电大水利水电-—水电站--课程设计-----(本科)

某小型水电站设计课程设计学生姓名：学位：专业：水力发电指导教师：第1章内容介绍内容摘要本设计是采水式径流开发的水电站。水库坝型为高5.5米的堆石坝，在河右岸挖出356米的水沟，得到了平均静水头57.0米，最小水头50米，最大水头65米。 电站设计引用流量7.2立方米/秒，渠道采用梯形截面，边坡设计为1:1，底宽3.5米，水深1.8米，纵截面展开1:2500，粗糙率0.275，渠道内流速设计为0.755米/秒，渠道高度超过0.5米。 在渠道最后建造压力前池，根据地形和地质条件，将前池布置成稍微曲线状。 池底纵断法为1:10。 压力前池的有效容积，计算约为320立方米。 可满足约1台机组启动运行3分钟以上，压力前池设有作业闸门、污染闸门、沉砂池和溢水堰等。 整个设计根据地形、地质条件、相关资料、规格等要求，进行全面结合考虑，寻求合理、科学、强大的实用性。关键词：引水式径流水电站设计规划第二章关于设计资料2.1工厂地形和地质条件水电站的工厂所在地和附近在地质学上工作后，斜面的坡度约为30度左右，下部平缓。 沿着山坡在坡面上堆积粘土和坍塌的滚石，厚约1.5米。 夹着未风化的碎石，山脚可能变厚，深度估计约为22.5米。 以下为强风化和半风化石英班岩，现场基础挖至设计标高可能有弱风化岩石，可作为小型水电站的地质条件。2.2水电站尾水位工厂的地址一般是水位10.0米。工厂所在地调查洪水痕迹水位为18.42米。2.3对外交通现场的主要对外通道是河右岸的简易道路，然后进入国家的主要交通道路。2.4烈度因为这个地区的震度是6度，所以没有考虑到地震的影响而设计。第三章水车型号和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水轮机的设置容量Ny=3380kW，设置台数4台，单体容量Ny1=845kW。 对取水式电站设计了水头Hr=Hav=57m。 电站设计参照流量QP=7.2m3/s，个别参照流量QP1=1.8m3/s。3.1水车型选择从该水电站水头变化范围5065m、调查水电站（第四版）、河海大学、刘启钊总编长P79表3-6水轮机系列的波谱中检测出了适当的机种。3.2主轴和滚动壳型号的选择3.2.1主轴本电站为小型取水式电站，引流量小，为了减少现场的挖掘量和高度，采用了卧式。3.2.2蜗壳本电站为小型取水式电站，引用水头较高，因此采用金属涡盘较为理想。 通常，金属涡盘的截面为圆形，包角。 在本设计中也是如此。3.3 HL220型水轮机方案主要参数选择3.3.1转轮直径D1的计算水电站（第四版）、河海大学、刘启钊主编P79表3-6在HL220型水轮机受到限制的情况下：单位流量、效率。 由此可以初步假定原型水轮机在这种情况下的单位流量，效率假定为89.15%。轮径D1通过下式计算(3-1)式中Nr水轮机额定功率，845kW；Hr水轮机的设计水头相对于取水式水电站的平均水头为57.0m原型水轮机单位流量，初步假设假设及其对应的原型效率为89.15%。根据计算结果，D1=0.44m，选择了与其接近的大的轮转径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可以得到HL220型水轮机模型最佳情况下的单位转速=70.0r/min。 水轮机转速n通过下式计算(3-2)式中原型水轮机最佳状况下的单位转速假设为=70r/minHav水轮机的平均水头，57.0m；D1水轮机的轮转直径可以用3.2.1计算，为0.5m。由式(3-2)得到的n=1057r/min、所选择的同步转速的1500r/min变大时，差变得过大而不优选。 因此，选择与其接近的较小同步转速1000r/min。3.3.3效率和单位参数的修正查水电站（第四版）、河海大学、刘启钊主编P79表3-6可以得到HL220型水轮机模型的最高效率Mmax=91.0%、模型的转轮径D1M=0.46m。 在混流水车情况下，水头H150m时，原型效率通过下式计算(3-3)如果效率补偿值为，则原型效率如下(3-4)通过下式判定是否修正单位转速(3-5)由式(3-5)可知，该情况下，单位转速可能不被修正，单位流量也可能不被修正。由以上可知，如果前提正确，则上述计算和选择的结果D1=0.5m、n=1000r/min也正确。3.3.4作业范围的检查水轮机在Hr、Nr工作的时候(3-6)水轮机的最大引用流量(3-7)与特征水头Hmax、Hmin、Hr对应的单位转速(3-8)在HL220型水轮机模型综合特性曲线图中，分别绘制、的直线，如图4所示，这3条直线所包围的水轮机作业范围是大致包含该特性曲线的高效区域。 但是，考虑到修正车轮直径对成功范围不太有影响，修正同步转速为1500r/min时，推测其单位转速将达到100-110 r/min，从而更偏离高效区域。 因此，在HL220型水轮机方案中，选定的参数D1=0.5m和n=1000r/min是合理的。3.3.5吸引高度的HS计算根据水轮机的设计工况参数，在图上调查了相应的气穴系数约=0.104，气穴系数修正值=0.022(hp=57.0米时)。 水轮机的吸出高度可以用下式计算(3-9)式中水轮机安装位置标高，本设计为下游水位一般水位10.0m-模型空化系数，0.104；-空化校正系数，0.022；-水轮机水头，本设计为设计水头57.0m。根据计算式(3-9)，水轮机的吸出高度HS=2.81m。3.3.6飞逸转速nf的计算(3-10 )式中-模型最大可能开度的单位偏离转速，133r/min；Hmax水轮机最大水头，65m。3.4两个方案的对比分析为了便于比较分析，两个方案(HL230型水轮机方案主要参数选择，引用他人的计算结果)的相关参数如表3-1所示表3-1水轮机方案参数对照表序列号项目HL220HL2301模型车轮参数建议的水头范围(m )508535652最佳单位转速n10(r/min )70.0713最佳单位流量Q10(L/s )10009134最高效率hMmax(% )9190.75空化系数s0.1040.176原型水轮机参数动作水头范围(m )506550657转轮直径D1(m )0.50.58转速n(r/min )100010009最高效率hmax(% )0.91150.910910额定输出Nr(kW )84584511最大参照流量Qmax(m3/s )1.6951.76512吸出高度HS(m )2.810.299由表3-1可知，两机种方案水轮机转轮径D1相同，均为0.5m . 但HL220型水轮机方案的工作范围包括多个高效区域，运行效率高，空化系数小，安装海拔高，有利于年发电量的提高和电厂现场挖掘量的减少。 HL220型水轮机方案，即水轮机的型号选定为HL220WJ50。第四章机电一体化4.1水轮机单元的转轮直径不足1m，吸出高度为正的水轮机，经常采用横卧轴装置，降低现场的高度。 此外，卧式机组的设置、检查、运行维护也很方便。 根据上述水轮机参数计算和水电站类型可以确定水轮机装置方式为卧式，水轮机型号为HL220WJ50。台数： 4台重量： 7000Kg公斤型号： HL702(220)WJ50；参考价格： 22000元/台额定转速： n=1000n/min设计水头： HP=57.0m；设计流量： QP=1.8m3/s额定输出： N=845KW；4.2调速器(自动调速器)调速器一般由调速器柜、继电器和液压装置三部分组成。 小型调速器的调速盘、继电器和液压装置组合，被称为组合式的大型调速器被分别设置为分离式。 中小型调速器是根据计算水轮机所需调速器功率a的调速器系列型光谱表来选定的。反击水轮机调速功A(Nm )的经验公式：q为最大水头额定输出时的流量=1.33。因此，本设计采用中小型调速器，液压装置和调速器组合，根据调速器系列的频谱表采用自动调速器。 型号为XT300。型号： XT-300台数： 4台继电器全行程： 150mm继电器全行程时间： 1.55s；外形尺寸：纵横高度(mm)163510001785；重量： 1081Kg公斤参考价格： 20000元4.3发电机选择符合水轮机单体容量的发电机，型号为SFW118/44-6。 发电机的主要参数如下：台数： 4台型号： SFW118/44-6；额定功率： 800KW额定电压： 6300V发电机总重量： 6500Kg公斤cos=0.8；额定转速： n=1000n/min；飞行转速： np=1800n/min；外形尺寸：纵横高度(mm)319015301500；参考价格： 65000元/台4.4蝶形阀快速阀有扁平阀、蝶阀和球阀。 本设计根据水头和输水要求采用蝶阀，蝶阀由阀壳和阀体构成，具体参数如下图4-1所示0.8m手动电动操作质量：阀体340Kg百叶窗：277Kg公斤；开关方式：电动操作主要尺寸： a=1730mm； b=880mm； c=350mm； d=850mm； e=470mm。图4-1立式蝶阀的外形图4.5桥式起重机水电站必须有起重机设备，安装、检修等需要起重机设备，设计采用洛阳市洛北起重机设备厂生产的SDQ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： 1台起重量： 10000跨度： 11.0米。第五章电气主接线和电气设备的配置：电站采用单母线分段接线，1号和2号发电机组线通过高压开关与6.3KV母线连接。 另一组由3号和4号发电机组组成。 各组分别通过主变连接到35KV高压母线，二级母线之间通过高压开关连接，工厂的电力从发电机母线通过变压器输送到380V母线。据电站主接线报道，水电站内共配置13台高压开关，其中，1#、2#、3#、4#发电机开关共4台，6.3KV母线连接盘2台的主变开关4只附近区用电盘1只工厂用高压柜1只备用1只。 如图5-1所示开关柜尺寸：纵横高度=1.21.23.2米。低压控制柜7面直流柜1面同步柜的一面低压继电器柜7面励磁盘4面机械的横盘4面。表盘尺寸：宽90cm，厚60cm，高210240cm。主变2台：型号： SJ6-3200/35/6.3KV y/-11。每台的总重量： 8770Kg，外形尺寸：长宽比为279028252815mm。工厂变更：型号： SJ-30/6.3/0.4KV y/y-12。总重量： 312Kg外形尺寸：长宽比： 975408930mm。变电站面积(主变压器场和高压开闭所):2520m。图5-1电站的主要接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标高从3.3.5可以看出，水轮机的吸出高度HS=1.15m。横轴混流水车安装标高即主轴中心线的位置标高通过式(6-1)计算(6-1)式中-设计尾水位，10.0m；hs水轮机吸出高度，2.81m；d1-水轮机的轮标直径，0.5m。根据上式计算出的水轮机的安装标高Zs=12.56m。6.2水轮机楼的地面高程由图2 :水轮发电机组剖面图B-B和图3 :水轮发电机组剖面图A-A可知，水轮主轴中心线至水轮机高度的距离为750mm，水轮机高度为11.81m。6.3尾水设计及相关高程6.3.1尾水管设计图6-1尾水管尺寸图本电站是小型电站，为了减少挖掘量，尾水管采用弯曲锥度，如图3所示。尾管直锥段的一部分尺寸如图3-1所示，计算如下尾管直锥段进口宽度d3=d1.0cm=50.0cm=51.0cm=0.51m；直线段长度L=4D3=40.51=2.04m；尾水管出口底板距离h=1.5D3=1.50.51=0.765m，设定为0.8m圆锥角q=14o、半圆锥角q/2=7o尾水管出口宽度D4=，圆锥角稍微改变，设定为1.0mb=1.2D3=1.20.51=0.612m米c=0.85D3=0.850.51=0.434m；尾水管出口标高=11.81-2.04=9.77m。 本水电站最低尾水位为10