1、 2 西华大学毕业设计说明书 目 录 摘要 . 5 前言 . 6 1 水轮机选型设计 . 7 1.1选型总概 . 7 1.2选型设计原则 . 7 1.3选择机型和装置方式 . 7 1.4进行选型计算 . 8 1.5确定最优方案 . 13 1.6绘制水轮机运转综合特性曲线 . 14 2 水轮机蜗壳水力设计 . 17 2.1 蜗壳类型及主要参数的选择 . 17 2.2 选择蜗壳类型 . 18 2.3 确定金属蜗壳主要参数 . 18 2.4金属蜗壳的水力计算 . 18 3 水轮机尾水管水力设计 . 21 3.1 尾水管的水力设计 . 21 3.2绘制尾水管单线图 . 21 4 水轮机进水阀选型设计
2、. 21 5 发电机选型设计 . 22 5.1 发电机类型 . 22 3 西华大学毕业设计说明书 5.2确定冷却方式 . 23 5.3估算水轮发电机主要尺寸 . 23 5.4估算水轮发电机平面尺寸 . 25 5.5估算水轮发电机轴向尺寸 . 26 5.6估算水轮发电机重量 . 27 6 水轮机调速设备及其辅助设备选型设计 . 28 6.1水轮机调速器的 选择设计 . 28 6.2选择调速器工作容量 . 29 7 油系统设计 . 31 7.1油系统的作用和任务 . 31 7.2估算用油量 . 31 7.3选择油系统设备 . 34 7.4拟定油系统图 . 36 8 气系统设计 . 36 8.1低压
3、气系统 . 36 8.2中压气系统 . 37 8.3 拟定气系统图 . 38 9 水系统设计 . 38 9.1 技术供水系统设计 . 39 9.2消防供水系统设计 . 41 9.3排水系统设计 . 43 4 西华大学毕业设计说明书 9.4 拟定水系统图 . 45 10厂房布置设计 . 45 10.1 确定主厂房长度 . 46 10.2 确定主厂房宽度 . 48 10.3 确定厂房各高程 . 48 10.4 选择起重设备 . 50 10.5 画剖面图和平面图 . 51 11结论 . 52 总结与体会 . 53 谢辞 . 53 参考文献 . 54 附录 . 55 5 西华大学毕业设计说明书 摘要
4、本次设计是根据斯科 水电站给定的参数资料，通过分析计算确定该电 站的水轮机机组型号；根据水轮机选型设计的原则找出机组运行的设计工况点并检查机组的运行范围；确定发电机及其调速器。根据机组型号对尾水管进行水力计算并绘制其单线图。计算电站的厂房数据，并完成其主厂房的发电机层的平面布置和厂房剖面设计图；对电站的辅助系统进行设计计算并分别绘制其油、气、水系统图。 关键词 ： 水电站 ;水轮发电机组 ;厂房 ;辅 助设备 Abstract This design is si ke hydropower station according to the given parameters material,
5、through the analysis of the hydropower station calculate and determine the turbine unit model; According to the principle of hydraulic turbine type design, find out the design of the unit operation conditions and check point unit operation scope; Sure generator and its governor. According to the uni
6、t model for hydraulic calculation of tail water pipes and draw the wired figure. Calculation of power plant data, and complete its main building the plan layout of the generator layer and the plant profile design; The power of auxiliary systems design calculation and are charted its oil, gas, water
7、system diagram. Key words: hydropower station; hydroelectric generating unit; powerhouse; auxiliary equipment 6 西华大学毕业设计说明书 前言 伴随着国民经济的飞速发展，我国的用电量也在与日俱增，出现严重的供需不平衡 。 到 2020 年常规水电装机容量达到 328000MW，开发程度达 60。可见我国水力资源有非常大的开发潜力。 此次 毕业设计是本专业最后一个综合性实践环节，学生需要把本专业的主要专业知识融会贯通，用学过的知识与技能，结合工程实例，进行水电站机电工程的系统初步设计，达
8、到工程设计的基本训练，以提高其综合专业素质。 本次设计是根据 以下 已知参数作初步设计。 水电站总装机容量： MWP 48 。 水轮机工作水头： mH 148.5max ； mHpi 132.1 ； mHr 130 ； mH 112.29min 。 电站海拔高程 ： m1160.5 。 主要任务 ： 水力机组选型设计 ；水电站厂房布置设计；水力机组辅助设备系统选择设计 。 在规定的时间内，完成本题目，并提交以下成果： 1、毕业设计说明书一份，不少于 8 千字（格式必须按照学院要求，并按规定 顺序装订）； 2、水轮机运转综合特性曲线图（ A3）； 3、尾水管单线图（ A3）； 4、发电机层平面布
9、置图（ A1）； 5、主厂房横剖面图（ A1）； 6、透平油系统图（ A1）； 7、水系统图（ A1）； 8、气系统图（ A1）； 7 西华大学毕业设计说明书 1 水 轮机选型设计 1.1 选型总概 水轮机选型是水电站设计中一项重要任务。水轮机的型式与参数的选择是否合理，对于水电站的动能经济指标及运行稳定性、可靠性都有重要的影响。水轮机选型过程中，根据水电站的开发方式、动能参数、水工建筑物的布置等，并考虑生产水轮机的参数及制造厂的生产水平，拟若干方案进行技术经济的综合比较，最终确定水轮机的最佳形式与参数。 水轮机的选型和计算是根据水电站设计部门提供的原始资料及参数 ，选择合理的水轮机型号等。一
10、般情况下，先根据水电站的类型、动能计算以及水工建筑物的布置等初选若干个方案，然后进行技术、经济比较，再根据水轮机 的生产情况和制造水平，最后确定所需的水轮机的型号和尺寸。 1.2 选型设计 原则 水轮机选型的一般性原则如下：所选水轮机应具有较高的能量特性；所选水轮机不仅应具有良好的空蚀性能，还应有较好的工作稳定性，运行要灵活、平稳、安全和可靠；所选水轮机的尺寸应较小，结构要合理、先进，便于运输、安装、运行及检修；转轮选择比较时，应尽可能选用比转速高的水轮机，这样转速较高，相应机组尺寸小，并且使所选水轮机经常处于最优区运行。 1.3 选择机型和装置方式 1.3.1 可选机型 的特点 按水头要求对
11、可选机型作技术、经济比较如下：选 HL式要从它能量指标和效率等方面考虑，以及对水头负荷的适应性和其制造工艺。 HL 式的应用范围很广，与 CJ式水轮机比较，具有 比转速 sn 高 、 机组尺寸小 、 造价低 、各水头可以 利用以及满载时效率高等优点 ； 其缺点是低负荷时效率低，维护和更换磨损零件不如冲击式方便。此处，其结构简单、紧凑、运行可靠。 此外，混流式水轮机还有结构简单、运行可靠、维护方便等优点 ，这也可以体现在经济性方面 。 综合而言，考虑混流式（ HL）式水轮机具有比转速高、机组尺寸小、造价低 、各水头可以 利用以及满载时的效率高等优点， 根据水头 在 参考 文献中 初步 选取机型为
12、 HL180/A194 和 HL180/D06A如表 1-1： 8 西华大学毕业设计说明书 表 1-1 模型的部分参数 型号 推荐水头（ m） 最优工况效率（ %） 单位飞逸转速（ r/min） 模型转轮直径（ cm） HL180/A194 110-150 92.6 127.8 35 HL180/D06A 110-150 91.5 128.6 40 1.3.2 装置形式 大中型水轮机组的布置型式，除了贯流式水轮机是横轴或斜轴布置外，大多数采用立轴布置。其主要原因是横轴布置的卧式机组，巨大的蜗壳和转动部分将在结构上引起很大的附加力，使机组本体部分结构变得复杂和笨重，支持部分、轴承部分设计增加困难
13、，而且厂房面积和 开 挖 量 也相应增大。而立轴机组除了上面这些因素可以消除外，水轮机的装拆检修方便，轴和轴承受力情况改善、发电机安装高程提高、不易受潮、管理维护方便等等。 1.4 进行选型计算 1.4.1HL180/A194 选型设计 （ 1）初选额定工况点 11 110 pjr rHnnH式中： 110n 模型机的最优单位转速，由文献 1 得， mimrn /07110 代入数据，可得 , 11 70.56 / m inrnr 在型谱上作 11rn 的水平线交 5%出力线于 A 点，此点即为初选设计工况点。读出流 量 311 0.743 /rQ m s （ 2） 确定转轮标称直径 1D ：
14、 1 3 / 2119 .8 1 rrrPD QH 式中： rP 水轮机额定出力， gr gPP ； gP 单机容量 ， 2g PP ； 9 西华大学毕业设计说明书 g 发电机效率 ，取 g =0.98； 水轮机效率 ，初步计算时取 0.90； 代入式中： 1 1.59Dm 。 （ 3） 确定额定转速 n ： 110 1pjHnn D 式中： pjH 为加权平均水头为 132.1m； 代入式中： n=506r/min，取标准值 n=500r/min （ 4）效率修正系数 ： 根据公式： 1 2 3 ， 001 m 根据 Moody公式： 150011 (1 ) mm DD 式中 ： 0 真机最
15、优工况的效率 ; 1 真型机与模型机 效率差值 ; mo 模型机最优工况的效率 ; 2 异形部件引起的效率修正 , 按文献 2取 0; 3 制造工艺引起的效率修正 , 取 1%; 1mD 模型机转轮直径 ; 代入数据，可得 =0.9% （ 5）单位转速修正系数 11n ： 011 11 00( 1)mmnn ， 代入上面的计算数据，可得 11n =0.565 1111 0 0.008mnn 3% 因此 单位转速可不修正。同理，可知单位效率也不用修正。 1.4.2 检验所选水轮机的实际工作范围 （ 1） 找出水轮机的真实工况点 B 10 西华大学毕业设计说明书 实际水轮机的转速： 111 ( )
16、rtrnDn H11 ( )= 11 ( ) 11r m r tn n n 代入数据可得， 11 ( ) 69.7 / m inrmnr 作 11 ( ) 69.7 / m inrmnr 线，交效率曲线，读出与 =const相交处的 m 、 11Q 值 ，计算功率 11， 11=9.81 ti 1tiQ ， 并将数据列入表格。 表 1-2 rH 下的 11t 11()tN f Q 曲线数据表 m (%) 89 91 91 90 89 88 84 11Q (L/S) 513 573 723 746 765 782 835 11(KW) 4.52 5.16 6.52 6.65 6.75 6.82
17、6.95 根据 表 1-2数据，作 出 11t 11()tN f Q 曲线，如图 1-1： 图 1-1 11t 11()tN f Q 曲线 11 西华大学毕业设计说明书 而，11 2 3/21t rNN DH 代入数据，可得， 11 6.54tN 在辅助曲线上有一个 11tQ 与之对应， 从而得到 11 11mtQ Q Q ,将 11mQ 的值返回到效率曲线上与 11nm 线相交于 B点，即为真实工况点。 工况点为：（ 11rQ ， ） =（ 0.726， 0.914）。 （ 2） 工作范围的检查 在最大水头下水轮机实际转速111m a x7 8 .3 / m intr nDnrH 在最小水头下水轮机实际转速111m in90 / m intr nDnrH 在文献 1效率曲线图上作出这 2 条直线。 1.4.3 计算水轮机额定流量 rQ 9.81r rNQ H式中： N 水轮机的轴功率， KW； Hr 设计水头， m； 设计工况点 B点的真机效率。 代入数据，可得 Qr=20.94m/s 1.4.4确定飞逸转速 fn 11 max1ff nHn D式中： 11fn 单位飞逸转速， r/min； D1 水轮机的转轮直径， m； Hmax 最大水头， m。 代入数据，可得， nf=978.7r/min
