轴流式水轮机毕业设计

轴流式水轮机毕业设计 任务书、基本资料和指示书

河海大学水电学院动力系 二○○六年三月 轴流式水轮机毕业设计 任务书

一、 设计内容 根据原始资料，对指定电站、指定原始参数进行机电部分的初步设计，包括：轴流式水轮机的选型、发电机选型，调保计算及调速设备选择，混流式水轮发电机组的辅助设备系统设计，电气一次部分设计。 二、时间安排（供参考）

1、轴流式水轮机的选型、发电机选型 5.5周 2、调保计算及调速设备选择 0.5周 3、辅机系统 2周 5、电气部分 2周 6、整理成果 1周 7、评阅答辩 1周 8、机 动 0.5 周 总 计 12.5周

三、成果要求 1、设计说明书：说明设计思想，方案比较及最终结果，并附有必要的图表。 2、设计计算书：设计计算过程，计算公式，参数选取的依据，计算结果。 3、图纸：主机成果图、水系统图、气水系统图、电气主结线图，共5-6张（含CAD设计图），规格1号图。

轴流式水轮机毕业设计 基本资料

富春江水电站位于浙江北部钱塘江上游富春江上，造成后接入华东电网向金华等地供电。 富春江水电站坝址选在七里垅峡口，上距新安江水电站约60公里，下距杭州市110余公里，，地理位置优越。 水库为日调节，总库容9.2亿立方米。电站以发电为主，并可改善航运，发展灌溉及养殖事业等综合效益。电站为河床式，公路从左岸进入厂房。

本电站装机有下列反案： 方案序号 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ Ⅷ Ⅸ Hmax 米 24.5 22 20.5 H平均 米 16 14 12.5 Hmin 米 10 8 9 N装机 万千瓦 35 32 29 32 30 28 31 28 25 利用小时数 小时 3200 3250 3450 3350 3350 3700 3160 3200 3500 保证出力 万千瓦 6 5.1 4.5

本电站下游特征洪水位如下： 万年一遇洪水位 ▽15.6 (Q=43100米3/秒) 千年一遇洪水位 ▽14.6 (Q=29400米3/秒) 本地区年平均气温为16.0℃,实测最高气温为40.5℃,雨日约175天,以五月份为最集中. 本电站建成后将承担峰荷,也承担部分基荷,有调相任务,本电站将在120公里外的金华变电所接入系统(电力系统结线见附图)并向七里垅镇供电2-3万千瓦。 参考文献 一、水轮机 刘大恺主编 二、水轮机设节 沈祖诒主编 三、水力机组辅助设备 范华秀主编 四、水电站电气部分 季一峰主编 五、水电站动力设备设计手册 络如蕴主编 六、水轮机设计手册 哈尔滨大电机研究所主编 七、水电站的水轮机设备 （苏）莫洛仁夫主编 八、发电厂（下册） 华中工学院主编 九、发电厂变电所电气设备 湖南省电力学校主编 十、电力工程设计手册（第一册） 西北、东北电力设计院主编 十一、电力工程设计手册（第二册） 西北、东北电力设计院主编 十二、水电站机设计技术规程 十三、电力系统规划设计手册（影印摘编本） 十四、电力工程 西安交通大学主编 十五、水力机械 华东水利学院编 中国戒严出版社1961年版 十六、水电站机电设计手册 电工一次 水利电力出版社 十七、水电冲机电设计手册 水力机械 水利电力出版社

轴流式水轮机毕业设计 指示书

第一节 轴流式水轮发电机组选型设计 一、选型设计要求 根据给定的电站资料，选择水轮发电机及其附属设备。设计过程为：拟定几个可能的方案，对各初拟方案分别求出其动能经济性并进行综合比较，最后选出最佳方案。 二、选型设计的程序 （一） 按给定特征水头决定机组型号。 （二） 拟定机组台数。 （三） 确定水轮机的标准直径和标准转速。 （1）利用型谱表给定的最优参数和限制工况参数计算水轮机直径D1，并选用标准值。

（2）利用最优工况的10n和计算出的标准直径D1，计算水轮机转速n，并选用同步转速。 （3）按计算所得的标准直径D1，同步转速n，分别用给定的特征水头（Hmax，Hr，Hmix）在综合特性曲线上画出水轮机工作范围，初步选出较优方案进行详细计算。 （四） 技术经济指标计算 （1）动能经济指标计算 1、在初拟方案中优选出3-4个待选方案。 2、利用综合特性曲线绘制各待选方案的运转特性曲线。 3、利用面积法求各方案运转特性曲线的平均效率。 4、按效率差值求出电能差最后折算成投资差（0.30元/kw.h）。 5、求最优方案的Hs值。 （2）机电设备投资和耗钢量。 1、机电部分包括：水轮机、发电机、调速器、辅助设备、起重设备、开关设备、变压器，以及设备运输、安装费用等，对每一方案应算出其总设备造价，并折算成单位千瓦投资。 2、算出每一方案的总耗钢量和单位千瓦耗钢量。 以上关于设备的投资和耗钢量估算，单价可参考表一，计算方法可参阅参考资料十五附录Ⅲ，或参阅参考资料五，机电设备重量及价格亦可直查阅有关产品目录或样本。方案比较时电气主结线可先统一按“发电机一变压器”单元结线。高压按单母线结线。电气部分自动化设备总价按发电机变压器及开关总价的10%计。 （3）水轮机运行性能比较 根据水电站在电力4系统中的运行方式，水轮机在计算水头下的效率值，汽蚀性能，运行管理方式进行综合分析。 三、各待选方案的综合比较 上述各项计算可自编程序，采用微型计算机进行。 表式参见表二～表五。 表一 主要机电设备参考单价表 项 目 参考价格 水轮机 2.5万元/吨 发电机 3.0万元/吨 调速器 80万元/台 桥式起重机 1.2万元/吨 变压器、开关设备 4.0万元/吨 油压装置（不含油） 3.0万元/吨

表二 水轮机方案比较综合表 方 案 项 目 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ

最大水头Hmax( 米) 最小水头Hmin（米） 平均水头Hp（米） 装机容量Ny(万千瓦) 水轮机型号 单机容量N（千瓦） 机组台数 转轮直径D1（米） 机组转速（转/分） 受阻容量（千瓦） 计算水头（米） 水轮机最高效率 水轮机平均效率 模型最高效率时的n′1 总 投 资（万元） 单位千瓦投资（元/千瓦） 总耗钢量（吨） 单位千瓦耗钢量（公斤/千瓦） 比较结果

表三 水力机械投资估算表 方 案 项 目 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ

水轮机单重（吨/台） 水轮机总重（吨） 水轮机单价（万元/吨） 水轮机总价（万元） 调速器单价（万元/台） 调速器总价（万元） 起重机重量（吨） 起重机单价（万元/吨） 起重机总价（万元） 辅助设备（包括主阀） 投资（万元）

安装运输费（万元） 总投资（万元） 总耗钢量（吨） 单位千瓦投资（元/千瓦） 单位千瓦耗钢量（公斤/千瓦）

表四 电气部分投资估算表 方 案 项 目 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ

发电机单重（吨/台） 发电机总量（吨） 发电机单价（万元/吨） 发电机总价（万元） 变压器、开关总价（万元） 自动化设备总价（万元） 设备安装运输费（万元） 总 计（万元） 单位千瓦投资（元/千瓦） 单位千瓦耗钢量（公斤/千瓦）

水轮机方案比较机电投资总表 方 案 项 目 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ

水力机械部分 总投资（万元） 总耗钢量（吨） 单位千瓦投资（元/千瓦） 单位千瓦耗钢量（公斤/千瓦） 电 气 部 分 总投资（万元） 总耗钢量（吨） 单位千瓦投资（元/千瓦） 单位千瓦耗钢量（吨/千瓦） 机电投资总投资（万元） 总耗钢量（元/千瓦） 总计 单位千瓦投资（元/千瓦） 单位千瓦耗钢量（吨/千瓦）

四、最优方案主要参数。（列表） 五、计算最优方案的进、出水流道 1、 蜗壳计算。（画出单线图） 2、 尾水管计算。（画出单线图）

六、绘制厂房横剖面图 1、 按主机及电机外形尺寸定出厂房主要尺寸。 2、 按下游水位和Hs定出主厂房各层标高。 3、按发电机层标高求出水轮机主轴长度。 4、按主轴长度和起重机尺寸决定厂房高度。 5、初步绘制厂房横剖面图，（待以下各节其他部分设计完成后，再作修改，正式绘制）。 （一）厂房各层高程的确定。 （1）根据已选定的机型计算出水轮机动性吸出高度Hs的大小以及下游最低水位（一台机组满负荷情况下泄流量水位）。确定水轮机的装置高程。根据已选定的尾水管型式尺寸，可定出水电站厂房水管底板高程。岩基上尾水管的底板厚度约为0.5米，较坏的地基底板厚度在3米以下。但尾水管出口顶部高程，应在下游最低水位以下至少0.75-1.0米。 （2）水轮机层地面高程决定：根据蜗壳最大断面处顶部高程，加上蜗壳上部混凝土保护层的厚度（大致取1.0米左右），这样就可定出水轮机层地面高程。 （3）发电机层地板高程的决定：发电机层地板高程，应高出下游最高水位以上，并且照顾到水轮机顶盖到发电机推力轴承之间，要有足够的空间（约3-4米）以利于运行维护。若下游最高水位变化较大，发电机层要布置在下游最高水位以上，则必增加机组主轴的长度与土建工程量，这时发电机层可以布置低于下游最高水位，但对厂房要采取防洪措施。对园筒式发电机机墩，其园筒壁厚度大约在1-1.5米左右。圆筒内径（水轮机井）应有足够空间，能把水轮机从井中吊出。机墩上进入孔宽约1米，高约2米左右，按结构要求进入孔顶部应有1米左右的厚度。发电机层地板以上必须有足够高度，使吊车在吊起发电机转子或水轮机转轮时能在厂房内通行，不妨碍到其他机组运行以及人行。这样可以确定吊车梁上轨道的高程。再加上吊车的高度以及厂房梁架高度，可定出厂房顶的高程。 （二）厂房宽度的确定 主厂房的下部块体结构的宽度与厂房上部的宽度应相适应，下部块体结构平面尺寸，首先取决于蜗壳平面尺寸以及施工情况（二期混凝土），蜗壳四周混凝土厚度至少要有0.8-1.0米，对大型机组，这个数字还要大些，加上机组下游侧（二期混凝土以外）还有一个外墙的厚度（约1-3米范围）以及在机组的上游侧主阀需要的宽度（在二期混凝土以外）和外墙的厚度，这样厂房下部块体结构平面尺寸（宽度）也可大致定出。厂房上部宽度除布置发电机外，而两旁必须有足够的通道），若厂房内布置有主阀，必须注意到阀门须在吊车范围线以内，并且要注意到厂房的柱子不能支承在蜗壳的上方。 第二节 调节保证计算及调速设备选择设计

一、任务 选取导叶接力器直线关闭时间，使相应的ξ和值不超过相应规程规定的数值，选取接力器，调速器和油压装置的尺寸和型号。 二、 调保计算工况选择，应对设计水头和最高水头甩全负荷两种工况进行计算，应使两

个和ξ均不超过规程的值。 在电站布置型式为单机单管时，只要对一台机组甩全负荷进行计算。 在引水式电站上，有时几台机共一根压力钢管，此时水击情况比较复杂，在初步设计时可简化计算，对联在一根钢管上的机组全部同时甩负荷计算，此为最危险的工况。此时把它们化为一个等效机组进行计算，即取分叉管最长的一台机组来计算分叉管的LV，而压力