水电站水轮机选型设计

..院校：河北工程大学水电学院专业班级：水利水电建筑工程01班姓名：尹清振学号：113520115指导老师：简新平..水电站水轮机的选型设计摘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：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】Curriculumprojectofhydrostationisaimportantcourseandpracticalprocessincurriculumprovisionofwater-powerengineeringmajor.Therearemorecontentsandspecializedknowledgeinthecurriculumproject,whichmakestudentsnottoadaptthemselvesquicklytocompletethedesign.Inthispaper,characteristicofthecurriculumprojectisanalyzed,causesofinadaptationtothecurriculumprojectinstudentsarefound,rationalguardingmethodareproposed,andaexampleofapplyingtheguardingmethodisgiven.Theresultsshowthatusingprovidedmethodtoguardstudentdesignisagoodmethod,whenteachingmodeandtimechartaregiven,studentsareguardedfrommodeofthinkingandmethodology,anddesignsteparediscussedandgiven.Afterthecurriculumprojectofhydrostation,thecapabilityofstudentstosolvepracticalengineeringproblemsisimproved,andtheconfidencetoengageindesignisstrengthened.【Keyword】Curriculumprojectofhydrostation;guardingmethod;modeofthinking;methodology;designstep.....水电站水轮机选型设计第一节基本资料……………………………………41.1基本资料1.2设计内容第二节机组台数与单机容量的选择………………42.1机组台数与机电设备制造的关系2.2机组台数与水电站投资的关系2.3机组台数与水电站运行效率的关系2.4机组台数与水电站运行维护工作的关系2.5单位容量的选择第三节水轮机型号、装置方式、转轮直径、转速、及吸出高度与安装高程的确定……………………………………53.1HL240型水轮机3.2ZZ440型水轮机3.3两种方案的比较分析第四节水轮机运转特性曲线的绘制………………134.1基本资料4.2等效率曲线的计算与绘制4.3出力限制线的绘制4.4等吸出高度线的绘制第五节蜗壳设计……………………………………155.1蜗壳型式选择5.2主要参数确定5.3蜗壳的水力计算及单线图，断面图的绘制第六节尾水管设计……………………………………186.1尾水管型式的选择6.2尺寸确定及绘制平面剖面单线图第七节调速设备的选择……………………………………198.1调速器的计算8.2接力器的选择8.3调速器的选择8.4油压装置的选择参考资料……………………………………21..大江水电站水轮机选型设计第一节基本资料1.1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机组台数与机电设备制造的关系机组台数增多，单机容量减少，尺寸减小，制造及运输较易，这对制造能力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。2.2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。2.3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。2.4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。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kw8.6万kw25万kw，该水电站为中型水电站，并担任系统调峰、调相及少量的事故备用容量，同时兼向周边地区供电。且宜选用偶数机组台数（两个合用一个变压器，方便变电和配电）：4台。2.5单位容量的选择:单机容量N=6.8÷4=1.7万KW,水轮机额定出力:FFrNN(F：发电机效率：96%-98%,取96%)即rN=N÷96﹪=17000÷96﹪=17708KW。第三节水轮机型号、装置方式、转轮直径、转速、及吸出高度与安装高程的确定根据该水电站的水头变化范围24.72m～35.87m，参照《水电站》表3-3和表3-4的水轮机系列型普表查出合适的机型有HL240型水轮机（适用范围25~45）和ZZ440型水轮机（适用范围20-40）两种。现将这两种水轮机作为初步方案，分别求出其有关参数，并进行比较分析。3.1HL240型水轮机3.1.1转轮直径D计算查《水电站》表3-6可得HL240型水轮机在限制工况下的单位流量smSLQM3'124.11240，效率%4.90M，由此可初步假定原型水轮机在该工况下的单位流量smQQM3'1'124.1，效率%92。..上述的'1Q=1.24m³/s、rN=17708KW、%92和Hr=28.5带入1D=5.285.2824.192.081.917708=3.22m选用与之接近而偏大的标称直径1D=3.3m.3.1.2转速计算1'10DHnnav式中：'1'10'10nnnM由《水电站》表3-6查得在最优工况下的'10Mn=72.0，初步假定1010''mnnn=3.35.2872=116.5r/min上式中：'1n——单位转速采用最优单位转速'1072nr/minH——采用设计水头，Hr28.5m1D——采用选用的标准直径1D=3.3m采用与其接近的偏大的同步转速n=125r/min3.1.3效率修正值的计算由水利机械附表1查得HL240在最优工况下最高效率为maxM＝92.0%模型转轮直径1MD=0.46m所以原型水轮机的最高效率可采用下式计算，即511maxmax)1(1DDMM=1-（1-0.92）53.346.0=0.946=94.6％则效率修正值为max-min=94.6%-92%=2.6%，考虑到制造水平的情况，常1'19.81rrrNDQHH..在以求得的中再减一个修正值，取=1％，ε'=0；则效率修正值为minmax-ε'=0.946-0.92-0.01=0.016=1.6%由此可得原型水轮机在限制工况下的效率为=m+=90.4%+1.6%=92%（与上述假定相同）单位转速的修正值按下式计算:192.0946.01''maxmax101nn=0.0140.03由于'1'10nn＜0.03，按规定单位转速可不加修正，同时，单位流量Q也可不加修正。由上可见，原假定的%92，''11MQQ,''1010Mnn是正确的，那么上述计算及选用结果1D=3.3m和n=125r/min也是正确的。3.1.4工作范围校核在选定1D=3.3m，n＝125r/min后，水轮机的最大的'1maxQ及各特征水头相对应的'1n即可计算出来水轮机在Hr=28.5、Nr=17708下工作时，其相应的最大单位流量'1Q即为'1maxQ，故:max1'Q=rr11HHD81.9Dr=5.285.2892.03.33.381.917708=1.191.24sm3则水轮机的最大引用流量为rHDDQQ11maxmax1'=1.193.3²5.28=69.18(m³/s)对'1n值：在设计水头rH=28.5m时min)/(3.775.283.3125'11rHnDnrr在最大水头Hmax=35.87m时max1'n=max1HnD=87.353.3125=68.86(r/min)..在最小水头Hmin=24.72m时min1'n=min1HnD=72.243.3125=83(r/min)在HL240型水轮机模型综合特性曲线图（图3-1)上分别绘出max1'Q=1.19m³/s，'1maxn68.86r/min和min1'n=83(r/min)为常数的直线，由图可见，由这三根直线所围成的水轮机工作范围（图中阴影部分）基本上包含了该特性曲线的高效率区。所以对于HL240型水轮机方案，所选定的参数1D=3.3m和转速n=125r/min是比较满意的，但是还需要和其他方案作前面的比较。3.1.5吸出高度Hs的计算由水轮机的设计工况参数'1rn＝77.3r/min，'1maxQ＝1190Ls，在图3-1上查得相应的气蚀系数＝0.195，在《水电站》图2－26查得气蚀系数修正值为＝0.04由此可得水轮机的吸出高度10()900sHH＝10-90024-（0.195+0.04）×28.5＝3.28m-4m3.1.6装置方式：采用立轴安装方式3.1.7安装高程的确定由立轴混流式HL24020bHZsWA=24+3.28+3.3×0.365/2=27.88m所以，HL240型水轮机方案的吸出高度满足电站要求H