水力机组辅助设备课程设计(共16页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上目录 专心-专注-专业水力机组辅助设备课程设计 第1章 基本情况1.1电站资料某一拟建的坝后式水电站，地处我国南方地区，电站设计水头75m，装机容量为：3500kW。该电站采用联合供水方式，进水阀为液压操作方式，机组为悬吊式机组，配备的调速器具有自动补气功能，水导和下导均为水冷却，无主轴密封用水要求，机组配备有消火供水环管，机组配备有气动刹车装置。根据所选机组的参数及电站的海拔高程计算得：Hs=-0.73m。水轮机尾水管容积为80m，单机技术供水量为5.0L/s，单机润滑油运行用油量为：2.8m，电站绝缘油运行用油量为：2.3m。1.2任务a、设计该电站的油系统。水电

2、站油系统的任务是接受新油，贮存净油，向设备换油和添油，收集污油和废油，污油净化，运行油的取样，化验分析及废油的再生等。b、设计该电站的水系统。 水系统包括供水系统和排水系统。水电站的供水系统包括技术供水、消防供水和生活供水三大部分。技术供水主要是对运行的机组及辅助设备进行冷却和润滑（现基本改为油润滑）；消防供水是为厂房、发电机、变压器及油库等提供消防供水，以便发生火灾时进行灭火；而生活供水主要是指厂区内生产人员用水。排水的目的是排除生产废水，渗漏，检修排水和生活污水，保证水电站设备的正常运行和检修。c、设计该电站的气系统。压缩空气系统的任务，是及时地按质（气压、干燥程度和清洁程度）、按量向用户

3、供气。第2章 油系统设计对于该电站较小,不担负化验分析及废油的再生任务。可取样至最近的大型电站或省、地电力中心实验进行分析、化验。把废油运出去再生。同时,考虑经济技术水平的提升以及油净化设备的造价等,该电站只设置简单的物理方式的油净化设备。2.1油系统设计论证水电站的主要用油为绝缘油和透平油两种。水轮发电机采用凸极式转子，一般转速不高（可结合具体情况），小电站的轴承载荷也不是很大，这里选用粘度较小的HU-20透平油。电站地处我国南方地区，气温较高，选用DB-25绝缘油，根据电站是否装设油开关（断路器等）以及电气主接线（变压器）考虑绝缘油的贮量。由于电站的装机容量不是很大，其变压器较小，设计绝缘

4、油运行用油量为2.3m3。若单独设置绝缘油系统，其管道及相关设备布置、运行较复杂，且绝缘油的更换周期较长，造成绝缘油系统长期空置，利用率不高。综上，该电站只设置透平油系统，不设绝缘油系统，采用移动式油泵对变压器等进行充换油，以简化油系统。2.2系统供油对象及用油量估算电站透平油的主要供油对象:机组的上导推力轴承、下导轴承、水导轴承、高压油泵（顶转子）、调速器和油压装置（蝶阀操作）用油。（一）、透平油系统用油量计算1）运行用油量V1：对于透平油系统指一台机组润滑油量、调速器的充油量及进水阀接力器的充油量和管道充油量之和，即一台机组润滑油量为： Vh =2.8 m3调速器的充油量： Vp =0.4

5、 m3进水阀接力器的充油量：Va=1.5 m3管道充油量： Vg=（Vh+Vp+ Va）*5%=0.235 m3V1=Vh+Vp+ Va +Vg = 2.8+0.4+1.5+0.235=4.94 m32）事故备用油量V2：以最大的一台设备充油量的110%计算，其中10%是考虑油的蒸发、漏损和取样的裕量，即V2=1.1V1max =1.14.94=5.433）补充备用油量V3：设备运行中油的损耗需要补充油，为设备45天的添油量即 V3=V1a45/365 = 4.9410%45/365=0.06 m3式中 a-设备在一年中需要补充油量的百分数，转浆是水轮机取a=15%25%;其他机组取a=5%1

6、0%；变压器取a=5%4）系统总用油量： V=V1+V2+V3 =34.94+5.43+0.063=20.43 m3（二）、绝缘油系统用油量：由于绝缘油用油对象只有主变压器且由设计任务书得其用油量为2.3 m32.3油系统设备选择考虑到油的不稳定性因素，透平油库设在厂内安装场下面水轮机层。（一）透平油贮油设备选择（1）净油桶：贮备净油供设备换油时使用，其容积为 Vj=V2+V3= 5.43+0.18=5.61m3 选用1个Vj=6 m3的油罐；（2）运行油桶：设备检修时排油和净油用。因为它可以兼做接受新油，并与净油桶互用，所以运行油桶和净油桶容积一样。为了替高效率、净化方便，通常设两个油桶，每

7、个油桶容积为总容积的一半。 Vy=Vj=6 m3透平油选用一个Vj=6 m3的油罐；（3）重力加油桶：用于储存净油，作为设备补充添油的装置，其容积为1 m3。（二）透平油净化设备的选择（1）压力虑油机和真空虑油机的选择：按8小时内净化一台最大机组用油量，同时考虑压力虑油机更换滤纸所需时间，计算时应将其额定生产率减少30%，并考虑到真空虑油机工作时往往与压力虑油机串联使用，故虑油机的生产率为： QL=V1max /（10.3）t =2.8/5 =0.5（m3/h）=8.33（L/min）式中 V1max 最大一台设备的充油量，m3; t虑清的时间，透平油取8h。 根据透平油和绝缘油计算出的Q值，

8、选取压力滤油机和真空滤油机：所以由以上的生产率可知选用压力滤油机两台和真空滤油机一台。 （2）油泵的选择：透平油系统输油泵生产率按4h内充满一台机组的用油量计算： Q= V1max /t（m3/h）=4.94/4=1.235（m3/h） =20.58（L/min）式中 V1max 一台机组的充油量，m3； t 充油时间，透平油系统t=4h。由Q值选择透平油的油泵。2.4油系统图及操作说明的拟定透平油系统图图纸课设-1-01。油系统的操作说明如下：表2-2 透平油系统操作程序表序 号工 作 名 称操 作 内 容1接受新油油槽车，阀1，LY-50，阀2、10（11），净油槽（运行油槽）2向设备供油

9、净油槽、阀6,3，KCB，阀4,16（17,18,19,20）3运行油循环过滤阀21（22,23,24,25），5，LY-50，阀4,16（17,18,19,20）4运行油排入油槽阀21（22,23,24,25），5，KCB，阀2,11，运行油槽5污油过滤运行油槽，阀9,3，LY（ZLY），阀2,10，净油槽6废油排出运行油槽、阀9,3，KCB，阀1，油槽车7事故排油阀14（15），事故排油池第3章 气系统设计3.1 压缩空气系统的任务和组成压缩空气系统的任务，是及时地按质（气压、干燥程度和清洁程度）、按量向用户供气。为了完成上述任务，压缩空气系统应由空气压缩装置、供气管网和量测控制元件组成：

10、（1） 空气压缩装置及其附属设备：水电站中常用的空气压缩设备是活塞式空气压缩机，其附属设备包括贮气罐、气水分离器和空气冷却器等。（2） 供气管网：由干管、支管和各种管件组成，其任务是把压缩空气按要求输送给用户。（3） 量测控制元件：包括各种自动化测量机监控元件，用以保证设备的安全运行和向用户按质按量供气。 3.2供气方式在水电站中，各个用气对象可以自成为一个压缩空气系统，也可把供气压力相近的用气对象组成一个综合压缩空气系统。对于该电站采用综合压缩空气系统，仅分为高、低压两个系统，这样可以减少压缩设备总容量，节省投资，设备可以互为备用以提高气源的可靠性，同时设备集中也便于运行管理。这样设计也符合

11、规程要求的在设计水电厂的压缩空气系统时，应首先考虑建立综合系统的可能性与合理性。3.3 供气对象由于空气压缩系统均设在厂内，故气系统有厂内高压气系统和厂内低压气系统等组成。对于该电站，其高、低压气系统可考虑如下：（1） 高压气系统该电站进水阀为液压操作，需设高压气系统，这里共用一套油压装置；调速器具有自动补气功能，无需提供高压气，故该电站的高压气系统用气对象只有进水阀的接力器（油压装置）。（2） 低压气系统由电站基本资料知电站位于我国南方地区，无需考虑防冻吹冰要求；电站容量35000kW，属于中小型电站，无需承担调相任务；机组配备有气动刹车装置，需要提供低压气；电站安装、检修和清洁吹扫需要用气

12、；蝶阀空气围带需要用气。故该电站的低压用气对象有制动刹车、围带和检修、吹扫。3.4高、低压气系统管道选取高、低压气系统设备及管道选取，可参考国内已建成电站，也可自行按规程选取。这里选总管的管径为50mm，支管取为20mm。3.5气系统图及操作说明的拟定高压气系统图见附图3-1和附图3-2。3.5.1高压气系统操作说明高压气系统设置两台空压机，其中一台工作，一台备用。考虑到自动化程度的提高，两台压气机可均设置为自动、备用和手动状态。当压气机设在自动和备用状态时，若贮气罐中气压下降到工作压气机起动压力时，工作压气机起动，向贮气罐供气。当工作压气机故障或油压装置用气量过大时，导致贮气罐气压下降到备用

13、压气机起动压力时，备用压气机起动，向贮气罐供气。当压气机设在手动状态时，可由运行人员控制向贮气罐供气，以满足运行要求。各个压气机供气管道均布置有温度信号器1WX（2WX）、电磁阀1DCF（2DCF）和气水分离器。当压气机供气温度过高时，可通过对应温度信号器发出预告信号或停止压气机；电磁阀1DCF（2DCF）可在空气机起动时，延时闭合向贮气罐供气（实现减压起动功能），压气机停止时电磁阀打开，为下次起动准备条件，并排出气水分离器中的凝结水。贮气罐上设置三个压力信号器，分别对应工作压气机起动、备用压气机起动和压气机停止信号。油压装置内需要补气时，通过液位信号器YW向电磁阀3DCF发出打开信号，直至达

14、到预定压力，关闭电磁阀3DCF。3.5.2低压气系统操作说明低压气系统向贮气罐供气过程类似于高压气系统，只是考虑低压气系统的气压相对较低，管道可不设温度信号器。由于低压气系统向水轮机检修围带供气、蝶阀空气围带供气和检修吹扫用气等过程简单，这里不再赘述。下面主要论述制动装置系统的工作过程（由于一般油压顶转子也作于该系统图中，故也加以论述）。1.制动操作自动操作：机组在停机过程中，当转速降低到规定值（通常为额定转速的35%）时，由转速信号器控制的电磁空气阀3DCF自动打开，压缩空气进入制动闸对机组进行制动。制动延时由时间继电器整定，经过一定时限后，机组停止转动，电磁空气阀3DCF复归，制动闸与大气

15、相通，压缩空气排出，制动完毕。排气管最好引到厂外或地下室，以免排气时在主机室内产生噪音和排出油污，吹起灰尘。手动操作：当自动化元件失灵或检修时，可手动操作阀1制动，制动完毕时由阀2排气。制动装置中的压力信号器是用于监视制动闸的状态，其常闭点与自动开机回路串联，当制动闸处于无压状态（即落下）时，才具备开机条件。2.顶转子切换三通阀使制动环管接通高压油泵，把油打入制动闸，使电机转子抬起规定高度。开机前放出制动闸中的油，打开排油管阀把油排至回油箱。制动闸和环管中的残油可用压缩空气吹扫。三通阀至制动闸的管道需承受高压，故均采用无缝钢管，其管件也根据油压而采用相应的高压管件。第4章 供水系统设计4.1用

16、水对象 (1)机组轴承冷却器该电站的水导和下导均为水冷却,而机组为悬吊式机组,则上导推力轴承处承力较重,摩擦较大,冷却用油量也大,故上导推力轴承处也为水冷却对其油盆进行冷却。 (2)发电机空气冷却器发电机转子运转时，产生大量热量，可采用空气冷却器及时进行散热，保证机组的正常运行，而为了保证空气冷却器的散热效果，需对其进行水冷却，以向外传递热量。（3）厂内生活用水厂内存在少量而又必须的生活用水，满足运行人员需要。（4）厂房及机组消防用水水电站中有各种各样的易燃物，所以，在运行中除加强防范外，还应采取有效的防火措施。用水灭火具有效果好，费用低，方便量足和易得的优点。所以，水电站都设有防火供水系统，

17、专门供厂区，厂房，发电机（该机组配备有消火供水环管）和油系统等的消防用水。4.2 水源及供水方式该坝后式水电站设计水头75m，远大于用水设备的承压能力，可采用上游自流或下游水泵供水方式，当采用上游取水时，需要加设减压阀，这样浪费能量。粗略计算如下，考虑下游水泵供水时的折算的浪费能量，上游供水方式（加减压阀）时的净浪费水头H=(75-30)90%=36m，单机技术供水量为5.0L/s，故机组满负荷24h能够发出电能E=9.81（0.0053）3690%3600=17164kW，并网电价按0.3元/kW，则增加收入W=0.317164=5149（元），长期推算则少收入的资金将远大于下游水泵的投资。

18、这里选用下游水泵供述方式，以满足机组的技术供水。当采用水泵供水时，至少有一台机组发电，这样技术供水管道中才能有水，这不满足生活及消防用水要求，尤其是消防水的供给。为了保证厂房内消防水的可靠性，当生活区距离厂房较近时，可直接从厂区生活水塔取水，以作为厂内生活和消防供水要求，同时水塔也可提供厂区的消防水等，对于该电站方案适用。4.3供水系统管径选择 管径选择是通过流量和经济流速来加以确定的，计算公式如下；d= （m） （4-1）其中 ： Q 管道通过的最大设计流量 v 管内的经济流速 （m/s），其值为：水泵吸水管v=1.2-2.0， 水泵压水管v=1.5-2.5，自流供水管v=1.5-7.0（水

19、头为15-60m）， v=0.6-1.5（水头15m）；由于本电站是中小型电站，供水干管管径选80mm管径。经过校核，均能满足要求，实际上，有的管道应该注意与设备配有的尺寸相结合，这时，采用活接头把管道两端连接起来。4.4 供水系统图及操作说明的拟定供水系统图图纸课设-3-01。操作说明如下：1、供水井设两台潜水泵，一台工作，一台备用，可互相切换。设1#为工作泵，2#为备用泵，则1#泵随机组开机继电器而起动，向技术供水干管供水，当1#泵故障或机组用水量过高，而造成技术供水干管压力下降到备用泵起动压力时，2#泵起动供水。该过程中，电磁阀1DCF也在机组开机时，随开机继电器打开，向对应机组供冷却水

20、。2、技术供水干管装安全阀，防止供水管道因为故障而造成压力过高，破坏管道及设备，在达到预定压力时，可通过安全阀将水压卸掉。3、技术供水在进入用水设备前，必须经过过滤，所以在用水设备前加设滤水器，由于技术供水对供水水质要求相对较高，所以，滤水器也应有相应的精度，才能满足一切。在这里，采用转动式滤水器，因其能边工作边清洁水，和固定式相比，要优越的多。同时应在滤水器前后装设压力表，也可以采用压差信号器。为减少滤水器投资及考虑实际运行情况，本电站在技术供水干管上设置一台滤水器，并使进出水管平直、附件少，安装检修、运行操作方便。4、为提高电站的自动化水平，机组消防采用自动灭火装置，在发电机风罩内装设探测

21、器，在探知火情后，立即将信号送至中控室报警、记录、并使消防自动控制装置中的电磁阀2DCF开启，压力水进入环管来灭火。排水电磁阀3DC平时是开启，将电磁阀2DCF的漏水泄入排水系统。集水罐中有液位信号器1YW,当排水管堵塞或漏水量过大时,发出信号。在发电机着火时，由火灾报警装置的信号将电磁阀3DCF关闭。5、2#和3#机组的供水同1#机组。第5章 排水系统设计5.1排水系统的分类和对象水电站的排水可分为生产用水排水，渗漏排水和检修排水三大类（1）生产用水排水生产用水排水包括：发电机冷却器冷却水，发电机推力轴承和上下导轴承油冷却器的冷却水等。生产用水排水量较大，设备位置较高，一般能靠自流排至下游，

22、习惯上把其列入技术供水系统。因而，下面着重介绍以下两种排水。（2）渗漏排水 机械设备漏水主要有：水轮机顶盖与大轴密封漏水、蜗壳及尾水管进人孔盖的漏水。下部设备的生产排水如：冲洗滤水器的污水；气水分离器及贮气罐排水等。这里将其也归入渗透排水系统，地面排水。厂房下部生活用水排水。（3）检修排水检修排水包括水轮机蜗壳，尾水管和压力钢管内的积水。5.2排水方式当检查维修机组时，必须将水轮机蜗壳，尾水管和压力钢管内的积水排出。该电站的尾水管容积为80m，检修排水量大，电站吸出高为：Hs=-0.73m，高程很低，只能利用排水设备加以排除。为了加速机组检修，排水时间尽量要短。若排水系统采用渗漏排水和检修排水

23、不分开的排水系统，要校核集水井的的高程，以保证厂房安全；采用渗漏排水和检修排水不完全合一和不分开的改进系统时，检修排水和渗漏排水联系较大，检修排水必须采用离心泵，而渗漏排水则为了满足经济运行和自动化水平，现在多采用潜水泵，二者若要进行切换，存在矛盾。综上，这里选用渗漏水和检修排水分开的排水系统。其中，渗漏排水水量较小，不集中难以用计算方法加以确定，在厂房内部分布，位置低，不能直接排至下游，通过设置集水井，将水电站厂房内的渗漏水经排水管、沟汇集到集水井中，用潜水泵排到厂外。检修排水量不算太大，设置廊道排水，造价过高，这里采用直接排水方式，通过离心泵排至下游，同时，离心泵在机组检修时才使用，多为手

24、动方式，安全可靠，平时可易于维护保养。通过上述设计，可满足规程对排水系统的基本要求，即保证将渗漏和检修积水及时、可靠、安全的排除。5.3 排水系统管径选择实际设计中，技术排水管径一般要略大于技术供水管径即可，渗漏和检修排水结合排水泵选定，即可从水泵资料中查得其进、出口直径，排水管道中可按此直径和水泵流量进行水力计算，核算是否满足扬程和吸出高度要求，如不满足，可适当加大管径再算。当需过分加大管径时，亦可改选扬程和吸出高度较高的水泵。5.4 排水系统图与操作说明的拟定排水系统图见图纸课设-3-02。操作说明如下：该系统采用两台渗漏排水泵和两台检修排水泵，其中，检修排水泵配有真空泵。整个设备可以集中

25、布置在同一水泵房内。渗漏排水采用集水井排水方式，两台潜水泵互为备用，由集水井液位信号器自动控制。检修排水采用直接排水方式，水泵经主管与各机组尾水管排水管相连。机组检修时，打开该机组尾水管排水管上的阀门，启动真空泵给水泵抽气引水，水泵即可启动排水。参考文献1 陈存祖、吕鸿年合编：水力机组辅助设备，水利电力出版社，1994年。2 范华秀主编水力机组辅助设备，水利电力出版社，1997年。3 湖北省水利勘测设计院编：小型水电站机电设计手册（水利机械），水利电力出版社，1985年。4 武汉水利电力学院、华中工学院编：水利机组测试技术，电力工业出版社，1982年。5 给水排水设计手册：中国建设工业出版社，1986年。6 水利水电建设总局编：水电站机电设计手册，（水利机械），水利电力出版社，1983年。7 丁浩编：水电站有压引水系统非恒定流，北京水利电力出版社，1991年。8 哈尔滨大电机研究所编：水轮机设计手册，机械工业出版社，1976年。9 刘玺延、熊远军、斯良钊合编：小型水电站发电设备手册，水利出版社，1982年。10 金钟元、伏义淑合编：水电站， 北京：中国水利电力出版社，2000年。11 天津大学水利系主编：小型水电站（中册），水利出版社，1979年。12 水电站机电设计手册编写组，水电站机电设计手册(水力机械)，水利电力出版社，1983。