新江水电站机电初步设计

1、 题目：新江水电站的机电设计 学 院： 专 业： 姓 名： 指导老师： 摘要本次毕业设计主要任务是新江水电站机电初步设计。主要内容为：水轮机选型、辅助设备系统设计、水电站厂房布置三个部分。根据设计水头可选用HL230和HL220型水轮机。共选出6个初选方案。根据水轮机在模型综合特性曲线上的工作范围，并结合由试算法画出发电机出力限制线，初步选出较优方案。选择方案5为最优方案：3台HL220型水轮机，转轮直径4.5m，机组转速136.4r/min。分别对油、气、水三大辅助系统设计，按照要求设计各系统的工作方式并按照各计算参数选出油罐、储气罐和空压机等设备。水电站厂房长、宽、高的确定，主厂房的布置。

2、关键字： 新江水电站 水轮机选型 辅助系统 厂房 AbstractIt is the mechanical and electrical initial design of xinjiang hydro power plant.Including: hydraulic turbine,auxiliary equipment designing and designing the configuration of the main and subsidiary power house.The Hydraulic of Turbine and Generator designing choose

3、hydraulic turbine HL230 and HL220 ,and there are 6 plants to be compared in this part.First,selecting better plants by comparing power output line of generator and working territories of hydraulic turbine.Second,deciding to make the first better plan as the best one .The runner diameter is 4.5m,and

4、the speed of running is 136.4r/min.According to designing requirement ,I will select the right kind of turbine oil tanks,air receiver and compressor.Determine the LWH of powerhouse and configuration of powerhouse.Key words: xinjiang hydro power plant hydraulic turbine auxiliary equipment powerhouse目

5、录摘要原始资料1第一章 水轮机部分5 1.1 水轮机选型5 1.1.1 型号的选择5 1.1.2 精选方案5 1.1.3 选定方案的计算12 1.1.4 运转特性曲线的绘制13 1.2 蜗壳的水力计算16 1.2.1 蜗壳类型的选择16 1.2.2 蜗壳的水力计算16 1.3 尾水管的水力计算20 1.3.1 尾水管深度的确定20 1.3.2 轴面图与水平投影图尺寸的计算20 1.3.3 水平长度的计算20第二章 辅助设备部分22 2.1 油系统22 2.1.1 用油量的计算22 2.1.2 设备的选择22 2.2 气系统25 2.2.1 设备的选择25 2.2.2 机组调相压水用气量25 2

6、.2.3 检修维护用气 26 2.3 水系统28 2.3.1 技术供水用水量估算28 2.3.2 引用水的要求28 2.3.3 水源及供水方式28 2.3.4 消防用水29 2.3.5 设备选择29 2.3.6 管道选择29 2.3.7 检修排水29第三章 厂房部分31 3.1 水轮发电机外形尺寸的估算31 3.1.1 发电机容量的选择31 3.1.2 主要尺寸估算31 3.1.3 平面尺寸估算32 3.1.4 轴面尺寸估算32 3.2 主厂房总长度的确定33 3.2.1 机组段长度的确定33 3.2.2 机组段增加长度的确定34 3.2.3 安装场长度的确定34 3.3 厂房宽度的确定34

7、3.4 厂房高度的确定34 3.4.1 机组安装高程34 3.4.2 尾水管底板高程34 3.4.3 水轮机地面层高程35 3.3.4 发电机地面层高程35 3.3.5 吊车轨道顶高程35 3.3.6 厂房拱顶高程35 3.5 交通 采光 通风的几点建议35 3.5.1 厂内交通35 3.5.2 采光35 3.5.3 通风35 3.5.4 取暖36 3.5.5 防潮36 3.5.6 保安防火36致谢37参考文献38附录原始资料新江水电站新江水电站位于浙江北部钱塘江支流上，造成后接入江南电网向金华等地供电。新江水电站坝址选在白镇上游5公里处，该处河谷狭窄，两岸陡峭，地基坚硬。水库为多年调节，电站

8、为坝后式，压力钢管长约110米，公路从右岸进入厂房。本电站装机有下列方案：方案序号Hmax米845803772H平均米735700650Hmin米650598551N装机万千瓦443632383430363328利用小时数小时318033503550310033003600306033003600保证出力万千瓦1211511本电站下游水位曲线见附图1-2，下游特征洪水位如下：万年一遇洪水位 35.6 (Q=19500米3/秒)千年一遇洪水位 34.6 (Q=15000米3/秒)本地区年平均气温为16.0,实测最高气温为40.5,雨日约175天,以五月份为最集中.本电站建成后将承担峰荷,也承担部

9、分基荷,有调相任务,本电站将在150公里外的金华变电所接入系统(电力系统结线见附图)并向白镇供电2-3万千瓦。第一章 水轮机部分 1.1 水轮机选型 1.1.1型号的选择 根据水电站的水头变化范围及装机容量，参考大中型反击式水轮机型谱，适合选用的机型有HL230和HL220两种。（1） . 转轮型谱参数 使用水头H（m）转轮型号导叶相对高度b0/D1最优单位转速n110（r/min)推荐使用最优单位流量Q110（l/s)模型空化系数M规定型号曾用型号3565HL230HL2630.3157111100.175085HL220HL7020.257011500.133（2） .初步方案的拟定 由水

10、头范围初步选定HL203和HL220两种机型进行比较，根据电站建成后,在电力系统的作用和供电方式,初步拟定为2台,3台,4台三种方案进行比较。 1.1.2精选方案 水轮机设计水头Hr = H平均 95% = 73.5 0.95 = 69.825 m 水轮机额定出力Nr = Np/z g 对HL230型，2台机方案1.由型谱可知，最优单位转速为=71 r/min，限制点的单位流量为Q11r=1.11m3/s,对应的模型效率M=87%,暂取效率修正值 =3%，近似设原型水轮机效率T=90%,发电机效率取g=96%。 则水轮机额定出力： Nr = Np/z g = 360000/2 0.96 = 1

11、72800 Kw转轮直径： 172800 / 9.810.91.1169.8251.5=5.49根据标准标称直径尺寸，选D1 = 5.5 m(2).原型水轮机的效率 1-(1-0.90)50.36/5.5 = 0.94=max-M0=0.94-0.90=0.040.03=m+=0.87+0.04=0.91(3) .D1 的校核 172800 / 9.810.911.1169.8251.5=5.486 所以转轮直径仍为5.5m（4） .转速n的计算 7173.5/5.5 = 110.7 r/min 根据发电机标准同步转速选n = 107.1 r/min 其对应的设计工况点流量： Qr=1.095

12、.55.569.8 = 275.5 m3/s(5) .检验水轮机工作范围 最大水头和最小水头对应的单位转速 107.15.5/84.5 = 64.1 r/min 107.15.5/65 = 73.1 r/min对HL230型，3台机方案1.由型谱可知，最优单位转速为=71 r/min，限制点的单位流量为Q11r=1.11m3/s,对应的模型效率M=87%,暂取效率修正值 =3%，近似设原型水轮机效率T=90%,发电机效率取g=96%。 则水轮机额定出力： Nr = Np/z g = 360000/3 0.96 = 115200 Kw 转轮直径： 115200 / 9.810.91.1169.8

13、251.5=4.55根据标准标称直径尺寸，选D1 = 4.6 m(2).原型水轮机的效率 1-(1-0.90)50.36/4.5 = 0.94=max-M0=0.94-0.90=0.040.03=m+=0.87+0.04=0.91(4) .D1 的校核 115200 / 9.810.911.1169.8251.5=4.47 所以转轮直径为4.5m（5） .转速n的计算 7173.5/4.5 = 133.4 r/min 根据发电机标准同步转速选n = 136.4 r/min 其对应的设计工况点流量： Qr=1.094.54.569.8 = 184.9m3/s(6) .检验水轮机工作范围 最大水头

14、和最小水头对应的单位转速 136.44.5/84.5 = 66.8 r/min 136.44.5/65 = 76.1 r/min 对HL230型，4台机方案（1） .由型谱可知，最优单位转速为=71 r/min，限制点的单位流量为Q11r=1.11m3/s,对应的模型效率M=87%,暂取效率修正值 =3%，近似设原型水轮机效率T=90%,发电机效率取g=96%。 则水轮机额定出力： Nr = Np/z g = 360000/4 0.96 = 85400 Kw 转轮直径： 85400 / 9.810.91.1169.8251.5= 3.92 m 暂取 D1 = 4.00 m(2).原型水轮机的效

15、率 1-(1-0.90)50.36/5.5 = 0.94=max-M0=0.94-0.90=0.040.03=m+=0.87+0.04=0.91(5) .D1 的校核 85400 / 9.810.911.1169.8251.5=3.89 m 所以转轮直径3.9m（6） .转速n的计算 7173.5/5.5 = 156.1 r/min 根据发电机标准同步转速选n = 150 r/min 其对应的设计工况点流量： Qr=1.093.93.969.8 = 137.1m3/s(7) .检验水轮机工作范围 最大水头和最小水头对应的单位转速 1503.9/84.5 = 63.6 r/min 1503.9/

16、65 =72.6 r/min对HL220型，2台机方案1.由型谱可知，最优单位转速为=70r/min，限制点的单位流量为Q11r=1.08m3/s,对应的模型效率M=89%,暂取效率修正值 =1%，近似设原型水轮机效率T=90%,发电机效率取g=96%。 则水轮机额定出力： Nr = Np/z g = 360000/2 0.96 = 172800 Kw 转轮直径： 172800 / 9.810.91.0869.81.5=5.57 暂取 D1 = 5.6 m(2).原型水轮机的效率 1-(1-0.90)50.46/5.6 = 0.94=max-M0=0.94-0.90=0.040.03=m+=0

17、.89+0.04=0.93(6) .D1 的校核 172800 / 9.810.931.0869.81.5=5.48m 所以转轮直径为5.5m（7） .转速n的计算 7073.5/5.5 = 109.1 r/min 根据发电机标准同步转速选n = 107.1 r/min(8) .检验水轮机工作范围 最大水头和最小水头对应的单位转速 107.15.5/84.5 = 64.1 r/min 107.15.5/65 = 73.1 r/min对HL220型，3台机方案1.由型谱可知，最优单位转速为=70r/min，限制点的单位流量为Q11r=1.08m3/s,对应的模型效率M=89%,暂取效率修正值 =

18、1%，近似设原型水轮机效率T=90%,发电机效率取g=96%。 则水轮机额定出力： Nr = Np/z g = 360000/3 0.96 = 115200 Kw 转轮直径： 115200 / 9.810.91.0869.81.5=4.55m 暂取 D1 = 4.6 m(2).原型水轮机的效率 1-(1-0.90)50.46/4.6 = 0.94=max-M0=0.94-0.90=0.040.03=m+=0.89+0.04=0.93(7) .D1 的校核 115200 / 9.810.931.0869.81.5=4.47m所以转轮直径为4.5m（8） .转速n的计算 7073.5/4.5 =

19、133.4 r/min 根据发电机标准同步转速选n = 136.4 r/min(9) .检验水轮机工作范围 最大水头和最小水头对应的单位转速 136.44.5/84.5 = 66.8 r/min 136.44.5/65 = 76.1 r/min对HL220型，4台机方案1.由型谱可知，最优单位转速为=70r/min，限制点的单位流量为Q11r=1.08m3/s,对应的模型效率M=89%,暂取效率修正值 =1%，近似设原型水轮机效率T=90%,发电机效率取g=96%。 则水轮机额定出力： Nr = Np/z g = 360000/2 0.96 = 85400 Kw 转轮直径： 85400 / 9

20、.810.91.0869.81.5=3.92m 暂取 D1 = 4.00 m(2).原型水轮机的效率 1-(1-0.90)50.46/4 = 0.935=max-M0=0.935-0.90=0.0350.03=m+=0.89+0.035=0.93(8) .D1 的校核 85400 / 9.810.931.0869.81.5=3.86m 所以转轮直径为3.9m（9） .转速n的计算 7073.5/3.9 = 153.9 r/min 根据发电机标准同步转速选n = 150 r/min(10) .检验水轮机工作范围 最大水头和最小水头对应的单位转速 1503.9/84.5 = 63.6 r/min

21、1503.9/65 = 72.6 r/min 根据以上计算可知，HL230型水轮机的三个方案在该水头下均偏离高效区较远，所以不适合，被淘汰。在HL220三个方案中，3台机方案与高效最贴合，所以最后确定选用HL220型3台机方案。1.1.3选定方案的计算对HL220型，3台机方案1. 吸出高度Hs的确定 （1）.根据新江水电站下游水位与流量的关系曲线可知最低尾水位 Zxd = 24 m （2）.根据公式： 分别计算各特征水头下的吸出高度，从中选出合适的吸出高度： Hmax ： =10 - 24/900 - 1.150.06584.5 = 3.66m2. 安装高程的确定 = Zxd + Hs +

22、b0/2 = 24+3.66+0.56 = 28.22m3. 飞逸转速的计算 =13384.5 / 4.5 = 271.7 r/min4. 轴向水推力 3162508.07 N1.1.4运转综合特性曲线绘制等效率线与出力限制线计算表HHmax=84.5Hpj=73.5Hr=69.8Hmin=65n1166.7971.6073.4776.13工作特性计算 Q11 T P Q11 T P Q11 T P Q11 T P0.90 0.808 0.965 1.20.91 0.868 0.969 1.30.91 0.948 0.969 1.40.90 0.998 0.965 1480.89 1.038

23、0.962 1530.88 1.068 0.958 1570.86 1.172 0.944 1.70.89 0.815 0.962 0.980.90 0.855 0.965 1.030.91 0.905 0.969 1.10.91 1.005 0.969 1.220.90 1.045 0.965 1.260.89 1.079 0.962 1.30.88 1.108 0.958 1.330.86 1.155 0.951 1.370.88 0.802 0.958 0.890.89 0.840 0.962 0.940.90 0.882 0.965 0.990.91 0.953 0.969 1.070

24、.91 1.008 0.969 1.130.90 1.062 0.965 1.190.89 1.092 0.962 1.220.88 1.118 0.958 1.240.86 1.165 0.951 1.290.88 0.852 0.958 0.850.89 0.892 0.962 0.890.90 0.930 0.956 0.90.90 1.068 0.956 1.070.89 1.105 0.962 1.110.88 1.125 0.958 1.120.86 1.17 0.951 1.16出力限制线0.875 1.078 0.965 1.590.89 1.078 0.962 1.30.89

25、5 1.062 0.963 1.190.9 1.069 0.965 1.07表1.1.1注：P105吸出高度与出力计算表Hn11参数Hmax=84.566.79Q11 HsP0.07 0.075 0.09 0.10 0.11 0.12 0.13 0.14 0.860 0.980 1.080 1.106 1.128 1.147 1.157 1.179 0.909 0.904 0.877 0.868 0.858 0.852 0.848 0.8422.37 1.94 0.68 -0.17 -1.02 -1.86 -2.71 -3.551.25 1.42 1.55 1.58 1.61 1.63 1.6

26、4 1.67Hpj=73.571.60Q11 HsP0.07 0.075 0.09 0.10 0.11 0.12 0.13 0.140.840 1.020 1.110 1.131 1.158 1.173 1.181 1.1900.896 0.906 0.878 0.870 0.863 0.857 0.852 0.8493.36 2.99 2.62 1.15 0.42 -0.32 -1.06 -1.791.01 1.23 1.33 1.35 1.38 1.39 1.4 1.41Hr=69.873.47Q11 HsP0.075 0.08 0.09 0.10 0.11 0.12 0.13 0.141

27、.02 1.079 1.111 1.135 1.154 1.168 1.177 1.1870.908 0.896 0.882 0.872 0.865 0.858 0.854 0.8493.34 2.99 2.29 1.59 0.90 0.20 -0.50 -1.201.15 1.21 1.24 1.26 1.28 1.29 1.3 1.31表1.1.2注： = 0.02 运转综合特性曲线图1.11.2 蜗壳的水力计算 1.2.1 蜗壳类型的选择 因为该电站水头大于40m，所以选择金属蜗壳，取包角；因为转轮直径D1 = 4.5m 3m，且水头属于中水头，所以选择钢板焊接结构。焊接蜗壳通常铺设弹性

28、垫层，这种结构的刚度较好，对抗震有利。 1.2.2蜗壳的水力计算 由参考文献查座环尺寸系列表可知： 名称Da (mm)Db(mm)K(mm)r(mm)座环参数71506000150400表1.2.1进口断面流量 180.9（345/360）= 173.36 m3/s进口断面流速 0.869.8 = 6.684 m/s进口断面面积 173.36/6.684=25.94 m2进口断面半径 2.87 m由以上公式可算出蜗壳系数： 345/0.644 根据式： （p=s）=(rD+1.43h-rD2 -h2+2.86hrD )C得出： （p=s） = 91.45由此可知凡 （p=s）时，都应采用椭圆断

29、面。金属蜗壳圆断面尺寸表断面号ixiiiRi03452.7632.866.6749.53413342.7032.8026.6149.41623232.6462.7476.5579.30433112.582.6846.4919.17542982.5062.6136.4179.0352852.4322.5426.3438.88562722.3592.4726.278.74272592.282.3976.1918.58882462.2032.3246.1148.43892332.1252.256.0368.286102202.0442.1745.9558.129112061.9552.095.866

30、7.95121921.85825.7697.769131781.7641.9155.6757.59141641.6651.8225.5767.398151501.5621.7285.4737.201161361.4541.6315.3656.99617121.451.3351.5265.2466.77218106.451.2041.4135.1156.528表1.2.2金属蜗壳椭圆断面尺寸断面号iiAR2R1iRi1991.451.2915.6191.3381.3055.0286.3332076.451.1634.6321.1281.2424.7716.0132161.451.0263.690

31、.9071.1764.5015.6772246.450.5882.7880.6731.1054.2165.3212331.450.7041.940.4221.033.9094.9392416.450.4941.150.1470.9483.5734.521表1.2.3金属蜗壳单线图图1.21.3 尾水管的水力计算 1.3.1尾水管深度的确定 因为该电站水头小于200m，且选择的转轮为D1D2的混流式水轮机，所以 h = 2.6D1 = 11.7m 1.3.2 轴面图与水平投影图尺寸的计算（1） .标准肘管轴面计算表 M10001094.2361.5R603.45R861.06130.495001

32、000T60756647.32196.1R3666R5230.9794.463037.56075表1.3.1(2) .肘管水平投影计算表M79.61R579.6113502014.74T483.63R3521.138201.251224表1.3.21.3.2 水平长度的计算 L = 4.5D1 = 20.25 倾角为8 B = 2.72D1 = 12.24尾水管单线图图1.3第2章 辅助设备部分2.1 透平油油系统 2.1.1 用油量的计算 （1）.水轮机调节系统充油量的计算 1）.油压装置 YZ-6 压力油箱充油量 21 回油箱充油量 4.0 2）.导水机构接力器用油量 Vd = daSd

33、/ 2 = 0.60.60.82 = 0.46 m3 (Sd = 1.4a0 = 1.44.5 / 24 = 0.82） （2）.机组润滑油系统充油量 Vh = q（Pt + Pd）=0.04（240+365）= 24.2 m3 （Pt=APT=240kW Pd=1.5Pt=365Kw） (3).系统用油量计算 1）.运行油量 =1.05=1.0530.76=31.57 m3 2）.事故备用油量：为最大机组用油量的110%。 =1.1=1.130.76=33.84 m33).补充用油量：=45/365 =30.760.145/365=0.38 m3-一年中需补充油量的百分数,对混流式水轮机取5

34、10%取 6%4）.系统用油总量：=331.57+33.84+30.38=129.69m3 2.1.2油系统设备的选择 （1）.储油设备的选择 1）净油槽： =1.1+=1.131.75+30.38=35.857m3由设计手册水力机械部分选一个容量为40m3的油罐。 2).运行油槽： = =35.857 m3 由设计手册水力机械部分选两个容量为20 m3的油罐。 3).事故备用油槽 V事 = 40+40 = 80 m3 4).重力加油槽 混流式机组漏油量少，可不设，而用移动小车添油。 2.净油设备的选择： （1）压力滤油机和真空滤油机 生产率是8h净化最大一台机组的用油量来确定：Qi=V1/t

35、 =31.57/8=3.95m3/h 考虑压力滤油机换滤纸的时间，计算时将其额定生产率减少30%，故：Qi=Qi/0.7=3.95/0.7=5.64m3/h 由参考书：压力滤油机型号：LY-50；真空滤油机型号：ZLY-50 （2）油泵的选择： 油泵生产率的用油量是4h内充满一台机组Q=V1/t=31.57/4=7.89 m3/h 则由参考书：油泵型号为KCB-7.5 (3).管径、管材的选择由水电站机电设计手册水力机械部分查得：推力轴承油槽供油管直径： 40 mm推力轴承油槽排油管直径： 40 mm导轴承油槽供油管直径： 40 mm导轴承油槽排油管直径： 40 mm油压装置供油管径： YZ-

36、6：50 mm油压装置排油管径： YZ-6： 50 mm总油管：供油管直径： 80 mm 排油管直径：100 mm透平油系统图图2.12.2 气系统 2.2.1设备选择 本电站采用厂内压缩空气系统向各单位供气 （1）机组制动用气量： 1）.机组制动耗气量估算： 0.04120000/1000=4.8 m3式中：QZ机组一次制动所需的总空气量（自由空气）m3； N发电机额定出力; K经验系数，一般取0.030.05,取0.04; 2）.贮气罐容积：=4.81105 /2105 =2.4m3 根据水电站机电设计手册水力机械选取贮气罐的容积为4m3 . 3）. 空压机生产率计算： = 4.81/10

37、=0.48m3/min 由参考书，选VI/40-I型空压机两台，一台工作，一台备用。 4）.供气管道选择 按经验选取。供气干管50mm，环管，支管，自三通 阀后的供气管采用耐高压的无缝钢管。2.2.2机组调相压水用气量（）充气容积计算： 充气容积包括：转轮室空间.尾水管部分容积，以及连通的管道.腔体。1) 导叶部分： 5.225.221.125=24.08m32) 底环部分： 4.8694.8690.986= 18.36 m33) .锥管部分： 2.2（2.652.65+2.252.25+2.252.65） =43.25m3 4).转轮所占部分: 66.5/7.8=8.53m3 则总体积为:

38、24.08+18.36+43.25-8.35=77.16m3(2).转轮室充气压力计算： 1.03+0.0013.65100=1.395kg/cm2 （3）.贮气罐容积： =1.39577.69 / 0.9（7-2.395）= 26.15 m3 一般取0.60.9,取0.8 由水电站机电设计手册水力机械选用30m3的贮气罐.设置3个， 每台机组一个。（4）.空压机生产率计算：=21.3m3/min（5）.管道选择 选用标准直径，接入转轮室的支管2.2.3检修维护用气 (1).空压机的选择 生产率： =1.21.22（1/ 1-H/44300）=2.89m3 /min 由水电站设计手册水力机械，

39、选S-150型风砂轮俩台，每台耗气1.2m3 /min （2）.储气容积 0.2Qk=0.58m3 /min 由水电站设计手册水力机械，选1m3贮气罐一只，供气管径25mm。气系统图图2.22.3 水系统 2.3.1技术供水用水量估算 （1）.空气冷却器用水量：由辅助设备查得： 650m3 /h （2）.推力轴承和导轴承冷却器用水量：由辅助设备查得： 160m3 /h （3）.推力轴承用水量：由于推力轴承在推力轴承和导轴承总用水量的1/1.15133m3 /h （4）.导轴承的用水量 75.6 （5）.水冷式变压器用水量 138.31000=138.3m3 /h （6）.系统总用水量： /99

40、% = 1034.2m3 /h 三台机组总用水量 31034.2=3102.6m3 /h 2.3.2 引用水的要求 水温 水温一般为25度，该地年平均温度16度，实测最高气温为40.5度。 水压 （1）.冷却器进口水压一般不超过2105Pa。 (2）水冷式变压器进口处水压一般不超过0.6105Pa。 水质 一般要求如下： （1）.水中不含有悬浮物。 （2）.含沙粒径在0.025mm以下，含沙量在50g/l以下。 (3).冷却水应是软水，暂时硬度不大于8。-12。 (4).要求PH植为中性，不含游离酸。 (5).力求不含有机物，水生物及微生物。 (6).含铁量不应大于0.1mg/l. (7).不含油分. 2.3.3 水源及供水方式 取上游水库作水源,以蜗壳取水为主,坝前取水作为备用水源;供水方式采用自流 供水。设备配置方式采用单元供水。 2.3