水電站畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、目錄摘要1前言2第一部分： 水力機(jī)組選型設(shè)計(jì)和調(diào)節(jié)保證計(jì)算31水輪機(jī)的選型設(shè)計(jì)31.1水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)概述31.2水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)的任務(wù)31.3水輪機(jī)選型的原則31.4水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)的條件及主要參數(shù)31.5水輪機(jī)臺(tái)數(shù)及型號(hào)的選擇41.6初選工況點(diǎn)A51.8額定轉(zhuǎn)速的確定61.9 效率及單位參數(shù)的修正71.10 核對(duì)所選擇的真機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑81.11 確定水輪機(jī)導(dǎo)葉的最大可能開度171.12計(jì)算水輪機(jī)額定流量181.13確定水輪機(jī)的允許吸出高度181.14計(jì)算水輪機(jī)的飛逸轉(zhuǎn)速201.15 計(jì)算水輪機(jī)軸向水推力211.16 估算水輪機(jī)的質(zhì)量211.17 繪制水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線212水輪發(fā)電機(jī)的的初步選

2、擇計(jì)算252.1水輪發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式和冷卻方式252.2發(fā)電機(jī)主要尺寸的估算252.3發(fā)電機(jī)外形尺寸估算262.4水輪發(fā)電機(jī)的質(zhì)量估算273 調(diào)節(jié)保證計(jì)算283.1調(diào)節(jié)保證計(jì)算概述283.2調(diào)節(jié)保證計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)283.3計(jì)算基本數(shù)據(jù)283.4計(jì)算設(shè)計(jì)水頭、最大水頭下額定出力時(shí)引水系統(tǒng)的293.5假定導(dǎo)葉的直線關(guān)閉時(shí)間和關(guān)閉規(guī)律293.6水擊壓力上升計(jì)算293.7最大轉(zhuǎn)速上升計(jì)算303.8調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)備的選擇32第二部分：水電站廠房布置設(shè)計(jì)354 發(fā)電機(jī)層平面布置設(shè)計(jì)354.1主廠房長(zhǎng)度確定354.2起重設(shè)備的選擇364.3主廠房的橫剖面設(shè)計(jì)38第三部分：水力機(jī)械輔助設(shè)備系統(tǒng)選擇設(shè)計(jì)405油系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3、405.1用油量的估算405.2油系統(tǒng)設(shè)備的選擇425.3透平油系統(tǒng)設(shè)備明細(xì)表435.4繪制透平油系統(tǒng)圖與操作程序表446壓縮空氣系統(tǒng)466.1低壓壓縮空氣系統(tǒng)466.2低壓空氣系統(tǒng)設(shè)備選擇506.3高壓壓縮空氣系統(tǒng)506.4空氣壓縮系統(tǒng)所選設(shè)備明細(xì)表516.5繪制氣系統(tǒng)圖527水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)537.1技術(shù)供水系統(tǒng)537.2消防供水系統(tǒng)547.3排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)557.4繪制排水系統(tǒng)圖57結(jié)論58總結(jié)59致謝60參考文獻(xiàn)和資料61摘要本次畢業(yè)設(shè)計(jì)根據(jù)三角嘴水站的主要數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行三個(gè)部分的設(shè)計(jì)。第一部分：水利機(jī)組選型設(shè)計(jì)和調(diào)節(jié)保證計(jì)算,通過選型計(jì)算和運(yùn)行工況分析繪制水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線圖；第二部

4、分：水電站廠房的布置設(shè)計(jì)，繪制發(fā)電機(jī)層平面布置圖、主廠房橫剖面圖；第三部分：水力機(jī)組輔助設(shè)備系統(tǒng)選擇設(shè)計(jì)，繪制透平油系統(tǒng)圖、水系統(tǒng)圖、氣系統(tǒng)圖。 關(guān)鍵詞：三角嘴水電站;選型設(shè)計(jì);廠房設(shè)計(jì);輔助設(shè)備Abstract The graduation project based on primary data SanJiaoZui Hydropower, its three-part design. The first part: water conservation and regulation designed to ensure the selection is calculated by co

5、mputing the appropriate selection and analysis of operating conditions drawn turbine operating characteristic curve integrated unit; Part II: hydropower plant layout design, drawing generator layer floor plan, the main plant cross-sectional view; part III: hydraulic unit auxiliary equipment systems

6、choose design, drawing turbine oil system diagram, system diagram of water, gas system diagram. Keywords: SanJiaoZui Hydropower, selection and design, plant design, auxiliary equipment.前言水電站是一個(gè)把水利能源轉(zhuǎn)化為電能的工廠。我國(guó)地域廣大，河流縱橫，水力資源十分豐富?！笆逡?guī)劃”提出大力發(fā)展我國(guó)水電事業(yè)，因?yàn)樗Πl(fā)電不但符合我國(guó)的能源政策，符合環(huán)保要求，有利于減少環(huán)境污染，又能提供清潔廉價(jià)的能源。水電站發(fā)電

7、的最大特點(diǎn)是全部設(shè)備必須連續(xù)不間斷地運(yùn)轉(zhuǎn)，并且為了安全穩(wěn)定可靠地供電，又要保證電能的周波和電壓的質(zhì)量，需要與電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容分為三部分。第一部分是水輪機(jī)的選型和調(diào)節(jié)保證計(jì)算，并通過選型計(jì)算和運(yùn)行工況的分析繪制水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線。水輪機(jī)的選型設(shè)計(jì)是水電站設(shè)計(jì)中一項(xiàng)重要的任務(wù)，水電站水輪機(jī)的選擇是根據(jù)水電站的開發(fā)方式，動(dòng)能參數(shù)、水工建筑物等，并結(jié)合制造廠的生產(chǎn)水平，擬出若干個(gè)方案進(jìn)行綜合比較，最終選擇最佳的型號(hào)。調(diào)節(jié)保證計(jì)算則是合理的選擇導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)間和規(guī)律并進(jìn)行水擊壓力和機(jī)組轉(zhuǎn)速變化的計(jì)算，使壓力變化值和轉(zhuǎn)速變化值在允許的范圍內(nèi)，保證機(jī)組地 強(qiáng)度、壽命及減少機(jī)組的振動(dòng)，避免壓力鋼

8、管爆炸的災(zāi)難性事故。第二部分是水電站廠房的布置設(shè)計(jì)。水電站廠房設(shè)計(jì)又稱建筑設(shè)計(jì)，包括平面設(shè)計(jì)、剖面設(shè)計(jì)、立面設(shè)計(jì)。在廠房布置設(shè)計(jì)中首先是發(fā)電機(jī)的選型，通過發(fā)電機(jī)的相應(yīng)尺寸為后面廠房的平面設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)。在主要機(jī)電設(shè)備已經(jīng)確定的條件下，選定合理的建筑方案，分析個(gè)方案在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上的合理性，并繪制廠房的平面布置圖、主廠房橫剖面圖。第三部分是水電站輔助設(shè)備系統(tǒng)選擇設(shè)計(jì)，此次輔助設(shè)備的選擇計(jì)算是對(duì)水電站的水系統(tǒng)、油系統(tǒng)、氣系統(tǒng)的相關(guān)計(jì)算，保證機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。畢業(yè)設(shè)計(jì)是所學(xué)專業(yè)課知識(shí)的綜合運(yùn)用。通過設(shè)計(jì)來(lái)了解水電站基本知識(shí)和主要的基礎(chǔ)設(shè)備。解決在做設(shè)計(jì)過程遇到的問題，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能去

9、分析和解決本專業(yè)范圍內(nèi)的工程技術(shù)問題，建立正確的設(shè)計(jì)思想，掌握水電站設(shè)計(jì)的基本程序和方法，使學(xué)生在工程實(shí)踐具有應(yīng)用專業(yè)技術(shù)解決工程實(shí)際問題的能力。第一部分： 水力機(jī)組選型設(shè)計(jì)和調(diào)節(jié)保證計(jì)算1水輪機(jī)的選型設(shè)計(jì)1.1水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)概述水輪機(jī)的選型計(jì)算是根據(jù)水電站設(shè)計(jì)部門提供的原始參數(shù)，選擇合理的水輪機(jī)的型號(hào)和計(jì)算水輪機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)。是水電站設(shè)計(jì)中一項(xiàng)重要的工作，它直接關(guān)系到水電站機(jī)組能否長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行、投資多少。根據(jù)水電站的開發(fā)方式，動(dòng)能參數(shù)、水工建筑物等，并結(jié)合制造廠的生產(chǎn)水平，擬出若干個(gè)方案進(jìn)行綜合比較，最終選擇最佳的型號(hào)。1.2水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)的任務(wù)（1）確定電站裝機(jī)臺(tái)數(shù)及單機(jī)功率（2）選擇機(jī)組類

10、型及模型轉(zhuǎn)輪型號(hào)（3）確定機(jī)組的裝置方式（4）確定轉(zhuǎn)輪直徑、額定轉(zhuǎn)速、飛逸轉(zhuǎn)速（5）計(jì)算所有運(yùn)行水頭和功率下水輪機(jī)的效率和吸出高度值，繪制水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線。（6）軸向水推力的計(jì)算（7）計(jì)算水輪機(jī)的品質(zhì)1.3水輪機(jī)選型的原則（1）所選水輪機(jī)要具有較高的能量特性。不僅要選擇額定工況下較高的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪型號(hào)，而且還要根據(jù)水輪機(jī)的工作特性曲線，即及曲線，選擇平均效率最高的水輪機(jī)型號(hào)，使水輪機(jī)在負(fù)荷和水頭變化的情況下具有最高的平均運(yùn)行效率。（2）所選水輪機(jī)不僅要具有良好的空蝕性能，還要有較好的工作穩(wěn)定性能，運(yùn)行要靈活、平穩(wěn)、安全和可靠。（3）所選水輪機(jī)的尺寸應(yīng)較小，結(jié)構(gòu)要合理、先進(jìn)，便于運(yùn)輸、安裝、

11、運(yùn)行及檢修。（4）轉(zhuǎn)輪選擇比較時(shí)，應(yīng)盡可能選用較高的水輪機(jī)，這樣轉(zhuǎn)速較高，相應(yīng)的機(jī)組尺寸就小，并且使所選的水輪機(jī)經(jīng)常在最優(yōu)區(qū)運(yùn)行。選擇轉(zhuǎn)輪參數(shù)時(shí)應(yīng)該使值稍高于，而且值應(yīng)接近于值。1.4水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)的條件及主要參數(shù)最大水頭Hmax=178.3m 最小水頭Hmin=144.6m加權(quán)平均水頭Hpj=165.5m 額定水頭Hr=167.0m總裝機(jī)容量N=80MW 海拔高程=395.5 m 壩后式地面廠房，采用單機(jī)飲水方式，電站離負(fù)荷中心較遠(yuǎn)，在系統(tǒng)中擔(dān)任基荷。1.5水輪機(jī)臺(tái)數(shù)及型號(hào)的選擇1.5.1確定水輪機(jī)臺(tái)數(shù)及單機(jī)功率根據(jù)，其中為每臺(tái)機(jī)組的額定功率，為總裝機(jī)容量，Z為機(jī)組臺(tái)數(shù)。選擇情況如表1-1。

12、表1-1水輪機(jī)臺(tái)數(shù)及單機(jī)功率臺(tái)數(shù)Z234單機(jī)功率Ppl（MW）4026.720 1.5.2選擇機(jī)型及模型轉(zhuǎn)輪 根據(jù)水輪機(jī)的類型及使用水頭范圍表，如圖表1-2。表1-2 大中型水輪機(jī)的類型及使用水頭范圍表水 輪 機(jī) 型 式適用水頭范圍（m）比轉(zhuǎn)速范圍（m.kW）能量轉(zhuǎn)換方式水流方式反擊式貫流式206001000斜流式40180150350混流式3070050300軸流式380200850比轉(zhuǎn)速： =2000/ =135.7 m.kW比較結(jié)果：選擇混流式水輪機(jī)。查閱水輪機(jī)附表1，選擇水輪機(jī)型號(hào)HL160/D46，其模型轉(zhuǎn)輪主要參數(shù)如表1-3。 表1-3 模型轉(zhuǎn)輪主要參數(shù)轉(zhuǎn)輪型號(hào)推薦使用水頭H(m)

13、模型轉(zhuǎn)輪直徑D1(cm)流道尺寸最優(yōu)工況 (r/min) (m/s) (%)HL160/D46135-200 400.16171.2520 67.5 0.54891.60.0391.6初選工況點(diǎn)A式中： 模型的最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速計(jì)算結(jié)果得： =67.2r/min在模型轉(zhuǎn)輪綜合特性曲線上作的水平線交5%功率限制線于A點(diǎn)，A點(diǎn)即為初選設(shè)計(jì)工況點(diǎn)，見圖1-1。A點(diǎn)的單位流量即為初選設(shè)計(jì)工況點(diǎn)下的單位流量。圖1-1模型轉(zhuǎn)輪綜合特性曲線1.7轉(zhuǎn)輪直徑的確定1.7.1 水輪機(jī)的額定出力式中：N 水輪機(jī)額定功率，kW；發(fā)電機(jī)額定功率；發(fā)電機(jī)功率,一般可取0.96或0.98,本次設(shè)計(jì)取。1.7.2 轉(zhuǎn)輪直徑式中：N

14、水輪機(jī)額定功率，kW； 真機(jī)單位流量，m/s；水輪機(jī)的效率，由初設(shè)工況點(diǎn)A的加上修正值得到，本次設(shè)計(jì)取=3%，由HL160/D46模型綜合特性曲線上A點(diǎn)讀出得=89.5%，計(jì)算結(jié)果如表1-4。表1-4各種機(jī)組臺(tái)數(shù)下的轉(zhuǎn)輪直徑機(jī)組臺(tái)數(shù)234單機(jī)功率（MW）4026.720直徑D1計(jì)算結(jié)果（m）1.861.51.3D1圓整結(jié)果（m）1.91.51.3 1.8額定轉(zhuǎn)速的確定額定轉(zhuǎn)速n:式中: 設(shè)計(jì)單位轉(zhuǎn)速, ； 加權(quán)平均水頭, =165.5m； 真機(jī)的轉(zhuǎn)輪直徑, m。計(jì)算結(jié)果如表1-5所示。表1-5 額定轉(zhuǎn)速n的計(jì)算結(jié)果機(jī)組臺(tái)數(shù)234n (r/min)455576.34665查水輪機(jī)水輪發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)

15、速系列表，每個(gè)型號(hào)選擇兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)額定轉(zhuǎn)速，選取結(jié)果見表1-6。表1-6 水輪發(fā)電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)額定轉(zhuǎn)速機(jī)組臺(tái)數(shù)234 n (r/min)428.6和500500和600600和7501.9 效率及單位參數(shù)的修正1.9.1 效率換算及其修正值真機(jī)的效率修正：參照相應(yīng)規(guī)范，=-0.01，=0.01 =max.t -max.m式中：max.t真機(jī)的最優(yōu)工況效率； max.m模型機(jī)的最優(yōu)工況效率，由中小型混流式水輪機(jī)模型運(yùn)轉(zhuǎn)主要參數(shù)表查閱得max.m=91.6%。式中： D1m為模型轉(zhuǎn)輪直徑，D1m為40cm；D1為真機(jī)的轉(zhuǎn)輪直徑。1.9.2 單位參數(shù)的修正值及上述修正值可在最優(yōu)工況點(diǎn)進(jìn)行選取，其他工況點(diǎn)采用等

16、值修正處理。當(dāng)，時(shí)，單位參數(shù)可不予修正。最終計(jì)算結(jié)果見表1-7。 表1-7 效率及單位參數(shù)的修正機(jī)組臺(tái)數(shù)轉(zhuǎn)輪直徑（cm）效率修正值真機(jī)效率單位參數(shù)修正值是否修正21.92.3%91.8%1.3%否31.52.0%91.5%0.83%否41.31.8%91.3%0.55%否1.10 核對(duì)所選擇的真機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑1.10.1 確定水輪機(jī)的真實(shí)工況點(diǎn)B實(shí)際水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速： 式中：?jiǎn)挝晦D(zhuǎn)速修正值，取為0 B點(diǎn)在水平線上，在其上查找點(diǎn)，計(jì)算功率，并作輔助曲線，即： 而，在輔助曲線上有一個(gè)與之對(duì)應(yīng)，從而得到，將的值返回到模型綜合特性曲線圖上與線相交于B點(diǎn)，即為真實(shí)工況點(diǎn)。各種方案計(jì)算結(jié)果如下：兩臺(tái)機(jī)組：(1)H

17、L160/D40：轉(zhuǎn)輪直徑D1=1.9m，轉(zhuǎn)速=5.13kW表1-8 輔助曲線計(jì)算數(shù)據(jù)表0.850.860.870.880.890.8730.8830.8930.9030.9130.3650.3800.3980.4200.441( kW)3.133.313.493.723.95圖1-2 輔助曲線(2)HL160/D40：轉(zhuǎn)輪直徑D1=1.9m，轉(zhuǎn)速n=500r/min=5.13kW表1-9 輔助曲線計(jì)算數(shù)據(jù)表0.850.860.870.880.890.8730.8830.8930.9030.9130.4450.4690.4970.5380.561( kW)3.814.064.354.765.0

18、2圖1-3 輔助曲線 三臺(tái)機(jī)組：(1)HL160/D40：轉(zhuǎn)輪直徑D1=1.5m，轉(zhuǎn)速n=500r/min=5.72kW表1-11 輔助曲線計(jì)算數(shù)據(jù)表0.850.860.870.880.890.870.880.890.900.910.3680.4070.430.4640.48( kW)3.143.403.754.104.29 圖1-3 輔助曲線(2)HL160/D40：轉(zhuǎn)輪直徑D1=1.5m，轉(zhuǎn)速n=600r/min=5.72kW表1-12 輔助曲線計(jì)算數(shù)據(jù)表0.850.860.870.880.890.870.880.890.900.910.3660.3990.4190.4450.480( k

19、W)3.123.443.663.924.29圖1-4 輔助曲線四臺(tái)機(jī)組：(1)HL160/D40：轉(zhuǎn)輪直徑D1=1.3m，轉(zhuǎn)速n=600r/min=5.71kW表1.13 輔助曲線計(jì)算數(shù)據(jù)表0.850.860.870.880.890.870.880.890.900.910.3680.400.4150.4420.461( kW)3.143.453.623.904.11圖1-5輔助曲線(2)HL160/D40：轉(zhuǎn)輪直徑D1=1.3m，轉(zhuǎn)速n=750r/min=5.71kW表1-14 輔助曲線計(jì)算數(shù)據(jù)表0.850.860.870.880.890.8680.8780.8880.8980.4170.44

20、20.4620.4950.521( kW)3.553.794.024.364.64圖1-6輔助曲線綜上圖所得真是工況點(diǎn)B如表1-15表1-15各轉(zhuǎn)速下真是工況點(diǎn)B機(jī)組臺(tái)數(shù)234額定轉(zhuǎn)速r/min428.6500500600600750單位轉(zhuǎn)速n11.tr6373.558.0369.660.3675.4單位流量Q11.tr0.5420.5720.5830.5950.5920.631.10.2 工作范圍的檢查最大水頭下，對(duì)應(yīng)一個(gè)；最小水頭下下，對(duì)應(yīng)一個(gè)。這2條直線之間應(yīng)包含主要綜合特性曲線的優(yōu)效率區(qū)；同時(shí)，B點(diǎn)應(yīng)在最優(yōu)工況點(diǎn)的附近，則可認(rèn)為所選擇的和n是合理的、正確的，否則應(yīng)重新選擇和n的值。最大

21、水頭=178.3m， 最小水頭=144.6m，；下面分別求出各種方法下的和大小，計(jì)算結(jié)果見表1-16。表1-16 和大小機(jī)組臺(tái)數(shù)轉(zhuǎn)輪直徑（cm）轉(zhuǎn)速n21.9428.660.967.750071.17931.550056.262.460067.474.841.360058.464.875068.181.1 各方案的工作范圍及真實(shí)工況點(diǎn)B如下圖所示： 圖1-7 D1=1.9m，額定轉(zhuǎn)速=428.6r/min 圖1-8 D1=1.9m，額定轉(zhuǎn)速=500r/min 圖1-9 D1=1.5m，額定轉(zhuǎn)速=500/min 圖1-10 D1=1.5m，額定轉(zhuǎn)速=600r/min圖1-11 D1=1.3m，額

22、定轉(zhuǎn)速=600r/min 圖1-12 D1=1.3m,額定轉(zhuǎn)速=750r/min綜上各種方案的工作范圍和真實(shí)工況點(diǎn)B的檢查，可得選用HL160/D40，轉(zhuǎn)輪直徑D1=1.9m，額定轉(zhuǎn)速n=428.6r/min。1.11 確定水輪機(jī)導(dǎo)葉的最大可能開度在模型機(jī)和真機(jī)保持幾何相似時(shí)，有：式中：D0，D0m分別為真機(jī)，模型機(jī)的導(dǎo)葉分布直徑； Z0，Z0m分別為真機(jī)，模型機(jī)的導(dǎo)葉數(shù)；查閱水輪機(jī)表8-1得Z0=16，由中小型混流式水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪主要參數(shù)表得Z0m =20； B點(diǎn)的模型開度值，查閱HL160/D46模型轉(zhuǎn)輪綜合特性曲線得a0max=29.6mm；計(jì)算結(jié)果得：a0max=176mm。因此，導(dǎo)葉

23、的最大可能開度： =1.05 a0max= 184mm1.12計(jì)算水輪機(jī)額定流量的計(jì)算公式：式中：N水輪機(jī)的軸功率，kW； 設(shè)計(jì)水頭，m； 設(shè)計(jì)工況點(diǎn)B的真機(jī)效率， =0.914；計(jì)算結(jié)果得：=27.8m/s。1.13確定水輪機(jī)的允許吸出高度計(jì)算時(shí)可選擇、等若干水頭分別計(jì)算，從中選擇一個(gè)最小值作為允許吸出高度，本次設(shè)計(jì)計(jì)算，下的，選擇最小值作為水輪機(jī)的允許吸出高度。水輪機(jī)允許吸出高度按下式計(jì)算：式中： 水電站水輪機(jī)安裝海拔高度，=395.5m各對(duì)應(yīng)水頭下的工況點(diǎn)的空蝕系數(shù)；由水輪機(jī)查得，在HL160/D40模型轉(zhuǎn)輪綜合特性曲線上所對(duì)應(yīng)的值；空蝕系數(shù)的修正值；由水輪機(jī)圖3-7查的=0.02。在進(jìn)

24、行各水頭的工況點(diǎn)空蝕系數(shù)查找時(shí)，需作輔助曲線，為此列表計(jì)算，結(jié)果見表2-17并得出各水頭下的輔助曲線圖1-13和圖1-14。且在各水頭下，為已知，從輔助曲線上即可找到該水頭下發(fā)出的額定功率的工況點(diǎn)，從而得出其空蝕系數(shù)。表1-17各水頭下的輔助曲線(m)=144.6=178.3m=(r/min)67.761(r/min)67.761(m)(kW)(m)(kW)10.860.8830.3783.270.860.8830.3853.3320.860.8830.6895.970.860.8830.6765.8630.870.8930.3993.500.870.8930.403.540.870.8930

25、.685.960.870.8930.6655.8250.880.9030.4133.670.880.9030.433.8160.880.9030.6615.860.880.9030.6415.6770.890.9130.4463.990.890.9130.4423.9680.890.9130.6435.780.890.9130.6175.53 圖1-13 =144.6m輔助曲線 圖1-14 =178.3m輔助曲線分別從輔助曲線上即可找到各水頭下發(fā)出的額定功率的工況點(diǎn)，查閱HL160/D40模型綜合特性曲線從而得出其空蝕系數(shù)。最小水頭下=0.08，最大水頭下=0.035。代入計(jì)算結(jié)果：=144.

26、6m =-4.9m =178.3m = -0.25m比較結(jié)果得：水輪機(jī)的允許吸出高度Hs= -4.9m。1.14計(jì)算水輪機(jī)的飛逸轉(zhuǎn)速HL式及其他固定葉片式水輪機(jī)飛逸轉(zhuǎn)速的計(jì)算公式為：式中：原型機(jī)的飛逸轉(zhuǎn)速； 模型機(jī)最大可能開度下的單位飛逸轉(zhuǎn)速，由水輪機(jī)中小型混流式水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪主要參數(shù)表，可知：=122.3r/min； 最大水頭， =178.3m。計(jì)算得， =859.5r/min。1.15 計(jì)算水輪機(jī)軸向水推力對(duì)于混流式水輪機(jī)：式中：軸向水推力，tf（1tf=9.81kN）； 轉(zhuǎn)輪直徑， =1.9m； K軸向水推力系數(shù)，由水輪機(jī)中小型混流式水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪主要參數(shù)表，可知：k=0.24。計(jì)算得：

27、 =121.3tf 或P=9.81=1189.8kN1.16 估算水輪機(jī)的質(zhì)量水輪機(jī)的質(zhì)量G可按下式計(jì)算：式中：G水輪機(jī)質(zhì)量，t； H水頭，取H=178.3m； K系數(shù)，由水利機(jī)械及工程設(shè)計(jì)表1.10，查得：k=8.1； 與直徑有關(guān)的指數(shù)，由水利機(jī)械及工程設(shè)計(jì)表1.10查得： =2.6； 與水頭有關(guān)的指數(shù)，由水利機(jī)械及工程設(shè)計(jì)表1.10查得：=0.16計(jì)算得：G=97.5t。1.17 繪制水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線1.17.1 繪制各水頭H下，工作特性曲線列表計(jì)算：在內(nèi)取35個(gè)水頭列表計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表1-18。表1-18，HL水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線計(jì)算表 (m)=144.6m=165.5m（續(xù)表

28、）= (r/min)67.763.3(m/s)(kW)(m/s)(kW)工作特性曲線10.860.8830.37820.550.860.8830.37825.1720.860.8830.68937.460.860.8830.68645.6730.870.8930.39921.940.870.8930.39626.6740.870.8930.6837.390.870.8930.67745.5850.880.8930.41322.970.880.8930.42028.6060.880.9030.66136.760.880.9030.65744.7370.890.9130.44625.070.890

29、.9130.44130.3580.890.9130.64336.150.890.9130.63343.58(m)=167m=178.3m=(r/min)6361(r/min)6361(m/s)(kW)(m/s)(kW)工作特性曲線10.860.8830.38025.640.860.8830.38528.6620.860.8830.68546.230.860.8830.67650.3330.870.8930.39827.160.870.8930.40030.1240.870.8930.67646.140.870.8930.66550.07(續(xù)表)50.880.8930.4228.990.880.

30、8930.43032.7460.880.9030.65545.20.880.9030.64148.8070.890.9130.44130.770.890.9130.44234.0280.890.9130.63244.100.890.9130.61747.50以為縱坐標(biāo)，以N為橫坐標(biāo)，得出各水頭下的工作特性曲線。1.17.2繪制等效率曲線在H-N坐標(biāo)圖上，做個(gè)水頭的水平線，如H1，H2，H3在曲線圖上每隔1%2%作=const水平線，交給曲線與各點(diǎn)，將各點(diǎn)投影到H-N坐標(biāo)圖上，再將各相等的點(diǎn)連成光滑的曲線，即成為等效率線。如圖1-15。1.17.3繪制功率限制線水輪機(jī)的功率限制線由2部分組成。在

31、設(shè)計(jì)水頭到最大水頭范圍內(nèi)，水輪機(jī)功率受發(fā)電機(jī)額定容量的限制，所以這一段功率限制線為一條垂直線；在設(shè)計(jì)水頭到最小水頭范圍內(nèi)，水輪機(jī)功率受水輪機(jī)的最大過流能力限制。此時(shí)，導(dǎo)葉開度已達(dá)最大，所以功率限制就是5%功率儲(chǔ)備線。在下以得出功率值，于是在H-N坐標(biāo)上，得到B點(diǎn)，連接AB即為設(shè)計(jì)水頭的出力限制線。如附圖SJZ-11.17.4繪制等吸出高度線（1）繪制Q=f（N）輔助曲線，從計(jì)算表中可直接得出。（2）在模型綜合特性曲線上作各水頭下的n11=const水平線，交=const線與若干點(diǎn)，將各點(diǎn)的及Q11計(jì)入表中，根據(jù)Q=f（N）查出N值，計(jì)入表中， 計(jì)算Hs得值，根據(jù)Hs和N繪制Hs=f（N）曲線。

32、計(jì)算表格如表1-19表1-19等吸出高度計(jì)算值Hi/m=144.6m=165.5m=(r/min)67.763.3(r/min)67.763.30.020.02(續(xù)表)吸出高度的計(jì)算+Q11(m3/s)N(kW)Hs(m)Q11(m3/s)N(kW)Hs(m)0.040.060.59233.90.880.5840.1-0.370.0450.0650.64536.20.160.6343.3-1.20.050.070.67037.0-0.560.66345.8-2.030.0550.0750.69437.6-1.290.68346.1-2.850.060.080.7138.0-2.010.7246

33、.4-3.68Hi/m=167m=178.3m=(r/min)6361(r/min)63610.020.02吸出高度的計(jì)算+Q11(m3/s)N(kW)Hs(m)Q11(m3/s)N(kW)Hs(m)0.040.060.57840.8-0.460.55243.1-0.50.0450.0650.62843.9-1.30.6147.2-2.030.050.070.6645.8-2.130.64349-2.920.0550.0750.6846.1-2.970.6750.1-3.810.060.080.746.4-3.680.6951-4.12水輪發(fā)電機(jī)的的初步選擇計(jì)算2.1水輪發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式和冷卻

34、方式水輪發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)形式主要取決于轉(zhuǎn)輪的類型和額定轉(zhuǎn)速，本電站轉(zhuǎn)輪額定轉(zhuǎn)速為428.6375時(shí)取44.5，本次設(shè)計(jì)取4.5。計(jì)算結(jié)果： =421.3。（6）校核發(fā)電機(jī)的結(jié)果尺寸20000KV.A）,（3）轉(zhuǎn)子外徑D3式中：?jiǎn)芜厷庀?，初步設(shè)計(jì)忽略不計(jì)，故=。（4）下機(jī)架最大跨度10000+0.6m式中：水輪機(jī)機(jī)坑直徑，查閱水電站設(shè)計(jì)手冊(cè)表3-2，=3m。2.3.2軸向尺寸計(jì)算（1）定子機(jī)座高度計(jì)算結(jié)果=2.5m（2）上機(jī)架高度懸式機(jī)組：=0.25=1.05m（3）推力軸承的高度，勵(lì)磁機(jī)高度，副勵(lì)磁機(jī)高度，永磁機(jī)的高度，查閱水電站設(shè)計(jì)手冊(cè)3-8得：=2m ，=2m，=0.8m，=0.6m。（4）下

35、機(jī)架的高度懸式機(jī)組： =0.12=0.5m（5）定子支座支撐面至下機(jī)架之間的距離懸式機(jī)組：h8=0.15=0.63m（6）下機(jī)架與支撐面至主軸法蘭底面之間的距離按照已生產(chǎn)的發(fā)電機(jī)統(tǒng)計(jì)資料，取=1000mm。（7）轉(zhuǎn)子磁軛軸向高度有風(fēng)扇：=L1=（7001000）mm計(jì)算結(jié)果：=1.3m。（8）發(fā)電機(jī)主軸高度=8.28m=（0.70.9）H =5.8m 取0.7（9）定子鐵芯水平中心線至主軸法蘭盤底面距離=0.46+=2.48m2.4水輪發(fā)電機(jī)的質(zhì)量估算（1）水輪發(fā)電機(jī)的總質(zhì)量式中：Kt系數(shù)，對(duì)懸式機(jī)組取89，本次設(shè)計(jì)取8計(jì)算結(jié)果：=206t。（2）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的估算發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的質(zhì)量一般可按發(fā)電機(jī)

36、的總質(zhì)量的1/2估算，即計(jì)算結(jié)果=103t。3 調(diào)節(jié)保證計(jì)算3.1調(diào)節(jié)保證計(jì)算概述在電站運(yùn)行過程中，常會(huì)遇到由于各種事故、機(jī)組突然解列，把負(fù)荷甩掉的情況。此時(shí)機(jī)組轉(zhuǎn)速上升，調(diào)速器關(guān)閉導(dǎo)葉。經(jīng)一段時(shí)間，機(jī)組恢復(fù)到空載轉(zhuǎn)速。在此調(diào)節(jié)過程中，除調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在調(diào)解過程中的最大轉(zhuǎn)速上升至也是非常重要，它可能會(huì)影響到機(jī)組的強(qiáng)度、壽命及引起機(jī)組振動(dòng)。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)急速變化，因此在水輪機(jī)壓力過水系統(tǒng)內(nèi)會(huì)產(chǎn)生水擊，此時(shí)產(chǎn)生的最大壓力和最大壓力下降對(duì)過水系統(tǒng)的強(qiáng)度是有影響的。工程實(shí)踐中曾因甩負(fù)荷善生太高導(dǎo)致壓力鋼管爆破的災(zāi)難性事故。為此，在設(shè)計(jì)階段就應(yīng)該計(jì)算出最大壓力上升和最大

37、轉(zhuǎn)速上升值。工程上稱這種計(jì)算為調(diào)節(jié)保證計(jì)算。調(diào)節(jié)保證計(jì)算的任務(wù)：根據(jù)水電站過水系統(tǒng)和水輪發(fā)電機(jī)組的特性，合理的選擇導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)間和關(guān)閉規(guī)律，進(jìn)行水擊壓力變化和機(jī)組轉(zhuǎn)速變化計(jì)算使壓力變化值和轉(zhuǎn)速上升值在允許范圍內(nèi)，并以此指導(dǎo)電站的最終設(shè)計(jì)和調(diào)節(jié)系統(tǒng)的整定。3.2調(diào)節(jié)保證計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)組在甩負(fù)荷過程中轉(zhuǎn)速上升率。一般情況下，最大轉(zhuǎn)速上升率。對(duì)于大型電站，對(duì)于沖擊式機(jī)組。機(jī)組在甩負(fù)荷過程中最大壓力上升率。在機(jī)組甩全負(fù)荷時(shí)，有壓過水系統(tǒng)允許的最大壓力上升率見表3-1。表3-1.蝸殼甩全負(fù)荷時(shí)有壓過水系統(tǒng)允許的最大壓力上升率電站設(shè)計(jì)水頭Hr/m100蝸殼允許最大壓力上升率70%50%50%30%30%3.3

38、計(jì)算基本數(shù)據(jù)壩后地面廠房，采用單管單機(jī)飲水式。壓力鋼管長(zhǎng)度取，取整的260m，管道直徑取與蝸殼進(jìn)口端面直徑相等D=2m。蝸殼中心線長(zhǎng)度L=15.8m，最大水頭 =178.3m，最小水頭=144.6m，加權(quán)平均水頭=165.5m ，額定水頭=167.0m總裝機(jī)容量N=80MW，海拔高程=395.5 m ，機(jī)組臺(tái)數(shù)2臺(tái)，水輪機(jī)設(shè)計(jì)流量=27.8m/s，最大水頭額定出力時(shí)水輪機(jī)工作流量=25.95m/s。額定轉(zhuǎn)速nr=428.6m/s，飛輪力矩=421.3。管段水機(jī)波速。因?yàn)橐艿罏殚L(zhǎng)有壓引水管道系統(tǒng)，忽略尾水管的計(jì)算。3.4計(jì)算設(shè)計(jì)水頭、最大水頭下額定出力時(shí)引水系統(tǒng)的計(jì)算結(jié)果：設(shè)計(jì)水頭時(shí)=243

39、3/s；最大水頭下額定出力時(shí)=2516/s。計(jì)算平均流速：設(shè)計(jì)水頭時(shí) =8.82m/s；最大水頭下額定出力時(shí)=9.12m/s。3.5假定導(dǎo)葉的直線關(guān)閉時(shí)間和關(guān)閉規(guī)律關(guān)閉時(shí)間是在設(shè)計(jì)水頭下機(jī)組甩全負(fù)荷時(shí)的工況確定的，對(duì)于最大水頭機(jī)組甩全負(fù)荷時(shí)的關(guān)閉時(shí)間由下式計(jì)算：式中：，分別為最大水頭和額定帶額定負(fù)荷時(shí)導(dǎo)葉的開度，其中=126.68mm, =147.25mm,暫取=8s、相應(yīng)=6.88s。3.6水擊壓力上升計(jì)算3.6.1壓力管道水利損失計(jì)算根據(jù)飲水系統(tǒng)布置，分別計(jì)算設(shè)計(jì)水頭和最大水頭下沿程損失、局部損失，由此得到設(shè)計(jì)水頭和最大設(shè)計(jì)水頭的水力損失，。因此各水頭下的的凈水頭為：，壓力引水系統(tǒng)水力損失

40、按（m）。計(jì)算結(jié)果得：=1.9m=1.7m各水頭下的凈水頭：=168.9m3.6.2管道特征系數(shù)計(jì)算并判斷水擊類型額定水頭時(shí): 8 根據(jù)水輪機(jī)調(diào)節(jié)圖8-3水擊分類圖可得水擊類型為末相水擊。3.6.3最大壓力上升計(jì)算末相水擊：，滿足簡(jiǎn)化條件： 82修正結(jié)果：3.6.44水擊計(jì)算 壓力水管末端最大水擊升高 3.6.5蝸殼末端最大壓力升高 3.7最大轉(zhuǎn)速上升計(jì)算計(jì)算公式：其中： 式中：調(diào)節(jié)遲滯時(shí)間s； 調(diào)速器不動(dòng)時(shí)間，一般取0.10.3s本次設(shè)計(jì)取0.1s； 由電站在系統(tǒng)中的地位而定，一般取2%6%，本次設(shè)計(jì)取2%； f水機(jī)修正系數(shù)； C水輪機(jī)飛逸特性影響機(jī)組升速時(shí)間系數(shù)； 甩負(fù)荷前單位轉(zhuǎn)速，r/m

41、in，由中小型混流式水輪機(jī)模型運(yùn)轉(zhuǎn)主要參數(shù)表查的 =122.3r/min。 單位轉(zhuǎn)速，r/min ，n1=63r/min。計(jì)算結(jié)果： 修正： 綜上，當(dāng)為7s、8s、9s、10s時(shí)在設(shè)計(jì)水頭和最大水頭額定出力水擊壓力和轉(zhuǎn)速上升計(jì)算結(jié)果如表3-2.表3-2. 設(shè)計(jì)水頭和最大水頭額定出力水擊壓力和轉(zhuǎn)速上升計(jì)算結(jié)果水頭直線關(guān)閉時(shí)間/m/m設(shè)計(jì)水頭=7s0.213.244.747.30.2847.4%最大水頭=6.02s0.233.149.552.40.3144.7%設(shè)計(jì)水頭=8s0.183.238.8540.540.2450.3%（續(xù)表）最大水頭=6.88s0.23.146.848.60.2747.7

42、%設(shè)計(jì)水頭=9s0.163.231.9533.780.253%最大水頭=7.74s0.183.140.843.20.2450.4%設(shè)計(jì)水頭=10s0.153.230.332.10.1955.6%最大水頭=8.6s0.163.134.1360.252.7% 將上述計(jì)算結(jié)果與所選標(biāo)準(zhǔn)比較，選擇符合標(biāo)準(zhǔn)的最小導(dǎo)葉直線關(guān)閉時(shí)間=8s。3.8調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)備的選擇3.8.1導(dǎo)葉接力器采用油壓裝置額定油壓為2.5MP和標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)為兩個(gè)單缸接力器操作，每個(gè)接力器直徑dc計(jì)算公式： = =0.304m式中：計(jì)算系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)對(duì)稱導(dǎo)葉，查閱水電站設(shè)計(jì)手冊(cè)表6-4，取0.03； 查閱水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)導(dǎo)葉接力器直徑系列

43、表6-5，取標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)葉直徑350mm，則dc=350mm。接力器最大行程，取系數(shù)1.8=1.8176=316.8mm接力器容積V =0.061m3.8.2調(diào)速器選擇根據(jù)大型調(diào)速器容量選擇主配壓閥直徑，主配壓閥直徑計(jì)算公式： =70mm式中：V導(dǎo)水機(jī)構(gòu)接力器總?cè)莘e； v管路中油的流速，一般取，本次設(shè)計(jì)去2m/s； 導(dǎo)葉直線關(guān)閉時(shí)間。查主配壓閥直徑系列，取主配壓閥直徑80mm，選擇調(diào)速器型號(hào)BWT-80-2.5。3.8.3油壓裝置的選擇油壓裝置壓力油罐容積按經(jīng)驗(yàn)公式估算：查閱水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)油壓裝置型號(hào)系列表，選擇分離式油壓裝置YZ-1.6。其油壓裝置基本參數(shù)如表3-3。表3-3 YZ-1.6油壓

44、裝置基本參數(shù)壓力油槽油槽容積（m）1.6螺旋油型號(hào)LY-3.0槽內(nèi)油體積（m）0.56輸油量（l/s）3.0油罐重量（kg）1600泵轉(zhuǎn)速（r/min）2920油罐及裝油重量（kg）2100最大工作壓力（kg/cm）25軸功率（kW）13回油箱有效容積（m）2.5電動(dòng)機(jī)型號(hào)JQ2-52-2（續(xù)表）郵箱內(nèi)油體積（m）1.3電壓（V）220/380郵箱重量（kg）2030功率（kW）13回油箱及裝油重量（kg）3200轉(zhuǎn)速（r/min）2920第二部分：水電站長(zhǎng)廠房布置設(shè)計(jì)4 發(fā)電機(jī)層平面布置設(shè)計(jì)在進(jìn)行主廠房平面設(shè)計(jì)時(shí)，必須將上部結(jié)構(gòu)部分和下部結(jié)構(gòu)結(jié)合起來(lái)考慮，因?yàn)閮烧哧P(guān)系比較密切。主廠房的長(zhǎng)度、

45、寬度尺寸，主要取決于水輪發(fā)電機(jī)定子及風(fēng)罩、水輪機(jī)蝸殼、尾水管、調(diào)速設(shè)備系統(tǒng)的布置，以及主要設(shè)備的裝卸方法和安裝、檢修、運(yùn)行管理的要求、同時(shí)還應(yīng)考慮到結(jié)構(gòu)布置和里面的藝術(shù)處理問題。4.1主廠房長(zhǎng)度確定4.1.1機(jī)組段長(zhǎng)度L1的確定機(jī)組段長(zhǎng)度L1可按下式計(jì)算：式中： 機(jī)組段+x方向的最大長(zhǎng)度； 機(jī)組段-x方向的最大長(zhǎng)度；和可分別用蝸殼層、尾水管層、發(fā)電機(jī)層計(jì)算，然后取最大值。本次畢業(yè)用發(fā)電機(jī)層計(jì)算。= =4.4+2+0.4=6.8m= =4.4+2+0.4=6.8m式中：發(fā)電機(jī)風(fēng)罩內(nèi)徑； 發(fā)電機(jī)風(fēng)罩壁厚，取0.4； b兩臺(tái)機(jī)組之間風(fēng)罩外壁凈距，在兩臺(tái)機(jī)組之間設(shè)置樓梯，取b=4m計(jì)算結(jié)果：L1 =+

46、=13.6m。4.1.2端機(jī)阻斷長(zhǎng)度L2的確定L2= L1+L =13.6+1.9=15.5m式中：L考慮起重機(jī)吊運(yùn)設(shè)備極限要求的附加長(zhǎng)度取L=D1 =1.9m。4.1.3裝配廠的確定L3=（11.5）L1，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)取1，則L3=13.6m。4.1.4主廠房總長(zhǎng)度L= L1+ L2+ L3=42.7m4.1.5主場(chǎng)房寬度的確定 以機(jī)組中心線為界，廠房寬度B可分為上游側(cè)寬度Bs和下游側(cè)寬度Bx兩部分。 B=Bx+Bs式中： Bs= /2+A =4.4+0.4+3.6=8mA風(fēng)罩外壁至上游側(cè)墻內(nèi)側(cè)的凈距，有上游側(cè)電氣設(shè)備和附屬設(shè)備的布置及通道尺寸確定，m。取A=3m； Bx除滿足與Bs相同長(zhǎng)度要求外，還需