【導讀】二郎壩水電站位于陜西省寧強縣境內(nèi)，是一項中型跨流域調(diào)水工程，具有灌溉、發(fā)電、工業(yè)供水等綜合利用效益。是引嘉入漢水梯級水電開發(fā)。了水資源的優(yōu)越條件。龍頭水庫調(diào)節(jié)性能好，庫容7760萬m3，年調(diào)節(jié)水量。418m，為發(fā)電、灌溉、供水提供了可靠的保證。殼，尾水管的選型，廠房的布置及尺寸確定，設計要合理，布局要緊湊。工程概況及目的········································4. 第3章工程任務及工程布置···································20

　　

【正文】 。 （ 3） .效率及單位參數(shù)修正 HL230 型水輪機在 最優(yōu)工況下的模型最高 效率為 maxM? =%，模型轉(zhuǎn)輪直徑為 1MD =，根據(jù)式 314 可得原型效率： max? =1? ?5 1m ax11 mM DD?? =1（ ） 5 =% 則效率修正值為 ?? =%— %=% 考慮到模型與原型水輪 機在制造工藝質(zhì)量上的差異，常在已求得的 ??值中再減去一個修正值 ? 。先取 ? =%，則可得效率修正值為 ?? =%，由此可得原型水輪機在最優(yōu)工況和限制工況下的效率為η η max=η Mmax+Δ η =%+%=% η =η M+Δη =%（與上述假定值相同） 單位轉(zhuǎn)速的修正值按下式計算： ? ?39。39。1 1 0 m a xm a x / 1mMnn ??? ? ? 則 39。139。10mnn?=maxmaxMηη 1= % % — 1=% 由于 39。39。1 10/ %mnn? ? ? ，按規(guī)定單位轉(zhuǎn)速可不加修正，同時單位流量 39。1Q也可不加修正。 由上可見原假定的 ? =%、 39。39。11m? =、 39。39。10 10mnn? 是正確的，那么上述計算及選用的結(jié)果 D1=， n=750r/min 是正確的。 （ 4） .工作范圍的檢驗 在選定 D1=， n=750r/min 后，水輪機的 39。1maxQ 及各特征水頭相對應的 39。1n 即可計算出來。水輪機在 ,rrHN下工作 時，其 39。1Q 即為 39。1maxQ ，故 28 39。1maxQ = ηHrHrD Nr=% = ＜179。/s 則水輪機的最大引用流量為 HrD 21m a x1m a x ? = = m179。/s 與特征水頭 max min,HH和 rH 相對應的單位轉(zhuǎn)速為 n’1min=max1HnD = 507 =n’1max=min1HnD = 750 = r/min n’1r=rHnD1 = 750 = r/min 在 HL 230 型 水 輪 機 模 型 綜 合 特 性 曲 線 圖 上 分 別 畫 出smQ /39。 3m ax1 ? , m in/39。m ax1 rn ? ， m in/39。m in1 rn ? 的直線，這三根直線所圍成的水輪機工作范圍（圖中陰影部分）基本上包含了該特性曲線的高效率區(qū)，所以對于 HL100 型水輪機方案，所選定的參數(shù) D1=，n=750r/min 是合理的。 （ 5） .吸出高度 sH 計算 由 水 輪 機 的 設 計 工 況 參 數(shù) n’1r=rHnD1 = r/min ，39。1maxQ = ηHrHrD Nr==930L/s，在圖上可查得相應的氣蝕系數(shù)約為 由此可得水輪機的吸出高度為 Hs=. 可見 HL230 型水輪機方案的吸出高度滿足電站要求。 屆水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 29 HL220 型水輪機方案的主要參數(shù)選擇 （ 1）轉(zhuǎn)輪直徑 1D 計算 查表 36 可得 HL220 型 水 輪 機 在 限 制 工 況 下 的 單 位 流 量39。1Q =1150L/S,= 3m /s，效率 m? =%，由此可初步假定原型水輪機在該工況 下的單位流量 39。1mQ = 39。1Q = 3m /s,效率 m? =%。設 gr? =95% 水輪機的額定出力 rN =grηgrN = %952500 = 將上述的 39。1Q 、 ? 和 rN = 、 rH = 帶入1D= 39。19. 81rrrNQ H H ?= % ???? = 選用與之接近且偏大的標稱直徑 1D = （ 2）轉(zhuǎn)速 n 的計算 查表 34 可得 HL230 水輪機在最優(yōu)工況下單位轉(zhuǎn)速 39。10n =，初步假定 39。10mn = 39。10n =,將已知的 39。10n 和 avH =， 1D = 代入式n= 39。11nHD = =650r/min, 選用與之接近而偏大的同步轉(zhuǎn)速n=。 （ 3） .效率及單位參數(shù)修正 HL230 型水輪機在 最優(yōu)工況下的模型最高效率為 maxM? =%，模型轉(zhuǎn)輪直徑為 1MD =，根據(jù)式 314 可得原型效率： max? =1? ?5 1m ax11 mM DD?? =1（ ） 5 =% 則效率修正值為 ?? =%— %=1% 考慮到模型與原型水輪機在制造工藝質(zhì)量上的差異，常在已求得的 ?? 30 值中再減去一個修正值 ? 。先取 ? =%，則可得效率修正值為 ?? =%，由此可得原型水輪機在最優(yōu)工況和限制工況下的效率為η η max=η Mmax+Δ η =% η =η M+Δη =%（與上述假定值相同） 單位轉(zhuǎn)速的修正值按下式計算： ? ?39。39。1 1 0 m a xm a x / 1mMnn ??? ? ? 則 39。139。10mnn?=maxmaxMηη 1=%（與上述假設值相同）。 由于 39。39。1 10/ %mnn? ? ? ，按規(guī)定單位轉(zhuǎn)速可不加修正，同時單位流量 39。1Q也可不加修正。 由上可見原假定的 ? =%、 39。39。11m? =、 39。39。10 10mnn? 是正確的，那么上述計算及選用的結(jié)果 D1=， n=750r/min 是正確的。 （ 4） .工作范圍的檢驗 在選定 D1=， n=750r/min 后，水輪機的 39。1maxQ 及各特征水頭相對應的 39。1n 即可計算出來。水輪機在 ,rrHN下工作時，其 39。1Q 即為 39。1maxQ ，故 39。1maxQ = ηHrHrD Nr=% = ＜179。/s 則水輪機的最大引用流量為 HrD 21m a x1m a x ? = = m179。/s 與特征水頭 max min,HH和 rH 相對應的單位轉(zhuǎn)速為 n’1min=max1HnD = 507 =n’1max=min1HnD = 750 = r/min 屆水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 31 n’1r=rHnD1 = 750 = r/min 在 HL220 型 水 輪 機 模 型 綜 合 特 性 曲 線 圖 上 分 別 畫 出smQ /39。 3m ax1 ? , m in/39。m ax1 rn ? ， m in/39。m in1 rn ? 的直線，這三根直線所圍成的水輪機工作范圍（圖中陰影部分）基本上包含了該特性曲線的高效率區(qū)，所以對于 HL100 型水輪機方案，所選定的參數(shù) D1=，n=750r/min 是合理的。 （ 5） .吸出高度 sH 計算 由 水 輪 機 的 設 計 工 況 參 數(shù) n’1r=rHnD1 = r/min ，39。1maxQ = ηHrHrD Nr==879L/s，在圖上可查得相應的氣蝕系數(shù)約為 由此可得水輪機的吸出高度為 Hs=. 可見 HL220 型水輪機方案的吸出高度滿足電站要求。 范圍檢驗 水輪機方案對照表 序號 項目 HL230 HL220 1 推薦使用水頭 3565 5085 2 最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速 n1039。 71 70 3 模型機參數(shù) 930 879 4 最大效率 91 5 氣蝕系數(shù) 6 工作水頭范圍 7 轉(zhuǎn)輪直徑 8 轉(zhuǎn)速 n 750 750 9 最高效率 92 92 10 額定出力 11 最大引用流量 12 吸 出高度 32 由表可見，兩種機型轉(zhuǎn)輪直徑 D 相同，轉(zhuǎn)速 n 相同，但 HL220 型水輪機運行效率高，氣蝕系數(shù)小，有利于提高年發(fā)電量，故初步選用 HL220 型水輪機方案，型號為 HL220LJ— 84. 因本電站手頭超過 40m。故采用金屬蝸殼，有線變化結(jié)構(gòu)簡單，水力損失大：拋物線變化結(jié)構(gòu)復雜，水利損失小。為了改善蝸殼的受力條件使水利損失最大，故采用拋物線變化規(guī)律的圓形斷面，圓形金屬蝸殼斷面包角通常采用 f=345? 蝸 殼進口斷面流量： smf iC / 3m a x ????? ? maxQ — 水輪機最大引用流量 蝸殼進口斷面平均流速 smVc /? 則蝸殼進口斷面面積： 屆水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 33 mVQFccc ??? 斷面半徑： mVfQfcic ma xma x ??? ???? ???? 由《水力機械》可查得，金屬蝸殼做環(huán)尺寸，水頭在 70m 以下座環(huán)外徑 mDa ? mDR aa ??? R= 22aiD ??=+2? 表 51 蝸殼斷面半徑隨角度的變化 蝸殼包角f 斷面半徑 i?（ m） R(m) 345 300 255 210 165 120 75 30 尾水管形式及其尺寸確定 根據(jù)本電站的總裝機容量為中小型水電站，為了減少尾水管的開挖深度，采用標準彎肘型尾水管。彎肘型尾水管。是由進口直錐段，肘管和出口擴散段三部分組成，其大致形狀如圖所示，使用推薦的尾水管尺寸 表 52 本電站尾水管尺寸參數(shù) 34 肘管形式 適用范圍 h/ 1D L/ 1D 5/B 1D 4/D1D 6/h 1D 1/L 1D 5/h 1D 標準混凝土肘管 混流式 21DD? 本電站尾水管尺寸參數(shù) 參數(shù) 1D h L 5B 4D 6h 1L 5h 標準 尾水管肘管是一 90 度變斷面，起出口為矩形，斷面水流由于在 肘管中轉(zhuǎn)彎受到離心力的作用，由于曲率越小，半徑越小，產(chǎn)生的離心力越大。一般推薦使用合理半徑 R=（ ~） 4D ，外壁 6R 用上限，內(nèi)壁 7R 用下限，為了減少水流在 轉(zhuǎn)彎處的脫流及渦流損失，因此將肘管出口做成收縮斷面，并使斷面的高度縮小，寬度增大，高寬比約為 ，肘管進出口面積比約為 左右。 所以，外壁半徑 6R =? =, 內(nèi)壁半徑 7R =? = 圖 31 混流式水輪機尾水管 水輪發(fā)電機的型式選擇 屆水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 35 因本電站為小型，故查得發(fā)電機參數(shù)如下 表 42 發(fā)電機的主要參數(shù) 單機容量 (KW) 功率因數(shù)（ COS? ） 額定容量（ KVA） 2500 3125 發(fā)電機主要尺寸估算 1. 極距 ? ： cmPSfK f 25102 44 ?????? 式中： fS — 發(fā)電機額定容量（ 3125KVA） P— 磁極對數(shù)（ 4） jK — 系數(shù)，一般?。?810）在這里取 jK =10 2. 定子內(nèi)徑 iD cmPDi ????? ? ? 3. 定子鐵芯長度 tI tI =2fieSCDn tI = 2fieSCDn = 3125 26 ???? ? 式中 。 en _額定轉(zhuǎn)速（ r/min） iD _定子內(nèi)徑 C系數(shù)（ 4* 6610 ~ *10??）此處取 5* 610? ???et inID 所以采用懸式水輪發(fā)電機 36 4. 定子鐵芯外徑 aD （機座號） m in/ 6 6m in/7 5 0 rrn e ?? aD = cmD i 5 1 3 ???? ? 則取 aD =158cm. 外形尺寸估算 平面尺寸估算 （ 1）定子機座外徑 1D ne=750r/min＞ 500 cmDD a 0 51 5 ????? （ 2）風罩內(nèi)徑 2D 20210fS KVA? cmmDD 8 51 8 6 ?????? （ 3）轉(zhuǎn)子外徑 3 2iDD??? ?? 單邊空氣間隙，初步估算時可忽略不計 cmDD i 133 ??? （ 4）下機座最大跨度 4D KVASf 10000?? D m? ? ? 式中 5D 為水輪機基坑直徑 5D = D m? ? ? =+= （ 5）推力軸承外徑 6D 和勵磁機外徑 7D 查《水利 機械》可得： 6D =150cm， 7D =100cm 1．定子機座高度 1h m in/2 1 4m in/7 5 0 rrn e ?? , hl=lt+2τ =+2? = 2． 上機架高度 2h 屆水利水電工程專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 37 對于懸式承載機架 2h = cmD i ??? 3． 推力軸承高度 3h ，勵磁機高度 4h 和永磁機高度 6h 3h =1000mm, 4h =1500~1800,取 1500mm，其中機架高 500~700，在這里取 600mm, 5h =600mm, 6h =500mm 4． 下機架高度 7h 懸式非承載機架 7h = = ?? 5． 定子支座支承面至下機架支承面或下?lián)躏L板之間的距離 8h 懸式非承載機架 8h = cmD i ??? 6． 下機架支承面至主軸法蘭底面之間的距離 9h 按已生產(chǎn)的發(fā)電機統(tǒng)計資料，一般為 700~1500mm,取 9h =700mm 7． 轉(zhuǎn)子磁軌軸向高度 10h 有風扇時， mmlh t 3 4 97 0 4 9)1 0 0 0～7 0 0(10 ????? 8． 發(fā)電機主軸高度 11h 11 ( ~ )hH? ， H— 發(fā)電機總高度，即由主軸法蘭盤底面至發(fā)電機頂部的高度 H= 1h? 2h + 3h + 4h + 5h + 6h + 8h + 9h 可得： H=, cmHh ????? 9． 定子鐵芯水平中心線至主軸法蘭盤底面距離 12h 12h = 1h? 10h =? += 水輪發(fā)電機重量 1. 發(fā)電機總重量 fG （ t） fG = 32)(