水輪機選型設(shè)計報告書

目錄TOC\o"1-5"\h\z第一章基本資料2\o"CurrentDocument"1.1水輪機選擇的內(nèi)容2第二章水能計算與相關(guān)曲線的繪制3\o"CurrentDocument"2.1水能計算3\o"CurrentDocument"2.2相關(guān)曲線的繪制.7第三章機組臺數(shù)和單機容量的確定8\o"CurrentDocument"3.1水輪機選型方案初定8\o"CurrentDocument"3.2確定水輪機選型方案8第四章水輪機基本參數(shù)的計算13\o"CurrentDocument"4.1水輪機轉(zhuǎn)輪直徑的計算13\o"CurrentDocument"4.2水輪機效率的計算13\o"CurrentDocument"4.3水輪機轉(zhuǎn)速的計算14\o"CurrentDocument"4.4水輪機設(shè)計流量的計算14\o"CurrentDocument"4.5水輪機幾何吸出高度的計算144.6飛逸轉(zhuǎn)速的計算16第一章基本資料水輪機的選型是水電站設(shè)計中的一項重要任務(wù)。水輪機的型式與參數(shù)選擇的是否合理，對于水電站的動能經(jīng)濟指標及運行穩(wěn)定性、可靠性有重要的影響。水電站水輪機的選擇工作，一般是根據(jù)水電站的開發(fā)方式、動能系數(shù)、水工建筑物的布置等，并參照國內(nèi)已生產(chǎn)的水輪機轉(zhuǎn)輪參數(shù)及制造廠的生產(chǎn)水平，擬選出若干個方案進行技術(shù)經(jīng)濟的綜合比較，最終確定水輪機的最佳型式與參數(shù)1.1水輪機選擇的內(nèi)容水輪機選型設(shè)計包括以下基本內(nèi)容：（1）根據(jù)水能規(guī)劃推薦的電站總?cè)萘看_定機組的臺數(shù)和單機容量；（2）選擇水輪機的型號及裝置方式；（3）確定水輪機的輪轉(zhuǎn)直徑、額定出力、同步轉(zhuǎn)速、安裝高程等基本參數(shù)；（4）繪制水輪機的運轉(zhuǎn)特性曲線；（5）確定蝸殼、尾水管的型式及它們的主要尺寸，以及估算水輪機的外形尺寸、重量和價格；（6）選擇調(diào)速設(shè)備；（7）結(jié)合水電站運行方式和水輪機的技術(shù)標準，擬定設(shè)備訂購技術(shù)條件；（8）對電站建成后水輪機的運行、維護提出建議。第二章水能計算與相關(guān)曲線的繪制2.1水能計算根據(jù)所給原始資料，通過水能計算可以得到相應(yīng)數(shù)據(jù)下的裝機容量、發(fā)電量登各種參數(shù)，并將所得數(shù)據(jù)記錄于表2-1中。（1）水頭HH=Hg-Ah（2-1）式中Hg——水電站毛水頭，m；h——水電站引水建筑物中的水力損失，m。將計算結(jié)果錄入表2-1第?列中。（2）裝機容量P和增加裝機容量△?由于同一組內(nèi)流量不等，故應(yīng)先按下列公式計算增加裝機容量△P（Kw）:△P=AQ^H（2-2）式中A——A=9.81*a*8=8.2,a=95%,8=88%（a為發(fā)電機效率,8為水輪機效率）；Q——水輪機通過流量，m3/s;H——水電站相鄰兩組組末（工作）水頭之差，m。將計算結(jié)果錄入表2-1第（J列中第一組流量的裝機容量為七=AQH=1271Kw。其后流量組的裝機容量P（Kw）按下式計算：P.=+Pj+△Pi（2-3）式中i——i=2,3,4……n（n￡N+）；jj=i-1。將計算所得P值錄入表2-1第?U中。（3）發(fā)電量E和累積發(fā)電量￡E發(fā)電量E（萬Kw.h）按下列公式計算：E=PT*24/10000（2-4）式中P——裝機容量，Kw；T——該組流量的出現(xiàn)天數(shù)，天。將所得數(shù)據(jù)錄入表2-1第(J列。累積發(fā)電量￡E(萬Kw.h)按下式結(jié)算：￡E=七+Ej(2-5)式中i——i=1,2,3,4n(n￡N+)；jj=i+1o將所得數(shù)據(jù)錄入表2-1第尊U。年利用小時數(shù)T年利用小時T數(shù)按下式計算：T=￡E/P*10000(2-6)式中￡E——累積發(fā)電量，萬Kw.h。P——裝機容量，Kwo所得數(shù)據(jù)錄入表2-1第OU。這樣經(jīng)過水能計算，就得到了水電站不同流量下的各種參數(shù)。

①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩???序號流量分組Q（m"3/s）組內(nèi)天數(shù)頻率（%）組末流量出現(xiàn)天數(shù)出現(xiàn)頻率（%）前池水位（m）尾水位（m）水頭損失（m）水頭（m）裝機容量P（kw）增加的裝機容量AP1<2154.112365100.00185117712.577.51271.00.022-4164.38435095.891851.31771.12.577.72545.31274.334-5164.38533491.511851.31771.12.577.73182.4637.145-8174.66831887.121851.51771.12.577.95098.81916.358-10226.031030182.4718521771.22.578.36382.91284.1610-11246.581127976.441852.61771.32.578.87029.0646.2711-14246.581425569.861852.61771.42.578.78965.11936.0814-16287.671623163.291853.11771.42.579.210263.91298.9916-18308.221820355.621853.61771.42.579.711571.01307.11018-20328.772017347.401854.11771.42.580.212886.31315.3

序號流量分組Q(m"3/s)組內(nèi)天數(shù)頻率(%)組末流量出現(xiàn)天數(shù)出現(xiàn)頻率p(%)前池水位(m)尾水位(m)水頭損失(m)水頭(m)裝機容量N(kw)增加的裝機容量AN1120-22267.122214138.631854.51771.62.580.414204.91318.61222-24205.482411531.511854.91771.62.580.815530.01325.11324-26154.11269526.031855.41771.62.581.316863.31333.31426-28133.56288021.921855.81771.82.581.518199.91336.61528-32102.74326718.361855.81771.82.581.520873.12673.21632-3582.19355715.621855.81771.82.581.522878.02004.91735-3861.64384913.421855.81771.92.581.424880.42002.41838-4061.64404311.781855.817722.581.326213.81333.31940-4251.37423710.141855.81772.12.581.227545.41331.72042-4551.3745328.771855.81772.22.581.129540.51995.12145-4841.1048277.401855.81772.32.58131533.11992.62248-5241.1052236.301855.81772.42.580.934186.62653.523>52195.2152195.211855.81772.52.580.836836.92650.2表2-1水能計算表七數(shù)時小用利年2.2相關(guān)曲線的繪制七數(shù)時小用利年根據(jù)表2-1所得數(shù)據(jù)作出下列曲線:裝機容量一年利用小時數(shù)關(guān)系曲線10000900080007000600050004000300020001000500010000150002000025000300003500040000裝機容量（Kw）圖2-1裝機容量-年利用小時數(shù)關(guān)系曲線頻率-流量關(guān)系曲線頻)%(圖2-2頻率-流量關(guān)系曲線第三章機組臺數(shù)和單機容量的確定根據(jù)表2-1中所得裝機容量，選取水電站裝機容量為30000KW，查圖2-1得到對應(yīng)的年利用小時數(shù)為3600h。3.1水輪機選型方案初定水電站水輪機組臺數(shù)和單機容量初選為以下四種方案:方案一四臺數(shù)2334容量(Kw)1600013000*2臺、6000*1臺106678000表3-1水輪機初選方案表3.2確定水輪機選型方案由于各方案效率相差不大，故只需進行各方案的經(jīng)濟比較即可，包括計算綜合投資和年效益。根據(jù)表2-1水頭數(shù)據(jù)作下列的特征水頭表3-2，查資料得中小型混流式水輪機模型轉(zhuǎn)輪主要參數(shù)表3-3。由于水電站水頭范圍為77.5~81.5m，因此選擇H240/D41型水輪機。最大水頭max81.5最小水頭min77.5加權(quán)平均水頭Hav79.65設(shè)計水頭Hr79.65表3-2水電站特征水頭表轉(zhuǎn)輪型號推薦使用水頭(m)最優(yōu)工況限制工況n10Q，10n0b0Q，nnsbHL260/D7450-80791.0892.70.1231.24789.42610.143HL240/D4170-105770.9592.00.091.12387.62390.106表3-3中小型混流式水輪機模型轉(zhuǎn)輪主要參數(shù)表（1）轉(zhuǎn)輪直徑D1水輪機額定出力為：(3-1)Pr=(3-1)…P式中g(shù)發(fā)電機單機容量，Kw；"g發(fā)電機效率，其值為95%。取最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速為77r/min與出力限制線交點的單位流量作為設(shè)計工況單位流量Q11r，對應(yīng)的模型效率氣為0.894，暫取效率修正值△門為0.02，則設(shè)計工況原型水輪機效率n=n+△n，m故水輪機的轉(zhuǎn)輪直徑為：di=\；9.81Q、1.叫（3-2）V11rrP式中g(shù)發(fā)電機單機容量，Kw；Gng發(fā)電機效率，其值為95%。按照我國規(guī)定的轉(zhuǎn)輪直徑系列值，轉(zhuǎn)輪直徑取值比計算值大，故進一位作為轉(zhuǎn)輪直徑。將計算結(jié)果錄入表3-4第③列中。（2）效率nrnrmax=1-（1-nm0）《tT"（3-3）式中nn——模型水輪機效率，查表3-3得0.92；m0D1m——模型水輪機轉(zhuǎn)輪直徑，m；D1——原型水輪機直徑，m。效率修正值=n-n章rmaxm0限制工況原型水輪機的效率為nr=nm+△n。將計算結(jié)果錄入表3-4第④列中。（3）設(shè)計流量Qr設(shè)計工況點的單位流量Q為：11r(3-4)Q=—_Pr11r9.81nTD2Hi.5(3-4)式中Pr水輪機額定出力，Kw；門T——限制工況原型水輪機效率；D1——原型水輪機直徑，m；Hr——設(shè)計水位，m。則設(shè)計流量Qr為：Qr=Q11rD"廠35）式中Q——設(shè)計工況點的單位流量，m3/s；11rD1——原型水輪機直徑，m；Hr——設(shè)計水位，m。將計算結(jié)果錄入表3-4第⑤列中。（4）不能利用流量所發(fā)電量E損由設(shè)計流量可得保證流量Qe為Qe=Qr*65%（3-6）式中Q——設(shè)計流量，m3/s。r將計算結(jié)果錄入表3-4第⑥列中。查表2-1可得相應(yīng)流浪組內(nèi)數(shù)據(jù)，則每組不能利用流量所發(fā)電量E.:損iE損.=AP*T*24（3-7）式中△?——增加裝機容量，Kw；T——組內(nèi)天數(shù)，天。隨后，可得不能利用流量（累積）所發(fā)電量E:損E損=E損i+E損j（3-8）式中i——i=1,2,3……n（n￡N+）；jj=i+1。最后采用直線內(nèi)插法即可求得所選機組不能利用流量（累積）所發(fā)電量E損，并將計算結(jié)果錄入表3-4第⑦列中。注意，當(dāng)組內(nèi)機組保證流量不一致時：選擇小的保證流量作為不可利用臨界流量。（5）年發(fā)電量E已知，水電站不計流量損失的總發(fā)電量為Eo=11722.9萬Kw.h,則水電站年發(fā)電量E為：E=E0-E損（3-9）式中Eo——水電站不計流量損失的總發(fā)電量，萬Kw.h；E——不能利用流量所發(fā)電量，萬Kw.h。損將計算結(jié)果錄入表3-4第⑧列中。（6）年產(chǎn)生效益W按市場價格，每度電為0.35元。則水電站年產(chǎn)生效益W為：W=E*0.35（3-10）式中E——年發(fā)電量。所得數(shù)據(jù)錄入表3-4第⑨列中。（7）綜合投資Z以三臺機組為基準，每IKw裝機容量需投資4000元。機組臺數(shù)增加一臺，綜合投資增加25%；機組臺數(shù)減少一臺，綜合投資減少25%。由此，則有：三臺機組綜合投資：Z=4000*3200萬=12800萬元；兩臺機組綜合投資：Z=12800萬*75%=9600萬元；四臺機組綜合投資：Z=12800萬*125%=16000萬元；將所得數(shù)據(jù)錄入表3-4第⑩列中。（8）收回投資年數(shù)N收回投資年數(shù)N為：N=Z/W（3-11）式中Z水電站綜合投資，萬元；W——年產(chǎn)生效益，萬元。將所得數(shù)據(jù)錄入表3-4第列中。（9）方案比較并選擇通過比較，可以發(fā)現(xiàn)方案二的年產(chǎn)生效益最高，投資也不高。而且，采用兩大一小的機組，水電站調(diào)節(jié)、調(diào)度更加靈活，故采用方案二，水電站裝設(shè)兩臺13000Kw的大機組和一臺6000Kw的小機組，總裝機容量為32000Kw。

①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩方案裝機容量（Kw）轉(zhuǎn)輪直徑D1（m）效率r設(shè)計流量Qr(m3/s)保證流量Qe(m3/s)不能利用流量所發(fā)電量（萬Kw.h）年發(fā)電量E（萬Kw.h）產(chǎn)生效益W（萬元）綜合投資Z（萬元）收回投資年數(shù)N（年）一160001.60.9423.5615.31472.2311249.73937.496002.44二130001.40.9419.1712.46138.4411584.54054.6128003.1660001.00.948.895.78三106671.30.9415.7510.24274.0811448.94007.1128003.19四80001.10.9411.847.69189.2611533.74036.8160003.96表3-4水輪機經(jīng)濟比較表第四章水輪機基本參數(shù)的計算4.1水輪機轉(zhuǎn)輪直徑的計算水輪機額定出力為：95%。（4-1）P"g95%。（4-1）…P式中g(shù)發(fā)電機單機容量，Kw；"g發(fā)電機效率，其值為取最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速為77r/min與出力限制線交點的單位流量作為設(shè)計工況單位流量Q11r,對應(yīng)的模型效率氣為0.894，暫取效率修正值^n為0.02，則設(shè)計工況原型水輪機效率n=n+△n，故水輪機的轉(zhuǎn)輪直徑為：mD一八P“iy9.81QiiHi.sn（4-2）P式中G發(fā)電機單機容量，Kw；Gng發(fā)電機效率，其值為95%。代入數(shù)據(jù)計算可得，大機組D1=1.38m，小機組D1=0.96m。按照我國規(guī)定的轉(zhuǎn)輪直徑系列值，轉(zhuǎn)輪直徑取值比計算值大，故轉(zhuǎn)輪直徑取為大容量機組D1=1.4m，小容量機組D]=1.0m。4.2水輪機效率的計算nrmax=1-（1-nm0）’伊（4-3）式中nn——模型水輪機效率，查表3-3得0.92；m0D1m——模型水輪機轉(zhuǎn)輪直徑，m；D1——原型水輪機直徑，m。效率修正值△n=nrmax-nm0，限制工況原型水輪機效率nr=nm+△n。代入數(shù)據(jù)計算可得，大容量機組nr=0.94，小容量機組％=0.94。

4.3水輪機轉(zhuǎn)速的計算由模型綜合特性曲線上查得n110=77r/min。則水輪機轉(zhuǎn)速為：（4-4）n礦

110（4-4）D1代入數(shù)據(jù)得，大機組n=490.9r/min（P為磁極對數(shù)），故取大容量機組n=500r/min代入數(shù)據(jù)得，大機組n=490.9r/min（P為磁極對數(shù)），故取大容量機組n=500r/min4.4水輪機設(shè)計流量的計算設(shè)計工況點的單位流量Q11r為：（4-5）Q11r=9.81nD2（4-5）T1r式中Pr水輪機額定出力，Kw；門T——限制工況原型水輪機效率；D1——原型水輪機直徑，m；Hr——設(shè)計水位，m。則設(shè)計流量Qr為：Qr=Q11rD；、'Hr（4-6）式中Q設(shè)計工況點的單位流量，m3/s；11rD1——原型水輪機直徑，m；Hr——設(shè)計水位，m。代入數(shù)據(jù)得，大容量機組Qr=19.17m3/s，小容量機組%=8.89m3/s。4.5水輪機幾何吸出高度的計算為使水輪機盡可能不發(fā)生空化，取Hmax、Hr、Hmin三個水頭分別計算水輪機的允許吸出高度，以其中的最小值作為最大允許吸出高度。為n匕進行如下計算：（1）計算Hmax、Hr、hmin所對應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速n①大容量機組（13000KW）HnD500*1.4H:n.—:1=——=77.54(r/min)'maxHnD500*1.4Hr:n—,1-=—,-=78.43(r/min)rHminn11maxnDHminn11maxnD1.「HV-min500*1.4<77.5=79.51(r/min)小容量機組（6000Kw）maxn11minn11rmin11maxnD?EmaxnD750nD1maxn11minn11rmin11maxnD?EmaxnD750nD1min750*1.0=83.08(r/min)<81.5*'.°=84.04(r/min)*79.65750*1.0——,=85.19(r/min)v77.5(2).:取min.Qn11max與出力限制線交點處單位流量，Q11(2).:取min.Qn11max與出力限制線交點處單位流量，Q11max=1.1211r=1-10maxQ11minQ11min9.81門D2H1.5T1max13000/0.959.81*0.94*1.4281.51.51.03確定各水頭水頭所對應(yīng)的出力限制工況點的單位流量Q11大容量機組（13000Kw）小容量機組（6000Kw）H:Q11max=1.10minHr：Q11r=1.00PHQ=rmax：11min981nD2H1.5T1max=0.946000/0.95=0.94Q=（3）11min