水电站的机电初步设计

热能与动力工程毕业设计目录摘要- 1 -原始资料- 2 -第一章水轮机的选型设计- 3 -第一节 水轮机型号选定- 3 -一、水轮机型式的选择- 3 -二、拟定机组台数- 3 -第二节 原型水轮机主要参数的选择- 4 -HL260/D74转轮型号主要参数的选择- 4 -第三节 较优方案选择- 10 -一、试算各初选方案在最大水头和平均水头下的单位流量 - 10-二、初选较优方案- 11 -三、反算设计水头- 11 -第四节 技术经济指标计算- 12 -一、动能经济指标- 12 -二、机电设备投资和耗钢量- 12 -第五节 最优方案选择- 16 -一、水力机械投资估算表- 16 -二、电气部分投资估算- 17 -三、水轮机方案比较机电投资总表- 17 -四、水轮机方案比较综合表- 18 -五、最优方案的选择- 19 -六、最优方案吸出高度的计算- 19 -第六节 最优方案的进出流水道计算- 20 -一、蜗壳计算- 20 -二、尾水管计算- 23 -第七节 绘制厂房剖面图- 24 -一、水轮发电机外形尺寸估算(如图所示)- 24 -二、厂房各高程的确定- 27-三、厂房宽度的确定- 28-四、厂房长度- 29 -第二章调节保证计算及调速设备的选择- 30 -第一节 调节保证计算的任务和标准. . . .30第二节 设计水头下甩全负荷. . . . . . . . . . . . . . . .- 30-一、已知计算参数-30-二、管道特性系数- 31 -四、转速上升计算- 33 -第三节 最大水头甩全负荷- 34 -一、管道特性系数- 34 -二、水击压力升高计算- 36 -三、转速上升计算- 36 -第四节 调速设备的选择- 37 -一、调节功计算及接力器的选择- 37 -二、调速器的选择- 38 -三、油压装置的选择- 38 -第三章辅助设备- 39 -第一节 气系统- 39 -一、气系统用户- 39 -二、供气方式- 39 -三、设备选择计算- 39 -第二节 水系统- 44 -一、技术供水系统- 44 -二、消防和生活供水- 47 -三、检修排水- 49 -四、渗漏排水计算- 51 -第三节 透平油系统- 52 -一、透平油系统供油对象- 52 -二、用油量估算- 52 -三、油桶和油处理设备选择- 53 -第四章电气部分- 54 -第一节 接入系统设计- 54 -一、接入系统分析- 54 -二、估算送电容量- 54 -三、确定可行方案- 54 -四、选择送电线路的截面- 55 -第二节 电气主接线设计- 56 -一、发电机侧- 56 -二、送电电压侧. .-57-三、近区负荷侧- 58-四、电厂自用电侧- 58 -第三节 短路电流计算- 59 -1、选取基准值- 59 -2、化简电路图- 59 -第四节 电气设备选择- 69 -一、断路器和隔离开关的选择- 69 -二、电流互感器选择- 72 -三、电压互感器的选择- 72 -四、发电机出口母线选择- 73 -五、电气设备选择列表- 73 -附表- 74 -附图- 78 -参考文献- 79 - 79 -摘要本设计是根据提供的原始资料对凤江水电站的机电初步设计，设计内容共分为四章：水轮机主机选型，调节保证计算及调速设备选择，辅助设备系统设计，电气一次部分设计。第一章水轮机选型设计是整个设计的关键，根据原始资料，初步选出转轮型号为HL260/D74，共有10个待选方案。根据水轮机在模型综合特性曲线上的工作范围，初步选出3个较优方案，再根据技术经济性及平均效率的比较在较优方案中选出最优方案最终选出的最优方案水轮机型号为HL260/D74，二台机组，转轮直径6.0m，转速107.1r/min，平均效率89.82%。计算最优方案进出水流道的主要尺寸及厂房的主要尺寸，绘制厂房剖面图。第二章调节保证计算及调速设备的选择中由于本电站布置形式为单机单管，所以只对一台机组甩全负荷情况进行计算。调节保证计算及调速设备选择中分别在设计水头和最高水头下选取导叶接力器直线关闭时间，计算相应的和，使55%，并选取接力器、调速器和油压装置的尺寸和型号。第三章辅助设备设计中分别对水、气、油三大辅助系统设计，按照要求设计各系统的工作方式并按照各计算参数选出油罐、水泵及储气罐和空压机等设备。第四章电气一次部分设计中，按照设计要求，先对接入系统进行设计计算，本设计中送电线路电压等级220KV，3回线路，送电导线型号；接着进行主接线设计，对发电机电压侧、送电电压侧、近区负荷侧及电站自用电侧四部分考虑。发电机电压侧选用单元接线，选取主变型号为，送电电压侧选用五角形，近区负荷送电线路电压等级110KV，采用发电机出线接线，通过近区变压器升压送电，近区变压器型号为。自用电负荷侧采用暗备用的接线方式。然后进行短路计算，按设计要求，取发电机出口侧、主变高压侧和近区变压器侧进行短路计算，分别求出的有名值；最后，按照额定电压和电流选取电气设备进行校验，至此，本设计完成。关键字：水轮机主机选型；水电站机电设计；蜗壳；尾水管；厂房；水轮机调节保证计算；水电站辅助设备；油、水、气系统；电气一次。原始资料凤江水电站位于湖南省西部凤江上，电站将向衡阳等地供电。凤江水电站，坝址选在衡县上游20公里处，该处河谷狭窄、山势陡峻，地质条件好。电站装机情况：Hmax(m)Hp(m)Hmin(m)N装机（MW）利用小时（h）保证出力（MW）8067553802700110千年一遇洪水尾水位130.5米该地区温暖多雨气候，春麦间多梅雨，年平均气温17摄氏度，最高气温43.1摄氏度，最低气温-8.5摄氏度。本电站建成后，将承担峰荷，并有部分时间担任基荷，有调相任务。本电站将在距电站95公里处的衡阳变电所接入系统，并向衡县供电3-4万千瓦。第一章 水轮机的选型设计第一节 水轮机型号选定一、水轮机型式的选择根据水电站原始资料，适合此水头范围水轮机的类型有混流式。根据混流式水轮机的优点：1、 比转速范围广，适用水头范围广；2、 结构简单，价格低；3、 装有尾水管，可减少转轮出口水流损失。因此，选择混流式水轮机。根据本电站水头范围，初步选择HL260/D74作为该电站的转轮型号。表1-1 HL260/D74转轮型号的相关参数各种参数最优工况限制工况导叶相对高度b00.28D10.28D1单位转速n(r/min)79.0单位流量Q（m3/s）1.080247效率（%）92.789.4模型空化系数m0.1230.143比转速： 取ns=230二、拟定机组台数表1-2 拟定的机组台数台数单机容量/MW21903126.67495576第二节 原型水轮机主要参数的选择根据电站建成后，在电力系统的作用和供电方式以及电站运行的灵活性和检修的要求，初步拟定为2台、3台、4台、5台四种方案进行比较。HL260/D74转轮型号主要参数的选择（一）、2台1、计算转轮直径由水轮机P169页可知，水轮机额定出力：（1-1）式中-发电机效率，取0.98-机组的单机容量由水轮机型谱可知，取最优单位转速与出力限制线交点的单位流量为设计工况点单位流量，则可取，对应的模型效率，暂取效率修正值，模型最高效率为。（1-2）式中：Pr水轮机出力，KW.Q11r设计工况下的单位流量，m3/s.原型水轮机效率.Hr设计水头，初步设计时，对坝后式水电站Hr=0.95Hp=0.9567=63.65m按我国规定的反击式水轮机转轮标准直径系列表（见水轮机表1-3），计算值介于标准值6.0m和6.5m之间，现取D1=6m。当D1=6m时2、计算原型水轮机的效率3、同步转速的选择此值介于标准值和之间，两者都取。4、计算水轮机的运行范围最大水头、平均水头和最小水头对应的单位转速当n=107.1r/min时当n=115.4r/min时（二）、3台1、计算转轮直径由水轮机P169页可知，水轮机额定出力：式中-发电机效率，取0.98-机组的单机容量计算值介于标准值和之间，两者都取。当D1=4.5m时2、计算原型水轮机的效率3、同步转速的选择此值介于标准值到之间，两者都取。4、计算水轮机的运行范围最大水头、平均水头和最小水头对应的单位转速当n=136.4r/min时当n=150r/min时当D1=5m时2、计算原型水轮机的效率3、同步转速的选择此值介于标准值和之间，两者都取。4、计算水轮机的运行范围最大水头、平均水头和最小水头对应的单位转速当n=125r/min时当n=136.4r/min时（三）、4台1、计算转轮直径由水轮机P169页可知，水轮机额定出力：式中-发电机效率，取0.98-机组的单机容量计算值介于标准值和之间，取4.1m。当D1=4.1m时2、计算原型水轮机的效率3、同步转速的选择此值介于标准值到，两者都取。4、计算水轮机的运行范围最大水头、平均水头和最小水头对应的单位转速当n=150r/min时当n=166.7r/min时（四）、5台1、计算转轮直径由水轮机P169页可知，水轮机额定出力：式中-发电机效率，取0.98-机组的单机容量此值介于标准值和之间，取3.8m。当D1=3.8m时2、计算原型水轮机的效率3、同步转速的选择此值介于标准值到，两者都取。4、计算水轮机的运行范围最大水头、平均水头和最小水头对应的单位转速当n=166.7r/min时当n=187.5r/min时（五）、HL260/D74各个初选方案列表如下表1-3 HL260/D74各个初选方案装机台数单机容量kW标称直径m方案同步转速r/min水头m转速r/min21900006.01107.155.086.6567.078.5180.071.842115.455.093.3667.084.5980.077.4131266704.53136.455.082.7667.074.9980.068.62415055.091.0267.082.4680.075.475.0512555.084.2767.076.3680.069.886136.455.091.9667.083.3280.076.254950004.17150.055.082.9367.075.1380.068.768166.755.092.1667.083.5080.076.415760003.89166.755.085.4267.077.3980.070.8210187.555.096.0767.087.0580.079.66第三节 较优方案选择一、试算各初选方案在最大水头和平均水头下的单位流量说明：1、在最小水头下，水轮机不能发出额定出力，此时水轮机受到出力限制线的限制，所以不需要试算最小水头下的值。2、在最大水头和平均水头下，用原型水轮机效率计算出来，但是和此水头对应的的交点的模型水轮机效率加上修正值并不一定等于，这就需要试算。3、在平均水头下，有些方案的偏大，无法从综合特征曲线上找到。设计工况单位流量：试算法作水轮机转轮工作范围，并换算到水轮机运转综合特性曲线上，同时计算设计水头。由，假定一个，由此公式计算出一个，再由和对应水头的在图上找到一点，并查出此点的，将此转换成原型效率（按限制工况点效率误差计），将代入公式计算，重复前面的过程，直到两次单位流量相差值小于便认为可以。）按上述方法求出发电机出力限制线并且换算到水轮机运转综合特性曲线上。发电机出力限制线与水轮机出力限制线的交点，通过交点的值反过来求设计水头的值。二、初选较优方案根据前面拟定的各个方案的工作范围是否包含高效区，或者包含高效区的面积大小；发电机出力限制线是否靠近水轮机出力限制线；设计水头与平均水头是否接近，平均水头对应的单位转速是否接近最优工况下的单位转速等原则来初选较优方案。较优方案如下：表1-5 较优方案方案台数容量(MW)直径(m)转速（r/min）21906.0107.13126.675.012557.63.8166.7三、反算设计水头方案I（1-10）方案II（1-11）方案III（1-12）第四节 技术经济指标计算一、动能经济指标根据运转特性曲线，求出各个较优方案的平均效率1、绘制转轮运转综合特性曲线等效率曲线的绘制：（1）在水轮机工作水头内取4个水头值（包括最大、最小水头和平均水头），计算各水头对应的单位转速，以各值在模型综合特性曲线上作水平线与其等效率线相交得一系列交点，根据交点处的和计算出原型水轮机的效率和出力具体结果见附表14。然后对每个水头分别做等效率曲线。（2）曲线上过某效率值水平线与曲线相交，记下各点，值。（3）各个点的、值绘制在图上，将各点连成光滑曲线，即为某的效率值。（4）绘制出力限制线。在之间，是一条的直线。在之间出力限制线一般由模型综合特性曲线的出力限制线换算而得。各个较优方案运转综合特性曲线附图13：2、根据绘制的运转特性曲线，利用面积法求出各个较优案的平均效率（1-13）式中特性曲线上相邻等效率线上的效率值特性曲线上相邻等效率线上的效率值为两相邻效率线之间的面积具体结果如下：表16 较优方案的水轮机平均效率方案IIIIII水轮机平均效率89.82%89.80%89.31%二、机电设备投资和耗钢量（一）水力机械部分1、水轮机根据转轮直径查水电站动力设备手册P31式1-24，估算各种方案的水轮机的重量:表1-7 各种方案的水轮机的重量方案 项目台数235直径(m)6.05.03.8水轮机单重(t)750470250水轮机总重(t)150014101250水轮机单价(万元/t)3.53.53.5水轮机总价(万元)5250493543752、调速器按一台30万元来考虑，各个方案总价估算如下：表1-8 各个方案调速器总价估算表项目 方案台数235调速器单价(万元/台)303030调速器总价(万元)60901503、起重设备的选用根据水电站机电设计手册水力机械分册P299。水电站主厂房起重设备的形式和台数，直接影响起重设备的投资、厂房上部建筑物的尺寸以及电站的机组安装、检修的进度。在初步选取时，可按以下原则：（1）、当最重吊运件的重量小于100t时，机组台数少于四台时，选用一台单小车桥式起重机；机组台数多五台时，选用两台单小车桥式起重机。（2）、当最重吊运件的重量为100t600t时，机组台数少于四台时，选用一台双小车或单小车桥式起重机；机组台数多五台时，选用一台双小车桥式起重和起重量较小的一台单小车桥式起重机作为辅助吊运之用；或者选用两台起重量各为最重吊运件重量一半的单小车桥式起重机。起重机的重量由跨度=D1*4.5和转子的重量查水电站动力设备设计手册表59单小车和双小车主要参数表。数据及计算过程如下：表1-9起重设备的选用表项目 方案直径(m)6.05.03.8跨度(m)2722.517.1起重机的型号和台数单小车两台双小车一台双小车一台转子重(t)720.85496.25297.05起重机重量(t)337238178起重机单价(万元/t)2.22.22.2投资(万元)741.4523.6391.64、辅助设备部分辅助设备投资=（水轮机+调速器价格）（1-14）查原始资料汇编59页可得各个方案的k值，估算如下：表1-10 辅助设备估算表项目 方案单机容量(MW)190126.6776辅助设备投资系数k(%)2.73.34.0水轮机总价(万元)525049354375调速器总价(万元)6090150辅助设备投资(万元)143.37165.8251815、设备安装运输费安装设备运输费=设备总价，查原始资料可得各个方案的值，估算如下：方案总价（1-15）方案总价（1-16）方案总价（1-17）（二）电气部分1、水轮发电机查水电站机电设计手册水力机械分册P149表3-1，可知，当额定转速大于150r/min时，一般选用悬吊式，当额定转速小于150时，一般选用伞式。查水电站机电设计手册电气一次分册P183可知：（1-18）式中估算系数，悬式机组范围为810，伞式机组79 发电机额定转速额定视在功率其中查水电站机电设计手册电气一次P157表4-6容量10-60MW时 cos=0.8；容量20-170MW时cos=0.85；容量110-300MW时cos=0.875估算各个方案发电机的重量：表1-11 各个方案发电机估算表项目 方案发电机台数235发电机型式全伞式全伞式悬式估算系数KG999发电机额定转速nn107.1125166.7发电机出力(MW)190126.6776发电机单重(t)1441.7992.5594.1发电机总重(t)2883.42977.52970.5发电机单价(万元/t)4.04.04.0发电机总价(万元)11533.611910118822、变压器根据水电站机电设计手册电气一次P217，在初步设计时，初选各方案的变压器都为铝线圈双绕组的变压器；根据电站的原始资料，电站接入的电力系统处于220kv的电压等级，故变压器的电压等级为220kv。查水电站机电设计手册电气一次P217图5-26可得：表1-12各方案的变压器估算表项目 方案变压器台数235变压器总重(t)320390545变压器单价(万元/t)5.05.05.0变压器总价(万元)1600195027253、开关设备在初步设计时开关单价按100万元/台计算，投资如下：方案总价（1-19）方案总价（1-20）方案总价（1-21）4、电气自动化设备根据设计任务书P2说明，估算时以发电机、变压器和开关设备总价的10%计算计算如下：方案总价（1-22）方案总价（1-23）方案总价（1-24）5、电气部分运输费设备安装运输费=设备总价（1-25）查原始资料汇编可得各个方案的值，投资估算如下：方案总价方案总价方案总价第五节 最优方案选择一、水力机械投资估算表表1-13水力机械投资估算表项目 方案IIIIII水轮机单重（吨/台）750470250水轮机总重（吨）150014101250水轮机单价（万元/吨）3.53.53.5水轮机总价（万元）525049354375调速器单价（万元/台）303030调速器总价（万元）6090150起重机重量（吨）337238178起重机单价（万元/吨）2.22.22.2起重机总价（万元）741.4523.6391.6辅助设备（包括主阀）投资（万元）143.37165.825181安装运输费（万元）464.61451.44418总投资（万元）6659.386165.8655515.6总耗钢量（吨）183716481428单位千瓦投资（元/千瓦）175.25162.26145.15单位千瓦耗钢量（公斤/千瓦）4.834.343.76二、电气部分投资估算表1-14 电气部分投资估算表项目 方案IIIIII发电机单重（吨/台）1441.7992.5594.1发电机总重（吨）2883.42977.52970.5发电机单价（万元/吨）444发电机总价（万元）11533.61191011882变压器、开关总价（万元）180022503225自动化设备总价（万元）1333.3614161510.7设备安装运输费（万元）1010.0221230.5041362.6514总计（万元）15676.98216806.50417980.3514单位千瓦投资（元/千瓦）412.55442.28473.17单位千瓦耗钢量（公斤/千瓦）7.597.847.82三、水轮机方案比较机电投资总表表1-15水轮机方案比较机电投资总表项目 方案IIIIII水利机械部分总投资（万元）6659.386165.8655515.6总耗钢量（吨）183716481428单位千瓦投资（元/千瓦）175.25162.26145.15单位千瓦耗钢量（公斤/千瓦）4.834.343.76电气部分总投资（万元）15676.98216806.50417980.3514总耗钢量（吨）2883.42977.52970.5单位千瓦投资（元/千瓦）412.55442.28473.17单位千瓦耗钢量（公斤/千瓦）7.597.847.82机电投资总计总投资（万元）22336.36222972.36923495.9514总耗钢量（吨）4720.44625.54398.5单位千瓦投资（元/千瓦）587.80604.54618.31单位千瓦耗钢量（公斤/千瓦）12.4212.1711.58四、水轮机方案比较综合表表1-16水轮机方案比较综合表项目 方案IIIIII最大水头Hmax808080最小水头Hmin555555平均水头Hp676767装机容量Ny(万千瓦)383838水轮机型号HL260/D74HL260/D74HL260/D74单机容量N（千瓦）19000012667076000机组台数235转轮直径D1(米)6.05.03.8机组转速（转/分）107.1125166.7计算水头（米）64.8465.0265.1水轮机最高效率0.9480.9490.948水轮机平均效率0.89820.89800.8931模型最高效率时的n1797979总投资（万元）22336.36222972.36923495.9514单位千瓦投资（元/千瓦）587.80604.54618.31总耗钢量（吨）4720.44625.54398.5单位千瓦耗钢量（公斤/千瓦）12.4212.1711.58比较结果总投资是四个方案中最低的，且效率是最高的总投资是四个方案中最高的，且效率是第二高的总投资是四个方案中第二高的，效率是最低的五、最优方案的选择1、按效率差值求出电能差最后折算成投资差由水轮机方案比较综合表可知，方案为最优方案最优方案主要参数列表如下：表1-17 最优方案主要参数转轮型号机组台数转轮直径额定转速单机容量平均效率设计水头HL260/D7426.0m107.1r/min190MW89.82%64.84m六、最优方案吸出高度的计算设计水头设计水头对应的单位转速与出力限制线的交点的，则（1-27）（1-28）（1-29）（1-30）查原始资料P14附图可得，根据水轮机P67得（1-31）式中水轮机安装位置的海拔高程（m），在初始计算是，可取为下游平均水位的海拔高程模型空化系数，各工况下的空化系数可从该型号水轮机的模型综合特性曲线查得，这里是取0.142。水轮机的空化安全系数，根据技术规范，对混流式水轮机，可采用水轮机P67查得，这里取1.15。第六节 最优方案的进出流水道计算一、蜗壳计算1、蜗壳型式的确定根据水电站机电设计手册水力机械P115知:大中型水轮机的蜗壳，当最大工作水头在40m以下时，一般用混泥土蜗壳，40m以上用钢板焊接蜗壳。由于本电站水头范围55m80m，则选用钢板焊接蜗壳。2、蜗壳的断面形状及座环的确定金属蜗壳断面一般为圆形，而由于蜗壳尾部用圆断面时不能和座环蝶形边相接，故采用椭圆形断面。采用带蝶形边的座环，其锥角为，其有关尺寸查水电站机电设计手册水力机械P128表2-16座环的有关尺寸见下表：表1-18 座环的有关尺寸表名称Da(m)Db(m)K(m)r(m)参数8.67.30.1750.53、蜗壳的包角金属蜗壳的包角一般为。4、蜗壳的分节由水轮机设计手册P90知，蜗壳的分节一般要考虑干板利用率、制造和安装的要求，各节角度不一定相等。前部各节主要考虑干板的利用率，后部各节主要考虑制造工艺。有本电站的转轮直径，可查水轮机设计手册P90表6-5，可得本电站的蜗壳分节数为23节，每节的角度为15度。5、金属蜗壳外形尺寸的计算按=常数且蜗壳与座环蝶形边相切进行计算，具体计算如下：进口断面尺寸计算（1）进口断面流量（1-32）式中蜗壳包角，取水轮机设计流量（2）进口断面流速（1-33）式中流速系数查水轮机P94图5-46，取（3）进口断面面积（1-34）（4）进口断面半径（1-35）（5）进口断面中心距=7.69(m)（1-36）=Da/2+K=4.475，h=b0/2+0.1D1=1.275（6）进口断面半径（1-37）由进口断面尺寸，可以求出蜗壳系数（1-38）6、圆断面计算由水轮机P94图5-47几何关系可以得到：（1-39）（1-40）（1-41）（1-42）（1-43）具体计算见下表:圆形断面表1-19圆形断面计算表断面号断面角x断面半径断面中心距a断面外径R13453.223.467.6911.1623303.123.377.5910.9633153.013.277.4910.7543002.903.177.3810.5552852.793.077.2710.3462702.682.977.1510.1272552.562.867.049.9082402.442.766.929.6792252.322.656.799.44102102.192.546.679.20111952.062.426.538.96121801.922.306.398.707、椭圆断面的计算当时，此时应该采用椭圆断面连接，计算如下：（1）椭圆半径（1-44）（2）与圆同等面积（1-45）（1-46）（1-47）（1-48）（3）椭圆断面长半径（1-49）（1-50）（4）椭圆断面中心距（1-51）（5）椭圆断面外径（1-52）具体计算见下表:椭圆断面表1-20椭圆断面计算表断面号断面角等面积半径椭圆短半径2椭圆上半径1断面中心距a椭圆外径R11652.182.192.216.258.4721502.061.982.156.008.1531351.931.772.095.747.8341201.801.552.025.487.5051051.661.331.965.217.166901.511.101.894.936.827751.360.871.824.646.468601.190.631.744.346.099451.010.371.674.045.7110300.810.111.593.725.3111150.55-0.161.513.384.89二、尾水管计算尾水管的计算主要根据模型的尾水管按转轮的比例同等放大。具体尺寸如图所示，由原始资料可知确定水轮机流道尺寸按推荐的尾水管各部分尺寸的选择表1-21 尾水管的计算表参数D1D3D4hh4h5h6L1LB模型（m）11.160.7722.5921.3661.3110.671.3942.071.264原形(m)5.56.384.24614.2567.5137.21053.6856.114.859.07采用标准混凝土肘管。出口断面流速：考虑动能回收系数。比转速越高，动能回收系数也越高。但是理论上尾水管出口流速小一些好。尾水管流道尺寸图出口扩散段通常均采用矩形断面，出口宽度B5一般与肘管出口宽度相等。B510m时，不设支墩。对混流式水轮机直锥段的单边扩散角7090，取=120第七节 绘制厂房剖面图一、水轮发电机外形尺寸估算(如图所示)（一）原始数据额定容量：有功功率=190000KW视在功率KVA额定转速r/min飞逸转速r/min额定功效因数额定频率Hz（二）估算定子铁芯的内径及长度1、极距的计算（1-53）式中2P磁极个数，从水电站机电设计手册电气一次式4-42查得2P=28；系数8.310.7，取10；视在功率（KVA）。2、定子铁芯内径的确定（1-54）3、电机常数C1或电机利用系数C及定子铁芯长度的确定电机利用系数K2-系数1.58到1.95，取1.60；2p-磁极个数，为28定子铁芯长度（1-55）由于/=1.73/0.79=2.19在13范围内，所以较合理。4、发电机型式的选择（1-56）根据水电站机电设计手册水力机械P149当时可选用悬吊式时可选用伞式时可选用全伞式结合本电站情况，本电站采用的发电机型式为全伞式机组。5、定子铁芯外径Da根据水电站机电设计手册水力机械P160（1-57）（1-58）由于n=107.1，则（三）平面尺寸估算根据水力机械设计手册P60根据经验公式确定各个尺寸1、定子机座外径由于，故（1-59）2、风罩内径D2由于，故（1-60）3、转子直径D3在初步设计阶段，转子直径可近似等于定子铁芯内径，忽略气隙宽度，即（1-61）4、下机架最大跨度D4由于，故（1-62）式中水轮机内径（由水力机械设计手册P60表3-2可查得）5、励磁机外径D7，推力轴承装置外径D6根据发电机的容量查水力机械设计手册P162表3-7得（1-63）（四）轴向尺寸估算1、定子机座高度h1由于，故（1-64）2、上机架高度h2（1-65）3推力轴承高度h3， 励磁机高度h4 和永磁机高度h6，副励磁机高度h5查水力机械设计手册P62表3-4选取 4、下机架高度h7全伞式承载机架（1-66）5、定子机架支撑面到下机架支撑面或到挡风板距离h8（1-67）6、下机架支撑面到大轴法兰面的距离按以生产的发电机统计资料，一般为0.71.5m，现取7、转子磁轭轴向高度h10（1-68）8、定子铁芯轴向中心线到法兰盘面距离h12（1-69）10、发电机大轴高度h11（1-70）13、发电机大轴直径确定机组的扭力矩（1-71）式中Nn主轴转递功率（KW）N主轴的转速（r/min）查水电站机电设计手册水力机械P356页图8-6得，主轴的直径为二、厂房各高程的确定根据水电站机电设计手册水力机械P6451、机组的安装高程（1-72）2、尾水管底板高程（1-73）式中机组的安装高程b0导叶高度h1底环顶面至尾水管的距离3、水轮机层地面高程（1-74）式中蜗壳进口段半径,取3.46蜗壳上部混泥土厚度，取1.0m4、发电机层地面高程（1-75）发电机层高程大于千年一遇洪水位，符合要求。式中水轮发电机机坑进人门高度，1.8-2.0，取机坑进人门上部应留尺寸，h5=3.71+1.42+1.42+0.4=6.955、吊车轨道顶高程（1-76）式中吊运部件与固定物之间的垂直安全距离，取0.5m起吊设备的高度（发电机主轴高度），取8.59m吊具高度，1.5m吊车主钩至轨道顶的最小距离，查水电站机电设计手册水力机械P334得=0.9m6、天花板高程（1-77）式中H轨道面至起重机小车顶的距离查水电站机电设计手册水力机械P333得H=6.45m小车顶部余隙取0.4m三、厂房宽度的确定主厂房宽度由厂房下部结构和上部结构综合考虑，厂房结构以机组轴线为界，厂房宽度由下游侧宽度和上游侧宽度组成。主厂房以发电机地板为界，分为上部结构与下部结构。1、上部快体厂房上部结构宽度，根据发电机风罩直径，调速器油压装置以及发电机层上下游通道布置要求，结合选择相应容量的桥机跨度确定。2、下部块体厂房下部结构由下游侧宽度与上游侧宽度组成。上游侧宽度的确定主要取决于蜗壳进口布置和机组辅助设备的布置，由下面的经验公式估算：（1-78）式中系数，当D1=6.01.0之间时，相应取1.86.0之间。下游侧宽度的确定主要取决于尾水管尺寸及下游混凝土的结构厚度，由水电站动力设备手册可用下述经验公式：（1-79）下部结构宽度：（1-80）四、厂房长度主厂房的总长度包括机组段的长度（机组中心距）、端机组段的长度和安装场的长度，并考虑必要的水工结构分缝要求的尺寸。1、机组段长度的确定中高水头电站，机组间距受发电机风罩内径及辅助设备布置尺寸控制时，机组间距按下式确定：（1-81）其中R1蜗壳+X方向最大尺寸，R1蜗壳-X方向最大尺寸，1蜗壳外部混凝土厚度，由水工结构确定，初步设计时取1.21.5m。2、安装场长度按检修一台机组的长度考虑，有（1-82）3、厂房总长度（1-83）取厂房总长度为70m第二章 调节保证计算及调速设备的选择电站在运行过程中，常常会由于各种事故，机组突然与系统解列，从而造成机组甩负荷。在甩负荷时，由于导叶的迅速关闭，水轮机的流量会急剧变化，因此在水轮机过水系统内会产生水击，调节保证计算就是在初步设计阶段计算出上述过程中最大的转速上升及最大的压力上升值。第一节 调节保证计算的任务和标准一、调节保证计算的任务调节保证计算是研究机组突然改变较大负荷时调节系统过渡过程的特性，计算机组的转速变化和压力输水系统压力变化，选定导水机构合理的调节时间和启闭规律，解决压力输水系统水击惯性力矩和调整特性三者之间的矛盾，使水工建筑物和机组既经济合理，又安全可靠。二、调节保证计算的标准1、压力变化计算标准：（1）机组甩负荷时，蜗壳允许的最大压力升高取.（2）机组甩负荷时，尾水管进口允许的最大真空高度为8m水柱（3）机组突然增加负荷时，压力输水系统内任何一段均不允许发生负压2、转速变化计算标准（1）当机组容量占电力系统运行总容量的比重较大，且担负调频任务时，宜小于45%（2）当机组容量占电力系统运行总容量的比重不大或担负基荷时，宜小于55%第二节 设计水头下甩全负荷一、已知计算参数（2-1）压力钢管长约为100m，经济流速为5m/s，设计流量为359.01m3/s二、管道特性系数1、压力钢管段（2-2）2、蜗壳段平均流速取进口断面平均流速：蜗壳中心线长：（2-3）3、尾水管段（1）直锥段平均面积（2-4）平均流速（2-5）几何长度（2-6）（2）肘管段平均面积（2-7）平均流速（2-8）由量测法可得其几何尺寸（2-9）（3）扩散段平均面积（2-10）平均流速（2-11）几何长度（2-12）（2-13）总流量：（2-14）（2-15）压力引水系统的平均流速（2-16）水击传播速度取。水流惯性时间常数（2-17）（2-18）式中甩负荷前水电站静水头（2-19）式中可在510s内选取，取=6s.水击相长（2-20）阀门（导叶）的关闭时间，发生的水击，称为间接水击甩全负荷时0=1，0=4.521.5故水击发生在末相三、水击压力升高计算1、由于水击发生在末相，最大压力上升值（2-21）（2-22）式中机型修正系数，混流式水轮机取2、各管段的压力升高（1）压力钢管末端压力升高（2-23）（2-24）（2）蜗壳末端最大压力升高（2-25）小于蜗壳允许最大压力上升，符合要求。（2-26）（3）尾水管中最大压力降低（2-27）（2-28）（4）尾水管中最大真空度（2-29）由于HB(89)m，所以满足压力升高要求。式中吸出高度尾水管进口流速，=8.47m/s为关闭开始时刻的尾水管进口速度的一半即。四、转速上升计算假定甩负荷后，导叶开始动作到最大转速时刻之间的水轮机力矩随时间沿直线减少至零1、机组惯性时间常数（2-30）式中甩负荷前机组转速甩负荷前水轮机出力机组飞轮力矩2、调节滞后时间常数（2-31）式中接力器不动时间，取调速器永态转差系数，在2%-6%之间，取=5%3、水锤压力影响系数（2-32） 式中：为水轮机飞逸特性影响系数（2-33）（2-34）（2-35）甩负荷时机组的速率上升值（2-36）由以上计算可知，本电站机组设计水头下甩全负荷时，压力升高与转速升高均在允许范围内。第三节 最大水头甩全负荷最大水头下