【《某水电站水力机械及厂房设计说明书分析案例》3800字】

某水电站水力机械及厂房设计说明书分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u18179某水电站水力机械及厂房设计说明书分析案例 132409一、设计资料中的水能规划参数 224984二、水轮机设计说明及计算结果 283322.1初选水轮机型号 2236282.2机组台数选择 3281342.3初拟方案 377952.4各方案相关数据汇总 42352.5各方案比较 4206342.6各方案初选结果 4168922.7精选方案的相关数据 5152252.8各精选方案的比较 8228572.9最终方案的选定 8182912.10最终方案下水轮机导叶的相关计算结果 813011三、蜗壳部分设计说明及有关计算结果 9268913.1蜗壳圆形断面计算结果 9203673.2蜗壳椭圆断面计算结果 1027119四、尾水管部分设计说明及有关计算结果 1113495五、发电机设计说明及计算结果 11152535.1水轮发电机冷却方式的选择 1147455.2发电机尺寸计算结果 11101035.3发电机重量估算 12179165.4水轮发电机励磁方式的选择 1347205.5水轮发电机额定电压的选择 1313628六、厂房部分设计说明及有关计算结果 13296456.1厂房长度计算结果 13176456.2厂房宽度计算结果 13261196.3厂房高程计算结果 14216266.4厂房细部构造尺寸计算结果 1498046.5起重设备的选择 15一、设计资料中的水能规划参数1、总装机容量：290MW2、特征水位：（1）校核洪水位：156m（2）设计洪水位：154m（3）正常蓄水位：142m（4）死水位：134m3、水库容积及调节性质（1）总库容：35亿m3（2）调洪库容：25亿m3（3）有效调节库容：22亿m3（4）死库容：10亿m3（5）调节特性：年调节4、水能规划参数（1）最大水头Hmax=44m（2）最小水头Hmin=30m（3）平均水头Hav=32m5、引水管路水力损失情况：水力损失取△H=1（米）二、水轮机设计说明及计算结果2.1初选水轮机型号通过设计资料中的水能规划参数可知：Hmax=44m，Hmin=30m，Hav=32m，可以看出水头变化范围为30m-44m。参考“刘启钊，胡明.水电站（第四版）.北京：中国水利水电出版社，2010”P79表3-3和表3-4，可知当水头变化范围为30m-44m时HL240型和ZZ360型水轮机满足要求。2.2机组台数选择水轮机台数不一样，机组的运行效率，电站的工程投资、设备的运行条件和产品的供应也会发生变化。所以，通常考虑以下几个方面来选择机组台数。2.2.1机组台数与运行效率的关系水电站在整个发电系统中处于基荷工作的时候，选择较少的机组台数，可以让水轮机高效率的运行，这样可使水电站的平均效率较高。2.2.2机组台数与设备造价的关系机组台数越多，单机容量就越小，尺寸也小，会导致加工时消耗的材料较多，增加造价成本。反之机组台数较少时，造价成本比较低。2.2.3机组台数与运行维护的关系机组台数多时，运行起来灵活稳定，发生故障时影响也相对较小，但检修时机组台数过多，会导致操作繁琐，维护费用增加。2.2.4机组台数与电力系统的关系通常机组台数多时，单机容量相对较小，所以当机组发生故障时对电力系统的冲击影响也比较小，可以防止重大事故的发生。2.3初拟方案综上所述，初步拟定下列四个设计方案：（1）方案一：选用2台单机容量为145000KW的HL240型水轮机；（2）方案二：选用4台单机容量为72500KW的HL240型水轮机；（3）方案三：选用5台单机容量为58000KW的HL240型水轮机；（4）方案四：选用8台单机容量为36250KW的HL240型水轮机。2.4各方案相关数据汇总表2-1各方案相关数据汇总表方案水轮机型号台数（台）单机容量(KW)D1(m)η(%)n(r/min)Q1r(m³/s)Qr(m³/s)Hs(m)一HL24021450009.093.0601.23549.3-0.36二HL2404725006.592.765.21.19277.23.28三HL2405580006.092.668.21.11220.33.89四HL2408362505.092.383.31.01139.25.722.5各方案比较通过水轮机选型方案相关参数的计算，发现方案一的气蚀系数为0.3，过大，不利于机组运行，而且计算得到的效率也与实际情况不符，因此直接舍去方案一。方案一舍去之后，从以下几个方面进一步分析比较其余三个方案。2.5.1制造成本方面从表3-1各方案相关数据汇总表中可以看出，在初拟的四个方案中，方案二、方案三、方案四的转轮尺寸相近，制造成本相近。因此方案二、方案三、方案四从制造方面考虑优选程度相当。2.5.2水电站运行效率方面从表3-1各方案相关数据汇总表中可以看出，在初拟的四个方案中，方案二和方案三的效率相近，且方案二和方案三的效率远大于方案四的效率。因此方案二和方案三从运行效率方面考虑要优于方案四。2.5.3基础建设投资方面从表3-1各方案相关数据汇总表中可以看出，在初拟的四个方案中，方案四的吸出高度较低，所以水轮机安装高度较低，基础建设投资相对较大。因此方案二和方案三从基础建设投资方面考虑要优于方案四。2.6各方案初选结果综上所述，在初拟的四个方案中，方案一和方案四不符合条件优先淘汰，保留方案二和方案三进行精选。2.7精选方案的相关数据（1）各方案的工作范围图2-1方案二水轮机工作范围图2-2方案三水轮机工作范围（2）各方案的等效率线图2-3方案二等效率曲线图2-4方案三等效率曲线（3）各方案的出力限制线图2-5方案二出力限制线图2-6方案三出力限制线（4）各精选方案结果汇总表2-2精选结果汇总表项目方案平均效率(%)水轮机总重量（吨）转轮重量（吨）机电设备投资（万元）飞逸转速nf(r/min)水平轴向推力(t)方案二88.04112516041160158.18583.73方案三88.0690013540950171.36497.382.8各精选方案的比较通过观察精选结果汇总表中的各项数据，可以对方案二和方案三进行以下几个方面的对比分析，结果如下：2.8.1平均效率方面方案三的平均效率略高于方案二，对资源的利用率更高，所以从平均效率方面考虑优先选择方案三。2.8.2机电设备投资方面方案三的机电设备投资略低于方案二，相对来说节省经费，所以从机电设备投资方面考虑优先选择方案三。2.8.3飞逸转速方面方案三的飞逸转速略大于方案二，运行时相对安全，所以从飞逸转速方面考虑优先选择方案三。2.8.4工作范围方面方案二比方案三有更多的部分处于限制线内，所以从工作范围方面考虑优先选择方案二。2.9最终方案的选定通过上述的对比分析，可知方案三更好一些，所以最终选择方案三。2.10最终方案下水轮机导叶的相关计算结果表2-3方案三导叶的计算结果表导叶数目Z0叶形导叶轴线至尾部长度L1(mm)导叶轴线所在圆周直径D0(mm)最大径向开度a0max(mm)导叶高度b0(m)24非对称型（正曲率5197000780.031.52三、蜗壳部分设计说明及有关计算结果3.1蜗壳圆形断面计算结果蜗壳分为混凝土蜗壳和金属蜗壳，H＜40米时用混凝土蜗壳，H＞40米时用金属蜗壳。由于该设计中工作水头为30m-44m，所以适合用金属蜗壳，且蜗壳包角选为345°。蜗壳断面形状由圆形到椭圆，通过查“哈尔滨大电机研究所.水轮机设计手册.北京：机械工业出版社，1976”P105图6-5可知，当设计水头Hr=30.4m时，金属蜗壳流速系数K=1.0。查表6-15可知，当转轮直径为D1=6.0m时，Db=8000mm，Dα=9350mm，K=175mm，R=500mm。已知方案三中D1=6.0m，n=68.2r/min，Qr=220.3m3/s，ns=235.52m⋅kW，结合“哈尔滨大电机研究所.水轮机设计手册.北京：机械工业出版社，1976”中相关公式及说明可得下列计算各原型断面尺寸的计算表。表3-1蜗壳圆形断面计算表3.2蜗壳椭圆断面计算结果当断面半径ρ＜s时，蜗壳断面形状就改为椭圆形，其计算方法是将圆形断面和椭圆形断面按面积相等关系换算。已知圆形断面半径为：

s=h/计算椭圆形断面时要先判断ρ与s的关系，可以得到初始计算角度，由上表可知，当包角φ=105°时，ρ＜s，所以初始计算角度为φ=105°。根据“哈尔滨大电机研究所.水轮机设计手册.北京：机械工业出版社，1976”中相关公式及说明可得下列计算各原型椭圆断面尺寸的计算表。表3-2蜗壳椭圆断面计算表四、尾水管部分设计说明及有关计算结果通过查“刘启钊，胡明.水电站（第四版）.北京：中国水利水电出版社，2010”P42表2-1并进行相关计算后，可得尾水管尺寸如下表所示。表4-1尾水管尺寸表h(m)L(m)B5(m)D4(m)h4(m)h6(m)L1(m)h5(m)h1(m)h2(m)h3(m)θ(°)α(°)15.627.016.328.18.14.0510.927.321.20.65.77.6911.49五、发电机设计说明及计算结果5.1水轮发电机冷却方式的选择水轮发电机冷却方式分为单水内冷、全水内冷、密封空冷和空调冷却这四种。在这四种方式中，密封空冷虽然冷却效果稍差，但是胜在结构简单以及维护方便；单水内冷效果不明显且具有多种缺陷；全水内冷有较好冷却效果，但该方法运行效果较差且配套设备复杂等缺陷。因此，选择密封空冷作为本设计中方案三的冷却方式。5.2发电机尺寸计算结果根据“水电站机电设计手册编写组.水电站机电设计手册（水力机械）.北京:水利电力出版社,1983”P159-P164中相关公式及说明进行计算，结果如下表所示。表5-1发电机尺寸结果汇总表5.3发电机重量估算发电机重量的相关计算结果如下表所示：表5-2发电机重量估算5.4水轮发电机励磁方式的选择在本工程中该水轮发电机无特殊要求，考虑到经济情况和施工难度等多方面因素，故选用直流电机励磁系统自并励方式。5.5水轮发电机额定电压的选择由“水电站机电设计手册编写组.水电站机电设计手册（水力机械）.北京:水利电力出版社,1983”P166表3-11可知，水轮发电机额定电压U=13.8kV。六、厂房部分设计说明及有关计算结果6.1厂房长度计算结果由厂房长度计算的基本公式L1=L+x+L-x计算可得如下汇总表：表6-1厂房长度计算结果汇总表6.2厂房宽度计算结果厂房的宽度B可分为上游侧宽度Bs和下游侧宽度Bx。由计算可得如下厂房宽度计算结果汇总表。表6-2厂房宽度计算结果汇总表上游侧的宽度Bs(m)下游侧的宽度Bx(m)厂房的宽度B(m)14.76513.26528.036.3厂房高程计算结果表6-3厂房高程计算结果汇总表6.4厂房细部构造尺寸计算结果表6-4厂房细部构尺寸计算结果汇总表立柱间距(m)5.0立柱断面h(cm)150b(cm)100牛腿α(°)45a(cm)80b(cm)100吊车梁断面断面高度h1(cm)90梁宽L2(cm）40翼缘宽度L1(cm)50翼缘高度h2(cm)15楼板厚度发电机楼板厚度(cm)60安装间楼板(cm)80屋面板厚度(cm)20外墙厚度(cm)406.5起重设备的选择由计算可知发电机