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1、河北河北工程工程大学大学 水电站水电站课程设计课程设计 教师：简新平 河北工程大学 水电学院 年 月 日 河北工程大学课程设计 2 摘摘 要要 本说明书共七个章节，主要介绍了大江水电站水轮机选型，水轮机运转综合特性曲线的绘制，蜗壳、尾水管的设计方案和工作原理以及调速设备和油压装置的选择。主要内容包括水电站水轮机、排水装置、油压装置所满足的设计方案及控制要求和设计所需求的相关辅助图和设计图。 系统的阐明了水电站相关应用设备和辅助设备的设计方案的步骤和图形绘制的方法。 关键词：关键词： 水轮机、综合运转特性曲线图、蜗壳、尾水管、调速器、油压装置。 【abstract】 Curriculum pro
2、ject of hydrostation is a important course and practical process in curriculum provision of water-power engineering major . There are seven contents and specialized knowledge in the curriculum project , which make students not to adapt themselves quickly to complete the design . In this paper , char
3、acteristic of the curriculum project is analyzed , causes of inadaptation to the curriculum project in students are found , rational guarding method are proposed , and a example of applying the guarding method is given . The results show that using provided method to guard student design is a good m
4、ethod , when teaching mode and time chart are given , students are guarded from mode of thinking and methodology , and design step are discussed and given . After the curriculum project of hydrostation , the capability of students to solve practical engineering problems is improved , and the confide
5、nce to engage in design is strengthened . 【Keyword】 Curriculum project of hydrostation ; guarding method ; mode of thinking ; methodology; design step. 河北工程大学课程设计 3 目目 录录 第一节第一节 基本资料基本资料 4 1.1 基本资料基本资料 1.2 设计内容设计内容 第二节第二节 机组台数与单机容量的选机组台数与单机容量的选4 2.1 机组台数机组台数的选择的选择 2.2 单位容量的选择单位容量的选择 第第 三三 节节 水轮机型号、装
6、置方水轮机型号、装置方式、转轮直径、转速、及吸出高度式、转轮直径、转速、及吸出高度与与 安装高程的安装高程的确定确定 5 3.1 HL240 型水轮机型水轮机 3.2 ZZ440 型水轮机型水轮机 3.3 两种方案的比较分析两种方案的比较分析 第四节第四节 水轮机运转特性曲线的绘制水轮机运转特性曲线的绘制 11 4.1 基本资料基本资料 4.2 等效率曲线的计算与绘制等效率曲线的计算与绘制 4.3 出力限制线的绘制出力限制线的绘制 4.4 等吸出高度线的绘制等吸出高度线的绘制 第五节第五节 蜗壳蜗壳13 5.1 蜗壳型式选择蜗壳型式选择 5.2 主要参数确定主要参数确定 5.3 蜗壳的水力计算
7、及单线图，断面图的绘制蜗壳的水力计算及单线图，断面图的绘制 第六节第六节 尾水管尾水管16 6.1 尾水管型式的选择尾水管型式的选择 6.2 尺寸确定及绘制平面剖面单线图尺寸确定及绘制平面剖面单线图 第第七七节节 调速设备的选调速设备的选17 7.1 调速器的计算调速器的计算 7.2 接力器的选择接力器的选择 7.3 调速器的选择调速器的选择 7.4 油压装置的选择油压装置的选择 参考资参考资料料18 注：本设计中，所有的辅助图都在 1 号 AutoCAD（附图 水电站水轮机选型）中。 河北工程大学课程设计 4 大江水电站水轮机选型设计大江水电站水轮机选型设计 第一节第一节 基本资料基本资料
8、1.1 基本资料基本资料 大江水电站，最大净水头 Hmax=35.87m，最小净水头 Hmin=24.72m，设计水头 Hp=28.5m，电站总装机容量 N装=68000KW，尾水处海拔高程=24.0m，要求吸出高 Hs -4m。 1.2 设计内容设计内容 水轮机是水电站中最主要的动力设备之一，它关系到水电站助工程投资、安全运行、动能指标及经济效益等重大问题，正确地进行水轮机选择是水电站设计中的主要任务之一。本次设计的内容有： (1) 确定机组台数与单机容量。 (2) 确定水轮机的型号与装置方式。 (3) 确定水轮机的转轮直径与转速。 (4) 确定水轮机的吸出高度与安装高程。 (5) 绘制水轮
9、机运转特性曲线。 (6) 确定蜗壳、尾水管的型式与尺寸。 (7) 选择调速器与油压装置。 第二节第二节 机组台数与单机容量的选择机组台数与单机容量的选择 水电站的装机容量等于机组台数和单机容量的乘积。 根据已确定的装机容量，就可以拟订可能的机组台数方案，当机组台数不同时，则单机容量不同，水轮机的转轮直径、转速也就不同，有时甚至水轮机型号也会改变，从而影响水电站的工程投资、运行效率、运行条件以及产品供应。选择机组台数与单机容量时应遵守如下原则： 2.1 机组台数机组台数的选择的选择 2.1.1 机组台数与机电设机组台数与机电设备制造的关系备制造的关系 机组台数增多，单机容量减少，尺寸减小，制造及
10、运输较易，这对制造能力河北工程大学课程设计 5 和运输条件较差的地区有利的， 但实际上说， 用小机组时单位千瓦消耗的材料多，制造工作量大，所以最好选用较大容量的机组。 2.1.2 机组台数与水电站投资的关系机组台数与水电站投资的关系 当选用机组台数较多时， 不仅机组本身单位千瓦的造价多， 而且相应的阀门、管道、调速设备、辅助设备、电气设备的套数增加，电气结构较复杂，厂房平面尺寸增加，机组安装，维护的工作量增加，因而水电站单位千瓦的投资将随台数的增加而增加，但采用小机组时，厂房的起重能力、安装场地、机坑开挖量都可以缩减，因而有减小一些水电站的投资，在大多数情况下，机组台数增多将增大投资。 2.2
11、.3 机组台数与水电站运行效率的关系机组台数与水电站运行效率的关系 当水电站在电力系统中担任基荷工作时，引用流量较固定，选择机组台数较少，可使水轮机在较长时间内以最大工况运行，使水电站保持较高的平均效率，当水电站担任系统尖峰负荷时，由于负荷经常变化，而且幅度较大，为使每台机组都可以高效率工作，需要更多的机组台数。 2.2.4 机组台数与水电站运行维护工作的关系机组台数与水电站运行维护工作的关系 机组台数多，单机容量小。水电站运行方式就较灵活，易于调度，机组发生事故产生的影响小，检修较易安排，但运行、检修、维护的总工作量及年运行费用和事故率将随机组台数的增多而增大，故机组台数不宜太多。 上述各种
12、因素互相联系而又相互对立的，不能同时一一满足，所以在选择机组台数时应针对具体情况，经技术经济比较确定。遵循上述原则，该水电站的装机容量为 6.8 万 KW， 由于 1.5 万 KW-4m 所以，HL240 型水轮机方案的吸出高度满足电站要求。 3.1.6 装置方式：装置方式：采用立轴安装方式。 3.1.7 安装高程的确定：安装高程的确定： 由立轴混流式 HL240 水轮机 河北工程大学课程设计 9 20bHZsA=24.0+3.28+0.365 3.3/2=27.88m ( 其 中103 6 5. 0Db ) 3.2 ZZ440 型水轮机型水轮机 3.2.1 转轮直径转轮直径 D 计算计算 转
13、轮直径1D的计算公式 2/3 1181. 9pT HQND 式中TN和pH均同前.对于 1Q值,可由附录中附表 1 查得该型水轮机在限制工况下的 1Q=1650L/s，同时还查得气蚀系数=0.72，但在允许的吸出高为-4m 时,则相应的装置气蚀系数为 44. 004. 05 .284900241090010 HHS -4m 所以，ZZ440 型水轮机方案的吸出高度满足电站要求。 3.2.6 装置方式：装置方式：采用立轴安装方式 3.2.7 安装高程的确定：安装高程的确定： 立轴轴流式水轮机 1xDHZsA=24.0-3.14+0.3763.3=22.1m （其中x取 0.376） 3.3 两种
14、方案的比较分析两种方案的比较分析 为了便于分析比较，现将上述两种方案的有关参数列表如下： 表表 3-2 水轮机方案参数对水轮机方案参数对照表照表 序号 项目 HL240 ZZ440 1 模型转轮参数 推荐使用的水头范围（m） 2545 2036 2 最优单位转速 10(min)nr 72 115 3 最优单位流量)/( 10sLQ 1100 800 4 最高效率max(%)M 92 89 5 气蚀系数 0.195 0.42 6 原型水轮机参数 工作水头范围（m） 24.7235.87 24.7235.87 7 转轮直径1( )D m 3.3 3.3 8 转速(min)n r 125 187.5
15、 河北工程大学课程设计 13 9 最高效率max% 94.6 91.6 10 额定出力)(KWNT 17700 17700 11 最大引用流量3 max()Qm s 69.18 70.93 12 吸出高度sH（m） 3.28 22.1 13 安装高程 ZA（m） 27.88 28.38 从上列对照表来看， 两种不同型号的水轮方案在同样水头下的同时工作满足额定出力的情况下， 两者比较来看， HL240 包含了较多的高效率区， 气蚀系数小，安装高程较高等优点，这可以提高水电站的年发电量和减少厂房的开挖量；而ZZ440 型方案的优点仅表现在水轮机的转速高，有利于减小发电机尺寸，降低发电造价，但这种机型的水轮机极其调节系统的造价较高。由此看，若在制造供货方面没有问题时，初步选用 HL240 型方案较为有利。在技术设计阶段，尚需要计算出个方案的动能指标和经济指标， 进一步进行分析比较， 以选出合理的方案。本设计就采用 HL240 型号的水轮机。 第四节第四节 水轮机运转特性曲线的绘制水轮机运转特性曲线的绘制 4.1 基本资料基本资料 转轮的型式 HL240 型，主要综合特性曲线由水电站教材图 3-6， 转轮的直径1D=3.3m，额定转速min/125rn ， 特征水头 Hmax=35.87m，Hp=28.5m，H
