【正文】 ? 式中： D1 為轉(zhuǎn)輪直徑（ m）； Hmax為最大水頭（ m）； K 為轉(zhuǎn) 輪的軸向水推力系數(shù)（ kN/m3），一般由經(jīng)驗統(tǒng)計方法得出，具體見表 13和表 14所示。對于大中型水電站，下游水位需作方案比較和專題論證。在實際工程中，一般是根據(jù)水電站的最低尾水位來計算。 8．水輪機安裝高程 式中 ： wZ 為電站的下游尾水位，單位 m。 6．實際的水輪機額定水頭 321121 )( ?QDPH rr ? 因不同的 1D 、 n 與水能預(yù)算 rH 有差異： 2111 )(rr nnDH ? 式中 ： ??? ??? M ， M? ─以 rr HnDn 111 ? 與 11Q 查模型曲線交點處值。 在最大水頭下的 M? ，需采用用試算法求：即在 最大 水頭下 11n ， 先 試取某一 M? （可得對應(yīng)的 mQ11 ），效率修正后 M? ? ?? ?? ，代入式ffHD PQ ??111 ? 算得 11Q ，直到 取 得的 mQ11 不大于 5% 11Q 時，可認(rèn)為兩者在同一點上（即滿足要求） ， 再 取其對應(yīng)的 M? ，代入上式進行計算出 最大 水頭 的 吸出高度 。 (對含砂量較大電站 Kσ 適 當(dāng)取大些；多機組 Kσ 取小些 ) E －水輪機安裝處的海拔高程， m ； 初設(shè)時可用最低尾水位 Zxd計算出。若是有兩同步轉(zhuǎn)速，分別計算出各水頭對應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速，并檢查兩方案的運行區(qū)域后，選擇較優(yōu)的轉(zhuǎn)速方案。 51m a xm a x)1(1 DD IMm?? ????? frrHQ PD ?1110 DHnn w? 不修正，反之要修正。 2．原型水輪機最高效率與效率修正值 )( 21m a xm a x ????? ??????? M 式中 1?? —— 水輪機工藝誤差引起的效率下降值，對大中型水輪機取 1～ 2%，對中小型水輪機取 2～ 4%；2?? —— 水輪機異形部件引起的效率下降值，一般取 1～ 3%（中小型水輪機通常不予考慮） 3．水輪機轉(zhuǎn)速計算與選擇 式中， 11110110 nnn M ??? ， 修正條件以下列為準(zhǔn)： ｎ取與計算結(jié)果接 近的標(biāo)準(zhǔn)同步轉(zhuǎn)速，原則上取相近偏大值；若在兩同步轉(zhuǎn)速中間附近需作進一步比較 ，可按下表 1－ 2計算后比較 。 ? — 取 n110與 Q11交點的效率，并加上 1～ 3%修正值。參數(shù)計算的內(nèi)容和步驟如下： 1．水輪機轉(zhuǎn)輪直徑 D1 式中，η f— 發(fā)電機效率，通常中小型取 ～ ， 大中型取 ～ ； Q11— 對混流式水輪機，取限制工況下的單位流量。 表 1－ 1 不同型式的水 輪機的穩(wěn)定運行負(fù)荷區(qū)域 型式 穩(wěn)定運行負(fù)荷區(qū)域（ %） 型式 穩(wěn)定運行負(fù)荷區(qū)域（ %） 混流式 40～ 100 沖擊式 25～ 100 軸流定漿式 70～ 100 軸流轉(zhuǎn)漿式 30～ 100 貫流轉(zhuǎn)漿式 25～ 100 2 二、轉(zhuǎn)輪型號的選擇 轉(zhuǎn)輪型號的選擇主要根據(jù)電站水頭變化范圍 (Hmin～ Hmax)查相應(yīng)的水輪機型譜參數(shù)表，以選擇適用電站水頭變化范圍的水輪機型號為原則；若有多種型號可供選擇，則需要列為備選方案，待進行參數(shù)計算比較后再確定。不同型式的水輪機的穩(wěn)定運行負(fù)荷區(qū)域如表 1。 4．臺數(shù)與其他因素的關(guān)系 4． 1 臺數(shù)與電網(wǎng)的關(guān)系 對于區(qū)域電網(wǎng)的單機：裝機容量較 小≧ 15%系統(tǒng)最大負(fù)荷（不為主導(dǎo)電站）；裝機容量較大≧ 10%系統(tǒng)容量 (系統(tǒng)事故備用容量 )，因而，單機容量與臺數(shù)選取不受限制。軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機，由于單機的效率曲線平緩且高效區(qū)寬，臺數(shù)多少對電廠的平均效率影響不明顯；而混流式、軸流定漿式水輪機其效率曲線較陡，當(dāng)出力變化時，效率變化較劇烈，適當(dāng)增加臺數(shù)可明顯改善電廠運行的平均效率。 2．臺數(shù)對運行效率的影響 機組臺數(shù)多，可以靈活改變機組運行方式，調(diào)整機組負(fù)荷，避開低效率區(qū)運行，以是電站保持 較高的平均效率。 笫二節(jié) 機組臺數(shù)與機型的選擇 一、機組臺數(shù)的選擇： 1．臺數(shù)與投資的關(guān)系 臺數(shù)多，單機容量小，小機組單位千瓦造價高，同時，相應(yīng)的主閥、調(diào)速器、附屬設(shè)備及電氣設(shè)備的套數(shù)增加，投資亦增加。 Fujian College of Water Conservancy and Electric Power 水電站動力設(shè)備與管理專業(yè) 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計計 指指 導(dǎo)導(dǎo) 書書 水利工程系 機電教研室 II 目 錄 第一章 水輪發(fā)電機組的選擇 第一節(jié) 水能 資料 ?????????????????????????????????? 1 第二節(jié) 機組臺數(shù)與機型的選擇???????????????????????????? 1 第三節(jié) 水輪機主要參數(shù)的選擇計算?????????????????????????? 2 第四節(jié) 配套水輪發(fā)電機的選擇???????????????????????????? 4 第五節(jié) 機組方案的比較??????????????????????????????? 6 第六節(jié) 水輪機運轉(zhuǎn)特性曲線大繪制?????????????????????????? 7 第七節(jié) 蝸殼、尾水管外形尺寸的估算????????????????????????? 8 第八節(jié) 水電站動能經(jīng)濟指標(biāo)的計算?????? ???????????????????? 11 第二章 進水閥和調(diào)速器設(shè)備選擇設(shè)計 第一節(jié) 進水閥的選擇???????????????????????????????? 11 第二節(jié) 調(diào)節(jié) 保證 計算???????????????????????????????? 13 第二節(jié) 調(diào)速設(shè)備的選擇計算????????????????????????????? 20 第三章 水電站的油、氣、水系統(tǒng)及起重機修設(shè)備的設(shè)計計算 第一節(jié) 基本資料?????????????????????????????????? 22 第二節(jié) 透平油系統(tǒng)的設(shè)計計算???????????????????????????? 23 第三節(jié) 絕緣油系統(tǒng)的設(shè)計計算???????????????????????????? 25 第四節(jié) 壓縮空氣系統(tǒng)的設(shè)計計算??????????????????????????? 27 第五節(jié) 技術(shù)供水系統(tǒng)的設(shè)計計算??????????????????????????? 29 第六節(jié) 消防給水系統(tǒng)的設(shè)計計算??????????????????????????? 32 第七節(jié) 排水系統(tǒng)的設(shè)計計算?????? ??????????????????????? 34 第八節(jié) 水電廠的水力監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計計算???????????????????????? 38 第九節(jié) 起重與機修設(shè)備的選擇???????????????????????????? 42 第四章 水電站電氣一次部分設(shè)計 第一節(jié) 電氣主接線方案設(shè)計????????????????????????????? 43 第二節(jié) 短路電流計算???????????????????????????????? 45 第三節(jié) 電氣設(shè)備選擇???????? ???????????????????????? 48 第四節(jié) 水電站電氣主接線圖繪制??????????????????????????? 50 第五節(jié) 水電站廠用電接線設(shè)計 ???????????????????????????? 51 第六節(jié) 水電站電氣設(shè)備布置設(shè)計 ??????????????????????????? 51 第七節(jié) 水電站防雷與接地設(shè)計 ???????????????????????????? 52 第五章 水電站廠房設(shè)備布置 第一節(jié) 主廠房主要尺寸的確定???????????????????????????? 57 第二節(jié) 主廠房設(shè)備布置和副廠房布置????????????????????????? 59 附錄 1：中、小型混流式水輪機模型參數(shù)及模型曲線 ???????????????????? 63 附錄 2：中、小型混流式水輪機模型轉(zhuǎn)輪流道單線圖 ???????????????????? 73 1 笫一章 水輪發(fā)電機組 的選擇 笫一節(jié) 水能資料 根據(jù)設(shè)計任務(wù)書，列出水能設(shè)計計算和規(guī)劃給出的以下特征值： 多年平均流量；水電站水庫調(diào)節(jié)類型；水電站類型與廠房型式；水電站特征水頭；水電站裝機容量；水電站設(shè)計保證率；水電站保證出力；多年平均 發(fā)電量；年利用小時數(shù)；電力系統(tǒng)設(shè)計水平年最大負(fù)荷；引水系統(tǒng)的引水方式；水電站下游水位與流量關(guān)系曲線。 在得到上述資料后，需要對資料進行適當(dāng)?shù)男：耍黄渲兄攸c是校核水電站特征水頭。一般情況下，臺數(shù)多對成本和投資不利。 機組類型不同，臺數(shù)對電廠平均效率的影響就不同。 3．臺數(shù)與運行維護的關(guān)系 臺數(shù)多，運行方式靈活機動，事故停機影響小，單機檢修易于安排，但對全廠檢修麻煩；同時，臺數(shù)多，機組開、停機操作頻繁，事故的次數(shù)可能增加。 4． 2臺數(shù)與保證出力的關(guān)系 根據(jù)設(shè)計規(guī)范要求，機組單機容量應(yīng)以水輪機單機運行時其出力在機組的穩(wěn)定運行區(qū)域范圍內(nèi)確定為原則。 綜上所述，可以確定機組臺數(shù)選擇的原則： 對中小型水電站，一般選擇 2～ 4臺；保證在水頭低于額定水頭時，機組受阻容量盡量?。辉诳赡艿那闆r下盡量選用單機容量較大的水輪機，以降低設(shè)備造價。 第三節(jié) 水輪機主要參數(shù)的選擇與計算 在確定了不同的備選方案后， 應(yīng)對所有的備選方案進行參數(shù)計算，為水輪機選擇比較提供依據(jù)。對軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機，取最優(yōu)工況與限制工況之間的單位流量；一般水頭較高時取靠近下限值，水頭較低時取靠近上限值。 D1（ cm） — 根據(jù)計算結(jié)果，可適當(dāng)取大一點，一般是取 5的 倍數(shù)關(guān)系的直徑值 ，也可以采用非標(biāo)直徑 。 表 1－ 2 各水頭對應(yīng)單位轉(zhuǎn)速計算結(jié)果表 轉(zhuǎn)速方案 Hmax Hw Hr Hmin 在高效率區(qū)合理性 n1= r/min n2= r/min 4．檢驗水輪機實際工作范圍 ⑴水輪機計算點出力的校核 計算 Hr時的出力： ? rHQDN ? ，要求 P≥ Pr且接近。若 1ma xma x110 11 ???? MMn n ?? 3 ⑵水輪機實際工作范圍的校核 分別求出 Hmax、 HW、 Hr、 Hmin 下對應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速，要 求 HW 下對應(yīng)的ｎ 11Ma與ｎ 11M0 相近， Hmax、 Hmin時對應(yīng)的ｎ 11Mmin、ｎ 11Mmax在模型綜合特性曲線圖上，其范圍應(yīng)包含高效率區(qū)。 5．水輪機最大允許吸出高度計算 式中： ?K －安全系數(shù)； Kσ 的取值方法 如下 混流式轉(zhuǎn)輪：用不銹鋼時， Kσ ≤ ～ ；易空化部位有抗空化措施時， Kσ ＝ ～ ；采用優(yōu)質(zhì)碳鋼時， Kσ ≥ 。 在 設(shè)計水頭下的 M? ，可由設(shè)計水頭下單位轉(zhuǎn)速 rn11 ，作水平線與模型綜合特性曲線交點對應(yīng)的 M? 。 sH 的選擇：分別計算出在 sH 、 rP 和 maxH 、 rP 時的 sH 值，選偏小的 sH ，以防止產(chǎn)生空化。 7．水輪機實際的額定流量 rr HD 2111? 式中 ： rH 采用上述（ 6）中的計算結(jié)果。 水電站的下游尾水位是隨電站的流量變化而變化的，它與機組運行方式、水庫綜合利用等有關(guān)。在初步設(shè)計階段，對中小型水電站，若裝機 1～ 2臺時，可按一臺機組 50%額定出力時相應(yīng)的流量所對應(yīng)的下游水位作為 xwZ ；若裝機大于 3～ 4臺時，可按一臺機組滿負(fù)荷時的流量所對應(yīng)的下游尾水位作為 xwZ 。 9．水輪機最大飛逸轉(zhuǎn)速 rMs HKEH ????? 9001020bHZZ sw ??? 4 1max11. DHnn runrun ? 為該機型的單位飛逸轉(zhuǎn)速，可通過相關(guān)設(shè)計資料查找得出。 表 13 混流式水輪機的軸向水推力系數(shù) 轉(zhuǎn)輪型號 HL310 HL240 HL230 HL220 HL200 HL180 HL160 HL120 HL110 HL100 K ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ 表 14 軸流式水輪機的軸向水推力 系數(shù) 轉(zhuǎn)輪葉片數(shù) 4 5 6 7 8 K 立軸水輪機總的軸向推力 Fz包含除軸向水推力、轉(zhuǎn)輪重量 Wr和主軸重量 Wz，初步設(shè)計時可按下式估算 Fz= Ft + Wr +Wz 水輪機轉(zhuǎn)輪重量 Wr計算式為 混流式： ? ?? ? 3113 100 2 DDW r ????? （ N） （若轉(zhuǎn)論為分瓣轉(zhuǎn)輪，需再增加 10﹪的重量） 軸流式： a x3 DHdW hr ??? （ N），式中 dh 為輪轂比。 第四節(jié) 配套發(fā)電機的選擇 一、配套水輪發(fā)電機選擇方法 對有現(xiàn)成配套的水輪發(fā)電機組，可查相關(guān)資料進行選擇；若無現(xiàn)成配套的水輪發(fā)電機組，可通過計算方法選擇水輪發(fā)電機組。 由上式求出τ后，應(yīng)校核發(fā)電機在飛逸狀態(tài)下，轉(zhuǎn)子的飛逸線速度 Vf是否