水电站辅助设备设计方案.docx

《水电站辅助设备》课程设计

题 目：水力机组辅助设备设计

发题日期： 2015 年 12 月 07 日
完成日期： 2015 年 12 月 18 日
专业名称： 水电站动力设备与管理
班 级： 水动1311
学生姓名：
指导教师：
组 别： 第四组

水力发电教研室

目 录
第1章 概述 1
1.1 本课程设计的目的和要求 1
1.1.1目的 1
1.1.2要求 1
1.2 本课程设计的内容 1
1.2.1本次设计主要内容 1
1.2.2本次设计的最终成品 2
1.3 本设计引用的规程和规范 2
1.4 原始资料 2
1.5 原始资料分析 4
第2章 主阀 6
2.1 主阀 6
2.1.1设置主阀的优点 6
2.1.2主阀的选择 6
2.1.3主阀直径的确定 6
2.2 主阀的操作机构 7
2.2.1操作机构 7
2.2.2液压操作系统 7
2.2.3压力油源及设备 8
第3章 油系统 9
3.1 油系统的任务和组成 9
3.1.1油系统的设计应包括下列主要任务 9
3.1.2油系统宜有如下设备组成 9
3.2 油系统的分类 9
3.2.1油系统的作用 9
3.2.2油系统的服务对象 9
3.3 设备用油量的计算 9
3.3.1机组用油量 9
3.3.2水轮机调速设备用油 10
3.3.3变压器单台用油量 11
3.4 水轮机系统用油量的计算 11
3.4.1运行用油 11
3.4.2事故备用油量 11
3.4.3补充备用油量 11
3.4.4系统总用油量 11
3.5 油系统设备的选择 11
3.5.1贮油设备的选择 12
3.6 水轮机系统用油量的计算 12
3.6.1压力滤油机及真空滤油机的选择 12
3.7 压力油管的选择 13
第4章 压缩空气系统 15
4.1 压缩空气的用途及设置压缩空气系统的原则 15
4.1.1压缩空气系统的设计 15
4.1.2压缩空气的压力 15
4.2 低压用气 15
4.2.1机组制动用气 15
4.2.2储气罐容积计算 16
4.2.3空压机生产率计算 16
4.2.4供气管道选择 16
4.3 高压用气 17
4.3.1供气压力与供气方式 17
4.3.2空压机的选择 17
4.3.3储气罐容积的确定 17
4.3.4管道选择 18
4.4 机组作调相运行时用气 18
4.4.1压水深度 18
4.4.2混流式水轮机充水容积估算 18
4.4.3转轮室充气压力 20
4.5 设备选择计算 21
4.5.1储气罐容积的计算 21
4.5.2空压机生产率计算 21
4.5.3管道选择计算 22
4.6 风动工具供气 22
4.6.1空压机选择计算 22
4.6.2储气罐容积计算 23
4.6.3管径选择 23
4.7 空气围带用气 23
4.7.1水轮机主轴检修密封围带用气 23
4.7.2进水阀空气围带用气 24
4.8 气系统设备明细表 24
第5章 技术供水系统 25
5.1 技术供水系统的设计计算 25
5.1.1水源的确定 25
5.1.2水温、水压、水质 25
5.1.3供水方式 25
5.1.4设备的配备方式 25
5.1.5水量的计算 26
5.1.6设备选择 27
5.2 排水系统 29
5.2.1检修排水 29
5.2.2上、下游闸门漏水量 29
5.2.3排水设备的选择 30
附录（图纸） 32

辅助设备课程设计
摘 要

本次设计是某水电站水电厂辅助设备部分设计。该水电站的总装机容量为4×15=60MW。根据所给出的原始资料进行相应的设计，通过比较确定合适的设备。课程设计的过程是一次将理论与实际相结合的初步过程，起到学以致用，巩固和加深了对水电站辅助设备部分专业知识的理解，初步树立了辅助设备设计的观念。

关键词：主阀，油系统，气系统，水系统，设备选型。
第一章 概述
1.1本课程设计的目的和要求

1.1.1目的
1、 通过本设计，进一步巩固和加深对水电站油、水、气系统相关的理论知识的认识；
2、 使学生初步掌握水电站油、水、气系统等辅助设备的设计步骤和方法，培养和提高学生独立分析问题和运用所学理论知识解决实际问题的能力；
3、 培养团队协作能力；
4、 强化学生对WORD、CAD等现代办公、设计软件的应用能力。
1.1.2要求
1、设计报告用word文档编辑，系统图用CAD及纸质手绘各绘制一份
2、原始资料不充足部分可以自己假定条件，但必须在报告中加以说明，且假定基本符合实际情况。

1.2本课程设计的内容

1.2.1本课程设计的内容
1、 主阀
（1）、 论证设置主阀的理由；
（2）、 主阀的型式和操作方式；
（3）、 操作能源的选择；
（4）、 绘制操作系统图。
2、 油系统
（1）、 确立油系统的服务对象（供油对象），油系统的类型、绘制油系统图。（绝缘油、透平油系统）；
（2）、 计算机组的运行油量，事故备用油量、补充油量及全厂总用油量；
（3）、 油系统的设备选择和计算（储油，净油，输油、重力加油箱及管径、油泵、过滤设备）；
（4）、 列设备明细表及操作程序表。
3、 压缩空气系统
（1）、 选择供气方式和压缩空气的服务对象；
（2）、 绘制全厂压缩空气系统图；
（3）、 压缩空气系统的设备选择、计算；
（4）、 列设备明细表。
4、 技术供水系统
（1）、 确定技术供水水源和供水方式，绘制供水系统图；
（2）、 进行供水量的估算，供水设备选择；
（3）、 列设备明细表。
5、 排水系统
（1）、 拟订排水方案，绘制排水系统图；
（2）、 估算排水量；
（3）、 排水水泵的选择；
（4）、 列设备明细表；
1.2.2、本次课程设计的成果：
1、设计报告一份（说明设计思路、必要的方案比较及选择过程、设计中的难点及未解决的问题；列出各系统中各设备参数的计算过程）。
2、水电站油、水、气系统图（应包括透平油、绝缘油、液压操作油、技术供水、渗漏排水、检修排水、低压气、中压气各系统及各系统操作程序表，具体出图数量视实际情况而定）。

1.3本次课程设计引用的规程规范

1、 《水电站机电设计手册》水电站机电设计手册编写组编
2、 《中小型水电站辅助设备及自动化》 肖志怀主编
3、 《小型水电站机电设计手册》（水力机械） 湖北省水勘院编
4、 《水力发电厂机电设计规范》 DL/T 5186-2004
5、 《水利发电厂水力机械辅助设备系统设计技术规定》DL/T5066—1996
6、 《水电站动力设备设计手册》骆如蕴主编

1.4原始资料

1.4.1、工程概况
本水利枢纽河流全长270公里，流域面积6000平方公里属于山区河流，控制流域面积1350平方公里，总库容22.15亿立方米，为多年调节水库。
本枢纽的目标是防洪和发电。主要建筑物有重力拱坝，坝高77.5米，弧长370米；泄洪建筑物；开敞式溢洪道或泄洪隧洞；发电引水隧洞及岸边地面厂房等工程。水电站总装机60MW，装机4台，单机15MW。
1.4.2、电站枢纽
电站厂房位于右岸坝下游几十米处，由引水隧洞供水，主洞内径5.5米，支洞内径3.4米，厂内装置4台混流式立式机组，永久公路通至左岸。
1.4.3、设计依据及参数
1、水库及水电站特征参数
（1）、水库水位
水库校核洪水位 140.00 m
水库设计洪水位 137.00 m
水库正常高水位 125.00 m
水库发电死水位 108.00 m
设计洪水尾水位 77.00 m
校核洪水尾水位 78.50 m
（2）、厂址水位流量关系曲线
水位（m）
68.50
69.20
69.75
69.75
69.90
70.20
流量（m3/s）
0.0
40.0
80.0
120.0
160.0
200.0
水位（m）
70.95
71.60
72.20
74.50
76.30
78.50
流量（m3/s）
400
600.0
800.0
1000.0
1200.0
1400
表1-1 厂址水位流量关系
（3）、水电站特征水头
最大水头 56.00 m
最小水头 38.00 m
平均水头 50.84 m
计算水头 48.30 m
1.4.4、地形地质
电站枢纽地形参见地形图。左岸地势较平缓，右岸地势较陡。枢纽基岩系凝灰岩，岩石抗压强度较高，厂区有第四纪沉积层，厚约3米，河床砂卵石覆盖层平均深2~4米。
1.4.5、供电方式
本电站初期为三台机组，远景为四台机组，投入系统运行，根据系统要求本电站能作调相运行，电气主接线见附图。
1.4.6、水电站主要动力设备及辅助设备
1、水轮机：型号HL220-LJ-225
额定出力 15.6 MW
额定转速 214.3 r/min
单机额定（最大）流量 36.2m3/s
2、 水轮发电机：型号SF15-28/550
表1-2 水轮发电机型号SF15-28/550参数
额定功率
（）
功率因数

额定转速
（r/min）
额定电压
()
转子带轴重
（t）
15000
0.8
214.3
10.5
80
3、调速器设备
（1）调速器型号：DT-100
（2）油压装置型号：YZ-l.0
表1-3 油压装置参数
型号
油箱长度
m(mm)
油箱宽度
n(mm)
油罐总高
H（mm）
油罐筒高
h（mm）
油罐直径
D（mm）
YZ-1.0
1916
1900
2457
1694
930
4、厂房附属设备
（l）水轮机前的蝴蝶阀
表1-4 蝴蝶阀参数
型号
直径
（cm）
承受水头(m)
装置方式
阀重
（吨）
阀体长
（m）
吊孔尺寸
（m）
DF340-85
340
85
立轴
20
1.2
1.8×4.3
5、电气设备
（l）三相三线圈主变二台
型号：SFSL1-50000/110/35/10
尺寸：长×宽×高=6820×4520×8200（mm）
轨距： 1435（mm）
检修起吊高度 8200（mm）
主变压器身重 39.5（吨）
（2）厂用变压器二台
型号： SJL1－630/10/0.4
表1-5 厂用变压器参数
变压器容量(KVA)
厂变室面积
门高（m）
吊物孔尺寸（m）
630/10
5×3
2.5
2.5×2.0

1.5原始资料分析
总库容22.15亿立方米，为多年调节水库。电站厂房位于右岸坝下游几十米处，由引水隧洞供水，主洞内径5.5米，支洞内径3.4米，为集中供水引水，厂内装置4台混流式立式机组，水电站总装机60MW，单机15MW，根据系统要求本电站能作调相运行。调速器油压装置为高油压，主变和厂变为风冷式。

第二章 主阀
2.1主阀

2.1.1设置主阀的优点
当水轮机前装设主阀时，可有如下的优点：
1、 当调速系统或导水机构发生故障时，紧急切断水流，作为机组防飞逸装置。
2、 装设主阀后，机组需要检修时不必放掉压力管道内的压力水，从而减少了机组再次启动时所需的充水时间。
3、 机组较长时间停机时，关闭进水阀可减少导叶漏水量，并避免了因大的漏水量是机组停不小来的现象，以及导叶因缝隙漏水而造成的汽蚀损坏。
4、 岔管引水时每台水轮机进口设置主阀，则当一台机组检修时不致影响其他的正常运行。
2.1.2主阀的选择
1、球阀
阀体为球形，活门为圆筒形，开启时阀门直径等于进水管直径，水流阻力小。缺点是结构复杂，外形尺寸较大、故重量大，价格高，一本用于高水头（水头为H>200m）。
2、蝴蝶阀
阀体为圆筒形，活门大都为铁饼形或双层圆平板，结构较球阀简单，外形尺寸较小。立轴蝴蝶阀平面尺寸较小，可做成分半结构有利于装拆，对起吊设备的容量要去较小，其控制结构高出水轮机成地面，易于运行检修和防潮。一般用于中低水头。
3、闸阀
闸阀用于小型水电站。
故本水电站采用蝴蝶阀形式的主阀。
2.1.3主阀直径的确定
综合上述条件及原始资料的分析，在《水电站动力设备设计手册》中查到：
根据资料提供的设计水头48.3m，水轮机型号为HL220—LJ—225 ，查《水电站机电设计手册（水力机械）》可得：
蜗壳进水口直径直径=2543mm
主阀直径的确定：,（2-1）
算得：
故根据主阀直径查《水电站机电设计手册-水力机械》得主阀的型号为：
表1-1 主阀的相关参数
型号
直径
（cm）
水头
装置方式
阀重
（吨）
操作结构
最高
升压
DF340-85
340
65
85
立轴
20
两个套筒式力器

2.2主阀的操作机构

2.2.1操作机构
大中型进水阀的启闭多采用液压操作机构，一般有直缸接力器、环形接力器和刮板接力器等。
1、直缸接力器特点：
摇摆式：结构简单，适用于卧轴布置，占地面积大。
套筒式：适用于立轴布置，结构紧凑，占地面积较小。
2、环形接力器的特点：
适用于立轴或者卧轴布置，结构紧凑，外形尺寸较大，加工复杂，漏油量较大。
3、刮板接力器的特点：
适用于立轴或者卧轴布置，结构紧凑，外形尺寸小，重量轻，加工精度要求高，漏油量大。
综合考虑，本水电站采用的是套筒式直缸接力器。为了提高主阀事故关闭的可靠性，在轴端设置重锤机构，当液压系统或电源或电源故障时，可由重锤机构使主阀自动关闭。
当机组导水机构失灵需要停机时，进水阀应能砸动水情况下紧急关闭。蝴蝶阀动水关闭中，由于动力矩的作用，可能出现活门关闭超前于接力器活塞的位移，形成接力器关闭腔的负压，引起阀门振动，故在接力器的开启和关闭腔的油管上装设节流阀，以保持活门关闭时的稳定性。
2.2.2液压操作系统
液压操作系统的介质分为水或油。由于水需要经净化处理且有锈蚀作用，故采用油作为介质。
2.2.3压力油源及设备
作为事故保安装置的进水阀，除了重锤外，压力油源必须充分可靠，通常都考虑常用和备用两个压力油源。本水电站的压力油源来自调速器的油压装置，备用油源是相邻调速器的压力油源。
1、旁通阀
旁通阀的作用是在进水阀开启前向阀后充水，是活门能在阀的前后水压接近相等的条件下开启，采用电动的直通阀。
2、空气阀
空气阀用作进水阀充水是排气和紧急关闭时补气用。

注：操作系统图见附件图1。

第三章 油系统
3.1 油系统的任务和组成

3.1.1 油系统的设计应包括下列主要任务：
1、 接受新油；
2、 贮备净油；
3、 给设备供、排油；
4、 向运行设备添油；
3.1.2 油系统宜有如下设备组成：
1、 油罐；
2、 油处理设备：油泵、压力滤油机、真空净油机、真空泵、滤纸烘箱及油过滤器等；
3、 管网：油系统设备及用户连接起来的管道系统；

3.2 油系统的分类
水电站的油系统，分为透平油系统和绝缘油系统两部分，一般水电站，这两个系统均分开设置。
3.2.1油系统的作用
1、 绝缘油：绝缘油的作用主要是绝缘、散热和消弧。
2、 透平油: 透平油的作用是润滑、散热和传递能量的作用。
3.2.2油系统的服务对象
1、 绝缘油：变压器
2、 透平油：导轴承和推力轴承、调速器用油、主阀用油、油泵。

3.3 设备用油量的计算

3.3.1、机组用油量
机组润滑油系统用油包括推力轴承和导轴承的用油量。其用油量可按下式进行估算，即
（3-1）
式中—推力轴承和导轴承的用油量
—推理轴承损耗kW
—导轴承损耗KW
式中是轴承损耗单位kW所需油量，查《水电站机电设计手册—水力机械》， ，式中是推力轴承的损耗，公式为:
（3-2）
查《水电站机电设计手册》，知A=3，查《水电站机电设计手册—水力机械》，得出F=145t，，=0.03，=0.2
所以：（kw）
用经验公式计算导轴承损耗：
（3-3）
（3-4）

式中S—轴与轴瓦的接触面积
Dz—主轴直径
u—主轴圆周速度
—油的动力粘度系数
—轴瓦间隙
h—轴瓦高度

（3-5）
综上可得，机组润滑油系统用油量：
（3-6）
3.3.2、水轮机调速设备用油
水轮机调速系统用油量包括油压装置用油、导水机构接力器用油及管道的充油量。
油压装置的型号为YZ—1.0，查《水电站机电设计手册—水力机械》，其用油量为压力油箱加上回油箱的油量。
故：
（3-7）
主阀的型号为DF340-85，查《水电站动力设备设计手册》可知，主阀的用油量为：0.31。
调速系统的油管查得用油量为0.35。
查得调速器直径为0.35m，其用油量为0.07。
查得调速器油内的充油量为0.3。
3.3.3、变压器单台用油量
根据所给数据和查规程得单台变压器油重12.5t。
根据：质量=密度×体积，单台变压器用油体积：
（3-8）

3.4水轮机系统用油量的计算

3.4.1、运行用油量V1
对于透平油系统指一台机组润滑油量、调速器的充油量及进水阀接力器的充油量和管道充油量之和，即
　　　 V1=2.77+1.65+0.31+0.35+0.07+0.3=5.45 （3-9）
3.4.2、事故备用油量V2
以最大的一台设备充油量的110%计算，其中10%是考虑油的蒸发、漏损和取样的裕量，即
　　　　　　 （3-10）
3.4.3、补充备用油量V3
设备运行中油的损耗需要补充油，以机组运行45~90天后的添油量为准则,故：
　（3-11）
式中---设备在一年中需要补充油量的百分数，混流式水轮机取=5%-10%;转浆式机组取=15%-25%；变压器取=5%；油开关取=10%。
3.4.4系统总用油量：
　　（3-12）

3.5 油系统设备的选择

油系统的设备配置原则：按绝缘油和透平油两个独立系统分别配置。对油系统设备的选择主要有：贮油设备（净油槽和运行油槽）、净化油设备（压力滤油机和真空滤油机）和油泵等。该设计将绝缘油系统省略。
3.5.1、贮油设备的选择：
1、 净油槽的选择：贮备净油以便机组或电气设备换油时使用。容积为一台最大机组（或变压器）充油量的10%，加上全部运行设备45天的补充用油量。通常透平油和绝缘油（省略）各设置一个。但容量大于60m3时，应考虑设置两个或两个以上。
透平油净油：
（3-13）
绝缘油净油：
（3-14）
可设置1个透平油净油槽和1个绝缘油净油罐，查《水电站机电设计手册—水力机械》选择的标准油槽和的标准油槽。
2、 运行油槽的选择：当机组（或变压器）检修时排油或净油用。容积为最大机组（或变压器）油量的100%。但考虑到兼作接受新油，并与净油槽互用，其容积宜与净油槽相同。为了提高污油净化效果，通常设置2个，每个为其总容积的1/2。 则：
（3-15）
（3-16）
故因此，选择2个的标准油槽。绝缘油的选择的标准油槽。
3、事故排油池：接受事故排油用，一般设置在油库底层或其他合适的位置，容积为所有油槽容积之和。本水电站为90。

3.6、油泵和净化设备的选择

3.6.1、压力滤油机及真空滤油机的选择：
压力滤油机：
（3-17）
真空滤油机：
（3-18）
式中：对于机组的透平油系统，取8小时。
查《水电站机电设计手册—水力机械》，透平油的压力滤油机的型号为：LY—50，台数为1台；真空滤油机的型号为：ZLY—50为1台，每台滤油机选用一台滤油纸烘箱。
（2）油泵的选择：
透平油系统：
（3-19）
绝缘油系统：
（3-20）
（3）输油罐
对于透平油系统，油库和处理室没在场内，为了检修方便，在场内设置油罐，其容量等于机组最大用油部件的用油量，本电站可选择6m3。

查《水电站机电设计手册—水力机械》，绝缘油选取KCB—4.5型齿轮油泵，2台，一台移动式油泵用以接受新油或排除污油，一台固定式油泵提供设备充油。透平油选择KCB—7.5型齿轮油泵，1台。

3.7压力油管的选择

经验法：压力油管通常采用直径为32mm，排油为50mm。
表3-1 设备明细表
名称
型号及规格
数量
备注
透平油净油槽
8
1个

透平油运行油槽
3
2个

压力滤油机
LY—50
1台
配备一个滤油纸烘箱
真空滤油机
ZLY—100
1台
配备一个滤油纸烘箱
绝缘油净油罐
20
1个

绝缘运行油槽
20
1个

透平油油泵
KCB—4.5
2台
一台移动式油泵用以接受新油和排除污油，一台固定式油泵提供设备充油
绝缘油油泵
KCB—7.5
1台

输油罐
6
1个

表3-2 操作程序表
序号
工作名称
使用设备
操作程序及设备
1
接受新油
输油罐
输油罐，B2、阀1117、1108
2
运行油罐自循环过滤
压力滤油机、罐1
罐1、阀1101、1112、1118、LY、1117、1116、1102
3
运行油罐净油存入净油罐
压力滤油机
罐1、阀1101、1112、1118、LY、1117、1106、罐3
4
净油罐向设备充油
油泵B1
罐3、阀1105、1118、油泵B2、1119、1124、1128、1139（其它机组）
5
机组检修排油
油泵B2
阀1140（其他几组）、1126、1123、1122、油泵B2、1117、1116、1102
注：透平油系统图见附件图2。
注：绝缘油系统图见附件图3。

第四章 压缩空气系统

4.1 压缩空气的用途及设置压缩空气系统的原则

4.1.1 压缩空气系统的设计，应满足下列用气项目（服务对象）的需要：
1、水轮机调节系统及进水阀操作系统的油压装置用气；
2、机组停机时制动用气；
3、机组作调相运行时转轮室充气压水及补气；
4、维护检修及吹污清扫用气；
5、水轮机主轴检修密封及进水阀空气围带用气；
高压空气主要是供机组调速器及主阀操作的优雅装置充气，其压力一般为。低压空气系统的压力一般为。
4.1.2 压缩空气的压力
压缩空气系统按照其最高工作压力，宜划分为高压、中压和低压3个压力范围：10MPa以上为高压；1.0MPa～10MPa为中压；1.0MPa以下为低压。

4.2低压用气

4.2.1机组制动用气
机组停机时，为避免推力轴承长时间在你低转速下运转损坏油膜，当转速下降到额定转速的时，压缩空气进入制动闸，顶起制动闸内的活塞使之紧压在转子下的制动环上实现制动。
1、 制动耗气量取决于发电机所需的制动力矩，由电机制造厂提供。在初步设计制动供气系统时可根据《水电站机电设计手册—水力机械》查得：
（4-1）
式中q—在制动压力下，制动过程耗气流量（l/s)
t—制动时间，一般取120s
p—制动气压，一般可取
—工程大气压，通常取
由于没有本水电站的相关q数据，根据《水电站机电设计手册—水力机械》查得相近数据为6l/s，故：
（4-2）
4.2.2、储气罐容积计算
机组制动用气主要由储气罐供给，储气罐容积必须保证制动用气后，罐内气压保持在最低制动气压以上。查《水电站机电设计手册—水力机械》储气罐容积：
（4-3）
式中 Z——同时制动的机组台数，取1台；
——制动前后储气罐允许压力降，一般为0.1~0.2MPa，取0.15MPa。
故： （4-4）
根据《水电站机电设计手册—水力机械》选择1台标准的3储气罐。
4.2.3、空压机生产率计算
空压机生产率按在一定时间内恢复储气罐压力的要求来确定，根据根据《水电站机电设计手册—水力机械》得
（4-5）
式中 ——储气罐恢复压力时间，一般取10~15min，取15min。
（4-6）
根据《水电站机电设计手册—水力机械》选2台11ZA-1.5/8型空压机。（1.5为排气量，8为排气压力）。
制动闸除了制动作用外，还可作定转子用，在长时间停机后，推理轴承油膜易被损坏，下次启动时将损坏轴瓦，股灾开机前用专用的压力为高压油泵，将油通入活塞下腔，使转子抬起，在轴瓦上产生油膜。
4.2.4、供气管道选择
查《水电站机电设计手册—水力机械》，按照经验选取，供气干管取，环管，支管。自三通阀以后的制动供气管，须采用耐高压的无缝钢管。

4.3高压用气

油压装置安装或检修后，为向压力油罐进行充气，或在设备运行过程中补充压力油罐中的空气损耗，需有油压装置压缩空气系统。
4.3.1、供气压力与供气方式
目前已生产的油压装置额定压力多数为，向油压装置供气方式有一级压力供气和二级压力供气。
1、 一级压力供气
空压机压力稍大于压力油罐额定油压。这种供气方式空气的干燥度较差，但采取一些冷却、排水措施，空气的干燥度页适当提高，一些中小型电站的油压装置多为一级压力供气，本水站便是这种方式。
4.3.2空压机的选择
主要是油压装置的用气量，压油装置的型式为YZ-1，由《水电站机电设计手册—水力机械》空压机的总生产率：
（4-7）

式中 ——压油槽的额定压力，为
——压油槽的容积，为1.65；
t——充气时间，一般取2~4h,取2h;
——压油槽中压缩空气所占容积，m³；
——大气压力，为。
所以
（4-8）
空压机选两台，充气时同时工作，故每台生产率为总生产率的1/2，即0.01185。
查《水电站机电设计手册—水力机械》可知，选择两台空压机的型号为CZ-20/30。
4.3.3储气罐容积的确定
当采用储气罐时，其容积可按压油罐内油面上升100~150mm时所需的补气量来确定，计算如下：
(4-9)
式中 ——储气罐额定压力，其值为；
——额定绝对压力，其值为；
∆Vy——由于右油面上升后所需的补气的容积

D为压油槽内径，查《水电站机电设计手册—水力机械》得，D=1400mm。 ∆h为油面上升高度，取0.1~0.15m。
(4-10)
故储气罐的容积为：
(4-11)
查《水电站机电设计手册—水力机械》选择1台标准的1储气罐。
4.3.4管道选择
查《水电站机电设计手册—水力机械》，根据油压装置容积来选择，当压油槽的容积小于12.5时，一般按经验选取: 空气压缩机至高压储气罐之间管道的防锈无缝钢管。

4.4机组作调相运行时用气

4.4.1压水深度
水轮发电机作调相运行时，通常利用压缩空气将转轮室的水压到转轮以下，使转轮在空气中旋转，以减少有功功率损耗，机组的振动也相应减少。规程规定混流式水轮机下压水位在转轮下环以下（0.4-0.6）D1，但不小于1.2m。
4.4.2混流式水轮机充水容积估算
1、导叶部分
(4-12)
式中—导叶分布圆直径（m）
—导叶相对高度（m）
查《水电站机电设计手册—水力机械》，，根据水轮机的模型特性曲线可知：
(4-13)
(4-14)
故充水容积为：
(4-15)
2、 底环部分
(4-16)
式中—转轮外环直径（m）
查《水电站机电设计手册—水力机械》，根据水轮机的模型特性曲线可知：
(4-17)
根据水轮机的模型特性曲线估算可知为0.8m。
故底环部分容积为：
(4-18)
3、 尾水管锥管部分
(4-19)
式中R—表示下压水面处的尾水管的椎管半径（m）
r2—表示尾水管椎管进口半径（m）
h2—表示底环到下尾水位的距离（m）
h2根据水轮机的模型特性曲线估算可知为2m。
根据水轮机的模型特性曲线可知：
(4-20)
(4-21)
故尾水管锥管部分容积：

4、转轮所占体积
(4-22)
式中G—表示转轮质量（t）查规范水轮机总重量估计曲线，本电站水轮机约为12.5t
—表示材料容重，钢材γ=7.8t/m2
故转轮部分容积：
(4-23)
其他和转轮室连通的体积，一般很小，故本次计算忽略不计。
5、 总充气容积
(4-24)
6、 转轮室的充气容积
(4-25)
4.4.3转轮室充气压力
转轮室的充气压力必须平衡尾水管内外的水压差值。水轮机脱水时，充气压力（绝对压力）计算如下：
(4-26)
式中—转轮室充气压力（绝对压力）
—当地大气压力，本水电站海拔为140m，故大气压力就为标准大气压1×105Pa
—水的比重，一般取0.001
—尾水位与转轮室下压水位之差，本水电站的校核的水位为140m，当水电站的工作水头为68.5m无流量，故估算得尾水位与转轮室下压水位之差为140-68.5=71.5m。
故转轮室的充气压力为：
(4-27)

4.5设备选择计算

调相压水过程要求在短时间内提供足够的气量，使水迅速脱离转轮。如果直接由空压机供气，空压机容量必定很大，为了减少空压机的容量，考虑储气罐满足瞬间供气的要求，而由空压机在一定时间内恢复储气罐压力。
4.5.1储气罐容积的计算
储气罐的容积必须满足首次压水过程总耗气量的要求，除转轮室充气外，还应补偿压水过程中不可避免的漏气量，本次计算按转轮脱水以前转轮室的漏气量计算：
(4-28)
式中P—压水至下限水位时，转轮室的充气压力（绝对压力）
V—总充气容积
—储气罐内压缩空气的绝对温度与转轮室水的绝对温度的比值，其比值接近1
P1—储气罐初始压力（绝对压力），可取其额定压力
P2—储气罐终压力（绝对压力），考虑到转轮旋转对进气的影响及管道阻力，该值一般应高于转轮室充气压力0.05~0.1MPa
—压水过程中压缩空气的有效利用系数，根据已运行及足底实测值，对混流式水轮机可取0.6~0.9
故
(4-29)
4.5.2空压机生产率计算
空压机生产率应满足在一定时间内恢复储气罐压力，并同时补给已调相运行机组的漏气量，据其他相关质料得出调相压水漏气量比较小，故本次计算忽略，空压机生产率计算公式如下：
(4-30)
(4-31)
上两式中QK—空压机生产率
q1—压水后转轮室漏水量
—恢复储气罐压力的时间，一般取30~60min
—同时做调相运行的机组台数，本水电站4台都调相
D1—转轮直径(m)
—水的比重
故(4-32）
4.5.3管道选择计算
调相压水给气管道中的气流是不稳定的，与储气罐的工作压力及下游水位有关，目前还无成熟的理论公式，本次计算安经验选取：通常干管直径在80-200mm，接入转轮室的支管直径在80-150mm，采用钢管。

4.6风动工具供气

4.6.1空压机选择计算
空压机容量主要根据风动工具用气量来确定，因此必须由空压机连续工作来满足，空压机的生产率应满足同时工作的风动工作耗 气量，因不知风动工作数量及型号，故根据《水电站机电设计手册—水力机械》选取风动工具如下：
表4-1风动工具
名称
型号
工件尺寸
（mm）
工作气压
（MPa）
耗气量 m3/min
风管内径
（mm）
风砂轮
S-40
最大砂轮直径40
0.5
0.4
6.35
风铲
C-5A
冲击行程100
0.5
0.6
13
风钻
ZL-8
最大钻孔直径8
0.6
0.65
10
除锈机
XH-6
300×220×200
0.6
1.3
19

风动工具耗气量如下：　
（4-33）
式中 Qk—表示空压机生产率
Kl—表示漏气系数，一般取1.2-1.5，本次计算取1.3；
ql—表示某种风动工具的耗气量（m3/min）；
Zl—表示同时工作的风动工具的台数，本次计算取1；
风砂轮的耗气量：
（4-34)
风铲的耗气量：
（4-35)
风钻的耗气量：
（4-36)
除锈机的耗气量：
（4-37)
全部设备的耗气量：
（4-38)
对于机组容量较小、台数不多的水电站，只需设置两台移动式空压机（带储气罐），就可满足机组风动工具和吹扫用气。
4.6.2储气罐容积计算
风动工具和吹扫用气储气罐的作用主要是缓和活塞式空压机由于往复运动而产生的压力波动，使供气压力稳定，与调相压水供气储气罐兼用，查规程用苏联盖尔曼院士估算公式计算如下：
（4-39)
—风动工具耗气量小于6m3/min满足公式
故储气罐容积为：（4-40)
4.6.3管径选择
通常按经验在直径15-50mm范围内选取。

4.7空气围带用气

4.7.1水轮机主轴检修密封围带用气
水轮机检修时，采用空气围带止水。充气压力通常为4~7MPa，耗气量很小，不需要设置专用设备，可从制动干管或工业供气管引来。
4.7.2进水阀空气围带用气
可以利用厂内压气供给进水阀密封围带用气。围带充气压力一般应比阀门承受的水压高2~4MPa。其耗气量很少，一般不需要设置专用的设备。

4. ８气系统设备明细表

根据高压气系统和低压气系统可选择空压机参数如下：
表4-3 空压机参数
型号
型式
排气量
（m3/min）
转速
（r/min）
轴功率
（kw）
冷却方式
排气压力
（