計(jì)算平均流速:V=E° ZL設(shè)計(jì)水頭時(shí)V。=8.82m/s：最大水頭下額定出力時(shí)V°=9.12m/s。3.5 假定導(dǎo)葉的直線關(guān)閉時(shí)間工和關(guān)閉規(guī)律關(guān)閉時(shí)間T(是在設(shè)計(jì)水頭下機(jī)組甩全負(fù)荷時(shí)的工況確定的，對(duì)于最大水

50、頭 機(jī)組甩全負(fù)荷時(shí)的關(guān)閉時(shí)間由下式計(jì)算：十 , aoi式中：a01 , a0r分別為最大水頭和額定帶額定負(fù)荷時(shí)導(dǎo)葉的開(kāi)度，其中 a0l = 126.68mm, a(>r = 147.25mm,=8s 相應(yīng) Tj=6.88s。3.6 水擊壓力上升計(jì)算361壓力管道水利損失計(jì)算根據(jù)飲水系統(tǒng)布置，分別計(jì)算設(shè)計(jì)水頭和最大水頭下沿程損失、局部損失, 由此得到設(shè)計(jì)水頭和最大設(shè)計(jì)水頭的水力損失AHr，AHmaxO因此各水頭下的的 凈水頭為：H()=H + AH,壓力引水系統(tǒng)水力損失按H = 0.0025Q； (m)。 計(jì)算結(jié)果得：AHr = 1.9mAHma、=L7m各水頭下的凈水頭：H() = H

51、+ AH = 168.9mH01 =H + AH = 180m362管道特征系數(shù)計(jì)算并判斷水擊類型額定水頭時(shí)：0 =江上= 2433 + (9.81x2x8) = 0.18gH(K/jh=6/Vo/2Ho = 1200x8.82-(2x9.81x168.9) = 3.2根據(jù)水輪機(jī)調(diào)節(jié)圖8-3水擊分類圖可得水擊類型為末相水擊。363最大壓力上升計(jì)算末相水擊：% = £(折+4 + - 滿足簡(jiǎn)化條件：維=2b/(2-b) 2%=2b/(2-b)2x0.18 ”=0.22-0.18修正結(jié)果：4max= L2q =0.243.6.4水擊計(jì)算壓力水管末端最大水擊升高= 0.24 x 260 x 8.85 + 2433= 0.23AHr = iH o = 0.23x168.9 =38.85/n365蝸殼末端最