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1、FujianCollegeofWaterConservancyandElectricPower水电站动力设备与管理专业毕业设计指导书编写：黄少敏童文勇包晓辉水利工程系机电教研室2007年2月II1124678111113202223252729323438424345485051515257596373第一章水轮发电机组的选择第节水能资料,第二节机组台数与机型的选择,第三节水轮机主要参数的选择计算,第四节配套水轮发电机的选择,第五节机组方案的比较,第六节水轮机运转特性曲线大绘制,第七节蜗壳、尾水管外形尺寸的估算,第八节水电站动能经济指标的计算,第二章进水阀和调速器设备选择设计第一节进水阀的选择
2、,第二节调节保证计算,第二节调速设备的选择计算,第三章水电站的油、气、水系统及起重机修设备的设计计算第一节基本资料,第二节透平油系统的设计计算,第三节绝缘油系统的设计计算,第四节压缩空气系统的设计计算,第五节技术供水系统的设计计算,第六节消防给水系统的设计计算,第七节排水系统的设计计算,第八节水电厂的水力监测系统设计计算,第九节起重与机修设备的选择,第四章水电站电气一次部分设计第一节电气主接线方案设计,第二节短路电流计算,第三节电气设备选择,第四节水电站电气主接线图绘制,第五节水电站厂用电接线设计,第六节水电站电气设备布置设计,第七节水电站防雷与接地设计,第五章水电站厂房设备布置第一节主厂房主
3、要尺寸的确定,第二节主厂房设备布置和副厂房布置,附录1：中、小型混流式水轮机模型参数及模型曲线,附录2：中、小型混流式水轮机模型转轮流道单线图,笫一章水轮发电机组的选择笫一节水能资料根据设计任务书，列出水能设计计算和规划给出的以下特征值：多年平均流量；水电站水库调节类型；水电站类型与厂房型式；水电站特征水头；水电站装机容量；水电站设计保证率；水电站保证出力；多年平均发电量；年利用小时数；电力系统设计水平年最大负荷；引水系统的引水方式；水电站下游水位与流量关系曲线。在得到上述资料后，需要对资料进行适当的校核；其中重点是校核水电站特征水头。笫二节机组台数与机型的选择一、机组台数的选择：1 .台数与
4、投资的关系台数多，单机容量小，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 .台数对运行效率的影响机组台数多，可以灵活改变机组运行方式，调整机组负荷，避开低效率区运行，以是电站保持较高的平均效率。机组类型不同，台数对电厂平均效率的影响就不同。轴流转浆式水轮机，由于单机的效率曲线平缓且高效区宽，台数多少对电厂的平均效率影响不明显；而混流式、轴流定浆式水轮机其效率曲线较陡，当出力变化时，效率变化较剧烈，适当增加台数可明显改善电厂运行的平均效率。3 .台数与运行维护的关系台数多，运行方式灵活机动，事故停机影响小，单机
5、检修易于安排，但对全厂检修麻烦；同时，台数多，机组开、停机操作频繁，事故的次数可能增加。4 .台数与其他因素的关系5 .1台数与电网的关系对于区域电网的单机：装机容量较小呈15%!（统最大负荷（不为主导电站）；装机容量较大呈10%!（统容量（系统事故备用容量），因而，单机容量与台数选取不受限制。6 .2台数与保证出力的关系根据设计规范要求，机组单机容量应以水轮机单机运行时其出力在机组的稳定运行区域范围内确定为原则。不同型式的水轮机的稳定运行负荷区域如表1。综上所述，可以确定机组台数选择的原则：对中小型水电站，一般选择24台；保证在水头低于额定水头时，机组受阻容量尽量小；在可能的情况下尽量选用单
6、机容量较大的水轮机，以降低设备造价。表11不同型式的水轮机的稳定运行负荷区域型式稳定运行负荷区域（。%型式稳定运行负荷区域（%）混流式40100冲击式25100轴流定浆式70100轴流转浆式30100贯流转浆式25100二、转轮型号的选择转轮型号的选择主要根据电站水头变化范围(HminHna查相应的水轮机型谱参数表，以选择适用电站水头变化范围的水轮机型号为原则；若有多种型号可供选择，则需要列为备选方案，待进行参数计算比较后再确定。第三节水轮机主要参数的选择与计算在确定了不同的备选方案后，应对所有的备选方案进行参数计算，为水轮机选择比较提供依据。参数计算的内容和步骤如下：1.水轮机转轮直径DD一
7、Pr19.81QiiHrf式中，刀f一发电机效率，通常中小型取0.930.96,大中型取0.960.98;“一取nii0与Qi交点的效率，并Q1一对混流式水轮机，取限制工况下的单位流量。对轴流转浆式水轮机，取最优工况与限制工况之间的单位流量；一般水头较高时取靠近下限值，水头较低时取靠近上限值。加上13%啰正值。D(cm)根据计算结果，可适当取大一点，一般是取5的倍数关系的直径值，也可以采用非标直径。2 .原型水轮机最高效率与效率修正值max =1-(1- mmax)Dim1,D1m max -式中1 水轮机工艺误差引起的效率下降值， 2 水轮机异形部件引起的效率下降值，一般取3.水轮机转速计算
8、与选择(:o)M max12)对大中型水轮机取 12%,对中小型水轮机取 24%13% (中小型水轮机通常不予考虑)#n*。心D1式中,-n11n110 Mn110=n110M+An11,修正条件以下列为准：Pmax-1若pr且接近。水轮机实际工作范围的校核分别求出H-x、小日、n下对应的单位转速，要求H/V下对应的n11Ma与n11M0相近，fax、Hnin时对应的n11Mmin、n11Mma在模型综合特性曲线图上，其范围应包含高效率区。若是有两同步转速，分别计算出各水头对应的单位转速，并检查两方案的运行区域后，选择较优的转速方案。5 .水轮机最大允许吸出高度计算Hs =10E900K, =
9、 1.21.4 ;采用优质式中：K。一安全系数；K，的取值方法如下混流式转轮：用不锈钢时，K,W1.11.2;易空化部位有抗空化措施时,碳钢时，K，1.4。（对含砂量较大电站K，适当取大些；多机组K，取小些）E-水轮机安装处的海拔高程，m；初设时可用最低尾水位Zxd计算出。在设计水头下的0M,可由设计水头下单位转速n11r,作水平线与模型综合特性曲线交点对应的仃M。在最大水头下的仃m,需采用用试算法求：即在最大水头下A”先试取某一m（可得对应的Q11m），Pf效率修正后n=m+刈，代入式Qn=天行算得Qn,直到取得的Qnm不大于5%Q11时，9.81D12Hf可认为两者在同一点上（即满足要求）
10、，再取其对应的aM，代入上式进行计算出最大水头的吸出高度。Hs的选择：分别计算出在Hs、Pr和Hmax、R时的Hs值，选偏小的Hs,以防止产生空化。6.实际的水轮机额定水头2Hr=（P产9.81DiQii因不同的D1、n与水能预算Hr有差异：Hr=（D）2n11r式中：=%+”,M以n11r=nD1MHr与Qi1查模型曲线交点处值。7 .水轮机实际的额定流量2Qr-Q11D1HHr式中：Hr采用上述（6）中的计算结果。8 .水轮机安装高程Z=ZwHsb02式中：Zw为电站的下游尾水位，单位m.水电站的下游尾水位是随电站的流量变化而变化的，它与机组运行方式、水库综合利用等有关。在实际工程中，一般
11、是根据水电站的最低尾水位来计算。在初步设计阶段，对中小型水电站，若装机12台时,可按一台机组50%定出力时相应的流量所应的下游水位作为Zxw；若装机大于34台时，可按一台机组满负荷时的流量所对应的下游尾水位作为Zxw。对于大中型水电站，下游水位需作方案比较和专题论证。9 .水轮机最大飞逸转速Hmaxn-nrunrun.11一Dinrun.n为该机型的单位飞逸转速，可通过相关设计资料查找得出。10 .水轮机轴向水推力、总轴向力原型水轮机的轴向水推力可按下式近似计算：L3/2.，Fh=9.8110K-DiHmax(N)4式中：D为转轮直径(m);Hmax为最大水头(成；K为转轮的轴向水推力系数(kN/m3),一般由经验统计方法得出，具体见表1-3和表1-4所示。表1-3混流式水轮机的轴向水推力系数转轮型号HL310HL240HL230HL220HL200HL180HL160HL120HL110HL100K0.370.450.340.410.180.22
