【正文】 70 長 春 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 1 前 言 富春江水電站是我國自行建設(shè)的一座低水頭河床式電站。 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)主要參數(shù)的選擇 .................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 確定選定方案的主要參數(shù) .................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 水輪機(jī)型號(hào)選擇 .................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。對(duì)廠房進(jìn)行了布置，并對(duì)油、氣、水等各輔助系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 初步設(shè)計(jì)主要是對(duì)水力機(jī)組的設(shè)計(jì) ，進(jìn)行了水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)和調(diào)速器的選擇。 機(jī)組臺(tái)數(shù)選擇 ........................................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 繪制水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線 ............................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 水輪機(jī)參數(shù)的確定 ................................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 調(diào)節(jié)保證計(jì)算 ........................................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。上流離新安江水電站約 60公里 ,下游離杭州市約 110公里。船閘規(guī)模為 100噸級(jí)，布置在右岸，閘室有效長度 102米，口門寬 米 .魚道位于廠 房與溢流壩段之間 ,采用“ Z”字形梯級(jí)布置。電站總裝機(jī)容量 ，年發(fā)電量 ；船閘通行能力為 100～ 300噸級(jí)船舶， ，為不完全年調(diào)節(jié)電站， 最大水頭： ，加權(quán)平均水頭： ，設(shè)計(jì)水頭： ，最小水頭：。 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)。 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。 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。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。 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)。 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)。但因 HL310 是英式的，資料不全，因此放棄 HL310。故水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速為 r/min。 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。 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 ????? 由于直徑大于 ，所以 tG 39。顯然，吸出高度越小，則水輪機(jī)裝的越低，水輪機(jī)抗空化性能越好；但水電站的基建投資則愈大。 HKH wS ????? 90 010 （ 13） sw H???? （ 14） 長 春 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 11 式中： K—— 水輪機(jī)的安全系數(shù) ? —— 水輪機(jī)安裝高程 m W? —— 最低尾水位 m (1) 吸出高度 I 方案 mHH wS m a x1 ???????? 2SH = mHrw ??????? mHH wS m in3 ???????? 在這里取 mHS ?? 同理得 II 方案 SH = III方案 SH = (2) 安裝高程 I方案 mXDH Sw ?????????? II 方案 mXDH Sw 0 7 ?????????? III方案 mXDH Sw 3 4 ?????????? 這里取 X=。 繪制等效率線 繪制水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線 要求：每個(gè)葉片安放角求出 一個(gè)相對(duì)應(yīng)的效率修正值，下式中 Mo? 是模型水輪機(jī)最高效率， 0T? 為原形水輪機(jī)最高效率，計(jì)算公式為： ))(1(1 105110TMTMMOT HHDD???? ?? (16) 00 MT ??? ??? (17) 表 1— 6 各方案 ? 角的效率差 ?? 方案I ? 100 50 00 50 100 150 200 0M? 0T? ?? 方案II ? 100 50 00 50 100 150 200 0M? 長 春 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 14 0T? ?? (1) 繪制等效率線計(jì)算表（見表 16， 18） 表 1— 7 方案 I 等效率線計(jì)算 ()Hm 11Tn 11Mn 轉(zhuǎn)輪型號(hào) ： ZZ560； 1D =8（ m）； 1n = r/min； n? =0 r/min； maxH =； minH =； rH =。 長 春 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 19 通過以上繪制運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線（見附錄），出力限制線，等吸出高度線，可知方案 I工作在高效區(qū)的范圍較大，方案 II的工作曲線與 I相比較差，因此最終選擇方案 I為最佳方案。 混凝土蝸殼多采用多邊形，分為 T 和 ? 型。 (2) 確定蝸殼包角及進(jìn)口斷流面積 因?yàn)楦淮航娬镜乃^很低，且流量很大，蝸殼的包角的大小將關(guān)系到水電站的投資和水輪機(jī)的效率，為了獲得良好的水力性能，提高水輪機(jī)效率， 結(jié)合本電站的實(shí)際情況，選擇蝸殼包角 0 180?? 。 蝸殼進(jìn)口斷面主要尺寸的確定 (1) 蝸殼進(jìn)口斷面面積 FO 計(jì)算進(jìn)口斷面流量 0Q 360/max0 ?r ? o = 180o /360o = sm3 查蝸殼進(jìn)口斷面平均流速曲線，根據(jù)設(shè)計(jì)水頭，查得 V o =則 000 /VQF ? = = 2m (2) 進(jìn)口斷面尺寸和形狀 蝸殼斷面采用 mn的“ T”形，選用蝸殼進(jìn)口斷面的尺寸應(yīng)盡量縮小機(jī)組段的間距。 由方程組 ? ? anb /? = ? ? abnmab // 0??? = 長 春 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 21 經(jīng)過試算取 a=5m, b=, m=, b0=, n=。 長 春 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 23 尾水管選擇 水流流經(jīng)轉(zhuǎn)輪，完成了能量交換后，將從轉(zhuǎn)輪的出口流出轉(zhuǎn)輪。（根據(jù) [1]P117 ， [8]p167） 本電站屬于大型立式機(jī)組范圍，故應(yīng)選用變肘型尾水管 ，包括三部分：進(jìn)口錐管，肘管，出口散管。 錐管進(jìn)口直徑 D3可近似取轉(zhuǎn)輪出口直徑， D3=? D1=。 由表 111（根據(jù) [2]P25）得表 1— 16. 表 1— 18 單位（ m） ZZ560 1D 2D 3D 4D 1h 2h h 0b 8 91 由表 113（根據(jù) [2]P25）得表 1— 19 表 1— 19 單位（ m） 類型 1D h L 5B 4D 4h 6h 1L 5h 3h 4E 8 36 20 (4) 擴(kuò)散管的確定 擴(kuò)散管的斷面為矩形，一般兩側(cè)面為平行面，而上 下兩面之間為擴(kuò)散形。葉片是轉(zhuǎn)換能量的主要部件，安裝在轉(zhuǎn)輪體上，它一方面與轉(zhuǎn)輪一起旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；按組合方式不同分整體式和分件是兩種 。 長 春 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 26 (1) 主軸外徑確定 由于富春江水電站水質(zhì)良好，所以軸承的潤滑主要用水潤滑。 由公式（ 1— 14）代入數(shù)據(jù)得 cmd 117618564961021174 4 ?? ???? 由此 cmd ? 取內(nèi)孔尺寸系列為 mmd 900? 主軸的其他尺寸 根據(jù)主軸外徑 D=11700mm，查得（根據(jù)文獻(xiàn) [1]P312）得表 1— 22 主軸的其他尺寸 根據(jù)主軸外徑 D=1000 mm，查 [1]312頁 . 表 1— 22 水輪機(jī)薄壁軸尺寸系列 （單位 mm） D ?D bD pD 2D 3D d d? bd 1d 2d h 1h l 1l 長 春 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 27 1200 1830 1575 1220 1815 1300 1100 1100 125 130 188 240 270 60 85 2l s 1s a m R 1R 2R f c z c 1c 2c R3 12 300 360 35 2 120 30 350 2 20 16 20 4 5 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)主要參數(shù)的選擇 導(dǎo)葉現(xiàn)狀選擇 圓柱式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的葉型，目前常用的有對(duì)稱型和非對(duì)稱型（正曲率）兩種標(biāo)準(zhǔn)葉型。導(dǎo)葉軸線 分度圓直徑 D0=9300mm。 接力器直徑的選擇 導(dǎo)葉接力器直徑的選擇 當(dāng)油壓裝置的額定油壓為 25? 510 Pa時(shí)，采用標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)且用兩個(gè)單缸接力器操作時(shí)，每個(gè)接力器的直徑按 下式計(jì)算： 01 m ax1cbd D HD?? (1— 17) 其中 ： ? — 計(jì)算系數(shù)，由表 45[3]得查得 ?? ； 0b — 導(dǎo)葉的高度 。 水輪機(jī)的葉片數(shù)為 4 片，活動(dòng)導(dǎo)葉 Z0=32 片，用 20MnSi 剛鑄造，主軸為空心薄壁軸，內(nèi)徑為 mmd 1170? ，外徑 mmd ?? ，軸承采用水潤滑橡膠軸承。 額定功率因數(shù) 發(fā)電機(jī)的額定功率因數(shù)是發(fā)電機(jī)的額定有功功率 rN 與額定容量 NS 的比值，cos N? = NNpS ，按常用的功率因數(shù)取為 。（ 2）應(yīng)使轉(zhuǎn)子磁軛的機(jī) 械應(yīng)力與所選用的材料相適應(yīng)。 長 春 工 程 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 ) 31 ??pDi 2? （ cm） 式中 ? 為極距（ cm）； p 為極對(duì)數(shù)，在這里為 48對(duì) 在初步選擇極距時(shí)可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式41 2pSK N?? （ cm），式子中 1K 為系數(shù)在這里取 10（根據(jù)參考文獻(xiàn) [9]P30）代入數(shù)據(jù)得 4827500010 4 ?????，由此可得出??pDi 2? = ??? 定子鐵芯長度 tl 當(dāng)極距（或定子鐵芯內(nèi)徑）確定以后，可以按下式求出 tl ： CnDSl Ni Nt 2?（ cm） 6 2 ????????? pSKC N 其中 6K 為系數(shù)；對(duì)于大型水輪發(fā)電機(jī)為 ~，在這里取 。 立式機(jī)組可分為懸式和傘式兩種結(jié)構(gòu)。 根據(jù)NtinlD = ??? ，所以采用全傘