水利机组辅助设备课程设计.docx

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水利机组辅助设备课程设计

目录

一、某水电站油气水系统设计2

1、基本资料2

2、任务2

3、要求2

4、建议2

二、供水系统图设计3

1、基本资料的理解3

2、供水系统设计原则及要求3

3、供水系统的工作原理4

4、设备选用及用途说明4

三、排水系统图设计6

1、基本资料的理解6

2、排水系统的设计要求6

3、排水系统的工作原理6

4、设备选用及用途说明7

四、气系统图设计8

1、基本资料的理解8

2、气系统图的设计要求8

3、气系统的工作原理9

4、设备选用及用途说明9

1、高压气系统9

2、低压气系统10

五、油系统图设计11

1、基本资料的理解11

2、油系统的作用11

3、油系统图的设计要求11

4、油系统工作原理及操作12

5、设备选用及用途说明12

六、课程设计总结14

七、参考资料16

八、附图16

一、某水电站油气水系统设计

1、基本资料

某北方寒冷地区一径流式的水电站，退水无灌溉任务，电站设计水头为52米，装机容量为：

2×3500kW＋1×2000kW，平时发电用水泥沙量较大。

电站为联合供水方式。

蝶阀为液压操作，空气围带密封，压力油罐无气囊。

调速器有补气装置，立式机组，制动为气刹。

机组上导推力轴承、下导轴承、水导轴承均为油润滑。

发电机为水冷却，配有机组上、下消防环管。

站址地质报告反映站址处地下水丰富，埋深较浅，水质指标良好。

主轴为水密封，尾水管（大机组）容积为52m3，尾水管上坎埋深为80~150cm。

大机组（包括轴承、调速器、主阀）用油量为2000L，小机组用油量为1000L。

电站主接线为单母线接线，35kV一回接入县城变，主变为风冷型式，主厂房长、宽、高为38×11.8×20m，发电层到厂房屋顶高度为8.5米。

站址处海拔高程▽=1125m，机组理论吸出高度hs=0.65m。

2、任务

1、设计该电站的供水系统图。

2、设计该电站的排水系统图。

3、设计该电站的气系统图。

4、设计该电站的油系统图。

3、要求

设计报告应阐述对基本资料的理解与处理，A3出图，计算机打印。

4、建议

水泵尽可能选用潜水泵，油系统以机组设备为单元，现场操作。

二、供水系统图设计

1、基本资料的理解

根据所给资料，结合用水的对象，做出相应的系统图。

2、供水系统设计原则及要求

技术供水系统的设计，应该根据水电站的实际的情况，选择水源，选择供水的方式与设置的配置的方式，拟定供水系统，计算供水参数，选择供水设备，确定供水系统图。

设计的原则：

（1）供水可靠，供水系统应该保证各个用水设备对于水量、水压、水温和水质的要求，在机组的运行期间，不可以中断供水。

（2）便于安装，维护和操作。

技术供水系统管网应该组成简单设备与管件链接布置合理，方便运行和检修。

（3）满足水电站自动化操作的要求，应该具有适应电站水平的自动化装置，实现对于供水系统的自动操作，控制和监视。

（4）节省投资与运行的费用。

应该满足电站的建设以及运行的经济要求，使得设备的投资和运行维护费用最少。

技术供水系统设计的基本要求：

（1）供水系统应有可靠的备用的水源，取水的水源至少应该有两路。

如采用水泵供水又无其他的备用水源的时候，应该有并联而且可以自动启停的备用水泵。

（2）贯穿全厂的供水干管应该有分段的检修的措施，可以分为单管，双管以及环管管路上选用的示流信号器应该为双向的工作式。

（3）对于多泥沙的河流电站，可以考虑水力旋流器、沉淀池等方案，再经果技术经济分析之后选取。

（4）机组的各个冷却器的进水管道口附近应该设置有阀门以及压力表，当出水管有可能出现负压的时候，则应该设置真空表。

（5）各个轴承冷却器的排水管上应该装设示流信号器，便于测定各个用水设备的所通过的冷却水量，在有关管路合适的管段上应该装设示流器。

（6）采用水泵使用方式的时候，应该采用单元供水系统，每一个单元应该设置一个到两个工作水泵，一台备用泵，水泵的出水管应该装有逆止阀以及闸门，水泵的吸水管侧路和出水管侧应该分别装有真空表以及压力表。

（7）水冷式的空压机进水管道上给水阀门应该自动的启动，阀后设压力表，排水管上设置有示流信号器。

（8）水冷式变压器的进口水压有严格限制，因此必须有可靠的减压和安全措施。

当电站尾水位较高，妨碍变压器冷却水的正常排水时，应考虑排水出路。

进水口应有自动启闭和监视水压的电接点压力表，排水管上应设置示流信号器。

3、供水系统的工作原理

根据电站的实际的情况，由平时发电用水泥沙量较大，不满足技术供水的要求。

因为站址处地下水丰富，埋深较浅，水质指标良好，所以供水系统从地下水取用，采用两台潜水泵供水，并设置一个高位水池，既可以作为电站的消火供水的备用水源，也可以作为电站的生活用水，由于电站的地下水的水质比较好，那么可以考虑从水塔取水，供给日常的生活用水，管路上装置有止回阀。

且用于发电机水冷却的技术供水用水量最大，所以其管路应比较粗。

这种供水方式的设计，系统简单，运行灵活，可靠，设备分散布置在地面上，安装运行以及维护方便。

水头良好的中小型电站经常采用。

4、设备选用及用途说明

设计选用两台潜水泵，通过机井从地下取水，在出水的管路上，安装上滤水器，过滤去杂质，来保证供水的水质满足要求，在滤水器的前后管路上装有压力信号器，通过前后的压差判断滤水器是否干净，是否需要清洗，再在管路上装有逆止阀门，防止停泵的时候用于供水的水流逆向流动，此供水干管上引出两个支路管，一路作为电站的消防用水，一路作为机组消火准备，通过接头输给发电机组的上下消火环管，如果发生了火灾，将活接头街上即可。

而另外的一个支管则是用于机组的冷却水。

一路通过阀门以及压力信号器控制流向水轮发电机组的上导轴承的冷却水，冷却水的退水通过压力信号器和阀门排至下游。

而另外一个管路则通过阀门将冷却水送给发电机空气冷却器，对发电机的定子与转子进行冷却，以免温度过高，发生事故。

冷却之后的水通过阀门排至下游。

此外，在从干管上引一路冷却水下导轴承，进行冷却，之后再将冷却水排至下游。

另外，从干管上引一路水至水导轴承之下，进行主轴密封。

设计的供水系统图中再设置一个高位水池，将地下水储藏到高位水池，一方面作为电站厂房的备用水源，而且电站的地质报告显示地下水的水质比较好，可以作为电站工作人员的生活用水，高位水池上再设置一个排污管，用于排出水池中所残余的污水，还设置有溢水管，如果水池的水位过高，则可以通过溢水管排至下游。

电站供水系统图见附图0F01。

三、排水系统图设计

1、基本资料的理解

根据所给资料，结合排水的对象，由尾水管（大机组）容积为52m3，尾水管上坎埋深为80~150m，则不选择排水廊道，而是先收集渗漏水、检修水到集水井中，再用泵排出。

2、排水系统的设计要求

水电站的排水系统一般分为检修排水以及渗漏排水系统两大部分。

水电站排水系统的主要任务是及时可靠地排出压力引水管道、蜗壳以及尾水管等机组过流部件的积水，保证机组和厂房水下部分的检修；排除生产污水及渗漏水，避免厂房内部积水和潮湿。

水电站的排水系统任务比较简单，但是稍有疏忽就会发生水淹厂房等事故，因而必须要高度重视排水系统的安全运行。

（1）检修排水

当机组的水下部分或是厂房水工建筑物水下部分检修的时候，必须要使与下游水位的压力引水管道中的积水、蜗壳积水、尾水管积水排干净，同时还要考虑排上下游闸门等因为密封不严而造成的漏水等。

检修排水的特点是排水量大，设备的位置低，流入集水井中。

（2）渗漏排水

渗漏排水包括厂房内水工建筑物的渗漏水、机组的主轴密封与顶盖的渗漏水、压力管道所结的渗漏水、供给供排水的渗漏水以及气水分离器及储气罐的排水、管道的冷却水、低洼坑积水和生活污水等。

渗漏排水的特点是排水点多，排水量小。

因而，需要设置集水井收集各处的渗漏水。

3、排水系统的工作原理

根据电站的基本的资料设计电站的排水系统图，检修排水与渗漏排水利用两台潜水泵，通过自动控制装置回路进行控制，使得两台水泵按照集水井的位置进行控制，一台工作，而另外一台备用，自动启停以排出集水井中的污水，工作泵与备用泵可以定期地交换进行。

因为机组实际吸出高度

所以转轮在尾水位之下。

当机组进行检修的时候，压力管道、蜗壳以及尾水管中的水排到集水井中，开泵抽水，这样运行比较灵活，而且也是十分方便，操作简单。

4、设备选用及用途说明

两台水泵按照集水井的位置进行控制，一台工作，而另外一台备用，自动启停以排出集水井中的污水，工作泵与备用泵可以定期地交换进行。

在系统图中，潜水泵的出水管路上设置有压力信号器，以判断管路上是否有水流，进而判断工作泵是不是在正常运行。

设置有逆止阀，作用是防止水流逆向流动。

系统中设置有三个水位：

停泵水位、工作水位以及备用泵起动的水位。

当集水井水位比较低的时候，就停泵。

当集水井中的水位比较高的时候，工作泵就启动，将集水井中的水抽出来。

如果集水井之中的水位继续升高，到一定位置的时候，让备用泵起动，同时发信号给运行的人员，迅速地做出决策。

集水井中的渗漏水来源主要有顶盖的渗漏水、蝶阀廊道的渗漏水、厂房的渗漏水、设备的清洗排污以及生活排水等。

当机组进行检修的时候，压力管道、蜗壳以及尾水管中的水排到集水井中，开泵抽水。

二号以及三号机组的排水系统与一号机组的排水系统一样。

电站排水系统图见附图0F02。

四、气系统图设计

1、基本资料的理解

根据此电站的基本的资料可以知道，压力油罐无气囊，是有高压气系统，调速器具有自动补气装置，机组为立式布置，制动为气刹，供给低压气。

电站为单母线接线，回路为35kV，接入县城变压器，主变为风冷形式，即表明主变有风扇，不需要供气，不需要供给冷却水。

用气的对象如下：

低压气系统的对象主要为制动刹车用气、空气围带密封用气、检修吹扫用气。

而高压气系统主要是用于压力油罐补气。

2、气系统图的设计要求

水电站压缩空气的设计，应该是满足各个用户的用气的需要，按照各个用户所需的工作压力和供气的质量及所处的位置，对用户设置单独的供气系统，或对若干用户建立综合的供气系统。

设置压缩空气系统时，应该保证主机等设备的正常运行及操作，并尽量使得系统简化，为了满足厂区各处的临时用气，应该设置必要的移动式低压空压机。

组成综合的气系统时，空气压缩机、贮气罐及其附属设备应该满足以下的条件：

（1）满足用户对于用气量、用气压力、清洁度以及相对湿度等要求

（2）综合供气系统空气压缩机的总生产率、贮气罐的总容积应该按照用户的可能同时工作所需要的最大的耗气量确定，选择空气压缩机台数以及贮气罐的数量时，应该便于布置。

（3）在一个压缩空气系统中，至少应该设置两台空气压缩机，其中一台为备用。

（4）在选择空气压缩机时，应该考虑当地的海拔高度对于空气压缩机的生产力的影响。

（5）当空气压缩机所吸入的空气湿度较大的时候，应该设计压缩和冷却器，因为一部分空气凝结成为水分而降低了排气量的影响。

设置综合气系统时，压力设备的容量应该按照以下的原则选择：

（1）每一类用户设置自己的贮气罐，其容积按照单一用户的系统的要求计算，一路制动供气干管，另一路为检修吹扫与空气围带供气干管。

其中空气围带用气的取得方式视空气围带的工作压力而定，可以取自低压气系统，也可以取自高压气系统减压而获得，此处取自低压气系统。

（2）向压油槽供气的压油机容量按照统一的要求计算。

（3）供机组制动、检修吹扫工具的用气的低压气系统，其空压机容量按正常的运行用气和检修用气之和的最大用气量确定。

设计压缩空气系统时应该遵守下列的主要的技术安全指标：

（1）由空压机直接供给气的贮气罐，其压力与空压机的额定压力一样，若贮气罐在较小的压力下工作时，则应该在贮气罐与空气压缩机之间装设减压阀。

（2）若高压和低压管道之间有连接管的时候，应在管道上安装减压阀，在减压阀后装置安全阀和压力表。

（3）在每台贮气罐上都应该装设接点压力表、安全阀和排污阀，在空压机上应该装设温度信号器，气水分离器等原件。

3、气系统的工作原理

高压气系统的用气对象为油压装置供气，采用二级压力供气，设有两台高压空压机，自动向高压贮气罐充气，经过减压后引入油压装置供气干管，再引到各个机组的压油槽。

低压气系统的用油的对象主要为机组的制动用气、检修吹扫与蝶阀空气围带用气。

设置两台空气压缩机，并且设置两个贮气罐，其中一个工作，一个备用，一段时间后互换，可互相备用。

4、设备选用及用途说明

1、高压气系统

高压气系统设置有两台空气压缩机，其中一台为工作，而另外的一台则作为备用，且两台空压机的出气管路上安置有温度信号器，当压力达到要求的时候再将气输至贮气罐中，贮气罐上安装有三个压力信号器用于控制贮气罐内的压力，实现自动控制。

此外，贮气罐上还设置有一个安全阀，当贮气罐的压力过大的时候，可以通过它减小压力，排出气体，免得贮气罐爆炸。

再在管路上安装有减压阀，以加大气量。

从这一供油干管上，引出一个支管，装上压力信号器，以测量压力，此外还装置有两个阀门以及一个电磁阀，便于实现自动控制，而且再给其并联一个常闭阀门，当电磁阀坏的时候，可以通过此阀门实现对压力气罐的充气，此压力油罐上也装有压力信号器，以便实现对电站的自动控制。

2、低压气系统

低压气系统也是设置有两台空气压缩机，此外还装置有两个压力信号器，便于实现自动控制。

每台空压机上方各安装有一个逆止阀。

贮气罐上设置有压力信号器以及安全阀，用于检测此贮气罐的气压值，如果气压过高，可以通过此阀门放气，释放压力，防止气罐中气体的压力过高，破坏压力罐。

贮气罐的底部安装有排污阀，用于检修排污时排出污染物。

两个贮气罐一个工作，一个备用，并联在一起后，引出两支干管，一支为机组的制动用气干管，另一支为检修吹扫与蝶阀空气围带供气干管。

设置的电站压缩空气综合系统图如附图0F03所示。

五、油系统图设计

1、基本资料的理解

本电站是一座小型的电站，3台混流式机组立式安装。

对于水电站来说即使机组很小，操作机组所需要的力都是相当大的，很多位置都装设了接力器，其中最具代表性的要算进水阀和调速器的接力器。

电站为北方寒冷地区一个引水式电站，无灌溉任务，蝶阀为液压操作空气围带密封，压力油罐无气囊，调速器具有自动补气装置，电站的主要的用油对象为调速器以及蝶阀的液压操作系统，三个轴承，包括上导轴承、下导轴承以及水导轴承，调速器供、退水均采用现场处理。

现场用活接头，油系统可简化。

因而本次的油系统据此进行设计，对于机组用油、调速器用油、蝶阀用油都是采用单元活接头形式，不需油处理室，不需大油罐，增加了操作的灵活性。

2、油系统的作用

油系统的作用有：

接受新油，储备净油，向设备充油，向运行设备添油，从设备中排出污油，污油的净化处理，油的监督与维护，废油的收集和保存。

3、油系统图的设计要求

油系统图的合理性直接影响到机组与设备的安全运行与操作维护是否方便，因而油系统图用油设备与各项的操作流程的技术要求设计时，要根据电站的规模、布置的方式、机组的类型等，参照同类型电站的运行经验，合理地加以确定。

油系统的设计应该满足下列的要求：

（1）油务处理的全部工艺的要求。

（2）系统连接简明，操作程序清楚，应该尽量减少管路与阀门。

（3）干净油应该与污染油有各自独立的油泵，油罐及管路等。

（4）通过全厂供排对于个用油设备供排油和添油，个别部位可以借助油泵时的管路供油排油。

（5）可以方便地接受新油与排除污油。

（6）油处理系统为手动操作，在机组各个用油部位设置油位信号器、油温信号器以及油混水信号器。

4、油系统工作原理及操作

系统图设置有一台油泵、一台压力滤油机，机组与用油设备之间利用活接头连接，管路较短，操作阀门少，设备可以移动，运行灵活。

机组检修或较长时间停机时，可以利用活接头进行操作。

机组油系统操作：

1.运行油槽接受新油，电站不设置油处理室。

通过油车将油运输到电站。

2.干净油槽向设备充油或添油。

当调速器与机组等用油设备需要用油的时候，利用油泵通过活接把新油供给各用油设备。

3.机组排出的油污进行集中放置，集中处理。

4.调速器设备排除油污。

5、设备选用及用途说明

设置两个活接头，通过管路引用到油泵，如果需要打油，可以利用油泵供给。

机组的用油对象为上导轴承、下导轴承水导轴承，这些仅通过活接头与管路供油，一条管路为压力油管，另外一条为退油管路。

此外，上导轴承、下导轴承水导轴承的油槽都设置了溢油管，如果油位过高的时候，通过常开阀门将油退至退油管。

调速器的用油采用活接头，这样可以提高供油的灵活性。

蝶阀的油路设置同调速器。

油系统操作过程：

（1）设备供油：

油槽车的新油通过阀门2及压滤机LY，通过阀门5通向阀门7、10、13完成对上导轴承、下导轴承和水导轴承的润滑供油；通过阀门16完成对调速器油压装置的供油；通过阀门3完成对主阀接力器的供油。

（2）机旁循环过滤：

阀门4、17分别将主阀和调速器过滤，阀门8、11、14、6将轴承润滑油送至压滤机LY过滤，再通过阀门3、16、5、7、10、13送回至用油设备。

（3）机组油盆溢流：

阀门9、12、15完成对上导轴承、下导轴承和水导轴承的润滑供油的溢流，从阀门6通过活接头溢走。

（4）废油排出：

轴承润滑废油通过阀门8、11、14、6，主阀和调速器接力器废油通过4、17，接于油泵，再通过阀门1与油槽车接通，将废油送至油槽车运走。

6、课程设计总结

水力机组辅助设备课程设计是在学习了《水力机组辅助设备》这门课程的理论知识以后，对应的实践操作，也是对课本上知识的深刻巩固。

本次课程设计，让我学到了很多东西。

老师给我们的课题，有很大的实用性。

让我们根据电站的基本资料，设计水电站的油、气、水系统。

众所周知，水电站的油、气、水系统是水电站组成中不可或缺的一部分。

系统图设计的合理性直接影响到整个电站的安全运行和操作维护的方便与否。

在课程学习的过程中，我对于书中出现的各系统图还不是很了解，但是在课程设计的过程中，我通过认真学习课本上的知识，再加上查阅文献，终于把辅助设备整个油、气、水系统搞清楚了。

这只是一个开端，相信在以后的学习和工作中，我会更多地接触这方面的内容，到那时候，我应该庆幸这次课程设计，让我学到了这么多的知识。

本次课程设计我们仍然以小组为单位，并且小组成员间进行了明确的分工。

有的负责绘制系统草图；有的负责学习CAD，并且根据草图绘制电子版图纸；有的负责文字排版。

并且在系统技术说明书里面，我们也明确了油、气、水系统的分工任务。

这样，我们小组的成员既可以完成自己的任务，又可以对其他成员的成果有所了解，这样互相帮助、互相讨论，大大提高了课程设计的进度。

由于课本版本较老，书中介绍的一些系统图在现在的电站中也许已经淘汰。

比如，油系统设计图中，课本上就出现了供油和排油干管，以及净油桶和运行油桶，而老师在给我们辅导时提到，现在的水电机组的上导、下导、水导轴承中油槽的供油和排油均采用活接头的形式，并且也不设专门的油处理室，对于排油只是进行简单的沉淀处理，劣化严重的就会采用新油。

所以，在本次课程设计中，我们也不再拘泥于课本，而是结合老师的辅导和查阅各种文献，积极设计属于自己的设计图。

这次课程设计也培养了我们自主创新的意识，打破了墨守陈规的不良习惯。

油、气、水系统图的设计看似比较简单，有的同学甚至照抄书上的设计图。

但是，我认为，如果想要设计真正的、符合实际、实用且合理的系统图还是要下一番功夫的。

每个电站的地形、水域等环境不尽相同。

比如，在供水系统中，要考察河道的水压、水质要求，还要考察地下水的水位。

通过综合考虑才可以决定是选用上游供水、下游供水或者地下水供水。

还有供水方式要采用自流供水、水泵供水还是混合供水等，都需要充分的论证。

在设计过程中，我们还要熟悉每个部件的作用，并且尽可能节约成本、减少投资、减少维护量。

只有在反复论证和模拟运行无误后，设计图才算初步通过。

在设计过程中，我们得到了老师的耐心辅导，老师对于我们的设计系统图提出了很多意见。

在此衷心感谢老师！

水力机组辅助设备课程设计，是我真正接触专业实践的重要一步。

如果以后从事设计工作，也许还会涉及更多这方面的内容。

无论是从事科研还是以后的就业，我都会好好努力，争取在自己的专业领域有所作为！

七、参考资料

[1]陈存祖，等.水力机组辅助设备[M],北京：

中国水力水电出版社，1995年。

[2]范华秀主编：

水利机组辅助设备[M]，水利电力出版社，1987年。

[3]全铃琴，水轮机及其辅助设备[M],北京：

中国水力水电出版社，1995年。

[4]湖北省水利勘测设计院主编：

小型水电站机电设计手册（水力机械），水利电力出版社，1985年。

[5]水电部部颁标准：

水利水电工程制图标准（SDJ209-82）,水利电力出版社，1983年。

[6]李建威主编：

水力机械测试技术，机械工业出版社，1981年。

[7]武汉水利电力学院、华中工学院合编：

水力机组测试技术，电力工业出版社，1982年。

[8]水利水电建设总局编：

水电站机电设计手册，（水力机械），水利电力出版社，1983年。

[9]哈尔滨大电机研究所编著：

水轮机设计手册，机械工业出版社，1976年。

[10]水电部西安热工研究所：

电力系统油质试验方法，水利电力出版社，1984

年。

8、附图