水力发电机组辅助设备课程设计讲解.docx
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水力发电机组辅助设备课程设计讲解
xx工程大学
水力发电机组辅助设备
课程设计
设计说明书
学院：
班级：
姓名：
学号：
指导老师：
目录
第一部分设计原始资料…………………………………3
第二部课程设计的任务和要求…………………………5
第三部计算书和说明书…………………………………7
一、主阀 ……………………………………………7
二、油系统……………………………………………7
三、压缩空气系统………………………………………14
四、技术供水系统……………………………………20
五、排水系统…………………………………………22
六、结束语…………………………………………25
七、参考文献…………………………………………26
第一部分：
设计原始资料
一、水电站概况：
该水电厂位于海河流域，布置形式为坝后式水电站，坝型为土石坝，坝顶高程60.0m，水库调节库容2.6×108m3,属于不完全年调节水库。
安装有1♯～6♯共6台轴流转桨式机组，其中1♯机组在系统中承担调相任务。
二、水电站主要参数
1、电站水头Hmax=37.30m，Hmin=31.20m；Hpj=34.50m
2、正常高水位：
54.00m；正常尾水位：
20.50m；最高尾水位20.9m；最低尾水位20.0m
3、装机容量N=6*17000KW
4、电站采用岔管引水方式，布置有三条引水总管，引水总管长度210m
三、水轮机和发电机技术资料
机型：
ZZ440-LJ-330SF17-28/550
额定出力：
Nr=17750KW；Pr=17000KW
额定转速：
nr=214.3r/min
水轮机安装安程：
18.6m
水轮机导叶中心线D0=3.85m；导叶高度1.20m;
转轮标称直径D1=3.3m；尾水管直锥段上端直径3.5m,下端直径4.2m,直锥段高度6.6m；转轮占用体积6.76m3；弯肘及扩散段体积27.52m3；检修时最低尾水位蜗壳残余水量15.0m3
机组采用机械制动，制动耗气流量qz=65L/s
空气冷却器压力降△h=3-5m水柱
空气冷却器Q空=120m3/h
推力轴承及导轴承冷却器耗水量：
26m3/h
四、调速器及油压装置
调速器型号：
SDT-100
油压装置型号：
YZ-2.5
-推力、上导轴承油槽的充油量3.0m3；
下导轴承油槽充油量1.5m3
导水机构接力器充油量2×1.6m3
水轮机转轮浆叶接力器充油量2.0m3
主阀接力器充油量1.5m3
五、配电装置
主变：
3*40000KVA，冷却方式：
风冷
开关：
SF6断路器
六、电力系统及负荷情况
1、电力系统容量5000MVA，以大、中火电厂为主，附近有装机容量100万KW的水电厂一座，按中心油务所设计运行。
2、电站并入系统运行，靠近负荷中心，部分承担调相任务。
七、水文气象条件
1、地区月最高平均气温25OC，最低气温3.6OC，平均气温14OC。
无风霜冰冻。
2、河流多年平均含沙量0.60kg/m3，月平均最大含沙量5.8kg/m3。
八、交通运输情况
公路通过厂区，距城市25Km，距附近大型电厂40Km，交通方便。
第二部分任务和要求
一、主阀
1、论证设置主阀的理由；
2、主阀的型式和操作方式；
3、主阀操作方式的选择。
二、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（滤油机、油泵、储油、净油、重力加油箱及管径）
4、列设备明细表及操作程序表。
三、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；
四、技术供水系统
1、确定技术供水水源和供水方式；
2、进行供水量的估算，供水设备选择；
3、列设备明细表；绘制技术供水系统图
4、可不考虑电站的消防和生活用水
五、排水系统
1、拟订排水方案，绘制排水系统图
2、估算渗漏和检修排水量
3、排水水泵的选择
4、列设备明细表
六、计算书和说明书
1、编制计算说明书壹份，采用统一封面，打印稿左装订，排版格式参照《河北工程大学毕业（设计）论文撰写规范》。
2、计算部分要求计算正确，层次清晰，公式系数选择合理并表明依据。
3、说明部分论证充分，结论清楚，书写字迹规整。
4、图纸采用A4纸；图签3cm×8cm,采用计算机绘制或手绘图片格式，装订整齐美观。
5、原始资料不充足部分可以合理假定条件。
2016年12月
第三部分计算书和说明书
一、主阀
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，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主阀的选择及操作方式
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。
根据水电站常用主阀的使用范围，本电站选择使用蝴蝶阀，采用液压操作方式。
3、操作能源：
根据教材《水力发电机组辅助设备》当水头小于120~150m时采用水压操作，需要加大接力器的直径，为了不使接力器过于笨重，故电站采用油压操作系统。
二、油系统
1、油系统的类型及供油对象
水电站的油系统，分为透平油系统和绝缘油系统。
透平油用油量包括水轮发电机组推力轴承和导轴承充油量、调速器油压装置、导水机构接力器、
主阀接力器充油量，以及管网用油量等组成。
绝缘油用油量包括变压器用油量和开关油，电缆油。
2、油系统用油量计算
油系统的规模与设备容量的大小，应根据设备用油量的多少而定。
2.1水轮机调节系统充油量计算
水轮机调节系统充油量是油压装置、导水机构接力器和转桨式水轮机叶片的接力器的充油量，
以及充满管道所需的流量。
油量的计算可分别进行
：
（1）油压装置的用油量根据教材《水力发电机组辅助设备》P62表3-6得
油压装置型号：
YZ-2.5充油量：
Vy=0.9+2.0=2.9（m3）
（2）导水机构接力器用油量已给出Vd=2×1.6m3
（3）转桨式水轮机转轮桨叶接力器用油量已给出Vz=2.0m3
故调节系统的总用油量：
Vt=Vy+Vd+Vz=2.9+2×1.6+2.0=7.1（m3）
2.2机组润滑油系统充油量计算
机组润滑油系统充油量一般是指水轮发电机推力轴承和导轴承的充油量。
原始资料已给出推力、上导轴承油槽的充油量为3.0m3
下导轴承油槽的充油量为1.5m3
所以润滑系统的用油量Vh=1.5+3.0=4.5m3
2.3蝶阀接力器的充油量查《水电站机电设计手册》P463,得
Vp=0.16（m3）
2.4系统管网充满管道所需的充油量
根据教材《水力机组机辅助设备》可知系统管网充满管道所需的充油量为系统总油量的5%。
Vg=（Vt+Vh+Vp）×5%=（7.1+4.5+0.16）×5%=0.588（m3）
2.5系统总用油量
（1）透平油系统用油量计算用油量与机组出力、转速、机型、台数有关。
1）运行用油量（即设备充油量），用V1表示。
设备充油量V1=（Vt+Vh+Vp+Vg）×1.05=（7.1+4.5+0.16+0.588）×1.05=12.97（m3）
2）事故备用油量，以V2表示，它为最大机组用油量的110%
事故备用油量V2=1.1×（Vt+Vh+Vp+Vg）=1.1×（7.1+1.92+0.16+0.459）=13.58（m3）
3）补充备用油量，以V3表示，它以机组45天的添油量
V3=（Vt+Vh+Vp+Vg）×α×
=（7.1+1.92+0.16+0.459）×25%×
=0.38（m3）
式中α——一年中需补充油量的百分数，对ZZ型水轮机α=25%。
透平油系统总用油量V=ZV1+V2+ZV3=6×12.97+13.58+6×0.38=93.68（m3）
式中Z——机组台数，本电站Z=6台。
（2）绝缘油系统用油量计算用油量与变压器、开关的型号、容量、台数有关。
1）一台最大主变压器充油量，以W1表示
查手册可得型号40000KVA变压器的充油量为W1=2m3。
2）事故备用油量，以W2表示，为最大一台主变压器充油量的1.1倍，
W2=1.1W1=1.1×2=2.2（m3）
3）补充备用油量，以W3表示，为变压器45天的添油量-
W3=W1×α×
=2.2×5%×
=0.014（m3）
式中α——一年中需补充油量的百分数，对变压器α=5%。
绝缘油系统总用油量
W=nW1+W2+nW3=3×2+2.2+3×0.014=12.642（m3）
式中n——变压器台数，本电站n=3
3油系统设备的选择和计算
3.1贮油设备选择
根据教材《水力机组机辅助设备》P64可知
（1）净油槽的容积：
容积为一台最大机组（或变压器）充油量的110%，
加上全部运行设备45天的补充用油量。
透平油和润滑油各设置一个，但大于容量60m3时
应考虑两个或两个以上，并考虑厂房布置的要求。
1）透平油净油
V透罐=（Vt+Vh+Vp）×110%+ZV3=（7.1+4.5+0.16）×110%+6×0.38=15.22m3
透平油系统选用两个8m3的净油槽
2）绝缘油净油
V绝罐=W1×110%+ZW3=2×110%+3×0.014=2.242m3
绝缘油系统选用一个3m3的净油槽
（2）运行油槽的容积：
容积为最大机组（或变压器）充油量的100%，但考虑兼做接受新油，并与净油槽互用，其容积与净油槽相同。
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。
透平油系统选用两个8m3运行油槽，绝缘油系统选用一个3m3的运行油槽。
（3）重力加油槽：
对于转桨式机组，漏油量较大，添油频繁，可设置重力加油槽，容积一般为0.5~1.0m3。
3.2油泵和油净化设备的选择
油泵和油净化设备应满足输油和净化的要求。
（1）压力滤油机和真空滤油机的生产率和数量的选择：
压力滤油机和真空滤油机的生产率是按8h内能净化最大一台机组的用油量或在24h内能滤清最大一台变压器的用油量来确定
透平油系统QL′=
=1.62（m3/h）
绝缘油系统QL′=
=0.083（m3/h）
此外，考虑到压力滤油机要更换滤纸所需要的时间，所以在计算时应将其额定生产率减少30%，故透平油系统QL=
=2.314（m3/h）
绝缘油系统QL=
=0.119（m3/h）
根据《水电站机电设计手册》P469表9-15压力滤油机技术参数、表9-16真空滤油机技术参数，
透平油系统选取压力滤油机LY-50、真空滤油机ZLY-50各一台。
绝缘油系统选取压力滤油机LY-50、真空滤油机ZLY-50各一台
（2）油泵的选择：
油泵的生产率应能在4h内充满一台机组或6~8h内充满一台变压器的用油量。
透平油系统Q=
=3.24（m3/h）
绝缘油系统Q=
=0.33（m3/h）
根据Q、H查手册，一般设置两台，根据《水电站机电设计手册》P466表9-82CY型、KCB
型、3G型的油泵性能表，透平油系统选取齿轮油泵KCB-300-2两台，绝缘油系统选取齿轮油泵KCB-300-2两台。
3.3管径、管材的选择
根据经验选择法：
压力油管通常采用直径d=32～65mm，排油管取直径d=50～100mm。
故选择压力油管直径d=32mm，排油管直径d=50mm的管路
根据教材《水力机组机辅助设备》P67，油管选用无缝钢管，与净化设备连接的管子选软铜管。
4油系统设备明细表及操作程序表
油系统设备列表：
序号
名称
型号及规格
数量
备注
1
透平油净油槽
8m3
2
2
透平油运行油槽
8m3
2
3
透平油系统压力滤油机
LY-50
1
配备一个滤油纸烘箱
4
透平油系统真空滤油机
ZLY-50
1
5
透平油油泵
KCB-300-2
2
6
绝缘油运行油槽
3m3
1
7
绝缘油净油槽
3m3
1
一台移动式油泵，一台固定式油泵
8
绝缘油油泵
KCB-300-2
2
9
绝缘油系统压力滤油机
LY-50
1
配备一个滤油纸烘箱
10
绝缘油系统真空滤油机
ZLY-50
1
透平油系统操作程序表
序号
工作名称
使用设备
操作程序及设备
1
运行油槽接受新油
油槽车，自流
油槽车、阀1、2，阀5、油槽I或（II）
2
运行油槽自循环过滤
压力滤油机
油槽I，阀3，LY,阀5、油槽I
3
运行油槽净油存入净油槽
压力滤油机
油槽I，阀4，LY,阀8，油槽II
4
净油槽向设备充油
油泵KCB2
油槽II、阀7，KCB2，阀10、11和15，阀13
5
机组检修排油
油泵KCB1
阀14，阀12，阀9，KCB1，阀5，油槽I
6
运行油槽排污
油泵KCB1，油槽车
油槽I、阀3，KCB2,阀2，1，油槽车
7
设备废油排除
油泵KCB1，油槽车
阀16，KCB1，阀9，2，1，油槽车
8
清洗污油泵
油泵KCB1，油槽车
油槽II、阀7、KCB1，油槽车
9
事故排油
油泵KCB1，油槽车
阀门、事故排油管、事故排油池
5油系统图
5.1绝缘油系统图
见图1
5.2透平油系统图
见图2
三、压缩空气系统
1压缩空气的服务对象：
1）油压装置压力油槽充气，额定压力为25×105Pa；
2）机组停机时制动装置用气，额定压力为7×105Pa；
3）机组做调相运行时转轮室压气用气，额定压力为7×105Pa；
4）检修维护时风动工具及吹污清扫用气，额定压力为7×105Pa；
5）水轮机导轴承检修密封围带充气，额定压力为7×105Pa；
6）蝴蝶阀止水围带充气额定压力为25×105Pa
供气方式：
根据其工作压力的高低，厂房内的压缩空气系统可分为高压压缩空气系统（工作压
力为25×105Pa）和低压压缩空气系统（工作压力为7×105Pa）。
向压油槽供气
的方式，有一级压力供气和二级压力供气两种，采用二级压力供气。
2压缩空气系统的设备选择和计算
2.1机组制动供气
2.1.1机组制动耗气量计算
（1）根据机组制动耗气量计算总耗气量
Qz=
=
=54.6（m3）
式中qz—制动过程耗气量（l/s），qz=65（l/s）。
tz—制动时间（min），由电机厂提供，一般为2min。
pz—制动气压（绝对压力），一般为7×105Pa。
Pa—大气压力，取105Pa。
2.1.2贮气罐容积计算
按下式计算
Vg=
=
=109.2（m3）
式中Z—同时制动的机组台数。
∆pz—制动前后贮起罐允许压力降，取1.5×105Pa。
根据《水电站机电设计手册》P523，表10-18贮气罐系列及基本尺寸，选用2个5.0m3的贮气罐作为制动贮气罐。
2.1.3空气压缩机生产率计算
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，按下式计算
Qk=
=
=10.92（m3/min）
式中∆T—贮气罐恢复压力时间，一般取10～15min。
2.1.4供气管道选择
按经验选取，供气干管Φ60mm，支管Φ15mm。
三通阀以后的制动供气管，
选取耐高压的无缝钢管。
因为用油泵顶转子时，这段管段将承受高压油。
2.2机组调相压水供气
2.2.1
I充气容积的计算
导叶部分V1=（3.85/2）2×3.14×1.2=13.96m3
锥管部分估算取h=0.5D1
V2=（3.3/2）2×3.14×0.5×3.3=14.1m3
转轮所占容积V3=6.76m3
总充气容积V=V1+V2–V3=13.96+14.1-6.76=21.3m3
II转轮室充气压力计算
P=Pa+γ△H（MPa）
=105+104×（20.5-18.6）
=1.19×105Pa
式中P--压水到下限水位时的转轮室充气压力
Pa--当地大气压力；MPa
Υ--水的重度；104N∕m3
△H--尾水位与转轮室压下水位之差，m
2.2.2贮气罐容积计算
（1）按压水过程的空气有效利用系数计算：
Vg=
=
=6.59（m3）
上式Kt—贮气罐内压缩空气的热力学温度与转轮室水的热力学温度的比值约等于1。
V—总充气容积（m3）
P1—贮气罐计算压力，可取额定压力（Pa）
P2—贮气罐放气后的压力下限（Pa）。
取P2=P+（0.5~1.0）×105=1.19×105+（0.5~1.0）×105=2.19×105,P是压水至下限水位时的必
须压力。
η—压水过程空气有效利用系数。
对转桨式机组，取η=0.80。
根据《水电站机电设计手册》P523，表10-18贮气罐系列及基本尺寸，选用1个1.5m3的贮气罐作为调相贮气罐。
2.2.3空压机生产率计算
根据教材《水力机组机辅助设备》P97，可知
空压机生产率计算可按以下公式确定
Qk=Kn（
+qlZ）=
+2.38×2=5.46（m³/min）
上式Kn—考虑海拔高程对空压机生产率影响的修正系数，按《水力发电机组辅助设备》P97表4.1取Kn=1
T—给气压水后使贮气罐恢复压力的时间。
一般取T=30～60min。
ql—每台调相运行机组在压水后的漏气量
ql=0.2D12√
/√105=｛0.2×3.32√（105+104×1.9）｝/√105=2.38（m³/min）
γ—水的重度（104N/m³）
2.2.4管道选择计算
按经验选取：
通常干管Φ65mm，接入转轮室的支管Φ15mm。
所有管道均采用钢管。
2.3风动工具
根据《水电站机电设计手册》P504，常用风动工具的品种和数据。
品种
型号
耗气量（m³/min）
台数
风砂轮
S-40
0.4
4
风铲
C-4
0.6
4
风钻
ZQ-6
0.35
4
气扳机
QB6
0.4
4
2.3.1空压机选择计算：
空压机生产率应满足同时工作的风动工具耗气量。
Qk=Kl∑qizi
=1.4×（0.4×4+0.6×4+0.35×4+0.4×4）×1=9.8（m³/min）
式中Qk—空压机生产率m³/min
Ki—漏气系统，取Ki=1.4
Qi—某种风动工具的耗气量m³/min
zi—同时工作的风动工具台数
2.3.2贮气罐容积计算：
Vg=
=
=0.68（m3）
式中Qk和Pk——分别是空压机生产率（m³/min）和额定工作压力（Pa）。
风动工具所需要的贮气罐容积小，不需要设置专用设备，可以从调相贮气罐引出，但应首先满足机组调相运行时的需要。
2.3.3管径选择
按经验选取：
通常干管Φ25mm。
2.4空气围带用气
空气空气围带用气量小，不需要设置专用设备，可以从调相贮气罐引出，但应首先满足机组调相运行时的需要。
综上所述，根据《水电站机电设计手册》P528，表10-24低压空压机技术规格表，
选择3L-10/8型空压机两台，互为备用，作为厂内低压压缩空气系统。
2.5油压装置供气
2.5.1空压机生产率计算
空压机的总生产率根据压油槽容积和充气时间按下式计算：
Qk=
YZ-2.5Qk=
=0.5m³/min）
上式Py和Pa—分别为压油槽额定工作压力Py=25×105（m³）和绝对压力（Pa）。
Vy—为压油槽容积
T—充气时间，
Kv—压油槽中空气所占容积的比例系数。
Kv=0.6。
Kl—漏气系数，取Kl=1.3。
根据《水电站机电设计手册》，可知
各种型号油压装置设备选择参数表
油压装置
型号
压油槽空气
容积（m3）
空压机型号
空压机台数
充气时间
（h）
贮气罐容积
（m3）
YZ-2.5
1.6
V1/40-I
2
1
3
选用V1/40-I空压机2台互为备用，采用二级压力供气方式向压油槽供气，
选用2个3m³的贮气罐。
3设备明细表
序号
名称
型号
规格
数量
单位
备注
1
空气压
缩机
V1/40-I
2
高压
供气
2
空气压缩机
3L-10/8
2
低压
供气
3
储气罐
1.5
1
调相压水用气
4
储气罐
5
2
制动
用气
5
储气罐
3
2
压油槽用气
4压缩空气系统图
见图3
四、技术供水系统
1供水对象
水电站的技术供水对象包括水轮发电机组、水冷式空压机等。
2技术供水水源
本电站所处河流水质良好，河流多年平均含沙量0.60kg/m3，月平均最大含沙量5.8kg/m3，
含沙量满足冷却水要求。
因此采用上游水库作为水源。
3供水方式
水电站水头范围在20～80m内，水温适中，水质良好。
因此供水方式采用自流供水。
并设联络干管，机组间互为备用。
主水源取自蜗壳，经滤水器过滤后由电磁阀控制自动向机组供水。
坝前取水作为技术供水的备用水源。
两种水源之间设有联络管道及阀门，坝前取水不受机组安装、停机检修等的影响，因此与机组开停状态无关的用水，如水冷式空压机用水，消火、生活用水，都由该水源供水。
4供水量计算及供水设备选择
4.1水轮发电机总用水量：
水轮发电机总用水量是指空气冷却器的用水量加上推力轴承和导轴承油冷却器的用水量。
资料中已给出
空气冷却器用水量：
Q空=120m3/h
推力轴承和导轴承油冷却器用水量：
Q推=26m3/h
Q=：
Q空+Q推=120+26=146m3/h
4.2水轮机导轴承用水量按推力轴承用水量的10％考虑，取q=2.6m3/h
4.3水冷式
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