【2017年整理】水电站枢纽厂房设计及机组选型设计

- 1 -二、机电设备的选择（一） 、水轮机的选择1 、水轮机选择的基本资料装机容量 =0.25MWNr设计水头 mHmHr 64,79,95.6inax2、水轮机型号的选择根据设计水头 ，参照金钟元《水力机械》附表 1，可以r.有两种选 型水轮机20HL3、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，就可以拟定可能的机组台数方案在选择机组台数时可从下列方面考虑：（1） 机组台数与机电设备制造的关系机组台数增多时，机组单机容量减小，尺寸减小，因而制造及运输都有比较容易，这对于制造能力和运输条件较差的地区是有利的但实际上小机组单位千瓦消耗的材料多，制造也较麻烦，故一般都希望选用较大的机组2） 机组台数与水电站投资的关系当选用的机组台数较多时，不仅机组本身单位千瓦的造价高，而且随着机组台数的增加相应的闸门、管道、调速器，辅助设备和电气设备的套数就要增加，电气结线也较复杂，厂房平面尺寸也需加大，机组安装维护的工作量也增加，因此从这些方面来看，水电站单位千瓦的投 - 2 -资将随台数的增加而增加。

但另一方面，采用小机组则厂房的起重能力、安装场地、机坑开挖量都可缩减，因此又可减小一些水电站投资总的来说，机组台数变化要引起水电站投资变化，在大多数情况下，台数增多将增大投资3） 机组台数与水电站运行效率的关系机组台数增多能够增加水电站的电能，但当增多到一定程度，再增多时对水电站的运行效率就不会有显著的影响了当水电站在电力系统中担任基荷工作时，选择机组台数少，可合水轮机在较长时间内以最优工况运行，合水电站保持较高的平均效率4） 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，运行方式就比较灵活，机组发生事故后所产生的影响小，检修也较容易安排但因运行操作次数随之增加，发生事故的机率增高了，同时管理人员增多，运行费用也提高了因此不宜选用过多的机组台数在技术经济条件相近时，应尽量采用机组台数较少的方案，但为了水电站运行的可靠性和灵活性，一般应不少于两台故综合考虑，采用两台机组，单机容量为 KWNf1250KWNrf 130296./125式中 ——水轮机的额定出力——发电机的额定出力f——发电机效率f4 水轮机主要参数的确定 - 3 -（1） 转轮直径的计算 HrQ81.91ND式中： =8.25×103KWNr=11.5 rHm由金钟元《水力机械》附表 1 查得该型水轮机在限制工况下的， =82.6% .由此可假定水轮机在该工况下的效3140/1./QLSs率为 86%。

将以上各值代入公式得：mD 48.1%905.6.195.681.3021 选用与之接近而偏大的标准直径 =1.6 .1D（2）效率修正值的计算由附表 1 查得： 型水轮机在最优工况下模型的最高效率310HL=89.6%,模型转轮的直径 =0.39 . 则原型水轮机的最高效率maxMMD1m5maxa /M6.409.1=93%考虑到制造水平的情况，取 ξ=1.0%,则效率修正值为：maxaxM=0.93－0.91－0.01=0.01由此可求得水轮机在限制工况的效率应为： M - 4 -=0.89+0.01=0.90(与原来假定的数值相近)（3）转速的计算 110/DHnav式中 nM由附表 1 查得在最优工况下的 =70.0 r/min，同时由于：Mn109./3/maxax10 MMn=0.022﹤0.03所以 可忽略不计，则以 =70.0 r/min 代入上式得：1 Mn10=(70.0× )/1.6=365.9 r/minn95.6选用与之接近而偏大的同步转速 rpm375（4）工作范围的检验计算在选定的 =1.6 ， 的情况下，水轮机在最大的 和各1Dmrpn375 max1Q种特征水头下相应的 值分别为：在设计水头 =11.5 以额定出力 Nr工作时，其相应的最大单位流rH量为： 9.05.6.18.932HrD81.9max1  Q=0.98﹤1.15 m 3/s则水轮机的最大引用流量为： HrDQ21maxax=0.98×1.62× =21 m3/s95.6对 值：在设计水头 =69.95 时1nr - 5 -min/8.7195.6311 rHrnDr 在最大水头 =79 时maxin/4.679.13ax1min1 r在最小水头 =64 时minHin/7564.13in1max1 rDn在 型水轮机的主要综合特性曲线图上,分别画出20HL=75r/min， =67.4 的直线，由图可见，由这两根直线与效max1nmin1i/r率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 型水轮机方案，所选定参数 =1.6 , =375 是合理20HL1Dmni/r的。

5) 水轮机吸出高 Hs 计算由水轮机的设计工况（ ）在图 3-7 上可查得相应的汽98.0,.71'max' Qnr蚀系数 则可,20.)(56H;15.0   上 查 得水 力 机 械 书在由 于 设 计 水 头 r求得水轮机的吸出高为：mrHs 94.35.6)02.15.(908.423.1)(903.1 （6）飞逸转速的计算反击式水轮机的飞逸转速 与水轮机净水头 、导叶开度 有关fnH0最大飞逸转速 rpmDHnff 1axma1ax式中： ——最大水头（米）maxH - 6 -——最大单位飞逸转速max1fn查表知， 水轮机采用的20HL865max1fnrprpnf 4756.198max（7）轴向水推力 的计算ZPmax214HDKzZ式中 ——轴向水推力系数，对于 水轮机，z 20HL0.37 取,5.037.zNPZ 7.5896.14325、水轮机安装高程的确定对立轴混流式水轮机，安装高程由下式确定： 20bHZsws式中：mbs导 叶 高 度吸 出 高 度尾 水 位—0查表知， mbD4.01625.,.010 故HZsws 1.2.98.420故机组安装高程为 4024.14 。

二） 、水轮机结构与外型尺寸估算1、混流式水轮机主要由以下几部分组成：（1）埋入部分：包括蜗壳、座环、尾水管等；（2）导水机构：包括顶盖、底环、导叶和导叶操作机构等；（3）转动部分：包括转轮、主轴等； - 7 -（4）导轴承、密封装置及其他附属装置2、蜗壳断面形式本电站最大工作水头超过 40m 故采用金属蜗壳，蜗壳顶角点和底角点的变化形式有直线和抛物线两种直线变化结构简单，水力损失大；抛物线变化结构复杂，水力损失小为了改善蜗壳的受力条件使水力损失最小，故选用抛物线变化规律的圆形断面工厂对圆形金属蜗壳包角通常采用 则：345φ蜗壳进口多面流量： smQC /1.2036103max——水轮机最大引用流量maxQ蜗壳进口平均流速：由水轮机设计水头 Hr 查《水利机械》得蜗壳进口平均流速 sVC/5.8蜗壳进口断面面积： 20max37.5.81236mVQFcc 断面半径： Vcc 87.036maxmax 由《水利机械》附表 5 查得金属蜗壳座环尺寸，水头在 70 米以下其座环外径 =3.85m, = maDaR925.18.32D当 时 345φVQcii 87.04.60360maxRia 738.295.12 - 8 -当 时 30φmρi34.1R5.当 时 25i23当 时 1ρi.29.当 时 6φmi01R1当 时 20ρi85.5.当 时 75i6732当 时 3φmρi4.R4.其形式入图 1 所示：3、 尾水管计算根据本电站的总装机容量(0.25MW)为小型水电站，为了减少尾水管的开挖深度，采用标准弯肘型尾水管。

弯肘形尾水管是由进口直锥段、肘管和出口扩散段三部分组成其大致形状如图所示：使用推荐尾水管尺寸表查《水利机械》得到本电站尾水管尺寸参数表 1 尾水管标准型式与实际计算表参数 1DhLB4D1h21L3h标准 1.0 2.5 4.5 2.74 1.35 1.35 0.675 1.75 1.31实际 1.6 3.52 7.2 2.89 1.76 1.76 0.92 1.50 2.08可近似取为转轮出口直径，此处取为 =1.6 .进口锥管的半锥3D3Dm角 的最优值,对混流式水轮机,取 此处取为 9º根据尾水 97管的结构可得下式: 342htgD解得 =0.5 ，而 , 可取为 0.2-3hmm26.1507.241 2h - 9 -0.5,此处取为 0.3m故 =0.96 因此尾水管外形尺寸如图 2 所示：1hm4、水轮机重量估算（1） 、水轮机总重量估算水轮机总重量指不包括调速器、油压装置和其他辅助设备的水轮机整体重量。

查《水电站机电设计手册（水力机械） 》可知，tG4302 转轮重量估算查《水电站机电设计手册（水力机械） 》图 2-56 可知，t650图 1 蜗壳尺寸简图（单位：mm） - 10 -图 2 混流式水轮机尾水管简图（三）调速系统的选择水轮机调速系统的基本任务是：使水轮发电机组稳定地以额定转速运行，在机组负荷变化工其他外扰作用下，保证机。