【正文】 、水電站的主要參數(shù) Hmax= Hp=100m Hmin= Hr=95%Hp=95m?？傃b機(jī)容量 270MW 二、轉(zhuǎn)輪的形式 本電站水頭范圍為 ~ 米，混流式水輪機(jī)應(yīng)用水頭較廣，約為20~700m，結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行穩(wěn)定且效率高，單機(jī)容量由幾十千瓦到幾十萬千瓦，本設(shè)計(jì)選用混流式 kWmHn rs ?????? （ 11） 因此，以選擇 ns在 185 左右的水輪機(jī)為宜。 HL220 轉(zhuǎn)輪的比轉(zhuǎn)速與本電站的計(jì)算比轉(zhuǎn)速最接近，空化系數(shù)較小，故決定選用 HL220/A153 轉(zhuǎn)輪。 第二節(jié) 水輪機(jī)主要參數(shù)的確定 一 、各方案 參數(shù)計(jì)算 按電站建成后，在電力系統(tǒng)的作用 和供電方式，電站裝機(jī)臺數(shù)分別按 2臺、3臺、 4 臺、 5 臺、 6臺 五 種方案進(jìn)行比較。 （一）水輪機(jī)設(shè)計(jì)水頭下出力 GGr NP ?? （ 12） 式中： G? —— 發(fā)電機(jī)效率，取 ； GN —— 機(jī)組的單機(jī)容量 kW； 第一章 水輪機(jī)組選型設(shè)計(jì) 熱動 2 班 張明月 0902020204 10 （二）水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑 初估時，可以近似取所選擇的額定工況點(diǎn)的模型效率 M? ，再加上修正值，即 ??? ??? MT ， Q11值一般取特性曲線上最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速 n110與 5%出力限制線交點(diǎn) TrrHQ PD ?111 ? （ 13） 式中： T? —— 水輪機(jī)原型率； Pr—— 機(jī)組的單機(jī)容量 kW； Q11—— 模型單位流量 m3/s； Hr—— 設(shè)計(jì)水頭 m； （三）計(jì)算原型水輪機(jī)的效率 5110m a x )1(1 DD MM?? ??? （ 14） 式中： 0M? —— 水輪機(jī)模型最優(yōu)工況效率； D1M—— 轉(zhuǎn)輪模型直徑 m； D1—— 轉(zhuǎn)輪原型直徑 m； M0max ηη=η? （ 15） 式中： max? —— 水輪機(jī)原型最優(yōu)工況效率； 0M? —— 水輪機(jī)模型最優(yōu)工況效率； （四）同步轉(zhuǎn)速 n 111 DHnn Ar? （ 16） 式 中： r11n —— 水輪機(jī)模型設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速 r/min； 1111r11 nnn ??? M ；MMTMM n 111111r1111 )1(nnnn ?????? ??；故 M1111 ?? ，所以 11n? 可以忽略，即 M11r11 nn ? 水頭 ~ 裝機(jī) 270MW 南鎮(zhèn)水電站 畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算書 熱動 2 班 張明月 0902020204 11 HA—— 平均水頭 m； D1—— 轉(zhuǎn)輪直徑 m； （五）檢驗(yàn)水輪機(jī)的運(yùn)行范圍 最大水頭、最小水頭和平均水頭對應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速 min1max11 HnDn ? （ 17） AA HnDn 111 ? （ 18） max1min11 HnDn ? （ 19） 式中： n—— 水輪機(jī)額定轉(zhuǎn)速 r/min； D1—— 轉(zhuǎn)輪原型直徑 m； H—— 水頭 m； 計(jì)算結(jié)果見 計(jì)算書 各方案計(jì)算數(shù)據(jù)列表。 第三節(jié) 較優(yōu)方案的選擇 一、較優(yōu)方案的選擇 （一）選擇方法 將以上各待選方案的 n11max、 n11A、 n11min三條直線畫在各自的模型綜合特性曲線上，以每兩個方案為一個比較組。選擇三條直線包圍高效區(qū)最好，并且 n11A通過最高效率區(qū)的方案為較優(yōu)的方案。當(dāng)在一張圖上有兩個或兩個以上的方案都能較好的包圍高效區(qū)時，則用迭代法計(jì)算水輪機(jī)的單位流量，包括設(shè)計(jì)水頭與最大水頭。繪制（ Q11min， n11max）（ Q11r， n11r）的連線，盡可能多的包圍最高效率區(qū)。其中Q11r超過了出力限制線，說明 D1選的太??；若小于出力限制線，則說明 D1選的太大。 計(jì)算的公式如下： r11 PQ ?? （ 110） 第一章 水輪機(jī)組選型設(shè)計(jì) 熱動 2 班 張明月 0902020204 12 HnDn 111? （ 111） （二）在模型綜合特性曲線上比較方案的幾點(diǎn)說明 1. 在最小水頭下，水輪機(jī)不能發(fā)出額定出力，此時水輪機(jī)受到出 力限制線的限制，所以不需要試算最小水頭下的 Q11； 2. 在最大水頭和設(shè)計(jì)水頭下的 Q11 值，是利用原型水輪機(jī)效率 ? 計(jì)算出來的 Q11，但是 Q11和此水頭對應(yīng)的 n11的交點(diǎn)的模型水輪機(jī)效率加上修正值并不一定等于 ? ，因此需要試算，求出較準(zhǔn)確的 Q11； ：首先假定一個 T? ，計(jì)算出一個 Q11，再由 Q11和對應(yīng)水頭的 n11在圖上找到一點(diǎn)，并查出此點(diǎn)的 M? ，將此 M? 轉(zhuǎn)換成原型效率 T? （按限制工況點(diǎn)效率誤差 ?? 計(jì)）。再代入計(jì)算出 Q11，此時可比較兩次計(jì)算的 Q11是否相同。若不等，重復(fù)前面的過程，直到兩次計(jì)算的 Q11 相同為止。為了減少試算次數(shù)，一般只要前面兩次單位流量相差值小于 5%即可停止迭代式算。 ），（ min11min11 nQ , ），（ r11r11 nQ 的連線，找到與出力限制線的交點(diǎn)，讀取其 n11值，反算得設(shè)計(jì)水頭 HR，此值用來計(jì)算運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線的水輪機(jī)出力限制線。 二、進(jìn)行較優(yōu)方案的選擇 方案編號 11 都能較好地包圍最高效率區(qū)，對這幾個方案進(jìn)行迭代式算，進(jìn)一步確定較優(yōu)方案。 表 11： 優(yōu)選方案列表 方案 轉(zhuǎn)輪型號 臺數(shù) 單機(jī)容量 kW 轉(zhuǎn)輪直徑 m 轉(zhuǎn)速 r/min 2 HL220 2 135000 6 HL220 4 67500 250 8 HL220 5 54000 300 三、 反算設(shè)計(jì)水頭 繪制 （ Q11min， n11min）（ Q11r， n11r） 的連線，找出與出力限制線的交點(diǎn)，然后進(jìn)行設(shè)計(jì)水頭的反算。 水頭 ~ 裝機(jī) 270MW 南鎮(zhèn)水電站 畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算書 熱動 2 班 張明月 0902020204 13 第四節(jié) 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算 一、動能經(jīng)濟(jì)指標(biāo) （一）繪制轉(zhuǎn)輪運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線 等效率曲線的繪制： （ maxmin ~HH ）內(nèi)取 5個水頭值（包括 minH 、PH 、 maxH ）。計(jì)算各水頭對應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速 11n ，以各 11n 值在模型綜合特性曲線上作水平線與其等效率線相交得一系列交點(diǎn)，根據(jù)交點(diǎn)處的 11Q 和 0? 計(jì)算出原型水輪機(jī)的效率 ?和出力 P。然后對每個水頭值作等效率曲線。 )P(f?? 上做某效率值水平線與曲線相交，找出各交點(diǎn)的 P、 H值。 P～ H 坐標(biāo)系，并在其中繪出計(jì)算中所選水頭值的水平線，將 2中得到的各交點(diǎn)按其 H、 P值對應(yīng)點(diǎn)到 P～ H坐標(biāo)系中，連接各點(diǎn)即得到某效率值的等效率線。 力限制線。在 maxmin ~HH 之間，是一條 P=NG的直線 L1，在 Hmin～HR之間的出力限制線是 HR和 Hmin在額定出力時對應(yīng)的出力的連線 L2， L1和 L2的交點(diǎn)即為（ HR， Pr）。 H(m）P(MW)%%%%%%%%%20 40 60 80 100 120 140 160 18011010085圖 11 方案二運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線 第一章 水輪機(jī)組選型設(shè)計(jì) 熱動 2 班 張明月 0902020204 14 H(m）P(MW)8 0 . 7 %8 2 . 7 %8 4 . 7 %8 6 . 7 %8 8 . 7 %9 0 . 7 %9 1 . 7 %9 3 . 7 %9 2 . 7 %20 40 60 80 10011010085圖 12 方案六運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線 H(m)P(MW)8 0 . 6 %8 2 . 6 %8 4 . 6 %8 6 . 6 %8 8 . 6 %9 0 . 6 %9 1 . 6 %9 2 . 6 %9 3 . 6 %20 40 60 8011010085圖 13 方案八運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線 （二）根據(jù)所繪制的運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線計(jì)算各方案的平均效率 iiP AA?? ??? 2 21 ??? （ 112） 水頭 ~ 裝機(jī) 270MW 南鎮(zhèn)水電站 畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算書 熱動 2 班 張明月 0902020204 15 表 12 各方案平均效率 方案 2 6 8 平均效率（ %） 二、機(jī)電設(shè)備投資和耗鋼量 包括：水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、調(diào)速器、輔助設(shè)備、起重設(shè)備、開關(guān)設(shè)備、變壓器，以及設(shè)備運(yùn)輸、安裝費(fèi)用等，對每一方案算出 其設(shè)備總價，并折算成單位千瓦投資。算出每一方案的總耗鋼量和單位千瓦耗鋼量 ，計(jì)算過程見計(jì)算書。 第五節(jié) 最優(yōu)方案選擇 一、各待選方案的綜合比較 表 13： 機(jī)電投資匯總 項(xiàng)目 方案 2 方案 6 方案 8 水利機(jī)械部分 總投資 (萬元 ) 總耗鋼量 (t) 單位千瓦投資 (萬元 ) 單位千瓦耗鋼量 (萬元 ) 電氣部分 總投資 (萬元 ) 總耗鋼量 (t) 單位千瓦投資 (萬元 ) 單位千瓦耗鋼量 (萬元 ) 機(jī)電投資總計(jì) 總投資 (萬元 ) 總耗鋼量 (t) 單位千瓦投資 (萬元 ) 單位千瓦耗鋼量 (t) 第一章 水輪機(jī)組選型設(shè)計(jì) 熱動 2 班 張明月 0902020204 16 表 14： 水輪機(jī)方案比較綜合表 二、確定最優(yōu)方案 經(jīng)觀察比較，方案 2的平均效率最高，并且單位千瓦投資最少，故確定方案2為最優(yōu)方案。 三、 最優(yōu)方案主要參數(shù) 表 15： 最優(yōu)方案參數(shù)列表 轉(zhuǎn)輪型號 HL220 最大水頭 Hmax m 最小水頭 Hmin m 平均水頭 HA m 100 單機(jī)容量 N kW 135000 水輪機(jī)額定出力 kW 機(jī)組臺數(shù) 2 轉(zhuǎn)輪直徑 D1 m 機(jī)組轉(zhuǎn)速 n r/min 飛逸轉(zhuǎn)速 n r/min 項(xiàng)目 方案 2 方案 6 方案 8 水輪機(jī)型號 HL220 HL220 HL220 單機(jī)容量（ kW） 135000 67500 54000 機(jī)組臺數(shù) 2 4 5 轉(zhuǎn)輪直徑（ m） 機(jī)組轉(zhuǎn)速（ r/min） 250 300 水輪機(jī)平均效率（ %） 總投資 (萬元 ) 單位千瓦投資 (萬元 ) 總耗鋼量 (t) 單位千瓦耗鋼量 (t) 水頭 ~ 裝機(jī) 270MW 南鎮(zhèn)水電站 畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)算書 熱動 2 班 張明月 0902020204 17 水輪機(jī)平均效率 額定流量 Qr 水輪機(jī)吸出高度 Hs m 0 第六節(jié) 最優(yōu)方案的進(jìn)出流水道計(jì)算 一、轉(zhuǎn)輪的計(jì)算 圖 14 轉(zhuǎn)輪尺寸示意圖 表 16 轉(zhuǎn)輪參數(shù) 1D 2D 3D 4D 5D 1h 2h 3h 0b 1000 1160 860 532 44 233 459 225 3800 4408 3268 855 二、蝸殼計(jì)算 （一）蝸殼型式、斷面形狀和包角的確定 由于本站應(yīng)用水頭在 ～ ，水頭大于 40m，采用金屬蝸殼，蝸殼斷面為圓形，當(dāng)蝸殼尾部用圓斷面不能和座環(huán)蝶形邊相連接時，采用橢圓形斷面，蝸殼的包角為 345176。 （二）座環(huán)的確定 水輪機(jī)的座環(huán) 是承受水輪發(fā)電機(jī)組的重量、蝸殼上部部分混凝土重量以及水壓力，并將其傳遞到電站基礎(chǔ)上去的部件。在此采用帶蝶形邊座環(huán)，其錐角 ?=55176。 第一章 水輪機(jī)組選型設(shè)計(jì) 熱動 2 班 張明月 0902020204 18 其有關(guān)尺寸見下表： 表 17： 座環(huán)參數(shù) 單位： m Da Db K r h 5 （三）蝸殼參數(shù)計(jì)算 (1).進(jìn)口斷面流量 sm R / 300 ???? ? （ 113） (2).進(jìn)口斷面流速 smHKv R / ???? （ 114） (3).進(jìn)口斷面半徑 mvQ 000 ???? ?? （ 115） (4).進(jìn)口斷面中心距