课程设计报告-沙枣墩水电站厂房设计

1、目 录封面目录1内容题要2写作提纲3正文 设计任务4 基本资料5 水文气象资料6 1、水轮机部分8 装机方案设计8 水轮机转轮型式、型号选择82、发电机部分9 定子内径计算9 发电机出口电压与功率 9 3、辅助系统设计部分10 油系统设备选择10 厂内低压气系统设备选择10 4、排水泵系统设计12 5、排水系统参考数据126、调速器的选择12内 容 提 要1、装机方案设计的拟定装机台数及布置方案2、选择水轮机型号及转轮型号3、针对最佳方案计算水轮机轴向推力飞逸转速4、根据水轮机的型式，单机出力确定额定功率，出口电压、功率因数5、确定发电机冷却方式6、论证是否需要主阀，可进一步确定主阀型式7、油

2、系统的服务对象8、调速器的选择写 作 提 纲1 基本资料 1.1 枢纽概况 1.2 基本参数2 水轮机造型设计 2.1 装机方案设计 2.2 水轮机型式及型号选择 2.3 各方案水轮机参数计算 2.4 方案比较与最佳方案选择 2.5 绘制水轮机运转方案综合曲线3 发电机选择 3.1 发电机型式选择 3.2 发电机型式冷却方式、励磁方式、电压及功北因数的选择 4 辅助设备系统设计 沙枣墩水电站厂房设计根据沙枣墩水电站的机电设备的型号及其实际尺寸，我等对比图进行分析说明如下：首先从设计任务方面着手：1、水轮机部分：1、装机方案设计；2、选择水轮机型式及转轮型号；3、由不同装机台数与水轮机型式组成不

3、同设计方案，计算水轮机的工作参数D1，n，Hs，p等，对各种方案进行综合性能与经济比较，比采取最佳方案；4、按最佳方案计算水轮机的轴向推力，并绘制水轮机运转综合性能曲线。2、发电机部分：1、根据水轮机型式、单机出力、转速等规格，确定发电机类型结构形式，以及单机额定功率、出口电压、功率因数。2、确定发电机的冷却方式及励磁方式。3、水轮机辅助设备1、论证是否需要主阀，若需要，则进一步确定主阀型式及操作方式；2、确定油系统的服务对象，系统的类型，绘制油统图。3、确定压缩空气的用户，制定压缩空气系统图。4、确定水系统的用户、水源及供水方式，绘制技术供水系统图。5、拟定排水方案，绘制水系统图，进行排水泵

4、的选择。4、设计计算说明书根据设计计算结果得出设计计算说明书，其中包括设计计划，方案论证及必要的附图。基本资料1、水电站名称：沙枣墩水电站。2、枢纽任务：经济任务为发电、灌溉。此外，市区生活用电占25%。3、电站设计保证率：93%。4、水能开发方式：河床式电站。5、枢纽总体布置：见图3-15。6、地质状况：右岸主要为冲击粘土层，透水性较低。左岸及河床主要为强风化花岗岩，河床基岩透水不大。6、历年逐月平均流量见表3-31。月 份67891011平均流量/（m3s-1）8001000610500150350月 份1212345平均流量/（m3s-1）200240120140702307、地下水丰富

5、：右岸213m深处，左岸5040m深处均有水。8、电力系统及负荷情况1、电站并入系统运行。主要供给工、农业负荷用电，以工业为主，近区无负荷。2、电厂的出线为110kV六回路，其中两路送往系统，四路送往用户。另有两路220kV出线均送往系统。3、厂用变压器容量按装机容量的0.4%1.5%选定。有6kV和0.4kV两种电压等级。电站附近无独立电源。4、本电站目前为系统中主要电站。机组在枯水期担任系统中峰荷，丰水期担任基荷。5、年利用小时数：4660h。6、电站总装机容量：26400kW。9、枢纽组成情况厂房右端与溢流坝相接，溢流坝左端与重力坝相接。为挡水式厂房，厂房为封闭式，承受外水压力较大。10

6、、枢纽规划主要技术指标1、水库特征水位校核洪水位 61.8m设计洪水位 58.6m正常高水位 56.0m死水位 52.0m设计尾水位 29.5m最低尾水位 28.0m2、库容总库容：3108m3 死库容：1108m3 3、水库调节方式：季调节。4、本电站水库调节性能较差，丰水期的弃水量较多。电站大部分在正常高水位运行，削落到死水位的机会较少。5、月份上游水位为53.0m，6月上游水位为52.0m，其余各月上游均为正常高水位。11、交通情况距电站55km处有铁路。公路经加固、改善可通过开关站外侧直达厂房回车场，交通方 7、水文气象资料1、电站下游水位与流量关系见表3-30。表3-30 电站下游水

7、位与流量关系下游流量/（m3s-1）01002004008001200下游水位/m28.029.030.032.034.035.52、气象资料：全年最高月平均温度28.2，全年最低月平均温度12.9，历年平均温度21.7。3水温：最高水温29.5，最低水温16.7（月平均值）。（4）相对湿度：78%。（5）泥沙：多年平均年含沙量0.236kg/m3，最大月平均含沙量0.575kg/m3。图6-3给出了不同型式水轮机最适合的比转速范围，也可作为选择水轮机的依据。在有些水头段，当有不同类型的水轮机相搭叠时，可根据电站具体情况参照教材6.2.2第3个标题“水轮机性能与应用特点的比较”进行综合分析，以

8、确定更适应的机型。选择转轮型号有几种不同方法，在毕业设计中推荐用水轮机型谱参数进行选择，水轮机型谱参数表见教材附录I中附表1-1附表1-3。参照使用水头及估算的比转速，可从中选出转轮型号。型谱参数表中转轮型号的数字，与转轮比转速相符，例如HL230水轮机的比转速约230m/kw.有些水头段有2个以上转轮型号时，需进一步计算水轮机的参数，经动能、经济比较后才能确定哪一个更适合。1、D1的计算式中，Pr为水轮机单机额定出力，单位为kw；Hr为额定水头；QHr为设计工况点的单位流量，单位为m3/s，选择QHr时，可由型谱参数表中，推荐使用最大单位流量一栏中所列的数据确定，也可用模型综合特性曲线上，最

9、优单位转速与出力限制线的交点处的单位流量。而r应是所选择的设计工况点的原型效率，它等于设计工况的模型效率加上效率修正值。初步设计中，修正值可取+2%3%，计算出的D1要圆整为转轮直径尺寸标准（见教材1.4.1节）。2、n的计算式中，nHO为水轮的最优单位转速，HIV为水轮机的加权平均水头。计算出的n要按教材表6-2圆整为发电机标准同步转速。3、Hr的确定Hr的计算公式为Hr10E/900（）H，式中两个需要确定的参数，一个是电站海拔高程E，由水轮机的高程所确定，一般可用设计尾水位代替；另一变量是模型空化系数，在计算Hr时，一般可用设计工况点的空化系数值。此值一般取最优单位转速与出力限制线交点处

10、值。当设计工况点小于出力限制时，取实际设计工况点的值。为空化系数修正值，可参考教材图3-14，由设计水头选取对应的值，在计算H1时也可用公式：H110E/900K6H式中，K为安全系数，对于不同类型的水轮机，取不同的K值，参照教材第3章3.3.3节，在确定H时，每一个限定条件，就是计算出的H，必须大于经济吸出高度，一般取经济吸出高度为8m，若小于此值（例如10m），意味着电站的开挖深度很大，增加建设投资，也会给机组的安装检修带来不便，当水轮机型谱参数比推算的单位流量太大时，会使H的计算值太小，此时需减小单位流量，使空化系数减小，H1值增大，直至满足经济吸出高度为止，或者选择空化系数相对较小的机

11、型。4、其它参数的计算当水轮机型号与设计工况确定之后，就可以计算其它参数。1、水能规划参数（1）水头最大水头 25.0m平均水头20.0m设计水头18.6m最小水头15.0m（2）引水系统水力损失3.0610-4Q2（单机）（3）水库调度情况11月至翌年4月为枯水期，保证出水为1.65102KW，水库为季调节，并进行日和周调节。机组可担任尖峰负荷，并担任系统负载备用容量和短时事故备用容量，由于调节库容小，水头又很宝贵，故担任系统事故备用时间不应超过24h。当电站有空闲机组时，可作调担轧运行，供应电力系统中部分无功负功，但同时调相的机组最多不超过2台。（一）水轮机部分水轮机部分设计的任务是选择装

12、机方案，水轮机型式、型号及主要参数。1、装机方案设计装机方案包括装机台数的确定与机组布置型式的选择。电站机组台数的多少受多种因素的影响。一般，机组台数少时，单机容量较希有，单机效率较高，同时，辅助设备数量较少，土建工程量也较少，因此，单位千瓦投资少。但是，机组台数少时，电站平均效率较低。机组台数多时，单机容量较小，单机效率低，但电站平均效率高。台数多时相应的辅助设备数量多，土建工程量较多，因此，单位千瓦投资相对多一些。此外，机组台数多少还与运行灵活性有关，机组台数多时，可根据负荷要求灵活改变开机台数，也可以较灵活地安排机组的维修，相反，机组台数少时，灵活性就会差一些。在中小型电站，常采用扩大单

13、元结线方式，机组台数一般为偶数，但大型电站，常采用单元结线方式。另一方面，单机容量的大小，不应大于系统的备用容量，这是对单机容量的限制条件之一。电站装机台数一般在28台之间，但有的大型水电厂装机台数很多，如高洲坝发电厂共装机26台。综合考虑各种因素，才能合理地确定装机台数。机组的装置形式一般为立式与卧式两种，大中型机组一般为立式，小型机组一般为卧式或立式。2、水轮机型式及转轮型号的选择水轮机型式包括反击型，冲击型两种类型及其所包含的多种类水轮机，选择水轮机型式可参考教材表6-1“水轮机的类型及适用范围”，进行初步选择，再按照教材中的公式（6-1）（6-7）进行比转速的估算，根据估算的比转速进一

14、步更加合理地确定水轮机型式。（4）确定发电机的冷却方式：水轮发电机的冷却通常采用空冷式或水冷式，空冷式发电机的极限容量S与发电机转速有关：当发电机在某额定转速n时的容量S1SG时，采用空冷式，否则采用水冷式。（5）发电机励磁方式的选择，可选择励磁机励磁方式与可控硅励磁方式：目前，大、中、型水电机组多采用可控硅励磁方式。（6）发电机出口电压与功率因数的选择，水轮发电机的额定电压与功率因数主要与发电机的额定容量有关。额定电压的选择额定容量/MVA20208070150130300额定电压/kV6.310.513.815.75功率因数的选择机组容量/MVA10-6020170110300功率因数（c

15、os）0.80.850.875（二）发电机部分1、容量小于10000kW的小型水轮发电机的参数与尺寸，可从小型水电站发电设备手册中查出，本指导附录中列出了这些参数。2、容量大于10000kw的大、中型水轮发电机的参数按下述方法确定。（1）根据发电机额定容量，磁极对数计算出定子铁芯极距r：式中St发电机额定容量（kVA）；P磁极对数；Kj系数，一般为810，容量大，线速高的取上限。（2）计算定子内径D4与铁芯长度L1式中ne发电机额定转速：C系数，对于空冷式水轮发电机，当St10000kVA，C210-6410-6；St10000100000kVA，C410-66.510-6；St1000003

16、50000kVA，C610-6810-6。（3）根据D1(l1n)值选择发电机型式； （5）拟定并绘制系统图。根据电站装机容量、机组型式及所选择的油系统设备拟定油系统构成，绘制油系统图。绝缘油系统：计算原理同上，其中，设备充油量按照电站的主变容量与台数，从电力工程手册关于电力变压器的产品规范中查取。其它计算与设备选择同透平油。3、气系统设计：参考教材第9章压缩空气系统设计实例。不同类型的水电站对压缩空气系统有不同的要求。小型水电站的气系统很简单，如CT型调速器油压装置控制采用自动补气方式，一般不设高压气系统，大、中型水电站的供气较复杂，一般设高、低压气系统，以大、中型水电站为例，气系统设计步骤

17、如下：料同上。（4）厂内低压气系统设备选择制动储气罐选择：根据电站主接线方式，考虑母线发生故障时需制动的机组台数，以及发电机生产厂家提供的机组制动耗气量q，制动时间t，按教材中给定公式计算储气罐容积，选择储气罐。调相储气罐的选择a.根据储气罐内压缩空气温度（可取平均室温）与转轮室中水的温度（可取全年平均水温）计算出绝对温度之比K1.b.根据储气罐的额定压力P1与放气后的压力下限P2P + (0.51.0)105(pa).计算出（P1P2）的值。其中P104（ 尾水 下限）， 尾水为调相运行时的尾水位或设计尾水位，下限为压水的下限水位，可取尾水管进口边以下（0.51.0）D1处。例如，当尾水管进

18、水口高程为100m，D1 = 2m时， 下限100（0.51.0），D1100（0.51.0）29998m。对于混流式水轮机，下限也可取转轮下环以下（0.50.6）D1处，对于轴流式水轮机，下限也可取叶片中心以下（0.50.6）D1处。c.根据转轮流道尺寸计算调相压水充气容积V。d.在计算出上述参数的情况下，可计算出调相储气罐的容积V。此式中，K1、P、V、P1、P2已在上面求出，而为空气有效利用系数，对不同水头不同机组取不同值，可参考教材第9章9.3.4节。（5）低压空压机的选择无调相任务时，按制动用气量选择空压机，参考教材第9章9.3.3节。有调相任务时，单独设调相空压机，按调相气罐压力恢

19、复时间计算空压机的生产率，按计算的生产率选择空压机，参考教材第9章6.3.4节。风动工具的用气量也较小，根据风动工具台数、用气量、用气压力可选出空压机。3辅助设备部分1、主阀及其操作方式的选择：根据教材第9章第9.1.1节中进水阀设置的3个条件判断是否需要设置主阀。根据机组额定容量及电站水头选择主阀型式及操作方式。2、油系统设计油系统一般分透平油系统与绝缘油系统两部分。参考教材第9章：透平油系统设计案例。透平油部分：（1）根据机组型式、发电机轴承结构等确定供油对象。（2）计算用油量（根据厂家资料确定或根据相近机组估计），步骤如下：运行用油量（即设备充油量）：将机组各部分充油量相加，乘以1.05

20、1.1倍，即运行用油量V1。备用油量V2：等于最大一台机组用油量的110%。补充备用油量V3：按机组用油量的25%，45天补充的量。系统的总用油量V，全用总运行油量，备用油量及全厂总补充备用油量之和：V=2V1+V2+2V3。（3）油系统设备选择根据上述计算结果选择净油槽，运行油槽及重力加油箱（对于转浆式机组）计算净油设备的生产率，查机械产品目录，选择净油设备，压力滤油机，真空滤油机。按机组充油时间，要求计算油泵生产率，查机械产品目录，选择油泵。（4）管道选择，根据管道中油的油量，要求流速计算管道直径d，并选择管道材质。飞逸转速的计算，由模型特性曲线的飞逸特性曲线上选取，选取的方法是由上面计算

21、确定的设计工况点，在模型综合特性曲线上查出导叶开度a0值，在飞逸特性曲线上查出单位飞逸转速，然后，代入计算公式。轴向水推力的计算：在初步设计时，轴向水推力可用近似公式估算，计算公式为：F1 = 9.81103KD1HCOH（N）3、各方案的比较根据上述计算出的水轮机各参数，进行综合分析比较，可以从中选出一个最优方案，作为设计的排荐方案。4、绘制水轮机运转综合特性曲线根据水轮机的基本参数Hcos、Hr、Hmin、Dr、n以及所选水轮机的模型综合特性曲线，按照教材第5章第5.3.2节介绍的方法与步骤，可以绘制出水轮机运转综合特性曲线。4、技术供水系统设计（1）确定供水对象及供水量：发电机空冷器与其

22、轴承用水量与发电机容量有关，可由教材图9-23查出，其它设备用水量可按教材第9章9.4.2中给出的比例估算，也要从产品技术参数中查出。（2）确定供水水源及供水方式：按教材第9章9.2.4节中介绍的内容根据电话水头及水质等情况选择供水方式及水源。（3）根据供水流量确定取水口直径与供水管道直径。其中关键是确定流速，可按第9章9.4.6节中介绍的方法选择。供水干管、各支管的直径计算时，要根据通过的流量及允许流速分别计算。（4）滤水器及阀门的选择：根据供水量及供水压力，从供水设备产品目录中选择滤水器及阀门。（5）设计绘制供水系统图：根据供水方式及所选择的供水设备拟定供水系统构成，绘制供水系统图。（6）

23、当采用水泵供水时，需根据供水系统计算水泵的流量与扬程，从水泵产品目录中选择供水泵。5、排水泵系统设计（仅考虑检修排水系统）（1）所给出的机组流道尺寸计算排水容量V，VV压V端+V尾，各部分容积分别计算出，然后相加得总排水量。（2）据主阀尺寸及尾水闸门尺寸计算漏水量，并求出总漏水量。（3）据总排水量与漏水量计算每小时需排除的水量Q，确定排水泵台数（一般选两台）及流量。（4）据排水扬程H与流量从水泵产品目录中选择排水泵，或参考本书附录。（5）据排水量流量计算排水管直径。（6）据排水方式及所选排水设备绘制水系统图。排水系统设计参考教材第9章“排水系统设计实例”。6、辅助设备系统设计中参数选择参考（1）油系统设计参数数据（针对本书设计任务书指定的电话）油压装置为Y2-2.5型，充油容积2.9m3.导水机构接力器用油0.25m3，转轮接力器用油2.5m3，受油器充油0.5m3。机组接力，上导轴承油槽充油4m3，下导轴承油槽充油0.7m3，水导轴承油槽充油0.35m3。净油槽至重力加油箱管路总长L=45m，管路计算简图如水轮机水泵及辅助设备教材图9-1，管件总阻力系数L2=39.25。（2）压缩空气系统设计参考数据压缩空气系统的用户及主要参数为：用户名称额定压力/pa用气量备注