【導(dǎo)讀】熱能與動(dòng)力工程畢業(yè)設(shè)計(jì)。55-80米水頭380MW水電站機(jī)電部分設(shè)計(jì)

　　

【正文】 /千瓦） 總耗鋼量（噸） 4052 4086 3778 單位千瓦耗鋼量 （公斤 /千瓦） 比較結(jié)果 總投資是三個(gè)方案中最低的 ，且 平均效率是最高的 總投資是三個(gè)方案中第二高的 ，且 平均效率是最低 的 總投資是三個(gè)方案中最高 的， 平均效率是第二高的 五、最優(yōu)方案的選擇 由水輪機(jī)方案比較綜合表可知，由于Ⅰ比方案Ⅱ、方案Ⅲ投資低，且平均效率也5580 米水頭 380MW 水電站 機(jī)電部分 設(shè)計(jì) 22 比方案Ⅱ、方案Ⅲ高，因此方案Ⅰ為最優(yōu)方案。 最優(yōu)方案主要參數(shù)列表如下： 表 117 最優(yōu)方案主要參數(shù) 轉(zhuǎn)輪型號(hào) 機(jī)組臺(tái)數(shù) 轉(zhuǎn)輪直 徑 額定轉(zhuǎn)速 單機(jī)容量 平均效率 設(shè)計(jì)水頭 HL260/D74 2 r/min 190MW % 六、最優(yōu)方案吸出高度 sH 的計(jì)算 設(shè)計(jì)水頭 ? 設(shè)計(jì)水頭對應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速與出力限制線的交點(diǎn)的 ? ? ， 則 0 .8 8 7 0 .0 3 1 0 .9 1 8TM? ? ?? ? ? ? ? ?（ 126） 11 2 1 .519 .8 1 rr TrPQ DH?? 32 1 . 51 9 5 8 7 6 .2 9 1 .2 7 6 /9 .8 1 5 .5 6 8 .2 1 0 .9 1 8 ms??? ? ?（ 127） 2 2 31 1 1 1 .2 7 6 5 .5 6 8 .2 1 3 1 8 .8rrQ Q D H m? ? ? ? ?（ 128） 3318 .8TQ Q m?? （ 129） 查原始資料 P42 附圖 112 可得 m?? ， 根據(jù)《水輪機(jī)》 P67 得 10 900srH K H???? ? ? 1 1 8 . 61 0 1 . 1 5 0 . 1 5 7 6 8 . 2 1900? ? ? ? ??? （ 130） 式中 ? —— 水輪機(jī)安裝位置的海拔高程（ m），在初始計(jì)算是，可取為下游平均水位的海拔高程 σ —— 模型空化系數(shù)，各工況下的空化系數(shù)可從該型號(hào)水輪機(jī)的模型綜合特性曲線查得 σ =。 ?K —— 水輪機(jī)的空化安全系數(shù)，根據(jù)技術(shù)規(guī)范，對混流式水輪機(jī)，可采用《水輪機(jī)》 P67 表 43 查得 ?K =。 七、 飛逸轉(zhuǎn)速 計(jì)算 . ???? = ??11?? √??max??1 = √ = (?? min? ) （ 131） 八、軸向水推力計(jì)算 Ft = 9810 ??4???? D12 ??max = 9810 ??4 80 = 106(??) （ 132） 熱能與動(dòng)力工程畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 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 如圖所示，由《型譜新轉(zhuǎn)輪性能曲線及流道尺寸匯編》 P39頁可查的 HL260/D74具體尺寸：（單位：米） D1 D2 D3 D4 D5 b0 h1 h2 h3 h4 1 二 、蝸殼計(jì)算 蝸殼型式的確定 根據(jù) {《水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊》 —— 水力機(jī)械 ]P115 知 :大中型水輪機(jī)的蝸殼，當(dāng)最大工作水頭在 40m 以下時(shí)，一般用混泥土蝸殼， 40m 以上用鋼板焊接蝸殼。 由于本電站水頭范圍 55m～ 80m，則選用鋼板焊接蝸殼。 蝸殼的斷面形狀及座環(huán)的確定 金屬蝸殼斷面一般為圓形 ， 而由于蝸殼尾部用圓斷面時(shí)不能和座環(huán)蝶形邊相接 ，故采用橢圓形斷面。 采用帶蝶形邊的座環(huán) ， 其錐角為 055 ， 其有關(guān)尺寸查 [《水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊》 ——水力機(jī)械 ]P128 表 216 座環(huán)的有關(guān)尺寸見下表： 表 118 座環(huán)的有關(guān)尺寸 表 名稱 Da(m) Db(m) K(m) r(m) 參數(shù) 蝸殼的包角 5580 米水頭 380MW 水電站 機(jī)電部分 設(shè)計(jì) 24 金屬蝸殼的包角一般為 0345 。 蝸殼 的分節(jié) 由《水輪機(jī)設(shè)計(jì)手冊》 P90 知，蝸殼的分節(jié)一般要考慮干板利用率、制造和安裝的要求，各節(jié)角度不一定相等。前部各節(jié)主要考慮干板的利用率，后部各節(jié)主要考慮制造工藝。 有本電站的轉(zhuǎn)輪直徑，可查《水輪機(jī)設(shè)計(jì)手冊》 P90 表 65，可得本電站的蝸殼分節(jié)數(shù)為 23 節(jié)，每節(jié)的角度為 15 度。 金屬蝸殼外形尺寸的計(jì)算 按 ru? =常數(shù)且蝸殼與座環(huán)蝶形邊相切進(jìn)行計(jì)算 ， 具體計(jì)算如下： 進(jìn)口斷面尺寸計(jì)算 （ 1）進(jìn)口斷面流量 0 300 003 4 5 3 1 8 . 8 3 0 5 . 5 ( / )3 6 0 3 6 0 m s? ?? ? ?（ 133） 式中 0? ——蝸殼包角 ， 取 0345 Q ——水輪機(jī)設(shè)計(jì)流量 )s/m( 3 （ 2）進(jìn)口斷面流速 30 0 .8 7 6 8 .2 1 7 .1 9 ( / )rV K H m s? ? ? ?（ 134） 式中 K ——流速系數(shù)查《水輪機(jī)》 P99 圖 540， 取 （ 3）進(jìn)口斷面面積 20003 0 5 .5 4 2 .4 9 ( m )7 .1 9QF V? ? ?（ 135） （ 4）進(jìn)口斷面半徑 00 4 2 .4 9 3 .6 8 ( )3 .1 4F m? ?? ? ?（ 136） （ 5）進(jìn)口斷面中心距 220 0 0a r h?? ? ? 224 .4 5 3 .6 8 1 .2 8? ? ?=(m)（ 137） 式中： r0=????2 +k= +=（ m） b0==（ m） h=??02 ++r=（ m） （ 6）進(jìn)口斷面半徑 0 0 0 ( )Rm??? ? ? ? ?（ 138） 由進(jìn)口斷面尺寸 ， 可以求出蝸殼系數(shù) C 熱能與動(dòng)力工程畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 0220 0 0C aa? ?? ?? 223457 .9 7 .9 3 .6 8? ??? （ 139） 圓斷面計(jì)算 由《水輪機(jī)》 P94 圖 547 幾何關(guān)系可以得到： 2i0i hCr2C ?????? （ 140） 22i h???? （ 141） ???? 0i r （ 142） iiiR ???? （ 143） 2 .2 3co s 5 5hsm??（ 144） 具體計(jì)算見下表 : 圓形斷面 表 119 圓形斷面 計(jì)算表 斷面號(hào) 斷面角 x 斷面半徑 ρ 斷面中心距 a 斷面外徑 R 1 345 2 330 3 315 4 300 5 285 6 270 7 255 8 240 9 225 10 210 11 195 12 180 13 165 橢圓斷面的計(jì)算 當(dāng) 014 165?? 時(shí) ， ? ? ? ?， 此時(shí)應(yīng)該采用橢圓斷面連接 ， 計(jì)算如下： （ 1）橢圓半徑 22 ???? （ 145） （ 2）與圓同等面積 5580 米水頭 380MW 水電站 機(jī)電部分 設(shè)計(jì) 26 ????? tgdA 2 （ 146） )s in1C/R2ctg(C A2i ???????? （ 147） aa Rrd ?? （ 148） ra=????2 =(m) （ 149） 0 Lcos55aRr?? （ 150） （ 3）橢圓斷面長半徑 ??????? ctgL 221 （ 151） 1 .5 6 2 6 msi nhL ??? （ 152） （ 4）橢圓斷面中心距 2a ??? （ 153） （ 5）橢圓斷面外徑 1aR ??? （ 154） 具體計(jì)算見下表 : 橢圓斷面 表 120 橢圓斷面 計(jì)算表 斷面號(hào) 斷面角 與圓同等面積 A 等面積半徑 ρ 橢圓短半徑 ρ2 橢圓上半徑 ρ1 斷面中心距 a 橢圓外徑R 1 150 2 135 3 120 4 105 5 90 6 75 7 60 8 45 9 30 10 15 三 、尾水管計(jì)算 尾水管的計(jì)算主要根據(jù)模型的尾水管按轉(zhuǎn)輪的比例同等放大。 具體尺寸如圖所示，由原始資料 可知確定水輪機(jī)流道尺寸按推薦的尾水管各部分熱能與動(dòng)力工程畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 尺寸的選擇 表 121 尾水管的計(jì)算表 參數(shù) D1 D4 h h4 h5 h6 L1 L B5 模型（ m） 1 原形(m) 采用標(biāo)準(zhǔn)混凝土肘管。 出口斷面流速：考慮動(dòng)能回收系數(shù)。比轉(zhuǎn)速越高 ， 動(dòng)能回收系數(shù)也越高。但是理論上尾水管出口流速小一些好。 D 1D 5D 4D 3b0DD 4rRhh4h6尾水管流道尺寸圖 出口擴(kuò)散段通常均采用矩形斷面 ， 出口寬度 B5 一般與肘管出口寬度相等。 B5〉10m 時(shí) ， 需要 設(shè)支墩。 對混流式水輪機(jī)直錐段的單邊擴(kuò)散角β≤ 70～ 90， 取β =80 5580 米水頭 380MW 水電站 機(jī)電部分 設(shè)計(jì) 28 第七節(jié) 繪制廠房剖面圖 一、 水輪發(fā)電機(jī)外形尺寸估算 (如圖所示 ) （一）原始數(shù)據(jù) 額定容量：有功功率 nP =190000KW 視在功率 190000 21 7 1 4 30 .8 7 5nS ??KVA 額定轉(zhuǎn)速 ? r/min 飛逸轉(zhuǎn)速 f nn k n??r/min 額定功效因數(shù) ?? 額定頻率 50fn? Hz （二）估算定子鐵芯的內(nèi)徑及長度 極距 的 計(jì)算 4 41 271439 7 2 .32 2 2 6nSK c mP? ? ? ? ??（ 155） 式中 2P——磁極個(gè)數(shù) ， 從 [《 水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊》 —— 電氣一次 ]式 442 查得2P=26； 1K ——系數(shù) ～ ， 取 9； nS ——視在功率（ KVA）。 定子鐵芯內(nèi)徑的確定 熱能與動(dòng)力工程畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 2 2 2 6 7 2 .3 1 1 .9 6 7i pDm?????? ? ?（ 156） 電機(jī)常數(shù) C1 或電機(jī)利用系數(shù) C 及定子鐵芯長度 tl 的確定 電機(jī)利用系數(shù) C = ??2 (????2??) = (217143226 ) = （ 157） 式中 K2——— 系數(shù)， ~，取 K2= 定子鐵芯長度 2 2 .0 9 9nt eSlmCD n??（ 158） 由于 tl /τ =～ 3 范圍內(nèi) ， 所以較合理。 發(fā)電機(jī)型式的選擇 intD ? （ 159） 根據(jù) [《水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊》 —— 水力機(jī)械 ]P149 當(dāng) lnD tn i ?時(shí)可選用懸吊式 tn i ? 時(shí)可選用傘式 tn i ? 時(shí)可選用全傘式 結(jié)合本電站情況，本電站采用的發(fā)電機(jī)型式為全 傘式機(jī)組。 定子鐵芯外徑 Da 根據(jù) [《水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊》 —— 水力機(jī)械 ]P160 min/ ? ??? ia （ 160） min/ ? ??? ia DD （ 161） 由于 n=，則 aiD D 1 346 m?? ? ? （三）平面尺寸估算 根據(jù) [《水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊》 —— 水力機(jī)械 ]P162 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式確定各個(gè)尺寸 定子機(jī)座外徑 1D 由于 min/ ? ， 故 4 14. 631 ( )D D m??（ 162） 風(fēng)罩內(nèi)徑 D2 5580 米水頭 380MW 水電站 機(jī)電部分 設(shè)計(jì) 30 由于 20210KVAS n ? ， 故 21 1 ( )D D m m? ? ?（ 163） 轉(zhuǎn)子直徑 D3 在初步設(shè)計(jì)階段 ， 轉(zhuǎn)子直徑可近似等于定子鐵芯內(nèi)徑 ， 忽略氣隙寬度 ， 即 3 67 ( )iD D m?? （ 164） 下機(jī)架最大跨度 D4 由于 100000KVAS n ? ， 故 54 ????? （ 165） 式中 5D ——水輪機(jī)內(nèi)徑（由《水力機(jī)械》 P162 表 36 可查得） 推力軸承裝置外徑 D6 根據(jù) 發(fā)電機(jī)的 容量 查 [《 水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊 》 —— 水力機(jī)械 ]P162 表 37 得 )m( ? （ 166） （四）軸向尺寸估算 定子機(jī)座高度 h1 由于 r /m in251nm in/8 8 .2 r ?? ， 故 1 2 0 .4 2 .0 9 9 2 0 .7 2 3 0 .4 3 .9 4 5 ( m )thl ?? ? ? ? ? ? ? ?（