水电站辅助设备课程设计

1、水电站辅助设备课程设计水电站辅助设备课程设计题 目： 水力机组辅助设备设计发题日期： 2015 年 12 月 07 日完成日期： 2015 年 12 月 18 日专业名称： 水电站动力设备与管理 班 级： 水动 1311 学生姓名：指导教师：组 别： 第四组水力发电教研室目录第 1 章 概述 11.1 本课程设计的目的和要求 1.1.1.1 目的 1.1.1.2 要求 1.1.2 本课程设计的内容 1.1.2.1 本次设计主要内容 1.1.2.2 本次设计的最终成品 2.1.3 本设计引用的规程和规范 2.1.4 原始资料 2.1.5 原始资料分析 4.第 2 章主阀 62.1 主阀 6.2.

2、1.1 设置主阀的优点 6.2.1.2 主阀的选择 6.2.1.3 主阀直径的确定 6.2.2 主阀的操作机构 7.2.2.1 操作机构 7.2.2.2 液压操作系统 7.2.2.3 压力油源及设备 8.第 3 章油系统 93.1 油系统的任务和组成 9.3.1.1 油系统的设计应包括下列主要任务 9.3.1.2 油系统宜有如下设备组成 9.3.2 油系统的分类 9.3.2.1 油系统的作用 9.3.2.2 油系统的服务对象 9.3.3 设备用油量的计算 9.3.3.1 机组用油量 9.3.3.2 水轮机调速设备用油 1.03.3.3 变压器单台用油量 1.13.4 水轮机系统用油量的计算 1

3、13.4.1 运行用油 1.1.3.4.2 事故备用油量 1.1.3.4.3 补充备用油量 1.1.3.4.4 系统总用油量 1.1.3.5 油系统设备的选择 1.13.5.1 贮油设备的选择 1.2.3.6 水轮机系统用油量的计算 1.23.6.1 压力滤油机及真空滤油机的选择 1. 23.7 压力油管的选择 1.3.第 4 章压缩空气系统 1.5.4.1 压缩空气的用途及设置压缩空气系统的原则 1. 54.1.1 压缩空气系统的设计 1.54.1.2 压缩空气的压力 1.5.4.2 低压用气 1.5.4.2.1 机组制动用气 1.5.4.2.2 储气罐容积计算 1.6.4.2.3 空压机生

4、产率计算 1.64.2.4 供气管道选择 1.6.4.3 高压用气 1.7.4.3.1 供气压力与供气方式 1.74.3.2 空压机的选择 1.7.4.3.3 储气罐容积的确定 1.74.3.4 管道选择 1.8.4.4 机组作调相运行时用气 1.84.4.1 压水深度 1.8.4.4.2 混流式水轮机充水容积估算 1. 84.4.3 转轮室充气压力 2.0.4.5 设备选择计算 2.1.4.5.1 储气罐容积的计算 2.14.5.2 空压机生产率计算 2.14.5.3 管道选择计算 2.2.4.6 风动工具供气 2.2.4.6.1 空压机选择计算 2.2.4.6.2 储气罐容积计算 2.3.

5、4.6.3 管径选择 2.3.4.7 空气围带用气 2.3.4.7.1 水轮机主轴检修密封围带用气 2. 34.7.2 进水阀空气围带用气 2.44.8 气系统设备明细表 2.4第 5 章 技术供水系统 2.5.5.1 技术供水系统的设计计算 2.55.1.1 水源的确定 2.5.5.1.2 水温、水压、水质 2.55.1.3 供水方式 2.5.5.1.4 设备的配备方式 2.5.5.1.5 水量的计算 2.6.5.1.6 设备选择 2.7.5.2 排水系统 2.9.5.2.1 检修排水 2.9.5.2.2 上、下游闸门漏水量 2.95.2.3 排水设备的选择 3.0.附录（图纸） 3.2.辅

6、助设备课程设计摘要4×本次设计是某水电站水电厂辅助设备部分设计。该水电站的总装机容量为 15=60MW 。根据所给出的原始资料进行相应的设计，通过比较确定合适的设备。课 程设计的过程是一次将理论与实际相结合的初步过程，起到学以致用，巩固和加深了 对水电站辅助设备部分专业知识的理解，初步树立了辅助设备设计的观念。关键词：主阀，油系统，气系统，水系统，设备选型。第一章 概述1.1 本课程设计的目的和要求1.1.1 目的1、通过本设计，进一步巩固和加深对水电站油、水、气系统相关的理论知 识的认识；2、使学生初步掌握水电站油、水、气系统等辅助设备的设计步骤和方法， 培养和提高学生独立分析问题

7、和运用所学理论知识解决实际问题的能力；3、培养团队协作能力；4、强化学生对 WOR、DCAD等现代办公、设计软件的应用能力。1.1.2 要求1、设计报告用 word 文档编辑，系统图用 CAD及纸质手绘各绘制一份2、原始资料不充足部分可以自己假定条件，但必须在报告中加以说明，且 假定基本符合实际情况。1.2 本课程设计的内容本课程设计的内容1、主阀（1）、 论证设置主阀的理由；（2）、 主阀的型式和操作方式；（3）、 操作能源的选择；（4）、 绘制操作系统图。2、油系统（1）、 确立油系统的服务对象（供油对象） ，油系统的类型、绘制油系统 图。（绝缘油、透平油系统） ；（2）、 计算机组的运行

8、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 （储油， 净油，输油、重力加油箱及管径、 油泵、过滤设备）；（4）、 列设备明细表及操作程序表。3、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。4、技术供水系统（1）、 确定技术供水水源和供水方式，绘制供水系统图；（2）、 进行供水量的估算，供水设备选择；（3）、 列设备明细表。5、排水系统（1）、 拟订排水方案，绘制排水系统图；（2）、 估算排水量；（3）、 排水水泵的选择；（4）、 列设备明细表；1.2.

9、2 、本次课程设计的成果：1、设计报告一份（说明设计思路、必要的方案比较及选择过程、设计中的 难点及未解决的问题；列出各系统中各设备参数的计算过程） 。2、水电站油、水、气系统图（应包括透平油、绝缘油、液压操作油、技术 供水、渗漏排水、检修排水、低压气、中压气各系统及各系统操作程序表，具 体出图数量视实际情况而定） 。1.3 本次课程设计引用的规程规范1、水电站机电设计手册水电站机电设计手册编写组编2、中小型水电站辅助设备及自动化肖志怀主编3、小型水电站机电设计手册 （水力机械） 湖北省水勘院编4、水力发电厂机电设计规范 DL/T 5186-20045、水利发电厂水力机械辅助设备系统设计技术规

10、定 DL/T5066 19966、水电站动力设备设计手册骆如蕴主编1.4 原始资料、工程概况本水利枢纽河流全长 270 公里，流域面积 6000平方公里属于山区 河流，控制流域面积 1350 平方公里，总库容 22.15 亿立方米，为多年 调节水库。本枢纽的目标是防洪和发电。主要建筑物有重力拱坝，坝高 77.5 米，弧长 370 米；泄洪建筑物；开敞式溢洪道或泄洪隧洞；发电引水隧 洞及岸边地面厂房等工程。水电站总装机 60MW，装机 4 台，单机 15MW。1.4.2 、电站枢纽电站厂房位于右岸坝下游几十米处， 由引水隧洞供水， 主洞内径 5.5 米，支洞内径 3.4 米，厂内装置 4 台混流

11、式立式机组，永久公路通至左 岸。1.4.3 、设计依据及参数1、水库及水电站特征参数（1）、水库水位水库校核洪水位140.00 m水库设计洪水位137.00 m水库正常高水位125.00 m水库发电死水位108.00 m设计洪水尾水位77.00 m校核洪水尾水位78.50 m2）、厂址水位流量关系曲线68696970水位.5.2.769.69.2（m）00575900流量0.4080121620(m3/s0.0.00.00.00.）070717278水位.9.6.274.76.5（m）50050300流量608010124014(m3/s0.0.00.00.000）0000址关表 1-1 厂

12、水位流量 系3）、水电站特征水头最大水头56.00 m最小水头38.00 m平均水头50.84 m计算水头48.30 m1.4.4 、地形地质 电站枢纽地形参见地形图。左岸地势较平缓，右岸地势较陡。枢纽 基岩系凝灰岩，岩石抗压强度较高，厂区有第四纪沉积层，厚约 3 米， 河床砂卵石覆盖层平均深 24 米。1.4.5 、供电方式 本电站初期为三台机组，远景为四台机组，投入系统运行，根据系 统要求本电站能作调相运行，电气主接线见附图。1.4.6 、水电站主要动力设备及辅助设备1、水轮机：型号 HL220-LJ-225 额定出力15.6 MW额定转速214.3 r/min单机额定（最大）流量 36.

13、2m3/s2、水轮发电机：型号 SF15-28/550表 1-2 水轮发电机型号 SF15-28/550 参数额定 功率 （ kW）功率 因数 cos额定 转速 （r/ min）额定 电压 U （kV）转子 带轴 重G1（t）1500214.0.810.580033、调速器设备1）调速器型号： DT-1002）油压装置型号： YZ-l.0表 1-3 油压装置参数型号油箱 长度 m（m m）油箱 宽度 n（m m）油罐 总高H （m m）油罐 筒高 h（m m）油罐直径 D（mm）YZ-1.019161900245716949304、厂房附属设备（l ）水轮机前的蝴蝶阀表 1-4 蝴蝶阀参数型号

14、直径 （c m）承 受 水 头装置 方 式阀重（吨）阀体 长 （m）吊孔 尺寸 （m）(m)DF340-8534085立轴201.21.8 ×4.35、电气设备（l ）三相三线圈主变二台型号： SFSL1-50000/110/35/10 尺寸：长×宽×高 =6820×4520×8200（mm） 轨距： 1435（ mm）检修起吊高度 8200 （mm） 主变压器身重 39.5 （吨） （2）厂用变压器二台型号： SJL1 630/10/0.4表 1-5 厂用变压器参数变压器容 量（KV A）厂变室 面积门高（m）吊物孔 尺寸（m）630/105

15、×32.52.5×2.01.5 原始资料分析总库容 22.15 亿立方米，为多年调节水库。电站厂房位于右岸坝下 游几十米处，由引水隧洞供水，主洞内径 5.5 米，支洞内径 3.4 米，为 集中供水引水， 厂内装置 4 台混流式立式机组，水电站总装机 60MW，单 机 15MW，根据系统要求本电站能作调相运行。 调速器油压装置为高油压， 主变和厂变为风冷式。第二章 主阀2.1 主阀2.1.1 设置主阀的优点 当水轮机前装设主阀时，可有如下的优点：1、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。2、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，

16、从而减少了机组再次启动时所需的充水时间。3、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。4、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。2.1.2 主阀的选择1、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 H>200m）。2、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

17、起吊设 备的容量要去较小，其控制结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。3、闸阀 闸阀用于小型水电站。 故本水电站采用蝴蝶阀形式的主阀。2.1.3 主阀直径的确定 综合上述条件及原始资料的分析，在水电站动力设备设计手册中查到： 根据资料提供的设计水头 48.3m，水轮机型号为 HL220LJ 225 ，查水 电站机电设计手册（水力机械） 可得：蜗壳进水口直径直径 D1=2543mm主阀直径的确定： D2 bDD21, b 0.0533 Hmax D （2-1）44算得： D 3.0m故根据主阀直径查水电站机电设计手册 - 水力机械得主阀的型号为：表 1-1 主阀的相关参数

18、直水头装置阀重型号操作结构径最升方式（吨（c m）高压）DF340-853406585立轴20两个500 775 套 筒式力器2.2 主阀的操作机构2.2.1 操作机构大中型进水阀的启闭多采用液压操作机构，一般有直缸接力器、环形接力 器和刮板接力器等。1、直缸接力器特点： 摇摆式：结构简单，适用于卧轴布置，占地面积大。 套筒式：适用于立轴布置，结构紧凑，占地面积较小。2、环形接力器的特点：适用于立轴或者卧轴布置，结构紧凑，外形尺寸较大，加工复杂， 漏油量较大。3、刮板接力器的特点：适用于立轴或者卧轴布置，结构紧凑，外形尺寸小，重量轻，加工 精度要求高，漏油量大。综合考虑，本水电站采用的是套筒式

19、直缸接力器。为了提高主阀事 故关闭的可靠性，在轴端设置重锤机构，当液压系统或电源或电源故障 时，可由重锤机构使主阀自动关闭。当机组导水机构失灵需要停机时，进水阀应能砸动水情况下紧急关 闭。蝴蝶阀动水关闭中，由于动力矩的作用，可能出现活门关闭超前于 接力器活塞的位移，形成接力器关闭腔的负压，引起阀门振动，故在接 力器的开启和关闭腔的油管上装设节流阀，以保持活门关闭时的稳定 性。2.2.2 液压操作系统液压操作系统的介质分为水或油。由于水需要经净化处理且有锈蚀 作用，故采用油作为介质。2.2.3 压力油源及设备作为事故保安装置的进水阀， 除了重锤外， 压力油源必须充分可靠， 通常都考虑常用和备用两

20、个压力油源。本水电站的压力油源来自调速器 的油压装置，备用油源是相邻调速器的压力油源。1、旁通阀旁通阀的作用是在进水阀开启前向阀后充水，是活门能在阀的前后 水压接近相等的条件下开启，采用电动的直通阀。2、空气阀空气阀用作进水阀充水是排气和紧急关闭时补气用。注：操作系统图见附件图 1。第三章 油系统3.1 油系统的任务和组成3.1.1 油系统的设计应包括下列主要任务：1、接受新油；2、贮备净油；3、给设备供、排油；4、向运行设备添油；3.1.2 油系统宜有如下设备组成：1、油罐；2、油处理设备：油泵、压力滤油机、真空净油机、真空泵、滤纸 烘箱及油过滤器等；3、管网：油系统设备及用户连接起来的管道

21、系统；3.2 油系统的分类水电站的油系统，分为透平油系统和绝缘油系统两部分，一般水电 站，这两个系统均分开设置。3.2.1 油系统的作用1、绝缘油：绝缘油的作用主要是绝缘、散热和消弧。2、透平油 : 透平油的作用是润滑、散热和传递能量的作用。3.2.2 油系统的服务对象1、绝缘油：变压器2、透平油：导轴承和推力轴承、调速器用油、主阀用油、油泵。3.3 设备用油量的计算3.3.1 、机组用油量机组润滑油系统用油包括推力轴承和导轴承的用油量。其用油量可按下式进行估算，即VT q（Pt Pd ）（3-1）式中VT 推力轴承和导轴承的用（油m量3）Pt 推理轴承损耗 kWPd 导轴承损耗 KW式中 q

22、 是轴承损耗单位 kW 所需油量，查水电站机电设计手册水力机械， q 0.04m3 /kw，式中 Pt 是推力轴承的损耗，公式为 :Pt AF 2ne 32 10 6（3-2）查水电站机电设计手册，知 A=3 ，查水电站机电设计手册水力机械，得出 F=145t， n e 214.3r /min 3.57r/s， =0.03， =0.2 3 3 3 3所以： Pt AF 32ne32 10 6 3 145 2 214.3 2 10 6 16.4 （kw） 用经验公式计算导轴承损耗：Pd 11.78 S u 10（3 kw ） （3-3）S DZh（ 3-4）式中 S轴与轴瓦的接触面积Dz主轴直径

23、 u主轴圆周速度油的动力粘度系数轴瓦间隙 h轴瓦高度u 2 r 2 3.14 3.57 0.2 6.7（3 m / s） S DZ h 3.14 0.65 0.5 0.65 0.66（m） 22Pd 11.78 S u 103 11.78 0.66 0.03 6.73 103 52.（8 kw） d 0.0002（3-5） 综上可得，机组润滑油系统用油量：VT q（Pt Pd ） 0.04（16.4 52.8） 2.77（m3） （3-6）3.3.2 、水轮机调速设备用油 水轮机调速系统用油量包括油压装置用油、导水机构接力器用油及 管道的充油量。油压装置的型号为 YZ1.0 ， 查水电站机电设

24、计手册水 力机械，其用油量为压力油箱加上回油箱的油量。故：Vy 0.35 1.3 1.65m3（3-7）主阀的型号为 DF340-85，查水电站动力设备设计手册 可知，主 3阀的用油量为： 0.31m3 。3调速系统的油管查得用油量为 0.35m3 。3查得调速器直径为 0.35m，其用油量为 0.07m3 。查得调速器油内的充油量为30.3 m 。3.3.3 、变压器单台用油量根据所给数据和查规程得单台变压器油重 12.5t 根据：质量 =密度×体积，单台变压器用油体积：12.5 10009001(4 m3)3-8)3.4 水轮机系统用油量的计算3.4.1 、运行用油量 V1对于透

25、平油系统指一台机组润滑油量、调速器的充油量及进水阀接 力器的充油量和管道充油量之和，即3V1=2.77+1.65+0.31+0.35+0.07+0.3=5.45 m3-9)3.4.2 、事故备用油量 V2以最大的一台设备充油量的 110%计算，其中 10%是考虑油的蒸发、 漏损和取样的裕量，即V2 1.1V1 1.1 5.45 5.995（m3 ）（3-10）3.4.3 、补充备用油量 V3设备运行中油的损耗需要补充油，以机组运行 4590 天后的添油量 为准则 , 故：V3 45 V1 0.123 100 5.45 0.067（m3） （3-11）3 365 1 0式中 - 设备在一年中需要

26、补充油量的百分数，混流式水轮机取 =5%-10%转; 浆式机组取 =15%-25%；变压器取 =5%；油开关取 =10%。3.4.4 系统总用油量：V 4V1 V2 4V3 4 5.45 5.995 4 0.067 28.063（m3）（3-12）3.5 油系统设备的选择油系统的设备配置原则：按绝缘油和透平油两个独立系统分别配 置。对油系统设备的选择主要有：贮油设备（净油槽和运行油槽） 、净 化油设备（压力滤油机和真空滤油机）和油泵等。该设计将绝缘油系统 省略。3.5.1 、贮油设备的选择：1、 净油槽的选择：贮备净油以便机组或电气设备换油时使用。容 积为一台最大机组（或变压器）充油量的 10

27、% ，加上全部运行设备 45 天的补充用油量。通常透平油和绝缘油（省略）各设置一个。但容量大 于 60m3 时，应考虑设置两个或两个以上。透平油净油：V 1.1V1 4V3 1.1 5.45 4 0.067 6.26（m3） （3-13）绝缘油净油：3V 1.1V1 1.1 14 15.4（m3） （3-14）可设置 1个透平油净油槽和 1 个绝缘油净油罐，查水电站机电设 计手册水力机械 选择 V净 8m3的标准油槽和 V绝 20m3的标准油槽。2、运行油槽的选择：当机组（或变压器）检修时排油或净油用。 容积为最大机组（或变压器）油量的 100%。但考虑到兼作接受新油，并 与净油槽互用，其容积

28、宜与净油槽相同。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 。 则：V透 V1 10000 5.45 1 5.4（5 m3） （3-15 ）V V绝 100 00 14 1 1（4 m3） （3-16 ）故 1V净 2.73m3因此，选 择 2 个 v 3m3的标准油槽 。绝缘油的选 择 2V绝 20m3的标准油槽。3、事故排油池：接受事故排油用，一般设置在油库底层或其他合3 适的位置，容积为所有油槽容积之和。本水电站为90m3 。3.6 、油泵和净化设备的选择3.6.1 、压力滤油机及真空滤油机的选择：压力滤油机：QY V1max 5.45 0.68（m3 /h） （3-

29、17）t8真空滤油机：QtV1max0.68 0.12（m3 /h） （3-18 ）t t（1- 0.3） 8 0.7式中t ：对于机组的透平油系统， t取 8小时。查水电站机电设计手册水力机械 ，透平油的压力滤油机的型 号为：LY50，台数为 1台；真空滤油机的型号为： ZLY50为 1台， 每台滤油机选用一台滤油纸烘箱。（ 2）油泵的选择：透平油系统：Q V1max 5.45 1.36（m3 / h） （3-19 ）t4绝缘油系统：Q V1max 14 3.5（m3 /h）（3-20）t43）输油罐对于透平油系统，油库和处理室没在场内，为了检修方便，在场内设置油罐， 其容量等于机组最大用油

30、部件的用油量， 本电站可选择 6m3。查水电站机电设计手册水力机械 ，绝缘油选取 KCB4.5 型齿 轮油泵，2 台，一台移动式油泵用以接受新油或排除污油，一台固定式 油泵提供设备充油。透平油选择 KCB7.5 型齿轮油泵， 1 台。3.7 压力油管的选择经验法：压力油管通常采用直径为 32mm，排油为 50mm。表 3-1 设备明细表名称型号及规 格数量备注透平油净油槽8m31个透平油运行油槽3m32个压力滤油机LY501台配备一个滤油纸烘箱真空滤油机ZLY1001台配备一个滤油纸烘箱绝缘油净油罐20m31个绝缘运行油槽20m31个透平油油泵KCB4.52台一台移动式油泵用以 接受新油和排除

31、污 油，一台固定式油泵 提供设备充油绝缘油油泵KCB7.51台输油罐6m31个表 3-2 操作程序表序号工作名称使用设备操作程序及设备1接受新油输油罐输油罐， B2、阀 1117、11082运行油罐自压力滤油机、罐 1 、阀 1101、1112、1118、 LY、循环过滤罐11117、1116、11023运行油罐净 油存入净油 罐压力滤油机罐 1 、阀 1101、1112、1118、 LY、 1117、1106、罐 34净油罐向设 备充油油泵 B1罐 3、阀 1105、 1118、油泵 B2、 1119、1124、1128、1139（其它 机组）5机组检修排 油油泵 B2阀 1140（其他几组

32、）、1126、1123、1122、油泵 B2、1117、1116、1102注：透平油系统图见附件图 2注：绝缘油系统图见附件图 3第四章 压缩空气系统4.1 压缩空气的用途及设置压缩空气系统的原则4.1.1 压缩空气系统的设计，应满足下列用气项目（服务对象）的需要：1、水轮机调节系统及进水阀操作系统的油压装置用气；2、机组停机时制动用气；3、机组作调相运行时转轮室充气压水及补气；4、维护检修及吹污清扫用气；5、水轮机主轴检修密封及进水阀空气围带用气； 高压空气主要是供机组调速器及主阀操作的优雅装置充气，其压力 一般为（20 - 30） 105 Pa 。低压空气系统的压力一般为 7 105Pa。

33、4.1.2 压缩空气的压力压缩空气系统按照其最高工作压力，宜划分为高压、中压和低压 3 个压力范围： 10MPa以上为高压； 1.0MPa10MPa为中压； 1.0MPa 以下 为低压。4.2 低压用气4.2.1 机组制动用气 机组停机时，为避免推力轴承长时间在你低转速下运转损坏油膜， 当转速下降到额定转速的 （30 - 40）00 时，压缩空气进入制动闸，顶起制 动闸内的活塞使之紧压在转子下的制动环上实现制动。1、制动耗气量取决于发电机所需的制动力矩，由电机制造厂提供。 在初步设计制动供气系统时可根据水电站机电设计手册水力机械 查得：1q0z0t0zpPza（4-1）式中 q在制动压力下，制

34、动过程耗气流量（ l/s）t 制动时间，一般取 120s p制动气压，一般可取 6 105PaPa 工程大气压，通常取 1 105 Pa由于没有本水电站的相关 q 数据，根据水电站机电设计手册水力机械查得相近数据为 6l/s ，故：Qzqztzpz1000Pa6 120 6 10551000 1 1054.3（1 l/s） （4-2）4.2.2 、储气罐容积计算机组制动用气主要由储气罐供给，储气罐容积必须保证制动用气 后，罐内气压保持在最低制动气压以上。查水电站机电设计手册水 力机械储气罐容积：Vz QzZPpza （4-3）式中 Z 同时制动的机组台数，取 1 台；pz 制动前后储气罐允许压

35、力降，一般为0.10.2MPa，取0.15MPa。5故：Vz QzZpa 4.32 1 1510 2.8（8 m3） （4-4）z Pz 1.5 105根据水电站机电设计手册水力机械选择 1 台标准的 3m3储气 罐。4.2.3空压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，根据根据水电站机电设计手册水力机械得QKQzZT4-5)4.2.44.3.1式中 T 储气罐恢复压力时间， 一般取 1015min ，取 15minQK QzZ 4.32 1 0.43(2 m3 / min ) (4-6 ) T 15根据水电站机电设计手册水力机械 选 2台 11ZA-1.5/8 型空

36、压 机。（ 1.5 为排气量， 8 为排气压力）。制动闸除了制动作用外，还可作定转子用，在长时间停机后，推理 轴承油膜易被损坏，下次启动时将损坏轴瓦，股灾开机前用专用的压力 为（100 420） 105Pa高压油泵，将油通入活塞下腔，使转子抬起 8 12mm ，在轴瓦上产生油膜。供气管道选择查水电站机电设计手册水力机械 ，按照经验选取，供气干管 取 50mm ，环管 32mm ，支管 25mm 。自三通阀以后的制动供气管， 须采用耐高压的无缝钢管。4.3 高压用气油压装置安装或检修后，为向压力油罐进行充气，或在设备运行过 程中补充压力油罐中的空气损耗，需有油压装置压缩空气系统。 供气压力与供气

37、方式目前已生产的油压装置额定压力多数为 2.5 105Pa ，向油压装置供 气方式有一级压力供气和二级压力供气。1、一级压力供气空压机压力稍大于压力油罐额定油压。这种供气方式空气的干燥度较差，但采取一些冷却、排水措施，空气的干燥度页适当提高，一些中 小型电站的油压装置多为一级压力供气，本水站便是这种方式。4.3.2 空压机的选择主要是油压装置的用气量，压油装置的型式为 YZ-1 ，由水电站机电设计手册水力机械空压机的总生产率：QkpyVk60tpa4-7)Vk (0.6 0.7)Vy式中 py 压油槽的额定压力，为 2.5MPa3Vy 压油槽的容积，为 1.65 m3 ；t充气时间，一般取 2

38、4h,取 2h;Vk 压油槽中压缩空气所占容积， m3；大气压力，为 1.01105PaQk 2.5 105 0.7 1.65所以3560 2 1.01 1050.0237m3 / min(4-8)空压机选两台，充气时同时工作，故每台生产率为总生产率的1/2，3即 0.01185m /min 。查水电站机电设计手册水力机械可知，选择两台空压机的型 号为 CZ-20/30 。4.3.3 储气罐容积的确定 当采用储气罐时，其容积可按压油罐内油面上升 100150mm时所需 的补气量来确定，计算如下：Py VyVg y yP1- P2 (4-9)式中 P1 储气罐额定压力，其值为 2.5MPa ；5

39、P2 额定绝对压力，其值为 1.01 105 Pa；?Vy由于右油面上升后所需的补气的容积VY 0.785D 2 h D为压油槽内径，查水电站机电设计手册水力机械得， D=1400m。m ?h 为油面上升高度，取 0.10.15m 。220.15 0.23(4-10)Vy 0.785D2 h 0.785 1.42故储气罐的容积为：0.3(8 m3)V Py Vy 2.5 105 0.23Vg 5 5g P1 -P2 2.5 105 -1 105查水电站机电设计手册水力机械 选择 1 台标准的 1m3储气罐4.3.4 管道选择查水电站机电设计手册水力机械 ，根据油压装置容积来选择， 3当压油槽的

40、容积小于 12.5 m3 时，一般按经验选取 : 空气压缩机至高压 储气罐之间管道 32 2.5mm 的防锈无缝钢管。4.4 机组作调相运行时用气4.4.1 压水深度 水轮发电机作调相运行时，通常利用压缩空气将转轮室的水压到转 轮以下，使转轮在空气中旋转，以减少有功功率损耗，机组的振动也相 应减少。规程规定混流式水轮机下压水位在转轮下环以下( 0.4-0.6 ) D1，但不小于 1.2m。4.4.2 混流式水轮机充水容积估算1、导叶部分2V1D02b0 (4-12)4式中 D0 导叶分布圆直径( m)b0 导叶相对高度( m)查水电站机电设计手册水力机械 ，根据水轮机的模型特性曲线可知：D0转

41、轮直径模型转轮直径模型相对直径22504605342.(6 m)(4-13)b0 0.25D0 0.25 2.6 0.6(5 m) (4-14)故充水容积为：V1D02b0 0.79 2.62 0.65 3.47( m3) (4-15)42、底环部分2V2D12h1 (4-16)4式中 D1 转轮外环直径（ m）查水电站机电设计手册水力机械，根据水轮机的模型特性曲线可知：D1转轮直径模型转轮直径模型相对直径2250 4804602.3(4 m)(4-17h1 根据水轮机的模型特性曲线估算可知为 0.8m。故底环部分容积为：V2D12h1 0.79 2.342 0.8 3.4(6 m3) (4-

42、18)43、尾水管锥管部分V3h(2 R2 r2 Rr) (4-19)3式中 R表示下压水面处的尾水管的椎管半径（ m） r 2 表示尾水管椎管进口半径（ m） h 2 表示底环到下尾水位的距离（ m） h2 根据水轮机的模型特性曲线估算可知为 2m。根据水轮机的模型特性曲线可知：转轮直径模型转轮直径模型相对直径2250460(3121)0.7(6 m)(4-2转轮直径模型转轮直径模型相对直径2250460(6222)1.5(2 m)(4-21）故尾水管锥管部分容积：V3h(2 R2 r 2 Rr)31.05 2 (0.762 1.522 0.76 1.52) 8.(5 m3)4、转轮所占体积

43、GV4 G （4-22）式中 G表示转轮质量 （t ）查规范水轮机总重量估计曲线，本电站 水轮机约为 12.5t表示材料容重，钢材 =7.8t/m 2 故转轮部分容积：V4 G 12.5 1.6（m3） （4-23）7.8其他和转轮室连通的体积，一般很小，故本次计算忽略不计。5、总充气容积V V1 V2 V3 -V4 3.47 3.46 8.5-1.6 13.8（3 m3）（4-24）6、转轮室的充气容积Vz V1 V2 -V4 3.47 3.46 -1.6 5.3（3 m3）（4-25）4.4.3 转轮室充气压力 转轮室的充气压力必须平衡尾水管内外的水压差值。水轮机脱水 时，充气压力（绝对压

44、力）计算如下：Pl Pa h （4-26）式中 Pl 转轮室充气压力（绝对压力）Pa 当地大气压力，本水电站海拔为 140m，故大气压力就为标 准大气压 1×10 5Pa水的比重，一般取 0.001h 尾水位与转轮室下压水位之差，本水电站的校核的水位为 140m，当水电站的工作水头为 68.5m 无流量，故估算得尾水位与转轮室下压水位之差为 140-68.5=71.5m故转轮室的充气压力为：55Pl Pa h 1 105 0.001 71.5 0.07 105 Pa （4-27）4.5 设备选择计算调相压水过程要求在短时间内提供足够的气量，使水迅速脱离转 轮。如果直接由空压机供气，空

45、压机容量必定很大，为了减少空压机的 容量，考虑储气罐满足瞬间供气的要求，而由空压机在一定时间内恢复 储气罐压力。4.5.1 储气罐容积的计算储气罐的容积必须满足首次压水过程总耗气量的要求，除转轮室充 气外，还应补偿压水过程中不可避免的漏气量，本次计算按转轮脱水以 前转轮室的漏气量计算：VgKtPV（4-28）g （P1 P2 ）式中 P压水至下限水位时，转轮室的充气压力（绝对压力）V 总充气容积Kt 储气罐内压缩空气的绝对温度与转轮室水的绝对温度的比值，其比值接近 1P1 储气罐初始压力（绝对压力） ，可取其额定压力P2 储气罐终压力（绝对压力） ，考虑到转轮旋转对进气的影响及 管道阻力，该值

46、一般应高于转轮室充气压力 0.050.1MPa 压水过程中压缩空气的有效利用系数，根据已运行及足 底实测值，对混流式水轮机可取 0.60.9故5K tPV0.07 105 13.83 3Vgt 5 5 0.（7 m3） （4-29）g （P1 P2） 0.9（2.5 105 -1 105）4.5.2 空压机生产率计算空压机生产率应满足在一定时间内恢复储气罐压力，并同时补给已 调相运行机组的漏气量，据其他相关质料得出调相压水漏气量比较小， 故本次计算忽略，空压机生产率计算公式如下：Qk VPl z qlz （4-30）TPaql (0.1 0.3)D12 Pa h (4-31)上两式中 QK空压

47、机生产率q1 压水后转轮室漏水量T 恢复储气罐压力的时间，一般取 3060minZ 同时做调相运行的机组台数，本水电站 4 台都调相D1 转轮直径 （m）水的比重故ql （0.10.3）D12 Pa h 0.3 2.252 1 105 71.5 0.001 0.2（3 m3）5VPlz13.83 4 0.07 1053Qklqlz 50.23 4 1.0（8 m 3 / min ）（4-32 ）kTPa l0.8 30 1 1054.5.3 管道选择计算调相压水给气管道中的气流是不稳定的，与储气罐的工作压力及下 游水位有关，目前还无成熟的理论公式，本次计算安经验选取：通常干 管直径在 80-2

48、00mm，接入转轮室的支管直径在 80-150mm，采用钢管。4.6 风动工具供气4.6.1 空压机选择计算 空压机容量主要根据风动工具用气量来确定，因此必须由空压机连 续工作来满足，空压机的生产率应满足同时工作的风动工作耗 气量， 因不知风动工作数量及型号， 故根据水电站机电设计手册水力机械 选取风动工具如下：表 4-1 风动工具名称型号工件尺寸 （mm）工作气 压 （MPa）耗气量 m3/min风管内径 （mm）风砂轮S-40最大砂轮直径 400.50.46.35风铲C-5A冲击行程 1000.50.613风钻ZL-8最大钻孔直径 80.60.6510除锈机XH-6300×220

49、×2000.61.319风动工具耗气量如下：Qk Kl qlZ1 （4-33）式中 Qk表示空压机生产率Kl 表示漏气系数，一般取 1.2-1.5 ，本次计算取 1.3 ； ql 表示某种风动工具的耗气量（ m3/min ）；Zl 表示同时工作的风动工具的台数，本次计算取 1 ；风砂轮的耗气量：Q1 K lqlZ11.3 0.4 10.5(2 m3 /min)(4-34)风铲的耗气量：Q2 KlqlZ11.3 0.610.7(8 m3/min)(4-35)风钻的耗气量：Q3 KlqlZ11.3 0.6510.8(5 m3/min)(4-36)除锈机的耗气量：Q4 Klql Z11.3

50、 1.3131.6(9 m3/min)(4-37)全部设备的耗气量：Q总 Q1 Q2 Q3 Q4 0.52 0.78 0.85 1.69 3.8（4 m3/ min） （4-38） 对于机组容量较小、台数不多的水电站，只需设置两台移动式空压 机（带储气罐），就可满足机组风动工具和吹扫用气。4.6.2 储气罐容积计算 风动工具和吹扫用气储气罐的作用主要是缓和活塞式空压机由于 往复运动而产生的压力波动，使供气压力稳定，与调相压水供气储气罐 兼用，查规程用苏联盖尔曼院士估算公式计算如下：Vg 0.2Qk （ 4-39）Qk 风动工具耗气量小于 6m3/min 满足公式故储气罐容积为： Vg 0.2Q

51、k 0.2 3.84 0.7（7 m3）（ 4-40）4.6.3 管径选择通常按经验在直径 15-50mm范围内选取。4.7 空气围带用气4.7.1 水轮机主轴检修密封围带用气 水轮机检修时， 采用空气围带止水。充气压力通常为 47MPa，耗气 量很小，不需要设置专用设备，可从制动干管或工业供气管引来。4.7.2 进水阀空气围带用气 可以利用厂内压气供给进水阀密封围带用气。围带充气压力一般应 比阀门承受的水压高 24MPa。其耗气量很少， 一般不需要设置专用的设 备。4. 气系统设备明细表根据高压气系统和低压气系统可选择空压机参数如下：表 4-3 空压机参数型号型式排气量 （m3/min ）转速（ r/min ）轴功率 （ kw）冷却方式排气压力5 （105pa）CZ-60/30固定0.339505.5风冷30表 4-2 气系统设备类别设备名称型号及规格数量备注高压系统空压机CZ-20/302风冷储气罐1m31干管直径32 2.5mm高压供气管低压系统空压机11ZA-1.5/82水冷储气罐3m32机组制动、检修干管直径50mm机组制动环管和支管32mm 和 25mm注：气系统图见附件图 4第五章 技术供水系统5.1 技术供水系统的设计计算5.1.1 水源的确定水电站供水系统主要用于