水電站課程設(shè)計說明書

電站課程設(shè)計說明書水電站課程設(shè)計說明書第一章基本資料第二章水輪發(fā)電機選擇第一節(jié)機組臺數(shù)和機組型號選擇及水輪機主要參數(shù)確定第二節(jié)蝸殼和尾水管的尺寸選擇第三節(jié)發(fā)電機組的選擇及尺寸第三章水電站廠房設(shè)計第一節(jié)主廠房的平面尺寸確定第二節(jié)主廠房布置的構(gòu)造要求第三節(jié)橋吊選擇第四節(jié)副廠房布置附：計算書第一節(jié)基本資料第二節(jié)水輪發(fā)電機選擇第三節(jié)水輪機廠房設(shè)計第一章基本資料1。 流域概況該水電站位于S河流的上游，電站壩址以上的流域面積為20,300km2,本電站屬于該河流梯級電站中的一個。2。 水利動能本電站的主要任務(wù)是發(fā)電。結(jié)合水庫特性、地區(qū)要求可發(fā)揮養(yǎng)魚等綜合利用效益.本電站水庫特征水位及電站動能指標(biāo)見表1表1 H水電站工程特性表名稱單位數(shù)量備注一、水庫特性1、水庫特征水位校核洪水位（P=0.1%）m293。90設(shè)計洪水位（P=1%）m290。90正常蓄水位m290.00死水位m289。002、正常蓄水位時水庫面積km215.173、水庫容積校核洪水位時總庫容108m32.29正常蓄水位時庫容108m31.63死庫容108m31。49二、下泄流量及相應(yīng)下游水位包括機組過流量1、設(shè)計洪水最大下泄量m3。s~T8200。00相應(yīng)下游水位m273.202、校核洪水最大下泄量m3。s-111700.00相應(yīng)下游水位m274.90三、電站電能指標(biāo)裝機容量MW200。00保證出力MW35。00多年平均發(fā)電量108kW.h4。35年利用小時數(shù)h2255四、水輪機工作參數(shù)最大工作水頭m25。60最小工作水頭m22.80設(shè)計水頭m23.30088722活&水276274272270268266264050001000015000圖1下游水位一一流量關(guān)系曲線流量第二章水輪發(fā)電機選擇第一節(jié)水輪機的臺數(shù)和機組型號選擇及水輪機主要參數(shù)確定臺數(shù)：4臺，單機容量50KW；型號:HL310主要參數(shù)：直徑D1=6。5m;轉(zhuǎn)速n=71。4r/min;允許吸出高度Hs=0。143m第二節(jié)蝸殼和尾水管的尺寸選擇混凝土蝸殼，包角為2250L+x=6.4m，L—x=4.8m彎肘形尾水管，參數(shù)如下表所示:參數(shù)D1hLB5D4hhLh5肘管型式適用范圍實際6.516.929。2517.688.7758。7754。387511.837.93標(biāo)準(zhǔn)混凝土肘管混流式第三節(jié)發(fā)電機組的選擇及尺寸發(fā)電機型號為SF50—60/920，具體參數(shù)如下表所示:

因水輪機的發(fā)電功率50MW,轉(zhuǎn)速n=72r/min則選擇發(fā)電機的型號為SF50-60/920。形式額定容量Nf(MW)功率因數(shù)cose額定電壓(KVA)轉(zhuǎn)速n(r/min)半傘式500.858800136.4nf飛輪力矩(kN*m2)轉(zhuǎn)子重(t)定子重(t)總重(t)25010600235145478發(fā)電機的尺寸外徑Da(cm)內(nèi)徑Di(cm)長度Lt(cm)定子基座高h(yuǎn)1上機加高度h29208621152540835轉(zhuǎn)子磁顎軸向高度h10定子水平中心線到法蘭底距離h12發(fā)電機主軸高度h11201243302660下機架最大跨度D4水輪機基坑直徑D5推力軸承裝置外徑D6647056003600定子支撐面至下機架支撐面距離h8下機架支撐面到法蘭底面距離h9永磁機及轉(zhuǎn)速繼電器高度h6推力軸承高度h3法蘭盤底至發(fā)電機頂?shù)木嚯xH221594065011009580定子支撐面到發(fā)電機層底高度h基座外徑D1風(fēng)罩內(nèi)徑D2轉(zhuǎn)子外徑D3337510400130008590根據(jù)發(fā)電機的型號，查出發(fā)電機的主要尺寸(長度和高度均為mm)第三章水電站廠房設(shè)計第一節(jié)主廠房的平面尺寸確定主廠房的長度L=116m主廠房的寬度B=26。6m主廠房高度1。 安裝高程V安=264。71m2。 尾水管底板高程V尾=243.54m3。 開挖高程V挖=241。54m4。 水輪機層底板高程V水=266.98m5。 發(fā)電機層地板高程V發(fā)=272。52m6。 吊車軌頂高程（P176）V吊二301.12m7。 廠房天花板及屋頂高程V天二310.62mV頂=311.27m第二節(jié)主廠房布置的構(gòu)造要求廠房內(nèi)的交通廠房應(yīng)注意采光，通風(fēng)，取暖，防潮，防火等主廠房的分縫和止水第三節(jié)橋吊選擇雙小車2x150t橋式起重機第四節(jié)副廠房布置副廠房設(shè)在主廠房靠對外交通的一邊.附:計算書第一節(jié)基本資料見設(shè)計說明書第二節(jié)水輪發(fā)電機選擇一、機組臺數(shù)和機組型號選擇及水輪機參數(shù)確定選擇機組臺數(shù)時，應(yīng)對加工制造能力和運輸條件、總投資、水電站的運行效率和運行靈活性、運行維護(hù)工作量的大小等因素進(jìn)行綜合考慮，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定機組臺數(shù)。為了使電氣主結(jié)線對稱，大多數(shù)情況下機組臺數(shù)為偶數(shù)。對于中小型水電站，為保證運行的可靠性和靈活性,機組臺數(shù)一般不少于2臺。本電站屬于中型水電站，所以建議選用4臺。單機容量等于裝機容量與臺數(shù)的比值，所以單機容量為200/4=50MW根據(jù)該水電站的水頭變化范圍22O80—25.60m，查表找出合適的機型有HL310和ZZ440兩種。下面通過參數(shù)比較再選擇選用哪種型號。HL310水輪機主要參數(shù)的選擇:1o轉(zhuǎn)輪直徑D】計算查表3-6和圖3-12可得HL310水輪機在限制工況下的單位流量為Q'1M=1400L「s=1。40m3「s,效率門m=82.6%，由此可初步假定原型水輪機在該工況下的單位流量Q'i=Q'1m=1。40，效率門=86%or…八: N ■' 50x103=6o135m，選用與由公式D=, r— = . =6o135m，選用與1)|9.81Q；Hq'H門 \9.81x1.4x23.30x?23.30x86.0%之接近而偏大的標(biāo)稱直徑D]=6。5mo2o轉(zhuǎn)速n計算TOC\o"1-5"\h\z查表3-4可得HL310型水輪機在最優(yōu)工況下單位轉(zhuǎn)速n'10M=88。3rmin，初步假定n'10=n'10M，因為該電站是河床式水電站，所以加權(quán)平均水頭Hav=-H^=23：|0=25.89m，. .由公式n=nTH=n岐Hav=88.3x[25.89=69.08rmin，選用與之接近而偏大的同步轉(zhuǎn)D1 D1 6速n=71o4rmin。3o效率及單位參數(shù)修正… 、，D 1采用公式門ma=1-(1-nMmax)(-g蚪)5進(jìn)行修正.查表3—6可得HL310型水輪機在最優(yōu)工況下1的模型最高效率為門Mma=89o6%，，模型轉(zhuǎn)輪直徑為D1M=0o39m，根據(jù)公式可得原型效 ，0.39、」率門max=1-(1-89.6%)x(65)5=94.1%，則效率修正值為△門=門-^m=94。1%-89o6%=4o5%,考慮到模型與原型水輪機在制造工藝質(zhì)量上的差異，常在已求得的△門值中再減

去一個修正值&。現(xiàn)取&=1.0%，則可得效率修正值為△門=3。5%，由此可得原型水輪機在最優(yōu)工況和限制工況的效率為：門ma履門M +△門=89.6%+3。5%=93。1%門=nM+An=82。6%+3。5%=86。1%(與上述假設(shè)值基本相同)單位轉(zhuǎn)速的修正值按下式計算：An，=n，G.n~~-1)1 10M 'max'Mmax笑=“： -1)=、.0.931,0.896-1=1。93%n maxMmax10M由于An；/n；M〈3.0%,按規(guī)定單位轉(zhuǎn)速可不加修正，同時，單位流量Q'】也可以不加修正。由上可見，原假定的n=86%,Q'i=Q'iM，n'i0=n'10M是正確的,那么上述計算及選用的結(jié)果D1=6.5m,n=71.4rmin也是正確的.4。工作范圍的檢驗，,1max50X103在選定D1=6o5m,n=71。4r《min后，水輪機的Q'^及各特征水頭相對應(yīng)的n，即可計算出來。水輪機在Hr*下工作時，其Q，,1max50X103N 50xiu。Q= r.—= — =1.246〈1.4m3s】max9.81D2HvHn9.81X6.5x23.30Xm23.30x86.1%則水輪機的最大引用流量為 _Q =Q； D2A；IH"=1.246x6.52xJ23.30=254。11m3,/s與特征水頭HmaxHmin和Hr相對應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速為n，=nD1=71.4x6.5=91。73rmin諭反VH*25.60,nD71.4x6.5 ..n=.1=— =97。20rmin】maxH*22.80minn，二嘆二71竺5=96.15rmin1rX；H 偵23.30在HL310型水輪機模型綜合曲線圖上分別繪出Q， =1246Ls,n， =97。20rfmin和1max 1maxn1min=91。73頃「的直線。由圖可見，由這三根直線所圍成的水輪機工作范圍基本上包含了該特性曲線的高效率區(qū)。所以對于 HL310型水輪機方案，所選定的D1=6.5m和n=71.4rmin是合理的。5o吸出高度Hs計算由水輪機的設(shè)計工況參數(shù)，n，=96。15匚minQ， =1246Ls，在圖3-25上可查得1r 1max氣蝕系數(shù)值為。=0.360,氣蝕系數(shù)的修正值為A=0.05,由此可求出水輪機的吸出高度H=10-旦-(c+Ac)H=10-273.20-(0.360+0.05)x23.30=0.143ms900 900ZZ440水輪機方案的主要參數(shù)選擇轉(zhuǎn)輪直徑D］計算由表3-7查得ZZ440型水輪機在限制工況下的單位流量Q，1=1650Ls=io65m3s,同時可查的該工況下的氣蝕系數(shù)b=0.72。從圖3-13中可查得該工況點(n10=115r.，min,b=0.72)處的單位流量Q'1=1660L/s。同時查得該工況點的模型效率門m=82%，并根據(jù)此假定水輪機的效率為86%。 ……'N : 50x103 ……由公式D= r一—=I， . =5o63m,選用與之1,I9.81Q；HJH門V9.81x1660x23.30x^23.30x86%相近的標(biāo)稱直徑D=6o0mo12o轉(zhuǎn)速n計算n=a=115xK=97D1 6.0選用與之相近而偏大的同步轉(zhuǎn)速n=100rmin.3.效率及單位參數(shù)修正D、七H、—米用公式門啞=1-(1一門mmax)［03+。.7(-^戶)5(-^)10］修正.對于軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機，必須1對其模型綜合特性曲線圖上的每個轉(zhuǎn)角a的效率進(jìn)行修正。當(dāng)葉片轉(zhuǎn)角為a時的原型水輪機最大效率可用下式計算 七max=1-(1『渝max)(0.3+0.7日D".^HJH)根據(jù)表3-7知D1M=0o46m,H=3.5m，并知D1=6.0m,H=23.30m,代入上式可算得namax=1-0.646(1-nOMmax)。葉片在不同轉(zhuǎn)角a時的naMmax可用模型綜合特性曲線查得，從而可求出相應(yīng)a值得原型水輪機的最高效率門 oOmax當(dāng)選用效率的制造工藝影響修正值&=1%，即可計算出不同轉(zhuǎn)角a時效率修正值△門.a起計算結(jié)果見下表。葉角轉(zhuǎn)角a—10—50510152025Ime%84o988.088o888.387.286o081o080o0七max%90o292.292.892o491o791.087o787o1amax aMmax%5.34o24.04o14o55.06.77.1△門 a 4o33o23.03.13o54.05.76o1由表3-7查得ZZ440型水輪機最優(yōu)工況的模型效率為門Mmax=89%.由于最優(yōu)工況接近a=00等轉(zhuǎn)角線，故可采用△門=3.0%作為其修正值，從而得到原型最高效門=89%+3.0%a max=92.0%.已知門=82%，而該工況處于轉(zhuǎn)角200與250之間，用內(nèi)插法可求得改點的效率修正M值為△門a=5。1%,由此可得該工況點的原型水輪機效率為門=82%+5。1%=87.1%(與原假定值接近)，由于駕=(、：―而 -1)=*'92.0%.89.0%—1=1.67%<3。0%,故單n 、amaxaMmax '10M位轉(zhuǎn)速不作修正，同時，單位流量也可不作修正。4.工作范圍寬的檢驗在選定D]=6。0m由此可見，以上選用的D14.工作范圍寬的檢驗在選定D]=6。0mQ1max50000=1.45m3,s9.81D2HJH門9.81x6.02Q1max50000=1.45m3,s9.81D2HJH門9.81x6.02x23.30xJ23.30x87.1%則水輪機的最大引用流量為Qmax=Q'與特征水頭HmaxHminD2(H=1.45x6.02x—23.30=251。97m3.s1max1r和Hr相對應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速為n'：衛(wèi)=心2=118.59r,min】min .H <25.60max,nD100x6.0 ..n=.1=. =125.67rmm1maxH一<22.80一.minn'=^Dt=102x6^=124.30r.min

1rVHv'23.30在HL310型水輪機模型綜合曲線圖上分別繪出Q' =1450Ls,n' =118.59rmin和1max 1maxn；min=125。67r/min的直線.由圖可見，由這三根直線所圍成的水輪機工作范圍基本上包含了該特性曲線的高效率區(qū)。5.吸出高度Hs計算在水輪機的設(shè)計工況點(n'=124。30rmin，Q' =1.45m^s)處，由圖3—26可查得1r 1max氣蝕系數(shù)約為0.57，查圖2—26查得E=0.05，則可求出水輪機的吸出高度為H=10-旦-(c+Ac)H=10-273.20-(0.57+0.05)x23.30=-4。74m、s900 900下面通過列表進(jìn)行參數(shù)比較分析:序號項目ZZ440HL3101模型轉(zhuǎn)輪參數(shù)推薦使用水頭范圍(m)20~36<302最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速n(r/min)1011588。33最優(yōu)單位流量Q (L/s) 10 80011204限制工況單位流量Q'max(L/s)16501240

5最高效率門 (%) Mmax 8989.66設(shè)計工況氣蝕系數(shù)b0。420。367原型水輪機參數(shù)工作水頭范圍(m)22。8?25。622.8?25.68轉(zhuǎn)輪直徑D(m)16.06.59轉(zhuǎn)速n(r/min)10071.410最高效率門(%) max 9293。111額定出力N(kW)500005000012 r 最大引用流量Qmax(m3/s)251。97254。1113吸出高H (m) s -4。740。143由上表可見，兩種機型的方案的水輪機轉(zhuǎn)輪直徑ZZ440小于HL310,但是HL310型水輪機方案的工作范圍包含了更多地高效率區(qū)域，運行效率較高，氣蝕系數(shù)較小，安裝高程較高,有利于提高年發(fā)電量和減小電站廠房的開挖工程量；而ZZ440型水輪機方案的機組轉(zhuǎn)速較高，有利于減小發(fā)電機尺寸，降低發(fā)電機造價，但這種機型水輪機及其調(diào)節(jié)系統(tǒng)的造價較高。根據(jù)以上分析，在制造供貨方面沒有問題時，初步選用HL310型方案較為有利.綜上，本組選用HL310型水輪機。二、蝸殼和尾水管的尺寸選擇1。蝸殼的選擇由于本電站水頭較低，選擇混凝土蝸殼，通過225。和180°兩個包角方案的分析比較，225。包角易于與壓力管道連接，予以采用。經(jīng)計算，蝸殼+x方向?qū)?.4m，-x方向?qū)?。8m。尾水管的選擇尾水管可采用標(biāo)準(zhǔn)彎肘型尾水管，彎肘型尾水管由進(jìn)口直錐段、中間肘管段和出口擴(kuò)散段三部分組成，其輪廓尺寸確定見下圖。參數(shù)D1hLB5D4h4h6L1h5肘管型式適用范圍標(biāo)準(zhǔn)1。02。64.52。721。351.350.6751。821。22標(biāo)準(zhǔn)混凝土肘管混流式實際6.516.929。2517。688。7758.7754。387511。837。93

三、發(fā)電機組的選擇及尺寸根據(jù)額定功率Nf為50000kw,轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)速n為71.4rmin小于150Tmin，選用傘式水輪發(fā)電機，查表3—11(P166)選用型號為SF50-44/920.相關(guān)尺寸見下表：相關(guān)參數(shù)形式額定容量Nf(MW)功率因數(shù)cos祖額定電壓(KVA)轉(zhuǎn)速n(r/min)半傘式500.858800136。4nf飛輪力矩(kN*m2)轉(zhuǎn)于重(t)定子重(t)總重(t)25010600235145478發(fā)電機的尺寸根據(jù)發(fā)電機的型號，查出發(fā)電機的主要尺寸 (長度和高度均為mm)外徑D^(cm)內(nèi)徑Di(cm)長度Lt(cm)定于基座高h(yuǎn)1上機加高度h29208621152540835轉(zhuǎn)子磁顎軸向高度h10定子水平中心線到法蘭底距離h12發(fā)電機主軸高度h11201243302660下機架最大跨度D4水輪機基坑直徑D5推力軸承裝置外徑D6647056003600定子支撐面至下機架支撐面距離下機架支撐面到」法蘭底面距離h9永磁機及轉(zhuǎn)速繼電推力軸承高度h3法蘭盤底至發(fā)電機頂?shù)膆8器高度h6距離H221594065011009580基座外徑定子支撐面到發(fā)電機層底高度h風(fēng)罩內(nèi)徑D2轉(zhuǎn)子外徑D3D1337510400130008590第三節(jié)水電站廠房設(shè)計一、主廠房的平面尺寸確定主廠房長度的確定：主廠房的長度L=機組段長度L0X機組數(shù)+裝配場長度L安+邊機組段加長ALL廣L+x+L-x(三者取大值)蝸殼層：L+x=R+5=6。4+2.0=8.4m L-x=R+5=4°8+2.0=6°8mL=8.4+6.8=15。1 1 2 1 02m尾水管層：L+x=L—x=B/2+52=17。68/2+2=10.84m,L0=21.68m發(fā)電機層：L+x=L-x=e3/2+b/2+53=14/2+4/2+0。4=9。4m(53取0.3-0。4m,b取3m—4m) L0=18.8m取L0較大值，即L0=21.68m邊機組段加長AL=(0.1~1)D]=(0.1~1)x6.5=(0.65~6.5)m，取4m安裝間長度L=(1?1.5)L0=(1?1.5)x21.68=(21.68~32.52)m，取25mL=nXL0+L安+AL=4x21。68+25+4=115。72m即取116m。2。 主廠房的寬度B=Bs+BxBs=祖3/2+53+A=14/2+0.3+(2+2+1+1)=13.3m (14/2>6.4)同理求得Bx=Bs=13.3m所以B=13.3*2=26。6m主廠房高度1。安裝高程V安=V+H^+氣/2=263。3+0.143+2.54/2=264.71m尾水管底板高程V尾=^安-b^''2-H尾=264。71-2。54/2—16.9=2