水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)計(jì)算書

1、河海大學(xué)熱動(dòng)2001級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算書 孫偉華第一章 水輪機(jī)的選型設(shè)計(jì)第一節(jié) 水輪機(jī)型號(hào)選定一水輪機(jī)型式的選擇根據(jù)原始資料，該水電站的水頭范圍為65-84.5m，查水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)水力機(jī)械表1-4適合此水頭范圍水輪機(jī)的類型有斜流式和混流式。又根據(jù)混流式水輪機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：（1） 比轉(zhuǎn)速范圍廣，適用水頭范圍廣；、（2） 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低；（3） 裝有尾水管，可減少轉(zhuǎn)輪出口水流損失；因此，選擇混流式水輪機(jī)。二比轉(zhuǎn)速的選擇水輪機(jī)的設(shè)計(jì)水頭估算為適合此水頭范圍的有hl260/d74和hl240/d41. 根據(jù)本電站水頭變化范圍(h=64-85m)查水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)水力機(jī)械表1-4三單機(jī)容量臺(tái)數(shù)單機(jī)容量（萬(wàn)

2、千瓦）216332/3 4856.4第二節(jié) 原型水輪機(jī)主要參數(shù)的選擇根據(jù)電站建成后,在電力系統(tǒng)的作用和供電方式,初步擬定為2臺(tái),3臺(tái),4臺(tái),5臺(tái),四種方案進(jìn)行比較。首先進(jìn)行hl260/d74水輪機(jī)的選擇一二臺(tái)1、計(jì)算轉(zhuǎn)輪直徑 水輪機(jī)額定出力： 上式中： -發(fā)電機(jī)效率,取0.98 -機(jī)組的單機(jī)容量（kw） 由型譜可知，與出力限制線交點(diǎn)的單位流量為設(shè)計(jì)工況點(diǎn)單位流量，則q11r=1.247m3/s,對(duì)應(yīng)的模型效率m=894%，暫取效率修正值 =0.03，=0.894+0.03=0.924。模型最高效率為924%。按我國(guó)規(guī)定的轉(zhuǎn)輪直徑系列（見水輪機(jī)課本），計(jì)算值處于標(biāo)準(zhǔn)值4.5m和5m之間，且接近5

3、m，暫取d1=5.0m。2、計(jì)算原型水輪機(jī)的效率 =max-m0=0.955-0.924=0.031=m+=0.894+0.031=0.9253、 同步轉(zhuǎn)速的選擇 此值介于125r/min和136.4 r/min之間，且接近136.4r/min，所以取n=136.4r/min。4、 水輪機(jī)設(shè)計(jì)流量qr的計(jì)算 qr=1.247=260.5/s5、 飛逸轉(zhuǎn)速的計(jì)算 =150.4=276.5r/min6、計(jì)算水輪機(jī)的運(yùn)行范圍最大水頭、平均水頭和最小水頭對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速 二三臺(tái) 1、計(jì)算轉(zhuǎn)輪直徑 水輪機(jī)額定出力： 計(jì)算值處于標(biāo)準(zhǔn)值3.8m和4.1m之間，且接近4.1m，暫取d1=4.1m。2、計(jì)算原型水

4、輪機(jī)的效率 =max-m0=0.954-0.924=0.03=m+=0.894+0.03=0.9243、同步轉(zhuǎn)速的選擇 此值介于150r/min和166.7r/min之間，且接近166.7r/min，所以取n=166.7r/min。4、水輪機(jī)設(shè)計(jì)流量qr的計(jì)算 qr=1.247=175.1/s5、飛逸轉(zhuǎn)速的計(jì)算 =150.4=337.2r/min6、計(jì)算水輪機(jī)的運(yùn)行范圍設(shè)計(jì)工況的單位流量=1.22/s最大水頭、平均水頭和最小水頭對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速 三四臺(tái)1、計(jì)算轉(zhuǎn)輪直徑 水輪機(jī)額定出力： 計(jì)算值處于標(biāo)準(zhǔn)值3.3m和3.8m之間，故取標(biāo)準(zhǔn)值=3.3m, =3.8m當(dāng)=3.3m時(shí)2、計(jì)算原型水輪機(jī)的效

5、率 =max-m0=0.951-0.924=0.027=m+=0.894+0.027=0.9213、同步轉(zhuǎn)速的選擇 此值介于187.5r/min和214.3r/min之間，=187.5r/min, =214.3r/min當(dāng)=187.5r/min時(shí)，4、水輪機(jī)設(shè)計(jì)流量qr的計(jì)算 qr=1.247=113.5/s5、飛逸轉(zhuǎn)速的計(jì)算 =150.4=419.0r/min6、計(jì)算水輪機(jī)的運(yùn)行范圍設(shè)計(jì)工況的單位流量=1.42/s最大水頭、平均水頭和最小水頭對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速 當(dāng)=214.3r/min時(shí)，最大水頭、平均水頭和最小水頭對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速 當(dāng)=3.8m時(shí)2、計(jì)算原型水輪機(jī)的效率 =max-m0=0.95

6、3-0.924=0.029=m+=0.894+0.029=0.9233、同步轉(zhuǎn)速的選擇 此值介于166.7r/min和187.5r/min之間，=166.7r/min, =187.5r/min當(dāng)=166.7r/min時(shí)，4、水輪機(jī)設(shè)計(jì)流量qr的計(jì)算 qr=1.247=150.4/s5、飛逸轉(zhuǎn)速的計(jì)算 =150.4=363.8r/min6、計(jì)算水輪機(jī)的運(yùn)行范圍設(shè)計(jì)工況的單位流量=1.07/s最大水頭、平均水頭和最小水頭對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速 當(dāng)=187.5r/min時(shí)，最大水頭、平均水頭和最小水頭對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速 四五臺(tái) 1、計(jì)算轉(zhuǎn)輪直徑 水輪機(jī)額定出力： 計(jì)算值處于標(biāo)準(zhǔn)值3.0m和3.3m之間，故取標(biāo)準(zhǔn)

7、值=3.0m, =3.3m當(dāng)=3.0m時(shí)2、計(jì)算原型水輪機(jī)的效率 =max-m0=0.951-0.924=0.027=m+=0.894+0.027=0.9213、同步轉(zhuǎn)速的選擇 此值介于214.3r/min和250r/min之間，=214.3r/min, =250r/min當(dāng)=214.3r/min時(shí)，4、水輪機(jī)設(shè)計(jì)流量qr的計(jì)算 qr=1.247=93.8/s5、飛逸轉(zhuǎn)速的計(jì)算 =150.4=460.8r/min6、計(jì)算水輪機(jī)的運(yùn)行范圍設(shè)計(jì)工況的單位流量=1.37/s最大水頭、平均水頭和最小水頭對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速 當(dāng)=250r/min時(shí)，最大水頭、平均水頭和最小水頭對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速 當(dāng)=3.3m時(shí)2

8、、計(jì)算原型水輪機(jī)的效率 =max-m0=0.951-0.924=0.027=m+=0.894+0.027=0.9213、同步轉(zhuǎn)速的選擇 此值介于187.5r/min和214.3r/min之間，=187.5r/min, =214.3r/min當(dāng)=187.5r/min時(shí)，4、水輪機(jī)設(shè)計(jì)流量qr的計(jì)算 qr=1.247=113.5/s5、飛逸轉(zhuǎn)速的計(jì)算 =150.4=419.0r/min6、計(jì)算水輪機(jī)的運(yùn)行范圍設(shè)計(jì)工況的單位流量=1.13/s最大水頭、平均水頭和最小水頭對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速 當(dāng)=214.3r/min時(shí)，最大水頭、平均水頭和最小水頭對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速 當(dāng)根據(jù)水頭范圍選擇：hl240/d41時(shí)，n

9、11=77r/min,一二臺(tái)1、計(jì)算轉(zhuǎn)輪直徑 水輪機(jī)額定出力： 由型譜可知，與出力限制線交點(diǎn)的單位流量為設(shè)計(jì)工況點(diǎn)單位流量，則q11r=1.123m3/s,對(duì)應(yīng)的模型效率m=87.6%，暫取效率修正值 =0.03，=0.876+0.03=0.906。模型最高效率為924%。計(jì)算值處于標(biāo)準(zhǔn)值5.0m和5.5m之間，取d1=5.0m, d1=5.5m。當(dāng)d1=5.0時(shí)2、計(jì)算原型水輪機(jī)的效率 =max-m0=0.945-0.906=0.039=m+=0.76+0.039=0.9153、同步轉(zhuǎn)速的選擇 此值介于125r/min和136.4 r/min之間，取n=125.0r/min，n=136.4r

10、/min。當(dāng)n=125.0r/min4、水輪機(jī)設(shè)計(jì)流量qr的計(jì)算 qr=1.123=234.6/s5、飛逸轉(zhuǎn)速的計(jì)算 =146.7=269.7r/min設(shè)計(jì)工況的單位流量=1.25/s6、計(jì)算水輪機(jī)的運(yùn)行范圍最大水頭、平均水頭和最小水頭對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速 當(dāng)n=136.4時(shí)計(jì)算水輪機(jī)的運(yùn)行范圍最大水頭、平均水頭和最小水頭對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速 當(dāng)d1=5.5時(shí)2、計(jì)算原型水輪機(jī)的效率 =max-m0=0.946-0.906=0.04=m+=0.76+0.04=0.9163、同步轉(zhuǎn)速的選擇 此值介于115.4r/min和120.0 r/min之間，取n=115.4r/min，n=120.0r/min。當(dāng)n=

11、115.4r/min4、水輪機(jī)設(shè)計(jì)流量qr的計(jì)算 qr=1.123=283.8/s5、飛逸轉(zhuǎn)速的計(jì)算 =146.7=245.2r/min設(shè)計(jì)工況的單位流量=1.03/s6、計(jì)算水輪機(jī)的運(yùn)行范圍最大水頭、平均水頭和最小水頭對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速 當(dāng)n=125.0r/min時(shí)計(jì)算水輪機(jī)的運(yùn)行范圍最大水頭、平均水頭和最小水頭對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速 二三臺(tái) 1、計(jì)算轉(zhuǎn)輪直徑水輪機(jī)額定出力： 計(jì)算值處于標(biāo)準(zhǔn)值4.1m和4.5m之間，暫取d1=4.1m, d1=4.5m。當(dāng)d1=4.1m時(shí)2、計(jì)算原型水輪機(jī)的效率 =max-m0=0.943-0.906=0.037=m+=0.876+0.037=0.9133、同步轉(zhuǎn)速的選

12、擇 此值介于150r/min和166.7r/min之間，取n=150r/min，n=166.7r/min。當(dāng)n=150r/min時(shí)4、水輪機(jī)設(shè)計(jì)流量qr的計(jì)算 qr=1.123=157.7./s5、飛逸轉(zhuǎn)速的計(jì)算 =146.7328.9r/min6、計(jì)算水輪機(jī)的運(yùn)行范圍設(shè)計(jì)工況的單位流量=1.24/s最大水頭、平均水頭和最小水頭對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速 當(dāng)=166.7r/min時(shí)，最大水頭、平均水頭和最小水頭對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速 當(dāng)d1=4.5m時(shí)2、計(jì)算原型水輪機(jī)的效率 =max-m0=0.944-0.906=0.038=m+=0.876+0.038=0.9143、同步轉(zhuǎn)速的選擇 此值介于136.4r/mi

13、n和150r/min之間，取n=150r/min4、水輪機(jī)設(shè)計(jì)流量qr的計(jì)算 qr=1.123=190.0./s5、飛逸轉(zhuǎn)速的計(jì)算 =146.7=299.7r/min6、計(jì)算水輪機(jī)的運(yùn)行范圍設(shè)計(jì)工況的單位流量=1.03/s最大水頭、平均水頭和最小水頭對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速 三四臺(tái)1、計(jì)算轉(zhuǎn)輪直徑 水輪機(jī)額定出力： 計(jì)算值處于標(biāo)準(zhǔn)值3.3m和3.8m之間，故取標(biāo)準(zhǔn)值=3.8m 2、計(jì)算原型水輪機(jī)的效率 =max-m0=0.942-0.906=0.036=m+=0.876+0.036=0.9123、同步轉(zhuǎn)速的選擇 此值介于166.7r/min和187.5r/min之間，=166.7r/min, =187.

14、5r/min當(dāng)=166.7r/min時(shí)，水輪機(jī)設(shè)計(jì)流量qr的計(jì)算 qr=1.123=135.5/s飛逸轉(zhuǎn)速的計(jì)算 =146.7=354.9r/min4、計(jì)算水輪機(jī)的運(yùn)行范圍設(shè)計(jì)工況的單位流量=1.08/s最大水頭、平均水頭和最小水頭對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速 當(dāng)=187.5r/min時(shí)，最大水頭、平均水頭和最小水頭對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速 四五臺(tái) 1、計(jì)算轉(zhuǎn)輪直徑 水輪機(jī)額定出力： 計(jì)算值處于標(biāo)準(zhǔn)值3.3m和3.8m之間，故取標(biāo)準(zhǔn)值=3.3m 2、計(jì)算原型水輪機(jī)的效率 =max-m0=0.940-0.906=0.034=m+=0.876+0.034=0.9103、同步轉(zhuǎn)速的選擇 此值介于187.5r/min和214

15、.3r/min之間，=187.5r/min, =214.3r/min當(dāng)=187.5r/min時(shí)，4、水輪機(jī)設(shè)計(jì)流量qr的計(jì)算 qr=1.123=102.2/s5、飛逸轉(zhuǎn)速的計(jì)算 =146.7=408.6r/min6、計(jì)算水輪機(jī)的運(yùn)行范圍設(shè)計(jì)工況的單位流量=1.15/s最大水頭、平均水頭和最小水頭對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速 當(dāng)=214.3r/min時(shí)，最大水頭、平均水頭和最小水頭對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速 七各方案列表如下(hl260/d74)臺(tái)數(shù)直徑轉(zhuǎn)速25.0136.484.679.274.234.1166.784.879.774.343.3187.576.772.267.3214.387.882.576.93.8

16、166.778.673.968.9187.588.483.177.553.0214.379.775.069.925093.087.581.63.3187.576.772.267.3214.387.782.576.9各方案列表如下(hl240/d41)臺(tái)數(shù)直徑轉(zhuǎn)速25.012577.572.968.0136.484.679.674.25.5115.478.774.069.012585.380.274.834.115076.371.766.9166.784.879.774.44.515083.778.773.443.8166.778.673.968.9187.588.483.177.553.318

17、7.576.772.267.3214.387.782.576.9第三節(jié) 較優(yōu)方案選擇說明：a、在最小水頭下，水輪機(jī)不能發(fā)出額定出力，此時(shí)水輪機(jī)受到出力限制線的限制，所以不需要試算最小水頭下的q11 b、在最大水頭和平均水頭下的q11值，所用的原型水輪機(jī)效率計(jì)算出來的q11。但是q11和此水頭對(duì)應(yīng)的n11的交點(diǎn)的模型水輪機(jī)效率加上修正值并不一定等于，這就需要試算。 c、在平均水頭下，有些方案的q11偏大，無(wú)法從特征曲線上找到。設(shè)計(jì)工況單位流量： 試算法作發(fā)電機(jī)出力限制線，并換算到水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線上，同時(shí)也返算出設(shè)計(jì)水頭。由q11t=pr/9.81d12h1.5=c，假定一個(gè)t，由此公式計(jì)算

18、出一個(gè)q11,再由q11和對(duì)應(yīng)水頭的n11在圖上找到一點(diǎn)，并查出此點(diǎn)的m,將此m轉(zhuǎn)換成原型效率t（按限制工況點(diǎn)效率誤差計(jì)），將t代入公式計(jì)算，重復(fù)前面的過程，直到兩次單位流量相差值小于5%就認(rèn)為可以了。 按上述方法求出發(fā)電機(jī)出力限制線并換算到水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線上。發(fā)電機(jī)出力限制線與水輪機(jī)出力限制線的交點(diǎn)，通過交點(diǎn)的值反求設(shè)計(jì)水頭的值。一、試算各方案列表如下：hl260/d74方案平均水頭=73.5m最高水頭=84.5m0.9241.100.9050.9160.9241.10.8980.9150.8181.4350.9051.0550.811.450.921.040.9080.9760.87

19、20.8250.8920.9930.8640.830.831.370.9151.010.8551.330.9041.020.9081.0370.8780.8690.9221.0220.8820.866hl240/d41方案平均水頭=73.5m最高水頭=84.5m0.8211.2280.9150.8980.8421.1990.900.9130.9140.9150.8780.7720.9080.9210.8720.7770.8221.2190.9020.9050.8481.1840.9120.8950.9120.9150.8780.770.9140.9620.8920.7990.9060.9710

20、.8820.8080.8701.0730.8920.8500.9041.0340.8820.859二、初選較優(yōu)方案根據(jù)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)的面積大?。话l(fā)電機(jī)出力限制線是否靠近水輪機(jī)出力限制線；設(shè)計(jì)水頭與平均水頭是否接近，平均水頭對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速是否接近最優(yōu)工況下的單位轉(zhuǎn)速等原則來初選較優(yōu)方案。所列較優(yōu)方案如下：方案臺(tái)數(shù)水輪機(jī)型號(hào)容量（萬(wàn)千瓦）直徑（m）轉(zhuǎn)速(r/min)4hl26083.3187.55hl2606.43.0214.32hl2401651253hl24032/34.1150三、反算設(shè)計(jì)水頭 方案i： 方案ii： 方案iii： 方案: 第四節(jié) 技術(shù)

21、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算一動(dòng)能經(jīng)濟(jì)指標(biāo)根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線，求各方案的平均效率1繪制轉(zhuǎn)輪運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線 等效率曲線的繪制：a 在水輪機(jī)工作水頭范圍（hminhmax）內(nèi)取4個(gè)水頭值，計(jì)算各水頭對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速n11，以各n11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(diǎn)，根據(jù)交點(diǎn)處的q11和m計(jì)算出原型水輪機(jī)的效率和出力p具體結(jié)果見附表3。然后對(duì)每個(gè)水頭值作等效率曲線。b 在曲線=f（p）上過某效率值水平線與曲線相交，記下各點(diǎn)p，h值。c 將各點(diǎn)的h、p值繪在坐標(biāo)圖上，將各點(diǎn)連成光滑曲線，即為某的效率值。d 繪制出力限制線。在hrhmax之間，是一條p=pr的直線。在hminhr之間出力限制線一

22、般由模型綜合特性曲線的95%出力限制線換算而得。各方案的曲線見下圖：2根據(jù)所繪制的運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線計(jì)算各方案的平均效率利用面積法求各方案的平均效率式中1、2為特性曲線上相鄰等效率線上的效率值，a為兩相鄰效率線之間的面積。具體結(jié)果見下表：方案i水輪機(jī)平均效率91.8658%91.0863%90.84135%91.17202%二機(jī)電設(shè)備投資和耗鋼量（一）、水力機(jī)械部分a 、水輪機(jī)由前選型計(jì)算可知選擇水輪機(jī)為hl260/d74轉(zhuǎn)輪直徑查水利機(jī)械p139圖2-55,估算各種方案的水輪機(jī)的重量:方案,hl260/d74, z=4臺(tái),d1=3.3m,g=210t,總重2104=840t,總價(jià)8402.5=21

23、00萬(wàn)元；方案, hl260/d74,z=5臺(tái),d1=3.0m,g=160t,總重1605=800t,總價(jià)8002.5=2000萬(wàn)元； 方案,hl240/d41,z=2臺(tái),d1=5.0m,g=570t,總重5702=1140t,總價(jià)11402.5=2850萬(wàn)元；方案,hl240/d41,z=3臺(tái),d1=4.1m,g=345t,總重3453=1035t,總價(jià)10352.5=2587.5萬(wàn)元；b.調(diào)速器按一臺(tái)80萬(wàn)元來考慮，故各方案總價(jià)估算如下：方案 總價(jià)804=320萬(wàn)元方案 總價(jià)805=400萬(wàn)元方案 總價(jià)802=160萬(wàn)元方案 總價(jià)803=240萬(wàn)元c、 起重設(shè)備起重機(jī)的重量由跨度和轉(zhuǎn)子重量

24、(查表7-17),然后乘以單價(jià)得到投資。數(shù)據(jù)及計(jì)算過程如下：方案 跨度:3.34.5=14.85m,起重機(jī)重:165t,投資1651.2=198萬(wàn)元； 方案 跨度:3.04.5=13.5m,起重機(jī)重:140t,投資：1401.2=168萬(wàn)元; 方案 跨度:5.04.5=22.5m,起重機(jī)重:305t,投資：3051.2=366萬(wàn)元; 方案 跨度:4.14.5=18.45m,起重機(jī)重:208t,投資:2081.2=249.6萬(wàn)元;d、 輔助設(shè)備部分輔助設(shè)備投資=k%（水輪機(jī)+調(diào)速器）查原始資料匯編59頁(yè)可得各方案的k值：估算分別為：方案 pg=8萬(wàn)kw k=3.99% 總價(jià)為：3.99%（210

25、0+320）=96.56萬(wàn)元方案 pg=6.4萬(wàn)kw k=4.35%總價(jià)為：4.35%（2000+400）=100.4萬(wàn)元方案 pg=16萬(wàn)kw k=2.9%總價(jià)為：2.9%（2850+160）=87.29萬(wàn)元 方案 pg=32/3萬(wàn)kw k=3.5%總價(jià)為：3.5%（2587.5+240）=98.96萬(wàn)元e 、設(shè)備安裝運(yùn)行費(fèi)安裝設(shè)備運(yùn)輸費(fèi)=%設(shè)備總價(jià)查原始資料匯編可得各方案的值，分別為：8 %，9.2 %，7.7 %， 7.9%故有：方案： 總價(jià)為：8%（2100+320+198+96.56）=214.45萬(wàn)元方案： 總價(jià)為：9.2%（2000+400+168+100.4）=245.45萬(wàn)元

26、方案： 總價(jià)為7.7%（2850+160+366+87.29）=266.67萬(wàn)元方案 總價(jià)為7.9%（2584.5+240+249.6+98.96）=250.91萬(wàn)元（二）、電氣部分a 、水輪發(fā)電機(jī)查 電氣一次p183 （t）計(jì)算，上式中： kg-估算系數(shù)，懸式機(jī)組范圍為810，傘式機(jī)組79； nn-容量（kva）.當(dāng)發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速大于150r/min時(shí)，采用懸式機(jī)組kg =9。所選方案發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速均大于150r/min時(shí)，采用懸式機(jī)組，取kg =9估算各方案發(fā)電機(jī)的重量：方案nn=187.5r/min,pr=80000kw，則： 總重：g總=4gf=3568.45=2273.8t轉(zhuǎn)子重:/

27、2=284.23(t)總價(jià)為2273.836821.35(萬(wàn)元)方案 nn =214.3r/min,pr=64000kw，則： 總重：g總=5gf=5448.1=2240.64t轉(zhuǎn)子重:/2=224.1(t)總價(jià)為2240.6436721.9(萬(wàn)元)方案 nn =125r/min,pr=160000 kw，則： 總重：g總=2gf=21030.92=2061.84 t轉(zhuǎn)子重:/2=515.5(t)總價(jià)為2061.8436306.21(萬(wàn)元) 方案nn =150r/min,pr=320000/3 kw，則： 總重：g總=2gf=2710.29=2130.87t轉(zhuǎn)子重:/2=355.15(t)總價(jià)

28、為2130.8736392.6(萬(wàn)元)b、變壓器 查電氣一次p217頁(yè)可得： 方案 z=4臺(tái) 總重：1004=400t 總價(jià)為：4004=1600萬(wàn)元方案 z=5臺(tái) 總重：905=450t 總價(jià)為：4504=1800萬(wàn)元方案 z=2臺(tái) 總重：1402=280t 總價(jià)為：2804=1120萬(wàn)元方案 z=3臺(tái) 總重：1173=351t 總價(jià)為：3514=1404萬(wàn)元c、 開關(guān)設(shè)備在初步設(shè)計(jì)時(shí)開關(guān)單價(jià)按100萬(wàn)元/臺(tái)計(jì)算，每臺(tái)機(jī)組設(shè)有1臺(tái)開關(guān)，由此計(jì)算各方案開關(guān)設(shè)備投資如下：方案 總價(jià)1004=400（萬(wàn)元）方案 總價(jià)1005=500（萬(wàn)元）方案 總價(jià)1002=200（萬(wàn)元）方案 總價(jià)1003=30

29、0（萬(wàn)元）d、 電氣自動(dòng)化設(shè)備根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書p2所述，估算時(shí)以發(fā)電機(jī)、變壓器和開關(guān)設(shè)備總價(jià)的10%計(jì)算。計(jì)算結(jié)果如下：方案 總價(jià)為：10%（6821.35+1600400） =882.1萬(wàn)元方案 總價(jià)為：10%（6721.9+1800+500）=902.2萬(wàn)元方案 總價(jià)為：10%（6306.21+1120+200）=762.62萬(wàn)元方案 總價(jià)為：10%（6392.6+1404+600）=809.66萬(wàn)元e、電氣部分運(yùn)輸費(fèi) 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書p2所述，估算時(shí)以發(fā)電機(jī)、變壓器。開關(guān)設(shè)備總價(jià)和電氣自動(dòng)化設(shè)備的%計(jì)算方案 總價(jià)為：8%（6821.35+1600+400+882.1） =776.276萬(wàn)元方

30、案 總價(jià)為：8.2%（6721.9+1800+500+902.2）=813.776萬(wàn)元方案 總價(jià)為：7.7%（6306.21+1120+200+762.62）=645.94萬(wàn)元方案 總價(jià)為：7.9%（6392.6+1404+300+809.66）=703.59萬(wàn)元第五節(jié) 最優(yōu)方案選擇一、水力機(jī)械投資估算表方案水輪機(jī)單重（噸/臺(tái)）210160570345水輪機(jī)總重（噸）84080011401035水輪機(jī)單價(jià)（萬(wàn)元/噸）2.52.52.52.5水輪機(jī)總價(jià)（萬(wàn)元）2100200028502587.5調(diào)速器單價(jià)（萬(wàn)元/臺(tái)）80808080調(diào)速器總價(jià)（萬(wàn)元）320400160240起重機(jī)重量（噸）165

31、140305208起重機(jī)單價(jià)（萬(wàn)元/噸）1.21.21.21.2起重機(jī)總價(jià)（萬(wàn)元）198168366249.6變壓器重量(噸)400450280351輔助設(shè)備投資（萬(wàn)元）96.56100.487.2998.96安裝運(yùn)輸費(fèi)（萬(wàn)元）214.45245.49266.67250.41總投資（萬(wàn)元）29292913.93729.963426.97總耗鋼量（噸）1405139017851648單位千瓦投資（元/千瓦）91.5391.06116.56107.09千瓦耗鋼量（公斤/千瓦）4.3914.3435.5785.15二、電氣部分投資估算表方案發(fā)電機(jī)單重 （噸/臺(tái)）568.45448.11030.927

32、10.29發(fā)電機(jī)總重（噸）2273.82240.642061.842130.87 發(fā)電機(jī)單價(jià)（萬(wàn)元/噸）3333發(fā)電機(jī)總價(jià)（萬(wàn)元）6821.356721.96306.216392.6變壓器、開關(guān)總價(jià)（萬(wàn)元）2000230013201704自動(dòng)化設(shè)備總價(jià)（萬(wàn)元）882.1902.2762.62809.66設(shè)備安裝運(yùn)輸費(fèi)（萬(wàn)元）776.273813.776645.94706.59總投資（萬(wàn)元）9703.4510737.889034.779609.85單位千瓦投資（元/千瓦）303.23335.56282.34300.31三、方案總表項(xiàng)目最大水頭hmax(m)84.584.584.584.5最小水頭

33、hmin(m)64646464平均水頭hp(m)73.573.573.573.5裝機(jī)容量ny(萬(wàn)kw)32323232水輪機(jī)型號(hào)hl260hl260hl240hl240單機(jī)容量n(萬(wàn)kw)86.41632/3機(jī)組臺(tái)數(shù)4523轉(zhuǎn)輪直徑d1(m)3.33.05.04.1機(jī)組轉(zhuǎn)速(r/min)187.5214.3125150計(jì)算水頭hr(m)73.0172.3975.174水輪機(jī)最高效率95%95%94.9%94%水輪機(jī)平均效率%91.1720291.086390.8413591.8658模型最高效率時(shí)的n179797777總投資(萬(wàn)元)12632.4513651.7812764.7313036.8

34、2單位千瓦投資(萬(wàn)元/萬(wàn)kw)394.76426.62398.9407.4比較結(jié)果方案單位千瓦投資最少,效率較高三、最優(yōu)方案的選擇由以上表可知，方案的投資最小，單位千瓦投資最小，耗鋼量最低，平均效率最高，故采用方案作為最優(yōu)方案。四、最優(yōu)方案吸出高度的計(jì)算 設(shè)計(jì)水頭 設(shè)計(jì)水頭對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速與出力限制線的較點(diǎn)的，則 查原始資料p42得 第六節(jié) 最優(yōu)方案的進(jìn)出流水道計(jì)算一、 轉(zhuǎn)輪的計(jì)算如圖所示，由水電站動(dòng)力設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)可查的hl260具體尺寸：d1d2d3d4d5d6b0h1h2h3h41.01.0861.160.7720.4010.120.280.050.2790.5090.3093.33.584

35、3.832.5481.3230.3960.9240.1650.9211.681.02二、蝸殼計(jì)算 1、 蝸殼型式、斷面形狀和包角的確定由于本站應(yīng)用水頭為：6584.5m140m,故，采用鋼板焊接蝸殼，蝸殼斷面為圓形，當(dāng)蝸殼尾部用圓斷面不能和座環(huán)蝶形邊相連接時(shí)，采用橢圓形斷面，蝸殼的包角為345度。2、 座環(huán)的確定與金屬連接的座環(huán)有兩種：一種是帶蝶形邊座環(huán)；一種是無(wú)蝶形邊座環(huán)。我們采用帶蝶形邊座環(huán)，其錐角為55度。其有關(guān)尺寸見下表211：表211名稱da (m)db(m)k(m)r(m)座環(huán)參數(shù)5.24.40.1250.33、 蝸殼參數(shù)計(jì)算蝸殼包角 進(jìn)口斷面流量 進(jìn)口斷面流速 進(jìn)口斷面面積 進(jìn)口

36、斷面半徑 進(jìn)口斷面中心 上式中 : h=(bo+0.2d)/2 (0.924+0.2*3.3)/2=0.792m =+k=2.287+0.125=2.41m 進(jìn)口斷面外徑=+=4.55+2.28=6.83 由進(jìn)口斷面尺寸a求出蝸殼系數(shù)和蝸殼常數(shù) 4、圓斷面計(jì)算具體計(jì)算見附表5、橢圓斷面的計(jì)算 當(dāng) s時(shí)，采用橢圓斷面連接計(jì)算如下：橢圓半徑與圓同等面積 橢圓斷面長(zhǎng)半徑中心距 外徑 列表計(jì)算（圓形斷面）斷面號(hào)ixiiiri13451.9708372.1013424.6958376.79717823301.9088112.0432814.6338116.67709233151.8456111.9843

37、694.5706116.55497943001.7811281.9245414.5061286.43066852851.7152351.8637254.4402356.30396162701.6477851.8018424.37278565785991.7387974.3035996.04239782401.5074651.6744834.2324655.90694892251.4341231.6087724.1591235.767895102101.3582461.5415174.0832465.624763111951.2794231.4725364.004423

38、5.476959121801.1971131.4016143.9221135.323727131651.110591.3284773.835595.164068橢圓斷面斷面號(hào)i2iai1iiiri11501.2557555.1432081.2664661.2528973.7470215.01348721351.125214.5466891.2273291.174683.5877564.81508531200.9914843.9694531.1872391.0936793.424614.61184941050.8541433.4122421.1460661.009343.2570554.4031

39、25900.7126562.8759571.1036490.9209043.084444.1880896750.5663572.3617271.059790.8272722.9059563.9657467600.4144131.8710151.0142380.726762.7205833.7348218450.2557721.4058270.9666780.6165282.5270413.493729300.0891730.9691550.9167330.4910292.3237913.2405241015-0.086510.5662080.8640640.3359282.1094522.97

40、3516二、 尾水管計(jì)算尾水管的計(jì)算主要是根據(jù)模型的尾水管（水輪機(jī)p206頁(yè)）按轉(zhuǎn)輪的比例同等的放大模型轉(zhuǎn)輪直徑,原型,d1d3d4hh3h4h5h6l1lb5460480622120047762256931180220701264330034434462843634244462408222315753.5148509064另外，取=12。第七節(jié) 繪制廠房剖面圖一 水輪發(fā)電機(jī)外形尺寸估算(如圖所示)1、 確定主要尺寸（1）極距（cm）和飛逸速度vf的確定查電氣一次p178得： 上式中: p可從水輪機(jī)p326查得為16k1為系數(shù)8.310.7，取9.3。 （2）定子鐵芯內(nèi)徑的確定 （3）定子鐵芯

41、長(zhǎng)度lt(cm)的計(jì)算 上式中：c-發(fā)電機(jī)利用系數(shù)， 見p160表3-5取(4) 定子鐵芯外徑 當(dāng)時(shí),當(dāng)此處故2、外形尺寸（查 動(dòng)力設(shè)備手冊(cè)p179） （一）、平面尺寸估算（1）定子基座外徑 因n=187.5r/min214r/min故有：（2）風(fēng)罩內(nèi)徑 ,因n=187.5r/min214r/min （3） 轉(zhuǎn)子直徑 ,為單邊空氣間隙,初步估算時(shí)查忽略不計(jì),即（4）下機(jī)架最大跨度 因則：查表水力機(jī)械表3-6 時(shí) （5）軸承外徑 查水力機(jī)械表3-7 故有：推力軸承外徑 （二） 軸向尺寸（1）定子機(jī)座高度 因n=187.5r/min214r/min故有：（2）上機(jī)架高度 懸式承載機(jī)架重，故有： （

42、3）推力軸承高度 （4）下機(jī)架高度 懸式承載機(jī)架重，故有：（5）定子機(jī)架支撐面到下機(jī)架支撐面到擋風(fēng)板距離（6）下機(jī)架支撐面到大軸法蘭距離 （7）發(fā)電機(jī)總高度h （8）發(fā)電機(jī)大軸高度 考慮采用可控硅裝置，不用勵(lì)磁機(jī)，故取大軸長(zhǎng)7.8m（9）發(fā)電機(jī)大軸直徑確定查水力機(jī)械得：（kgcm）由m查水力機(jī)械p356頁(yè)，得，發(fā)電機(jī)大軸直徑為： 發(fā)電機(jī)軸徑 二、 廠房各高程的確定1 、確定安裝高程 2 、 尾水管底板高程 3 、水輪機(jī)層高程確定 蝸殼進(jìn)口斷面半徑 -金屬蝸殼取1m4 、 發(fā)電機(jī)層高程發(fā)電機(jī)層高程大于萬(wàn)年一遇洪水位。5 、 軌頂高程 式中吊運(yùn)設(shè)備時(shí)需跨越的固定設(shè)備或建筑物的高度，取0m吊運(yùn)部件與

43、固定物之間的垂直安全距離,取0.5m 起吊設(shè)備的高度（發(fā)電機(jī)主軸高度）7.28m 吊車主鉤至軌頂?shù)淖钚【嚯x，取2.21m6、 房頂高程 三、 廠房寬度的確定無(wú)主閥，所以綜合考慮上、下部快體來計(jì)算廠房寬度。1、上部快體1）、上游側(cè)寬度的確定 為上游輔助通道的寬度（1.2m）和其他設(shè)備安放的寬度（1.5m）之和發(fā)電機(jī)風(fēng)罩壁厚，一般取0.3-0.4m;-發(fā)電機(jī)風(fēng)罩內(nèi)徑2）、下游側(cè)寬度的確定為主通道的寬度，取2、下部快體1）、上游側(cè)寬度的確定 2）、下游側(cè)寬度的確定主廠房總寬按上部快體來確定結(jié)合橋吊的標(biāo)稱跨度，可取橋吊跨度為22m。水力機(jī)械p334四、廠房長(zhǎng)度1、機(jī)組段長(zhǎng)度由蝸殼、尾水管、發(fā)電機(jī)等設(shè)備

44、在垂直水流方向上的尺寸決定，同時(shí)還應(yīng)考慮機(jī)組附屬設(shè)備及主要通道、吊物孔的布置及所需尺寸。機(jī)組段長(zhǎng)度可按下式計(jì)算：蝸殼層 尾水管層 發(fā)電機(jī)層 式中：3為發(fā)電機(jī)保護(hù)層厚度，3 =0.4m.l取最大尺寸即蝸殼方向上的長(zhǎng)度2、端機(jī)組斷長(zhǎng)度主廠房的長(zhǎng)度為3、安裝場(chǎng)長(zhǎng)度 可以按檢修一臺(tái)機(jī)組的長(zhǎng)度考慮，取取廠房總長(zhǎng)度為99m第二章 調(diào)節(jié)保證計(jì)算及調(diào)速設(shè)備的選擇電站在運(yùn)行過程中，常會(huì)由于各種事故，機(jī)組突然與系統(tǒng)解列，從而造成甩負(fù)荷。在甩負(fù)荷時(shí)，由于導(dǎo)葉迅速關(guān)閉，水輪機(jī)的流量會(huì)急劇變化，因此在水輪機(jī)過水系統(tǒng)內(nèi)會(huì)產(chǎn)生水擊，調(diào)節(jié)保證計(jì)算就是在初步設(shè)計(jì)階段計(jì)算出上述過程中最大的轉(zhuǎn)速上升及最大的壓力上升值。調(diào)節(jié)保證計(jì)算

45、一般應(yīng)對(duì)兩個(gè)工況進(jìn)行，即計(jì)算設(shè)計(jì)水頭和最大水頭甩全負(fù)荷的壓力上升和速率上升，并取其大者。調(diào)節(jié)計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)：(1) 壓力變化計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)：尾水管的真空度應(yīng)小于89m.(2) 轉(zhuǎn)速變化計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)機(jī)組容量占電力系統(tǒng)運(yùn)行總?cè)萘康谋戎夭淮蠡驌?dān)任基荷時(shí)，max55% max為機(jī)組甩全部負(fù)荷時(shí)的轉(zhuǎn)速升高的允許值。第一節(jié) 設(shè)計(jì)水頭下甩全負(fù)荷一、已知計(jì)算參數(shù) 壓力鋼管長(zhǎng)約為110m，經(jīng)濟(jì)流速為5m/s，設(shè)計(jì)流量為120.1m3 /s。二、管道特性系數(shù)1 壓力鋼管段2 蝸殼段平均流速取進(jìn)口斷面平均流速則， 蝸殼只取一半，因?yàn)槲仛げ⒉皇侨看?lián)在管路中。 尾水管段（1）直錐段： 直錐段平均面積： 平均流速：vb1=q/sb1=120.1/12.449=9.624m/s幾何長(zhǎng)度：lb1=h3=3.42m則lb1 vb1=3.42 9.62=32.9m3/s