【正文】 布置進行設計。 本設計報告是依據(jù)《水輪機設計手冊》、《水電站動力設備設計手冊》、《水輪機》 —— 高的學校教材、《水輪機》 —— 高等學校教材（?？七m用）國家標準進行設計。注意了理論與實踐的密切結合，水輪機初步設計的基本理論和實際情況進行了簡要的分析和計算，對水輪機進行選型設計，對調節(jié)保證計算，本設計 報告共分為十一部分：一、水輪機型號選擇；二、水輪發(fā)電機選擇；三、調保計算及調速設備選擇；四、廠房的布置 ；五、電廠輔助系統(tǒng)；六、本設計總結；七、參考文獻 ；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 錯誤，望老師給予指正和批評。 長 春 工 程 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 2 第一章 水輪機選擇 機組臺數(shù)選擇 確定機組臺數(shù)時，必須考慮以下有關因素，經過充分的技術經濟論證 : 臺數(shù)對工程建設費用的影響 機組臺數(shù)的多少直接影響單機容量的大小，單機容量不同時，機組的單位千瓦的造價不同，一般，小的機組的單位千瓦造價高于大的機組。一方面，小機組的單位千瓦金屬消耗高于大的機組，另外，單位重量的加工費用也較大。除主要機電設備 外，機組臺數(shù)的增加，要求增加配套設備的臺數(shù)，主副廠房的平面尺寸也需增加，因此，在同樣的裝機容量條件下，水電站的土建工程及動力廠房的成本也隨機組數(shù)的增加而增加。 機組臺數(shù)對電站運行效率的影響 當采用不同的機組臺數(shù)時，電站的平均效率是不同的。較大單機容量的機組，其單機效率較高，這對于預計經常滿負荷運行的水電站獲得的效率較顯著。但是，對于變動負荷的水電站，若采用過少的機組臺數(shù)，雖單機效率高，但在部分負荷時，由于負荷不便在機組間調節(jié)，因而不能避開低效率區(qū)，這會使電站的平均效率降低。電站的最佳裝機臺數(shù)， 要通過電廠的經濟運行分析來確定。 機組臺數(shù)對電廠運行維護的影響 機組臺數(shù)較多時，其優(yōu)點是運行方式靈活，發(fā)生事故時電站及所在系統(tǒng)的影響較小，檢修也容易安排。但臺數(shù)較多時，運行人員增加運行用的料，消耗增加，因而運行費用較高。同時，較多的設備與較頻繁的開停機會使整個電站的事故發(fā)生率上升。 機組臺數(shù)對設備制造、運輸及安裝的影響 機組臺數(shù)增加時，水輪機和發(fā)電機的單機容量減少，則機組的尺寸小，制造、運輸及現(xiàn)場安裝都較容易。反之，臺數(shù)減少則機組尺寸增大，機組的制造、運輸和安裝的難度也相應加大。 因此，最大單機容量的選擇要考慮制造廠家的加工水平及設備的運輸、安裝條件。此外，從發(fā)電機轉子的機械強度方面考慮，發(fā)電機轉子的直徑必須限制在轉子最大線速度的允許值之內，機組的最大容量有時也會因此受到限制。 機組臺數(shù)對電力系統(tǒng)的影響 對于占電力系統(tǒng)容量比重較大的水電廠及大型機組，發(fā)生事故時對電力系統(tǒng)的影響長 春 工 程 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 3 較大，考慮到電力系統(tǒng)中備用容量的設置及電力系統(tǒng)的安全性，在確定臺數(shù)時，單機容量不應大于系統(tǒng)的備用容量，即使在容量較小的電網中，單機容量也不宜超過系統(tǒng)容量的 1/3。 機組臺數(shù)對電廠主接線 的影響 由于水電廠水輪發(fā)電機組常采用擴大單元主接線方式（超大型機組除外），故機組臺數(shù)多采用偶數(shù)。同時為了運行方式的機動靈活及保證機組檢修時的廠用電可靠，除特殊情況外，一般都裝兩臺以上機組。對于裝置大型機組的水電廠，由于主變壓器的最大容量受到限制，常采用單元接線方式，因此機組臺數(shù)的選擇不必受偶數(shù)的限制。 以上與機組臺數(shù)有關的諸因素，許多是既相互聯(lián)系又相互矛盾的，在選擇時應針對主要因素進行綜合技術經濟比較，選擇出合理的機組臺數(shù)。 基于上述原則和因素，初選機組臺數(shù)為 5臺 ,6臺和 7臺。 確定方 案 富春江水電廠總裝機容量為 KW。 方案Ⅰ： 5臺 4?6+= KW 方案Ⅱ： 6臺 5 ??? 萬 KW 方案Ⅲ： 7 臺 6 ??? 萬 KW 水輪機型號選擇 表 11 水輪機適用范圍 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，電站的裝機容量為 ，最大水 頭為 米，設計水頭為 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 ZZ560， 其相應參數(shù)如表 12. 表 12 ZZ560相關參數(shù)表 （根據(jù)參考文獻 [8]P370） 長 春 工 程 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 4 水輪機 型式 輪轂比 dh/D1 導葉相對 高度 bo/D1 最優(yōu)單位 轉速 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） 水輪機轉輪標稱直徑與轉速計算 現(xiàn)以整數(shù)為標準計算 五臺機組 （ 1） 轉輪直徑 D1的計算 水輪機的額定出力為 KWKWPaa ??? ? 式中 Pr —— 水輪機出力 Na —— 發(fā)電機額定容量 a? —— 發(fā)電機效率（在這里取 ） 取最優(yōu)單位轉速 n110=130r/min與出力限制線交點的單位流量為設計工況單位流量。對于轉槳式水輪機或者未標出出力限制線的水輪機， Q11一般 不超過型譜參數(shù)表中的推薦值，則 smslslQ r /???? ，對應模型效率為 %81m? ，暫取效率修正值為 3??? %，則設計工況點原水輪機的效率為 ?????? ??? m ，水輪機轉輪直徑 D1為 mHrQDr Pr 111?????? ? 按照我國規(guī)定的轉輪直徑，選取直徑為 8m。 式中 Pr —— 發(fā)電機額定容量； kW Qr11 —— 水輪機額定工況的單位流量， sm3 Hr —— 設計水頭 ? —— 原形水輪機效率 (2) 效率 ? 的計算 長 春 工 程 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 5 ? ? ? ? 55 11m a x ???????? DD Mm?? a x ?????? M??? 式中 ： MAX? —— 原形水輪機效率 M? —— 模型水輪機最高效率 DM1 —— 模型水輪機轉輪直徑 限制工況原形水輪機效率為 9 2 4 ?????? ??? M （ 3）轉速 n的計算 n= 110n 1DHr =130? m in/ r? 根據(jù)發(fā)電機同步轉速表（課本 P326）取水輪機轉速計算值介于發(fā)動機同步轉速 60 r/min~ r/min,因靠近 r/min。故水輪機的轉速為 r/min。 六臺機組 (1) 轉輪直徑 D1計算 水輪機的額定出力為 KWNaPar 50000 ??? ? 式中 Pr —— 水輪機出力 （ KW） Na —— 發(fā)電機額定容量 (KW) a? —— 發(fā)電機效率（在這里取 ） 取最優(yōu)單位轉速 n110=130r/min 與出力限制線交點的單位流量為設計工況單位流量。對于轉槳式水輪機或者未標出出力限制線的水輪機， Q11一般 不超過型譜參數(shù)表中的推薦值，則 smslslQ r /???? ，對應模型效率為 %81m? ，暫取效率修正值為 3??? %，則設計工況點原水輪機的效率為 ?????? ??? m ，水輪機轉輪直徑 D1為 mHrQDr Pr 111?????? ? 長 春 工 程 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 6 按照我國規(guī)定的轉輪直徑，選取直徑為 。 式中 Pr —— 發(fā)電機額定容量， kW Qr11 —— ：水輪機額定工況的單位流量， sm3 Hr —— 設計水頭 ? —— 原形水輪機效率 (1) 效率 ? 的計算 ? ? ? ? 55 11m a x ???????? DD Mm?? a x ?????? M??? 式中 MAX? —— 原形水輪機效率 M? —— 模型水輪機最高效率 DM1 —— 模型水輪機轉輪直徑 限制工況原形水輪機效率為 9 2 4 ?????? ??? M (2) 轉速 n的計算 n= 110n 1DHr =130? m in/ r? 轉速計算值在發(fā)動機標準同步轉速表與最接近的轉速為 ，故選轉速為 。 七 臺機組 (1) 轉輪直徑 D1計算 水輪機的額定出力為 KWNaPar 40000 ??? ? 式中 Pr —— 水輪機出力 Na —— 發(fā)電機額定容量 a? —— 發(fā)電機效率（在這里取 ） 取最優(yōu)單位轉速 n110=130r/min 與出力限制線交點的單位流量為設計工況單位流量。長 春 工 程 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 7 對于轉槳式水輪機或者未標出出力限制線的水輪機， Q11一般 不超過型譜參數(shù)表中的推薦值，則 smslslQ r /???? ，對應模型效率為 %81m? ，暫取效率修正值為 3??? %，則設計工況點原水輪機的效率為 ?????? ??? m ，水輪機轉輪直徑 D1為 mHrQDr Pr 111?????? ? 按照我國規(guī)定的轉輪直徑，選取直徑為 。 式中 Pr —— 發(fā)電機額定容量， kW Qr11 —— ：水輪機額定工況的單位流量， sm3 Hr —— 設計水頭 ? —— 原形水輪機效率 (1) 效率 ? 的計算 ? ? ? ? 55 11m a x ???????? DD Mm?? a x ?????? M??? 式中 MAX? —— 原形水輪機效率 M? —— 模型水輪機最高效率 DM1 —— 模型水輪機轉輪直徑 限制工況原形水輪機效率為 9 2 4 ?????? ??? M (2) 轉速 n的計算 n= 110n 1DHr =130? m in/ r? 轉速計算值在發(fā)動機標準同步轉速表與最接近 的轉速為 ，故選轉速為。 對以上方案計算結果，可進行比較： 長 春 工 程 學 院 畢 業(yè) 設 計 (論 文 ) 8 表 13 水輪機初選方案 方案 機組臺數(shù) 水輪機型號 轉速 n( minr ) 直徑 D1 (m) I 5 ZZ560 8 II 6 ZZ560 III 7 ZZ560 水輪機初選方案比較 對初選的三個方案，從效率，吸出高度，重量等方面進行比較。 水輪機重量估算 水輪機總重量是指不包括調速器，油壓裝置和其他輔助設備的水輪機整體重量 ,從參考文獻（ [1]P138和 [2]P31）中，查的當水頭 H=0— 80m時， k=,b= 水輪機重量按如下公式計算： 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 ???? 轉輪重量按如下公式計算： a DHdG BZZ ? 式中 Bd —— 轉輪輪轂比。 1 ?? Ddd hB 轉輪重量分別為 ： 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 春 工 程 學 院 畢 業(yè) 設 計 (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 總重 G（ t） 轉 輪重 G? （ t） ? (%) I ZZ560 II ZZ560 154 III ZZ560 計算各方案出力 （ 1）校核出力 Qr =Qr11 D21 rH （ 11） Nj= Qr ?