宁朗水电站水轮机选型及油气水系统设计和实现 电气工程管理专业

宁朗水电站水轮机选型及油气水系统设计摘要：当前形势下，我国拥有相对较为丰富的水资源，其相应的自然落差也相对较大，可以通过建造水电站来实现水力发电。水力发电系统中处于核心位置的部件是水轮机，所以水轮机选型及其辅助设备的设计至关重要。本篇文章是在水轮机及水力机组辅助设备两门课程基础上，通过对宁朗水电站原始资料的相关分析，进行水轮机选型以及相关辅助设备（油气水系统）的设计，并优化方案。水轮机选型设计部分包括装机方案设计和水轮机选型计算。在水轮机选型计算中,包括:水轮机型号选择、水轮机主要参数计算并进行对比分析以便最终确定出最优方案、进行水轮机运转特性曲线的绘制,包括吸出高度、等出力线、等效率线以及空化系数线的绘制等。在油系统设计中,主要包括机组润滑系统用油量的计算、透平油系统用油量及设备选择计算,进行透平油系统图的绘制。在气系统设计过程中,主要包括低压空气系统和高压空气系统的计算以及气系统图的绘制。针对供水系统的设计,主要包括水源及其供水方式的确定、空气冷却器和发电机推力轴承以及导轴承油冷却器的用水量，并进行供水系统图绘制;在排水系统设计中,主要包括排水方式确定、检修排水的计算和机组渗漏排水的计算以及排水系统图的绘制。关键字：水轮机选型；油系统设计；气系统设计；供水系统设计；排水系统设计MODELSELECTIONANDDESIGNOFOIL-GAS-WATERSYSTEMFORNINGLANGHYDROPOWERSTATIONAbstract：Underthecurrentsituation,Chinahasrelativelyabundantwaterresources,anditscorrespondingnaturaldropisrelativelylarge.Hydropowergenerationcanberealizedbyconstructinghydropowerstations.Thecorecomponentofthehydropowersystemistheturbine,sothedesignoftheturbineanditsancillaryequipmentarecritical.Thisarticleisbasedonthetwocoursesofhydraulicturbineandhydraulicunitauxiliaryequipment.ThroughthecorrelationanalysisoftheoriginaldataofNinglangHydropowerStation,thedesignoftheturbineandrelatedauxiliaryequipment(oilandgaswatersystem)aredesignedandoptimized.Theturbinedesignanddesignpartincludestheinstallationplandesignandtheturbineselectioncalculation.Intheturbineselectioncalculation,including:turbinemodelselection,turbinemainparametercalculationandcomparativeanalysistofinallydeterminetheoptimalplan,drawtheturbineoperatingcharacteristiccurve,includingsuctionheight,equaloutputline,equalefficiencylineandemptyDrawingofcoefficientlines,etc.Intheoilsystemdesign,itmainlyincludesthecalculationoftheoilquantityoftheunitlubricationsystem,theoilquantityoftheturbineoilsystemandtheequipmentselectioncalculation,andthedrawingoftheturbineoilsystemdiagram.Inthedesignofthegassystem,thecalculationofthelow-pressureairsystemandthehigh-pressureairsystemandthedrawingofthegassystemmaparemainlyincluded.Thedesignofthewatersupplysystemmainlyincludesthedeterminationofthewatersourceanditswatersupplymode,thewaterconsumptionoftheaircoolerandthegeneratorthrustbearingandtheguidebearingoilcooler,andthedrawingofthewatersupplysystem;inthedesignofthedrainagesystem,mainlyincludingdrainageMethoddetermination,maintenancedrainagecalculationandunitleakagedrainagecalculationanddrainagesystemdiagramdrawing.Keywords:turbinetypeselection；oilsystemdesign；watersystemdesign；gassystemdesign目录第1章宁朗水电站基本资料 11.1电站地理位置 11.2枢纽任务 11.3水能开发方式 11.4枢纽规划主要技术指标 11.4.1水库特征水位 11.4.2水库容积及调节性质 21.5水能规划参数 21.6工程枢纽组成及布置情况 21.7电力系统及负荷情况 21.8枢纽交通运输情况 3第2章水轮机的选型设计 42.1机组台数选择 42.2机组型号 42.3水轮机基本参数的计算 52.3.1转轮直径的计算 52.3.2水轮机效率修正计算 62.3.3水轮机转速算 72.3.4设计流量计算 82.3.5几何吸出高度Hs的计算 92.3.6飞逸转速nR的计算 122.3.7转轮轴向水推力Ft的计算 122.4最优方案的确定 122.5绘制HL240型号的水轮机的综合特性曲线 132.5.1等效率线的绘制 132.5.2等吸出高度线的绘制 142.5.3出力限制线的绘制 17第3章油系统设计 193.1供油对象 193.2发电机型号选择 203.3油系统的计算 203.3.1机组润滑油系统用油量的计算 203.3.2导水机构接力器用油量计算 213.3.3进水阀接力器用油量计算 223.3.4油压装置的用油量 233.3.5透平油系统用油量计算 233.4油系统设备的选择 243.4.1净油槽 243.4.2运行油槽 243.4.3事故排油池 253.4.4油泵的选择 253.4.5压力滤油机和真空滤油机的选择 253.4.6油管选择 253.5油系统图 26第4章气系统设计 284.1压缩空气用途 284.2机组制动供气 284.2.1机组制动耗气量计算 284.2.2储气罐容积计算 294.2.3空气压缩机生产率计算 294.2.4供气管道选择 294.3调相压水供气 294.3.1充气容积计算 294.3.2转轮室充气压力计算 304.3.3储气罐容积计算 314.3.4空压机生产率计算 314.3.5管道选择计算 324.4油压装置供气 324.4.1空压机生产率计算 324.4.2储气罐容积计算 334.4.3管径选择 334.5气系统图 33第5章供水系统设计 355.1用水设备对供水的要求 355.1.1水温 355.1.2水压 355.1.3水质 355.1.4水源及供水方式 355.2设备用水量 365.2.1水轮发电机总用水量 365.2.2空气冷却器用水量 365.2.3发电机推力轴承和导轴承油冷却器用水量 365.3供水泵的选择 385.3.1流量 385.3.2总水头（总扬程） 385.3.3管道选择 385.4供水系统图 39第6章排水系统设计 416.1确定排水内容 416.1.1生产用水的排水 416.1.2检修排水 416.1.3渗漏排水 416.1.4厂区排水 416.2检修排水 426.2.1检修排水量的计算 426.2.2漏水量计算 426.2.3检修排水泵的选择 436.3渗漏排水 446.3.1集水井容积的确定 446.3.2渗漏排水泵选择 446.4排水系统图 45参考文献 47附录 48致谢 49个人简历 50第1章宁朗水电站基本资料1.1电站地理位置本文所涉及到的宁朗水电站坐落于我国四川省，在我国梯级电站当中排名第九，其有效凭借金沙江左岸支流——水洛河干流、额斯～捷可河段的丰富水源进行发电。宁朗水电站在水洛乡全马拐沟下游约2.5km处的河段建闸坝取水，经右岸长约5.3km的隧洞，引水至宁夏沟沟口上游约400m处建厂发电。工区与木里县城之间的路程大约与云南丽江市永宁镇之间的路程大约。宁朗水电站宁朗水电站1.2枢纽任务其具体所承担的任务可以归结为集中发电以及完善下游生态环境用水。1.3水能开发方式采用引水式开发。1.4枢纽规划主要技术指标1.4.1水库特征水位1.4.2水库容积及调节性质1.5水能规划参数，Hav=87.8m，Hr=81.0m1.6工程枢纽组成及布置情况引水隧洞全长5451.554m，为有压引水隧洞。隧洞断面为平底马蹄形，进水口底板高程1835.50m，至调压室处底板高程为1818.00m。调压井为埋藏式调压井，调压室底板顶高程为1818.00m，底板厚3.0m，穹顶高程1894.629m，井高76.629m，正常运行水位1856.00m，最高涌浪位1874.571m，最低涌浪位1834.151m，水位最大变幅40.42m，调压室井筒为圆形断面，内径21m～24m，井筒采用钢筋混凝土衬砌，衬厚1.5～2.0m。厂区建筑物主要包括主副厂房、GIS楼、出线场、尾水闸门、尾水渠道、防洪墙及进厂公路等。主厂房总长66.02m，其中主机间长48.50m，安装间长17.50m。主机间上部宽20.00m，下部包括尾水平台宽24.50m；安装间宽20.00m，高25.70m，安装间左端头设回车场；进厂公路位于厂区左侧，与至撒多公路相接。机组安装高程为1753.00m，最低尾水位1755.55m，正常尾水位1756.62m，设计尾水位1762.00m，校核尾水位1762.83m。尾水明渠由反坡段和正坡段组成，总长65.05m，尾水渠反坡段为厂（尾）0+000.00至厂（尾）0+24.92，坡度50%，宽32m。尾水渠从反坡段末尾至厂（尾）0+65.05，底宽32m,，坡度2%，出口高程1755.04m，与水洛河河道水面相衔接。最低尾水位1755.55m。1.7电力系统及负荷情况1、电站基本运作形式：并入系统运行，洪期承担基荷，相应的调峰任务。2、相关负荷特征：集中于工业方面用电，一级负荷。3、接入系统内部的电压等级以及相应的出线回路数目：双回形式出线。4、关于近区负荷状况：不存在近区负荷。5、关于厂用变压器具体容量大小：相应的厂用变压器容量基于装机整体容量的进行有效选取。厂用电具体涵盖了以及两种形式。1.8枢纽交通运输情况工程区位于木里县西北，地理位置约东经100°36'27''，北纬27°58'11''，工区与木里县城之间的路程大约与云南丽江市永宁镇之间的路程大约。经西昌→木里县下麦地→木里河对外公路→水洛河对外公路→工程区，沿途路况较差，工程对外交通较为不便。第2章水轮机的选型设计2.1机组台数选择在同样的装机容量条件下，成本会随着机组台数的增加而增加；大型机组比小型机组的单位千瓦造价要低一些。机组台数不同时，其对应的平均效率也是不同的。对于电站的装机台数，相关的分析确定的依据是电厂设备的经济运行；当电站负荷经常改变，导致太高的单机容量，从而机组不方便在部分负荷时进行调节，虽然相对应的单机效率高，但是相应的低效率区不能避开，机组的平均效率会下降。机组台数合理选择必须要考虑到水电站的经济运行。机组台数较多，机组的运行方式相对来说也比较灵活，一旦事故发生，对于机组及其系统的影响也比较小，但相应的，对于维护投入的运行人员和成本以及材料也进而增加。在进行宁朗水电站的初步设计过程中，必须要考虑到以下客观因素：当地的地理条件、制造商的制造水平以及交通条件。对于占比较大的大型机组而言，事故发生对于电力系统影响较大。（赵壮卿2017）。综上所述，在进行机组台数的选择时，要从经济性、可靠性以及安全性三方面出发，进行机组台数的合理选择。根据相关数据及规定，宁朗水电站的总装机容量为114MW，对比之前的水电站设计，水电站机组台数初步选取为3台（每台单机容量为3.8万kW）和4台，相对应的单机容量分别为3.8万kW、2.85万kW。2.2机组型号参考《水轮机设计手册》中我国水轮机型谱，根据其推荐的设计水头与比转速之间的关系，通过设计水头Hr=81m，计算出水轮机的比转速为：(2-1)因此，选择水轮机比转速在200的水轮机为宜。根据宁朗水电站的水头进行初步判断，有混流式和斜流式水轮机两种机型可以选择（秦继章1985）。对比两种不同类型的水轮机，其具体的差异可以归结为以下几项：(1)当相应的水头和出力在一定程度上保持一致，在比转速ns上比斜流式水轮机高，所以，选择混流式水轮机能使机组尺寸减小。(2)在工作参数相同的情况下，斜流式空化系数高于混流式水轮机。(3)与斜流形式的水轮机进行有效比对，混流形式在结构方面相对较为简单，相应的成本也相对较低，完成相应的运行维护较为便捷。(4)针对机组的飞逸转速，斜流式水轮机需要低于混流式水轮机15%左右，并且混流式水轮机必须具有较高的强度。综上所述，考虑到比转速、水头以及造价等因素，选择宁朗水电站适用的水轮机为混流式水轮机。参考水轮机型谱，根据相关原始资料，宁朗电站的额定水头为81m，发现在70~105m水头段的水轮机符合额定水头的要求。在该水头段下，可供选择的水轮机型号为HL240/D41。在设计工况下，比转速为225，符合要求，故最终选择水轮机型号为HL240/D41。基于台数的差异所提出的方案设计如表2-1所示表2-1机组台数比较台数单机容量（万kW）33.842.85n10'(r/min)Q10'(m3/s)ŋ0(%)ns0(m•kW)σ0Q1'(m3/s)ŋ(%)ns(m•kW)σHL240/D41770.95922250.091.12387.62390.112.3水轮机基本参数的计算2.3.1转轮直径的计算相应的额定出力可以进行如下表示：(2-2)式中，发电机的额定容量，kW；发电机的效率，此处取0.98。计算方案1，当装机容量为3.8万kW/台时，代入式2-2得计算方案2，当装机容量为2.85万kW/台时，代入式2-2得将单位转速进行最优化设计，其具体大小为，设计工况单位流量的大小基于最优转速与相应出力限制线汇交处的单位流量大小，则，相应的模型效率大约为，对其进行一定的修正，相应的修正系数为，进行求和操作即可的得到相应的效率：水轮机相应的转轮直径按下式求解：(2-3)故水轮机的转轮直径为机组台数为3台时，水轮机额定出力为38775.5kW，代入式2-3得按照我国所要求的转轮直径系列值，相应的计算结果需要落在相应标准值范围内，但是鉴于相对偏小，不能有效满足于相应的额定出力；倘若选取，无形之中导致成本上升。故将其选为。机组台数为4台时，水轮机额定出力为29081.6kW，代入式2-3基于我国所要求的转轮直径系列值，相应的计算结果需要落在相应标准值范围内，但是鉴于相对偏小，不能有效满足于相应的额定出力；倘若选取，无形之中导致成本上升。故将其选为。2.3.2水轮机效率修正计算针对混流式水轮机我国采用的效率修正计算公式为(2-4)(2-5)(2-6)式中，设计水轮机的转轮直径，m。转轮的校核计算公式为(2-7)（1）方案1（机组台数为3台时）的校核计算方式如下效率修正值限制工况情况下相应的原型水轮机效率求解如下的相关校核过程：基于对之前所求解出的完成相应校核转轮直径还是选取最为适合。（2）方案2（机组台数为4台时）的校核计算如下所示效率修正值限制工况情况下相应的原型水轮机效率求解如下的相关校核过程：基于对之前所求解出的完成相应的校核转轮直径还是选取最为合适。2.3.3水轮机转速算由模型综合特性曲线上查得，转速计算公式为(2-8)式中，原型水轮机设计单位转速，r/min；加权平均水头，m。（1）对于方案1（机组台数为3时），有计算值在300r/min~333.3r/min之间。一般取大于计算值的最接近的标准同步转速值。所以可以取值333.3r/min，磁极对数9对。（2）对于方案2（机组台数为2时），有计算值在333.3r/min~375r/min之间。一般取大于计算值的最接近的标准同步转速值。所以可以取值375r/min，磁极对数8对。2.3.4设计流量计算在完成相应的与以后，针对于设计工况点处所呈现的单位流量完成相应的求解，计算公式为：(2-9)(2-10)式中，单位流量，m3/s；设计流量，m3/s。（1）对于方案1（机组台数为3时），有（2）对于方案2（机组台数为4时），有2.3.5几何吸出高度Hs的计算在一定程度上使水轮机避免空化现象的产出，进行相应的特征水头选择相当有必要，即、、，需要对其可接受的吸出高度进行相应的求解，在此过程当中有效选出最小值。相应的求解过程如下：（1）进行相对存在差异的特征水头求解，即、、下与之相应的单位转速(2-11)(2-12)(2-13)机组台数为3台时，n11maxnnnn图2-1机组台数为3时水轮机工作范围机组台数为4台时，n11maxnnnn图2-2机组台数为4时水轮机工作范围（2）完成各个水头与之相应出力限制工况点处的单位流量的确定机组台数为3台时，：有效选取与相应的出力限制线汇交处对应的的单位流量根据上述计算可知，针对机组台数为3台的方案，基于模型综合特性曲线凭借工况形式的差异确定出相应的模型空化系数数值，结果为0.104，0.11，0.117。机组台数为4台时，：取与出力限制线交点处的单位流量根据上述计算可知，针对机组台数为4台的方案，基于模型综合特性曲线凭借工况形式的差异确定出相应的模型空化系数数值，结果为，，。(3)计算吸出高度首先需要计算水轮机转轮中心的安装高程。本设计将正常蓄水位1856m作为上游水位，则可计算出下游平均水位为1775m。通常(2-14)参考《水轮机》课本图3-7，根据本电站的设计水头81m查空化系数修正值曲线可得其中∇暂取下游平均水位1775m。用上述方案取得的不同的空化系数计算对应的吸出高度机组台数为3台时，从这几个吸出高度当中寻找到相应的最低值，还需呈现出部分余量，最终将相应的吸出高度确定为。相应的安装高程大小确定为。机组台数为4台时，从这几个吸出高度当中寻找到相应的最低值，还需呈现出部分余量，最终将相应的吸出高度确定为。相应的安装高程大小确定为2.3.6飞逸转速nR的计算基于水轮机模型相应的飞逸特性曲线上可知最大导叶开度状况下单位飞逸转速大约是，因此其相应的飞逸转速求解如下：(2-15)机组台数为3台时机组台数为4台时2.3.7转轮轴向水推力Ft的计算根据HL240转轮技术资料提供的数据，转轮直径在一定程度上相对较小止漏环间隙去较大值。本文所涉及的电站水质里存在沙子，对此相应的止漏环间隙可以稍微取大一点，故，水轮机转轮的轴向水推力为：(2-16)当机组台数为3台时，带入数据得当机组台数为4台时，带入数据得2.4最优方案的确定各项求解结果如下表2-3所示：表2-3方案对比成果表方案一二机组台数34单机容量（MW）3828.5型号HL240HL240效率%0.890.89总容量（MW）114114直径（m）2.42.1额定转速（r/min）333.3375设计流量（m3/s)53.440.09最大吸出高度（m)-5-4额定点空化系数1.031.01飞逸转速（r/min）604.49690.85轴向水推力（N）1432300.581096605.1根据效率、吸出高度、转轮直径，结合能量性能、空化性能以及技术的经济性方面来看，选取吸出高度绝对值较小的，空化系数较小的方案作为最终方案。相比于三台机组而言，四台机组的方案最大吸出高度的绝对值较小，而且空化系数也较小。因此，选择方案二为最终方案，水轮机型号为HL240，4台机组，单机容量为28.5MW。2.5绘制HL240型号的水轮机的综合特性曲线2.5.1等效率线的绘制已知HL240/D41的模型综合特性曲线如图2-3所示图2-3HL240/D41的模型综合特性曲线相应的等效率线在一定程度是可以归结为效率值保持一致的线，其能够有效呈现出效率相对一致状况下与的联系。针对于混流形式的水轮机，通常情况下采取等值的形式进行相应的修正，针对于同一原型水轮机任何状况下都确保凭借等效的形式，其具体的修正值，即（1）选取不同的水头，本次设计选取在()内的水头：79.1m、81m、87.8m、97.8m，并计算不同水头下单位转速，根据上图模型综合特性曲线得到一系列的、，并根据上述公式计算出相关的和值列入计算成果表，在同一张图上绘制出不同水头下的曲线（2）在曲线上的分别以效率为87%，88%，89%，90%，作水平线，与各（1）中所画曲线相交，找出对应的。（3）作坐标系，作水平线H=79.1m、H=81m、H=87.8m、H=97.8m，将（2）中所得各点基于所对应的点到坐标系当中，并进行切实有效的连接，如图2-4所示呈现出相应的等效率线。2.5.2等吸出高度线的绘制等线在一定程度上是基于模型特性曲线上的等线进行切实有效的换算形成的。具体流程如下：（1）选取不同的水头，本次设计选取在()内的水头：79.1m、81m、87.8m、97.8m，并对不同水头状况下所对应的单位转速求解，过模型综合特性曲线每个点绘制水平线并使其与每个等线实现汇交，并针对于各交点进行值的记录。（2）根据吸出高度计算式式中，水电站大坝高程，m；水轮机设计水头，m。计算各点，并计算各点出力。（3）根据计算出的，分别绘出不同水头H=79.1m、H=81m、H=87.8m、H=97.8m的曲线。（4）在曲线图上分别取作水平线与（3）中所绘制的曲线相交，找出相应的水头H及出力P。（5）作坐标系，作水平线H=79.1m、H=81m、H=87.8m、H=97.8m，将（4）中所得各点基于所对应的点到坐标系当中，并进行切实有效的连接，如图2-5所示呈现出相应的等吸出高度线。计算成果表如下表2-4所示：表2-4计算结果表Table2-4ConversiontableH（m)79.10n11M78.70效率%修正%Q1（m3/s）P1（万kW）空化系数Q2（m3/s)Hs(m)P2（万kW）8284.200.631.570.0990.69-1.391.778486.200.681.740.1050.75-1.861.978688.200.741.940.1090.85-2.182.288890.200.842.240.1120.91-2.412.508660.1201.13-3.053.038490.1231.18-3.283.108284.201.263.140.1301.22-3.843.13H（m)81.00n11M77.77效率%修正%Q1（m3/s）P1（万kW）空化系数Q2（m3/s)Hs(m)P2（万kW）8284.200.621.600.0950.68-1.291.818486.200.671.770.0990.74-1.612.018688.200.731.980.1040.84-2.022.348991.200.862.410.1080.90-2.342.598650.1171.12-3.073.128430.1231.17-3.563.188230.1291.21-4.043.21H（m)87.80n11M74.70效率%修正%Q1（m3/s）P1（万kW）空化系数Q2（m3/s)Hs(m)P2（万kW）8284.200.611.780.0850.67-1.192.018486.200.661.970.0890.73-1.542.248688.200.712.170.0940.83-1.982.619092.200.852.720.0970.89-2.242.928650.1071.11-3.123.488420.1131.16-3.653.568250.1231.20-4.533.60H（m)97.80n11M70.78效率%修正%Q1（m3/s）P1（万kW）空化系数Q2（m3/s)Hs(m)P2（万kW）8284.200.602.060.0740.66-1.172.338486.200.652.280.0780.72-1.562.608688.200.702.520.0820.81-1.952.999193.200.883.350.0870.87-2.443.398670.0991.10-3.614.068450.1091.15-4.594.158250.1171.19-5.374.19P（万kWP（万kW）P（万kW）图2-5HL240的等吸出高度线2.5.3出力限制线的绘制对于不同的单机容量的机组，水轮机的处理也不同。所以以额定水头为界，将出力限制线划分为两个部分。考虑到计算的简便性，选取两个水头和，根据上述2.3.1中相关计算可知，当机组台数为4台时，，水头下的最大允许出力计算如下：根据计算出其相对应的单位转速：再根据HL240转轮模型特性曲线上，过点作水平线与图中5%出力限制线交于一点，对应的，流量为1.01m3/s，则再将点（26550，79.1）和（29081.6，81）以直线连接，并作为在时的出力限制线，对于的部分，因发电机出力限制了水轮机出力，则水头高于额定值的部分，出力为29081.6kW。图2-6出力限制线第3章油系统设计3.1供油对象水电站用油主要有润滑油和绝缘油两大类（吴新平2002）。本节内容主要针对的是油系统当中的透平油部分，本研究不涉及系统当中的绝缘油部分。透平油在相应机组运行中的具体功效可以归结为散热、润滑以及相应液压操作。(1)润滑功效。油在机组的运动部件(轴)与约束部件(轴承)之间的间隙产出相应的施膜，有效凭借润滑油膜当中的液态摩擦进行相应的干摩擦替代，确保相应的摩擦系数切实有效下降，进而对其发热量有效降低，相应的寿命也得以延伸，从而确保其保持在安全的状态运转。(2)散热功效。设备在运转过程中，由于油的润滑作用，减少了磨损，但仍有摩擦作用面产生热量，这些热量对设备以及润滑油的性能与寿命造成相当大的打击，必须将其有效释放，基于油的润滑机理，可有效凭借对流进行相应的散热，进而使其抵达冷却水当中，最终确保设备稳定可靠运转。(3)液压操作。水电厂中绝大部分的操作都可以称之为重型级别，如水轮机调速器对不同形式水轮机的导水叶、桨叶和针阀的操作，以及水轮机进水阀、放空阀和液压操作阀的操作等，必须凭借液压的手段来完成相应的操作。所谓的绝缘油的功效在于绝缘、散热以及消弧。(1)绝缘功效。相比之下绝缘油要比空气大很多，有效凭借绝缘油作绝缘介质在一定程度上可使运行可靠性切实有效提升，还能带来一定的紧凑性。与此同时，其还能对类似于棉纤维的呈现出一定的保护功效，避免受到空气以及水分所造成的侵蚀，进而实现绝缘效果有效提升。(2)散热功效。线圈内部就具备一定的电阻，一旦相对较大的电流流过，会产生大量的热，此热量若不及时散发，温升过高将损害线圈绝缘，甚至烧毁变压器。绝缘油便会对其彻底吸收，有效凭借对流作用，实现到冷却器的传送(例如水冷式变压器的水冷却器或自冷式、风冷式变压器外壳的散热片)而散发出去，使变压器温度维持在正常水平，保证变压器各方面性能以及安全可靠运转。(3)消弧功效。一旦油开关完成相应的电力负荷切断，在触头之间就会有相应的电弧产出。绝缘油接收相应电弧作用时，便会造成分解，大约会产出仅含的氢。其可带走一定的热量释放，与此同时也会抵达到弧柱地带，进而实现弧道的冷却，对弧道分子离子化起到一定的限制功效，使其形成一系列不导电的分子，最终导致电弧完成熄灭。选取型号为的透平油。油系统的具体设计任务可以归结为：完成相应的用油设备选型计算，再进行相应的管道的选取，其次进行相应出油图的绘制。在保证切实可靠运行的前提下，尽可能的将成本压低。3.2发电机型号选择最终将发电机的额定功率确定为。由于所选取的发电机功率需要略大于该功率（曾朝晖等1993）。最终确定所选的型号是：TS410/159-16。该型号发电机功率为34000kW，符合选择标准。3.3油系统的计算3.3.1机组润滑油系统用油量的计算(3-1)(3-2)(3-3)式中：轴承单位千瓦损耗所需的油量，；；。；机组额定转速，r/min；导轴承损耗，kW；通过翻阅相关资料（李郁侠等2013）可知，；表3-1轴承结构与单位千瓦损耗所需的油量轴承结构轴承单位损耗所需油量q(m3/kW)一般结构的推力轴承和导轴承0.04~0.05组合结构0.03~0.04外加泵或镜板泵外推力轴承0.018~0.026根据水轮机总重量估算曲线（水电站机电设计手册编写组1989），由，得到水轮机的重量为60t，由所选发电机查表国内10000kW以上水轮发电机参数表可知，发电机转子重量为74t，可以估算出。则，其中。Dp由机组的扭力矩初选，已知主轴转速为375r/min(即6.25r/s)，主轴传递功率为34000kW（水电站机电设计手册编写组1989）。根据水力机组辅助设备课本查图初选主轴外径为400mm，主轴直径是415mm(李郁侠等2013)。3.3.2导水机构接力器用油量计算(3-5)(3-6)表3-2λ系数表导叶数162432标准正曲率导叶0.031~0.0340.029~0.032标准对称导叶0.029~0.0320.027~0.0300.027~0.030根据表3-2可以取得λ的值为0.03，则由于取值要略大于所计算的值，那么，最终取接力器的直径为0.35m。这里取系数为1.4，则则接力器的用油量（王民富1987）为3.3.3进水阀接力器用油量计算这里取，则此部分用油量为0.31m3表3-3进水阀接力器用油量的计算进水阀型式蝴蝶阀球阀阀的直径1.7544.65.311.6接力器充油量0.110.290.490.340.310.940.891.610.50.893.3.4油压装置的用油量根据《水力机组辅助设备》表3-6油压装置的充油量选择出符合要求的型号为YZ-2.5的油压装置，在表中可查得此型号的油压装置压力油箱充油量为0.9，回油箱的充油量为2.0。则该。3.3.5透平油系统用油量计算（1）运行用油量：(3-14)代入数值计算得（2）事故备用油量：(3-15)代入数值计算得（3）补充备用油量：(3-16)代入数值计算得（4）系统总用油量:(3-17)代入数值计算得3.4油系统设备的选择3.4.1净油槽一般情况下，透平油以及绝缘油都需要各自配备一个净油槽。一旦相应的容量高于，需要考虑配备两个以上。净油槽选取通过以下公式进行计算：(3-18)代入数值计算根据计算结果可选择一个标准的油槽，规格为。3.4.2运行油槽所谓运行油槽的功效在于排油以及相应的净油。其相应的容积为相应最大机组油量的，为了实现净化效果的切实有效提升，一般需要完成两个油槽的相关配备，值得注意的是必须确保每个油槽对应的容积是所谓的净油槽容积的一半（水电站机电设计手册编写组1989）。则：则选择两个的标准油槽。该水电站为混流式水轮机组，不需要设置重力加油箱；油库布置位置在场内水轮机层以下时，可不设置中间油槽。3.4.3事故排油池V3.4.4油泵的选择一般水电站中，多采用2CY型和KCB型齿轮油泵。油泵的生产率可通过下式进行计算(3-19)这里取，则根据从产品目录中选取，一般参考油泵选型的相关资料（水电站机电设计手册编写组1989），3.4.5压力滤油机和真空滤油机的选择(3-20)这里取，则3.4.6油管选择（1）干管的直径选择。本电站取压力油管，排油管（李郁侠等2013）。（2）支管的直径选择管道选用无缝钢管，与净化设备连接的管道采用软胶管。3.5油系统图透平油系统图绘制见报告附录一。图3-1油系统图事故排油池V=27.76m31个真空滤油机ZLY-501台混流式机组透平油系统操作程序表如表3-5所示第4章气系统设计4.1压缩空气用途空气的密度比较小，因此具有较好的可压缩性，是一种极好能量存储介质。由于压缩空气在使用起来非常的方便，而且也便于存储以及输送，因此被广泛应用在了水电站的机组安装与检修当中。通常情况下水电站当中使用压缩空气的设备有如下的几种：（1）油压装置，通过使用压缩空气为水电站当中的一些油压设备操作提供操作所需的能源，例如以及等等，一般情况下此类系统的工作压力大多在，当时当前使用比较多的是。（2）机组停机制动，在机组进行停机的时候，需要用压缩空气为制动设备功能，一般情况下此类设备的额定压力在。（3）在机组进行调相运行的时候，需要用压缩空气为轮转室当中进行压水的功能，一般情况下此类设备的额定压力在。（4）检修维护，在进行各方面检修的时候需要对一些区域进行清污，使用压缩空气比较快捷而且也相对比较清洁，一般情况下此类设备的额定压力在。（5）水轮机导轴承检修密封围带，一般情况下此类设备的额定压力在。（6）蝴蝶阀止水围带充气，此种情形下需要按照水头的情况决定使用的压力，通常情况下要比水头高。(7)寒冷地区部分位置防冻，此种情形下工作压力通常在。目前，也有机组采用压缩空气密封循环冷却，代替一般的空气冷却器对发电机进行冷却，其效果较好。对于高水头电站，用压缩空气强制向水轮机转轮室补气比用白由空气补气方式的效果较好。4.2机组制动压缩空气供应4.2.1机组制动耗气量计算在机组制动的时候，单台机组制动所消耗的气量与发电机制动所需要的力矩与相关联的，相关的参数应当从电机的制造商处获取。设计制动供气系统时按照下面方法计算（陈光旭2018）。根据制动耗气流量计算总耗气量，公式如下(4-1)3式中，3；。4.2.2储气罐容积计算使用如下的公式计算所需要的储气罐容积大小(4-2)式中，同一时间进行制动的机组数量；通常情况下取0.1~0.2MPa。大气压力，对海拔900m以下可取0.1MPa。此处取，那么。4.2.3空气压缩机生产率计算通过如下的方式计算空压机的生产率(4-3)式中，。此处取，那么本文的设计当中考虑到相关的设备需要持续运行以及空压机的失效情况，因此配置了两台空压机，一台正常工作，一台作为备用机，以免出现空压机失效影响整体工作。在后续的内容当中将进行空压机型号的计算选择。4.2.4供气管道选择使用镀锌钢管或者是水煤气钢管作为制动气的供气管道，一般情况下按照使用情况进行管径的选择。供气，，。在管道经过了三通阀之后，应当使用耐高压的无缝钢管作为供气管道，其原因在于当油泵把转子顶起的时候，此段管路所承受的油压会非常高。按照实际使用情况取供气干管直径为，供气支管的直径为。4.3调相压水供气4.3.1充气容积计算可以使用如下的公式进行充气容积的计算：(4-4)(4-5)(4-6)(4-7)(4-8)式中，依据HL240/D41型号水轮机转轮流道尺寸可知：根据尾水管尺寸（水电站机电设计手册编写组1989）可得，。故，4.3.2转轮室充气压力计算，可以使用如下的公式计算出转轮室的充气压力(4-9)式中：当地大气压力，MPa，随海拔高度而异；尾水位与转轮室压下水位之差，m。当地大气压为0.1MPa；依照相关的手机手册的内容能够计算得到转轮室压下水位为，将相关的数据带入计算之后能够得出4.3.3储气罐容积计算使用如下的公式能够计算够得到储气罐容积g式中，g；。代入数据计算得依据相关的选用标准，采用。4.3.4空压机生产率计算本文当中取1；代入数值计算得：4.3.5管道选择计算。4.4油压装置供气油压装置当中的压力油槽能够为提供操作所需的能源，在需要对导水机构的开度进行调节的时候就需要用到此装置。除此之外，油压装置也可以用作各个管理上液压阀的控制能源。在压油槽当中大概有的容积都是透平油，除此之外都是压缩空气。压缩空气的作用就是为了能够给透平油一定的压力，这样来为各方面的系统调节与操作提供足够的控制压力。因为压缩空气所具有的压缩性能非常强，是理想的储能介质，当压油槽中由于调节用油而造成油容积变小的时候依然可以保持足够的压力。在进行水轮机调节的时候，压油槽当中的油液会产生一定的消耗，此时会由油泵对其进行泵油，对消耗的油液进行补充，而相对来说压缩空气的损耗是比较小的，有一部分因为高压而溶解在油液当中，其他的一部分因为装置气密性不足会出现一定的泄漏。压缩空气的消耗可以使用一些专门的设备来进行补充，阀可以实现自动补气，但效率低，只用于小型油压装置中。大型油压装置都采用高压储气罐补气，安装和检修的充气，也由高压储气罐来进行。4.4.1空压机生产率计算KvKl，代入数据计算得4.4.2储气罐容积计算表4-1储气罐容积表油罐总容积1.08.010.012.520.0储气罐容积1.0~1.51.0~1.51.0~1.51.0~1.51.5~3.01.5~3.01.5~3.03.04.4.3管径选择4.5气系统图二。图4-1气系统图设备选型结果如表4-2所示表4-3气系统设备选择Table4-3GasSystemEquipmentSelection21132111第5章供水系统设计5.1用水设备对供水的要求5.1.1水温冷却器的冷却效果不但会收到冷却水量的影响，同时也会收到水温的影响，所以在供水系统的设计当中应当对水温进行一定的考虑，通常情况下应该使用夏季的最高水温进行设计。为了方便进行设计与制造，结合我国的气候情况，一般制造厂在进行设计的时候会使用的水温为设计参考。能够影响水温的因素非常多，按照相关的统计水电站数据统计资料能够得到，使用作为参考进行设计是较为可行的。水温的高低直接影响着冷却器的效果，所以若是冷却器的进水温度比较高的话，为了达到冷却效果，就得加大冷却器的换热表面积，从而使冷却器的尺寸加大，有色金属消耗量增加，并造成布置上的困难。通常情况下进口水温应当不能低于，冷却器的进出口水温不能存在较大的温差，通常情况下应当维持在，避免由于温差过大产生的温度应力引起的管道裂缝。5.1.2水压冷却器的进水口水压的极限值应当按照冷却器自身的强度情况来进行决定，通常情况下不应当大于，在进水口压力方面一般不能小于。因为本文所进行的设计使用的是水冷式空压机，根据《水力机组辅助设备》表5-5，查阅相关资料资料，空压机的实验水压处于0.3MPa～0.05MPa。5.1.3水质考虑到使用寿命的问题，对于冷却器的进水水质方面也应当进行一定的限制，除了要避免各种杂质之外，还应该具有一定的清洁度，以避免对相关的设备产生腐蚀与堵塞。冷却水应为软水，且其暂时硬度不大于8°~12°，相对应的PH值反应应为中性，且含铁量不大于0.1mg/L，技术供水要求不含油分。5.1.4水源及供水方式由于的额定水头一般在左右，难以满足自流供水的需求，结合水头与机组的情况，本文所进行的设计当中使用水泵来进行供水，使用下游的尾水位作为供水的水源，并且为每一台机组都设置至少两个取水口，以此来保证在出现取水口堵塞的时候还可以满足用水需求。5.2设备用水量5.2.1水轮发电机总用水量水轮发电机的总用水量初步估算可按下图查取。图5-1水轮发电机总用水量曲线根据图中数据能够得到，5.2.2空气冷却器用水量发电机在运行的过程当中起内部的绕组和铁芯所能够承受的最高温度收到发电机的绝缘等级的限制。冷却器的用水量一般可以使用如下的公式进行估算，即式中，，，本文当中取0.97。代入数值进行计算，能够得到5.2.3发电机推力轴承和导轴承油冷却器用水量（1）可以使用如下的公式进行所需用水量的计算式中，。（2）代入数值计算，得（3）公式如下代入数值计算，得（4）(5-6)式中，通常情况取q=0.18~0.3(m3/h)，本文当中取0.25。根据表10-23和10-24（水电站机电设计手册编写组1989）可知，本电站选用2台11ZA-1.5/8水冷式空压机，其额定容量是1.5m3/min，1台CZ-60/30的水冷式空压机，其额定容量为1m3/min。因此，进行冷却的时候所需要水量为由于配置了两台机组进行冷却，因此总的用水量为2m3/h。（5）机组总用水量由于配置了4台机组，所以总的用水量应按照如下的公式进行计算(5-7)代入数值计算得5.3供水泵的选择5.3.1流量可以通过如下的公式进行冷却水供水的水泵流量的计算(5-8)本文当中，那么5.3.2总水头（总扬程）因为本文的设计中使用的是下游尾水进行供水的，所以应当令处在最高位置的冷却器的进水压力需求得到基本的满足，因此可以使用如下的公式计算供水泵所需要具有的总水头(5-9)此处认定水利等损失总和为，与此同时已经把动能方面的损失计入到这当中，故无需进行再一次的计算。参考相关资料中HL240/D41型号水轮机的尺寸可得其能量为3mH2O；按照经验，H冷≤20mH2O按照前文计算当中所得到的、在进行了综合的分析以后本文选用的潜水泵型号为，数量为8台，这样令每一台机组都配置两台水泵，保证在一台出现问题时能够不影响水电站的工作。5.3.3管道选择在本文的设计当中使用钢管作为供水系统的管道，与此同时考虑了水质对于管道的影响，避免水管产生的铁锈会影响水导轴承，因此滤水器之后的管道全部换用镀锌钢管，以避免出现生锈的情况。，这里取。(5-10)代入数值计算得（1）吸水管道直径（2）压水管道直径5.4供水系统图设备选型结果如表5-1所示表5-1供水系统设备选择第6章排水系统设计6.1确定排水内容一般情况下，水电站排水系统由以下4部分组成：第1部分是生产用水，第2部分是检修排水，第3部分是渗漏排水，第4部分是厂区排水。上述4个部分共同组成了水电站的排水系统。6.1.1生产用水的排水生产用水的排水过程一般情况下说的是系统中用水设备的排水，比如说空气冷却器的排水，轴承冷却器的排水以及其他冷却器的排水等。这一部分的排水一般排水量比较大，而且由于冷却器的位置一般都比较高，所以排水水位比较高，因此就不需要动力可以直接让排水自由流向下游，所以在有些研究当中，并不把这部分排水放到排水系统研究，而是将其作为供水系统的一部分。6.1.2检修排水水电站使用一段时间之后就需要进行检修，水面以上的部分可以直接进行停机检查，水面以下的机器就需要先进行排水作业，然后再对机器进行检修，为了缩短检修时间，要加快排水时间，这就需要