能源与动力工程专业水电站毕业设计计算书.docx

1、毕 业 设 计3866m水头 186MW 水电站水力机械设计专业年级 学 号 姓 名 指导教师 年 月 郑 重 声 明本人呈交的毕业设计（论文），是在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本设计（论文）所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本设计（论文）的知识产权归属于培养单位。本人签名： 日期： 摘 要在曹村水电站的原始数据的基础上，该设计对机电系统进行了初步设计，具体包括以下几个方面：对指定电站、指定原始参数的水力机械初步设计：主

2、机选型、水轮机结构及外形尺寸估算、发电机结构及外形尺寸估算、水轮机进水阀选择、提升设备选择、技术供排水系统设计、厂房布置及电气系统设计。水轮机的选型设计是整个设计过程中最关键的环节。以水轮机在模型综合特性曲线上的工作范围为依据，初步选出2个较优方案，再以技术经济性及平均效率为依据，从较优方案中选出最优方案，最终选出的最优方案水轮机型号为HL260/D74。计算了进、出水通道的主要尺寸和厂房的主要尺寸，并画出了厂房的剖面图。水电站的供水包括：技术供水、消防供水和生活供水。技术供水主要是对运行的主机及辅助设备进行冷却和润滑，消防供水是为厂房、发电机等提供消防用水，以便火灾时进行灭火，排水量计算：根

3、据蜗壳、尾水管、带压管道的蓄水情况，以及上下两级挡水板的泄水情况而定。这时，根据两个机组全负荷运行，一个机组进行维修的情况，来推算出尾水位，查电站尾水位与流量关系曲线，得为机组检修排水的设计下游水位。检修排水泵选择两台16JD4902型水泵和一台12JD2303型水泵，根据门的渗漏情况，在开动时，应同时开动两台泵，将积水排出后，再用16JD4902的水泵和12JD2303的水泵将上下闸门漏水排出。在设计电气部分的时候，首先对接入系统展开设计和计算。在本设计中，送电线路电压等级为110 KV,3回线路，送电导线型号；接着进行主接线设计，考虑发电机电压侧、送电电压侧、近区负荷侧及电站自用电侧四部分

4、。发电机电压侧选择单机接线，选择SFPSL1O-160000、SSPSL1-75000型主变，供电电压侧选择五边形，近区负荷供电线路电压等级为10.5 kV，选择双回路，供电导线类型。关键字：水轮机主机选型；蜗壳；尾水管；厂房。ABSTRACTThis design is based on the original data provided by Caocun hydropower Station, the mechanical and electrical preliminary design, including the following four parts: the designa

5、ted power station, the designated original parameters of the hydraulic machinery preliminary design.The selection and design of hydraulic turbine is the most critical link in the whole design process. In this paper, HL260/D74 runner is selected from the original data, and there are 10 schemes for se

6、lection.Three optimal schemes are preliminarily selected, and then based on the technical economy and average efficiency, the optimal scheme is selected from the optimal schemes. The final selected optimal turbine model is HL260/A244. Thewatersupplyofhydropowerstationincludes:technicalwatersupply,fi

7、rewatersupplyanddomesticwatersupply.Technicalwatersupplyismainlyfortheoperationofthemainengineandauxiliaryequipmentcoolingandlubrication,firewatersupplyistoprovidefirewaterfortheworkshop,thegenerator,soastoextinguishthefire,displacementcalculation:accordingtothevolute,tailpipe,pressurepipewaterstora

8、ge,aswellastheupperandlowertwolevelsofwaterretainingplatedrainagesituation.Atthistime,accordingtothetwounitsoffullloadoperation,oneunitmaintenance,tocalculatethetailwaterlevel,checkthestationtailwaterlevelandflowcurve,thedesignofthedownstreamwaterlevelforunitmaintenanceanddrainage.Two16JD4902pumpsan

9、da12JD2303pumpareselectedformaintenanceanddrainagepumps.Accordingtotheleakageofthedoor,twopumpsshouldbestartedatthesametimewhenstarting.Afterthewaterisdischarged,16JD4902pumpsand12JD2303pumpsareusedtodischargethewaterleakagefromtheupperandlowergate.In the electrical part of the design, the first acc

10、ess system design and calculation. In this design, the voltage level of the transmission line is 110 KV,3 circuits, transmission wire model; Then the main wiring design, considering the generator voltage side, voltage side, near the load side and the power station self-use side four parts. On the vo

11、ltage side of the generator, the single unit connection is selected, SFPSL1O-160000 and SSPSL1-75000 main transformer is selected, the power supply voltage side is selected pentagon, the voltage class of the near load power supply line is 10.5kV, the double circuit is selected, and the type of power

12、 supply wire is selected.Keywords: turbine host selection; Electromechanical design of hydropower stations; volutes; tail pipes; Plant; Turbine regulation guarantee calculation.VI目 录摘 要IABSTRACTII第1章 原始资料1第2章 水轮机选型设计32.1水轮机型号选定32.1.1水轮机型式的选择32.1.2单机容量32.2原型水轮机主要参数的选择42.2.1HL260/D74主要参数的计算42.2.2各方案列表

13、如下92.3较优方案的选择92.4技术经济指标计算92.4.1水轮机运转综合特性曲线的绘制92.4.2动能经济指标的计算122.4.3机电设备投资和耗钢量122.5最优方案的选择152.5.1各方案的综合比较152.5.2最优方案的选择162.5.3最优方案吸出高度Hs的计算162.5.4最优方案的主要参数172.6水轮机进、出流水道计算182.6.1转轮的计算182.6.2蜗壳计算182.6.3尾水管计算222.7水轮发电机外形尺寸估算232.8水轮发电机重量估算262.8.1发电机重量GF262.8.1起重设备的选择262.9厂房布置262.9.1厂房各高程的确定262.9.2厂房宽度的确

14、定282.9.3厂房长度28第3章 水系统313.1技术供水系统313.1.1用水量估算313.1.2水温313.1.3水压323.1.4水质323.1.5水源及供水方式323.1.6技术供水系统及设备323.2消防和生活供水343.2.1消防用水用户、水压和水源343.2.2消防用水用户用水量343.3检修排水353.3.1排水量计算353.3.2上、下游闸门漏水量估算363.3.3检修排水泵的选择363.4渗漏排水计算373.4.1渗漏水量的估算373.4.2集水井容积的确定373.4.3渗漏排水泵选择373.4.4渗漏排水泵的操作方式38第4章 电气系统设计394.1接入系统设计394.

15、1.1接入系统分析394.1.2估算送电容量394.1.3确定可行方案394.1.4选择送电线路的截面394.2电气主接线设计404.2.1发电机侧404.2.2送电电压侧414.2.3近区负荷侧414.2.4电厂自用电侧424.2.5短路电流计算424.2.6设备选择494.2.7电气设备选择列表53参 考 文 献54致谢55皖江工学院本科毕业设计（论文）第1章 原始资料水电站位于安徽省靖江上，建成后将向芜湖等地区供电。电站坝址选在曹村上游23公里处，该处河段有一窄口，地质条件尚好，适宜建坝。坝址附近地形图见附图。本电站为坝后式，压力钢管长70米，公路从左岸进入厂区。本电站装机有如下：表1.

16、1 水电站装机Hmax (m)H平均(m)Hmin (m)N装机（MW）利用小时（h）保证出力（MW）665438186265055以下附图为本电站下游水游曲线，下游特征洪水位如下：千年一遇洪水尾水位 74.3米 (Q=10800米3秒)百年一遇洪水尾水位 72.1米 (Q=8700米3秒)本地区地处气候温暖湿润，年平均气温16C，最高气温41C，最低气温-7C，承担峰荷为本电站建成后主要工作，有调相任务，距电站80公里处的芜湖变电所将本站接入系统(电力系统接线见附图)，并向曹村供电1500千瓦。发变电站名称台数单台容量(MVA)短路电压百分数%皖西水电站群26010.5六安变26010.5舒

17、城变2120121216淮南火电站236014龙山变212010.5176芜湖变212010.5176马鞍山变26010.5176安庆变16010.5176第2章 水轮机选型设计2.1水轮机型号选定2.1.1水轮机型式的选择根据原始数据，根据参考文献4中的表格1-1，可以看出，在这个水头范围内，适用于这个水头范围的水轮机主要有轴流式、斜流式、混流式等。斜流式可以做到对叶片和导向叶片进行双向调节，在高效率的区域拥有更大的流量和输出范围，但是由于它的结构、制作工艺和成本都比较高，所以很少被使用。混流型具有较大的转速范围，较大的水头适应性和较低的成本，由于其工作稳定，效率高而得到了广泛的应用。由于不

18、知道设计水头，所以，可以用经验公式来大致估算：Hr=0.95Ha=0.9554=51.3（m） （2 - 1）轴流式水轮机的ns为：ns=2300Hr=230051.3=321.23（mkW） （2 - 2）斜流式水轮机的ns为：ns=10000Hr+20+50=1000051.3+20+50=190.25（mkW） （2 - 3）混流式水轮机的ns为： ns=2000Hr-20=200051.3-20=259.24（mkW） （2 - 4）由于不同的水轮机，其最佳效率与比速的关系并不相同，根据参考文献1P156所示的图6-4可知，在150-250范围内，混流式水轮机的效率最高，500-600

19、范围内，而在500-600范围内，斜流式水轮机因没有找到适当的模型与参数，故在此略去。从经济上考虑，选用了260 mkW左右的混流式水轮机。参考文献1附录P307中，仅HL260/ D74可用于该电站的水头段，并符合其比速要求。2.1.2单机容量电站竣工后，根据电力系统、供电、电站运行的灵活性和检修的要求等，初步选择机组台数为2台、3台、5台作为对比。表2.1 水电站单机容量方案表台数235单机容量（MW）936237.22.2原型水轮机主要参数的选择2.2.1HL260/D74主要参数的计算先考虑HL260/D74，由水轮机型谱可知，最优单位转速n101=79r/min，单位流量Q11=1.

20、247m3/s，模型效率m=0.894，效率修正值=0.03，原型水轮机效率r=0.927，模型的转轮直径D1m=0.35m.。（一）装机台数2台，单机容量9.3万kW1、转轮直径的计算水轮机设计水头下出力： Pr=NGG=9.31040.98=94898（kW） （2 - 5）式中： G发电机的效率,一般可取0.950.98，现取0.98 NG同步发电机的额定容量kW D1=pr9.81Q11Hr1.5r = 948989.811.24751.301.50.927=4.77（m） （2 - 6）根据国家制定的反击式水轮机转轮的标准直径系统表，见参考文献1，其数值在标准值4.5m和5.0m之间

21、，根据四分之一选择法，4.5m和5.0m均需计算。2、当直径 D1=4.5m时1）原型水轮机效率：rmax=1-1-m05D1mD1=1-1-0.92750.354.5=0.956 （2 - 7） =rmax-m0=0.956-0.927=0.029 （2 - 8） T=m+=0.894+0.029=0.923 （2 - 9）2）水轮机设计流量Qr： Q11r=Pr9.81TD12Hr1.5=948989.810.9234.5251.301.5=1.408（m3/s） （2 - 10） Qr=Q11rD12Hr=1.4084.5251.30=204.21（m3/s） （2 - 11）3）同步转

22、速： n=n101HaD1=79544.5=129（r/min） （2 - 12）由参考文献1，转速计算值介于标准同步转速125136.4r/mi之间，根据四分之一选择法，选取同步转速为125r/min进行计算。水轮机工作范围的检验单位流量：Q11r=1.408（m3/s）当n=125r/min.时最大、最小和平均水头所对应的单位转速 n11min=nD1Hmax=1254.566=69.24（r/min） （2 - 13）n11max=nD1Hmin=1254.538=91.25（r/min） （2 - 14）n11av=nD1Ha=1254.554=76.55（r/min） （2 15）3

23、、当直径 D1=5m时1）原型水轮机效率：rmax=1-1-m05D1mD1=1-1-0.92750.355=0.957 （2 - 16）=rmax-m0=0.957-0.927=0.030 （2 - 17）T=m+=0.894+0.030=0.924 （2 - 18）2）水轮机设计流量Qr：Q11r=Pr9.81TD12Hr1.5=1.140（m3/s） （2 - 19）Qr=Q11rD12Hr=204.13（m3/s） （2 - 20）3）同步转速： n=n101HaD1=79545=116.11（r/min） （2 - 21）查得转速计算值介于标准同步转速115.4125r/min 4之

24、间，根据四分之一选择法，选取同步转速为115.4r/min进行计算。检验水轮机的工作范围设计工况的单位流量：Q11r=1.140（m3/s）当转速n=115.4r/min时最大、最小和平均水头所对应的单位转速n11min=nD1Hmax=115.4566=70.02（r/min） （2 - 22）n11max=nD1Hmin=115.4538=93.60（r/min） （2 - 23）n11av=nD1Ha=115.4554=78.52（r/min） （2 24）（二）装机台数3台，单机容量6.2万KW1、转轮直径的计算水轮机设计水头下的出力：pr=NGG=6.21040.98=63265（k

25、W） （2 - 25） D1=pr9.81Q11Hr1.5r = 632659.811.24751.301.50.927=3.99（m） （2 - 26）根据中国所制定的反击式水轮机转轮的标准直径系列（见参考文献1），在标准值范围内3.8m和4.1m之间，根据四分之一选择法，选取4.1m2、当直径 D1=4.1m时1）原型水轮机效率：rmax=1-1-m05D1mD1=1-1-0.92750.354.1=0.955 （2 - 27）=rmax-m0=0.955-0.927=0.028 （2 - 28）T=m+=0.894+0.028=0.922 （2 - 29）2）水轮机设计流量Qr：Q11r

26、=Pr9.81TD12Hr1.5=1.139（m3/s） （2 - 30）Qr=Q11rD12Hr=1.1394.1251.30=137.14（m3/s） （2 - 31）3）同步转速： n=n101HaD1=79544.1=141.60（r/min） （2 - 32）由参考文献1P160表6-6，转速计算值介于标准同步转速136.4150r/min之间，根据四分之一选择法，选取转速136.4r/min。水轮机工作范围的检验，单位流量：Q11r=1.188（m3/s），当n=136.4r/min时，最大、最小和平均水头所对应的单位转速为： n11min=nD1Hmax=136.44.166=6

27、8.84（r/min） （2 - 33） n11max=nD1Hmin=136.44.138=90.72（r/min） （2 - 34） n11av=nD1Ha=136.44.154=76.10（r/min） （2 - 35）（三）装机台数5台，单机容量3.72万kW1、转轮直径的计算水轮机设计水头下的出力： pr=NGG=3.721040.98=37959（kW） （2 - 36） D1=pr9.81Q11Hr1.5r = 379599.811.24751.301.50.927=3.02（m）根据中国所制定的反击式水轮机转轮的标准直径系列（见参考文献1），在标准值范围内3.0m和3.3m之间

28、，根据四分之一选择法，只需计算3.0m。2、当直径 D1=3.0m时1）原型水轮机效率：rmax=1-1-m05D1mD1=0.952 （2 - 37）=rmax-m0=0.025 （2 - 38）T=m+=0.919 （2 - 39）2）水轮机设计流量Qr：Q11r=Pr9.81TD12Hr1.5=1.273（m3/s） （2 - 40）Qr=Q11rD12Hr=1.2733.0251.30=82.06（m3/s）3）同步转速：n=n101HaD1=79543.0=193.51（r/min） （2 - 41）由参考文献1，转速计算值介于标准同步转速187.5214.3r/min之间，根据四分

29、之一选择法，选取转速187.5r/min。水轮机工作范围的检验，单位流量：Q11r=1.273（m3/s），当n=187.5r/min时，最大、最小和平均水头所对应的单位转速为：n11min=nD1Hmax=187.53.066=69.24（r/min） （2 - 42）n11max=nD1Hmin=187.53.038=91.25（r/min） （2 - 43）n11av=nD1Ha=187.53.054=76.55（r/min） （2 44）2.2.2各方案列表如下表2.2 初始方案汇总表方案型号台数(个)直径(m)转速(r/min)n11max(r/min)n11av(r/min)n11

30、min(r/min)Q11r(m3/s)1HL260/D7453.0193.5191.2576.5569.241.273234.1141.6090.7276.1068.841.188324.512991.2576.5569.241.40845116.1193.6078.5270.021.1402.3较优方案的选择按照预先制定好的各项计划，要看各项计划的工作范畴是不是包括高效区，或是包括多少高效区；位于水轮机限幅线附近的发生器；根据设计水头是否与平均水头、平均水头相一致，与其相应的旋转速度是否与最佳状态相一致，以及相应的旋转速度等原理，进行了初步的筛选。表2.3 较优方案汇总表方案型号台数容量(

31、MW)直径(m)转速（r/min）HL260/D742935116.1HL260/D743624.1141.62.4技术经济指标计算2.4.1水轮机运转综合特性曲线的绘制根据运转特性曲线，绘制每个较优方案的转轮运转综合特性曲线（一）等效率曲线的绘制1、在给定的水位高度下，选择4个水位高度，分别画出了各水位高度下的水位高度与输出功率的工作特征曲线。2、在经过一定的有效值后，将这条曲线的交点称为 N和 H。3、将每一点的 N值和 H值绘制在座标上，并将它们连接为一条平滑的曲线。用上述的方式，画出其他效能数值的等效曲线。要想确定等效率曲线上的拐点，先从各水头下的最高效率值、两辅助曲线图开始，再通过效

32、率值出拐点所对应的与曲线。（二）绘制出力限制线设计水头是指一台水轮机在其额定输出能力下所能达到的最小水头：1、当HHr时，水轮机的P受限于发电机额定容量，所以此时的限制线是N=Nr的垂直线。2、当HHr时，水轮机组的最大过流量有一定的极限，此时，叶片的开度已达最大，可用模型综合特征曲线的5%数值求出极限输出。每一种方法的等效曲线所需要的参数列表：表2.4方案I参数汇总表D=5m n=116.1r/min =0.030m H=66mn11=70.02（r/min）H=54mn11=78.52（r/min）H=51.3m n11=81.29（r/min）H=38mn11=93.60（r/min）Q

33、11(L/s)P(MW)Q11(L/s)P(MW)Q11(L/s)P(MW)Q11(L/s)P(MW)82%0.85066361.3268551.0370448.5677845.0184%0.87071968.0774656.8876453.9485250.4585%0.88074871.6378060.1680157.2189853.7886%0.89077875.3581463.5084060.6794257.0687%0.90080979.2385467.3788564.6498860.5288%0.91084583.6890372.0393869.28102863.6789%0.920

34、88588.6195276.7797973.10106066.3890%0.93092593.6298380.13101176.31110069.6391%0.94096498.62101883.88104379.57114072.9492%0.9501001103.49105287.60108583.6692%0.9501087112.38115195.85115989.3791%0.9401154118.05120098.87120792.09121477.6790%0.9301195120.951234100.59124393.82125279.2589%0.9201234123.551

35、263101.85127294.98128080.1588%0.9101271125.871292103.05129895.86130380.7087%0.9001300127.321318103.97132296.56132581.1686%0.8901327128.521344104.84134797.30134681.5385%0.8801354129.661366105.36136897.70137082.0584%0.8701378130.461388105.84139098.14138982.2582%0.8501419131.251427106.31142898.50142682

36、.4910皖江工学院本科毕业设计（论文）表2.5方案II参数汇总表D=4.1m n=141.6r/min =0.028m H=66mn11=68.84（r/min）H=54mn11=76.10（r/min）H=51.3m n11=78.31（r/min）H=38mn11=90.72（r/min）Q11(L/s)P(MW)Q11(L/s)P(MW)Q11(L/s)P(MW)Q11(L/s)P(MW)82%0.84866349.7166536.8067534.3884527.6884%0.86871955.1872040.9073038.0693331.2885%0.87875058.227524

37、3.21 76040.0897333.0086%0.88877961.1778045.32 79242.24101234.7187%0.89881064.3281447.83 82944.71105336.5388%0.90884667.92 85350.6887047.45109035.2389%0.91887971.3589653.8292250.84112639.9390%0.92892375.7493556.7895653.28116241.6591%0.938/97960.0999856.22/92%0.948/100462.28112464.00/92%0.948/110068.2

38、4113064.34/91%0.938/116571.51118566.76/90%0.928115694.85 120673.24122168.05124644.6789%0.918115893.99124874.97126369.64127445.1888%0.908122097.95 127875.94129470.57130045.6087%0.898124098.46130376.57131370.82132245.8686%0.8881280100.50133177.34133971.41134346.0785%0.8781314102.01135777.97136171.7713

39、6646.3384%0.8681334102.38 138078.38138972.41138746.5182%0.8481386103.92 142078.80142872.73141346.29图2.1 方案I的运转特性曲线图图2.2 方案II的运转特性曲线图2.4.2动能经济指标的计算根据绘制的运转特性曲线，利用面积法求各个较优案的平均效率 a=1+22*AA （2 - 45）式中： 1特性曲线上相邻等效率线上的效率值2特性曲线上相邻等效率线上的效率值A 特性曲线上两相邻效率线之间的面积各方案的运转特性曲线为：利用面积法，得到每个方案的平均效率为：表2.6 各方案效率列表方案水轮机平均效率89.8%90.2%2.4.3机电设备投资和耗钢量水力机械部分1、水轮机水轮机总重包含了调速器、油压装置和其他辅助设备的水轮机的总重量，从选择的计算中可以得出，选择水轮机为HL260/D74，根据查得估算公式Gt=KD1aHb， K、 b为与水头有关的系数， a为与水轮机转轮直径有关的系数。根据参考文献15查得：