沙灘水電站工程水力機(jī)械設(shè)計(jì)方案

沙灘水電站工程水力機(jī)械設(shè)計(jì)方案1.1電站基本參數(shù)1、水位上游：校核洪水位201.79m（P=0.2%），設(shè)計(jì)洪水位205m（P=2%），正常蓄水位205m，發(fā)電最低水位為195m。下游：校核洪水位124.9mm（P=1%），設(shè)計(jì)洪水位123.7m（P=3.33%），正常尾水位117.5m，最低尾水位117.2m。2、水頭最大水頭84.7m；最小水頭71.0m；加權(quán)平均水頭82.3m；額定水頭81.0m。3、流量多年平均流量8.13m3／s；電站引用流量17.44m3／s。4、泥沙多年平均含沙量0.226kg／m3。5、主要?jiǎng)幽軈?shù)裝機(jī)容量2×6300kW；保證出力1358kW；調(diào)節(jié)性能：旬調(diào)節(jié)。1.2水輪機(jī)及其輔屬設(shè)備1.2.1水輪機(jī)選擇1、機(jī)型選擇電站最大水頭84.7m，最小水頭71.0m，額定水頭81.0m，適用的水輪機(jī)型式有斜流式和混流式。由于斜流式不太普遍，故本電站采用混流式水輪機(jī)。根據(jù)電站的水頭變化范圍及單機(jī)容量，初步擬定兩種水輪機(jī)的機(jī)型進(jìn)行比較，其模型參數(shù)見表1.1。表1.1水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪及其參數(shù)表項(xiàng)目單位數(shù)量轉(zhuǎn)輪型號(hào)HLA153HLA696葉片數(shù)1413推薦使用水頭m＜125＜150最優(yōu)工況m3/s0.9550.753r/min7172.5ηmax%91.593.790.070.05設(shè)計(jì)工況m3/s0.9430.8η%91.493.40.0730.06m·kW199.5198.4由表1.1可見，HLA153型水輪機(jī)單位流量較大；而HLA696型水輪機(jī)單位最優(yōu)轉(zhuǎn)速較高，效率亦較高。綜合考慮兩種機(jī)型的能量性能、汽蝕性能、機(jī)組造價(jià)以及運(yùn)行工況區(qū)等因素后，選定本電站水輪機(jī)的機(jī)型為HLA696型。2、機(jī)組臺(tái)數(shù)確定本電站裝機(jī)容量12600kW，采用轉(zhuǎn)輪HLA696，初擬裝機(jī)2臺(tái)和3臺(tái)進(jìn)行比較，兩種方案的主要技術(shù)參數(shù)見表1.2。表1.2機(jī)組臺(tái)數(shù)比較表序號(hào)名稱單位方案1方案21裝機(jī)容量kW12600120002機(jī)組臺(tái)數(shù)臺(tái)233單機(jī)容量kW630040004水輪機(jī)型號(hào)HLA696-LJ-110HLA696-LJ-905水輪機(jī)額定水頭Hrm81816水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑D1m1.10.97水輪機(jī)額定轉(zhuǎn)速nr/min6007508水輪機(jī)額定流量Qm3/s8.725.649水輪機(jī)額定出力NrkW6439417610水輪機(jī)額定工況點(diǎn)效率ηt%93.493.311水輪機(jī)最高效率ηmax%93.7993.7912水輪機(jī)允許吸出高度Hsm≤+1.0≤+1.013水輪機(jī)安裝高程118.5118.514單臺(tái)水輪機(jī)重量t24.018.215發(fā)電機(jī)型號(hào)SF6300-10/2600SF4000-8/215016發(fā)電機(jī)額定容量kW/kVA6300/78754000/500017發(fā)電機(jī)額定電壓kV1.31.318發(fā)電機(jī)功率因數(shù)COSφ0.80.819發(fā)電機(jī)效率ηt%91.395.820飛輪力矩GD2kN·m234010021單臺(tái)發(fā)電機(jī)重量t613422機(jī)組總價(jià)萬(wàn)元704.0760.523土建投資萬(wàn)元492.5524.624多年平均電能萬(wàn)kW·h4153405625年利用小時(shí)h32963380由表1.2可見，裝設(shè)2臺(tái)機(jī)組方案較優(yōu)：在機(jī)組運(yùn)行維護(hù)方面較為簡(jiǎn)便；在設(shè)備造價(jià)方面機(jī)組總價(jià)低51.5萬(wàn)元；在土建造價(jià)方面投資低32.1萬(wàn)元；在多年平均發(fā)電量方面多99萬(wàn)kW·h，即年發(fā)電收入多35.6萬(wàn)元。綜上所述，本電站推薦2臺(tái)機(jī)組方案。3、水輪機(jī)主要參數(shù)本電站裝機(jī)容量12600kW，裝設(shè)2臺(tái)機(jī)組，采用轉(zhuǎn)輪HLA696，水輪機(jī)性能參數(shù)見表1.3。表1.3水輪機(jī)主要參數(shù)表序號(hào)名稱單位數(shù)據(jù)備注1水輪機(jī)型號(hào)HLA696-LJ-1102水輪機(jī)額定水頭Hrm813水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑D1m1.14水輪機(jī)額定轉(zhuǎn)速nr/min6005水輪機(jī)額定流量Qm3/s8.726水輪機(jī)額定出力NrkW64397水輪機(jī)額定工況點(diǎn)效率ηt%93.48水輪機(jī)最高效率ηmax%93.799水輪機(jī)允許吸出高度Hsm≤+1.010水輪機(jī)安裝高程118.51.2.2水輪機(jī)附屬設(shè)備1、調(diào)速器根據(jù)計(jì)算該機(jī)組所需要的調(diào)速功為21.2kN·m，根據(jù)調(diào)速功從調(diào)速器型譜中選定該電站水輪機(jī)調(diào)速器型號(hào)為HFBWT－3000。2、主閥為了保證機(jī)組安全運(yùn)行，滿足機(jī)組檢修需要，在水輪機(jī)進(jìn)水管前設(shè)置一臺(tái)重錘式液控蝶閥，型號(hào)為1500KD741X－16Vs。1.2.3水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)節(jié)保證計(jì)算電站裝機(jī)2臺(tái)，發(fā)電機(jī)單機(jī)容量N=6300kW，機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)慣量GD2=343kN·m2，額定轉(zhuǎn)速n=600r/min。水輪機(jī)額定水頭Hr=81m，額定流量Q=8.72m3/s。經(jīng)計(jì)算過(guò)流系統(tǒng)ΣLV=571.73m2/s。在額定水頭下，機(jī)組發(fā)額定出力時(shí)，甩全部負(fù)荷，水輪機(jī)導(dǎo)葉有效關(guān)閉時(shí)間Ts分別取2s、3s、4s、5s、6s、7s、8s、9s、10s，分別計(jì)算機(jī)組速率上升最大值βmax和水輪機(jī)蝸殼壓力上升率ζmax。經(jīng)過(guò)分析比較，本設(shè)計(jì)階段水輪機(jī)導(dǎo)葉有效關(guān)閉時(shí)間Ts取3s，相應(yīng)的機(jī)組速率上升最大值βmax＝20.6%＜50%，水輪機(jī)蝸殼壓力上升率ζmax＝25.8%＜50%，滿足規(guī)范要求。1.3輔助機(jī)械設(shè)備1.3.1主廠房起重設(shè)備主廠房吊運(yùn)最重件為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子連軸，重量23t。為滿足設(shè)備安裝和檢修的需要，廠內(nèi)選用一臺(tái)起重容量為30/5t的QD型電動(dòng)雙梁橋式起重機(jī)。起重機(jī)跨度10.5m，主鉤起升高度16m，副鉤起升高度20m。1.3.2供排水系統(tǒng)1、技術(shù)供水系統(tǒng)技術(shù)供水系統(tǒng)主要用于水輪發(fā)電機(jī)組的冷卻供水，消防及生活供水。一臺(tái)機(jī)組用水量93m3/h，消防用水量54m3/h。各供水對(duì)象不考慮同時(shí)用水，供水量按200m3/h計(jì)。電站水頭范圍75～85m，河水多年平均含沙量0.226kg/m3，供水方式為自流減壓供水。在每臺(tái)機(jī)組主閥前的壓力鋼管分別設(shè)置一個(gè)取水口，過(guò)濾后經(jīng)供水總管，然后減壓供給各用水設(shè)備。2、排水系統(tǒng)排水系統(tǒng)分為機(jī)組檢修排水和廠內(nèi)滲漏排水兩部分。（1）檢修排水系統(tǒng)檢修排水采用直接排水，即檢修排水系統(tǒng)靠自流將流道的水排至下游尾水，然后打開排水閥，由水泵將包括壓力鋼管、蝸殼、尾水管內(nèi)積水以及檢修時(shí)間蝶閥、下游閘門的漏水排至下游。機(jī)組檢修排水泵采用手動(dòng)操作。選用KQW125/250－11/4型水泵兩臺(tái)，水泵流量Q=100m3/h，揚(yáng)程H=20m，配套電動(dòng)機(jī)功率N=11kW。（2）廠內(nèi)滲漏排水系統(tǒng)滲漏排水主要排除廠內(nèi)水工建筑物的滲水、閥門、管件滲漏水等，由排水溝（管）排至滲漏集水井，然后由滲漏排水泵排至下游。集水井的有效容積51.4m3，有效水深1.1m。滲漏排水泵選用兩臺(tái)，一臺(tái)工作，一臺(tái)備用。水泵的型號(hào)為100KYW120－22，水泵流量Q=120m3/h，揚(yáng)程H=22m，配套電動(dòng)機(jī)功率N=15kW。排水泵的啟停由液位控制器控制。1.3.3油系統(tǒng)油系統(tǒng)包括絕緣油系統(tǒng)和透平油系統(tǒng)。由于電站裝機(jī)容量不大，用油量不多，本電站不設(shè)油處理及油化驗(yàn)分析設(shè)備。由于電站用地緊張，設(shè)置油庫(kù)有一定難度，考慮到電站交通方便，有207國(guó)道經(jīng)過(guò)沙頭鎮(zhèn)，到梧州市區(qū)公路里程85km也不算太遠(yuǎn)，需要用油時(shí)，可到梧州石油供應(yīng)部門解決。因此，本電站油系統(tǒng)采用簡(jiǎn)化模式。（1）絕緣油系統(tǒng)絕緣油系統(tǒng)主要用于主變壓器用油。絕緣油系統(tǒng)不設(shè)油桶及油泵，變壓器檢修時(shí)污油的存貯及檢修后新油的添加由油槽車解決。(2)透平油系統(tǒng)透平油系統(tǒng)主要用于機(jī)組潤(rùn)滑和操作用油，以及調(diào)速系統(tǒng)油壓裝置用油。透平油系統(tǒng)設(shè)置2臺(tái)KCB－200型齒輪油泵供設(shè)備運(yùn)行中添加油之用，并設(shè)少量汽油桶儲(chǔ)存透平油。1.3.4壓縮空氣系統(tǒng)電站調(diào)速器不使用高壓氣系統(tǒng)，故壓縮空氣系統(tǒng)僅包括低壓壓縮空氣系統(tǒng)。低壓壓縮空氣系統(tǒng)主要用于機(jī)組制動(dòng)用氣、水輪機(jī)檢修密封、吹掃和風(fēng)動(dòng)工具用氣。經(jīng)計(jì)算，選用兩臺(tái)W－1.5／8型空壓機(jī)，Q=1.5m3/min，H=0.8Mpa，一臺(tái)工作，一臺(tái)備用。選用儲(chǔ)氣罐兩只，V=2.0m3，P=0.8MPa，供機(jī)組正常制動(dòng)用氣和水輪機(jī)檢修密封用氣，壓氣機(jī)的起停由貯氣罐的壓力信號(hào)器自動(dòng)控制。吹掃和風(fēng)動(dòng)工具用氣直接由空氣壓縮機(jī)供給，此時(shí)空氣壓縮機(jī)系手動(dòng)操作。1.3.5水力監(jiān)視測(cè)量系統(tǒng)全廠性測(cè)量：上游水位、下游水位設(shè)水位標(biāo)尺，測(cè)量信號(hào)均送至中控室。機(jī)組段測(cè)量：攔污柵前后壓力差，測(cè)量信號(hào)送至中控室；尾水管進(jìn)口設(shè)真空表，蝸殼進(jìn)口、水導(dǎo)冷卻水、主軸密封水、空冷器冷卻水、下導(dǎo)冷卻水設(shè)壓力表。1.3.6機(jī)修設(shè)備本電站屬小型電站，機(jī)修設(shè)備的配置標(biāo)準(zhǔn)按簡(jiǎn)易配置，詳見設(shè)備清單（表1.4）。1.4水力機(jī)械主要設(shè)備布置1、主廠房主要尺寸電站機(jī)組為立軸布置，主廠房為地面式。根據(jù)機(jī)組尺寸及考慮機(jī)組檢修需要，主廠房總長(zhǎng)度定為31.0m，其中機(jī)組間距8.5m；主廠房寬度為12.5m，機(jī)組中心線至上游墻的距離為7.6m，機(jī)組中心線至下游墻的距離為4.9m。機(jī)組安裝高程為118.50m，主廠房地面高程為125.90m，橋吊軌頂高程為134.26m，進(jìn)水閥中心線高程為118.50m，尾水渠底高程為115.38m。2、輔助設(shè)備布置調(diào)速器布置在主廠房上游側(cè)，在水輪機(jī)進(jìn)水管前設(shè)置重錘式液控蝶閥。安裝場(chǎng)布置在主廠房的右邊，與機(jī)組段同高程；排水泵布置在上游側(cè)的蝶閥層，地面高程111.10m。1.5采暖通風(fēng)本電站屬混合式電站，廠房熱負(fù)荷主要是太陽(yáng)輻射熱，故以自然通風(fēng)為主、機(jī)械通風(fēng)為輔的通風(fēng)方式。地面0.9m以上墻均裝有大面積可開啟的玻璃窗，廠房上、下游側(cè)墻壁各裝設(shè)3臺(tái)DN600低噪聲軸流風(fēng)機(jī)，在中控室設(shè)1臺(tái)5匹柜式空調(diào)機(jī)進(jìn)行局部空氣調(diào)節(jié)。1.6水力機(jī)械主要設(shè)備表水力機(jī)械主要設(shè)備見表1.4。表1.4水力機(jī)械主要設(shè)備表序號(hào)名稱型號(hào)規(guī)格單位數(shù)量備注1水輪機(jī)HLA696―LJ―110臺(tái)22發(fā)電機(jī)SF6300―10／2600臺(tái)23調(diào)速器HFBWT－3000臺(tái)24主閥1500KD741X－16Vs臺(tái)25測(cè)溫制動(dòng)屏面26橋式起重機(jī)