【某水电站主要机电设备选型案例】5100字

某水电站主要机电设备选型案例综述目录TOC\o"1-3"\h\u13731某水电站主要机电设备选型案例综述 1113181.1水轮机选型 2183101.1.1水轮机选型 242691.1.2水轮机性能参数计算 2233961.2蜗壳设计 6251971.1.1断面形状及包角选择 6191231.1.2蜗壳尺寸设计 6166261.3水轮发电机选型设计 970281.3.1发电机主要尺寸的估算 9135341.3.2发电机重量估算 1230121.4尾水管选型设计 139831.4.1尾水管型式选择 13129911.4.2尾水管尺寸设计 13307991.5调速器选型设计 14106761.5.1调速器型式选择 14257221.5.2导叶接力器容积计算 1419761.5.3油压装置选型 1587021.6闸、阀门选型 1628441.6.1闸门选型 1672041.6.2阀门选型 16264541.7起重设备选型 1783381.8主变压器选型 171.1水轮机选型1.1.1水轮机选型根据水电站水头大小，选用混流式水轮机（HL220）。1.1.2水轮机性能参数计算现有索风营全特性曲线和思林全特性曲线，对两者进行处理后分别计算水轮机参数计算，并且选择合适的水轮机进行后续设计。1.1.1.1索风营水轮机的基本参数D1、n等的计算。转轮直径D1计算式中Nf——发电机额定功率，KW；ηfηTQ1’——设计工况下单位流量，mHsj——设计水头，近似取（0.9~1.0）Hpj，m。本次昌波水电站初步设计中，取发电机额定功率：Nf=185000KW发电机效率：0.97原型水轮机效率：根据等效率线取0.949单位流量：0.910m3/s（转速77r/min时的最大单位流量）设计水头：68m带入数据计算得：取水轮机直径为550cm（经老师指导，不选用标准直径）。水轮机转速n的选择计算式中n1'——单位转速，混流式水轮机选取范围为（1~1.05）Hpj单位转速取：77r/min加权平均水头：67m带入数据算得：查发电机标准同步转速系列表REF_Ref17913\r\h[3]，可知接近发电同步转速115.4r/min。（3）水轮机工况工作范围检验水轮机最大应用流量：Q1max=Q11D11.91×5.5最大、最小水头对应的单位转速：n11min=nDn11max=n在曲线中绘出的直线，可知这三条直线所围成的水轮机工作范围基本包含了该特性曲线高效率区，所以以上选型是合理的。1.1.1.2思林（1）转轮直径D1计算发电机额定功率：Nf=185000KW发电机效率：0.97原型水轮机效率：根据等效率线取0.95设计工况下单位流量：0.905m3/s（取最优单位转速70r/min,所对应的最大单位流量）设计水头：68m代入数据算得：（1.6）取D1=600cm。（2）水轮机转速n的选择计算单位转速取：69r/min加权平均水头：65m代入数据算得：查发电机标准同步转速系列表，可知接近发电同步转速93.8r/min。（3）水轮机工况工作范围检验水轮机最大应用流量：Q1max=Q11D12HMax=0.905最大最小水头对应的单位转速：n11min=nDn11max=n在特性曲线中绘出的直线，可知这三条直线所围成的水轮机工作范围基本包含了该特性曲线高效率区，所以以上选型是合理的。综合考虑两个特性曲线的计算结果，思林模型的工作区在更高的效率区，因此选取水轮机的转轮直径为600cm。1.1.1.3水轮机安装高程（1）吸出高Hs根据昌波水电站水头，选用HL220型水轮机，查《水力机械》表1-4，得到水轮机模型的气蚀系数σM吸出高可按下式进行计算：式中H——净水头，可按设计水头计算，还需进行核算；Kσ——电站装置气蚀系数与模型气蚀系数之比值，Kσ=取σMHs≤安装高程立轴混流式水轮机按下式进行计算：式中∇wHSb0查表，取b0=0.250×6=1.5∇1.1.1.4水轮机重量估算（1）水轮机总重查《水力机械》图2-55REF_Ref31689\r\h[1]，可知水轮机总重G约为900t。（2）水轮机转轮重量查《水力机械》图2-56的重量估算曲线REF_Ref31689\r\h[1]，可知转轮重量约为130t。1.2蜗壳设计对于大中型水轮机的蜗壳，混凝土蜗壳的选用范围为最大水头小于40米，钢板焊接蜗壳的选用范围为最大水头大于40米。昌波水电站最大工作水头为67.61米，选用金属蜗壳。1.1.1断面形状及包角选择为改善受力条件，金属蜗壳的断面形状为圆形，且金属蜗壳的包角一般采用345°REF_Ref17913\r\h[3]。1.1.2蜗壳尺寸设计（1）蜗壳进口断面平均流速由设计水头，查得蜗壳进口断面平均流速，本水电站的设计水头=68m，查得Vc=7m/s。（2）蜗壳座环尺寸水轮机转轮直径为6m，设计水头68m,查《水力机械》表2-16，得导叶内径Db=8200mm,座环固定导叶外径Da=9350mm。（3）蜗壳各断面尺寸设计根据蜗壳任一断面上的圆周速度vu断面半径：断面中心距：断面外半径：式中φi——从蜗壳鼻端至断面i的包角，°Qmax——水轮机最大引用流量，m3/sVcra根据ra=Da/2=4675mm，Qmax=267.90m3/s，Vc=7m/s，现从0~345°表SEQ表\*ARABIC2.1蜗壳尺寸计算断面包角（°）流量（m3/s）断面半径m断面中心距m断面外半径m00.0000.0004.6754.6751511.1630.7135.3886.1003021.3251.0085.6836.6914533.4881.2345.9097.1446044.6501.4256.1007.5267555.8131.5936.2687.8629066.9751.7466.4218.16610578.1381.8856.5608.44612089.3001.0166.6918.706135100.4631.1386.8138.951150111.6251.2546.9299.182165121.7881.3647.0399.402180133.9501.4697.1449.612195145.1131.5697.2449.814210156.2751.6667.34110.008225167.4381.7607.43510.195240178.6001.8517.52610.376255189.7631.9387.61310.552270200.9253.0237.69810.722285211.0883.1067.78110.888300223.2503.1877.86211.049315234.4133.2667.94111.206330245.5753.3438.01811.360345256.7383.4188.09311.510当取Vc=7m/s时，蜗壳的进水口断面直径较大，后续的进水阀的选型时，无法选用合适的进水阀；在咨询老师后，建议将Vc表1.2蜗壳尺寸计算断面包角流量断面半径断面中心距断面外半径°m^3/smmm00.0000.0004.6754.6751511.1630.6285.3035.9323021.3250.8895.5646.4534533.4881.0895.7646.8526044.6501.2575.9327.1897555.8131.4056.0807.4869066.9751.5396.2147.75410578.1381.6636.3388.00112089.3001.7786.4538.230135100.4631.8856.5608.446150111.6251.9876.6628.650165121.7881.0846.7598.844180133.9501.1776.8529.029195145.1131.2666.9419.207210156.2751.3527.0279.378225167.4381.4347.1099.543240178.6001.5147.1899.703255189.7631.5917.2669.858270200.9251.6667.34110.008285211.0881.7407.41510.154300223.2501.8117.48610.296315234.4131.8807.55510.435330245.5751.9487.62310.571345256.7383.0147.68910.703此时蜗壳尺寸较为适宜，有利于后续的选型设计。（4）蜗壳的尺寸示意图如下：图SEQ图\*ARABIC2.1蜗壳图1.3水轮发电机选型设计1.3.1发电机主要尺寸的估算发电机原始数据额定容量：185MW额定功率因素：0.9额定视在功率：Sf=185000额定转速：=n=93.8r/min空冷式发电机的极限容量用下式进行计算：代入数据算得：Sfj=1.293.8因此发电机采用空冷式冷却方式。（2）主要尺寸估算1、极距τ选择合理的Di首先要选择恰当的极矩τ，根据统计资料分析，极矩与每极的容量关系如下：式中Sf——发电机额定容量，kVA；p——磁极对数；Kf——系数，一般为8~10；额定容量：185000KW磁极对数：32系数：取9τ2、定子内径DiDi=3、定子铁芯长度l(1.16)式中Sf——发电机额定容量（kVA）；ne——转子转速（rpm）；Di——定子内径（cm）；C——系数；查《水力机械》表3-5，进行插值计算得到：C=6.625带入数据算得：lli/τ4、定子铁芯外径D当ne≤166.7rpm5、发电机型式选择D故选择全伞式平面尺寸估算1、定子机座外径D1ne≤136.4rpm，D1风罩内径D2Sf下机架最大跨度D查《水力机械》表3-6，可知水轮机机坑直径为8400mmSf4、推力轴承外径D6和励磁机外径查《水力机械》表3-7，取D轴向尺寸计算定子机座高度ℎ125>2、上机架高度ℎ伞式非承载机架：ℎ2=0.10D3、励磁机高度ℎ4和永磁机高度查《水利机械》表3-8取值，取ℎ4=200cm、ℎ5=80cm、4、下机架高度ℎ伞式承载机架：ℎ7=0.2Di5、定子支座支承面至下机架支承面或下挡风面之间的距离ℎ伞式承载机架：ℎ8=0.25Di6、下机架支承面到主轴法兰底面之间的距离ℎ一般为70~150cm7、转子磁轭轴向高度ℎ无风扇：ℎ10=l发电机总高度HH=h9、发电机主轴高度ℎℎ1110、定子铁芯水平中心线至主轴法兰盘底面距离ℎℎ121.3.2发电机重量估算（1）水轮发电机的总重量：Gf式中Gf—Sf—ne—K1—系数，伞式发电机取7~9,取系数K代入数据，得：G发电机转子重量按发电机的总重量的1/2估算，取629.08t（3）发电机飞轮力矩GD2GD式中K2—经验系数，查《水利机械》表3-10取K带入数据算得：G发电机的剖面图如下所示：图2-2发电机剖面图1.4尾水管选型设计1.4.1尾水管型式选择采用弯肘式尾水管，使得开挖深度减小，并更好地和尾水洞衔接。由于本水电站水头较小，故采用标准混凝土肘管。1.4.2尾水管尺寸设计进口直锥段垂直的圆锥形扩散管，D3是其进口直径。对于混流式水轮机，由于直锥段与基础环相连，故D3=D2（转轮出口直径），：ℎ3是进口段的高度，设计时为了减小水头损失，会增加ℎ3来减小弯肘段入口流速，进而减少水头损失，但开挖深度会随ℎ3增大而增大。水轮机转轮直径：D1=6000mm取转轮出口直径：D2=6492mm查《水电站》表2-1REF_Ref17913\r\h[3]，外形计算结果见下表：表1.3尾水管尺寸计算结果h/DL/DB5/DD4/Dh4/Dh6/DL1/Dh5/D1.24.51.8081.11.10.5740.941.3hLB5D4h4h6L1h513.22710.8486.66.63.4445.647.8由于昌波水电站为地下式厂房，需要对尾水管尺寸进行调整，参考工程实例，改良后的计算结果如下：表1.4尾水管尺寸计算结果h/DL/DB5/DD4/Dh4/Dh6/DL1/Dh5/D1.66.51.81.351.350.6751.821.22hLB5D4h4h6L1h515.63910.88.18.14.0510.927.32当尾水管出口的宽度B>10~12m时，可按水工结构要求加设支墩，在本设计中B=10.8m，查阅相关资料后选择不设支墩。尾水管示意图图2-3尾水管尺寸示意图1.5调速器选型设计1.5.1调速器型式选择有电气液压调速器和机械液压调速器两种类型。电气液压调速器调节品质好，自动化程度高，适用于大机组或对电能质量要求较高的电站；机组较小且在系统中不占据重要地位时，选用机械调速器。本次设计选用电气液压调速器。1.5.2导叶接力器容积计算1.接力器直径大型调速器通常采用两个接力器来操作导水机构，当油压装置的额定油压为1.5MPa，接力器的直径dc，可按如下经验公式计算:dc式中λ——计算系数，取λ=0.030；b0代入计算得：dc查《水力机械》表6-5取接力器直径为800mm。1.接力器最大行程Smax式中a0max代入数据计算得：Smax接力器总容积V=πdc22S主配压阀直径选择调速器初步选择主配压阀时，可按下式计算：d=4V式中V——导水机构或折向器接力器的总容积，m3；v——管路中的流速，m/s,一般取v≤4~5m/sTs——接力器关闭时间，s，本次设计取8s；代入数据算得：d=0.138m选择比计算结果稍大的主配压阀直径150mm。调速器型号机械柜尺寸l×基础板尺寸L×B(mm)电气柜尺寸M×N×HDST-150900×1000×15501500×1700550×804×23601.5.3油压装置选型油压装置有分离式和组合式两种。分离式容量范围较大，大中型水轮机较为适用;组合式容量较小，但结构紧凑，仅适用于中小型水轮机。油压装置选择计算一般一台水轮机设置一台油压装置以满足机组调节和运行的需要。当确定了额定工作油压，压力油罐容积的确定实质上就是选择油压装置，油罐容积可按经验公式估算。（2）压力油罐容积估算Vo代入数据得：Vo=11~11.22m查《水电站机电设计手册——水力机械》表6-15REF_Ref31689\r\h[1]，选择比估算容积偏大的分离式油压装置YS-11.5。1.6闸、阀门选型1.6.1闸门选型闸门的型式很多，选定标准是技术要可行、经济要合理。选型时要考虑水工建筑物对运行闸门时提出的要求，还要考虑安装成本，最后考虑经济的合理性。除了采用较多的平面直升闸门和弧形闸门外，还有翻版闸门、人字闸门、横拉闸门以及三角闸门。平面直升闸门的优点是能封闭较大面积的孔口，所占空间尺寸较小，结构简单，制造、安装和运输比较容易；检修方便等；缺点是需要的启闭力较大，受摩擦力影响较大，需要