水电站课程设计说明书.docx

1、水电站课程设计说明书水 电 站 课 程 设 计 说 明 书水电站课程设计说明书第一章基本资料第二章水轮发电机选择第一节机组台数和机组型号选择及水轮机主要参数确定第二节蜗壳和尾水管的尺寸选择第三节发电机组的选择及尺寸 第二章水电站厂房设计第一节主厂房的平面尺寸确定第二节 主厂房布置的构造要求第三节桥吊选择第四节副厂房布置附：计算书第一节基本资料第二节水轮发电机选择第三节水轮机厂房设计第一章基本资料1流域概况该水电站位于S河流的上游，电站坝址以上的流域面积为 20,300km2，本电站属于该河流梯级电站中的一个。2水利动能本电站的主要任务是发电。结合水库特性、地区要求可发挥养鱼等综合利用效益。本电

2、站水库特征水位及电站动能指标见表 1表1 H水电站工程特性表名 称单位数量备注一、水库特性1、水库特征水位校核洪水位(P=0.1%)m293.90设计洪水位(P=1%)m290.90正常蓄水位m290.00死水位m289.002、正常蓄水位时水库面积加215.173、水库容积校核洪水位时总库容108m32.29正常蓄水位时库容8 310 m1.63死库容83110 m1.49二、下泄流量及相应下游水位包括机组过流量1、设计洪水最大下泄量3 -1 m .s8200.00相应下游水位m273.202、校核洪水最大下泄量3 -1 m .s11700.00相应下游水位m274.90三、电站电能指标装机

3、容量MW200.00保证岀力MW35.00多年平均发电量108kW.h4.35年利用小时数h2255四、水轮机工作参数最大工作水头m25.60最小工作水头m22.80设计水头m23.30流量(m 2 /s)图1下游水位一一流量关系曲线第二章水轮发电机选择第一节水轮机的台数和机组型号选择及水轮机主要参数确定台数：4台，单机容量50KV；型号：HL310主要参数：直径 D1=6.5m 转速n=71.4r/min ;允许吸出高度 Hs=0.143m第二节蜗壳和尾水管的尺寸选择混凝土蜗壳，包角为2250L+x=6.4m, L-x=4.8m弯肘形尾水管，参数如下表所示：参数DihLB5D4h4馆11hs

4、肘管型式适用范围实际6.516.929.2517.688.7758.7754.387511.837.93标准混凝土肘管混流式第三节发电机组的选择及尺寸发电机型号为SF50-60/920，具体参数如下表所示:形式额定容量Nf(MW)功率因数 cos 额定电压(KVA转速n(r/min)半伞式500.858800136.4nf飞轮力矩(kN*m2)转子重(t)定子重总重25010600235145478发电机的尺寸根据发电机的型号，查出发电机的主要尺寸 (长度和高度均为 mm)外径Da (cm)内径Di(cm)长度Lt(cm)定子基座高h1上机加高度h29208621152540835转子磁颚轴向

5、高度h10定子水平中心线到法兰底距离h12发电机主轴高度h11201243302660下机架最大跨度D4水轮机基坑直径D5推力轴承装置外径D6647056003600定子支撑面至下机架支撑面距离h8下机架支撑面到法兰底面距离h9永磁机及转速继电器高度h6推力轴承高度h3法兰盘底至发电机顶的距离H221594065011009580定子支撑面到发电机层底高度 h基座外径D1风罩内径D2转子外径D3337510400130008590第二章水电站厂房设计第一节主厂房的平面尺寸确定1.主厂房的长度L=116m2.主厂房的宽度B=26.6m3.主厂房高度1.安装高程 、安=264.71m2.尾水管底板

6、高程、尾=243.54m3.开挖高程 挖=241.54m4.水轮机层底板高程 水=266.98m5.发电机层地板高程、发=272.52m6.吊车轨顶高程（P176） i吊=301.12m7.厂房天花板及屋顶高程 天=310.62m 顶=311.27m第二节主厂房布置的构造要求1.厂房内的交通2.厂房应注意采光，通风，取暖，防潮，防火等3.主厂房的分缝和止水第三节桥吊选择双小车2 150t桥式起重机第四节副厂房布置 副厂房设在主厂房靠对外交通的一边。附：计算书第一节基本资料见设计说明书第二节水轮发电机选择一、机组台数和机组型号选择及水轮机参数确定选择机组台数时，应对加工制造能力和运输条件、 总投

7、资、水电站的运行效率和运行灵活性、运行维护工作量的大小等因素进行综合考虑， 经技术经济比较确定机组台数。 为了使电气主结线对称，大多数情况下机组台数为偶数。 对于中小型水电站， 为保证运行的可靠性和灵活性，机组台数一般不少于 2台。本电站属于中型水电站，所以建议选用 4台。单机容量等于装机容量与台数的比值，所以单机容量为 200/4=50MW根据该水电站的水头变化范围 22.80 25.60m，查表找出合适的机型有 HL310和ZZ440两种。下面通过参数比较再选择选用哪种型号。HL310水轮机主要参数的选择:1.转轮直径Di计算查表 3-6和图3-12可得 HL310 水轮机在限制工况下的单

8、位流量为 Q 1M =1400 L S=1.40 m3 s，效率M =82.6% ,由此可初步假定原型水轮机在该工况下的单位 流量 Q 1 =Q 1M =1.40 ,效率 =86%。1 N I 50 汉 103由公式 D1= | r j , =6.135m，选用与之|9.81Q；Hn/H Y 9.81x1.4x23.3023.30x86.0%接近而偏大的标称直径 D1 =6.5m。2.转速n计算查表3-4可得HL310型水轮机在最优工况下单位转速 n 10M =88.3 r min，初步假定Hr 23 30n10 = n 10M，因为该电站是河床式水电站，所以加权平均水头 Hav= = =25

9、.89m ,0.9 0.9亠八亠 n n kTHV 88.725.89 亠 亠由公式n= = = =69.08 r min，选用与之接近而偏大的同步转D1 D1 6速 n=71.4 r . min。3.效率及单位参数修正一 D -米用公式 max=1_(仁Mmax )(如)5进行修正。查表3-6可得HL310型水轮机在最优工况下D1的模型最高效率为 耳Mmax =89.6% ,模型转轮直径为 D1M=0.39m，根据公式可得原型效0 39 1率 max = 1- (1-89.6%) ( )5 =94.1% , 则效率修正值为6.5 =max - Mmax =94.1% -89.6%=4.5%，

10、考虑到模型与原型水轮机在制造工艺质量上的差异，常在已求得的 .:值中再减去一个修正值 。现取 =1.0%，则可得效率修正值为.: =3.5%，由此可得原型水轮机在最优工况和限制工况的效率为：max= Mmax +=89.6%+3.5%=93.1%=m +厶=82.6%+3.5%=86.1% （与上述假设值基本相同）单位转速的修正值按下式计算：n1 = n10M ( . max M max - 1)则 n1 =(n 10M.max m max )= .0.931 0.896 -1=1.93%由于厶njn!M 3.0%，按规定单位转速可不加修正，同时，单位流量 Q 1也可以不加修正。由上可见，原假

11、定的 =86%，Qi = Qim，n io = ni0M是正确的，那么上述计算及选用的结果 Di =6.5m， n=71.4 r min 也是正确的。4.工作范围的检验在选定D1=6.5m, n=71.4 r min后，水轮机的Q1max及各特征水头相对应的 m即可计算出来。水轮机在Hr Nr下工作时，其Q1即为Q1max，故则水轮机的最大引用流量为Qmax = Q1max D2. Hr =1.246 6.52 :了23.30 =254.11 m3 s与特征水头Hmax Hmin和相对应的单位转速为, nD1 71.4汉6.5 / .,_ nD1 71.4X6.5n 1max =n1min=H

12、max=25.60 曲73 =: =97.20 r. min，. H min 、22.80,nDj 71.4X6.5 / .n1r = = =96.15 r. minVHr J23.30在HL310型水轮机模型综合曲线图上分别绘出 Q1max=1246 L s，n 1max =97.20 r min和 n1min =91.73 n min的直线。由图可见，由这三根直线所围成的水轮机工作范围基本上包含了该特性曲线的高效率区。所以对于 HL310型水轮机方案，所选定的 D1 =6.5m和n=71.4 r min是合理的。5.吸出高度Hs计算由水轮机的设计工况参数， n 1r =96.15 r mi

13、n Q1max=1246 L s，在图3-25上可查得气蚀系数值为二=0.360 气蚀系数的修正值为&宀-0.05，由此可求出水轮机的吸出高度为冗 丄A 273.20 丄Hs =10- -（； ：；）H=10- -（0.360 0.05） 23.30 =0.143m900 900ZZ440水轮机方案的主要参数选择1.转轮直径Di计算由表3-7查得ZZ440型水轮机在限制工况下的单位流量 Q i =1650 L s=1.65 m3 s，同时可查的该工况下的气蚀系数 :二=0.72。从图3-13中可查得该工况点(n 10=ii5r min，二=0.72)处的单位流量 Q 1=1660 L s。同时

14、查得该工况点的模型效率 M =82%，并根据此假定水轮机的效率为86%。由公式 D1 = / Nr _ = J 50乂10 _= =5.63m，选用与之” 9.81Q1H(貞n 9.81 x 1660汉 23.30汇23.30 x 86%相近的标称直径 D1 =6.0m。2.转速n计算=97.52 r minn 10 .Hav 115 . 25.89n= =D1 6.0选用与之相近而偏大的同步转速 n=100 r min。3.效率及单位参数修正D 1 h 采用公式 max=1-(1 - Mmax)0.3 0.7(D1M )5(HM )10 修正。对于轴流转浆式水轮机，必D1 H须对其模型综合特

15、性曲线图上的每个转角 :-的效率进行修正。当叶片转角为:时的原型水轮机最大效率可用下式计算咕ax = 1-(1 一怙 max)Q3 + 0.7翠 /DHm 阳)根据表3-7知D1M=0.46m， HM =3.5m，并知D1=6.0m，H=23.30m，代入上式可算得叶片在不同转角:时的-Mmax可用模型综合特性曲线查得，从而可求出相应型水轮机的最高效率 -max。当选用效率的制造工艺影响修正值 =1%，即可计算出不同转角：时效率修正值.： . o起计算结果见下表。叶角转角a-10-50510152025cMmax %84.988.088.888.387.286.081.080.0怙ax %90

16、.292.292.892.491.791.087.787.1n 亠Omax oM max%5.34.24.04.14.55.06.77.1Ana4.33.23.03.13.54.05.76.1由表3-7查得ZZ440型水轮机最优工况的模型效率为 Mmax =89%。由于最优工况接近:=00等转角线，故可采用 :：.=3.0%作为其修正值，从而得到原型最高效max=89%+3.0%=92.0%。已知M =82%，而该工况处于转角 200与250之间，用内插法可求得改点的效率修正值为.：.=5.1%,由此可得该工况点的原型水轮机效率为 =82%+5.1%=87.1% (与原假定值接近)，由于:1

17、=(.：max Mmax -1)= ,92.0% 89.0% - 1=1.67%3.0%，故单位转速 niom 不作修正，同时，单位流量也可不作修正。由此可见，以上选用的 D1 =6.0m，n=100min是正确的。4.工作范围宽的检验在选定D1=6.0m，n=100 r min后，水轮机的Q1max及各特征水头相对应的 即可计算出来。500009.81 6.02 23.30 . 23.30 87.1%则水轮机的最大引用流量为Qmax= Q1max D/Hr =1.45 6.2 一 23.30=251.97 ml s与特征水头Hmax Hmin和Hr相对应的单位转速为100 6. =118.5

18、9min .25.60100 6. =125.67 rmin .22.80n；r = = 106.0 =124.30 r/min；：Hr J23.30在HL310型水轮机模型综合曲线图上分别绘出 Q1max=1450L s，n1max =118.59 r min和n；min =125.67 r min的直线。由图可见，由这三根直线所围成的水轮机工作范围基本上包含了该特性曲线的高效率区。5.吸出高度Hs计算在水轮机的设计工况点(n1r =124.30 r min， Q1max =1.45 m3 s )处，由图3-26可查得气蚀 系数约为0.57,查图2-26查得厶；=0.05,则可求出水轮机的吸

19、出高度为V 273 20Hs = 10- -(；.：；)H=10 (0.57 0.05) 23.30 =-4.74m、900 900F面通过列表进行参数比较分析:序号项目ZZ440HL3101模型转轮参数推存使用水头范围(m)20366.4 ）同理求得 Bx=Bs=13.3m 所以 B=13.3*2=26.6m3.主厂房高度1.安装高程安=w Hs b0. 2=263.3+0.143+2.54/2=264.71m2.尾水管底板高程尾=、安-b . 2 - H 尾=264.71-2.54/2-16.9=243.54m3.开挖高程挖=、尾-混凝土底板厚度（约 1-2m）、挖=243.54-2=24

20、1.54m4.水轮机层底板高程水=安+b2+蜗壳顶部混凝土厚度（约 1m）水=264.71+2.54/2+1=266.98m5.发电机层地板高程发八水+进人孔高度（约 2m）+混凝土结构厚度（约 1m）+定子外壳高度（定子外壳高度为2.54m）、发=266.98+2+1+2.54=272.52m6.吊车轨顶高程吊= 发+最大部件高度（发电机转子带轴） +高度方向的安全距离（高度方向的安全距离6m）吊=272.52+22.6+6=301.12m7.厂房天花板及屋顶高程、天=、吊 + 吊车尺寸 +0.2=301.12+9.3+0.2=310.62m顶天+屋顶大梁高度+屋顶板厚度=310.62+0.

21、5+0.15=311.27m二、 主厂房布置的构造要求1.厂房内的交通2.厂房应注意采光，通风，取暖，防潮，防火等3.主厂房的分缝和止水三、 桥吊选择起重机的型式和台数取决于水电站的厂房类型、 最大起重量和机组台数等条件。具有上部结构的厂房一般选用桥式起重机。因为最终吊运的重量（发电机转子）大致为 235吨在100-600吨范围内，机组台数为 4 台，不多于五台，所以选用双小车桥式起重机。起重机额定起重量应根据最重吊运件的重量（一般为发电机转子）加起吊工具的重量，并参照起重量系列确定，发电机转子重 235t,乘以动力系数1.2，得282t，查水电站机电设 计手册表7-16，选双小车2 150t桥式起重机。四、副厂房布置1.副厂房的位置选择副厂房设在主厂房靠对外交通的一边。2.副厂房的组成中控室、继电保护盘室、通讯室、电子计算机室、值班室、调度室、油库、油处理室、 压缩空气机室、开关室、厂用变压器室、母线廊道、事故油池、油化实验室、蓄电池室、储 酸室、通风机室