【《某水电站厂房设计中水轮机的选择计算案例》4900字】

某水电站厂房设计中水轮机的选择计算案例目录TOC\o"1-3"\h\u8407某水电站厂房设计中水轮机的选择计算案例 162731水电站厂房设计资料 2103541.1基本资料 2281571.2水文气象资料 2283411.3设计径流 292701.4洪水 365641.4.1设计洪水 31841.4.2施工分期洪水 366091.4.3水位流量关系 3138781.5泥沙 4291561.6工程地质条件 4298151.6.1区域地质 4213381.6.2坝址区工程地质条件 4113971.6.3引水渠道工程地质 46331.6.4厂址区工程地质条件 4213621.6.5天然建筑材料 5170191.7工程规模 5511.7.1电站保证出力 5216341.7.2装机容量 5259512工程布置及建筑物 599482.1工程选址 5281162.2厂区建筑物 5326613水轮机的选择 6152433.1设计参数 611313.2水轮机型号初选 65603.3水轮机参数选择 6214143.3.1HL220型 6171933.3.2HL160型 7154523.3.3HL110型 9243793.4水轮机方案比较 11230823.5蜗壳计算 11209703.6尾水管形式及主要尺寸确定 12141903.7调速器选择 131水电站厂房设计资料1.1基本资料会泽县位于云南省东北部，曲靖市西北部。小菜园电厂位于会泽县北部迤车镇坪子村。电厂采用牛栏江排水系统发电。牛栏江现为河流中部和右侧的第二条支流。电站位于大坝下游500米处，降雨量与坝区差小于2%。流域的平均高度是1651米。该地区侧沟较少，河道较单一，河床很陡，切口较深，有的呈“v”字形。小菜园电站装机功率500万伏特，设计高度69.95米，设计要求容量为7.81立方米。建成后由两条10KV输电线路输送，其中一条向会泽方向送出，传输距离12km。1.2水文气象资料牛栏江的上坡以降雨为主，中坡以地下排水为主。这条河清澈透明。江底站排污口资料显示，全年径流分布不均匀，枯季排污口相对丰度较大。枯水期为每年12月-4月，年排水量为10.1%;6~10月为雨季，全年82.9%的排水系统处于雨季。小菜园水库的洪水主要来自降雨和地下水。秋天是从六月到九月，降雨和强度也增加了，导致洪水泛滥。区域洪水的特点是洪峰低，洪量小，洪水过程耗时数小时。年平均气温10.3℃，年平均最高气温19.0℃，年平均最低气温-0.3℃，绝对最高气温33.3℃，绝对最低气温-15.6℃，年平均温差19.7℃。每年有130天没有太阳，2952小时，5月最高，9月最低。1.3设计径流设计流域无实测水文资料，邻近水文站集雨面积太大，采用水文比拟法计算设计年径流成果如下表所示：表1-1小菜园电站径流计算成果表Q平均（m3/s）CvCs/CvQp（m3/s）P=20%P=50%P=80%1.1530.17921.2161.150.83参照江底站同频率径流年内分配，求得小菜园电站年设计径流年内分配表：表1-2小菜园电站各代表年年内分配单位：m3/s代表年一月二月三月四月五月六月七月八月九月十月十一月十二月全年丰水年0.370.370.470.741.322.163.072.762.111.750.870.551.36中水年0.360.350.400.521.201.832.182.122.411.560.780.461.15枯水年0.310.310.410.510.560.661.471.561.961.180.620.400.961.4洪水1.4.1设计洪水小菜园电站及坝区建筑物为五级、五级。根据规范选取的设计洪水标准为：坝区设计洪水20年一遇，校核洪水100年一遇；厂房设计洪水为30年一遇，校核洪水为50年一遇。电厂与坝区雨水收集面积相差不大，直接采用坝区洪水计算成果。根据1981年云南科技第四期发表经验公式，云南河流年平均最大洪峰流量为:qcp=cf0.74p1-OK37由上式求得小菜园电站设计洪水成果如下表：表1-3小菜园电站设计洪水成果表Qm平均（m3/s）CvCs/CvQp（m3/s）P=0.18%P=0.97%P=1.98%P=3.27%P=4.90%P=9.97%P=19.81%29.10.213.552.0745.3744.0141.9840.237.234.01.4.2施工分期洪水中心C的建设期为5年1次，因此中心的建设期可参考峰值流量34.0m3/s。1.4.3水位流量关系为满足设计要求，本次厂坝细节设计、对应水位水位等如下表：表1-4小菜园电站设计水位成果表单位：米交接断面名称规划设计洪水校核洪水重现期水位变化重现期水位变化坝二十年一遇4105.85百年一遇4106.30厂房三十年一遇4026.85五十年一遇4027.001.5泥沙根据实测泥沙资料和周边地区平均输沙模量等高线，选取80t/km2水电站坝址以上平均输沙模量，估算小菜园中心区多年平均输沙量。数量是0.64×104。采用推悬比法计算地基沉降量。推悬比为0.2，动力中心土体总沉降为0.13×10t小菜园电站多年来中心的平均总沉积物量是0.77×10t。1.6工程地质条件1.6.1区域地质牛栏江干流沿西南方向流入金沙江。该地区边沟较少，河道相对简单，河床较陡，切深，断面呈“v”字形。河床以砂岩综合接触为主，东西宽约数十~150公里，南北长约500公里。由于落基山脉的巨大温差，物理和地质过程受到排斥、剥蚀和侵蚀的强烈影响。深谷两边的梯田不完整，地面很陡。地震、崩塌、泥石流等物理地质过程发育良好。岩石裂缝的形成主要受区域构造和裂缝发育程度的影响和控制。1.6.2坝址区工程地质条件坝区河谷狭窄，河道弯道长陡。这条河自东向东南流。枯水期河床宽度约为6~7m。它由全新世河床冲积层(alq4)组成，岩性为岩石圈。据估计，它的厚度超过5米。左边是河床上的坡度和地貌。右边是一个岩石斜坡。山坡上没有植被覆盖，岩石清晰可见。岩体较为完整，冲击坡、斜坡、泥石流等不良构造面上不存在大断层、沟壑和不良地质构造。1.6.3引水渠道工程地质引水渠总长1206,74米。全线地形受岩质边坡地形控制。曲面是四分之一边坡的剩余层，主要由粘土、砂土和孤立砾石组成，厚度为0.5~1m。下伏基岩为上、中石炭统（C2-3）。岩性以砂岩为主，砂岩、泥岩、泥岩为主，砂岩、砂岩为主。岩体较为完整，边坡上不存在大裂缝、不稳定的地质结构组合等不利结构面。1.6.4厂址区工程地质条件(1)前池远景区为石炭纪。岩性以砂岩、板岩为主，混有灰岩和泥岩，以砂岩、板岩为主。岩浆岩较为完整，附近没有大裂缝、不稳定的地质构造组合等不良构造面。(2)压力管道压力管道地形为基岩斜坡。梯度是35度到40度，梯度是均匀的。岩体相对完整，没有其他不利的物理地质现象(地震、泥石流、松塌堆积等)。，内部边坡稳定，工程地质条件良好。(3)厂房及尾水整个地貌是河床上的岩台。主要是砂岩。岩体较为完整，受力部位附近不存在大断层等不良构造面和不稳定的地质构造组合。1.6.5天然建筑材料项目区附近分布着许多不同的天然建材，基本可以满足工程建设的需要。1.7工程规模1.7.1电站保证出力电厂设计净化水头69.95m，输出系数a=8,0c较高的电厂保证输出为:例如，AHQ=8×69.95×0.45=251.8(kw).1.7.2装机容量小菜园电站为无调节电站，在旱季需要尽可能多的电力，因此在保证电力的1.5倍内建电更为合适。根据供电负荷及各种因素，装机容量250kw，安装设备数量1台。多年来，平均用电量为120万千瓦，而中心的装机容量为8400小时。2工程布置及建筑物2.1工程选址本项目是为解决迤车镇居民基本用电量问题而建的小型电厂，规模小，电网隔离。为了缩短输电线路，减少工程投资，降低电力消耗，简化工程管理，在选择工程选址时必须考虑河道的自然条件和电力中心与负荷中心的距离。2.2厂区建筑物（1）厂房工厂的地基建在淡水土壤上，并以“一”的形式沿河岸而存在。车间安装1台0.25MW水轮发电机组。水轮发电机安装高度为4029.95，主机室地面高度为4029,50m。（2）主变场主变压器安装完成后，车间地面高度为4029.30m。（3）进厂公路项目区域由一条简单的道路连接，而进入工厂的道路需要铺设新的200米长的泥岩才能与乡村道路相连。（4）尾水渠及防洪堤厂房、升压站和进厂路都铺在新鲜完整的岩石上。设备安装高度大于最大洪水水位。因此工厂整个轴线工程不需要建防洪墙，只需要一定的护坡来保护岩面，砌筑采用M5-OK0水泥砂浆。本工程没有尾石通道，只需要清洗尾石即可。3水轮机的选择3.1设计参数水电站设计水头HR=69.95m，装机容量5000kW。原设计安装两台机组，即单机容量为2500千瓦。3.2水轮机型号初选根据水电站设计水头和机组容量，HL220、HL160、HL110型水轮机更适合使用。3.3水轮机参数选择3.3.1HL220型(1).转轮直径D1计算有限条件下的直流电源Q1'=1.15m3/s,效率ηm汽轮机额定功率:Nr=ND1选择较大的公称内径D1(2).转速n的计算最佳条件下的单位转速控制n10'=71r/min,基本假设nn=(3).效率及单位参数修正最佳条件的最高效率为ηMmax=91%,为模型直径ηmax则效率修正值Δη=99%−91%=8%.取ξ=6%，效率修正值η在最佳和有限条件下的效率为2%，则ηmax单位转速的修正值计算：Δ因为Δn1'n10m(4).工作范围检验水轮机在Nr、Hav下工作时，Q1Q则水轮机的最大引用流量Q设计水头Hrn与最优工况模型下的机组转速基本一致，所选参数是可行的。（5）.吸出高度Hs根据涡轮的设计参数，空化系数约为0.133。通过查表可以得到空化修正系数，从而得到涡轮的吸声高度，如下图所示：HH所以不满足要求。3.3.2HL160型(1).转轮直径D1计算Q1'=0.67m3/s,ηm水轮机的额定出力Nr=ND1选择较大的标称直径D1(2).转速n的计算最优工况下的单位转速n10'=67r/min,则设nn=选择偏大的同步转速n=630r/min(3).效率及单位参数修正最优工况下的最高效率为ηMmax=91%,模型的转轮直径为ηmax则效率修正值Δη=99%−91%=8%.采取ξ=6%，得效率修正值η在最佳和有限条件下的效率为2%，则ηmax单位转速的修正值计算：Δ因为Δn1'n10m(4).工作范围检验水轮机在Nr、Hav下工作时，Q1Q则水轮机的最大引用流量Q设计水头Hrn,与最优工况模型下的单位转速基本吻合，所选定的的参数D1（5）.吸出高度Hs根据涡轮的设计参数n1rHH3.3.3HL110型(1).转轮直径D1计算Q1'=0.38m3/s,ηm水轮机的额定出力Nr=ND1选择较大的标称直径D1(2).转速n的计算最优工况下的单位转速n10'=61.5r/min,则假定nn=选择偏大的同步转速n=450r/min(3).效率及单位参数修正ηMmax=90.4%,模型转轮直径ηmax则效率修正值Δη=99%−90.4%=8.6%.采取ξ=6%，得效率修正值η=在最佳和有限条件下的效率为2%，则ηmax单位转速的修正值计算：ΔΔn1'n10m(4).工作范围检验水轮机在Nr、Hav下工作时，Q1Q则水轮机的最大引用流量Q设计水头Hrn,与最优工况模型下的单位转速基本吻合，所选定的的参数D1（5）.吸出高度Hs由水轮机设计工况参数n1r'=61.5r/min,HH3.4水轮机方案比较序号对比项目方案一：HL160方案二：HL1101水头范围的推荐使用值45～12020～1802最优单位转速n6761.53单位流量最优值Q5803134在限制工况下的效率值η8986.85气蚀系数0.0650.0556各水轮机转轮直径D0.91.137转速n(r/min)68.1562.778最高效率η9190.410对应机型的额定出力N2600260010引用流量最大值Q4.134.0511吸出高度H-0.460.241从表中可以看出，方案2的转轮直径比方案1更合适，首先确定hl160-lj-450型涡轮。3.5蜗壳计算采用金属蜗壳，断面包角f=345°。蜗壳进口出口流量：QQmax蜗壳进口断面设计流速：V即蜗壳进口断面面积：F断面半径：ρ金属蜗壳环座外径Da=3.4m,则R=对蜗壳任一断面，QρR蜗壳断面半径随角度的变化：包角f断面半径ρR（米）断面流量Q（立方米）3450.2192.1373.963000.2122.013.442550.2031.892.932100.19071.7132.391650.17811.5691.8891200.1481.4082.179750.1211.230.86300.0971.040.343.6尾水管形式及主要尺寸确定本电站尾水管尺