水电站毕业设计.docx
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水电站毕业设计
水电站毕业设计
西华大学毕业设计说明书
目录
摘要...............................................................................................................................1前言...............................................................................................................................2第一部分:
水力机组选型设计和调节保证计算.....................................................31水轮机的选型设计.................................................................................................3水轮机选型设计概述.......................................................................................3水轮机选型设计的任务...................................................................................3水轮机选型的原则...........................................................................................3水轮机选型设计的条件及主要参数...............................................................3水轮机台数及型号的选择...............................................................................4初选工况点A...................................................................................................5额定转速的确定...............................................................................................6效率及单位参数的修正..................................................................................7核对所选择的真机转轮直径D1...................................................................8确定水轮机导叶的最大可能开度aok........................................................17计算水轮机额定流量Qr.............................................................................18确定水轮机的允许吸出高度Hs.................................................................18计算水轮机的飞逸转速...............................................................................20计算水轮机轴向水推力P.......................................................................21估算水轮机的质量......................................................................................21绘制水轮机运转综合特性曲线..................................................................212水轮发电机的的初步选择计算...........................................................................25水轮发电机的结构形式和冷却方式.............................................................25发电机主要尺寸的估算.................................................................................25发电机外形尺寸估算.....................................................................................26水轮发电机的质量估算.................................................................................273调节保证计算......................................................................................................28调节保证计算概述.........................................................................................28调节保证计算的标准.....................................................................................28计算基本数据.................................................................................................28计算设计水头、最大水头下额定出力时引水系统的LiVi...................29假定导叶的直线关闭时间Tf和关闭规律....................................................29
I
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水击压力上升计算.........................................................................................29最大转速上升计算.........................................................................................30调节系统设备的选择.....................................................................................32第二部分:
水电站厂房布置设计.............................................................................354发电机层平面布置设计......................................................................................35主厂房长度确定.............................................................................................35起重设备的选择.............................................................................................36主厂房的横剖面设计.....................................................................................38第三部分:
水力机械辅助设备系统选择设计.........................................................405油系统设计...........................................................................................................40用油量的估算.................................................................................................40油系统设备的选择.........................................................................................42透平油系统设备明细表.................................................................................43绘制透平油系统图与操作程序表.................................................................446压缩空气系统.......................................................................................................46低压压缩空气系统.........................................................................................46低压空气系统设备选择.................................................................................50高压压缩空气系统.........................................................................................50空气压缩系统所选设备明细表.....................................................................51绘制气系统图.................................................................................................527水系统的设计.......................................................................................................53技术供水系统.................................................................................................53消防供水系统.................................................................................................54排水系统的设计.............................................................................................55绘制排水系统图.............................................................................................57结论.............................................................................................................................58总结.............................................................................................................................59致谢.............................................................................................................................60
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加权平均水头Hpj= 额定水头Hr=总装机容量N=80MW 海拔高程=m
坝后式地面厂房,采用单机饮水方式,电站离负荷中心较远,在系统中担任基荷。
水轮机台数及型号的选择确定水轮机台数及单机功率
根据PplPgZ,其中Ppl为每台机组的额定功率,Pg为总装机容量,Z为机组台数。
选择情况如表1-1。
表1-1水轮机台数及单机功率
台数Z单机功率Ppl2403420 选择机型及模型转轮
根据水轮机的类型及使用水头范围表,如图表1-2。
表1-2大中型水轮机的类型及使用水头范围表
水轮机型式能量转换方式水流方式贯流式斜流式反击式混流式轴流式适用水头范围375时取4~,本次设计取。
计算结果:
GD2=。
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校核发电机的结果尺寸
Di/LtneD5+
式中:
D5—水轮机机坑直径,查阅水电站设计手册表3-2,D5=3m。
轴向尺寸计算定子机座高度h1
ne214r/min,h1Lt2
计算结果h1=上机架高度h2
悬式机组:
h2==
推力轴承的高度h3,励磁机高度h4,副励磁机高度h5,永磁机的高度h6,查阅水电站设计手册3-8得:
h3=2m,h4=2m,h5=,h6=。
下机架的高度h7悬式机组:
h7==
定子支座支撑面至下机架之间的距离h8悬式机组:
h8
h8==
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下机架与支撑面至主轴法兰底面之间的距离h9按照已生产的发电机统计资料,取h9=1000mm。
转子磁轭轴向高度h10
有风扇:
h10=L1=mm
计算结果:
h10=。
发电机主轴高度h11
Hh1h2h4h5h6h8h9
=
h11=H=取
定子铁芯水平中心线至主轴法兰盘底面距离h12
h12=+h10=
水轮发电机的质量估算水轮发电机的总质量
G2fK1(Sf/ne)3
式中:
Kt—系数,对悬式机组取8~9,本次设计取8计算结果:
Gf=206t。
发电机转子的估算
发电机转子的质量一般可按发电机的总质量的1/2估算,即Gs计算结果Gs=103t。
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3调节保证计算
调节保证计算概述
在电站运行过程中,常会遇到于各种事故、机组突然解列,把负荷甩掉的情况。
此时机组转速上升,调速器关闭导叶。
经一段时间,机组恢复到空载转速。
在此调节过程中,除调速系统的稳定性,在调解过程中的最大转速上升至也是非常重要,它可能会影响到机组的强度、寿命及引起机组振动。
在甩负荷时,于导叶迅速关闭,水轮机的流量会急速变化,因此在水轮机压力过水系统内会产生水击,此时产生的最大压力和最大压力下降对过水系统的强度是有影响的。
工程实践中曾因甩负荷善生太高导致压力钢管爆破的灾难性事故。
为此,在设计阶段就应该计算出最大压力上升和最大转速上升值。
工程上称这种计算为调节保证计算。
调节保证计算的任务:
根据水电站过水系统和水轮发电机组的特性,合理的选择导叶关闭时间和关闭规律,进行水击压力变化和机组转速变化计算使压力变化值和转速上升值在允许范围内,并以此指导电站的最终设计和调节系统的整定。
调节保证计算的标准
机组在甩负荷过程中转速上升率nmaxn0。
一般情况下,最大转速上升n0率max50%。
对于大型电站max45%,对于冲击式机组max30%。
机组在甩负荷过程中最大压力上升率HmaxH0。
在机组甩全负荷时,H0有压过水系统允许的最大压力上升率见表3-1。
表3-1.蜗壳甩全负荷时有压过水系统允许的最大压力上升率电站设计水头Hr/m蜗壳允许最大压力上升率100<30%计算基本数据
坝后地面厂房,采用单管单机饮水式。
压力钢管长度取LHmax/sin450,取整的260m,管道直径取与蜗壳进口端面直径相等D=2m。
蜗壳中心线长度L=,最大水头Hmax=,最小水头Hmin=,加权平均水头额定水头Hr=总装机容量N=80MW,海拔高程=m,Hpj=。
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机组台数2台,水轮机设计流量Qr=/s,最大水头额定出力时水轮机工作流量Qtr=/s。
额定转速nr=/s,飞轮力矩GD2=。
管段水机波速a1200m/s。
因为引水管道为长有压引水管道系统,忽略尾水管的LiVi计算。
计算设计水头、最大水头下额定出力时引水系统的LiVi
LVLVLVLV
计算结果:
设计水头时LV=2433㎡/s;最大水头下额定出力时
iiTiTiiciciBiBiiLV=2516㎡/s。
ii计算平均流速:
V0LVLiii
设计水头时V0=/s;最大水头下额定出力时V0=/s。
假定导叶的直线关闭时间Tf和关闭规律
关闭时间Tf是在设计水头下机组甩全负荷时的工况确定的,对于最大水头机组甩全负荷时的关闭时间下式计算:
a01 TfHTfa0r式中:
a01,a0r分别为最大水头和额定带额定负荷时导叶的开度,其中
a01=,a0r=,暂取Tf=8s、相应TfH=。
水击压力上升计算压力管道水利损失计算
根据饮水系统布置,分别计算设计水头和最大水头下沿程损失、局部损失,此得到设计水头和最大设计水头的水力损失Hr,Hmax。
因此各水头下的的净水头为:
H0HH,压力引水系统水力损失按H。
Q3计算结果得:
Hr=
Hmax=
各水头下的净水头:
H0HH=
H01HH180m
管道特征系数计算并判断水击类型
额定水头时:
LViigH0Ts2433
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hwaV0/2gH01200
(2)
根据《水轮机调节》图8-3水击分类图可得水击类型为末相水击。
最大压力上升计算末相水击:
m(24,满足简化条件:
m22m22
2修正结果:
maxm水击计算
压力水管末端最大水击升高
TmLV/LTVT2602433HTTH0蜗壳末端最大压力升高
cc(LtViLcVc)/LV
HccH0
最大转速上升计算
计算公式:
(1c)/Ta1
其中:
TaGD2nr2/360p(36540103) TcTq
f11nen1f/n163
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r
(1)/Ta11
C1/(1r/(ne1)
1)式中:
Tc—调节迟滞时间s;
Tq—调速器不动时间,一般取~本次设计取;
bp—电站在系统中的地位而定,一般取2%~6%,本次设计取2%; f—水机修正系数;
C—水轮机飞逸特性影响机组升速时间系数;
n1f—甩负荷前单位转速,r/min,中小型混流式水轮机模型运转主要参数表查的n1f=/min。
n1—单位转速,r/min,n1=63r/min。
计算结果:
(1c)/Ta1
11
5修正:
max3综上,当Tf为7s、8s、9s、10s时在设计水头和最大水头额定出力水击压力和转速上升计算结果如表3-2.
表3-2.设计水头和最大水头额定出力水击压力和转速上升计算结果
水头设计水头最大水头设计水头直线关闭时间 hw HT/m HC/m max max%%%
31
Tf=7sTfH=Tf=8s
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最大水头设计水头最大水头设计水头最大水头TfH=Tf=9sTfH=Tf=10sTfH= 36 %53%%%% 将上述计算结果与所选标准比较,选择符合标准的最小导叶直线关闭时间
Tf=8s。
调节系统设备的选择导叶接力器
采用油压装置额定油压为和标准导水机构为两个单缸接力器操作,每个接力器直径dc计算公式:
dcD1b0Hmax
D1 ==
式中:
—计算系数,标准对称导叶,查阅《水电站设计手册》表6-4,取;查阅《水电站机电设计手册》导叶接力器直径系列表6-5,取标准导叶直径350mm,则dc=350mm。
接力器最大行程
a0max,取系数
=176=
接力器容积V
Vdc22Smax
=
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调速器选择
根据大型调速器容量选择主配压阀直径,主配压阀直径计算公式:
d4VvTs =
4=70mm
28式中:
V—导水机构接力器总容积;
v—管路中油的流速,一般取v4~5m/s,本次设计去2m/s; Tf—导叶直线关闭时间。
查主配压阀直径系列,取主配压阀直径80mm,选择调速器型号。
油压装置的选择
油压装置压力油罐容积按经验公式估算:
V0V 20 查阅《水电站机电设计手册》油压装置型号系列表,选择分离式油压装置。
其油压装置基本参数如表3-3。
表3-3油压装置基本参数
压力油槽槽内油体积油罐重量1600油槽容积螺旋油泵输油量转速2920型号油罐及装油重量2100最大工作压力25轴功率回油箱
33
13JQ2-52-2有效容积电动机型号
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