水电站毕业设计

1、水电站毕业设计目录摘要1前言2第一部分：水力机组选型设计和调节保证计算31水轮机的选型设计31.1 水轮机选型设计概述31.2 水轮机选型设计的任务31.3 水轮机选型的原则31.4 水轮机选型设计的条件及主要参数31.5 水轮机台数及型号的选择41.6 初选工况点A51.8 额定转速的确定61.9 效率及单位参数的修正71.10 核对所选择的真机转轮直径D1错误!未定义书签。1.11 确定水轮机导叶的最大可能开度错误!未定义书签。1.12 计算水轮机额定流量Qr 错误!未定义书签。1.13 确定水轮机的允许吸出高度H.错误!未定义书签。1.14 计算水轮机的飞逸转速191.15 计算水轮机轴

2、向水推力Ps错误!未定义书签。1.16 估算水轮机的质量201.17 绘制水轮机运转综合特性曲线202水轮发电机的的初步选择计算242.1 水轮发电机的结构形式和冷却方式242.2 发电机主要尺寸的估算242.3 发电机外形尺寸估算252.4 水轮发电机的质量估算263调节保证计算273.1 调节保证计算概述273.2 调节保证计算的标准273.3 计算基本数据273.4 计算设计水头、最大水头下额定出力时引水系统的ZLY .错误!未定义 书签。3.5 假定导叶的直线关闭时间工和关闭规律283.6 水击压力上升计算283.7 最大转速上升计算293.8 调节系统设备的选择31第二部分：水电站厂

3、房布置设计334发电机层平面布置设计334.1 主厂房长度确定334.2 起重设备的选择344.3 主厂房的横剖面设计35第三部分：水力机械辅助设备系统选择设计385油系统设计385.1 用油量的估算385.2 油系统设备的选择405.3 透平油系统设备明细表415.4 绘制透平油系统图与操作程序表426压缩空气系统446.1 低压压缩空气系统446.2 低压空气系统设备选择486.3 高压压缩空气系统486.4 空气压缩系统所选设备明细表496.5 绘制气系统图507水系统的设计517.1 技术供水系统517.2 消防供水系统527.3 排水系统的设计537.4 绘制排水系统图55结论56总

4、结57致谢58参考文献和资料59摘要本次毕业设计根据三南嘴水站的主要数据，对其进行三个部分的设计。第一 部分：水利机组选型设计和调节保证计算，通过选型计算和运行工况分析绘制水 轮机运转综合特性曲线图；第二部分：水电站厂房的布置设计，绘制发电机层平 面布置图、主厂房横剖面图；第三部分：水力机组辅助设备系统选择设计，绘制 逢平油系统图、水系统图、气系统图。关键词：三角嘴水电站；选型设计；厂房设计；辅助设备AbstractThe graduation project based on primary data SanJiaoZui Hydropower, its three-part design.

5、 The first part: water conservation and regulation designed to ensure the selection is calculated by computing the appropriate selection and analysis of operating conditions drawn turbine operating characteristic curve integrated unit; Part II: hydropower plant layout design, drawing generator layer

6、 floor plan, the main plant cross-sectional view; part III: hydraulic unit auxiliary equipment systems choose design, drawing turbine oil system diagram, system diagram of water, gas system diagram.Keywords： SanJiaoZui Hydropower, selection and design, plant design, auxiliary equipment.水电站毕业设计前言水电站是

7、一个把水利能源转化为电能的工厂。我国地域广大，河流纵横，水 力资源十分丰富。“十二五规划”提出大力发展我国水电事业，因为水力发电不 但符合我国的能源政策，符合环保要求，有利于减少环境污染，乂能提供清洁廉 价的能源。水电站发电的最大特点是全部设备必须连续不间断地运转，并且为了 安全稳定可靠地供电，乂要保证电能的周波和电压的质量，需要与电网并网运行。本次毕业设计内容分为三部分。第一部分是水轮机的选型和调节保证计算， 并通过选型计算和运行工况的分析绘制水轮机运转综合特性曲线。水轮机的选型 设计是水电站设计中一项重要的任务，水电站水轮机的选择是根据水电站的开发 方式，动能参数、水工建筑物等，并结合制造

8、厂的生产水平，拟出若干个方案进 行综合比较，最终选择最佳的型号。调节保证计算则是合理的选择导叶关闭时间 和规律并进行水击压力和机组转速变化的计算，使压力变化值和转速变化值在允 许的范围内，保证机组地强度、寿命及减少机组的振动，避免压力钢管爆炸的 灾难性事故。第二部分是水电站厂房的布置设计。水电站厂房设计乂称建筑设计, 包括平面设计、剖面设计、立面设计。在厂房布置设计中首先是发电机的选型， 通过发电机的相应尺寸为后面厂房的平面设计提供数据。在主要机电设备已经确 定的条件下，选定合理的建筑方案，分析个方案在技术上、经济上的合理性，并 绘制厂房的平面布置图、主厂房横剖面图。第三部分是水电站辅助设备系

9、统选择 设计，此次辅助设备的选择计算是对水电站的水系统、油系统、气系统的相关计 算，保证机组安全、经济运行。毕业设计是所学专业课知识的综合运用。通过设计来了解水电站基本知识和 主要的基础设备。解决在做设计过程遇到的问题，培养学生综合运用所学知识和 技能去分析和解决本专业范围内的工程技术问题，建立正确的设计思想，掌握水 电站设计的基本程序和方法，使学生在工程实践具有应用专业技术解决工程实际 问题的能力。水电站毕业设计第一部分：水力机组选型设计和调节保证计算1水轮机的选型设计1.1 水轮机选型设计概述水轮机的选型计算是根据水电站设计部门提供的原始参数，选择合理的水轮 机的型号和计算水轮机的各项参数

10、。是水电站设计中一项重要的工作，它直接关 系到水电站机组能否长期稳定运行、投资多少。根据水电站的开发方式，动能参 数、水工建筑物等，并结合制造厂的生产水平，拟出若干个方案进行综合比较， 最终选择最佳的型号。1.2 水轮机选型设计的任务（1）确定电站装机台数及单机功率（2）选择机组类型及模型转轮型号（3）确定机组的装置方式（4）确定转轮直径、额定转速、飞逸转速（5）计算所有运行水头和功率下水轮机的效率和吸出高度值，绘制水轮机 运转综合特性曲线。（6）轴向水推力的计算（7）计算水轮机的品质13水轮机选型的原则（1）所选水轮机要具有较高的能量特性。不仅要选择额定工况下Z1ax较高 的水轮机转轮型号，

11、而且还要根据水轮机的工作特性曲线，即 = f（N）及 =f（H）曲线，选择平均效率77最高的水轮机型号，使水轮机在负荷和水头变化 的情况下具有最高的平均运行效率。（2）所选水轮机不仅要具有良好的空蚀性能，还要有较好的工作稳定性能, 运行要灵活、平稳、安全和可靠。（3）所选水轮机的尺寸应较小，结构要合理、先进，便于运输、安装、运 行及检修。（4）转轮选择比较时，应尽可能选用n较高的水轮机，这样转速较高，相 应的机组尺寸就小，并且使所选的水轮机经常在最优区运行。选择转轮参数时应 该使【值稍高于"o，而且Q”值应接近于Qumax值。1.4 水轮机选型设计的条件及主要参数最大水头178.3m

12、最小水头 /Wf/2= 144.6m加权平均水头"尸165.5m额定水头尸167.0m总装机容量280MW海拔高程=395.5 m坝后式地面厂房，采用单机饮水方式，电站离负荷中心较远，在系统中担任 基荷。1.5 水轮机台数及型号的选择15.1确定水轮机台数及单机功率根据Ppi=PgXZ,其中Pp1为每台机组的额定功率，匕为总装机容量，Z为机 组台数。选择情况如表Mo表1-1水轮机台数及单机功率台数Z234单机功率P, (MW)4026.7201.5.2选择机型及模型转轮根据水轮机的类型及使用水头范围表，如图表l-2o表1-2大中型水轮机的类型及使用水头范围表水轮机型式适用水头范围(m

13、)比转速范围(m.kW)能量转换方式水流方式反击式贯流式<20斜流式40 180150350混流式30 70050 300轴流式380200 850比转速：n, =2000/V Hi7 - 20=135.7 m.kW比较结果：选择混流式水轮机。查阅水轮机附表1,选择水轮机型号HL160/D46,其模型转轮主要参数 如表1-3。表1-3模型转轮主要参数转轮推荐使模型转流道尺寸最优工况型号用水头H(m)轮直径Di(cm)4瓦乙%。(r/min)2uo(m3 /s)(%)%HL160/D46135-200400.16171.252067.50.54891.60.03916初选工况点A式中：n&

14、#39;o 一模型的最优单位转速 计算结果得：n> =67.2r/min在模型转轮综合特性曲线上作的水平线交5%功率限制线于A点，A点 即为初选设计工况点，见图1-1。A点的单位流量即为初选设计工况点下的单位 流量。1.7转轮直径D1的确定 17.1水轮机的额定出力式中：N 一水轮机额定功率，kW；Nf一发电机额定功率；作一发电机功率，一般可取0.96或0.98,本次设计取小=0.96。1.7.2转轮直径D119.80用马式中：N水轮机额定功率，kW：Qir真机单位流量，n13/s；一水轮机的效率，由初设工况点A的加a加上修正值得到77 = /八+的=/八+(13)%,本次设计取7=3%

15、, 77mA由HL160/D46模型综合特性曲线上A点读出得77mA=89.5%,计算结果如表l-4o表1口各种机组台数下的转轮直径机组台数234单机功率(W)4026.720直径D1计算结果(m)1.861.51.3D1圆整结果(m)1.91.5131.8额定转速的确定额定转速n: _ 再 n = HjlO-ZT-式中：0一设计单位转速，r/min：Hpj加权平均水头，Hpj= 165.5m：D真机的转轮直径,m。计算结果如表1-5所示。表1-5额定转速n的计算结果机组台数234n (r/min)455576.34665查水轮机水轮发电机额定转速系列表，每个型号选择两个标准额定转速,选取结果

16、见表l-6o表1-6水轮发电机标准额定转速机组台数234n (r/min)428.6 和 500500 和 600600 和 7501.9效率及单位参数的修正1.9.1效率换算及其修正值真机的效率修正： = 】±劭2 土4/参照相应规范，人二-。1，a/；3=o.oiA"二 maK.t - max.m式中： max八 一一真机的最优工况效率；max.m一模型机的最优工况效率，由中小型混流式水轮机模型运转主要参数表查阅得77nm,m=91.6%o式中：Dim为模型转轮直径，Dim为40cm；Di为真机的转轮直径。19.2单位参数的修正值A%及AQ1&吟='；”

17、=1”(后-1)Q=QQ1=Q；“(F式中：'加。？模型机最优工况下的单位转速。上述修正值可在最优工况点进行选取，其他工况点采用等值修正处理。当,旦3%,旦3%时，单位参数可不予修正。最终计算结果见表1-7。AQlm表1-7效率及单位参数的修正机组台数转轮直径D1(cm)效率修正值真机效率单位参数修正值An,是否修正21.92.3%91.8%1.3%1111口0否31.52.0%91.5%0.83%、1110否41.31.8%91.3%0.55% n, J否1.10核对所选择的真机转轮直径D1110.1确定水轮机的真实工况点B实际水轮机的转速：式中：、 一单位转速修正值，取、为0B点在

18、nmr水平线上，在其上查找点(/，Q in.),计算功率并作辅助曲线N“=(Q"),即：Ml” =981%。僦=9.81(一+ =(Qum+AQ”)而Nu=-,在辅助曲线上有一个与Qi.mr之对应，从而得到 DH/Q,. nQ-AQ,将Q1. mr的值返回到模型综合特性曲线图上与mr线相交于B点，即为真实工况点。各种方案计算结果如下：两台机组：(l)HL160/D40：转轮直径 Di=1.9m,转速=428.6"minD1 Qnhl = n L = 428.6 x - J=63r/minE 河 V167KT N 41.7xl03 一,Nh = =-=5.13kWD,2Hj

19、1.92 x1675表1-8辅助曲线N. =f (Q“)计算数据表垢0.850.860.870.880.890.8730.8830.8930.9030.913Ql ,ii L加 ("/ / 5)0.3650.3800.3980.4200.441N( kW)3.133.313.493.723.95N/kW图1-2 辅助曲线N“ =f (Q”)(2)HL160/D40：转轮直径 Di=L9m,转速 n=500r/min n El = 500x = 73.5r/minnitr =眄 V16741.7xl01.92x1672=5.13kW表1-9辅助曲线N. =f (Q“)计算数据表0.85

20、0.860.870.880.89%=%+的0.8730.8830.8930.9030.913Qji Q ,mi (广 / s)0.4450.4690.4970.5380.561Nh (kW)3.814.064.354.765.02N/kW540.2 0.3 0.4 0.5 Q;lt m/s图1-3辅助曲线N. =f (QQ三台机组：(l)HL160/D40：转轮直径 Di=1.5m,转速 n=5OOr/minn. = n = 500 x = 58r/mine 啊 丽KT N 41.7xlO5 N t =y =y =5.72k WD：H 1.52x1677表1-11辅助曲线Nn =f (Q“)计

21、算数据表%0.850.860.870.880.890.870.880.890.900.91Q l.n Q .mi (/ / s)0.3680.4070.430.4640.48Nh( kW)3.143.403.754.104.29N/kW0.2 0.3 0.4 0.5 Qutm7s图1-3辅助曲线N|t =f (Q.)(2)HL160/D40：转轮直径 Di=1.5m,转速 n=600r/minnllr = n -S= = 600x= 69.6r/min啊 V167z N 41.7X103N1( =r =r =5.72kWD：H/ 1.52x1675表1-12辅助曲线N“ =f (Q。计算数据表

22、Umi0.850.860.870.880.890.870.880.890.900.91Q l.n Q .mi (/ / s)036603990.4190.4450.480Nh( kW)3.123.443.663.924.29N/kW0.2 0.3 0.4 0.5 Qutm/s图1-4辅助曲线N. =f (QQ四台机组：(l)HL160/D40：转轮直径 Di=1.3m,转速 n=600r/minD1 31 = n 2= = 600x - r2_ = 6O.3r/minN § = 4L7x0： =5.7ikWDjHj 1.32 x1672表1.13辅助曲线Nh =f (Qu)计算数据表

23、%0.850.860.870.880.89%=%+0.870.880.890.900.91Q l./r = Q .mi (m3 Is)0.3680.400.4150.4420.461Nh( kW)3.143.453.623.904.11N/kW0.2 0.3 0.4 0.5 Qlhm/s图1-5辅助曲线N. =f (Qh)(2)HL160/D40：转轮直径 Di=L3m,转速 n=750r/minD1 3n,，= 750x= 75.4r/min167Nh41.7x10 =571kW1.32x1672表1-14辅助曲线N“ =f(Q|P计算数据表77m0.850.860.870.880.89/=

24、%+0.8680.8780.8880.8980.0.908Qlh =Qmi m3/s0.4170.4420.4620.4950.521N( kW)3.553.794.024364.64N/kW5430.2 0.3 0.4 0.5 Qjn/s图1-6辅助曲线N, =f (QQ综上图所得真是工况点B如表1-15表1-15各转速下真是工况点B机组台数234额定转速r/min428.6500500600600750单位转速nil.tr6373.558.0369.660.3675.4单位流量Qll.tr0.5420.5720.5830.5950.5920.631.10.2工作范围的检查最大水头Hmax下

25、，对应一个nimin；最小水头下Hmin下，对应一个小。这 2条直线之间应包含主要综合特性曲线的优效率区；同时，B点应在最优工况点 的附近，则可认为所选择的D1和n是合理的、正确的，否则应重新选择D1和n 的值。最大水头Hmax=178.3m, n|mm=n-=最小水头 Hmin = 144.6m, nlmax = n'， ,Vmm下面分别求出各种方法下的Lmm和nwa、大小，计算结果见表L16。表1/6 Jmm和川max大小机组台数转轮直径D1(cm)转速n(r/min)Imin(r/min)(r/ min)21.9428.660.967.750071.17931.550056.26

26、2.460067.474.841.360058.464.875068.181.1各方案的工作范围及真实工况点B如下图所示:图1-8 D1=L9m,额定转速=500i7min图 l-10Di=L5m,额定转速=600i7min图 1-11 Dj=1.3nb 额定转速=600r/min 图 1-12 Di=l.3m,额定转速=750“min综上各种方案的工作范围和真实工况点B的检查，可得选用HL160/D40, 转轮直径Di=1.9m,额定转速n=428.6r/min(>1.11 确定水轮机导叶的最大可能开度在模型机和真机保持几何相似时，有：“0 m” “Umax ,加式中：Do, Dom一

27、分别为真机，模型机的导叶分布直径；Zo, Zom一分别为真机，模型机的导叶数；查阅水轮机表8-1得Z0=16, 由中小型混流式水轮机模型转轮主要参数表得Zom =20：aomax-B点的模型开度值，查阅HL160/D46模型转轮综合特性曲线得 aonm=29.6mm：计算结果得：aomax=176mmo 因此，导叶的最大可能开度:= 1.05 aOmax=184mm1.12 计算水轮机额定流量QQ的计算公式： NQr =9.81 凡式中：N水轮机的轴功率，kW；凡一设计水头，m：么一设计工况点B的真机效率，7 =0.914；计算结果得：Qr=27.8m3/so1.13 确定水轮机的允许吸出高度

28、Hs计算时可选择Hmm、Hr、Hmax等若干水头分别计算匕，从中选择一个最小 值作为允许吸出高度，本次设计计算Hmm，乩的下的Hs,选择最小值作为水轮 机的允许吸出高度。水轮机允许吸出高度Hs按下式计算：Hs =10-V/900-（o- + A（T）H式中：一水电站水轮机安装海拔高度，V=395.5mo一各对应水头下的工况点的空蚀系数；由水轮机查得，在HL160/D40 模型转轮综合特性曲线上（ng QnJ所对应的。值；b空蚀系数的修正值；由水轮机图3-7查的Ab =0.02。在进行各水头的工况点空蚀系数查找时，需作辅助曲线N“=f （QQ,为此列表 计算，结果见表2-17并得出各水头下的辅助

29、曲线图1-13和图1-14。且在各水头 下，n“=为已知，从辅助曲线上即可找到该水头下发出的额定功率的工况点，从而得出其空蚀系数。表-17各水头下的辅助曲线J(m)Hmin =144.6Hmax=I78.3m啊(r/min)67.761n/'+An(r/min)67.761%Qw：(m3)(kW)%Qwi(nP)Ng(kW)10.860.88303783.270.860.8830.3853.3320.860.8830.6895.970.860.8830.6765.8630.870.89303993.500.870.8930.403.540.870.8930.685.960.870.89

30、30.6655.8250.880.9030.4133.670.880.9030.433.8160.880.9030.6615.860.880.9030.6415.6770.890.9130.4463.990.890.9130.4423.9680.890.9130.6435.780.890.9130.6175.53(0.74,6.61)图 1-13 HmE=H4.6m 辅助曲线N. =f (QQZ(0.528,185)图 M4 Hmax = 178.3m 辅助曲线 N" =f (Q“)分别从辅助曲线上即可找到各水头下发出的额定功率的工况点，查阅 HL160/D40模型综合特性曲线从而得

31、出其空蚀系数。最小水头下。=0.08,最大 水头下。=0.035。代入计算结果：Hmi* 144 6mH =10-V/900-(cr + Ao-) H=-4.9mHmax = 178.3mH =10-V/900-(cr + Acr) H=-0.25m比较结果得：水轮机的允许吸出高度Hs=-4.9m。1.14 计算水轮机的飞逸转速HL式及其他固定叶片式水轮机飞逸转速的计算公式为:(r/min)式中：以一原型机的飞逸转速；n11R 一模型机最大可能开度下的单位飞逸转速，由水轮机中小型混 流式水轮机模型转轮主要参数表，可知：nR=122.3r/min；Hmax 最大水头，Hmax =178.3mo计

32、算得，nR =859.5r/mino1.15 计算水轮机轴向水推力Ps对于混流式水轮机：式中：Ps一轴向水推力,tf (ltf=9.81kN)；»一转轮直径，D, =1.9m；K一轴向水推力系数，由水轮机中小型混流式水轮机模型转轮主要参 数表，可知：k=0.24o计算得：Poo =121.3tf ® P=9.8iPoo=1189.8kN1.16 估算水轮机的质量水轮机的质量G可按下式计算：G = kDW式中：G 水轮机质量，t；H 一水头，WH="nm=178.3m；K一系数，由水利机械及工程设计表1.10,查得：k=8.1；a与直径D1有关的指数，由水利机械及工

33、程设计表1.10查得：a =2.6；b 一与水头有关的指数，由水利机械及工程设计表1.10查得：b=0.16 计算得：G=97.5to1.17 绘制水轮机运转综合特性曲线1.17.1绘制各水头下， = /(N)工作特性曲线列表计算：在H超 一明窗内取35个水头列表计算，计算结果如表1-18。表1-18, HL水轮机运转综合特性曲线计算表H (m)"min = 1446mHpj= 165.5m(续表)nD(r/min)67.763.3%211/(mVs)N(kW)77mz2117(m3/s)N(kW)工作特性曲线7八=%+"10.860.8830.37820.550.860.

34、8830.37825.1720.860.8830.68937.460.860.8830.68645.6730.870.8930.39921.940.870.8930.39626.673N = 9.81?7tQltD,2HI40.870.8930.6837.390.870.8930.67745.5850.880.8930.41322.970.880.8930.42028.6060.880.9030.66136.760.880.9030.65744.7370.890.9130.44625.070.890.9130.44130.3580.890.9130.64336.150.890.9130.633

35、43.58%Hr=167mH.nil= 178.3mIII aAnDtnm-万("min)6361m=+An(r/min)6361%fj.211, (m3/s)N(kW)Dm%211, (m3/s)N(kW)工作特性曲线10.860.8830.38025.640.860.8830.38528.6620.860.8830.68546.230.860.8830.67650.3330.870.8930.39827.160.870.8930.40030.1240.870.8930.67646.140.870.8930.66550.07(续表)N=9.81,QRH250.880.8930.42

36、28.990.880.8930.43032.7460.880.9030.65545.20.880.9030.64148.8070.890.9130.44130.770.890.9130.44234.0280.890.9130.63244.100.890.9130.61747.50以乙为纵坐标，以N为横坐标，得出各水头下的 = /(N)工作特性曲线。1.17.2 绘制n = f（N）等效率曲线在H-N坐标图上，做个水头的水平线，如Hl, H2, H3在 = 曲 线图上每隔1%2%作 =const水平线，交给曲线与各点，将各点投影到H-N坐 标图上，再将各相等的点连成光滑的曲线，即成为等效率线。如

37、图1-15。1.17.3 绘制功率限制线水轮机的功率限制线由2部分组成。在设计水头H,到最大水头Hmax范围内, 水轮机功率受发电机额定容量P,的限制，所以这一段功率限制线为一条垂直线; 在设计水头Hr到最小水头范围内，水轮机功率受水轮机的最大过流能力限 制。此时，导叶开度已达最大，所以功率限制就是5%功率储备线。在Hmm下以 得出功率Ng。值，于是在H-N坐标上，得到B点，连接AB即为设计水头的出 力限制线。如附图SJZ-11.17.4 绘制等吸出高度线（1）绘制Q'=f （N）辅助曲线，从计算表中可直接得出。（2）在模型综合特性曲线上作各水头下的nu=const水平线，交b=con

38、st线 与若干点，将各点的。及Q”计入表中，根据Q'=f（N）查出N值，计入表中， 计算Hs得值,根据Hs和N绘制Hs=f （N）曲线。计算表格如表1-19表1-19等吸出高度计算值Hi/mHmin= 144.6mHpj =165.5mnD； n,h=M (r/min)67.763.3nj'+AnWmin)67.763.3b0.020.02（续表）吸 出 高 度 的OQ(m3/s)N(kW)Hs(m)Qu(m3/s)N(kW)Hs(m)0.040.060.59233.90.880.5840.1-0.370.0450.0650.64536.20.160.6343.3-1.20.0

39、50.070.67037.0-0.560.66345.8-2.03计算0.0550.0750.69437.6-1.290.68346.1-2.850.060.080.7138.0-2.010.7246.4-3.68Hi/mHrj = 167mHmax = 178.3mnD nlu = -p=(r/min)Jd6361n'im = n'i + An (r/min)6361Ab0.020.02吸 出 高 度 的 计 算Oct+ActQn(m3/s)N(kW)Hs(ni)Qu(m3/s)N(kW)Hs(m)0.040.060.57840.8-0.460.55243.1-0.50.04

40、50.0650.62843.9-1.30.6147.2-2.030.050.070.6645.8-2.130.64349-2.920.0550.0750.6846.1-2.970.6750.1-3.810.060.080.746.4-3.680.6951-4.12水轮发电机的的初步选择计算2.1 水轮发电机的结构形式和冷却方式水轮发电机的结构形式主要取决于转轮的类型和额定转速，本电站转轮额定 转速为428.6<150r/min,所以水轮发电机的结构形式为悬式。由于发电机转子在运行中会产生大量的热能，为保证机组运行的安全性与稳 定性，须采取一定的冷却措施将热量散逸。国内一般认为每极容量超过

41、 85000KE4,可采用水内冷却方式；低于85000 KVA ,一般采用通风冷却方式。 本电站机组单机容量35000 KVA,每极容量低于85000 KI/，故采用具有空气冷 却器的闭循环空气冷却方式，此种通风系统结构简单，空气清洁干燥，冷风稳定, 温度低。2.2 发电机主要尺寸的估算（1）极距的选择根据统计资料分析、机距与每极容量的关系：T = kjSfl2pN式中：sr发电机的额定容量，KV.A, sr =，功率因数cosa = 0.85 ; cos。p磁极对数：P=7：kj一系数,一般为812.3,本次设计取12.3。计算结果7=93.6。（2）定子内径的选择D =418cm朽（3）定

42、子铁芯长度的选择Lt = Sf I CD1 m式中：c系数，查阅水电站设计手册得c取1X103计算结果：L, = 62.8cm（4）定子铁芯外径Du = D + t（几 >166.7/min）计算结果Da=511.6cm（5）飞轮力矩GD2 =kD13 sL式中：K经验系数，n>375时取44.5,本次设计取4.5。计算结果：GD2 =421.3。（6）校核发电机的结果尺寸£).7 £/?<= 0.004<0.035 校核结果：采用悬式机组（7）确定发电机的结果尺寸根据上述计算结果，查阅水电站设计手册表3-11,选择水轮发电机的型 号为SF4014/

43、512。2.3 发电机外形尺寸估算2.3.1 平面尺寸的估算（1）定子机座外径D300 < ne < 500/7 min ： £）7=1.25Dn=640cm（2）风罩内径D）D2=Di+2.4m=880cm, （Si>20000KV.A）,（3）转子外径D3Di = Di- 2J式中：5单边气隙，初步设计忽略不计，故D3 = d。（4）下机架最大跨度D410000<S1<100000KV.A, D4>D5+0.6m式中：一水轮机机坑直径，查阅水电站设计手册表3-2, Ds=3mo2.3.2 轴向尺寸计算（1）定子机座高度%ik>2 4r /

44、 min, =乙 + 2r计算结果h产2.5m（2）上机架高度"悬式机组：h,=0.25D| = L05m1 （3）推力轴承的高度1%,励磁机高度h4,副励磁机高度卜，永磁机的高度h6, 查阅水电站设计手册 3-8 得：h,=2m , h4 =2m, h5=O.8m, h6=0.6mo（4）下机架的高度h悬式机组：h7 =0.12 D（=0.5m（5）定子支座支撑面至下机架之间的距离hg悬式机组：h8118=0.15=0.63m（6）下机架与支撑面至主轴法兰底面之间的距离 按照已生产的发电机统计资料，取hgfOOOmm。（7）转子磁规轴向高度片。有风扇：h10=Ll= （700-10

45、00） mm 计算结果：ho = 1.3m。（8）发电机主轴高度1%H =hl + h2 + ll4 + /?5 + /76 + /18 + /19二8. 28mhu= （0.70.9） H =5.8m 取 0.7（9）定子铁芯水平中心线至主轴法兰盘底面距离%, hp=0.46 h1 + h10=2.48m2.4 水轮发电机的质量估算（1）水轮发电机的总质量Gf = Ki（Sf/ncy式中：Kt一系数，对悬式机组取89,本次设计取8计算结果：Gf =206to（2）发电机转子的估算发电机转子的质量一般可按发电机的总质量的1/2估算，B|JGs=0.5Gf 计算结果6>101。3调节保证计

46、算3.1 调节保证计算概述在电站运行过程中，常会遇到由于各种事故、机组突然解列，把负荷甩掉的 情况。此时机组转速上升，调速器关闭导叶。经一段时间，机组恢复到空载转速。 在此调节过程中，除调速系统的稳定性，在调解过程中的最大转速上升至也是非 常重要，它可能会影响到机组的强度、寿命及引起机组振动。在甩负荷时，由于 导叶迅速关闭，水轮机的流量会急速变化，因此在水轮机压力过水系统内会产生 水击，此时产生的最大压力和最大压力下降对过水系统的强度是有影响的。工程 实践中曾因甩负荷善生太高导致压力钢管爆破的灾难性事故。为此，在设计阶段 就应该计算出最大压力上升和最大转速上升值。工程上称这种计算为调节保证计

47、算。调节保证计算的任务：根据水电站过水系统和水轮发电机组的特性，合理的 选择导叶关闭时间和关闭规律，进行水击压力变化和机组转速变化计算使压力变 化值和转速上升值在允许范围内，并以此指导电站的最终设计和调节系统的整 定。3.2 调节保证计算的标准机组在甩负荷过程中转速上升率夕=二乜。一般情况下，最大转速上升 no率夕max<5。对于大型电站Pmax445%,对于冲击式机组夕4 30%。机组在甩负荷过程中最大压力上升率4 = %二也。在机组甩全负荷时，H。有压过水系统允许的最大压力上升率见表3-1 o表3-1.蜗壳甩全负荷时有压过水系统允许的最大压力上升率电站设计水头Hr/m<4040

48、-100>100蜗壳允许最大压力上升率看70%<<50%50%<<30%GV30%33计算基本数据坝后地面厂房，采用单管单机饮水式。压力钢管长度WL = HmaJsin45",取 整的260m,管道直径取与蜗壳进口端面直径相等D=2mo蜗壳中心线长度 L= 15.8m,最大水头Hmax = 178.3m,最小水头Hmg =144.6m,加权平均水头 Hpj=165.5m ,额定水头H= 167.0m总装机容量N=80MW,海拔高程 =395.5 m ,机组台数2台，水轮机设计流量Q=27.8m3/s,最大水头额定出力时水轮机 工作流量Q"25.

49、95m3/s。额定转速nr=428.6m/s,飞轮力矩GD'421.3。管段水机波速a = 1200iWs。因为引水管道为长有压引水管道系统,忽略尾水管的XL' 计算。3.4 计算设计水头、最大水头下额定出力时引水系统的ZLN.Zly =汇/% +ZL%+Zl81VBl计算结果：设计水头时=2433 m7s；最大水头下额定出力时ZLY=2516 m7so计算平均流速:V=E° ZL设计水头时V。=8.82m/s：最大水头下额定出力时V°=9.12m/s。3.5 假定导叶的直线关闭时间工和关闭规律关闭时间T(是在设计水头下机组甩全负荷时的工况确定的，对于最大水

50、头 机组甩全负荷时的关闭时间由下式计算：十 , aoi式中：a01 , a0r分别为最大水头和额定带额定负荷时导叶的开度，其中 a0l = 126.68mm, a(>r = 147.25mm,=8s 相应 Tj=6.88s。3.6 水击压力上升计算361压力管道水利损失计算根据饮水系统布置，分别计算设计水头和最大水头下沿程损失、局部损失, 由此得到设计水头和最大设计水头的水力损失AHr，AHmaxO因此各水头下的的 净水头为：H()=H + AH,压力引水系统水力损失按H = 0.0025Q； (m)。 计算结果得：AHr = 1.9mAHma、=L7m各水头下的净水头：H() = H

51、+ AH = 168.9mH01 =H + AH = 180m362管道特征系数计算并判断水击类型额定水头时：0 =江上= 2433 + (9.81x2x8) = 0.18gH(K/jh=6/Vo/2Ho = 1200x8.82-(2x9.81x168.9) = 3.2根据水轮机调节图8-3水击分类图可得水击类型为末相水击。363最大压力上升计算末相水击：% = £(折+4 + - 满足简化条件：维=2b/(2-b) 2%=2b/(2-b)2x0.18 ”=0.22-0.18修正结果：4max= L2q =0.243.6.4水击计算压力水管末端最大水击升高= 0.24 x 260 x 8.85 + 2433= 0.23AHr = iH o = 0.23x168.9 =38.85/n365蜗壳末端最