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1、 华北水利水电大学毕业设计1设计说明书第一章 水轮机部分1.1 概述（1）水电站名称：05 水电站（2）电站地理位置：位于广西和贵州省交界的南盘江上。（3）枢纽任务：以发电为主，兼顾航运。（4）水能开发方式：堤坝式。（5）水文气象资料平均气温：10.9，最低气温：-7.0，多年平均风速 5.4m/s，多年平均悬移质输沙量 1580 万吨；推移质输沙量 72 万吨；设计洪峰流量18550/s，校核洪峰流量 23450/s。（6）水能规划参数电站总装机容量：400MW 设计保证率：91%最大水头：H max=38.9m 设计水头：H r=34.0m平均水头：H av=35.0m 最小水头：H mi
2、n=27.1m1.2 水轮机选型及机组台数的确定1.2.1 水轮机型号的选择根据已知水电站的水头范围，查P 370-371转轮型谱参数，再计算设计水头下的比转速，查P 322图 9-32 水轮机最有效率和比转速之间的关系，故确定水轮机型号为 ZZ440。 华北水利水电大学毕业设计21.2.2 转轮型谱参数表 1-1 转轮参数表适用水头范围（m）转轮型号叶片数Z1轮毂比Bd导叶相对高度最优单位转速n11(rpm)推荐使用最大单位流量Q11（l/s）模型空化系数 M2036（40）ZZ440 6 0.50 0.375 115 1650 0.380.651.2.3 装机台数的确定（1）机组台数多，单
3、机容量小，小机组单位千瓦造价高，同时，相应的主阀，调速器附属设备及电气设备的套数增加，投资亦增加，一般情况下，台数多对成本和投资不利。（2）本电站有调峰任务，对于变动负荷的水电站，若采用过少的机组台数，虽单机效率高，但在部分负荷时，由于负荷不便在机组间调节，因而不能避开低效率区，这会使电站的平均效率降低。（3）当机组台数较多时，电站的运行人员增加 ，消耗品增加，因而，运行费用较高。综上所述，最终决定选择装机台数为四台，五台或六台。1.3 初选方案表 1-2 初选方案列表初选方案 水轮机型号 装机台数（台） 单机容量（MW）方案一 ZZ440 4 100方案二 ZZ440 5 80方案三 ZZ4
4、40 6 66.7 华北水利水电大学毕业设计31.4 各初选方案原型水轮机参数的计算1.4.1 各方案工作范围图的绘制（1）方案一同步转速下各水头对应的单位转速计算结果列表如下：表 1-3Hmin=27.1m Hr=34.0m Hav=35.0m Hmax=38.9m n=100r/min 124.86 111.47 109.87 104.22绘制工作范围如附图 1 所示（2）方案二同步转速下各水头对应的单位转速计算结果列表如下：表 1-4Hmin=27.1m Hr=34.0m Hav=35.0m Hmax=38.9m n=115.4r/min 133 118.75 117.04 111.02
5、绘制工作范围如附图 2 所示（3）方案三同步转速下各水头对应的单位转速计算结果列表如下：表 1-5Hmin=27.1m Hr=34.0m Hav=35.0m Hmax=38.9m n=136.4r/min 131.0 116.96 115.28 109.35绘制工作范围如附图 3 所示1.4.2 各方案机组技术参数表 1-6 各方案机组技术参数表 华北水利水电大学毕业设计4方案一 方案二 方案三单机容量台数 100MW4 80MW5 66.7MW6水轮机型号 ZZ440 ZZ440 ZZ440适用水头范围 H（m） 2036（40） 2036（40） 2036（40）额定水头 Hr（m） 34
6、.0 34.0 34.0转轮直径 D1（m） 6.5 6 5原型机最高效率(%) 0.93 0.93 0.93限制工况效率(%) 0.876 0.876 0.876同步转速 n（r/min） 100 115.4 136.4飞逸转速 nR（r/min） 316.65 343.03 411.64额定流量（m 3/s） 362.15 285.48 237.61额 定 单 位 转 速n11r（r/min） 111.47 118.75 116.96额 定 单 位 流 量 Qr（m 3/s） 1.47 1.36 1.63吸出高度 Hs（m） -16 -15.68 -21安装高程（m） 379.665 37
7、9.78 375.05总轴向力 Fa（N） 13320310.41 11272761.9 7715552.181.5 精选方案的确定及其参数的计算1.5.1 精选方案的确定对以上三种方案从能量性能，空化性能等方面的比较，最终确定方案一，方案二为精选方案，精选方案的技术参数如表 1-7 所示。表 1-7 精选方案的技术参数精选方案转轮型号 台数单机容量(%)n(r/min) Hs（ m） Qr( /s) D1（ m） 华北水利水电大学毕业设计5（MW）方案一 ZZ440 4 100 87.6 100 -16 362.15 6.5方案二 ZZ440 5 80 87.6 115.4 -15.68 2
8、85.48 61.5.2 精选方案综合特性曲线的绘制（1）方案一运转综合特性曲线的绘制等效率线 见附图 4 1出力限制线 见附图 4 2等吸出高度线 见附图 5 3运转综合特性曲线 见附图 6 4（2）方案二运转综合特性曲线的绘制等效率线 见附图 7 1出力限制线 见附图 7 2等吸出高度线 见附图 8 3运转综合特性曲线 见附图 9 41.5.3 精选方案发电机的选择（1）方案一发电机的选择发电机型式的选择 1水轮发电机初步选择伞式发电机冷却方式和励磁方式的确定 2 华北水利水电大学毕业设计6冷却方式选择空气冷却，励磁系统采用可控硅励磁系统。发电机外形尺寸的估算 3表 1-8 发电机主要尺寸
9、 单位：cm极距 定子内径 Di 定子铁芯长度 lt 定 子 铁 芯 外 径 Da58.89 1144.39 179.66 1216.258表 1-9 发电机水平尺寸 单位：cm定子机座外径 D1风罩内径D2转子外径D3下机架最大跨度 D4推力轴承外径 D6励磁外径D71386.53 1626.53 1144.39 1020 430 380表 1-10 发电机轴向尺寸 单位：cm定子机座高度h1上机架高度 h2 推力轴承高度 h3下机架高度 h7转子磁轭轴向高度 h10发电机主轴高度 h11357.44 114.439 180 228.878 234.66 686.38定子机座支撑面至下机架或
10、挡风板之间的距离h8机架支撑面至主轴法兰底面之间的距离 h9定 子 铁 芯 水 平 中 心 线 至 主轴 法 兰 盘 底 面 之 间 的 距 离 h12286.0975 100 399.08表 1-11 发电机重量发电机总重 Gf(t) 发电机转子重量 Gz(t) 发 电 机 飞 轮 力 矩 GD2(tm2)891.544 445.772 47365.70 华北水利水电大学毕业设计7表 1-12 发电机技术参数表额定容量 转速（rpm）型号 形式 励磁方式 Sf(kvA)Nf（kW）功率因数额定电压（kv）额定转速飞逸转速SF100000-30/1216全伞式可控硅励磁117647.049 1
11、00000 0.85 13.8 100316.65方案一发电机外形尺寸图如附图 10 所示（2）方案二发电机的选择发电机型式的选择 1水轮发电机初步选择伞式发电机冷却方式和励磁方式的确定 2冷却方式选择空气冷却，励磁系统采用可控硅励磁系统。发电机外形尺寸的估算 3表 1-13 发电机主要尺寸 单位：cm极距 定子内径 Di 定子铁芯长度 lt 定 子 铁 芯 外 径 Da58.70 972.10 172.61 1042.54表 1-14 发电机水平尺寸 单位：cm定子机座外 风罩内径 转子外径 下机架最大 推力轴承外 励磁外径 华北水利水电大学毕业设计8径 D1 D2 D3 跨度 D4 径 D
12、6 D71188.50 1428.50 972.10 900 400 350表 1-15 发电机轴向尺寸 单位：cm定子机座高度h1上机架高度 h2 推力轴承高度 h3下机架高度 h7转子磁轭轴向高度 h10发电机主轴高度 h11350.01 97.210 180 194.42 227.61 631.82定子机座支撑面至下机架或挡风板之间的距离h8机架支撑面至主轴法兰底面之间的距离 h9定 子 铁 芯 水 平 中 心 线 至 主轴 法 兰 盘 底 面 之 间 的 距 离 h12242.5525 100 388.61表 1-16 发电机重量发电机总重 Gf(t) 发电机转子重量 Gz(t) 发
13、电 机 飞 轮 力 矩 GD2(tm2)698.336 349.168 25707.367表 1-17 发电机技术参数表额定容量 转速（rpm）型号 形式 励磁方式 Sf(kvA)Nf（kW）功率因数额定电压（kv）额定转速飞逸转速SF80000-26/1042 伞式可控硅励磁94117.6 80000 0.85 10.5 115.4343.03方案二发电机外形尺寸图如附图 11 所示 华北水利水电大学毕业设计91.6 最佳方案的确定1.6.1 水轮机平均效率的计算方案一平均效率为 91.33%方案二平均效率为 90.78%1.6.2 投资估算及综合比较表 1-18 两精选方案的机电设备投资估
14、算表项目 方案一 方案二装机台数（台） 4 5水轮机单重（t/台） 557.73 469.73水轮机总重（t） 2230.92 2349.65水轮机单价（万元/t） 2.5 2.5水轮机总价（万元） 5577.3 5874.125调速器单价（万元/台） 80 80调速器总价（万元） 320 400发电机单重（t/台） 891.544 698.366发电机总重（t） 3566.176 3491.83发电机单价（万元/t） 3 3发电机总价（万元） 10698.528 10475.49总投资（万元） 16595.828 16749.6151.6.3 最佳方案的确定综上，方案一的平均效率较高，且投资较小，因此，最终确定方案一为最佳方案。表 1-19 最优方案技术参数表装机容量（MW） 400
