水电站动力设备与管理大学毕设论文.doc
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1、目录第一章 水轮机选型设计2第一节 水轮机型号选择及参数计算2第二节 绘制转轮运转综合特性曲线9二、等吸出高度线的绘制15第三节 技术经济指标算19第四节 最优方案选择22第五节 金属蜗壳的水力设计24第六节 尾水管尺寸的确定27第七节 发电机相关计算28第八节 水电站厂房布置30第二章 调节保证计算及调速设备的选择31第一节 设计水头下甩全负荷31第二节 最大水头下甩全负荷35第三节 调速设备的选择38第三章 辅助设备39第一节 油系统的计算39第二节 气系统的设计42第三节 水系统的设计44第四章 电气部分47第一节 电气主接线设计47第二节 短路电流计算49第四节 电气设备选择63谢辞6
2、9参考文献70前言 水资源是基础性的自然资源,是一种可持续的资源。水力发电是一种可再生的清洁能源。我国幅员辽阔,江河纵横、湖泊众多,蕰藏着巨大的水能资源。而且是世界上水能源最丰富的国家,且水电开发建设的自然条件非常优越。从资源的利用率上来看,非常利于水力发电。 本论文是根据水电站的相关原始资料进行编写的,设计的题目是:水电站的设计,根据设计的要求和基本情况,我们运用了三年在所学到的专业知识,将理论和实践紧密相联接,对我们三年的学习情况的总结和应用,同时,也培养我们独立完成任务,善于发现问题和解决问题的能力,力求做到设计更加完整,数据更精准,文字更简洁,能够通俗易懂,叙述条理清晰,便于理解。 本
3、论文设计的内容有:水轮机组的选型设计,调节保证计算及调节设备的选择、水轮机组的辅助设计、水电站电气部分计算及选型,厂房尺寸设计等。 由于编者所学有所短缺,能力有限,设计过程中可能会有疏漏与不妥之处,希望读者,给予指正。编者2014年5月第一章 水轮机选型设计第一节 水轮机型号选择及参数计算一、机组参数的选择根据资料数据要求,此水电站总装机容量30万kW,根据目前水电站的发展状况,周全考虑并选择机组的台数为2、3、4、5台,其每台的装机容量分别为15万kW、10万kW、7.5万kW、6万kW。二、水轮机型号选择根据设计要求的原始材料及水电站的特征水头:Hmax=120m;Hmin=77m;Hav
4、=113m;Hsj=106mHe=0.95Hav=0.95113=107.35根据水轮机型谱推荐的设计水头与比转速的关系,水轮机的比转速为由以上可知水轮机的比转速接近180m.kW,额定水头He在90125m范围 内,因此在水轮机的型谱中选择比转速在180(m.kW)左右的水轮机为宜,即本电站选择HL180-46转轮。三不同参数下水轮机转轮直径、机组同步转速确定、工作范围的确定1.装机台数为2台已知电站装机容量30万kW,则单机容量为15万kW 。(1)水轮机的额定出力取最优单位转速n110=67r/min与出力限制线交点的单位流量为设计工况点单位流量,则Q11k=0.86m3/s,对应的模型
5、的效率M=0.89,暂取效率修正值=2%,设计水轮机工况原型水轮机效率 (2)水轮机转轮直径D1根据水轮机教程P11-表1-3反击式水轮机转轮标称直径表参数,计算值处于标准值4.1m和5.0m之间,计算直径更接近4.1m,故取转轮直径D1=4.1m。 (3)最高效率及效率修正值 (4)限制工况原型水轮机效率 (5)转速n 同步转速介于166.7r/min和187.5r/min之间,接近166.7r/min,所以取166.7r/min(见水轮机书P170) (6)水轮机设计流量 (7)几何吸出高度Hs (8)额定单位流量 (9)单位转速校验 最大、最小、平均水头所对应的单位转速 2装机台数为3台
6、已知电站装机容量30万kW,则单机容量为10万kW。 (1)水轮机的额定出力取最优单位转速n110=67r/min与出力限制线交点的单位流量为设计工况点单位流量,则Q11k=0.86m3/s,对应的模型的效率M=0.89,暂取效率修正值=2%,设计水轮机工况原型水轮机效率 (2)水轮机转轮直径D1为根据反击式水轮机转轮标称直径表参(1)P11-表1-3,计算值处于标准值3.30和3.80m之间,计算直径更接近3.30m,故取转轮直径D1=3.30m。 (3)最高效率及效率修正值 (4)限制工况原型水轮机效率 (5)转速n同步转速介于214.3r/min和250r/min之间,接近214.3r/
7、min,所以取214.3r/min (6)水轮机设计流量 (7)几何吸出高度Hs (8)额定单位流量(9)单位转速校验 最大、最小、平均水头所对应的单位转速3装机台数为4台已知电站装机容量30万kW,则单机容量为7.5万kW(1)水轮机的额定出力取最优单位转速n110=67r/min与出力限制线交点的单位流量为设计工况点单位流量,则Q11k=0.86m3/s,对应的模型的效率M=0.89,暂取效率修正值=3%,设计水轮机工况原型水轮机效率(2)水轮机转轮直径D1为根据反击式水轮机转轮标称直径表参(1)P11-表1-3,计算值处于标准值3.00m和3.30m之间,计算直径更接近3.00m,故取转
8、轮直径D1=3.00m。(3)最高效率及效率修正值 (4)限制工况原型水轮机效率 (5)转速n 同步转速介于214.3r/min和250r/min之间,接近250r/min,所以取 250r/min(6)水轮机设计流量 (7)几何吸出高度Hs (8)额定单位流量 (9)单位转速校验 最大、最小、平均水头所对应的单位转速4装机台数为5台已知电站装机容量30万kW,则单机容量为6万kW(1)水轮机的额定出力取最优单位转速n110=67r/min与出力限制线交点的单位流量为设计工况点单位流量,则Q11k=0.86m3/s,对应的模型的效率M=0.89,暂取效率修正值=2%,设计水轮机工况原型水轮机效
9、率(2)水轮机转轮直径D1为根据反击式水轮机转轮标称直径表参(1)P11-表1-3,计算值处于标准值2.50m和2.75m之间,计算直径更接近2.75m,故取转轮直径D1=2.75m。(3)最高效率及效率修正值 (4)限制工况原型水轮机效率 (5)转速n 同步转速介于250r/min和300r/min之间,接近250r/min,所以取 250r/min (6)水轮机设计流量 (7)几何吸出高度Hs (8)额定单位流量 (9)单位转速校验 最大、最小、平均水头所对应的单位转速把上述参数绘制在HL180综合特性曲线图上,以检验水轮机运行区域的效率高低。可以看出,单位转速的变化范围包括高效区第 3方
10、案和第4方案比第1个多,水轮机的平均效率较高。因此,选择工作范围较优的第 3方案和第4方案各方案参数如下表1-1所示表1-1各方案计算参数型号HL220-46水轮机的额定出力(kW)转轮直径D1 (m)限制工况原型水轮机效率同步转速n(r/min)几何吸出高Hs(m)水轮机流量(m3、)2台机组1530614.10.911166.7-1.3330.9163台机组1020413.30.91214.3-1.330.9444台机组7653130.927250-1.3320.855台机组612242.750.908250-1.3310.817初选较优方案原则:1、不得超过出力限制线;2、与之间包含的最
11、优效率区越多越好;3、越接近最优单位转速越好即67r/min;通过以上原则对此次的个方案进行比较,最终的初选较优方案为方案4和方案5。 第二节 绘制转轮运转综合特性曲线一、等效率曲线的绘制及机组出力限制线的绘制1.方案3的计算绘图如下(1)求出水轮机原型最优工况T0和效率修正值为简化计算 ,其他工况的效率修正值也采用(2)求水轮机的最优单位转速n110和单位转速修正值n11 (3) 在水轮机工作水头范围(HminHmax)内取5个水头值,计算各水头对应的单位转速N11,以各N11值在模型综合特性曲线上作水平线与其等效率线相交得一系列交点,根据交点处的Q11和m计算出原型水轮机的效率和出力P具体
12、结果见表1-2,然后对每个水头值作等效率曲线。表1-2 Hmin=77H=90mmQ11PmQ11P0.70.380.73716706.97930.760.3950.79723731.699150.720.440.75719869.88740.780.450.81727714.559950.740.50.77723175.96750.80.5150.83732494.219070.760.540.79725674.31890.820.560.85736177.809360.780.590.81728755.499650.840.620.87740988.752420.80.650.837324
13、55.302750.860.6650.89744966.336420.820.70.85735787.03450.880.750.91751844.658250.840.7750.87740546.012130.890.780.92754506.431980.840.910.87747608.865850.890.840.92758699.234440.820.9450.85748312.496580.880.870.91760139.803570.80.9750.83748682.954130.86O.910.89761532.881410.780.990.81748250.753650.8
14、40.9450.87762474.7920.761.0150.79748258.210530.820.9750.85762988.150230.741.030.77747742.493050.810.83763095.5710.721.040.75746965.18840.781.0150.81762511.729670.71.050.73746164.021750.761.0350.79762183.05979Hr=106mHav=113mmQ11PmQ11P0.80.410.83733065.802180.820.440.85739991.21940.820.4550.85737571.7
15、96990.840.490.87745575.015150.840.5050.87742673.741290.860.530.89750419.607550.860.5450.89747104.098210.880.5750.91755920.150130.880.590.91752130.404620.90.630.93762605.327050.90.6250.93756427.311250.910.6750.94767793.007380.910.70.94763873.06660.930.740.96775890.83690.920.730.95767313.867940.930.76
16、0.96777941.94060.920.7750.95771463.352950.910.810.94781351.608850.910.810.94773910.262780.90.840.93783473.76940.90.8450.93776289.724810.880.890.91786554.667150.880.890.91778637.390020.860.930.89788472.141550.860.9250.89779947.322650.840.9550.87788824.774430.840.960.87781122.359680.820.9750.85788616.
17、906630.820.980.85780923.870440.810.83788768.0350.810.83780648.2980.781.020.81788379.87370.781.0250.81780689.24845 Hmax=79 mQ11PmQ11P0.820.460.85745753.17320.930.780.96787539.41560.840.480.87748856.61760.920.80.95788855.5360.860.520.89754135.02640.910.810.94789026.14420.880.5650.91760131.26630.90.840
18、.93791348.50480.90.610.93766336.41420.880.880.91793655.77760.910.660.94772539.82120.860.930.89796818.41260.920.670.95774416.51140.840.950.87796695.3890.930.690.96777438.71380.820.9750.85796976.83450.940.720.97781641.24640.810.83797142.220.940.760.97786176.87120.781.020.81796717.4404(4) 在曲线=f(P)上过某效率
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