【正文】 第六節(jié) 最優(yōu)方案的進(jìn)出流水道計(jì)算 一、轉(zhuǎn)輪參數(shù) 轉(zhuǎn)輪可根據(jù)型譜中的流道單線圖按比例放大再參照《水電站動(dòng)力設(shè)備手冊(cè)》得到。 熱能與動(dòng)力工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)者：朱宏 25 計(jì)算結(jié)果如下： 方案Ⅰ 總價(jià)為： 10% （ +1170+400） = 萬元 方案Ⅱ 總價(jià)為： 10% （ +1485+600） = 萬元 方案Ⅲ 總價(jià)為： 10% （ 6392+1760+800） = 萬元 電氣部分運(yùn)輸費(fèi) 電氣部分運(yùn)輸費(fèi) =κ 設(shè)備總價(jià) 方案Ⅰ % （ +1170+400+） = 萬元 方案Ⅱ % （ +1485+600+） = 萬元 方案Ⅲ % （ 6392+1760+800+） = 萬元 第五節(jié) 最優(yōu)方案選擇 一、 水力機(jī)械投資估算表 表 1－ 9 方案 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 水輪機(jī)單重（噸 /臺(tái)） 440 290 150 水輪機(jī)總重（噸） 880 870 600 水輪機(jī)單價(jià)（萬元 /噸） 水輪機(jī)總價(jià)（萬元） 3080 3045 2100 調(diào)速器單價(jià)（萬元 /臺(tái)） 30 30 30 調(diào)速器總價(jià)（萬元） 60 90 120 起重機(jī)重量（噸） 368 387 376 起重機(jī)單價(jià)（萬元 /噸） 起重機(jī)總價(jià)（萬元） 輔助設(shè)備投資（萬元） 安裝運(yùn)輸費(fèi)（萬元） 總投資（萬元） 總耗鋼量 （噸） 1248 1257 976 單位千瓦投資（元 /千瓦） 千瓦耗鋼量（公斤 /千瓦） 二、 電氣部分投資估算表 表 1－ 10 方案 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 發(fā)電機(jī)單重 （噸 /臺(tái)） 秀灣水電站 47m～ 65m 水頭 200MW 裝機(jī)容量機(jī)電初步設(shè)計(jì) 學(xué)號(hào)： 06022213 26 發(fā)電機(jī)總重（噸） 1598 發(fā)電機(jī)單價(jià)（萬元 /噸） 發(fā)電機(jī)總價(jià)（萬元） 6392 變壓器、開關(guān)總價(jià)（萬元） 1570 2085 2560 自動(dòng)化設(shè)備總價(jià)（萬元） 設(shè)備安裝運(yùn)輸費(fèi)（萬元） 總投資（萬元） 單位千瓦投資（元 /千瓦） 單位千瓦耗鋼量（公斤 /千瓦） 三、 最優(yōu)方案的選擇 表 1－ 11 項(xiàng)目 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 最大水頭 Hmax(m) 65 65 65 最小水頭 Hmin(m) 47 47 47 平均水頭 Ha(m) 56 56 56 裝機(jī)容量 Ny(MW) 200 200 200 水輪機(jī)型號(hào) HL260 HL260 HL260 單機(jī)容量 N(MW) 100 50 機(jī)組臺(tái)數(shù) 2 3 4 轉(zhuǎn)輪直徑 1D (m) 機(jī)組轉(zhuǎn)速 (r/min) 125 150 水輪機(jī)最高效率 max? % % % 水輪機(jī)平均效率 % % % 模型最高效率時(shí)的 n110 79 79 79 總投資 (萬元 ) 單位千瓦投資 (元 /KW) 總耗鋼量 (噸 ) 2574 單位千瓦耗鋼量 (公斤 /萬 KW) 由以上表可知，三種方案的平均效率相差不大，從 總投資和耗鋼量以及電站擔(dān)任基荷運(yùn)行等因素考慮，確定方案Ⅲ為最優(yōu)方案。 懸式機(jī)組KG 范圍為 8～ 10 取 KG =8, fS 視在功率（ KVA） Sn=Pr/cos? , cos? 發(fā)電機(jī)功率因數(shù)，取 , fn 額定轉(zhuǎn)速 （ r/min） . 估算各方案發(fā)電機(jī)及轉(zhuǎn)子的單重量及發(fā)電機(jī)總投資： 表 1－ 8 方案 轉(zhuǎn)速 (r/min) Pr （ MW) GF (t) 總重 （ t） 單價(jià) （萬元 /t） 總價(jià) （萬元） Ⅰ 125 Ⅱ 150 Ⅲ 1598 6392 變壓器 方案Ⅰ Z=2 臺(tái) Sn=100/= 得 Tk=117t/臺(tái) 總價(jià)為： 117 2 =1170 萬元 方案Ⅱ Z=3臺(tái) Sn=總價(jià)為： 99 3 =1485 萬元 方案Ⅲ Z=4 臺(tái) Sn=50/= 得 Tk=88t/臺(tái) 總價(jià)為： 88 4 =1760 萬元 開關(guān)設(shè)備 在初步 設(shè)計(jì)時(shí)開關(guān)單價(jià)按 100 萬元 /臺(tái)計(jì)算，每臺(tái)機(jī)組設(shè)有 兩組開關(guān)。 懸式機(jī)組KG 范圍為 8～ 10 取 KG =8, fS 視在功率（ KVA） fS =Pr/cos? , cos? 發(fā)電機(jī)功率因數(shù)，取 , fn 額定轉(zhuǎn)速 （ r/min） . 發(fā)電機(jī)裝機(jī)容量計(jì)算如下： 方案Ⅰ )( 1 7 0 0co s M V APS rf ??? ? 方案Ⅱ )( 3/200co s M V APS rf ??? ? 方案 Ⅲ )( 50co s MVAPS rf ??? ? 由此得發(fā)電機(jī)重量如下： 方案Ⅰ ?FG t 方案Ⅱ ?FG t 方案Ⅲ ?FG t 參考文獻(xiàn) [2] P59 參考文獻(xiàn) [4] P157表 46 參考文獻(xiàn) [2] P59 熱能與動(dòng)力工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)者：朱宏 23 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子重量一般可按發(fā)電機(jī)總重量的一半估算。 (跨度 = D1） 三種方案的跨度分別為 , , . 由于轉(zhuǎn)速均大于 150r/min，故選擇懸式發(fā)電機(jī)。 （ 4）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 秀灣水電站 47m～ 65m 水頭 200MW 裝機(jī)容量機(jī)電初步設(shè)計(jì) 學(xué)號(hào)： 06022213 20 Hmax圖11 方案 Ⅰ 圖1 2 方 案 Ⅱ 熱能與動(dòng)力工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)者：朱宏 21 H m inH rH m a xH (m )P (M W )圖1 3 方案 Ⅲ 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。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。 （ 2）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。 二、初選較優(yōu)方案 根據(jù)前面擬定的各 方案的工作范圍是否包含高效區(qū)，或者包含高效區(qū)的面積大?。辉O(shè)計(jì)水頭與平均水頭是否接近等原則來初選較優(yōu)方案。 由 CHDPQ rrTr ?? ?，假定一個(gè) η T，由此公式計(jì)算出一個(gè) Q11’, 再由Q11’ 和對(duì)應(yīng)水頭的 n11 在圖上找到一點(diǎn)，并查出此點(diǎn)的 ηm, 將此 ηm 轉(zhuǎn)換成原型效率η T’ （按限制工況點(diǎn)效率誤差 Δη 計(jì)），此時(shí)可比較 η T’ 和 η T 是否相等，如果不等，則從新將 η T’ 代入公式 計(jì)算，重復(fù)前面的過程，直到計(jì)算值同假設(shè)值相等為止，為了減少試算次數(shù)，一般只要前面兩次單位流量相差值小于 5%就認(rèn)為可以了。 在最小水頭下，水 輪機(jī)不能發(fā)出額定出力，此時(shí)水輪機(jī)受到出力限制線的限制，所以不需要試算最小水頭下的 Q11。即： m in/7901111 rnn Mr ?? 則： m in/ 9 56791110 rD Hnn a ???? 處于 ， 兩者都取。用四分之一 原則法 選擇 D1=。模型最高效率為 0M? ＝ 。即： m in/7901111 rnn Mr ?? 則： m in/ 7 56791110 rD Hnn a ???? 處于 ， 兩者都取。用四分之一 原則法 選擇 D1=。模型最高效率為 0M? ＝ 。即： m in/7901111 rnn Mr ?? 則： m in/ 5 56791110 rD Hnn a ???? 處于 150r/min 和 ， 兩者都取。用四分之一 原則法 選擇 D1=。模型最高效率為 0M? ＝ 。即： m in/7901111 rnn Mr ?? 則： m in/ 1 56791110 rD Hnn a ???? 處于 ， 兩者都 取 。 計(jì)算原型水輪機(jī)的效率 (1) 當(dāng) D1= 時(shí) 設(shè)計(jì)工況 原型水輪機(jī)的最高效率： )(1)1(1 55110m a x ??????? DD MM?? Δη =ηmax 0M? == η =ηm+Δη= += (2) 當(dāng) D1= 時(shí) 參考文獻(xiàn) [1] P162 參考文獻(xiàn) [1] P9表 13 參考文獻(xiàn) [1] P38（ 317）式 秀灣水電站 47m～ 65m 水頭 200MW 裝機(jī)容量機(jī)電初步設(shè)計(jì) 學(xué)號(hào)： 06022213 8 設(shè)計(jì)工況 原型水輪機(jī)的最高效率： 9 5 )9 2 (1)1(155110m a x ??????? DD MM?? Δη =ηmax 0M? == η =ηm+Δη= 6 同步轉(zhuǎn)速的選擇 (1) 當(dāng) D1= 時(shí) 單位參數(shù)修正 011011011m a xm a x01111%3) ()1(MMMMMnnnnn??????? ?? 所以不用修 正。 )( 0 2 0 4 0 mHQPDrr?????? ? 按我國規(guī)定的轉(zhuǎn)輪直徑系列，計(jì)算值在標(biāo)準(zhǔn)值 。 表 1－ 1 臺(tái)數(shù) 單機(jī)容量（ MW） 2 100 3 4 50 參考文獻(xiàn) [3] P110 參考文獻(xiàn) [1] P154（ 629）式 熱能與動(dòng)力工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)者：朱宏 7 5 40 第二節(jié) 原型水輪 機(jī)主要參數(shù)的計(jì)算 一 、 HL260/D74 原型水輪機(jī)主要參數(shù)的計(jì)算 ㈠ 、兩臺(tái) (單機(jī)容量 100MW) 計(jì)算轉(zhuǎn)輪直徑 水輪機(jī)額定出力： )(81020 1010 4 kwNP GGr ????? ? 上式中： G? 發(fā)電機(jī)效率 ,取 GN 機(jī)組的單機(jī)容量（ KW） 取最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速 n110=79r/min 與出力限制線交點(diǎn)的單位 流量為設(shè)計(jì)工況點(diǎn)單位流量，則 Q11r=,對(duì)應(yīng)的模型效率ηm= 3，暫取效率修正值 Δη= ， η= 3+=。又 根據(jù)原始資料所給定的秀灣水電站的特征水頭，查《型譜新轉(zhuǎn)輪性能曲線及流道尺寸匯編》第 2 頁《中小型混流式水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪主要參數(shù)表》，知 可 選HL260/D74。 二 、比轉(zhuǎn)速的選擇： 本電站是引水式建流電站， 則 有 Hr=Ha=56m。又根據(jù)混流式水輪機(jī)的優(yōu)點(diǎn)： （ 1）比轉(zhuǎn)速范圍廣，適用水頭范圍廣，可適用 30～ 700m； （ 2）結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低； （ 3）裝有尾水管，可減少轉(zhuǎn)輪出口水流損失。并 向 西谷村 供電約 2020 千瓦。 電站建成后將承擔(dān)基荷。 C，年平均 水溫 176。 C，最高氣