1、摘 要本次设计是对富春江水电站的初步设计。初步设计主要是对水力机组的设计，进行了水轮机、发电机和调速器的选择。对厂房进行了布置，并对油、气、水等各辅助系统进行了设计。另外，在本次设计中还运用 AutoCAD 对厂房布置及油系统、气系统、水系统等系统图进行绘制，它们可以更直观的表达厂房和各个辅助设备的布置和构成。关键词：富春江水力发电 水力机组 辅助系统 厂房布置 AbstractIt was carried on the preliminary design of the Fu Chun Jiang hydropower stations in this design. The design
2、of the hydraulic unit is main of preliminary design, it includes the followings: the choice of hydraulic turbine, generator and governor. 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. Besi
3、des, AutoCAD 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
4、, building layout.目 录前 言 .- 1 -第一章 水轮机选择 .- 2 -1.1 机组台数选择 .- 2 -1.2 水轮机型号选择 .- 3 -1.3 水轮机转轮标称直径与转速计算 .- 4 -1.4 水轮机初选方案比较 .- 8 -1.5 绘制水轮机运转综合特性曲线 .- 13 -1.6 确定选定方案的主要参数 .- 19 -1.7 蜗壳的水力计算 .- 19 -1.8 尾水管选择 .- 22 -1.9 水轮机参数的确定 .- 25 -1.10 导水机构主要参数的选择 .- 26 -1.11 水轮机的结构说明 .- 29 -第 二章 水轮发电机选择 .- 30 -2.1
5、发电机的主要参数 .- 30 -2.2 主要尺寸的确定 .- 30 -2.3 发电机结构形式的选择 .- 31 -2.4 其他外形尺寸估算 .- 32 -2.5 发电机重量估算 .- 34 -2.6 计算飞轮力矩的惯性时间常数 .- 35 -2.7 发电机结构说明 .-35-第三 章 调保计算及调速设备选择 .- 37 -3.1 调节保证计算 .- 37 -3.2 调速器选择 .- 44 -3.3 油压装置选择 .- 45 -第四章 厂房布置 .- 47 -4.1 厂房起重机的选择 .- 47 -4.2 厂房布置 .- 48 -第五章 辅助系统 .- 54 -5.1 技术供水系统 .- 54
6、-5.2 排水系统 .- 55 -5.3 油系统 .- 59 -5.4 压缩空气系统 .- 61 -总 结 .- 66 -参考文献 .- 68 -致 谢 .- 69 -附 录 .- 70 -长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文)- 1 -前 言富春江水电站是我国自行建设的一座低水头河床式电站。它具有以发电为主,兼有农田灌溉、改善航运,发展渔业、上下游防洪、和城市供水等综合效益。电站位于浙江省钱塘江干流富春江上七里垅峡谷出口处。上流离新安江水电站约 60 公里,下游离杭州市约 110 公里。控制流域面积 31300 平方公里，多年平均流量 1000 秒立米，设计洪水流量 23100
7、秒立米，总库容 9.2 亿立米，设计灌溉面积 6 万亩，装机容量 29.72 万千瓦。 电站枢纽主要建筑物有大坝、厂房、船闸、鱼道、灌溉渠首及升压站、开关站等。拦江大坝为混凝土实体重力式溢流坝，坝顶高程 32.2 米,最大坝高 47.7 米；坝顶长度 554.4 米，坝基岩石为流纹斑岩，坝体工程量 65 万立方米，主要泻洪方式为坝顶溢流；溢流坝段全长 287.3 米,坝顶高程 11.6 米,共分 17 孔,每孔净宽 14 米,弧形闸门控制,最大泻流量 33560 立方米每秒.河床式发电厂房,位于毅力坝段左侧,是挡水建筑物的一部分,全长 189.15 米,水上部分宽 24.7 米,水下部分宽 6
8、1.25 米；主厂房最大高度 57.4 米,净宽 19.2 米,安装 4 台单机容量 6 万千瓦及一台容量 5.72 千瓦转叶式水轮发电机组,以 110 千伏、220 千伏输电线路联入华东电网.升压站、开关站设置在厂房左侧山坡平台上。船闸规模为 100 吨级，布置在右岸，闸室有效长度 102 米，口门宽 12.4 米.鱼道位于厂房与溢流坝段之间,采用“Z”字形梯级布置。灌溉渠首分设左右两岸，左岸渠首引水流量 1.5 亿立方米每秒,右岸渠首引水流量 5 立方米每秒。富春江水电站基本情况是：电站是发电兼调相、调频、调压为主的综合利用工程水库为日调节，总库容 9.2 亿米 3。电站以发电为主，并可改
9、善航运，发展灌溉及养殖事业等综合效益。电站总装机容量 29.72 万千瓦，年发电量 9.23 亿度；船闸通行能力为 100300 吨级船舶，为不完全年调节电站，最大水头：16.9 米，加权平均水头： 15.8 米，设计水头：14.3 米，最小水头：6.2 米。根据上述情况对水轮机，发电机和调速器等设备进行选型设计选择，对辅助系统：技术供水、排水、油系统和压缩空气等系统的结构，主厂房布置进行设计。本设计报告是依据水轮机设计手册 、 水电站动力设备设计手册 、 水轮机高的学校教材、 水轮机高等学校教材（专科适用）国家标准进行设计。注意了理论与实践的密切结合，水轮机初步设计的基本理论和实际情况进行了
10、简要的分析和计算，对水轮机进行选型设计，对调节保证计算，本设计报告共分为十一部分：一、水轮机型号选择；二、水轮发电机选择；三、调保计算及调速设备选择；四、厂房的布置；五、电厂辅助系统；六、本设计总结；七、参考文献；八、致谢；九、附录。由于种种原因以及本人的水平有限，难免出现一些错误，望老师给予指正和批评。长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文)- 2 -第一章 水轮机选择1.1 机组台数选择确定机组台数时，必须考虑以下有关因素，经过充分的技术经济论证:1.1.1 台数对工程建设费用的影响机组台数的多少直接影响单机容量的大小，单机容量不同时，机组的单位千瓦的造价不同，一般，小的机组的单
11、位千瓦造价高于大的机组。一方面，小机组的单位千瓦金属消耗高于大的机组，另外，单位重量的加工费用也较大。除主要机电设备外，机组台数的增加，要求增加配套设备的台数，主副厂房的平面尺寸也需增加，因此，在同样的装机容量条件下，水电站的土建工程及动力厂房的成本也随机组数的增加而增加。1.1.2 机组台数对电站运行效率的影响当采用不同的机组台数时，电站的平均效率是不同的。较大单机容量的机组，其单机效率较高，这对于预计经常满负荷运行的水电站获得的效率较显著。但是，对于变动负荷的水电站，若采用过少的机组台数，虽单机效率高，但在部分负荷时，由于负荷不便在机组间调节，因而不能避开低效率区，这会使电站的平均效率降低
12、。电站的最佳装机台数，要通过电厂的经济运行分析来确定。1.1.3 机组台数对电厂运行维护的影响机组台数较多时，其优点是运行方式灵活，发生事故时电站及所在系统的影响较小，检修也容易安排。但台数较多时，运行人员增加运行用的料，消耗增加，因而运行费用较高。同时，较多的设备与较频繁的开停机会使整个电站的事故发生率上升。1.1.4 机组台数对设备制造、运输及安装的影响机组台数增加时，水轮机和发电机的单机容量减少，则机组的尺寸小，制造、运输及现场安装都较容易。反之，台数减少则机组尺寸增大，机组的制造、运输和安装的难度也相应加大。因此，最大单机容量的选择要考虑制造厂家的加工水平及设备的运输、安装条件。此外，
13、从发电机转子的机械强度方面考虑，发电机转子的直径必须限制在转子最大线速度的允许值之内，机组的最大容量有时也会因此受到限制。1.1.5 机组台数对电力系统的影响长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文)- 3 -对于占电力系统容量比重较大的水电厂及大型机组，发生事故时对电力系统的影响较大，考虑到电力系统中备用容量的设置及电力系统的安全性，在确定台数时，单机容量不应大于系统的备用容量，即使在容量较小的电网中，单机容量也不宜超过系统容量的 1/3。1.1.6 机组台数对电厂主接线的影响由于水电厂水轮发电机组常采用扩大单元主接线方式（超大型机组除外） ，故机组台数多采用偶数。同时为了运行方式的
14、机动灵活及保证机组检修时的厂用电可靠，除特殊情况外，一般都装两台以上机组。对于装置大型机组的水电厂，由于主变压器的最大容量受到限制，常采用单元接线方式，因此机组台数的选择不必受偶数的限制。以上与机组台数有关的诸因素，许多是既相互联系又相互矛盾的，在选择时应针对主要因素进行综合技术经济比较，选择出合理的机组台数。基于上述原则和因素，初选机组台数为 5 台,6 台和 7 台。1.1.7 确定方案富春江水电厂总装机容量为 29.72 万 KW。方案： 5 台 4 6+5.72=29.72 万 KW方案： 6 台 5 万 KW72.9.方案： 7 台 6 万 KW1.2 水轮机型号选择表 1-1 水轮
15、机适用范围型式 适用水头 H（M）轴流式 ZZ560 1022混流式 HL310 30根据所给的原始资料，电站的装机容量为 297.2NW，最大水头为 16.9 米，设计水头为 14.3 米，最小水头为 6.2 米。在最大水头 16.9 米和最小水头 6.2 米下符合要求的有 HL310 和 ZZ560 两种。但因 HL310 是英式的，资料不全，因此放弃 HL310。由附表1（1）可选型号 ZZ560，其相应参数如表 1-2.表 1-2 ZZ560 相关参数表 （根据参考文献8P370）长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文)- 4 -水轮机型式轮毂比dh/D1导叶相对高度 bo/
16、D1最优单位转速 n110推荐最大单位流量 Q110模型空化系数 MZZ560 0.40 0.4 130(r/min) 2000（L/S） 0.59-0.771.3 水轮机转轮标称直径与转速计算现以整数为标准计算1.3.1 五台机组（1）转轮直径 D1的计算水轮机的额定出力为 KWPa618597.0r式中 P 水轮机出力rN 发电机额定容量a发电机效率（在这里取 0.97）取最优单位转速 n110=130r/min 与出力限制线交点的单位流量为设计工况单位流量。对于转桨式水轮机或者未标出出力限制线的水轮机，Q 11一般不超过型谱参数表中的推荐值，则 ，对应模型效率为 ，暂取smslslr /
17、94.1/0%97/2031 %81m效率修正值为 %，则设计工况点原水轮机的效率为3，水轮机转轮直径 D1为84.8m mHrQD09.84.3.19.651.9P5.11 按照我国规定的转轮直径，选取直径为 8m。式中 P 发电机额定容量；kWrQ 水轮机额定工况的单位流量，r1 sm3H 设计水头r原形水轮机效率(2) 效率 的计算长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文)- 5 -923.0846.011551max DMm3.8.923.0ax式中 ： 原形水轮机效率MAX模型水轮机最高效率D 模型水轮机转轮直径M1限制工况原形水轮机效率为 923.04.80（3）转速 n
18、的计算n= =130101DHrmin/45.618.r根据发电机同步转速表（课本 P326）取水轮机转速计算值介于发动机同步转速 60 r/min62.5 r/min,因靠近 62.5 r/min。故水轮机的转速为 62.5 r/min。1.3.2 六台机组(1) 转轮直径 D1计算水轮机的额定出力为 KWNaPr 514697.0式中 P 水轮机出力（KW）rN 发电机额定容量(KW)a发电机效率（在这里取 0.97）取最优单位转速 n110=130r/min 与出力限制线交点的单位流量为设计工况单位流量。对于转桨式水轮机或者未标出出力限制线的水轮机，Q 11一般不超过型谱参数表中的推荐值
19、，则 ，对应模型效率为 ，暂取smslslr /94.1/0%97/2031 %81m效率修正值为 %，则设计工况点原水轮机的效率为3，水轮机转轮直径 D1为84.8m mHrQD60.784.3.19.61.9P55.11 长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文)- 6 -按照我国规定的转轮直径，选取直径为 7.5m。式中 P 发电机额定容量，kWrQ ：水轮机额定工况的单位流量，r1 sm3H 设计水头r原形水轮机效率(1) 效率 的计算 92.05.7468.01151max DMm2.92.0ax式中 原形水轮机效率MAX模型水轮机最高效率D 模型水轮机转轮直径M1限制工况原
20、形水轮机效率为 92.04.8.0(2) 转速 n 的计算n= =130101DHrmin/5.6.73r转速计算值在发动机标准同步转速表与最接近的转速为 65.2，故选转速为 65.2r/min。1.3.3 七台机组(1) 转轮直径 D1计算水轮机的额定出力为 KWNaPr 412379.0式中 P 水轮机出力rN 发电机额定容量a发电机效率（在这里取 0.97）取最优单位转速 n110=130r/min 与出力限制线交点的单位流量为设计工况单位流量。对于转桨式水轮机或者未标出出力限制线的水轮机，Q 11一般不超过型谱参数表中的推长 春 工 程 学 院 毕 业 设 计 (论 文)- 7 -荐
21、值，则 ，对应模型效率为 ，暂取smslslQr /94.1/0%97/2031 %81m效率修正值为 %，则设计工况点原水轮机的效率为3，水轮机转轮直径 D1为84.8m mHrQD80.64.3.9.1271.9P515.11 按照我国规定的转轮直径，选取直径为 7.0m。式中 P 发电机额定容量，kWrQ ：水轮机额定工况的单位流量，r1 sm3H 设计水头r原形水轮机效率(1) 效率 的计算 921.0.7468.011551max DMm.92.0ax式中 原形水轮机效率MAX模型水轮机最高效率D 模型水轮机转轮直径M1限制工况原形水轮机效率为 921.04.8.0(2) 转速 n 的计算n= =130101DHrmin/3.7.r转速计算值在发动机标准同步转速表与最接近的转速为 70.23r/min，故选转速为71.4r/min。对以上方案计算结果，可进行比较：表 1-3 水轮机初选方案
