水动毕业设计-HTS水电站主辅机选型及调保计算Word下载.doc
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3.1.1调节保证计算的目的、任务及标准 37
3.1.2电站基本参数 37
3.1.3额定水头下的调保计算 38
3.1.4最高水头下的调保计算 44
3.2调速器形式及工作容量选择 49
3.2.1调速器形式的选择 49
3.2.2调速器工作容量选择 49
3.2.3导叶接力器其他参数计算 50
3.2.4主配压阀直径 50
3.2.5油压装置的选择 51
第四章辅助设备设计计算 52
4.1油系统部分设计 52
4.1.1用油量的计算 52
4.1.2油系统设备选择 55
4.1.3油系统图 57
4.2气系统部分设计 57
4.2.1各种用气额定压力 57
4.2.2供气方式 57
4.2.3设备选择计算 57
4.2.4厂内低压压缩空气系统 58
4.2.5气系统图 60
4.3水系统设计 60
4.3.1技术供水系统 60
4.3.2排水系统 63
4.3.3水系统图 65
第五章厂房设计 66
5.2主厂房机组段长度的确定 66
5.2.1厂房计算基本参数 66
5.2.2机组段长度（机组间距） 66
5.2.3装配场长度 67
5.2.4边机组段加长长度 68
5.2.5确定厂房长度 68
5.2主厂房宽度的确定 68
5.2.1主厂房宽度 68
5.2.2确定厂房宽度 69
5.3主厂房起重设备的选择 70
5.3.1形式和台数的选择 70
5.4主厂房各层高程的确定 70
5.4.1机组的安装高程的确定 71
5.4.2尾水管底板的高程 71
5.4.3水轮机层地面高程 71
5.4.4发电机层地面高程 71
5.4.5吊车轨道顶的高度 72
5.4.6厂房顶面的高程 72
5.5厂房布置图 72
结语 73
参考文献 74
致谢 75
第一章原始资料与设计任务
1.1毕业设计（论文）使用的原始资料（数据）
1.1.1工程基本概况
HTS电站位于云南德宏傣族景颇族自治州盈江县境内的大盈江干流下游河段。
电站厂房距盈江县城42km，距昆明786km。
本电站为引水式电站。
主体建筑物由首部枢纽、有压引水隧洞、钢管道和厂区枢纽组成。
电站引水道系统布置在大盈江左岸，引水道总长约280m，采用一管三机引水方式，由电站进水口、压力引水隧洞、洞内压力管道组成，为有压引水系统。
其中压力引水隧洞长202m，直径为8.8m；
压力引水总钢管长42m，直径为8.8m；
支管42米（至蝶阀止），直径按进水蝶阀直径定。
本电站装机有如下方案：
1.1.2电站基本参数
1、水位
（1）上游水位,
正常蓄水位788m
死水位781m
（2）厂房尾水位-流量关系
表1-1厂房尾水位-流量关系
水位（m）
738.2
739
740．5
741
741.5
742
742.5
流量（m3/s）
4.65
62.1
100
175
230
330
743
743.5
744
400
520
600
2、流量
电站多年平均流量213m3/s
3、水头
最大静水头54m
额定水头46.5m
最小水头40m
4、泥沙0.47kg／m3
5、气象
年平均气温19.4℃
最高温度36.8℃
最低气温－8℃
年平均相对湿度80％
6、电站特性
装机容量3×
33MW
保证出力22.609MW
多年平均发电量53198万kW.h
年利用小时数5374h
75
第二章水力发电机组的选型及相关设计
2.1水轮机的方案选择
2.1.1水轮机类型的选择
表2-1水轮机类型及适用范围
由任务书电站基本参数可知本电站的水头范围为40至54米，结合型谱表初步选用HLA551、HLD74、HLA384三种转轮。
采用三台机方案。
模型参数如表2-2:
表2-2模型参数
HLA384
HLD74
HLA551
模型转轮直径D1（cm）
30
35
35.2
推荐最大使用水头（m）
125
80
60
最优单位转速（r/min）
77.7
79
79.3
最优单位流量（m3/s）
0.92
1.08
最优工况点效率%
93.1
92.7
93.2
限制单位流量（m3/s）
1.017
1.247
1.326
限制工况点效率%
90.4
89.4
89.6
限制工况汽蚀系数
0.1
0.143
0.14
续表2-2
限制工况比转速（m.kW）
233
261
270.5
单位飞逸转速（r/min）
137
150.4
147.2
水轮机的额定出力
由于本机组属于中型机组故发电机效率取97%
2.1.2各方案的基本参数试算
1、方案一、3×
（1）转轮直径
取最优单位转速=79.3r/min;
与出力限制线的交点的单位流量作为设计工况单位流量,则=1.324/s,对应模型的效率为0.9,暂取效率修正值0.02;
原型水轮机在设计工况下的效率0.9+0.02=0.92
取标准值3m
（2）原型水轮机的效率
其中由模型综合特性曲线查的0.932
故效率修正值为
效率修正采用等效率修正法，统一修正+2.4%
（3）转速n的计算与选择
以加权平均水头作为标准水头计算发电机同步转速
转速
此值介于发电机同步转速166.7r/min与187.5r/min之间,其运行区间比较如下
当取187.5r/min时
当取166.7r/min时
图2-1HLA551发电机同步转速取187.5r/min模型运行区间
图2-2HLA551发电机同步转速取166.7r/min模型运行区间
由上图所示的HLA551的模型曲线可知当取166.7r/mi时运行区间已偏离最优效率区,不利于机组稳定高效的运行,综上所述发电机同步转速取187.5r/min
（4）流量的计算
由，两公式通过试算可得对应水头下的单位流量和模型效率，从而推算出实际工况下的流量及效率。
1）额定水头：
设计工况点的模型转速
结合模型综合特性曲线进行试算得当模型效率为0.908时流量为1.304恰在模型曲线故符合要求
原型水轮机的单位流量
2）最高水头：
模型转速：
结合模型综合特性曲线进行试算得当模型效率为0.926时流量为1.022恰在模型曲线故符合要求
原型水轮机最低流量为
（5）比转速的计算
（6）吸出高度的计算
1）计算，，所对应得单位转速
2）确定各水头所对应的单位流量
最小水头取对应单位转速与5%出力限制线交点处流量为所取点单位流量，则最低水头的单位流量为：
3）确定各点的空化系数
由上述计算结果对应模型综合特性曲线找到相应的工况点上分别查出、、所对应得模型空化系数，分别为0.125,0.113,0.099.查空化系数修正值与水头的关系曲线可知。
4）水轮机安装高程的确定
水轮机的安装高程在初步计算时取下游水位的平均海拔高程.因此电站采用三台机的形式,故设计尾水位的水轮机过流量按1台机的额定流量,结合任务书中水位---流量关系表由差值法得出尾水位高度是E=m
5）吸出高度的计算
（7）飞逸转速的计算
r/min
（8）轴向水推力
2、方案二、3×
取最优单位转速=79r/min;
与出力限制线的交点的单位流量作为设计工况单位流量,则=1.247/s,对应模型的效率为0.893,暂取效率修正值0.02;
原型水轮机在设计工况下的效率0.893+0.02=0.913
m
计算值处于我国标准转轮直径3~3.3m之间,因取3m时转轮直径较小无法保证设计水头下发额定出力;
而取3.3m又过大,且本机组为大型机组所以取非标准值3.1m
其中由模型综合特性曲线查的0.927
故效率修正值为0.953-0.927=0.026
效率修正采用等效率修正法，统一修正+2.6%
转速r/min
此值介于发电机同步转速166.7~187.5r/min之间,其运行区间比较如下
当取187.5r/min时r/min
当取166.7r/min时r/min
图2-3HLD74发电机同步转速取187.5r/min模型运行区间
图2-4HLD74发电机同步转速取166.7r/min模型运行区间
由上图所示取187.5r/min时覆盖最优效率区面积较大且转速越高尺寸越小发电机极对数越少,比较经济,故选取187.5r/min
结合模型综合特性曲线进行试算得当模型效率为0.91时流量为1.215恰在模型曲线故符合要求
结合模型综合特性曲线进行试算得当模型效率为0.902时流量为0.98恰在模型曲线故符合要求
4）确定各水头所对应的单位流量
最小水头取对应单位转速与5%出力限制线交点处流量为所取点单位流量，则最低水头的单位流量为：
5）确定各点的空化系数
由上述计算结果对应模型综合特性曲线找到相应的工况点上分别查出、、所对应得模型空化系数，分别为0.143,0.14,0.1.查空化系数修正值与水头的关系曲线可知。
6）吸出高度的计算
r/min
3、方案三、3×
取最优单位转速=77.7r/min;
与出力限制线的交点的单位流量作为设计工况单位流量,则=1.017/s,对应模型的效率为0.902,暂取效率修正值0.02;
原型水轮机在设计工况下的效率0.902+0.02=0.922
计算值处于我国标准转轮直径3.3~3.8m之间,因取3.3m时转轮直径较小无法保证设计水头下发额定出力;
而取3.8m又过大,且本机组为大型机组所以取非标准值3.5m
其中由模型综合特性曲线查的0.931
故效率修正值为0.958-0.931=0.027
效率修正采用等效率修正法，统一修正+2.7%
转速r/min
此值介于发电机同步转速150~166.7r/min之间,其运行区间比较如下
当取150r/min时r/min
当取166.7r/min时r/min
图2-5HLA384发电机同步转速取150r/min模型运行区间
图2-6HLD74发电机同步转速取166.7r/min模型运行区间
由上图所示的HLA384的模型曲线可知当取166.7r/min时运行区间已偏离最优效率区,不利于机组稳定高效的运行,综上所述发电机同步转速取150r/min
结合模型综合特性曲线进行试算得当模型效率为0.93时流量为0.932恰在模型曲线故符合要求
结合模型综合特性曲线进行试算得当模型效率为0.91时流量为0.761恰在模型曲线故符合要求。
原型水轮机最低流量为。
2）确定各水头所对应的单位流量
由上述计算结果对应模型综合特性曲线找到相应的工况点上分别查出、、所对应得模型空化系数，分别为0.12,0.08,0.059.查空化系数修正值与水头的关系曲线可知。
水轮机的安装高程在初步计算时取下游水位的平均海拔高程.因此电站采用三台机的形式,故设计尾水位的水轮机过流量按1台机的额定流量,结合任务书中水位---流量关系表由差值法得出尾水位高度是E=
5）吸出高度的计算
各方案基本参数列表:
表2-3各方案水轮机基本参数
项目
方案一
方案二
方案三
水轮机型号
水轮机额定出力（kw）
34021
机组台数
3
转轮直径
（m）
3.1
3.5
同步转速
（r/min）
187.5
150
续表2-3
额定工况比转速
（m·
kW）
额定流量
（）
80.3
79.6
78.5
额定工况
点效率
0.956
0.953
0.958
吸出高度
2.53
1.6
3.057
轴向水推力
（N）
各方案在模型图上的运行区域如图2-7至2-9所示：
图2-7HLA551运行区域
图2-8HLD74运行区域
图2-9HLA384运行区域
2.1.3经济指标
1、水轮机重量估算
水轮机总重
K、b为与水头有关的系数;
a为与转轮直径有关的系数,由《毕业设计与课程设计指南》表2.7得K=8.1,b=0.16,
（1）方案一：
（2）方案二：
（3）方案三：
2、发电机重量
方案比较时采用估算算法
其中为估算系数由装置形式决定,又因三个方案转速都较高由《水电站设计手册水利机械分册》可知宜选用悬式布置,取8-9，为发电机额定容量，为发电机额定转速。
综上所述将各方案估算重量列表如下:
表2-4各部分造价表
参考价格
水轮机
3万元/吨
发电机
3.5万元/吨
3各方案预算投资
表2-5各方案经济指标
水轮机重量（t）
137.43
147.5
192.1
发电机重量（t）
251.25
291.54
机组造价估算（万元）
1291.67
1321.88
1596.7
差价（万元）
+30.21
+305.03
2.1.4最优方案比较
1、最优方案比较标准
（1）技术指标的比较
1）转速比较
转速作为机组的重要性能指标，提高额定转速，可以有效降低转轮直径，减小水轮机和发电机的尺寸，降低整个电站的投资成本。
经过真机参数对应在模型综合特性曲线上分析几种型号均在良好的运行工况内，HLD74、HLA551转速均为187.5r/min，而HLA384转速仅为150r/min不经济，其发电机投资最大。
2）转轮直径比较
HLA551的转轮直径为3m最小，制造最为简单，相应造价最小。
HLA384直径最大，制造难度比其他两个转轮略大，经济性不好。
3）额定工况比转速比较
较高的比转速的机组动能效益较高且机组和厂房土建投资都较低，HLD74、HLA551
比转速都为m·
kW，HLA384比转速为。
因此HLA384不宜选用。
4）转轮运行特性比较
在HLA551和HLD74两个转轮比较中不难看出，虽然两者的额定转速相等，但两转轮中HLD74的单位转速稍低、额定工况效率两者相似，转轮直径更大。
且运行区间最优效率区的范围没有HLA551大。
因本电站装机规模较大，选用有较多成功运行经验的转轮极为重要。
HLA551转轮多年来成功运行于多个中低水头电站，运行经验较为丰富，为整个电站以后的运行维护管理打下了良好基础。
故本阶段宜推荐选用的转轮型号为HLA551。
（2）经济指标的比较
由表2-4所得结果可知HLA551经济指标最好,机组造价最低.
综上所述，本电站宜推荐采用的转轮型号为HLA551
2.2运行特性曲线的绘制
2.2.1等效率线绘制
等效率曲线是指在某一效率值曲线上任意一点的运行工况,水轮机效率相等,计算表格如表2-6:
2.2.2出力限制线的绘制
机组出力限制线表示在不同水头下水轮机能发出的最大出力.同时受发电机额定容量的限制.设计水头将出力限制线分为两段
①时,水轮机出力受发电机额定容量限制
②时,水轮机出力受最大过流能力限制,由模型曲线上5%出力限制线换算
计算表格如表2-6:
表2-6等效率线出力限制线计算表
0.420
0.024
0.444
0.380
3768.496
0.352
4375.388
0.500
0.524
0.422
4939.071
0.384
5633.178
0.560
0.584
0.465
6065.510
0.415
6785.032
0.620
0.644
0.510
7335.970
0.455
8203.293
0.660
0.684
0.551
8418.005
0.485
9287.285
0.700
0.724
0.593
9589.474
0.521
10560.081
0.740
0.764
0.645
11006.635
0.572
12234.334
0.780
0.804
0.702
12606.504
0.622
14000.301
0.800
0.824
0.725
13343.407
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