課程設(shè)計報告-沙棗墩水電站廠房設(shè)計

1、目 錄封面目錄1內(nèi)容題要2寫作提綱3正文 設(shè)計任務(wù)4 基本資料5 水文氣象資料6 1、水輪機部分8 裝機方案設(shè)計8 水輪機轉(zhuǎn)輪型式、型號選擇82、發(fā)電機部分9 定子內(nèi)徑計算9 發(fā)電機出口電壓與功率 9 3、輔助系統(tǒng)設(shè)計部分10 油系統(tǒng)設(shè)備選擇10 廠內(nèi)低壓氣系統(tǒng)設(shè)備選擇10 4、排水泵系統(tǒng)設(shè)計12 5、排水系統(tǒng)參考數(shù)據(jù)126、調(diào)速器的選擇12內(nèi) 容 提 要1、裝機方案設(shè)計的擬定裝機臺數(shù)及布置方案2、選擇水輪機型號及轉(zhuǎn)輪型號3、針對最佳方案計算水輪機軸向推力飛逸轉(zhuǎn)速4、根據(jù)水輪機的型式，單機出力確定額定功率，出口電壓、功率因數(shù)5、確定發(fā)電機冷卻方式6、論證是否需要主閥，可進一步確定主閥型式7、油

2、系統(tǒng)的服務(wù)對象8、調(diào)速器的選擇寫 作 提 綱1 基本資料 1.1 樞紐概況 1.2 基本參數(shù)2 水輪機造型設(shè)計 2.1 裝機方案設(shè)計 2.2 水輪機型式及型號選擇 2.3 各方案水輪機參數(shù)計算 2.4 方案比較與最佳方案選擇 2.5 繪制水輪機運轉(zhuǎn)方案綜合曲線3 發(fā)電機選擇 3.1 發(fā)電機型式選擇 3.2 發(fā)電機型式冷卻方式、勵磁方式、電壓及功北因數(shù)的選擇 4 輔助設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計 沙棗墩水電站廠房設(shè)計根據(jù)沙棗墩水電站的機電設(shè)備的型號及其實際尺寸，我等對比圖進行分析說明如下：首先從設(shè)計任務(wù)方面著手：1、水輪機部分：1、裝機方案設(shè)計；2、選擇水輪機型式及轉(zhuǎn)輪型號；3、由不同裝機臺數(shù)與水輪機型式組成不

3、同設(shè)計方案，計算水輪機的工作參數(shù)D1，n，Hs，p等，對各種方案進行綜合性能與經(jīng)濟比較，比采取最佳方案；4、按最佳方案計算水輪機的軸向推力，并繪制水輪機運轉(zhuǎn)綜合性能曲線。2、發(fā)電機部分：1、根據(jù)水輪機型式、單機出力、轉(zhuǎn)速等規(guī)格，確定發(fā)電機類型結(jié)構(gòu)形式，以及單機額定功率、出口電壓、功率因數(shù)。2、確定發(fā)電機的冷卻方式及勵磁方式。3、水輪機輔助設(shè)備1、論證是否需要主閥，若需要，則進一步確定主閥型式及操作方式；2、確定油系統(tǒng)的服務(wù)對象，系統(tǒng)的類型，繪制油統(tǒng)圖。3、確定壓縮空氣的用戶，制定壓縮空氣系統(tǒng)圖。4、確定水系統(tǒng)的用戶、水源及供水方式，繪制技術(shù)供水系統(tǒng)圖。5、擬定排水方案，繪制水系統(tǒng)圖，進行排水泵

4、的選擇。4、設(shè)計計算說明書根據(jù)設(shè)計計算結(jié)果得出設(shè)計計算說明書，其中包括設(shè)計計劃，方案論證及必要的附圖?；举Y料1、水電站名稱：沙棗墩水電站。2、樞紐任務(wù)：經(jīng)濟任務(wù)為發(fā)電、灌溉。此外，市區(qū)生活用電占25%。3、電站設(shè)計保證率：93%。4、水能開發(fā)方式：河床式電站。5、樞紐總體布置：見圖3-15。6、地質(zhì)狀況：右岸主要為沖擊粘土層，透水性較低。左岸及河床主要為強風(fēng)化花崗巖，河床基巖透水不大。6、歷年逐月平均流量見表3-31。月 份67891011平均流量/（m3·s-1）8001000610500150350月 份1212345平均流量/（m3·s-1）200240120140

5、702307、地下水豐富：右岸213m深處，左岸5040m深處均有水。8、電力系統(tǒng)及負荷情況1、電站并入系統(tǒng)運行。主要供給工、農(nóng)業(yè)負荷用電，以工業(yè)為主，近區(qū)無負荷。2、電廠的出線為110kV六回路，其中兩路送往系統(tǒng)，四路送往用戶。另有兩路220kV出線均送往系統(tǒng)。3、廠用變壓器容量按裝機容量的0.4%1.5%選定。有6kV和0.4kV兩種電壓等級。電站附近無獨立電源。4、本電站目前為系統(tǒng)中主要電站。機組在枯水期擔任系統(tǒng)中峰荷，豐水期擔任基荷。5、年利用小時數(shù)：4660h。6、電站總裝機容量：26400kW。9、樞紐組成情況廠房右端與溢流壩相接，溢流壩左端與重力壩相接。為擋水式廠房，廠房為封閉式

6、，承受外水壓力較大。10、樞紐規(guī)劃主要技術(shù)指標1、水庫特征水位校核洪水位 61.8m設(shè)計洪水位 58.6m正常高水位 56.0m死水位 52.0m設(shè)計尾水位 29.5m最低尾水位 28.0m2、庫容總庫容：3×108m3 死庫容：1×108m3 3、水庫調(diào)節(jié)方式：季調(diào)節(jié)。4、本電站水庫調(diào)節(jié)性能較差，豐水期的棄水量較多。電站大部分在正常高水位運行，削落到死水位的機會較少。5、月份上游水位為53.0m，6月上游水位為52.0m，其余各月上游均為正常高水位。11、交通情況距電站55km處有鐵路。公路經(jīng)加固、改善可通過開關(guān)站外側(cè)直達廠房回車場，交通方 7、水文氣象資料1、電站下游水

7、位與流量關(guān)系見表3-30。表3-30 電站下游水位與流量關(guān)系下游流量/（m3·s-1）01002004008001200下游水位/m28.029.030.032.034.035.52、氣象資料：全年最高月平均溫度28.2，全年最低月平均溫度12.9，歷年平均溫度21.7。3水溫：最高水溫29.5，最低水溫16.7（月平均值）。（4）相對濕度：78%。（5）泥沙：多年平均年含沙量0.236kg/m3，最大月平均含沙量0.575kg/m3。圖6-3給出了不同型式水輪機最適合的比轉(zhuǎn)速范圍，也可作為選擇水輪機的依據(jù)。在有些水頭段，當有不同類型的水輪機相搭疊時，可根據(jù)電站具體情況參照教材6.2

8、.2第3個標題“水輪機性能與應(yīng)用特點的比較”進行綜合分析，以確定更適應(yīng)的機型。選擇轉(zhuǎn)輪型號有幾種不同方法，在畢業(yè)設(shè)計中推薦用水輪機型譜參數(shù)進行選擇，水輪機型譜參數(shù)表見教材附錄I中附表1-1附表1-3。參照使用水頭及估算的比轉(zhuǎn)速，可從中選出轉(zhuǎn)輪型號。型譜參數(shù)表中轉(zhuǎn)輪型號的數(shù)字，與轉(zhuǎn)輪比轉(zhuǎn)速相符，例如HL230水輪機的比轉(zhuǎn)速約230m/kw.有些水頭段有2個以上轉(zhuǎn)輪型號時，需進一步計算水輪機的參數(shù)，經(jīng)動能、經(jīng)濟比較后才能確定哪一個更適合。1、D1的計算式中，Pr為水輪機單機額定出力，單位為kw；Hr為額定水頭；QHr為設(shè)計工況點的單位流量，單位為m3/s，選擇QHr時，可由型譜參數(shù)表中，推薦使用最

9、大單位流量一欄中所列的數(shù)據(jù)確定，也可用模型綜合特性曲線上，最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速與出力限制線的交點處的單位流量。而r應(yīng)是所選擇的設(shè)計工況點的原型效率，它等于設(shè)計工況的模型效率加上效率修正值。初步設(shè)計中，修正值可取+2%3%，計算出的D1要圓整為轉(zhuǎn)輪直徑尺寸標準（見教材1.4.1節(jié)）。2、n的計算式中，nHO為水輪的最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速，HIV為水輪機的加權(quán)平均水頭。計算出的n要按教材表6-2圓整為發(fā)電機標準同步轉(zhuǎn)速。3、Hr的確定Hr的計算公式為Hr10E/900（）H，式中兩個需要確定的參數(shù)，一個是電站海拔高程E，由水輪機的高程所確定，一般可用設(shè)計尾水位代替；另一變量是模型空化系數(shù)，在計算Hr時，一般可用設(shè)計

10、工況點的空化系數(shù)值。此值一般取最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速與出力限制線交點處值。當設(shè)計工況點小于出力限制時，取實際設(shè)計工況點的值。為空化系數(shù)修正值，可參考教材圖3-14，由設(shè)計水頭選取對應(yīng)的值，在計算H1時也可用公式：H110E/900K6H式中，K為安全系數(shù)，對于不同類型的水輪機，取不同的K值，參照教材第3章3.3.3節(jié)，在確定H時，每一個限定條件，就是計算出的H，必須大于經(jīng)濟吸出高度，一般取經(jīng)濟吸出高度為8m，若小于此值（例如10m），意味著電站的開挖深度很大，增加建設(shè)投資，也會給機組的安裝檢修帶來不便，當水輪機型譜參數(shù)比推算的單位流量太大時，會使H的計算值太小，此時需減小單位流量，使空化系數(shù)減小，H1值

11、增大，直至滿足經(jīng)濟吸出高度為止，或者選擇空化系數(shù)相對較小的機型。4、其它參數(shù)的計算當水輪機型號與設(shè)計工況確定之后，就可以計算其它參數(shù)。1、水能規(guī)劃參數(shù)（1）水頭最大水頭 25.0m平均水頭20.0m設(shè)計水頭18.6m最小水頭15.0m（2）引水系統(tǒng)水力損失3.06×10-4Q2（單機）（3）水庫調(diào)度情況11月至翌年4月為枯水期，保證出水為1.65×102KW，水庫為季調(diào)節(jié)，并進行日和周調(diào)節(jié)。機組可擔任尖峰負荷，并擔任系統(tǒng)負載備用容量和短時事故備用容量，由于調(diào)節(jié)庫容小，水頭又很寶貴，故擔任系統(tǒng)事故備用時間不應(yīng)超過24h。當電站有空閑機組時，可作調(diào)擔軋運行，供應(yīng)電力系統(tǒng)中部分無

12、功負功，但同時調(diào)相的機組最多不超過2臺。（一）水輪機部分水輪機部分設(shè)計的任務(wù)是選擇裝機方案，水輪機型式、型號及主要參數(shù)。1、裝機方案設(shè)計裝機方案包括裝機臺數(shù)的確定與機組布置型式的選擇。電站機組臺數(shù)的多少受多種因素的影響。一般，機組臺數(shù)少時，單機容量較希有，單機效率較高，同時，輔助設(shè)備數(shù)量較少，土建工程量也較少，因此，單位千瓦投資少。但是，機組臺數(shù)少時，電站平均效率較低。機組臺數(shù)多時，單機容量較小，單機效率低，但電站平均效率高。臺數(shù)多時相應(yīng)的輔助設(shè)備數(shù)量多，土建工程量較多，因此，單位千瓦投資相對多一些。此外，機組臺數(shù)多少還與運行靈活性有關(guān)，機組臺數(shù)多時，可根據(jù)負荷要求靈活改變開機臺數(shù)，也可以較靈

13、活地安排機組的維修，相反，機組臺數(shù)少時，靈活性就會差一些。在中小型電站，常采用擴大單元結(jié)線方式，機組臺數(shù)一般為偶數(shù)，但大型電站，常采用單元結(jié)線方式。另一方面，單機容量的大小，不應(yīng)大于系統(tǒng)的備用容量，這是對單機容量的限制條件之一。電站裝機臺數(shù)一般在28臺之間，但有的大型水電廠裝機臺數(shù)很多，如高洲壩發(fā)電廠共裝機26臺。綜合考慮各種因素，才能合理地確定裝機臺數(shù)。機組的裝置形式一般為立式與臥式兩種，大中型機組一般為立式，小型機組一般為臥式或立式。2、水輪機型式及轉(zhuǎn)輪型號的選擇水輪機型式包括反擊型，沖擊型兩種類型及其所包含的多種類水輪機，選擇水輪機型式可參考教材表6-1“水輪機的類型及適用范圍”，進行初

14、步選擇，再按照教材中的公式（6-1）（6-7）進行比轉(zhuǎn)速的估算，根據(jù)估算的比轉(zhuǎn)速進一步更加合理地確定水輪機型式。（4）確定發(fā)電機的冷卻方式：水輪發(fā)電機的冷卻通常采用空冷式或水冷式，空冷式發(fā)電機的極限容量S與發(fā)電機轉(zhuǎn)速有關(guān)：當發(fā)電機在某額定轉(zhuǎn)速n時的容量S1SG時，采用空冷式，否則采用水冷式。（5）發(fā)電機勵磁方式的選擇，可選擇勵磁機勵磁方式與可控硅勵磁方式：目前，大、中、型水電機組多采用可控硅勵磁方式。（6）發(fā)電機出口電壓與功率因數(shù)的選擇，水輪發(fā)電機的額定電壓與功率因數(shù)主要與發(fā)電機的額定容量有關(guān)。額定電壓的選擇額定容量/MVA20208070150130300額定電壓/kV6.310.513.8

15、15.75功率因數(shù)的選擇機組容量/MVA10-6020170110300功率因數(shù)（cos）0.80.850.875（二）發(fā)電機部分1、容量小于10000kW的小型水輪發(fā)電機的參數(shù)與尺寸，可從小型水電站發(fā)電設(shè)備手冊中查出，本指導(dǎo)附錄中列出了這些參數(shù)。2、容量大于10000kw的大、中型水輪發(fā)電機的參數(shù)按下述方法確定。（1）根據(jù)發(fā)電機額定容量，磁極對數(shù)計算出定子鐵芯極距r：式中St發(fā)電機額定容量（kVA）；P磁極對數(shù)；Kj系數(shù)，一般為810，容量大，線速高的取上限。（2）計算定子內(nèi)徑D4與鐵芯長度L1式中ne發(fā)電機額定轉(zhuǎn)速：C系數(shù)，對于空冷式水輪發(fā)電機，當St10000kVA，C2×10

16、-64×10-6；St10000100000kVA，C4×10-66.5×10-6；St100000350000kVA，C6×10-68×10-6。（3）根據(jù)D1(l1n)值選擇發(fā)電機型式； （5）擬定并繪制系統(tǒng)圖。根據(jù)電站裝機容量、機組型式及所選擇的油系統(tǒng)設(shè)備擬定油系統(tǒng)構(gòu)成，繪制油系統(tǒng)圖。絕緣油系統(tǒng)：計算原理同上，其中，設(shè)備充油量按照電站的主變?nèi)萘颗c臺數(shù)，從電力工程手冊關(guān)于電力變壓器的產(chǎn)品規(guī)范中查取。其它計算與設(shè)備選擇同透平油。3、氣系統(tǒng)設(shè)計：參考教材第9章壓縮空氣系統(tǒng)設(shè)計實例。不同類型的水電站對壓縮空氣系統(tǒng)有不同的要求。小型水電站的氣系統(tǒng)很

17、簡單，如CT型調(diào)速器油壓裝置控制采用自動補氣方式，一般不設(shè)高壓氣系統(tǒng)，大、中型水電站的供氣較復(fù)雜，一般設(shè)高、低壓氣系統(tǒng)，以大、中型水電站為例，氣系統(tǒng)設(shè)計步驟如下：料同上。（4）廠內(nèi)低壓氣系統(tǒng)設(shè)備選擇制動儲氣罐選擇：根據(jù)電站主接線方式，考慮母線發(fā)生故障時需制動的機組臺數(shù)，以及發(fā)電機生產(chǎn)廠家提供的機組制動耗氣量q，制動時間t，按教材中給定公式計算儲氣罐容積，選擇儲氣罐。調(diào)相儲氣罐的選擇a.根據(jù)儲氣罐內(nèi)壓縮空氣溫度（可取平均室溫）與轉(zhuǎn)輪室中水的溫度（可取全年平均水溫）計算出絕對溫度之比K1.b.根據(jù)儲氣罐的額定壓力P1與放氣后的壓力下限P2P + (0.51.0)×105(pa).計算出（

18、P1P2）的值。其中P104（ 尾水 下限）， 尾水為調(diào)相運行時的尾水位或設(shè)計尾水位，下限為壓水的下限水位，可取尾水管進口邊以下（0.51.0）D1處。例如，當尾水管進水口高程為100m，D1 = 2m時， 下限100（0.51.0），D1100（0.51.0）×29998m。對于混流式水輪機，下限也可取轉(zhuǎn)輪下環(huán)以下（0.50.6）D1處，對于軸流式水輪機，下限也可取葉片中心以下（0.50.6）D1處。c.根據(jù)轉(zhuǎn)輪流道尺寸計算調(diào)相壓水充氣容積V。d.在計算出上述參數(shù)的情況下，可計算出調(diào)相儲氣罐的容積V。此式中，K1、P、V、P1、P2已在上面求出，而為空氣有效利用系數(shù)，對不同水頭不同

19、機組取不同值，可參考教材第9章9.3.4節(jié)。（5）低壓空壓機的選擇無調(diào)相任務(wù)時，按制動用氣量選擇空壓機，參考教材第9章9.3.3節(jié)。有調(diào)相任務(wù)時，單獨設(shè)調(diào)相空壓機，按調(diào)相氣罐壓力恢復(fù)時間計算空壓機的生產(chǎn)率，按計算的生產(chǎn)率選擇空壓機，參考教材第9章6.3.4節(jié)。風(fēng)動工具的用氣量也較小，根據(jù)風(fēng)動工具臺數(shù)、用氣量、用氣壓力可選出空壓機。3輔助設(shè)備部分1、主閥及其操作方式的選擇：根據(jù)教材第9章第9.1.1節(jié)中進水閥設(shè)置的3個條件判斷是否需要設(shè)置主閥。根據(jù)機組額定容量及電站水頭選擇主閥型式及操作方式。2、油系統(tǒng)設(shè)計油系統(tǒng)一般分透平油系統(tǒng)與絕緣油系統(tǒng)兩部分。參考教材第9章：透平油系統(tǒng)設(shè)計案例。透平油部分：

20、（1）根據(jù)機組型式、發(fā)電機軸承結(jié)構(gòu)等確定供油對象。（2）計算用油量（根據(jù)廠家資料確定或根據(jù)相近機組估計），步驟如下：運行用油量（即設(shè)備充油量）：將機組各部分充油量相加，乘以1.051.1倍，即運行用油量V1。備用油量V2：等于最大一臺機組用油量的110%。補充備用油量V3：按機組用油量的25%，45天補充的量。系統(tǒng)的總用油量V，全用總運行油量，備用油量及全廠總補充備用油量之和：V=2V1+V2+2V3。（3）油系統(tǒng)設(shè)備選擇根據(jù)上述計算結(jié)果選擇凈油槽，運行油槽及重力加油箱（對于轉(zhuǎn)漿式機組）計算凈油設(shè)備的生產(chǎn)率，查機械產(chǎn)品目錄，選擇凈油設(shè)備，壓力濾油機，真空濾油機。按機組充油時間，要求計算油泵生產(chǎn)

21、率，查機械產(chǎn)品目錄，選擇油泵。（4）管道選擇，根據(jù)管道中油的油量，要求流速計算管道直徑d，并選擇管道材質(zhì)。飛逸轉(zhuǎn)速的計算，由模型特性曲線的飛逸特性曲線上選取，選取的方法是由上面計算確定的設(shè)計工況點，在模型綜合特性曲線上查出導(dǎo)葉開度a0值，在飛逸特性曲線上查出單位飛逸轉(zhuǎn)速，然后，代入計算公式。軸向水推力的計算：在初步設(shè)計時，軸向水推力可用近似公式估算，計算公式為：F1 = 9.81×103KD1HCOH（N）3、各方案的比較根據(jù)上述計算出的水輪機各參數(shù)，進行綜合分析比較，可以從中選出一個最優(yōu)方案，作為設(shè)計的排薦方案。4、繪制水輪機運轉(zhuǎn)綜合特性曲線根據(jù)水輪機的基本參數(shù)Hcos、Hr、Hm

22、in、Dr、n以及所選水輪機的模型綜合特性曲線，按照教材第5章第5.3.2節(jié)介紹的方法與步驟，可以繪制出水輪機運轉(zhuǎn)綜合特性曲線。4、技術(shù)供水系統(tǒng)設(shè)計（1）確定供水對象及供水量：發(fā)電機空冷器與其軸承用水量與發(fā)電機容量有關(guān)，可由教材圖9-23查出，其它設(shè)備用水量可按教材第9章9.4.2中給出的比例估算，也要從產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)中查出。（2）確定供水水源及供水方式：按教材第9章9.2.4節(jié)中介紹的內(nèi)容根據(jù)電話水頭及水質(zhì)等情況選擇供水方式及水源。（3）根據(jù)供水流量確定取水口直徑與供水管道直徑。其中關(guān)鍵是確定流速，可按第9章9.4.6節(jié)中介紹的方法選擇。供水干管、各支管的直徑計算時，要根據(jù)通過的流量及允許流速

23、分別計算。（4）濾水器及閥門的選擇：根據(jù)供水量及供水壓力，從供水設(shè)備產(chǎn)品目錄中選擇濾水器及閥門。（5）設(shè)計繪制供水系統(tǒng)圖：根據(jù)供水方式及所選擇的供水設(shè)備擬定供水系統(tǒng)構(gòu)成，繪制供水系統(tǒng)圖。（6）當采用水泵供水時，需根據(jù)供水系統(tǒng)計算水泵的流量與揚程，從水泵產(chǎn)品目錄中選擇供水泵。5、排水泵系統(tǒng)設(shè)計（僅考慮檢修排水系統(tǒng)）（1）所給出的機組流道尺寸計算排水容量V，VV壓V端+V尾，各部分容積分別計算出，然后相加得總排水量。（2）據(jù)主閥尺寸及尾水閘門尺寸計算漏水量，并求出總漏水量。（3）據(jù)總排水量與漏水量計算每小時需排除的水量Q，確定排水泵臺數(shù)（一般選兩臺）及流量。（4）據(jù)排水揚程H與流量從水泵產(chǎn)品目錄中

24、選擇排水泵，或參考本書附錄。（5）據(jù)排水量流量計算排水管直徑。（6）據(jù)排水方式及所選排水設(shè)備繪制水系統(tǒng)圖。排水系統(tǒng)設(shè)計參考教材第9章“排水系統(tǒng)設(shè)計實例”。6、輔助設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計中參數(shù)選擇參考（1）油系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)數(shù)據(jù)（針對本書設(shè)計任務(wù)書指定的電話）油壓裝置為Y2-2.5型，充油容積2.9m3.導(dǎo)水機構(gòu)接力器用油0.25m3，轉(zhuǎn)輪接力器用油2.5m3，受油器充油0.5m3。機組接力，上導(dǎo)軸承油槽充油4m3，下導(dǎo)軸承油槽充油0.7m3，水導(dǎo)軸承油槽充油0.35m3。凈油槽至重力加油箱管路總長L=45m，管路計算簡圖如水輪機水泵及輔助設(shè)備教材圖9-1，管件總阻力系數(shù)L2=39.25。（2）壓縮空氣系統(tǒng)設(shè)計參考數(shù)據(jù)壓縮空氣系統(tǒng)的用戶及主要參數(shù)為：用戶名稱額定壓力/pa用氣量備注壓油槽2.5×1051.6cm3制動時間2min機組制動7