畢業(yè)設(shè)計(jì)富春江水電站的初步設(shè)計(jì)

1、摘 要本次設(shè)計(jì)是對(duì)富春江水電站的初步設(shè)計(jì)。初步設(shè)計(jì)主要是對(duì)水力機(jī)組的設(shè)計(jì)，進(jìn)行了水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)和調(diào)速器的選擇。對(duì)廠房進(jìn)行了布置，并對(duì)油、氣、水等各輔助系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。另外，在本次設(shè)計(jì)中還運(yùn)用AutoCAD對(duì)廠房布置及油系統(tǒng)、氣系統(tǒng)、水系統(tǒng)等系統(tǒng)圖進(jìn)行繪制，它們可以更直觀的表達(dá)廠房和各個(gè)輔助設(shè)備的布置和構(gòu)成。關(guān)鍵詞：富春江水力發(fā)電 水力機(jī)組 輔助系統(tǒng) 廠房布置AbstractIt was carried on the preliminary design of the Fu Chun Jiang hydropower stations in this design. The design of

2、the hydraulic unit is main of preliminary design, it includes the followings:the choice ofhydraulic turbine, generator andgovernor.The powerhouse layout also was designed as well as the auxiliary systems which include the oil system, the compressed air system and the water supply system. Besides, Au

3、toCAD is used to draw powerhouse layout and the oil system, the compressed air system and the water supply system,etc. They can directly express the layout and components of the powerhouse and each auxiliary system.Keywords:Fu Chun Jiang hydroelectric power, hydraulic unit, auxiliary system, buildin

4、g layout.目 錄前言- 1 -第一章水輪機(jī)選擇- 2 -1.1機(jī)組臺(tái)數(shù)選擇- 2 -1.2 水輪機(jī)型號(hào)選擇- 3 -1.3水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱直徑與轉(zhuǎn)速計(jì)算- 4 -1.4水輪機(jī)初選方案比較- 8 -1.5 繪制水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線- 13 -1.6確定選定方案的主要參數(shù)- 19 -1.7 蝸殼的水力計(jì)算- 19 -1.8尾水管選擇- 22 -1.9 水輪機(jī)參數(shù)的確定- 25 -1.10 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)主要參數(shù)的選擇- 26 -1.11水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)說(shuō)明- 29 -第二章水輪發(fā)電機(jī)選擇- 30 -2.1發(fā)電機(jī)的主要參數(shù)- 30 -2.2主要尺寸的確定- 30 -2.3發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)形式的選擇- 31

5、-2.4其他外形尺寸估算- 32 -2.5 發(fā)電機(jī)重量估算- 34 -2.6 計(jì)算飛輪力矩的慣性時(shí)間常數(shù)- 35 -2.7發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)說(shuō)明-35-第三章調(diào)保計(jì)算及調(diào)速設(shè)備選擇- 37 -3.1 調(diào)節(jié)保證計(jì)算- 37 -3.2 調(diào)速器選擇- 44 -3.3 油壓裝置選擇- 45 -第四章廠房布置- 47 -4.1 廠房起重機(jī)的選擇- 47 -4.2廠房布置- 48 -第五章輔助系統(tǒng)- 54 -5.1 技術(shù)供水系統(tǒng)- 54 -5.2 排水系統(tǒng)- 55 -5.3油系統(tǒng)- 59 -5.4 壓縮空氣系統(tǒng)- 61 -總結(jié)- 66 -參考文獻(xiàn)- 68 -致謝- 69 -附錄- 70 -前 言富春江水電站是我國(guó)

6、自行建設(shè)的一座低水頭河床式電站。它具有以發(fā)電為主,兼有農(nóng)田灌溉、改善航運(yùn),發(fā)展?jié)O業(yè)、上下游防洪、和城市供水等綜合效益。電站位于浙江省錢塘江干流富春江上七里垅峽谷出口處。上流離新安江水電站約60公里,下游離杭州市約110公里?？刂屏饔蛎娣e31300平方公里，多年平均流量1000秒立米，設(shè)計(jì)洪水流量23100秒立米，總庫(kù)容9.2億立米，設(shè)計(jì)灌溉面積6萬(wàn)畝，裝機(jī)容量29.72萬(wàn)千瓦。 電站樞紐主要建筑物有大壩、廠房、船閘、魚道、灌溉渠首及升壓站、開(kāi)關(guān)站等。攔江大壩為混凝土實(shí)體重力式溢流壩，壩頂高程32.2米,最大壩高47.7米；壩頂長(zhǎng)度554.4米，壩基巖石為流紋斑巖，壩體工程量65萬(wàn)立方米，主要瀉

7、洪方式為壩頂溢流；溢流壩段全長(zhǎng)287.3米,壩頂高程11.6米,共分17孔,每孔凈寬14米,弧形閘門控制,最大瀉流量33560立方米每秒.河床式發(fā)電廠房,位于毅力壩段左側(cè),是擋水建筑物的一部分,全長(zhǎng)189.15米,水上部分寬24.7米,水下部分寬61.25米；主廠房最大高度57.4米,凈寬19.2米,安裝4臺(tái)單機(jī)容量6萬(wàn)千瓦及一臺(tái)容量5.72千瓦轉(zhuǎn)葉式水輪發(fā)電機(jī)組,以110千伏、220千伏輸電線路聯(lián)入華東電網(wǎng).升壓站、開(kāi)關(guān)站設(shè)置在廠房左側(cè)山坡平臺(tái)上。船閘規(guī)模為100噸級(jí)，布置在右岸，閘室有效長(zhǎng)度102米，口門寬12.4米.魚道位于廠房與溢流壩段之間,采用“Z”字形梯級(jí)布置。灌溉渠首分設(shè)左右兩岸

8、，左岸渠首引水流量1.5億立方米每秒,右岸渠首引水流量5立方米每秒。富春江水電站基本情況是：電站是發(fā)電兼調(diào)相、調(diào)頻、調(diào)壓為主的綜合利用工程水庫(kù)為日調(diào)節(jié)，總庫(kù)容9.2億米3。電站以發(fā)電為主，并可改善航運(yùn)，發(fā)展灌溉及養(yǎng)殖事業(yè)等綜合效益。電站總裝機(jī)容量29.72萬(wàn)千瓦，年發(fā)電量9.23億度；船閘通行能力為100300噸級(jí)船舶，為不完全年調(diào)節(jié)電站，最大水頭：16.9米，加權(quán)平均水頭： 15.8米，設(shè)計(jì)水頭：14.3米，最小水頭：6.2米。根據(jù)上述情況對(duì)水輪機(jī)，發(fā)電機(jī)和調(diào)速器等設(shè)備進(jìn)行選型設(shè)計(jì)選擇，對(duì)輔助系統(tǒng)：技術(shù)供水、排水、油系統(tǒng)和壓縮空氣等系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，主廠房布置進(jìn)行設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)報(bào)告是依據(jù)水輪機(jī)設(shè)計(jì)手

9、冊(cè)、水電站動(dòng)力設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)、水輪機(jī)高的學(xué)校教材、水輪機(jī)高等學(xué)校教材（?？七m用）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。注意了理論與實(shí)踐的密切結(jié)合，水輪機(jī)初步設(shè)計(jì)的基本理論和實(shí)際情況進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析和計(jì)算，對(duì)水輪機(jī)進(jìn)行選型設(shè)計(jì)，對(duì)調(diào)節(jié)保證計(jì)算，本設(shè)計(jì)報(bào)告共分為十一部分：一、水輪機(jī)型號(hào)選擇；二、水輪發(fā)電機(jī)選擇；三、調(diào)保計(jì)算及調(diào)速設(shè)備選擇；四、廠房的布置；五、電廠輔助系統(tǒng)；六、本設(shè)計(jì)總結(jié)；七、參考文獻(xiàn)；八、致謝；九、附錄。由于種種原因以及本人的水平有限，難免出現(xiàn)一些錯(cuò)誤，望老師給予指正和批評(píng)。第一章 水輪機(jī)選擇1.1 機(jī)組臺(tái)數(shù)選擇確定機(jī)組臺(tái)數(shù)時(shí)，必須考慮以下有關(guān)因素，經(jīng)過(guò)充分的技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證:臺(tái)數(shù)對(duì)工程建設(shè)費(fèi)用的影響機(jī)組臺(tái)

10、數(shù)的多少直接影響單機(jī)容量的大小，單機(jī)容量不同時(shí)，機(jī)組的單位千瓦的造價(jià)不同，一般，小的機(jī)組的單位千瓦造價(jià)高于大的機(jī)組。一方面，小機(jī)組的單位千瓦金屬消耗高于大的機(jī)組，另外，單位重量的加工費(fèi)用也較大。除主要機(jī)電設(shè)備外，機(jī)組臺(tái)數(shù)的增加，要求增加配套設(shè)備的臺(tái)數(shù)，主副廠房的平面尺寸也需增加，因此，在同樣的裝機(jī)容量條件下，水電站的土建工程及動(dòng)力廠房的成本也隨機(jī)組數(shù)的增加而增加。機(jī)組臺(tái)數(shù)對(duì)電站運(yùn)行效率的影響當(dāng)采用不同的機(jī)組臺(tái)數(shù)時(shí)，電站的平均效率是不同的。較大單機(jī)容量的機(jī)組，其單機(jī)效率較高，這對(duì)于預(yù)計(jì)經(jīng)常滿負(fù)荷運(yùn)行的水電站獲得的效率較顯著。但是，對(duì)于變動(dòng)負(fù)荷的水電站，若采用過(guò)少的機(jī)組臺(tái)數(shù)，雖單機(jī)效率高，但在部分

11、負(fù)荷時(shí)，由于負(fù)荷不便在機(jī)組間調(diào)節(jié)，因而不能避開(kāi)低效率區(qū)，這會(huì)使電站的平均效率降低。電站的最佳裝機(jī)臺(tái)數(shù)，要通過(guò)電廠的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析來(lái)確定。機(jī)組臺(tái)數(shù)對(duì)電廠運(yùn)行維護(hù)的影響機(jī)組臺(tái)數(shù)較多時(shí)，其優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行方式靈活，發(fā)生事故時(shí)電站及所在系統(tǒng)的影響較小，檢修也容易安排。但臺(tái)數(shù)較多時(shí)，運(yùn)行人員增加運(yùn)行用的料，消耗增加，因而運(yùn)行費(fèi)用較高。同時(shí)，較多的設(shè)備與較頻繁的開(kāi)停機(jī)會(huì)使整個(gè)電站的事故發(fā)生率上升。機(jī)組臺(tái)數(shù)對(duì)設(shè)備制造、運(yùn)輸及安裝的影響機(jī)組臺(tái)數(shù)增加時(shí)，水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量減少，則機(jī)組的尺寸小，制造、運(yùn)輸及現(xiàn)場(chǎng)安裝都較容易。反之，臺(tái)數(shù)減少則機(jī)組尺寸增大，機(jī)組的制造、運(yùn)輸和安裝的難度也相應(yīng)加大。因此，最大單機(jī)容量的選

12、擇要考慮制造廠家的加工水平及設(shè)備的運(yùn)輸、安裝條件。此外，從發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的機(jī)械強(qiáng)度方面考慮，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的直徑必須限制在轉(zhuǎn)子最大線速度的允許值之內(nèi)，機(jī)組的最大容量有時(shí)也會(huì)因此受到限制。機(jī)組臺(tái)數(shù)對(duì)電力系統(tǒng)的影響對(duì)于占電力系統(tǒng)容量比重較大的水電廠及大型機(jī)組，發(fā)生事故時(shí)對(duì)電力系統(tǒng)的影響較大，考慮到電力系統(tǒng)中備用容量的設(shè)置及電力系統(tǒng)的安全性，在確定臺(tái)數(shù)時(shí)，單機(jī)容量不應(yīng)大于系統(tǒng)的備用容量，即使在容量較小的電網(wǎng)中，單機(jī)容量也不宜超過(guò)系統(tǒng)容量的1/3。機(jī)組臺(tái)數(shù)對(duì)電廠主接線的影響由于水電廠水輪發(fā)電機(jī)組常采用擴(kuò)大單元主接線方式（超大型機(jī)組除外），故機(jī)組臺(tái)數(shù)多采用偶數(shù)。同時(shí)為了運(yùn)行方式的機(jī)動(dòng)靈活及保證機(jī)組檢修時(shí)的廠用電

13、可靠，除特殊情況外，一般都裝兩臺(tái)以上機(jī)組。對(duì)于裝置大型機(jī)組的水電廠，由于主變壓器的最大容量受到限制，常采用單元接線方式，因此機(jī)組臺(tái)數(shù)的選擇不必受偶數(shù)的限制。以上與機(jī)組臺(tái)數(shù)有關(guān)的諸因素，許多是既相互聯(lián)系又相互矛盾的，在選擇時(shí)應(yīng)針對(duì)主要因素進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選擇出合理的機(jī)組臺(tái)數(shù)。 基于上述原則和因素，初選機(jī)組臺(tái)數(shù)為5臺(tái),6臺(tái)和7臺(tái)。確定方案富春江水電廠總裝機(jī)容量為29.72萬(wàn)KW。方案： 5臺(tái) 46+5.72=29.72萬(wàn)KW方案： 6臺(tái) 5萬(wàn)KW方案： 7臺(tái) 6萬(wàn)KW1.2 水輪機(jī)型號(hào)選擇表1-1 水輪機(jī)適用范圍型式適用水頭H（M）軸流式ZZ5601022混流式HL310<30 根據(jù)所

14、給的原始資料，電站的裝機(jī)容量為297.2NW，最大水頭為16.9米，設(shè)計(jì)水頭為14.3米，最小水頭為6.2米。在最大水頭16.9米和最小水頭6.2米下符合要求的有HL310和ZZ560兩種。但因HL310是英式的，資料不全，因此放棄HL310。由附表1（1）可選型號(hào)ZZ560，其相應(yīng)參數(shù)如表1-2.表1-2 ZZ560相關(guān)參數(shù)表（根據(jù)參考文獻(xiàn)8P370）水輪機(jī)型式輪轂比dh/D1導(dǎo)葉相對(duì)高度bo/D1最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速n110推薦最大單位流量Q110模型空化系數(shù)ZZ5600.400.4130(r/min)2000（L/S）1.3 水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱直徑與轉(zhuǎn)速計(jì)算現(xiàn)以整數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算五臺(tái)機(jī)組（1）轉(zhuǎn)輪直徑D

15、1的計(jì)算水輪機(jī)的額定出力為式中 P水輪機(jī)出力 N發(fā)電機(jī)額定容量發(fā)電機(jī)效率（在這里取0.97）取最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速n110=130r/min與出力限制線交點(diǎn)的單位流量為設(shè)計(jì)工況單位流量。對(duì)于轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)或者未標(biāo)出出力限制線的水輪機(jī)，Q11一般不超過(guò)型譜參數(shù)表中的推薦值，則，對(duì)應(yīng)模型效率為，暫取效率修正值為%，則設(shè)計(jì)工況點(diǎn)原水輪機(jī)的效率為，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑D1為按照我國(guó)規(guī)定的轉(zhuǎn)輪直徑，選取直徑為8m。式中P發(fā)電機(jī)額定容量；kWQ水輪機(jī)額定工況的單位流量，H設(shè)計(jì)水頭原形水輪機(jī)效率(2) 效率的計(jì)算式中 ：原形水輪機(jī)效率模型水輪機(jī)最高效率D模型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑 限制工況原形水輪機(jī)效率為（3）轉(zhuǎn)速n的計(jì)算n=13

16、0根據(jù)發(fā)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速表（課本P326）取水輪機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算值介于發(fā)動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速60 r/min62.5 r/min,因靠近62.5 r/min。故水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速為62.5 r/min。六臺(tái)機(jī)組(1) 轉(zhuǎn)輪直徑D1計(jì)算水輪機(jī)的額定出力為式中 P水輪機(jī)出力（KW） N發(fā)電機(jī)額定容量(KW)發(fā)電機(jī)效率（在這里取0.97）取最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速n110=130r/min與出力限制線交點(diǎn)的單位流量為設(shè)計(jì)工況單位流量。對(duì)于轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)或者未標(biāo)出出力限制線的水輪機(jī)，Q11一般不超過(guò)型譜參數(shù)表中的推薦值，則，對(duì)應(yīng)模型效率為，暫取效率修正值為%，則設(shè)計(jì)工況點(diǎn)原水輪機(jī)的效率為，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑D1為按照我國(guó)規(guī)定的轉(zhuǎn)輪直徑，選取直

17、徑為7.5m。式中P發(fā)電機(jī)額定容量，kWQ：水輪機(jī)額定工況的單位流量，H設(shè)計(jì)水頭原形水輪機(jī)效率(1) 效率的計(jì)算式中 原形水輪機(jī)效率模型水輪機(jī)最高效率D模型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑 限制工況原形水輪機(jī)效率為(2) 轉(zhuǎn)速n的計(jì)算n=130轉(zhuǎn)速計(jì)算值在發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)同步轉(zhuǎn)速表與最接近的轉(zhuǎn)速為65.2，故選轉(zhuǎn)速為65.2r/min。七臺(tái)機(jī)組(1) 轉(zhuǎn)輪直徑D1計(jì)算水輪機(jī)的額定出力為式中 P水輪機(jī)出力 N發(fā)電機(jī)額定容量發(fā)電機(jī)效率（在這里取0.97）取最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速n110=130r/min與出力限制線交點(diǎn)的單位流量為設(shè)計(jì)工況單位流量。對(duì)于轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)或者未標(biāo)出出力限制線的水輪機(jī)，Q11一般不超過(guò)型譜參數(shù)表中的推薦值，

18、則，對(duì)應(yīng)模型效率為，暫取效率修正值為%，則設(shè)計(jì)工況點(diǎn)原水輪機(jī)的效率為，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑D1為按照我國(guó)規(guī)定的轉(zhuǎn)輪直徑，選取直徑為7.0m。式中P發(fā)電機(jī)額定容量，kWQ：水輪機(jī)額定工況的單位流量，H設(shè)計(jì)水頭原形水輪機(jī)效率(1) 效率的計(jì)算式中 原形水輪機(jī)效率模型水輪機(jī)最高效率D模型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑 限制工況原形水輪機(jī)效率為(2) 轉(zhuǎn)速n的計(jì)算n=130轉(zhuǎn)速計(jì)算值在發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)同步轉(zhuǎn)速表與最接近的轉(zhuǎn)速為70.23r/min，故選轉(zhuǎn)速為71.4r/min。對(duì)以上方案計(jì)算結(jié)果，可進(jìn)行比較：表1-3 水輪機(jī)初選方案方案機(jī)組臺(tái)數(shù)水輪機(jī)型號(hào)轉(zhuǎn)速n()直徑D(m) I 5 ZZ560 62.5 8 II 6 ZZ56

19、0 65.2 7.5 III7 ZZ560 71.47.01.4 水輪機(jī)初選方案比較對(duì)初選的三個(gè)方案，從效率，吸出高度，重量等方面進(jìn)行比較。水輪機(jī)重量估算水輪機(jī)總重量是指不包括調(diào)速器，油壓裝置和其他輔助設(shè)備的水輪機(jī)整體重量,從參考文獻(xiàn)（1P138和2P31）中，查的當(dāng)水頭H=080m時(shí)，k=2.45,b=0.4水輪機(jī)重量按如下公式計(jì)算：a= ( 解得 a1=2.172,a2=2.162,a3=2.14) G=KDHb (t) I方案 D=8.0mtII 方案 D=7.5mIII 方案 D=7.0m轉(zhuǎn)輪重量按如下公式計(jì)算：式中轉(zhuǎn)輪輪轂比。轉(zhuǎn)輪重量分別為 ：I方案 t由于直徑大于4.6m，所以 I

20、I 方案 由于直徑大于4.6m，所以 III 方案由于直徑大于4.6m，所以表1-4 各方案最大效率表方案 直徑D（m） 最大效率（%） 型號(hào) 總重G（t）轉(zhuǎn)輪重（t）(%) I 8.0 0.932 ZZ560760.8182.10.923 II 7.5 0.931 ZZ560553.11540.922 III 7.0 0.93 ZZ560486.8128.70.921計(jì)算各方案出力（1）校核出力Q=QD（1-1）N=9.81HQ（1-2）式中 Q設(shè)計(jì)流量Q設(shè)計(jì)工況點(diǎn)單位流量 N水輪機(jī)校核出力 I方案 Q=28.02=484.04 N484.040.923=67902 kW II方案 Q=27

21、.5=425.42 N425.420.922=59679kW III方案 Q=27.0=370.59N=51988kW（2）最小水頭的出力N的計(jì)算根據(jù)公式：I方案 N=9.81484.0423=27172 kWII方案 N=9.81425.4222=23856 kWIII方案N=9.81370.591=20759 kW(3) 受阻容量I方案 N= N- N=67902-27172=40730kWII方案 N= N- N=59679-23856=35822kWIII方案 N= N- N=51988-20759=31228kW表1-3 出力計(jì)算表方案 D（m） N（kW） N（kW）N（kW） I

22、 8679022717240730 II 7.5596792385635822 III 7519882075931228各方案吸出高度在確定水輪機(jī)安裝高程時(shí)，可以通過(guò)選擇合適的幾何吸出高度來(lái)控制轉(zhuǎn)輪出口處的壓力值，以防止翼型空化的嚴(yán)重發(fā)生。顯然，吸出高度越小，則水輪機(jī)裝的越低，水輪機(jī)抗空化性能越好；但水電站的基建投資則愈大。因此，選擇合適的吸出高度是水輪機(jī)裝置參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)和水電站總體設(shè)計(jì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)的重要問(wèn)題之一。在轉(zhuǎn)輪型譜中，查得ZZ560的裝置系數(shù)=0.590.77。值是根據(jù)n11與Q11值在模型綜合特性曲線查的=0.75，取K=1.1，則吸出高度可以用下式計(jì)算。（1-3）（1-4）式中：

23、K水輪機(jī)的安全系數(shù)水輪機(jī)安裝高程 m最低尾水位 m(1) 吸出高度I方案 =在這里取同理得II 方案=-1.81mIII方案=4.87m (2) 安裝高程I方案 II 方案 III方案 這里取X=0.41。表1-4 各方案吸出高度計(jì)算表方案10-H(m) I9.9911.95-1.96 II9.9911.8-1.81III9.995.124.87確定各方案水輪機(jī)工作區(qū)(1)各方案水輪機(jī)的設(shè)計(jì)單位流量Q= （1-5）式中：P水輪機(jī)額定出力kW設(shè)計(jì)工況點(diǎn)原型水輪機(jī)效率I 方案 Q=1.91II 方案 Q=1.82III 方案 Q=1.67(2) 檢驗(yàn)單位轉(zhuǎn)速的范圍I方案 n=62.5=121.6

24、n=62.5=200.8 II方案 n=65.2=119.0n=65.2=196.4 III方案 n=71.4=121.6n=71.4=200.7經(jīng)過(guò)比較，方案III中，水輪機(jī)的實(shí)際運(yùn)行范圍稍微偏離最高效率區(qū)，方案I，II中，水輪機(jī)的實(shí)際運(yùn)行范圍處于最高效率區(qū)。確定初選方案表1-5 水輪機(jī)方案比較表方案IIIIII裝機(jī)容量（kW）297200297200297200機(jī)組臺(tái)數(shù)567發(fā)電機(jī)出力（kW）600005000040000水輪機(jī)出力（kW）618565154641237水輪機(jī)校核出力（kW）618565154641237水輪機(jī)型號(hào)ZZ560ZZ560ZZ560轉(zhuǎn)輪直徑 （m）8.07.57

25、.0同步轉(zhuǎn)速（）62.565.271.4吸出高度 （m）-1.96-1.814.88最小水頭時(shí)出力 （kW）265572334117513受阻容量 （kW）407303582231228水輪機(jī)最大效率0.9230.9220.921水輪機(jī)單重（t）182.1154106.2水輪機(jī)總重（t）910.5924849.25水輪機(jī)工作區(qū)高效區(qū)高效區(qū)偏離高效區(qū)備注從表1-5中可以看出：II,I方案的工作區(qū)最好。而II 方案和III 方案還需進(jìn)一步比較。繪制等效率線1.5 繪制水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線要求：每個(gè)葉片安放角求出一個(gè)相對(duì)應(yīng)的效率修正值，下式中是模型水輪機(jī)最高效率，為原形水輪機(jī)最高效率，計(jì)算公式為：

26、(1-6)(1-7)表16 各方案角的效率差方案I-100-5000 501001502000.8760.8800.8800.8800.8730.8590.8350.9210.9230.9230.9230.9210.9100.8950.0550.0430.0430.0430.0480.0500.060方案II-100-5000501001502000.8780.8800.8800.8800.8740.8590.8370.920.9230.9230.9230.9190.9090.8950.0420.0430.0430.0430.0450.050.058(1) 繪制等效率線計(jì)算表（見(jiàn)表1-6，1-

27、8）表17 方案I 等效率線計(jì)算轉(zhuǎn)輪型號(hào)：ZZ560；=8（m）；=62.5 r/min；=0 r/min；=16.9m；=6.2m；=14.3m。5.54.34.34.34.85.0616.912112187.288888887.186.083.50.560.760.901.071.281.461.7792.792.393.193.191.991.089.5N（MW）22.5634.5441.2649.0557.9265.4278.0715.513013087.588.088.088.087.385.883.20.590.790.921.111.321.521.8393.092.392.89

28、2.392.190.889.8N（MW）23.7331.5336.7344.3152.5859.6971.0814.313513587.388.088.088.087.385.782.60.610.810.951.151.361.571.9092.892.392.392.392.190.788.6N（MW）21.7028.6633.6140.6848.0154.5864.528.018018083.184.584.783.5881.376.50.781.161.261.511.802.1388.688.88987.886.181.5N（MW）11.0816.52217.9821.2624.86

29、27.846.220020081.081.681.079.075.00.871.281.41.692.068888.4888784N（MW）7.4210.9711.9414.2516.77表18 方案II 等效率線計(jì)算轉(zhuǎn)輪型號(hào)：ZZ560；=7.5（m）；=65.2 r/min；=0 r/min；=16.9m；=6.2m；=14.3m。4.24.34.34.34.555.816.911411487.488.588.387.586.585.683.30.550.730.861.201.211.371.6691.692.892.691.891.090.689.1N（MW）19.3125.9730.

30、5342.2342.2147.5856.6415.512112187.789.189.088.187.085.983.50.560.750.891.051.261.441.7491.993.493.392.491.590.989.3N（MW）16.522.4626.6231.1036.9641.9649.8114.312412487.789.088.988.387.286.083.50.570.770.91.081.281.471.7791.993.393.292.691.791.089.3N（MW）15.6321.4425.0329.8435.0239.924758

31、7.788.288.086.885.079.40.650.861.031.221 .471 .712.0690.7 92.0 92.592.391.390.085.2N（MW）10.2913.7716.6319.6523.4226.8630.626.218818882.883.883.582.278.80.821.111.321.581.9088.088.488.087.084.0N（MW）7.4210.9711.9414.2516.77注：；(2) 繪制等吸出高度線計(jì)算表（見(jiàn)表1-7，1-9）表19方案I等吸出高度線計(jì)算轉(zhuǎn)輪型號(hào)：ZZ560；=8（m）；=62.5 r/min；=0 r/mi

32、n；=16.9m；=6.2m；=14.3m； m16.91221220.350.450.550.650.750.9240.9140.9010.8890.8761.081.371.641.841.98N（MW）43.52854.6264.45371.3575.663.491.63-0.23-2.09-3.2115.51291290.350.450.550.650.750.9270.9150.9050.8930.8781.131.401.631.832.00N（MW）38.2146.7253.8059.6164.054.222.570.92-0.73-2.3814.31321320.350.450

33、.550.650.750.9290.9170.9050.8930.8781.131.411.621.821.99N（MW）36.6443.9049.7755.1859.324.492.921.34-0.23-1.8081581580.350.450.550.650.750.9120.9180.9110.8980.8840.831.301.531.731.91N（MW）15.0323.6927.6730.8433.526.1445.043.942.841.746.22002000.350.450.550.650.750.8800.8800.8800.8730.8650.920.931.371.5

34、81.72N（MW）7.807.9311.6912.6914.427.616.936.245.564.879表110方案II等吸高度線計(jì)算轉(zhuǎn)輪型號(hào)：ZZ560；=7.5；=65.2/min；=0 r/min；=16.9m；=6.2m；=14.3m； m16.91141140.350.450.550.650.750.920.910.8950.880.871.011.311.611.831.95N（MW）35.6245.7055.2461.7465.043.491.63-0.23-2.09-3.2115.51211210.350.450.550.650.750.9220.9130.9000.887

35、0.8721.081.361.641.841.98N（MW）31.9239.8047.3252.3255.354.222.570.92-0.73-2.3814.31241240.350.450.550.650.750.9240.9130.9010.8890.8731.11.381.641.841.99N（MW）30.3337.6044.0948.8151.844.492.921.34-0.23-1.8081481480.350.450.550.650.750.9230.9180.910.8960.8810.991.351.571.771.93N（MW）15.9521.6324.9327.672

36、9.676.1445.043.942.841.746.21881880.350.450.550.650.750.8960.8960.890.881 0.8711.081.081.421.721.79N（MW）4.144.146.659.5211.447.616.936.245.564.879注：。繪制運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線圖（如附錄1，2）注：繪制功率限制線，功率限制線的垂直段可根據(jù)水輪機(jī)的額定功率來(lái)繪制斜線段可根據(jù)最小水頭下的5%功率限制線的功率N來(lái)繪制。通過(guò)以上繪制運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線（見(jiàn)附錄），出力限制線，等吸出高度線，可知方案I工作在高效區(qū)的范圍較大，方案II的工作曲線與I相比較差，因此最終選擇

37、方案I為最佳方案。1.6 確定選定方案的主要參數(shù)轉(zhuǎn)輪直徑： D=8.0m水輪機(jī)最大效率 ：=92.3%同步轉(zhuǎn)速：n=62.5吸出高度： =1.96m安裝高程： 5.81.96+0.41X8=7.12m (最低尾水位是5.8m，X取0.41) 飛逸轉(zhuǎn)速： (對(duì)于保持協(xié)聯(lián)關(guān)系的轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)Kf取2.1) （根據(jù)1P5）軸向水推力：軸向水推力PZ是水流流進(jìn)轉(zhuǎn)輪時(shí)引起的一種軸向力。軸向水推力可按下式計(jì)算：（對(duì)于葉片數(shù)為4個(gè)，水推力系數(shù)KZ查表為0.85）轉(zhuǎn)輪重量： G=182.1t1.7 蝸殼的水力計(jì)算1.7.1蝸殼形式和主要參數(shù)選擇對(duì)蝸殼進(jìn)行水力計(jì)算的目的，是為了確定蝸殼各個(gè)斷面的幾何形狀和尺寸，繪

38、出蝸殼單線圖,蝸殼的水力計(jì)算是在已經(jīng)選擇完蝸殼形式和主要參數(shù)的情況下進(jìn)行的，首先確定進(jìn)口斷面的尺寸，然后在求出其它斷面的尺寸。(1) 形式選擇蝸殼的形式主要是根據(jù)水電站的水頭來(lái)選擇，當(dāng)最大水頭小于40米時(shí)，選用混凝土蝸殼，富春江水電站的最大工作水頭為16.9m，所以選用混凝土蝸殼。混凝土蝸殼多采用多邊形，分為和型。其中型形狀比較簡(jiǎn)答便于施工和導(dǎo)水機(jī)構(gòu)接力器的布置，缺點(diǎn)是由于下申值太大，當(dāng)水流入導(dǎo)水機(jī)構(gòu)時(shí)水流條件不好。一般比較廣泛采用下申，因?yàn)楸阌诮恿ζ鞯牟贾貌⒖梢越档退啓C(jī)層的高程和縮短主軸的長(zhǎng)度，也可以減少下部分混凝土量，且水流條件好。故本電站選用形蝸殼。(2) 確定蝸殼包角及進(jìn)口斷流面積因

39、為富春江水電站的水頭很低，且流量很大，蝸殼的包角的大小將關(guān)系到水電站的投資和水輪機(jī)的效率，為了獲得良好的水力性能，提高水輪機(jī)效率，結(jié)合本電站的實(shí)際情況，選擇蝸殼包角。蝸殼進(jìn)口斷面的流速主要由設(shè)計(jì)水頭設(shè)定，一般可按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算： （16）其中一般取0.81.0。但相同的流量時(shí)，相應(yīng)的增加流速可以減少蝸殼的斷面面積，從而減少尺寸和成本。故取=0.95，由公式（16）算得=3.59m/s。蝸殼進(jìn)口斷面主要尺寸的確定(1) 蝸殼進(jìn)口斷面面積FO計(jì)算進(jìn)口斷面流量 = 484.04×180/360=242.02查蝸殼進(jìn)口斷面平均流速曲線，根據(jù)設(shè)計(jì)水頭，查得o =3.4m/s則=71.2(2) 進(jìn)

40、口斷面尺寸和形狀蝸殼斷面采用m>n的“T”形，選用蝸殼進(jìn)口斷面的尺寸應(yīng)盡量縮小機(jī)組段的間距。=1.22.2，取1.6 ； = 2.02.2，取2.1； =20030°,取300； r=10015°，取150。由方程組 =1.6=2.1經(jīng)過(guò)試算取 a=5m, b=11.55m, m=5.6, b0=3.2, n=2.75m。查表，校核進(jìn)口斷面面積：F/=59.54其中<3%,與設(shè)計(jì)要求相近，符合要求。表1-11 各斷面的b/r=f（r）的函數(shù)曲線表斷面123456r11.4510.479.498.57.526.54b11.5511.559.558.557.556.

41、55b/r11.11111表1-12 用圖解法求出曲線包圍的面積S 斷面面積 1 2 3 4 5 6S(m2)6.25.374.293.32.321.3繪制i =f(r)曲線根據(jù)與各r值相應(yīng)的S值，由i=CS求出i值，將各值列入下表表1-13 各斷面參數(shù)計(jì)算表斷面riSiiQiFiVi111.450.791800234.7559.543.94210.470.691600208.6740.975.0939.490.60137178.6725.547.0048.50.491120146.0715.549.4057.520.37840109.559.2811.80上表中=， Si=, 0, =1.7

42、.4混凝土蝸殼系數(shù) （17）在包角時(shí)面積是，解得=1800/6.2=29.03。1.7.5求其余各斷面積（18）由公式（18）得表114.表114 其余各斷面面積（m）11.4510.479.498.57.526.54()6.25.374.293.32.321.3 ()180155.9124.595.867.337.74繪制蝸殼單線圖（見(jiàn)附錄）(1) 將曲線按等分求各下的半徑如表115表115蝸殼各斷面尺寸 （）306090120150180（m）5.26.77.999.1510.0711.45(2) 蝸殼寬度B蝸殼的寬度=11.45+8=19.45m，繪制蝸殼單線圖（見(jiàn)附圖所示）。1.8 尾

43、水管選擇水流流經(jīng)轉(zhuǎn)輪，完成了能量交換后，將從轉(zhuǎn)輪的出口流出轉(zhuǎn)輪。這時(shí)，水流被引入尾水管在引入下流。尾水管除了將水引入下游，還可以回收部分的能量，使轉(zhuǎn)輪多發(fā)一些電能。目前在小型水輪機(jī)上多采用圓形斷面的直錐型尾水管，而對(duì)于大型立式機(jī)組，由于土建投資占電廠總投資的比例很大，因此在電站設(shè)計(jì)時(shí)，要盡量降低水下開(kāi)挖量和混凝土量，應(yīng)選用變肘型尾水管。（根據(jù)1P117 ，8p167）本電站屬于大型立式機(jī)組范圍，故應(yīng)選用變肘型尾水管，包括三部分：進(jìn)口錐管，肘管，出口散管。尾水管主要尺寸選擇(1) 尾水管深度尾水管的深度是指從水輪機(jī)的底環(huán)上平面到尾水管底板平面間的高度，通常用表示，它包括,，四部分。進(jìn)口錐管尾水管

44、的高度對(duì)效率有影響和振動(dòng)等性能有較大的影響，特別對(duì)低比速的水輪機(jī)影響較大，同時(shí)尾水管高度還影響挖方和投資.根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)軸流式水輪機(jī)，一般取,不得小于2.0。(2) 進(jìn)口錐管進(jìn)口錐管的單邊錐角的最優(yōu)值取80100，在這里輪轂比小于0.45，故取=90。錐管進(jìn)口直徑D3可近似取轉(zhuǎn)輪出口直徑，D3=0.983D1=7.864m。(3) 肘管段肘管的形狀十分復(fù)雜，它對(duì)整個(gè)尾水管的性能影響很大，一般推薦定型的標(biāo)準(zhǔn)肘管（根據(jù)8P167），則肘管 。 按照轉(zhuǎn)輪流道尺寸得 ,進(jìn)口錐管的高度不能隨便選取，由圖（12-5）、（12-9）、（12-10）。（根據(jù)1）可知 （19）式中肘管高度,與轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)有關(guān)的參數(shù)

45、標(biāo)準(zhǔn)肘管的高度與進(jìn)口直徑相等（110）其中錐管進(jìn)口直徑，可取=進(jìn)口錐管的半錐角將（19）代入（110）中得： （111）其中= ； 則有： （112）其中。由表1-11（根據(jù)2P25）得表116.表118 單位（m）ZZ56087.8647.8649.8911.671.23419.23.2由表1-13（根據(jù)2P25）得表119表119 單位（m）類型4E819.236209.849.844.93612.729.66.486(4) 擴(kuò)散管的確定擴(kuò)散管的斷面為矩形，一般兩側(cè)面為平行面，而上下兩面之間為擴(kuò)散形。出口擴(kuò)散斷面的寬度均為，與肘管出口寬度相等。對(duì)軸流式轉(zhuǎn)輪機(jī)，一般取=（2.32.7）。出口

46、擴(kuò)散管=36-12.72=23.28（m） 增設(shè)中間支墩，尾水管出口寬度過(guò)大，為減少尾水管頂板及閘門跨度，通常在尾水管的出口擴(kuò)散段內(nèi)增設(shè)支墩，加支墩后出口凈寬度應(yīng)該不變，如圖（12-12）（根據(jù)1）所示：(5) 尾水管翹角的確定 尾水管底板一般是水平布置的，當(dāng)廠房底部開(kāi)挖受到限制時(shí)地板允許向上翹起，通常翹角在1.9 水輪機(jī)參數(shù)的確定由圖134（根據(jù)6?？芇25）得表120.表120軸流式轉(zhuǎn)輪流到尺寸（見(jiàn)圖13-3）單位（m）849.3243.23.21.85.25.22.82.80.841.71.23.23.80.44表121 軸流式轉(zhuǎn)輪室流到尺寸（見(jiàn)圖13-4）單位（m）87.87.859.90.40.83.33.141.71.26.50.650.4480軸流式轉(zhuǎn)輪確定軸流式轉(zhuǎn)輪的葉片可以隨著符合變化與導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的導(dǎo)葉協(xié)連動(dòng)作，始終保持有利的組合關(guān)系，因此對(duì)負(fù)荷變化的適應(yīng)性較好，運(yùn)行區(qū)域平均效率高，但由于葉片需要轉(zhuǎn)動(dòng)，因而結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。葉片是轉(zhuǎn)換能量的主要部件，安裝在轉(zhuǎn)輪體上，它一方面與轉(zhuǎn)輪一起旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；按組合方式不同分整體式和分件是兩種;一般應(yīng)用于>5m的轉(zhuǎn)輪采用分件制造，用螺栓連成一體。葉片的密封證機(jī)組正常運(yùn)行費(fèi)關(guān)系很大，一方面防