1、热能与动力工程专业毕业设计- 1 - 目 录摘要 - 2 - 原始资料 - 3 - 第一章 水轮机的选型设计 第一节 水轮 机型号选定 - 4 - 第二节 原型水轮机主要参数的计算 - 4 - 第三节 较优方案选择- 18 - 第四节 技术经济指标计算- 24 - 第五节 最优方案选择- 28 - 第六节 最优方案的进出流水道计算- 30 - 第七节 绘制厂房剖面图- 34 - 第二章调节保证计算及调速设备的选择第一节 设计水头下甩全负荷- 41 - 第二节 最大水头甩全负荷- 46 - 第三节 调速设备的选择- 50- 第三章 辅助设备 第一节 气系统- 51 - 第二节 水系统- 55 -
2、 第三节 透平油系统- 60 - 热能与动力工程专业毕业设计- 2 - 第四章电气部分 第一节 接入系统设计- 63 - 第二节 电气主接线设计- 64- 第三节 短路电流计算- 69 - 第四节 电气设备选择- 79 - 参考文献 - 85 - -摘 要此次设计是式石林水电站的机电设备初步设计，设计内容共分为四个大章,包括：水轮机组主机选型，调节保证计算及调速设备选择，辅助设备系统设计，电气一次部分设计。共分为四个大章。第一章水轮机组的选型设计中根据水头选中 HL240 和 HL260。 ，经过选型有 11 个待选方案。根据水轮机在模型综合特性曲线上的工作范围，并结合由试算法划出发电机出力限
3、制线，初步选出较优方案，再根据技术经济性及平均效率的比较在较优方案中选出最优方案。最终选择第方案为最优方案，4 台 HL260 机组，转轮直径 4.5m，机组转速 93.8rpm。第二章调节保证计算及调速设备的选择中由于本电站布置形式为单机单管，所以只对一台机组甩全负荷情况进行计算。调节保证计算及调速设备选择中分别在设计水头和最高水头下选取导叶接力器直线关闭时间，计算相应的 和 ，使 55%，并选取接力器、调速器和油压装置的尺寸和型号。第三章 辅助设备设计中分别对油、水、气三大辅助系统设计，按照要求设计各系统的工作方式并按照各计算参数选出油罐、水泵及储气罐和空压机等设备。第四章 电气一次部分设
4、计中，按照设计要求，先对接入系统进行设计计算，本设计中送电线路电压等级 220KV，2 回线路，送电导线型号 LGJ-300；接着进行主接线设计，对发电机热能与动力工程专业毕业设计- 3 - 电压侧，送电电压侧，近区负荷侧及电站自用电侧四部分考虑。发电机电压侧选用扩大单元接线，选取主变型号为 SFPL-150000，送电电压侧选用变压器母线接线，近区负荷送电线路电压等级 110KV，选用 2 回线路，送电导线型号 LGJ-50，变压器选择 SFL1-16000 型 2 台，自用电负荷侧采用单母线接线；然后进行短路计算，按设计要求，取发电机出口侧、主变高压侧、近区供电高压侧和自用电低压侧进行短路
5、计算，分别求出 的有名值；最后，、 SiIch“按照额定电压和电流选取电气设备进行校验，至此，本设计完成。原始资料：石林水电站位于江西省的修水上，电站建成后将向南昌供电。石林电站坝址选在永修上游 20 公里处，此处河窄，地质条件较好，该电站为坝后式电站，压力钢管长 80 米左右，公路由河北岸进入厂房。电站建成后将承担峰荷及部分基荷，本电站有调相任务。该地区属于温暖湿润地带，年平均气温 16 度，实测最高气温 35 度，最低气温-6 度.本电站建成后将承担峰荷，少部分时间带基荷，有调相任务，电站建成后在 90 公里外的南昌变电所接入系统，并向永修供电 1 万千瓦。供电距离 10 公里。Hmax=
6、48.3 总装机 22 万 kWHa=42 利用小时数 3000h Hmin=30 保证出力 7.5 万 kW千年一遇洪水位 32.1m 百年一遇洪水位 31.5m热能与动力工程专业毕业设计- 4 - 第一章 水轮机的选型设计第一节 水轮机型号选定一、水轮机型式的选择：根据原始资料， 该水电站的水头范围为 3048.3m，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的优点：（1）比转速范围广，适用水头范围广，可适用 30700m；（2）结构简单，价格低；（3）装有尾水管，可减少转轮出口水流损失。故选择混流式水轮机。二、比转速的选择：本电站是引水式建流电站，则有 Hr=0.95
7、Ha=40m。按我国水轮机的型谱推荐的设计水头与比转速的关系，水轮机的为：sn )(2.9604202 kwmHrs 热能与动力工程专业毕业设计- 5 - 因此，选择 在 300 左右的水轮机为宜。又根据原始资料所给定的sn石林水电站的特征水头，查表知可选 HL240-46 或 HL260/A244。三、机组台数拟定：按电站建成后,在电力系统的作用及考虑到系统的稳定运行,初步拟定为 2 台,3 台,4 台,5 台,四种方案进行比较。机组台数 单机容量（万千瓦）2 113 7.34 5.55 4.4第二节 原型水轮机主要参数的计算HL240-46一 两台1、计算转轮直径水轮机额定出力： )(12
8、4598.0kwNPGr 上式中： -发电机效率,取 0.98-机组的单机容量（KW）GN取最优单位转速 n110=72r/min 与出力限制线交点的单位流量为设计工况点单位流量，则 Q11r=1.10m3/s,对应的模型效率 m=0.904，暂取效率修正值=0.03，=0.904+0.03=0.934。 )(39.74.01.892581.9.5.1 mHQPDr 按我国规定的转轮直径系列，计算值在标准值 7.0m 和7.5m 之间。根据四分之一选择法，两者都考虑。（一）D1 =7.0m (1) 计算原型水轮机的效率 型谱新转轮性能曲线及流道尺寸汇编P2型谱新转轮性能曲线及流道尺寸汇编P2水
9、轮机P9热能与动力工程专业毕业设计- 6 - 948.0.76)91.0()1( 5510max DM=max-m0=0.948-0.91=0.038限制工况下原型水轮机效率为：=m+=0.942(2) 同步转速的选择min/7.60.42710 rDHan介于发电机标准同步转速 65.2 r/min 与 68.2 r/min 之间 ,取二者计算。(3)水轮机设计流量 Qr 的计算：)/(9.3400.713221 smHQrrr (4) 计算水轮机的运行范围当 n = 65.2r/min 时设计工况下的单位流量)/(98.04792.081581.9 35.15.121 smHDprQr 最
10、大水头、最小水头和平均水头对应的单位转速：in)/(.63.48max1in1 rmi)/(.0725in1ax1HDin)/(4.2.611 rna当 n = 68.2r/min 时设计工况下的单位流量 )/(98.04792.081581.9 35.15.121 smHDprQr 最大水头、最小水头和平均水头对应的单位转速：水轮机P157热能与动力工程专业毕业设计- 7 - min)/(7.683.402max1in1 rHDi)/(.0in1ax1in)/(7.342.6811 rHDna（二）D1=7.5m (1) 计算原型水轮机的效率 948.05.76)91.0()1(510max
11、 DM=max-m0=0.948-0.91=0.038=m+=0.942(2) 转速的选择min/2.65.74210 rDHan介于介于发电机标准同步转速 60r/min 与 62.5r/min 之间，取 n=62.5r/min。(3) 水轮机设计流量 Qr 的计算： )/(3.91405.71221 smHQrrr (4) 计算水轮机的运行范围设计工况下的单位流量：)/(853.045.792.08181.9 .15.121 smHDprQr 最大水头、最小水头和平均水头对应的单位转速： in)/(.63.48max1in1 rmi)/(.5072in1ax1HD水轮机P157热能与动力工
12、程专业毕业设计- 8 - min)/(3.724.56211 rHanDa 二 三台1、计算转轮直径)(483079.012/3kwNPGr 上式中： -发电机效率,取 0.98-机组的单机容量（KW）GN取最优单位转速 n110=72r/min 与出力限制线交点的单位流量为设计工况点单位流量，则 Q11r=1.10m3/s,对应的模型效率 m=0.904，暂取效率修正值 =0.03，=0.904+0.03=0.907。 )(42.539.041.89781.95.5.1 mHQPDr 在标准直径 5.00（m）与 5.50（m）之间，按四分之一原则，取 D1=5.5m。2、计算原型水轮机的效
13、率 459.0.6)19.0()1( 5510max DM=max-m0=0.945-0.91=0.035=m+=0.9393、同步转速的选择min/8.45.2710 rDHan介于介于发电机标准同步转速 83.3r/min 与 84.8r/min 之间取二者计算4、水轮机设计流量 Qr 的计算：)/(4.2105.103221 smHQrrr 5、计算水轮机的运行范围当 n = 83.3r/min 时设计工况下的单位流量：型谱新转轮性能曲线及流道尺寸汇编P2水轮机P9水轮机P157热能与动力工程专业毕业设计- 9 - )/(054.15.93.08174281.9 3.5.121 smHD
14、prQr 最大水头、最小水头和平均水头对应的单位转速：in)/(.648.3max1in1 rmi)/(.05in1ax1HDin)/(7.42.3811 rna当 n = 84.8r/min 时设计工况下的单位流量： )/(054.15.93.08174281.9 3.5.121 smHDprQr 最大水头、最小水头和平均水头对应的单位转速：in)/(1.6748.3max1in1 rmi)/(.50in1ax1HDin)/(.724.811 rna三 四台1、计算转轮直径水轮机额定出力： )(4.612598.04kwNPGr 上式中： -发电机效率,取 0.98-机组的单机容量（KW）G
15、N取最优单位转速 n110=72r/min 与出力限制线交点的单位流量为设计工况点单位流量，则 Q11r=1.10m3/s,对应的模型效率 m=0.904，暂取型谱新转轮性能曲线及流道尺寸汇编P2热能与动力工程专业毕业设计- 10 - 效率修正值 =0.03，=0.904+0.03=0.34。 )(69.43.041.8956281.9.5.1 mHQPDr 按我国规定的转轮直径系列，计算值在标准值 4.50m 与5。00m 之间，根据四分之一选择法选取 D1=4.50m 和 5.00m。2、计算原型水轮机的效率 49.0.56)19.0()1(510max DM=max-m0=0.944-0
16、.91=0.034=m+=0.9383、同步转速的选择当 D1=4.5m 时min)/(7.1035.42710 rHna处于发电机标准同步转速 100r/min 和 107.1r/min 之间，根据四分之一法则，选取二者计算当 D1=5.0m 时min)/(3.95.042710 rHna处于发电机标准同步转速 93.8r/min 和 1001r/min 之间，根据四分之一法则，选取 n = 93.8r/min4、水轮机设计流量 Qr 的计算D1=4.5m 时)/(9.1405.410322 smHQrrr D1=5.0m 时)/(.7. 322 srrr5、计算水轮机的运行范围D1=4.5m n=100 r/min设计工况下的单位流量：水轮机P9水轮机P157水轮机P157
