河海大學(xué)熱能與動力工程畢業(yè)設(shè)～m水頭MW.doc

熱能與動力工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計摘要本設(shè)計是根據(jù)提供的原始資料對番江水電站的機(jī)電初步設(shè)計，設(shè)計內(nèi)容共分為四章：水輪機(jī)主機(jī)選型，調(diào)節(jié)保證計算及調(diào)速設(shè)備選擇，輔助設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計，電氣一次部分設(shè)計。第一章水輪機(jī)選型設(shè)計是整個設(shè)計的關(guān)鍵，根據(jù)原始資料，初步選出轉(zhuǎn)輪型號為HL260，共有9個待選方案。根據(jù)水輪機(jī)在模型綜合特性曲線上的工作范圍，初步選出3個較優(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)方案最終選出的最優(yōu)方案水輪機(jī)型號為HL260/D74，兩臺機(jī)組，轉(zhuǎn)輪直徑6.5m，轉(zhuǎn)速93.8r/min，平均效率90.36%。計算最優(yōu)方案進(jìn)出水流道的主要尺寸及廠房的主要尺寸，繪制廠房剖面圖。第二章調(diào)節(jié)保證計算及調(diào)速設(shè)備的選擇中由于本電站布置形式為單機(jī)單管，所以只對一臺機(jī)組甩全負(fù)荷情況進(jìn)行計算。調(diào)節(jié)保證計算及調(diào)速設(shè)備選擇中分別在設(shè)計水頭和最高水頭下選取導(dǎo)葉接力器直線關(guān)閉時間，計算相應(yīng)的和，使55%，并選取接力器、調(diào)速器和油壓裝置的尺寸和型號。第三章輔助設(shè)備設(shè)計中分別對水、氣、油三大輔助系統(tǒng)設(shè)計，按照要求設(shè)計各系統(tǒng)的工作方式并按照各計算參數(shù)選出油罐、水泵及儲氣罐和空壓機(jī)等設(shè)備。第四章電氣一次部分設(shè)計中，按照設(shè)計要求，先對接入系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計計算，本設(shè)計中送電線路電壓等級220KV，3回線路，送電導(dǎo)線型號；接著進(jìn)行主接線設(shè)計，對發(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)選用單元接線，選取主變型號為，送電電壓側(cè)選用五角形，近區(qū)負(fù)荷送電線路電壓等級35KV，選用2回線路，送電導(dǎo)線型號。采用發(fā)電機(jī)出線接線，通過近區(qū)變壓器升壓送電，近區(qū)變壓器型號為。自用電負(fù)荷側(cè)采用暗備用的接線方式，其變壓器的型號為。然后進(jìn)行短路計算，按設(shè)計要求，取發(fā)電機(jī)出口側(cè)、主變高壓側(cè)和近區(qū)變壓器側(cè)進(jìn)行短路計算，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)計完成。關(guān)鍵字：水輪機(jī)主機(jī)選型；水電站機(jī)電設(shè)計；蝸殼；尾水管；廠房；水輪機(jī)調(diào)節(jié)保證計算；水電站輔助設(shè)備；油、水、氣系統(tǒng)；電氣一次。abstractIt is the mechanical and electrical initial design of Dongjiang hydroelectric power station, including: hydraulic turbine and power generator designed, governor and speed control equipment designed, auxiliary equipment designed and electrical part designed.In the chapter 1 of Hydraulic Turbine and Generator Designed, there is 1 kind of hydraulic turbine HL260/D74 for selection, and there are 9 plans to be compared in this part. First, selecting better plans by comparing power output line of generator and working territories of hydraulic turbine. Second, choosing the best one by assessing investment and average efficiency of every better plan. Finally, deciding to make the third plan as the best one. In the plan, Ill use 3 units, the runner diameter is 6.5 meter,and the speed of running is 93.8r/min.In the chapter 2 of Governor and Speed Control Equipment designed, 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 calculated in design head and maximum potential head. Then, calculateand, 55%. Finally, choosing servomotor, governor and oil-handling facility.In the chapter 3 of Auxiliary Equipment, this part is designed for watering and drainage system, air supply system and turbine oil system designed. According to designing requirement, Ill select the right kind of turbine oil tanks, water pumps, air receiver and compressor.In the chapter 4 of Electrical part, first of all, it should design intake system. The voltage step of transmitted wire is 220KV, 3 lines, and the wire is . Secondly, it should design main wire. Generator side and 110KV side , load nearby side and using for station side should be included. Generator side: unit wiring, the transformer is. load nearby side: transmit and transformer unit; using for station side: single bus and wiring in sections. Thirdly, it should calculate short current, including . Finally, fixing out electrical equipment according to and . Thats all. Key words: Hydraulic turbline Screel case Regulate and guarantee to calculate Auxiliary Electrical part.目 錄原始資料 5第一章 水輪機(jī)的選型設(shè)計 7第一節(jié) 水輪機(jī)型號選定 7第二節(jié) 原型水輪機(jī)主要參數(shù)的選擇 7 一 三臺機(jī)組 7 二 四臺機(jī)組 10 三 五臺機(jī)組 10 四 六臺機(jī)組 10五 各方案參數(shù)列表 10第三節(jié) 較優(yōu)方案選擇 10第四節(jié) 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計算 12一 動能經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 12二 機(jī)電設(shè)備投資和耗鋼量 14第五節(jié) 最優(yōu)方案選擇 17一 水利機(jī)械投資估算表 17二 電氣部分投資估算表 17三 最優(yōu)方案的主要參數(shù) 19第六節(jié) 最優(yōu)方案的進(jìn)出水流道設(shè)計 20一 轉(zhuǎn)輪的計算 20二 蝸殼計算 20三 尾水管計算 25第七節(jié) 繪制廠房橫剖面圖 26 一 發(fā)電機(jī)外型尺寸估算 26 二 廠房各高程的確定 28 三 廠房寬度的確定 30 三 主廠房長度確定 30第二章 調(diào)節(jié)保證計算及調(diào)速設(shè)備的選擇 32第一節(jié) 設(shè)計水頭下甩全負(fù)荷時的調(diào)保計算 32 一 已知計算參數(shù) 32 二 管道特性計算 32 三 水擊壓力升高計算 34 四 轉(zhuǎn)速上升計算 37 第二節(jié) 最大水頭下甩全負(fù)荷下的調(diào)保計算 38 一 管道特性系數(shù) 38 二 水擊壓力升高計算 41 三 轉(zhuǎn)速上升計算 43 第三節(jié) 調(diào)速設(shè)備的選擇 44第三章 輔助設(shè)備選擇 45 第一節(jié) 水系統(tǒng) 45 一 技術(shù)供水系統(tǒng)45 二 消防和生活供水 50 三 檢修排水 51 四 滲漏排水 53 第二節(jié) 氣系統(tǒng) 53 一 氣系統(tǒng)用戶 53 二 供氣方式 54 三 設(shè)備選擇 54 第三節(jié) 透平油系統(tǒng) 57 一 透平油系統(tǒng)供油對象 .57 二 用油量估算 57 三 油桶及油處理設(shè)備選擇 58第四章 電氣部分 59 第一節(jié) 接入系統(tǒng)設(shè)計 59 第二節(jié) 電氣主接線設(shè)計 59 一 發(fā)電機(jī)電壓側(cè) 59 二 近區(qū)負(fù)荷側(cè) 60 三 送電電壓側(cè) 62 四 電廠自用電側(cè) 63 第三節(jié) 短路電流計算 65 一化簡電路圖 67 二 計算短路電流 71 第四節(jié) 設(shè)備選擇 85 一 斷路器選擇 85 二 隔離開關(guān)選擇88 三 變壓器中性點(diǎn)隔離開關(guān)選擇 91 四 避雷器的選擇 91 五 電流互感器的選擇 91 六 電壓互感器的選擇 92 七 其它設(shè)備選擇 92附錄一 效率和出力計算結(jié)果 94附錄二 番口水電站電力系統(tǒng)接線圖 98參考文獻(xiàn) 102原始資料 番口水電站位于我國河北省北部，灤河干流上，番口水庫是綜合利用的多年調(diào)節(jié)水庫，主要任務(wù)是調(diào)節(jié)灤河水量供天津市和唐山地區(qū)工農(nóng)業(yè)用水，引水結(jié)合發(fā)電，兼顧防洪。番口水電站建成后并入京津唐點(diǎn)網(wǎng)運(yùn)行，在系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)調(diào)峰、調(diào)相和事故備用。電站為壩后式。河谷寬約600米，主河槽位于右岸，寬為100米，大壩溢流段350米，布置在左岸。廠房布置在右岸非溢流壩壩后，鐵路右岸下游方向進(jìn)廠。壓力鋼管為140米。本電站下游水位曲線見下圖： 基本參數(shù)：電站總裝機(jī)45萬千瓦，最高水頭為80米，平均水頭60米，最小水頭45米，年利用小時數(shù)為2010保證出力為13萬千瓦。其千年洪水位為155.1米，五百年洪水位153.9米。本地區(qū)年平均氣溫16.5度，實(shí)測最高溫度37.6度，實(shí)測最低溫度-15.8度，電站建成后將在距離80公里的唐山變電所接入系統(tǒng),（電力系統(tǒng)接線圖參見電氣部分），并向太平莊供電5000千瓦，送電距離20公里。番口水電站設(shè)計主要包括四部分內(nèi)容：水輪機(jī)主機(jī)選型設(shè)計，調(diào)節(jié)保證計算及調(diào)速設(shè)備選擇設(shè)計，輔助設(shè)備系統(tǒng)（包括透平油、水、氣系統(tǒng)）設(shè)計和電氣部分設(shè)計。設(shè)計原則：選擇效率最高，經(jīng)濟(jì)投資最少的，綜合效益最好的作為最優(yōu)方案。設(shè)計程序：1、按給定特征水頭決定機(jī)組型號；2、擬定機(jī)組臺數(shù)；3、確定水輪機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)直徑和標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速；4、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計算和比較；5、選出最優(yōu)方案。第一章 水輪機(jī)組選型設(shè)計第一節(jié) 水輪機(jī)型號的初步選擇一、水電站的主要參數(shù)Hmax=80m Ha=60m Hmin=45m Hr=57m?？傃b機(jī)容量400MW二、轉(zhuǎn)輪的形式水電站的水頭范圍為4580m，根據(jù)型譜新轉(zhuǎn)輪性能曲線及流道尺寸匯編中的中小型混流式水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪主要參數(shù)表，推薦使用水頭范圍，確定轉(zhuǎn)輪型號為HL260/D74.第二節(jié) 水輪機(jī)主要參數(shù)的確定按電站建成后，在電力系統(tǒng)的作用和供電方式，電站裝機(jī)臺數(shù)分別按2臺、3臺、4臺、5臺、6臺五種方案進(jìn)行比較。一、裝機(jī)臺數(shù)2臺，單機(jī)容量200000kW（一）水輪機(jī)設(shè)計水頭下出力NG=200000kW，發(fā)電機(jī)效率=0.98，因此水輪機(jī)設(shè)計水頭下的出力為 （1-1）式中：發(fā)電機(jī)效率，取0.98；機(jī)組的單機(jī)容量kW；（二）水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑初估時，可以近似取所選擇的額定工況點(diǎn)的模型效率，再加上3%的修正值，即，Q11值一般取特性曲線上最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速n110與5%出力限制線交點(diǎn)相應(yīng)的Q11=1.247m3/s。（1-2）式中：水輪機(jī)原型率；Pr機(jī)組的單機(jī)容量kW；Q11模型單位流量m3/s；Hr設(shè)計水頭m；按我國規(guī)定的轉(zhuǎn)輪直徑系列，計算值處于標(biāo)準(zhǔn)值6.0 m和6.5m之間，取D1=6.5m。（三）計算原型水輪機(jī)的效率當(dāng)D1=6.5m時，（1-5）式中：水輪機(jī)模型最優(yōu)工況效率；D1M轉(zhuǎn)輪模型直徑m；D1轉(zhuǎn)輪原型直徑m；（1-6）式中：水輪機(jī)原型最優(yōu)工況效率；水輪機(jī)模型最優(yōu)工況效率；限制工況原型水輪機(jī)效率：，與假設(shè)效率0.920誤差小于5%，故計算通過。（四）同步轉(zhuǎn)速n（1-3）式中：n11r水輪機(jī)模型設(shè)計轉(zhuǎn)速r/min；n11r=n11M+n11; n11=n11T-n11M=;故n110.03 n11M ,所以 n11可以忽略 ，即 n11r=n11M HA平均水頭m； D1轉(zhuǎn)輪直徑m；當(dāng)D1=6.5m時，n介于93.8r/min與100r/min之間，故取n=93.8r/min。（五）檢驗(yàn)水輪機(jī)的運(yùn)行范圍最大水頭、最小水頭和平均水頭對應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速 D1=6.5m，n=93.8r/min（1-9）（1-10）（1-11）式中：n水輪機(jī)額定轉(zhuǎn)速r/min；D1轉(zhuǎn)輪原型直徑m；H水頭m；二、裝機(jī)臺數(shù)3臺，單機(jī)容量133300kW計算方法同上，采用Excel表格處理。具體計算過程見附表，計算結(jié)果見各方案計算數(shù)據(jù)列表。三、裝機(jī)臺數(shù)4臺，單機(jī)容量100000kW計算方法同上，采用Excel表格處理。具體計算過程見附表，計算結(jié)果見各方案計算數(shù)據(jù)列表。四、裝機(jī)臺數(shù)5臺，單機(jī)容量80000kW計算方法同上，采用Excel表格處理。具體計算過程見附表，計算結(jié)果見各方案計算數(shù)據(jù)列表。五、裝機(jī)臺數(shù)6臺，單機(jī)容量66700kW計算方法同上，采用Excel表格處理。具體計算過程見附表，計算結(jié)果見各方案計算數(shù)據(jù)列表。各方案列表如下表1-1各方案計算數(shù)據(jù)列表方案裝機(jī)臺數(shù)單機(jī)容量kw標(biāo)稱直徑m同步轉(zhuǎn)速r/min水頭m轉(zhuǎn)速r/min122000006.593.84590.96078.78068.2231333007.0107.14587.86076.18065.9331333005.5115.44594.66081.98071431333005115.445866074.58064.5531333005125.04593.26080.78069.9641000004.5136.44591.56079.28068.675800004.1136.44583.46072.28062.586667003.81504584.96073.68063.496667003.8166.74594.46081.88070.8第三節(jié) 較優(yōu)方案的選擇一、 較優(yōu)方案的選擇（一）選擇方法將以上各待選方案的n11max、n11A、n11min三條直線畫在各自的模型綜合特性曲線上，以每兩個方案為一個比較組。選擇三條直線包圍高效區(qū)最好，并且n11A通過最高效率區(qū)的方案為較優(yōu)的方案。當(dāng)在一張圖上有兩個或兩個以上的方案都能較好的包圍高效區(qū)時，則用迭代法計算水輪機(jī)的單位流量，包括設(shè)計水頭與最大水頭。繪制（Q11min，n11max）（Q11r，n11r）的連線，盡可能多的包圍最高效率區(qū)。其中Q11r超過了出力限制線，說明D1選的太?。蝗粜∮诔隽ο拗凭€，則說明D1選的太大。計算的公式如下：（1-21）（1-22）式中：Pr機(jī)組的單機(jī)容量kW；D1轉(zhuǎn)輪原型直徑m；H水頭m；n水輪機(jī)額定轉(zhuǎn)速r/min；水輪機(jī)原型效率；（二）在模型綜合特性曲線上比較方案的幾點(diǎn)說明1. 在最小水頭下，水輪機(jī)不能發(fā)出額定出力，此時水輪機(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；2. 在最大水頭和設(shè)計水頭下的Q11值，是利用原型水輪機(jī)效率計算出來的Q11，但是Q11和此水頭對應(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，因此需要試算，求出較準(zhǔn)確的Q11；3. 試算法的基本過程：首先假定一個，由式（1-21）計算出一個Q11，再由Q11和對應(yīng)水頭的n11在圖上找到一點(diǎn)，并查出此點(diǎn)的，將此轉(zhuǎn)換成原型效率（按限制工況點(diǎn)效率誤差計）。再代入式（1-21）計算出Q11，此時可比較兩次計算的Q11是否相同。若不等，重復(fù)前面的過程，直到兩次計算的Q11相同為止。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%即可停止迭代式算。4. 繪制（Q11min，n11max）（Q11r，n11r）的連線，找到與出力限制線的交點(diǎn)，讀取其n11值，按式（1-22）反算得設(shè)計水頭HR，此值用來計算運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線的水輪機(jī)出力限制線。二、進(jìn)行較優(yōu)方案的選擇方案編號1、6、8都能較好地包圍最高效率區(qū)，對這幾個方案進(jìn)行迭代式算，進(jìn)一步確定較優(yōu)方案。表1-3優(yōu)選方案列表方案轉(zhuǎn)輪型號臺數(shù)單機(jī)容量kW轉(zhuǎn)輪直徑m轉(zhuǎn)速r/min1HL260/D7422000006.593.86HL260/D7441000004.5136.48HL260/D746667003.8150第四節(jié) 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計算一、動能經(jīng)濟(jì)指標(biāo)根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線，求各方案的平均效率。（一）繪制轉(zhuǎn)輪運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線等效率曲線的繪制：1. 在水輪機(jī)工作水頭范圍（HminHmax）內(nèi)取4個水頭值（包括Hmin、HA、H2、Hmax）。計算各水頭對應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速n11，以各n11值在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m計算出原型水輪機(jī)的效率和出力P。具體結(jié)果見附表。然后對每個水頭值作等效率曲線。2. 在曲線上做某效率值水平線與曲線相交，找出各交點(diǎn)的P、H值。3. 建立PH坐標(biāo)系，并在其中繪出計算中所選水頭值的水平線，將2中得到的各交點(diǎn)按其H、P值對應(yīng)點(diǎn)到PH坐標(biāo)系中，連接各點(diǎn)即得到某效率值的等效率線。4. 繪制出力限制線。在HRHmax之間，是一條P=NG的直線L1，在HminHR之間的出力限制線是HR和Hmin在額定出力時對應(yīng)的出力的連線L2，L1和L2的交點(diǎn)即為（HR，Pr）。各方案的曲線見附圖。（二）根據(jù)所繪制的運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線計算各方案的平均效率1.利用面積法求各方案的平均效率（1-23）式中1、2為特性曲線上相鄰等效率線上的效率值，Ai為兩相鄰效率線之間的面積。具體結(jié)果見附表。二、機(jī)電設(shè)備投資和耗鋼量（一）水力機(jī)械部分1水輪機(jī)(1).水輪機(jī)的重量G查水力機(jī)械圖2-55，方案1， D1=6.5m，G=1130t，總重11302=2260t；方案6， D1=4.5m，G=445t，總重4454=1780t；方案8，D1=3.8m，G=290t，總重2906=1740t；(2).水輪機(jī)的價格按3.5萬元/噸計算方案1， 總價=22603.5=7910萬元；方案6，總價=17803.5=6230萬元；方案8，總價=17403.5=6090萬元；2.調(diào)速器按30.0萬元/臺來考慮，故各方案總價估算如下：方案1， 總價=230.0=60 萬元；方案6，總價=430.0=120萬元；方案8，總價=630.0=180萬元；3.起重設(shè)備起重機(jī)允許起吊的最大的重量（包括平衡梁和吊具）稱為額定起重量。額定起重量應(yīng)等于或大于最重吊運(yùn)件（懸式機(jī)組為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子帶軸，傘式機(jī)組的大軸帶轉(zhuǎn)輪的重量有可能大于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子帶軸）加起吊工具（包括平衡梁和專用吊具）的重量。因此首先要計算水輪發(fā)電機(jī)的外形尺寸，確定發(fā)電安裝的結(jié)構(gòu)形式，從而判斷最重的起吊部件是否是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子帶軸。(1).水輪發(fā)電機(jī)基本尺寸的估算極距 cm：（1-27）式中：K1系數(shù)，K1=9.012.5（中容量）或8.310.7（大容量、高速的取上限），取10；Sn發(fā)電機(jī)視在額定功率kVA，為功率因數(shù)；P極對數(shù)，可由同步轉(zhuǎn)速查得；方案1， K1=10，NG=200000kW，=0.85，P=32， =77.9cm；方案6，K1=10，NG=100000kW，=0.85，P=22， = 71.9cm；方案8，K1=10，NG=66700kW，=0.85，P=20， = 66.6cm；定子鐵芯內(nèi)徑Di cm：（1-28）式中：極距，cm；P極對數(shù)，可由同步轉(zhuǎn)速查得；方案1， =77.9cm，P=36，Di=1587.8cm；方案6， =71.9cm，P=22，Di=1007.5cm；方案8， =66.6cm，P=20，Di=848.4cm；定子鐵芯長度lt cm：（1-29）式中：C發(fā)電機(jī)利用系數(shù)，從表2-7中查得；Sn發(fā)電機(jī)視在額定功率kVA，；Di定子鐵芯內(nèi)徑cm；nN發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速r/min；方案1， C=6.2610-6，Di=1587.8cm，nN=93.8r/min，lt=161.3cm；方案6， C=6.2610-6，Di=1007.5cm，nN=136.4r/min，lt=144.5cm；方案8，C=6.2610-6，Di=848.4cm，nN=150r/min，lt=129.6cm；(2).選擇發(fā)電機(jī)安裝結(jié)構(gòu)形式懸式機(jī)組：徑向機(jī)械穩(wěn)定性好，軸承損耗較小，維護(hù)檢修方便；傘式機(jī)組：總高度比懸式低，可以降低水電站廠房高度，減輕機(jī)組重量，因?yàn)橥屏S承直徑較大，故其軸承損耗比懸式大。（1-30）式中：Di定子鐵芯內(nèi)徑cm；lt定子鐵芯長度cm；nN發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速r/min；當(dāng)時，多采用懸式機(jī)組；當(dāng)時，多采用半傘式機(jī)組；當(dāng)時，多采用傘式機(jī)組。方案1， Di=1587.8cm，nN=93.8r/min，lt=161.3cm，0.105，采用全傘式機(jī)組；方案6，Di=1007.5cm，nN=136.4r/min，lt=144.5cm，0.051，采用全傘式機(jī)組；方案8，Di=848.4cm，nN=129.6r/min，lt=150cm，0.044，采用半傘式機(jī)組；三種方案的機(jī)組都是傘式，因此起重機(jī)吊起的最大部件可能為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子帶軸，或者水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪帶軸。但此時水輪機(jī)軸伸暫時無法獲得，故先按發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子帶軸進(jìn)行試算。(3).發(fā)電機(jī)重量GF t：（1-31）式中：KG估算系數(shù)，懸式取810，傘式79，取8；Sn發(fā)電機(jī)視在額定功率kVA，；nN發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速r/min；方案1， NG=200000kW，=0.85，nN=93.8r/min， GF=1476.8t；方案6，NG=100000kW，=0.85，nN=136.4r/min， GF=724.9t；方案8，NG=66700kW，=0.85，nN=150r/min， GF=519.4t；(4).發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子帶軸重量Gr t：（1-32） 在此系數(shù)取0.5；方案1， GF=1476.9t，Gr=738.45t；方案6，GF=724.9t，Gr=362.45t；方案8，GF=519.4t，Gr=259.7t；(5).起重機(jī)重量估算初估時，起重機(jī)跨度=D14.5m方案1，Gr=738.45t，由平衡梁起重量選取平衡梁，查得其自重46t，。由此，名義起重量=738.45+46=784.45t。初選跨距Lk=6.54.5=29.25m。擬選配兩臺單小車橋式起重機(jī)2400，查得其夸距為Lk=25m，由此查圖確定單小車橋式起重機(jī)總重=2282=456t；方案6，Gr=362.45t，由平衡梁起重量選取平衡梁，查得其自重9.647t，再選取吊鉤，查得吊鉤自重5.4882t。由此，名義起重量=362.45+9.647+5.4882=383.073t。初選跨距Lk=4.54.5=20.25m。擬選配雙小車橋式起重機(jī)2200t，查得其夸距為Lk=21m，由此查圖確定雙小車橋式起重機(jī)總重=183t；方案8，Gr=259.7t，由平衡梁起重量選取平衡梁，查得其自重6.135t，再選取吊鉤，查得吊鉤自重4.0062t。由此，名義起重量=259.7+6.135+4.0062=273.847t。初選跨距Lk=3.84.5=17.1m。擬選配雙小車橋式起重機(jī)2150t，查得其夸距為Lk=19m，由此查圖確定雙小車橋式起重機(jī)總重=129t；(6).起重機(jī)總價按2.2萬元/噸計算方案1， 起重機(jī)總重=456t，起重機(jī)單價=4562.2=1003.2萬元；方案6，起重機(jī)總重=183t，起重機(jī)單價=1832.2=402.6萬元；方案8，起重機(jī)總重=129t，起重機(jī)單價=1292.2=283.8萬元；（二）輔助設(shè)備部分（壩后式不設(shè)主閥）輔助設(shè)備總投資：輔助設(shè)備總投資=K%（水輪機(jī)+調(diào)速器）主閥價格（1-33）方案1， NG=200000KW，查原始資料得K=2.6%，總價為： 2.6%（7910+60）=207.22萬元；方案6，NG=100000KW，查原始資料得K=3.6%，總價為： 3.6%（6230+120）=228.6萬元；方案8，NG=66700KW，查原始資料得K=4.4%，總價為： 4,4%（6090+180）=275.88萬元；（三）設(shè)備安裝運(yùn)輸費(fèi)安裝設(shè)備運(yùn)輸費(fèi)=k%設(shè)備總價（1-34）設(shè)備總價=水輪機(jī)+調(diào)速器+起重設(shè)備+輔助設(shè)備方案1， NG=200000KW，查原始資料得K=7.5%，總價為： 7.4%（7910+60+1003.2+207.22）=688.53萬元；方案6，NG=100000KW，查原始資料得K=8%，總價為： 8%（6230+120+402.6+228.6）=558.49萬元；方案8，NG=90000KW，查原始資料得K=8.1%，總價為： 8.1%（6090+180+283.8+275.88）=553.2萬元；（四）電氣部分1.水輪發(fā)電機(jī)現(xiàn)求發(fā)電機(jī)總價按4.0萬元/噸計算方案1， GF=1476.9t，總價=1476.924.0=11815.2萬元；方案6， GF=724.9t，總價=724.944.0=11598.4萬元；方案8，GF=519.4t， 總價=519.464.0=12465.6萬元；2.變壓器高壓按單母線接線方式；線路的輸送容量為220MW，選220KV的電壓等級。初步設(shè)計時，按發(fā)電機(jī)變壓器單元接線，則主變壓器容量應(yīng)不小于或等于一臺發(fā)電機(jī)的視在功率。按5.0萬元/噸計算方案1， NG=200000KW，=0.85，求得Sn=235294KVA。查表變壓器重量180t?？們r=18025.0=1800萬元；方案6，NG=100000萬KW，=0.85，求得Sn=117647KVA。查表變壓器重量125t。總價=12545.0=2500萬元；方案8，NG=66700萬KW，=0.85，求得Sn=78470KVA。查表變壓器重量100t。總價=10065.0=3000萬元；3.開關(guān)設(shè)備當(dāng)發(fā)電機(jī)雙繞組變壓器單元接線時，發(fā)電機(jī)出口不裝設(shè)斷路器，因?yàn)橹圃爝@樣大的斷路器很困難價格十分昂貴。在初步設(shè)計時，考慮到目前普遍使用S6F6型開關(guān)，其單臺發(fā)電機(jī)安裝總價按100.0萬元計算，每臺機(jī)組裝2臺開關(guān)，由此計算各方案開關(guān)設(shè)備投資如下：方案1， 總價100.022=400萬元；方案6，總價100.024=800萬元；方案8，總價100.026=1200萬元；4.自動化設(shè)備總價估算時以變壓器和開關(guān)設(shè)備總價的10%計算。計算結(jié)果如下：方案1， 總價10%（11815.2+1800+400）=1901.52萬元；方案6，總價10%（11598.4+2500+800）=1489.84萬元；方案8，總價10%（12465.6+3000+1200）=1666.56萬元；5.電氣部分運(yùn)輸費(fèi)初步設(shè)計時以發(fā)電機(jī)、變壓器、開關(guān)設(shè)備和電氣自動化設(shè)備的總價的k%計算，各方案的k%已在前計算水力機(jī)械設(shè)備安裝運(yùn)輸費(fèi)時查得。方案1， 總價7.5%（11815.2+1800+400+1901.52）=1193.75萬元；方案6， 總價8%（11598.4+2500+800+1489.84）=1311.06萬元；方案8，總價8.1%（12465.6+3000+1200+1666.56）=1484.9萬元；第五節(jié) 最優(yōu)方案選擇一、各待選方案的綜合比較表1-4水力機(jī)械投資估算表168水輪機(jī)單重t/臺1130445290水輪機(jī)總重 t226017801740水輪機(jī)單價 萬元/t3.5水輪機(jī)總價 萬元/t7190.0062306090調(diào)速器單價 萬元/臺30調(diào)速器總價 萬元60120180起重機(jī)重量 t456280129起重機(jī)總價 萬元1003.2402.6283.8輔助設(shè)備投資 萬元207.22228.6275.88安裝運(yùn)輸費(fèi) 萬元688.53558.49553.2總投資 萬元9869.957539.697382.88表1-5電氣部分投資估算表168發(fā)電機(jī)單重 t/臺1476.9724.9519.4發(fā)電機(jī)總重 t2953.82899.63116.4發(fā)電機(jī)單價 萬元/t4發(fā)電機(jī)總價 萬元11815.211598.412465.6變壓器總價 萬元180025003000開關(guān)總價 萬元4008001200自動化設(shè)備總價 萬元1901.521489.841666.56設(shè)備安裝運(yùn)輸費(fèi) 萬元1193.751311.061484.9總投資 萬元15716.7218099.319817.06表1-6水輪機(jī)方案比較綜合表168最大水頭Hmax m80最小水頭Hmin m45平均水頭HA m60裝機(jī)容量Ny MW400水輪機(jī)型號HL260/D74單機(jī)容量N kW20000010000066700機(jī)組臺數(shù)246轉(zhuǎn)輪直徑D1 m6.54.53.8機(jī)組轉(zhuǎn)速n r/min93.8136.4150計算水頭Hr m606060水輪機(jī)平均效率90.3690.1189.43模型效率最高時的單位轉(zhuǎn)速70r/min總投資 萬元25585.6725638.9927199.94單位千瓦投資 元/kW639.64640.97697.99二、確定最優(yōu)方案經(jīng)觀察比較，方案一的平均效率最高，并且單位千瓦投資最少，故確定方案一為最優(yōu)方案。三、最優(yōu)方案主要參數(shù)（一）設(shè)計流量（1-36）式中：Q11R設(shè)計單位流量m3/s；D1轉(zhuǎn)輪原型直徑m；HR設(shè)計水頭m；（二）吸出高度Hs值確定水輪機(jī)安裝高程的尾水位稱為設(shè)計尾水位，設(shè)計尾水位可根據(jù)水輪機(jī)的過流量從下游水位與流量關(guān)系曲線中查得。電站裝機(jī)2臺，下游尾水位應(yīng)由一臺機(jī)的設(shè)計流量從表中查得，電站裝置2臺水輪機(jī)的額定流量計算。QR=397.8m3/s，查曲線得尾=149.75m；（1-37）式中：水輪機(jī)安裝高程m；電站氣蝕安全系數(shù)=1.15；水輪機(jī)模型氣蝕系數(shù)=0.143；HR設(shè)計水頭m； 綜合考慮多方面的因素，取Hs=-0.46m。（三）飛逸轉(zhuǎn)速（1-39）式中：n11R水輪機(jī)模型單位飛逸轉(zhuǎn)速r/min；Hmax最大水頭m；D1轉(zhuǎn)輪直徑m；表1-7最優(yōu)方案參數(shù)列表轉(zhuǎn)輪型號HL260/D74最大水頭Hmax m80最小水頭Hmin m45平均水頭HA m60單機(jī)容量N kW200000水輪機(jī)額定出力kW235294機(jī)組臺數(shù)2轉(zhuǎn)輪直徑D1 m6.5機(jī)組轉(zhuǎn)速n r/min93.8飛逸轉(zhuǎn)速n r/min177.55水輪機(jī)平均效率0.9036模型最高效率時的 r/min75水輪機(jī)吸出高度Hs m-0.46第六節(jié) 最優(yōu)方案的進(jìn)出流水道計算一、轉(zhuǎn)輪的計算圖1-1 轉(zhuǎn)輪計算示意圖表1-8HL具體尺寸 單位：mmD2D3b0D4h11.0861.160.280.7220.069二、蝸殼計算（一）蝸殼型式、斷面形狀和包角的確定由于本站應(yīng)用水頭在45m80m，水頭大于40m，采用金屬蝸殼，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，采用橢圓形斷面，蝸殼的包角為345。（二）座環(huán)的確定水輪機(jī)的座環(huán)是承受水輪發(fā)電機(jī)組的重量、蝸殼上部部分混凝土重量以及水壓力，并將其傳遞到電站基礎(chǔ)上去的部件。與金屬蝸殼連接的座環(huán)有兩種：一種是帶蝶形邊座環(huán)；一種是無蝶形邊座環(huán)。在此采用帶蝶形邊座環(huán)，其錐角=55。關(guān)于h的估計采用經(jīng)驗(yàn)公式：（1-41）式中：b0導(dǎo)葉高度mm，；r座環(huán)蝶形邊半徑mm；其有關(guān)尺寸見下表：表1-9座環(huán)參數(shù) 單位：mmDaDbKrh1000085001756001326（三）蝸殼參數(shù)計算圖1-2 蝸殼計算示意圖1.蝸殼進(jìn)口斷面(1).進(jìn)口斷面流量（1-42）式中：蝸殼包角；QR設(shè)計流量m3/s；(2).進(jìn)口斷面流速（1-43）式中：K金屬蝸殼流速系數(shù)K=0.91；(3).進(jìn)口斷面半徑（1-44）式中：Q0進(jìn)口斷面流量m3/s；v0進(jìn)口斷面流速m/s；(4).進(jìn)口斷面中心距（1-45）式中：Da座環(huán)進(jìn)水邊直徑m；K座環(huán)進(jìn)水邊間隙m；蝸殼進(jìn)口斷面半徑m；h座環(huán)半高m；(5).由進(jìn)口斷面尺寸求出蝸殼系數(shù)和蝸殼常數(shù)（1-46）式中：蝸殼包角；a0蝸殼進(jìn)口斷面中心距m；蝸殼進(jìn)口斷面半徑m；(6).進(jìn)口斷面外徑（1-47）式中：a0蝸殼進(jìn)口斷面中心距m；蝸殼進(jìn)口斷面半徑m；2.圓斷面計算（1-48）（1-49）（1-50）（1-51）式中：各參數(shù)含義見計算示意圖；3.橢圓斷面的計算橢圓斷面的起始角為：（1-52）橢圓短半徑（1-53）與圓的同等面積（1-54）（1-55）（1-56）式中：座環(huán)蝶形邊中心角； C蝸殼系數(shù)；其他參數(shù)含義見計算示意圖；橢圓斷面長半徑（1-57）