水電站樞紐廠房設(shè)計(jì)及機(jī)組選型設(shè)計(jì)

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1、二、機(jī)電設(shè)備的選擇（一）、水輪機(jī)的選擇1、水輪機(jī)選擇的基本資料裝機(jī)容量=0.25MW設(shè)計(jì)水頭2、水輪機(jī)型號(hào)的選擇根據(jù)設(shè)計(jì)水頭，參照金鐘元《水力機(jī)械》附表1，可以有兩種選型水輪機(jī)。3、單機(jī)容量的選擇水電站的裝機(jī)容量等于機(jī)組臺(tái)數(shù)和單機(jī)容量的乘積。根據(jù)已確定的裝機(jī)容量，就可以擬定可能的機(jī)組臺(tái)數(shù)方案。在選擇機(jī)組臺(tái)數(shù)時(shí)可從下列方面考慮：（1）機(jī)組臺(tái)數(shù)與機(jī)電設(shè)備制造的關(guān)系機(jī)組臺(tái)數(shù)增多時(shí)，機(jī)組單機(jī)容量減小，尺寸減小，因而制造及運(yùn)輸都有比較容易，這對(duì)于制造能力和運(yùn)輸條件較差的地區(qū)是有利的。但實(shí)際上小機(jī)組單位千瓦消耗的材料多，制造也較麻煩，

2、故一般都希望選用較大的機(jī)組。（2）機(jī)組臺(tái)數(shù)與水電站投資的關(guān)系-48-當(dāng)選用的機(jī)組臺(tái)數(shù)較多時(shí)，不僅機(jī)組本身單位千瓦的造價(jià)高，而且隨著機(jī)組臺(tái)數(shù)的增加。相應(yīng)的閘門、管道、調(diào)速器，輔助設(shè)備和電氣設(shè)備的套數(shù)就要增加，電氣結(jié)線也較復(fù)雜，廠房平面尺寸也需加大，機(jī)組安裝維護(hù)的工作量也增加，因此從這些方面來(lái)看，水電站單位千瓦的投資將隨臺(tái)數(shù)的增加而增加。但另一方面，采用小機(jī)組則廠房的起重能力、安裝場(chǎng)地、機(jī)坑開(kāi)挖量都可縮減，因此又可減小一些水電站投資?？偟膩?lái)說(shuō)，機(jī)組臺(tái)數(shù)變化要引起水電站投資變化，在大多數(shù)情況下，臺(tái)數(shù)增多將增大投資。（3）機(jī)組臺(tái)數(shù)

3、與水電站運(yùn)行效率的關(guān)系機(jī)組臺(tái)數(shù)增多能夠增加水電站的電能，但當(dāng)增多到一定程度，再增多時(shí)對(duì)水電站的運(yùn)行效率就不會(huì)有顯著的影響了。當(dāng)水電站在電力系統(tǒng)中擔(dān)任基荷工作時(shí)，選擇機(jī)組臺(tái)數(shù)少，可合水輪機(jī)在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)以最優(yōu)工況運(yùn)行，合水電站保持較高的平均效率。（4）機(jī)組臺(tái)數(shù)與水電站運(yùn)行維護(hù)工作的關(guān)系機(jī)組臺(tái)數(shù)多，單機(jī)容量小，運(yùn)行方式就比較靈活，機(jī)組發(fā)生事故后所產(chǎn)生的影響小，檢修也較容易安排。但因運(yùn)行操作次數(shù)隨之增加，發(fā)生事故的機(jī)率增高了，同時(shí)管理人員增多，運(yùn)行費(fèi)用也提高了。因此不宜選用過(guò)多的機(jī)組臺(tái)數(shù)。在技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件相近時(shí)，應(yīng)盡量采用機(jī)組臺(tái)數(shù)較

4、少的方案，但為了水電站運(yùn)行的可靠性和靈活性，一般應(yīng)不少于兩臺(tái)。故綜合考慮，采用兩臺(tái)機(jī)組，單機(jī)容量為。式中——水輪機(jī)的額定出力——發(fā)電機(jī)的額定出力——發(fā)電機(jī)效率4水輪機(jī)主要參數(shù)的確定-48-（1）轉(zhuǎn)輪直徑的計(jì)算式中：=8.25×103KW=11.5由金鐘元《水力機(jī)械》附表1查得該型水輪機(jī)在限制工況下的，=82.6%.由此可假定水輪機(jī)在該工況下的效率為86%。將以上各值代入公式得：選用與之接近而偏大的標(biāo)準(zhǔn)直徑=1.6.（2）效率修正值的計(jì)算由附表1查得：型水輪機(jī)在最優(yōu)工況下模型的最高效率=89.6%,模型轉(zhuǎn)輪的直徑=0.39.

5、則原型水輪機(jī)的最高效率=93%考慮到制造水平的情況，取ξ=1.0%,則效率修正值為：=0.93－0.91－0.01=0.01由此可求得水輪機(jī)在限制工況的效率應(yīng)為：-48-=0.89+0.01=0.90(與原來(lái)假定的數(shù)值相近)（3）轉(zhuǎn)速的計(jì)算式中由附表1查得在最優(yōu)工況下的=70.0r/min，同時(shí)由于：=0.022﹤0.03所以可忽略不計(jì)，則以=70.0r/min代入上式得：=(70.0×)/1.6=365.9r/min選用與之接近而偏大的同步轉(zhuǎn)速（4）工作范圍的檢驗(yàn)計(jì)算在選定的=1.6，的情況下，水輪機(jī)在最大的和各種特征水

6、頭下相應(yīng)的值分別為：在設(shè)計(jì)水頭=11.5以額定出力Nr工作時(shí)，其相應(yīng)的最大單位流量為：=0.98﹤1.15m3/s則水輪機(jī)的最大引用流量為：=0.98×1.62×=21m3/s對(duì)值：在設(shè)計(jì)水頭=69.95時(shí)-48-在最大水頭=79時(shí)在最小水頭=64時(shí)在型水輪機(jī)的主要綜合特性曲線圖上,分別畫出=75r/min，=67.4的直線，由圖可見(jiàn)，由這兩根直線與效率線所圍成的水輪機(jī)工作范圍基本上包含了該特性曲線的高效率區(qū)，所以對(duì)于型水輪機(jī)方案，所選定參數(shù)=1.6,=375是合理的。(5)水輪機(jī)吸出高Hs計(jì)算由水輪機(jī)的設(shè)計(jì)工況（）在圖3

7、-7上可查得相應(yīng)的汽蝕系數(shù)則可求得水輪機(jī)的吸出高為：（6）飛逸轉(zhuǎn)速的計(jì)算反擊式水輪機(jī)的飛逸轉(zhuǎn)速與水輪機(jī)凈水頭、導(dǎo)葉開(kāi)度有關(guān)。最大飛逸轉(zhuǎn)速式中：——最大水頭（米）-48-——最大單位飛逸轉(zhuǎn)速查表知，水輪機(jī)采用的（7）軸向水推力的計(jì)算式中——軸向水推力系數(shù)，對(duì)于水輪機(jī)，0.375、水輪機(jī)安裝高程的確定對(duì)立軸混流式水輪機(jī)，安裝高程由下式確定：式中：查表知，故機(jī)組安裝高程為4024.14。（二）、水輪機(jī)結(jié)構(gòu)與外型尺寸估算1、混流式水輪機(jī)主要由以下幾部分組成：（1）埋入部分：包括蝸殼、座環(huán)、尾水管等；（2）導(dǎo)水機(jī)構(gòu)：包括頂蓋、底環(huán)、

8、導(dǎo)葉和導(dǎo)葉操作機(jī)構(gòu)等；（3）轉(zhuǎn)動(dòng)部分：包括轉(zhuǎn)輪、主軸等；-48-（4）導(dǎo)軸承、密封裝置及其他附屬裝置。2、蝸殼斷面形式本電站最大工作水頭超過(guò)40m故采用金屬蝸殼，蝸殼頂角點(diǎn)和底角點(diǎn)的變化形式有直線和拋物線兩種。直線變化結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，水力損失大；拋物線變化結(jié)構(gòu)復(fù)雜，水力損失小。為了改善蝸殼的受力條件使水力損失