1、热能与动力工程毕业设计 - 1 - 目录 摘要 . - 1 - 原始资料 . - 2 - 第一章 水轮机的选型设计 . - 3 - 第一节 水轮机型号选定 . - 3 - 一、水轮机型式的选择 . - 3 - 二、拟定机组台数 . - 3 - 第二节 原型水轮机主要参数的选择 . - 4 - HL260/D74 转轮型号主要参数的选择 . - 4 - 第三节 较优方案选择 . - 12 - 一、试算各初选方案在最大水头和平均水头下的单位流量 . - 12 - 二、初选较优方案 . - 14 - 三、反算设计水头 . - 14 - 第四节 技术经济指标计算 . - 14 - 一、动能经济指标 .
2、 - 14 - 二、机电设备投资和耗钢量 . - 15 - 第五节 最优方案选择 . - 19 - 一、水力机械投资估算表 . - 19 - 二、电气部分投资估算 . - 20 - 三、水轮机方案比较机电投资总表 . - 20 - 四、水轮机方案比 较综合表 . - 21 - 五、最优方案的选择 . - 21 - 六、最优方案吸出高度 sH 的计算 . - 22 - 七、飞逸转速计算 . - 22 - 八、轴向水推力计算 . - 22 - 第六节 最优方案的进出流水道计算 . - 23 - 一、转轮的计算 . - 23 - 二、蜗壳计算 . - 23 - 三、尾水管计算 . - 26 - 55
3、-80 米水头 380MW 水电站 机电部分 设计 - 2 - 第七节 绘制厂房剖面图 . - 28 - 一、 水轮发电机外形尺寸估算 (如图所示 ) . - 28 - 二、厂房各高程的确定 . - 31 - 三、厂房宽度的确定 . - 32 - 四、厂房长度 . - 33 - 第二章 调节保证计算及调速设备的选择 . - 35 - 第二节 设计水头下甩全负荷 . - 35 - 一、已知计算参数 . - 35 - 二、管道特性系数 . - 35 - 四、转速上升计算 . - 38 - 第二节 最大水头甩全负荷 . - 39 - 一、管道特性系数 . - 39 - 二、水击压力升高计算 . -
4、41 - 三、转速上升计算 . - 42 - 第三节 调速设备的选择 . - 42 - 一、调节功计算及接力器的选择 . - 42 - 二、调速器的选择 . - 43 - 三、油压装置的选择 . - 43 - 第三章 辅助设备 . - 45 - 第一节 气系统 . - 45 - 一、气系统用户 . - 45 - 二、供气方式 . - 45 - 三、设备选择计算 . - 45 - 第二节 水系统 . - 50 - 一、技术供水系统 . - 50 - 二、消防和生活供水 . - 54 - 三、检修排水 . - 55 - 四、渗漏排水计算 . - 58 - 第三节 透平油系统 . - 59 - 热能
5、与动力工程毕业设计 - 3 - 一、透平油系统供油对象 . - 59 - 二、用油量估算 . - 59 - 三、油桶和油处理设备选择 . - 60 - 第四章 电气部分 . - 62 - 第一节 接入系统设计 . - 62 - 一、接入系统分析 . - 62 - 二、估算送电容量 . - 62 - 三、确定可行方案 . - 62 - 四、选择送电线路的截面 . - 62 - 第二节 电气主接线设计 . - 63 - 一、发电机侧 . - 64 - 二、送电电压侧 . - 65 - 三、近区负荷侧 . - 65 - 四、电厂自用电侧 . - 66 - 第三节 短路电流计算 . - 66 - 1、
6、选取基准值 . - 66 - 2、化简电路图 . - 67 - 第四节 电气设备选择 . - 77 - 一、断路器和隔离开关的选择 . - 77 - 二、电流互感器选择 . - 80 - 三、电压互感器的选择 . - 80 - 四、发电机出口母线选择 . - 81 - 五、电气设备选择列表 . - 81 - 附表 . - 82 - 附图 . - 88 - 参考文献 . - 91 - 热能与动力工程毕业设计 - 1 - 摘要 本设计是根据提供的原始资料对 凤 江水电站的机电初步设计 ， 设计内容共分为四章：水轮机主机选型 ， 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
7、。 第一章水轮机选型设计是整个设计的关键 ， 根据原始资料 ， 初步选出转轮型号为HL260/D74， 共有 14 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 ，初步选出 3 个较优方案 ， 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出的最优方案水轮机型号为 HL260/D74，二 台机组 ， 转轮直径5.5m， 转速 115.4r/min， 平均效率 91.05%。计算最优方案进出水流道的主要尺寸及厂房的主要尺寸 ， 绘制厂房剖面图。 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
8、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水、气、油三大辅助系统设计 ， 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， 3 回线路 ， 送电导线型号 300LGJ ； 接着进行主接线设计 ， 对发电机电压侧、送电电压侧、近区负荷侧及电站自用电侧四部分考虑。发电机电压侧选用单元接线 ， 选取主变型号为 260000S
9、SPL ， 送电电压侧选用五角形 ， 近区负荷送电线路电压等级 110KV， 采用发电机出线接线 ，通过近区变压器升压送电，近区变压器型号为 40000LFS 1 。 自用电负荷侧采用 暗备用的接线方式。然 后进行短路计算 ， 按设计要求 ， 取发电机出口侧、主变高压侧和近区变压器侧 进行短路计算 ， 分别求出 、 SiII ch“ 的有名值 ； 最后 ， 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。 关键字 ： 水轮机主机选型 ； 水电站机电设计 ； 蜗壳 ； 尾水管 ； 厂房 ； 水轮机调节保证计算 ； 水电站辅助设备 ； 油、水、气系统 ； 电气一次。 55-80
10、米水头 380MW 水电站 机电部分 设计 - 2 - 原始资料 凤江 水电站位于 湖南省西部凤江上，电站将向衡阳等地供电。 凤江水电站，坝址选在衡县上游 20 公里处，该处河谷狭窄、山势陡峻，地质条件好。 电站装机情况： Hmax(m) Hp(m) Hmin(m) N 装机（ MW） 利用小时（ h） 保证出力（ MW） 80 67 55 380 2700 110 千 年 一遇 洪水 尾水 位 130.5 米 该地区温暖多雨气候，春麦间多梅雨，年平均气温 17 摄氏度，最高气温 43.1 摄氏度，最低气温 -8.5 摄氏度。 本电站建成后，将承担峰荷，并有部分时间担任基荷，有调相任务。本电站
11、将在距电站 95 公里处的衡阳变电所接入系统，并向衡县供电 3-4 万千瓦。 热能与动力工程毕业设计 - 3 - 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 根据水电站原始资料 ， 该水电站的水头范围为 55 80m， 查 水电站机电设计手册 水力机械表 1-4和 中小型水电站轴流式和混流式水轮机转轮系列型谱JB/6130-92可知 ， 适合此水头范围水轮机的类型有 轴流式、 斜流式和混流式。 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 ； 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。 因此 ， 选择混流式水轮
12、机。 根据本电站水头范围，初步选择 HL260/D74 作为该电站的转轮型号。 表 1-1 HL260/D74 转轮型号的相关参数 各种参数 最优工况 限制工况 导叶相对高度 b0 0.28D1 0.28D1 单位转速 n(r/min) 79.0 261 单位流量 Q（ m3/s） 1.080 1.247 效率（ %） 92.7 89.4 模型空化系数 m 0.123 0.143 最高单位飞逸转速： nR=150.4r/min 模型转轮参数： DM=0.35mZM=24 二、拟定机组台数 表 1-2 拟定的机组台数 台数 单机容量 /MW 2 190 3 127 4 95 5 76 6 63
13、55-80 米水头 380MW 水电站 机电部分 设计 - 4 - 第二节 原型水轮机主要参数的选择 根据电站建成后 ， 在电力系统的作用和供电方式以及电站运行的灵活性和检修的要求 ， 初步拟定为 2 台、 3 台、 4 台、 5 台 、 6 台五 种方案进行比较。 HL260/D74 转轮型号主要参数的选择 （一）、 2 台 1、计算转轮直径 由水轮机 P169 页可知 ， 水轮机额定出力： 4 41 9 1 0 1 9 .5 9 1 0 ( )0 .9 7Gr GNP KW （ 1-1） 式中 G -发电机效率 ， 取 0.97 GN -机组的单机容量 )(KW 由水轮机型谱可知 ， 取最
14、优单位转速 min/r79n110 与出力限制线交点的单位流量为设计工况点单位流量 ， 则可取 s/m247.1Q 3r11 ， 对应的模型效率 894.0M ，暂取效率修正值 03.0 ， 249.003.08 9 4.0 ， 模型最高效率为 249.0 。 5.1rr11r1 HQ81.9 PD41.51 9 1 09 .8 1 1 .2 4 7 6 3 .6 5 0 .9 2 4 5.84( )m（ 1-2） 式中： Pr 水轮机出力， KW. Q11r 设计工况下的单位流量 ， m3/s. 原型水轮机效率 . Hr 设计水头，初步设计时，对坝后式水电站 Hr=0.95Hp=0.95 6
15、7=63.65m 按我国规定的反击式水轮机转轮标准直径系列表（见水轮机 表 1-3） ， 计算值介于标准值 5.5m 和 6m 之间， 由四分之一 选择法， 现取 D1=5.5m 和 D1=6m。 当 D1=5.5m 时 2、计算原型水轮机的效率 9 5 8.05.5 35.0)729.01(1DD)1(1 551M10Mm a x （ 1-3） 310.0279.0589.00Mm a x （ 1-4） 925.0310.0894.0M （ 1-5） 3、同步转速的选择 11017 9 6 7 1 1 7 . 6 ( / m in )5 . 5pnHnrD （ 1-6） 热能与动力工程毕业设
16、计 - 5 - 此值介于发电机同步转速 115.4 / minr 和 125 /minr 之间，两者都取。 4、计算水轮机的运行范围 最大水头、平均水头和最小水头对应的单位转速 当 n=115.4r/min 时 11 1 m inm a x1 1 5 .4 5 .5 7 0 .9 6 ( / m in )80nDnrH （ 1-7） 111 1 1 5 . 4 5 . 5 7 7 . 5 4 ( / m in )67apnDH （ 1-8） 11 1 m a xm i n1 1 5 . 4 5 . 5 8 5 . 5 8 ( / m i n )55nDnrH （ 1-9） 当 n=125r/m
17、in 时 11 1 m inm a x1 2 5 5 .5 7 6 .8 6 ( / m in )80nDnrH 111 1 2 5 5 . 5 8 3 . 9 9 ( / m in )67apnDH 11 1 m a xm i n1 2 5 5 . 5 9 2 . 70 ( / m i n )55nDnrH 当 D1=6m 时 2、计算原型水轮机的效率 9 5 9.0635.0)729.01(1DD)1(1 551M10Mm a x 320.0279.0599.00Mm ax 9 2 6.0320.08 9 4.0M 3、同步转速的选择 11017 9 6 7 1 0 7 . 8 ( / m
18、 in )6pnHnrD 此值介于标准值 min/r1.107 和 min/r4.115 之间 ， 两者都取。 4、计算水轮机的运行范围 最大水头、平均水头和最小水头对应的单位转速 当 n=107.1r/min 时 11 1 m inm a x1 0 7 .1 6 7 1 .8 4 ( / m in )80nDnrH 111 1 0 7 . 1 6 7 8 . 5 1 ( / m in )67apnDH 55-80 米水头 380MW 水电站 机电部分 设计 - 6 - 11 1 m a xm i n1 0 7 . 1 6 8 6 . 6 5 ( / m i n )55nDnrH 当 n=11
19、5.4r/min 时 11 1 m inm a x1 1 5 .4 6 7 7 .4 1 ( / m in )80nDnrH 111 1 1 5 . 4 6 8 4 . 5 9 ( / m in )67apnDH 11 1 m a xm i n1 1 5 . 4 6 9 3 . 3 6 ( / m i n )55nDnrH （二）、 3 台 1、计算转轮直径 由水轮机 P169 页可知 ， 水轮机额定出力： 4 41 2 .6 7 1 0 1 3 .0 6 1 0 ( )0 .9 7Gr GNP KW 式中 G -发电机效率 ， 取 0.97 GN -机组的单机容量 )(KW 5.1rr11r
20、1 HQ81.9 PD41.51 3 .0 6 1 09 .8 1 1 .2 4 7 6 3 .6 5 0 .9 2 4 4.77( )m计算值介于标准值 m4.5 和 m5 之间 ， 两者都取。 当 D1=4.5m 时 2、计算原型水轮机的效率 9 5 6.05.4 35.0)279.01(1DD)1(1 551M10Mm a x 029.0279.0569.00Mm a x 9 2 3.00 2 9.08 9 4.0M 3、同步转速的选择 11017 9 6 7 1 4 3 . 7 ( / m in )4 . 5pnHnrD 此值介于标准值 136.4 / minr 和 150 /minr
21、 之间 ， 两者都取。 4、计算水轮机的运行范围 最大水头、平均水头和最小水头对应的单位转速 当 n=136.4r/min 时 热能与动力工程毕业设计 - 7 - 11 1 m inm a x1 3 6 .4 4 .5 6 8 .6 2 ( / m in )80nDnrH 111 1 3 6 . 4 4 . 5 7 4 . 9 9 ( / m in )67apnDH 11 1 m a xm i n1 3 6 . 4 4 . 5 8 2 . 76 ( / m i n )55nDnrH 当 n=150r/min 时 11 1 m inm a x1 5 0 4 .5 7 5 .4 7 ( / m i
22、n)80nDnrH 111 1 5 0 4 . 5 8 2 . 4 6 ( / m in )67apnDH 11 1 m a xm i n1 5 0 4 . 5 9 1 . 02 ( / m i n )55nDnrH 当 D1=5m 时 2、计算原型水轮机的效率 9 5 7.0535.0)279.01(1DD)1(1 551M10Mm a x 030.0279.0579.00Mm a x 9 2 4.00 3 0.08 9 4.0M 3、同步转速的选择 11017 9 6 7 1 2 9 . 3 3 ( / m in )5pnHnrD 此值介于标准值 125 /minr 和 136.4 / minr 之间 ， 两者都取。 4、计算水轮机的运行范围 最大水头、平均水头和最小水头对应的单位转速 当 n=125r/min 时 11 1 m inm a x1 2 5 5 6 9 .8 8 ( / m in)80nDnrH 111 1 2 5 5 7 6 . 3 6 ( / m in )67apnDH 11 1 m a xm i n1 2 5 5 8 4 . 2 7( / m i n )55nDnrH 当 n=136.4r/min 时 11 1 m inm a x1 3 6 .4 5 7 6 .2 5 ( / m in )80nDnrH
