水輪機(jī)主機(jī)選型本科論文

PAGE第1頁摘要水電站機(jī)電部分設(shè)計(jì)主要根據(jù)獲得的設(shè)計(jì)材料中給定的水頭范圍進(jìn)行的主機(jī)選型，根據(jù)選擇的三方案中擇優(yōu)進(jìn)行模型綜合特性曲線的繪制，即選出一方案進(jìn)行繪制，再根據(jù)效率，轉(zhuǎn)速等選其一進(jìn)行蝸殼、尾水管、水輪發(fā)電機(jī)外形的計(jì)算和繪圖，最后進(jìn)行水輪機(jī)的調(diào)節(jié)保證計(jì)算和調(diào)速器設(shè)備選擇。關(guān)鍵字：水輪機(jī)主機(jī)選型；水電站機(jī)電設(shè)備初步計(jì)算；外形設(shè)計(jì)；調(diào)節(jié)保證計(jì)算。前言畢業(yè)設(shè)計(jì)是高等教育教學(xué)中的最后一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，是實(shí)踐性教育的環(huán)節(jié)。畢業(yè)設(shè)計(jì)與其他教學(xué)環(huán)節(jié)構(gòu)成有機(jī)的整體，也是各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的繼續(xù)、深化補(bǔ)充和檢驗(yàn)，是將分散、局部的知識(shí)內(nèi)容加以全面的結(jié)合，這次設(shè)計(jì)提高了我們運(yùn)用知識(shí)的綜合能力，將知識(shí)化為能力，鞏固和加深所學(xué)知識(shí)，培養(yǎng)知識(shí)，綜合了系統(tǒng)化的運(yùn)用。目前，我國大陸水力資源理論蘊(yùn)藏在1萬KW以上的河流共3886條，水力資源理論蘊(yùn)藏年發(fā)電量6082.9Tw·h；技術(shù)可開發(fā)裝機(jī)容量541.64GW。經(jīng)濟(jì)可開發(fā)裝機(jī)容量401.8GW。我國水力資源具有三個(gè)鮮明特點(diǎn)：第一、在地域上分布極不平衡，西部多，東部少。西部水利資源開發(fā)出了滿足西部電力市場(chǎng)的需要，更重要的是考慮東部電力市場(chǎng)。第二、大多數(shù)河流年內(nèi)、年際經(jīng)流分布不均。第三、水力資源集中于大江大河，有利于集中開發(fā)和規(guī)模外送。本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容為主機(jī)選型、蝸殼、尾水管、發(fā)電機(jī)確定和調(diào)節(jié)保證計(jì)算。設(shè)計(jì)過程中，依據(jù)資料水電站水頭，單機(jī)引水流量，總裝機(jī)，對(duì)水輪機(jī)發(fā)電進(jìn)行初選，并根據(jù)單位轉(zhuǎn)速，模型綜合特性曲線，對(duì)水輪機(jī)型號(hào)，轉(zhuǎn)速，效率出力等進(jìn)行認(rèn)真計(jì)算，校驗(yàn)，對(duì)選擇方案的蝸殼水管，水輪機(jī)選型和繪圖。對(duì)水輪機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)保證機(jī)算。通過這次對(duì)相關(guān)專業(yè)知識(shí)的課題設(shè)計(jì)，更加深入的認(rèn)識(shí)知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用，學(xué)會(huì)知識(shí)與實(shí)際結(jié)合、與實(shí)踐結(jié)合，得以充分利用知識(shí)為以后工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。編者2012年5月目錄摘要……………...1前言……………….2目錄……………….3水輪機(jī)型號(hào)選擇………..5第一節(jié)水輪機(jī)型的選擇…………………….5第二節(jié)初選水輪機(jī)基本參數(shù)的計(jì)算……….………………6第三節(jié)水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線的繪制…………………17第四節(jié)待選方案的綜合比較和確定………19蝸殼計(jì)算………………..…………….…21第一節(jié)蝸殼形式、進(jìn)口斷面參數(shù)選擇………………...….21第二節(jié)蝸殼各斷面參數(shù)計(jì)算………………23第三節(jié)金屬蝸殼圖…………25第三章尾水管選型…………….26第四章水輪發(fā)電機(jī)的初步選擇計(jì)算…………27第五章調(diào)節(jié)保證計(jì)算及設(shè)備的選擇…………33第一節(jié)調(diào)節(jié)保證計(jì)算………33第二節(jié)調(diào)速設(shè)備選型………52結(jié)論………………55總結(jié)與體會(huì)……………………….56謝辭……………….57參考文獻(xiàn)………….58附錄第一章水輪機(jī)型號(hào)選擇第一節(jié)水輪機(jī)機(jī)型選擇一、確定初選機(jī)型根據(jù)電站實(shí)際水頭范圍（一般按最大水頭定）來進(jìn)行選擇合適的轉(zhuǎn)輪，由最大水頭Hmax=119m水輪機(jī)型號(hào)初選參數(shù)表表1-1參數(shù)轉(zhuǎn)輪型號(hào)n110mη110mQm限ηm限A12-2569.00.8940.0868900.870A232-3569.50.9070.08010400.884A278-3578.00.9180.13511650.870A28-2571.00.8980.1008950.870A285-3574.00.9180.13912400.860A611-3571.00.9140.0809760.889二，確定機(jī)組臺(tái)數(shù)在選擇機(jī)組臺(tái)數(shù)時(shí)，應(yīng)在以下幾方面綜合考慮⑴成本因素⑵運(yùn)行效率因素⑶電廠主接線圖⑷運(yùn)行維護(hù)的因素⑸電力系統(tǒng)因素⑹制造、運(yùn)輸及安裝的因素三，布置方式根據(jù)ZSQ水電站設(shè)計(jì)資料，電站最大水頭119m，設(shè)計(jì)最小水頭95m，裝機(jī)容量當(dāng)機(jī)組臺(tái)數(shù)Z=2時(shí)：N單=N電站/Zηf=220000/2×0.98=112245KW當(dāng)機(jī)組臺(tái)數(shù)Z=3時(shí)：N單=N電站/Zηf=220000/3×0.98=74830KW—ηf為發(fā)電率，一般取0.96～0.98根據(jù)裝機(jī)容量的大小，可以選用立式布置方式。第二節(jié)初選水輪機(jī)基本參數(shù)計(jì)算一，計(jì)算參數(shù)從初選的六個(gè)轉(zhuǎn)輪型號(hào)中根據(jù)n110越高，機(jī)組效率越好等因素選出三個(gè)轉(zhuǎn)輪型號(hào)進(jìn)行基本參數(shù)計(jì)算。三個(gè)轉(zhuǎn)輪型號(hào)分別為：A232-35,A278-35,A28-25方案一：轉(zhuǎn)輪型號(hào) A232-35Z=2時(shí)；⑴N單=112245KW⑵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑D1==ηT=η限+（1～3）%=0.9按計(jì)算值查《設(shè)計(jì)手冊(cè)》P36選標(biāo)準(zhǔn)直徑為D標(biāo)=3.8⑶原型機(jī)最大效率=1-(1-)=1-(1-0.925)=0.942⑷原型效率修正值⑸判斷單位參數(shù)是否修正-1=-1=0.019<3%不修正⑹原機(jī)型的轉(zhuǎn)速n===177.41(r/min)根據(jù)《水輪機(jī)》P326表得發(fā)電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n=187.5r/min⑺原機(jī)型的平均效率η=ηm+Δη=0.884+0.035=0.919⑻校核出力N′=9.81Q11η=9.81×1.040××0.919×=145669.6KWN/N’=1.30校核不成功方案二：轉(zhuǎn)輪型號(hào)為A232-35Z=3時(shí)⑴N單=74830KW⑵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑D1===2.746mηT=η限+（1～3）%=0.904按計(jì)算值查《設(shè)計(jì)手冊(cè)》P36標(biāo)準(zhǔn)直徑為D標(biāo)=2.75⑶原型機(jī)最大效率=1-(1-)=1-(1-0.907)=0.938⑷原型效率修正值⑸判斷單位參數(shù)是否修正-1=-1=0.017<3%不修正⑹原機(jī)型的轉(zhuǎn)速n===258.9(r/min)根據(jù)《水輪機(jī)》P326表得發(fā)電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速=300r/min⑺原機(jī)型的平均效率η=+Δη=0.884+0.031=0.915⑻校核出力N′=9.81η=9.81×1.040××0.915×=75957.87KWN′/N==1.29校核不成功方案三：轉(zhuǎn)輪型號(hào)為A278-35Z=2時(shí)⑴N單=112245KW⑵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑D1==ηT=η限+（1～3）%=0.9按計(jì)算值查《設(shè)計(jì)手冊(cè)》P36標(biāo)準(zhǔn)直徑為D標(biāo)=3.3⑶原型機(jī)最大效率=1-(1-)=1-(1-0.918)=0.9476⑷原型效率修正值⑸判斷單位參數(shù)是否修正-1=-1=0.016<3%不修正⑹原機(jī)型的轉(zhuǎn)速n===242.2(r/min)根據(jù)《水輪機(jī)》P326表得發(fā)電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n=250r/min⑺原機(jī)型的平均效率η=+Δη=0.87+0.029=0.899⑻校核出力N′=9.81Q11η=9.81×1.165××0.899×=1203383.36KWN′/N==1.07校核成功⑼計(jì)算原機(jī)型的吸出高度=10（0.135+0.02）×105=-6.991m⑽計(jì)算n11查《轉(zhuǎn)輪模型綜合性曲線》A378-35模型綜合特性曲線。根據(jù)n11得存在最高效率區(qū)。方案四：轉(zhuǎn)輪型號(hào)為A278-35Z=3時(shí)⑴N單=112245KW⑵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑D1==ηT=η限+（1～3）%=0.9按計(jì)算值查《設(shè)計(jì)手冊(cè)》P36標(biāo)準(zhǔn)直徑為D標(biāo)=2.75⑶原型機(jī)最大效率=1-(1-)=1-(1-0.918)=0.946⑷原型效率修正值⑸判斷單位參數(shù)是否修正-1=-1=0.0151<3%不修正⑹原機(jī)型的轉(zhuǎn)速n===290.64(r/min)根據(jù)《水輪機(jī)》P326表得發(fā)電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n=300r/min⑺原機(jī)型的平均效率η=+Δη=0.87+0.028=0.898⑻校核出力N′=9.81Q11η=9.81×1.165××0.899×=190365.3KWN′/N==1.043校核成功⑼計(jì)算原機(jī)型的吸出高度=10（0.135+0.02）×105=-6.991m⑽計(jì)算n11查《轉(zhuǎn)輪模型綜合性曲線》A278-35模型綜合特性曲線。根據(jù)n11得存在最高效率區(qū)。方案五：轉(zhuǎn)輪型號(hào)為A28-25Z=2時(shí)⑴N單=112245KW⑵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑D1==ηT=η限+（1～3）%=0.9按計(jì)算值查《設(shè)計(jì)手冊(cè)》P36標(biāo)準(zhǔn)直徑為D標(biāo)=3.8⑶原型機(jī)最大效率=1-(1-)=1-(1-0.878)=0.924⑷原型效率修正值⑸判斷單位參數(shù)是否修正-1=-1=0.026<3%不修正⑹原機(jī)型的轉(zhuǎn)速n===191.5(r/min)根據(jù)《水輪機(jī)》P326表得發(fā)電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n=214.3r/min⑺原機(jī)型的平均效率η=+Δη=0.87+0.046=0.916⑻校核出力N′=9.81Q11η=9.81×0.895××0.913×=124950.7KWN′/N==1.113校核不成功方案六：轉(zhuǎn)輪型號(hào)為A28-25Z=3時(shí)⑴N單=74830KW水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑D1==ηT=η限+（1～3）%=0.9按計(jì)算值查《設(shè)計(jì)手冊(cè)》P36標(biāo)準(zhǔn)直徑為D標(biāo)=3⑶原型機(jī)最大效率=1-(1-)=1-(1-0.898)=0.9336⑷原型效率修正值⑸判斷單位參數(shù)是否修正-1=-1=0.0196<3%不修正⑹原機(jī)型的轉(zhuǎn)速n===242.5(r/min)根據(jù)《水輪機(jī)》P326表得發(fā)電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n=250r/min⑺原機(jī)型的平均效率η=+Δη=0.87+0.036=0.906⑻校核出力N′=9.81Q11η=9.81×0.895××0.906×=77027.68KWN′/N==1.02校核成功⑼計(jì)算原機(jī)型的吸出高度=10（0.100+0.02）×105=-3.316m⑽計(jì)算n11查《轉(zhuǎn)輪模型綜合性曲線》A28-25模型綜合特性曲線。根據(jù)n11得存在最高效率區(qū)。二、初選方案初步選擇比較從初算的六個(gè)方案中根據(jù)D1、n、、σ、HS校核出力是否存在最高效率區(qū)選出兩方案。表1-2轉(zhuǎn)輪型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)直徑D1標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速n（r/min）最高效率ηmax（%）氣蝕系數(shù)σ吸出高度HS（m）運(yùn)行范圍是否包含最高效率區(qū)A278-353.325094.80.135-6.99175.6～84.6包含A28-25325093.40.100-3.31668.8～76.95包含第三節(jié)水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線的繪制水輪機(jī)型號(hào)A278-35;Z=2時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線的繪制表1-3D1=3.3mn=250(r/min)=119mHr=105mHmin=95mN=N= N=620.4500.64928889.47710.4900.73941621.24740.4950.76952789.66650.4650.67931232.38740.5350.76947289.09770.5300.79958727,29680.5000.70935066.99770.5700.79949133.92.800.5700.82965530.99710.5350.73939109.34800.6200.82959078.17820.6000.84970144.66740.5700.76943359.42820.6550.84963918.98840.6400.86977731.46780.6100.79948212.42840.6950.86969420.13860.7050.88986917.70800.6550.82953712.84860.7600.88977659.79880.7950.909100218.60820.690O,84957948.08880.8600.90989855.19890.8400.919107056.27840.7400.86963611.23890.8950.91994540.82900.8750.929112730.41860.8250.88972550.10900.9250.92998773.01910.9250.939124036.24880.9250.90983174.06910.9600.939103613.81911.0000.939130221.57890.9650.91987725.35901.0100.939109010.39901.0400.929133988.15901.0050.92992355.78901.0600.929173188.53891.0950.919139555.50901.0100.92992815.26891.0950.929115667.20881.1400.909143709.09881.1300.909118065.545%出力限制線上的點(diǎn)891.0950.91999543.2888.21.1350.910117544.2887.51.1750.904147307.08⑴=1-(1-)=0.9476⑵0.946-0.919=0.029⑶等效率曲線表為表1-3⑷轉(zhuǎn)輪型號(hào)A278-35水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線圖見附錄一二、轉(zhuǎn)輪機(jī)型號(hào)A28-25;Z=3時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線的繪制表1-4D1=3mn=150(r/min)Hmax=119mHr=105mHmin=95mN=N=N=780.4500.81630019,23800.4900.83638913.28800.4550.83643596.30800.5250.83635880.83820.5400.85643909.95820.5000.85649054.15820.5700.85639888.30840.5700.87647464.81840.5400.87654216.29840.6050.87643326.79860.6300.89652806.31860.5800.89659516.18860.6700.89649077.20880.6750.91658773.16880.6300.91666140.58880.7250.91654291.32890.7100.92662454.65890.6750.92671638.54890.7900.92659804.66890.8300.92672221.12890.8150.92686496.90880.8700.91665149.58880.8700.91675702.49880.8500.91689237.295%出力限制線上的點(diǎn)870.8800.90665179,.0287.50.8950.91177452.7687.50.8800.91193448.72⑴=1-(1-)=1-（1-0.898）=0.9336⑵⑶等效率曲線表為表1-4⑷轉(zhuǎn)輪型號(hào)A28-25水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線圖見附錄二第四節(jié)待選方案的綜合比較和確定根據(jù)繪制的兩種方案的水輪機(jī)綜合特性曲線和其比較轉(zhuǎn)速ns，飛逸轉(zhuǎn)速nR及其它參數(shù)綜合比較選擇最優(yōu)方案作為終選機(jī)型。一、轉(zhuǎn)輪型號(hào)A278-35N單=112245KWH=100n標(biāo)=250n11R=140.71.比轉(zhuǎn)速計(jì)算ns===264.84其中：n為標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速，N為單機(jī)容量，H為出力限制線與水輪機(jī)額定出力的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的水頭。2.飛逸轉(zhuǎn)速計(jì)算nR=n11R==465.11其中：n11R為模型水輪機(jī)的單位飛逸轉(zhuǎn)速二、轉(zhuǎn)輪型號(hào)A28-25N單=74830KWH=100m n標(biāo)=250n11R=1.比轉(zhuǎn)速計(jì)算ns===208.42其中：n為標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速，N為單機(jī)容量，H為出力限制線與水輪機(jī)額定出力的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的水頭2.飛逸轉(zhuǎn)速計(jì)算nR=n11R==487.26其中：n11R為模型水輪機(jī)的單位飛逸轉(zhuǎn)速根據(jù)水輪機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)直徑、標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速、比轉(zhuǎn)速、最高效率及氣蝕系數(shù)、吸出高度列下表綜合比較水輪機(jī)終選方案經(jīng)濟(jì)技術(shù)綜合比較表表1-5項(xiàng)目轉(zhuǎn)輪型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)直徑D1(m)標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速n（r/min）比轉(zhuǎn)速ns飛逸轉(zhuǎn)速（r/min）最高效率ηmax（%）氣蝕系數(shù)σ吸出高度HS（m）運(yùn)行范圍方案選擇A278-353.3250264.84465.11900.135-6.99175.6～84.6方案三A28-253250208.45487.25900.100-3.31668．8～76.95由上表綜合比較，標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速越大越好，比轉(zhuǎn)速越大越好，最高效率越高越好，空化系數(shù)越低越好，比較選出最優(yōu)方案為方案三，即A278-35（Z=2）第二章蝸殼計(jì)算第一節(jié)蝸殼形式、進(jìn)口斷面參數(shù)選擇一、蝸殼形式選擇水輪機(jī)蝸殼分金屬蝸殼和鋼筋混泥土的蝸殼，蝸殼自鼻端至進(jìn)口斷面所包圍的角度稱為蝸殼的包角?；炷嗤廖仛ひ话阌糜谒^在40m下，包角=180°～270°，高水頭水輪機(jī)多采用金屬蝸殼，包角=340°～350°所設(shè)計(jì)的方案水頭H=119m根據(jù)應(yīng)用水頭不同鑄造蝸殼采用不同的材料，水頭小于120m的小機(jī)型機(jī)組一般用鑄鐵。二、蝸殼進(jìn)口斷面參數(shù)選擇計(jì)算1.包角的選擇由于選擇為金屬蝸殼，所以包角=340°～350°選=345°2.進(jìn)口斷面平均流速=K==8.3m/s式中K—蝸殼的流速系數(shù)。查《水輪機(jī)》P120得K=0.81H—設(shè)計(jì)水頭3.進(jìn)口斷面的流量Q====124.91式中：—進(jìn)口斷面的包角，=345°—設(shè)計(jì)水頭所對(duì)應(yīng)的限制工況的單位流量，經(jīng)查模型特性曲線圖。4.進(jìn)口斷面面積===15.055.進(jìn)口斷面半徑===2.19m6.確定座環(huán)內(nèi)外徑由《設(shè)計(jì)手冊(cè)》P128，表2-16查得=5.2m=4.4m7.蝶形邊錐角=55°8.蝶形邊高度hh==0.850m式中：K、查《設(shè)計(jì)手冊(cè)》P128表2-16得K=0.25m=0.3m由《轉(zhuǎn)輪模型綜合特性曲線》查得=0.2×3.3=0.669.蝶形邊半徑=+K=+K=2.85m10.進(jìn)口斷面的中心距=+=4.86811.進(jìn)口斷面的外半徑=+=7.05812.蝸殼系數(shù)CC==662.9113.圓形斷面與橢圓形斷面的分界判定數(shù)SS=h/=1.482當(dāng)<S時(shí)由圓斷面轉(zhuǎn)入橢圓斷面計(jì)算。第二節(jié)蝸殼各斷面參數(shù)計(jì)算一、圓形斷面參數(shù)計(jì)算表2-1斷面號(hào)2X1345°0.522.852.9640.7251.4962.0164.062.194.8667.0562330°0.502.852.8500.7251.4581.9583.832.134.8086.9383315°0.482.852.7360.7251.4181.8983.602.084.7486.8284300°0.452.852.5650.7251.3561.8063.262.004.6566.6565285°0.432.852.4510.7251.3141.7443.041.944.5946.5346270°0.402.852.2800.7251.2471.6472.711.854.4976.3477255°0.392.852.2230.7251.2241.6142.601.824.4676.2878240°0.362.852.0520.7251.1521.5122.291.734.3626.0929225°0.342.851.9380.7251.1211.4412.081.674.3915.96110210°0.322.851.8240.7251.0481.3681.871.614.2185.82811195°0.292.851.6530.7250.9631.3531.571.514.1035.61312180°0.272.851.5390.7250.9021.1721.371.444.0225.46213165°0.252.851.4250.7250.8361.0861.181.383.9365.31614150°0.232.851.3110.7250.7660.9960.991.313.8465.156表2-1中所用相關(guān)公式有：x=+②=③=+X④=+當(dāng)斷面號(hào)為10，=150°時(shí)。=1.61<=1.73，所以可以進(jìn)行橢圓斷面的計(jì)算。二、橢圓形斷面的參數(shù)計(jì)算=-1.345LL==1.04=2.6==2.00橢圓形斷面各參數(shù)計(jì)表2-2斷面號(hào)DAL102100.322.001.220.65.191.041.112.933.369.29111950.272.001.440.64.601.040.992.723.215.9312180°0.272.001.090.64.221.040.902.573.105.5713165°0.252.001.030.63.831.040.812.422.995.4114150°0.232.000.980.63.511.040.732.282.895.1715135°0.202.000.890.62.981.040.602.062.734.7916120°0.182.000.830.62.661.040.511.912.624.5317105°0.162.000.770.62.351.040.431.772.524.291890°0.142.000.710.62.081.040.351.642.434.071975°0.112.000.610.61.661.040.221.412.273.682060°0.092.000.540.61.411.0410.141.282.173.452145°0.072.000.430.61.071.040.011.062.013.952230°0.052.000.380.60.951.04-0.030.991.962.952315°0.022.000.230.60.661.04-0.150.781.051.83表2-2中所用公式有：①=-1.345L②③④d=-⑤A=或者A=⑥⑦第三節(jié)金屬蝸殼圖金屬蝸殼圖如圖3.見附錄三第三章尾水管選擇一、尾水管類型選擇為了減小開挖深度，經(jīng)濟(jì)合理且該設(shè)計(jì)為大型水輪機(jī)。所以選用彎肘形尾水管。二、尾水管尺寸的確定因?yàn)?240.88r/min查《設(shè)計(jì)手冊(cè)》P26得可選HL3101，尾水管高度：h=2.6D1=8.582,尾水管寬度：B5=2.72D1=8.9723，尾水管水平段長度：L=4.5D1=14.854,轉(zhuǎn)輪出口直徑：D2=1.036D1=3.41885，錐形管進(jìn)口直徑：D3=D2=3.41886，錐形管出口直徑：D4=1.35D1=4.4557，以下參數(shù)看《設(shè)計(jì)手冊(cè)》P129圖2-37的幾何關(guān)系可得:h1=0.173D1=0.5709h4=1.35D1=4.455h5=1.22D1=4.026h6=0.675D1=2.2275h3=h-h1-h4=3.55 標(biāo)準(zhǔn)肘形管的主要尺寸表3-1型號(hào)h6ahL3.34.464．463.552.238.5814.858.984.03三、尾水管單線圖的繪制1、尾水管單線圖的繪制數(shù)據(jù)參考《設(shè)計(jì)手冊(cè)》P129圖2-372、尾水管單線圖如圖4.見附錄四第四章水輪機(jī)發(fā)電機(jī)初步選擇計(jì)算一，水輪機(jī)發(fā)電機(jī)型式的確定水輪發(fā)電機(jī)按其軸線位置可分為立式布置和臥室布置兩類，大中型機(jī)組一般采用立式布置，臥式布置通常用于中小型機(jī)組和貫流式機(jī)組。立式布置又分為懸式布置和傘式布置兩種。根據(jù)懸式布置和傘式布置的適用條件，懸式適用于轉(zhuǎn)速大于150r/min的機(jī)組，傘式適用于轉(zhuǎn)速小于150r/min的機(jī)組。結(jié)合ZSQ水電站轉(zhuǎn)速n=250r/min,所以選擇水電站的型式為懸式。二，待選水輪機(jī)的有關(guān)參數(shù)1，發(fā)電機(jī)二點(diǎn)額定容量：112245kw2，發(fā)電機(jī)型式：懸式3，標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速：250r/min4，磁極對(duì)數(shù)：12對(duì)三，主要尺寸估算參看《設(shè)計(jì)手冊(cè)》1，極距=kj（——發(fā)電機(jī)額定容量KAV）=（P——磁極對(duì)數(shù)kj取8—10）=84.90cm=2，定子內(nèi)徑=3，定子鐵芯（C系數(shù)查《設(shè)計(jì)手冊(cè)》P160取3-5，額定轉(zhuǎn)速）4，定子鐵芯外徑由于所以+=648.95+84.90=733.85cm四，外徑尺寸估算（一）平面尺寸估算1，定子機(jī)座外徑由于所以2，風(fēng)罩內(nèi)徑由于124716.67KVA>20000KVA所以=+240=1120.62cm3，轉(zhuǎn)子外徑=cm(—單邊空氣間隙，初步計(jì)算時(shí)省略)4，下機(jī)架最大跨度由于>100000KVAm（—水輪機(jī)坑直徑查《設(shè)計(jì)手冊(cè)》P162表3—6取=4600mm）推力軸承外徑和勵(lì)磁機(jī)外徑查《設(shè)計(jì)手冊(cè)》P162表3—7得=4300mm=4.5m=3800mm=3.8m（二）軸向直徑計(jì)算1，定子機(jī)座高度由于所以cm2，上機(jī)架高度3，推力軸承高度，勵(lì)磁機(jī)高度和永磁機(jī)高度查《設(shè)計(jì)手冊(cè)》P163表3—8推力軸承高度：勵(lì)磁機(jī)高度：副勵(lì)磁高度：永磁體高度：4，下機(jī)架高度5，定子機(jī)座支承面或下?lián)躏L(fēng)板之間的距離6，下機(jī)架支承面至主軸法蘭底面之間的距離按于生產(chǎn)的發(fā)電機(jī)統(tǒng)計(jì)資料，一般取700—1500mm取7，轉(zhuǎn)子磁軛軸向高度無風(fēng)扇有風(fēng)扇8，發(fā)電機(jī)的主軸高度=0.8=0.81369.82=1095.869，定子鐵芯水平中心至主軸距離=0.46五，水輪發(fā)電機(jī)重量1，水輪發(fā)電機(jī)重量2，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子重量G定G定=3，發(fā)電機(jī)飛輪了力矩（即轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）將于上數(shù)計(jì)算的數(shù)據(jù)列表如下水輪發(fā)電機(jī)參數(shù)表（單位：cm）表4—1轉(zhuǎn)子重量251.60880.61120.6647.0580.0460.0430.0367.5162.2200.077.8397.29100.0277.71095.9345.5第五章調(diào)節(jié)保證計(jì)算及設(shè)備的選擇第一節(jié)調(diào)節(jié)保證計(jì)算一、調(diào)節(jié)保證計(jì)算的任務(wù)調(diào)節(jié)保證計(jì)算是研究機(jī)組突然改變較大負(fù)荷時(shí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)過渡的特性，計(jì)算機(jī)組的轉(zhuǎn)速變化和壓力輸水系統(tǒng)壓力變化選定導(dǎo)水機(jī)構(gòu)合理的調(diào)節(jié)時(shí)間和啟閉規(guī)律，解決壓力輸水系統(tǒng)水流慣性，機(jī)組慣性力矩和調(diào)整性三者之間的矛盾，使水工建筑物和機(jī)組既經(jīng)濟(jì)合理，又安全可靠。二、調(diào)節(jié)保證計(jì)算內(nèi)容 1.確定基本數(shù)據(jù)：水電站型式、壓力水管尺寸、水頭、機(jī)組臺(tái)數(shù)、水輪機(jī)流量、出力、水輪機(jī)型號(hào)及其特性、額定轉(zhuǎn)速，。求出計(jì)算水頭或最大水頭及額定負(fù)荷時(shí)的給定直線關(guān)閉時(shí)間計(jì)算水機(jī)壓力變化計(jì)算轉(zhuǎn)速升高或確定機(jī)組在不滿足要求時(shí)，重新給定，再重復(fù)上述步驟計(jì)算。三、具體計(jì)算步驟（一）調(diào)?；緟?shù)計(jì)算1.計(jì)算和工況下發(fā)出額定出力Nr時(shí)的流量=119m時(shí)==103.66m/s=105m時(shí)==119.00m/sNr—水輪機(jī)實(shí)際額定出力H—實(shí)際設(shè)計(jì)水頭—水輪機(jī)在設(shè)計(jì)工況時(shí)的效率2.確定壓力鋼管直徑d==7.78m<10Z為裝機(jī)臺(tái)數(shù)，經(jīng)經(jīng)濟(jì)流速Ve=3～5m/s3.在H和下壓力引水鋼管的流速為：H：Vr==5.11：==4.36m/s4.壓力引水鋼管的 壓力引水管計(jì)算表 表2-1.1H（m）Hr管路分段（m）10020201002020Q（）357238119310206.7103.7Vi（m/s）5.116.517.904.365.626.88LiVi511130.2138436112.4137.6140140779.26865.蝸殼段的計(jì)算（一）在設(shè)計(jì)水頭H=105m時(shí)⑴當(dāng)設(shè)計(jì)水頭H=105m時(shí)，管段編號(hào)分別取、270°、165、60⑵斷面面積有蝸殼計(jì)算表格查取分別是當(dāng)=時(shí)，F(xiàn)1=15.08m當(dāng)=270時(shí)，F(xiàn)2=10.75m當(dāng)=165時(shí)，F(xiàn)3=5.98m當(dāng)=60時(shí)，F(xiàn)4=1.41m⑶斷面流量Qi當(dāng)=時(shí)，Q1=Q=×119.00=114.04m/s當(dāng)=270時(shí)，Q2=Q=×119.00=89.25m/s當(dāng)=165時(shí)，Q3=Q=×119.00=54.54m/s當(dāng)=60時(shí)，Q4=Q=×119.00=19.83m/s⑷斷面流速Vi當(dāng)Q1=114.04m/s時(shí)，==114.04/156.08=7.56m/s當(dāng)Q2=89.25m/s時(shí)，==89.25/10.75=8.30m/s當(dāng)Q3=54.54m/s時(shí)，==54.54/5.98=9.12m/s當(dāng)Q4=19.83m/s時(shí)，==19.83/1.41=14.06m/s⑸相鄰斷面平均流速12===7.93m/s23===9.71m/s34===11.59m/s⑹相鄰斷面中心距，查蝸殼計(jì)算表當(dāng)=時(shí)，=4.866m當(dāng)=270°時(shí)，=4.497m當(dāng)=165時(shí)，=3.936m當(dāng)=60時(shí)，=2.170m⑺相鄰斷面平均中心距12===4.682m23===4.217m34===3.053m⑻各段管長Li=12==23==34=⑼12=6.128×7.93=48.6023=7.727×8.71=67.3034=5.589×11.59=64.78⑽×12+×23+×34=180.68⑾++=19.444（二）在設(shè)計(jì)水頭H=105m時(shí)⑴當(dāng)設(shè)計(jì)水頭Hmax=119m時(shí)，管段編號(hào)分別取、270°、165、60⑵斷面面積有由蝸殼計(jì)算表格查取分別是：當(dāng)=時(shí)，F(xiàn)1=15.05m當(dāng)=270時(shí)，F(xiàn)2=10.75m當(dāng)=165時(shí)，F(xiàn)3=5.98m當(dāng)=60時(shí)，F(xiàn)4=1.41m⑶斷面流量Qi當(dāng)=時(shí)，Q1=Q=×103.66=99.34m/s當(dāng)=270°時(shí)，Q2=Q=×103.66=77.745m/s當(dāng)=165時(shí)，Q3=Q=×103.66=47.51m/s當(dāng)=60時(shí)，Q4=Q=×103.66=17.277m/s⑷斷面流速Vi==99.34/15.08=6.59m/s==77.745/10.75=7.23m/s==47.51/5.98=7.945m/s==17.277/1.41=12.25m/s⑸相鄰斷面平均流速12===6.91m/s23===7.588m/s34===6.598m/s⑹相鄰斷面中心距，查蝸殼計(jì)算表當(dāng)=時(shí)，=4.866m當(dāng)=270°時(shí)，=4.997m當(dāng)=165時(shí)，=3.936m當(dāng)=60時(shí)，=2.170m⑺相鄰斷面平均中心距12==4.92m23==4.46m34==3.05m⑻各段管長Li=12==23==34=⑼12=6.440×6.91=44.5023=8.173×7.588=62.0234=5.589×6.598=36.87⑽×12+×23+×34=143.40⑾++=20.20m蝸殼段計(jì)算表表2-2.2H（m）H=105Hmax=119管段編號(hào)（）ⅠⅡⅢⅣⅠⅡⅢⅣ斷面面積()15.0810.755.981.4115.0910.755.981.41斷面流量()114.0489.2554.5419.8399.3777.7547.5117.28斷面流速（m/s）7.568.309.1214.066.597.237.9512.25相鄰斷面平均流速（m/s）7.938.7111.596.917.596.60斷面中心距（m）4.8664.4973.9362.1704.8664.9973.9362.170相鄰斷面平均中心距(m)4.69154.21653.05304.924.463.05各段管長Li6.1287.7275.5896.4408.1735.58948.6067.3064.7844.5062.0236.87180.68143.4019.44420.206.尾水管的計(jì)算（一）在設(shè)計(jì)水頭H=105⑴當(dāng)Hr=105m時(shí)，將管段編號(hào)分成四段，分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ⑵斷面面積當(dāng)Ⅰ段時(shí)，===9.19m當(dāng)Ⅱ段時(shí)，===28.99m當(dāng)Ⅲ段時(shí)，==2.23×8.98=15.62m當(dāng)Ⅳ段時(shí)，==4.03×8.98=36.19m⑶斷面流速Vi==119.00/9.19=12.95m/s==119.00/15.62=7.62m/s==119.00/20.03=5.94m/s==119.00/39.19=3.29m/s⑷平均流速12==(12.95+7.62)/2=10.285m/s23==(7.62+5.92)/2=6.780m/s34==（5.94+3.29）/2=4.615m/s⑸各段管長LiL1=h3=3.55=（）/2=5.25m=h4=4.455m=h4-h6=4.455-2.2275=2.228m=L-L1=14.85-3.55=11.30⑹12=3.55×10.285=36.5123=5.25×6.78=35.6034=11.30×4.615=52.15⑺36.51+35.60+52.15=154.26⑻=++=3.55+5.25+11.30=20.10（二）設(shè)計(jì)水頭Hmax=119⑴在Hmax=121m時(shí)，將管段編號(hào)分成四段，分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ⑵斷面面積當(dāng)Ⅰ段時(shí)，===9.19m當(dāng)Ⅱ段時(shí)，===15.62m當(dāng)Ⅲ段時(shí)，==2.23×8.98=20.03m當(dāng)Ⅳ段時(shí)，==4.03×8.98=36.19m⑶斷面流速Vi==103.66/9.19=11.28m/s==103.66/15.62=6.64m/s==174.65/37.18=4.7m/s==103.66/36.19=2.86m/s⑷平均流速12===8.96m/s23===5.91m/s34===4.02m/s⑸各段管長LiL1=h3=3.55mL2=5.25m=⑹12=3.55×7.74=31.8123=5.25×5.91=31.0334=11.30×4.025=45.43⑺31.81+31.03+4543=108.25⑻=3.55+5.25+11.30=20.107.尾水管的尾水管段計(jì)算表表2-3.1H（m）=105=119管段編號(hào)（）ⅠⅡⅢⅣⅠⅡⅢⅣ斷面面積()9.1915.6220.0336.169.1915.6220.0336.16斷面流速（m/s）12.957.625.943.2911286.645.182.86平均流速（m/s）10.296.784.628.965.914.02各段管長Li（m）弧長弧長3.555.2511.303.555.2511.3036.5135.6052.1531.8131.0345.43154.26108.2520.1020.10注：斷面流速=；平均流速=弧長（）/2≈h4=h4-h68.水流慣性時(shí)間常數(shù)Tw=在Hr下時(shí)=++=779.2+180.68+15426=1114.14Tw===1.08在Hmax時(shí)=++=686+143.4+108.25=937.65Tw===0.809.機(jī)組慣性時(shí)間常數(shù)(1)選擇合理的Di,首先要選擇恰當(dāng)?shù)臉O距，根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料分析，極距與每極的容量關(guān)系如下：式中：-發(fā)電機(jī)額定容量(KVA)由《設(shè)計(jì)手冊(cè)》P166表3-11查得功率因素=0.85P-磁極對(duì)數(shù)由《水輪機(jī)》P326表9-9查因?yàn)閚=250r/min所以P=12-系數(shù)，一般為8～10.取=10(2)定子內(nèi)徑Di=(3)定子鐵芯長度Lt-額定轉(zhuǎn)速C-系數(shù)取K2系數(shù)由《設(shè)計(jì)手冊(cè)》P164表3-10查得K2=5.210.水擊波速a一般a=1000m/s11.最大水頭甩負(fù)荷時(shí)的關(guān)閉時(shí)間=′因?yàn)?、未知，說以首先要求在Hr、Hmax下的n11和Q11。并根據(jù)n11和Q11的值在模型綜合特性曲線上找出交點(diǎn)，看和所在的范圍。其中：—設(shè)計(jì)水頭下帶額定負(fù)荷時(shí)的導(dǎo)葉開度（mm）—最大水頭下帶額定負(fù)荷時(shí)的導(dǎo)葉開度（mm），查水輪機(jī)模型綜合特性曲線圖定。Hr下:n11===80.51r/minQ11===1.07/s在A278—35模型綜合特性曲線上找出交點(diǎn)即=22mmHmax下:===75.63r/min==0.87/s在A278—35模型綜合特性曲線上找出交點(diǎn)即=16mm（在Hmax下）在設(shè)計(jì)水頭下=112.斷水擊類型計(jì)算判斷是首相水擊還是末相水擊。/（）當(dāng)在Hr下時(shí)，==3.93根據(jù)《設(shè)計(jì)手冊(cè)》P199圖5-2得，位于范圍1為末相水擊當(dāng)在Hmax下時(shí),==2.18根據(jù)《設(shè)計(jì)手冊(cè)》P199圖5-2得，位于范圍1為末相水擊所以13.選擇合適的′在Hr下：當(dāng)′=6s時(shí)，H′=′τo=6×0.73=4.38當(dāng)′=7s時(shí)，H′=′τo=7×0.73=5.11當(dāng)′=8s時(shí)，H′=′τo=8×0.73=5.84所以Hr下：σ=/gH′當(dāng)′=6時(shí)，σ=0.180當(dāng)′=7時(shí)，σ=0.154當(dāng)′=8時(shí)，σ=0.135在Hmax下：σ=/gH′當(dāng)′=4.38時(shí)，σ=0.183當(dāng)′=5.11時(shí)，σ=0.157當(dāng)′=5.84時(shí)，σ=0.138因?yàn)樵贖r下和Hmax下都屬于末相水擊所以=在Hr下當(dāng)σ=0.180時(shí)，ξm==0.198當(dāng)σ=0.154時(shí)，ξm==0.167當(dāng)σ=0.135時(shí)，ξm==0.145在Hmax下當(dāng)σ=0.183時(shí)，ξm==0.201當(dāng)σ=0.157時(shí)，ξm==0.170當(dāng)σ=0.138時(shí)，ξm==0.148ξmax=1.2ξm在Hr下當(dāng)′=6時(shí)，ξmax=1.2×0.198=0.238<30%′滿足要求當(dāng)′=7時(shí)，ξmax=1.2×0.167=0.201<30%′滿足要求當(dāng)′=8時(shí)，ξmax=1.2×0.145=0.209<30%′滿足要求在Hmax下當(dāng)′=5.84時(shí)，ξmax=1.2×0.178=0.178<30%′滿足要求當(dāng)′=5.11時(shí)，ξmax=1.2×0.170=0.204<30%′滿足要求當(dāng)′=4.38時(shí)，ξmax=1.2×0.201=0.201<30%′滿