【三门水电站水轮机组选型设计计算案例10000字】

1三门水电站水轮机组选型设计计算案例 4 4 4 51、装机2台，单机容量100000kW 5 51.2原型水轮机效率7的计算 5 6 6 61.4检验水轮机的工作范围 62、装机3台，单机容量66667kW 72.1计算转轮直径D₁ 72.2原型水轮机效率7r的计算 8 8 8 8 8 82.4检验水轮机的工作范围 9(1)D₁=6.5m,n=60r/min 9 9 93、装机4台，单机容量50000kW 3.2原型水轮机效率7r的计算 23.4检验水轮机的工作范围 4、装机5台，单机容量40000kW 4.1计算转轮直径D₁ 4.2原型水轮机效率7r的计算 4.4检验水轮机的工作范围 5、初步方案列表 2、较优方案选定 一、动能经济指标 二、机电设备投资和耗钢量 3、起重设备的选用 4、辅助设备部分 245、设备安装运行费 3、开关设备 4、电气自动化设备 275、电气部分运输费 28第五节最优方案选择 一、水力机械投资估算表 二、电气部分投资估算表 三、方案总表 4、轴向水推力 2.1蜗壳型式、断面形状和包角的确定 2.2座环的确定 2.3蜗壳参数计算 32.3.1蜗壳进□断面计算 2.3.2蜗壳进□断面尺寸的选择 2.3.3蜗壳其余各断面顶角连接线 3 33、尾水管的选择和计算 3第七节绘制厂房剖面图 (二)估算定子铁芯的内径及长度 1、极距t和飞逸速度v的计算 2、定子铁芯内径的确定 3、电机常数C1或电机利用系数C及定子铁芯长度l,的确定 4、发电机型式的选择 5、定子铁芯外径Da 3、转子直径D3 4、下机架最大跨度D4 5、推力轴承装置外径D6及励磁机架外径D7 2、上机架高度h2 3、推力轴承高度h3 4、下机架高度h7 6、下机架支撑面到大轴法兰面的距离h 7、定子支撑面到大轴法兰盘面距离 8、转子磁轭轴向高度hi 9、定子铁芯轴向中心线到法兰盘面距离h12 二、厂房各高程的确定 1、机组的安装高程安 2、尾水管底板高程 3、水轮机层地面高程确定4 4 三、厂房宽度的确定 40 40 四、主厂房长度 41 3.安装场长度 424.厂房的总长度 42根据原始资料，该水电站的水头范围为20~40m,电站总装机容量20万千瓦，平均水头为30米，最大水头为40m,最小水头为20m。适合此水头范围的水轮机类型有轴流式和混流式。由参考文献[1],混流式水轮机的以下优点：因此，选择混流式水轮机。本电站水头变化范围20m~40m,查表得，适合本电站的水头段为HL240。故选用HL240转轮型号。水轮机单机容量的选择与其在系统中的备用容量有关。考以及经济等因素，一般单机容量不超过系统容量的15%。单机容量≤2×(31.5+60+120+120+60+60+60+60+120)×15%=5第二节原型水轮机主要参数的确定站装机台数按2台、3台、4台、5台四种方案进行综合比较。1、装机2台，单机容量100000kW取最优单位转速n₁10=72r/min与出力限制线的交点的单位流量作为设计工况单位流量，则Q11r=1.155m³/s,对应的模型效率nm=0.855,暂取效率修正值△η=0.03,则设计工况原型水轮机效率η=nm+△η=0.855+0.03=0.885,故水轮按我国规定的转轮直径系列值，查水电站机电设计手册表1-7计算值处于标准值1.2原型水轮机效率7的计算效率修正值△η=nro-nmo=0.934-0.885=0.049与初步计算时的设定效率0.885的误差小于5%,故计算满足要求。6效率修正值△n=nro-nmo=0.936-0.885=0.051与初步计算时的设定效率0.885的误差小于5%,故计算满足要求。之间。根据5%法则，二者都取。之间。根据5%法则，二者都取。72、装机3台，单机容量66667kW2.1计算转轮直径D₁水轮机的额定出力为：8取最优单位转速n₁10=72r/min与出力限制线的交点的单位流量作为设计工况单位流量，则Q11r=1.155m³/s,对应的模型效率nm=0.855,暂取效率修正值△η=0.03,则设计工况原型水轮机效率η=nm+△n=0.855+0.03=0.885,故水轮按我国规定的转轮直径系列值，查水电站机电设计手册表1-7计算值处于标准值2.2原型水轮机效率7的计算效率修正值△η=nro-nmo=0.931-0.885=0.046限制工况原型水轮机的效率为：nr=nm+与初步计算时的设定效率0.885的误差小于5%,故计算满足要求。效率修正值△η=nro-nmo=0.933-0.885=0.048与初步计算时的设定效率0.885的误差小于5%,故计算满足要求。之间。根据5%法则，二者都取。9之间。根据5%法则，二者都取。2.4检验水轮机的工作范围最大水头，最小水头，平均水头对应的单位转速3、装机4台，单机容量50000kW取最优单位转速n₁10=72r/min与出力限制线的交点的单位流量作为设计工况单位流量，则Q11r=1.155m³/s,对应的模型效率nm=0.855,暂取效率修正值△η=0.03,则设计工况原型水轮机效率η=nm+△η=0.855+0.03=0.885,故水轮按我国规定的转轮直径系列值，查水电站机电设计手册表1-7计算值处于标准值3.2原型水轮机效率7的计算效率修正值△η=nro-nmo=0.930-0.885=0.045限制工况原型水轮机的效率为：n与初步计算时的设定效率0.885的误差小于5%,故计算满足要求。效率修正值△nη=nro一nmo=0.931-0.885=0.047与初步计算时的设定效率0.885的误差小于5%,故计算满足要求。之间。根据5%法则，二者都取。之间。根据5%法则，二者都取。效率修正值△η=nro-nmo=0.930-0.885=0.045与初步计算时的设定效率0.885的误差小于5%,故计算满足要求。效率修正值△η=nro-nmo=0.930-0.885=0.045与初步计算时的设定效率0.885的误差小于5%,故计算满足要求。(r/min)之间。根据5%法则，二者都取。之间。根据5%法则，二者都取。4.4检验水轮机的工作范围5、初步方案列表方案台数额定出力(kW)标称直同步转速1223453678945第三节较优方案的选择1、选择方法(1)根据各方案的己知参数计算出水轮机的设计单位流量nr一水轮机原型效率；在模型综合特性曲线上，检查此计算的设计单位流量Q11是否超出了出力限制线或是型谱中的推荐值。由参考文献对于HL240型号转轮，其设计单位流量为1.155m3/s。对于上述方案1:P=104167kW,D₁=8.0m,Hr=28.5m,nr=0.904对于其他几种方案进行同理计算，计算结果列表如下：表1-2123456789(2)在HL240模型综合特性曲线上作出各个情况下的n11max、n₁1a、n₁1min三条线。选择包围高效区最好，并且n11a直线通过最高效率区的方案为较优方案。2、较优方案选定经过以上综合验算考虑，选定四种较优方案如下台数额定出力同步转速4283453、反推设计水头曲线上绘制点(Q11min,n11min)与点(Q11r,n11r)的连线，找出其与出力限制线的交点，读出交点对应的纵坐标n11的值，代入下式。式中：n——同步转速，r/min;因此在模型特性曲线上作出点(643,63.03)和点(1071,74.67)的连线，找出与出力限制线的交点并读出纵坐标为n₁10=76r/min,代入公式得设计水头：因此在模型特性曲线上作出点(632,63.86)和点(1053,75.66)的连线，找出与出因此在模型特性曲线上作出点(646,67.70)和点(1075,76.65)的连线，找出与出因此在模型特性曲线上作出点(617,65.22)和点(1025,77.27)的连线，找出与出方案序号48方案40.930.920.910.89—0.86出力限制线方案8方案8等效率线nn0.930.91—0.88出力限制线方案12二0.94方案16方案16等效率线0.0020.00n—0.85一*—0.842、利用面积法求个方案的平均效率式中n₁、n₂为特性曲线上相邻等效率线上的效率值，A₁为两相邻效率线之间的面积。平均效率表48(一)水力机械部分根据转轮直径查《水电站机电设计手册一—水力机械》P139图2-55,估算各种方表1-8各方案的水轮机总价方案48台数2345直径(m)水轮机单重(t)水轮机总重(t)水轮机单价(万元/t)水轮机总价(万元)2、调速器按一台30万元来考虑，各个方案总价估算如下：表1-9各个方案的调速器总价估算48台数2345调速器单价(万元/台)调速器总价(万元)3、起重设备的选用形式和台数，直接影响起重设备的投资、厂房上部建筑物的(1)、当最重吊运件的重量小于100t时，机组台数少于四台总价4.8%×(9000+320)=447.36(万元)总价5.3%×(8750+400)=439.2(万元)总价8%×(11250+160+667.2+410.76)=999.04(万元)总价8.2%×(9562.5+240+348+411.705)=866.10(万元)总价8.5%×(9000+320+285.6+447.36)=854.5(万元)总价8.7%×(8750+400+189.6+439.2)=850.76(万元)(二)电气部分方案4n=46.9r/min,p=100000kw总价2953.8×3.0=8861.4(万元)方案8n=57.7r/min,p=66667kw总价2945.1×3.0=8835.3(万元)总价2899.6×3.0=8697.9(万元)方案4n=75r/min,p=400总价2931.5×3.0=8794.5(万元)总重117.6×2=235.3(t)总价235.3×4=941.2(万元)方案8Z=3台，视在功率S=66.67÷0.85=78.4MVA总重78.4×3=232.5(t)总价232.5×4=930(万元)方案12Z=4台，视在功率S=50÷0.85=58.8MVA总重58.8×4=235.2(t)总价235.2×4=940.8(万元)方案16Z=5台，视在功率S=40÷0.85=47.1MVA总重47.1×5=235.5(t)总价235.3×4=942.4(万元)在初步设计时开关单价按100万元/台计算，每台机组设有两台开关，投资如下：方案4总价100×4=400(万元)方案4总价100×6=600(万元)方案4总价100×8=800(万元)方案4总价100×10=1000(万元)4、电气自动化设备方案4总价10%×(8861.4+941.2+400)=1020.26(万元)方案8总价10%×(8835.5+930+600)=1036.55(万元)方案12总价10%×(8697.9+940.8+800)=1043.87(万元)方案16总价10%×(8861.4+942.4+1000)=1080.38(万元)方案4总价8.0%×(8861.4+941.2+400+1020.26)=897.83(万元)方案8总价8.2%×(8835.5+930.0+600+1036.55)=934.97(万元)方案12总价8.5%×(8697.9+940.8+800+1043.87)=976.01(万元)方案16总价8.7%×(8861.4+942.4+1000+1080.38)=1033.92(万元)方案48水轮机单台重(吨/台)水轮机总重(吨)水轮机单价(万元/吨)水轮机总价(万元)调速器单价(万元/台)调速器总价(万元)起重机重量(吨)起重机单价(万元/吨)起重机总价(万元)辅助设备投资(万元)安装运输费(万元)总投资(万元)总耗钢量(吨)单位千瓦投资(元/千瓦)单位千瓦耗钢量(公斤/千瓦方案48发电机单台重(吨/台)发电机总重(吨)发电机单价(万元/吨)发电机总价(万元)自动化设备总价(万元)设备安装运输费(万元)总投资(万元)单位千瓦投资(元/千瓦)单位千瓦耗钢量(公斤/千瓦)方案48最大水头Hmax(m)最小水头Hmin(m)平均水头Hp(m)装机容量N(万kw)水轮机型号单机容量N(万kw)542345转轮直径D1(m)机组转速(r/min)计算水头Hr(m)水轮机平均效率模型最高效率时的n1'总投资(万元)单位千瓦投资(元/KW)总耗钢量(吨)千瓦耗钢量(公斤/万比较结果方案12为最优方案由以上表可知，方案4和方案8相较于方案12,平均效率一样但单位千瓦的投资高，故可以排除为最优方案。方案12和方案16在平均效率上各有优劣，因此需要对其由电站的原始资料知，电站的年利用小时数为4400保证出力为6万千瓦。年利用小时数4400,按0.35元/kWh计算，则：每年收益差=60×4400×0.35=9.24万元回收年限n>7,故方案12经济上更有利。所以选择方案12为最优方案。四、最优方案相关参数的计算确定最优设计方案实际设计水头Hr=27.81mQ=Q₁D²√H,=1.075×6²×设计水头下的：查原始资料P42附图11-2可得▽=276.4m,根据《水轮查表得HL240单位飞逸转速n11R=159(r/min)故水轮机飞逸转速为：式中Hmax—一最大水头，m;4、轴向水推力在实际设计中，往往用经验公式来计算转轮轴向水推力：式中Kt—一转轮轴向水推力系数。查表得系数范围为0.2~0.26,转轮直径较小止漏环相对间隙较大时适当取较大值，故取0.25。第六节最优方案的进出流水道计算1、转轮计算转轮的流道尺寸查表得由于D₁=6m,故转轮主要参数如下表，单位mm:转轮流道主要尺寸表h12、蜗壳计算2.1蜗壳型式、断面形状和包角的确定根据《水电站动力设备设计手册》P18页，知当最大工作水头在40m以下时，一由于本电站水头范围20m40m,则选用混凝土蜗壳。对于混凝土蜗壳，为减少蜗壳的平面尺寸及便于厂房布置等因素，常采用包角φ。=180°的平顶混凝土蜗壳。2.2座环的确定由于使用包角φ。=180°的平顶混凝土蜗壳，故选择与平顶蜗壳相连的铸造名称座环参数2.3蜗壳参数计算2.3.1蜗壳进□断面计算选择。根据设计水头按《毕业设计指南》p21页图2.6,取V₀=4.1m/s2.3.2蜗壳进□断面尺寸的选择混凝土蜗壳常用梯形断面，它有较小的水利损失和平面尺寸的梯形断面中选择m=n的作为断面形状，此时有2.3.3蜗壳其余各断面顶角连接线2.3.4蜗壳断面计算断面号12345单位m。尾水管尺寸表h5Lh第七节绘制厂房剖面图(一)原始数据额定容量：有功功率Pₙ=50000KW飞逸转速ng=167.6r/min额定频率fn=50Hz(二)估算定子铁芯的内径及长度1、极距t和飞逸速度v的计算K₁—一系数8.310.7,取10;V,=Kt=1.85×50.85=94.072、定子铁芯内径的确定3、电机常数Ci或电机利用系数C及定子铁芯长度l,的确定电机利用系数2P——磁极个数由于1,1t=1.08/0.51=2.12在1-3范围内，所以较合理。4、发电机型式的选择可选用悬吊式5、定子铁芯外径Dat由于n=68.2,则Da=D+1.2t=1485.39cm(三)平面尺寸估算由于68.2<136.4r/min,故2、风罩内径D₂由于Sₙ=58823.5KVA>20000KVA,D₂=D₁+2.4m=16.24+2.4m=3、转子直径D₃在初步设计阶段，转子直径可近似等于定子铁芯内径，忽略气隙宽度，即4、下机架最大跨度D₄D₄=D₅+0.6m=8.4m+0.6m=9.0m式中D₅——水轮机内径(由《水力机械》P162表3-6可查得)5、推力轴承装置外径D₆及励磁机架外径D7得(四)轴向尺寸估算1、定子机座高度hi2、上机架高度h₂3、推力轴承高度h₃4、下机架高度h₇5、定子机架支撑面到下机