西农水电站课设2012文档格式.doc
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7.3主厂房宽度确定 19
附表 20
电器主接线图 24
第一部分《水电站》课程设计任务书
一.设计目的
使学生对水电站初步规划阶段的水能利用、水电站开发方式选择、水电站出力估算、水轮机发电机组选择设计和厂房布置等工作内容有全面的了解、重点掌握水电站装机容量和机组台数确定、水轮机选择设计、参数计算等工作内容和程序。
通过工程设计实例的训练，培养学生独立工作及综合分析、解决问题的能力，以便将来承担水电站工程设计任务。
二.设计内容
1．确定水电站装机容量（通过估算水电站出力确定）及台数；
2．水轮机型号的选择及主要参数计算；
3．水轮机调速设备及水轮机发电机的选配；
4．蜗壳、尾水管型式选择及尺寸计算；
5．厂房布置设计（水电站主厂房各层平面及剖面图）。
三.设计成果
1．设计说明书要求
（1）设计说明书（计算书）要做到书写整洁、文字流畅、论点明确、计算准确、思路清晰、文中引用的重点公式、参数选定、方案比较等均交代清楚，有理有据。
（2）设计说明书（计算书）应包含目录、计算程序及过程，必要的插图（如特性曲线等），方案比较及对所选定方案优缺点的分析说明，参考文献等内容。
2.设及图纸要求
（1）厂房横剖面图（应标注水轮机安装高程及各主要控制高程尺寸）；
（2）主厂房平面布置图（要求绘制发电机层，水轮机层布置图，并标明主要平面尺寸）；
（3）电气主接线（应标注主要设备名称）
以上图纸尽可能采用计算机作图，一般用A3图幅，图样质量要求达到工程初步设计标准。
设计成果要求按学校教务处关于课程要求的标准格式提交。
第二部分《水电站》课程设计计算书
第一章拟设计水电站参数资料
拟设计某一引水式水电站，经过水文水能计算，确定其各种技术参数及设计要求如下：
1．已知某水电站的最大水头56m，加权平均水头，设计水头，最小水头，
2．电站最大可引用流量；
。
3．选用水轮发电机组额定出力（单机容量）及台数
发电机效率，水轮机额定出力
4．水电站站址海拔高程；
5．下游水位流量关系曲线（略）；
6．要求最大允许吸出高。
第二章水轮机型号的选择
根据水电站的水头变化范围48.6m~56m，，可通过查反击式水轮机系列型谱表和水轮机应用范围总图，选择转轮型号为HL220型、HL230型和A630型水轮机。
第三章水轮机主要参数的选择计算
3.1HL230型水轮机方案主要参数的计算
3.1.1转轮直径的计算
式中
同时在附表1中查得水轮机模型在限制工况下的效率，由此可初步假设水轮机在该工况的效率为86.0％。
将以上各值均代人上式得
选用与之接近而偏大的标准直径
3.1.2效率修正值的计算
由附表1查得HL220型水轮机在最优工况下模型的最高效率，模型转
轮的直径，则原型水轮机的最高效率可采用下式计算，即
考虑到制造工艺水平的情况取；
由于水轮机所应用的蜗壳和尾水管的型式与模型机基本相似，故认为；
则效率修正值为：
由此得水轮机限制工况的效率为：
（与原来假定的数值近似）
3.1.3转速的计算
式中
由附表1查得在最优工况下的，同时由于：
所以可忽略不计，则以代入上式得：
选用与之接近而偏大的标准同步转速
3.1.4工作范围的验算
在选定的，的情况下，水轮机的和各种特征水头下相应的值分别为：
则水轮机的最大引用流量为：
对值：
在设计水头时
在最大水头时
在最小水头时
在HL230型水轮机的模型综合特性曲线图上，分别画出，和的直线，如图3-9所示。
图3-9HL230型水轮机工作范围的初步检验
3.1.5水轮机吸出高的计算
在设计工况（）时，由水轮机综合特性曲线图可查得汽蚀系数为0.17，由此可求得水轮机的吸出高为：
（不满足要求）
3.2A630型水轮机方案主要参数的计算
3.2.1转轮直径的计算
同时在附表1中查得水轮机模型在限制工况下的效率，由此可初步假设水轮机在该工况的效率为88.5％。
3.2.2效率修正值的计算
3.2.3转速的计算
3.2.4工作范围的验算
在A630型水轮机的模型综合特性曲线图上，分别画出，和的直线，如图3-10所示。
3-10A630水轮机综合特性曲线
3.2.5水轮机吸出高的计算
（满足要求）
3.3三种方案比较分析
为了便于分析比较，现将上述两种方案的有关参数列表如下：
表3-5水轮机方案参数对照表
序号
项目
HL230
A630
1
2
3
4
5
6
模型转轮
参数
推荐使用的水头范围（m）
最优单位转速
最优单位流量
限制工况单位流量
最高效率
设计工况汽蚀系数
35-65
71
1110
932
90.7
0.17
<
150
72
950
897
94.7
7
8
9
10
11
12
13
原型水轮
机参数
工作水头范围（m）
转轮直径D1（m）
转速
额定出力
最大引用流量
吸出高
48.6-56
0.84
600
0.919
2083.33
4.75
-1.72
0.944
4.58
2.49
从表中可以看出，两种不同的机型方案在同样水头下同时满足额定出力的情况下HL230不满足吸出高度的要求，故不宜选用。
A630型方案具有效率高，工作范围好，引用流量较大等优点，这可以提高水电站的年发电量和减小厂房的开挖量。
由此看来，若在造价供货方面没有问题时，初步选用A630型方案较为有利。
第四章水轮机调速设备及水轮机发电机的选配；
4.1水轮机调速设备的选配
水轮机调速设备一般包括调速、主接力器和油压装置三部分。
中小型调速器是将这三部分结合成一个整体设备，它以主接力器的工作容量为表征组成标准系列。
因此在选择时只需要计算出机组的调速功即可。
中小型水轮机的调速功是指接力器活塞上的油压作用力与其行程的乘积，对反击式水轮机，一般采用以下经验公式进行计算
式中调速功；
最大水头（m），为56m；
最大水头下额定出力时的流量（m/S），为;
水轮机转轮直径（m），为0.84m。
带入上式可得：
由计算所得的调速功A可选出调速器为YT-1000.
4.2水轮机发电机的选配
根据已选配的水轮机额定出力和转速选配TSL260/52-10型号发电机
第五章蜗壳的水力计算
因为工作水头H>
40m，故选用金属蜗壳。
5.1蜗壳进口流量确定
对于已选定的水轮机，最大流量已知，根据由蜗壳进入水轮机座环的水流要求均匀轴对称的原理，蜗壳进口断面流量和蜗壳包角有关，A630水轮机的包角取345，则蜗壳的进口流量为
对由鼻端算起包角为的任意断面，对应的过流量为
5.2蜗壳进口平均流速确定
蜗壳进口平均流速越大，蜗壳的断面尺寸就越小，有可能减小水电站厂房的平面尺寸。
但过大的蜗壳进口平均流速，必将是蜗壳的水力损失增大，减弱了水流能量的有效转换程度，使水轮机的整体效率下降。
因此，合理选择蜗壳进口的平均流速非常重要。
本次设计，查图得蜗壳的流速系数为0.97。
蜗壳进口平均流速为
5.3金属蜗壳外轮廓尺寸的确定
按照假定的计算方法确定蜗壳尺寸。
蜗壳自进口到鼻端均认为是按照标准的圆形由大到小变化的。
对于进口断面
则进口断面的半径
根据附表内插得水轮机座环的固定导叶外半径。
从水轮机株洲中心线到蜗壳进口外边缘的半径为
对中间任意断面，流量为
的断面半径为
式中，为自蜗壳鼻端起算至计算断面的角度。
从主轴中心到该断面的外缘半径
蜗壳尺寸计算表
包角
流量
半径
360
345
4.65
0.46
315
300
4.04
0.43
270
255
3.44
0.39
225
210
2.83
0.36
180
165
2.22
0.32
135
120
1.62
0.27
90
75
1.01
0.21
45
30
0.40
0.14
第六章尾水管的计算选择
尾水管一般采用4H系列标准肘管的尾水管中的型。
其直锥段，弯肘段和平直扩散段各部分的尺寸，根据所选水轮机型号及转轮直径，从附表中查出的数字分别乘以=0.84m值即为实际尺寸,见表2—4。
第七章主厂房设计
7.1主厂房各层高程确定
7.1.1．水轮机安装高程
（2-17）
式中：
水电站正常运行时可能出现的最低下游尾水位，一般取一台机组的过流量相应的尾水位，取为；
水轮机允许吸出高，为；
水轮机导叶高度，为。
则：
7.1.2.尾水管底板高程
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