毕业设计-炳灵水电站灯泡贯流式水轮机设计说明书

热能与动力工程专业毕业设计（论文）

毕业设计（论文）

题 目 炳灵水电站 的设计 专 业 热能与动力工程 班 级 学 生 指导教师

2011 年

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炳灵水电站的设计

炳灵水电站的设计

摘 要

炳灵水电站是黄河龙羊峡至青铜峡段水电开发规划中的第13个梯级水电站。电站总装机容量24万千瓦，共安装5台4.8万千瓦灯泡贯流式水轮发电机组，年均发电量9.74亿千瓦时。

本次毕业设计通过查阅贯流式水轮机相关资料，首先对炳灵水电站转轮型号为GZHK-1RT-WP-620的贯流式水轮机进行设计，包括水轮机总体结构的设计，并对其中的主要零件进行设计优化。绘制出了总装配图，导水机构装配图，主轴零件图，操作油管装配图和导叶臂零件图。其次进行了电气一次部分的设计，设计选择了电气主接线形式，进行短路电流计算和电气主设备选择，绘制出电气主接线图。

本设计相关知识涉及水轮机结构、水电厂电气部分，机械制图以及贯流式水轮发电机组等部分，此外，还包括其相关的设计思路及方法。在本次设计中还大量使用了auto CAD 软件进行绘图。

关键词： 贯流式水轮机 结构设计 电气一次设计

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The Design of Bingling Hydraulic Power Station

ABSTRACT

Bingling Hydropower is the 13 cascade hydropower stations of Longyangxia to Qingtongxia section of Yellow River Hydropower Development planning .In The total installed capacity of 240,000 kilowatts power plant, the installation of five 48,000 kilowatts bulb turbine group, with an annual generating capacity of 974 million kw·h.

Firstly, we design the tubular turbine GZHK-1RT-WP-620 of Bingling Hydropower through access to relevant information, including the overall structure of the turbine design, and one of the main parts design optimization. Drawn out of the general assembly drawings, assembly drawings guide apparatus, the spindle parts diagram, assembly drawing and tubing operations guide vane arm parts diagram. Second was a part of the electrical design, design options the main electrical wiring, to conduct short-circuit current calculation and the main electrical equipment selection, drawing out the main electrical wiring diagram.

Knowledge related to the design of the turbine structure, hydropower electrical parts, mechanical drawing, and tubular hydro-generating sets and other parts, also including relevant design ideas and methods. In this design also makes extensive use of auto CAD software for drawing.

Key Word: tubular turbine structural design design of ectric

primary system

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炳灵水电站的设计

目录

ABSTRACT ............................................................................................................................... 3 1.前 言 ................................................................................................................................... 1

1.1概述 .......................................................................................................................... 1 1.2设计内容 .................................................................................................................. 1 1.3原始资料 .................................................................................................................. 2 2.水轮机总体结构设计 ......................................................................................................... 4

2.1 绘制轴面流道图 ..................................................................................................... 4 2.2 基础环设计 ............................................................................................................. 4 2.3 座环设计 ................................................................................................................. 5 2.4 导水机构设计 ......................................................................................................... 6

2.4.1 外配水环 ...................................................................................................... 6 2.4.2 内配水环 ...................................................................................................... 7 2.4.3 传动机构 ...................................................................................................... 8 2.5 水轮机主轴设计 ................................................................................................... 22 2.6 水轮机主轴密封设计 ........................................................................................... 23 2.7 水轮机水导轴承设计 ........................................................................................... 24 2.8 转轮设计 ............................................................................................................... 24 3. 电气一次设计 ................................................................................................................. 26

3.1 电气主接线设计 ................................................................................................... 26

3.1.1 设计原则 .................................................................................................... 26 3.1.2 主接线方案初步设计 .............................................................................. 27 3.1.3 方案比较 .................................................................................................. 29 3.2 短路电流计算 ....................................................................................................... 30

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3.3 电气主设备选择 ................................................................................................... 54

1.升压变压器 ....................................................................................................... 56 2.断路器的选择 ................................................................................................... 57 3.隔离开关的选择 ............................................................................................... 63 4. 电流互感器 ..................................................................................................... 67 5.电压互感器选择 ............................................................................................... 71 6.高压熔断器的选择 ........................................................................................... 73 7.避雷器的选择 ................................................................................................... 74 8.高压绝缘子的选择 ........................................................................................... 74 9.发电机中性点接地方式 ................................................................................... 75

4.总结 ................................................................................................................................... 76

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1.前 言

1.1概述

随着我国经济突飞猛进的发展，人民生活水平不断的提高提高，生产和生活用电的需求也越来越大。然而能源问题已成为当今世界三大主要问题之一，传统能源的短缺和用其发电带来的污染，以及新能源开发技术的不完善，水电资源作为洁净的可持续能源越来越得到人们的青睐。据探测，我国水力资源丰富，但是目前的开发率和发达国家比起来还有很大的差距，因此开发水电已成为我国缓解资源短缺的重要手段之一！水力机组是水电站的核心设备，是整个水电枢纽工程最终经济效益的归宿。因此，水轮机结构设计得是否合理就成为电站能否有效运行得关键。

本次毕业设计通过查阅贯流式水轮机相关资料，对炳灵水电站转轮型号为GZHK-1RT-WP-620的贯流式水轮机进行设计，并且对炳灵水电站电气一次部分进行设计。相关知识涉及水轮机结构、水电厂电气部分，机械制图以及贯流式水轮发电机组等部分，此外，还包括其相关的设计思路及方法。

本次设计在巩固原有专业课知识的基础上加深理解，并对贯流式机组的知识进行了拓展。更好的促进各科知识之间相互贯通，同时可以培养动手能力，创新能力，达到理论实践相结合的目的。在本次设计中，大量使用autoCAD绘图软件，节省了很多手绘的时间，锻炼了使用该软件的能力。

1.2设计内容

（一）根据给定的炳灵电站贯流式的型号和转轮直径等参数进行水轮

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炳灵水电站的设计

机结构设计。

1.按给定水轮机型号和转轮直径等参数，确定水轮机的主要特征尺寸，对水轮机整体结构进行设计；

2.确定水轮机主轴尺寸；

3.根据机组型式和电站自然条件进行主轴密封和水导轴承设计； 4.绘制水轮机总装配图及主要部件组装图和零件图。

（二）导水机构传动系统设计及主要零件的设计

1.根据机组的型式进行导水机构设计并绘制导水机构装配图； 2.对主轴的形式及尺寸等进行设计并绘制主轴零件图； 3.对导叶臂的形式及尺寸进行设计并绘制导叶臂零件图； 4.绘制操作油管装配图； （三）机组电气部分设计

1.对电站的电气一次部分进行设计，其中包括电气主接线方案设计，确定主变压器型式、台数、容量，以及各级电压配电装置的接线方式等。

2.对短路电流进行计算。

3.对电气主设备进行选择，包括断路器、负荷开关和隔离开关、高压熔断器、限流电抗器、电压互感器、电流互感器、避雷器、裸导体、支柱绝缘子及穿墙套管、消弧线圈以及电缆。

（四）外文翻译 1.阅读外文文献；

2.精读其中三篇，并且选择一篇翻译。

1.3原始资料

本次毕业设计的基本参数如下： （1）水轮机型号：GZHK-1RT-WP-620

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额定水头：16.1m 额定流量：332.5 m3/s 额定转速：107.1r/min

最大水头Hmax: 25.7m 最小水头Hmin: 11.6m 最大飞逸转速 : 330 r/min （2）发电机型号： SFG48-56/6700 额定功率 : 48 MW /(50.526MVA) 额定功率因数： COSΦ=0.95(滞后) Xd'' = 0.27

额定电压： Un=13800 V 额定电流: In=2113.9 A 额定频率: fn=50 Hz 相数: m=3

定子绕组接线方式: “Y” 额定转速: 107.1 r/min

飞逸转速: 330（非协联工况）r/min 绝缘等级: F 冷却方式: 密闭循环强迫通风空气冷却 旋转方式: 顺水流方向看顺时针

（3）炳灵水电站现有电压等级110KV和330KV两条出线，其中： 炳积线（1111线）为110KV，距离积石山变电站为：19.68Km 寺炳线（3089线）为330KV，距离炳灵变电站为：36.221Km （4）电站总装机容量24万千瓦，共安装5台4.8万千瓦灯泡贯流式水轮发电机组。

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2.水轮机总体结构设计

2.1 绘制轴面流道图

根据水头及形式接近的已有贯流式水电站资料，设计出炳灵水电站贯流式发电机组的轴面流道，其形式及相关尺寸如图1-1所示：

2-1 轴面流道图

2.2 基础环设计

基础环下游焊在尾水管上，采用钢板焊接结构，基础环要承受转轮室传来的水力震动，要求与混凝土结合牢固。根据已有贯流式水电站资料，

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设计出基础环的结构。如图1-2所示： 2-2 基础环

2.3 座环设计

座环是机组的主要支撑，承受机组大部分重量、水的压力、浮力、正反向水推力、发电机扭矩等，并将这些负荷传递到基础混凝土上，因而具有足够的强度、刚度。

座环是整个机组的安装基础，水轮机的导水机构，发电机定子、组合轴承支撑环都固定在其法兰上。受运输条件限制，座环装配分为内锥、外锥、上游外锥。

座环內锥采用钢板焊接结构，受运输条件限制分为不等的4半，水平方向设计两个固定导叶，垂直方向2个进人筒。

根据已有贯流式水电站资料，设计座环的结构，如图1-3所示：

图2-3 座环

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炳灵水电站的设计

1）其用钢板材料为ZG20MnSi，厚度为60mm，采用焊接结构。 2）所有过流表面打磨光滑至表面光洁度为▽3.2，其余表面为▽12.5； 3)固定导叶进口端节距误差不超过0.0015Da；

4)顶盖与底环把合面平行度误差不超过0.025 毫米/米；

5)分瓣结构的合缝面光洁度为▽6.3，合缝面间隙一般不超过0.05 毫米，局部允许有0.15～0.3 毫米凹陷部分（深度小于接合缝的1/3，长度不超过接合缝总长的1/5），但不允许有突起。

2.4 导水机构设计

2.4.1 外配水环

根据已有贯流式水电站资料，设计外配水环的结构，如图1-4-1所示：

图 2-4-1 外配水环

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外配水环由钢板焊接而成，由于运输条件限制分成4瓣，外配水环和导叶配合面为球面，半径4526mm，外配水环上有24只导叶套筒孔，导叶轴线与主轴中心线夹角60°，并等距分布。

2.4.2 内配水环

根据已有贯流式水电站资料，设计内配水环的结构，如图2-4-2所示：

2-4-2 内配水环

内配水环采用钢板焊接结构，由于运输条件限制分成两半。内外配水环共同构成导叶区域的流道，与导叶的配合为球形，半径2387mm，球形部分均布24只导叶下轴孔，导叶轴线与主轴中心线夹角为60°，在其下部设有扇形板，是水导轴承的支承部件。

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2.4.3 传动机构

导叶轴颈可按转轮直径 D1，使用水头H1，导叶的相对高度b0/D1，从《水轮机设计手册》中146 页表8-10 初选轴颈db，选得db =210mm.

（1） 导叶套筒

导叶套筒是固定导叶上中轴套的部件，采用ZG30铸造。套筒结构与主轴材质、密封结构和顶盖的高度有关。目前多数采用整体圆筒的模式，因为本次设计的机组的水头不是很高，所以导叶套筒上无需设计导叶止推装置。本次设计中采用的套筒的尺寸大小如下表1-1：

参数符号 db d1 d2 d3 d4 d5 d6 H 参考 数值（mm） 210 510 340 210 230 240 465 760 参数符号 d7 d8 h h1 h2 h3 Z 数值（mm） 40 8 50 40 210 95 8 表1-1 导叶套筒

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图2-4-3 导叶套筒

（2） 导叶轴颈密

导叶中轴颈密封多数装在导叶套筒的下端，目前不少机组中已改用“L”型密封，实践证明，封水性能很好，结构简单。其尺寸大小如下表1-2：

表1-2 中轴颈密封

参数符号 da d1 d2 数值（mm） 参数符号 h δ1 数值（mm） 210 216 260 18 4 4 δ2

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/5zm7.html