【《某河床式电站厂房机电设备的选择分析案例》4800字】

某河床式电站厂房机电设备的选择分析案例目录TOC\o"1-2"\h\u217某河床式电站厂房机电设备的选择分析案例 1138011.1计算确定水电站水轮机台数 137331.2水轮机型号选择和参数计算 173401.3蜗壳和尾水管的选择 9273951.1.1蜗壳计算 1049501.1.2尾水管选型 10104391.3发电机的选择和计算 1091891.1.1水轮发电机型号和台数的选择 1031081.1.2水轮发电机各组参数的计算 10252921.1.3发电机质量估算 1371941.1.4水轮机的冷却形式的选择 14138451.1.5发电机励磁系统 14239081.4起重设备的选择 141.1计算确定水电站水轮机台数根据水能分析计算成果，本电站装机容量为8000kW。由于本电站流量变化较大、水头很低，当装机一台在小流量时，机组效率较低，并机组尺寸很大;同时考虑河床宽度有限，不易装三台机;为了在流量较小的情况下使机组效率较高，同时尽量减少厂房占河床的宽度，故初定装机台数为2台。（1）总装机容量：Ny=2X4000kW=0.8万kw=8MW（2）水轮机台数选定：2台1.2水轮机型号选择和参数计算本设计水电站的最大水头Hmax=6.10m，最小水头Hmin=1.21m，加权平均水头Hav=6.37m，设计水头Hr=5.73m，;水轮机的额度出力Nr=4000KW，设计尾水位1679.6m，水电站最低尾水位（1）水轮机型号选择青海某下川河床式电站的单机容量为4MW，根据该电站的运行水头范围为（1.21米～6.1米），可以保证水轮机在整个运行范围内，都处于稳定高效的运行区域内，在水轮机系列型谱表中查得合适的机型有灯泡贯流式GZ1148和ZZ600（适合水头范围3米～8米）（2）ZZ600型号水轮机的主要参数的计算a）确定水轮机转轮直径D1由水轮机模型转轮主要参数表得ZZ600型水轮机在限制工况下的各参数如下：①单位径流量：Q1M'=2000L/S=2.00m3/s②汽蚀系数σ为：0.70③允许的吸出高度Hs④最大吸出高度对应的汽蚀系数：σ=10−=10−1672..70900其中：∆σ为汽蚀系数修正值，由下图经过内插法可得∆σ=0.10。气蚀系数的修正曲线在满足最大吸出高度的情况下，通过综合特性曲线图，可查得中对应的工况为为（n10'=142r/min，σ=0.47），用内插法计算得单位流量Q1'=1806L/s=1.806m3/s，模型效率ηM在本设计中我们首先假设原型水轮机在该工况下的效率为η=83.00%。D1=4000=4.12m根据水轮机标称直径表得，选用的直径D1=4.50m图1.1ZZ600转轮综合特性曲线b）水轮机转速n确定查表1.2得ZZ600型水轮机在最优工况下的单位转速为n10M'=142r/min,假设n10'=n10n=n=142×6.37根据同步转速和磁极对数关系，查表1.4选用的同步转速n=83.3r/min。表1.1磁极对数与同步转速关系表磁极对数P323436384042同步转速n（r/min）91.888.281.3797571.4转轮型号ZZ600GZ1148推荐使用水头范围（m）3～83～8模型转轮试验水头H1.5直径D195轮毂比d0.333叶片数Z4导叶相对高度b0.488最优工况单位转速n10142185单位流量Q1010302000效率η（%）85.592.3汽蚀系数σ0.321.1比转速n518限制工况单位流量Q12000效率η（%）77.0汽蚀系数σ0.70表1.2水轮机模型转轮主要参数表c）效率及单位参数修正采用下边计算方法进行水轮机效率修正，对于轴流转浆式水轮机而言，我们必须对模型综合特性曲线上的每个转角ψ进行效率修正。ηφmax由表可得模型转轮直径为D1M=0.195m，HM=1.5m，并已知ηφ叶片在不同转角ψ时的ηφMmax，可由模型综合特性曲线查得，从而求出相应的ψ值得原型水轮机的最高效率选用ξ=1%（效率的制造工艺影响修正值）时，即可计算出不同转角φ时效率修正值Δηφ。其计算结果见表表1.2ZZ560型水轮机效率修正值计算表叶角转角φ(︒)-10-505101520ηφMmax80.585.48688.381.077.874ηφmax87.890.991.392.789.486.281.8ηφmax7.35.55.34.46.48.49.8Δη6.34.54.31.45.47.48.8查表1.1得ZZ560型水轮机在最优工况下的模型效率ηMmax=85.5%。由于最优工况接近φ=0︒时的效率，故可采用η已知在满足吸出高度-4.5米的限制工况点（n10'=142r/min，Q1'=1806L/s）处的模型效率为ηM=76.5%，而该工况点在处于φ=15η=76.5%+7.88%=84.38%（与上边假设的η=81.00%接近）由于n1==2.47%<3.0%故单位转速可不修正，单位流量也可不用修正。由此可见，以上计算选出的D1=4.50m，d）工作范围的验证在选定D1=4.5m，n=83.3r/min后，可作出水轮机的Q1maxQ1max'==1.4874/s则该水轮机的最大引用流量QmaxQmax=1.48×=71.74m与计算出的各特征水头Hmax,Hmin和n1得n1minnn在图1.1上绘出Q1max'=1480L/s,n1max'=165.87r/min和n1minZZ600型水轮机的工作范围检验e）吸出高度的H在工况点（n1r'=140.59rHs==10−=4m>−4.5.0m则ZZ600型方案的吸出高度满足电站要求。（3）GZ1148方案主要参数的选择根据青海某下川河床式电站的水头低、装机总容量比较低以及模型转轮的性能情况，来选择转轮直径，转轮直径如果比较大的话，会导致单位转速太大，偏离最优工况单位转速，水轮机在低水头运行不太通畅；如果选择的水轮机转轮直径太小的话，对应的系数值特别大，最终使水轮机发生空蚀状况的恶化。

综合以上的讨论情况，经过计算比较，在本设计中，若选贯流式水轮机，计算水轮机半径、转速、效率及单位转速，以及工作范围的检验等，由于资料不足，我们只能通过该地区已建的水电站资料和专业人士的建议，确定以上参数。经过各方面的比较，本设计最终选取转轮直径1.5米，额定转速为125r/min的GZ1148-WP-

350型灯泡贯流式水轮机。该型号水轮机转轮具有单位转速高、单位流量大、效率高、高效区宽广、效率变化平缓，大流量区效率高、水流流畅等特点。GZ1148型水轮机的工作范围检验（3）两种方案的比较分析为了便于对两个方案进行比较分析，表1.3中包含了两个方案的相关参数。由表可得，这两种方案GZ1148型水轮机包括的最高效率面积高于HL260型水轮机，这时水轮机不仅能够得到较高的效率，而也且可以改善水轮机的空蚀性能，降低水轮发电机组的安装高程。在同一高度的水头，同一大小的出力下，水轮发电机组尺寸比较小，水流比较流畅，工程量小，最终使得本设计确定的厂房尺寸相比轴流转浆式对应的厂房尺寸较小，优点相比轴流转浆式水轮机而言，比较显著。在此设计中，水头范围为3～8米，属于低水头的径流式水电站，灯泡贯流式机组在我国已经广泛运用于低水头径流式电站，投资小，但是效益高。综合两种方案的比较，该水电站初步选用GZ1148型水轮机方案。表1.3参数对照表项目ZZ600GZ1148模型转轮参数推荐使用水头H3～83～8最优单位转速n142165最优单位流量Q10302000最高效率η85.591汽蚀系数σ0.31.1原型水轮机参数工作水头H11.50～19.5011.50～19.50转速n（r/min）81.3125转轮直径D4.51.5额定出力N40004000最高效率ηmax89.890吸出高度Hs4-4.5最大引用流量Qmax(71.74901.3蜗壳和尾水管的选择1.1.1蜗壳计算贯流式水轮机是一种卧轴式水轮机型，适合于低水头水电站，无蜗壳，故不需要计算1.1.2尾水管选型尾水管的选型尾水管最常用的型式分别是直锥形尾水管、弯锥形尾水管、S形尾水管，从进口到尾水管出口，沿中轴向呈直线流动。灯泡贯流式机组的发电装置安置在灯泡形体壳内，采用直锥扩散形尾水管，流道短、平直、对称，结构简单，对应水流特性比较好。1.3发电机的选择和计算1.1.1水轮发电机型号和台数的选择a）由于水电站的单机装机容量为Nr=4000KW，转速n>150r/min则选择悬式水轮发电机。按照相近的发电机型式的参数进行选择，最终选择SF4000-48/3880。SF4000-48/3880发电机主要参数额定功率KW功率因素cos⁡转速n（r/min）额定电压U（KV）额定容量Sf（34000.851256.34000b）台数：2台1.1.2水轮发电机各组参数的计算发电机各尺寸计算①发电机极距τ确定τ=K式中：KfSfP：为磁极对数，本设计中水轮机的磁极对数为48；τ=10×②发电机定子内径DiDi=③发电机定子对应铁心长度lili式中：neC：系数，额定容量在10000KVA以下时取2×10-6～4×10-6，本设计额定容量为4000kvA，本设计取2×10-6。则li④发电机定子铁心外径Da由发电机设计规范知：ne≤166.7rpm，Dne>166.7rpm，D该设计中neDa=其他尺寸的相关计算①平面尺寸计算a）定子机座外径D由发电机设计规范知：ne＜136.64rpm本设计neD1b）发电机风罩内径D2由发电机设计规范知：若额定容量Sf则Dc）发电机转子外径D3D3上式：δ可以忽略不计最后得到D3d）发电机下机架最大跨度D4，由设计规范知：若Sf上式中：D5；水轮机机坑的直径，查资料得，水轮机转轮直径为3500mm时，DDe）发电机推力轴承外径D6和励磁机外径由发电机设计规范知，当机组额定容量（Sf）为10000以下励磁机外径D7取：推力轴承外径D6取：1000本设计取：D6=1500mm②竖直尺寸计算a）发电机定子的机座高度h由发电机设计规范得：若125≤ne≤214rpmb）求上机架高度h2对于悬式承载机架：hc）推力轴，励磁机和永磁机高度分别为h3、h4、h5由发电机设计规范知：若Sfhh4=1500～1800mmhh6据本设计特点，可取h4d）下机架高度和下机架支承面与定子支座支承面的距离度h7、hh注：该公式适用于悬式非承载机架e）下机架支承面与法兰底面之间距离h9一般来说，h9在700～f）发电机转子磁轭轴高度h10hhg）发电机主轴高度h11h11H=h=97.32+198.7+155+60+50+119.23+80=760.25cm上式中：H为发电机总高度可得：h11h）发电机定子铁心水平中心线与法兰盘底面距离h12h1.1.3发电机质量估算水轮发电机总质量GfGf上式：K1是系数，对于悬式发电机来说，通常取K1GfG=8×发电机转子质量GzG发电机飞轮力矩值GDGD上式中：K2是经验系数，通常来说，当100≤n=5.2×7.943.5×0.2532=1857.111.1.4水轮机的冷却形式的选择水轮发电机的两种冷却形式为密闭式空气循环冷却和水内冷。经过结合材料分析得出，选择密闭式空气循环冷却为该方案的冷却方式。这种冷却方式是通过转子风扇的作用，让空气在发电机内部流动。1.1.5发电机励磁系