西农水电站课设2012

1、目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark7 o Current Document 第一部分水电站课程设计任务书2 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 设计目的2设计内容2 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 设计成果2设计说明书要求22 .设及图纸要求2 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 第二部分水电站课程设计计算书3 HYPERLINK l bookmark29 o Current Document 第一章 拟设计

2、水电站参数资料3 HYPERLINK l bookmark41 o Current Document 第二章 水轮机型号的选择3 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 第三章水轮机主要参数的选择计算4 HYPERLINK l bookmark47 o Current Document HL230型水轮机方案主要参数的计算4A630型水轮机方案主要参数的计算73.3两种方案比较分析9 HYPERLINK l bookmark108 o Current Document 第四章 水轮机调速设备及水轮机发电机的选配10 HYPERLINK l bookm

3、ark111 o Current Document 4.1水轮机调速设备的选配104.2水轮机发电机的选配11 HYPERLINK l bookmark121 o Current Document 第五章蜗壳的水力计算115.1蜗壳进口流量确定115.2蜗壳进口平均流速确定125.3金属蜗壳外轮廓尺寸的确定12第六章 尾水管的计算选择14第七章主厂房设计147.1主厂房各层高程确定14 HYPERLINK l bookmark190 o Current Document 7.2主厂房长度确定17 HYPERLINK l bookmark86 o Current Document 7.3主厂房宽

4、度确定19 HYPERLINK l bookmark207 o Current Document 附表20电器主接线图24第一部分水电站课程设计任务书一.设计目的使学生对水电站初步规划阶段的水能利用、水电站开发方式选择、水电站出力估算、 水轮机发电机组选择设计和厂房布置等工作内容有全面的了解、重点掌握水电站装机容量 和机组台数确定、水轮机选择设计、参数计算等工作内容和程序。通过工程设计实例的训 练，培养学生独立工作及综合分析、解决问题的能力，以便将来承担水电站工程设计任务。 二设计内容确定水电站装机容量（通过估算水电站出力确定Ny nNf ）及台数；水轮机型号的选择及主要参数计算；水轮机调速设

5、备及水轮机发电机的选配；蜗壳、尾水管型式选择及尺寸计算；厂房布置设计（水电站主厂房各层平面及剖面图）。三.设计成果1.设计说明书要求（1）设计说明书（计算书）要做到书写整洁、文字流畅、论点明确、计算准确、思 路清晰、文中引用的重点公式、参数选定、方案比较等均交代清楚，有理有据。（2）设计说明书（计算书）应包含目录、计算程序及过程，必要的插图（如特性曲 线等），方案比较及对所选定方案优缺点的分析说明，参考文献等内容。2 .设及图纸要求（1）厂房横剖面图（应标注水轮机安装高程及各主要控制高程尺寸）；（2）主厂房平面布置图（要求绘制发电机层，水轮机层布置图，并标明主要平面尺 寸）；（3）电气主接线（

6、应标注主要设备名称）以上图纸尽可能采用计算机作图，一般用A3图幅，图样质量要求达到工程初步设计 标准。设计成果要求按学校教务处关于课程要求的标准格式提交。第二部分水电站课程设计计算书第一章拟设计水电站参数资料拟设计某一引水式水电站，经过水文水能计算，确定其各种技术参数及设计要求如下:已知某水电站的最大水头H max = 56m，加权平均水头 =52.3m，设计水头H = 52.3m，最小水头 H = 48.6m，rmin电站最大可引用流量4疽3 x5.14m3/s ； Qp=85%= 514m3/s。选用水轮发电机组额定出力（单机容量）及台数N 寸=2000kw, N = 3 x 2000kw

7、;发电机效率门=0.96，水轮机额定出力N = f = ：? = 2083.33kwfr 门 0.96f水电站站址海拔高程V = 1350.0m ；下游水位流量关系曲线（略）要求最大允许吸出高H 0。第二章水轮机型号的选择根据水电站的水头变化范围48.6m56m，H = 52.3m，可通过查反击式水轮机系列 r型谱表和水轮机应用范围总图，选择转轮型号为HL220型、HL230型和A630型水轮机。第三章水轮机主要参数的选择计算3.1 HL230型水轮机方案主要参数的计算转轮直径D 1的计算D19.81QH-Hr 门N = 2083.33kW式中 H = 52.3mrQ = 1110 L / s

8、 = 1.11m 3/s（由附表 1 查得）、1同时在附表1中查得水轮机模型在限制工况下的效率门m = 85.2%，由此可初步假设水轮机在该工况的效率为86.0%。2083.33将以上各值均代人上式得D =、； = 0.77 m1 t 9.81x 1.11 x52.33/2 x0.860选用与之接近而偏大的标准直径D = 0.84m 1效率修正值的计算由附表1查得HL220型水轮机在最优工况下模型的最高效率门M = 90.7% ,模型转轮的直径D= 0.404m，则原型水轮机的最高效率门可采用下式计算，即1MmaxD0404n = 1 （1叩 M ）51 DM = 1 -（1 - 0.907）

9、,y84 = 0.919 = 91.9%=0；则效率修正值An为:考虑到制造工艺水平的情况取 1 =1% ；由于水轮机所应用的蜗壳和尾水管的型式与模型机基本相似，故认为 2An =叩一叩 m - 1 = 0.919 - 0.907 - 0.01 = 0.002由此得水轮机限制工况的效率为:n=n +An= 0.852 + 0.002 = 0.854 （与原来假定的数值近似） M转速的计算n = WavD1式中 n = n+/1010 M1由附表1查得在最优工况下的n： m=71r/min，同时由于:Anf1n，10 M,n0.919_ma - 1 = - 1 = 0.0066 0.03n0.9

10、07M max则以n：=71r /min代入上式得:n = 752.3 = 611.26r /min0.84选用与之接近而偏大的标准同步转速n = 600r /min工作范围的验算在选定的D1= 0.84m，n = 600r/min的情况下，水轮机的。二获和各种特征水头下相应的n；值分别为:Qf1maxNr= 0.932 1.11m3 /s 9.81D12H3/2n9.81 x0.842 x52.33/2 x 0.8542083.33则水轮机的最大引用流量Q为:maxQ= Q； D;叵=0.932 x 0.842 x V523 = 4.75m3 / s对n；值：在设计水头H = 52.3m时n

11、，1rnD 600 x 0.84 = 64.69r /min .（52.3在最大水头H= 56 时n： . =-H= = 00，84 = 67.35r/minmax在最小水头H . = 48.6 时n = D =贝0084 = 72.30r /min* min h 48.6在HL230型水轮机的模型综合特性曲线图上，分别画出皿=932L/s ,n= 67.35r/min和 n= 72.30r/min 的直线，如图 3-9 所示。1 min1 maxJ 如成 5皿 鼬 700 蜜捋 9(KT 100U110012001就。3)Q；研/肉图3-9 HL230型水轮机工作范围的初步检验水轮机吸出高H

12、 s的计算在设计工况(；=64.69r/min,= 932L/s)时，由水轮机综合特性曲线图可查得汽蚀系数为0.17，由此可求得水轮机的吸出高为：H = 10.0 -1350 - (0.17 + 0.025) x 52.3 = -1.70m 0m(不满足要求)s9003.2 A630型水轮机方案主要参数的计算转轮直径%的计算D = ；_N_1 9.81QH X. H nN = 2083.33kWH = 52.3m(由附表1查得)rQ = 950L / s = 950m3 / si同时在附表1中查得水轮机模型在限制工况下的效率门疽90.0% ,由此可初步假设 水轮机在该工况的效率为88.5%。2

13、083.33将以上各值均代人上式得D = 0.84m1，9.81x 0.95 x 52.33/2 x 0.885选用与之接近而偏大的标准直径D1 = 0.9m效率修正值的计算由附表1查得HL220型水轮机在最优工况下模型的最高效率门m = 94.7% ,模型转 轮的直径D = 1.138m，则原型水轮机的最高效率n max可采用下式计算，即D1.138n = 1 - (1 -n M)q M = 1 -(1 - 0.947)-00-84 = 0.944 = 94.4%考虑到制造工艺水平的情况取 1 =1% ；由于水轮机所应用的蜗壳和尾水管的型式与 模型机基本相似，故认为 2 = 0；则效率修正值

14、An为：An =n-nM - 1 = 0.944-0.947-0.01 = -0.013由此得水轮机限制工况的效率为：n=n +An= 0.900-0.013 = 0.887 (与原来假定的数值近似)M转速的计算n n X.H n = 10D1式中n；由附表1查得在最优工况下的IZr/min，同时由于:An1-n，10 M:门0.919“ma - 1 =-1 = 0.0066 0.03皿0.907MM max所以包可忽略不计，则以；=7&/min代入上式得:n = 7252.3 = 619.87 r /min0.84选用与之接近而偏大的标准同步转速n = 600r /min工作范围的验算在选定

15、的q = 0.84m，n = 600r/min的情况下，水轮机的。二获和各种特征水头下相应的值分别为:Q1maxNr9.81D 2 H 3/2门1 r2083.33=0.897 0.95m3 /s9.81 x 0.842 x 52.33/2 x 0.887则水轮机的最大引用流量Qmax为:Q = Q： D;JH = 0.897 x 0.842X i；52.3 = 4.58m3 /s对n值：在设计水头H = 52.3m时1rnD6H = 69.69r/minK2.3一 n1r在最大水头Hmax=56时nDn1min1600 箜84 = 67.35r/min 0m(满足要求)s 9003.3三种方

16、案比较分析表3-5为了便于分析比较，现将上述两种方案的有关参数列表如下:水轮机方案参数对照表序号项目HL230A6301推荐使用的水头范围(m)35-652模型转轮最优单位转速n； 0(r /min)713最优单位流量Q10(L/s)11104参 数限制工况单位流量Q；max(L/s)9325最高效率门M max(%)90.76设计工况汽蚀系数Q0.177工作水头范围(m)48.6-568转轮直径D1 (m)0.849原型水轮转速 n（r / min ）60010最高效率门max(%)0.91911机参数额定出力Nr(kW)2083.3312最大引用流量Q(m 乂)max / S4.7513吸

17、出高H s-1.7240m，故选用金属蜗壳。5.1蜗壳进口流量确定对于已选定的水轮机，最大流量Qmax已知，根据由蜗壳进入水轮机座环的水流要求均 匀轴对称的原理，蜗壳进口断面流量和蜗壳包角中0有关，A630水轮机的包角取345，则 蜗壳的进口流量为Qm360345 x 4.85 , =4.65m3 / s360对由鼻端算起包角为七的任意断面，对应的过流量为Q = VQmaxi 3605.2蜗壳进口平均流速确定蜗壳进口平均流速越大，蜗壳的断面尺寸就越小，有可能减小水电站厂房的平面尺寸。但过大的蜗壳进口平均流速，必将是蜗壳的水力损失增大，减弱了水流能量的有效转换程 度，使水轮机的整体效率下降。因此

18、，合理选择蜗壳进口的平均流速非常重要。本次设计，查图得蜗壳的流速系数为0.97。蜗壳进口平均流速为v = KH = 0.97 xV豆3 = 7.01m / s5.3金属蜗壳外轮廓尺寸的确定按照假定v u = vc = C的计算方法确定蜗壳尺寸。蜗壳自进口到鼻端均认为是按照标准的圆形由大到小变化的。对于进口断面F = Q = 465 = 0.663m 2c v7.01则进口断面的半径F 0.663一 =，=0.460兀根据附表内插得水轮机座环的固定导叶外半径r = 0.83m。a从水轮机株洲中心线到蜗壳进口外边缘的半径为R = r + 2 p= 0.83 + 2 x 0.460 = 1.75m对

19、中间任意断面，流量为Q = VQmaxi 360的断面半径为p ) ：Zfi360v 兀c式中，七为自蜗壳鼻端起算至计算断面的角度。从主轴中心到该断面的外缘半径R = r + 2 p .蜗壳尺寸计算表包角流量半径3603454.650.463153004.040.432702553.440.392252102.830.361801652.220.321351201.620.2790751.010.2145300.400.14第六直扩散段各部分的尺寸，根据所选水轮机型号及转轮直径d，从附表中查出的数字分别乘以D1=0.84m值即为实际尺寸，见表24。表24肘形尾水管尺寸单位：（m）型号D4h4B

20、4L4h6aR6a1R7a2R8Z61.3521.3522.7401.7500.6700.4871.1601.4780.8150.1070.782实际1.1361.1362.3021.4700.5630.4090.9741.2420.6850.0900.657第七章主厂房设计7.1主厂房各层高程确定水轮机安装高程ZaZ =0 + H + E(2-17)a w s 2式中：Vw -水电站正常运行时可能出现的最低下游尾水位，一般取一台机组的过流量相 应的尾水位，取为1350m ； H -水轮机允许吸出高，为0m ； b水轮机导叶高度，为 0.267。则：Z = V + H + = 1350 + 2

21、.49 + 2 = 1353.12m尾水管底板高程VWD= Z 、 h(2-18)WD a 22式中：h2 尾水管高度，为2.83m ； b0为水轮机导叶高度，为0.267m ；则：Vwd = Z - % h2 = 1353.12 0I67 2.83 = 1350.16m主厂房基础开挖高程VkVK =V-AL式中：AL 尾水管底部浇注混凝土厚度，取1.5m ；则V k =V wd AL = 1350.16 1.5 = 1348.66m水轮机层地面高程V sd= Z + p + h式中：P-蜗壳从安装高程向上的最大尺寸，为0.663m； h3 蜗壳混凝土保护厚度， 根据经验一般为0.81.0m，

22、这里取0.95m。贝0V sd = Z +p + h3 = 1353.12 + 0.46 + 0.95 = 1354.53m7.1.5 .发电机装置高程VFZV FZ = V sD + h4 + h5式中：h4 -进人孔高度，一般取1.82.0m，取为2.0m ； h5 -进人孔顶部厚度， 取为1.0m，贝0V z = V sd + h4 + h5 = 1354.53 + 2.0 +1.0 = 1357.53m7.1.6.发电机层地面高程VFD考虑如下因素并取满足以下要求的最大值。保证水轮机层发电机出线和油、气、水管道的布置要求。FD = V SD + h6 = 1354.53 + 3.8 =

23、 1358.33m式中：h -水轮机净层高，一般不小于3.54.0m，取3.8m。 6考虑发电及布置方式和选定机组或套用机组发电机主轴长度的影响。FD =V Fz + h7 = 1357.53 + 0.42 = 1357.95m式中：h7 -定子高度，为0.42m综合比较，最终确定V= 1357.95mFD.安装间高程VA一般情况下，安装间高程V A应尽量与发电机层地面高程一致。即V A = V FD = 1357.95m.桥吊轨道高程VGV = V + h + h + h + h + hG FD 89101112式中：h8 -发电机部分或全部上机架高度；h9 -吊运部件与固定的机组或设备间

24、的垂直净距；h10 -最大吊运部件高度；h11 -吊运部件吊钩之间的距离；h12 -主钩最高 位置至轨道顶面的距离，可从吊车产品主要参数表查出。由于无具体数据，可参照同类电站取吊车梁至发电机层高6.0m，那么吊车安装高程为：V g = V fd + 6.0 = 1357.95 + 6.0 = 1363.95m7.1.9.厂房顶高程V cdV =V + h +h +h式中：七3 -轨顶到吊车小车顶部距离，可从吊车产品主要参数表查出；气4-吊 车顶部距天花板距离，由安装和检修吊车要求定，其值不小于0.2m ； hi5 -屋面板厚度。由于无具体数据，可参照同类电站三者和取3m，那么可得屋顶高程为V

25、cd = V g +1.5 = 1363.95 + 3 = 1366.95m7.2主厂房长度确定主厂房的长度由主机间和安装间的长度确定，而主机间的长度主要取决于机组台数、机组段的长度和边机组段长度。因此，表达式可以写为：L = nL0 + 乩边 + L + L 绛式中：L -主厂房长度；n -机组台数；乙。-机组段长度；AL边-边机组段加长；L安-安装间长度；L缝-厂方所有风的宽度。机组段长度L0的确定在确定机组段长度时，应根据各层主要设备（如发电机、及其风罩、蜗壳、尾水管等） 的纵向尺寸，综合考虑各层布置的要求确定。对于发电机层，机组段间距可表达为：L0 = D风 + b = 83 + 25

26、 + b = 2.6 + 0.5 x 2 + 2 = 5.6m对于蜗壳层，蜗壳平面尺寸确定后，机组段长度可表达为：L0 = L + 2AL(2-28)式中：L -蜗壳在在厂房纵向的尺寸,0.78m； AL-蜗壳外围的混凝土结构厚度，至少取0.81.0m，大型机组可达2.0m，本次取1.0m。贝0L0 = L + 2 AL = 0.78 + 2 x 1.0 = 2.78m对于尾水管层，可表达为：L0 = B + 2AL(2-29)式中：B -尾水管宽度，1.136m； AL -尾水管边墩的混凝土结构厚度，至少取 0.81.0m，大型机组可达2.0m，本次取1.0m。L0 = B + 2AL =

27、1.136 + 2 x 1.0 = 3.14m取以上计算三层的最大值作为机组段长度，即L = 5.6m。0边机组段加长AL边一般机组段加长边取AL边=(0.11.0)七，D1 -水轮机标称直径0.84m。故知：AL边=(0.1 1.0)气=0.5 x 0.84 = 0.42m。安装间长度L安安装间的宽度一般与主厂房相同，长度一般按L安=(1.01.5)L0计算。则L = (1.0 1.5)L0 = 1.5x5.6 = 8.4m(2-31)则主厂房长度为：L = nL + AL、+ L + L = 3 x 5.6 + 0.42 + 8.4 = 25.62m(2-32)最终取厂房长度L = 25.

28、62m7.3 主厂房宽度确定确定主厂房宽度应以机组中心线为界，将厂房宽度分为上游侧宽度Bu和下游侧宽度Bd。厂房上游侧宽度Bu和下游侧宽度Bd也应考虑各层布置要求确定。发电机层：上、下游侧宽度一般由发电机层的风罩外缘直径和其上下游的空间要求确定可分别表达为Bu气 + Au（2-33）式中：AA 3.0, AudB广气+Ad（2-34）、Ad -发电机层风罩外缘至上游侧墙、下游侧墙的宽度，综合考虑取-1.0mD + A 2.6 + 3.0 5.6m=气 + A = 2.6 +1.0 = 3.6m蜗壳层:（2-35）（2-36）B L +AL + ABd L d +AL式中：L、Lwu wd-蜗壳

29、在厂房横向上游侧、下游侧的尺寸，取L, L 2m ； AL 蜗壳外围混凝土厚度取皿；Af-主阀室净宽度，取5m。则B L +AL + A 2 +1.5 + 5 8.5mBd L d +AL 2 +1.5 3.5m最终知：B BU(max) + B (max) 8.5 + 3.5 12m。则厂房宽度为12m。附表附表1混流式水轮机模型主要参数表转轮型号推荐使用水头范围(m)模型转轮导叶相对高度b0最优工况限制工况试验水头H(m)直径D1(m m)叶片数Z1单位转速n10(r/min)单位流量Q10(L/S)效率n(%)汽蚀系数O比转速n单位流量Q1(1/S)效率n(%)汽蚀系数OHL310HL2

30、60HL240HL230HL220HL200HL180HL160HL120HL110HL1003010 3525 4535 6550 8590 12590 1251101501802501402202303200.3054.00.3054.03.04.04.04.00.3054.039038546040446046046046038054040015151415141414171517170.3910.3780.3650.3150.250.200.200.2240.120.1180.1088.372.572.071.070.069.067.067.062.561.561.51220118011

31、00913100080072058032031322589.689.492.090.791.090.792.091.090.590.490.50.20.1150. 0880.0750.0570.050.0173552862752472552102071871221251011400137012401110115095086067038038030582.682.890.485.289.089.489.589.088.486.886.50.36*0.280.20.17*0.1330.0830.0830.0650.0650.055*0.07转轮型号推荐使用水头范围(m)模型转轮导叶相对高度b0最优工况限制工况试验水头H(m)直径D1(m m)轮廓比L叶片数Z1单位转速n10(r/min)单位流量%(L/S)效率n(%)汽蚀系数O比转速n单位流量Q1(1/S)效率n(%)汽蚀系数OZZ600381.51950.33340.488142103085.50.32518200077.00.70ZZ56010 223.04600.4040.4013094089.00.30438200081.00.75ZZ46015 2615.01950.5050.382116105085.00.24418175079.00.60ZZ