水电站课设_14_张k.doc

..CHANGCHUNINSTITUTEOFTECHNOLOGY水电站课程设计计算书学生：柯学院名称：水利与环境工程学院专业名称：水利水电工程班级名称：水电1342学号：1306411214指导教师：董天松工程学院水利与环境工程学院2016年12月9日.... ..目录前言11．设计基本资料22水轮机选型22.1水轮机型号选择22.2装置方式的选择32.3水轮机参数计算32.3.1HL240型水轮机方案主要参数选择.32.3.2ZZ440型水轮机方案主要参数选择52.3.3HL240型水轮机及ZZ44型水轮机两种方案的比较92.4水轮机蜗壳设计102.4.1蜗壳形式的选择102.5.2断面形状及包角的选择102.5.3进口断面面积及尺寸的确定102.6尾水管设计122.6.1尾水管的形式122.6.2弯肘形尾水管部分尺寸的确定122.7发电机的选择132.7.1发电机型式的选择132.7.2水轮发电机的结构尺寸133.厂房尺寸确定153.1主厂房长度的确定153.2主厂房宽度的确定163.3主厂房高程的确定18.... ..前言本课程设计主要是水利水电枢纽工程中水电站厂房设计的部分工作。设计目的在于进一步巩固和加深厂房部分的理论知识，培养学生独立思考、分析问题及运用理论知识解决实际问题的能力，提高学生制图、使用现行规、查阅技术资料、使用技术资料的能力以及编写设计说明书的能力。通过该课程设计使学生初步掌握水电站厂房设计的容、步骤和方法。根据已有的原始资料和设计要求进行设计，主要容有：水电站总体布置，水轮机型号的选择以及水轮机特性曲线的绘制，蜗壳尺寸的确定，尾水管尺寸的确定，水电站厂房尺寸的确定，以及吊车梁的设计等，并根据要求绘制相应的平面布置图和剖面图。.... ..1．设计基本资料资料：某水利枢纽工程，具有防洪、灌溉、发电、养殖、旅游等功能。水电站厂房为坝后式，通过水能计算该水电站装机容量为25Mw，厂房所在处平均地面高程439.20m（1）水位经多水位方案比较，最终采用正常蓄水位为：470.00m，死水位为：459.00m，距厂房下游100m处下游水位流量关系见下表：下游水位～流量关系流量m3/s4.29.214.219.229.239.259.279.2水位m430.80430.95431.06431.16431.35431.50431.75431.95（2）机组供水方式：采用单元供水（3）水头该水电站水头围：Hmax=39.00mHmin=28.00m加权平均水头Ha=33.00m2水轮机选型2.1水轮机型号选择水轮机型号的选择中起主要作用的是水头,本电站工作水头围为28.00～39.00根据水头围从型谱中查得HL240型和ZZ440型适应水头两种型号均适用。将两种机型作为初选方案计算其参数作分析比较确定一种作为最终方案.... ..2.2装置方式的选择在大中型水电站中,其水轮机发电机组尺寸一般较大,安装高程也较低,因此七装置方式多采用立轴式。它可使发电机的安装高程较高不易受潮,机组的传动效率较高而且水电站厂房的面积较小,因此本设计采用立轴式装置,设置三台机组。2.3水轮机参数计算2.3.1HL240型水轮机方案主要参数选择.1）转轮直径的计算查表3—6和图3—12得HL240型水轮机在限制工况下的单位流量=1.24m3/s，效率=90.4%，由此可以初步假定原水轮机的单位流量==1.24m3/s,效率=92%.式中：——水轮机标称直径——水轮机单位流量查得=1240L/s=1.24——设计水头—水轮机额定出力代入式中得查表3—12水轮机转轮标称直径系列，选用相近而偏大的标准直径：2）转速计算=r/min式中——单位转速采用最优单位转速r/minH——采用设计水头33.00.... ..D1——采用选用的标准直径D1=1.4选择相近而偏大的转速n=300r/min3）效率及单位参数修正查表3—9可得HL240型水轮机在最优工况下的模型最高效率=92.0%,模型转轮直径D=0.46,由公式：=1-(1-)=1-(1-0.92)×=0.936=93.6%则=--=93.6%-92%-1%=0.6%=+=90.4%+0.6%=91.0%(与假设基本相同)（2）单位转速修正因为,=%<3%所以，不需要修正。则原假定的n=300r/min,Q1′=1.24m3/s,D1=1.4是正确的。4工作围检验在选定=1.4,=300r/min后,水轮机的及特征水头相对应的可以计算出来.===1.1996<1.24m3/s水轮机的最大引用流量为各个特征水头相对应的单位转速.... ..6）吸出高程的计算，查图3-21得，在空化系数修正曲线中（图2-28）查得式中：——当地高程为438.6——气蚀系数H——水头7）安装高程的计算HL240型水轮机的安装高程的计算=431.05+2.3+0.511/2=433.605与图不符式中：导叶相对高度b0/D1=0.365为设计尾水位431.05根据流量和下游水位关系曲线画图得到为吸出高度2.3.2ZZ440型水轮机方案主要参数选择ZZ440型适用水头围25～45,其模型参数如表2-3.... ..表2-3叶片数m0导叶相对高度b0/D1’最优单位转速（r/min）限制工况单位流量（m3/s）气蚀系数模型直径D1m（m）实验水头Hm（m）60.3751151.650.720.463.51）选择转轮标称直径由上表查得ZZ440型水轮机在限制工况下的单位流量′=1.65m3/s,同时该工况的气蚀系数=0.72,在空蚀系数修正曲线图2-28中查得，[]=-4时其相应的气蚀系数：=0.396=<0.72式中为气蚀系数修正值，由图2-26查得=0.035。在满足-4m吸出高度的前提下,从图可查知(=115r/min,=0.40处的流量Q1′=1120L/s,M=87%,假定水轮机的效率为89.5%.D1==1.45选用与之接近的标称直径D1=1.62）选择额定转速式中：n1’——单位转速，采用n1’=115r/minHa——水头采用Ha=33采用与其接近的同步转速n=428.6r/min磁极对数p=103）效率及单位参数的修正查表3-10查得ZZ440水轮机试验水头，模型转轮直径。对轴流转桨式水轮机，当叶片转角为时，原型水轮机最大效率.... ..效率修正值-，对不同装置角计算结果列表如表2-4叶片转角-10°-5°0°5°10°15°84.98888.888.387.28688.891.191.791.490.689.7-3.93.12.93.13.43.72.92.11.92.12.42.7表2-4ZZ440型水轮机效率修正值计算表由于最优工况接近于=0°的时候.故采用=1.93%作为修正值则原型的最高效率=+=89%+1.93%=90.93%已知在吸出高程为-4m,限制工况点(=115r/min,)处的模型效率=87.0%而该工况在5°—10°之间，用差法可求得=2.4%.由此可得该工况点的原型水轮机效率为=87.0%+2.4%=89.4%（与上假定相近）故D1=1.6m,n=428.6r/min是正确的4）工作围校核根据选定参数，可求出模型水轮机的最大单位流量==水轮机的最大引用流量为.... ..各个特征水头相对应的单位转速：在ZZ440型水轮机模型综合特性曲线图上分别绘出，，的直线，可看出，包括了高效率区。5）吸出高度及安装高程的计算由水轮机的设计工况点(=122.48r/min,=935L/s,)在图3—25可查得相应的气蚀系数为=0.33，并可以从图2—26查得气蚀修正值=0.035则：由此可见ZZ440型水轮机的方案的吸出高程满足水电站的要求。6）安装高程的计算ZZ440型水轮机安装高程的计算=431.05-1.93+0.511/2=429.375.... ..2.3.3HL240型水轮机及ZZ44型水轮机两种方案的比较表2－5水轮机方案参数对照表序号项目HL240ZZ4401模型水轮机参数推荐使用的水头围25～4520～362最优单位转速721153最优单位流量11008004限制工况单位流量124016505最高效率92.0896气蚀系数0.200.727原型水轮机参数工作水头围28.00～39.0028.00～39.008转轮直径1.41.69转速(r/min)300428.610最高效率%92.690.9311额定出力3684.23684.212最大引用流量()13.1613.4013吸出高度(m)2.3-1.9314安装高程(m)433.605429.375由表2－5可见两种方案中HL240型水轮机运行效率高，空化系数小，安装高程较高，有利于提高年发电量。而ZZ440型水轮机机组转速较高使得其气蚀系数较高不利于安全，虽然可以减小发电机尺寸，但同时使得水轮机调节系统造价升高,所以总造价较高。综合以上因素选择HL240型方案更为有利.... ..2.4水轮机蜗壳设计2.4.1蜗壳形式的选择蜗壳形式有金属蜗壳和混凝土蜗壳，金属蜗壳适用于水头大于40m或小型卧式机组，混凝土蜗壳适用于水头小于40m，金属蜗壳适用于水头大于40m的水电站。因为本次课设水电站的水头围28.00—39.00m，水头运行围大，最大水头接近40m水头，所以本设计采用了金属蜗壳。2.5.2断面形状及包角的选择从蜗壳的鼻端至蜗壳进口断面之间的夹角称为蜗壳包角,常用来表示,对于金属蜗壳由于流量较小,流速较大,通常采用包角为，且金属蜗壳通常采用的蜗壳包角为，故本设计选择包角。2.5.3进口断面面积及尺寸的确定1.座环尺寸：，2.任意断面i的断面尺寸：断面半径：断面中心距：断面外半径：蜗壳进口断面平均流速：，根据图2-6，查得得典型断面计算表：如下图断面半径p断面中心距a断面外半径R.... ..750.39490011.6449001222.0398002441050.46725211.7172521262.1845042521350.52981411.7798141112.3096282211650.58573151.8357315382.4214630761950.63675731.8867573142.5235146282250.68398711.9339870762.6179741512550.72815981.9781598472.7063196932850.76980212.0198020562.7896041113150.80930442.0593044222.8686088443450.84696642.0969664042.943932809.... ..2.6尾水管设计2.6.1尾水管的形式尾水管是反击式水轮机的重要过流部件，其形式和尺寸在很大程度上影响到水电站下部土建工程的投资和水轮机运行的效率及稳定性。尾水管的形式很多,常用的有直锥形,弯锥形和弯肘形,大中型反击式水轮机均采用弯肘形，本设计采用弯肘形，它不但可以减小尾水管开挖深度，而且具有良好的水力性能。弯肘形尾水管由进口直锥段中间肘管段和出口扩散段三部分组成。2.6.2弯肘形尾水管部分尺寸的确定1.尾水管高度h低水头混流式水轮机2.肘管型式3.尾水管示意图：.... ..2.7发电机的选择2.7.1发电机型式的选择水轮发电机的结构型式主要取决于水轮机的型式和转速，同时要兼顾厂房的布置要求，本设计水轮机的额定转速n=300r/min,故采用悬式水轮发电机。2.7.2水轮发电机的结构尺寸经计算，额定容量为3500,查水电站设计手册得中型发电机估算功率因数，故视在功率1.主要尺寸估算.... ..2.外形尺寸估算定子基座外径：风罩径：转子外径：下机架最大跨度：基坑直径：查表得推力轴承外径：励磁机外径：3.轴向尺寸计算定子基座高度：上机架高度:推力轴承高度：励磁机高度:副励磁机高度：永磁机高度：下机架高度：定子支座支承面至下机架支承面或下挡风板之间的距离：下机架支承面至主轴法兰底面之间的距离：转子磁轭轴向高度：发电机主轴高度：，定子铁芯水平中心线至主轴法兰盘底面距离：具体计算成果见下表：（下表单位均以cm）.... ..视在功率Sf极距定子径Di定子铁芯长度lt定子铁芯外径Da　437542.3038312269.451154250.21537554311.7549854　外形尺寸估算1.平面尺寸估算定子基座外径D1风罩径D2转子外径D3下机架最大跨度D4推力轴承外径D6励磁机外径D7389.6937317589.6937317269.45115422702001402.轴向尺寸计算定子基座高度h1上机架高度h2推力轴承高度h3励磁机高度h4副励磁机高度h5永磁机高度h6134.823037967.362788541001506050下机架高度h732.3341385定子支座支承面至下机架支承面或挡风板之间的距离h840.41767312下机架支承面至主轴法兰底面之间的距离h9100转子磁轭轴向高度h10120.2153755发电机主轴高度h11491.8224497定子铁芯水平中心线至主轴法兰盘底面距离h12182.2339733.厂房尺寸确定3.1主厂房长度的确定式中：L—主厂房长度；n—机组台数；L0—机组段长度；.... ..L安—安装见长度；ΔL—边机组段加长。1.发电机层2.蜗壳层3.发电机层计算过程见下表：厂房长度计算1.机组段长度L0　　　厂房长度发电机层　　　发电机风罩径风罩壁厚通道宽度机组段长度L05.89690.328.4969蜗壳层　　　Lw混凝土结构厚度　机组段长度L05.36541　7.3654尾水管层　　　28.354925Bw边墩混凝土厚度　机组段长度L03.8081　5.808综上，取最大值LO=8.4969m2.边机组段加长　　　ΔL边　　　0.7　　　3.安装间长度　　　10.621125　　　4.厂房缝的宽度　　　0.04　　　3.2主厂房宽度的确定—主厂房的宽；—上游侧宽度；—下游侧宽度.... ..发电机层：水轮机层：水轮机层一般上下游侧分别布置水轮机辅助设备（即油、水、气管路等）和发电机辅助设备（电流、电压互感器、电缆等）。这些设备布置一般靠墙、风罩壁布置或在顶板布置，不影响水轮机层交通，因此对厂房的宽度影响不大。蜗壳层：计算成果见下表：发电机层厂房宽度：1.发电机层厂房宽度计算厂房上游侧宽度排架柱宽调速器距上游牛腿安全距离调速器宽度风罩距调速器安全距离1/2的风罩宽度墙宽厂房上游侧总宽0.541212.948450.37.78845厂房下游侧宽度排架柱宽1/2定子基座外径定子与励磁机安全距离定子外径距下游排架柱安全距离墙宽1/2定子铁芯外径厂房下游侧总宽0.541.9496850.50.50.31.55885.348485发电机层厂房总宽度13.136935.... ..蜗壳层厂房宽度：2.蜗壳层厂房宽度计算厂房上游侧宽度蜗壳在上游侧宽度外围混凝土厚度主阀室宽度厂房上游侧总宽2.039814.57.5398厂房下游侧宽度蜗壳在下游侧宽度外围混凝土厚度　厂房下游侧总宽2.6181　3.618蜗壳层厂房总宽度11.15783.3主厂房高程的确定1.水轮机安装高程对于混轴轴流式水轮机式中：▽w—水轮机安装高程；HS—吸出高度；b0—导叶高度；2.主阀室地板高程式中：h1—人的高度；ZS—水轮机安装高程；D—压力钢管直径；3.尾水管底板高程式中：尾水管高度和尾水管顶部至导叶底部的高度4.主厂房基础开挖高程式中：小型电站或岩质基础取1—2m.... ..5.水轮机层地面高程式中：蜗壳从安装高程向上的最大尺寸蜗壳顶混凝土层为1m。6.发电机装置高程式中：进人孔高度取1.8m进人孔顶部厚度取1.0m7.发电机层地面高程采用定子埋入式式中：定子高度8.桥吊粱轨顶高程式中：—采用定子埋入式布置，为上机架的高度—吊运部件与固定的机组或设备间的垂直净距—最大吊运部件的高度—吊运部件与吊钩间的距离，取为1.2m。—主钩最高位置（上极限位置）至轨顶面距离1.3m；9.梁底（或天花板）高程：—起重机轨顶至小车顶面的净空尺寸，此处取2.34m—小车顶面与屋面大梁或屋架下弦底面的净距，一般取0.5m10.厂房顶高程：.... ..式中：屋面大梁的宽度、屋面板的厚度、屋面保温防水层的厚度之和计算成果见下表：厂房高度计算水轮机安装高程主阀室底板高程尾水管底板高程主厂房基础开挖高程水轮机层地面高程发电机装置高程发电机层地面高程安装间地面高程桥吊粱轨顶高程梁底高程厂房顶高程432.645429.980428.750426.750434.492437.292438.640438.640448.232451.072451.572注：此处水轮机安装高程与前述安装高程不相等，原因是以前述安装高程计算的尾水管上缘高程不在尾水位之下，故需适当降低水轮机安装高程，取水轮机安装高程为432.645m。....