2019小水電技術導則設計第6-1部分：水力機械及水輪發(fā)電機

小水電技術導則設計第6-1部分：水力機械及水輪發(fā)電機小水電技術導則設計:61第部分水力機械及水輪發(fā)電機/:鳴謝本導則是聯(lián)合國工業(yè)發(fā)展組織（UNIDO）和國際小水電聯(lián)合會（INSHP）共同合作努力的成果，約80名國際專家和40家國際機構參與了導則的編制、同行審查，并提出了具體意見和建議，使導則更具實用性和專業(yè)性。UNIDO和INSHP非常感謝許多機構在制定本導則期間作出的貢獻，特別是以下國際組織：———東南部非洲共同市場（COMESA）—源和能源效率中心（CCREEE）。中國政府推動了本導則的最終定稿，對其完成具有重要意義。AdnanAhmedShawkyAtwa,AdoyiJohnOchigbo,ArunAtulSarthak,BasseyEdetNkposong,BernardoCalzadilla-Sarmiento,Ms.ChangFangyuan,ChenChangjun,Ms.ChenHongying,ChenXiaodong,Ms.ChenMs.ChenMs.ChengXialei,ChilesheKapayaMatantilo,Ms.ChilesheMpunduKapwepwe,DeogratiasKamweya,DolwinKhan,DongGuofeng,EjazHussainButt,Ms.EvaKremere,Ms.FangLin,FuLiangliang,GaraioDonaldGafiye,GueiGuillaumeFulbertKouhie,GuoChenguang,GuoHongyou,HaroldJohnAnnegam,Ms.Houling,HuJianwei,Ms.HuXiaobo,HuHuangHaiyang,HuangZhengmin,Ms.JanukaGyawali,JiangSongkun,K.M.DharesanUnnithan,KipyegoCheluget,KoladeEsan,LamyserCastellanosRigoberto,LiZhiwu,Ms.LiHui,LiXiaoyong,Ms.LiJingjing,Ms.LiSa,Zhenggui,Ms.LiangHong,LiangLinXuxin,LiuDeyou,LiuHeng,LouisPhilippeJacquesMs.Xiaoyan,LvJianping,ManuelMattiat,MartinMohamedainSeifMundiaSimainga,MukayiMusarurwa,OlumideOuChuanqi,Ms.PanMeiting,PanRalfRudolfHüpfl,RuiJun,RaoSandeepArmandoJasso,SindisoNgwenga,SidneyKilmete,Ms.SitrakaZarasoaRakotomahefa,ShangZhihong,ShenCunke,ShiRongqing,Ms.SanjaKomadina,Fujimoto,RamanantsoaXiangqing,Leyi,Xinliang,Fuyun,Mr.WangBaoluo,Jianghui,WUCong,Ms.XieLihua,XiongJie,Ms.XuJie,Ms.XuXiaoyan,Mukabe,Ms.Li,Shenghong,ZengJingnian,ZhaoGuojun,ZhangMin,ZhangLiansheng,ZhangZhenzhong,ZhangXiaowen,Ms.ZhangZhengLiang,ZhengZhouShuhua,Ms.ZhuMingjuan.使用中如有其他意見和建議，歡迎提供，以便再版更新。P目次……………………………………ⅢⅣ前言引言………………………12341范圍…………………………111規(guī)范性引用文件………………術語和定義……………………水輪機……………………4122345選型的一般要求………………………4額定水頭選擇……………4機型選擇…………………………4反擊式水輪機基本參數(shù)的選擇4水斗式水輪機基本參數(shù)的選擇…………………4機組調節(jié)保證計算………………55水輪發(fā)電機………………………5568水輪發(fā)電機選型的一般要求…………5額定數(shù)據和主要參數(shù)選擇…………………………95發(fā)電機機械結構選擇5發(fā)電機輔助設備選擇水輪機調速系統(tǒng)…………………………678…………調速系統(tǒng)選型的基本原則……………………6調速器工作容量…………………6調速器的控制系統(tǒng)………………水輪機主閥………………………7主閥設置原則主閥選擇……………7……………………………………7主閥密封型式選擇水力機械輔助設備系統(tǒng)、…………………8技術供排水系統(tǒng)………………8油系統(tǒng)………………………………………8壓縮空氣系統(tǒng)水力監(jiān)測系統(tǒng)起重設備選擇采暖通風…機修設備配置88…………………………8………………………8…………………9消防系統(tǒng)…………9消防系統(tǒng)設計的一般要求技術要求……………9ⅠP………………10廠房布置…………………………1基本原則…………………………反擊式水輪機基本參數(shù)計算參考公式沖擊式水輪機基本參數(shù)計算參考公式1技術要求()……………………ABC附錄規(guī)范性附錄規(guī)范性附錄)規(guī)范性附錄附錄資料性附錄附錄附錄())部分水輪機調速系統(tǒng)的工作容量計算參考公式典型機組布置及油氣水系統(tǒng)圖………………DⅡP引言。、、小水電是廣泛認可的解決偏遠農村地區(qū)電氣化問題的重要可再生能源盡管歐洲北美南美和中,(國等大多數(shù)國家都擁有很高的裝機容量但許多發(fā)展中國家受到許多因素的阻礙包括缺乏全球認可的小水電好案例或標準仍有大量小水電資源未得到開發(fā)。,本導則將通過應用全球現(xiàn)有的專門知識和最佳實踐解決目前缺乏適用于小型水電站的技術導則,、。的問題讓各國利用這些達成共識的導則來支持他們目前的政策技術和生態(tài)環(huán)境對于機構和技術能,,力有限的國家將夯實他們發(fā)展小水電的知識基礎從而制定鼓勵小水電發(fā)展的優(yōu)惠政策和吸引更多的,。,小水電投資以促進國家經濟發(fā)展本導則對所有國家都是有益的特別是在技術知識比較缺乏的國家中分享經驗和最佳實踐。本導則適用于裝機容量0MW。,、、及以下的小型水電站可作為小型水電站規(guī)劃設計建設和管理的技術性指導文件《》?！瘛裥∷娂夹g導則術語給出了小型水電站常用的專業(yè)技術術語和定義《》、,小水電技術導則設計給出了小型水電站設計的基本技術要求方法學和程序專業(yè)涵蓋了、、、、、、、、電站選址規(guī)劃水文工程地質工程布置動能計算水工機電設備選型施工工程造價估、、、。算經濟評價投資社會與環(huán)境評價等《》、、、、●小水電技術導則機組對小型水電站水輪機發(fā)電機調速系統(tǒng)勵磁系統(tǒng)主閥和監(jiān)控保護。及直流電源系統(tǒng)設備提出了具體的技術要求《》?！瘛裥∷娂夹g導則施工對小型水電站施工技術提出了規(guī)范性指導意見《》、、小水電技術導則管理對小型水電站項目管理運行維護技術改造和工程驗收等技術方面提出了規(guī)范性指導意見。ⅣP小水電技術導則設計:-1第6部分水力機械及水輪發(fā)電機1范圍、,本部分對小型水電站水力機械主輔機設備及水輪發(fā)電機的選型設計及布置以及采暖通風和消防系統(tǒng)的設計作出規(guī)定。2規(guī)范性引用文件。,下列文件對于本文件的應用是必不可少的凡是注日期的引用文件僅注日期的版本適用于本文件。,()。凡是不注日期的引用文件其最新版本包括所有的修改適用于本文件小水電技術導則術語和定義34術語和定義/界定的術語和定義適用于本文件。和水輪機41選型的一般要求、,、41水輪機型式及基本參數(shù)的選擇應根據水能參數(shù)水電站樞紐布置及運行特點從技術特性經濟、、,,。指標運行可靠性設計制造技術水平及運輸?shù)确矫娼Y合現(xiàn)場條件經技術經濟比較后選定:42水輪機選型應包含以下內容);a機型和裝置方式);b裝機臺數(shù)及單機容量);c水輪機額定水頭)、、、、、、,d水輪機的軸功率轉輪直徑額定轉速額定流量效率吸出高度安裝高程等基本參數(shù)對沖,、;擊式水輪機還應選擇射流直徑噴嘴數(shù)和排空高度),;e合適的模型轉輪水輪機運轉特性曲線)、。f水輪機的主要部件外形尺寸重量及造價:43水輪機選型需要的基礎資料應包括)(、、a水輪機工作水頭包括最大水頭最小水頭加權平均水頭);b電站引用流量);c電站裝機容量)、;d上下游水位)(、、e發(fā)電輸水系統(tǒng)參數(shù)包括從發(fā)電進水口至電站尾水出口的所有輸水系統(tǒng)的型式布置長度管、徑水頭損失等參數(shù))f;尾水位與流量關系曲線1P),;g電站保證出力必要時可提供電能加權因子);h電站在電力系統(tǒng)中的運行方式及水庫運行調度方式)(、、、、值和水溫等i過機水質含過機含沙量粒徑級配莫氏硬度礦物成分)(、、j電站氣象條件含氣溫水溫相對濕度等)(、k電站地理位置含電站廠房海拔高程大氣壓力和重力加速度42額定水頭選擇、、、41額定水頭的選擇應根據水電站的水頭變幅水庫調節(jié)特性機組穩(wěn)定運行的要求電站在電力系,。統(tǒng)中的運行方式以及發(fā)電輸水系統(tǒng)特性等因素綜合考慮經技術經濟比較選定,。4442中高水頭的水電站額定水頭宜在加權平均水頭的倍的范圍內選取,。3徑流式電站額定水頭應保證電站發(fā)足裝機容量“”,4水庫采取蓄清排渾運用方式的多泥沙河流的電站額定水頭宜在加權平均水頭與水庫蓄水期。的下限發(fā)電水頭之間選取5當額定水頭接近最小水頭時應論證其合理性和經濟性。對于水庫水位變幅較小的高水頭沖擊,4,。式水輪機可采用最小水頭作為水輪機額定水頭43機型選擇:41水輪機的型式選擇應滿足下列規(guī)定)a的基本原則按運行水頭范圍選定。常見水輪機型式及適用水頭范圍,水輪機型式應根據應滿足表1的規(guī)定。表1水輪機型式及適用水頭范圍水輪機型式適用水頭范圍按能量轉換方式劃分按水流流向劃分貫流式按結構特征劃分燈泡貫流式軸伸貫流式豎井貫流式全貫流式反擊式定槳式軸流式轉槳式4斜流式混流式水斗式斜擊式雙擊式,265沖擊式5~注適用水頭范圍為通常情況下的參數(shù)小型水輪機選型時可根據不同工程的具體情況和特殊要求經綜合比較,而定。交界水頭段各機型的適用水頭范圍可適當放寬。)、,。、b對于最大水頭及以下單機容量大于的徑流式電站宜優(yōu)先選用貫流式),、、c在交界水頭下有兩種適用的水輪機型式時應從技術特性參數(shù)經濟指標運行可靠性設計制造難度等方面經技術經濟比較后選定。2P:42模型轉輪的選擇應滿足下列要求)a,,,宜結合選定的水輪機型式按照電站運行水頭范圍進行比選并采用成熟可靠的模型轉輪進;行水輪機基本參數(shù)的技術經濟比較),。b應具有較高的能量及空化性能在所有工況下均應無明顯的壓力脈動和空蝕),;c對于多泥沙河流電站宜選用比轉速較低的模型轉輪水頭變幅大的電站應選用穩(wěn)定運行區(qū)寬;。的模型轉輪高海拔地區(qū)的電站應結合安裝高程因素選用空化性能適用的模型轉輪,、,43立軸和臥軸混流式及沖擊式水輪機的布置方式應結合單機容量轉輪直徑以及適合的轉速和,。廠房布置進行綜合比較宜優(yōu)先選擇臥軸布置44反擊式水輪機基本參數(shù)的選擇、,41反擊式水輪機基本參數(shù)的選擇應在確定單機容量額定水頭和模型轉輪初選后進行主要參數(shù)、、、、、、、、包括轉輪直徑額定轉速額定流量額定效率額定功率吸出高度最大飛逸轉速最大水頭最小水、、。頭設計水頭電能加權平均效率等,、、42計算得到的多個不同的參數(shù)組合方案應結合電站廠房布置現(xiàn)場實際的地形地質條件運行水,、、,頭范圍及水庫調節(jié)特性并從技術特性經濟指標運行可靠性及設計制造技術水平等方面經技術經濟。比較后確定,、。43確定水輪機主要參數(shù)后應繪制包含等效率線等空蝕線和出力限制線的水輪機運轉特性曲線。44水輪機可進行軸向水推力和主要部件重量的估算5水輪機應具有較高的加權平均效率運行范圍應包含高效區(qū)。水輪機在工作水頭范圍內應整體,4,。運行工況較好無明顯振動區(qū):46水輪機吸出高度和安裝高程的確定應滿足以下要求)aσ反擊式水輪機的吸出高度應按各特征水頭運行工況及其相應的初生空化系數(shù)分別進行計i。,。進行計算算如無初生空化系數(shù)σ可按臨界空化系數(shù)乘上比值系數(shù)i),12,電站機組共用尾水池的條件下當裝機臺或臺時宜滿足一臺機組在各種水頭下最;,2大出力運行時的吸出高度和相應尾水位的要求當裝機大于臺時宜滿足一臺機組在各種水。頭下最大出力運行時的吸出高度和相應尾水位的要求)c、、確定安裝高程的設計尾水位的選取應綜合考慮尾水位與流量關系特性初期發(fā)電要求防洪要。求及下游梯級電站的運行水位等因素),水輪機安裝高程應滿足各種運行工況下必需的吸出高度和相應尾水位的要求并應滿足尾水(,)。0管或尾水隧洞不含變頂高尾水洞出口上沿的最小淹沒深度不小于的要求)e、,安裝高程的最終選取還應結合工程實際地形地質條件廠區(qū)樞紐布置等因素經技術經濟比較。后選定。47混流式或定槳式水輪機的最大飛逸轉速應按最大凈水頭和最大單位飛逸轉速確定轉槳式水;,。輪機的最大飛逸轉速應按保持協(xié)聯(lián)關系計算有特殊要求時可按協(xié)聯(lián)關系破壞的情況計算()。48水輪機轉輪直徑計算應按照公式1進行Ng…………(1)1=.5ηη1Tg:式中—,;DNm轉輪公稱直徑1—,;發(fā)電機額定功率f—,/;'m3s額定工況下的單位流量1—;η原型水輪機效率發(fā)電機額定效率。T—f3P()。49額定轉速計算應按照公式2進行H1…………(2)r=1:式中—;n'r額定轉速單位轉速r;r1(),選取。1'1'對混流式水輪機按選取對高比轉速軸流式水輪機10—;'r最優(yōu)單位轉速10—,。Hm加權平均水頭水輪機額定流量Q吸出高度HS安裝高程?及反擊式水輪機的效率修正計算參考公式見附、4r。A錄45水斗式水輪機基本參數(shù)的選擇、,41水斗式水輪機基本參數(shù)的選擇應在確定單機容量額定水頭和模型轉輪初選后進行主要參數(shù)、、、、、、包括額定水頭額定轉速額定流量額定功率節(jié)圓直徑射流直徑轉輪直徑與射流直徑的比值(、水斗數(shù)額定效率最大水頭最小水頭設計水頭飛逸轉速排出高度等。水輪機基本參數(shù)的、、、、、m值。選擇應經技術經濟比較后確定,、。442確定水輪機主要參數(shù)后應繪制包含水輪機出力限制線等效率線的水輪機運轉特性曲線,,3水斗式水輪機基本參數(shù)的計算可采用固定比轉速法利用模型綜合特性曲線進行參數(shù)換算也?？刹捎米儽绒D速法進行、、,噴嘴數(shù)量選擇時應考慮噴嘴的布置避免射流44水斗式水輪機的噴嘴數(shù)量一般采用124個?；ハ喔缮?。4445水斗數(shù)選擇時應避免射流漏斗現(xiàn)象同時應兼顧水斗的布置和加工,。6對于多噴嘴水輪機其射流夾角應避免為相鄰水斗夾角的整數(shù)倍,,7為保證水輪機具有較高的效率m值宜在范圍內選取m值選取時應考慮轉輪的制造方,、。式和水斗的強度高水頭宜取大值低水頭宜取小值,,()48水輪機單位流量計算時應考慮真機和模型水輪機m值的不同其單位流量可按式3進行。換算(/)…………(3)mm21M1:式中—,/;″m3s模型水輪機單位流量1—,/;m'3s真機單位流量1—m值;模型水輪機m真機—。mMm。值,。49水斗式可不作修正當水輪機m值超出范圍時可考慮左右的負修正。4水輪機運行范圍應包含高效區(qū)/;。4水斗式水輪機最大單位飛逸轉速可取最大飛逸轉速按最大水頭工況確定,,4水斗式水輪機的排空高度的選擇應保證水輪機安全穩(wěn)定運行避開尾水涌浪的影響在電站最。高尾水位和任何發(fā)電工況下尾水渠應保持足夠的通氣高度(),,;4排出高度應為轉輪節(jié)圓直徑D臥軸機組取小值立軸機組取大值在確定排出高度1,,。3時應保證必要的通氣高度通氣高度宜不小于()()。轉輪直徑和m值計算應按照公式4和公式5進行44P(9)H3~…………(4)…………(5)1=nrD1m=0:式中—,;Dm水斗的節(jié)圓直徑1;值宜在范圍內。低水頭宜取小值高水頭宜取mm轉輪直徑與射流直徑的比值。大值、4水斗式水輪機射流直徑0額定轉速噴嘴直徑d及水斗數(shù)Z估算排空高度h及安裝高p1p。B程?等計算參考公式見附錄。4斜擊式水輪機基本參數(shù)的選擇可參照本節(jié)要求進行46機組調節(jié)保證計算、、41水輪機調節(jié)保證計算應根據電站的電氣主接線方式及電網要求電站輸水系統(tǒng)型式和參數(shù)水、。輪發(fā)電機組特性及參數(shù)運行工況等因素進行,,42具有分岔壓力鋼管的水電站機組最大轉速升高率和蝸殼末端最大壓力升高率應根據連接于,?？倝毫︿摴苌系臋C組臺數(shù)和電氣主接線方式按可能同時甩負荷的機組臺數(shù)進行計算,,43對于發(fā)電輸水系統(tǒng)較簡單的小型水電站調節(jié)保證計算可按經驗公式計算可采用數(shù)值計算法;。或解析法輸水系統(tǒng)復雜的電站應采用計算機仿真計算。444軸流式及貫流式機組可設置二段關閉裝置;5無調壓設施的水輪機輸水系統(tǒng)的水流慣性時間常數(shù)T不應大于反擊式機組慣性時間常數(shù)w,;/,/T于沖擊式機組慣性時間常數(shù)a不應小于時可進行小波動時的引水系統(tǒng)和機組穩(wěn)定性計算。TTTT不應小于比值不宜大于對于大awawa,0,46軸流式及貫流式機組計算轉速升高率時宜計入水流慣性矩的影響調節(jié)保證計算應包括反水錘。壓力,:47機組甩負荷時的最大轉速升高率保證值應按以下不同情況選取),,;a當機組容量占電力系統(tǒng)總容量的比重較大或擔負調頻任務時宜小于),,;b當機組容量占電力系統(tǒng)總容量的比重不大或不擔負調頻任務時宜小于);。c貫流式機組最大轉速升高率宜小于沖擊式機組最大轉速升高率宜小于)d(),:48機組甩負荷的蝸殼末端貫流式機組活動導葉前最大壓力升高率保證值按以下情況選取),;a額定水頭小于宜為),;bmmm額定水頭在額定水頭在額定水頭在額定水頭大于時宜為),;c時宜為),;d時宜為),。em宜小于,,49機組突增或突減負荷時壓力輸水系統(tǒng)全線各斷面最高點處的最小壓力不應低于不。得出現(xiàn)負壓脫流現(xiàn)象,。4甩負荷時尾水管進口斷面的最大真空保證值不應大于5水輪發(fā)電機51水輪發(fā)電機選型的一般要求,51水輪發(fā)電機的選型主要是根據選定的水輪機型式和參數(shù)以及電力系統(tǒng)的要求配合水輪機選型5P、。確定的機組出力轉速及機組結構和布置形式等參數(shù)進行技術經濟比較后選定:r52水輪發(fā)電機選型應包含以下內容)a/(/PS發(fā)電機額定功率視在功率r)(bU發(fā)電機額定電壓r)();cn(額定轉速r)d額定頻率fr)(eΦ功率因數(shù)絕緣等級勵磁方式);f);g);h發(fā)電機通風冷卻形式)(i2發(fā)電機轉動慣量)、。j估算水輪發(fā)電機的主要設備的外形尺寸重量及造價:53水輪發(fā)電機選型主要應依據下列因素)水輪機特性確定功率和轉速;a);b電力系統(tǒng)要求確定電壓和功率因數(shù));c水電站調節(jié)保證計算和電力系統(tǒng)的要求確定發(fā)電機轉動慣量綜合情況確定發(fā)電機的結構形式。)d52額定數(shù)據和主要參數(shù)選擇51發(fā)電機功率應滿足下列要求:)a:滿足發(fā)電機功率與水輪機出力的關系):;1直聯(lián)機組發(fā)電機額定功率等于水輪機額定出力乘以發(fā)電機效率):。2增速機組發(fā)電機額定功率等于水輪機額定出力乘以增速機構效率再乘以發(fā)電機效率)(MW發(fā)電機額定功率優(yōu)先選擇系列,,,,,,,,,,,,,0:52發(fā)電機電壓應滿足下列要求)滿足國家的電網要求;額定電壓的選擇應考慮額定電流取值范圍額定電流的計算應按照式a),():b6進行1Prr…………(6)r=3Uφ式中:—,;rrUA額定電流額定功率額定電壓功率因數(shù)—,;MW—,;Vr—。φ:53發(fā)電機功率因素應滿足下列要求),(a額定功率因數(shù)在滿足電網要求的條件下可選擇滯后)發(fā)電機在額定功率下允許進相運行;b)c,,在系統(tǒng)允許的條件下功率因數(shù)盡量選擇較大值電站靠近負荷中心選擇較小值輸電距離遠時。選擇較大值54發(fā)電機同步轉速應滿足下列要求:)a發(fā)電機的同步轉速由水輪機選型確定并按照式7計算():6P6fr…………(7)r=p:式中—;rfpr同步轉速電網頻率磁極對數(shù)—,;r—,。2p為極數(shù))。2常規(guī)發(fā)電機同步轉速見表表2同步發(fā)電機可選轉速表2p468))極數(shù)11))11))rr)))))極數(shù)))))))))rr)))))………極數(shù))))rr:,。注無括號轉速為推薦轉速必要時可選擇括號內轉速)c(),:機組轉速判斷系數(shù)計算應按照公式8進行轉速判斷系數(shù)應按照表的規(guī)定3()…………()K3n38nrr:式中—;Knrr轉速判斷系數(shù)—,;MW額定功率額定轉速—。r表3轉速判斷系數(shù)表2KnKnKnKK立式nKnnnr臥式nr轉速判斷系數(shù)超低轉速低轉速中轉速高轉速超高轉速注:,機組不宜選擇超低轉速和超高轉速必須選擇超高轉速時應進行詳細技術評估。55發(fā)電機功率與效率關系宜滿足表4的要求。表4出力與效率關系表PP..P..P..P效率56發(fā)電機絕緣等級應選F級。在高海拔情況下及環(huán)境空氣溫度特殊的情況下應進行溫升修正。7P57轉動慣量應滿足下列要求:)a(),。機械時間常數(shù)計算應按照9進行取值范圍滿足的規(guī)定5(……(9)T23n2Prr:式中—;T2r機械時間常數(shù)—;t2轉動慣量額定轉速額定功率—;r—,。MWr表5取值范圍)1≤≤≤r<。rnnnrrrT,注低速發(fā)電機和大功率發(fā)電機可選表5中較高值高速發(fā)電機和小功率發(fā)電機選低值):增加轉動慣量的方法應滿足下列要求);;1少量提高可采用增加轉子較大回轉直徑部分重量實現(xiàn))2較大提高轉動慣量時可采用加大定子鐵芯外徑的方法臥式機組可按照表6的規(guī)定采用加裝飛輪的方法增加轉動慣量),。3表6加裝飛輪可增加的轉動慣量)22)注:11。,大功率發(fā)電機取高值小功率發(fā)電機取小值):c機組轉動慣量的確定應滿足下列要求)。1機組需要的轉動慣量由電站水力系統(tǒng)調保計算確定),,、、2發(fā)電機轉動慣量取值應合理需要較高轉動慣量時應綜合考慮對發(fā)電機尺寸外形效、、。率穩(wěn)定性重量等因素的影響。,,58發(fā)電機短路比取值范圍應滿足表7的規(guī)定小網運行機組宜選高值低速機組宜選高值高速。機組宜選低值表7功率因數(shù)與短路比取值表()0功率因數(shù)滯后0短路比53發(fā)電機機械結構選擇:51定子鐵芯外徑的選擇應按照下列方式)a:、、、、、、、、、、、、常用定子鐵芯外徑、、、、、;3等)():常規(guī)定子鐵芯外徑估算可以按公式進行8PP?r…………(10)D≈?÷èn?r:式中—,;Drn定子鐵芯外徑初算直徑—,;MW額定功率額定轉速—;r:r—,,。K取值系數(shù)超低轉速低轉速其他轉速d)():c立式反擊式機組可按式估算定子鐵芯外徑??…………()D≈KD+?÷S12èP?:式中—,;D轉輪直徑1—在軸流式水輪機時取混流式時取K2PS—。發(fā)電機極數(shù))(),D發(fā)電機按式估算值立軸反擊式水輪發(fā)電機組考慮頂蓋從定子內徑整體吊出時按式(),,;D估算另一個值比較后取大值并選擇相近的定子鐵芯外徑)e。臥式機組宜選擇較小的定子鐵芯外徑以降低機組中心高52軸承應滿足下列要求:),。a每臺水輪發(fā)電機至少裝設兩個軸承軸承由制造廠根據負載情況選用)、、,b滾動軸承適用于臥軸定子鐵芯外徑及以下的兩支點三支點四支點發(fā)電機組以及立軸定子鐵芯外徑及以下且不承受水輪機轉動部分重量和軸向水推力的發(fā)電。機組)。c滑動軸承適用于所有發(fā)電機),d除臥軸沖擊式機組只裝有兩個徑向軸承外其他類型的水輪發(fā)電機組應至少裝設一個推力軸承。54發(fā)電機輔助設備選擇,,,:51發(fā)電機的冷卻方式應為空氣冷卻通風方式可采用密閉循環(huán)管道通風開啟式三種)a:,密閉循環(huán)冷卻發(fā)電機后的熱空氣經空氣冷卻器冷卻后再密閉輸回發(fā)電機適可用于所有類型。,。發(fā)電機臥式密閉循環(huán)發(fā)電機空冷器可以布置在機坑內發(fā)電機側面或頂部):。b管道通風直接軸向進風的普通管道通風結構和從機坑內吸氣的密閉管道通風結構兩種形式):。c開敞式通風在廠房內取空氣冷卻發(fā)電機后熱空氣直接排放在廠房內)d。不同通風方式適用范圍可參考表選取。功率重疊范圍內的發(fā)電機應根據不同環(huán)境溫度進行表8不同通風方式適用范圍通風方式開敞式通風普通管道通風密閉管道通風密閉循環(huán)通風功率52采用滑動軸承的水輪發(fā)電機組宜裝設機械制動裝置帶反噴制動的沖擊式機組可不設置機械制。機械制動應滿足下列要求:動)機械制動裝置的制動介質宜選用壓縮空氣也可使用減壓的調速器壓力油作制動介質。a9P)制動瓦應采用無石棉環(huán)保材料。b),,c立軸發(fā)電機機械制動裝置中壓力油應能頂起機組轉動部件并在任意位置安全鎖定活塞直徑。大于的制動器應采用油氣分離結構。53應按國家消防規(guī)范選擇電站及發(fā)電機的滅火方式54發(fā)電機應根據不同的環(huán)境濕度及機組容量確定是否裝設除濕裝置。除濕裝置可采用電加熱器和除濕機。采用電加熱器時應保證機坑內空氣溫度高于環(huán)境溫度5同時不能有局部高溫損傷絕緣。6水輪機調速系統(tǒng)61調速系統(tǒng)選型的基本原則,,、。61調速系統(tǒng)應能在所有運行工況下可靠地控制機組并能按調節(jié)保證計算要求的時間開停機,62對存在孤網運行可能的機組應配置全自動微機調速系統(tǒng)能夠在與系統(tǒng)解列時確保電站設備和。用戶用電安全,63對于無調頻任務及故障時無需保證廠用電的小型和微型機組可選用電動操作器或液壓操作,。,器但應確保故障時機組能安全可靠停機對于無直流操作電源的電站所選操作器應具有失電動作的。緊急停機裝置,。64對于帶有調壓閥控制功能的調速器調壓閥的控制應采用液壓聯(lián)動(),。65宜采用高油壓及以上囊式蓄能器的結構型式并宜采用外置接力器的結構型式,,、、66應滿足自動調節(jié)及遠方控制的各項要求并可手動操作滿足機組調試啟動事故及檢修過程。中的需要62調速器工作容量、,61調速器工作容量的選擇應保證機組在最大水頭最大流量情況下能夠可靠地控制并能按調節(jié)、,。保證計算要求的時間開停機調速器工作容量應經計算并留有一定裕量():62中小型混流式及軸流定槳式水輪機控制系統(tǒng)的工作容量可按公式計算…………()AHD1式中:—,·;ANm接力器工作容量—,:;K~系數(shù)取值范圍—,/;QH1m3s機組額定流量—,;m最大水頭—,。m水輪機轉輪直徑、、63沖擊式水輪機轉槳式水輪機軸伸貫流式和燈泡貫流式水輪機調速系統(tǒng)的工作容量計算參考。公式見附錄63調速器的控制系統(tǒng),。61調速器的控制系統(tǒng)宜采用單微機系統(tǒng)并聯(lián)結構2宜采用先進成熟的硬件及配套的電子元器件硬件宜采用可編程控制器或單片機。并應,()6。配置與計算機監(jiān)控系統(tǒng)的通訊接口P3調速器的控制系統(tǒng)應具備以下基本輔助功能頻率跟蹤或快速并網故障檢測及處理人工失:(6、、、。靈區(qū)無擾動手自動切換輔助試驗部分容錯功能等7水輪機主閥71主閥設置原則,。71對于由一根壓力輸水總管分岔供給幾臺水輪機的小型水電站在每臺水輪機前應設置主閥、72對于壓力管道較短的壩后式水電站單元輸水系統(tǒng)徑流式或河床式水電站的低水頭單元輸水系,。統(tǒng)水輪機前可不設置主閥72主閥選擇、、、71水輪機主閥的選擇應根據電站水頭最高瞬態(tài)壓力水輪機額定流量蝸殼進口直徑及泥沙特,、。性從技術經濟和運行安全可靠性等方面綜合分析后選定:72主閥選型應包含以下內容);a主閥型式)、;b主閥設計壓力公稱直徑);c主閥操作方式)主閥密封型式;d);e旁通閥型式及直徑)。f主閥開啟和關閉時間:73主閥選型應需要下列基礎資料)、;a電站最大靜水頭主閥處最高瞬態(tài)壓力);b水輪機額定流量);c蝸殼進口直徑);d過機泥沙含量及特性)。e引水系統(tǒng)長度及排空時間:74主閥型式選擇應滿足下列要求)a、。;m水輪機主閥型式可有蝴蝶閥球閥和閘閥最大水頭低于時宜選用蝴蝶閥最大水頭()。,2m高于含時宜選用球閥或閘閥用作水輪機主閥的蝴蝶閥應采用偏心型結構;,;閥體上應標有指示水流方向的箭頭球閥應選用全通徑固定式球閥宜采用臥軸布置閘閥應,。選用全通徑式結構閥軸應采用垂直安裝),。水輪機主閥應能動水關閉其關閉時間應不超過機組在最大飛逸轉速下持續(xù)運行允許的時間,,3主閥還應在其兩側的壓力差不大于最大靜水壓的范圍內均能正常開啟且不產生有害。振動:75主閥基本參數(shù)選擇應滿足下列要求),。a主閥設計壓力為最高瞬態(tài)壓力單位為)():b蝴蝶閥公稱直徑可按公式計算0α…………(13)…………(14)f=α=3H式中:蝴蝶閥直徑;fP—,;0αHm蝸殼進口斷面直徑與水頭有關的系數(shù);—,。m電站最大靜水頭)c:、主閥操作方式應滿足的要求如下)。()主閥的操作方式可采用手動液壓驅動和電動操作等方式對按無人值班少人值守設,;計的水電站主閥應采用電動或液壓驅動的方式),。采用液壓驅動的主閥主要有重錘式和蓄能器式兩種重錘式液控裝置應采用油泵供油,,;的油壓開啟采用重錘關閉配置蓄能器用于液壓系統(tǒng)保壓蓄能器式應采用蓄能器的油,。壓開啟和關閉配置油泵用于維持蓄能器壓力液壓驅動的主閥應設置檢修用的手動機;械鎖定裝置)3。手動閥門應設置明顯的指示關閉方向的箭頭):旁通閥型式選擇及直徑應滿足下列要求)旁通閥可采用直通閥或角閥。,;1中低水頭宜采用直通閥高水頭宜采用角閥),;2旁通閥的過水能力應大于導葉漏水量其公稱直徑不應小于的主閥公稱直徑),():3對于含沙量大和水頭較高的旁通閥直徑可按式初步計算QH()……()D=~p:式中—,/;QHm3s水輪機設計流量水輪機設計水頭—,。m)e主閥開啟和關閉時間可調范圍宜為主閥在動水中的關閉時間不應超過機組在最大飛逸轉速下的允許運行時間。73主閥密封型式選擇,;,在中低水頭和水流含沙量大時主閥密封型式宜采用橡膠軟密封在高水頭和水流含沙量小時主閥密封型式宜采用金屬硬密封。軸端密封可采用整圈的實心橡膠密封。8水力機械輔助設備系統(tǒng)81技術供排水系統(tǒng)、、,。81水源的選擇應根據用水設備對水量水壓水溫及水質的要求結合電站的具體條件合理選定、、。水源可取自水庫壓力鋼管電站尾水或其他水源:82技術供水方式應根據電站的水頭范圍確定),;a當最小水頭小于時宜采用水泵供水方式),;。bm凈水頭在時宜采用自流或自流減壓供水方式)c,。m凈水頭大于時宜采用自流減壓或其他供水方式。883技術供水系統(tǒng)應能自動操作,4水輪機主軸密封用水宜設備用水源且備用水源應能自動投入,。885當采用水泵供水方式時應設置備用水泵。,。軸承潤滑水主軸密封用水6技術供水系統(tǒng)應設置濾水器濾水器清污時系統(tǒng)供水不應中斷。的水質應滿足機組用水的要求87機組檢修排水和廠內滲漏排水宜分別設置排水系統(tǒng)。排水泵應滿足下列要求:P)a機組檢修排水泵宜設置兩臺其總排水量應能保證在內排除一臺機組檢修總排水量。,),,。廠內滲漏集水井排水泵應不少于兩臺其中一臺備用排水泵應隨集水井水位變化自動控制,。888廠區(qū)室外排水應自成系統(tǒng)不應將其引入廠內集水井或集水廊道。9電站滲漏排水未經處理不宜直接排入河道82油系統(tǒng)1電站可根據需要設置透平油系統(tǒng)配置油處理及儲油設備電站可不設絕緣油系統(tǒng)。,。8、。透平油罐的容積宜為容量最大的82透平油油罐的容積應滿足貯油檢修換油和油凈化等要求。1%臺機組用油量的,、。83油處理設備應包括油泵和凈油設備其品種容量和臺數(shù)可根據電站用油量確定。、84梯級水電站或水電站群宜設置中心油務系統(tǒng)中心油務系統(tǒng)應設置貯油油處理和油凈化設備。設有中心油務系統(tǒng)的電站油系統(tǒng)應簡化配置。83壓縮空氣系統(tǒng)。81電站廠房內可根據需要設置中壓和低壓壓縮空氣系統(tǒng),,82供油壓裝置充氣的中壓空氣壓縮系統(tǒng)的壓力應根據油壓裝置的額定工作壓力確定其空氣壓,臺工作臺備用并應設置貯氣罐貯氣罐的容積可按壓力油罐的運行補氣量確定,。。211縮機應設臺。貯氣罐上應設安全閥壓力表0貯氣罐額定工作壓力宜高于壓力油罐額定工作壓力。和排污閥、83機組制動檢修維護和水輪機主軸圍帶密封應的低壓空氣壓縮系統(tǒng)的壓力應為,:機組制動用氣應滿足下列要求)。a機組制動用氣宜設置專用貯氣罐及專用供氣管道)。b機組制動用氣貯氣罐的總容積應按同時制動的機組臺數(shù)的總耗氣量確定)c,空氣壓縮機的容量應按同時制動的機組耗氣量和恢復貯氣罐工作壓力的時間確定恢復貯氣。罐工作壓力的時間可取10)。機組制動用氣應有備用空氣壓縮機或其他備用氣源。84空氣壓縮機額定工作壓力宜高于貯氣罐額定工作壓力84水力監(jiān)測系統(tǒng)、。81水力監(jiān)測系統(tǒng)應滿足水輪發(fā)電機組安全可靠經濟運行自動控制的要求、、、、、;82電站宜設置上游水位下游水位調壓室水位電站水頭攔污柵前后壓差水庫水溫等機組宜、、、,設置蝸殼進口壓力頂蓋壓力尾水管進口壓力尾水管出口壓力以及機組冷卻水壓力等常規(guī)量測項目、、、、、()根據需要也可設置機組過流流量水輪機壓力脈動機組效率機組振動機組擺度尾水管壓力真空。等選擇性測量項目,。83水力監(jiān)測系統(tǒng)應結合電站的自動化監(jiān)控系統(tǒng)進行設計布置85起重設備選擇1電站主廠房應設置起重機或其他起重設備起重機可選擇單小車雙小車橋式起重機。額定起。8重量應按吊運最重件和起吊工具的總重量并參照起重機系列的標準起重量確定。起重機的跨度可按,。。起重機標準跨度選取起重機的提升高度和速度應滿足機組安裝和檢修的要求2設有室的電站宜設置室安裝檢修用的起重機。8P86采暖通風、。81電站的采暖通風方式應根據當?shù)貧庀髼l件廠房型式及各生產場所對空氣參數(shù)的要求確定、。82地面式廠房的主機間安裝間和副廠房的通風方式宜采用自然通風當自然通風達不到室內空,、、。氣參數(shù)要求時可采用自然與機械聯(lián)合通風機械通風局部空氣調節(jié)等方式,。88883發(fā)電機采用管道式通風時其熱風應引至廠房外。。4油罐室和油處理室應分別設置單獨的通風系統(tǒng)通風系統(tǒng)的排風口應高出屋頂m/,。5室換氣次數(shù)應為8次h吸風口應設置在房間下部、,。6主副廠房的室內溫度低于5℃時應設置采暖裝置。87壩底廊道應設置必要的通風設施87機修設備配置、、。81機修設備可根據機電設備檢修內容對外交通外廠協(xié)作加工條件等因素配置。82梯級水電站和水電站群宜設置中心修配廠9消防系統(tǒng)91消防系統(tǒng)設計的一般要求。991電站及機組設備的消防系統(tǒng)應遵循國家的消防規(guī)范2電站宜劃分建筑物的火災危險性類別及耐火等級。92技術要求1廠區(qū)內消防車道寬不宜小于并宜與廠內交通道路合用盡頭式消防車道應設置回車場。,。9、。,92電站主副廠房的安全疏散出口不應少于兩個發(fā)電機層及以下各層室內最遠工作地點到該。層最近的安全疏散出口的距離不宜超過,93單臺油容量超過的油浸主變壓器及其他充油設備應設貯油坑或貯油坑和。公共貯油池94電力電纜及控制電纜應分層敷設。分層敷設的電纜層間應采用耐火極限不小于的隔板。分隔,。995電纜隧道及溝道每應設置一個防火分隔物穿墻應采取封堵和分隔措施·6單機容量不小于A的水輪發(fā)電機組應設置水噴霧或CO噴霧自動滅火系統(tǒng)，單臺容量2·變壓器應設置水噴霧等自動滅火系統(tǒng)。1A不小于的室內油浸主,。997廠房應設排煙設施并應與廠內通風系統(tǒng)結合、、,、8廠區(qū)消防給水水源可采用天然水源自流專用消防水池消防水泵供水等消防給水可與生活。、、。生產供水系統(tǒng)合并供水水質水壓水量應滿足消防給水的要求99消防設備應按二級負荷供電并采用單獨的供電回路消防控制設備應設在中央控制室內。采,。,。用消防水泵供水時宜在消火栓箱中設置消防水泵啟動裝置、、、。99廠房的疏散通道樓梯間出口消防水泵房等部位應設置應急照明及疏散指示標志電站應設火災自動報警裝置。P廠房布置11基本原則。、、水力機械設備和電氣設備宜分區(qū)布置主廠房機組段的長度和寬度應根據機組及流道調速器油、、,、、、。壓裝置主閥電氣盤柜等尺寸并結合安裝檢修運行交通及土建設計等要求確定主廠房寬度還應。、滿足起重機吊運部件和主閥所需尺寸的要求廠房布置應充分考慮生態(tài)流量及環(huán)境保護綠色開發(fā)的綜合要求。12技術要求:11主廠房起吊高度應滿足下列要求)a;發(fā)電機轉子連軸整體吊運的要求);b水輪機連軸套裝及整體吊運的要求),;c如需要可考慮主變壓器進廠檢修的要求);d應滿足燈泡貫流式機組導水機構等部件翻身的要求),,。mem起重機吊運部件與固定物之間的距離垂直方向不應小于水平方向不應小于,12安裝間的面積應根據1臺機組擴大性檢修的需要確定機組主要部件應布置在起重機吊鉤工,:作范圍線之內并應滿足下列要求);a滿足安裝及大修過程中吊運大件次序的要求)、();b機組大件之間機組大件與墻柱和固定設備之間的凈距為);c滿足車輛進廠裝卸的要求),,;d透平油室可設在廠房內絕緣油罐宜設在廠房外油處理室應布置在油罐室附近)、。e其他輔助機械的布置應便于設備的安裝運行及檢修維護、、。13典型機組布置及油氣水系統(tǒng)圖參見圖圖PA附錄()規(guī)范性附錄反擊式水輪機基本參數(shù)計算參考公式1額定流量計算……………(1)QD2Hrr1:式中—,/;Qm3s額定流量r—,/;'m3s額定工況下的單位流量1r—,;Hm額定水頭r—,。m1轉輪公稱直徑2吸出高度計算及水輪機安裝高程的確定()1吸出高度計算見式?Hs--KσH………(2)σm:式中—,;mH吸出高度s—;σσ裝置空化系數(shù)與模型空化系數(shù)之比值—;水輪機模型空化系數(shù)m—,;mH水輪機水頭,,一般可按額定水頭計算對軸流式水輪機還應對最小水頭對混流式水輪機還應對最大水頭及相對應的m進行核算。()2立軸混流式水輪機安裝高程計算見式b=?+H+0…………(A3)ws2:式中—,;m?安裝高程—,;m?w尾水位—,。bm導葉高度0()w3立軸軸流式水輪機安裝高程計算見式…………(4)=?+Hs1:式中—軸流式水輪機高度系數(shù)。x4()臥軸反擊式水輪機安裝高程計算見式D=?+H-1…………(A5)ws23反擊式水輪機效率及其修正計算()1原型水輪機效率計算見式16P……………()6η+ηTM△………()7ηM式中:—;Mη模型水輪機效率—;水輪機效率修正值—;η原型水輪機最高效率模型水輪機最高效率。ηM,水輪機的效率修正除了按照下述所列的參考公式計算外尚應考慮原型水輪機與模、。當轉輪直徑小于1m。型水輪機之間的異形部件工藝偏差引起的修正時應負修正,()2水輪機效率修正第一種方法見式混流式:D??2ù?é?()?1÷…………(8)K--Múη=ηMêúèD1軸流式:é?D??2?H?1ù()?÷?M÷P…(9)K-7úη=ηMêúèDèH??1:式中KHMHP—,(,K系數(shù)改造機組取小值新機組取大值—,;m模型水輪機轉輪直徑—,;m模型水輪機試驗水頭—,。m原型水輪機水頭,()AA3水輪機效率修正第二種方法見式:推薦的反擊式水輪機效率修正計算公式é??0???ù?……(A…………(Abê-úê?÷?÷ú?è1-?=01?+?÷?V:式中—;;b模型效率換算為原型效率的修正值標稱的可換算為原型效率的修正值——標準的雷諾數(shù);—;計算點模型雷諾數(shù)—計算點原型雷諾數(shù);—;模型最優(yōu)效率點雷諾數(shù)模型最優(yōu)效率;標準的損失分布系數(shù)轉槳式取混流式和定槳式取——4水輪機效率修正第三種方法,,():A對已有的模型試驗曲線注明雷諾數(shù)和水溫的模型試驗資料可按式計算é???ù?(1)?÷………………()V1-ú△b=mêú…………()Vm17P……………()=6式中:—模型的損失分布系數(shù);VVm—。模型最優(yōu)效率