水电站毕业设计

水电站毕业设计西华大学毕业设计说明书目录2第一部分：水力机组选型设计和调节保证计算.....31水轮机的选型设计3水轮机选型设计概述3水轮机选型设计的任务3水轮机选型的原则3水轮机选型设计的条件及主要参数3水轮机台数及型号的选择4初选工况点A5额定转速的确定6效率及单位参数的修正7核对所选择的真机转轮直径D18确定水轮机导叶的最大可能开度aok17计算水轮机额定流量Qr18确定水轮机的允许吸Hs18计算水轮机的飞逸转速20计算水轮机轴向水推力P21估算水轮机的质量21绘制水轮机运转综合特性曲线212水轮发电机的的初步选择计算25水轮发电机的结构形式和冷却方式25发电机主要尺寸的估算25发电机外形尺寸估算26水轮发电机的算273调节保证计算...28调节保证计算概述28调节保证计算的标准28计算基本数据28计算设计水头、最大水头下额定出力时引水系统的LiVi29假定导叶的直线关闭时间Tf和关闭规律....29I西华大学毕业设计说明书水击压力上升计算29最大转速上升计算30调节系统设备的选择32第二部分:水电站厂房布置设计354发电机层平面布置设计35主厂房长度确定35起重设备的选择36主厂房的横剖面设计38第三部分:水力机械辅助设备系统选择设计405油系统设计40用油量的估算40油系统设备的选择42透平油系统设备明细表43绘制透平油系统图与操作程序表446压缩空气系统....46低压压缩空气系统46低压空气

系统设备选择..统..系表..统所选设・.51绘50高压压缩空气系50空气压缩备明细制气系统图....527计.水系统的设统....53技术供水系.53消防供水系统.....54排水系统的设计55绘制图57结论58总结59致谢60西华大学毕业设计说明书加权平均水头Hpj=额定水头Hr=总装机容量N=80MW海拔高程二m坝后式地面厂房，采用单机饮水方式，电站离负荷中心较远，在系统中担任基荷。水轮机台数及型号的选择确定水轮机台数及单机功率根据PplPgZ，其中Ppl为每台机组的额定功率，Pg为总装机容量，Z为机组台数。选择情况如表1-1。表1-1水轮机台数及单机功率台数Z单机功率Ppl2403420选择机型及模型转轮根据水轮机的类型及使用水头范围表，如图表1-2。表1-2大中型水轮机的类型及使用水头范围表水轮机型式能量转换方式水流方式贯流式斜流式反击式混流式轴流式适用水头范围375时取4~，本次设计取。计算结果：GD2=。25西华大学毕业设计说明书校核发电机的结果尺寸Di/LtneD5+式中：D5—水轮机机坑直径，查阅水电站设计手册表3-2，D5=3m。轴向尺寸计算定子机座高度h1ne214r/min,h1Lt2计算结果h1=上机架高度h2悬式机组：h2==推力轴承的高度h3,励磁机高度h4,副励磁机高度h5,永磁机的高度h6，查阅水电站设计手册3-8得：h3=2m，h4=2m，h5=，h6=。下机架的高度h7悬式机组：h7==定子支座支撑面至下机架之间的距离h8悬式机组：h8h8==26西华大学毕业设计说明书下机架与支撑面至主轴法兰底面之间的距离h9按照已生产的发电机统计资料，取h9=1000mm。转子磁轭轴向高度h10有风扇：h10=L1=mm计算结果：h10=。发电机主轴高度h11Hh1h2h4h5h6h8h9h11=H=取定子铁芯水平中心线至主轴法兰盘底面距离h12h12=+h10=水轮发电机的质量估算水轮发电机的总质量G2fK1(Sf/ne)3式中：Kt—系数，对悬式机组取8~9，本次设计取8计算结果：Gf=206t。发电机转子的估算发电机转子的质量一般可按发电机的总质量的1/2估算，即Gs计算结果Gs=103t。27西华大学毕业设计说明书3调节保证计算调节保证计算概述在电站运行过程中，常会遇到于各种事故、机组突然解列，把负荷甩掉的情况。此时机组转速上升，调速器关闭导叶。经一段时间，机组恢复到空载转速。在此调节过程中，除调速系统的稳定性，在调解过程中的最大转速上升至也是非常重要，它可能会影响到机组的强度、寿命及引起机组振动。在甩负荷时，于导叶迅速关闭，水轮机的流量会急速变化，因此在水轮机压力过水系统内会产生水击，此时产生的最大压力和最大压力下降对过水系统的强度是有影响的。工程实践中曾因甩负荷善生太高导致压力钢管爆破的灾难性事故。为此，在设计阶段就应该计算出最大压力上升和最大转速上升值。工程上称这种计算为调节保证计算。调节保证计算的任务：根据水电站过水系统和水轮发电机组的特性，合理的选择导叶关闭时间和关闭规律，进行水击压力变化和机组转速变化计算使压力变化值和转速上升值在允许范围内，并以此指导电站的最终设计和调节系统的整定。调节保证计算的标准机组在甩负荷过程中转速上升率nmaxn0。一般情况下，最大转速上升n0率max50%。对于大型电站max45%，对于冲击式机组max30%。机组在甩负荷过程中最大压力上升率HmaxH0。在机组甩全负荷时，H0有压过水系统允许的最大压力上升率见表3-1。表3-1.蜗壳甩全负荷时有压过水系统允许的最大压力上升率电站设计水头Hr/m蜗壳允许最大压力上升率100<30%计算基本数据坝后地面厂房，采用单管单机饮水式。压力钢管长度取LHmax/sin450,取整的260m，管道直径取与蜗壳进口端面直径相等D=2m。蜗壳中心线长度L=，最大水头Hmax二，最小水头Hmin=，加权平均水头额定水头Hr二总装机容量N=80MW，海拔高程=m，Hpj=。28西华大学毕业设计说明书机组台数2台，水轮机设计流量Qr=/s，最大水头额定出力时水轮机工作流量Qtr=/s。额定转速nr=/s，飞轮力矩GD2=。管段水机波速a1200m/s。因为引水管道为长有压引水管道系统，忽略尾水管的LiVi计算。计算设计水头、最大水头下额定出力时引水系统的LiViLVLVLVLV计算结果：设计水头时LV=2433m7s；最大水头下额定出力时iiTiTiiciciBiBiiLV=2516m7s。ii计算平均流速：V0LVLiii设计水头时V0=/s；最大水头下额定出力时V0=/s。假定导叶的直线关闭时间Tf和关闭规律关闭时间Tf是在设计水头下机组甩全负荷时的工况确定的，对于最大水头机组甩全负荷时的关闭时间下式计算：a01TfHTfa0r式中：a01,a0r分别为最大水头和额定带额定负荷时导叶的开度，其中a01a01=,a0r=，暂取Tf=8s、相应TfH二。水击压力上升计算压力管道水利损失计算根据饮水系统布置，分别计算设计水头和最大水头下沿程损失、局部损失，此得到设计水头和最大设计水头的水力损失Hr,Hmax。因此各水头下的的净水头为：H0HH，压力引水系统水力损失按H。Q3计算结果得：Hr=Hmax=各水头下的净水头：H0HH=H01HH180m管道特征系数计算并判断水击类型额定水头时：LViigH0Ts243329西华大学毕业设计说明书hwaV0/2gH01200(2)根据《水轮机调节》图8-3水击分类图可得水击类型为末相水击。最大压力上升计算末相水击：m(24,满足简化条件：m22m222修正结果：maxm水击计算压力水管末端最大水击升高TmLV/LTVT2602433HTTH0蜗壳末端最大压力升高cc(LtViLcVc)/LVHccH0最大转速上升计算计算公式：(1c)/Ta1其中：TaGD2nr2/360p(36540103)TcTqf11nen1f/n16330西华大学毕业设计说明书r(1)/Ta11C1/(1r/(ne1)1)式中：Tc—调节迟滞时间s；Tq一调速器不动时间，一般取、本次设计取；bp一电站在系统中的地位而定，一般取2%~6%,本次设计取2%；f一水机修正系数；C一水轮机飞逸特性影响机组升速时间系数；n1f一甩负荷前单位转速，r/min，中小型混流式水轮机模型运转主要参数表查的n1f二/min。n1—单位转速，r/min，n1=63r/min。计算结果：(1c)/Ta1115修正:max3综上，当Tf为7s、8s、9s、10s时在设计水头和最大水头额定出力水击压力和转速上升计算结果如表5修正:表3-2.设计水头和最大水头额定出力水击压力和转速上升计算结果水头设计水头最大水头设计水头直线关闭时间hwHT/mHC/mmaxmax%%%31Tf=7sTfH=Tf=8s西华大学毕业设计说明书最大水头设计水头最大水头设计水头最大水头TfH=Tf=9sTfH=Tf=10sTfH=36%53%%%%将上述计算结果与所选标准比较，选择符合标准的最小导叶直线关闭时间Tf=8s。调节系统设备的选择导叶接力器采用油压装置额定油压为和标准导水机构为两个单缸接力器操作，每个接力器直径dc计算公式：dcDlbOHmaxD1==式中：一计算系数，标准对称导叶，查阅《水电站设计手册》表6-4，取；查阅《水电站机电设计手册》导叶接力器直径系列表6-5,取标准导叶直径350mm，则dc=350mm。接力器最大行程a0max,取系数=176=接力器容积VVdc22Smax32西华大学毕业设计说明书调速器选择根据大型调速器容量选择主配压阀直径，主配压阀直径计算公式：d4VvTs=4=70mm28式中：V—导水机构接力器总容积；v—管路中油的流速，一般取v4~5m/s，本次设计去2m/s；Tf一导叶直线关闭时间。查主配压阀直径系列，取主配压阀直径80mm,选择调速器型号。油压装置的选择油压装置压力油罐容积按经验公式估算：V0V20查阅《水电站机电设计手册》油压装置型号系列表，选择分离式油压装置。其油压装置基本参数如表3-3。表3-3油压装置基本参数压力油槽槽内油体积油罐重量1600油槽容积螺旋油泵输油量转速2920型号油罐及装油重量2100最大工作压力25轴功率回油箱3313JQ2-52-2有效容积电动机型号西华大学毕业设计说明书邮箱内油体积邮箱重量2030功率13电压220/380回油箱及装油重量3200转速292034西华大学毕业设计说明书第二部分：水电站长厂房布置设计4发电机层平面布置设计在进行主厂房平面设计时，必须将上部结构部分和下部结构结合起来考虑，因为两者关系比较密切。主厂房的长度、宽度尺寸，主要取决于水轮发电机定子及风罩、水轮机蜗壳、尾水管、调速设备系统的布置，以及主要设备的装卸方法和安装、检修、运行管理的要求、同时还应考虑到结构布置和里面的艺术处理问题。主厂房长度确定机组段长度L1的确定机组段长度L1可按下式计算：L1LxL-x式中：Lx—机组段+x方向的最大长度；L-x—机组段-x方向的最大长度;Lx和L-x可分别用蜗壳层、尾水管层、发电机层计算，然后取最大值。本次毕业用发电机层计算。b322=+2+=b322=+2+二式中：3—发电机风罩内径；3—发电机风罩壁厚，取；b一两台机组之间风罩外壁净距，在两台机组之间设置楼梯，取b=4m计算结果：L1=Lx+L-x二。端机阻断长度L2的确定L2=L1+AL=+=式中：AL—考虑起重机吊运设备极限要求的附加长度取AL=D1二。L-x=3Lx=335西华大学毕业设计说明书装配厂的确定L3=L1，本次毕业设计取1，则L3=。主厂房总长度L=L1+L2+L3=主场房宽度的确定以机组中心线为界，厂房宽度B可分为上游侧宽度Bs和下游侧宽度Bx两部分。B=Bx+Bs式中：Bs=3/2+3+A=++=8mA一风罩外壁至上游侧墙内侧的净距，有上游侧电气设备和附属设备的布置及通道尺寸确定，m。取A=3m；Bx除满足与Bs相同长度要求外，还需要满足在-y方向我可得尺寸和蜗壳混泥土厚度的要求。蜗壳-y方向长度为，，去取蜗壳混泥土土厚度则Bx=7m综上，主厂房宽度B=8+7=15m，参照起重设备的标准跨度，取B=15m。起重设备的选择额定起重重量mg水电站主厂房内采用一台桥式起重机，起重机允许的最大部件的重量和取物装置的自重之和称为起重重量。水电站主厂房起重机的额定起重量，一般取决于发电机转子的的重量。因此起重机的最大起重量为。查阅《水力机组辅助设备》表7-1起重机起重系列，选择标准起重机起重量为125t。起重机跨度Lk起重机运行轨道轴线间的垂直距离称为起重机的跨度，厂方跨度决定。查阅《水利机械辅助设备》表7-2起重机跨度系列得，，起重机标准跨度Lk=14m。起重机型号为QD125—14A5。起重机起升高度H吊具上、下极限位置之间的距离称为起升高度。水电站中根据主钩吊运水轮机转轮或发电机转子带轴所必须的高度来确定上极限位置，即主副钩能上升的高度极限，所以，当起重机大车轨顶高程已确定，则上极限位置即已定。主钩的下极限位置必须满足从机坑内将发电机转子或水轮机转轮分别吊运至安装间。查阅36西华大学毕业设计说明书《水利机械辅助设备》表7-3起升高度系列，根据起重机主钩额定起重量查得主副钩的其中高度H分别为：主钩：30m；副钩：32m。起重设备主要参数查阅《水电站机电设计手册》，选择名义起重量为125t的起重机，其主要参数如表4-1表4-1起重机主要参数名义起重量跨度大梁底面至轨道面距12514140小车起重量车轮矩主钩副钩125254400轨道中心至起重机端距460起重机最大宽度9300轨道面至起重机顶端高度轨道面至缓冲器外端距离吊钩至轨道面高度吊钩至轨道中心线距离4300车轮中心至缓冲器外端距离9201200操作室面至轨道面距离2400主钩700极限副钩200位置主钩110037西华大学毕业设计说明书副钩1600主厂房的横剖面设计主厂房剖面设计又称为竖向设计，主要解决垂直方向空间处理上的问题。它与平面设计是一个整体，设计时根据电站生产电能的需要，合理地确定主厂房上、下结构部分的高程，满足通风、采光需要及发电、配电的合理安排，全面综合的分析研究做出经济合理、技术可能的方案，为运行人员的操作运行管理创造优良的工作环境。尾水管底板高程11T-b-h12=/二式中：T一水轮机安装高程，T二；h1一底环顶面至尾水管底板的距离，结构尺寸而定，计算得h1=；b—导叶高度。进水管地面高程223r1-h2式中：3一钢管中心线高程，跟布置有关，取3=T=；r1一引水管半径，r1=1m；h3-钢管底部至地面的高程，为了便于检修，取左右。水轮机层地面高程44Tr2h3=+1+1=式中：r2—蜗壳进口段半径；h3一蜗壳上部混泥土厚度，对金属蜗壳取。发电机层地面高程554h4h5=+2+338西华大学毕业设计说明书目录摘2第一部分：水力机组选型设计和调节保证计算.....31水轮机的选型设计3水轮机选型设计概述3水轮机选型设计的任