水电站课程设计(共20页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上水电站课程设计说明书院 系： 水电学院专 业：水利水电工程姓 名： 学 号： 指 导： 袁吉栋老师目 录第一章 基本资料·································· 1第二章 机组台数与单机容量的选择·················· 2第三章 水轮机型号、装置方式的确定················ 2第四章 水轮机特性曲线的绘制······················ 9第五章 蜗壳的设计································ 11第六章 尾水管的设计······························ 12第七章 发电机的选择······························ 14第八章 调速设备的选择···························· 16专心-专注-专业第一章 基本资料某梯级开发电站，电站的主要任务是发电，并结合水库特性、地区要求可发挥水产养殖等综合效益。电站建成后投入东北主网，担任系统调峰、调相及少量的事故备用容量，同时兼向周边地区供电。该电站水库库容小不担任下游防洪任务。经比较分析，该电站坝型采用混凝土重力坝，厂房型式为引水式。经水工模型试验，采用消力戽消能型式。经水能分析，该电站有关动能指标为：水库调节性能 年调节保证出力 4万kw装机容量 16万kw多年平均发电量 42000 kwh最大工作水头 38.0 m加权平均水头 36.0 m设计水头 36.0 m最小工作水头 34.0 m平均尾水位 152.0 m设计尾水位 150.0 m发电机效率 96%-98%第二章 机组台数与单机容量的选择 水电站总装机容量等于机组台数和单机容量的乘积，在总装机容量确定的情况下可以拟订出不同的机组台数方案，当机组台数不同时，则当单机容量不同，水轮机的转轮直径、转速也就不同。有时甚至水轮机的型号也会改变，从而影响水电站的工程投资、运行效率、运行条件以及产品供应。在确定水电站机组台数和单机容量时，综合考虑下面的因素：（一） 机组台数与工程建设费用的关系；（二） 机组台数与设备制造、运输、安装及枢纽布置的关系；（三） 机组台数与水电站运行效率的关系；（四） 机组台数与水电站维护的关系；（五） 机组台数与电气主接线的关系；从而初步确定水电站采用4台机组，每台机组装机容量4万千瓦。4万千瓦×4=16万千瓦满足水电站要求。第三章 水轮机型号、装置方式的确定由基本资料，根据水电站的工作水头范围，在反击式水轮机系列型号谱表中查得HL240型水轮机和ZZ440型水轮机都可以使用。这样，将两种水轮机列入比较方案，并对其主要参数分别进行计算。（一） HL240型水轮机的方案主要参数的计算1、确定水轮机的转轮直径由N=和可得 （4-50）HL240型水轮机的最优转速，在HL240型水轮机主要综合特性曲线上查得单位流量L/s 。由于转轮直径尚未确定，原型水轮机的效率目前不能求出，初步假定原型水轮机在该工况点的效率为92%。则由公式（4-50）可得到m转轮直径应该符合水轮机转轮的标准尺寸系列。通常是选用比计算值大的标准直径作为水轮机的标称直径。查表4-6，取与之接近而偏大的标准直径m。2、 效率修正值计算可查得HL240型水轮机在最优工况下的最高效率，模型转轮直径m，则原型水轮机的最高效率为 考虑到制造工艺水平的情况取，由于水轮机所应用的蜗壳和尾水管的型式与模型基本相似，故认为，则效率修正值 水轮机在限制工况（也即设计工况）点的效率应为 与原来的假定基本符合。3、确定水轮机的转速计算水轮机转速的公式 其中为最优单位转速，即 HL240模型水轮机的最优单位转速r/min，H采用设计水头， 则水轮机转速的计算值值为 （r/min）查表4-7，选用与之接近而偏大的发电机标准同步转速。取r/min。4、确定水轮机的吸出高根据选到的m, r/min和水轮机的设计水头m可计算出在设计工况点水轮机的最大单位流量和相应的单位转速。根据式（4-50）得 （m3/s） （r/min）由和可在图4-4中查出对应的空蚀系数为，从图3-16中可查得空蚀系数的修正值，由此可求得水轮机的吸出高为 (m)( 注：对于水电站站址处海拔高度，在初步计算时可采用水电站尾水的平均水位。)5、 工作范围的验算在最大水头时，有在最小工作水头时，有在HL240型水轮机的模型综合特性曲线图上，分别画出，和的直线，三线所包围的水轮机工作范围包含了该特性曲线的高效区.所以该设计是合理的。(二) ZZ440型水轮机的方案主要参数的计算1、转轮直径的计算=对于值，可由附表水轮机主要参数查得该型水轮机在限制工况下的,同时还查得汽蚀系数。但在允许的吸出高时，则相应的装置汽蚀系数为：所以，为满足对吸出高的限制，值可在ZZ440型综合特征曲线图上依工况点查得1.08.同时亦可查该工况点上，由此可初步假定水轮机的效率为.将以上各之代入上式，便可求得：选择标注直径=4.5m.2、效率修正值计算 对轴流转浆式水轮机，叶片在不同转角时的最大效率可用公式计算，即：已知代入上式，则得： 叶片在不同转角时的值可自图ZZ440型水轮机模型综合特性曲线查得，由此便可用上式求的相应于该角时的水轮机最高效率，并将计算结果列于表3-2.表3-2 ZZ440型水轮机效率修正值计算表叶片转角-10-50+5+10+1584.988.088.888.387.286.090.292.292.792.491.790.95.34.23.94.14.54.94.33.22.93.13.53.9 当选取制造工艺影响的效率修正值和不考虑异形部件的影响时，便可计算得不同角时效率修正值为：将的计算结果亦同时列入表3-2中。由附表水轮机主要参数查得在最优工况下模型的最高效率，由此最优工况很接近于的等转角线，故采用效率修正值，这样便可得出原型水轮机的最高效率为： 已知在限制工况模型的效率为：，而该点处于与两等角线之间，用内插法可求得该点的效率修正值为，由此可求得水轮机在限制工况下的效率为： 与假定的效率差小于，所以不用修正。3、转速的计算由于 所以不考虑的修正，由此求得水轮机的转速为：选用与之接近的标准同步转速n=166.74、工作范围的验算 在选定的的情况下，水轮机为： 则水轮机的最大引用流量为：各特征水头下相应的值列表如下:表3-3项目水头（m）383634单位转速()121.69125.03128.65在ZZ440型水轮机模型综合特性曲线图上分别绘出,的直线，三线所包围的水轮机工作范围包含了该特性曲线的部分高效区.所以该设计是不合理的.5、吸出高程的计算由水轮机的设计工况（）在ZZ440型水轮机模型综合特性曲线图上查得相应的汽蚀系数;由设计水头在汽蚀系数的修正曲线图上查得，则可求得水轮机的吸出高为：6、安装高程 （三） 两种方案的比较 由上表可见,HL240型水轮机的转轮直径比ZZ440型的小,而且HL240型水轮机方案的工作范围包含了较多的高效率区域,运行效率较高气蚀系数较小,安装高程较高,有利于提高年发电量和减少电站厂房的开挖工程量.ZZ440型水轮机方案的机组转速较高,有利于减少发电机的尺寸,减低发电机的造价,但是,这种机型的水轮机调节系统的造价较高.根据以上分析,在制造供贷方面没有问题时,初步选定HL240型的方案比较有利.（四） 装置方式的确定在大型水电站中，其数轮发电机组的尺寸较大，安装高程也较低，因此其装置方式多采用竖轴式，这样使发电机的安装位置不容易受潮，机组的转动效率较高，而且水电站厂房的面积较小，设备布置较方便。第四章 水轮机运转特性曲线的绘制 水轮机运转特性曲线是针对原型水轮机绘制的,它直接的反映了原型水轮机在各种工况下的特性,水轮机运转特性曲线是在转轮直径和转速为常数时,以水头H为纵坐标和出力N为横坐标,绘制的几组等值线.1、等效率线.的计算与绘制在水轮机工作水头变化范围内取,三个H值,绘出对应每个H值的工作特性曲线,在该图上作出各效率的直线,与图中的各线相交,读出所有交点的H,N值并将点绘制在HN图上,并连成光滑的曲线,这就是该效率的值的等效率曲线,同理也可以得出其他的等效率曲线。2、出力线的绘制水轮机最大出力受到发电机额定出力和水轮机5%出力贮备线的双重限制，在运转综合特性曲线图上，HHr时的出力线为N=Hr的一段垂直直线，H<Hr时水轮机出力受5%出力贮备线的限制,设计水头点与最低水头点的连线即为出力线.3、等吸出高度线的计算与绘制 等吸出高度线可按下列方法步骤绘制：1根据等效率曲线计算表中和作不同水头下的辅助曲线；2在相应的模型综合曲线上，作以各水头下为常数的平线，它与等气蚀系数线分别相交于许多点，记下各点的和值，并将其列入表中，表中值可由在气蚀系数的修正曲线；3由上述已知的可在辅助曲线上查的相应的N值，并记入表中； 4由公式计算出各值时相应的吸出高，并列入表中； 5根据表中对应的和N作个水头的的辅助曲线，如附图所示；6在的辅助曲线上，作某一（如=-3m）为常数平线，它与该辅助曲线交于许多点，并可得出各交点上的H、N值在各点落在H-N坐标场里并连接成光滑曲线，即为吸出高（=-3m）的等吸出高曲线，如附图。第五章 蜗壳设计一 蜗壳型式的选择 由于所设计的水电站水头小于40m,为了节约钢材,且梯形断面与圆形断面相等时，梯形断面可以沿轴向上下延伸,与圆形相比径向尺寸较小,可以减少厂房的面积和土建投资,所以本设计采用了混凝土蜗壳,并采用平顶梯形断面.二 参数的选择1 断面形式因为,本设计采用了平顶梯形,所以n=0。当n=0时, = 10° 15°, =1.51.7可达到2.0,本设计选用=12°, =1.6。2 包角选择从蜗壳的鼻端至蜗壳进口断面之间的夹角称为蜗壳包角,常用 来表示,对于混凝土蜗壳由于勘测流量较大,允许的流速较小,通常采用 =180°270°,本设计采用 =270°.3 进口平均流速的确定当蜗壳的断面形式及包角 确定后,蜗壳进口断面均流速 是决定断面尺寸的主要参数, 三 蜗壳的水利计算与蜗壳单线图的绘制(1)断面尺寸 根据公式，其中，查水电站设计手册(水利机械卷)表12-15,可知=6.35m =5.5m解得a=3.53m b=5.65m m1=4.15m b0=1.5m(2) 确定中间断面顶角点的变化规律 根据水电站可知中间断面面积Fi与包角 的关系为,所以 是直线,在进口断面做出若干个中间断面,结合已知数据可以求出每个断面的面积Fi. (3)蜗壳单线图的绘制123456.716.3355.9755.5655.0654.4153.533.1602.8002.3901.8901.2004.153.673.262.782.201.44270225180135904518.7615.2812.229.176.113.06第六章 尾水管的设计一 尾水管型式的选择 对于大中型水轮机,为了减少尾水管的开挖深度,均采用弯肘形尾水管二 尾水管尺寸设计由水电设计手册查得HL240型水轮机转轮流道尺寸=1.078，尾水管尺寸采用推荐尺寸.1 进口直锥段进口直锥段是一段垂直的圆锥形扩散管,进口直径为高度为锥管段均设金属里衬,以防止旋转水流对管壁的破坏,对混流式水轮机,单边的扩散角 的最优值为7° 9°,本设计选用8°,进口直径= =1.078=4.42m.2 中间弯肘段(肘管) 肘管是一段90°转角的边截面弯管,其进口断面为圆形,出口断面为矩形,管内一般不设金属里衬。3 出口扩散段出口扩散段是一段水平放置,两侧平行,顶板上翘的矩形扩散管, 倾角一般取10° 15°,当出口断面宽度过大时,可按水工结构要求加设中间设墩,它的厚度取(0.100.15)。4 尾水管尺寸的确定推荐的尾水管尺寸表hLB5D4h4h6L1h5肘管形式适用范围2.54.52.741.321.3520.671.751.31标准混凝土肘管混流式因为 =4.1m,所以可得 h=10.25m L=18.45m B5=11.234m D4 =5.543m h4=5.543m h6=2.747m L1=7.175m h5 =5.371m混凝土标准肘管尺寸表B4L4aR6a1R7a2R82.741.750.4871.1601.4780.8150.1070.782 因为 h4=5.543m 所以可以按上表求出下列各值B4=11.234m L4 =7.175m a =1.997m R6 =4.756m a1=6.06m R7=3.342m a2=0.439m R8=3.206m .三 绘制尾水管平面和剖面单线图见附图第七章 发电机的选择 （一）发电机型式的选择 水轮发电机的结构型式主要取决于水轮机的型式和转速，同时要兼顾厂房的布置要求，本设计水轮机的额定转速n=107.1r/min,故采用伞式水轮发电机.（二）各参数的确定 由机电设计手册表3-11,对照本设计的具体情况选择型号为 SF4556/900的水轮发电机,其主要参数及外形尺寸如下: SF4556/900 型式半伞式 额定容量45MW 效率因数 0.85 额定电压U10500V额定转速n=107.1r/min 飞逸转速235r/min 飞轮力矩GD211500tm2 推力轴承负荷P570t 转子重量GZ250t 定子重量Gd109t 总重量GF500t 最大运输部件外形尺寸8×3×2.6 最大运输部件重量30t 定子铁芯的外径 900cm定子铁芯的内径 842cm 定子铁芯的长度lt=135cm定子机座高度h12590 上机架高度h2838推力轴承h3870 励磁机高度h42070永磁机及转速继电器高度h6455定子支撑面至下机架支承面距离距离h8785转子磁轭轴向高度h101980发电机主轴高度h112035(副)7020(主)定子支承面至发电机层楼高度h3428定子水平线至法蓝底面距离h126120法蓝底面至发电机顶部高程H9055机座外径 10170 风罩内径 12800转子外径 8390 下机架最大跨度 7760（三） 绘制发电机图 见附图第八章调速设备选择（一）调速器选择1、调速功的计算水轮机的调速功A为：式中Q为水轮机在最大水头下以额定出力工作时的流量，可依下式求得：2、判别属大型调速器，则接力器、调速柜和油压装应分别进行计算和选择。（二）接力器的选择1、接力器直径计算采用两个接力器来操作水轮机的导水机构，选用额定油压为2.5MPa，则接力器的直径得：已知导叶数目，为标准正曲率导叶，选取；又导叶的相对高度，由型普表查的为0.365，代入上式得：由此，在表中选择与之接近而偏大的的标准接力器。2、接力器最大行程计算接力器最大行程为：导叶最大开度可由模型的求得：=式中可由设计工况点在模型综合特性曲线上查的为25mm；同时在图上查的：选用水轮机的。将各值代入上式得：=当选用计算系数为1.8时，则3、接力器容积的计算两个接力器的总容积大型调速器的型号是以主配压阀的直径来表征的，主配压阀的直径d=由此在表中选择与之相邻而偏大的DTS100型电气液压型调速器。4、油压装置的选择此处油压装置不考虑空放阀和进水阀的用油，则压力油罐的容积在表中选择与之相邻而偏大的HYZ4型分离式油压装置。