1.设计题目
水电站厂房布置设计
2.设计目的
进一步巩固和加深厂房部分的理论知识,培养学生独立思考、分析问题及运用理论知识解决实际问题的能力,提高学生制图、使用现行规范、查阅技术资料、使用技术资料的能力以及编写设计说明书的能力。通过该课程设计使学生初步掌握水电站厂房设计的内容、步骤和方法
3.设计任务
3.1、进行厂区枢纽布置
3.2、根据给定的资料进行水轮发电机组的选型;
3.3、根据水轮发电机组的型号选择相应的蜗壳、尾水管、调速器及其它辅助设
备;
3.4、根据所选择的设备进行主、副厂房的平面和立面的布置设计,从而确定厂房
的轮廓尺寸。布置设计包括以下几方面内容:
3.4.1、主机组及相应辅助设备的布置;
3.4.2、主、副厂房各层的布置;
3.4.3、主、副厂房梁、板结构的布置;
3.4.4、厂内交通道的布置。
3.设计资料
本次课程设计的前半部分,即机组的选型、调速器及辅助设备的选择已在水轮机选型作业中完成,因此所有资料已发到每人手中,此阶段的设计内容就是要求根据每人选择的机组进行相应的厂房布置设计。
4.设计成果
4.1、设计图纸一张。
4.1.1、图纸内容包括:1沿机组中心线厂房横剖面图(1:50~1:100;
2发电机层平面图(1:100~1:200;
3水轮机层平面图(1:100~1:200;
4蜗壳层、尾水管层平面图(1:100~1:200;
5厂区枢纽布置图(1:500
4.1.2、图纸要求:1要求绘于1号白图上或用计算机绘图;
2要严格按制图要求绘制工程图;
3设计图纸要求正确、美观、清楚、整洁;
4图中所用符号应合乎统一规定的符号,文字用仿宋体书写;
5要求图中尺寸标注完整、正确,图纸上要有必要的说明。
4.2、计算书、说明书一份。
计算书、说明书要求有以下内容:
1封面;
2前言;
3中、英文摘要及中、英文关键词;
4目录;
5正文;
正文的内容包括:
(1工程概况及设计资料;
(2水轮机、发电机的选型及其所考虑的因素;
(3蜗壳、尾水管、调速设备的选型及其所考虑的因素;
(4水电站在整个枢纽中的位置及厂房枢纽布置概述(包括供水方式、引近方
式、厂区回车场及对外交通道。
(5通过主厂房的剖面布置,确定主厂房各主要高程,并说明理由及所考虑的
因素;
(6通过主厂房各层的平面布置,确定水电站主厂房的长度和宽度,并说明理
由及所考虑的因素;
(7确定副厂房的位置及厂内布置,并说明理由及所考虑的因素;
(8确定厂内各层平面和立面的交通条件;
(9确定厂外的交通条件;
(10其它你认为所必须的内容;
(11说明书要求论据充分、合理,字迹清晰端正(可打印,文句通顺,逻辑
性强,无错别字。
6结论;
7总结与体会;
8参考文献。
备注:各层平面图均包括同层的副厂房。厂房横剖面图若剖到副厂房,也必须绘出副厂房。
6.设计步骤
6.1、在熟悉所给资料、详细了解设计任务的基础上进行厂区枢纽布置,要求确
定引水道(包括压力前池或调压室、压力钢管、主厂房、副厂房、变压器场、高压开关站、尾水道、交通道的相对位置。在厂区枢纽布置图中,应标明各主要建筑物的尺寸及主要交通道。
6.2、确定各设备的尺寸
6.2.1、通过水轮机的选型计算,选择相应的水轮机并确定水轮机的有关参数(包
括:水轮机型号、转轮直径、标准同步转速、水轮机的工作范围、允许吸出高度、水轮机的安装高程、绘制水轮机的运转特性曲线。
6.2.2、选择蜗壳的型式,确定蜗壳的有关参数(包括:断面型式、蜗壳的包角、
蜗壳进口断面的平均流速。;并通过相关的水力计算,确定蜗壳的轮廓尺寸。要求画在坐标纸上,并附在说明书中。
6.2.3、选择相应的调速设备;
6.2.4、选择尾水管的型式,确定尾水管的尺寸,并画在坐标纸上,附在说明书中。
6.2.5、估算发电机的主要尺寸,并画在坐标纸上,附在说明书中。
6.3、厂房布置
6.3.1、以安装高程为基准,根据已选定的机电设备进行厂房的剖面布置,从而确
定厂房各主要高程。
6.3.2、根据主要的机电设备及主要辅助设备的布置和运行要求,并考虑吊车的跨
度进行厂房各层的平面布置,从而确定主厂房的平面尺寸。在进行各层的平面布置时应严格注意:
1主要机电设备及主要辅助设备之间的协调。包括调速设备、油、水、气系统
的布置和相互协调。
2考虑吊车的工作范围,保证须起吊的设备在吊钩的极限范围内,并注意吊钩
的工作范围对边机组段尺寸的影响。
3从保证运行安全及方便出发,协调厂内外电气设备的布置。
4布置厂内的交通系统,包括连接各层的楼梯、吊物孔(包括蝶阀吊孔、各层
平面的交通道的位置及尺寸。
5根据机组的安装、检修条件,确定装配场的位置、高程及平面尺寸;其中,
还应考虑变压器的检修。
6确定蜗壳及尾水管检修时的进人孔位置及厂内集水井的位置。
7合理布置厂房的梁、柱系统,使其满足结构、施工及安装要求。
8初步拟订厂房各构件的结构尺寸,包括梁、柱、门、窗、墙、楼板等。
6.4、根据机电设备及油、水、气系统的布置,结合参考资料提供的参考面积,
对与主厂房运转有直接关系的副厂房进行布置。
6.5、在横剖面图和平面图上应标明各项高程及主要尺寸,所标注尺寸应符合工
程图要求。正式图纸可手绘,也可用计算机绘图。
6.6、编写说明书。
7.设计资料
水电站装机容量13.6万千瓦,效率97.5%,最大工作水头38.0m,最小工作水头27.0m,加权平均水头32.0m,设计水头为30.5m,海拔高程27m,下游设计水头最低水位22m。
8.摘要及关键词
本课程设计主要是水利水电枢纽工程中水电站厂房设计的部分工作。设计目的在于进一步巩固和加深厂房部分的理论知识,培养学生独立思考、分析问题及运用理论知识解决实际问题的能力,提高学生制图、使用现行规范、查阅技术资料、使用技术资料的能力以及编写设计说明书的能力。通过该课程设计使学生初步掌握水电站厂房设计的内容、步骤和方法。
根据已有的原始资料和设计要求进行设计,主要内容有:水电站总体布置,水轮机型号的选择以及水轮机特性曲线的绘制,蜗壳尺寸的确定,尾水管尺寸的确定,调速器的选择,水电站厂房尺寸的确定,尾水渠渠道布置、形式选择等,并根据要求绘制相应的平面布置图和剖面图。
关键词:装机容量、效率、水轮机、蜗壳、尾水管、调速器、发电机、厂房。
This course is designed primarily water conservancy and hydropower dam project in the part of the hydropower plant design work. Designed to further consolidate and deepen the theoretical knowledge of plant parts, training students to think independently, analyze problems and apply the theoretical knowledge to solve practical problems, to enhance students mapping, the use of existing norms, access to technical information, the ability to use technical data and preparation of design manual ability. Through the course designed to give students a preliminary design of the hydropower plant to master the content, procedures and methods. The basis of the raw data and design requirements for the design, the main contents are: hydropower overall layout, the choice of turbine type and turbine characteristic curve drawing, scroll determine the size, tube size determination, the choice of governor, determine the size hydropower plant, tailrace channel layout, form selection, and are required to draw the appropriate floor plan and sections.
Keywords: capacity, efficiency, turbine, scroll, tail pipes, governor, generator, plant.
第一章水轮机选型计算 (6
第一节水轮机型号的选择 (6
第二节水轮机主要参数的计算 (6
一HL240型水轮机方案主要参数计算 (6
二ZZ440型水轮机方案主要参数的计算 (9
第三节水轮机方案的分析比较 (12
一HL240型水轮机运转特性曲线的绘制 (13
第二章蜗壳的型式及其主要尺寸的确定 (16
第一节蜗壳的型式 (16
第二节蜗壳的主要参数的选择 (17
第三节蜗壳的水力计算 (17
第三章尾水管的型式及其主要尺寸的确定 (18
第四章水轮机调速设备的选择 (19
第一节调速功的计算 (19
第二节接力器的选择 (20
第三节调速器的选择 (21
第四节油压装置的选择 (21
第五章水轮发电机选择计算 (22
第 一 节
发电机主要部分的尺寸计算 ......................................................................... 22 一 机距 ................................................................................................................. 22 二 定子铁芯内径 ................................................................................................. 22 三 定子铁芯长度 ................................................................................................. 22 四 定子铁芯外径 ................................................................................................. 23 第 二 节
外形尺寸估算 ................................................................................................. 23 一 平面尺寸估算 ................................................................................................. 23 二 轴向尺寸的计算 ............................................................................................. 24 三 水轮发电机重量估算 ..................................................................................... 25 第 三 节 压力管道参数计算 ......................................................................................... 26 第 四 节
主厂房主要尺寸的确定 ................................................................................. 26 一 主厂房长度的确定 ......................................................................................... 26 二 主厂房宽度的确定 ......................................................................................... 27 三 主厂房高程的确定 ......................................................................................... 28 第 五 节
副厂房的布置 ................................................................................................. 30 一 副厂房的组成 ................................................................................................. 30 二 副厂房的位置 ................................................................................................. 30 三
副厂房平面布置的设备 ................................................................................. 30 第 六 章 参考文献 (31
第 一 章 水轮机选型计算
第 一 节 水轮机型号的选择
根据水电站的工作水头范围,在反击式水轮机系列型谱表中查得HL240型水轮机和
ZZ440型水轮机都可以使用,这就需要将两种水轮机都列入比较方案,对其参数分别予以计算和选定。
第 二 节 水轮机主要参数的计算
一 HL240型水轮机方案主要参数计算
1 转轮直径的计算
η
81.92
311r r
H Q N D ′=
式中 。
查得由附表1(/24.1/1240;
5.30;
3487031s m s L Q m H kW N r r ==′==
同时在附表1中查得水轮机模型在限制工况下的效率%4.90η=M
,由此可初步假定水
轮机在该工况的效率为92%。
将以上各值代入上式得
m D 30.492
.05.3024.181.934870
2
31=×××=
选用与之接近而偏大的标准直径m D 5.41=。
2 效率修正值的计算
由附表1查得水轮机模型在最优工况下的%0.92η
max
=M ,模型转轮直径
m D M 46.01=,则原型水轮机的最高效率max
η
可依(3-23式计算,即
%9.945
.446
.092.0-1(-1η
-1(-1η
55
11max max
===D D M M 考虑到制造工艺水平的情况取%1ε1
=;由于水轮机所应用的蜗壳和尾水管的型式与模
型基本相似,故认为0ε
2
=,则效率修正值Δη为:
019.001.0-92.0-949.0ε-η
-ηΔη1max
max
===M
由此求得水轮机在限制工况的效率为:
%923.0019.0904.0Δηη
η=+=+=M
(与原来假定的数值接近,不再校正
3 转速的计算
1
10
D H n n a ′=
式中 11010
Δn n n M ′+′=′ 由附表1查得在最优工况下的min /7210
r n M =′,同时由于 03.0016.01-92
.0949.01-ηηΔmax max 101<===′′M M n n 所以1
Δn ′可忽略不计,则以7210=′n 代入上式得:
min /5.905
.432
72r n ==
选用与之接近而偏大的标准同步转速min /8.93r n =。
4 工作范围的验算
在选定的min /8.935.41r n m D ==、的情况下,水轮机的max 1
Q ′和各种特征水头下相应的1
n ′值分别为: s m H D N Q r r /24.113.1923
.05.305.481.934870η81.93
2
322321max 1<=×××==
′ 则水轮机的最大引用流量max Q 为:
s m H D Q Q r /37.1265.305.408.13221max 1
max =××=′= 对1
n ′值:在设计水头m H r 5.30=时 min /4.765
.305
.48.9311
r H nD n r r =×==′ 在最大水头m H 0.38max =时
min /5.680
.385
.48.93max 1min 1
r H nD n =×==′ 在最大水头m H 0.27min =时
min /2.810
.275
.48.93min 1max 1
r H nD n =×==′ 在
HL240
型水轮机的模型综合特性曲线图上,分别画出
min /2.81min /5.68/1130max 1min 1
max 1r n r n s L Q =′=′=′和、的直线,如图所示。可以看出这些直线所标出的水轮机相似工作范围(阴影部分仅包括了部分高效率区,所以对所选定的直径min /8.93,5.41r n D ==还须和其他方案作比较。
5 水轮机吸出高s H 的计算
由水轮机的设计工况(1130,4.76max 11
=′=′Q n r 在图上可查得相应的气蚀系数
195.0σ=;由设计水头m H r 5.30=,在图2-16上查得04.0Δσ=,则可求得水轮机
的吸出高为:
m m H H s 4-8025.25.3004.0195.0(-900
27-0.10Δσσ(-900∇-0.10>=×+=+=
二 ZZ440型水轮机方案主要参数的计算
1 转轮直径1D 的计算
η81.9231
1r r
H Q N D ′=
式中r r H N 、值同前。对于1
Q ′值,可由附表2查得该型水轮机在限制工况下的s L Q /16501=′,同时还查得气蚀系数72.0σ=。但在允许高程[]m H s 4-=时,则相应的
装置气蚀系数z σ为:
[]
72.046.05
.304
90027
-0.10-900∇-0.10σ<=+==H H s z 所以,为了满足对吸出高的限制,1
Q ′值可在ZZ440型水轮机模型综合特性曲线图上依工况点46.0σ115(10
==′、n 查得为s L /1240。同时亦可查该工况点上%86η=M
,由此
可初步假定水轮机的效率为89.5%。
将以上各值代入上式,便可求得:
m D 42.4895
.05.3024.181.934870
231=×××=
选用与之接近而偏大的标准直径m D 5.41=。
2 效率修正值的计算
对轴流转浆式水轮机,叶片在不同转角时的最大效率max
η
可用(3-24式计算,即mas η
10
5
1
1max max 7.03.01(1H
H D D M M
M +--=ϕηη
已知m H m D m H m D r M M 5.315.45.346.011====、、、,代入上式,则得:
1(657.015.305.35.446.07.03.01(1max 105max max
M M ϕϕϕηηη--=⎥⎦⎤⎢⎣
⎡+--=
叶片在不同转角ϕ时的max M ϕη值可自图3-10查得,由此便可应用上式求得相应于该ϕ角时的水轮机最高效率max ϕη,并将计算结果列于表4-8。
当选取制造工艺影响的效率修正值%11=ε和考虑异形部件的影响时,便可计算得不同
ϕ角时效率修正值为:
%1max max --=∆M ϕϕηηη
将ϕη∆的计算结果亦同时列入表4-8中。
由附表2查得在最优工况下模型的最高效率%89max =M η,由于最优工况很接近于
︒=0ϕ的等转角线,故采用效率修正值%6.2=∆ϕη,这样便可得出原型水轮机的最高效
率max η为:
%6.91916.0026.089.0max ==+=η
已知在限制工况1240115(110='='Q n 、模型的效率为:%86=M η,而改点处于
︒+=︒+=1510ϕϕ与两等角线之间,用内插法可求得该点的效率修正值为%56.3=∆ϕη,
由此可求得水轮机在限制工况下的效率为:
%6.89896.00356.086.0==+=η
与原来假定的效率90.0%很接近,不在校正。
3 转速的计算
由于
03.00145.0189
.0916
.01max
max
101<=-=-=''∆M M n n ηη
所以不考虑10
n '的修正,由此求得水轮机的转速为: min /56.1445
.432115110
r D H n n a =='=
选用与之接近而偏大的标准同步转速min /150r n =。
4 工作范围的验算
在选定的min /1505.41r n m D ==、的情况下,水轮机的max 1
Q '和各种特征水头下相应的1
n '值分别为: s m Q /16.1896
.05.305.481.9348703
2
32max 1=⨯⨯⨯=
' 则水轮机的最大引用流量max Q 为:
s m H D Q Q r /73.1295.305.410.13221max 1max =⨯⨯='=
对1
n '值:在设计水头m H r 5.30=时 min /22.1225
.305
.415011
r H nD n r r =⨯==' 在最大水头m H 0.38max =时
min /50.1090
.385
.4150max 1min 1
r H nD n =⨯==' 在最小水头m H 0.27min =时
min /9.1290
.275
.4150min 1max 1
r H nD n =⨯==' 在
图
上
,
分
别
画
出
m /90.129min /50.109/1160max 1min 1
max 1r n r n s L Q ='='='、、的直线,如图所示。可以看出这些直线所标出的水轮机相似工作范围(阴影部分基本上包括了特性曲线的高效
率区。
5 水轮机吸出高s H 的计算
在设计工况116022.122(max 11='='Q n r 、时,由图3-10可查得气蚀系数41.0=σ,
由此可求得水轮机的吸出高s H 为;
m m H H s 4755.35.3004.041.0(900
270.10(9000.10->-=⨯+--=∆+-∇-
=σσ(满足要求
第 三 节 水轮机方案的分析比较
为了便于分析比较,现将两种方案的有关参数列于下表
表4-9 水轮机方案参数对照表
从上表的对照中可以看出,两种不听的机型方案在同样水头下同时满足额定出力的情况下,HL240与ZZ440相比较来看,它具有效率高工作范围好、汽蚀系数小等优点,这可以提高水电站的年发电量和减小厂房的开挖量。 选用HL240型水轮机。
一 HL240型水轮机运转特性曲线的绘制
1 基本资料
转轮的型式 HL240型,模型综合特性图 转轮的直径和转速 m D 5.41=、转速min /8.93r n =
特征水头 m H m H m H r 0.275.300.38min max ===、、 水轮机额定出力 kW N r 34870= 水轮机安装处的海拔高程 m 0.27∇=
2 等效率曲线的计算与绘制
取m H m H m H m H r 0.275.300.340.38min max ====、、、等4个水头列表4-15分别进行计算,表中在不同转角ϕ时的效率修正值ϕη∆可由表4-8得到。根据计算结果可首先绘制各水头下的水轮机工作特性曲线图4-16(a ,然后绘制效率曲线图4-16(b 。
Hmax=38(m n'1=68.5(r/min N=46.53ηQ'1(MW
Hmax=34(m n'1=72.4(r/min N=39.38ηQ'1(MW
ηM(%
Q'1(m3/
s η=ηM+Δη(% N(MW ηM Q'1 η N 86 0.81 87.9 33.1 86 0.78 87.9 27 87 0.84 88.9 34.7 87 0.83 88.9 29.1 88 0.87 89.9 36.4 88 0.86 89.9 30.4 89 0.91 90.9 38.5 89 0.92 90.9 32.9 90 0.94 91.9 40.2 90 0.95 91.9 34.4 91
0.97
92.9
41.9
91
0.99
92.9
36.2
91 1.16 92.9 50.1 91 1.2 92.9 43.9 90 1.19 91.9 50.9 90 1.24 91.9 44.9 89 1.22 90.9 51.6 89 1.26 90.9 45.1 88 1.26 89.9 52.7 88 1.29 89.9 45.7 87 1.29 88.9 53.4 87 1.33 88.9 46.6 86 1.33 87.9 54.4 86 1.35 87.9 46.7
Hmax=30.5(m n'1=76.4(r/min N=33.46ηQ'1(MW
Hmax=27(m
n'1=81.2(r/min N=27.87ηQ'1(MW
ηM Q'1 ηN ηM Q'1 ηN
85 0.78 86.9 22.7 82.5 0.79 84.4 18.6
86 0.83 87.9 24.4 85 0.89 86.9 21.6
87 0.87 88.9 25.9 86 0.94 87.9 23
88 0.92 89.9 27.7 87 0.97 88.9 24
89 0.97 90.9 29.5 88 1.02 89.9 25.6
90 1 91.9 30.7 89 1.05 90.9 26.6
91 1.05 92.9 32.6 90 1.1 91.9 28.2 91 1.23 92.9 38.2 90 1.25 91.9 32 90 1.26 91.9 38.7 89 1.28 90.9 32.4 89 1.28 90.9 38.9 88 1.32 89.9 33.1 88 1.32 89.9 39.7 87 1.34 88.9 33.2 87 1.34 88.9 39.9 86 1.36 87.9 33.3
3 等吸出高曲线的计算与绘制
亦按前述的方法和例题中的有关数据,列表4-16分别以不同水头进行计算,表中的出
力N 系由图4-17(1Q f N '=辅助曲线上查得的。由计算结果可绘制(N f H s =的辅助曲线
图4-18,并由此在图4-16(b 上绘出等吸出高曲线。图4-16(b 即为ZZ440型水轮机的
运转特性曲线。
H(m
n'1(r/mi n σ Q'1(m 3/s
N(MW σ+Δσ
(σ+ΔσH H s (m 38
68.5
0.22 0.79 32 0.26 9.88 0.09 0.21 0.9 38 0.25 9.5 0.47 0.21 1.29 45.7 0.25 9.5 0.47 0.22
1.35
53.4
0.26
9.88
0.09
0.23 1.37 55.4 0.27 10.26 -0.29
34 72.4 0.22 0.78 27 0.26 8.84 1.13 0.21 0.84 29.5 0.25 8.5 1.47 0.2 0.96 34.9 0.24 8.16 1.81 0.2 1.28 45.4 0.24 8.16 1.81 0.21 1.32 46.5 0.25 8.5 1.47 0.22 1.36 46.7 0.26 8.84 1.13
30.5 76.4 0.22 0.81 23.7 0.26 7.93 2.04 0.21 0.85 25.1 0.25 7.625 2.35 0.2 0.96 29.1 0.24 7.32 2.65 0.2 1.29 39.1 0.24 7.32 2.65 0.21 1.32 39.7 0.25 7.625 2.35 0.22 1.34 39.9 0.26 7.93 2.04
27 81.2 0.22 0.87 21 0.26 7.02 2.95 0.21 1 25 0.25 6.75 3.22 0.21 1.23 31.7 0.25 6.75 3.22 0.22 1.28 32.4 0.26 7.02 2.95 0.23 1.32 33.1 0.27 7.29 2.68
第二章蜗壳的型式及其主要尺寸的确定
第一节蜗壳的型式
采用金属蜗壳,圆形断面,为防止渗漏和减少磨损,在蜗壳内壁作钢衬,钢板的厚度取10mm。
第 二 节 蜗壳的主要参数的选择
1 断面的型式
金属蜗壳采用圆形断面。
2 蜗壳的包角0ϕ
对于金属蜗壳,采用︒=3450ϕ。
3 蜗壳进口平均流速c V
由图4-30a 查得有钢衬的金属蜗壳进口平均流速s m V c /3.5=。
第 三 节 蜗壳的水力计算
蜗壳的水力计算就是在上述假定的基础上进行蜗壳各中间断面的计算。计算是在给定的水轮机设计水头r H 、最大引用流量max Q 、导叶高度0b 。坐环尺寸(b a D D 、等和选择的蜗壳断面形式、最大包角0ϕ、进口平均流速c V 的情况下进行的。混凝土蜗壳的水力计算采用半图解法较为方便。
1 对于蜗壳进口断面:
断面的面积 20max 85.223
.51
.121360m V Q V Q V Q F c c c c c c ===︒==
ϕ 断面半径 m F V Q c c 70.214
.385
.2236000max max ===⨯⨯⨯=
ππϕρ
由《水利机械》附表5查得金属蜗壳座环尺寸,水头在70米以下其座环外a D =3.85m, 半径/ 2 55.32
1
.72
===
=
a
a D R m R
b 6= 当0
345=ϕ时,m Q i i 698.23
.536034537.1263.536000
0max =⨯⨯⨯=⨯⨯⨯=ππϕρ
m D R i a
946.8698.2255.322
=⨯+=+=
ρ
当0
300=ϕ时,m i 516.23
.536030037.12600
=⨯⨯⨯=πρ
m R 582.8516.2255.3=⨯+= 当0255=ϕ时,m i 319.2=ρ m R 188.8= 当0210=ϕ时,m i 105.2=ρ m R 76.7= 当0165=ϕ时,m i 866.1=ρ m R 282.7= 当0120=ϕ时,m i 591.1=ρ m R 732.6= 当075=ϕ时, m i 258.1=ρ m R 066.6= 当030=ϕ时, m i 795.0=ρ m R 14.5=
第 三 章 尾水管的型式及其主要尺寸的确定
选用弯肘型尾水管
第 四 章 水轮机调速设备的选择
第 一 节 调速功的计算
应用下式计算水轮机的调速功
1max 250~200(D H Q A =
式中 ;m N A ∙调速功,— ;m a x m H 最大水头,—
;/3s m Q 的流量,最大水头下额定出力时— 。
水轮机的标称直径,—m D 1 ηm a x
81.9H N Q r
=
水轮机在工况点348700.38(max kW N m H r ==、工作时的效率可由水轮机运转特性曲线查得为0.918,由此
s m Q /394.107871
.03881.934870
3=⨯⨯=
m N m N A ∙>∙⨯=⨯⨯⨯=30000105.3~8.2(5.40.38394.107250~200(5
属大型调速器,则接力器、调速柜和油压装置应分别进行计算和选择。
第 二 节 接力器的选择
1 接力器直径的计算
采用两个接力器来操作水轮机的导水结构,选用额定油压为2.5MPa ,则每个接力器的直径s d 可由下式求得:
max 1
1
H D b D d s λ= 已知导叶数目240=Z ,为标准对称型导叶,由表5-3查得λ=0.031;又导叶的相对高度
1
D b 由型谱表4-1查得为0.365代入上式得: mm m d s 52052.00.38365.05.4031.0==⨯⨯⨯=
由此,在表5-4中选择与之接近而偏大的mm d s 550=的标准接力器
2 接力器最大行程的计算
应用下式,接力器的最大行程max S 为:
max 0max 8.1~4.1(a S =
导叶最大开度max 0a 可由模型的max 0M a 求得:
0000max
0max 0Z D Z D a a M M M =
式中max 0M a 可由设计工况点/1130min /4.76(max 11s L Q r n r ='='、在模型综合特性曲线图3-10上查得为25mm ;同时在图3-10上还可查得24,53400==M M Z mm D ; 选用水轮机的24,5265265.55.417.117.1010===⨯==Z mm m D D 。将各值代入上式得:
mm a 24624
53424
526525max 0=⨯⨯⨯
=
当选用计算系数为1.8时,则
m mm S 443.04432468.1max ==⨯=
3 接力器容积的计算
两个接力器的总容积s V ,可由下式求得:
32max 21.0443.055.0(2
2
m S d V s s =⨯=
=
π
π
第 三 节 调速器的选择
大型调速器的型号是以主配压阀的直径来表征的,主配压阀的直径d 可由下式计算
m
s s
V T V d ∙=13
.1
选用s T s 4=、s m V m /5.4=,则
mm m d 122122.05
.4421
.013
.1==⨯=
在表5-1中选择与之相邻而偏大的DT —150型电气液压型调速器。
第 四 节 油压装置的选择
此处油压装置不考虑空放阀和进水阀的用油,则压力油罐的容积可按下式估算,即:
32.4~78.3(21.020~18(20~18(m V V s k =⨯==
由此在表5-2中选择与之相邻而偏大的YZ —6型分离式油压装置。
第 五 章 水轮发电机选择计算
第 一 节 发电机主要部分的尺寸计算
m i n /8.93r n =,初步选定伞式发电机
一 机距
4
2P
S K f j =τ
P —磁极对数,32;
j K —取10;
kW N S r f 387449
.034870
%90===
; cm 6.4932
238744
104
=⨯⨯=τ
二 定子铁芯内径
cm P
D i 96.10106.4932
22=⨯⨯=
=
π
τπ
三 定子铁芯长度
cm n CD S l e i f t 83.808
.9396.101010538744
262=⨯⨯⨯==
-
f S —发电机额定容量,38744kW ;
e n —水轮机额定转速,93.8r/min; i D —定子内径,1010.96cm;
C —计算系数,取为6
105-⨯。
四 定子铁芯外径
cm D D r r n i a e 48.10706.492.196.10102.1min,/7.166min /8.93=⨯+=+=≤=τ
第 二 节 外形尺寸估算
一 平面尺寸估算
1 定子机座外径1D
m i n /8.93r n e =,min /47.136r n e <
cm D D a 35.122048.107014.114.11=⨯==
2 风罩内经2D
cm D D kW kW S f 35.146024035.1220240,200003874412=+=+=>=
3 转子外径3D
cm D D i 96.93040296.101023=⨯-=-=δ
4 下机架最大跨度4D
10000
010000,38744≤<=f f S kW S cm D D 690606306054=+=+=
其中cm D 6305=
5 推力轴承外径6D 和励磁机外径7D
查表得cm D cm D 200,30076==
二 轴向尺寸的计算
1 定子机座高度1h
m i n /8.93r n e =,min /125min /2.88r n r e <≤
cm l h t 03.220406.49283.804021=+⨯+=++=τ
2 上机架高度2h
035
.0133.08
.9383.8096
.1010≥=⨯=∙e t i n i D ,采用伞式发电机 伞式非承载机架:cm D h i 1.10196.101010.010.02=⨯==
3 励磁机高度4h 、副励磁机高度5h 和永磁机高度6h
查水电站机电设计手册表3-8得,kW kW S f 2000038744>=
cm h cm h cm h 75100220654===、、
4 下机架高度7h
伞式承载机架:cm D h i 19.20296.101020.020.07=⨯==
5 定子支座支撑面至下机架支承面或下挡风板之间的距离8h
伞式承载机架:cm D h i 74.25296.101025.025.08=⨯==
6 下机架支承面至主轴法兰底面之间的距离9h
按以生产的发电机统计资料查得,cm h 1009=
7 转子磁轭轴向高度10h
无风扇时,cm l h t 83.1406083.806010=+=+=
8 发电机主轴高度11h
(9.09.0~7.0(986542111h h h h h h h H h ++++++== 10074.252751002201.10103.220(9.0++++++⨯=
cm 98.961=
9 定子铁芯水平中心线至主轴法兰盘底面距离12h
cm h h h 04.24283.14003.22046.046.010112=+⨯=+=
10 转浆式水轮机受油器尺寸
三 水轮发电机重量估算
1 水轮发电机的总重量f G
(7.4438.933874483
23
21t n
S K G e
f
f =⎪
⎭
⎫ ⎝⎛⨯=⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛=
计算系数1K 取8
2 发电机转子重2G
(85.2217.4432
12
12t G G f =⨯==
3 发电机飞轮力矩2GD
(95.119098083.01.105.425.35.322m t l D K GD t i ∙=⨯⨯==
查水轮机机电设计手册表3-10,2K 取为4.5
起重机的型式和台数取决于水电站的厂房类型、最大起重量和机组台数等条件。具有上部结构的厂房一般选用桥式起重机。
起重机额定起重量应根据最重吊运件的重量(一般为发电机转子加起吊工具的重量,并参照起重量系列确定,发电机转子重t G 85.2212=,乘以动力系数 1.2,得
t 22.26685.2212.1=⨯,查水电站机电设计手册表7-16,选双小车t 1502⨯桥式起重机。
第 三 节 压力管道参数计算
按经济流速确定压力管道直径,压力管道经济流速e V 一般为s m /6~4,取为s m /4。 管道直径计算公式为:
m V Q D e
35.6437.12613.113.1max =⨯== 经验公式求得:
m H Q D r 18.65
.3037.1262.52.57373max =⨯= 第 四 节 主厂房主要尺寸的确定
一 主厂房长度的确定
L L nL L ∆++=安0
式中:L —主厂房长度;
n —机组台数;
0L —机组段长度;
安L —安装见长度;
L ∆—边机组段加长。
x x L L -+和按蜗壳层、尾水管层和发电机层分别计算,然后取其中的最大值。 1 蜗壳层
m R L x 146.102.1946.811=+=+=+δ
m R L x 482.82.1282.722=+=+=-δ
m L L L x x 628.18482.8146.100=+=+=-+
2 尾水管层
取对称为水管 m m B B 2.124.1225===δ、
m B
L x 32.72.1224.1222=+=+=
+δ m B L x 32.72.1224.1222=+=+=-δ m L L L x x 64.140=+=-+
3 发电机层
m b
D L x 7.84.02226.142232=++=++=
+δ m b D L x
7.84.02226.142232=++=++=-δ
其中2D —发电机风罩内径,14.6m ;b —两台机组之间风罩外壁净距,取为2m;3δ—发电机风罩壁厚,取为0.4m m L L L x x 4.170=+=-+
0L 取以上三者中的最大值,m L 628.180=。
4 边机组段加长
边机组段加长m D L 5.4~45.0(5.41~1.0(1~1.0(1=⨯==∆,取4m 。
5 安装间长度
安装间长度m L L 942.27~628.18(628.185.1~1(5.1~1(0=⨯==安,取23m 。 则主厂房的长度:m L L nL L 512.1014236.1840=++⨯=∆++=安。
二 主厂房宽度的确定
x s B B B +=
B —主厂房的净宽;s B —上游侧宽度;x B —下游侧宽度
1 水下部分净宽的确定
上游侧宽度:s B =m 066.114516.2155.3=+++
下游侧宽度:x B =m 688.105.1638.40.155.3=+++
主厂房净宽:m B B B x s 754.21=+=
2 水上部分净宽的确定 上游侧宽度:m D B s 7.1254.02
6.145232=++=++=δ 5—布置调速器,油压设备及机旁屏必须的距离 下游侧宽度:m D B x
7.924.02
6.1454.022=++=++=
3—下游走到宽度
则主厂房净宽45.22=+=x s B B B
取二者中的最大值,拟定主厂房的宽度为:24m 。
m B m B x s 1113==、
三 主厂房高程的确定
1 水轮机安装高程
对于竖轴轴流式水轮机
1min xD H s T ++∇=∇下
式中:T ∇—水轮机安装高程;
1D —水轮机转轮直径;
x —系数,其值约为0.41;
m X H s T 62.252
5.4365.08025.222min =⨯++=++∇=∇下 2 主厂房基础开挖高程
102h h b T F ---∇=∇
式中: F ∇—基础开完高程;
T ∇—水轮机安装高程;
h —尾水管高度;
1h —尾水管底部混凝土厚度,取为1m 。
m h h b T F 10.1217.112
5.4365.062.25210
=--⨯-=---∇=∇ 3 水轮机层地面高程
41h c T ++∇=∇ρ
式中:蜗壳顶混凝土层为1m 。
m h c T 32.291698.262.2541=++=++∇=∇ρ
4 发电机装置高程
651654h h h h h T G ++∇=+++∇=∇
m 32.321232.29=++=
式中: 5h —发电机机墩进人孔高度,取为2m ;
6h —进人孔顶部厚度,取为1.0m 。
5 发电机层楼板高程
为保证一下各层高度和设备布置及运行上的需要,水轮机层的净高不少于 3.5~4.0m ,否则发电机出线和油气水管道布置困难。
m G 0258.352
011.12003.22=++∇=∇ 6 起重机(吊车的安装高程
m
h h h h h c 6766.4752.016198.95.00258.35011.111109872=+++++=+++++∇=∇
式中: 7h —发电机定子高度和上机架高度之和,35.0258;
8h —吊运部件与之固定的机组或设备间的垂直净距0.5m 。
9h —最大部件的高度;(发电机转子带轴9.6198m
10h —吊运部件与吊钩间的距离,取为1.0m 。
11h —主钩最高位置(上极限位置至轨顶面距离0.52m ;
7 屋顶高程
m h h h c R 9266.5215.05.06.46766.47141312=+++=+++∇=∇
12h —起重机轨顶至小车顶面的净空尺寸;查设计手册得4.6m
13h —吊车检修高度0.5m ;
14h —屋面板厚度;0.15m
8 装配厂的楼板高程
装配厂与对外交通道路及发电机层楼板高程齐平,且高于下游设计洪水位。
第 五 节 副厂房的布置
水电站厂房除了装设运行必须的水轮发电机组、调速设备和装配场的主要厂房外,还需要有设置机电设备运行、控制、试验、管理、和运行人员工作和生活的房间,称为副厂房。
一 副厂房的组成
副厂房的规模根据水电站装机容量、机组台数、电站在电力系统中的作用、自动化程度和遥控的应用,而有所变化。大中型水电站副厂房房间的组成,按性质可分为三类:直接生产副厂房、检修试验副厂和间接辅助生产副厂房。
二 副厂房的位置
副厂房设在主厂房靠对外交通的一端,其优点是主、副厂房的总宽较小,采光通风良好,给运行人员值班创造良好的工作条件,能适应电站分期建设、初期发电的特点,运行与机电设备安装干扰较小,能减轻机组震动与噪声对中央控制室的影响。缺点是母线与电缆线路较长,增加了投资,大型水电站当机组台数较多时,监视、维护距离较长,检修、试验时的联系不方便。
三 副厂房平面布置的设备
中央控制室、集缆室、继电保护盘室、通讯室及远动装置室、开关室、母线廊道、电缆廊道和电缆沟、直流系统用房、厂用电设备房间、电子计算机室、巡回监测装置室、电气实验室、值班室和调度室、办公室和生活用房。
第 六 章 参考文献 1）水电站有关的设计规范； 2）水电站建筑物设计参考图册（清华大学编） ； 3）小型水电站机电设计手册； 4）水电站机电设计手册； 5）水电站动力设备设计手册（河海大学 6）水电站厂房设计（顾鹏飞等编） ； 7）小型水电站； 8）有关的教科书； 9）自行查阅的相关资料。 骆如蕴主编） ；
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