【導(dǎo)讀】設(shè)計(jì)以及電氣一次部分設(shè)計(jì)。根據(jù)模型綜合特性曲線選出3個(gè)較優(yōu)方案，再進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較及平均效率的計(jì)算，最終選出的最優(yōu)方案水輪機(jī)型號(hào)為HL260/D74，兩臺(tái)機(jī)組，轉(zhuǎn)輪直徑，轉(zhuǎn)。計(jì)算最優(yōu)方案進(jìn)出水流道的主要尺寸及廠房的主要尺寸，繪制。調(diào)節(jié)保證計(jì)算首先選取導(dǎo)葉直線關(guān)閉時(shí)間，暫取7s。對(duì)設(shè)計(jì)水頭和最高水頭甩全負(fù)荷兩種。徑600mm，調(diào)速器為DT—150，油壓裝置為YZ—8。檢修排水、滲漏排水四部分。氣系統(tǒng)主要對(duì)廠內(nèi)高壓和低壓氣系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，并選擇相應(yīng)儲(chǔ)氣。罐和空氣壓縮機(jī)。主接線設(shè)計(jì)包括對(duì)發(fā)電機(jī)電壓側(cè)、送電電壓側(cè)、近區(qū)負(fù)荷側(cè)及廠用自用電。并擬定短路點(diǎn)進(jìn)行短路電流的計(jì)算，選擇配套的電氣設(shè)備。機(jī)電壓直配架空線供近區(qū)負(fù)荷，按過(guò)電壓保護(hù)的要求進(jìn)行校核。輪機(jī)及水輪機(jī)調(diào)節(jié)等專(zhuān)業(yè)課知識(shí)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中培養(yǎng)了我獨(dú)立分析問(wèn)題及解決問(wèn)題的綜合能力。

　　

【正文】 : 當(dāng) n=， 由 n10′ =′ =《型譜新轉(zhuǎn)輪性能曲線及流道尺寸匯編》 HL260/D74 得設(shè)計(jì)工況點(diǎn)的導(dǎo)葉開(kāi)度 a0M=23mm，由 35 頁(yè)飛逸特性曲線查得 n1p=143r/min。 m i n/ 5 681 4 31m a x11 rDHnn RR ???? 當(dāng) n=， m i n/ 5 4 681 4 21m a x11 rDHnn RR ???? 設(shè)計(jì)工況下的單位流量 RQ11 ： 當(dāng) n=smHDPQrrR / 111?????? ?m in )/( rHrnDn r ???? 水輪機(jī)設(shè)計(jì)流量 rQ 的計(jì)算 : smHDr rr / 322111 ????? 熱能與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 錯(cuò)誤 ! 未 找 到 引 用 源 。計(jì)算水輪機(jī)的運(yùn)行范圍 最大水頭、最小水頭和平均水頭對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速 m in )/( 8 7m in1m a x11 rHnDn ???? m in )/( rHnDnpa???? m in)/( 7m a x1m i n11 rHnDn ???? 當(dāng) n=smHDPQrrR / 111?????? ?m in )/( rHrnDn r ???? 水輪機(jī)設(shè)計(jì)流量 rQ 的計(jì)算 : smHDr rr / 322111 ????? 計(jì)算水輪機(jī)的運(yùn)行范圍 最大水頭、最小水頭和平均水頭對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速 m in )/( in1m a x11 rHnDn ???? m in )/( rHnDnpa???? m in )/( 14m a x1m i n11 rHnDn ???? 四、各方案列表如下 38~68m 水頭 150MW 水電站水電站設(shè)計(jì) 26 表 1— 3 各方案主要參數(shù)表 臺(tái)數(shù) 轉(zhuǎn)輪直徑 D1(m) 轉(zhuǎn)速 n(r/min) n11min (r/min) n11a (r/min) n11max (r/min) Q11r m3/s 2 2 125 2 150 2 3 3 75 3 3 150 4 3 4 3 78 較優(yōu)方案選擇 初選較優(yōu)方案 在模型綜合特性曲線上畫(huà)出 n11min、 n11a、 n11max三條線，按照以下原則選出較優(yōu)方案。 原則： （ 1）、 Ha對(duì)應(yīng)的 n11a 是否穿過(guò)了高效率區(qū)的中性點(diǎn)，即計(jì)算值 n11a應(yīng)與模型最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速n110較接近。 （ 2）、 n11min～ n11max的范圍應(yīng)該包括水輪機(jī)的最優(yōu)效率區(qū)，而且包含的高效率區(qū)的面積要大。 （ 3）、盡可能使計(jì)算值 Q11r接近出力限制線上的數(shù)值或推薦使用值。 所列較優(yōu)方案如下： 方案一： 2/（ HL260/D74） 方案二： 2/（ HL260/D74） 方案三： 4/3m/（ HL260/D74） 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算 動(dòng)能經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線，求各方案的平均效率。 繪制水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線 等效率曲線的繪制： A． 在水輪機(jī)工作水頭范圍（ Hmin～ Hmax）內(nèi)取 4 個(gè)水頭值，計(jì)算各水頭對(duì)應(yīng)的單位熱能與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 錯(cuò)誤 ! 未 找 到 引 用 源 。轉(zhuǎn)速 N11，以各 N11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 Q11和η m計(jì)算出原型水輪機(jī)的效率η和出力 P 具體結(jié)果見(jiàn) 附 表 1。 然后對(duì)每個(gè)水頭值作等效率曲線。 B． 在曲線η =f（ P）上過(guò)某效率值水平線與曲線相交，記下各點(diǎn) P、 H 值。 C． 將各點(diǎn)的 H、 P 值繪在坐標(biāo)圖上，將各點(diǎn)連成光滑曲線，即為某η的效率值。 D． 繪制出力限制線。在 Hr～ Hmax 之間，是一條 P=Pr 的直線。在 Hmin～ Hr 之間出力限制線一般由模型綜合特性曲線的 95%出力限制線換算而得。各方案的曲線 見(jiàn)附圖 1。 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 利用面積法求各方案的平均效率 ?? ???AAa 221 ??? 式中η η 2 為特性曲線上相鄰等效率線上的效率值， A 為兩相鄰效率線之間的面積。具體結(jié)果 見(jiàn)附表 2。 機(jī)電設(shè)備投資和耗鋼量 （一）、水力機(jī)械部分 A 、水輪機(jī) 水輪機(jī)總重量指不包括調(diào)速器、油壓裝置和其他輔助設(shè)備的水輪機(jī)整體重量。由《水力機(jī)械》 139 頁(yè)圖 2— 55，曲線 2—— 混流式焊接蝸殼或 H150m。估算各種方案的水輪機(jī)的重量 : 方案一 ,Z=2 臺(tái) ,D1=,G=340t,總重 340 2=680t,總價(jià) 680 =2380 萬(wàn)元； 方案二 ,Z=2 臺(tái) ,D1=,G=380t,總重 380 2=760t,總價(jià) 760 =2660 萬(wàn)元； 方 案三 ,Z=4 臺(tái) ,D1=3m,G=167t,總重 167 4=668t,總價(jià) 668 =2338 萬(wàn)元； B、調(diào)速器 按一臺(tái) 80萬(wàn)元來(lái)考慮，故各方案總價(jià)估算如下： 方案一 總價(jià) 30 2=60萬(wàn)元 方案二 總價(jià) 30 2=60萬(wàn)元 方案三 總價(jià) 30 4=120萬(wàn)元 C、 起重設(shè)備 起重機(jī)的重量由原始資料 P59頁(yè)查得的系數(shù)乘以裝機(jī)容量，然后乘以單價(jià)得到投資，計(jì)算過(guò)程如下： 方案一 系數(shù) 重量 3 ??? 總價(jià) =? = 萬(wàn)元 38~68m 水頭 150MW 水電站水電站設(shè)計(jì) 28 方案二 系數(shù) 重量 6 ??? 總價(jià) =? = 萬(wàn)元 方案三 系數(shù) 重量 5915 ??? 總價(jià) = 萬(wàn)元 D、 輔助設(shè)備部分 輔助設(shè)備投資 =k%（水輪機(jī) +調(diào)速器） 查原始資料匯編 59頁(yè)可得各方案的 k值：估算分別為： 方案一 Pg= 萬(wàn) KW k=% 總價(jià)為： %（ 2380+60） = 萬(wàn)元 方案二 Pg= KW k=% 總價(jià)為： %（ 2660+60） = 萬(wàn)元 方案三 Pg= 萬(wàn) KW k=% 總價(jià)為： %（ 2338+120） = 萬(wàn)元 E 、設(shè)備安裝運(yùn)行費(fèi) 安裝設(shè)備運(yùn)輸費(fèi) =κ %設(shè)備總價(jià) 查原始資料匯編可得各方案的κ值，故有： 方案一： 總價(jià)為： %（ 2380+60++） = 萬(wàn)元 方案二： 總價(jià)為： %（ 2660+60++） = 萬(wàn)元 方案三： 總價(jià)為： %（ 2338+120++） = 萬(wàn)元 （二）、電氣部分 A 、水輪發(fā)電機(jī) 查 《電氣一次》 P183 3 2)(nnGF NSKG ? （ t）計(jì)算， 上式中： KG—— 估算系數(shù)，懸式機(jī)組范圍為 8～ 10，傘式機(jī)組 7～ 9，水內(nèi)冷取 ～ 7； Nn—— 額定轉(zhuǎn)速（ r/min）； Sn—— 視在功率（ KW）； GF—— 發(fā)電機(jī)重量（ t）。 當(dāng)發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速大于 150r/min 時(shí)，采用懸式機(jī)組 KG =9； 當(dāng)發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速小于 150 r/min 時(shí)，采用傘式機(jī)組 KG =7～ 9。 估算各方案發(fā)電機(jī)的重量： 方案一 Nn=,Pr=76531KW，查《水力機(jī)械》 cosψ = 則： 熱能與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 錯(cuò)誤 ! 未 找 到 引 用 源 。 )( 0 6) 3 6( 7 6 5 3 18 3 22 tGF ???? 總重： G 總 =2GF=2 = 總價(jià)為 2＝ (萬(wàn)元 ) 方案二 Nn=125r/min,Pr=76531 KW， cosψ =，則： )()( 7 6 5 3 18 3 22 tGF ???? 總重： G 總 =2GF= 總價(jià)為 2＝ (萬(wàn)元 ) 方案三 Nn=,Pr=38265KW，查《水力機(jī)械》 cosψ = 則： )( 4 7) 8 7( 3 8 2 6 59 3 22 tGF ???? 總重： G 總 =4GF= 總價(jià)為 4＝ (萬(wàn)元 ) B、變壓器 《電氣一次》 217 頁(yè)圖 5— 26鋁線變壓器容量與重量的關(guān)系曲線， 220KV 雙線圈。 方案一 SF=150/2*=,Z=2 臺(tái) 總重： 110 2=220t 總價(jià)為： 220 5=1100 萬(wàn)元 方案二 SF=150/2*= Z=2臺(tái) 總重： 110 2=220t 總價(jià)為： 220 5=1100 萬(wàn)元 方案三 SF=150/4*=,Z=4 臺(tái) 總重： 74 4=296t 總價(jià)為： 296 5=1480 萬(wàn)元 C、 開(kāi)關(guān)設(shè)備 根據(jù)《動(dòng)力設(shè)備手冊(cè)》表 1021 推薦值，在初步設(shè)計(jì)時(shí)開(kāi)關(guān)單價(jià)按 100 萬(wàn)元 /臺(tái)計(jì)算，每臺(tái)機(jī)組設(shè)有一臺(tái)開(kāi)關(guān)，由此計(jì)算各方案開(kāi)關(guān)設(shè)備投資如下： 方案一 總價(jià) 5 4=20（萬(wàn)元） 方案二 總價(jià) 5 4=20（萬(wàn)元） 方案三 總價(jià) 5 8=40（萬(wàn)元） D、 電氣自動(dòng)化設(shè)備 根據(jù)《設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)》第 2 頁(yè)所述，估算時(shí)以發(fā)電機(jī)、變壓器和開(kāi)關(guān)設(shè)備總價(jià)的 10%計(jì)算。計(jì)算結(jié)果如下： 方案一 總價(jià)為： 10%（ 2380+1100+20） = 萬(wàn)元 方案二 總價(jià)為： 10%（ 2660+1100+20） = 萬(wàn)元 方案三總價(jià)為： 10%（ 2338+1480+40） = 萬(wàn)元 E、電氣部分運(yùn)輸費(fèi) 38~68m 水頭 150MW 水電站水電站設(shè)計(jì) 30 根據(jù)《設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)》第 2 頁(yè)所述，估算時(shí)以發(fā)電機(jī)、變壓器。開(kāi)關(guān)設(shè)備總價(jià)和電氣自動(dòng)化設(shè)備的κ %計(jì)算 方案一 總價(jià)為： %（ 2380+1100+20+） = 萬(wàn)元 方案二 總價(jià)為： %（ 2660+1100+20+） = 萬(wàn)元 方案三 總價(jià)為： %（ 2338+1480+40+） = 萬(wàn)元 最優(yōu)方 案選擇 水力機(jī)械投資估算表 方案 一 二 三 水輪機(jī)單重（噸 /臺(tái)） 340 380 167 水輪機(jī)總重（噸） 680 760 668 水輪機(jī)單價(jià)（萬(wàn)元 /噸） 水輪機(jī)總價(jià)（萬(wàn)元） 2380 2660 2338 調(diào)速器單價(jià)（萬(wàn)元 /臺(tái)） 30 30 30 調(diào)速器總價(jià)（萬(wàn)元） 60 60 120 起重機(jī)重量（噸） 起重機(jī)單價(jià)（萬(wàn)元 /噸） 起重機(jī)總價(jià)（萬(wàn)元） 輔助設(shè)備投資（萬(wàn)元） 安裝運(yùn)輸費(fèi)（萬(wàn)元） 總投資（萬(wàn)元） 總耗鋼量（噸） 單位千瓦投資（元 /千瓦） 單位千瓦耗鋼量（公斤 /千瓦） 電氣部分投資估算表 熱能與動(dòng)力工程專(zhuān)業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 錯(cuò)誤 ! 未 找 到 引 用 源 。方案 Ⅰ Ⅱ Ⅳ 發(fā)電機(jī)單重 (噸 /臺(tái) ) 發(fā)電機(jī)總重 (噸 ) 發(fā)電機(jī)單價(jià) (萬(wàn)元 /噸 ) 4 4 4 發(fā)電機(jī)總價(jià) (萬(wàn)元 ) 變壓器和開(kāi)關(guān)總價(jià) (萬(wàn)元 ) 1120 1120 1520 自動(dòng)化設(shè)備總價(jià) (萬(wàn)元 ) 設(shè)備安裝運(yùn)輸費(fèi) (萬(wàn)元 ) 總計(jì) (萬(wàn)元 ) 單位千瓦投資 (元 /千瓦 ) 單位千瓦耗鋼量 (公斤 /千瓦 ) 最優(yōu)方案的選擇 水輪機(jī)方案比較綜合表 Ⅰ Ⅱ Ⅳ 最大水頭 Hmax(米 ) 68 68 68 最小水頭 Hmin(米 ) 38 38 38 平均水頭 Hp(米 ) 55 55 55 裝機(jī)容量 Ny(萬(wàn)千瓦 ) 15 15 15 水輪機(jī)型號(hào) HL260 /D74 HL260 /D74 HL260 /D74 單機(jī)容量 N(千瓦 ) 機(jī)組臺(tái)數(shù) 2 2 4 轉(zhuǎn)輪直徑 D1(米 ) 3 機(jī)組轉(zhuǎn)數(shù) (轉(zhuǎn) /分 ) 125 計(jì)算水頭 (米 ) 水輪機(jī)平均效率 % % % 模型最高效率時(shí)的 n39。1 80 80 79 總投資 (萬(wàn)元 ) 單位千瓦投資 (元 /千瓦 ) 總耗鋼量 (噸 ) 單位千瓦耗鋼量 (噸 /千瓦 ) 比較結(jié)果 最優(yōu) 由以上表格可知，方案 Ⅰ 的投資最小，單位千瓦投資最小，耗鋼量也是距中，平均效率最高，故采用方案 Ⅰ 作為最優(yōu)方案。 38~68m 水頭 150MW 水電站水電站設(shè)計(jì) 32 最優(yōu)方案吸出高度 sH 的計(jì)算 設(shè)計(jì)水頭 mHr ? ，設(shè)計(jì)水頭對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速 n11r=?M? 則 ?T? 由試算結(jié)果， smQ r / 311 ?