水力機組輔助設備課程設計

1、水電站輔助設備課程設計水力機組輔助設備課程設計發(fā)題日期： 2015 年 12 月 07 日完成日期： 2015 年 12 月 18 日專業(yè)名稱： 水電站動力設備與管理班 級： 水動1311 學生姓名： 指導教師： 組 別： 第四組 目錄一、故縣水電站基本資料1 一、電站主要參數(shù)2 二、機組技術參數(shù)2 三、其他資料 2一、 水電站油系統(tǒng)的設計計算2 一、油系統(tǒng)的作用2 二、用油量的計算2三、油系統(tǒng)設備的選擇5四、油系統(tǒng)圖 7四、氣系統(tǒng)的設計計算 7 一、供氣對象和供氣類型 7 二、用氣量的計算7 三、氣系統(tǒng)設備表10 四、氣系統(tǒng)圖 10五、供水技術系統(tǒng)的設計計算 11一、水源的確定11二、水溫、

2、水壓、水質(zhì) 11三、供水方式12四、設備的配備方式12五、水量的計算12六、水系統(tǒng)圖14五、參考文獻15一、故縣水電站基本資料一、電站主要參數(shù)最大水頭： 設計水頭： 平均水頭：最小水頭： 裝機容量：二、機組技術參數(shù)水輪機型號：HL220LJ200 發(fā)電機型號：SF-20-20/425額定出力： 額定轉(zhuǎn)速：調(diào)速器型號：SKWT-100 油壓裝置型號：YS-1三、其他資料配電裝置采用油斷路器，主接線為擴大單元接線。無調(diào)相任務。 二、水電站油系統(tǒng)的設計計算一、油系統(tǒng)的作用水電站的油系統(tǒng)，分為透平油系統(tǒng)和絕緣油系統(tǒng)兩部分，一般水電站，這兩個系統(tǒng)均分開設置。油系統(tǒng)的設計任務是，根據(jù)電站的規(guī)模、特點，對所

3、服務的用油設備進行油量計算，選配油處理及化驗設備，擬制系統(tǒng)原理圖并進行設備布置和管網(wǎng)計算，最后繪制施工圖，油系統(tǒng)的設計應滿足電站用油設備經(jīng)濟安全運行的需要。二、用油量的計算1、水輪機調(diào)速設備用油 水輪機調(diào)速系統(tǒng)用油量包括油壓裝置用油、導水機構接力器用油及管道的充油量。油壓裝置用油量，查水電站機電設計手冊水力機械表6-14-;導水機構接力器用油量(兩個)查水輪發(fā)電機組輔助設備P14公式1-3 取油壓裝置額定壓力為2.5Mpa，采用標準導水機構并用兩個單缸接力器操作時，每個接力器的直徑可近似按下式計算： 由水電站機電設計手冊P254公式6-4其中導葉數(shù)z由水輪機原理與運行p123表7-1得z=16

4、，再由水電站機電設計手冊P254表6-4得：=0.032，由水輪機原理與運行P328,附表2取0.2。 當油壓裝置的額定油壓為4.0MPa，則接力器直徑為：故導葉接力器直徑選取230mm。由水輪發(fā)電機組輔助設備P14： ，由于轉(zhuǎn)輪直徑小于5m，則由水輪機原理與運行P120，所以 。2、機組潤滑油系統(tǒng)充油量機組潤滑油系統(tǒng)用油包括推力軸承和導軸承的用油量。其用油量可按下式進行估算，即 ，式中是軸承損耗單位kW所需油量，查水電站機電設計手冊水力機械表9-4， ，式中是推力軸承損耗:，查水輪發(fā)電機組輔助設備 圖1-7，知A=3.5，查水電站機電設計手冊水力機械表3-11，得出F=210t，查任務書可得

5、：所以： 用經(jīng)驗公式計算導軸承損耗， ，取15%。 則綜上可得，機組潤滑油系統(tǒng)用油量： 3、 主閥接力器充油量 由于應用水頭小于200m，所以進水閥選擇胡蝶閥。查水電站機電設計手冊水力機械P175表4-1可得。由于沒有HL220-LJ-200，出力為20MW的水輪機型號，故參考水電站機電設計手冊水力機械P83,HL250-LJ-200。查水電站機電設計手冊水力機械P463表9-7可得：，為閥門直徑。查水電站機電設計手冊水力機械P176，公式（4-1）胡蝶閥直徑： ，在系列直徑取2.8m，取接力器油量，查水輪發(fā)電機組輔助設備P15，表1-10。4、管道充油量，查水輪發(fā)電機組輔助設備P16 （二）

6、、汽輪機系統(tǒng)用油量的計算1、運行用油量V1 對于透平油系統(tǒng)指一臺機組潤滑油量、調(diào)速器的充油量及進水閥接力器的充油量和管道充油量之和，即 2、事故備用油量V2 以最大的一臺設備充油量的110%計算，其中10%是考慮油的蒸發(fā)、漏損和取樣的裕量，即 3、補充備用油量V3 設備運行中油的損耗需要補充油，以機組運行4590天后的添油量為準，則 式中a-設備在一年中需要補充油量的百分數(shù)，混流式水輪機取a=5%10%;轉(zhuǎn)漿式機組取a=15%25%；變壓器取a=5%；油開關取a=10%4、系統(tǒng)總用油量： 三、油系統(tǒng)設備的選擇 油系統(tǒng)的設備配置原則：按絕緣油和透平油兩個獨立系統(tǒng)分別配置。對油系統(tǒng)設備的選擇主要有

7、：貯油設備（凈油槽和運行油槽）、凈化油設備（壓力濾油機和真空濾油機）和油泵等。該設計將絕緣油系統(tǒng)省略。1、貯油設備的選擇：（1） 凈油槽的選擇：貯備凈油以便機組或電氣設備換油時使用。容積為一臺最大機組（或變壓器）充油量的，加上全部運行設備45天的補充用油量。通常透平油和絕緣油（省略）各設置一個。但容量大于60m3時，應考慮設置兩個或兩個以上。透平油： 可設置1個凈油槽，查水電站機電設計手冊水力機械表9-29選擇的標準油槽。 （2）運行油槽的選擇：當機組（或變壓器）檢修時排油或凈油用。容積為最大機組（或變壓器）油量的。但考慮到兼作接受新油，并與凈油槽互用，其容積宜與凈油槽相同。為了提高污油凈化效

8、果，通常設置2個，每個為其總?cè)莘e的。 則： 故。因此，選擇2個的標準油槽。（3）中間油槽：當油庫布置位置較高時，檢修機組充油量部件時排油用。其容積為最大充油設備的充油量。數(shù)量為一個，當油庫布置在廠內(nèi)時，水輪機層以下可不需設置，可待廠房部分設計后再進行設計。（4）事故排油池：接受事故排油用，一般設置在油庫底層或其他合適的位置，容積為所有油槽容積之和。新設計規(guī)程可不設置。2、油泵和凈化設備的選擇（1）壓力濾油機及真空濾油機的選擇： 透平油系統(tǒng)： 式中：對于機組的透平油系統(tǒng)，取8小時。查水電站機電設計手冊水力機械表915及表916，透平油的壓力濾油機的型號為：LY50，臺數(shù)為1臺；真空濾油機的型號為

9、：ZLY50為1臺，每臺濾油機選用一臺濾油紙烘箱。（2）油泵的選擇：透平油系統(tǒng)： 查水電站機電設計手冊水力機械第466頁表98，選取KCB4.5型齒輪油泵，2臺，一臺移動式油泵用以接受新油或排除污油，一臺固定式油泵提供設備充油。3、 設備明細表：表 1設備名稱型號及規(guī)格數(shù)量備注透平油系統(tǒng)凈油槽1臺運行油槽2臺壓力濾油機LY501臺配備一個濾油紙烘箱真空濾油機ZLY1001臺配備一個濾油紙烘箱油泵KCB4.52臺一臺移動式油泵用以接受新油和排除污油，一臺固定式油泵提供設備充油四、油系統(tǒng)圖1、油系統(tǒng)圖的繪制繪制油系統(tǒng)圖：透平油系統(tǒng)圖，見附圖一。3、 氣系統(tǒng)的設計計算一、供氣對象和供氣類型1、供氣對

10、象（一）廠內(nèi)高壓用氣 （1）壓油槽充氣，額定壓力為。（二）廠內(nèi)低壓用氣 （1）機組停機制動用氣，額定壓力為； 二、用氣量的計算 1、高壓用氣（一）空壓機的選擇 主要是油壓裝置的用氣量，壓油裝置的型式為YS-1，由水輪發(fā)電機組輔助設備空壓機的總生產(chǎn)率：式中 壓油槽的額定壓力，為； 壓油槽的容積，為1.65； t充氣時間，一般取24h,取2h; 壓油槽中壓縮空氣所占容積，m³； 大氣壓力，為。所以 空壓機選兩臺，充氣時同時工作，故每臺生產(chǎn)率為總生產(chǎn)率的1/2，即0.01185。查水輪發(fā)電機組輔助設備表2-2，選V-1/40型空壓機。（二）儲氣罐容積的確定 查水輪發(fā)電機組輔助設備式（2-1

11、0）得式中 儲氣罐額定壓力，其值為； 額定絕對壓力，其值為； 由于右面上升后所需的補氣的容積其中 D壓油槽內(nèi)徑（m），查水電站機電設計手冊水力機械表9-29得，D=1400mm。 右面上升高度，去0.10.15，此處取0.15。則 （三）管道選擇查水輪發(fā)電機組輔助設備，一般按經(jīng)驗選取: 空氣壓縮機至高壓儲氣罐之間管道的防銹鋼管2、低壓用氣（一）機組制動用氣（1）機組制動耗氣量計算 制動耗氣量取決于發(fā)電機所需的制動力矩，由電機制造廠提供。在初步設計制動供氣系統(tǒng)時可根據(jù)水電站機電設計手冊水力機械式（10-1）估算為式中再一次制動所需的總空氣量，L/S。查水電站機電設計手冊水力機械表10-1，得出：

12、=4L/S 制動時間（s），一般取。制動氣壓，一般取。大氣壓，一般取（2）儲氣罐容積計算 機組制動用氣主要由儲氣罐供給，儲氣罐容積必須保證制動用氣后，罐內(nèi)氣壓保持在最低制動氣壓以上。查水電站機電設計手冊水力機械公式10-2，儲氣罐容積：式中 Z同時制動的機組臺數(shù)，取1臺； 制動前后儲氣罐允許壓力降，一般為0.10.2MPa，取0.15MPa。根據(jù)水電站機電設計手冊水力機械表10-18選擇1臺標準的2儲氣罐。（3）空壓機生產(chǎn)率計算 空壓機生產(chǎn)率按在一定時間內(nèi)恢復儲氣罐壓力的要求來確定，根據(jù)根據(jù)水電站機電設計手冊水力機械式（10-3）得式中 儲氣罐恢復壓力時間，一般取1015min，取15min。

13、根據(jù)水電站機電設計手冊水力機械表10-24選11ZA-1.5/8型空壓機。（4）供氣管道選擇查水輪發(fā)電機組輔助設備P47，按照經(jīng)驗選取，供氣干管取，環(huán)管，支管。自三通閥以后的制動供氣管，須采用耐高壓的無縫鋼管。三、氣系統(tǒng)設備（見表2） 表5類別設備名稱型號及規(guī)格數(shù)量備注高壓系統(tǒng)空壓機V-1/402水冷儲氣罐11干管直徑1高壓供氣管低壓系統(tǒng)空壓機11ZA-1.5/82水冷儲氣罐21機組制動、檢修干管直徑60mm1機組制動四、氣系統(tǒng)圖 （見附圖2） 廠內(nèi)氣系統(tǒng)包括高壓氣系統(tǒng)和低壓氣系統(tǒng)。高壓氣系統(tǒng)供氣對象主要是油壓裝置，根據(jù)本電站的實際情況設置2臺型號為V-1/40的空壓機，互為備用。低壓氣系統(tǒng)供

14、氣對象主要包括機組制動用氣，空氣圍帶用氣和檢修維護用氣(本設計中省略)，設置2臺空壓機，實現(xiàn)電站的運行。 四、技術供水系統(tǒng)的設計計算一、水源的確定水電站供水系統(tǒng)的對象是各種機電運行設備，其中主要是水輪發(fā)電機組，水冷式變壓器，水冷式空壓機等。技術供水的主要作用是對設備起潤滑和冷卻，有時水還用作操作能源（如射流泵，高水頭電站的進水閥操作等）。技術供水的水源選擇非常重要，在技術上必須考慮水電站的型式，布置及水頭，滿足用水設備所需的水量、水質(zhì)、水溫及水壓的要求，力求取水可靠，水量充足，水溫適當，水質(zhì)符合要求，以保證機組的安全運行，使整個供水系統(tǒng)設備操作維護方便。根據(jù)故縣水電站的實際情況，把上游水庫作為

15、水源是比較理想的。所以，從壓力鋼管取水作為主水源，壩前取水作為備用水源。二、水溫、水壓、水質(zhì)1、水溫 由水電站機電設計手冊水力機械知技術供水水溫是供水系統(tǒng)設計中的一個重要條件，一般按夏季經(jīng)常出現(xiàn)的最高水溫考慮，一般取25°C。 2、水壓（一）機組冷卻器對水壓的要求 進入冷卻器的冷卻水，應有一定的水壓，以保證必要的流速和所需的水量。國產(chǎn)冷卻器一般壓力降為47.5m,進口水壓一般不超過20m。（二）水冷式變壓器對水壓的要求 對水冷式變壓器冷卻水的水壓控制較嚴，要求冷卻水進口水壓不得超過變壓器中的油壓。根據(jù)制造廠家的要求，冷卻水進口處水壓不得超過8m，變壓器中的油壓必須大于水壓8m，這樣就

16、可以保證即使在冷卻水管破裂時，只能是油進入水中而水不能進入油中。（三）水冷式空壓機對水壓的要求 水冷式空壓機的水壓可不限于20m，可以略為加大，但不宜超過30m。3、水質(zhì) 為保證冷卻器的安全經(jīng)濟運行，冷卻水一般應滿足一下幾點要求。1） 水中不含懸浮物 2）含沙量少且顆粒小 3）硬度就小 4）pH值反應為中性 5）力求不含有機物、水生物及微生物 6）含鐵量小 7）不含油份三、供水方式根據(jù)水輪發(fā)電機組輔助設備介紹的供水方式，由于故縣電站水頭范圍為，水頭介于80m,因此為了達到經(jīng)濟合理性，采用自流供水。四、設備的配備方式因故縣水電站的裝機臺數(shù)是4臺，臺數(shù)較多，因此采用單元供水，每臺機組設置一套獨立取

17、水和供水設備，并獨立運行，運行靈活可靠性高，方便了系統(tǒng)的運行。五、水量的計算 1、發(fā)電機空氣冷卻器的用水量查水電站機電設計手冊水力機械式（8-1）得式中 發(fā)電機空氣冷卻期用水量，（） 發(fā)電機額定功率，為20000kW； 發(fā)電機效率，=0.96。則 2、推力軸承和導軸承油冷卻器用水量查水電站機電設計手冊水力機械式（8-3)和式（8-4)得式中 推力軸承損耗（kW），前面已經(jīng)經(jīng)過計算，； 推力軸承冷卻器用水量（）； C冷卻水比熱，去1000kcal/(t.°C)； 冷卻器進出口水溫差，可取24°C，則取°C。則 根據(jù)水電站機電設計手冊水力機械可知，導軸承油冷卻器用水量

18、按推力軸承的10%20%，則：取15% 3、水輪機軸承用水量 查水電站機電設計手冊水力機械表1-27得HL250-LJ-200型號水輪機軸承采用油潤滑，一般都裝有冷卻裝置，其冷卻水用量很小，可按推力軸承用水量的57%考慮，而不另行估算，即。 4、水冷式空壓機冷卻用水量 由氣系統(tǒng)部分算出低壓空氣壓縮機型號為11ZA-1.5/8，其生產(chǎn)率為1.5，查水輪發(fā)電機組輔助設備表3-2得冷卻用水量為=0.5。 5、設備選擇 查水電站機電設計手冊水力機械表8-13.技術供水系統(tǒng)管道常采用鋼管，取水管徑400mm，自動給水閥為，濾水器為轉(zhuǎn)動式。6、計算總用水量表6 水系統(tǒng)明細表序號設備名稱數(shù)量單位1濾水器4只2空氣冷卻器6臺3電磁閥2個4電磁配壓閥1個5減壓閥1個6壓力表4×4個7截止閥1個8流量計2×4個9示流信號器1臺10常開閥24×4個11常閉閥4×4