水電站課程設計說明書

1、電站課程設計說明書水電站課程設計說明書第一章 基本資料第二章 水輪發(fā)電機選擇第一節(jié) 機組臺數和機組型號選擇及水輪機主要參數確定第二節(jié) 蝸殼和尾水管的尺寸選擇第三節(jié) 發(fā)電機組的選擇及尺寸第三章 水電站廠房設計第一節(jié) 主廠房的平面尺寸確定 第二節(jié) 主廠房布置的構造要求 第3節(jié) 橋吊選擇第4節(jié) 副廠房布置附：計算書第1節(jié) 基本資料第2節(jié) 水輪發(fā)電機選擇第3節(jié) 水輪機廠房設計第1章 基本資料1.流域概況該水電站位于S河流的上游，電站壩址以上的流域面積為20,300km2，本電站屬于該河流梯級電站中的一個。2.水利動能本電站的主要任務是發(fā)電。結合水庫特性、地區(qū)要求可發(fā)揮養(yǎng)魚等綜合利用效益。本電站水庫特征

2、水位及電站動能指標見表1表1 H水電站工程特性表名 稱單位數量備注一、水庫特性 1、水庫特征水位 校核洪水位(P=0.1%)m 設計洪水位(P=1%)m 正常蓄水位m 死水位m 2、正常蓄水位時水庫面積km2 3、水庫容積 校核洪水位時總庫容108m3 正常蓄水位時庫容108m3 死庫容108m3二、下泄流量及相應下游水位包括機組過流量 1、設計洪水最大下泄量m3.s-1 相應下游水位m 2、校核洪水最大下泄量m3.s-1相應下游水位m三、電站電能指標 裝機容量MW 保證出力MW 多年平均發(fā)電量108 年利用小時數h2255四、水輪機工作參數 最大工作水頭m 最小工作水頭m 設計水頭m圖1 下

3、游水位流量關系曲線第二章 水輪發(fā)電機選擇第一節(jié) 水輪機的臺數和機組型號選擇及水輪機主要參數確定臺數：4臺，單機容量50KW；型號：HL310主要參數：直徑D1=6.5m；轉速n=7r/min；允許吸出高度Hs=第二節(jié) 蝸殼和尾水管的尺寸選擇混凝土蝸殼，包角為彎肘形尾水管，參數如下表所示：參數肘管型式適用范圍實際標準混凝土肘管混流式第三節(jié) 發(fā)電機組的選擇及尺寸發(fā)電機型號為SF50-60/920，具體參數如下表所示：因水輪機的發(fā)電功率50MW，轉速n=72r/min則選擇發(fā)電機的型號為SF50-60/920。形式額定容量Nf(MW)功率因數cos額定電壓（KVA）轉速n(r/min)半傘式5058

4、8001nf飛輪力矩（kN*m2)轉子重（t)定子重(t)總重(t)25010600235145478發(fā)電機的尺寸根據發(fā)電機的型號，查出發(fā)電機的主要尺寸（長度和高度均為mm)外徑(cm)內徑Di(cm)長度Lt(cm)定子基座高h1上機加高度h29208621152540835轉子磁顎軸向高度h10定子水平中心線到法蘭底距離h12發(fā)電機主軸高度h11201243302660下機架最大跨度D4水輪機基坑直徑D5推力軸承裝置外徑D6647056003600定子支撐面至下機架支撐面距離h8下機架支撐面到法蘭底面距離h9永磁機及轉速繼電器高度h6推力軸承高度h3法蘭盤底至發(fā)電機頂的距離H2215940

5、65011009580定子支撐面到發(fā)電機層底高度h基座外徑D1風罩內徑D2轉子外徑D3337510400130008590第三章 水電站廠房設計第一節(jié) 主廠房的平面尺寸確定的長度 L=116m1.安裝高程 2.尾水管底板高程 3.開挖高程 5.發(fā)電機層地板高程 6.吊車軌頂高程(P176)=310.62m 第二節(jié) 主廠房布置的構造要求1. 廠房內的交通2. 廠房應注意采光，通風，取暖，防潮，防火等3. 主廠房的分縫和止水第三節(jié) 橋吊選擇雙小車橋式起重機第4節(jié) 副廠房布置副廠房設在主廠房靠對外交通的一邊。附：計算書第一節(jié) 基本資料 見設計說明書第二節(jié) 水輪發(fā)電機選擇一、機組臺數和機組型號選擇及水

6、輪機參數確定選擇機組臺數時，應對加工制造能力和運輸條件、總投資、水電站的運行效率和運行靈活性、運行維護工作量的大小等因素進行綜合考慮，經技術經濟比較確定機組臺數。為了使電氣主結線對稱，大多數情況下機組臺數為偶數。對于中小型水電站，為保證運行的可靠性和靈活性，機組臺數一般不少于2臺。本電站屬于中型水電站，所以建議選用4臺。單機容量等于裝機容量與臺數的比值，所以單機容量為200/4=50MW25.60m，查表找出合適的機型有HL310和ZZ440兩種。下面通過參數比較再選擇選用哪種型號。HL310水輪機主要參數的選擇：1. 轉輪直徑計算查表3-6和圖3-12可得HL310水輪機在限制工況下的單位流

7、量為=1400，效率=82.6,由此可初步假定原型水輪機在該工況下的單位流量=1.40，效率=86。由公式=6.135m，選用與之接近而偏大的標稱直徑=6.5m。2. 轉速n計算查表3-4可得HL310型水輪機在最優(yōu)工況下單位轉速，初步假定=，因為該電站是河床式水電站，所以加權平均水頭=25.89m，由公式n=。3. 效率及單位參數修正采用公式=進行修正。查表3-6可得HL310型水輪機在最優(yōu)工況下的模型最高效率為=89.6%，模型轉輪直徑為=0.39m，根據公式可得原型效率=94.1%，則效率修正值為=94.1%89.6%=4.5%，考慮到模型與原型水輪機在制造工藝質量上的差異，常在已求得的

8、值中再減去一個修正值。現(xiàn)取=1.0%，則可得效率修正值為=3.5%，由此可得原型水輪機在最優(yōu)工況和限制工況的效率為：=+=89.6%+3.5%=93.1%=+=82.6%+3.5%=86.1%（與上述假設值基本相同）單位轉速的修正值按下式計算：=則 =1.93%由于<3.0%，按規(guī)定單位轉速可不加修正，同時，單位流量也可以不加修正。由上可見，原假定的=86%，=，=是正確的，那么上述計算及選用的結果也是正確的。4. 工作范圍的檢驗在選定后，水輪機的及各特征水頭相對應的即可計算出來。水輪機在下工作時，其即為，故=則水輪機的最大引用流量為=與特征水頭 和相對應的單位轉速為=在HL310型水輪

9、機模型綜合曲線圖上分別繪出=1246，和的直線。由圖可見，由這三根直線所圍成的水輪機工作范圍基本上包含了該特性曲線的高效率區(qū)。所以對于HL310型水輪機方案，所選定的是合理的。5. 吸出高度計算由水輪機的設計工況參數，=1246，在圖3-25上可查得氣蝕系數值為，氣蝕系數的修正值為，由此可求出水輪機的吸出高度為ZZ440水輪機方案的主要參數選擇1. 轉輪直徑計算由表3-7查得ZZ440型水輪機在限制工況下的單位流量=1650，同時可查的該工況下的氣蝕系數=0.72。從圖3-13中可查得該工況點（=115，=0.72）處的單位流量=1660。同時查得該工況點的模型效率=82%，并根據此假定水輪機

10、的效率為86%。由公式=5.63m，選用與之相近的標稱直徑=6.0m。2. 轉速n計算n=選用與之相近而偏大的同步轉速n=100。3. 效率及單位參數修正采用公式=修正。對于軸流轉漿式水輪機，必須對其模型綜合特性曲線圖上的每個轉角的效率進行修正。當葉片轉角為時的原型水輪機最大效率可用下式計算=根據表3-7知=0.46m，=3.5m，并知=6.0m，H=23.30m，代入上式可算得=。葉片在不同轉角時的可用模型綜合特性曲線查得，從而可求出相應值得原型水輪機的最高效率。當選用效率的制造工藝影響修正值=1%，即可計算出不同轉角時效率修正值。起計算結果見下表。葉角轉角-10-50510152025%-

11、% 由表3-7查得ZZ440型水輪機最優(yōu)工況的模型效率為=89%。由于最優(yōu)工況接近=等轉角線，故可采用=3.0%作為其修正值，從而得到原型最高效=89%+3.0%=92.0%。 已知=82%，而該工況處于轉角與之間，用內插法可求得改點的效率修正值為=5.1%,由此可得該工況點的原型水輪機效率為=82%+5.1%=87.1%（與原假定值接近），由于=1.67%<3.0%，故單位轉速不作修正，同時，單位流量也可不作修正。由此可見，以上選用的=6.0m，n=100是正確的。4. 工作范圍寬的檢驗在選定=6.0m，n=100后，水輪機的及各特征水頭相對應的即可計算出來。=則水輪機的最大引用流量為

12、=與特征水頭 和相對應的單位轉速為=在HL310型水輪機模型綜合曲線圖上分別繪出=1450，和的直線。由圖可見，由這三根直線所圍成的水輪機工作范圍基本上包含了該特性曲線的高效率區(qū)。5. 吸出高度計算在水輪機的設計工況點（，）處，由圖3-26可查得氣蝕系數約為0.57，查圖2-26查得=0.05，則可求出水輪機的吸出高度為=-4.74m、下面通過列表進行參數比較分析：序號項目ZZ440HL3101模型轉輪參數推薦使用水頭范圍（m）2036<302最優(yōu)單位轉速（r/min）1153最優(yōu)單位流量（L/s）80011204限制工況單位流量（L/s）165012405最高效率（%）896設計工況氣

13、蝕系數7原型水輪機參數工作水頭范圍（m）8轉輪直徑（m）6.09轉速（r/min）10010最高效率（%）9293.111額定出力（kW）500005000012最大引用流量（）2254.1113吸出高（m）-43由上表可見，兩種機型的方案的水輪機轉輪直徑ZZ440小于HL310。但是HL310型水輪機方案的工作范圍包含了更多地高效率區(qū)域，運行效率較高，氣蝕系數較小，安裝高程較高，有利于提高年發(fā)電量和減小電站廠房的開挖工程量；而ZZ440型水輪機方案的機組轉速較高，有利于減小發(fā)電機尺寸，降低發(fā)電機造價，但這種機型水輪機及其調節(jié)系統(tǒng)的造價較高。根據以上分析，在制造供貨方面沒有問題時，初步選用HL

14、310型方案較為有利。綜上，本組選用HL310型水輪機。二、蝸殼和尾水管的尺寸選擇由于本電站水頭較低，選擇混凝土蝸殼，通過225º和180°兩個包角方案的分析比較，225º包角易于與壓力管道連接，予以采用。經計算，蝸殼+x方向寬6.4m，-x方向寬4.8m。2. 尾水管的選擇尾水管可采用標準彎肘型尾水管，彎肘型尾水管由進口直錐段、中間肘管段和出口擴散段三部分組成，其輪廓尺寸確定見下圖。參數肘管型式適用范圍標準標準混凝土肘管混流式實際三、發(fā)電機組的選擇及尺寸 根據額定功率小于150，選用傘式水輪發(fā)電機，查表3-11（P166）選用型號為SF50-44/920。相關尺

15、寸見下表：相關參數形式額定容量Nf(MW)功率因數cos額定電壓（KVA）轉速n(r/min)半傘式50588001nf飛輪力矩（kN*m2)轉子重（t)定子重(t)總重(t)25010600235145478發(fā)電機的尺寸根據發(fā)電機的型號，查出發(fā)電機的主要尺寸（長度和高度均為mm)外徑(cm)內徑Di(cm)長度Lt(cm)定子基座高h1上機加高度h29208621152540835轉子磁顎軸向高度h10定子水平中心線到法蘭底距離h12發(fā)電機主軸高度h11201243302660下機架最大跨度D4水輪機基坑直徑D5推力軸承裝置外徑D6647056003600定子支撐面至下機架支撐面距離h8下機

16、架支撐面到法蘭底面距離h9永磁機及轉速繼電器高度h6推力軸承高度h3法蘭盤底至發(fā)電機頂的距離H221594065011009580定子支撐面到發(fā)電機層底高度h基座外徑D1風罩內徑D2轉子外徑D3337510400130008590第三節(jié) 水電站廠房設計一、主廠房的平面尺寸確定1. 主廠房長度的確定：主廠房的長度L=機組段長度×機組數+裝配場長度+邊機組段加長L=L+x+L-x(三者取大值)蝸殼層:L+x=+=6.4+2.0=8.4m L-x=+=4.8+2.0=6.8m 尾水管層：L+x=L-x=B/2+=17.68/2+2=10.84m，發(fā)電機層：L+x=L-x=3/2+b/2+3

17、=14/2+4/2+0.4=9.4m (3取0.3-0.4m，b取3m-4m） 取較大值，即邊機組段加長，取4m安裝間長度，取25mL=4x21.68+25+4=11m 即取116m。2.主廠房的寬度B=Bs+BxBs=3/2+3+A=14/2+0.3+（2+2+1+1）=13.3m （14/2>6.4）3.主廠房高度1.安裝高程 =26+2.尾水管底板高程 =-混凝土底板厚度（約1-2m）第4節(jié) 水輪機層底板高程 =+蝸殼頂部混凝土厚度（約1m)=26+2.54/2+1=5. 發(fā)電機層地板高程 =+進人孔高度（約2m)+混凝土結構厚度（約1m)+定子外殼高度（定子外殼高度為2.54m）

18、=26+2+1+2.54=6. 吊車軌頂高程=+最大部件高度（發(fā)電機轉子帶軸）+高度方向的安全距離(高度方向的安全距離6m) =27+2+6=7.廠房天花板及屋頂高程=+吊車尺寸+0.2=301.12+0.2=+二、主廠房布置的構造要求1. 廠房內的交通2. 廠房應注意采光，通風，取暖，防潮，防火等3. 主廠房的分縫和止水三、橋吊選擇起重機的型式和臺數取決于水電站的廠房類型、最大起重量和機組臺數等條件。具有上部結構的廠房一般選用橋式起重機。因為最終吊運的重量（發(fā)電機轉子）大致為235噸在100-600噸范圍內，機組臺數為4臺，不多于五臺，所以選用雙小車橋式起重機。起重機額定起重量應根據最重吊運件的重量（一般為發(fā)電機轉子）加起吊工具的重量，并