河海大學熱能與動力工程畢業(yè)設計20.5m～40m水頭150MW

熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設計熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設計20.5m～20.5m～40m水頭150MW石林水電站機電初步設計姓名：周玉國-PAGE姓名：周玉國-PAGE11-學號：03022213--PAGE10-畢業(yè)設計計算書題目石林水電站機電設計專業(yè)年級學 姓 名指導教師水利水電工程學院二○○七年六月目錄摘 要………………-3-原始資料： …第一章水輪機的選型設計第一節(jié)水輪機型號選定………………-6-第二節(jié)原型水輪機主要參數的計算…………………6第三節(jié)較優(yōu)方案選擇…………………-15-第四節(jié)技術經濟指標計算…………21第五節(jié)最優(yōu)方案選擇………………27第六節(jié)最優(yōu)方案的進出流水道計算………………29第七節(jié)繪制廠房剖面圖……………32第二章調節(jié)保證計算及調速設備的選擇第一節(jié)設計水頭下甩全負荷………-40-第二節(jié)最大水頭甩全負荷… …-44-第三節(jié)調速設備的選擇… …-49-第三章輔助設備第一節(jié)氣系統………-51-第二節(jié)水系統………-55-第三節(jié)透平油系統…………………-61-第四章電氣部分第一節(jié)接入系統設計………………-63-第二節(jié)電氣主接線設計……………-64-第三節(jié)短路電流計算………………-70-第四節(jié)電氣設備選擇………………-79-參考文獻…………………-84-附表摘 要此次設計是式石林水電站的機電設備初步設計，設計內容共分為四個大章,包括：水輪機組主機選型，調節(jié)保證計算及調速設備選擇，輔助設備系統設計，電氣一次部分設計。共分為四個大章。HL240HL26011優(yōu)方案中選出最優(yōu)方案。最終選擇第Ⅲ方案為最優(yōu)方案，4HL2604.5m，93.8rpm。ξ和ββ并選取接力器、調速器和油壓裝置的尺寸和型號。第三章輔助設備設計中分別對油、水、氣三大輔助系統設計，按照要求設計各系統的工作方式并按照各計算參數選出油罐、水泵及儲氣罐和空壓機等設備。第四章電氣一次部分設計中，按照設計要求，先對接入系統進行設計計算，220KV，2LGJQ-185；接著進行慮。發(fā)電機電壓側選用擴大單元接線，選取主變型號為110KV，2LGJ-70，SFL1-100002壓側和自用電低壓側進行短路計算，分別求出

I"、I、i、S‘的有名值；最后，按ch照額定電壓和電流選取電氣設備進行校驗，至此，本設計完成。chAbstractWhatIdoisthemechanicalandelectricalmaindesignofNanzhenhydroelectricpowerstation,including4importantpart:hydraulicturbineandpowergeneratordesigned,governorandspeedcontrolequipmentdesigned,auxiliaryequipmentdesignedandelectricalpartdesigned.Inthechapter1ofHydraulicTurbineandGeneratorDesigned,thereis1kindsofhydraulicturbineHL240orHL260forselectiononthebasicoftheheightofthehydroelectricpowerstation.Thereare11planstobecomparedinthispartaftercompute..First,selectingbetterplansbycomparingpoweroutputlineofgeneratorandworkingterritoriesofhydraulicturbine.Second,choosingthebestonebyassessinginvestmentandaverageefficiencyofeverybetterplan.Finally,decidingtomakethesecondplanasthebestone.Intheplan,’lluse4units,therunnerdiameterismeter,andthespeedofrunningis93.8rpm.Inthechapter2ofGovernorandSpeedControlEquipmentdesigned,thelayoutofthestationisarequiredusewithaninvestpenstock.Therefore,itneedstocalculateforaunitwhenitrejectswholeload.Inthispart,straightclosingtimeofwicketgetservomotorshouldbecalculatedindesignheadandmaximumpotentialhead.calculateξ andβ,β<55%.Finally,choosingservomotor,governorandoil-handlingfacility.Inthechapter3ofAuxiliaryEquipment,thispartisdesignedforwateringanddrainagesystem,airsupplysystemandturbineoilsystemdesigned.Accordingtodesigningrequirement,I’llselecttherightkindofturbineoiltanks,waterpumps,airreceiverandcompressor.Inthechapter4ofElectricalpart,firstofall,itshoulddesignintakesystem.Thevoltagestepoftransmittedwireis220KV,2lines,andthewireisLGJQ-185.Secondly,itshoulddesignmainwire.Generatorsideand220KVside,loadnearbysideandusingforstationsideshouldbeincluded.Generatorside:onelinewiring,transformerisSFPL-90000/220;220KVside:Theunitextensionform;loadnearbyside:transmitandtransformerunit,thetransformerisSFL1-10000/110;usingforpowerstationside:Transformer—linewiringform.Thirdly,itshouldcalculateshortcurrent,including

IIiUch .Finally,fixingoutelectricalequipmentaccordingto eandIe.That’sall.原始資料：石林水電站位于江西省的修水上，電站建成后將向南昌供電。2080電站建成后將承擔峰荷及部分基荷，本電站有調相任務。1635溫-6本電站建成后將承擔峰荷，少部分時間帶基荷，有調相任務，電站建成后在90110Hmax=40Hp=3215kW4000Hmin=20.5千年一遇洪水位32.1m5.5kW31.5m第一章水輪機的選型設計第一節(jié)水輪機型號選定一、水輪機型式的選擇：的優(yōu)點：30～700m；結構簡單，價格低；裝有尾水管，可減少轉輪出口水流損失。故選擇混流式水輪機。二、比轉速的選擇：本電站是引水式建流電站，則有Hr=0.95Ha=30.4m。按我國水輪機的型譜推薦的設計水頭與比轉速的關系，水輪機的n 為sHrn Hrs

20

2000

20341.2(mkw)30.4n26030.4s

《中小型混流式尺寸匯編》第2頁《中小型混流式水輪機模型轉輪主要參數表》，水輪機模型轉輪知可選HL240或HL260。 主要參數表》三、機組臺數擬定：按電站建成后,在電力系統的作用及考慮到系統的穩(wěn)定運行,初步擬定為2臺,3臺,4臺,四種方案進行比較。臺數單機容量（萬KW）27.53543.75表1-1機組擬定臺數第二節(jié)原型水輪機主要參數的計算HL240一．兩臺1、計算轉輪直徑水輪機額定出力：N

7.5104

《水力機械》P56P r G

76531上式中： G

發(fā)電機效率,取0.98N 機組的單機容量Gn=72r/min110工況點單位流量，則Q11r=1.10m3/s,ηm=0.904率修正值Δη=0.03，η=0.904+0.03=0.934。PrH11 rD PrH11 r1 9.811.100.9346.5m7m間。根據四分之一選擇法，兩者都考慮。（一）D=6.5m1計算原型水輪機的效率max

1 ) D1M05 D11

10.460.9475 Δη=ηmax-ηm0=0.947-0.91=0.037η=ηm+Δη=0.940同步轉速的選擇

《水輪機課本》P38nD1取62.5

n H110 p72 62.7rn H110 p72

《水輪機課本》P36Δη=ηmax-M0=0.946-0.915=0.031η=ηm+Δη=0.9263、同步轉速的選擇計算水輪機的運行范圍最大水頭、最小水頭和平均水頭對應的單位轉速（A）n=62.5r/min

1H1Hmaxn nDHpHp

62.5

64.2(r/min)

P3640321n nD4032111a

62.5

71.8(r/min)1Hmin（二1Hmin

n 11max

62.5

20.589.7(r/min)20.5計算原型水輪機的效率D

0.46max

1 )M05

1M 1D1

0.9487

《水輪機課本》Δη=ηmax-ηm0=0.948-0.91=0.038η=ηm+Δη=0.941轉速的選擇

P38n H110 pn H110 p72 n 58.2r/minD 71取n=57.7r/min。計算水輪機的運行范圍1Hmax1Hmax40n 11min

57.7

63.9(r/min)n 11a

nD 1H32Hmin1H32Hmin20.5

57.7

71.4(r/min)1n nD111max

57.7

89.2(r/min)二．三臺1、計算轉輪直徑Pr

NNG

5 510205

《水力機械》P56上式中：G

發(fā)電機效率,取0.98N 機組的單機容量Gn=72r/min110工況點單位流量，則Q11r=1.10m3/s,ηm=0.904Δη=0.03，η=0.904+0.03=0.907。PrPrH11 rD 5.5(m)1 9.811.10取D1=5.5m。2、計算原型水輪機的效率D

0.46max

1 )M05

1M 1D1

0.945Δη=ηmax-ηm0=0.945-0.91=0.035 《水輪機課本》η=ηm+Δη3、同步轉速的選擇

P38n H110 p72 n H110 pn /minD 5.51取n=75r/min。4、計算水輪機的運行范圍最大水頭、最小水頭和平均水頭對應的單位轉速40nD 755.5401H1Hmax11min

65.2(r/min)nD 755.5

《水輪機課本》1H321H3211a

72.9(r/min)p

P3620.5nD 755.520.51H1Hmin11max

/min)三．四臺1、計算轉輪直徑水輪機額定出力：NP rN

3.75 104 38265(3.75 104G上式中： 發(fā)電機效,取0.98GN 機組的單機容量G取最優(yōu)單位轉速n=72r/min與出力限制線交點的單位流量為設計110工況點單位流量，則Q11r=1.10m3/s,ηm=0.904Δη=0.03，η=0.904+0.03=0.34。PrPrH11 r

《水力機械》P56D 4.76(m)1 9.811.14.5m5m間，根據四分之一選擇法選取D1=4.5m5m。2、計算原型水輪機的效率max

1 ) D1M05 D11

10.460.9435 Δη=ηmax-ηm0=0.943-0.91=0.033η=ηm+Δη=0.9373n H110 pnn H110 pD1

72324.532

90.5r/min

《水輪機課本》P3893.8r/min88.2r/min選取4、計算水輪機的運行范圍D=4.5（A）n=93.8最大水頭、最小水頭和平均水頭對應的單位轉速n 11min

93.8

66.7(r/min)1Hmax401Hmax4011a

nD 74.6(r/min)1H321H32n 11max

nDmin

93.8

93.2(r/min)1H20.51H20.5nD

《水輪機課本》P361H32n 1H3211ap

70.2(r/min)20.5D=5m20.5

n11

nD 1H1H

88.2

87.7(r/min)(A)n=83.3nD

83.351Hmax1Hmax11minnD

65.9(r/min)4083.35401H32n 1H3211ap

73.6(r/min)1Hn 1H11max

nDmin

83.3

92.0(r/min)

《水輪機課本》P3620.5(B)n=7920.5nD

7951Hmax1Hmax11min40nD40

62.5(r/min)32795321Hn 1H11a

/min)p20.5HL26020.5

n11

nD 1H1H

79

87.2(r/min)一．兩臺1、計算轉輪直徑水輪機額定出力：N

7.5104

《水力機械》P56Pr G

7653k).0.98上式中： G

發(fā)電機效率,取0.98N 機組的單機容GPrHPrH11 r1 9.811.18

7.02(m)按我國規(guī)定的轉輪直徑系列。取7max

1(1 )5 DM0 DD1

1

7

0.941Δη=ηmax-ηm0=0.941-0.894=0.047η=ηm+Δη=0.875轉速的選擇nH3273nH32n 110 pD 71

59.6r/min根據四分之一選擇法選取n=60r/min。計算水輪機的運行范圍最大水頭、最小水頭和平均水頭對應的單位轉速

1H1Hmaxn 11min

60

66.4(r/min)

P3640n nD4011a

60

74.2(r/min)1Hp100n 1Hp10011max

60

92.8(r/min)1Hmin1Hmin20.51、計算轉輪直徑水輪機額定出力：N

5104P r G

51020(kw).0.98上式中：G

發(fā)電機效率,取0.98N 機組的單機容量Gn=73r/min110工況點單位流量，則Q11r=1.18m3/s,ηm=0.894率修正值Δη=0.03，η=0.894+0.03=0.858。PrH11 rD PrH11 r1 9.811.180.858max

1(1 )5 DM0 DD1

1(10.894)0.3850.938m055.55

《水輪機課本》Δη=ηmax-η=0.938-0.894=0.044η=ηm+Δη3、同步轉速的選擇

P38n H110 pn H110 p73 n /minD 5.51根據四分之一選取75。4、計算水輪機的運行范圍最大水頭、最小水頭和平均水頭對應的單位轉速（A）n=75r/minn 11min

75

65.2(r/min)40n nD4011a

75

1Hmax3272.9(1Hmax321Hpn 1Hp11max

75

91.1(r/min)1Hmin1Hmin20.51、計算轉輪直徑水輪機額定出力：N

3.75104

《水輪機課本》P36P r G

38265(kw).0.98上式中： 發(fā)電機效,取0.98GN 機組的單機容量G況點單位流量，則ηm=0.894，暫取效Δη=0.03，η=0.828+0.03=0.858。PrPrH11 rD 4.8(m)1 9.811.1838265按我國規(guī)定的轉輪直徑系列4.5m與5m(一)D1=4.5m、計算原型水輪機的效率max

1 ) D1M05 D11

10.3850.9355

《水輪機課本》P38Δη=ηmax-ηm0=0.935-0.894=0.041η=ηm+Δη=0.869、同步轉速的選擇n H110 pn H110 p73 n 91.8r/minD 4.5193.8r/min88.2r/min者均取。4、計算水輪機的運行范圍最大水頭、最小水頭和平均水頭對應的單位轉速（A）n=93.8

《水輪機課本》P38n 11min

93.8

66.7(r/min)40n nD4011a

93.8

1Hmax3274.6(1Hmax321Hpn 1Hp11max

93.8

93.2(r/min)1Hmin20.51Hmin20.51Hmaxn nD11min

88.2

3262.8(r/min)32n nD11a

88.2

70.2(r/min)

《水輪機課本》P361Hp32n 1Hp3211max

88.24.587.7(r/min)1Hmin1Hmin20.5、計算原型水輪機的效率D

0.385max

1 )M05

1M 1D1

0.9355Δη=ηmax-ηm0=0.935-0.894=0.041η=ηm+Δη=0.869、同步轉速的選擇n Hn 110 pD

73 5

82.6r/min1根據四分之一選擇法，選取83.3。、計算水輪機的運行范圍n=83.3r/min最大水頭、最小水頭和平均水頭對應的單位轉速

《水輪機課本》P38n 11min

nD1Hmax

83.340

59.3(r/min)n 11a

nD 83.31H 32p

66.3(r/min)臺數直徑臺數直徑轉速n11minn11pn11max方案6.562.564.271.889.712757.763.971.489.2235.57565.272.991.1344.593.866.774.693.2444.588.262.870.287.75457962.569.887.26276066.474.292.8735.57565.272.991.1844.593.866.774.693.2944.588.262.870.287.7104583.359.373.682.811HL240

83.3nnnD111maxHmin

82.8(r/min)

《水輪機課本》P36HL2601-2備選方案列表第三節(jié)較優(yōu)方案選擇一、畫各方案工作范圍HminHaHmaxH1、H2n11在最小水頭下，水輪機不能發(fā)出額定出力，此時水輪機受到出力限制線的限制，所以不需要試算最小水頭下的Q11。在最大水頭和設計水頭下，用原型水輪機效率ηQ11n11η，這就需要試算。Q11ηT=Pr/9.81D12H1.5=CηTQ11’,再由Q11’和對應水頭的N11在圖上找到一點，并查出此點的ηm,將此ηm轉換成原型效率ηT’（按限制工況點效率誤差Δη 計，此時可比較ηT’和ηT是否相等，如果不等，則從新將ηT’代入公式計算，重復前面的過程，直到計算同假設值相等為止，為了減少試算次數，一般只要前面兩次單位流量相差值小于5%就認為可以了。Ha=32mHa=32mHmax=40mQ11ηmQ11ηm方案一0.8080.8630.6800.915方案二0.700.910.5770.895方案三0.770.8410.7110.90方案四0.8470.8660.6990.915方案五0.8530.8600.5520.885方案六0.810.730.5480.885方案七0.0.8010.7510.6420.905方案八0.8060.8060.6350.905方案九0.8730.8310.6080.905方案十0.890.8100.7920.915方案十一0.8010.730.6800.905將兩個試算點連接起來，這樣由水輪機出力限制線、以及五個水頭所對應的單位轉速就圍成了各個方案的工作范圍。二、初選較優(yōu)方案根據前面擬定的各方案的工作范圍是否包含高效區(qū)，或者包含高效區(qū)的面積（表1－4）方案方案I臺數4直徑（m）4.5轉速(r/min)88.2轉輪型號HL240Ha=32mηmQ11ηTP(MW)最大水頭Hmax=32mηm Q11m ηTP(MW)方案Ⅱ方案Ⅱ臺臺7593.888.2HL260HL260HL260Ha=20.5mηmQHa=20.5mηmQ11mηTP(MW)ηmQ11mHr=30.4mηTP(MW)方案一0.851.040.88316.932410.850.8010.88323.55036方案二0.861.0830.89317.832190.860.820.89324.38202方案三0.871.1230.90318.697880.870.8310.90324.9858方案四0.881.1610.91319.544650.880.8680.91326.3873方案五0.8900.92300.890.910.92327.9671方案六0.900.93300.90.9420.93329.26422方案七0.9100.94300.910.9820.94330.83384方案八0.9100.94300.911.1910.94337.39623方案九0.900.93300.91.2220.93337.96271方案十0.8900.92300.891.2520.92338.47782方案十一0.881.2830.91321.598430.881.2860.91339.09454方案十二0.871.3270.90322.094470.871.3140.90339.50823方案十三0.861.3520.89322.261430.861.3440.89339.96273方案十四0.851.3680.88322.272640.851.3660.88340.16204方案一0.850.80.88325.40210.850.8570.88338.02993方案二0.860.8190.89326.299920.860.8750.89339.26843方案三0.870.830.90326.951620.870.8910.90340.43426方案四0.880.8680.91328.497680.880.9220.91342.30442方案五0.890.9060.92330.071070.890.960.92344.53044方案六0.90.940.93331.537590.91.010.93347.35731方案七0.910.9790.94333.198110.9100.943方案八0.911.1790.94339.980160.9100.943Ha=32mHmax=40mηmQ11ηTP(MW)ηmQ11ηTP(MW)方案九3340.596260.91.0650.93349.93618方案十0.891.2420.92341.223260.891.1340.92352.60158方案十一0.881.280.91342.024230.881.1920.91354.69291方案十二0.871.3090.90342.505620.871.2340.90355.99986方案十三0.861.3380.89342.966160.861.2650.89356.77093方案十四0.851.360.88343.183580.851.2940.88357.42209Ha=20.5mHr=30.4mHa=20.5mHr=30.4m0.780.830.82418.818610.780.6880.82421.02907方案一0.80.84400.80.7160.84422.41609方案二0.8100.85400.810.7480.85423.69539方案三0.8200.86400.820.780.86424.99843方案四0.8300.87400.830.8580.87427.81654方案五0.8400.88400.8400.884方案六0.8500.89400.8500.894方案七0.8500.89400.8500.894方案八0.8400.88400.8400.884方案九0.8300.87400.831.130.87436.63484方案十0.8200.86400.821.1950.86438.29888方案十一0.8100.85400.811.2240.85438.77428方案十二0.80.84400.81.2590.84439.416方案十三0.781.20.82427.207630.781.3050.82439.88799方案十四0.780.830.82418.818610.780.6880.82421.02907方案一0.850.80.88325.40210.850.8570.88338.02993方案二0.860.8190.89326.299920.860.8750.89339.26843方案三0.870.830.90326.951620.870.8910.90340.43426方案四0.880.8680.91328.497680.880.9220.91342.30442方案五0.890.9060.92330.071070.890.960.92344.53044方案六0.90.940.93331.537590.91.010.93347.35731方案七0.910.9790.94333.198110.9100.943Ha=32mHmax=40mηmQ11ηTP(MW)ηmQ11ηTP(MW)方案八0.911.1790.94339.980160.9100.943方案九3340.596260.91.0650.93349.93618方案十0.891.2420.92341.223260.891.1340.92352.60158方案十一0.881.280.91342.024230.881.1920.91354.69291方案十二0.871.3090.90342.505620.871.2340.90355.99986方案十三0.861.3380.89342.966160.861.2650.89356.77093方案十四0.851.360.88343.183580.851.2940.88357.42209Ha=20.5mHr=30.4mHa=20.5mHr=30.4mηmQ11ηTP(MW)ηmQ11ηTP(MW)方案一0.7800.82100.7800.821方案二0.800.84100.800.841方案三0.8100.85100.810.7070.85120.03334方案四0.8200.86100.820.750.86121.5015方案五0.8300.87100.830.80.87123.20131方案六0.8400.88100.840.870.88125.52111方案七0.8500.89100.8500.891方案八0.8500.89100.8500.891方案九0.8400.88100.841.1180.88132.79609方案十0.8300.87100.831.1840.87134.33794方案十一0.8200.86100.821.2280.86135.20513方案十二0.8100.85100.811.260.85135.70298方案十三0.800.84100.81.2880.84136.06752方案十四0.7800.82100.781.340.82136.6313方案一0.7800.82400.7800.824方案二0.80.690.84431.283180.80.7790.84449.35876方案三0.810.70.85432.112580.810.820.85452.57219方案四0.820.7370.86434.205870.820.8570.86455.58773方案五0.830.780.87436.620590.830.9360.87461.4146Ha=20.5mHr=30.4mHa=20.5mHr=30.4mHa=32mHmax=40m方案六0.840.8360.88439.698850.8400.884方案七0.850.9110.89443.749720.8500.894方案八0.851.0820.89451.961790.8500.894方案九0.841.1680.88455.464420.8400.884方案十0.831.2430.87458.35820.831.1480.87475.32475方案十一0.821.2630.86458.618740.821.2360.86480.17087方案十二0.811.3040.85459.821160.811.2840.85482.32036方案十三0.81.3390.84460.70750.81.3220.84483.76417方案十四0.7800.82400.7800.824方案四ηmQ11ηTP(MW)ηmQ11ηTP(MW)方案一0.7800.82100.7800.821方案二0.80.760.84111.785130.80.6810.84119.06986方案三0.810.80.85112.552910.810.7050.85119.97667方案四0.820.880.86113.970460.820.740.86121.21482方案五0.831.060.87117.02350.830.7880.87122.85329方案六0.8400.88100.840.840.88124.64107方案七0.8500.89100.850.920.89127.29417方案八0.8500.89100.851.080.89132.04099方案九0.8400.88100.841.1850.88134.76151方案十0.8300.87100.831.2250.87135.52701方案十一0.821.060.86116.828050.821.2850.86136.83924方案十二0.811.160.85118.201720.811.30.85136.83641方案十三4118.297970.81.340.84137.52366方案十四0.781.260.82119.073860.7800.821ηmQ11ηTP(MW)ηmQ11ηTP(MW)方案一0.7800.82100.7800.821方案二4121.169620.80.820.84134.65723方案三0.810.720.85122.033380.810.8810.85137.67814方案四0.820.740.86122.911520.820.920.86139.80843方案五0.830.80.87125.056890.8300.871方案六0.840.860.88127.245410.8400.881方案七0.850.9250.89129.637290.8500.891方案八0.851.060.89133.962730.8500.891方案九0.841.160.88136.749620.8400.881方案十0.831.220.87138.211760.8300.871方案十一0.821.260.86139.01150.821.120.86148.4624方案十二0.811.3050.85139.93550.811.250.85153.4593方案十三0.81.340.84140.5244154.9443方案十四0.7800.82100.7800.821第四節(jié)技術經濟指標計算一．動能經濟指標根據運轉特性曲線，求各方案的平均效率1、繪制轉輪運轉綜合特性曲線和等效率曲線的繪制：5n11值在模型綜合特性曲線上作水平線與其等效率線相交得一系列交點，根據交點處Q11ηmηP1。將各點的HP值繪在坐標圖上，將各點連成光滑曲線，即為某η 的率值。Hmin～Hr95%1-11-3。根據所繪制的運轉特性曲線計算各方案的平均效率方案1H(m)P(MW) 2、利用面積法求各方案的平均效率：12 2Aa A方案平均效率I0.875Ⅱ0.877Ⅲ0.881Ⅳ0.870式中η1、η2為特性曲線上相鄰等效率線上的效率值，A方案平均效率I0.875Ⅱ0.877Ⅲ0.881Ⅳ0.870二．機電設備投資和耗鋼量(一)、水力機械部分水輪機由前選型計算可知選擇水輪機為HL180HL200,根據轉輪直徑,估算各種方案的水輪機的重量:（表1－6） 部分P139圖2-55方臺數直徑單重（t/總重單價(萬元總價(萬元案Ⅰ4(m)4.5臺）430(t)1720/t)3.56020Ⅱ35.556016803.55880Ⅲ44.543017203.56020Ⅳ44.543017203.56020調速器3030×4=12030×3=9030×4=12030×4=120起重設備量的一半來估算。發(fā)電機重量可按以下公式來計算：

《電氣一次》P1833 S3 S(nn)2F Gn （t）上式中：KG 估算系數，Sn 視在功率（KVA）nn 額定轉速150r/minKG8～10KG=9。

《水電站機電設P1493-1《水電站機電設根據發(fā)電機容量可得三種較優(yōu)方案發(fā)電機的功率因數都為 計手冊電氣一次0.85。（1－7）

P1594-6熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設計熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設計20.5m～20.5m～40m水頭150MW石林水電站機電初步設計姓名：周玉國-PAGE姓名：周玉國-PAGE25-學號：03022213--PAGE26-方案 轉速(r/min) Pr(萬KW)

(t) 1G方案Ⅰ88.23.75504.1方案Ⅰ88.23.75504.1252.1方案Ⅱ755680.4340.2方案Ⅲ93.83.75504.1252.5方案Ⅳ88.23.75504.1252.5

(t)（2）根據廠房寬度來估算起重機的跨度：在初步設計階段，其跨度估算值＝4.5*D1分別為：20.25，24.75，20.25,20.25。240t,250t,240t,240t2.2：528550萬元，528萬元,525萬元。D、輔助設備部分輔助設備投資=k%×（水輪機+調速器）查《原始資料匯編》59k估算分別為：方案Ⅰ k=4.2%總價為：4.2%×（6020+120）=337.7萬元方案Ⅱ k=3%總價為：4.2%×（5880+90）=286.6方案Ⅲk=4.2%總價為：4.2%×（6020+120）=337.7萬元方案Ⅳk=4.2%總價為：4.2%×（6020+120）=337.7萬元E、設備安裝運輸費安裝設備運輸費=κ%×設備總價查《原始資料匯編》可得各方案的κ8.8%,7.8%，8.1%，8.1%故有：方案Ⅰ：總價為：8.1%×（6020+120+528+337.3）

《水電站機電設P3307-6械部分P26圖=534.2萬元 5-26方案Ⅱ：總價為：7.8%×（5880+90+550+286.6）=507.5萬元方案Ⅲ：總價為：8.1%×（6020+120+528+337.3）=534.2萬元方案Ⅳ:總價為：8.1%×（6020+120+528+337.3）=534.2萬元（二、電氣部分A、水輪發(fā)電機方案Ⅰ總重：G總=2GF=4×504.1=2016.4(t)總價為2016.4×4＝8065.6(萬元)方案Ⅱ總重：G總=3GF=3×680.4=2041.2(t)總價為2041.2×4＝8164.8(萬元)方案Ⅲ總重：G總=2GF=4×504.1=2016.4(t)總價為2016.4×4＝8065.6(萬元)方案Ⅳ總重:G總=2GF=4×504.1=2016.4(t)總價為2016.4×4＝8065.6(萬元)B、變壓器和開關設備方案ⅠZ=4臺總價為：440×4=1560萬元方案ⅡZ=3臺總價為：435×3=1305萬元方案ⅢZ=4臺總價為：440×4=1560萬元方案ⅣZ=4臺總價為：440×4=1560萬元C估算時以（發(fā)電機+變壓器+開關設備）×10%計算結果如下：方案Ⅰ總價為：10%×（8065.6+1560）=962.5萬元方案Ⅱ總價為：10%×（8164.8+1305）=946.9萬元方案Ⅲ總價為：10%×（8065.6+1560）=962.5萬元方案Ⅳ總價為：10%×（8065.6+1560）=962.5萬元D、電氣部分運輸費各方案的κ值，分別為：8.1%,7.8%，8.1%，8.1%,故有：方案Ⅰ總價為：8.1%×（8065.6+1560+962.5）=534.2萬元方案Ⅱ總價為：7.8%×（8164.8+1305+946.9）=507.5萬元

10-21查《原始資料匯編》熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設計熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設計20.5m～20.5m～40m150MW石林水電站機電初步設計姓名：周玉國-PAGE姓名：周玉國-PAGE27-學號：03022213--PAGE28-方案Ⅲ總價為：8.1%×（8065.6+1560+962.5）=534.2萬元方案Ⅳ總價為：8.1%×（8065.6+1560+962.5）=534.2萬元第五節(jié)最優(yōu)方案選擇總投資（萬元）總耗鋼量（噸）7539.97314.17539.97314.1總投資（萬元）總耗鋼量（噸）7539.97314.17539.97314.11960193019601960方案ⅠⅡⅢⅣ水輪機單重（噸/臺）430560430430水輪機總重（噸）1720168017201720水輪機單價（萬元/噸）3.5水輪機總價（萬元）6020588060206020調速器單價（萬元/臺）30303030調速器總價（萬元）12090120120起重機重量（噸）240250240240起重機單價（萬元/噸）2.2起重機總價（萬元）528550528528輔助設備投資（萬元）337.7286.6337.7337.7安裝運輸費（萬元）534.2534.2534.2534.2二、電氣部分投資估算表（表1－9）方案ⅠⅡⅢⅣ發(fā)電機單重（噸/臺）504.1680.4504.1504.1發(fā)電機總重（噸）2016.42041.22016.42016.4發(fā)電機單價（萬元/噸）4444發(fā)電機總價（萬元）8065.68164.88065.68164.8變壓器、開關總價（萬元）1560130515601560自動化設備總價（萬元）337.7286.6337.7337.7設備安裝運輸費（萬元）534.2507.5534.2534.2總投資（萬元）10497.510263.910497.510497.5三、最優(yōu)方案的選擇（表1－10）項目ⅠⅡⅢⅣ最大水頭Hmax(m)40404040最小水頭Hmin(m)20.520.520.520.5平均水頭Ha(m)32323232裝機容量Ny(萬kw)15151515水輪機型號HL240HL260HL260HL260單機容量N(萬kw)3.7553.753.75機組臺數4344轉輪直徑D (m)4.5機組轉速(r/min)88.27593.888.2水輪機最高效率max92.4%89.5%89.5%89.5%水輪機平均效率87.5%87.7%88.1%87.0%模型最高效率時的n 67110676867總投資(萬元)18037.41757818037.418037.4由以上表可知，三種方案的平均效率相差不大，方案Ⅰ的投資最小，但是其直徑最大，且其臺數較少，單機容量相對較大，這樣不利于系統的運行，因此就在方案Ⅱ、Ⅲ中選最優(yōu)方案，從總投資和耗鋼量以及轉輪直徑，模型空化系數等因素考慮，確定方案Ⅲ為最優(yōu)方案四、最優(yōu)方案吸出高度Hs的計算由等效率曲線圖可得方案Ⅲ設計水頭：H =106.8m 0.1r m設計水頭對應的單位轉速與出力限制線的交點的 0.895，m則 0.921TP 3.75104Q r 1.32m3/s11r

D2H

9.810.9214.5230.51.5THrQQ DHr1

1 r0.9474.52

30.4147.4m3/s30.44量。Q Q147.4m3/sT查原始資料可得：22.5m K=1.15H 10 s 900

K H m

30.410900

0.195m

《水輪機》課本式3-15第六節(jié)最優(yōu)方案的進出流水道計算一、轉輪的計算轉輪可根據型譜中的流道單線圖按比例放大再參照《水電站動力設備手冊》得到。D1D1D2D3D4D5D6b0h2h3h41.01.08721.160.860.5380.1160.2250.1650.4590.3094.52.730.290.560.4125 1.150.7725二、蝸殼計算1、蝸殼型式、斷面形狀和包角的確定由于本站應用水頭<140m,故，采用鋼板焊接蝸殼，蝸殼斷面為圓形，當蝸殼尾3452、座環(huán)的確定連接的座環(huán)有兩種：一種是帶蝶形邊座環(huán)；一種是無蝶形邊座環(huán)。我們采用帶蝶形邊座環(huán)，其錐角為55度。(查《水電站動力設備手冊》P22（1－12）名稱Da(m)Db(m)K(m)座環(huán)參數7.16.00.15半徑ra(m)3.55Ra(m)3.0K(m)0.153、蝸殼參數計算Dd(m)=Da+2K=4.9 r=2.4502h=b+0.2D=1.1 h=0.55蝸殼包角

0 1 34500進口斷面流量Q

Q3457470.92(m /s)0 H進口斷面流速： H0

P945-46k=0.78H則 kH0進口斷面半徑0

0.78106.8Qv00106.8Qv00

/s)70.92 1.7(m)8.061.721.720.55202h02h20 0

2.45

4.06(m)由進口斷面尺寸求出蝸殼系數和蝸殼常數a 00a2a 00a2020

345

4.06 4.06 4.0621.72進口斷面外徑4

R a 5.76(m)0 0 02r2ri0Ch2iC22h2i r i 0Ri i i5、橢圓斷面的計算當ρ<S橢圓半徑1.045A1.045A0.81L22與圓同等面積A d2tg

1.345Li(

1 )ctg 2ctg 22R/CACdr Ra a橢圓斷面長半徑 L ctg1 2 2h 0.55L 0.67(m)sin sin550中心距 aR 1.22a 2外徑 Ra1Rar0

htgdr Ra a列表計算(見表3)三、尾水管計算本電站選用彎肘形尾水管，由進中錐管、肘管和出口擴散段三部分組成。如下圖所示，其尺寸按推薦的尾水管尺寸選擇有關尺寸見下表：（1－13）D1D4hh4h5h6L1LB511.352.61.351.220.6751.824.52.724.56.07511.76.0755.493.0378.1920.2512.24第七節(jié) 繪制廠房剖面圖一、水輪發(fā)電機外形尺寸估算(如圖所示)1、原始數據PrP

3.75104KW3.75104則視在功率：S n

r 44117.7KVA0.85 0.85額定轉速ne93.8(r/min)額定功率因數cos0.85額定頻率fe

50Hz2、估算定子鐵芯的內徑及長度（1）極距τ（cm）和飛逸速度Vf的確定4S2Pn4S2Pn1

9 54.8cm48.4104210上式中: P可從《水輪機》P326查得為48.4104210V Kf f

Kfn

與額定轉速n

《水電站動力設e的比值e H 30.4n n 140 196.8(r/ H 30.4

備設計手冊》P162f 11 D1

4.5196.8k 196.8f 93.8則V f

V2.0954.8109.6(m/s)f所以轉子應采用低合金高強度鋼或整圓疊片磁軛定子鐵芯內徑的確定定子鐵芯內徑2p 23254.8D 1117(cm)i 定子鐵芯長度lt(cm)的計算

《水電站機電設計手冊》水力機械nl Sn

P1603-4 t CD2 e上式中：

5.721061117293.8C——發(fā)電機利用系數，查得,取5×10-6。定子鐵芯外徑

《水電站機電設計手冊》水力機械P1603-5D Da i

1357.7

《水電站機電設3、外形尺寸估算、平面尺寸估算①定子基座外徑D1因n214r/min

計手冊》水力機械部分表3-5《水電站機電設計手冊》水力機械P160故有：D1②風罩內徑D2

1.15Di501334.6(cm)

《水電站機電設P1613-27S>20000KVAf故有：D2③轉子外徑D3

D1401474.6(cm)1D D3 i式中為單邊空氣間隙，初步估算時可忽略不計則D D3 i

＝1117.7(cm)④下機架最大跨度D4因10000Sn100000KVA時則： D D 6(m)4 5式中D 為水輪機機坑直徑，查得D=5.2m5 5⑤推力軸承外徑

《水電站機電設計手冊》水力機械查得：D6

=3600～4200mm D6

=3m

部分P162表3-6軸向尺寸估算

水電站機電①定子機座高度h1

械部分表3-7因〈214r/min故有：h l1 t

377.7(cm)②上機架高度h2傘式不承載機架重，故有：h 0.1D 111.7(cm)2 i③推力軸承高度h3h ~2)m1.5m3④下機架高度h7

0.2Di

0.2111.7223.4(cm)⑤定子機架支撐面到下機架支撐面距離h8h 0.25D8 i

0.251117279.3(m)⑥下機架支撐面到主軸法蘭底面距離h9h (0.7~1.5)m9⑦轉子磁軛軸向高度有風扇時h l10 t

(700~1000)mm240.185320.7(cm)⑧發(fā)電機主軸高度主軸高Hhh1 2

h h9503⑨定子鐵芯水平中心線至主軸法蘭盤底距離0.46hh h1 8 9

412.7(cm)⑩發(fā)電機大軸直徑確定P

38265M97400rne

97400 3.97107(kg.cm)93.8查得：發(fā)電機大軸直徑為：D=850(cm)二、廠房各高程的確定、確定安裝高程

《水電站機電設8-6 H安 w s

b 1.701022.5(0195) 2 2、尾水管底板高程b 1 安

0h23.50.8511.710.9m3、2水輪機層高程確定 r h4 安 2

27.66mh1.03r ——蝸殼進口半徑24、發(fā)電機層高程 5 4

h h4

27.6623.7833.44mh——水輪機坑進入門高度取2米4h——機坑入門上部尺寸55、軌頂高程 h6 5 7

h h h8 9

45.37m式中h7h

——吊運部件與固定物之間的垂直安全距離 ,0.5m——起吊設備的高度（發(fā)電機主軸高度9.2m）8h——吊具高度，取0.75m9h 1.3m106、房頂高程頂

H245.373250.37m6

《水電站機電設計手冊》水力機械H——吊車高度，查得H＝3m三、廠房寬度的確定以機組中心線為界，廠房寬度B可分為上游側寬度B 和下游側寬S

P3037-5P332續(xù)表度B ，主廠房以發(fā)電機層地板為界，分為上部分結構和下部分結構X1、上部結構機層上下游通道等布置要求，結合選擇相應容量的橋機跨度確定。?上游側寬度的確定B s 3

/2 A3

7.34mA2.51.93之和。1 —風罩內徑3 0.3—0.4m,0.4m.3 《水電站機電設?下游側寬度的確定

計手冊》水力機械B 3

/2 A3

7.350.42

P1884-8式中A2

A2

＝2m主廠房總寬為BB B 18.38mx s結合橋吊的標稱跨度，可取橋吊跨度為19m。2、下部結構?上游側（主閥布置在主廠房內附屬設備的布置，由以下經驗公式估算B D1 1

29m式中—系數，當D1

＝6.0～1.0m時，相應＝1.8～6.0，取＝2?下游側主要取決于尾水管尺寸及下游混凝土的結構厚度，查得采用下述經驗公式估算B 4.5D2 1

4.5

《水電站機電設BBB1 2

920.25

計手冊》水力機械四、主廠房長度1

P332續(xù)表L L L1 x x?蝸殼層

L 機組段X方向最大長度xL 機組段X方向最大長度xL (Rx 1L (R

)9.231.01)5.811.0

《動力設備手冊》P376x 2 1R:蝸殼X方向最大尺寸3450時R R1 1

9.23mR 蝸殼X方向最大尺寸1650時R2

5.81m：蝸殼外部混凝土厚度，由水工結構確定，取1.01?尾水管層

LL L 17.04mx xB B

《水電站機電設計手冊》水力機械L x 2 2

L x 2

部分P645B:尾水管寬度，為7.48m：尾水管邊墩混凝土厚度，由水工結構確定，取1.5m2LL L B12.24315.24mx x?發(fā)電機層 b 8.323 4L Lx x

32

2

0.46.56m2 2:發(fā)電機風罩內徑，為8.323米3b：兩臺機組之間風罩外壁的凈距，一般取1.52.0米，由于兩臺機組之間設置樓梯，取4米發(fā)電機風罩壁厚，取0.4米3所以L1

6.9422、端機組段附加長度L2L (0.2~2

0.5D1

5(m)3、安裝場長度的確定L ~1.5)L2 1

1.3L1

15.06m廠房的總長度為LnLLL1 2 3

415.061.7518.0479.94(m)取80m第二章調節(jié)保證計算及調速設備的選擇電站在運行過程中，常會由于各種事故，機組突然與系統解列，從而造成甩負荷。在甩負荷時，由于導葉迅速關閉，水調節(jié)保證計算就是在初步設計階段計算出上述過程中最大的轉速上升及最大的壓力上升值。調節(jié)保證計算一般應對兩個工況進行，即計算設計水頭和最大水頭甩全負荷的壓力上升和速率上升，并取其大者。調節(jié)計算的標準：8～9m.轉速變化計算標準當機組容量占電力系統運行總容量的比重不大或擔任基荷時，βmax<55%，βmax值。第一節(jié)設計水頭下甩全負荷一、已知計算參數

本節(jié)主要參考《水輪機調節(jié)》GD245~5.5D.5li t

5913973.6(噸米80m5m/s147.4m3/s。二、管道特性系數1、壓力鋼管段蝸殼段漸縮段：

LvT T

805400m2/s平均流速 v

147.4

4.5m/sc1 221.72)長度由CAD圖量得L =21.4mc1L v 21.44.596.3m2/sc1c1蝸殼段：取進口斷面流速計算，v 6.06m/sc2長度由CAD圖量得L =20.83mc2L v 20.836.06167.8m2/sc2c2Lvcc

215.79m2/s因為蝸殼不是串聯在管道中，取1，2則1 LV2 c c尾水管段

96.3m2/s直錐段：平均面積：D2D( 3

2D 4D

) (6.07524.52)S 4 4 3.14 4 4 22.4m2b1 2 2平均流速：

v Q 147.4 6.58m/s22.4S22.4幾何長度：L =5.49mb1則 L vb1b1

5.496.5836.12m2/s肘管段：平均面積：平均流速：

2D 4 BhS 4 5 Db2 2

33.07m2b2v QS147.433.074.48m/sb2由量測法得幾何尺寸L =6.075mb2則L v 6.0754.4827.2m2/sb2b2擴散段：平均面積：Bh BhS 5 6 5b3 2

52.19m2平均流速：52.19v Q 147.4 2.82m/s52.19b3 S幾何長度：L =12.06mb3L vb3b3

12.062.8234.0m2/s Lv LV L V LV 97.34m2/sbb b2 b2 b3 b3管道特性系數：LvLvT T

1Lv2 c

Lvbb

593.6m2/sLLT

Lc

Lb

125.06m壓力引水系統的平均流速Lvv0L /s

《水輪機調節(jié)》壓力鋼管水擊傳播速度： P2341E0DE1 2.110542.11E0DE1 2.110542.110 0.047三．水擊壓力升高計算1、水流慣性時間常數

Lv 593.6T 1.31W gH 9.81106.8ra v 10154.749h pj 0W 2gHr

29.8130.4 Lv 593.6 gHTr s

9.81106.8

0.284T為導葉直線關閉時間為5～10s,取7s

《水輪機調節(jié)》s P2362L 2125.06T 0.252r a 1015pj閥門（導葉）關閉時間Ts>Tr發(fā)生間接水擊低水頭電站（低于70～150m）最大水擊壓力一般發(fā)生在末相。2、最大壓力上升值：24240.28424 (

)

0.284)0.327m 2 2對混流式水輪機，取修正系數K=1.2 K 1.20.3270.392max m此時各管段的壓力升高如下：?壓力鋼管末端壓力升高為：maxT Lv 400maxTTTTT 0.3920.264 《水輪機調節(jié)》LV 593.6i i HT T r

0.26430.4?蝸殼末端最大壓力升高為： LvLcvcC Lv

max

40096.30.3920.394596.3i HC C r

i11.98m?尾水管中最大壓力降低為：Lv

97.34 bBM LV

max

0.392593.6B

i iHBM

0.06430.4?尾水管中最大真空度為：v2 7.242H H B s 4g

H 0.195B

49.811.953.48m由于H <(8～9)m,則滿足壓力升高要求。B。v2 v2。 近似取關閉開始時刻的尾水管進口速度的一半即02g 4g其中v為進口初始流速。0四．轉速上升計算假定甩負荷后，導葉開始動作到最大轉速時刻之間的水輪機出力隨時間呈直線至零。機組慣性時間常數Ta：0T GD2n20

13937.693.828.80(s)a 365N0

3653.75104TT Tc q

0.5bTp a

48.800.376(s)式中Tq——為接力器不動時間，取Tq=0.2s,bp——為調速器永態(tài)轉差系數，取bp=4%。水錘壓力影響系數f 110.2841.2841水輪機飛逸特性影響系數HL260

n 148(r/m)1pTfc s Tfc s 1Ta20.37671.28419.81r

10.336n/n 1e n11r1

C 1 r

1

0.71n 1e

2.101則甩負荷時機組的速率上升值：11T fcS 1Ta

10.37855%

《水輪機調節(jié)》由以上計算可知，本電站機組設計水頭下甩全負荷時壓力升高與轉速升高均在允許范圍內。第二節(jié)最大水頭甩全負荷一、已知計算參數H =40mmax對應的單位轉速與出力限制線的交點 0.895，則m 0.921T二、管道特性系數1、壓力鋼管段

V Q/63.42T 22

5(m/s)2、蝸殼段漸縮段：

LvT T

805400m2/s平均流速 vc1

63.422221.72

5.86m/s長度由CAD圖量得L =5mc1蝸殼段：

L vc1

55.8629.3m2/s取進口斷面流速計算，Q Qv c2 A

0 6.99m/360A長度由CAD圖量得L =20.83c2L vc2c2

20.836.99145.6m2/s3、水管段?直錐段：平均面積：

Lvcc

89.7m2/sD)D2 2D)D( 3 4Sb1平均流速：

4 4 22.4m22v QS112.722.4/s幾何長度：L =5.49mb1則：L vb1b1

5.035.4927.6m2/s?肘管段：平均面積：D 2D4 Bh4 5 6S 33.07m2b2 2平均流速：33.07v Q 112.7 3.39m/s33.07b2 S由量測法得幾何尺寸L =6.075mb2則 L v 3.396.07520.6m2/sb2b2?擴散段：平均面積：Bh BhS 5 6b3 2

5552.19m2平均流速：b3v QS112.752.192.16m/sb3幾何長度：L =12.06mb3L vb3b3

12.062.1626.04m2/s?管道特性系數：

Lvbb

74.2m2/sLvLvT T

1Lv2 c

Lvbb

563.9m2/sLLT

Lc

Lb

125.6m?壓力引水系統的平均流速Lvv0L 4.38m/s?壓力鋼管水擊傳播速度：a 14351E0DE1 2.11051E0DE1 2.110542.1100.047三．水擊壓力升高計算1TW

gHra v

563.99.811015

1.95

《水輪機調節(jié)》h pj 0W 2gHr Lv

29.8130.4563.9 gHTr sH

0.2059.8130.47T =7ssH2 L

2125.6T 0.407r a 1015pj閥門（導葉）關閉時間Ts>Tr發(fā)生間接水擊甩負荷τ =1，hwτ =2.02>1.5，所以水擊發(fā)生在末相0 02、最大壓力上升值：240.205240.20524m 2

)0.205(

0.205)0.152對混流式水輪機，取修正系數K=1.2 K 1.20.1520.183max m?壓力鋼管末端壓力升高為：Lv T T

0.130T Lvii

maxHTTHmax0.130405.2m?蝸殼末端最大壓力升高為：LVT TTC

0.159 《水輪機調節(jié)》maxLVi iH H