水电站毕业设计

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目录

摘要 ............................................................................................................................... 1 前言 ............................................................................................................................... 2 第一部分： 水力机组选型设计和调节保证计算 ..................................................... 3 1水轮机的选型设计 ................................................................................................. 3 1.1水轮机选型设计概述....................................................................................... 3 1.2水轮机选型设计的任务................................................................................... 3 1.3水轮机选型的原则........................................................................................... 3 1.4水轮机选型设计的条件及主要参数............................................................... 3 1.5水轮机台数及型号的选择............................................................................... 4 1.6初选工况点A ................................................................................................... 5 1.8额定转速的确定............................................................................................... 6 1.9 效率及单位参数的修正.................................................................................. 7 1.10 核对所选择的真机转轮直径D1................................................................... 8 1.11 确定水轮机导叶的最大可能开度aok ........................................................ 17 1.12计算水轮机额定流量Qr ............................................................................. 18 1.13确定水轮机的允许吸出高度Hs ................................................................. 18 1.14计算水轮机的飞逸转速............................................................................... 20 1.15 计算水轮机轴向水推力P? ....................................................................... 21 1.16 估算水轮机的质量...................................................................................... 21 1.17 绘制水轮机运转综合特性曲线.................................................................. 21 2水轮发电机的的初步选择计算 ........................................................................... 25 2.1水轮发电机的结构形式和冷却方式............................................................. 25 2.2发电机主要尺寸的估算................................................................................. 25 2.3发电机外形尺寸估算..................................................................................... 26 2.4水轮发电机的质量估算................................................................................. 27 3 调节保证计算 ...................................................................................................... 28 3.1调节保证计算概述......................................................................................... 28 3.2调节保证计算的标准..................................................................................... 28 3.3计算基本数据................................................................................................. 28 3.4计算设计水头、最大水头下额定出力时引水系统的?LiVi ................... 29 3.5假定导叶的直线关闭时间Tf和关闭规律 .................................................... 29

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3.6水击压力上升计算......................................................................................... 29 3.7最大转速上升计算......................................................................................... 30 3.8调节系统设备的选择..................................................................................... 32 第二部分：水电站厂房布置设计 ............................................................................. 35 4 发电机层平面布置设计 ...................................................................................... 35 4.1主厂房长度确定............................................................................................. 35 4.2起重设备的选择............................................................................................. 36 4.3主厂房的横剖面设计..................................................................................... 38 第三部分：水力机械辅助设备系统选择设计 ......................................................... 40 5油系统设计 ........................................................................................................... 40 5.1用油量的估算................................................................................................. 40 5.2油系统设备的选择......................................................................................... 42 5.3透平油系统设备明细表................................................................................. 43 5.4绘制透平油系统图与操作程序表................................................................. 44 6压缩空气系统 ....................................................................................................... 46 6.1低压压缩空气系统......................................................................................... 46 6.2低压空气系统设备选择................................................................................. 50 6.3高压压缩空气系统......................................................................................... 50 6.4空气压缩系统所选设备明细表..................................................................... 51 6.5绘制气系统图................................................................................................. 52 7水系统的设计 ....................................................................................................... 53 7.1技术供水系统................................................................................................. 53 7.2消防供水系统................................................................................................. 54 7.3排水系统的设计............................................................................................. 55 7.4绘制排水系统图............................................................................................. 57 结论 ............................................................................................................................. 58 总结 ............................................................................................................................. 59 致谢 ............................................................................................................................. 60 参考文献和资料 ......................................................................................................... 61

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摘要

本次毕业设计根据三角嘴水站的主要数据，对其进行三个部分的设计。第一部分：水利机组选型设计和调节保证计算,通过选型计算和运行工况分析绘制水轮机运转综合特性曲线图；第二部分：水电站厂房的布置设计，绘制发电机层平面布置图、主厂房横剖面图；第三部分：水力机组辅助设备系统选择设计，绘制透平油系统图、水系统图、气系统图。

关键词：三角嘴水电站;选型设计;厂房设计;辅助设备

Abstract

The graduation project based on primary data SanJiaoZui Hydropower, its three-part design. The first part: water conservation and regulation designed to ensure the selection is calculated by computing the appropriate selection and analysis of operating conditions drawn turbine operating characteristic curve integrated unit; Part II: hydropower plant layout design, drawing generator layer floor plan, the main plant cross-sectional view; part III: hydraulic unit auxiliary equipment systems choose design, drawing turbine oil system diagram, system diagram of water, gas system diagram.

Keywords: SanJiaoZui Hydropower, selection and design, plant design, auxiliary equipment.

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前言

水电站是一个把水利能源转化为电能的工厂。我国地域广大，河流纵横，水力资源十分丰富。“十二五规划”提出大力发展我国水电事业，因为水力发电不但符合我国的能源政策，符合环保要求，有利于减少环境污染，又能提供清洁廉价的能源。水电站发电的最大特点是全部设备必须连续不间断地运转，并且为了安全稳定可靠地供电，又要保证电能的周波和电压的质量，需要与电网并网运行。

本次毕业设计内容分为三部分。第一部分是水轮机的选型和调节保证计算，并通过选型计算和运行工况的分析绘制水轮机运转综合特性曲线。水轮机的选型设计是水电站设计中一项重要的任务，水电站水轮机的选择是根据水电站的开发方式，动能参数、水工建筑物等，并结合制造厂的生产水平，拟出若干个方案进行综合比较，最终选择最佳的型号。调节保证计算则是合理的选择导叶关闭时间和规律并进行水击压力和机组转速变化的计算，使压力变化值和转速变化值在允许的范围内，保证机组地 强度、寿命及减少机组的振动，避免压力钢管爆炸的灾难性事故。第二部分是水电站厂房的布置设计。水电站厂房设计又称建筑设计，包括平面设计、剖面设计、立面设计。在厂房布置设计中首先是发电机的选型，通过发电机的相应尺寸为后面厂房的平面设计提供数据。在主要机电设备已经确定的条件下，选定合理的建筑方案，分析个方案在技术上、经济上的合理性，并绘制厂房的平面布置图、主厂房横剖面图。第三部分是水电站辅助设备系统选择设计，此次辅助设备的选择计算是对水电站的水系统、油系统、气系统的相关计算，保证机组安全、经济运行。

毕业设计是所学专业课知识的综合运用。通过设计来了解水电站基本知识和主要的基础设备。解决在做设计过程遇到的问题，培养学生综合运用所学知识和技能去分析和解决本专业范围内的工程技术问题，建立正确的设计思想，掌握水电站设计的基本程序和方法，使学生在工程实践具有应用专业技术解决工程实际问题的能力。

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第一部分： 水力机组选型设计和调节保证计算

1水轮机的选型设计

1.1水轮机选型设计概述

水轮机的选型计算是根据水电站设计部门提供的原始参数，选择合理的水轮机的型号和计算水轮机的各项参数。是水电站设计中一项重要的工作，它直接关系到水电站机组能否长期稳定运行、投资多少。根据水电站的开发方式，动能参数、水工建筑物等，并结合制造厂的生产水平，拟出若干个方案进行综合比较，最终选择最佳的型号。 1.2水轮机选型设计的任务

（1）确定电站装机台数及单机功率 （2）选择机组类型及模型转轮型号 （3）确定机组的装置方式

（4）确定转轮直径、额定转速、飞逸转速

（5）计算所有运行水头和功率下水轮机的效率和吸出高度值，绘制水轮机运转综合特性曲线。

（6）轴向水推力的计算 （7）计算水轮机的品质 1.3水轮机选型的原则

（1）所选水轮机要具有较高的能量特性。不仅要选择额定工况下?max较高的水轮机转轮型号，而且还要根据水轮机的工作特性曲线，即??f（N)及选择平均效率?最高的水轮机型号，使水轮机在负荷和水头变化??f（H)曲线，

的情况下具有最高的平均运行效率。

（2）所选水轮机不仅要具有良好的空蚀性能，还要有较好的工作稳定性能，运行要灵活、平稳、安全和可靠。

（3）所选水轮机的尺寸应较小，结构要合理、先进，便于运输、安装、运行及检修。

（4）转轮选择比较时，应尽可能选用ns较高的水轮机，这样转速较高，相应的机组尺寸就小，并且使所选的水轮机经常在最优区运行。选择转轮参数时应该使n11值稍高于n110，而且Q11值应接近于Q11max值。 1.4水轮机选型设计的条件及主要参数

最大水头Hmax=178.3m 最小水头Hmin=144.6m

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加权平均水头Hpj=165.5m 额定水头Hr=167.0m 总装机容量N=80MW 海拔高程?=395.5 m

坝后式地面厂房，采用单机饮水方式，电站离负荷中心较远，在系统中担任基荷。

1.5水轮机台数及型号的选择 1.5.1确定水轮机台数及单机功率

根据Ppl?Pg?Z，其中Ppl为每台机组的额定功率，Pg为总装机容量，Z为机组台数。选择情况如表1-1。

表1-1水轮机台数及单机功率

台数Z 单机功率Ppl（MW） 2 40 3 26.7 4 20 1.5.2选择机型及模型转轮

根据水轮机的类型及使用水头范围表，如图表1-2。

表1-2 大中型水轮机的类型及使用水头范围表

水 轮 机 型 式 能量转换方式 水流方式 贯流式 斜流式 反击式 混流式 轴流式 适用水头范围 （m） <20 40~180 30~700 3~80 比转速范围 （m.kW） 600~1000 150~350 50~300 200~850 比转速： ns=2000/Hr?20

=135.7 m.kW

比较结果：选择混流式水轮机。

查阅《水轮机》附表1，选择水轮机型号HL160/D46，其模型转轮主要参数如表1-3。

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表1-3 模型转轮主要参数

转轮 型号 推荐使 模型转 流道尺寸 用水头 轮直径 H(m) D1(cm) 0.16 17 1.25 20 最优工况 b0 Z1D0 Z0 n110 Q110 ?0 ?0 (r/min) (m3/s) 67.5 0.548 (%) 91.6 0.039 HL160/D46 135-200 40 1.6初选工况点A

HpjHrn，1r?n，10

式中：n，10 —模型的最优单位转速

计算结果得：n，1r =67.2r/min

在模型转轮综合特性曲线上作n，1r的水平线交5%功率限制线于A点，A点即为初选设计工况点，见图1-1。A点的单位流量即为初选设计工况点下的单位流量。

n11(r/min) n11r5%功率限制线O Q11rQ11 (L/s)

图1-1模型转轮综合特性曲线

1.7转轮直径D1的确定

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1.7.1 水轮机的额定出力

N?NF?F

式中：N —水轮机额定功率，kW；

NF—发电机额定功率；

?F—发电机功率,一般可取0.96或0.98,本次设计取?F?0.96。

1.7.2 转轮直径D1

D1?式中：N—水轮机额定功率，kW； Q1r—真机单位流量，m3/s；

N9.81Q1rH?32

?—水轮机的效率，由初设工况点A的?mA加上修正值得到

???mA?????mA?（1~3）%，

本次设计取??=3%，?mA由HL160/D46模型综合特性曲线上A点读出得

?mA=89.5%，计算结果如表1-4。

表1-4各种机组台数下的转轮直径

机组台数 2 3 4 单机功率40 26.7 20 （ MW ）

直径D1计算结果（m） D1圆整结果（m） 1.86 1.5 1.3 1.9 1.5 1.3 1.8额定转速的确定 额定转速n:

n?n110HpjD1

式中: n110—设计单位转速, r/min；

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Hpj— 加权平均水头, Hpj=165.5m； D1—真机的转轮直径, m。 计算结果如表1-5所示。

表1-5 额定转速n的计算结果

机组台数 n (r/min) 2 455 3 576.34 4 665 查《水轮机》水轮发电机额定转速系列表，每个型号选择两个标准额定转速，选取结果见表1-6。

表1-6 水轮发电机标准额定转速

机组台数 n (r/min) 2 428.6和500 3 500和600 4 600和750 1.9 效率及单位参数的修正 1.9.1 效率换算及其修正值??

真机的效率修正：

?????1???2???3

参照相应规范，??2=-0.01，??3=0.01

??=?max.t -?max.m

式中：?max.t——真机的最优工况效率；

?max.m—模型机的最优工况效率，由中小型混流式水轮机模型运转主要参

D1m D1t数表查阅得?max.m=91.6%。

5?max.t?1?（1??max.m）式中： D1m为模型转轮直径，D1m为40cm；

D1为真机的转轮直径。

1.9.2 单位参数的修正值?n1及?Q1

?n'1?n'1t?n'1m?n'1m(?t-1)?m?t-1)?m

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?Q'1?Q'1t?Q'1m?Q'1m(

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式中:n'1m0?模型机最优工况下的单位转速。

上述修正值可在最优工况点进行选取，其他工况点采用等值修正处理。当，

?n1?Q?3%，1?3%时，单位参数可不予修正。最终计算结果见表1-7。 ?n1m?Q1m表1-7 效率及单位参数的修正

机组台数 转轮直径D1（cm） 效率修正值?? 单位参数修正值 真机效率 ?n1 是否修正 2 1.9 2.3% 91.8% 1.3%n1m0 否 3 1.5 2.0% 91.5% 0.83%n1m0 否 4 1.3 1.8% 91.3% 0.55%n1m0 否 1.10 核对所选择的真机转轮直径D1 1.10.1 确定水轮机的真实工况点B

实际水轮机的转速：

n1tr?nD1 Hr

n11,mr?n11,tr??n11式中：?n11—单位转速修正值，取?n11为0

（?m ，Q， B点在n，在其上查找点，计算功率N1t，并作辅助 1m）mr水平线上，

（Q1t）曲线N1t?，即：

N?9.81?tiQ11,ti?9.81(?mi???)(Q11,mi??Q11) 11,ti

N 而N1t?，在辅助曲线上有一个与Q1，mr之对应，从而得到32D1Hr28

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Q1，mr?Q1.tr??Q1，将Q1，mr的值返回到模型综合特性曲线图上与n1，mr线相交于

B点，即为真实工况点。

各种方案计算结果如下： 两台机组：

(1)HL160/D40：转轮直径D1=1.9m，转速n?428.6r/min

n1tr?nN1t?D11.9?428.6??63r/min Hr167N32?41.7?1031.92?16732=5.13kW

D1Hr2表1-8 辅助曲线N1t?f（Q1t）计算数据表

?mi 0.85 0.86 0.87 0.88 0.89 ?ti??mi??? 0.873 0.883 0.893 0.903 0.913 Q11,ti?Q11,mi(m3/s)N1t( kW) 0.365 0.380 0.398 0.420 0.441 3.13 3.31 3.49 3.72 3.95

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N/kW5430.20.30.40.5311t图1-2 辅助曲线N1t?f（Q1t）

(2)HL160/D40：转轮直径D1=1.9m，转速n=500r/min

n1tr?nN1t?D11.9?500??73.5r/min Hr167N32?41.7?1031.92?16732=5.13kW

D1Hr2表1-9 辅助曲线N1t?f（Q1t）计算数据表

?mi 0.85 0.86 0.87 0.88 0.89 ?ti??mi??? 0.873 0.883 0.893 0.903 0.913 Q11,ti?Q11,mi(m/s)N1t( kW) 30.445 3.81 0.469 0.497 0.538 0.561 4.06 4.35 4.76 5.02 10

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N/kW5430.20.30.40.5Q m/s11t

图1-3 辅助曲线N1t?f（Q1t）

三台机组：

(1)HL160/D40：转轮直径D1=1.5m，转速n=500r/min

n1tr?nN1t?D11.5?500??58r/min Hr167N32?41.7?1031.52?16732=5.72kW

D1Hr2表1-11 辅助曲线N1t?f（Q1t）计算数据表

?mi 0.85 0.86 0.87 0.88 0.89 ?ti??mi??? 0.87 0.88 0.89 0.90 0.91 Q11,ti?Q11,mi(m/s)N1t( kW) 30.368 3.14 0.407 0.43 0.464 0.48 3.40 3.75 4.10 4.29

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N/kW5430.20.30.40.5311t 图1-3 辅助曲线N1t?f（Q1t）

(2)HL160/D40：转轮直径D1=1.5m，转速n=600r/min

n1tr?nN1t?D11.5?600??69.6r/min Hr167ND1Hr232?41.7?1031.52?16732=5.72kW

表1-12 辅助曲线N1t?f（Q1t）计算数据表 ?mi 0.85 0.86 0.87 0.88 0.89 ?ti??mi??? 0.87 0.88 0.89 0.90 0.91 Q11,ti?Q11,mi(m/s)N1t( kW) 30.366 3.12 0.399 0.419 0.445 0.480 3.44 3.66 3.92 4.29 12

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N/kW5430.20.30.40.5Qm/s311t图1-4 辅助曲线N1t?f（Q1t）

四台机组：

(1)HL160/D40：转轮直径D1=1.3m，转速n=600r/min

n1tr?nN1t?D11.3?600??60.3r/min Hr167ND1Hr232?41.7?1031.32?16732=5.71kW

表1.13 辅助曲线N1t?f（Q1t）计算数据表

?mi 0.85 0.86 0.87 0.88 0.89 ?ti??mi??? 0.87 0.88 0.89 0.90 0.91 Q11,ti?Q11,mi(m/s)30.368 3.14 0.40 0.415 0.442 0.461 N1t( kW) 3.45 3.62 3.90 4.11 13

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N/kW5430.20.30.40.5311t图1-5辅助曲线N1t?f（Q1t）

(2)HL160/D40：转轮直径D1=1.3m，转速n=750r/min

n1tr?nN1t?D11.3?750??75.4r/min Hr167ND1Hr232?41.7?1031.32?16732=5.71kW

表1-14 辅助曲线N1t?f（Q1t）计算数据表

?m ?t??m??? 0.85 0.86 0.87 0.88 0.89 0.868 0.878 0.888 0.898 0.0.908 Q1ti?Q1mim/sN1t( kW) 3 0.417 0.442 0.462 0.495 0.521 3.55 3.79 4.02 4.36 4.64 14

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N/kW5430.20.30.40.5Qm/s11t

图1-6辅助曲线N1t?f（Q1t）

综上图所得真是工况点B如表1-15

表1-15各转速下真是工况点B

机组台数 额定转速r/min 单位转速n11.tr 单位流量Q11.tr 0.542 0.572 0.583 0.595 0.592 0.63 63 73.5 58.03 69.6 60.36 75.4 428.6 2 500 500 3 600 600 4 750 1.10.2 工作范围的检查

最大水头Hmax下，对应一个n1min；最小水头下Hmin下，对应一个n1max。这2条直线之间应包含主要综合特性曲线的优效率区；同时，B点应在最优工况点的附近，则可认为所选择的D1和n是合理的、正确的，否则应重新选择D1和n的值。

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最大水头Hmax=178.3m，n1min?nD1Hmax

最小水头Hmin=144.6m，n1max?nD1； Hmin下面分别求出各种方法下的n1min和n1max大小，计算结果见表1-16。

表1-16 n1min和n1max大小 机组台数 转轮直径D1（cm） 转速n n1min (r/min) 60.9 71.1 56.2 67.4 58.4 68.1 n1max (r/min) 428.6 (r/min) 67.7 79 62.4 74.8 64.8 81.1 2 1.9 500 500 3 1.5 600 600 4 1.3 750

各方案的工作范围及真实工况点B如下图所示：

图1-7 D1=1.9m，额定转速=428.6r/min 图1-8 D1=1.9m，额定转速=500r/min

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图1-9 D1=1.5m，额定转速=500/min 图1-10 D1=1.5m，额定转速=600r/min

图1-11 D1=1.3m，额定转速=600r/min 图1-12 D1=1.3m,额定转速=750r/min

综上各种方案的工作范围和真实工况点B的检查，可得选用HL160/D40，转轮直径D1=1.9m，额定转速n=428.6r/min。 1.11 确定水轮机导叶的最大可能开度aok

在模型机和真机保持几何相似时，有：

a0max?a0max，mD0Z0m(mm) D0mZ0

式中：D0，D0m—分别为真机，模型机的导叶分布直径；

Z0，Z0m—分别为真机，模型机的导叶数；查阅《水轮机》表8-1得Z0=16，由中小型混流式水轮机模型转轮主要参数表得Z0m =20；

aoma—xB点的模型开度值，查阅HL160/D46模型转轮综合特性曲线得a0max=29.6mm；

计算结果得：a0max=176mm。

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因此，导叶的最大可能开度：

aok =1.05 a0max

= 184mm

1.12计算水轮机额定流量Qr

Qr的计算公式：

Qr?N

9.81?tHr式中：N—水轮机的轴功率，kW； Hr—设计水头，m；

?t—设计工况点B的真机效率，?t =0.914； 计算结果得：Qr=27.8m3/s。 1.13确定水轮机的允许吸出高度Hs

计算时可选择Hmin、Hr、Hmax等若干水头分别计算Hs，从中选择一个最小值作为允许吸出高度，本次设计计算Hmin，Hmax下的Hs，选择最小值作为水轮机的允许吸出高度。

水轮机允许吸出高度Hs按下式计算：

Hs?10??/900?（????）H

式中： ?—水电站水轮机安装海拔高度，?=395.5m

?—各对应水头下的工况点的空蚀系数；由《水轮机》查得，在HL160/D40（n，Q)所对应的?值； 模型转轮综合特性曲线上

1m1m??—空蚀系数的修正值；由《水轮机》图3-7查的??=0.02。

在进行各水头的工况点空蚀系数查找时，需作辅助曲线N1t?f（Q1t），为此列表计算，结果见表2-17并得出各水头下的辅助曲线图1-13和图1-14。且在各水头

N下，N1t?为已知，从辅助曲线上即可找到该水头下发出的额定功率的工32D1Hr2况点，从而得出其空蚀系数。

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表1-17各水头下的辅助曲线

Hin11t=(m) Hmin=144.6 Hmax=178.3m nDi Hi67.7 61 (r/min) n1m?n1t??n (r/min) 67.7 61 ?m 1 2 0.86 0.86 ?t 0.883 0.883 Q11t N11t (m3) 0.378 0.689 (kW) 3.27 5.97 ?m 0.86 0.86 ?t 0.883 0.883 Q11t N11t (m3) 0.385 0.676 (kW) 3.33 5.86 3 4 5 6 7 8 0.87 0.87 0.88 0.88 0.89 0.89 0.893 0.893 0.903 0.903 0.913 0.913 0.399 0.68 0.413 0.661 0.446 0.643 3.50 5.96 3.67 5.86 3.99 5.78 0.87 0.87 0.88 0.88 0.89 0.89 0.893 0.893 0.903 0.903 0.913 0.913 0.40 0.665 0.43 0.641 0.442 0.617 3.5 5.82 3.81 5.67 3.96 5.53

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N/kW(0.74,6.64)Q （m/s)311

图1-13 Hmin=144.6m辅助曲线N1t?f（Q1t）

N/kW(0.528,4.85)Q （m/s)311

图1-14 Hmax=178.3m辅助曲线N1t?f（Q1t）

分别从辅助曲线上即可找到各水头下发出的额定功率的工况点，查阅HL160/D40模型综合特性曲线从而得出其空蚀系数。最小水头下?=0.08，最大水头下?=0.035。代入计算结果：

（????）H Hmin=144.6m Hs?10??/900?=-4.9m

（????）H Hmax=178.3m Hs?10??/900?= -0.25m

比较结果得：水轮机的允许吸出高度Hs= -4.9m。 1.14计算水轮机的飞逸转速

HL式及其他固定叶片式水轮机飞逸转速的计算公式为：

20

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nR?n11R式中：nR—原型机的飞逸转速；

Hmax (r/min)D1

n11R —模型机最大可能开度下的单位飞逸转速，由《水轮机》中小型混流式水轮机模型转轮主要参数表，可知：nR=122.3r/min； Hmax 最大水头，Hmax =178.3m。

计算得，nR =859.5r/min。 1.15 计算水轮机轴向水推力P?

对于混流式水轮机：

Poc?k?4D12Hmax

式中：P?—轴向水推力，tf（1tf=9.81kN）； D1—转轮直径，D1 =1.9m；

K—轴向水推力系数，由《水轮机》中小型混流式水轮机模型转轮主要参数表，可知：k=0.24。

计算得：P? =121.3tf 或P=9.81P?=1189.8kN 1.16 估算水轮机的质量

水轮机的质量G可按下式计算：

G?kD1aHb

式中：G—水轮机质量，t；

H—水头，取H=Hmax=178.3m；

K—系数，由《水利机械及工程设计》表1.10，查得：k=8.1；

a =2.6； a与直径D1有关的指数，由《水利机械及工程设计》表1.10查得：

b —与水头有关的指数，由《水利机械及工程设计》表1.10查得：b=0.16

计算得：G=97.5t。

1.17 绘制水轮机运转综合特性曲线

1.17.1 绘制各水头H下，??f(N)工作特性曲线

列表计算：在Hmin—Hmax内取3~5个水头列表计算，计算结果如表1-18。

表1-18，HL水轮机运转综合特性曲线计算表

H (m) Hmin=144.6m Hpj=165.5m 21

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（续表） n11t=nDi (r/min) Hi 67.7 63.3 ?m 1 2 3 4 232 ?t 0.883 0.883 0.893 0.893 0.893 0.903 0.913 0.913 Q11t N (kW) 20.55 37.46 21.94 37.39 22.97 36.76 25.07 36.15 (m3/s) 0.378 0.689 0.399 0.68 0.413 0.661 0.446 0.643 ?m 0.86 0.86 0.87 0.87 0.88 0.88 0.89 0.89 ?t 0.883 0.883 0.893 0.893 0.893 0.903 0.913 0.913 Q11t N (kW) 25.17 45.67 26.67 45.58 28.60 44.73 30.35 43.58 (m3/s)) 0.378 0.686 0.396 0.677 0.420 0.657 0.441 0.633 工作特性曲线 0.86 0.86 0.87 0.87 0.88 0.88 0.89 0.89 ?t??m??? N?9.81?tQ1tD1H 5 6 7 8 Hin11t=(m) Hr=167m 63 Hmax=178.3m 61 nDi(r/min) Hin1m?n1t??n (r/min) 63 61 ?m1 2 3 4 ?tQ11t N (kW) 25.64 46.23 27.16 46.14 ?m(m3/s) 0.380 0.685 0.398 0.676 ?tQ11t N (kW) 28.66 50.33 30.12 50.07 (m3/s)) 0.385 0.676 0.400 0.665 22

工作特性曲线 0.86 0.86 0.87 0.87 0.883 0.883 0.893 0.893 0.86 0.86 0.87 0.87 0.883 0.883 0.893 0.893 ?t??m???

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(续表) 5 232 0.88 0.88 0.89 0.89 0.893 0.903 0.913 0.913 0.42 0.655 0.441 0.632 28.99 45.2 30.77 44.10 0.88 0.88 0.89 0.89 0.893 0.903 0.913 0.913 0.430 0.641 0.442 0.617 32.74 48.80 34.02 47.50 6 7 8 N?9.81?tQ1tD1H以?t为纵坐标，以N为横坐标，得出各水头下的??f(N)工作特性曲线。 1.17.2绘制??f(N)等效率曲线

在H-N坐标图上，做个水头的水平线，如H1，H2，H3……在??f(N)曲线图上每隔1%~2%作?=const水平线，交给曲线与各点，将各点投影到H-N坐标图上，再将各?相等的点连成光滑的曲线，即成为等效率线。如图1-15。 1.17.3绘制功率限制线

水轮机的功率限制线由2部分组成。在设计水头Hr到最大水头Hmax范围内，水轮机功率受发电机额定容量pf的限制，所以这一段功率限制线为一条垂直线；在设计水头Hr到最小水头Hmax范围内，水轮机功率受水轮机的最大过流能力限制。此时，导叶开度已达最大，所以功率限制就是5%功率储备线。在Hmin下以得出功率Nmin值，于是在H-N坐标上，得到B点，连接AB即为设计水头的出力限制线。如附图SJZ-1 1.17.4绘制等吸出高度线

（1）绘制Q`=f（N）辅助曲线，从计算表中可直接得出。

（2）在模型综合特性曲线上作各水头下的n11=const水平线，交?=const线与若干点，将各点的?及Q11计入表中，根据Q`=f（N）查出N值，计入表中， 计算Hs得值，根据Hs和N绘制Hs=f（N）曲线。计算表格如表1-19

表1-19等吸出高度计算值 Hi/m Hmin=144.6m 67.7 Hpj=165.5m 63.3 n11t=nDi Hi(r/min) n1m?n1t??n(r/min) ?? 67.7 0.02 63.3 0.02 23

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(续表) 吸 出 高 度 的 计 算 0.05 0.055 0.06 Hi/m 0.07 0.075 0.08 0.670 0.694 0.71 37.0 37.6 38.0 -0.56 -1.29 -2.01 0.663 0.683 0.72 45.8 46.1 46.4 -2.03 -2.85 -3.68 0.04 0.045 0.06 0.065 ? ?+?? Q11 (m3/s) 0.592 0.645 N(kW) Hs (m) Q11 (m3/s) 0.58 0.63 N(kW) Hs (m) 33.9 36.2 0.88 0.16 40.1 43.3 -0.37 -1.2 Hrj=167m 63 Hmax=178.3m 61 nDin11t=(r/min) Hi、、n、1m?n1??n(r/min) 63 0.02 61 0.02 Hs (m) Q11 (m3/s) 0.552 0.61 0.643 0.67 43.1 47.2 49 50.1 N(kW) Hs (m) -0.5 -2.03 -2.92 -3.81 ?? 吸 出 高 度 的 计 算 0.05 0.055 0.07 0.075 0.66 0.68 0.04 0.045 0.06 0.065 ? ?+?? Q11 (m3/s) 0.578 0.628 N(kW) 40.8 43.9 45.8 46.1 -0.46 -1.3 -2.13 -2.97 0.06 0.08 0.7 46.4 -3.68 0.69 51 -4.1

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2水轮发电机的的初步选择计算

2.1水轮发电机的结构形式和冷却方式

水轮发电机的结构形式主要取决于转轮的类型和额定转速，本电站转轮额定转速为428.6<150r/min，所以水轮发电机的结构形式为悬式。

由于发电机转子在运行中会产生大量的热能，为保证机组运行的安全性与稳定性，须采取一定的冷却措施将热量散逸。国内一般认为每极容量超过85000KVA，可采用水内冷却方式；低于85000KVA，一般采用通风冷却方式。本电站机组单机容量35000KVA，每极容量低于85000KVA，故采用具有空气冷却器的闭循环空气冷却方式，此种通风系统结构简单，空气清洁干燥，冷风稳定，温度低。

2.2发电机主要尺寸的估算 （1）极距的选择

根据统计资料分析、机距与每极容量的关系：

??kj4Sf/2p

式中：sf—发电机的额定容量，KV.A，sf? P—磁极对数：p=7；

kj—系数，一般为8~12.3，本次设计取12.3。 计算结果?=93.6。 （2）定子内径的选择

Di?2p?N ，功率因数cos??0.85； cos??=418cm

（3）定子铁芯长度的选择

Lt?sf/CD2ne

式中：C——系数，查阅水电站设计手册得C取1?106。 计算结果：Lt?62.8cm （4）定子铁芯外径

Da?Di?? （ne?166.7r/min）

计算结果Da=511.6cm （5）飞轮力矩

GD2?kDi3.5Lt

式中：K——经验系数，n>375时取4~4.5，本次设计取4.5。 计算结果：GD2 =421.3。

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（6）校核发电机的结果尺寸

Di/Ltne?0.004<0.035

校核结果：采用悬式机组 （7）确定发电机的结果尺寸

根据上述计算结果，查阅《水电站设计手册》表3-11，选择水轮发电机的型号为SF40—14/512。 2.3发电机外形尺寸估算 2.3.1平面尺寸的估算 （1）定子机座外径D1

300?ne?500r/min：D1=1.25Da=640cm

（2）风罩内径D2

D2=D1+2.4m=880cm，（Sf>20000KV.A）,

（3）转子外径D3

D3?Di?2?

式中：?—单边气隙，初步设计忽略不计，故D3=Di。 （4）下机架最大跨度D4

10000D5+0.6m

式中：D5—水轮机机坑直径，查阅水电站设计手册表3-2，D5=3m。 2.3.2轴向尺寸计算 （1）定子机座高度h1

ne?214r/min,h1?Lt?2?

计算结果h1=2.5m （2）上机架高度h2

悬式机组：h2=0.25Di=1.05m

（3）推力轴承的高度h3，励磁机高度h4，副励磁机高度h5，永磁机的高度h6，查阅水电站设计手册3-8得：h3=2m ，h4=2m，h5=0.8m，h6=0.6m。 （4）下机架的高度h7 悬式机组：

h7 =0.12D1=0.5m

（5）定子支座支撑面至下机架之间的距离h8 悬式机组：h8

h8=0.15=0.63m

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（6）下机架与支撑面至主轴法兰底面之间的距离h9 按照已生产的发电机统计资料，取h9=1000mm。 （7）转子磁轭轴向高度h10

有风扇：h10=L1=（700~1000）mm

计算结果：h10=1.3m。 （8）发电机主轴高度h11

H?h1?h2?h4?h5?h6?h8?h9 =8.28m

h11=（0.7~0.9）H =5.8m 取0.7

（9）定子铁芯水平中心线至主轴法兰盘底面距离h12

h12=0.46h1+h10=2.48m

2.4水轮发电机的质量估算 （1）水轮发电机的总质量

G2f?K1(Sf/ne)3

式中：Kt—系数，对悬式机组取8~9，本次设计取8 计算结果：Gf=206t。 （2）发电机转子的估算

发电机转子的质量一般可按发电机的总质量的1/2估算，即计算结果Gs=103t。

Gs?0.5Gf 27

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3 调节保证计算

3.1调节保证计算概述

在电站运行过程中，常会遇到由于各种事故、机组突然解列，把负荷甩掉的情况。此时机组转速上升，调速器关闭导叶。经一段时间，机组恢复到空载转速。在此调节过程中，除调速系统的稳定性，在调解过程中的最大转速上升至也是非常重要，它可能会影响到机组的强度、寿命及引起机组振动。在甩负荷时，由于导叶迅速关闭，水轮机的流量会急速变化，因此在水轮机压力过水系统内会产生水击，此时产生的最大压力和最大压力下降对过水系统的强度是有影响的。工程实践中曾因甩负荷善生太高导致压力钢管爆破的灾难性事故。为此，在设计阶段就应该计算出最大压力上升和最大转速上升值。工程上称这种计算为调节保证计算。调节保证计算的任务：根据水电站过水系统和水轮发电机组的特性，合理的选择导叶关闭时间和关闭规律，进行水击压力变化和机组转速变化计算使压力变化值和转速上升值在允许范围内，并以此指导电站的最终设计和调节系统的整定。

3.2调节保证计算的标准

机组在甩负荷过程中转速上升率??nmax?n0。一般情况下，最大转速上升n0率?max?50%。对于大型电站?max?45%，对于冲击式机组?max?30%。

机组在甩负荷过程中最大压力上升率??Hmax?H0。在机组甩全负荷时，H0有压过水系统允许的最大压力上升率见表3-1。

表3-1.蜗壳甩全负荷时有压过水系统允许的最大压力上升率 电站设计水头Hr/m 蜗壳允许最大压力上升率? <40 70%

40-100 50%100 ?<30% 3.3计算基本数据

坝后地面厂房，采用单管单机饮水式。压力钢管长度取L?Hmax/sin450，取整的260m，管道直径取与蜗壳进口端面直径相等D=2m。蜗壳中心线长度L=15.8m，最大水头Hmax =178.3m，最小水头Hmin=144.6m，加权平均水头

Hpj=165.5m ，额定水头Hr=167.0m总装机容量N=80MW，海拔高程?=395.5 m ，

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机组台数2台，水轮机设计流量Qr=27.8m3/s，最大水头额定出力时水轮机工作流量Qtr=25.95m3/s。额定转速nr=428.6m/s，飞轮力矩GD2=421.3。管段水机波速a?1200m/s。因为引水管道为长有压引水管道系统，忽略尾水管的?LiVi计算。

3.4计算设计水头、最大水头下额定出力时引水系统的?LiVi

?LV??LV??LV??LV

计算结果：设计水头时?LV=2433㎡/s；最大水头下额定出力时

iiTiTiiciciBiBii?LV=2516㎡/s。

ii计算平均流速：V0??LV ?Liii设计水头时V0 =8.82m/s；最大水头下额定出力时V0=9.12m/s。 3.5假定导叶的直线关闭时间Tf和关闭规律

关闭时间Tf是在设计水头下机组甩全负荷时的工况确定的，对于最大水头机组甩全负荷时的关闭时间由下式计算：

a01 TfH?Tfa0r式中：a01，a0r分别为最大水头和额定带额定负荷时导叶的开度，其中

a01=126.68mm, a0r=147.25mm,暂取Tf=8s、相应TfH=6.88s。

3.6水击压力上升计算 3.6.1压力管道水利损失计算

根据饮水系统布置，分别计算设计水头和最大水头下沿程损失、局部损失，由此得到设计水头和最大设计水头的水力损失?Hr，?Hmax。因此各水头下的的净水头为：H0?H??H，压力引水系统水力损失按?H?0.0025Q3（m）。 计算结果得：?Hr=1.9m

?Hmax=1.7m

各水头下的净水头：H0?H??H=168.9m

H01?H??H?180m

3.6.2管道特征系数计算并判断水击类型

额定水头时:

LV???iigH0Ts?2433?（9.81?2?8）?0.18

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hw?aV0/2gH0?1200?8.82?(2?9.81?168.9)?3.2 根据《水轮机调节》图8-3水击分类图可得水击类型为末相水击。 3.6.3最大压力上升计算 末相水击：?m??/2??） (?2?4??，满足简化条件：?m?2?（2?m?2?（/2??）?2?0.18

2?0.18?0.2修正结果：?max?1.2?m?0.24 3.6.4水击计算

压力水管末端最大水击升高

?T??m?LV/?LTVT?0.24?260?8.85?2433 ?0.23?HT??TH0?0.23?168.9 ?38.85m3.6.5蜗壳末端最大压力升高

?c??c(?LtVi??LcVc)/?LV?0.24

?Hc??cH0?0.24?168.9?40.54m

3.7最大转速上升计算

计算公式：

??(1?（2Tc?TfHf）c)/Ta?1

其中：Ta?GD2nr2/360p?421.32?428.62?(365?40?103)?5.3 Tc?Tq?0.5Tabp?0.1?0.5?5.3?0.02?0.15

f?1???1?0.18?1.18

ne?n1f/n1?122.3?63?1.94

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?r?(1?（2Tc?TfH）)/Ta?1?（1?（2?0.15?8）?5.3?1?0.73

C?1/(1??r/(ne?1)

?1?（1?0.73?（1.94?1））?0.56式中：Tc—调节迟滞时间s；

Tq—调速器不动时间，一般取0.1~0.3s本次设计取0.1s；

bp—由电站在系统中的地位而定，一般取2%~6%，本次设计取2%； f—水机修正系数；

C—水轮机飞逸特性影响机组升速时间系数；

n1f—甩负荷前单位转速，r/min，由中小型混流式水轮机模型运转主要参数表查的n1f =122.3r/min。

n1—单位转速，r/min ，n1=63r/min。 计算结果：??(1?（2Tc?TfH）c)/Ta?1

（2?0.15?8?1.18）?0.56?5.3?1 ?1? ?0.437

修正： ?ma? 3x1.1?5?0.50综上，当Tf为7s、8s、9s、10s时在设计水头和最大水头额定出力水击压力和转速上升计算结果如表3-2.

表3-2. 设计水头和最大水头额定出力水击压力和转速上升计算结果

水头 设计水头 最大水头 设计水头 直线关闭时间 ? 0.21 0.23 0.18 hw 3.2 3.1 3.2 ?HT/m ?HC/m 44.7 49.5 38.85 47.3 52.4 40.54 ?max 0.28 0.31 0.24 ?max 47.4% 44.7% 50.3%

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Tf=7s TfH=6.02s Tf=8s

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（续表） 最大水头 设计水头 最大水头 设计水头 最大水头 TfH=6.88s Tf=9s TfH=7.74s Tf=10s TfH=8.6s 0.2 0.16 0.18 0.15 0.16 3.1 3.2 3.1 3.2 3.1 46.8 31.95 40.8 30.3 34.1 48.6 33.78 43.2 32.1 36 0.27 0.2 0.24 0.19 0.2 47.7% 53% 50.4% 55.6% 52.7% 将上述计算结果与所选标准比较，选择符合标准的最小导叶直线关闭时间

Tf=8s。

3.8调节系统设备的选择 3.8.1导叶接力器

采用油压装置额定油压为2.5MP和标准导水机构为两个单缸接力器操作，每个接力器直径dc计算公式：

dc??D1b0?Hmax

D1 =0.03?1.9? =0.304m

0.304?178.3 1.9式中：?—计算系数，标准对称导叶，查阅《水电站设计手册》表6-4，?取0.03； 查阅《水电站机电设计手册》导叶接力器直径系列表6-5，取标准导叶直径350mm，则dc=350mm。 接力器最大行程

Smax?（1.4~1.8）a0max，取系数1.8

=1.8?176=316.8mm

接力器容积V

V??dc22?Smax

=0.061m3

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3.8.2调速器选择

根据大型调速器容量选择主配压阀直径，主配压阀直径计算公式： d?4V ?vTs =

4?0.124=70mm

3.14?2?8式中：V—导水机构接力器总容积；

v—管路中油的流速，一般取v?4~5m/s，本次设计去2m/s； Tf—导叶直线关闭时间。

查主配压阀直径系列，取主配压阀直径80mm，选择调速器型号BWT-80-2.5。 3.8.3油压装置的选择

油压装置压力油罐容积按经验公式估算：

V0?（18~20）V ?20?0.061 ?1.22m3查阅《水电站机电设计手册》油压装置型号系列表，选择分离式油压装置YZ-1.6。其油压装置基本参数如表3-3。

表3-3 YZ-1.6油压装置基本参数

压 力 油 槽 槽内油体积（m3） 油罐重量（kg） 0.56 1600 油槽容积（m3） 1.6 螺 旋 油 泵 输油量（l/s） 转速（r/min） 3.0 2920 型号 LY-3.0 油罐及装油重量（kg） 2100 最大工作压力（kg/cm） 25 轴功率（kW） 回 油 箱

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13 JQ2-52-2 有效容积（m3） 2.5 电 动 机 型号

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（续表） 邮箱内油体积 （m3） 邮箱重量（kg） 2030 功率（kW） 13 1.3 电压（V） 220/380 回油箱及装油重量（kg） 3200 转速（r/min） 2920 34

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第二部分：水电站长厂房布置设计

4 发电机层平面布置设计

在进行主厂房平面设计时，必须将上部结构部分和下部结构结合起来考虑，因为两者关系比较密切。主厂房的长度、宽度尺寸，主要取决于水轮发电机定子及风罩、水轮机蜗壳、尾水管、调速设备系统的布置，以及主要设备的装卸方法和安装、检修、运行管理的要求、同时还应考虑到结构布置和里面的艺术处理问题。

4.1主厂房长度确定 4.1.1机组段长度L1的确定

机组段长度L1可按下式计算：

L1?L?x?L-x

式中： L?x—机组段+x方向的最大长度； L-x—机组段-x方向的最大长度；

尾水管层、发电机层计算，然后取最大值。L?x和L-x可分别用蜗壳层、

本次毕业用发电机层计算。

L?x=?3?b??3

22 =4.4+2+0.4=6.8m

L-x=?3?b??3

22 =4.4+2+0.4=6.8m

式中：?3—发电机风罩内径； ?3—发电机风罩壁厚，取0.4；

b—两台机组之间风罩外壁净距，在两台机组之间设置楼梯，取b=4m 计算结果：L1 =L?x+L-x=13.6m。 4.1.2端机阻断长度L2的确定

L2= L1+△L

=13.6+1.9=15.5m

式中：△L—考虑起重机吊运设备极限要求的附加长度取△L=D1 =1.9m。

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4.1.3装配厂的确定

L3=（1~1.5）L1，本次毕业设计取1，则L3=13.6m。 4.1.4主厂房总长度

L= L1+ L2+ L3=42.7m

4.1.5主场房宽度的确定

以机组中心线为界，厂房宽度B可分为上游侧宽度Bs和下游侧宽度Bx两部分。

B=Bx+Bs

式中： Bs= ?3/2+?3+A =4.4+0.4+3.6=8m

A—风罩外壁至上游侧墙内侧的净距，有上游侧电气设备和附属设备的布置及通道尺寸确定，m。取A=3m；

Bx除满足与Bs相同长度要求外，还需要满足在-y方向我可得尺寸和蜗壳混泥土厚度的要求。蜗壳-y方向长度为3.5m，，去取蜗壳混泥土土厚度3.5m则Bx=7m

综上，主厂房宽度B=8+7=15m，参照起重设备的标准跨度，取B=15m。 4.2起重设备的选择 4.2.1额定起重重量mg

水电站主厂房内采用一台桥式起重机，起重机允许的最大部件的重量和取物装置的自重之和称为起重重量。水电站主厂房起重机的额定起重量，一般取决于发电机转子的的重量。因此起重机的最大起重量为103.1t。查阅《水力机组辅助设备》表7-1起重机起重系列，选择标准起重机起重量为125t。 4.2.2起重机跨度Lk

起重机运行轨道轴线间的垂直距离称为起重机的跨度，由厂方跨度决定。查阅《水利机械辅助设备》表7-2起重机跨度系列得，，起重机标准跨度Lk=14m。起重机型号为QD125—14A5。 4.2.3起重机起升高度H

吊具上、下极限位置之间的距离称为起升高度。水电站中根据主钩吊运水轮机转轮或发电机转子带轴所必须的高度来确定上极限位置，即主副钩能上升的高度极限，所以，当起重机大车轨顶高程已确定，则上极限位置即已定。主钩的下极限位置必须满足从机坑内将发电机转子或水轮机转轮分别吊运至安装间。查阅

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《水利机械辅助设备》表7-3起升高度系列，根据起重机主钩额定起重量查得主副钩的其中高度H分别为： 主钩：30m； 副钩：32m。 4.2.4起重设备主要参数

查阅《水电站机电设计手册》，选择名义起重量为125t的起重机，其主要参数如表4-1

表4-1起重机主要参数

名义起重量（t） 跨度（m） 大梁底面至轨道面距（mm） 125 14 140 小车起重量（t） 车轮矩（mm） 主钩 副钩 125 25 4400 轨道中心至起重机端距（mm） 460 起重机最大宽度（mm） 9300 轨道面至起重机顶端高度 （mm） 轨道面至缓冲器外端距离（mm） 吊钩至轨道面高度（mm） 吊钩至轨道中心线距离（mm）

4300 车轮中心至缓冲器外端距离 （mm） 920 1200 操作室面至轨道面距离（mm） 2400 主钩 700 极 限 副钩 200 位 置 主钩 1100

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（续表） 副钩 1600 4.3主厂房的横剖面设计

主厂房剖面设计又称为竖向设计，主要解决垂直方向空间处理上的问题。它 与平面设计是一个整体，设计时根据电站生产电能的需要，合理地确定主厂房上、下结构部分的高程，满足通风、采光需要及发电、配电的合理安排，全面综合的分析研究做出经济合理、技术可能的方案，为运行人员的操作运行管理创造优良的工作环境。

4.3.1尾水管底板高程?1

?1??T-b-h1

2 =395.5-0.304/2-4.75 =390.5m 式中：?T—水轮机安装高程，?T=395.5m；

h1—底环顶面至尾水管底板的距离，由结构尺寸而定，计算得h1=4.75m； b—导叶高度。 4.3.2进水管地面高程?2

?2??3?r1-h2 =395.5-1-1 =393.5m

式中：?3—钢管中心线高程，跟布置有关，取?3=?T=395.5m； r1—引水管半径，r1=1m；

h3—钢管底部至地面的高程，为了便于检修，取1.0m左右。 4.3.3水轮机层地面高程?4

?4??T?r2?h3 =395.5+1+1=397.5m

式中： r2—蜗壳进口段半径；

h3—蜗壳上部混泥土厚度，对金属蜗壳取1.0m。 4.3.4发电机层地面高程?5

?5??4?h4?h5 =397.5+2+3

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=402.5m

式中: h4—水轮机机坑进人门高度，通常取1.8~2.0m，本次设计取2.0m；

h5 —机坑进人门上部应留的尺寸，由设备布置和发电机结构要求确定，取3m。

4.3.5吊车轨道顶的高程

吊车轨道高程应满足吊运发电机转子带轴、水轮机转轮等大件要求：

?6??5?h6?h7?h8?h10

=402.5+0.68+1+5+ 2+2

=413.18m

式中：h6 —吊运设备时，需跨越的固定设备或建筑物的高度，m，取高出地面的发电机上机架高度0.68m；

h7—吊运部件与固定物之间的垂直距离，不小于0.3m，本次设计取1m； h8—起吊设备本身的高度，m；取水轮机层地面高程和发电机层地面高程之间的距离，则h8=5m； h9—吊具高度，取h9=2m；

h10—吊车主钩至机顶的最小距离，有起重机参数决定，h10=2m。 4.3.6厂房顶部高程?顶

?顶??6?h11?h12

=413.18+4+0.5

=417.68m

式中：h11—起重机轨顶至小车顶面的净空距离，有起重机相关参数决定，取

h11=4m；

h12—小车顶与屋架下旋地面的净距，考虑在屋梁下检修，取0.5m。 4.3.7尾水平台高程?尾

尾水平台高程主要根据电站的地形条件而定，为了不淹到厂房，取?装=?5。 4.3.8装配厂高程?装

装配厂高程主要根据电站的地形条件和便于检修而定，同时考虑进厂交通道的问题，取?装=?5。 4.3.9绘制发电机平面设计图

发电机平面设计图，见附图SJZ-2。 4.3.10绘制主厂房的横剖面图

主厂房横剖面设计图，见附图SJZ-3。

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第三部分：水力机械辅助设备系统选择设计

5油系统设计

油系统是用管网将用油设备、贮油设备（各种油槽。油池）、油处理设备连成一个油务系统。为了监视和控制用油设备的运行情况，还应装设必要的量测与控制原元件。为了做好油的监督和维护工作，使运行中的油类经常处于合格状态，延长使用期，保证机组的安全、经济运行、需要有油的供应、维护设备所组成的油系统。其系统任务包括：接受新油、贮备净油、向设备充油、向运行设备排除污油、从设备中排除污油、污油的净化处理、油的监督与维护、废油的收集。 5.1用油量的估算

5.1.1水轮机调节系统的充油量Vp

水轮机调节系统的充油量包括油压装置、导水机构接力器、管道的充油量。 (1)油压装置的用油量：

根据所选择的YZ-1.6油压装置基本参数参数得：压力邮箱充油量为0.56m3，回油箱充油量为1.3m3，则油压装置总充油量为1.86m3。 （2）导水机构接力器用油量：

根据导叶接力器选择的标准直径500mm，查阅《水利机械辅助设备》表2-7导水机构接力器用油量，两只导叶接力器的充油量为0.20m3。 5.1.2机组润滑油系统充油量Vh

机组润滑油系统包括推力轴承和导轴承，其用油量按照每千瓦损耗估算，即：

Vp?（pt?pd)?q ?（ 85.?8257）.?80.0 4 ? 1 3.73m式中： pt—推力轴承的损耗，kW； pd—导轴承的损耗，kW；

q—轴承单位千瓦损耗所需的油量，m3/kW ，查阅《水利机械辅助设备》表2-9，取一般结构的推力轴承和导轴承，其q取0.04 m3/kW。

pt?AFne?10-6 ?3.4?200.72?428.6?10?6?85.8kW32323232

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式中：F为推力轴承负荷，其值等于转轮重量，转子重量以及轴向水推力之和，即F=97.5+121.3+103.1=321.9t；

ne—机组额定转速，ne=428.6r/min；

A，计算系数，取决于推力瓦上的单位压力p，通常p取3.5~4.5，本次设计取p=4，查阅《水利机械辅助设备》图2-9推力轴瓦上的单位压力p与系数A关系曲线的，A取3.4。

pd?11.78s?u2?103?11.78?2.3?0.0263?26.92?102 ??32?10?257.8kW式中：s—轴与油瓦的接触面积，s??Dzh，m3； Dz—主轴直径，Dz?Kp，K一般取11.3~14,本次设计取11.3； n h—轴瓦高度，一般取h=（0.5~0.8）Dz，本次设计取0.5Dz；

?Dzn u—主轴圆周速度，u?；

60 ?—轴瓦间隙，取?=0.2mm；

?—油的动力粘性系数，在500c，取HU-30，? =0.0263PaS。 5.1.3进水阀接力器的用油量Va

根据特征水头范围，查阅《水电站机电设计手册》表4-1进水阀的类型及使用范围，该水电站进水阀采用蝴蝶阀，其直径计算：

Df??D0

a1.00.613?1.3m式中：D0—蜗壳进水口断面直径，1.0m；

与水头有关的系数，a?1?0.06873Hmax?0.613。

查阅《水电站机电设计手册》表4-2进水阀直径系列，取标准直径1.5m。蝴蝶阀阀门型号DF150-165。

查阅《水利机械辅助设备》表8.5进水阀接力器的用油量，直径1.5m的蝴蝶阀的接力器用油量为0.1m3。

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5.1.4管道的充油量Vg

管道的充油量按照设备用油量的5%估算。

Vg?5%（2.9?0.2?13.7?0.1）?0.845m3

5.1.5系统用油量估算 （1）运行用油量V1

对于透平油运行用油量包括机组润滑、调速器的充油量以及进水阀接力器的充油量和管道充油量之和，即

V1?Vh?Vp?Va?Vg?13.7?2.06?0.1?0.8 ?16.6m3（2）事故备用油量V2

以最大的一台设备充油量的110%计算，起重10%是考虑油的蒸发、漏损和取样，即

V2?1.1?Vmax?1.1?13.7?15.1m3（3）补充备用油量V3

设备运行中油的损耗需要补充油，为设备45天的添油量，即

4536545?17.7?0.5?

365?1.1m3V3?V1a?

式中：a—设备在一年中需要补充的油量的百分数，取a=5%~10%，本次设计取5%。

（4）系统总用油量V总

V总??V1?V2??V3?2?16.6?15.1?2?1.1 ?50.5m35.2油系统设备的选择

根据电站地理位置和交通情况、装机容量、机组台数等因数，拟定油系统的规模。在油系统类型和用油量确定之后选择设备。设备包括：贮油设备、油泵、

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油管。

5.2.1贮油设备的选择

（1）净油桶：贮备净油供设备换油使用，容积为最大一台设备的110%加上全部运行设备45天的补充用油量，即

V净?1.1Vmax??V3?1.1?13.7?2?1.1 ?17.3m3透平油和绝缘油各设置一个净油桶。

（2）运行油桶：设备检修时排油和净油用，考虑它可以兼做接受新油使用，并与净油桶互用，其总容积和净油桶相等。为了是运行油净化方便，设置两个运行油桶。V净?0.5V运。

（3）事故排油池：接受事故排油使用。设置在油库底层或其他合适的位置，其容积为油桶容积之和。 5.2.2油净化设备的选择

（1）压力滤油机和真空滤油机的选择：按透平油8h内净化一台最大机组用油量，并将其额定生产率减少30%，同时考虑到真空滤油机工作时与压力滤油机串联使用。其生产率QL

V1maxQL?（1?0.3）t

13.7??2.45m3/h0.7?8（2）油泵的选择：在接受新油、设备充油排油和油的净化使用油泵输油。油泵生产率按4h内充满一台机组。

Q?V1maxt 13.7??3.4m3/h4（3）油管的选择：按照经验选择，压力油管直径为50mm，排油管直径取80mm，管材采用焊接钢管或则无缝钢管。 5.3透平油系统设备明细表

查阅《水电站机电设计手册》根据计算结果选择设备如表5-1

表5-1透平油系统设备明细表

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西华大学毕业设计说明书 设备名称 透 平 运行油桶 油 系 统 真空滤油机 压力滤油机 净油桶 型号与规格 20m3 10m3 LY-50 数量 1 2 1 备注 配备一个滤油纸烘箱 ZLY-50 2CY-5/3.3-1 1 2 配备一个滤油纸烘箱 一台移动式用以接受新油和排除污油，一台固定式用以设备供油 油泵 5.4绘制透平油系统图与操作程序表

绘制透平油系统图，见附图SJZ-4 操作程序表如表5-2

表5-2透平油系统操作程序表

序号 1 运行油桶接受新油 操作内容 工 作 方 式 1#泵 油槽车、16、14、1#泵、软管、6（9）、 运行油桶II（III） 2 运行油桶新油自循环过滤 3 运行油桶新油存入净油桶 4 5 净油桶向设备充油 设备检修排油 油过滤 运行油桶II（III）、5（7）、滤油机、6（9）、 机 压力滤油机 2#泵 1#泵 运行油桶II（III） 运行油桶II（III）、5（8）、压力滤油机、3、净油桶I 净油桶I、2、2#泵、12、17、设备 各用油设备、10、18、1#泵、6（9）、 运行油桶II（III） 6

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操作程序及设备 设备溢油 自流 各用油设备、器皿 西华大学毕业设计说明书

（续表） 7 废油排出 1#泵 运行油桶II（III）、4（7）、1#泵、13、15、油槽车 8 9 10 冲洗污油泵 验油 运行油处理 1#泵 自流 净油桶I、1、1#泵、13、15、油槽车 21、器皿 油净化器 运行油桶II（III）、4（7）、油净化器、6（9）、 运行油桶II（III）

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6压缩空气系统

压缩空气的任务是及时第按质、按量的向用户供气，本次气系统设计分低压和高压压缩空气系统。供气对象分别为，低压：机组制动供气、机组调相压水供气、风动工具和空气围带供气；高压：油压装置的压力油槽、配电装置。 6.1低压压缩空气系统

6.1.1机组制动供气设备选择计算

（1）制动耗气量计算

制动耗气量取决于电机所需的制动力矩，有电机制造厂提供，其值按下式计算得，

Q0?kN1000 30.04?40?10??1.6m31000式中：N—发电机额定出力，kW；

K—经验系数，取K=0.03~0.05，本次设计取K=0.04。

（2）贮气罐容积计算

贮气罐是机组制动的起源，其容积必须保证制动勇气后缸内气压保持在最低制动气压以上。贮气罐容积计算：

Q0ZP0?P 1.6?1?0.1??3.2m30.1Vg?式中：Q0一台机组制动一次耗气量，m3；

Z—同时制动的机组台数，与电气主接线方式有关，一般只考虑一台； ?P—制动前后允许贮气罐压力降，一般取0.1~0.2MPa，本次设计取0.1MPa；

P0—大气压力，可取P0=0.1MPa。 （3）空压机生产率计算

空压机生产率按在规定时间（10~15min）内恢复贮气罐压力的要求来确定，即

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Q0Zk?Q?T?1.6?2 10?0.32(m3/min)式中：?T—贮气罐恢复压力所需的时间，本次设计取10min； Z—制动时空压机的数量，去两台，一台工作一台备用。 （4）供气管道选择

按照经验选取，干管直径50mm，环管20mm，支管15mm。 6.1.2机组调相压水供气设备选择计算 （1）充气容积的计算

充气容积包括：转轮室空间、尾水管的部分容积。 导叶部分：

V?1?4D20b0??4?2.3752?0.304 ?1.35m3底环部分：

V2??24D2h1??4?1.92?0.853 ?2.4m3尾水管部分：

V?h（23?2R?r23?Rr）??3?1.14?（1.22?0.952?1.2?0.95） ?4.2m3转轮所占容积：

V4?G?

?50.8?6.4m37

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总充气容积：

V?V1?V2?V3?V4?1.35?2.4?4.2?6.4 ?1.55m3上式中：D0、D2—分别为导叶、转轮出口直径；

R、r—分别为尾水管锥管部分压低水位、尾水管进口半径； h1、h2—分别为底环、尾水管锥管充气部分的高度；

G—转轮质量，t；由《水电站机电设计手册》图2-56水轮机转轮估算曲线得G=50t；

?—转轮材料的密度，t/m3，取钢的密度7.8 t/m3。 （2）转轮室充气压力

转轮室充气压力必须平衡尾水管内外的水压差，即

P?（?尾水??下）?104?P0?（4.9?0.89）?104?1?105 ?1.579?105Pa式中：?尾水—尾水位，m； ?下—压水至下限水位，m； P0—当地大气压，Pa，取1?105Pa。 （3）贮气罐容积的计算

贮气罐容积满足首次压水过程中对转轮的充气及压水过程中的漏气总耗气量的要求，按压缩空气的有效率计算。

Vg?KtPV?（P1-P2)1?1.579?105?1.55 ?50.9?（7?2.579）?10?0.6m3Kt—贮气罐内压缩空气的绝对温度与转轮室水的的绝对温度的比值，式中：取1；

P1—贮气罐初始压力，去额定压力，Pa，本次设计取P1=7?105Pa；

P2—贮气罐供气的终压力，一般取P2=P+（0.5~1.0）1?105Pa，本次设计取1?105Pa；

?—压水过程空气有效利用率，根据已运行机组的实测值，对混流式机组

的可取值?=0.6~0.9，本次设计取0.9。

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