毕设(渡江水电站水力机械初步设计)

1、摘 要水电站水力机械初步设计是对一个电站的水轮机组,发电机组，辅助设备的计算以及型号的选择，电站厂房的布置设计。 本论文在对渡江水电站的数据处理，综合分析，根据该电站的原始资料，在水电站的设计要求及设计规范的基础上，进行水轮发电机组选型、辅助设备设计、调速设备的选择、电站厂房的布置设计。并且从水文，工程地质，气象等资料，研究该电站的建设必要性和可行性出发。对电站的各项指标进行详细复查。根据计算结果确定水轮机及发电机的型号，到辅助设备的选择。本电站的装机容量达到36万kw，是属于中型机组，电站建成后主要供电区为贵河市和遵口市对该地区工农业发展将具有重要意义。I目 录摘要.第一章 水轮发电机组的选

2、型设计.1 1.1 确定水轮机组型号和装置型式.1 1.1.1 已知参数.1 1.1.2 水轮机型号的选择.1 1.2 确定水轮机的主要参数.2 1.2.1 三台水轮机.21.2.2 四台水轮机.71.2.3 三台水轮机.11 1.2.4 四台水轮机.15 1.2.5 三台水轮机.19 1.2.6 四台水轮机.23 1.2.7 各方案列表.27 1.3 技术经济指标计算.28 1.3.1 动能经济指标.28 1.3.2 机电设备投资和耗钢量.29 1.3.3 部分设备投资估算表.32 1.4 最优方案选择.33 1.4.1 方案选择依据.33 1.4.2 方案总表.34 1.4.3 最优方案的

3、选择.34 1.5 运转特性曲线的计算绘制.35 1.5.1 运转特性曲线的计算.35 1.5.2 运转特性曲线的绘制.36 1.6 蜗壳、尾水管的选型计算.37 1.6.1 蜗壳的选择计算.37 1.6.2 尾水管的选择计算.40 1.7 水轮机进、出水流道单线图的绘制.411.7.1 水轮机进水流道单线图的绘制.411.7.2 水轮机出口流道单线图的绘制.41 1.8 确定水轮发电机的型号和主要参数.421.8.1 发电机的参数计算.421.8.2 选择发电机的型式及冷却方式.421.8.3 发电机的主要尺寸.421.8.4 发电机外形尺寸计算.441.8.5 发电机轴向尺寸的估算.451

4、.8.6 发电机重量的估算.461.8.7 发电机计算结果汇总表.47 1.9 调速设备与油压装置的型号和主要参数.481.9.1 调速器的工作容量选择.481.9.2 主配压阀直径.501.9.3 油压装置的选择.50第二章 辅助设备部分设计.51 2.1 进水阀的选择.512.1.1 进水阀的设置条件.512.1.2 进水阀的型式.512.1.3 进水阀的选择.512.1.4 进水阀直径的选择.51 2.2 油系统部分设计.52 2.2.1 透平油系统部分设计.52 2.2.1.1 透平油系统供油对象及作用.52 2.2.1.2 用油量估计.52 2.2.1.3 透平油系统设备选择.552

5、.2.2 绝缘油系统部分设计.58 2.2.2.1 绝缘油系统供油对象.58 2.2.2.2 绝缘油用油量估算.58 2.2.2.3 绝缘油系统设备选择.59 2.3 气系统部分设计.602.3.1 各种用气额定压力.602.3.2 供气方式.602.3.3 设备选择计算.61 2.4 水系统部分设计.652.4.1 技术供水系统.652.4.2 消防和生活供水.692.4.3 排水系统.70 2.4.3.1 检修排水.70 2.4.3.2 渗漏排水.72第3章 厂房的布置设计.74 3.1 主厂房机组组段长度的确定.74 3.2 主厂房宽度的确定.75 3.3 主厂房各层高程的确定.77第四

6、章 毕业设计总结与心得.78 4.1 毕业设计总结.78 4.2 心得与体会.79设备清单.81参考文献.82 - 3 -第一章 水轮发电机组的选型设计第一章 水轮发电机组的选型设计1.1 确定水轮机组型号和装置型式1.1.1.已知参数 , , , 万千瓦，保证出力：万千瓦，利用小时数：5400小时。1.1.2.水轮机型号的选择表1-1 水轮机类型及适用范围 根据设计任务书，该水电站的水头范围为，查水电站机电设计手册水力机械表1-1 如上表。适合此水头范围水轮机的类型有斜流式和混流式。 又根据混流式水轮机和斜流式水轮机的优缺点分析：1、混流式结构紧凑，运行可靠，效率高，能适应很宽的水头范围，是

7、目前应用最广泛的水轮机之一。2、斜流式平均效率比混流高，高效区比混流宽。3、斜流式水轮机适用于水头变幅大的电站，目前由于制造工艺较复杂，技术要求较高，在一定程度上限制了它的推广和应用。（水轮机第三版-）因此：选择混流式水轮机（立轴）。水轮机设计水头估算为，根据水轮机第三版附表7，适合水头范围有,在这里选择，台数选择3台，4台。方案列表如下：表1-2 水轮机组选型及台数汇总型号台数343434单机容量（万千瓦）1291291291.2 确定水轮机的主要参数 首先进行水轮机的选择1.2.1三台水轮机1、 水轮机基本参数的计算（1）、计算水轮机的额定出力（发电机效率取96%） （2）、计算转轮直径已

8、知，查水轮机附表一单位转速，模型转轮综合特性曲线单位转速与出力限制线交点知，对应的模型效率，暂取效率修正值，设计工况原型水轮机效率，故水轮机的转轮直径为 按我国规定的转轮直径系列（见水轮机表6-5），计算值处于标准值3.0m和3.3m之间，考虑到3.0偏小，3.3偏大，故取非标准值m （3）、效率的计算: 效率修正值 限制工况原型水轮机的效率为 （4）、的校核计算：用对原先计算的进行校核 (m) 转轮直径仍以为宜。（5） 、转速的计算 由模型综合特性曲线上查得 转速计算值介于发电机标准同步转速（水轮机表6-6）214.3-250之间，故取水轮机的转速。（6) 、平均效率的计算 ：取下与出力限制

9、线的交点的效率 真机效率 、是以发电机出力为限制，采用逼近法找到单位流量和相应的效率，逼近法见下表：表1-3水头单位转速流量效率%真机效率%出力144.266.60.8050.90.92712676.29096144.266.60.80.880.90712543.19785144.266.60.790.8750.90212372.98815水头单位转速流量效率%真机效率%出力12471.80.9120.900.927118531.606812471.80.930.9050.932121516.03612471.80.950.9050.932124788.144412471.80.960.910

10、.937126368.0221水头单位转速流量效率%真机效率%出力117.873.71.080.910.937129972.0674117.873.71.040.910.937126494.0212117.873.71.030.910.937124616.2873由表1-3知：、则平均效率为：2、 水轮机设计流量的计算 设计工况点的单位流量为 则：3、 几何吸出高度的计算 为使水轮机尽可能不发生空化，取、三个水头分别计算水轮机的允许吸出高度，以其中的最小值作为最大允许吸出高度。为此，进行如下计算：(1) 计算、所对应的单位转速 （2) 确定个水头所对应的出力限制工况点的单位流量 ：取与出力限制

11、线交点处单位流量， 同上 ： 用（1）、（2）中计算的对应工况点从模型综合特性曲线上分别查出、所对应的模型空化系数，分别为0.085、0.078、0.070。（3）、分别用所查的空化系数计算、对应的吸出高度 计算式： 求装置高程图 由上图（任务书图1）可知当水轮机设计流量=118时，对应的尾水位为645.8，即。查空化系数修正值曲线得水轮机水头为时，图1-2 空化系数修正值与水头关系曲线 从三个吸出高度计算值中取最小值，再留一定的余量，去最大允许吸出高度。4、安装高程的计算因为装置方式为立轴安装方式，故：安装高程 查水轮机附表一取0.225 5、飞逸转速的计算 由水轮机附表一查的水轮机模型转轮

12、的单位飞逸转速，故水轮机的飞逸转速为 6、转轮轴向水推力的计算 由水轮机附表一查得水轮机模型转轮的轴向水推力系数为。这里取，则 1.2.2四台水轮机1、水轮机基本参数的计算（1）、计算水轮机的额定出力（发电机效率取96%） （kW）（2）、计算转轮直径已知，查水轮机附表一 模型转轮综合特性曲线单位转速与出力限制线交点知，对应的模型效率，暂取效率修正值，设计工况原型水轮机效率，故水轮机的转轮直径为 （m）按我国规定的转轮直径系列（见水轮机表6-5），计算值处于标准值2.75m和3.00m之间，考虑到2.75偏小，3.0偏大，故取非标准值（3）、效率的计算: 效率修正值 限制工况原型水轮机的效率为

13、 （4）、的校核计算：用对原先计算的进行校核 (m) 转轮直径仍以2.8m为宜。（5） 、转速的计算 由模型综合特性曲线上查得 转速计算值介于发电机标准同步转速（水轮机表6-6）之间，故取水轮机的转速为。（6）、平均效率的计算 ：取下与出力限制线的交点的效率 真机效率 、是以发电机出力为限制，采用逼近法找到单位流量和相应的效率。逼近法见下表：表1-4：水头单位转速流量效率%真机效率%出力144.2700.750.880.90690494.48405144.2700.780.9050.92194945.29444144.2700.7750.90.92693923.8188144.2700.770

14、.8950.91193317.85868水头单位转速流量效率%真机效率%出力12473.40.80.890.90696527.4496512473.40.780.8950.92193594.8690212473.40.790.8980.92495110.43522水头单位转速流量效率%真机效率%出力117.877.41.020.9020.92893179.13455117.877.41.030.9050.93193991.37167117.877.41.040.9060.93295108.44355由表1-4知： 、 则平均效率为：2、水轮机设计流量的计算 设计工况点的单位流量为 则：3、 几

15、何吸出高度的计算 由上图（任务书图1）可知当水轮机设计流量时，对应的尾水位为，即。 为使水轮机尽可能不发生空化，取、三个水头分别计算水轮机的允许吸出高度，以其中的最小值作为最大允许吸出高度。为此，进行如下计算：（1）、计算、所对应的单位转速 （2） 、确定个水头所对应的出力限制工况点的单位流量 ：取与出力限制线交点处单位流量， 同上 ： （3）、用（1）、（2）中计算的对应工况点从模型综合特性曲线上分别查出、所对应的模型空化系数，分别为0.095、0.081、0.07（4）、分别用所查的空化系数计算、对应的吸出高度 计算式： 装置高程 查空化系数修正值曲线得水轮机水头为时， 从三个吸出高度计算

16、值中取最小值，再留一定的余量，取最大允许吸出高度。4、安装高程的计算因为装置方式为立轴安装方式，故：安装高程 查水轮机附表一取0.225 5、飞逸转速的计算 由水轮机附表一查的水轮机模型转轮的单位飞逸转速，故水轮机的飞逸转速 6、转轮轴向水推力的计算 由水轮机附表一查得水轮机模型转轮的轴向水推力系数为。这里取，则 进行水轮机的选择1.2.3三台水轮机1、水轮机基本参数的计算（1）、计算水轮机的额定出力（发电机效率取96%） （2）、计算转轮直径 已知，查水轮机附表一查 模型转轮综合特性曲线单位转速与出力限制线交点知，对应的模型效率，暂取效率修正值，则设计工况原型水轮机效率，故水轮机的转轮直径为

17、 （m） 按我国规定的转轮直径系列（见水轮机表6-5），计算值处于标准值3.3m和3.8m之间，考虑到3.3偏小，3.8偏大，故取非标准值m 。（3）、效率的计算: 效率修正值 限制工况原型水轮机的效率为 （4）、的校核计算：用对原先计算的进行校核 (m) 转轮直径仍以m为宜。（5）、转速的计算。由模型综合特性曲线上查得 转速计算值介于发电机标准同步转速（水轮机表6-6）之间，故取水轮机的转速为。（6）、平均效率的计算 ：取下与出力限制线的交点的效率 真机效率 、是以发电机出力为限制，采用逼近法找到单位流量和相应的效率。逼近法见下表：表1-5水头单位转速流量效率%真机效率%出力144.2660

18、.5750.890.921123153.7123144.2660.580.8930.924124629.2546144.2660.5850.8950.926125975.7305水头单位转速流量效率%真机效率%出力12471.20.710.910.941123894.265712471.20.7150.9120.943125031.939612471.20.720.9120.943125906.2888水头单位转速流量效率%真机效率%出力117.8730.780.8880.919123083.6272117.8730.790.890.921124932.9208117.8730.80.890.

19、921126514.3502由表1-5知：、则平均效率为：。2、水轮机设计流量的计算 设计工况点的单位流量为 则： 3、 几何吸出高度的计算 由上图（任务书图1）可知当水轮机设计流量=118时，对应的尾水位为645.8，即。 为使水轮机尽可能不发生空化，取、三个水头分别计算水轮机的允许吸出高度，以其中的最小值作为最大允许吸出高度。为此，进行如下计算：（1） 、计算、所对应的单位转速 （2）、确定个水头所对应的出力限制工况点的单位流量 ：取与出力限制线交点处单位流量， 同上 ： （3）、用（1）、（2）中计算的对应工况点从模型综合特性曲线上分别查出、所对应的模型空化系数，分别为0.065、0.0

20、56、0.047（4）分别用所查的空化系数计算、对应的吸出高度 计算式： 装置高程 查空化系数修正值曲线得水轮机水头为时， 从三个吸出高度计算值中取最小值，再留一定的余量，取最大允许吸出高度。4、安装高程的计算因为装置方式为立轴安装方式，故：安装高程 查水轮机附表一取0.225 5、飞逸转速的计算 由水轮机附表一查的水轮机模型转轮的单位飞逸转速，故水轮机的飞逸转速为 6、转轮轴向水推力的计算 由水轮机附表一查得水轮机模型转轮的轴向水推力系数为0.26。取，则 1.2.4四台水轮机1、水轮机基本参数的计算（1）、计算水轮机的额定出力（发电机效率取96%） （kW）（2）、计算转轮直径 已知，查水

21、轮机第三版附表7单位转速,模型转轮综合特性曲线单位转速与出力限制线交点知，对应的模型效率，暂取效率修正值，则设计工况原型水轮机效率，故水轮机的转轮直径为 （m） 按我国规定的转轮直径系列（见水轮机表6-5），计算值处于标准值3.0m和3.3m之间，考虑到3.0偏小，3.3偏大，故取非标准值m 。（3）、效率的计算: 效率修正值 限制工况原型水轮机的效率为 （4）、的校核计算：用对原先计算的进行校核 (m) 转轮直径仍以3.2m为宜。（5）、转速的计算。由模型综合特性曲线上查得 转速计算值介于发电机标准同步转速（水轮机表6-6）之间，故取水轮机的转速为。（6）、平均效率的计算 ：取下与出力限制线

22、的交点的效率 真机效率 、是以发电机出力为限制，采用逼近法找到单位流量和相应的效率。逼近法见下表：表1-6水头单位转速流量效率%真机效率%出力144.266.60.580.8930.91992717.14415144.266.60.5850.8950.92193719.94767144.266.60.590.8950.92194520.97287水头单位转速流量效率%真机效率%出力12471.80.710.910.93692179.4133512471.80.720.9120.93893677.4536512471.80.7250.9120.93894327.99153水头单位转速流量效率%真

23、机效率%出力117.873.70.790.890.91692941.40759117.873.70.7950.8920.91893733.85754117.873.70.80.890.91694117.8811由表1-6知： 、 则平均效率为：2、水轮机设计流量的计算设计工况点的单位流量为 则： 3、 几何吸出高度的计算 由上图（任务书图1）可知当水轮机设计流量=88.8时，对应的尾水位为645.7，即。 为使水轮机尽可能不发生空化，取、三个水头分别计算水轮机的允许吸出高度，以其中的最小值作为最大允许吸出高度。为此，进行如下计算：（1）、计算、所对应的单位转速 （2）、确定个水头所对应的出力限

24、制工况点的单位流量 ：取与出力限制线交点处单位流量， 同上 ： （3）、用（1）、（2）中计算的对应工况点从模型综合特性曲线上分别查出、所对应的模型空化系数，分别为0.063、0.056、0.047（4）、分别用所查的空化系数计算、对应的吸出高度 计算式： 装置高程 查空化系数修正值曲线得水轮机水头为时， 从三个吸出高度计算值中取最小值，再留一定的余量，取最大允许吸出高度。4、安装高程的计算因为装置方式为立轴安装方式，故：安装高程 查水轮机附表一取0.225 5、飞逸转速的计算 由水轮机附表一查的水轮机模型转轮的单位飞逸转速，故水轮机的飞逸转速为 6、转轮轴向水推力的计算 由水轮机附表一查得H

25、L180/D06A水轮机模型转轮的轴向水推力系数为0.26。取，则 进行水轮机的选择1.2.5三台水轮机1、水轮机基本参数的计算（1）、计算水轮机的额定出力（发电机效率取96%） （2）、计算转轮直径 已知，查水轮机附表一查 模型转轮综合特性曲线单位转速与出力限制线交点知，对应的模型效率，暂取效率修正值，则设计工况原型水轮机效率，故水轮机的转轮直径为 （m） 按我国规定的转轮直径系列（见水轮机表6-5），计算值处于标准值3.3m和4.10m之间，考虑到3.3偏小，4.10偏大，故取非标准值m （3）、效率的计算: 效率修正值 限制工况原型水轮机的效率为 （4）、的校核计算：用对原先计算的进行校

26、核 (m) 转轮直径仍以m为宜。（5）、转速的计算。由模型综合特性曲线上查得 转速计算值介于发电机标准同步转速（水轮机表6-6）之间，故取水轮机的转速为。（6）、平均效率的计算 ：取下与出力限制线的交点的效率 真机效率 、是以发电机出力为限制，采用逼近法找到单位流量和相应的效率。逼近法见下表：表1-7水头单位转速流量效率%真机效率%出力144.269.60.530.8960.924126530.0383144.269.60.520.8920.92123605.2649144.269.60.5250.8940.922125065.0678水头单位转速流量效率%真机效率%出力12475.10.65

27、0.9180.946126687.420312475.10.640.9130.941124079.089312475.10.6450.9140.942125181.3461水头单位转速流量效率%真机效率%出力117.8770.70.910.938125261.2717117.8770.6950.9150.943125029.483117.8770.690.9130.941123866.7242由表1-7知：、则平均效率为：2、水轮机设计流量的计算 设计工况点的单位流量为 则：3、 几何吸出高度的计算 由上图（任务书图1）可知当水轮机设计流量=114时，对应的尾水位为645.75，即。 为使水轮

28、机尽可能不发生空化，取、三个水头分别计算水轮机的允许吸出高度，以其中的最小值作为最大允许吸出高度。为此，进行如下计算：（1）、计算、所对应的单位转速 （2）、确定个水头所对应的出力限制工况点的单位流量 ：取与出力限制线交点处单位流量， 同上 ： （3）、用（1）、（2）中计算的对应工况点从模型综合特性曲线上分别查出、所对应的模型空化系数，分别为0.075、0.07、0.072（4）分别用所查的空化系数计算、对应的吸出高度 计算式： 装置高程 查空化系数修正值曲线得水轮机水头为时， 从三个吸出高度计算值中取最小值，再留一定的余量，取最大允许吸出高度。4、安装高程的计算因为装置方式为立轴安装方式，

29、故：安装高程 查水轮机附表一取0.2 5、飞逸转速的计算 由水轮机附表一查的水轮机模型转轮的单位飞逸转速，故水轮机的飞逸转速为 6、转轮轴向水推力的计算 由水轮机附表一查得水轮机模型转轮的轴向水推力系数为0.2-0.26。取，则 1.2.6四台HL水轮机1、水轮机基本参数的计算（1）、计算水轮机的额定出力（发电机效率取96%） （kW）（2）、计算转轮直径已知，查水轮机第三版附表7单位转速模型转轮综合特性曲线单位转速与出力限制线交点知，对应的模型效率，暂取效率修正值，则设计工况原型水轮机效率，故水轮机的转轮直径为 （m） 按我国规定的转轮直径系列（见水轮机表6-5），计算值处于标准值3.3m和

30、3.8m之间，考虑到3.3偏小，3.8偏大，故取非标准值m 。（3）、效率的计算: 效率修正值 限制工况原型水轮机的效率为 （4）、的校核计算：用对原先计算的进行校核 (m) 转轮直径仍以3.4m为宜。（5）、转速的计算。由模型综合特性曲线上查得 转速计算值介于发电机标准同步转速（水轮机表6-6）之间，故取水轮机的转速为。（6）、平均效率的计算 ：取下与出力限制线的交点的效率 真机效率 、是以发电机出力为限制，采用逼近法找到单位流量和相应的效率。逼近法见下表：表1-8水头单位转速流量效率%真机效率%出力144.270.80.530.8960.92996686.53627144.270.80.5

31、10.8860.91992036.50239144.270.80.5170.890.92393705.84099水头单位转速流量效率%真机效率%出力12476.30.6350.9030.93693069.4599512476.30.6380.9040.93793609.0611312476.30.640.9050.93894002.72259水头单位转速流量效率%真机效率%出力117.878.30.6950.9050.93894521.84736117.878.30.6850.9010.93492764.54222117.878.30.690.9020.93593541.70027由表1-8知

32、：、则平均效率为：2、水轮机设计流量的计算 设计工况点的单位流量为 则： 3、 几何吸出高度的计算 由上图（任务书图1）可知当水轮机设计流量=87时，对应的尾水位为645.6，即。 为使水轮机尽可能不发生空化，取、三个水头分别计算水轮机的允许吸出高度，以其中的最小值作为最大允许吸出高度。为此，进行如下计算：（1）、计算、所对应的单位转速 （2）、确定个水头所对应的出力限制工况点的单位流量 ：取与出力限制线交点处单位流量， 同上 ： （3） 、用（1）、（2）中计算的对应工况点从模型综合特性曲线上分别查出、 所对应的模型空化系数，分别为0.077、0.07、0.072（4）、分别用所查的空化系数

33、计算、对应的吸出高度 计算式： 装置高程 查空化系数修正值曲线得水轮机水头为时， 从三个吸出高度计算值中取最小值，再留一定的余量，取最大允许吸出高度。4、安装高程的计算因为装置方式为立轴安装方式，故：安装高程 查水轮机附表一取0.2 5、飞逸转速的计算 由水轮机附表一查的 水轮机模型转轮的单位飞逸转速，故水轮机的飞逸转速为 6、转轮轴向水推力的计算 由水轮机附表一查得水轮机模型转轮的轴向水推力系数为0.2-0.26。取，则 1.2.7、各方案列表如下表1-9 各方案主要参数表水电站名称渡江水电站方案一二三四五六转轮型号HL220/A153HL220/A153HL180/D06AHL180/D0

34、6AHL180/A194HL180/A194机组台数343434水轮机出力（万千瓦）129129129水轮机转轮直径3.22.83.73.23.93.4转速250300214.3250214.3250水轮机最高效率0.9420.9410.9460.9440.9540.953平均效率0.9230.9220.9220.9170.9280.927水轮机设计流量11888.511888.811487飞逸转速513586417483393.5451吸出高度-3.7-3.7-0.4-0.4-4-4水轮机安装高程642.46642.22645.81645.66642.14641.94轴向水推力3413071

35、261313239545853766236439366333392991.3 技术经济指标计算1.3.1 动能经济指标各方案效率比较已在前面计算过具体结果见下表：表1-10 机组效率比较转轮型号HL220/A153HL180/D06AHL180/A194方案一二三四五六机组台数343434水轮机最高效率(%)0.9330.9410.9460.9440.9540.953平均效率0.9230.9220.9220.9170.9280.9271.3.2 机电设备投资和耗钢量 表1-11 主要机电设备参考单价表项目水轮机发电机调速器自动化元件励磁装置油压装置（不含油）参考价格4万元/吨5万元/吨30万元

36、/台40万元/套60 万元/台 30万元/套（1）、水轮机由前选型计算可知选择水轮机为HL220/A153和HL180/A194转轮直径查能源动力类水动专业毕业设计与课程设计指南P15,估算各种方案的水轮机的重量,即 表1-12金属蜗壳、混流式水轮机、系数8.16.60.160.20方案一：,台,m 总重 ,总价(万元）方案二：, 台, 总重 ，总价（万元）方案三：， 总重 ，总价（万元）方案四：， 总重 ，总价（万元）方案五：, 总重 ，总价（万元）方案六：, 总重 ，总价（万元）（2）、水轮发电机 在初步设计阶段作为方案比较，发电机重量按 计算，式中：为估算系数，悬式取8-10，伞式取7-9，水内冷取6.5-7，当发电机额定转速大于150r/min时，采用悬式机组。 所选方案发电机额定转速均大于150r/min时，采用悬式机组，取。