水轮发电机组系统设计毕业设计论文1.doc
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1、水轮发电机组系统设计目 录第一章.水轮发电机组选型3第一节 水轮机机组台数及型号选择3 原始资料 3 机组台数的选择 3 机组型号的选择 3第二节 水轮机基本参数的计算 4 方案一 4 方案二 9 方案三 13 方案四 17 方案五 21 方案六 25第三节 最优方案的选择与比较 29 六种方案比较表 29 水力机械部分 31 水轮发电机比较 32 方案经济比较34 最优方案的选择 35第四节 配套发电机的选择37 水轮发电机尺寸参数的计算 37 水轮发电机外形尺寸计算 38 水轮发电机轴向尺寸计算39 水轮发电机重量计算 40第五节 尾水管的选择与计算42 蜗壳 42 尾水管选择计算 44第
2、二章 调速设备的选择46第一节 调速器的选择原则46第二节 调速器工作容量的选择计算46第三节 调速器选择47第四节 油压装置选择计算 48第三章 辅助设备设计49第一节 主阀的选择 49 进水阀形式的选择49第二节 油系统设计51 供油对象及其油量计算51第三节 压缩气系统设计55 供气对象 55 供气方式55 高压气系统的设备选择56 低压气系统设备选择56第四节 供排水系统设计60 技术供水系统 60 排水系统设计62第四章 水电厂房的布置设计 66第一节 厂房长度的计算66第二节 厂房宽度的计算67第三节 厂房各高程的计算 68第五章 结语70参考资料及文献 71第一章.水轮发电机组选
3、型第一节:水轮机机组台数及型号的选择1.1.1 原始资料 最大水头=58m,平均水头=55m,设计水头=54m,最小水头=52m,电站总装机容量22万kW,年利用小时数4500h,保证出力6.5万kW。电站建成后将承担峰荷部分基荷,本电站有调相任务。1.1.2 机组台数的选择我国的建成的中型水电站一般采用4-6台机,为保证运行的可靠性和灵活性,保障电站的经济运行及考虑机组台数对电站各方面的影响,暂选机组台数为四台和五台。电站总装机容量22万kW,装机台数若为四台,单机容量为5.5万kW,装机台数若为五台,单机容量为4.4万kW。1.1.3 机组型号的选择 已知水电站的运行水头为52m58m,故
4、可选的机型主要为混流式和轴流式,考虑到经济指标和动能指标,混流式优先考虑,根据水头可供选择的型号有:HL260/A244,HL260/D74,HLA511-35.2。单机容量水轮机型号HL260/A244HL260/D74HLA511-35.24台/5.5万kW方案一方案二方案三5台/4.4万kW方案四方案五方案六第二节:水轮机基本参数的计算1.2.1 方案一机组台数为四台,单机容量为5.5万kW,水轮机的型号HL260/A244。(1)计算转轮直径D1。水轮机的额定出力为 (1-1)式中:发电机额定功率,; 发电机效率。 取最优单位转速与出力限制线的交点的单位流量作为设计工况单位流量,则,对
5、应的模型效率,暂取效率修正值,则设计工况原型水轮机效率,.故水轮机的直径为 (1-2) 按我国规定的转轮直径系类值,计算值处于之间,考虑经济效益,故取非标准值。(2)效率的计算: (1-3)效率修正值限制工况原型水轮机的效率为(3) 的校核计算:用对原先计算的进行校核 故转轮直径取3.6(m)满足要求。(4)转速n的计算。由模型综合特性曲线上查得转速计算值介于同步转速之间,故取水轮机转速n为。(5)水轮机设计流量的计算设计工况点的单位流量为(6)水轮机出力校核:校核值大于水轮机额定出力,满足要求。(7)几何吸出高度的计算 为使水轮机尽可能不发生空化,取三个水头分别计算水轮机的允许吸出高度,以其
6、中最小值作为最大允许吸出高度。 计算所对应的单位转速 确定各水头所对应的出力限制工况点的单位流量:取与出力限制线交点处单位流量, 用、 中计算的对应工况点从模型综合特性曲线上分别查出所对应的模型空化系数,分别为0.123、0.143、0.15。 分别用查到的空化系数计算对应的吸出高度计算式:式中:水轮机安装位置的海拔高程,取下游平均水位的海拔高程,; 模型空化系数; 空化系数的修正值。查空化系数修正值曲线当水轮机水头为54m时,查电站下游水位曲线可得下游平均水位海拔高程为。 从三个吸出高度计算值中取最小值0.489,再留一定余量,取最大允许吸出高度=0。(8)平均效率的计算取各个水头对应的单位
7、转速,以发电机出力为限制,采用逼近法找到单位流量和相应的效率。设计水头对应的效率为0.896,计算见下表。水头(m)流量模型效率(%)真机效率(%)出力(kW)581.288689.164045.57581.191.194.258189.55581.0591.394.455662.50521.2787.290.354676521.2588.591.654589.71521.29093.153264.30由逼近表格可求的对应的效率为0.944,对应的效率为0.903,则平均效率为(9)安装高程的计算水轮机的布置设计为立轴式,故其安装高程公式为式中:下游尾水位,; 导叶高度,,。即(10)飞逸转速
8、的计算 由HL260/A244的模型飞逸特性曲线上查的在最大导叶开度下单位飞逸转速,故水轮机的飞逸转速为 (11)转轮轴向水推力的计算 由HL260/A244参数表可知其转轮轴向水推力系数,转轮直径较小时止漏环相对间隙较大时取大值,故取,水轮机转轮的轴向水推力为 (12)水轮机转轮重量计算1.2.2方案二机组台数为四台,单机容量为5.5万kW,水轮机的型号HL260/D74。(1)计算转轮直径D1。水轮机的额定出力为式中:发电机额定功率,; 发电机效率。 取最优单位转速与出力限制线的交点的单位流量作为设计工况单位流量,则,对应的模型效率,暂取效率修正值,则设计工况原型水轮机效率,故水轮机的直径
9、为 按我国规定的转轮直径系类值,计算值处于之间,考虑经济效益,故取非标准值。 效率的计算:效率修正值 限制工况原型水轮机的效率为的校核计算:用对原先计算的进行校核转轮直径取3.6(m)满足要求。 转速n的计算。由模型综合特性曲线上查得转速计算值介于同步转速之间,故取水轮机转速n为。 水轮机设计流量的计算设计工况点的单位流量为水轮机出力校核:校核值大于水轮机额定出力,满足要求。几何吸出高度的计算 为使水轮机尽可能不发生空化,取三个水头分别计算水轮机的允许吸出高度,以其中最小值作为最大允许吸出高度。 计算所对应的单位转速 确定各水头所对应的出力限制工况点的单位流量:取与出力限制线交点处单位流量,
10、用、 中计算的对应工况点从模型综合特性曲线上分别查出所对应的模型空化系数,分别为0.118、0.138、0.142。分别用查到的空化系数计算对应的吸出高度计算式:式中:水轮机安装位置的海拔高程,取下游平均水位的海拔高程; 模型空化系数; 空化系数的修正值。 查空化系数修正值曲线当水轮机水头为54m时, 查电站下游水位曲线可得下游平均水位海拔高程为 从三个吸出高度计算值中取最小值1.053,再留一定余量,取最大允许吸出高度=0.5。 平均效率的计算 取各个水头对应的单位转速,以发电机出力为限制,采用逼近法找到单位流量和相应的效率。设计水头对应的效率为0.919,计算见下表。水头(m)流量模型效率
11、(%)真机效率(%)出力(kW)581.2589.291.964509.98581.192.39558683.73581.0592.39556016.29521.2490.693.355158.01521.291.293.953721.99由逼近表格可求的对应的效率为0.95,对应的效率为0.933,则平均效率为 安装高程的计算水轮机的布置设计为立轴式,故其安装高程公式为式中:下游尾水位,; 导叶高度,,。即 飞逸转速的计算由HL260/A244的模型飞逸特性曲线上查的在最大导叶开度下单位飞逸转速,故水轮机的飞逸转速为 转轮轴向水推力的计算 由HL260/A244参数表可知其转轮轴向水推力系数
12、,转轮直径较小时止漏环相对间隙较大时取大值,故取,水轮机转轮的轴向水推力为 水轮机转轮重量计算1.2.3方案三机组台数为四台,单机容量为5.5万kW,水轮机的型号HLA511-35.2。 计算转轮直径D1。水轮机的额定出力为式中:发电机额定功率,; 发电机效率。 取最优单位转速与出力限制线的交点的单位流量作为设计工况单位流量,则,对应的模型效率,暂取效率修正值,则设计工况原型水轮机效率,故水轮机的直径为 按我国规定的转轮直径系类值,计算值处于之间,考虑经济效益,故取非标准值。 效率的计算:效率修正值 限制工况原型水轮机的效率为的校核计算:用对原先计算的进行校核故转轮直径取3.5(m)满足要求。
13、 转速n的计算。由模型综合特性曲线上查得 转速计算值介于同步转速之间,考虑最优效率区范围故取水轮机转速n为。 水轮机设计流量的计算设计工况点的单位流量为 水轮机出力校核:校核值大于水轮机额定出力,满足要求。 几何吸出高度的计算 为使水轮机尽可能不发生空化,取三个水头分别计算水轮机的允许吸出高度,以其中最小值作为最大允许吸出高度。 计算所对应的单位转速 确定各水头所对应的出力限制工况点的单位流量:取与出力限制线交点处单位流量, 用、 中计算的对应工况点从模型综合特性曲线上分别查出所对应的模型空化系数,分别为0.108、0.13、0.144。分别用查到的空化系数计算对应的吸出高度计算式:式中:水轮
14、机安装位置的海拔高程,取下游平均水位的海拔高程; 模型空化系数; 空化系数的修正值。查空化系数修正值曲线当水轮机水头为54m时,查电站下游水位曲线可得下游平均水位海拔高程为。 从三个吸出高度计算值中取最小值1.061,再留一定余量,取最大允许吸出高度=0.5。 平均效率的计算 取各个水头对应的单位转速,以发电机出力为限制,采用逼近法找到单位流量和相应的效率。设计水头对应的效率为0.922,计算见下表。水头(m)流量模型效率(%)真机效率(%)出力(kW)581.3389.491.864807.73581.291.794.163412.12581.192.895.258807.2758192.6
15、9553348.84521.33889.892.258815.57521.390.69357641521.2691.593.956408.09521.2591.69456020 由逼近表格可求的对应的效率为0.951,对应的效率为0.94,则平均效率为 安装高程的计算水轮机的布置设计为立轴式,故其安装高程公式为式中:下游尾水位,; 导叶高度,,。即 飞逸转速的计算 由HLA511-35.2的模型飞逸特性曲线上查的在最大导叶开度下单位飞逸转速,故水轮机的飞逸转速为 转轮轴向水推力的计算 由HLA511-35.2参数表可知其转轮轴向水推力系数,转轮直径较小时止漏环相对间隙较大时取大值,故取,水轮机
16、转轮的轴向水推力为 水轮机转轮重量计算1.2.4 方案四机组台数为五台,单机容量为4.4万kW,水轮机的型号HL260/A244。 计算转轮直径D1。水轮机的额定出力为式中:发电机额定功率,; 发电机效率。 取最优单位转速与出力限制线的交点的单位流量作为设计工况单位流量,则,对应的模型效率,暂取效率修正值,则设计工况原型水轮机效率,故水轮机的直径为 按我国规定的转轮直径系类值,计算值处于之间,考虑经济效益,故取非标准值。 效率的计算:效率修正值 限制工况原型水轮机的效率为 的校核计算:用对原先计算的进行校核故转轮直径仍取3.2(m)。 转速n的计算。由模型综合特性曲线上查得转速计算值介于同步转
17、速之间,故取水轮机转速n为。 水轮机设计流量的计算设计工况点的单位流量为 水轮机出力校核:校核值大于水轮机额定出力,满足要求。 几何吸出高度的计算 为使水轮机尽可能不发生空化,取三个水头分别计算水轮机的允许吸出高度,以其中最小值作为最大允许吸出高度。 计算所对应的单位转速 确定各水头所对应的出力限制工况点的单位流量:取与出力限制线交点处单位流量, 用、 中计算的对应工况点从模型综合特性曲线上分别查出所对应的模型空化系数,分别为0.125、0.146、0.15。分别用查到的空化系数计算对应的吸出高度计算式:式中:水轮机安装位置的海拔高程,取下游平均水位的海拔高程; 模型空化系数; 空化系数的修正
18、值。查空化系数修正值曲线当水轮机水头为54m时,查电站下游水位曲线可得下游平均水位海拔高程为 从三个吸出高度计算值中取最小值0.489,再留一定余量,取最大允许吸出高度=0。平均效率的计算 取各个水头对应的单位转速,以发电机出力为限制,采用逼近法找到单位流量和相应的效率。设计水头对应的效率为0.895,计算见下表。水头(m)流量模型效率(%)真机效率(%)出力(kW)581.28868950547.11581.191.194.145928.12581.0591.394.343933.65521.2787.290.243466.93521.2588.591.543085.52 由逼近表格可求的对
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