畢業(yè)設(shè)計富春江水電站的初步設(shè)計

1、摘 要本次設(shè)計是對富春江水電站的初步設(shè)計。初步設(shè)計主要是對水力機組的設(shè)計，進行了水輪機、發(fā)電機和調(diào)速器的選擇。對廠房進行了布置，并對油、氣、水等各輔助系統(tǒng)進行了設(shè)計。另外，在本次設(shè)計中還運用AutoCAD對廠房布置及油系統(tǒng)、氣系統(tǒng)、水系統(tǒng)等系統(tǒng)圖進行繪制，它們可以更直觀的表達廠房和各個輔助設(shè)備的布置和構(gòu)成。關(guān)鍵詞：富春江水力發(fā)電 水力機組 輔助系統(tǒng) 廠房布置AbstractIt was carried on the preliminary design of the Fu Chun Jiang hydropower stations in this design. The design of

2、the hydraulic unit is main of preliminary design, it includes the followings:the choice ofhydraulic turbine, generator andgovernor.The powerhouse layout also was designed as well as the auxiliary systems which include the oil system, the compressed air system and the water supply system. Besides, Au

3、toCAD is used to draw powerhouse layout and the oil system, the compressed air system and the water supply system,etc. They can directly express the layout and components of the powerhouse and each auxiliary system.Keywords:Fu Chun Jiang hydroelectric power, hydraulic unit, auxiliary system, buildin

4、g layout.目 錄前言- 1 -第一章水輪機選擇- 2 -1.1機組臺數(shù)選擇- 2 -1.2 水輪機型號選擇- 3 -1.3水輪機轉(zhuǎn)輪標稱直徑與轉(zhuǎn)速計算- 4 -1.4水輪機初選方案比較- 8 -1.5 繪制水輪機運轉(zhuǎn)綜合特性曲線- 13 -1.6確定選定方案的主要參數(shù)- 19 -1.7 蝸殼的水力計算- 19 -1.8尾水管選擇- 22 -1.9 水輪機參數(shù)的確定- 25 -1.10 導水機構(gòu)主要參數(shù)的選擇- 26 -1.11水輪機的結(jié)構(gòu)說明- 29 -第二章水輪發(fā)電機選擇- 30 -2.1發(fā)電機的主要參數(shù)- 30 -2.2主要尺寸的確定- 30 -2.3發(fā)電機結(jié)構(gòu)形式的選擇- 31

5、-2.4其他外形尺寸估算- 32 -2.5 發(fā)電機重量估算- 34 -2.6 計算飛輪力矩的慣性時間常數(shù)- 35 -2.7發(fā)電機結(jié)構(gòu)說明-35-第三章調(diào)保計算及調(diào)速設(shè)備選擇- 37 -3.1 調(diào)節(jié)保證計算- 37 -3.2 調(diào)速器選擇- 44 -3.3 油壓裝置選擇- 45 -第四章廠房布置- 47 -4.1 廠房起重機的選擇- 47 -4.2廠房布置- 48 -第五章輔助系統(tǒng)- 54 -5.1 技術(shù)供水系統(tǒng)- 54 -5.2 排水系統(tǒng)- 55 -5.3油系統(tǒng)- 59 -5.4 壓縮空氣系統(tǒng)- 61 -總結(jié)- 66 -參考文獻- 68 -致謝- 69 -附錄- 70 -前 言富春江水電站是我國

6、自行建設(shè)的一座低水頭河床式電站。它具有以發(fā)電為主,兼有農(nóng)田灌溉、改善航運,發(fā)展?jié)O業(yè)、上下游防洪、和城市供水等綜合效益。電站位于浙江省錢塘江干流富春江上七里垅峽谷出口處。上流離新安江水電站約60公里,下游離杭州市約110公里?？刂屏饔蛎娣e31300平方公里，多年平均流量1000秒立米，設(shè)計洪水流量23100秒立米，總庫容9.2億立米，設(shè)計灌溉面積6萬畝，裝機容量29.72萬千瓦。 電站樞紐主要建筑物有大壩、廠房、船閘、魚道、灌溉渠首及升壓站、開關(guān)站等。攔江大壩為混凝土實體重力式溢流壩，壩頂高程32.2米,最大壩高47.7米；壩頂長度554.4米，壩基巖石為流紋斑巖，壩體工程量65萬立方米，主要瀉

7、洪方式為壩頂溢流；溢流壩段全長287.3米,壩頂高程11.6米,共分17孔,每孔凈寬14米,弧形閘門控制,最大瀉流量33560立方米每秒.河床式發(fā)電廠房,位于毅力壩段左側(cè),是擋水建筑物的一部分,全長189.15米,水上部分寬24.7米,水下部分寬61.25米；主廠房最大高度57.4米,凈寬19.2米,安裝4臺單機容量6萬千瓦及一臺容量5.72千瓦轉(zhuǎn)葉式水輪發(fā)電機組,以110千伏、220千伏輸電線路聯(lián)入華東電網(wǎng).升壓站、開關(guān)站設(shè)置在廠房左側(cè)山坡平臺上。船閘規(guī)模為100噸級，布置在右岸，閘室有效長度102米，口門寬12.4米.魚道位于廠房與溢流壩段之間,采用“Z”字形梯級布置。灌溉渠首分設(shè)左右兩岸

8、，左岸渠首引水流量1.5億立方米每秒,右岸渠首引水流量5立方米每秒。富春江水電站基本情況是：電站是發(fā)電兼調(diào)相、調(diào)頻、調(diào)壓為主的綜合利用工程水庫為日調(diào)節(jié)，總庫容9.2億米3。電站以發(fā)電為主，并可改善航運，發(fā)展灌溉及養(yǎng)殖事業(yè)等綜合效益。電站總裝機容量29.72萬千瓦，年發(fā)電量9.23億度；船閘通行能力為100300噸級船舶，為不完全年調(diào)節(jié)電站，最大水頭：16.9米，加權(quán)平均水頭： 15.8米，設(shè)計水頭：14.3米，最小水頭：6.2米。根據(jù)上述情況對水輪機，發(fā)電機和調(diào)速器等設(shè)備進行選型設(shè)計選擇，對輔助系統(tǒng)：技術(shù)供水、排水、油系統(tǒng)和壓縮空氣等系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，主廠房布置進行設(shè)計。本設(shè)計報告是依據(jù)水輪機設(shè)計手

9、冊、水電站動力設(shè)備設(shè)計手冊、水輪機高的學校教材、水輪機高等學校教材（?？七m用）國家標準進行設(shè)計。注意了理論與實踐的密切結(jié)合，水輪機初步設(shè)計的基本理論和實際情況進行了簡要的分析和計算，對水輪機進行選型設(shè)計，對調(diào)節(jié)保證計算，本設(shè)計報告共分為十一部分：一、水輪機型號選擇；二、水輪發(fā)電機選擇；三、調(diào)保計算及調(diào)速設(shè)備選擇；四、廠房的布置；五、電廠輔助系統(tǒng)；六、本設(shè)計總結(jié)；七、參考文獻；八、致謝；九、附錄。由于種種原因以及本人的水平有限，難免出現(xiàn)一些錯誤，望老師給予指正和批評。第一章 水輪機選擇1.1 機組臺數(shù)選擇確定機組臺數(shù)時，必須考慮以下有關(guān)因素，經(jīng)過充分的技術(shù)經(jīng)濟論證:臺數(shù)對工程建設(shè)費用的影響機組臺

10、數(shù)的多少直接影響單機容量的大小，單機容量不同時，機組的單位千瓦的造價不同，一般，小的機組的單位千瓦造價高于大的機組。一方面，小機組的單位千瓦金屬消耗高于大的機組，另外，單位重量的加工費用也較大。除主要機電設(shè)備外，機組臺數(shù)的增加，要求增加配套設(shè)備的臺數(shù)，主副廠房的平面尺寸也需增加，因此，在同樣的裝機容量條件下，水電站的土建工程及動力廠房的成本也隨機組數(shù)的增加而增加。機組臺數(shù)對電站運行效率的影響當采用不同的機組臺數(shù)時，電站的平均效率是不同的。較大單機容量的機組，其單機效率較高，這對于預計經(jīng)常滿負荷運行的水電站獲得的效率較顯著。但是，對于變動負荷的水電站，若采用過少的機組臺數(shù)，雖單機效率高，但在部分

11、負荷時，由于負荷不便在機組間調(diào)節(jié)，因而不能避開低效率區(qū)，這會使電站的平均效率降低。電站的最佳裝機臺數(shù)，要通過電廠的經(jīng)濟運行分析來確定。機組臺數(shù)對電廠運行維護的影響機組臺數(shù)較多時，其優(yōu)點是運行方式靈活，發(fā)生事故時電站及所在系統(tǒng)的影響較小，檢修也容易安排。但臺數(shù)較多時，運行人員增加運行用的料，消耗增加，因而運行費用較高。同時，較多的設(shè)備與較頻繁的開停機會使整個電站的事故發(fā)生率上升。機組臺數(shù)對設(shè)備制造、運輸及安裝的影響機組臺數(shù)增加時，水輪機和發(fā)電機的單機容量減少，則機組的尺寸小，制造、運輸及現(xiàn)場安裝都較容易。反之，臺數(shù)減少則機組尺寸增大，機組的制造、運輸和安裝的難度也相應(yīng)加大。因此，最大單機容量的選

12、擇要考慮制造廠家的加工水平及設(shè)備的運輸、安裝條件。此外，從發(fā)電機轉(zhuǎn)子的機械強度方面考慮，發(fā)電機轉(zhuǎn)子的直徑必須限制在轉(zhuǎn)子最大線速度的允許值之內(nèi)，機組的最大容量有時也會因此受到限制。機組臺數(shù)對電力系統(tǒng)的影響對于占電力系統(tǒng)容量比重較大的水電廠及大型機組，發(fā)生事故時對電力系統(tǒng)的影響較大，考慮到電力系統(tǒng)中備用容量的設(shè)置及電力系統(tǒng)的安全性，在確定臺數(shù)時，單機容量不應(yīng)大于系統(tǒng)的備用容量，即使在容量較小的電網(wǎng)中，單機容量也不宜超過系統(tǒng)容量的1/3。機組臺數(shù)對電廠主接線的影響由于水電廠水輪發(fā)電機組常采用擴大單元主接線方式（超大型機組除外），故機組臺數(shù)多采用偶數(shù)。同時為了運行方式的機動靈活及保證機組檢修時的廠用電

13、可靠，除特殊情況外，一般都裝兩臺以上機組。對于裝置大型機組的水電廠，由于主變壓器的最大容量受到限制，常采用單元接線方式，因此機組臺數(shù)的選擇不必受偶數(shù)的限制。以上與機組臺數(shù)有關(guān)的諸因素，許多是既相互聯(lián)系又相互矛盾的，在選擇時應(yīng)針對主要因素進行綜合技術(shù)經(jīng)濟比較，選擇出合理的機組臺數(shù)。 基于上述原則和因素，初選機組臺數(shù)為5臺,6臺和7臺。確定方案富春江水電廠總裝機容量為29.72萬KW。方案： 5臺 46+5.72=29.72萬KW方案： 6臺 5萬KW方案： 7臺 6萬KW1.2 水輪機型號選擇表1-1 水輪機適用范圍型式適用水頭H（M）軸流式ZZ5601022混流式HL310<30 根據(jù)所

14、給的原始資料，電站的裝機容量為297.2NW，最大水頭為16.9米，設(shè)計水頭為14.3米，最小水頭為6.2米。在最大水頭16.9米和最小水頭6.2米下符合要求的有HL310和ZZ560兩種。但因HL310是英式的，資料不全，因此放棄HL310。由附表1（1）可選型號ZZ560，其相應(yīng)參數(shù)如表1-2.表1-2 ZZ560相關(guān)參數(shù)表（根據(jù)參考文獻8P370）水輪機型式輪轂比dh/D1導葉相對高度bo/D1最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速n110推薦最大單位流量Q110模型空化系數(shù)ZZ5600.400.4130(r/min)2000（L/S）1.3 水輪機轉(zhuǎn)輪標稱直徑與轉(zhuǎn)速計算現(xiàn)以整數(shù)為標準計算五臺機組（1）轉(zhuǎn)輪直徑D

15、1的計算水輪機的額定出力為式中 P水輪機出力 N發(fā)電機額定容量發(fā)電機效率（在這里取0.97）取最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速n110=130r/min與出力限制線交點的單位流量為設(shè)計工況單位流量。對于轉(zhuǎn)槳式水輪機或者未標出出力限制線的水輪機，Q11一般不超過型譜參數(shù)表中的推薦值，則，對應(yīng)模型效率為，暫取效率修正值為%，則設(shè)計工況點原水輪機的效率為，水輪機轉(zhuǎn)輪直徑D1為按照我國規(guī)定的轉(zhuǎn)輪直徑，選取直徑為8m。式中P發(fā)電機額定容量；kWQ水輪機額定工況的單位流量，H設(shè)計水頭原形水輪機效率(2) 效率的計算式中 ：原形水輪機效率模型水輪機最高效率D模型水輪機轉(zhuǎn)輪直徑 限制工況原形水輪機效率為（3）轉(zhuǎn)速n的計算n=13

16、0根據(jù)發(fā)電機同步轉(zhuǎn)速表（課本P326）取水輪機轉(zhuǎn)速計算值介于發(fā)動機同步轉(zhuǎn)速60 r/min62.5 r/min,因靠近62.5 r/min。故水輪機的轉(zhuǎn)速為62.5 r/min。六臺機組(1) 轉(zhuǎn)輪直徑D1計算水輪機的額定出力為式中 P水輪機出力（KW） N發(fā)電機額定容量(KW)發(fā)電機效率（在這里取0.97）取最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速n110=130r/min與出力限制線交點的單位流量為設(shè)計工況單位流量。對于轉(zhuǎn)槳式水輪機或者未標出出力限制線的水輪機，Q11一般不超過型譜參數(shù)表中的推薦值，則，對應(yīng)模型效率為，暫取效率修正值為%，則設(shè)計工況點原水輪機的效率為，水輪機轉(zhuǎn)輪直徑D1為按照我國規(guī)定的轉(zhuǎn)輪直徑，選取直

17、徑為7.5m。式中P發(fā)電機額定容量，kWQ：水輪機額定工況的單位流量，H設(shè)計水頭原形水輪機效率(1) 效率的計算式中 原形水輪機效率模型水輪機最高效率D模型水輪機轉(zhuǎn)輪直徑 限制工況原形水輪機效率為(2) 轉(zhuǎn)速n的計算n=130轉(zhuǎn)速計算值在發(fā)動機標準同步轉(zhuǎn)速表與最接近的轉(zhuǎn)速為65.2，故選轉(zhuǎn)速為65.2r/min。七臺機組(1) 轉(zhuǎn)輪直徑D1計算水輪機的額定出力為式中 P水輪機出力 N發(fā)電機額定容量發(fā)電機效率（在這里取0.97）取最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速n110=130r/min與出力限制線交點的單位流量為設(shè)計工況單位流量。對于轉(zhuǎn)槳式水輪機或者未標出出力限制線的水輪機，Q11一般不超過型譜參數(shù)表中的推薦值，

18、則，對應(yīng)模型效率為，暫取效率修正值為%，則設(shè)計工況點原水輪機的效率為，水輪機轉(zhuǎn)輪直徑D1為按照我國規(guī)定的轉(zhuǎn)輪直徑，選取直徑為7.0m。式中P發(fā)電機額定容量，kWQ：水輪機額定工況的單位流量，H設(shè)計水頭原形水輪機效率(1) 效率的計算式中 原形水輪機效率模型水輪機最高效率D模型水輪機轉(zhuǎn)輪直徑 限制工況原形水輪機效率為(2) 轉(zhuǎn)速n的計算n=130轉(zhuǎn)速計算值在發(fā)動機標準同步轉(zhuǎn)速表與最接近的轉(zhuǎn)速為70.23r/min，故選轉(zhuǎn)速為71.4r/min。對以上方案計算結(jié)果，可進行比較：表1-3 水輪機初選方案方案機組臺數(shù)水輪機型號轉(zhuǎn)速n()直徑D(m) I 5 ZZ560 62.5 8 II 6 ZZ56

19、0 65.2 7.5 III7 ZZ560 71.47.01.4 水輪機初選方案比較對初選的三個方案，從效率，吸出高度，重量等方面進行比較。水輪機重量估算水輪機總重量是指不包括調(diào)速器，油壓裝置和其他輔助設(shè)備的水輪機整體重量,從參考文獻（1P138和2P31）中，查的當水頭H=080m時，k=2.45,b=0.4水輪機重量按如下公式計算：a= ( 解得 a1=2.172,a2=2.162,a3=2.14) G=KDHb (t) I方案 D=8.0mtII 方案 D=7.5mIII 方案 D=7.0m轉(zhuǎn)輪重量按如下公式計算：式中轉(zhuǎn)輪輪轂比。轉(zhuǎn)輪重量分別為 ：I方案 t由于直徑大于4.6m，所以 I

20、I 方案 由于直徑大于4.6m，所以 III 方案由于直徑大于4.6m，所以表1-4 各方案最大效率表方案 直徑D（m） 最大效率（%） 型號 總重G（t）轉(zhuǎn)輪重（t）(%) I 8.0 0.932 ZZ560760.8182.10.923 II 7.5 0.931 ZZ560553.11540.922 III 7.0 0.93 ZZ560486.8128.70.921計算各方案出力（1）校核出力Q=QD（1-1）N=9.81HQ（1-2）式中 Q設(shè)計流量Q設(shè)計工況點單位流量 N水輪機校核出力 I方案 Q=28.02=484.04 N484.040.923=67902 kW II方案 Q=27

21、.5=425.42 N425.420.922=59679kW III方案 Q=27.0=370.59N=51988kW（2）最小水頭的出力N的計算根據(jù)公式：I方案 N=9.81484.0423=27172 kWII方案 N=9.81425.4222=23856 kWIII方案N=9.81370.591=20759 kW(3) 受阻容量I方案 N= N- N=67902-27172=40730kWII方案 N= N- N=59679-23856=35822kWIII方案 N= N- N=51988-20759=31228kW表1-3 出力計算表方案 D（m） N（kW） N（kW）N（kW） I

22、 8679022717240730 II 7.5596792385635822 III 7519882075931228各方案吸出高度在確定水輪機安裝高程時，可以通過選擇合適的幾何吸出高度來控制轉(zhuǎn)輪出口處的壓力值，以防止翼型空化的嚴重發(fā)生。顯然，吸出高度越小，則水輪機裝的越低，水輪機抗空化性能越好；但水電站的基建投資則愈大。因此，選擇合適的吸出高度是水輪機裝置參數(shù)優(yōu)化設(shè)計和水電站總體設(shè)計的技術(shù)經(jīng)濟的重要問題之一。在轉(zhuǎn)輪型譜中，查得ZZ560的裝置系數(shù)=0.590.77。值是根據(jù)n11與Q11值在模型綜合特性曲線查的=0.75，取K=1.1，則吸出高度可以用下式計算。（1-3）（1-4）式中：

23、K水輪機的安全系數(shù)水輪機安裝高程 m最低尾水位 m(1) 吸出高度I方案 =在這里取同理得II 方案=-1.81mIII方案=4.87m (2) 安裝高程I方案 II 方案 III方案 這里取X=0.41。表1-4 各方案吸出高度計算表方案10-H(m) I9.9911.95-1.96 II9.9911.8-1.81III9.995.124.87確定各方案水輪機工作區(qū)(1)各方案水輪機的設(shè)計單位流量Q= （1-5）式中：P水輪機額定出力kW設(shè)計工況點原型水輪機效率I 方案 Q=1.91II 方案 Q=1.82III 方案 Q=1.67(2) 檢驗單位轉(zhuǎn)速的范圍I方案 n=62.5=121.6

24、n=62.5=200.8 II方案 n=65.2=119.0n=65.2=196.4 III方案 n=71.4=121.6n=71.4=200.7經(jīng)過比較，方案III中，水輪機的實際運行范圍稍微偏離最高效率區(qū)，方案I，II中，水輪機的實際運行范圍處于最高效率區(qū)。確定初選方案表1-5 水輪機方案比較表方案IIIIII裝機容量（kW）297200297200297200機組臺數(shù)567發(fā)電機出力（kW）600005000040000水輪機出力（kW）618565154641237水輪機校核出力（kW）618565154641237水輪機型號ZZ560ZZ560ZZ560轉(zhuǎn)輪直徑 （m）8.07.57

25、.0同步轉(zhuǎn)速（）62.565.271.4吸出高度 （m）-1.96-1.814.88最小水頭時出力 （kW）265572334117513受阻容量 （kW）407303582231228水輪機最大效率0.9230.9220.921水輪機單重（t）182.1154106.2水輪機總重（t）910.5924849.25水輪機工作區(qū)高效區(qū)高效區(qū)偏離高效區(qū)備注從表1-5中可以看出：II,I方案的工作區(qū)最好。而II 方案和III 方案還需進一步比較。繪制等效率線1.5 繪制水輪機運轉(zhuǎn)綜合特性曲線要求：每個葉片安放角求出一個相對應(yīng)的效率修正值，下式中是模型水輪機最高效率，為原形水輪機最高效率，計算公式為：

26、(1-6)(1-7)表16 各方案角的效率差方案I-100-5000 501001502000.8760.8800.8800.8800.8730.8590.8350.9210.9230.9230.9230.9210.9100.8950.0550.0430.0430.0430.0480.0500.060方案II-100-5000501001502000.8780.8800.8800.8800.8740.8590.8370.920.9230.9230.9230.9190.9090.8950.0420.0430.0430.0430.0450.050.058(1) 繪制等效率線計算表（見表1-6，1-

27、8）表17 方案I 等效率線計算轉(zhuǎn)輪型號：ZZ560；=8（m）；=62.5 r/min；=0 r/min；=16.9m；=6.2m；=14.3m。5.54.34.34.34.85.0616.912112187.288888887.186.083.50.560.760.901.071.281.461.7792.792.393.193.191.991.089.5N（MW）22.5634.5441.2649.0557.9265.4278.0715.513013087.588.088.088.087.385.883.20.590.790.921.111.321.521.8393.092.392.89

28、2.392.190.889.8N（MW）23.7331.5336.7344.3152.5859.6971.0814.313513587.388.088.088.087.385.782.60.610.810.951.151.361.571.9092.892.392.392.392.190.788.6N（MW）21.7028.6633.6140.6848.0154.5864.528.018018083.184.584.783.5881.376.50.781.161.261.511.802.1388.688.88987.886.181.5N（MW）11.0816.52217.9821.2624.86

29、27.846.220020081.081.681.079.075.00.871.281.41.692.068888.4888784N（MW）7.4210.9711.9414.2516.77表18 方案II 等效率線計算轉(zhuǎn)輪型號：ZZ560；=7.5（m）；=65.2 r/min；=0 r/min；=16.9m；=6.2m；=14.3m。4.24.34.34.34.555.816.911411487.488.588.387.586.585.683.30.550.730.861.201.211.371.6691.692.892.691.891.090.689.1N（MW）19.3125.9730.

30、5342.2342.2147.5856.6415.512112187.789.189.088.187.085.983.50.560.750.891.051.261.441.7491.993.493.392.491.590.989.3N（MW）16.522.4626.6231.1036.9641.9649.8114.312412487.789.088.988.387.286.083.50.570.770.91.081.281.471.7791.993.393.292.691.791.089.3N（MW）15.6321.4425.0329.8435.0239.924758

31、7.788.288.086.885.079.40.650.861.031.221 .471 .712.0690.7 92.0 92.592.391.390.085.2N（MW）10.2913.7716.6319.6523.4226.8630.626.218818882.883.883.582.278.80.821.111.321.581.9088.088.488.087.084.0N（MW）7.4210.9711.9414.2516.77注：；(2) 繪制等吸出高度線計算表（見表1-7，1-9）表19方案I等吸出高度線計算轉(zhuǎn)輪型號：ZZ560；=8（m）；=62.5 r/min；=0 r/mi

32、n；=16.9m；=6.2m；=14.3m； m16.91221220.350.450.550.650.750.9240.9140.9010.8890.8761.081.371.641.841.98N（MW）43.52854.6264.45371.3575.663.491.63-0.23-2.09-3.2115.51291290.350.450.550.650.750.9270.9150.9050.8930.8781.131.401.631.832.00N（MW）38.2146.7253.8059.6164.054.222.570.92-0.73-2.3814.31321320.350.450

33、.550.650.750.9290.9170.9050.8930.8781.131.411.621.821.99N（MW）36.6443.9049.7755.1859.324.492.921.34-0.23-1.8081581580.350.450.550.650.750.9120.9180.9110.8980.8840.831.301.531.731.91N（MW）15.0323.6927.6730.8433.526.1445.043.942.841.746.22002000.350.450.550.650.750.8800.8800.8800.8730.8650.920.931.371.5

34、81.72N（MW）7.807.9311.6912.6914.427.616.936.245.564.879表110方案II等吸高度線計算轉(zhuǎn)輪型號：ZZ560；=7.5；=65.2/min；=0 r/min；=16.9m；=6.2m；=14.3m； m16.91141140.350.450.550.650.750.920.910.8950.880.871.011.311.611.831.95N（MW）35.6245.7055.2461.7465.043.491.63-0.23-2.09-3.2115.51211210.350.450.550.650.750.9220.9130.9000.887

35、0.8721.081.361.641.841.98N（MW）31.9239.8047.3252.3255.354.222.570.92-0.73-2.3814.31241240.350.450.550.650.750.9240.9130.9010.8890.8731.11.381.641.841.99N（MW）30.3337.6044.0948.8151.844.492.921.34-0.23-1.8081481480.350.450.550.650.750.9230.9180.910.8960.8810.991.351.571.771.93N（MW）15.9521.6324.9327.672

36、9.676.1445.043.942.841.746.21881880.350.450.550.650.750.8960.8960.890.881 0.8711.081.081.421.721.79N（MW）4.144.146.659.5211.447.616.936.245.564.879注：。繪制運轉(zhuǎn)綜合特性曲線圖（如附錄1，2）注：繪制功率限制線，功率限制線的垂直段可根據(jù)水輪機的額定功率來繪制斜線段可根據(jù)最小水頭下的5%功率限制線的功率N來繪制。通過以上繪制運轉(zhuǎn)綜合特性曲線（見附錄），出力限制線，等吸出高度線，可知方案I工作在高效區(qū)的范圍較大，方案II的工作曲線與I相比較差，因此最終選擇

37、方案I為最佳方案。1.6 確定選定方案的主要參數(shù)轉(zhuǎn)輪直徑： D=8.0m水輪機最大效率 ：=92.3%同步轉(zhuǎn)速：n=62.5吸出高度： =1.96m安裝高程： 5.81.96+0.41X8=7.12m (最低尾水位是5.8m，X取0.41) 飛逸轉(zhuǎn)速： (對于保持協(xié)聯(lián)關(guān)系的轉(zhuǎn)槳式水輪機Kf取2.1) （根據(jù)1P5）軸向水推力：軸向水推力PZ是水流流進轉(zhuǎn)輪時引起的一種軸向力。軸向水推力可按下式計算：（對于葉片數(shù)為4個，水推力系數(shù)KZ查表為0.85）轉(zhuǎn)輪重量： G=182.1t1.7 蝸殼的水力計算1.7.1蝸殼形式和主要參數(shù)選擇對蝸殼進行水力計算的目的，是為了確定蝸殼各個斷面的幾何形狀和尺寸，繪

38、出蝸殼單線圖,蝸殼的水力計算是在已經(jīng)選擇完蝸殼形式和主要參數(shù)的情況下進行的，首先確定進口斷面的尺寸，然后在求出其它斷面的尺寸。(1) 形式選擇蝸殼的形式主要是根據(jù)水電站的水頭來選擇，當最大水頭小于40米時，選用混凝土蝸殼，富春江水電站的最大工作水頭為16.9m，所以選用混凝土蝸殼。混凝土蝸殼多采用多邊形，分為和型。其中型形狀比較簡答便于施工和導水機構(gòu)接力器的布置，缺點是由于下申值太大，當水流入導水機構(gòu)時水流條件不好。一般比較廣泛采用下申，因為便于接力器的布置并可以降低水輪機層的高程和縮短主軸的長度，也可以減少下部分混凝土量，且水流條件好。故本電站選用形蝸殼。(2) 確定蝸殼包角及進口斷流面積因

39、為富春江水電站的水頭很低，且流量很大，蝸殼的包角的大小將關(guān)系到水電站的投資和水輪機的效率，為了獲得良好的水力性能，提高水輪機效率，結(jié)合本電站的實際情況，選擇蝸殼包角。蝸殼進口斷面的流速主要由設(shè)計水頭設(shè)定，一般可按經(jīng)驗公式計算： （16）其中一般取0.81.0。但相同的流量時，相應(yīng)的增加流速可以減少蝸殼的斷面面積，從而減少尺寸和成本。故取=0.95，由公式（16）算得=3.59m/s。蝸殼進口斷面主要尺寸的確定(1) 蝸殼進口斷面面積FO計算進口斷面流量 = 484.04×180/360=242.02查蝸殼進口斷面平均流速曲線，根據(jù)設(shè)計水頭，查得o =3.4m/s則=71.2(2) 進

40、口斷面尺寸和形狀蝸殼斷面采用m>n的“T”形，選用蝸殼進口斷面的尺寸應(yīng)盡量縮小機組段的間距。=1.22.2，取1.6 ； = 2.02.2，取2.1； =20030°,取300； r=10015°，取150。由方程組 =1.6=2.1經(jīng)過試算取 a=5m, b=11.55m, m=5.6, b0=3.2, n=2.75m。查表，校核進口斷面面積：F/=59.54其中<3%,與設(shè)計要求相近，符合要求。表1-11 各斷面的b/r=f（r）的函數(shù)曲線表斷面123456r11.4510.479.498.57.526.54b11.5511.559.558.557.556.

41、55b/r11.11111表1-12 用圖解法求出曲線包圍的面積S 斷面面積 1 2 3 4 5 6S(m2)6.25.374.293.32.321.3繪制i =f(r)曲線根據(jù)與各r值相應(yīng)的S值，由i=CS求出i值，將各值列入下表表1-13 各斷面參數(shù)計算表斷面riSiiQiFiVi111.450.791800234.7559.543.94210.470.691600208.6740.975.0939.490.60137178.6725.547.0048.50.491120146.0715.549.4057.520.37840109.559.2811.80上表中=， Si=, 0, =1.7

42、.4混凝土蝸殼系數(shù) （17）在包角時面積是，解得=1800/6.2=29.03。1.7.5求其余各斷面積（18）由公式（18）得表114.表114 其余各斷面面積（m）11.4510.479.498.57.526.54()6.25.374.293.32.321.3 ()180155.9124.595.867.337.74繪制蝸殼單線圖（見附錄）(1) 將曲線按等分求各下的半徑如表115表115蝸殼各斷面尺寸 （）306090120150180（m）5.26.77.999.1510.0711.45(2) 蝸殼寬度B蝸殼的寬度=11.45+8=19.45m，繪制蝸殼單線圖（見附圖所示）。1.8 尾

43、水管選擇水流流經(jīng)轉(zhuǎn)輪，完成了能量交換后，將從轉(zhuǎn)輪的出口流出轉(zhuǎn)輪。這時，水流被引入尾水管在引入下流。尾水管除了將水引入下游，還可以回收部分的能量，使轉(zhuǎn)輪多發(fā)一些電能。目前在小型水輪機上多采用圓形斷面的直錐型尾水管，而對于大型立式機組，由于土建投資占電廠總投資的比例很大，因此在電站設(shè)計時，要盡量降低水下開挖量和混凝土量，應(yīng)選用變肘型尾水管。（根據(jù)1P117 ，8p167）本電站屬于大型立式機組范圍，故應(yīng)選用變肘型尾水管，包括三部分：進口錐管，肘管，出口散管。尾水管主要尺寸選擇(1) 尾水管深度尾水管的深度是指從水輪機的底環(huán)上平面到尾水管底板平面間的高度，通常用表示，它包括,，四部分。進口錐管尾水管

44、的高度對效率有影響和振動等性能有較大的影響，特別對低比速的水輪機影響較大，同時尾水管高度還影響挖方和投資.根據(jù)經(jīng)驗，對軸流式水輪機，一般取,不得小于2.0。(2) 進口錐管進口錐管的單邊錐角的最優(yōu)值取80100，在這里輪轂比小于0.45，故取=90。錐管進口直徑D3可近似取轉(zhuǎn)輪出口直徑，D3=0.983D1=7.864m。(3) 肘管段肘管的形狀十分復雜，它對整個尾水管的性能影響很大，一般推薦定型的標準肘管（根據(jù)8P167），則肘管 。 按照轉(zhuǎn)輪流道尺寸得 ,進口錐管的高度不能隨便選取，由圖（12-5）、（12-9）、（12-10）。（根據(jù)1）可知 （19）式中肘管高度,與轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)有關(guān)的參數(shù)

45、標準肘管的高度與進口直徑相等（110）其中錐管進口直徑，可取=進口錐管的半錐角將（19）代入（110）中得： （111）其中= ； 則有： （112）其中。由表1-11（根據(jù)2P25）得表116.表118 單位（m）ZZ56087.8647.8649.8911.671.23419.23.2由表1-13（根據(jù)2P25）得表119表119 單位（m）類型4E819.236209.849.844.93612.729.66.486(4) 擴散管的確定擴散管的斷面為矩形，一般兩側(cè)面為平行面，而上下兩面之間為擴散形。出口擴散斷面的寬度均為，與肘管出口寬度相等。對軸流式轉(zhuǎn)輪機，一般取=（2.32.7）。出口

46、擴散管=36-12.72=23.28（m） 增設(shè)中間支墩，尾水管出口寬度過大，為減少尾水管頂板及閘門跨度，通常在尾水管的出口擴散段內(nèi)增設(shè)支墩，加支墩后出口凈寬度應(yīng)該不變，如圖（12-12）（根據(jù)1）所示：(5) 尾水管翹角的確定 尾水管底板一般是水平布置的，當廠房底部開挖受到限制時地板允許向上翹起，通常翹角在1.9 水輪機參數(shù)的確定由圖134（根據(jù)6?？芇25）得表120.表120軸流式轉(zhuǎn)輪流到尺寸（見圖13-3）單位（m）849.3243.23.21.85.25.22.82.80.841.71.23.23.80.44表121 軸流式轉(zhuǎn)輪室流到尺寸（見圖13-4）單位（m）87.87.859.90.40.83.33.141.71.26.50.650.4480軸流式轉(zhuǎn)輪確定軸流式轉(zhuǎn)輪的葉片可以隨著符合變化與導水機構(gòu)的導葉協(xié)連動作，始終保持有利的組合關(guān)系，因此對負荷變化的適應(yīng)性較好，運行區(qū)域平均效率高，但由于葉片需要轉(zhuǎn)動，因而結(jié)構(gòu)比較復雜。葉片是轉(zhuǎn)換能量的主要部件，安裝在轉(zhuǎn)輪體上，它一方面與轉(zhuǎn)輪一起旋轉(zhuǎn)運動；按組合方式不同分整體式和分件是兩種;一般應(yīng)用于>5m的轉(zhuǎn)輪采用分件制造，用螺栓連成一體。葉片的密封證機組正常運行費關(guān)系很大，一方面防