水电站课程设计说明书..

水电站课程设计说明书水电站课程设计说明书第一章基本资料第二章水轮发电机选择第一节机组台数和机组型号选择及水轮机主要参数确定第二节蜗壳和尾水管的尺寸选择第三节发电机组的选择及尺寸第三章水电站厂房设计第一节主厂房的平面尺寸确定第二节主厂房布置的构造要求第三节桥吊选择第四节副厂房布置附：计算书第一节基本资料第二节水轮发电机选择第三节水轮机厂房设计第一章基本资料1.流域概况该水电站位于S河流的上游，电站坝址以上的流域面积为20,300km2，本电站属于该河流梯级电站中的一个。2.水利动能本电站的主要任务是发电。结合水库特性、地区要求可发挥养鱼等综合利用效益。本电站水库特征水位及电站动能指标见表1表1H水电站工程特性表名称单位数量备注一、水库特性1、水库特征水位校核洪水位(P=0.1%)m293.90设计洪水位(P=1%)m290.90正常蓄水位m290.00死水位m289.002、正常蓄水位时水库面积km215.173、水库容积校核洪水位时总库容108m32.29正常蓄水位时库容108m31.63死库容108m31.49二、下泄流量及相应下游水位包括机组过流量1、设计洪水最大下泄量m3.s-18200.00相应下游水位m273.202、校核洪水最大下泄量m3.s-111700.00相应下游水位m274.90三、电站电能指标装机容量MW200.00保证出力MW35.00多年平均发电量108kW.h4.35年利用小时数h2255四、水轮机工作参数最大工作水头m25.60最小工作水头m22.80设计水头m23.3005000100001500020000264266268270272274276278280水位(m)流量(m2/s)图1下游水位——流量关系曲线第二章水轮发电机选择第一节水轮机的台数和机组型号选择及水轮机主要参数确定台数：4台，单机容量50KW；型号：HL310主要参数：直径D1=6.5m；转速n=71.4r/min；允许吸出高度Hs=0.143m第二节蜗壳和尾水管的尺寸选择混凝土蜗壳，包角为0225L+x=6.4m，L-x=4.8m弯肘形尾水管，参数如下表所示：参数1DhL5B4D4h6h1L5h肘管型式适用范围实际6.516.929.2517.688.7758.7754.387511.837.93标准混凝土肘管混流式第三节发电机组的选择及尺寸发电机型号为SF50-60/920，具体参数如下表所示：因水轮机的发电功率50MW，转速n=72r/min则选择发电机的型号为SF50-60/920。形式额定容量Nf(MW)功率因数cosφ额定电压（KVA）转速n(r/min)半伞式500.858800136.4nf飞轮力矩（kN*m2)转子重（t)定子重(t)总重(t)25010600235145478发电机的尺寸根据发电机的型号，查出发电机的主要尺寸（长度和高度均为mm)外径aD(cm)内径Di(cm)长度Lt(cm)定子基座高h1上机加高度h29208621152540835转子磁颚轴向高度h10定子水平中心线到法兰底距离h12发电机主轴高度h11201243302660下机架最大跨度D4水轮机基坑直径D5推力轴承装置外径D6647056003600定子支撑面至下机架支撑面距离h8下机架支撑面到法兰底面距离h9永磁机及转速继电器高度h6推力轴承高度h3法兰盘底至发电机顶的距离H221594065011009580定子支撑面到发电机层底高度h基座外径D1风罩内径D2转子外径D3337510400130008590第三章水电站厂房设计第一节主厂房的平面尺寸确定1.主厂房的长度L=116m2.主厂房的宽度B=26.6m3.主厂房高度1.安装高程安=264.71m2.尾水管底板高程尾=243.54m3.开挖高程挖=241.54m4.水轮机层底板高程水=266.98m5.发电机层地板高程发=272.52m6.吊车轨顶高程(P176)吊=301.12m7.厂房天花板及屋顶高程天=310.62m顶=311.27m第二节主厂房布置的构造要求1.厂房内的交通2.厂房应注意采光，通风，取暖，防潮，防火等3.主厂房的分缝和止水第三节桥吊选择双小车150t2桥式起重机第四节副厂房布置副厂房设在主厂房靠对外交通的一边。附：计算书第一节基本资料见设计说明书第二节水轮发电机选择一、机组台数和机组型号选择及水轮机参数确定选择机组台数时，应对加工制造能力和运输条件、总投资、水电站的运行效率和运行灵活性、运行维护工作量的大小等因素进行综合考虑，经技术经济比较确定机组台数。为了使电气主结线对称，大多数情况下机组台数为偶数。对于中小型水电站，为保证运行的可靠性和灵活性，机组台数一般不少于2台。本电站属于中型水电站，所以建议选用4台。单机容量等于装机容量与台数的比值，所以单机容量为200/4=50MW根据该水电站的水头变化范围22.80—25.60m，查表找出合适的机型有HL310和ZZ440两种。下面通过参数比较再选择选用哪种型号。HL310水轮机主要参数的选择：1.转轮直径1D计算查表3-6和图3-12可得HL310水轮机在限制工况下的单位流量为1MQ=1400sL=1.40sm3，效率M=82.6％,由此可初步假定原型水轮机在该工况下的单位流量1Q=1MQ=1.40，效率=86％。由公式1D=rr1rHHQ9.81N=86.0%23.3023.301.49.8110503=6.135m，选用与之接近而偏大的标称直径1D=6.5m。2.转速n计算查表3-4可得HL310型水轮机在最优工况下单位转速10Mn=88.3minr，初步假定10n=10Mn，因为该电站是河床式水电站，所以加权平均水头avH=0.9Hr=0.923.30=25.89m，由公式n=11nDH=1av10DHn=625.8988.3=69.08minr，选用与之接近而偏大的同步转速n=71.4minr。3.效率及单位参数修正采用公式max=5111Mmax))(-1(-1DDM进行修正。查表3-6可得HL310型水轮机在最优工况下的模型最高效率为Mmax=89.6%，，模型转轮直径为1MD=0.39m，根据公式可得原型效率max=51)6.50.39(89.6%)-(1-1=94.1%，则效率修正值为=Mmaxmax-=94.1%-89.6%=4.5%，考虑到模型与原型水轮机在制造工艺质量上的差异，常在已求得的值中再减去一个修正值。现取=1.0%，则可得效率修正值为=3.5%，由此可得原型水轮机在最优工况和限制工况的效率为：max=Mmax+=89.6%+3.5%=93.1%=M+=82.6%+3.5%=86.1%（与上述假设值基本相同）单位转速的修正值按下式计算：1n=)1(nmaxmax10MM则10M1nn=)1(maxmaxM=1896.0931.0=1.93%由于1M1nn3.0%，按规定单位转速可不加修正，同时，单位流量1Q也可以不加修正。由上可见，原假定的=86%，1Q=1MQ，10n=10Mn是正确的，那么上述计算及选用的结果1D=6.5m，n=71.4minr也是正确的。4.工作范围的检验在选定1D=6.5m，n=71.4minr后，水轮机的1maxQ及各特征水头相对应的1n即可计算出来。水轮机在rHrN下工作时，其1Q即为1maxQ，故1maxQ=rr21rHH9.81DN=86.1%23.3023.306.59.8110503=1.2461.4sm3则水轮机的最大引用流量为maxQ=1maxQr21HD=30.236.51.2462=254.11sm3与特征水头maxHminH和rH相对应的单位转速为1minn=max1HnD=25.606.571.4=91.73minr1maxn=min1HnD=22.806.571.4=97.20minr1rn=r1HnD=23.306.571.4=96.15minr在HL310型水轮机模型综合曲线图上分别绘出1maxQ=1246sL，1maxn=97.20minr和1minn=91.73minr的直线。由图可见，由这三根直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HL310型水轮机方案，所选定的1D=6.5m和n=71.4minr是合理的。5.吸出高度sH计算由水轮机的设计工况参数，1rn=96.15minr1maxQ=1246sL，在图3-25上可查得气蚀系数值为360.0，气蚀系数的修正值为05.0，由此可求出水轮机的吸出高度为m143.030.23)05.0360.0(-900273.20-10H)(-900-10HsZZ440水轮机方案的主要参数选择1.转轮直径1D计算由表3-7查得ZZ440型水轮机在限制工况下的单位流量1Q=1650sL=1.65sm3，同时可查的该工况下的气蚀系数=0.72。从图3-13中可查得该工况点（10n=115minr，=0.72）处的单位流量1Q=1660sL。同时查得该工况点的模型效率M=82%，并根据此假定水轮机的效率为86%。由公式1D=rr1rHHQ9.81N=86%23.3023.3016609.8110503=5.63m，选用与之相近的标称直径1D=6.0m。2.转速n计算n=1av10DHn=6.025.89115=97.52minr选用与之相近而偏大的同步转速n=100minr。3.效率及单位参数修正采用公式max=])()(7.03.0)[1(-11015111maxHHDDMMM修正。对于轴流转浆式水轮机，必须对其模型综合特性曲线图上的每个转角的效率进行修正。当叶片转角为时的原型水轮机最大效率可用下式计算max=)7.03.0)(1(-110511maxHHDDMMM根据表3-7知1MD=0.46m，MH=3.5m，并知1D=6.0m，H=23.30m，代入上式可算得max=)-1(0.646-1Mmax。叶片在不同转角时的Mmax可用模型综合特性曲线查得，从而可求出相应值得原型水轮机的最高效率max。当选用效率的制造工艺影响修正值=1%，即可计算出不同转角时效率修正值。起计算结果见下表。叶角转角-10-50510152025Mmax%84.988.088.888.387.286.081.080.0max%90.292.292.892.491.791.087.787.1max-Mmax%5.34.24.04.14.55.06.77.14.33.23.03.13.54.05.76.1由表3-7查得ZZ440型水轮机最优工况的模型效率为Mmax=89%。由于最优工况接近=00等转角线，故可采用=3.0%作为其修正值，从而得到原型最高效max=89%+3.0%=92.0%。已知M=82%，而该工况处于转角020与025之间，用内插法可求得改点的效率修正值为=5.1%,由此可得该工况点的原型水轮机效率为=82%+5.1%=87.1%（与原假定值接近），由于10M1nn=)1(maxmaxM=1%0.89%0.92=1.67%3.0%，故单位转速不作修正，同时，单位流量也可不作修正。由此可见，以上选用的1D=6.0m，n=100minr是正确的。4.工作范围宽的检验在选定1D=6.0m，n=100minr后，水轮机的1maxQ及各特征水头相对应的1n即可计算出来。1maxQ=rr21rHH9.81DN=%87.123.3023.306.09.81500002=1.45sm3则水轮机的最大引用流量为maxQ=1maxQr21HD=30.230.645.12