水力发电机组辅助设备课程设计

1、xx 工程大学 水力发电机组辅助设备课程设计设计说明书学院： 班级： 姓名： 学号： 指导老师：28目录第一部分设计原始资料3第二部课程设计的任务和要求5第三部计算书和说明书7一、主阀 7二、油系统 7三、压缩空气系统 14四、技术供水系统20五、排水系统 22六、结束语 25七、参考文献 26第一部分：设计原始资料一、水电站概况：该水电厂位于海河流域，布置形式为坝后式水电站，坝型为土石坝，坝顶高程60.0m,水库调节库容2.6 x 108m,属于不完全年调节水库。安装有1? 6?共 6 台轴流转桨式机组，其中1?机组在系统中承担调相任务。二、水电站主要参数1 、电站水头hmax=37.30m

2、， hmin=31.20m； hpj=34.50m2、正常高水位：54.00m;正常尾水位：20.50m;最高尾水位20.9m;最低尾水位 20.0m3、装机容量n=6*17000kw4 、电站采用岔管引水方式，布置有三条引水总管，引水总管长度210m三、水轮机和发电机技术资料机型： zz440-lj-330 sf17-28/550额定出力：nr=17750kw；p r=17000kw额定转速：n r=214.3r/ min水轮机安装安程： 18.6m水轮机导叶中心线 d0=3.85m;导叶高度1.20m;转轮标称直径d=3.3m;尾水管直锥段上端直径 3.5m,下端直径4.2m,直锥段 高度

3、6.6m;转轮占用体积6.76 m3;弯肘及扩散段体积27.52m3;检修时最低 尾水位蜗壳残余水量15.0 m3机组采用机械制动，制动耗气流量qz=65l/s空气冷却器压力降 h=3-5m水柱空气冷却器q空=120m3/h推力轴承及导轴承冷却器耗水量：26m3/h四、调速器及油压装置调速器型号：sdt-100油压装置型号：yz-2.5-推力、上导轴承油槽的充油量3.0m3；下导轴承油槽充油量1.5 m 3导水机构接力器充油量2x1.6 m3水轮机转轮浆叶接力器充油量2.0 m 3主阀接力器充油量1.5m3五、配电装置主变：3*40000kva，冷却方式：风冷开关：sf 6 断路器六、电力系统

4、及负荷情况1、电力系统容量5000mva以大、中火电厂为主，附近有装机容量100万kw的水电厂一座，按中心油务所设计运行。2、电站并入系统运行，靠近负荷中心，部分承担调相任务。七、水文气象条件1、地区月最高平均气温25oc,最低气温3.6 c,平均气温140co无风霜冰冻。2、河流多年平均含沙量0.60kg/m 3， 月平均最大含沙量5.8kg/m3。八、交通运输情况公路通过厂区，距城市25km距附近大型电厂40km交通方便。第二部分任务和要求、主阀1 、论证设置主阀的理由；2、主阀的型式和操作方式； 3、主阀操作方式的选择。、油系统1 、 确立油系统的服务对象 （供油对象） ， 油系统的类型

5、、 绘制油系统图。 （绝缘油、透平油系统）2、计算机组的运行油量，事故备用油量、补充油量及全厂总用油量。3 、油系统的设备选择和计算（滤油机、油泵、储油、净油、重力加油箱及管径）4、列设备明细表及操作程序表。三、压缩空气系统1 、选择供气方式和压缩空气的服务对象。2、绘制全厂压缩空气系统图；3、压缩空气系统的设备选择、计算；4、列设备明细表；四、技术供水系统2 、确定技术供水水源和供水方式；2、进行供水量的估算，供水设备选择；3、列设备明细表；绘制技术供水系统图4、可不考虑电站的消防和生活用水五、排水系统1 、拟订排水方案，绘制排水系统图2、估算渗漏和检修排水量3、排水水泵的选择4、列设备明细

6、表六 、计算书和说明书1 、编制计算说明书壹份，采用统一封面，打印稿左装订，排版格式参照河北工程大学毕业（设计）论文撰写规范。2 、计算部分要求 计算正确，层次清晰，公式系数选择合理并表明依据。3、说明部分论证充分，结论清楚，书写字迹规整。4、图纸采用a4纸；图签3cmx 8cm,采用计算机绘制或手绘图片格式，装订整齐美观。5、原始资料不充足部分可以合理假定条件。2016年 12 月第三部分计算书和说明书一、主阀1 . 设置主阀的优点当水轮机前装设主阀时，可有如下的优点： 当调速系统或导水机构发生故障时，紧急切断水流，作为机组防飞逸装置。 装设主阀后，机组需要检修时不必放掉压力管道内的压力水，

7、从而减少了机组再次启动时所需的充水时间。 机组较长时间停机时，关闭进水阀可减少导叶漏水量，并避免了因大的漏水量是机组停不小来的现象，以及导叶因缝隙漏水而造成的汽蚀损坏。 岔管引水时每台水轮机进口设置主阀，则当一台机组检修时不致影响其他的正常运行。2 主阀的选择及操作方式 球阀阀体为球形，活门为圆筒形，开启时阀门直径等于进水管直径，水流阻力小。缺点是结构复杂，外形尺寸较大、故重量大，价格高，一本用于高水头（水头为h200m） 。 蝴蝶阀阀体为圆筒形，活门大都为铁饼形或双层圆平板，结构较球阀简单，外形尺寸较小。立轴蝴蝶阀平面尺寸较小， 可做成分半结构有利于装拆， 对起吊设备的容量要去较小，其控制结

8、构高出水轮机成地面，易于运行检修和防潮。一般用于中低水头。 闸阀闸阀用于小型水电站。根据水电站常用主阀的使用范围，本电站选择使用蝴蝶阀，采用液压操作方式。3、操作能源：根据教材水力发电机组辅助设备当水头小于120150m 时采用水压操作，需要加大接力器的直径，为了不使接力器过于笨重，故电站采用油压操作系统。二、油系统1、油系统的类型及供油对象水电站的油系统，分为透平油系统和绝缘油系统。透平油用油量包括水轮发电机组推力轴承和导轴承充油量、调速器油压装置、导水机构接力器、主阀接力器充油量，以及管网用油量等组成。 绝缘油用油量包括变压器用油量和开关油，电缆油。2、油系统用油量计算油系统的规模与设备容

9、量的大小，应根据设备用油量的多少而定。 .1 水轮机调节系统充油量计算水轮机调节系统充油量是油压装置、导水机构接力器和转桨式水轮机叶片的接力器的充油量，以及充满管道所需的流量。油量的计算可分别进行( 1)油压装置的用油量根据教材水力发电机组辅助设备 p62 表 3-6 得油压装置型号： yz-2.5 充油量： vy=0.9+2.0=2.9( m3)(2)导水机构接力器用油量已给出vd=2x 1.6 m3(3) 转桨式水轮机转轮桨叶接力器用油量已给出 vz=2.0 m 3故调节系统的总用油量：vt=vy + vd + vz =2.9+2 x1.6 +2.0=7.1(m3)2.2 机组润滑油系统充

10、油量计算机组润滑油系统充油量一般是指水轮发电机推力轴承和导轴承的充油量。原始资料已给出推力、上导轴承油槽的充油量为 3.0 m3下导轴承油槽的充油量为 1.5 m3所以润滑系统的用油量vh=1.5+3.0=4.5 m32.3 蝶阀接力器的充油量 查水电站机电设计手册p463，得v p = 0.16( m3)2.4 系统管网充满管道所需的充油量根据教材 水力机组机辅助设备 可知系统管网充满管道所需的充油量为系统总油量的5%。vg=(vt+ vh +vp) x 5%=7.1+4.5+ 0.16) 乂 5%=0.588( m3)2.5 系统总用油量( 1)透平油系统用油量计算用油量与机组出力、转速、

11、机型、台数有关。1)运行用油量(即设备充油量) ，用v1 表示。设备充油量 v 1=( vt+ vh +vp +vg) x 1.05 =(7.1+4.5+ 0.16+0.588) x 1.05=12.97 ( m3)2)事故备用油量，以 上表示，它为最大机组用油量的110%事故备用油量 v2=1.1 x ( vt+ vh +vp +vg)= 1.1 x (7.1+1.92+ 0.16+0.459)=13.58(m3)3)补充备用油量，以v3表示，它以机组45天的添油量v3=( vt+ vh +vp +vg) x 民 x45- =(7.1+1.92+ 0.16+0.459)x25%45 =0.3

12、8( m3)365365式中a 年中需补充油量的百分数，对 zz型水轮机a =25%透平油系统总用油量v=zv 1+v+zv =6 x 12.97+13.58+6 乂 0.38= 93.68( m3)式中z机组台数，本电站z=6台。(2)绝缘油系统用油量计算用油量与变压器、开关的型号、容量、台数有关。1) 一台最大主变压器充油量，以 w表示查手册可得型号40000kv侬压器的充油量为w=2 m3。2)事故备用油量，以 w表示，为最大一台主变压器充油量的 1.1倍，w=1.1w=1.1 x 2=2.2 (m3)3)补充备用油量，以 w表示，为变压器45天的添油量-w3= wx a x4 =2.2

13、 x5%x45 =0.014(吊)365365式中a 年中需补充油量的百分数，对变压器 a =5%绝缘油系统总用油量w =n w+ w2+n w3 =3 x 2+2.2+3 乂 0.014=12.642( m3)式中n变压器台数，本电站n=33油系统设备的选择和计算1.1 贮油设备选择根据教材水力机组机辅助设备p64可知(1)净油槽的容积：容积为一台最大机组(或变压器)充油量的110%加上全部运行设备45天的补充用油量。透平油和润滑油各设置一个，但大于容量60 m3时应考虑两个或两个以上，并考虑厂房布置的要求。1)透平油净油v透罐=(vt+ vh +vp) x 110%+z3=(7.1+4.5

14、+ 0.16) x110%+6 0.38=15.22 m透平油系统选用两个8 m3的净油槽 2)绝缘油净油v绝罐二 wi x 110%+z w2x 110%+3 0.014=2.242 m 3绝缘油系统选用一个3 m3的净油槽(2)运行油槽的容积： 容积为最大机组(或变压器)充油量的 100%但考虑兼做接受新 油，并与净油槽互用，具容积与净油槽相同。为了提高污油净化效果，通常设置2个，每个为其总容积的1/2。透平油系统选用两个8 m3运行油槽，绝缘油系统选用一个 3 m3的运 行油槽。(3)重力加油槽：对于转桨式机组，漏油量较大，添油频繁，可设置重力加油槽，容积般为 0.51.0 m 3。1.

15、2 油泵和油净化设备的选择油泵和油净化设备应满足输油和净化的要求。(1)压力滤油机和真空滤油机的生产率和数量的选择：压力滤油机和真空滤油机的生产率是按8h内能净化最大一台机组的用油量或在 24h内能滤清最大一台变压器的用油量来 确定透平油系统ql = v =1.62(m 3/h)绝缘油系统q =牛=0.083(m 3/h)此外，考虑到压力滤油机要更换滤纸所需要的时间，所以在计算时应将其额定生产率减少30% 故透平油系统ql = 、=2.314(m 3/h)(1-0.3 )，-八q3绝缘油系统 q = c a 、 =0.119(m /h)(1-0.3 )根据水电站机电设计手册p469表9-15压

16、力滤油机技术参数、表9-16真空滤油机技术参数，透平油系统选取压力滤油机 ly-50、真空滤油机zly-50各一台。绝缘油系统选取压力滤油机ly-50、真空滤油机zly-50各一台(2)油泵的选择：油泵的生产率应能在4h内充满一台机组或68h内充满一台变压器的用油量。透平油系统q=，= 3.24 (m 3/h)绝缘油系统q= -t- = 0.33 (m 3/h)根据q h查手册，一般设置两台，根据水电站机电设计手册p466表9-8 2cy型、kcb型、3g型的油泵性能表，透平油系统选取齿轮油泵 kcb-300-2两台，绝缘油系统选取齿轮油泵kcb-300-2两台。1.3 管径、管材的选择根据经

17、验选择法：压力油管通常采用直径 d=3265mm排油管取直径d=50100mm故选择压力油管直径d=32 mm排油管直径d=50 mmfl勺管路根据教材水力机组机辅助设备p67,油管选用无缝钢管，与净化设备连接的管子选软铜管。4油系统设备明细表及操作程序表油系统设备列表：在舁 厅p名称型号及规格数量备注1透平油净油槽8 m322透平油运行油槽c 38m23透平油系统压力滤油机ly-501配备一个滤油纸烘箱4透平油系统真空滤油机zly-5015透平油油泵kcb-300-226绝缘油运行油槽c 33m17绝缘油净油槽c33 m1一台移动式油泵，一 台固定式油泵8绝缘油油泵kcb-300-229绝缘

18、油系统压力滤油机ly-501配备一个滤油纸烘箱10绝缘油系统真空滤油机zly-501透平油系统操作程序表在舁 厅p工作名称使用设备操作程序及设备1运行油槽接受新油油樽车，自流油槽车、阀1、2,阀5、 油才g i或（ii ）2运行油槽自循环过滤压力滤油机油槽i，阀3, ly,阀5、油槽i3运行油槽净油存入净油槽压力滤油机油槽i,阀4, ly,阀8,油槽ii4净油槽向设备充油油泵kcb2油槽ii、阀7, kcb2阀10、11 和 15,阀 135机组检修排油油泵kcb1阀 14,阀 12,阀 9, kcb1阀5,油槽i6运行油槽排污油泵kcb1油槽车油槽i、阀3, kcb2阀2,1,油槽车7设备废

19、油排除油泵kcb1油槽车阀 16, kcb1 阀 9, 2, 1, 油槽车8清洗污油泵油泵kcb1油槽车油槽ii、阀7、kcb1油槽布9事故排油油泵kcb1油槽车阀门、事故排油管、事故 排油池5 油系统图5.1 绝缘油系统图见图15.2 透平油系统图见图2三、压缩空气系统1压缩空气的服务对象:1）油压装置压力油槽充气，额定压力为 25x 105 pa ；2）机组停机时制动装置用气，额定压力为 7x105 pa；3）机组做调相运行时转轮室压气用气，额定压力为7x 105 pa ;4）检修维护时风动工具及吹污清扫用气，额定压力为7x105 pa；5）水轮机导轴承检修密封围带充气，额定压力为 7 x

20、 105 pa ;6）蝴蝶阀止水围带充气额定压力为 25x 105 pa供气方式：根据其工作压力的高低，厂房内的压缩空气系统可分为高压压缩空气系统（工作压 力为25x 105 pa）和低压压缩空气系统（工作压力为 7x 105 pa）。向压油槽供气 的方式，有一级压力供气和二级压力供气两种，采用二级压力供气。2压缩空气系统的设备选择和计算2.1 机组制动供气2.1.1 机组制动耗气量计算（1）根据机组制动耗气量计算总耗气量=54.6(m 3)z =1000 pa51000x 10qz t z pzx60 65x2x 7x 105x60式中qz制动过程耗气量（l/s ）, qz =65 （l/s

21、 ）。tz一制动时间（min）,由电机厂提供，一般为2minpz制动气压（绝对压力），一般为7x 105 pa。pa一大气压力，取105 pa。2.1.2 贮气罐容积计算按下式计算=109.2 (m3)54.6 x 3x105 =51.5 x105式中z一同时制动的机组台数。?pz一制动前后贮起罐允许压力降，取 1.5 x 105 pa根据水电站机电设计手册p523,表10-18贮气罐系列及基本尺寸，选用 2个5.0m3的 贮气罐作为制动贮气罐。2.1.3 空气压缩机生产率计算空压机生产率按在一定时间内恢复储气罐压力的要求来确定，按下式计算?t54.6 x 3 if-=10.92(nm/min

22、)式中 ？t一贮气罐恢复压力时间，一般取 1015min。2.1.4 供气管道选择按经验选取，供气干管 60mm支管15mm三通阀以后的制动供气管, 选取耐高压的无缝钢管。因为用油泵顶转子时，这段管段将承受高压油。 2.2机组调相压水供气2.2.1i充气容积的计算导叶部分 v1= (3.85/2)2 x 3.14 x 1.2=13.96 m 3锥管部分估算取h=0.5d1v2= (3.3/2) 2 x 3.14 x 0.5 x3.3=14.1m3转轮所占容积v3=6.76 m3总充气容积 v=v+v2 - v3=13.96+14.1-6.76=21.3 m 3ii转轮室充气压力计算p=pa+r

23、 ahi (mpa=105+104x (20.5-18.6 )=1.19 义 105pa式中p-压水到下限水位时的转轮室充气压力pa- 当地大气压力；mpay-水的重度；104n/ m3 h-尾水位与转轮室压下水位之差，m2.2.2 贮气罐容积计算(1)按压水过程的空气有效利用系数计算:k pv1x1.19x105x 21.33vg=. (p1-p2) = 0.80 x(7 x 105-2.19 x 105) = 6.59(m)上式kt一贮气罐内压缩空气的热力学温度与转轮室水的热力学温度的比值约等于1。v 一总充气容积(m3)p 1一贮气罐计算压力，可取额定压力(pa)p 2一贮气罐放气后的压

24、力下限(pa)。取 p2=p+(0.51.0) x 105=1.19 x 105+(0.5o0) x 105=2.19 x 105, p 是压水至下限水位时的必须压力。“一压水过程空气有效利用系数。对转桨式机组，取 刀=0.80。根据水电站机电设计手册p523,表10-18贮气罐系列及基本尺寸，选用1个1.5吊的 贮气罐作为调相贮气罐。1.1.3 空压机生产率计算根据教材水力机组机辅助设备p97,可知空压机生产率计算可按以下公式确定k pv1x1.19 x105x21.3q卜=2( + qi z)=0.80 x45x105 + 2.38 x2 = 5.46 (m向所)上式kn一考虑海拔高程对空

25、压机生产率影响的修正系数，按水力发电机组辅助设备p97表 4.1 取 kn=1t 一给气压水后使贮气罐恢复压力的时间。一般取t=3060min。q l 每台调相运行机组在压水后的漏气量q尸 0.2d 12，pa+th/，105= 0.2x3.32，( 105+104x 1.9 ) /，105=2.38 ( m3/min )t 一水的重度(104 n/ m3)1.1.4 管道选择计算按经验选取：通常干管 65mm接入转轮室的支管 15mm所有管道均采用钢管。2.3 风动工具根据水电站机电设计手册p504,常用风动工具的品种和数据。品种型号耗气量(n3/min )台数风砂轮s-400.44风铲c-

26、40.64风钻zq-60.354气扳机qb60.442.3.1 空压机选择计算: 空压机生产率应满足同时工作的风动工具耗气量。lpoqk=kleqizi- = 1.4 x (0.4x4+0.6x4+0.35x4+0.4x4) x 1=9.8 (m3/min )pa式中q空压机生产率m3/mink i漏气系统，取k =1.4q i某种风动工具的耗气量m3/minz i一同时工作的风动工具台数2.3.2 贮气罐容积计算：105q105x506vg = pk+105 =7 x 105+105 = 0.68 （式中q和pk分别是空压机生产率（m3/min）和额定工作压力（pa）。风动工具所需要的贮气罐

27、容积小，不需要设置专用设备，可以从调相贮气罐引出，但应首 先满足机组调相运行时的需要。2.3.3 管径选择按经验选取：通常干管25mm2.4 空气围带用气空气空气围带用气量小，不需要设置专用设备，可以从调相贮气罐引出，但应首先满足机 组调相运行时的需要。综上所述，根据水电站机电设计手册p528,表10-24低压空压机技术规格表，选才 3l-10/8型空压机两台，互为备用，作为厂内低压压缩空气系统。2.5 油压装置供气2.5.1 空压机生产率计算空压机的总生产率根据压油槽容积和充气时间按下式计算:qk=(py-pa)vyk kl60tpayz-2.5 q=0.5m 3/min )(25 x 10

28、5-105) x 1.6 x 0.6 x 1.3k=60x 1x 105上式py和pa一分别为压油槽额定工作压力 py=25x 105 (m3)和绝对压力(pa)m一为压油槽容积t一充气时间，k v压油槽中空气所占容积的比例系数。kz =0.6。k 漏气系数，取k=1.30根据水电站机电设计手册，可知各种型号油压装置设备选择参数表油压装置型号压油槽空气容积(m3)空压机型号空压机台数充气时问(h)贮气罐容积(m3)yz-2.51.6v1/40-i213选用v1/40-i空压机2台互为备用，采用二级压力供气方式向压油槽供气, 选用2个3 m3的贮气罐。3设备明细表在舁 厅p名称型号规格数量单位备

29、注1空气压缩机v1/40-i2m3/min高压供气2空气压缩机3l-10/82m3.min低压供气3储气罐1.513 m调相压水用气4储气罐523 m制动用气5储气罐323 m压油 槽用 气4压缩空气系统图见图3四、技术供水系统1 供水对象水电站的技术供水对象包括水轮发电机组、水冷式空压机等。2 技术供水水源本电站所处河流水质良好， 河流多年平均含沙量0.60kg/m3， 月平均最大含沙量 5.8kg/m3，含沙量满足冷却水要求。因此采用上游水库作为水源。3 供水方式水电站水头范围在2080m内，水温适中，水质良好。因此供水方式采用自流供水。并设联络干管，机组间互为备用。主水源取自蜗壳，经滤水

30、器过滤后由电磁阀控制自动向机组供水。坝前取水作为技术供水的备用水源。两种水源之间设有联络管道及阀门，坝前取水不受机组安装、停机检修等的影响，因此与机组开停状态无关的用水， 如水冷式空压机用水， 消火、 生活用水， 都由该水源供水。4 供水量计算及供水设备选择4.1 水轮发电机总用水量：水轮发电机总用水量是指空气冷却器的用水量加上推力轴承和导轴承油冷却器的用水量。资料中已给出空气冷却器用水量：q空=120n3/h推力轴承和导轴承油冷却器用水量：q推=26n3/hq三 q空 +q 推=120+26=146 n3/h4.2 水轮机导轴承用水量按推力轴承用水量的 10考虑，取q=2.6m3/h4.3

31、水冷式空压机冷却水用量由空压机生产率为0.5n3/nin 可得q 空=0.5 x 0.2=0.10 （m/h）5供水设备选择技术供水系统管道通常采用钢管。自流供水统管道内流速与水电站水头有关，本电站采用2m/s供水管径由教材p131诺谟图 图4-42确定d = 60 mm6设备明细表在舁 厅p设备名称数量单位1滤水器4只2空气冷却器6台3电磁阀2个4电磁配压法1个5减压阀1个6压力表16个7截止阀1个8示流器2台9示流器信号1台10常开阀15个11常闭阀6个12拦污栏4个13三通阀16个7供水系统图见图4五、排水系统1水电站内排水系统包括以下几类：(1)生产用水的排水，这类排水排水量大，列入技

32、术供水系统，不再列入排水系统中, 能靠自流排至下游。(2)机组和厂房水下部分的检修排水(3)渗漏排水2排水方案2.1 渗漏排水：采用集水井排水。2.2 检修排水：当机组检修时，关闭主阀与尾水闸门，各台机组尾水管用管道直接通往集水井并运用水泵排至下游。3排水量计算厂房渗漏排水及其他污水的排水量无规律可循，故只计算检修排水量。3.1 机组检修时，需排除的积水为锥管部分 v2=1/3 x 3.14 x 6.6 x (3.5/2 ) 2+(4.2/2) 2+ (3.5/2 ) x (4.2/2) =77.01 m3弯肘及扩散段m=27.52m33v=v管+v 蜗+丫尾=230+100+190=520

33、m查教材 p180页 图 6.2 ; 6.3v 蜗=100m ; v尾=190m3.2 上、下游闸门漏水量计算根据教材水力机组机辅助设备p144,式(5-5)可知3600漏=qd做ml式中l 一闸门水封长度q一闸门水封每米长的单位时间漏水量(l/s.m )进口闸门取q =12 l/s.m ,尾水闸门取q =23 l/s.m ,蝶阀（带围带）取 q =0.5 l/s.m 4检修排水水泵选择一 v -水泵流重 q= t + 2zq漏式中v需排除的积水容积eq漏一上、下游闸门单位时间的漏水总量和（m3/h）假定闸门止水方式为可调式金 属止水查教材181页表6-1得：q漏=8m3/h m,取上下游闸门水封长度 l1=l2=5m则qq1l1+q2l2=8 q漏=80,因此水泵生产率为93m3/h水泵总扬程h泵=（尾-底）+ hw+ 2v- （mh 2o）式中尾一检修时下游尾水位,底一尾水管底板最低点高程mih w一管道水力损