小河沟水电站水力机械及厂房布置设计-毕业设计.docx

设计（论文）专用纸毕业设计任务书题目 文山小河沟水电站水力机械及厂房布置设计（方案四） THE DESIGN PLAN DESCRIPTIONS OF THETopic ： wenshan small county hydraulic machinery and hydropower station building layout design (scheme 4)Name :Study no:professional ：thermal energy and power engineering (water)faculty adviser：摘要 本设计主要是针对引水式水电站的工程基本特性、电站和水轮机组工作条件，对文山小河沟水电站进行主机与辅机的初步设计。主要内容包括三个方面，分别是水轮发电机组主要参数设计、调节保证计算和厂房设计及设备选择。经过多方面综合考虑和科学计算后得到合理的方案安装4台HLD74-LJ-240型号的机组，并计算出相应的数据，最后根据计算结果结合实际经验选择合理的设备与其配套。设计中把计算过程、结论数据表和图三个方面进行结合，使内容更具有可读性。关键词：水轮机 水轮发电机 厂房Abstract This design is mainly based on the engineering basic characteristics of water diversion power station, power stations and the working conditions of the turbine units, for the plant to carry on the preliminary design of main and auxiliary machinery. Main content includes three aspects, namely, main parameters design, the regulating guaranteed calculation hydroelectric generating set and plant design and equipment selection. After many consideration and scientific calculation to get reasonable solution, installed with 4 HLD74 - LJ - 240 type of units, and calculate the corresponding data, according to the calculation results based on the actual experience to choose reasonable equipment with matching. In the design of the calculation process, conclusion data table and graph combination of three aspects, make the content more readable.Key words: water turbine hydro-generator workshop前言毕业设计是高等工程教育教学计划中最后一个环节，是实践性环节。它与其它教学环节构成有机的整体，也是各个教学环节的继续、深化、补充和检验，是将分散、局部的学习内容加以综合、集中、全面、更接近实际地运用，解决一个复杂的实际工程问题。提高运用所学知识与技能的能力，使知识转化为能力；完成工程师基本训练的最后一个教学环节。本设计的题目是:引水式水电站的初步设计。水电站主机设备包括：水轮机和发电机，合称水轮发电机组，作用是使能量进行转化，把水能转换成机械能，最后再把机械能转换成电能；主机和辅助设备及厂房在建电站初期就必须进行全面、详细的计算、论证，最终根据电站实际情况选定最优方案，才能开展电站建设工作，所以对电站进行主机与辅机的初步设计是必须的，而且是首要的。设计中根据任务书所给的原始资料和指定的方案参数首先进行水电站主机初步设计，包括水轮发电机组选型、调保计算及调速设备选择，然后进行厂房的计算。本设计主要分3章对设计过程进行说明：第一章 水轮发电机组主要参数设计 1）水轮机型式、机组台数、水轮机主要参数的论证确定； 2）水轮机运转综合特性曲线的绘制； 3）水轮机吸出高度及安装高程确定； 4）水轮机控制尺寸设计； 5）水轮发电机组主要参数和尺寸设计。第二章 蜗壳 尾水管 发动机 计算第三章 调速设备选择及调节保证计算 1）调节保证计算； 2）调速器及油压设备选择。第四章 厂房的设计此外，还附有大量的图、表加以说明，让读者更易看懂，使设计具有实用性。目录摘要- 3 -前言- 3 -第一章 水轮发电机组的选型设计- 3 -1.1 确定水轮机组型号和装置型式- 3 -1.1.1已知参数如上- 3 -1.1.2水轮机型号的选择- 3 -1.2.台数及直径的确定- 3 -1.3、计算原型水轮机的效率- 3 -1.4、同步转速的计算检验及选择- 3 -1.5.吸出高度的计算- 3 -1.6.最高效率及出力- 3 -1.7.机型方案比较- 3 -1.8.平均效率的计算- 3 -1.9.综合比较- 3 -1.10.最优方案的选择- 3 -第二章 蜗壳 尾水管 发动机 计算- 3 -第一节 蜗壳参数的选择- 3 -蜗壳各断面参数计算- 3 -1、圆断面的计算- 3 -2、椭圆断面计算- 3 -第二节 尾水管尺寸参数的计算- 3 -发电机的设计- 3 -第一节 水轮发电机的形式选择- 3 -第二节 水轮发电机通风冷却方式- 3 -第三节 水轮发电机外形尺寸的估算- 3 -1、主要尺寸估算- 3 -2、外形平面尺寸估算- 3 -3、外形轴向尺寸计算- 3 -第四节 水轮机和发电机重量估算- 3 -1、水轮机重量估算- 3 -2、转轮重量估算- 3 -3、发电机重量估算- 3 -第三章 水轮机调节保证计算：- 3 -3.1 原始资料：- 3 -3.2 具体计算步骤- 3 -（一）调保计算基本参数计算- 3 -（二）调节保证计算表- 3 - 3.3 调速设备的选型- 3 -第四章 厂房部分- 3 -4.1 工程枢纽组成及布置情况- 3 -4.2 基本资料- 3 -4.3 电站基本参数- 3 -数据如前面给出的- 3 -4.4 主厂房主要尺寸的确定- 3 -4.4.1 厂房长度的确定- 3 -4.4.2 厂房宽度的确定- 3 -4.4.3 厂房各层高程的确定- 3 -4.5 绘图- 3 -结论- 3 -总结与体会- 3 -谢辞- 3 -参考文献- 3 -附录1计算书- 3 -第一章 水轮发电机组的选型设计- 3 -1.1 确定水轮机组型号和装置型式- 3 -1.1.1已知参数- 3 -1.2.台数及半径的确定- 3 -1.3、计算原型水轮机的效率- 3 -1.4、同步转速的计算检验及选择- 3 -1.5.出力计算- 3 -1.6.最高效率及出力- 3 -1.7.机型方案比较- 3 -1.8.平均效率的计算- 3 -1.9.综合比较- 3 -1.10.最优方案的选择- 3 -第二章 蜗壳 尾水管 发动机 计算- 3 -第一节 蜗壳参数的选择- 3 -蜗壳各断面参数计算- 3 -2、圆断面的计算- 3 -2、椭圆断面计算- 3 -第二节 尾水管尺寸参数的计算- 3 - 发电机的设计- 3 -第一节 水轮发电机的形式选择- 3 -第二节 水轮发电机通风冷却方式- 3 -第三节 水轮发电机外形尺寸的估算- 3 -1、主要尺寸估算- 3 -2、外形平面尺寸估算- 3 -3、外形轴向尺寸计算- 3 -第四节 水轮机和发电机重量估算- 3 -1、水轮机重量估算- 3 -2、转轮重量估算- 3 -3、发电机重量估算- 3 -第三章 水轮机调节保证计算：- 3 -3.1 原始资料- 3 -3.2 具体计算步骤- 3 -（一）调保计算基本参数计算- 3 -（二）调节保证计算表- 3 -第二节 调速设备的选型- 3 -第四章 厂房部分- 3 -4.1 工程枢纽组成及布置情况- 3 -4.2 基本资料- 3 -4.3 电站基本参数- 3 -数据如前面给出的- 3 -4.4 主厂房主要尺寸的确定- 3 -4.4.1 厂房长度的确定- 3 -4.4.2 厂房宽度的确定- 3 -4.4.3 厂房各层高程的确定- 3 -4.5 绘图- 3 -附录2翻译- 3 -附录3附图- 3 -计算说明书第一章 水轮发电机组的选型设计1.1 确定水轮机组型号和装置型式1.1.1已知参数如上1.1.2水轮机型号的选择表1-1 水轮机类型及适用范围根据设计任务书，该水电站的水头范围为72m100m，查水电站机电设计手册水力机械表1-1 如上表。适合此水头范围水轮机的类型有斜流式和混流式。又根据混流式水轮机和斜流式水轮机的优缺点分析：1,：混流式结构紧凑，运行可靠，效率高，能适应很宽的水头范围，是目前应用最广泛的水轮机之一。2：斜流式平均效率比混流高，高效区比混流宽。3：斜流式水轮机适用于水头变幅大的电站，目前由于制造工艺较复杂，技术要求较高，在一定程度上限制了它的推广和应用。（水轮机第三版-）因此：选择混流式水轮机（立轴）水轮机设计水头估算为根据水轮机第三版附表7：适合水头范围有HL220/A248，HL180/A346，HL180/D311 D74 D75,因为A346没有空化系数线D311没有出力限制线所以选择A248 D74 D75。选定机型最优效率空化系数设计流量限制工况效率设计工况效率ns*nsrA248-350.920.1431.150.8790.899229.09240.74D74-350.9270.1521.2470.8940.914247.41261.08D75-350.9250.131.2320.9020.922248.4260.661.2.台数及直径的确定 1台数选择2台，3台，4台,5台，6台。据公式急速所以选择台数为4台,5台，6台。2计算转轮直径A248模型转轮综合特性曲线单位转速与出力限制线交点知，对应的模型效率=92%，暂取效率修正值 =0.02，=0.92+0.02=0.94。模型最高效率为96%。4台机 Pg=4.5D1=取 2.5m5台机Pg=3.6D1=取 2.25m6台机Pg=3D1=取 2mD74模型转轮综合特性曲线单位转速与出力限制线交点知，对应的模型效率=92.7%，暂取效率修正值 =0.02，=0.92+0.02=0.947。模型最高效率为96%。4台机 Pg=4.5D1=取 2.4m5台机Pg=3.6D1=取 2.2m6台机Pg=3D1=取 1.95mD75模型转轮综合特性曲线单位转速与出力限制线交点知，对应的模型效率=92.5%，暂取效率修正值 =0.02，=0.92+0.02=0.945。模型最高效率为96%。4台机 Pg=4.5D1=取 2.4m5台机Pg=3.6D1=取 2.1m6台机Pg=3D1=取 1.95m1.3、计算原型水轮机的效率 限制工况下水轮机效率为 根据 算出结果看是否0.03假如166.7rpm， 2、外形平面尺寸估算a定子机座外径D1 b. 风冷罩内径D2c.转子外径D3 D3=Di-2Di其中为单边空气间隙，初步估算时可忽略不计d. 下机架最大跨度D4 由Sf=10000kvA52941.18kvA 100000kvA, 所以D4=D5+0.6mD5是水轮机机坑直径，D=5m,查设计手册第162页表36 取，D5=3.5m. 则D4=3.5+0.6=4.1me.推力轴承外径D6由发电机容量Sf=52941.18kvA，查设计手册第162页表37，査取3、外形轴向尺寸计算a. 定子机座高度h1b.上机架高度 c. 推力轴承高度h3 励磁机高度h4由设计手册第163页表38查得d. 下机架高度h7e. 定子支撑面到下机架支撑面或挡风板的距离h8f. 下机架支撑面到主轴法兰底面的距离h9按已生产的发电机统计资料，一般为7001500mm取h9=1200mmg. 转子磁轭轴向高度h10h.发电机主轴高度h11h11=(0.70.9)H=0.8HH为发电机总高度，H=（h1+ h2+h3+h4+h8+h9）h11=(0.70.9)H=0.8Hi. 定子铁芯水平中心线至主轴法兰底面距离h12h12=0.46h1+h10 第四节 水轮机和发电机重量估算1、水轮机重量估算根据转轮直径D1=2.4m，由设计手册第139页图2-55估算水轮机总重量 。2、转轮重量估算根据转轮直径D1=2.40m，由设计手册第140页图2-56估算转轮重量。3、发电机重量估算 由公式 其中，K1为系数，对伞式取79，取9 发电机额定容量，52941.18kvA 发电机额定转速300r/min得发电机重量Gf= 283.2t 发电机转子的重量一般按发电机总重量的一半取，发电机飞轮力矩可按设计手册（37）式计算GD2= k2Di3.5其中k2经验系数，可查设计手册第164页按表310，取k2=5.2，发电机外形尺寸计算结果见表4-1表4-1 发电机外形尺寸计算结果编号名称符号尺寸1发电机容量Sf52941.18kvA2发电机形式悬式3发电机磁极对数p10对4磁距71.73cm5定子内径Di456.6cm6定子铁芯长度t76.95cm7定子铁芯外径Da513.98cm8定子机座外径D1642.475cm9风冷罩内径D2882.475cm10转子外径D3456.6cm11下机架最大跨度D44.1m12水轮机机坑直径D53500mm13推力轴承外径D63300mm14定子机座高度h1220.41cm15上机架高度h2114.15cm16推力轴承高度h32000mm17下机架高度h754.792cm18定子支撑面到下机架支撑面或挡风板的距离h868.49mm19下机架支撑面到主轴法兰底面的距离h91200mm20转子磁轭轴向高度h10136.95cm21发电机主轴高度h11770.44cm22定子铁芯水平中心线至主轴法兰底面距离h12138.34cm23发电机总重量Gf100t24发电机转子重量G转191.6t25发电机飞轮力矩GD21263.46t.m226水轮机总重量Gs283.2t27水轮机转轮重量G110t第三章 水轮机调节保证计算：3.1 原始资料：1、水电站水头：Hmax=100m Hr=81m Hmin=72m2、水轮机基本参数：水轮机HL220； 额定出力Pr=46.875kw;额定转速：nr=300r/min； 飞逸转速：nR=626.67r/min；设计水头下流量Qr=65.83m2/s 进口断面流量Q0=63.09m3/s吸出高度Hs= -3.4m 水轮机效率=91.73 3、发电机的基本参数：发电机飞轮力矩：GD2=579.7t.m24、引水系统数据：压力钢管到电站厂房长108.2m，直径D=2.9m。3.2 具体计算步骤 （一）调保计算基本参数计算1. 计算Hmax和Hr工况下发出额定出力Nr时的流量： 计算：Hmax： Hr：Nr-水轮机实际额定出力、Hr-实际设计水头（水轮机运转综合特性曲线上发电机出力限制线和水轮机出力限制线交点对应的水头）T水轮机在设计工况时的效率。2. 确定压力钢管直径经济流速一般为3-5m/s，取=4. Z为电站装机台数。3.在Hr和Hmax下压力钢管的流速为： 计算 Hr： Hmax 3. 压力引水钢管的4. 设计水头下L=179.56LTiVTi=888.288最大水头下L=179.56LTiVTi=735.23蜗壳 尾水管发动机 取最大的 所以取8.24mL2=L3L4=L2+0.25D2+201r 2r 3r v4r 成等差数列5. 蜗壳的设计水头下L=15.064LCiVCi=113.834最大水头下L=15.064LCiVCi=92.36. 尾水管的设计水头下L=10.802 =89.83最大水头下L=10.802 =72.997. 水流惯性时间常数： 分别计算Hr和Hmax的TwHr下的+Hmax下的+由，则可分别求得为1.11、 0.928. 机组惯性时间常数：9. 水机波速a： 一般a=1000m/s，或由电站给定10.最大水头下甩负荷时的关闭时间TSH 设计水头下的a0r： 根据特性曲线查得 a0r=46mm，同理取得a0max=38 mm11判断水及类型,则分别可以求得设计水头和最大水头下的hw分别为3.35；2.76则可知道水击类型均为末相水击。（二）调节保证计算表设计水头下末相水击max=0.4031091.952=205.426最大水头下末相水击max=0.338900.52=205.426由计算结果：（1）压力上升值max设计水头Hr下：最大为max=0.3912最大水头Hmax下：最大为max=0.3均满足压力上升值max30%50%(2) 尾水管真空度HB设计水头Hr下：最大真空度HB=0.618m最大水头Hmax下：最大真空度HB=-2.39m所以，全部满足尾水管真空度HB89m的要求（3）转速上升值设计水头Hr下：最大转速上升值=0.403最大水头Hmax下：最大转速上升值=0.338 均满足转速上升值50%的要求。所以，调节保证计算是符合要求的。由以上计算，考虑到计算误差,选定导叶关闭时间 =5s。3.3 调速设备的选型水轮机调节功能的估算A由于A大于75000，属于大型调速器，其计算如下：设计的油压装置的额定油压为4.0mpa。1、接力器的选择： 目前国内生产的油压装置，其额定油压一般为2.5MPa。故取油压装置的额定压力为2.5MPa，采用标准导水机构并用两个单缸接力器操作，每一个接力器直径为：（m）式中：查水轮机调节第259页表83，导叶采用标准的正曲率导叶，在此取，对照水轮机调节第259页8-4得：导叶接力器系列取dc=250mm。 接力器的最大行程可由经验公式求得： 式中：（出自水轮机第132页式（521） 双直缸接力器的总容量为： 2、调速器的选择水轮机为混流式水轮机，故调速器为双调节调速器。对于本电站来说，因其单机容量较大，选择电气液压调速器，其调节品质好，自动化程度高。初步设计主配压阀的直径按如下公式计算：式中：为管路中油的流速，油压装置为时，。 查水轮机调节第260页表85，选择直径为80mm的调速器，其型号为：WT-80。3、油压装置的选择 由于目前国内生产的油压装置，其额定油压一般为2.5MPa。故取油压装置的额定工作油压为2.5MPa。 对于混流式机组，压力油槽总容积的估算由经验公式。 油压装置的形式有：分离式和组合式。前者容量范围大，适用于大中型水轮机，其压力油槽与回油槽分开。 按照以上计算参数和压力油槽的容积选择，查水电站机电设计手册水力机械第293页表6-14，选YS-1型号的分离式油压装置，其基本参数见下表所示：压力油槽油槽容积1螺旋油槽型号LY3.0槽内油体积0.35输油量3油罐重量1185转速2920油罐及装油重量1500最大工作压力25回油箱有效容积2.5油泵电动机型号JQ2-52-2油箱内油体积1.3电压油箱重量2030功率13回油箱及装油重量3200转速2920第四章 厂房部分4.1 工程枢纽组成及布置情况 小河沟水电站位于文山洲西南西畴县莲花区，距州城直线距离为28公里。该电站为盘龙河梯级开发中的第四级。电站系引水式开发，以发电为单一目标。电站建成后主要向州电网供电，并在系统中担任基峰荷及调相运行任务。 水电站水温，水质及含沙情况对机组无特殊要求。 4.2 基本资料1、工程发电效益： 总装机容量：18MW；装机台数：4台；单机容量：4.5MW。2、水轮机： 最大工作水头：100.0m；最小工作水头：72.0m；设计水头84.0m。4.3 电站基本参数 数据如前面给出的4.4 主厂房主要尺寸的确定4.4.1 厂房长度的确定 水电站主厂房的总长度包括机组段长度（机组中心间距），端机组段的长度和安装场的长度，并考虑必要的水工结构分缝要求的尺寸。装有立轴反击式机组的厂房机组段长度，主要由蜗壳、尾水管、发电机等设备在轴方向的尺寸确定，同时还应考虑机组附属设备及主要通道、吊物孔的布置及其所需尺寸。机组段长度可按下式计算：式中：机组段方向的最大长度；机组段方向的最大长度。1、蜗壳层： 2、尾水管层： 3、发电机层： 4、端机组段的长度：与安装场相邻的端机组段长度和前述的机组段长度相同，而另一端的端机组段长度，除按确定机组段的方法定出长度外，还应按起重机吊装发电机转子时所需的布置尺寸进行校核。在此，在另一侧的端机组到墙壁间留有的安全距离。5、由以上计算可知，L=L+max+L-max。因此，机组中心距为16.48m。6、安装场的长度确定：初步设计时，可用长度系数（即安装场长度与机组段长度的比值）来决定安装场的长度，此系数值一般可在1.21.8范围内选取。在此取1.5，则安装场的长度为：L2=1.5L=24.72m综上，可估算出主厂房的总长度为： L=4L1+L2+2.5+3=93.2m 4.4.2 厂房宽度的确定以机组中心线为界，厂房宽度可分为上游侧宽度和下游侧宽度两部分，则： 上游侧取，则： 下游侧取，则： 综上，厂房的总宽度为 ： 参照吊车的标准跨度，取厂房宽度为16m4.4.3 厂