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.z..........專業(yè)..目錄第一章根本資料……………………1第二章機組臺數與單機容量的選擇………………2第三章水輪機主要參數的選擇與計算……………5第四章水輪機運轉特性曲線的繪制………………10第五章蝸殼設計……………………13第六章尾水管設計…………………17第七章心得體會……………………20參考文獻………………20第一章根本資料根本設計資料黃河B水電站是緊接L水電站尾水的黃河上游的一個梯級水電站。水庫正常蓄水位2452m,電站總裝機容量4200MW,額定水頭205m。經水能分析,該電站有關動能指標如表1所示:表1動能指標水庫調節(jié)性能日調節(jié)最大工作水頭220m加權平均水頭210.5m最小工作水頭192.1m平均尾水位2241.5m發(fā)電機效率97%第二章機組臺數與單機容量的選擇水電站的裝機容量等于機組臺數和單機容量的乘積。根據已確定的裝機容量,就可以擬定可能的機組臺數方案,選擇機組臺數與單機容量時應遵循如下原那么:2.1機組臺數與工程建立費用的關系在水電站的裝機容量根本已經定下來的情況下,機組臺數增多,單機容量減小。通常小機組單位千瓦耗材多、造價高,相應的主閥、調速器、附屬設備及電氣設備的套數增加,投資亦增加,整體設備費用高。另外,機組臺數多,廠房所占的平面尺寸也會增大。一般情況下,臺數多對本錢和投資不利。因此,較少的機組臺數有利于降低工程建立費用2.2機組臺數與設備制造、運輸、安裝以及樞紐安裝布置的關系單機容量大,可能會在制造、安裝和運輸方面增加一定的難度。然而,有些大型或特大型水電站,由于受樞紐平面尺寸的限制,總希望單機容量制造得大些。2.3機組臺數對水電站運行效率的影響水輪機在額定出力或者接近額定出力時,運行效率較高。機組臺數不同,水電站平均效率也不同。機組臺數較少,平均效率越低。機組臺數多,可以靈活改變機組運行方式,調整機組負荷,避開低效率區(qū)運行,以是電站保持較高的平均效率。但機組臺數多到一定程度,再增加臺數對水電站運行效率增加的效果就不顯著。當水電站在電力系統(tǒng)中擔任基荷工作時,引用流量較固定,選擇機組臺數較少,可使水輪機在較長時間以最大工況運行,使水電站保持較高的平均效率。當水電站擔任系統(tǒng)尖峰負荷并且程度調頻任務時,由于負荷經常變動,而且幅度較大,為使每臺機組都可以在高效率區(qū)工作,那么需要更多的機組臺數。另外,機組類型不同,高效率圍大小也不同,臺數對電廠平均效率的影響就不同。對于高效率工作區(qū)較窄的,機組臺數應適當多一些。軸流轉漿式水輪機,由于單機的效率曲線平緩且高效區(qū)寬,臺數多少對電廠的平均效率影響不明顯;而混流式、軸流定漿式水輪機其效率曲線較陡,當出力變化時,效率變化較劇烈,適當增加臺數可明顯改善電廠運行的平均效率。2.4機組臺數與水電站運行維護的關系機組臺數多,單機容量小,水電站運行方式較靈活機動,機組發(fā)生事故停機產生的影響小,單機輪換檢修易于安排,難度也小。但臺數多,機組開、停機操作頻繁,操作運行次數隨之增多,發(fā)生事故的幾率也隨之增高,對全廠檢修很麻煩。同時,管理人員多,維護耗材多,運行費用也相應提高。故不能用過多的機組臺數。2.5機組臺數與其他因素的關系2.5.1機組臺數與電網的關系對于區(qū)域電網的單機:裝機容量較小≯15%系統(tǒng)最大負荷〔不為主導電站〕;裝機容量較大≯10%系統(tǒng)容量(系統(tǒng)事故備用容量),因而,單機容量與臺數選取不受限制。2.5.2機組臺數與保證出力的關系根據設計規(guī)要求,機組單機容量應以水輪機單機運行時其出力在機組的穩(wěn)定運行區(qū)域圍確定為原那么。不同型式的水輪機的穩(wěn)定運行負荷區(qū)域如表1。表2不同型式的水輪機的穩(wěn)定運行負荷區(qū)域型式穩(wěn)定運行負荷區(qū)域〔%〕型式穩(wěn)定運行負荷區(qū)域〔%〕混流式40~100沖擊式25~100軸流定漿式70~100軸流轉漿式30~100貫流轉漿式25~1002.5.3機組臺數與電氣主接線的關系對采用擴大單元的電氣主接線方式,機組臺數為偶數為利。但由于大型機組主變壓器受容量限制,采用單元接線方式,機組臺數的奇、偶數就無所謂了。上述各種因素互相影響,遵循上述原那么,并且該水電站裝機容量為20萬kW,由于2.2萬kW<20萬kW<25萬kW,該水電站為中型水電站,并擔任系統(tǒng)調峰、調相及少量的事故備用容量,同時兼向周邊地區(qū)供電。綜上所述,確定機組臺數選擇的原那么:對大中型水電站,一般選擇6—10臺;保證在水頭低于額定水頭時,機組受阻容量盡量??;在可能的情況下盡量選用單機容量較大的水輪機,以降低設備造價。第三章水輪機主要參數的選擇與計算根據水頭的變化:最小工作水頭192.1m到最大工作水頭220m。同時:在水輪機系列型譜表查出適宜的機型中選取HL120(7×600MW),HL110(10×420MW)和HL160(7×600MW)三種類型水輪機?,F(xiàn)將這三種水輪機作為初選方案,分別求出其有關參數,并進展比擬分析。3.1計算水輪機根本參數方案一HL160(7×600MW)3.1.1計算轉輪直徑水輪機額定功率去最優(yōu)單位轉速與功率限制線交點的單位流量為額定工況的單位流量,那么模型效率。去效率修正值,那么額定工況原型水輪機效率。水輪機轉輪直徑為按我國規(guī)定的轉輪直徑系列,且轉輪直徑取小了不能保證在額定水頭下發(fā)出額定功率,取大了,不經濟且無必要。根據單機功率和轉輪直徑,該水輪機屬大型機組,故取=6m。3.1.2計算水輪機效率:;額定工況原型水輪機的效率為3.1.3水輪機轉速的計算與選擇式中符合,不需修正〔1〕檢驗水輪機實際工作圍的校核發(fā)電機同步轉速的計算公式為n為發(fā)電機同步轉速,r/min;p為發(fā)電機磁極對數。磁極對數3000/163.2=18.38,那么磁極對數取18、20。分別求出下對應的單位轉速,如表3所示:表3各水頭對應單位計算表轉速方案67.468.969.972.260.762.062.964.9檢查兩方案,在模型綜合特性曲線圖上,第一種方案包含高效率去,且原那么上取相近偏大值。所以確定取第一種方案。〔2〕水輪機計算點出力的校核計算時的出力:符合要求3.1.4計算水輪機額定流量3.1.5計算最大允許吸出高度在額定工況下,模型水輪機的空化系數。根據幾個裝有HL160轉輪的電站調查,認為HL160轉輪的電站空化系數應大于0.1為好,故空蝕平安系數取K=1.6。E=2241.5m3.1.6實際的水輪機額定水頭因不同的D1、n與水能預算Hr有差異3.1.7計算水輪機實際額定流量式中Hr采用上述〔五〕中的計算結果。3.1.8計算飛逸轉速由HL160模型水輪機飛逸特性曲線查得,在最大導葉開度下單位飛逸轉速3.1.9計算軸向水推力根據表4,HL160的轉輪軸向水推力系數,轉輪直徑較小、止漏環(huán)間隙較大時取大值。本電站轉輪直徑較大,但水中有一定含沙量,止漏環(huán)間隙應適當大一些,故取。水輪機轉輪軸向水推力為表4混流式水輪機的軸向水推力系數表轉輪型號HL310HL240HL230HL220HL200HL180HL160HL120HL110HL100K0.37~0.450.34~0.410.18~0.220.28~0.340.22~0.280.22~0.280.20~0.260.10~0.130.10~0.130.08~0.143.1.10同理,方案二和方案三的數據也可通過同樣的方法和過程查資料計算得出,三種方案所得數據如表5所示:表5三種方案數據表格HL160(7×600MW)HL120(7×600MW)HL110(10×420MW)比轉速(r/min)160120110額定功率〔kw〕618557618557432990模型最優(yōu)單位比轉速(r/min)67.562.561.5模型額定工況單位流量()0.680.380.28轉輪直徑(m)687水輪機效率0.9310.9240.906轉速n(r/min)166.7115.0136.4出力P(N)額定流量()350.5348.2196.4吸出高度(m)-13.8-9.7-3.97單位飛逸轉速(r/min)127100.493飛逸轉速(r/min)314.0186.1197.1實際額定水頭(m)197.1198.9232.7實際額定流量()343.7343.0209.0軸向水推力(N)3.1.11確定機組方案根據上面列舉出來的三種方案數據分析,第三種方案出力比額定小,且實際額定水頭比最高水頭大,故首先排除。第一二種方案中,第一種方案效率比第二種高,且第一種方案轉速比第二種的高,那么其發(fā)電機尺寸小,重量輕,一方面可以減少設備的造價,另一方面有利于減小廠房的平面尺寸,降低廠房的土建投資。第一種方案的出力也比第二種大。綜上所述,最正確方案為第一種方案。第四章水輪機運轉特性曲線的繪制4.1等效率曲線的計算與繪制現(xiàn)取水電站4個水頭,列表計算,計算結果如表6所示。繪制的等效率線詳見設計圖紙。表6HL160型水輪機等效率曲線計算表〔%〕〔%〕P〔mw〕〔%〕〔%〕P〔mw〕828486889090888684820.3700.4050.4350.4650.5050.6550.6950.7250.7500.76585.687.689.691.693.693.691.689.687.685.6365409449491545706733748757754828486889090888684820.3750.4100.4450.4750.5100.6550.6950.7250.7450.76585.687.689.691.693.693.691.689.687.685.63463884304695156626877017047075%出力限制線上的點89.40.66593.071289.50.66693.1669〔%〕〔%〕P〔mw〕〔%〕〔%〕P〔mw〕828486889090888684820.3850.4150.4500.4800.5200.6650.6950.7250.7500.76585.687.689.691.693.693.691.689.687.685.6322355394430476608622635642640828486889090888684820.3950.4250.4650.5000.5350.6550.6950.7250.7450.76585.687.689.691.693.693.691.689.687.685.63183503924314515525986116136125%出力限制線上的點89.60.66793.260789.40.67093.05864.2等吸出高度線的繪制〔1〕求出各水頭下的值,并在相應的模型綜合特性曲線上查出水平線與各等氣蝕系數線的所有交點坐標,讀出、、的值,并由此計算出、P,填入表7中〔2〕利用公式計算出相應于上述各的值,填入表7中。計算結果如表7所示,繪制的等吸出高度線詳見設計圖紙。表7HL160型水輪機等吸出高曲線計算表(%)(%)P(mw)(m)22067.40.090.100.110.120.6500.7150.7550.7950.9000.8880.8320.7820.9360.9240.8680.8187017617557490.0840.0980.1120.12618.4821.5624.6427.72-10.97-14.05-17.13-20.21210.568.90.090.100.110.120.6400.7050.7550.8010.9040.8940.8300.7790.9400.9300.8660.8156497077057040.0840.0980.1120.12617.6820.6323.5826.52-10.17-13.12-16.07-19.01197.171.20.090.100.110.120.6250.7000.7550.8050.9050.8790.8290.7750.9410.9150.8650.8116106646776770.0840.0980.1120.12617.2220.0922.9625.83-9.71-12.58-15.45-18.32192.172.20.090.100.110.120.5700.6850.7540.8090.9060.8860.8250.7710.9420.9220.8610.8075055946106140.0840.0980.1120.12616.1418.8321.5224.20-8.6-11.32-14.01-16.70第五章蝸殼設計5.1蝸殼型式選擇由于本水電站水頭高度圍為192.1—220m,所以采用金屬蝸殼。5.2主要參數蝸殼進口斷面的計算金屬蝸殼的進口斷面型式一般都作成圓形,為鋼板制作。(蝸殼是沿座環(huán)圓周焊接在上下碟形邊上,由于過流量的減小,蝸殼斷面也隨之減小,為使小斷面能和碟形邊相接,在某一包角后均采用橢圓斷面)蝸殼進口斷面平均速度,根據"水輪機原理與運行"公式〔6-5〕得9蝸殼的進口流量為蝸殼包角,對于金屬蝸殼一般取,式中取蝸殼的進口斷面面積進口斷面的半徑從軸中心線到蝸殼外緣的半徑:——蝸殼座環(huán)外半徑,由"混凝土蝸殼座環(huán)尺寸系列"〔"水力機械"P162〕查取座環(huán)的外徑、徑分別為:;;;;k=175mm;r=500mm。那么那么當時,采用圓形斷面。定出各計算斷面的角度,按以下公式計算各斷面的尺寸:為了方便,計算可按表8的格式進展表8計算金屬蝸殼圓形斷面尺寸斷面號2/C15.17.4220.92162.5503.27710.7403.4158.37711.79225.17.1040.92162.4863.18310.1313.3258.28311.60835.16.7860.92162.4223.0879.5293.2338.18711.42045.16.4680.92162.3552.9898.9353.1408.08911.22955.16.1500.92162.2862.8898.3483.0517.98911.04065.15.8320.92162.2162.7887.7702.9487.88810.83675.15.5140.92162.1432.6837.2002.8507.78310.63385.15.1950.92162.0672.5776.6392.7507.67710.42795.14.8770.92161.9892.4676.0682.6447.56710.211105.14.5590.92161.9072.3545.5422.5427.4549.996115.14.2410.92161.8222.2385.0072.4357.3389.773125.13.9230.92161.7322.1174.4822.3257.2179.542135.13.6050.92161.6381.9923.9662.2117.0929.303145.13.2870.92161.5371.8603.4602.0936.9609.053155.12.9690.92161.4301.7222.9651.9716.8228.793165.12.6510.92161.3151.5752.4801.8446.6758.519當時,蝸殼各斷面不能在D點與座環(huán)相接,采用圓形斷面就不適宜了。在這種情況下,蝸殼斷面采用橢圓形斷面。定出各計算斷面的角度,按以下公式計算各斷面的尺寸:其中:為了方便,計算可以按表9的格式進展表9計算蝸殼橢圓形斷面尺寸斷面號A180.2950.0211.8411.6609.2981.7111.6856.4868.171190.2280.0171.6581.5227.9221.4861.6186.2417.859200.2030.0141.4741.4226.9981.3231.5696.0437.612210.1650.0091.1971.2635.5651.0701.4935.7357.228220.1270.0050.9211.0894.3710.8041.4135.4096.822230.0890.0030.6450.8933.1500.5191.3285.0626.389240.0510.0010.3680.6583.0050.2121.2354.6865.9225.3繪制蝸殼的斷面、單線圖祥見設計圖紙尾水管設計6.1尾水管的選擇尾水管是水輪機過流通道的一局部。尾水管的形狀對不同比轉速水輪機的性能存在不同程度的影響,尤其對高比轉速水輪機影響更為明顯。鑒于本水輪機屬于大中型水輪機,那么選擇彎曲形尾水管。彎曲形尾水管由進口錐管段,肘管段和出口擴散段三局部組成。6.2尺寸確定6.2.1尾水管高度尾水管高度指從水輪機底環(huán)平面到尾水管底板的高度,是決定尾水管性能的主要參數。增加高度將提高尾水管效率,但將增加電站建立費用,減少高度不僅會降低水輪機效率,還會影響運行的穩(wěn)定性。對于的混流水輪機??;對于的高水頭混流式水輪機那么可取。而那么所以取。6.2.2進口直錐段進口直錐管是以垂直的圓錐形擴散管,QUOTE為直錐管的進口直徑??山迫∞D輪出口直徑,即,進口錐管的單邊錐角對混流式水輪機可取,那么取。6.2.3肘管段肘管是一個90變斷面的彎管,其進口為圓斷面,出口為矩形斷面。參考"水電站機電設計手冊"〔水力機械〕表2-17,當Vc=5.6m/s6m/s,可不設金屬里襯,采用推薦的尾水管設計,此時QUOTE,與QUOTE有以下關系式:參考"水電站機電設計手冊"〔水力機械〕表2-17得表6-1推薦的尾水管尺寸表〔單位:m〕肘管型式適用圍2.64.52.721.351.350.6751.821.22混凝土肘管混流式〔〕由表得;;;;計算得;參考"水輪機原理與運行"表9-1,計算出肘管尺寸表表6-2肘管尺寸表zF360-517.684357.44720300.244100.041080896.833905.644173.19573.1914401372.973691.584173.19573.1918001768.323454.344173.19573.1921602103.263218.404173.19573.1925202389.972938.544173.19573.1928802630.422667.174173.19573.1932402848.102389.754173.19573.1936004032.42107.58-5275.225854.46679.393980.817880.544173.19573.1939604241.91808.50-3578.115134.10719.503929.696148.874115.59515.88432044111510.92-2593.514444.42759.603871.445485.101.58.14458.5746804547.91215.36-1988.214602.67799.703816.725013.794001.26401.2650404654.1922.25-1477.944408.34839.983762.074649.543943.94343.9454004731631.90-1026.434236.41879.983707.424358.953886.56286.5657604779.3344.58-613.444079.16920.093652.704125.023829.25229.2561204799.457.57-224.713931.06959.763598.063937.463771.94171.94648048000153.723786.481000.33543.343790.083714.62114.62684048000545.113637.871040.43488.693678.483657.3157.317200480001080.503433.971080.53434.043600.003628.8006.2.4出口擴散段出口擴散段是一水平放置斷面為矩形的擴散管,參考"水電站機電設計手冊"〔水力機械〕,

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