6水力机械Word格式.docx
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0.033
HLA351
65
209
92.9
0.015
323
87.7
0.055
水轮机转轮直径按下列公式计算。
D1=[N额/（9.81q1H3/2η）]1/2，其中η=Δη+ηM.max
将上述机型的工作参数列表，见表6-1-2。
表6-1-2主要参数表
水机型号
单机容量N（kW）
5000
3200
水轮机出力N（kW）
5264
3404
额定水头Hr（m）
194.14
转轮直径D1（m）
1.00
0.84
0.95
ηmax（％）
93.08
92.84
94.18
94.04
Δη（％）
1.38
1.14
1.28
Δn’1/n’10M（％）
0.7＜3
0.52＜3
0.68＜3
0.61＜3
额定转速n（r/min）
750
1000
飞逸转速nR（r/min）
1325
1800
额定流量Q（m3/s）
3.25
2.08
3.19
2.07
最大水头单位转速n'
1（r/min）
65.26
57.71
额定水头单位转速n'
68.18
60.28
最小水头单位转速n'
68.47
60.55
最大水头单位流量Q'
1（l/s）
223.87
177.16
218.06
184.66
额定水头单位流量Q'
249.5
202.01
248
210
最小水头单位流量Q'
252.83
204.66
254.3
212.99
比转速（m.kW）
76.06
81.56
101.42
额定点效率η（%）
87.2
90
91.1
92.5
吸出高度Hs（m）
2.15
2.88
1.45
1.55
安装高程计算值Z（m）
207.15
207.88
206.45
206.55
说明:
本表中的效率为模型效率,没有进行修正，效率修正在转轮运转特性曲线中进行。
其工作参数计算详见下文：
a.转轮直径D1
b.效率修正值Δη
对于混流式水轮机，采用下式计算ηmax、Δη，其中HLD54机型D1m=0.40m，HLA351机型D1m=0.35m，故ηmax=1-（1-ηM.max）（D1m/D1）0.2
Δη=ηmax-ηM.max
c.单位转速与单位流量的修正
当Δn'
1/n'
10M=（ηmax/ηM.max）0.5-1<
3%，单位转速与单位流量不必修正。
d.转速n=n'
1H0.5/D1
e.比转速ns=nN1/2/H5/4
f.检验水轮机实际工作范围
（a）最大水头时的单位流量Q1'
Q1'
=Nr/（9.81D12H1.5η），其中η=ηM+Δη
218.06L/s与184.66L/s均小于限制工况的268L/s,说明符合“接近而不超过”原则，则说明所选D1是合适的。
（b）水机实际工作范围
按下式计算最大水头、最小水头时的单位转速n1'
，检验其工作范围是否在高效率区。
n1'
=nD1/H0.5
g.计算设计水头、最大水头、最小水头时的吸出高度
Hs≤10-Z/900-（σ+Δσ）H-D1/2，Z=205m，Δσ=0.01，计算结果见下表6-1-3。
表6-1-3吸出高度计算表
机组
型式
最高水头
额定水头
最低水头
Q1’
Hs
5000kW
203.6
0.024
229.1
2.55
234.8
0.027
2.23
3200kW
180.4
0.02
3.07
205.17
0.023
3.01
208
0.0275
0.03
1.61
0.031
1.5
0.029
1.86
h.机组安装高程Z安
Z安=Z尾+Hs
从表6-1-1和表6-1-2可以看出，HLA351机型要明显优于HLD54机型。
因此本站若选用混流式机型,则机组选择如下:
5000kW机组:
水轮机:
HLA351-WJ-95机组转速:
1000r/min
发电机:
SFW5000-6/1730
3200kW机组:
HLA351-WJ-84机组转速:
SFW3200-6/1730
B.冲击式卧轴水轮发电机组
电站最大净水头211.90m，最小净水头192.46m,额定水头194.14m，属高水头不完全年调节电站，水头变幅相对较小。
运用模型综合特性曲线选择水轮机。
5000kW机组水轮发电机效率取95％，水轮机单机容量初步拟定为5264kW；
3200kW机组水轮发电机效率取94％，水轮机单机容量初步拟定为3404kW；
初选水轮机为CJA237、CJ22型双喷嘴水轮机。
其工作参数计算如下：
a.额定流量Q=Nr/（9.81Hrη）
b.转速计算n=ns1H5/4/P11/2
式中：
ns1-单轮单喷时的比转速，ns1=12-21mkW
P1-单轮单喷时的出力（KW）,P1=P/（KrZ0）
Kr-转轮数
Z0-喷嘴数
c.射流直径d0=0.545[Q/Z0K0（Hr）1/2]1/2
d.转轮直径D1=39Hr1/2/n
e.D1/d0检验D1/d0一般在10-20范围内
f.水斗数Z1=6.67（D1/d0）1/2
g.飞逸转速Nr=ns1RH1/2/D1,ns1R=70r/min
h.单位转速n1=nD1/H1/2
i.单位流量Q1=Pf/9.81H1.5D12ηTηf
j.比转速ns=nN1/2/H5/4
各机型性能参数详见表6-1-4
表6-1-4主要参数表
CJA237
CJ22
转轮直径D1
150
140
150
Z0（个）
2
射流直径d0（cm）
18.5
15
18
375
428.6
428.5
689
792.4
3.13
2.05
3.28
单位转速n'
40.58
43.28
单位流量Q'
47.9
35.6
49.0
36.4
36.12
33.28
89.4
89
85
87
最高效率η（％）
89.8
水斗数（个）
20
21
从以上计算可以看出，在相同水头和转轮直径情况下,CJA237转轮效率要明显优于CJ22转轮,而且2种机型价格相差不大。
因此本站若选用卧轴冲击式机组则选用选用CJA237转轮,机型如下:
CJA237-W-150/2×
18.5机组转速:
375r/min
SFW5000-16/2600
CJA237-W-140/2×
15机组转速:
428.6r/min
SFW3200-14/2150
（3）水轮机型式确定
从以上计算和分析可以看出，两种机型在技术上均可行，下面对两种机型进行经济比较,具体见表6-1-5。
a.两种机型机组价格相差明显；
b.混流式机组压力钢管首端调压井需增大，土建投资相应增加；
c.混流式机组厂房开挖工程量增加，增加相应土建投资；
d.选用混流式机组压力钢管壁厚相应增加一个规格，增加相应投资。
e.其他辅助机械设备选型基本一致，投资相差不大。
表6-1-5水轮机机型比较表
项目
分项
工程指标
混流式机组
冲击式机组
机
电
部
分
水轮机
主要参数
HLA351-WJ-95（84）
CJA237-W-150（140）/2×
18.5（15）
工程量
各一台
工程投资
75.6+57=132.6万元
118.1＋98=216.1万元
发电机
SFW5000（3200）-6/1730
SFW5000（3200）-16（14）/2600（2150）
144.8+103.2=218万元
242+157.8=399.8万元
土
建
调压井
内径6m
内径4m
开挖850m3，混凝土1200m3钢筋65t
开挖679m3，混凝土805m3钢筋48.3t
99.5万元
76.55万元
厂
房
地面高程207.64m
开挖5000m3，机组砼400m,防洪墙150m3及配套
开挖2434m3，机组混凝土186m3
50万元
14万元
压力钢管
内径1200mm,壁厚14－22mm
内径1200mm,壁厚12－20mm
234.95t
210.52t
176.2万元
157.9万元
合计投资
676.3万元
864.35万元
从以上经济分析可以看出,本站选用混流式机组可以节约投资188.05万元,并且机组效率比冲击式机组要高。
因此本站选用混流式机组如下:
6.1.3水机附属设备选择
（1）进水阀结合常见产品系列，最大工作水头236.43m（含水击），选用进水阀为：
5000kW机组配Z941-25-ф800型闸阀1台
3200kW机组配Z941H-25-ф600型闸阀1台
（2）调速器的选用：
调速器的工作容量根据水轮机所需的接力器容量而选定。
水轮机接力器容量根据下式计算：
A=25Q（HmaxD1）0.5
式中A-接力器的容量（kg.m）;
Hmax-最大水头（m）;
Q-最大水头下额定出力时水轮机的流量（m3/s）;
D1-水轮机转轮直径（m）。
通过计算,接力器容量分别为1166kg.m及755kg.m。
调速器选用如下：
5000kW机组配BWT-1800型调速器1台,调速功1800kg.m
3200kW机组配BWT-1000型调速器1台,调速功1000kg.m
（3）刹车装置
调速器自带自补气油压装置，机组制动采用气动刹车装置。
该装置为手电两用装置，在电源消失及控制失灵时应能手动刹车。
6.1.4特殊说明
该站为水库电站，经沉淀后进入机组的最大泥砂直径不大于0.4mm，水轮机制造抗磨工艺按常规进行。
6.1.5调保计算
（1）水击计算
本报告5.6.4节《水击计算》得出：
取调速器的有效关闭时间Ts=6s,压力钢管末端的压力绝对上升值为42.29m，ζ1max=18％;
下降值为34.25m,η1max＝16％。
根据《小型水力发电站设计规范》的第6.2.2条强制性规定，水轮机额定水头在100m以上的压力钢管末端最大允许压力上升率不得大于30％。
因此水击上升值满足规范要求。
（2）机组转速上升率计算
选择机组额定负荷运行，突然丢掉全部负荷为计算控制条件，按照常用简化公式计算机组转速上升率。
按调速器有效关闭时间TS=6s进行机组转速上升率计算。
机组暂态不均衡率即机组转速上升率采用列宁格勒金属工厂近似公式计算，并考虑飞逸特性的影响：
β=（1＋0.84Ts'
f1/Ta）0.5-1
Ta-机组惯性时间常数（s），Ta＝GD2no2/（3575No）
no-转速
GD2-机组的转动惯量
No-甩负荷前水机轴功率
Ts'
-有效关闭时间，混流式取0.9Ts=5.4s
δ-管道特性系数，δ＝ΣLV/（g.Ho.Ts'
）其中ΣLV=1886
f1-考虑水锤压力影响的系数，f1＝1＋1.2δ
将规范要求的β小于50％（在此计算中取β＝50％）及以上参数代入公式得出机组最小转动惯量为：
5000kW机组GD2＝90kNm2
3200kW机组GD2＝65kNm2
以上结果表明，在调速器关闭时间不大于6s时，若需满足机组的转速上升率满足小于50％的要求，则在机组订货时，应要求机组的转动惯量5000kW机组不小于90kNm2,3200kW机组不小于65kNm2。
6.2辅助机械设备
6.2.1主厂房起重设备
根据电站所选定的机组资料,机组最重部件是发电机转子,重量超过20t，为了满足机组安装检修、设备装卸的需要，选用QD30/5型电动双梁桥式起重机1台，起重量30/5t,操作方式为地面操作,跨度10.50m,最大起吊高度16m,实际起吊高度9.6m。
6.2.2油、水、气及水力监测系统
A.油系统
电站透平油系统主要为2台机组和调速器油压装置提供透平油，由于透平油用量很小，本电站不设专门油处理及油化验设备（油处理设备与绝缘油系统公用），设2台0.5m3的移动油车,一个作为净油罐用,另一个作为运行油罐用,电站的用油量为2t。
电站绝缘油系统主要为电站的主变压器提供绝缘油，绝缘油库布置在主厂房外。
油库与油处理室用管道连接，供、排油管道直径均为DN50。
选择2台2CY-3.3/3.3-1齿轮油泵，在接受新油、设备充油、排油时使用，其流量Q=3.3m3/min,扬程H=0.33Mpa。
为能及时过滤绝缘油中杂质及水分，选择1台ZLY-50型真空滤油机，1台LY-50型压力滤油机，用于在24小时内滤完1台主变的用油。
B.水系统
本电站主变压器冷却方式为空冷,本电站的技术供水对象主要为2台水轮发电机的冷却及润滑用水,每台机组用水设备有发电机推力轴承和导轴承冷却器等。
a.取水方式
电站采用下游尾水取水方式，设有1个取水口，取水口设有拦污栅，亦保证水质清洁和防止污物堵塞。
b.技术供水方式
电站额定水头192.46m，技术供水从压力钢管取水。
技术供水总管管径为φ100，贯穿全厂引向每台发电机，经电磁阀引至发电机推力轴承和发电机导轴承等部位，在每台设备的排水设施上设有示流信号器，用以监测机组供水状况，一旦供水中断，瞬时发出报警信号。
c.设备用水量
根据水轮发电机厂家提供的数据，确定2台机组的总冷却用水量约为30m3/h。
d.生活及消防供水系统
主厂房设置有消火栓，2台机组分别设置消防防火环管，另外，考虑到电站的生活需要，主厂房外设有1个水头30m,容量40m3的消防水池，水源取自电站靠山溪水。
在消防水池的出水管装上1个旋转滤水器，对消防用水进行过滤。
在消防供水干管与技术供水管之间设有1个联络阀门，使得消防用水可作为技术供水的备用水源。
主厂房设有1条φ100贯穿全厂的生活消防供水干管，引向发电机的灭火环管和消火栓。
发电机采用手动灭火方式。
e.排水系统
电站渗漏水直接排入尾水渠。
C.气系统
本站调速器自带补气装置。
故本站只设置低压气系统，低压空压机设置2台，一台工作，一台备用。
空压机型号V-0.42/7，配2.0m3、0.7MPa储气罐一个。
D.水力监测系统
为了掌握电站运行情况，使机组经济、安全运行，结合电站监控系统的要求，本站设置下列监测项目：
a.前池水位；
b.拦污栅上、下游水位差；
c.喷嘴进水侧压力钢管压力；
d.尾水水位;
e.集水井水位。
6.2.3机修设备
本站装机1×
3200kW,电站规模不大，按照小水电站的运行经验,本着一般安装维护检修不出站,特殊和复杂的修理工作则送站外专业机械厂家处理的原则,配置部分小型机修设备。
6.3采暖通风
电站所在地气候温和，四季分明，厂址处多年平均气温16.4℃，最高月均气温27.6℃，最低月均气温4.6℃,极端最高气温42.1℃,极端最低气温-12.0℃,年均日照时数1553h。
多年平均相对湿度80%。
多年平均风速为1.5m/s,最大风速16m/s，无霜期282d，多年平均降雨量1400mm。
本站为地面式厂房，采光通风条件都比较好。
根据该地区气象情况，主副厂房均采用自然通风方式。
气流由主厂房大门、窗户等自然进入厂内，一部分上升从主厂房高窗排出厂外，另一部分进入发电机后，再由发电机风道排出厂外。
中控室的温度控制，采用1台柜式空调机。
6.4水力机械主要设备布置
主机室内布置2台混流式水轮发电机组，根据机组安装及检修发电机转子的需要，机组间距取11m，主机室长度30.4m，宽12.00m,厂房地面高程为205.19m。
5000kW机组的机组安装高程为206.01m。
3200kW机组的机组安装高程为206.01m。
在每台水轮机进水侧布置1台主阀，在水轮机上游侧布置调速器、机旁盘等设备，水轮机下游侧则为主要通道。
厂内桥式起重机安装在主机室，根据机组最大件发电机定子的吊装要求，轨顶高程217.24m,跨度10.5m,最大启吊高度9.6m。
水力机械设备布置详见电站厂房平面布置图及剖面图。
水力机械设备清单见表6-1-2。
表6-1-2主要水力机械设备表
序号
名称
型号及规格
单位
数量
备注
1
HLA351-WJ-95
台
HlA351-WJ-84
3
调速器
BWT-1800调速功1800kg.m
4
BWT-1000调速功1000kg.m
5
自动化元件
满足微机监控需要
套
6
透平油
40#
吨
7
进水阀
Z941-25-φ800
8
Z941-25-φ600
9
10
桥式起重机
QD30/5
11
轨道
L=2×
30m
12
滑触线
米
13
油罐
3m3
只
屋内立式
14
油泵
2CY-3.3/3.3-1
真空滤油机
ZLY-50
16
压力滤油机
LY-50
17
移动油车
0.5m3
空压机
V0.42/7
19
储气罐
2m3
水位测量仪
WSC-1J0-40m
带水位传感器
示流信号器
DN50
22
DN32
23
表阀门
XBT-101/2
24
表接头
ZSPG1/12”-M20*15
25
电动球阀
DN80PN1.0MPa交流220V
26
截止阀
J41T-1.0DN50
27
J41T-1.0DN80
28
闸阀
Z44T-10DN50
29
Z15T-10DN32
30
Z15T-10DN25
31
Z45T-10DN80
32
Z45T-10DN100
33
旋塞阀
XBT-101/2”
34
消火栓
DN70
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