水电站设计.doc

CHANGCHUN INSTITUTE OF TECHNOLOGY水电站课程设计学生姓名： 李丽娜 学院名称： 水利工程与环境学院 专业名称： 水利水电工程 班级名称： 水电0841班 学 号： 0806411102 指导教师： 董天松 目录一基本资料3二、水轮机的选型32.1.转轮直径计算42.2.转速n计算42.3.效率及单位参数修正42.4工作范围的检验62.5吸出高度的计算6三、发电机的选型73.1主要尺寸估算83.2.外形尺寸估算93.3.发电机重量估算10四、蜗壳及尾水管设计114.1.蜗壳的水力学计算114.2.尾水管（弯肘型）14五主厂房轮廓尺寸确定165.1.机组距离和主厂房长度165.2.厂房各层高程的确定17设计计算说明书一基本资料某水利枢纽工程，具有防洪、灌溉、发电、养殖和旅游等功能。水电站厂房为坝后式，通过水能计算确定该水电站装机容量为7000KW，水轮机允许吸出高度度Hs不小于0m；厂房所在处平均海拔高程为440.00m。1.1.水位经多水位方案比较，最终采用正常蓄水位为470.00m，死水位为459.00m，距厂房下游100m处水位-流量关系见下表1：表2下游水位流量关系表流量Q（m3/s）510152030406080水位Z（m）430.80430.95431.06431.16431.35431.50431.75431.951.2. 机组供水方式：单元供水1.3. 水头该水电站水头范围Hmax=39.00m，Hmin=28.00m，加权平均水头Hav=33.00m。二、水轮机的选型已知该水电站的最大水头Hmax=39.00m，最小水头Hmin=28.00m，加权平均水头Hav=33.00m，水电站装机容量=7000kw, 厂房所在处平均海拔高程为440.00m，水轮机允许吸出高度度Hs 0m 。根据该水电站的水头变化范围28.00m39.00m，在水轮机的系列谱表3-3、表3-4中查出最适合的机型有HL240，现将这个作为初选方案，进行主要参数的选择。HL240型水轮机方案的主要参数 查水电站（刘启钊（第三版），北京：中国水利水电出版社，2007）表3-6和图3-12可得HL240型水轮机在限制工况下的单位流量,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。坝后式水电站 由于装机容量 , 选择两台机组,效率 2.1.转轮直径计算将得到的，和假定的、带入下式中 选用与之接近而偏大的标称直径。2.2.转速n计算 查表3-4可得HL240型水轮机在最优工况下单位转速，初步假定，将已知的和，进 带入下式中 选用与之接近而偏大的同步转速2.3.效率及单位参数修正查表3-6可得HL240型水轮机在最优工况下的模型最高效率，模型转轮直径为，根据下式3 (混流式)则效率修正值为。考虑到模型与原型水轮机在制造工艺质量上的差异，在以求得的值中再减去一个修正值。现取值，则可得效率修正值为优工况和限制工况下的效率为 (与上述假定值不同)由于与假定值不相符合，重新假定原型水轮机在该工况下的单位流量,效率。再计算2.3.1转轮直径计算将得到的，和假定的，带入下式中 选用与之接近而偏大的标称直径2.3.2转速n计算查表3-4可得HL240型水轮机在最优工况下单位转速，初步假定，将已知的和，进 带入下式中 选用与之接近而偏大的同步转速2.3.3.效率及单位参数修正查表3-6可得HL240型水轮机在最优工况下的模型最高效率，模型转轮直径为，根据下式3 (混流式)则效率修正值为。考虑到模型与原型水轮机在制造工艺质量上的差异，在以求得的值中再减去一个修正值。现取值，则可得效率修正值为优工况和限制工况下的效率为 (与上述假定值相同)进行单位转速的修正 由于，按规定单位转速可以不加修正，同时单位流量也可不加修正。 由上可见，第二次假定的91，是正确的，那么上述计算及选用的结果，也是正确的。2.4工作范围的检验在选定，后，水轮机的及各特征水头相对应的即可计算出水轮机在，下工作时，其即为故则水轮机的最大引用流量与特征水头，相对应的单位转速为 在HL240型水轮机模型综合特性曲线图上分别绘出，在和的直线，如图3-24所示。由图可见，由这三根直线所围成的水轮机工作范围（图中阴影部分）基本上包含了该特性曲线的高效区。所以对于HL240型水轮机方案，选定的参数 ，是合理的。2.5吸出高度的计算由水轮机的设计工况参数，在图3-24上可查得相应的气蚀系数约为，并在图上2-26上查得气蚀系数的修正值约为，由此可求出水轮机的吸出高度为 可见，HL240型水轮机方案的吸出高度满足电站的要求。表1、计算所得HL240型水轮机的相关参数序号项目HL2401模型转轮参数推荐使用的水头范围（m）25452最优单位转速（r/min）723最优单位流量 (L/s)11004最高效率（）925气蚀系数0.1956原型水轮机参数工作水头范围（m）28397转轮直径（m）1.408转速n（r/min）300.09最高效率（）91.010额定出力（kw）364611最大引用流量13.0312吸出高度（m）2.14三、发电机的选型由以上水轮机所确定的参数，根据参数确定发电机的相关参数和尺寸，则估算为：发电机示意图 单位（cm）3.1主要尺寸估算3.1.1极距 Kj=8 P=10Sf=N/2=3500kw= Kj=29.103.1.2.定子内径Di 3.1.3.定子铁芯长度lt= 85 取C=410-6当lt/=85/29.1=2.923满足条件3.1.4.定子铁芯外径Da 由于 Da =Di+=185.3+29.1=214.43.2.外形尺寸估算3.2.1.定子机座外径D1由于300ne500 D1=1.25Da=1.25214.4=2683.2.2.风罩内径D2Sf=3500KVA20000KVA D2= D1+2.0m=2.68+2.0=4.68m3.2.3.转子外径D3D3=Di-2=185.3 (为单边空气间隙，初步估算时可忽略不计)3.2.4.下机架最大跨度D4由于Sf=3500KVA214r/min 则h1=lt+2=85+229.1=143.2=1.43m3.2.7.上机架高度h2 悬式承载机架：h2=0.25Di=0.25185.3=46.3=0.46m3.2.8.推力轴承高度h3、励磁机高度h4、副励磁机高度h5和永磁机高度h6查水电站机电设备设计手册表38选取：Sf=3500KVA20000KVA h3=1.0m h4=1.5m h5=0.6m h6=0.5m3.2.9.下机架高度h7悬式承载机架：h7=0.12Di=0.12185.3=0.22m3.2.10.定子支座支承面至下机架支承面或下挡风板之间的距离h8悬式承载机架：h8=0.15Di=0.15185.3=0.28m3.2.11.下机架支承面至主轴法兰底面之间的距离h9 按已生产的发电机统计资料，取 h9=1m3.2.12.转子磁轭轴高度h10有风扇时：h10=lt+（700-1000）=0.850.85=1.70m3.2.13.发电机主轴高度h11 h11=（0.7-0.9）H=0.76.57=4.60mH= h1+h2+h3+h4+h5+h6+h8+h9=1.43+0.46+1+1.5+0.6+0.5+0.28+1=6.77m3.2.14.定子铁芯水平中心线至主轴法兰盘底面距离h12 h12=0.46h1h10=2.36m3.3.发电机重量估算初步设计阶段，按下式估算发电机的总重量=41.15t(取K1=8)发电机转子重量一般按发电机总重量的1/2估算即发电机转子重量=0.5发电机飞轮力矩GD2取=5.21.853.50.85=38.06（tm2）四、蜗壳及尾水管设计4.1.蜗壳的水力学计算 金属蜗壳的断面单线图 单位（cm） 金属蜗壳的水力计算图（cm）4.1.1蜗壳中的水流运动（金属蜗壳）导叶高度b0=0.3651.4=0.511m水流径向分速度Qmax/Dab0=13.03/3.1442.410.511=3.37m/s4.1.2.金属蜗壳的水力计算转轮直径，座环外径，座环内径对于任意断面，为了保证流量均匀的进入导水机构，则通过任意断面i的流量为 Qi=Qmax0/3600=13.033450=12.50m3/sVc=5.4m/s, 0=0.86m ra=Da/2=241/2=120.5cm=1.21m rb=Db=200/2=1.0m 进口断面中心距：a0= ra +0=1.21+0.86=2.07m 进口断面外半径：R0= ra+20=1.21+20.86=2.93m则对若干个i断面进行计算，以450为阶梯变化进行计算。断面1. 1=3450-450=3000 1= a1= ra +1=1.21+0.8=2.01mR1= ra+21=1.21+20.8=2.81m断面2. 2=3000-450=2550 2= a2= ra +2=1.21+0.74=1.95m R2= ra+22=1.21+20.74=2.69m断面3. 3=2550-450=2100 3= a3= ra +3=1.21+0.67=1.88mR3= ra+23=1.21+20.67=2.55m断面4. 4=2100-450=1650 4= a4= ra +4=1.21+0.59=1.R4= ra+24=1.21+20.59=2.39m断面5. 5=1650-450=1200 5= a5= ra +5=1.21+0.51=1.72m R5= ra+25=1.21+20.51=2.23m断面6. 5=1200-450=750 6=a6= ra +6=1.21+0.40=1.61mR6= ra+26=1.21+20.40=2.01m断面7. 7=750-450=300 7= a7= ra +7=1.21+0.25=1.46m R7= ra+25=1.21+20.25=1.71m断面8. 8=300-300=00 8=0 a8= ra +5=1.21m R8= ra+25=1.21m蜗壳各断面参如下表 断面进口断面断面1断面2断面3断面4断面5断面6断面7断面8(m)0.860.800.740.670.590.510.400.250.00a(m)2.072.011.951.881.801.711.611.461.21R(m)2.932.812.692.552.392.232.011.711.214.2.尾水管（弯肘型） 混流式水轮机弯肘形尾水管图 单位（cm）参数D1D2D3h1h2比值1.01.0780.9280.3650.054根据推荐的尾水管尺寸表可得 4.2.1.中间弯肘段： 4.2.2.进口直锥段： 单边扩散角 4.2.3.出口扩散段：出口扩散段是一段水平放置、两侧平行、顶板上翘角的矩形扩散管。祁顶板仰角一般取 支墩厚度： 尾水管各参数值参数数值0.510.0762.11.891.750.954.581.401.511.301.896.302.553.810.38812五主厂房轮廓尺寸确定5.1.机组距离和主厂房长度5.1.1.每一组段长度L1蜗壳层: L+x=R1+1=2.93+1.5=4.43m L-x=R2+1=2.39+1.5=3.89m L+xL-x=8.32m尾水管层： L+x=B/2+2=3.81/2+1.5=3.41m L-x=B/2+2=3.41m L+xL-x=6.82m发电机层: L+x=/2+b/2+3=4.68/2+2/2+0.4=3.74m L-x=/2+b/2+3=4.68/2+2/2+0.4=3.74m L1= L+x +L-x=7.48mL1取最大值（LXL-X）Max=4.43+3.89=8.32m 5.1.2.装配场长度L2 L2=（1.02.0）L1=1.58.32=12.47m5.1.3最后一台机组段的附加长度L L=(2.01.0) D1=0.51.4=0.7m5.1.4.厂房长度L L=nL1+ L2+L=28.32+12.47+0.7=29.81m5.1.5.主厂房宽度 B上=/2+3+A=4.68/2+0.4+2.7=5.44m A=0.8+0.5+1.0+0.4=2.7m注：机盘到住的距离为0.8m机盘宽为0.5m通道为1.0m安全距离为0.4m B下=/2+3+A=4.68/2+0.4+2.5=5.24m A=0.8+0.5+0.8+0.4=2.5m注：机盘到住的距离为0.8m机盘宽为0.5m通道为0.8m安全距离为0.4m B= B上+ B下=5.44+5.24=10.68m5.2.厂房各层高程的确定5.2.1机组安装高程=w+HS+b0/2w取50%的额定流量计算内插法（10-5）/（430.95-430.80）=50%13.03-5/（w-430.80）则：w=430.85m=w+HS+b0/2=430.85+2.36+0.511/2=433.47m5.2.2.尾水管底板的高程11=- b0/2-h1=433.47-0.511/2-4.58=428.63m5.2.3.进水阀层地面高程2 （取D=4m的钢管）2=3-r1- h2=433.47-2.0-1.8=429.67m式中：r1 -钢管半径 ，取直径4m的钢管h2-底板至顶面高程，取1.8m.5.2.4.水轮机地面高程44=+r2+h3=433.47+2.93+1=437.4m式中：r2-蜗壳进口半径。h3-蜗壳上部混凝土厚度。金属蜗壳取1.0m5.2.5发电机层地面高程55=4+ h4+h5=