西华大学毕业设计说明书 目录
摘
要 ...............................................................................................................................
1
前
言 ............................................................................................................................... 2 第一部分： 水力机组选型
设
计
和
调
节
保
证
计
算 .....................................................
3
1
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A ................................................................................................... 5 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
D1................................................................... 8 确定水轮机导叶的最大可能开度aok ........................................................
17
计
算
水
轮
机
额
定
流
量
Qr ............................................................................. 18 确定水轮机的允许吸
出高度
Hs ................................................................. 18 计算水轮机的飞逸转速............................................................................... 20 计算水轮机轴向水推
力
P ....................................................................... 21 估算水轮机的质量...................................................................................... 21 绘制水轮机运
转
综
合
特
性
曲
线.................................................................. 21 2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
质量估
算................................................................................. 27 3 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LiVi ................... 29 假定导叶的直线关闭时间Tf和
关
闭
规
律 .................................................... 29 I
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 ............................................................................. 35 4 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 .........................................................
40
5
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.................................................................
44
6
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................................................................................. 50 高压压缩空气系统......................................................................................... 50 空气压缩系
统
所
选
设
备
明
细
表.....................................................................
51
绘
制
气
系
统
图................................................................................................. 52 7
水
系
统
的
设
计 .......................................................................................................
53
技
术
供
水
系
统................................................................................................. 53 消
防
供
水
系
统................................................................................................. 54 排
水
系
统
的
设
计............................................................................................. 55 绘制
排水系统
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= 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Ppl 2 40 3 4 20 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h1 ne214r/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：h8 h8== 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h11 Hh1h2h4h5h6h8h9 =
h11=H = 取
定子铁芯水平中心线至主轴法兰盘底面距离h12 h12=+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 =，最小水头Hmin=，加权平均水头额定水头Hr=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LiVi LVLVLVLV
计算结果：设计水头时LV=2433㎡/s；最大水头下额定出力时
iiTiTiiciciBiBiiLV=2516㎡/s。 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：
a01 TfHTfa0r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
a01=, a0r=,暂取Tf=8s、相应TfH=。 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:LViigH0Ts2433 29
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：m22m22
2修正结果：maxm 水击计算 压力水管末端最大水击升高
TmLV/LTVT2602433 HTTH0 蜗壳末端最大压力升高
cc(LtViLcVc)/LV HccH0
最大转速上升计算 计算公式： (1c)/Ta1
其中：TaGD2nr2/360p(36540103) TcTq f11 nen1f/n163 30
西华大学毕业设计说明书 r(1)/Ta11 C1/(1r/(ne1)
1）式中：Tc—调节迟滞时间s；
Tq—调速器不动时间，一般取~本次设计取； bp—电站在系统中的地位而定，一般取2%~6%，本次设计取2%； f—水机修正系数；
C—水轮机飞逸特性影响机组升速时间系数； n1f—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 =/min。
n1—单位转速，r/min ，n1=63r/min。 计算结果：(1c)/Ta1 11
5修正： max 3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3-2.
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 hw HT/m HC/m max max % % % 31
Tf=7s TfH= 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=9s TfH= Tf=10s TfH= 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： dcD1b0Hmax D1 = =
式中：—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V Vdc22Smax = 32
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： d4V vTs = 4=70mm
28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—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：
V0V 20 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 33
13 JQ2-52-2 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 2920 34 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。 b3
22 =+2+= b3 22 =+2+=
式中：3—发电机风罩内径； 3—发电机风罩壁厚，取；
b—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=。 端机阻断长度L2的确定
L2= L1+△L =+=
式中：△L—考虑起重机吊运设备极限要求的附加长度取△L=D1 =。 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 =++=8m
A—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 125 14 140 小车起重量 车轮矩 主钩 副钩 125 25 4400 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 920 1200 操作室面至轨道面距离 2400 主钩 700 极 限 副钩 200 位 置 主钩 1100 37
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1 1T-b-h1
2 =/ = 式中：T—水轮机安装高程，T=； h1—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2 23r1-h2 = =
式中：3—钢管中心线高程，跟布置有关，取3=T=； r1—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4 4Tr2h3 =+1+1=
式中： r2—蜗壳进口段半径；
h3—蜗壳上部混泥土厚度，对金属蜗壳取。 发电机层地面高程5
54h4h5 =+2+3 38
西华大学毕业设计说明书 目录
摘
要 ...............................................................................................................................
1
前
言 ............................................................................................................................... 2 第一部分： 水力机组选型
设
计
和
调
节
保
证
计
算 .....................................................
3
1
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A ................................................................................................... 5 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
D1................................................................... 8 确定水轮机导叶的最大可能开度aok ........................................................
17
计
算
水
轮
机
额
定
流
量
Qr ................................................
............................. 18 确定水轮机的允许吸出
高
度
Hs ................................................................. 18 计算水轮机的飞逸转速............................................................................... 20 计算水轮机轴向水推
力
P ....................................................................... 21 估算水轮机的质量...................................................................................... 21 绘制水轮机运
转
综
合
特
性
曲
线.................................................................. 21 2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 水轮发电机的质
量
估
算................................................................................. 27 3 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LiVi ................... 29 假定导叶的直线关闭时间Tf和
关
闭
规
律 .................................................... 29 I
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 ............................................................................. 35 4 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 .........................................................
40
5
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.................................................................
44
6
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................................................................................. 50 高压压缩空气系统......................................................................................... 50 空气压缩系
统
所
选
设
备
明
细
表.....................................................................
51
绘
制
气
系
统
图................................................................................................. 52 7
水
系
统
的
设
计 .......................................................................................................
53
技
术
供
水
系
统................................................................................................. 53 消
防
供
水
系
统................................................................................................. 54 排
水
系
统
的
设
计.................................................
............................................ 55 绘制排
水
系
统
图............................................................................................. 57 结论 .............................................................................................................................
58
总
结 .............................................................................................................................
59
致
谢 ............................................................................................................................. 60
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