大學(xué)熱能與動(dòng)力工程畢業(yè)設(shè)計(jì)20.5m～40m水頭150mw

1、<p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 書</p><p>　　題目 石林水電站機(jī)電設(shè)計(jì) </p><p><b>　　水利水電工程學(xué)院</b></p><p><b>　　二○○七年六月</b></p><p><b>　　目 錄</b></

2、p><p>　　摘 要 ………………………………………………………………- 3 -</p><p>　　原始資料： ………………………………………………………………-5-</p><p>　　第一章 水輪機(jī)的選型設(shè)計(jì) </p><p>　　第一節(jié) 水輪機(jī)型號(hào)選定……………………………………………… -6-</p>&

3、lt;p>　　第二節(jié) 原型水輪機(jī)主要參數(shù)的計(jì)算 ………………………………… - 6 -</p><p>　　第三節(jié) 較優(yōu)方案選擇………………………………………………… - 15 -</p><p>　　第四節(jié) 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算………………………………………… - 21 -</p><p>　　第五節(jié) 最優(yōu)方案選擇 ……………………………………………

4、… - 27 -</p><p>　　第六節(jié) 最優(yōu)方案的進(jìn)出流水道計(jì)算……………………………… - 29 -</p><p>　　第七節(jié) 繪制廠房剖面圖…………………………………………… - 32 -</p><p>　　第二章調(diào)節(jié)保證計(jì)算及調(diào)速設(shè)備的選擇</p><p>　　第一節(jié) 設(shè)計(jì)水頭下甩全負(fù)荷………………………………

5、……… - 40 -</p><p>　　第二節(jié) 最大水頭甩全負(fù)荷……………………………………………- 44 -</p><p>　　第三節(jié) 調(diào)速設(shè)備的選擇………………………………………………- 49 -</p><p>　　第三章 輔助設(shè)備 </p><p>　　第一節(jié) 氣系統(tǒng)……………………………………………………… - 51

6、 -</p><p>　　第二節(jié) 水系統(tǒng) ……………………………………………………… - 55 -</p><p>　　第三節(jié) 透平油系統(tǒng) ………………………………………………… - 61 -</p><p><b>　　第四章電氣部分 </b></p><p>　　第一節(jié) 接入系統(tǒng)設(shè)計(jì)……………………………………

7、………… - 63 -</p><p>　　第二節(jié) 電氣主接線設(shè)計(jì)…………………………………………… - 64 -</p><p>　　第三節(jié) 短路電流計(jì)算 ……………………………………………… - 70 -</p><p>　　第四節(jié) 電氣設(shè)備選擇……………………………………………… - 79 -</p><p>　　參考文獻(xiàn)

8、………………………………………………………………… - 84 -</p><p><b>　　附表</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　此次設(shè)計(jì)是式石林水電站的機(jī)電設(shè)備初步設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)內(nèi)容共分為四個(gè)大章,包括：水輪機(jī)組主機(jī)選型，調(diào)節(jié)保證計(jì)算及調(diào)速設(shè)備選擇，輔助設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)，電氣一

9、次部分設(shè)計(jì)。共分為四個(gè)大章。</p><p>　　第一章水輪機(jī)組的選型設(shè)計(jì)中根據(jù)水頭選中HL240和HL260。，經(jīng)過選型有11個(gè)待選方案。根據(jù)水輪機(jī)在模型綜合特性曲線上的工作范圍，并結(jié)合由試算法劃出發(fā)電機(jī)出力限制線，初步選出較優(yōu)方案，再根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性及平均效率的比較在較優(yōu)方案中選出最優(yōu)方案。最終選擇第Ⅲ方案為最優(yōu)方案，4臺(tái)HL260機(jī)組，轉(zhuǎn)輪直徑4.5m，機(jī)組轉(zhuǎn)速93.8rpm。</p><

10、p>　　第二章調(diào)節(jié)保證計(jì)算及調(diào)速設(shè)備的選擇中由于本電站布置形式為單機(jī)單管，所以只對(duì)一臺(tái)機(jī)組甩全負(fù)荷情況進(jìn)行計(jì)算。調(diào)節(jié)保證計(jì)算及調(diào)速設(shè)備選擇中分別在設(shè)計(jì)水頭和最高水頭下選取導(dǎo)葉接力器直線關(guān)閉時(shí)間，計(jì)算相應(yīng)的ξ和β，使β<55%，并選取接力器、調(diào)速器和油壓裝置的尺寸和型號(hào)。</p><p>　　第三章 輔助設(shè)備設(shè)計(jì)中分別對(duì)油、水、氣三大輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)，按照要求設(shè)計(jì)各系統(tǒng)的工作方式并按照各計(jì)算參數(shù)選出油罐、水

11、泵及儲(chǔ)氣罐和空壓機(jī)等設(shè)備。</p><p>　　第四章 電氣一次部分設(shè)計(jì)中，按照設(shè)計(jì)要求，先對(duì)接入系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，本設(shè)計(jì)中送電線路電壓等級(jí)220KV，2回線路，送電導(dǎo)線型號(hào)LGJQ-185；接著進(jìn)行主接線設(shè)計(jì)，對(duì)發(fā)電機(jī)電壓側(cè)，送電電壓側(cè)，近區(qū)負(fù)荷側(cè)及電站自用電側(cè)四部分考慮。發(fā)電機(jī)電壓側(cè)選用擴(kuò)大單元接線，選取主變型號(hào)為SFPL-90000/220，送電電壓側(cè)選用變壓器—母線接線，近區(qū)負(fù)荷送電線路電壓等級(jí)110KV

12、，選用2回線路，送電導(dǎo)線型號(hào)LGJ-70，變壓器選擇SFL1-10000型2臺(tái)，自用電負(fù)荷側(cè)采用單母線接線；然后進(jìn)行短路計(jì)算，按設(shè)計(jì)要求，取發(fā)電機(jī)出口側(cè)、主變高壓側(cè)、近區(qū)供電高壓側(cè)和自用電低壓側(cè)進(jìn)行短路計(jì)算，分別求出的有名值；最后，按照額定電壓和電流選取電氣設(shè)備進(jìn)行校驗(yàn)，至此，本設(shè)計(jì)完成。</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Wh

13、at I do is the mechanical and electrical main design of Nanzhen hydroelectric power station, including 4 important part: hydraulic turbine and power generator designed, governor and speed control equipment designed, auxi

14、liary equipment designed and electrical part designed.</p><p>　　In the chapter 1 of Hydraulic Turbine and Generator Designed, there is 1 kinds of hydraulic turbine HL240 or HL260 for selection on the basic o

15、f the height of the hydroelectric power station. There are 11 plans to be compared in this part after the compute.. First, selecting better plans by comparing power output line of generator and working territories of hyd

16、raulic turbine. Second, choosing the best one by assessing investment and average efficiency of every better plan. Finally, deciding to m</p><p>　　In the chapter 2 of Governor and Speed Control Equipment des

17、igned, the layout of the station is a required use with an invest penstock. Therefore, it needs to calculate for a unit when it rejects whole load. In this part, straight closing time of wicket get servomotor should be c

18、alculated in design head and maximum potential head. Then, calculate ξ and β, β<55%. Finally, choosing servomotor, governor and oil-handling facility.</p><p>　　In the chapter 3 of Auxiliary Equipment, thi

19、s part is designed for watering and drainage system, air supply system and turbine oil system designed. According to designing requirement, I’ll select the right kind of turbine oil tanks, water pumps, air receiver and c

20、ompressor.</p><p>　　In the chapter 4 of Electrical part, first of all, it should design intake system. The voltage step of transmitted wire is 220KV, 2 lines, and the wire is LGJQ-185. Secondly, it should de

21、sign main wire. Generator side and 220KV side , load nearby side and using for station side should be included. Generator side: one line wiring, the transformer is SFPL-90000/220; 220KV side: The unit extension form; lo

22、ad nearby side: transmit and transformer unit, the transformer is SFL1-10000/110; using for p</p><p><b>　　原始資料：</b></p><p>　　石林水電站位于江西省的修水上，電站建成后將向南昌供電。</p><p>　　石林電站壩址選

23、在永修上游20公里處，此處河窄，地質(zhì)條件較好，該電站為壩后式電站，壓力鋼管長80米左右，公路由河北岸進(jìn)入廠房。</p><p>　　電站建成后將承擔(dān)峰荷及部分基荷，本電站有調(diào)相任務(wù)。</p><p>　　該地區(qū)屬于溫暖濕潤地帶，年平均氣溫16度，實(shí)測(cè)最高氣溫35度，最低氣溫-6度.</p><p>　　本電站建成后將承擔(dān)峰荷，少部分時(shí)間帶基荷，有調(diào)相任務(wù)，電站建成后

24、在90公里外的南昌變電所接入系統(tǒng)，并向永修供電1萬千瓦。供電距離10公里。</p><p>　　Hmax=40 總裝機(jī)15萬kW</p><p>　　Hp=32 利用小時(shí)數(shù)4000</p><p>　　Hmin=20.5 保證出力5.5萬kW</p>

25、<p>　　千年一遇洪水位 32.1m 百年一遇洪水位31.5m</p><p>　　第三節(jié) 較優(yōu)方案選擇</p><p>　　一、畫各方案工作范圍</p><p>　　在模型綜合特性曲線上畫出根據(jù)給定的特征水頭Hmin、Ha、Hmax以及另取兩個(gè)水頭H1、H2所對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速n11和水輪機(jī)出力限制線相交。</p><p>

26、;　　在最小水頭下，水輪機(jī)不能發(fā)出額定出力，此時(shí)水輪機(jī)受到出力限制線的限制，所以不需要試算最小水頭下的Q11。</p><p>　　在最大水頭和設(shè)計(jì)水頭下，用原型水輪機(jī)效率η計(jì)算出來的Q11和此水頭對(duì)應(yīng)的n11的交點(diǎn)的模型水輪機(jī)效率加上修正值并不一定等于η，這就需要試算。</p><p>　　由Q11ηT=Pr/9.81D12H1.5=C，假定一個(gè)ηT，由此公式計(jì)算出一個(gè)Q11’,再由Q1

27、1’和對(duì)應(yīng)水頭的N11在圖上找到一點(diǎn)，并查出此點(diǎn)的ηm,將此ηm轉(zhuǎn)換成原型效率ηT’（按限制工況點(diǎn)效率誤差Δη計(jì)），此時(shí)可比較ηT’和ηT是否相等，如果不等，則從新將ηT’代入公式計(jì)算，重復(fù)前面的過程，直到計(jì)算值同假設(shè)值相等為止，為了減少試算次數(shù)，一般只要前面兩次單位流量相差值小于5%就認(rèn)為可以了。</p><p><b>　　試算值列表如下：</b></p><p>

28、;　　將兩個(gè)試算點(diǎn)連接起來，這樣由水輪機(jī)出力限制線、以及五個(gè)水頭所對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速就圍成了各個(gè)方案的工作范圍。</p><p><b>　　二、初選較優(yōu)方案</b></p><p>　　根據(jù)前面擬定的各方案的工作范圍是否包含高效區(qū)，或者包含高效區(qū)的面積大小；設(shè)計(jì)水頭與平均水頭是否接近等原則來初選較優(yōu)方案。所列較優(yōu)方案如下：（表1－4）</p><p&

29、gt;　　各方案計(jì)算列表如下：（表1－4）</p><p><b>　　方案一</b></p><p><b>　　方案二</b></p><p><b>　　方案三</b></p><p><b>　　方案四</b></p><p&g

30、t;　　第四節(jié) 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算</p><p><b>　　一．動(dòng)能經(jīng)濟(jì)指標(biāo)</b></p><p>　　根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線，求各方案的平均效率</p><p>　　1、繪制轉(zhuǎn)輪運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線和等效率曲線的繪制：</p><p>　　（1）在水輪機(jī)工作水頭范圍（Hmin～Hmax）內(nèi)取5個(gè)水頭對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速n11值在

31、模型綜合特性曲線上作水平線與其等效率線相交得一系列交點(diǎn)，根據(jù)交點(diǎn)處的Q11和ηm計(jì)算出原型水輪機(jī)的效率η和出力P具體結(jié)果見附表1。</p><p>　　（2）將各點(diǎn)的H、P值繪在坐標(biāo)圖上，將各點(diǎn)連成光滑曲線，即為某η的效率值。</p><p>　?。?）繪制出力限制線。在Hmin～Hr之間出力限制線一般由模型綜合特性曲線的95%出力限制線換算而得。各方案的曲線見附圖1-1至1-3。<

32、/p><p>　　（4）根據(jù)所繪制的運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線計(jì)算各方案的平均效率</p><p><b>　　方案1</b></p><p>　　2、利用面積法求各方案的平均效率 ： </p><p>　　式中η1、η2為特性曲線上相鄰等效率線上的效率值，A為兩相鄰效率線之間的面積。具體計(jì)算表見附表2，結(jié)果如下：（表1－5）</

33、p><p>　　第六節(jié) 最優(yōu)方案的進(jìn)出流水道計(jì)算</p><p><b>　　一、轉(zhuǎn)輪的計(jì)算</b></p><p>　　轉(zhuǎn)輪可根據(jù)型譜中的流道單線圖按比例放大再參照《水電站動(dòng)力設(shè)備手冊(cè)》得到。</p><p><b>　　（表1－11）</b></p><p><b&g

34、t;　　二、蝸殼計(jì)算 </b></p><p>　　1、 蝸殼型式、斷面形狀和包角的確定</p><p>　　由于本站應(yīng)用水頭<140m,故，采用鋼板焊接蝸殼，蝸殼斷面為圓形，當(dāng)蝸殼尾部用圓斷面不能和座環(huán)蝶形邊相連接時(shí)，采用橢圓形斷面，蝸殼的包角為345度。</p><p><b>　　2、 座環(huán)的確定</b></p&g

35、t;<p>　　連接的座環(huán)有兩種：一種是帶蝶形邊座環(huán)；一種是無蝶形邊座環(huán)。我們采用帶蝶形邊座環(huán)，其錐角為55度。(查《水電站動(dòng)力設(shè)備手冊(cè)》P22</p><p>　　其有關(guān)尺寸見下表：（表1－12）</p><p><b>　　3、 蝸殼參數(shù)計(jì)算</b></p><p>　　Dd(m)= Da+2K=4.9 r0=2.

36、45</p><p>　　2h=b0+0.2D1=1.1 h=0.55</p><p>　　蝸殼包角 </p><p><b>　　進(jìn)口斷面流量 </b></p><p>　　進(jìn)口斷面流速： 查《水輪機(jī)》課本P94圖5-46可得k=0.78</p><p><b

37、>　　則 </b></p><p><b>　　進(jìn)口斷面半徑 </b></p><p><b>　　進(jìn)口斷面中心距 </b></p><p>　　由進(jìn)口斷面尺寸求出蝸殼系數(shù)和蝸殼常數(shù)</p><p><b>　　進(jìn)口斷面外徑</b></p>

38、<p><b>　　4、圓斷面計(jì)算</b></p><p><b>　　具體計(jì)算見附表3</b></p><p><b>　　5、橢圓斷面的計(jì)算</b></p><p>　　當(dāng) ρ<S時(shí)，采用橢圓斷面連接計(jì)算如下：</p><p><b>　　橢圓

39、半徑</b></p><p><b>　　與圓同等面積</b></p><p><b>　　橢圓斷面長半徑</b></p><p><b>　　中心距 </b></p><p><b>　　外徑 </b></p>

40、<p><b>　　列表計(jì)算(見表3)</b></p><p><b>　　三、尾水管計(jì)算</b></p><p>　　本電站選用彎肘形尾水管，由進(jìn)中錐管、肘管和出口擴(kuò)散段三部分組成。如下圖所示，其尺寸按推薦的尾水管尺寸選擇有關(guān)尺寸見下表：</p><p><b>　?。ū?－13）</b>

41、;</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]劉大愷主編.水輪機(jī).北京:中國水利水電出版社,1996</p><p>　　[2]水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組.水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)水力機(jī)械分冊(cè).北京:水力水電出版社,1989</p><p>　　[3] 水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組.水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)電

42、氣一次分冊(cè).北京:水力水電出版社,1989</p><p>　　[4]武漢水利電力學(xué)院,華北水利水電學(xué)院,華東水利水電學(xué)院合編.水力機(jī)組輔助設(shè)備與自動(dòng)化.北京:電力工業(yè)出版社,1981</p><p>　　[5]季一峰主編.水電站電氣部分.北京:水利電力出版社,1993</p><p>　　[6]范華秀主編.水力機(jī)組輔助設(shè)備. 北京:水利電力出版社,1993 <

43、;/p><p>　　[7]駱如蘊(yùn)主編.水電站動(dòng)力設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè).</p><p>　　[8]哈爾濱大電機(jī)研究所編.水輪機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)(水輪發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)手冊(cè)第一部分).北京:機(jī)械工業(yè)出版社.</p><p>　　[9]沈祖詒主編.水輪機(jī)調(diào)節(jié)(第三版).北京:中國水利水電出版社,1997</p><p>　　[10]西北電力設(shè)計(jì)院,東北電力設(shè)計(jì)院編.電力工