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1、贯流式水轮机毕业设计任务书、基本资料和指示书河海大学水电学院动力系二六年三月贯流式水轮机毕业设计任务书一、设计内容根据原始资料，对指定电站、指定原始参数进行机电部分的初步设计，包括：主机选型，调保计算及调速设备选择，辅助设备系统设计，电气一次部分设计,电站机组安装、布置等。二、时间安排(供参考)1、主机选型 4.5 周2、调保计算及调速设备选择 1.5 周3、辅机系统 2 周4、电气部分 2 周5、整理成果 1 周6、评阅答辩 l 周7、机 动 0.5 周总 计 12.5 周三、成果要求1、设计说明书：说明设计思想，方案比较及最终结果，并附有必要的图表。2、设计计算书：设计计算过程，计算公式，
2、参数选取的依据，计算结果。3、图纸：主机成果图、安装布置图，油、水、气系统图、电气主结线图及专题部分 1-2 张，共 5-6 张(含 CAD 设计图)，规格为 1 号图。贯流式水轮机毕业设计资本资料 贵港水电站位于广西省东南部，在郁江中段。电站建成后将向玉林地区及其贵港市和邻近横县等地供电，对该地区工农业发展有重要的意义。贵港水电站位于郁江中段贵港市下游约 6km 处。贵港水电站厂房为低水头河床式厂房，布置于主河槽的左岸边，为枢纽挡水建筑物之一部分。1、本电站装机方案：方案序号 Hmax 米 13.3 13.3 13.3H 平均 米 8.5 8.5 8.5Hmin 米 2.5 2.5 2.5N
3、 装机 万千瓦 11.5 12.5 13.5利用小时数 小时 5262 4995 4759保证出力 万千瓦 3.62 3.61 3.612、本电站下游水位曲线说明：1)消力池底高程为 24.50m;2)Q 为闸孔下泄流量。图 1 贵港枢纽工程上游43.10 正常水位调度运行曲线（5 台机组发电）说明：1)消力池底高程为 24.50m;2)Q 为闸孔下泄流量。图 1 贵港枢纽工程上游43.10 正常水位调度运行曲线（机组不发电）说明：1)消力池底高程为 24.50m;2)Q 为闸孔下泄流量。图 3 贵港枢纽工程上游43.10 正常水位调度运行曲线（3 台机组发电）下游特征洪水位如下：千年一遇洪水
4、位 48.94百年一遇洪水位 48.163、运行环境该地区年平均气温为 21.5，极端最高气温为 39.5，极端最低气温-3.4 ，年平均相对湿度 78。4、电站运行发电要求电站建成后在电网内承担基荷及部分峰荷，并考虑有调相任务。拟装设 6 台 20MW 的灯泡式贯流式水轮发电机组，发电机电压6.3kV，功率因数 0.90，电站总装机容量为 120MW/133.33MVA，采用110kV 及 35kV 两级电压接入系统。110kV、35kV 出线各为四周（110kV接贵港 220kV 变电所、南山 110kV 变电所、贵港 110kV 变电所和备用电共四回，35kV 出线接氮肥厂、小江、石卡及
5、备用共四回）。35kV 侧负荷较小，电站的电能主要从 110kV 送入系统。建议电气接线形式：(1)发电机电压接线，采用两组一变的扩大单元接线，六台机组共组成三个扩大单元，其中两个扩大单元采用双线卷变压器直接送电至 110kV电压侧，另一扩大单元采用三线卷变压器分别送电到 110kV、35kV 侧系统。(2)110kV 采用单母线分段带简易旁路母线接线，二回进线、四回出线。(3)35kV 侧采单母线接线，一回进线、四回出线，另从 35kV 母线上引一回至近区变电，供厂用和近区用电。参考资料1.2 大型灯泡机组统计方程1.2.1 若干大型灯泡机视组参数统计方程按回归分析法，对表 所列若干大型灯泡
6、机组参数( 即灯泡贯流式水轮机参数) 进行幂回归计算，得到若干统计方程。单机容量 40MW 大型灯泡视组比转速 ns 与额定水头 Hr 之间统计方程为：(1-1) 单机容量 Pr30MW 统计方程为：(1-2)单机容量 Pr20MW 统计方程为：(1-3)单机容量 Pr15MW 统计方程为：(1-4)可根据单机容量大小，选用式(1-1)式(1-4) ，其它容量灯泡机组可参考选用。此外，考虑水轮机的其它参数与比转速之间的匹配问题，建立水轮机比转速 ns 与其单位转速 n11、单位流量 Q11 之间的统计方程( 系Pr15MW 工况)：(1-5)(1-6)建立水轮机比转速 ns 与水轮机装置空蚀系
7、数 p 之间的统计方程，根据表 1-1 数据的统计所得统计方程为：(1-7)由于表 1-1 统计数据较少，以上经验推断基本可满足工程设计的需要。表 1-1 灯泡机组 ns与 p之间的关系1.3.2 国外统计方程(一)富士统计方程日本国富士电机株式会社技术资料中介绍了其有关灯泡机组的统计方程：（1-8）（1-9）式(1-9)出自 JEC001(1992)，参见图 1-2、图 1-3。图 1-2 Hns关系曲线图 1-3 ns 关系曲线(二)其它统计方程（1-10）而式(1-10) 经演变则为其中 （1-11）2、灯泡机组运行性能设计2.1 灯泡机组协联关系与运行特点灯泡机组，尤其是大中型灯泡机组
8、结构上都具有桨叶随导叶协联动作的协联装置，协联范围一般为+10+45。若某水电站在 Hmax18.5m、Q 150m 3/s 的最大水头、最小流量工况下，其灯泡机组方案为 638.4MW、D 1=6.0m、n r=107.1r/min，此时工况点为 n11149.4r/min、Q 11=0.969m3/s，位于+15 +20 协联工况区域内，水流进口无撞击，出口为法向或赂带正环量，水力损失小、效率高，而且也不会产生因偏离最优工况而形成的偏心低频涡带，减少产生水力振动的可能性。由于灯泡机组自身的特点(能量指标高，单位流量 Q11 大)，其转轮直径 D1 小，在同样的水头 H 和流量 Q 工况下，
9、从单位流量 Q11 换算公式 Q2/ 可见，其 Q11 工况点必然向转轮模型综合特性曲线的最优工况区靠近，且位于协联工况范围之内，且极限工况最大水头 Hmax，最小流量 Qmin 等都处在协联工况范围，基本上保证在工作水头下能协联运行，有效避免失去协联而引发的共振。2.2 结构设计计算灯泡机组重量较大，仅依靠管形座的 26 支固定导叶及发电机部分的三条辅助支臂支承，固定在流道外壁的混凝土基础中，灯泡体承受着静水压力，水锤、水流脉动、旋转、冲击、水的正反向瞬间增大的推力等动水压力，本体自重，以及发电机在不同工况下的扭矩、热应力等多种负荷。因此在结构设计中要特别注意结构的强度、应力、刚度、电机温度
10、变化及派生等引起的变形、稳定及振动的固有频率计算。要求设计中使用如 SAP5、ADINA 或各厂家专用的计算程序等，对关键部件，如管形座在大型计算机上计算并绘制其变形图，以获得有价值的数据，并作为结构设计的依据，计算分为安装前、安装中及安装完毕、充水后、满负荷、甩负荷、飞速停机、发电机短路时等工况进行，使结构设计优化，将更有利于提高其运行稳定性。图 2-1 法国奈尔皮克公司 GZABN32 转轮模型综合特性曲线图 2-2 瑞士功尔寿公司 GZ 转轮模型综合特性曲线图 2-3 奥地利钢联公司 GZ 转轮模型综合特性曲线图 2-4 日本国富士电机株式会社 GZ 转轮模型综合特性曲线图 2-5 日本
11、国日立公司 GZ 转轮模型综合特性曲线图 2-6 天发厂 GZTEO7.30 转轮综合特性曲线及飞逸特性曲线D1=300mm，轮叶数 Z1=4，d/D 1=0.4，导叶数 Z0=16，H=4m（3-6） 参考文献一，水轮机 刘大恺主编二、水轮机调节 沈祖诒主编三、水力机组辅助设备 范华秀主编四、水电站电气部分 季一峰主编五、水电站动力设备设计手册 络如蕴主编六、水轮机设计手册 哈尔滨大电机研究所主编七、水电站的水轮机设备 (苏)英洛仁夫主编八、发电厂(下册) 华中工学院主编九、发电厂变电所电气设备 湖南省电力学校主编十，电力工程设计手册(第一册) 西北、东北电力设计院主编十一、电力工程设计手册
12、(第二册) 西北、东北电力设计院主编十二、水电站机设计技术规程十三、电力系统规划设计手册(影印摘编本)十四、电力工程 西安交通大学主编十五、水力机械 华东水利学院编 中国戒严出版社 1961 年版十六、水电站机电设计手册 电工一次 水利电力出版杜十七、水电冲机电设计手册 水力机械 水利电力出版社十八、水电站动力设备 郑源、张强主编 水利电力出版杜十九、贯流式水电站 沙锡林、陈新方 水利电力出版社贯流式水轮机毕业设计 指示书第一节 水轮机组选型设计一，选型设计要求根据给定的电站资料，选择水轮发电机及其附属设备。设计过程为：拟定几个可能的方案，对各初拟方案分别求出其动能经济性并进行综合比较，最后选
13、出最佳方案。二，选型设计的程序基于径流式电站的运行特点，灯泡贯流式水轮机有其独特的选择方法和特点，通常灯泡贯流式水轮机的参数选择原则：在相应的装机规模下，能获得最大的年发电量，以达到最佳的经济效益，以及确定设备的最佳运行方式。水轮机选型主要是决定转轮型式、机组合数、转轮直径、机组转速、安装高程等参数。这些参数的选择是否合理，将直接影响年发电量的大小和电站的实际效益。由于各参数间相互影响、相互制约，其中任何一个参数的改变均会引起电量的变化。以最大年发电量为条件，对每一种装机规模、各参数组合计算，以选择一种最优的参数组合。在机型初定的情况下，可根据电站的流量频率曲线、下游水位一流量关系曲线、水头一
14、频率曲线等原始资料及水轮机模型综合特性曲线作出不同的台数组合，再根据给定的台数作出不同直径、转速和安装高程的组合，以表格的形式列出各参数和计算结果并绘制成曲线，最后确定机组的最忧参数。(一) 按给定特征水头决定机组型号。(二) 拟定机组台数。(三) 确定水轮机的标准直径和标准转速。(1)利用型谱表给定的最优参数和限制工况参数计算水轮机直径 D1 并选用标准值。(2)利用最优工况的10n和计算出的标准直径，计算水轮机转速 n，井选用同步转速。(3)按计算所得的标准直径 D1，同步转速 n，分别用给定的特征水头(Hmax，H r，H min)在综合特性曲线上面出水轮机工作范围，初步选出较优方案进行
15、详细计算。(四)技术经济指标计算(1)动能经济指标计算1、在初拟方案中优选出 34 个待选方案。2、利用综合特性曲线绘制各待选方案的运转特性曲线。3、利用面积法求各方案运转特性曲线的平均效率。4、按效率差值求出电能差最后折算成投资差（0.30 元/kWh）。5、求最优方案的 Hs 值。(2)机电设备投资和耗钢量。1、机电部分包括：水轮机、发电机、调速器、辅助设备、起重设备、开关设备、变压器，以及设备运输、安装费用等，对每一方案应算出其总设备造价，井折算成单位千瓦投资。2、算出每一方案的总耗钢量和单位千瓦耗钢量。以 上 关 于 设 备 的 投 资 和 耗 钢 量 估 算 ， 单 价 可 参 考 表 一 ， 计 算 方 法 可 参阅 参 考 资 料 十 五 附 录 ， 或 参 阅 参 考 资 料 五 ， 机 电 设 备 重 量 及 价 格 亦 可 直查 阅 有 关 产 品 目 录 或 样 本 。 方 案 比 较 时 电 气 主 结 线 可 先 统 一 按 “发 电
