水电站--课程设计(共31页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上 某水电站厂房初步设计课程设计学生姓名: 学 号: 专业班级: 水利水电(2)班 指导教师: 二一三年九月二十七日专心-专注-专业目 录附图4:HL220型水轮机综合特性曲线图29第一章 工程概况本电站是一座引水式径流开发的水电站。拦河坝的坝型为5.5米高的砌石滚水坝,在河流右岸开挖一条356米长的引水渠道,获得平均静水头57.0米,最小水头50m,最大水头65m。电站设计引用流量7.2立方米每秒,渠道采用梯形断面,边坡为1:1,底宽3.5米,水深1.8米,纵坡1:2500,糙率0.275,渠内流速按0.755米每秒设计,渠道超高0.5米。在渠末建一压力前池,按地形和
2、地质条件,将前池布置成略呈曲线形。池底纵坡为1:10。通过计算得压力前池有效容积约320立方米。大约可以满足一台机组启动运行三分钟以上,压力前池内设有工作闸门、拦污栅、沉砂池和溢水堰等。本电站采用两根直径1.2米的主压力钢管,钢管由压力前池引出直至下镇墩各长约110米,在厂房前的下镇墩内经分叉引入四台机组,支管直径经计算采用直径0.9米。钢管露天敷设,支墩采用混凝土支墩。支承包角120度,电站厂房采用地面式厂房。第二章 有关设计资料2.1 厂区地形和地质条件水电站厂址及附近经地质工作后,认为山坡坡度约30度左右,下部较缓。沿山坡为坡积粘土和崩积滚石覆盖,厚度约1.5米。并夹有风化未透的碎块石,
3、山脚可能较厚,估计深度约22.5米。以下为强风化和半风化石英班岩,厂房基础开挖至设计高程可能有弱风化岩石,作为小型水电站的厂址地质条件还是可以的。2.2 水电站尾水位厂址一般水位10.0米。厂址调查洪水痕迹水位18.42米。2.3 对外交通厂房主要对外交通道为河流右岸的简易公路,然后进入国家主要交通道。2.4 地震烈度本地区地震烈度为六度,故设计时不考虑地震影响。第三章 水轮机型号及主要参数选择本水电站的最大水头Hmax=65m,最小水头Hmin=50m,平均水头Hav=57.0m;水轮机的装机容量Ny=3380kW,装机台数4台,单机容量Ny1=845kW。对于引水式电站,设计水头Hr=Ha
4、v=57m。电站设计引用流量QP=7.2m3/s,单机引用流量QP1=1.8m3/s。3.1 水轮机型号选择根据该水电站的水头变化范围5065m,查水电站(第四版),河海大学,刘启钊主编P79表3-6水轮机系列型谱中查出合适的机型有HL220、HL230。3.2 主轴及蜗壳形式选择3.2.1 主轴本电站为小型引水式电站,引用流量小,为减少厂房的开挖量及高度,采用卧轴式。3.2.2 蜗壳本电站为小型引水式电站,引用水头较高,因此采用金属蜗壳为宜。通常情况下,金属蜗壳断面为圆形,包角。本设计中也是如此。3.3 HL220型水轮机方案的主要参数选择3.3.1 转轮直径D1计算查水电站(第四版),河海
5、大学,刘启钊主编P79表3-6可得HL220型水轮机在限制工况下:单位流量,效率。由此可初步假定原型水轮机在该工况下的单位流量,效率假设为89.15%。转轮直径D1按下式计算:(3-1)式中Nr水轮机的额定出力,845kW;Hr水轮机的设计水头,对于引水式水电站取为平均水头,57.0m;原型水轮机单位流量,初步假定;与相应的原型效率,假设为89.15%。根据计算结果,D1=0.44m,选择与之相近且偏大的轮转标称直径D1=0.5m。3.3.2 转速n的计算查水电站(第四版),河海大学,刘启钊主编P79表3-6可得HL220型水轮机模型在最优工况下的单位转速=70.0r/min。水轮机的转速n按
6、下式计算:(3-2)式中原型水轮机最优工况下单位转速,初步假定=70r/min;Hav水轮机的平均水头,57.0m;D1水轮机的轮转直径,由3.2.1计算可得,0.5m。由式(3-2)得,n=1057r/min,若选择的偏大同步转速的1500r/min,则相差太大,不宜。故选用与之接近而偏小的同步转速1000r/min。3.3.3 效率及单位参数修正查水电站(第四版),河海大学,刘启钊主编P79表3-6可得HL220型水轮机模型最高效率Mmax=91.0%,模型的转轮直径D1M=0.46m。对于混流式水轮机,当水头H150m时,原型效率按下式计算:(3-3)效率修正值为,则原型的效率为:(3-
7、4)按下式判定是否对单位转速进行修正:(3-5)由式(3-5)可知,此时单位转速可不加修正,同时,单位流量也可不加修正。由上可见,原假定的是正确的,那么上述计算及选用的结果D1=0.5m、n=1000r/min也是正确的。3.3.4 工作范围的检查水轮机在Hr、Nr下工作时,其(3-6)则水轮机的最大引用流量为(3-7)与特征水头Hmax、Hmin和Hr相对应的单位转速为(3-8)在HL220型水轮机模型综合特性曲线图上分别绘出、的直线,如附图4所示,由这三根直线所围成的水轮机工作范围基本并末包含该特性曲线的高效率区。但是考虑到修改转轮直径对其工作范围影响不太,若修改其同步转速使之达到1500
8、r/min,则估算其单位转速可达100-110 r/min,更加偏离高效率区。因此,对于HL220型水轮机方案,所选定的参数D1=0.5m和n=1000r/min是合理的。3.3.5 吸出高度的HS计算由水轮机的设计工况参数,在曲线图上查得相应的气蚀系数约为 =0.104,气蚀系数修正值0.022(当HP57.0米时)。可按下式计算水轮机的吸出高度:(3-9)式中水轮安装位置的海拔高程,本设计取为下游水位一般水位10.0m;模型气蚀系数,0.104;气蚀修正系数,0.022;水轮机水头,本设计取为设计水头57.0m。计算式(3-9)得,水轮机的吸出高度HS=2.81m。3.3.6 飞逸转速nf
9、的计算(3-10)式中模型最大可能开度的单位飞逸转速,133r/min;Hmax水轮机最大水头,65m。3.4 两种方案的比较分析为了便于比较分析,现将两种方案(HL230型水轮机方案的主要参数选择,引用他人计算成果)的有关参数列入表3-1中:表3-1水轮机方案参数对照表序号项目HL220HL2301模型转轮参数推荐使用的水头范围(m)508535652最优单位转速n10(r/min)70.0713最优单位流量Q10(L/s)10009134最高效率hMmax(%)9190.75气蚀系数s0.1040.176原型水轮机参数工作水头范围(m)506550657转轮直径D1(m)0.50.58转速
10、n(r/min)100010009最高效率hmax(%)0.91150.910910额定出力Nr(kW)84584511最大引用流量Qmax(m3/s)1.6951.76512吸出高度HS(m)2.810.299由表3-1可见,两种机型方案的水轮机转轮直径D1相同,均为0.5m,。但HL220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小电站厂房的开挖量。故选择HL220 型水轮机方案,即:选定水轮的型号为HL220WJ50。第四章 机电设备4.1 水轮机对机组转轮的直径小于1m、吸出高度为正值的水轮机,常采用卧轴装置,以降低厂
11、房高度。而且卧式机组的安装、检修及运行维护也方便。由上述水轮机的参数计算以及水电站的类型可以确定水轮机装置方式采用卧轴式,水轮的型号为HL220WJ50。台数:四台;重量:7000Kg;型号:HL702(220)WJ50;参考价格:22000元/台;额定转速:n1000n/min设计水头:HP57.0m;设计流量:QP1.8m3/s;额定出力:N845KW;4.2 调速器(自动调速器)调速器一般由调速柜、接力器、油压装置三部分组成。中小型调速器的调速柜、接力器和油压装置组合在一起,称为组合式;大型调速器分开设置,称为分离式。中小型调速器是根据计算水轮机所需的调速功A查调速器系列型谱表来选择的。
12、反击式水轮机的调速功A(Nm)的经验公式: Q为最大水头下额定出力时的流量为=1.33。故本设计选用中小型调速器,油压装置与调速器组合在一起,根据调速器系列型谱表选用自动调速器,型号为XT300。型号:XT-300;台数:四台;接力器全行程:150mm;接力器全行程时间:1.55s;外形尺寸:长宽高(mm)163510001785;重量:1081Kg;参考价格:20000元;4.3 发电机选择与水轮机单机容量相匹配的发电机,型号为SFW118/44-6。发电机主要参数,如下所示:台数:四台;型号:SFW118/44-6;额定功率:800KW;额定电压:6300V;发电机总重:6500Kg;co
13、s0.8;额定转速:n=1000n/min;飞逸转速:np1800n/min;外形尺寸:长宽高(mm)319015301500;参考价格:65000元/台;4.4 蝶阀 快速阀门有:平板阀、蝴蝶阀、球阀。本设计根据水头和输水要求采用蝴蝶阀,蝶阀由阀壳和阀体组成,具体参数如下图4-1所示:0.8m手电动操作;重量:阀体340Kg;活门:277Kg;启闭方式:电动操作;主要尺寸:a=1730mm;b=880mm;c=350mm;d=850mm;e=470mm。图4-1立式蝴蝶阀外形示意图4.5 桥式起重机水电站必不可少起重设备,安装、检修等都需要起重设备,本设计采用洛阳市洛北起重设备厂生产的SDQ
14、手动单梁起重机,具体参数如下:型号:SDQ手动单梁起重机; 台数:一台;起重量:10000千克;跨度:11.0米。第五章 电气主结线及电气设备布置:电站采用单母线分段接线,1号和2号发电机组的出线经高压开关接至6.3KV母线为一组。另一组由3号和4号发电机组组成。每一组各自通过主变接入35KV高压母线,二段母线之间用高压开关连接,厂用电由发电机母线经变压器送至380V母线。根据电站主结线,水电站内应布置下列配电设备:高压开关柜共13只,其中:1、2、3、4发电机开关柜共4只,6.3KV母线联络柜2只;主变开关柜4只;近区用电柜1只;厂用高压柜1只;备用1只。如图5-1所示:开关柜尺寸:长宽高1
15、.21.23.2米。低压控制盘7面;直流盘1面;同期盘一面;低压继保盘7面;励磁盘4面;机旁盘4面。表盘尺寸:宽90cm,厚60cm,高210240cm。主变两台:型号:SJ6-3200/35/6.3KV y/-11。每台总重量:8770Kg,外形尺寸:长宽高279028252815mm。厂变一台:型号:SJ30/6.3/0.4KV y/y-12。总重量:312Kg;外形尺寸:长宽高:975408930mm。变电站面积(主变压器场和高压开关站):2520m。图5-1电站主结线图第六章 主要控制高程的确定6.1 水轮机的吸出高度和安装高程由3.3.5可知,水轮机的吸出高度HS =1.15m。卧轴
16、混流式水轮机的安装高程,即主轴中心线的位置高程,按式(6-1)计算:(6-1)式中设计尾水位,10.0m;Hs水轮机的吸出高度,2.81m;D1水轮机的转轮标称直径,0.5m。由上式计算得水轮机的安装高程Zs=12.56m。6.2 水轮机层的地面高程由附图2:水轮发电机组剖面图B-B和附图3:水轮发电机组横剖面图A-A可知,水轮机主轴中心线到水轮机地面高程的距离为750mm,那么水轮机地面高程为11.81m。6.3 尾水设计及相关高程6.3.1 尾水管设计图6-1尾水管尺寸示意图本电站为小型电站,为减少开挖量,尾水管采用弯锥形,如附图3所示。尾水管直锥段某些部位尺寸如图3-1所示,计算如下:尾
17、水管直锥段进口宽度D3=D1+1.0cm=50+1.0=51.0cm=0.51m;直锥段长度L=4D3=40.51=2.04m;尾水管出口到底板距离h=1.5D3=1.50.51=0.765m,取0.8m;圆锥角q=14o,半圆锥角q/2=7o尾水管出口宽度D4=,圆锥角稍作改动,取为1.0m; b=1.2D3=1.20.51=0.612m,c=0.85D3=0.850.51=0.434m;尾水管出口高程=11.81-2.04=9.77m。由于本水电站的最低尾水位为10.0m,所以淹没深度为0.23m,且一般小型水电站尾水管出口应有0.51m的淹没深度,且降低尾水室顶部高程,与蝶阀坑相互错开,
18、以利于布置,所以,在尾水管出口加长一段圆管,长度为0.50m。那么尾水管出口高程为9.77-0.5=9.27m。尾水管底板高程=尾水管出口高程-h=9.27-0.80=8.47m。取底板厚度为0.5m,那么基础开挖高程为8.47-0.5=7.97m。6.3.2 尾水室设计 求出c=0.434,b=0.612,所以尾水室的宽度为B=0.612+0.612+1.0=2.22m。该水电站的设计引水流量7.2立方米每秒,并且由于有4个水轮机所以,尾水室的流量,经济流速,。所以该尾水室的宽度取2.3m,高度取1.3m。6.3.3 尾水渠设计尾水渠的流量,经济流速,。所以该尾水渠的宽度取2.3m,高度取1
19、.3m。每台机组设置单独的平板尾水闸门,尺寸:2.5m2.0m。6.4 吊车轨顶高程本水电站为卧式机组,各部分组件吊装相对独立,不会互相干扰。各组件从安装间起吊,近直线地到达预定安装位置。装机顺序由远及近、由大到小依次安装。本来最大吊运部件为2m2m,根据厂房设备的起吊情况,选择洛阳市洛北起重设备厂生产的SQD手动单梁起重机。吊车轨顶高程按下式计算:(6-2) 式中,水轮机地面高程,11.81m;h7地面以上固定机组最大部件高度,为水轮机部分,1.3m;h8吊运部件与固定的机组或设备间的垂直净距,0.8m;h9最大吊运部件的高度,蜗壳,2.0m;h10吊运部件与吊钩之间的距离,1.2m;h11
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