【正文】 布置進(jìn)行設(shè)計(jì)。 本設(shè)計(jì)報(bào)告是依據(jù)《水輪機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》、《水電站動(dòng)力設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)》、《水輪機(jī)》 —— 高的學(xué)校教材、《水輪機(jī)》 —— 高等學(xué)校教材（專(zhuān)科適用）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。注意了理論與實(shí)踐的密切結(jié)合，水輪機(jī)初步設(shè)計(jì)的基本理論和實(shí)際情況進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析和計(jì)算，對(duì)水輪機(jī)進(jìn)行選型設(shè)計(jì)，對(duì)調(diào)節(jié)保證計(jì)算，本設(shè)計(jì) 報(bào)告共分為十一部分：一、水輪機(jī)型號(hào)選擇；二、水輪發(fā)電機(jī)選擇；三、調(diào)保計(jì)算及調(diào)速設(shè)備選擇；四、廠房的布置 ；五、電廠輔助系統(tǒng)；六、本設(shè)計(jì)總結(jié)；七、參考文獻(xiàn) ；八、致謝；九、附錄 。 由于種種原因以及本人的水平有限，難 免出現(xiàn) 一些 錯(cuò)誤，望老師給予指正和批評(píng)。 長(zhǎng) 春 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 2 第一章 水輪機(jī)選擇 機(jī)組臺(tái)數(shù)選擇 確定機(jī)組臺(tái)數(shù)時(shí)，必須考慮以下有關(guān)因素，經(jīng)過(guò)充分的技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證 : 臺(tái)數(shù)對(duì)工程建設(shè)費(fèi)用的影響 機(jī)組臺(tái)數(shù)的多少直接影響單機(jī)容量的大小，單機(jī)容量不同時(shí)，機(jī)組的單位千瓦的造價(jià)不同，一般，小的機(jī)組的單位千瓦造價(jià)高于大的機(jī)組。一方面，小機(jī)組的單位千瓦金屬消耗高于大的機(jī)組，另外，單位重量的加工費(fèi)用也較大。除主要機(jī)電設(shè)備 外，機(jī)組臺(tái)數(shù)的增加，要求增加配套設(shè)備的臺(tái)數(shù)，主副廠房的平面尺寸也需增加，因此，在同樣的裝機(jī)容量條件下，水電站的土建工程及動(dòng)力廠房的成本也隨機(jī)組數(shù)的增加而增加。 機(jī)組臺(tái)數(shù)對(duì)電站運(yùn)行效率的影響 當(dāng)采用不同的機(jī)組臺(tái)數(shù)時(shí)，電站的平均效率是不同的。較大單機(jī)容量的機(jī)組，其單機(jī)效率較高，這對(duì)于預(yù)計(jì)經(jīng)常滿負(fù)荷運(yùn)行的水電站獲得的效率較顯著。但是，對(duì)于變動(dòng)負(fù)荷的水電站，若采用過(guò)少的機(jī)組臺(tái)數(shù)，雖單機(jī)效率高，但在部分負(fù)荷時(shí)，由于負(fù)荷不便在機(jī)組間調(diào)節(jié)，因而不能避開(kāi)低效率區(qū)，這會(huì)使電站的平均效率降低。電站的最佳裝機(jī)臺(tái)數(shù)， 要通過(guò)電廠的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析來(lái)確定。 機(jī)組臺(tái)數(shù)對(duì)電廠運(yùn)行維護(hù)的影響 機(jī)組臺(tái)數(shù)較多時(shí)，其優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行方式靈活，發(fā)生事故時(shí)電站及所在系統(tǒng)的影響較小，檢修也容易安排。但臺(tái)數(shù)較多時(shí)，運(yùn)行人員增加運(yùn)行用的料，消耗增加，因而運(yùn)行費(fèi)用較高。同時(shí)，較多的設(shè)備與較頻繁的開(kāi)停機(jī)會(huì)使整個(gè)電站的事故發(fā)生率上升。 機(jī)組臺(tái)數(shù)對(duì)設(shè)備制造、運(yùn)輸及安裝的影響 機(jī)組臺(tái)數(shù)增加時(shí)，水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量減少，則機(jī)組的尺寸小，制造、運(yùn)輸及現(xiàn)場(chǎng)安裝都較容易。反之，臺(tái)數(shù)減少則機(jī)組尺寸增大，機(jī)組的制造、運(yùn)輸和安裝的難度也相應(yīng)加大。 因此，最大單機(jī)容量的選擇要考慮制造廠家的加工水平及設(shè)備的運(yùn)輸、安裝條件。此外，從發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的機(jī)械強(qiáng)度方面考慮，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的直徑必須限制在轉(zhuǎn)子最大線速度的允許值之內(nèi)，機(jī)組的最大容量有時(shí)也會(huì)因此受到限制。 機(jī)組臺(tái)數(shù)對(duì)電力系統(tǒng)的影響 對(duì)于占電力系統(tǒng)容量比重較大的水電廠及大型機(jī)組，發(fā)生事故時(shí)對(duì)電力系統(tǒng)的影響長(zhǎng) 春 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 3 較大，考慮到電力系統(tǒng)中備用容量的設(shè)置及電力系統(tǒng)的安全性，在確定臺(tái)數(shù)時(shí)，單機(jī)容量不應(yīng)大于系統(tǒng)的備用容量，即使在容量較小的電網(wǎng)中，單機(jī)容量也不宜超過(guò)系統(tǒng)容量的 1/3。 機(jī)組臺(tái)數(shù)對(duì)電廠主接線 的影響 由于水電廠水輪發(fā)電機(jī)組常采用擴(kuò)大單元主接線方式（超大型機(jī)組除外），故機(jī)組臺(tái)數(shù)多采用偶數(shù)。同時(shí)為了運(yùn)行方式的機(jī)動(dòng)靈活及保證機(jī)組檢修時(shí)的廠用電可靠，除特殊情況外，一般都裝兩臺(tái)以上機(jī)組。對(duì)于裝置大型機(jī)組的水電廠，由于主變壓器的最大容量受到限制，常采用單元接線方式，因此機(jī)組臺(tái)數(shù)的選擇不必受偶數(shù)的限制。 以上與機(jī)組臺(tái)數(shù)有關(guān)的諸因素，許多是既相互聯(lián)系又相互矛盾的，在選擇時(shí)應(yīng)針對(duì)主要因素進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選擇出合理的機(jī)組臺(tái)數(shù)。 基于上述原則和因素，初選機(jī)組臺(tái)數(shù)為 5臺(tái) ,6臺(tái)和 7臺(tái)。 確定方 案 富春江水電廠總裝機(jī)容量為 KW。 方案Ⅰ： 5臺(tái) 4?6+= KW 方案Ⅱ： 6臺(tái) 5 ??? 萬(wàn) KW 方案Ⅲ： 7 臺(tái) 6 ??? 萬(wàn) KW 水輪機(jī)型號(hào)選擇 表 11 水輪機(jī)適用范圍 型式 適用水頭 H（ M） 軸流式 ZZ560 10～ 22 混流式 HL310 30 根據(jù)所給的原始資料，電站的裝機(jī)容量為 ，最大水 頭為 米，設(shè)計(jì)水頭為 米，最小水頭為 米。在最大水頭 米和最小水頭 米下符合要求的有 HL310 和 ZZ560 兩種。但因 HL310 是英式的，資料不全，因此放棄 HL310。由附表 1（ 1）可選型號(hào) ZZ560， 其相應(yīng)參數(shù)如表 12. 表 12 ZZ560相關(guān)參數(shù)表 （根據(jù)參考文獻(xiàn) [8]P370） 長(zhǎng) 春 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 4 水輪機(jī) 型式 輪轂比 dh/D1 導(dǎo)葉相對(duì) 高度 bo/D1 最優(yōu)單位 轉(zhuǎn)速 n110 推薦最大單 位流量 Q110 模 型 空 化 系 數(shù)M? ZZ560 130(r/min) 2022（ L/S） 水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱(chēng)直徑與轉(zhuǎn)速計(jì)算 現(xiàn)以整數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算 五臺(tái)機(jī)組 （ 1） 轉(zhuǎn)輪直徑 D1的計(jì)算 水輪機(jī)的額定出力為 KWKWPaa ??? ? 式中 Pr —— 水輪機(jī)出力 Na —— 發(fā)電機(jī)額定容量 a? —— 發(fā)電機(jī)效率（在這里取 ） 取最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速 n110=130r/min與出力限制線交點(diǎn)的單位流量為設(shè)計(jì)工況單位流量。對(duì)于轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)或者未標(biāo)出出力限制線的水輪機(jī)， Q11一般 不超過(guò)型譜參數(shù)表中的推薦值，則 smslslQ r /???? ，對(duì)應(yīng)模型效率為 %81m? ，暫取效率修正值為 3??? %，則設(shè)計(jì)工況點(diǎn)原水輪機(jī)的效率為 ?????? ??? m ，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑 D1為 mHrQDr Pr 111?????? ? 按照我國(guó)規(guī)定的轉(zhuǎn)輪直徑，選取直徑為 8m。 式中 Pr —— 發(fā)電機(jī)額定容量； kW Qr11 —— 水輪機(jī)額定工況的單位流量， sm3 Hr —— 設(shè)計(jì)水頭 ? —— 原形水輪機(jī)效率 (2) 效率 ? 的計(jì)算 長(zhǎng) 春 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 5 ? ? ? ? 55 11m a x ???????? DD Mm?? a x ?????? M??? 式中 ： MAX? —— 原形水輪機(jī)效率 M? —— 模型水輪機(jī)最高效率 DM1 —— 模型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑 限制工況原形水輪機(jī)效率為 9 2 4 ?????? ??? M （ 3）轉(zhuǎn)速 n的計(jì)算 n= 110n 1DHr =130? m in/ r? 根據(jù)發(fā)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速表（課本 P326）取水輪機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算值介于發(fā)動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速 60 r/min~ r/min,因靠近 r/min。故水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速為 r/min。 六臺(tái)機(jī)組 (1) 轉(zhuǎn)輪直徑 D1計(jì)算 水輪機(jī)的額定出力為 KWNaPar 50000 ??? ? 式中 Pr —— 水輪機(jī)出力 （ KW） Na —— 發(fā)電機(jī)額定容量 (KW) a? —— 發(fā)電機(jī)效率（在這里取 ） 取最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速 n110=130r/min 與出力限制線交點(diǎn)的單位流量為設(shè)計(jì)工況單位流量。對(duì)于轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)或者未標(biāo)出出力限制線的水輪機(jī)， Q11一般 不超過(guò)型譜參數(shù)表中的推薦值，則 smslslQ r /???? ，對(duì)應(yīng)模型效率為 %81m? ，暫取效率修正值為 3??? %，則設(shè)計(jì)工況點(diǎn)原水輪機(jī)的效率為 ?????? ??? m ，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑 D1為 mHrQDr Pr 111?????? ? 長(zhǎng) 春 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 6 按照我國(guó)規(guī)定的轉(zhuǎn)輪直徑，選取直徑為 。 式中 Pr —— 發(fā)電機(jī)額定容量， kW Qr11 —— ：水輪機(jī)額定工況的單位流量， sm3 Hr —— 設(shè)計(jì)水頭 ? —— 原形水輪機(jī)效率 (1) 效率 ? 的計(jì)算 ? ? ? ? 55 11m a x ???????? DD Mm?? a x ?????? M??? 式中 MAX? —— 原形水輪機(jī)效率 M? —— 模型水輪機(jī)最高效率 DM1 —— 模型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑 限制工況原形水輪機(jī)效率為 9 2 4 ?????? ??? M (2) 轉(zhuǎn)速 n的計(jì)算 n= 110n 1DHr =130? m in/ r? 轉(zhuǎn)速計(jì)算值在發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)同步轉(zhuǎn)速表與最接近的轉(zhuǎn)速為 ，故選轉(zhuǎn)速為 。 七 臺(tái)機(jī)組 (1) 轉(zhuǎn)輪直徑 D1計(jì)算 水輪機(jī)的額定出力為 KWNaPar 40000 ??? ? 式中 Pr —— 水輪機(jī)出力 Na —— 發(fā)電機(jī)額定容量 a? —— 發(fā)電機(jī)效率（在這里取 ） 取最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速 n110=130r/min 與出力限制線交點(diǎn)的單位流量為設(shè)計(jì)工況單位流量。長(zhǎng) 春 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 7 對(duì)于轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)或者未標(biāo)出出力限制線的水輪機(jī)， Q11一般 不超過(guò)型譜參數(shù)表中的推薦值，則 smslslQ r /???? ，對(duì)應(yīng)模型效率為 %81m? ，暫取效率修正值為 3??? %，則設(shè)計(jì)工況點(diǎn)原水輪機(jī)的效率為 ?????? ??? m ，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑 D1為 mHrQDr Pr 111?????? ? 按照我國(guó)規(guī)定的轉(zhuǎn)輪直徑，選取直徑為 。 式中 Pr —— 發(fā)電機(jī)額定容量， kW Qr11 —— ：水輪機(jī)額定工況的單位流量， sm3 Hr —— 設(shè)計(jì)水頭 ? —— 原形水輪機(jī)效率 (1) 效率 ? 的計(jì)算 ? ? ? ? 55 11m a x ???????? DD Mm?? a x ?????? M??? 式中 MAX? —— 原形水輪機(jī)效率 M? —— 模型水輪機(jī)最高效率 DM1 —— 模型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑 限制工況原形水輪機(jī)效率為 9 2 4 ?????? ??? M (2) 轉(zhuǎn)速 n的計(jì)算 n= 110n 1DHr =130? m in/ r? 轉(zhuǎn)速計(jì)算值在發(fā)動(dòng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)同步轉(zhuǎn)速表與最接近 的轉(zhuǎn)速為 ，故選轉(zhuǎn)速為。 對(duì)以上方案計(jì)算結(jié)果，可進(jìn)行比較： 長(zhǎng) 春 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 8 表 13 水輪機(jī)初選方案 方案 機(jī)組臺(tái)數(shù) 水輪機(jī)型號(hào) 轉(zhuǎn)速 n( minr ) 直徑 D1 (m) I 5 ZZ560 8 II 6 ZZ560 III 7 ZZ560 水輪機(jī)初選方案比較 對(duì)初選的三個(gè)方案，從效率，吸出高度，重量等方面進(jìn)行比較。 水輪機(jī)重量估算 水輪機(jī)總重量是指不包括調(diào)速器，油壓裝置和其他輔助設(shè)備的水輪機(jī)整體重量 ,從參考文獻(xiàn)（ [1]P138和 [2]P31）中，查的當(dāng)水頭 H=0— 80m時(shí)， k=,b= 水輪機(jī)重量按如下公式計(jì)算： a= ])(5[ 1 ??? D ( 解得 a1=,a2=,a3=) G=KDa1 Hb (t) I方案 D1 = tG 6 7 ???? t II 方案 D1 = tG ???? III 方案 D1 = tG 8 ???? 轉(zhuǎn)輪重量按如下公式計(jì)算： a DHdG BZZ ? 式中 Bd —— 轉(zhuǎn)輪輪轂比。 1 ?? Ddd hB 轉(zhuǎn)輪重量分別為 ： I 方案 mD ? tG 39。1 ????? t 由于直徑大于 ，所以 tG 39。1 ??? II 方案 mD ? tG 39。1 ????? 由于直徑大于 ，所以 tG 39。1 ??? III 方案 mD ? tG 39。1 ????? 長(zhǎng) 春 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 9 由于直徑大于 ，所以 tG 39。1 ??? 表 14 各方案最大效率表 方案 直徑 D1 （ m） 最大效率 ? （ %） 型號(hào) 總重 G（ t） 轉(zhuǎn) 輪重 G? （ t） ? (%) I ZZ560 II ZZ560 154 III ZZ560 計(jì)算各方案出力 （ 1）校核出力 Qr =Qr11 D21 rH （ 11） Nj= Qr ?