毕设(渡江水电站水力机械初步设计)

摘 要

水电站水力机械初步设计是对一个电站的水轮机组,发电机组，辅助设备的计算以及型号的选择，电站厂房的布置设计。

本论文在对渡江水电站的数据处理，综合分析，根据该电站的原始资料，在水电站的设计要求及设计规范的基础上，进行水轮发电机组选型、辅助设备设计、调速设备的选择、电站厂房的布置设计。并且从水文，工程地质，气象等资料，研究该电站的建设必要性和可行性出发。对电站的各项指标进行详细复查。根据计算结果确定水轮机及发电机的型号，到辅助设备的选择。本电站的装机容量达到36万kw，是属于中型机组，电站建成后主要供电区为贵河市和遵口市对该地区工农业发展将具有重要意义。

I

目 录

摘要....................................................Ι

第一章 水轮发电机组的选型设计......................................1

1.1 确定水轮机组型号和装置型式........................................1 1.1.1 已知参数......................................................1 1.1.2 水轮机型号的选择..............................................1 1.2 确定水轮机的主要参数..............................................2 1.2.1 三台HL220/A153水轮机........................................2

1.2.2 四台HL220/A153水轮机........................................7 1.2.3 三台HL180/D06A水轮机.......................................11 1.2.4 四台HL180/D06A水轮机.......................................15

1.2.5 三台HL180/A194水轮机........................................19 1.2.6 四台HL180/A194水轮机........................................23 1.2.7 各方案列表...................................................27 1.3 技术经济指标计算.................................................28 1.3.1 动能经济指标.................................................28 1.3.2 机电设备投资和耗钢量.........................................29 1.3.3 部分设备投资估算表...........................................32 1.4 最优方案选择.....................................................33 1.4.1 方案选择依据.................................................33 1.4.2 方案总表.....................................................34 1.4.3 最优方案的选择...............................................34 1.5 运转特性曲线的计算绘制...........................................35 1.5.1 运转特性曲线的计算...........................................35 1.5.2 运转特性曲线的绘制...........................................36 1.6 蜗壳、尾水管的选型计算...........................................37 1.6.1 蜗壳的选择计算...............................................37 1.6.2 尾水管的选择计算.............................................40 1.7 水轮机进、出水流道单线图的绘制...................................41

1.7.1 水轮机进水流道单线图的绘制..................................41 1.7.2 水轮机出口流道单线图的绘制..................................41 1.8 确定水轮发电机的型号和主要参数...................................42

1.8.1 发电机的参数计算.............................................42 1.8.2 选择发电机的型式及冷却方式...................................42 1.8.3 发电机的主要尺寸.............................................42 1.8.4 发电机外形尺寸计算...........................................44 1.8.5 发电机轴向尺寸的估算.........................................45 1.8.6 发电机重量的估算.............................................46 1.8.7 发电机计算结果汇总表.........................................47 1.9 调速设备与油压装置的型号和主要参数...............................48

1.9.1 调速器的工作容量选择.........................................48

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1.9.2 主配压阀直径.................................................50 1.9.3 油压装置的选择...............................................50

第二章 辅助设备部分设计............................................51

2.1 进水阀的选择.....................................................51

2.1.1 进水阀的设置条件.............................................51 2.1.2 进水阀的型式.................................................51 2.1.3 进水阀的选择.................................................51 2.1.4 进水阀直径的选择.............................................51 2.2 油系统部分设计...................................................52 2.2.1 透平油系统部分设计...........................................52 2.2.1.1 透平油系统供油对象及作用.................................52 2.2.1.2 用油量估计...............................................52 2.2.1.3 透平油系统设备选择.......................................55

2.2.2 绝缘油系统部分设计...........................................58 2.2.2.1 绝缘油系统供油对象.......................................58 2.2.2.2 绝缘油用油量估算.........................................58 2.2.2.3 绝缘油系统设备选择.......................................59 2.3 气系统部分设计...................................................60

2.3.1 各种用气额定压力.............................................60 2.3.2 供气方式.....................................................60 2.3.3 设备选择计算.................................................61 2.4 水系统部分设计...................................................65

2.4.1 技术供水系统.................................................65 2.4.2 消防和生活供水...............................................69 2.4.3 排水系统.....................................................70 2.4.3.1 检修排水.................................................70 2.4.3.2 渗漏排水.................................................72

第三章 厂房的布置设计........................................74

3.1 主厂房机组组段长度的确定........................................74 3.2 主厂房宽度的确定................................................75 3.3 主厂房各层高程的确定............................................77

第四章 毕业设计总结与心得....................................78

4.1 毕业设计总结....................................................78 4.2 心得与体会......................................................79

设备清单.....................................................81 参考文献.....................................................82

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第一章 水轮发电机组的选型设计

第一章 水轮发电机组的选型设计

1.1 确定水轮机组型号和装置型式 1.1.1.已知参数

Hmax144.2m, Hmin100.2m, Hav124m, N36 万千瓦，保证出力：

Nb14万千瓦，利用小时数：5400小时。

1.1.2.水轮机型号的选择

表1-1 水轮机类型及适用范围

类 型HL 式反击式ZL 式XL 式GL 式冲击式型 式混 流 式混流可逆式轴流转桨式轴流定桨式斜 流 式斜流可逆式贯流转桨式贯流定桨式水 斗 式斜 击 式双 击 式适应水头范围（m）40--70080--6003--903--5040--20040--1202--30300--170020--3005--100 根据设计任务书，该水电站的水头范围为100.2m~144.2m，查《水电站机电设计手册—水力机械》表1-1— 如上表。适合此水头范围水轮机的类型有斜流式和混流式。 又根据混流式水轮机和斜流式水轮机的优缺点分析：

1、混流式结构紧凑，运行可靠，效率高，能适应很宽的水头范围，是目前应用最广泛的水轮机之一。

2、斜流式平均效率比混流高，高效区比混流宽。

3、斜流式水轮机适用于水头变幅大的电站，目前由于制造工艺较复杂，技术要求较高，在一定程度上限制了它的推广和应用。（《水轮机》第三版P7-P9）

因此：选择混流式水轮机（立轴）。

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第一章 水轮发电机组的选型设计

水轮机设计水头估算为Hr0.95Hav117.8(m)，根据《水轮机》第三版附表7，适合水头范围有HL220/A153,HL180/D06A,HL180/A194,在这里选择

HL220/A153,HL180/D06A,HL180/A194，台数选择3台，4台。方案列表如下：

表1-2 水轮机组选型及台数汇总

型号 台数 HL220/A153 HL180/D06A HL180/A194 3 4 9 3 12 4 9 3 12 4 9 单机容量（万千瓦） 12

1.2 确定水轮机的主要参数

◎ 首先进行HL220/A153水轮机的选择

1.2.1．三台HL220/A153水轮机 1、水轮机基本参数的计算

（1）、计算水轮机的额定出力（发电机效率g取96%） PrPG120000125000(kW)

0.96g（2）、计算转轮直径D1

已知Pr12.5104kW，查《水轮机》附表一单位转速HL220/A153，

n1171r/min模型转轮综合特性曲线单位转速与出力限制线交点知Q11r1.077m3/s，对应的模型效率m89%，暂取效率修正值2%，设

计工况原型水轮机效率m0.890.020.91，故水轮机的转轮直径为

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第一章 水轮发电机组的选型设计

D1Pr1250003.19(m) 1.51.59.81Q11rHr9.811.077117.80.91按我国规定的转轮直径系列（见《水轮机》表6-5），计算值处于标准值3.0m和3.3m之间，考虑到3.0偏小，3.3偏大，故取非标准值D13.2m （3）、效率r的计算: rmax1(1m0)5D1m0.461(10.915)50.942 D13.2 效率修正值 rmaxm00.9420.9150.027 限制工况原型水轮机的效率为

rm0.890.0270.917

（4）、D1的校核计算：用r0.917对原先计算的D1进行校核 D1Pr1.59.81Q11rHrr1250003.18(m) 1.59.811.077117.80.917 转轮直径D1仍以3.2m为宜。

（5）、转速n的计算

由模型综合特性曲线上查得n11071rmin nn110HavD171124247(rmin) 3.2 转速计算值介于发电机标准同步转速（《水轮机》表6-6）214.3-250rmin之间，故取水轮机的转速n250rmin。 （6)、平均效率的计算

Hmin：取Hmin下n11max79.9rmin与出力限制线的交点的效率mHmin0.89 真机效率HminmHmin0.890.0270.917

Hmax、Hr、Hav是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， 逼近法见下表：

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第一章 水轮发电机组的选型设计

表1-3

水头(m) 单位转速(rmin) 流量(m3s) 效率% 真机效率% 出力(kW) 144.2 144.2 144.2 水头(m) 66.6 66.6 66.6 单位转速0.805 0.8 0.79 流量0.9 0.88 0.875 效率% 0.927 0.907 0.902 真机效率% 12676.29096 12543.19785 12372.98815 出力(rmin) (m3s) (kW) 124 124 124 124 水头(m) 71.8 71.8 71.8 71.8 单位转速0.912 0.93 0.95 0.96 流量0.90 0.905 0.905 0.91 效率% 0.927 0.932 0.932 0.937 真机效率% 118531.6068 121516.036 124788.1444 126368.0221 出力(rmin) (m3s) (kW) 117.8 117.8 117.8 73.7 73.7 73.7 1.08 1.04 1.03 0.91 0.91 0.91 0.937 0.937 0.937 129972.0674 126494.0212 124616.2873 由表1-3知：

Hmax:Hmax0.907、Hav:Hav0.932、Hr:Hr0.937

则平均效率为：HmaxHavHrHmin40.9070.9320.9370.9170.923

42、水轮机设计流量Qr的计算

设计工况点的单位流量Q11r为 Q11rPr1250001.061(m3s) 21.521.59.81TD1Hr9.810.9173.2117.8 则：QrQ11rD12Hr1.0613.22117.8118(m3s)

3、几何吸出高度Hs的计算

为使水轮机尽可能不发生空化，取Hmax、Hr、Hmin三个水头分别计算水轮机的允许吸出高度，以其中的最小值作为最大允许吸出高度。为此，进行如下计算： (1)计算HminH、Hmax所对应的单位转速n11

Hmax:n11min

nD12503.266.6(rmin) Hmax144.2

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第一章 水轮发电机组的选型设计

Hr:n11rnD12503.273.7(rmin) Hr117.8nD12503.279.9(rmin) Hmin100.2 Hmin:n11max（2)确定个水头所对应的出力限制工况点的单位流量Q11

Hmin：取n11max与出力限制线交点处单位流量，Q11max1.075(m3s) 同上 ：Hr:Q11r1.07(m3s) Hmax:Q11minPr1250000.784(m3s) 21.521.59.81TD1Hmax9.810.9173.2144.2 用（1）、（2）中计算的对应工况点从模型综合特性曲线上分别查出Hmin、Hr、Hmax所对应的模型空化系数，分别为0.085、0.078、0.070。

（3）、分别用所查的空化系数计算Hmin、Hr、Hmax对应的吸出高度 计算式： Hs10E900(M)H 求装置高程E

图１－１

由上图（任务书图1）可知当水轮机设计流量Qr=118m3s时，对应的尾水位w为645.8m，即EW645.8m。

查空化系数修正值曲线得水轮机水头为117.8m时，0.02

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第一章 水轮发电机组的选型设计

图1-2 空化系数修正值与水头关系曲线

Hmin:Hs10645.8 Hr:Hs10645.8900(0.0850.02)10.201.23m9

900(0.0780.02)117.82.262m (0.070.02)144.23.696m

Hmax:Hs10645.8900 从三个吸出高度计算值中取最小值3.696m，再留一定的余量，去最大允许吸出高度Hs3.7m。

4、安装高程的计算

因为装置方式为立轴安装方式，故： 安装高程wHsb0 b0b0D1 2查《水轮机》附表一b0取0.225 wHsb00.2253.2645.83.7642.46(m) 225、飞逸转速nR的计算

由《水轮机》附表一查的HL220/A153水轮机模型转轮的单位飞逸转速

n11R136.6(rmin)，故水轮机的飞逸转速为

nRn11RHmaxD1136.6144.2513(rmin) 3.2

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第一章 水轮发电机组的选型设计

6、转轮轴向水推力Ft的计算

3F9.81K10tt

4D12Hmax

由《水轮机》附表一查得HL220/A153水轮机模型转轮的轴向水推力系数Kt为

0.28~0.34。这里取Kt0.30，则

Ft9.81Kt103

4D12Hmax9.810.310343.22144.23413071(N)

1.2.2．四台HL220/A153水轮机

1、水轮机基本参数的计算

（1）、计算水轮机的额定出力（发电机效率g取96%） PrPG9000093750（kW） 0.96g（2）、计算转轮直径D1

已知Pr9.375104kW，查《水轮机》附表一HL220/A153 n1171r/min模型转轮综合特性曲线单位转速与出力限制线交点知Q11r1.077m3/s，对应的模型效率m89%，暂取效率修正值2%，设计工况原型水轮机效率

m0.890.020.91，故水轮机的转轮直径为

D1Pr937502.77（m） 1.51.59.81Q11rHr9.811.077117.80.91按我国规定的转轮直径系列（见《水轮机》表6-5），计算值处于标准值2.75m和3.00m之间，考虑到2.75偏小，3.0偏大，故取非标准值D12.8m（3）、效率r的计算: rmax1(1m0)5D1m0.461(10.915)50.941 D12.8 效率修正值 rmaxm00.9410.9150.026

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第一章 水轮发电机组的选型设计

限制工况原型水轮机的效率为

rm0.890.0260.916

（4）、D1的校核计算：用r0.916对原先计算的D1进行校核 D1Pr1.59.81Q11rHrr937502.75(m) 1.59.811.077117.80.916 转轮直径D1仍以2.8m为宜。 （5）、转速n的计算

由模型综合特性曲线上查得n11071rmin nn110HavD171124282.4(rmin) 2.8 转速计算值介于发电机标准同步转速（《水轮机》表6-6）250~300rmin之间，故取水轮机的转速n为300rmin。 （6）、平均效率的计算

Hmin：取Hmin下n11max84rmin与出力限制线的交点的效率mHmin0.885 真机效率HminmHmin0.8850.0260.911

Hmax、Hr、Hav是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。 逼近法见下表：

表1-4： 水头(m) 单位转速(rmin) 流量(m3s) 效率% 真机效率% 出力(kW) 144.2 144.2 144.2 144.2 水头(m) 70 70 70 70 单位转速0.75 0.78 0.775 0.77 流量0.88 0.905 0.9 0.895 效率% 0.906 0.921 0.926 0.911 真机效率% 90494.48405 94945.29444 93923.8188 93317.85868 出力(kW) (rmin) (m3s) 124 124 124 73.4 73.4 73.4 0.8 0.78 0.79 0.89 0.895 0.898 0.906 0.921 0.924 96527.44965 93594.86902 95110.43522 - 8 -

第一章 水轮发电机组的选型设计

水头(m) 单位转速(rmin) 流量(m3s) 效率% 真机效率% 出力(kW) 117.8 117.8 117.8 由表1-4知：

77.4 77.4 77.4 1.02 1.03 1.04 0.902 0.905 0.906 0.928 0.931 0.932 93179.13455 93991.37167 95108.44355 Hmax:Hmax0.916、Hav:Hav0.911、Hr:Hr0.931 则平均效率为：HmaxHavHrHmin40.9260.9210.9310.9110.922

42、水轮机设计流量Qr的计算

设计工况点的单位流量Q11r为 Q11rPr9375031.04(ms) 21.521.59.81TD1Hr9.810.9162.8117.8 则：QrQ11rD12Hr1.042.82117.888.5(m3s)

3、几何吸出高度Hs的计算

由上图（任务书图1）可知当水轮机设计流量Qr88.5m3s时，对应的尾水位w为645.6m，即EW645.6m。

为使水轮机尽可能不发生空化，取Hmax、Hr、Hmin三个水头分别计算水轮机的允许吸出高度，以其中的最小值作为最大允许吸出高度。为此，进行如下计算： （1）、计算HminH、Hmax所对应的单位转速n11

Hmax:n11minnD13002.870(rmin) Hmax144.2 Hr:n11rnD13002.877.4(rmin) Hr117.8nD13002.883.9(rmin) Hmin100.2 Hmin:n11max（2）、确定个水头所对应的出力限制工况点的单位流量Q11

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第一章 水轮发电机组的选型设计

Hmin：取n11max与出力限制线交点处单位流量，Q11max1.097(m3s) 同上 ：Hr:Q11r1.08(m3s) Hmax:Q11minPr9375030.768(ms) 21.521.59.81TD1Hmax9.810.9162.8144.2（3）、用（1）、（2）中计算的对应工况点从模型综合特性曲线上分别查出Hmin、Hr、

Hmax所对应的模型空化系数，分别为0.095、0.081、0.07

（4）、分别用所查的空化系数计算Hmin、Hr、Hmax对应的吸出高度 计算式： Hs10E900(M)H 装置高程EW645.6m

查空化系数修正值曲线得水轮机水头为117.8m时，0.02

Hmin:Hs10645.6900(0.0950.02)100.22.24m

Hr:Hs10645.6900(0.0810.02)117.82.62m Hmax:Hs10645.6900(0.070.02)144.23.696m

从三个吸出高度计算值中取最小值3.696m，再留一定的余量，取最大

允许吸出高度Hs3.7m。

4、安装高程的计算

因为装置方式为立轴安装方式，故： 安装高程wHsb02 b0b0D1 查《水轮机》附表一b0取0.225 wHsb02645.63.70.2252.82642.22(m) 5、飞逸转速nR的计算

由《水轮机》附表一查的HL220/A153水轮机模型转轮的单位飞逸转速

n11R136.6(rmin)，故水轮机的飞逸转速

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第一章 水轮发电机组的选型设计

nRn11RHmaxD1136.6144.2586(rmin) 2.86、转轮轴向水推力Ft的计算

3F9.81K10tt

4D12Hmax

由《水轮机》附表一查得HL220/A153水轮机模型转轮的轴向水推力系数Kt为

0.28~0.34。这里取Kt0.30，则

Ft9.81Kt103

4D12Hmax9.810.310342.82144.22613132(N)

◎ 进行HL180/D06A水轮机的选择

1.2.3．三台HL180/D06A水轮机

1、水轮机基本参数的计算

（1）、计算水轮机的额定出力（发电机效率g取96%）

Pr（2）、计算转轮直径D1

已知Pr12.5104kW，查《水轮机》附表一查HL180/D06A

n1169r/min模型转轮综合特性曲线单位转速与出力限制线交点知Q11r0.835m3/s，对应的模型效率m88.5%，暂取效率修正值2%，

PGg120000125000(kW) 0.96则设计工况原型水轮机效率m0.8850.020.905，故水轮机的转轮直径为

D1Pr1250003.63（m） 1.51.59.81Q11rHr9.810.835117.80.905 按我国规定的转轮直径系列（见《水轮机》表6-5），计算值处于标准值

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第一章 水轮发电机组的选型设计

3.3m和3.8m之间，考虑到3.3偏小，3.8偏大，故取非标准值D13.7m 。 （3）、效率r的计算: rmax1(1m0)5D1m0.41(10.915)50.946 D13.7 效率修正值 rmaxm00.9460.9150.031 限制工况原型水轮机的效率为

rm0.8850.0310.916

（4）、D1的校核计算：用r0.917对原先计算的D1进行校核 D1Pr1.59.81Q11rHrr1250003.61(m)

9.810.835117.81.50.916 转轮直径D1仍以3.7m为宜。

（5）、转速n的计算。由模型综合特性曲线上查得n11069rmin nn110HavD169124207.7(rmin) 3.7 转速计算值介于发电机标准同步转速（《水轮机》表6-6）187.3~214.3rmin之间，故取水轮机的转速n为214.3rmin。 （6）、平均效率的计算

Hmin：取Hmin下n11max79.2rmin与出力限制线的交点的效率mHmin0.868 真机效率HminmHmin0.8680.0310.899

Hmax、Hr、Hav是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。 逼近法见下表：

表1-5 水头(m) 单位转速(rmin) 流量(m3s) 效率% 真机效率% 出力(kW) 144.2 144.2 144.2

66 66 66 0.575 0.58 0.585 0.89 0.893 0.895 0.921 0.924 0.926

123153.7123 124629.2546 125975.7305 - 12 -

第一章 水轮发电机组的选型设计

水头(m) 单位转速(rmin) 流量(m3s) 效率% 真机效率% 出力(kW) 124 124 124 水头71.2 71.2 71.2 单位转速0.71 0.715 0.72 流量0.91 0.912 0.912 效率% 0.941 0.943 0.943 真机效率% 123894.2657 125031.9396 125906.2888 出力(m) (rmin) (m3s) (kW) 117.8 117.8 117.8 由表1-5知：

73 73 73 0.78 0.79 0.8 0.888 0.89 0.89 0.919 0.921 0.921 123083.6272 124932.9208 126514.3502 Hmax:Hmax0.924、Hav:Hav0.943、Hr:Hr0.921

则平均效率为：HmaxHavHrHmin40.9240.9430.9210.8990.922。

42、水轮机设计流量Qr的计算

设计工况点的单位流量Q11r为 Q11rPr12500030.796(ms) 21.521.59.81TD1Hr9.810.9143.7117.8 则： QrQ11rD12Hr0.7963.72117.8118(m3s)

3、几何吸出高度Hs的计算

由上图（任务书图1）可知当水轮机设计流量Qr=118m3s时，对应的尾水位w为645.8m，即EW645.8m。

为使水轮机尽可能不发生空化，取Hmax、Hr、Hmin三个水头分别计算水轮机的允许吸出高度，以其中的最小值作为最大允许吸出高度。为此，进行如下计算： （1）、计算HminH、Hmax所对应的单位转速n11

Hmax:n11minnD1214.33.766(rmin) Hmax144.2 Hr:n11rnD1214.33.773(rmin) Hr117.8 - 13 -

第一章 水轮发电机组的选型设计

Hmin:n11maxnD1214.33.779.2(rmin) Hmin100.2（2）、确定个水头所对应的出力限制工况点的单位流量Q11

Hmin：取n11max与出力限制线交点处单位流量，Q11max0.813(m3s) 同上 ：Hr:Q11r0.82(m3s) Hmax:Q11minPr12500030.588(ms) 21.521.59.81TD1Hmax9.810.9143.7144.2（3）、用（1）、（2）中计算的对应工况点从模型综合特性曲线上分别查出Hmin、Hr、

Hmax所对应的模型空化系数，分别为0.065、0.056、0.047 （4）分别用所查的空化系数计算Hmin、Hr、Hmax对应的吸出高度 计算式： Hs10E900(M)H 装置高程EW645.8m

查空化系数修正值曲线得水轮机水头为117.8m时，0.02

Hmin:Hs10645.8Hr:Hs10645.8Hmax:Hs10645.8900(0.0650.02)100.20.77m

900900(0.0560.02)117.80.33m (0.0470.02)144.20.38m

从三个吸出高度计算值中取最小值0.38m，再留一定的余量，取最大允许吸出高度Hs0.4m。

4、安装高程的计算

因为装置方式为立轴安装方式，故： 安装高程wHsb0 b0b0D1 2查《水轮机》附表一b0取0.225

wHsb00.2253.7645.80.4645.81 22

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第一章 水轮发电机组的选型设计

5、飞逸转速nR的计算

由《水轮机》附表一查的HL180/D06A水轮机模型转轮的单位飞逸转速

n11R128.6(rmin)，故水轮机的飞逸转速为

nRn11RHmaxD1128.6144.2417(rmin) 3.76、转轮轴向水推力Ft的计算

3F9.81K10tt

4D12Hmax

由《水轮机》附表一查得HL180/D06A水轮机模型转轮的轴向水推力系数Kt为0.26。取Kt0.26，则

Ft9.81Kt1034D12Hmax9.810.2610343.72144.23954585(N)

1.2.4．四台HL180/D06A水轮机

1、水轮机基本参数的计算

（1）、计算水轮机的额定出力（发电机效率g取96%） PrPG9000093750（kW） 0.96g（2）、计算转轮直径D1

已知Pr9.375104kW，查《水轮机》第三版附表7HL180/D06A单位转速

n1169r/min,模型转轮综合特性曲线单位转速与出力限制线交点知Q11r0.835m3/s，对应的模型效率m88.5%，暂取效率修正值2%，则设计

工况原型水轮机效率m0.8850.020.905，故水轮机的转轮直径为

D1Pr937503.15（m） 1.51.59.81Q11rHr9.810.835117.80.905 按我国规定的转轮直径系列（见《水轮机》表6-5），计算值处于标准

- 15 -

第一章 水轮发电机组的选型设计

值3.0m和3.3m之间，考虑到3.0偏小，3.3偏大，故取非标准值D13.2m 。 （3）、效率r的计算: rmax1(1m0)5D1m0.41(10.915)50.944 D13.2 效率修正值 rmaxm00.9440.9150.029 限制工况原型水轮机的效率为

rm0.8850.0290.914

（4）、D1的校核计算：用r0.916对原先计算的D1进行校核 D1Pr1.59.81Q11rHrr937503.13(m)

9.810.835117.81.50.914 转轮直径D1仍以3.2m为宜。

（5）、转速n的计算。由模型综合特性曲线上查得n11069rmin nn110HavD169124240(rmin) 3.2 转速计算值介于发电机标准同步转速（《水轮机》表6-6）214.3~250rmin之间，故取水轮机的转速n为250rmin。 （6）、平均效率的计算

Hmin：取Hmin下n11max79.9rmin与出力限制线的交点的效率mHmin0.865 真机效率HminmHmin0.8650.0290.894

Hmax、Hr、Hav是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。 逼近法见下表：

表1-6 水头(m) 单位转速(rmin) 流量(m3s) 效率% 真机效率% 出力(kW) 144.2 144.2 144.2

66.6 66.6 66.6 0.58 0.585 0.59 0.893 0.895 0.895 0.919 0.921 0.921

92717.14415 93719.94767 94520.97287 - 16 -

第一章 水轮发电机组的选型设计

水头(m) 单位转速(rmin) 流量(m3s) 效率% 真机效率% 出力(kW) 124 124 124 水头71.8 71.8 71.8 单位转速0.71 0.72 0.725 流量0.91 0.912 0.912 效率% 0.936 0.938 0.938 真机效率% 92179.41335 93677.45365 94327.99153 出力(m) (rmin) (m3s) (kW) 117.8 117.8 117.8 由表1-6知：

73.7 73.7 73.7 0.79 0.795 0.8 0.89 0.892 0.89 0.916 0.918 0.916 92941.40759 93733.85754 94117.8811 Hmax:Hmax0.921、Hav:Hav0.938、Hr:Hr0.918 则平均效率为：HmaxHavHrHmin40.9210.9380.9180.8910.917

42、水轮机设计流量Qr的计算

设计工况点的单位流量Q11r为 Q11rPr9375030.799(ms) 21.521.59.81TD1Hr9.810.9143.2117.8 则： QrQ11rD12Hr0.7993.22117.888.8(m3s)

3、几何吸出高度Hs的计算

由上图（任务书图1）可知当水轮机设计流量Qr=88.8m3s时，对应的尾水位w为645.7m，即EW645.7m。

为使水轮机尽可能不发生空化，取Hmax、Hr、Hmin三个水头分别计算水轮机的允许吸出高度，以其中的最小值作为最大允许吸出高度。为此，进行如下计算： （1）、计算HminH、Hmax所对应的单位转速n11

Hmax:n11minnD12503.266.6(rmin) Hmax144.2 Hr:n11rnD12503.273.7(rmin) Hr117.8 - 17 -

第一章 水轮发电机组的选型设计

Hmin:n11maxnD12503.279.9(rmin) Hmin100.2（2）、确定个水头所对应的出力限制工况点的单位流量Q11

Hmin：取n11max与出力限制线交点处单位流量，Q11max0.811(m3s) 同上 ：Hr:Q11r0.828(m3s) Hmax:Q11minPr9375030.59(ms) 21.521.59.81TD1Hmax9.810.9143.2144.2（3）、用（1）、（2）中计算的对应工况点从模型综合特性曲线上分别查出Hmin、Hr、

Hmax所对应的模型空化系数，分别为0.063、0.056、0.047 （4）、分别用所查的空化系数计算Hmin、Hr、Hmax对应的吸出高度 计算式： Hs10E900(M)H 装置高程EW645.7m

查空化系数修正值曲线得水轮机水头为117.8m时，0.02

Hmin:Hs10645.7Hr:Hs10645.7Hmax:Hs10645.7900900900(0.0630.02)100.20.966m (0.0560.02)117.80.33m (0.0470.02)144.20.38m

从三个吸出高度计算值中取最小值0.38m，再留一定的余量，取最大允

许吸出高度Hs0.4m。

4、安装高程的计算

因为装置方式为立轴安装方式，故： 安装高程wHsb0 b0b0D1 2查《水轮机》附表一b0取0.225

wHsb00.2253.2645.70.4645.66m 22

- 18 -

第一章 水轮发电机组的选型设计

5、飞逸转速nR的计算

由《水轮机》附表一查的HL180/D06A水轮机模型转轮的单位飞逸转速

n11R128.6(rmin)，故水轮机的飞逸转速为

nRn11RHmaxD1128.6144.2483(rmin) 3.26、转轮轴向水推力Ft的计算

3F9.81K10tt

4D12Hmax

由《水轮机》附表一查得HL180/D06A水轮机模型转轮的轴向水推力系数Kt为

0.26。取Kt0.26，则 Ft9.81Kt103

◎进行HL180/A194水轮机的选择

1.2.5三台HL180/A194水轮机

4D12Hmax9.810.2610343.22144.23766236(N)

1、水轮机基本参数的计算

（1）、计算水轮机的额定出力（发电机效率g取96%）

Pr（2）、计算转轮直径D1

已知Pr12.5104kW，查《水轮机》附表一查HL180/A194

n1170r/min模型转轮综合特性曲线单位转速与出力限制线交点知Q11r0.733m3/s，对应的模型效率m90%，暂取效率修正值2%，则

PGg120000125000(kW) 0.96设计工况原型水轮机效率m0.90.020.92，故水轮机的转轮直径为

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第一章 水轮发电机组的选型设计

D1Pr1250003.84（m） 1.51.59.81Q11rHr9.810.733117.80.92 按我国规定的转轮直径系列（见《水轮机》表6-5），计算值处于标准值3.3m和4.10m之间，考虑到3.3偏小，4.10偏大，故取非标准值D13.9m （3）、效率r的计算: rmax1(1m0)5D1m0.351(10.926)50.954 D13.9 效率修正值 rmaxm00.9540.9260.028 限制工况原型水轮机的效率为

rm0.920.0280.948

（4）、D1的校核计算：用r0.917对原先计算的D1进行校核 D1Pr1.59.81Q11rHrr1250003.81(m) 1.59.810.733117.80.948 转轮直径D1仍以3.9m为宜。

（5）、转速n的计算。由模型综合特性曲线上查得n11070rmin nn110HavD170124199.8(rmin) 3.9 转速计算值介于发电机标准同步转速（《水轮机》表6-6）187.3~214.3rmin之间，故取水轮机的转速n为214.3rmin。 （6）、平均效率的计算

Hmin：取Hmin下n11max83.5rmin与出力限制线的交点的效率mHmin0.88 真机效率HminmHmin0.880.0280.908

Hmax、Hr、Hav是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。 逼近法见下表：

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第一章 水轮发电机组的选型设计

表1-7 水头(m) 单位转速(rmin) 流量(m3s) 效率% 真机效率% 出力(kW) 144.2 144.2 144.2 水头(m) 69.6 69.6 69.6 单位转速0.53 0.52 0.525 流量0.896 0.892 0.894 效率% 0.924 0.92 0.922 真机效率% 126530.0383 123605.2649 125065.0678 出力(rmin) (m3s) (kW) 124 124 124 水头(m) 75.1 75.1 75.1 单位转速0.65 0.64 0.645 流量0.918 0.913 0.914 效率% 0.946 0.941 0.942 真机效率% 126687.4203 124079.0893 125181.3461 出力(rmin) (m3s) (kW) 117.8 117.8 117.8 由表1-7知：

77 77 77 0.7 0.695 0.69 0.91 0.915 0.913 0.938 0.943 0.941 125261.2717 125029.483 123866.7242 Hmax:Hmax0.922、Hav:Hav0.942、Hr:Hr0.943

则平均效率为：HmaxHavHrHmin40.9220.9420.9430.9080.928

42、水轮机设计流量Qr的计算 设计工况点的单位流量Q11r为 Q11rPr1250000.691(m3s) 21.521.59.81TD1Hr9.810.9483.9117.8 则：QrQ11rD12Hr0.6913.92117.8114(m3s) 3、几何吸出高度Hs的计算

由上图（任务书图1）可知当水轮机设计流量Qr=114m3s时，对应的尾水位w为645.75m，即EW645.75m。

为使水轮机尽可能不发生空化，取Hmax、Hr、Hmin三个水头分别计算水轮机的允许吸出高度，以其中的最小值作为最大允许吸出高度。为此，进行如下计算： （1）、计算HminH、Hmax所对应的单位转速n11

- 21 -

第一章 水轮发电机组的选型设计

Hmax:n11minnD1214.33.969.6(rmin) Hmax144.2 Hr:n11rnD1214.33.977(rmin) Hr117.8nD1214.33.983.5(rmin) Hmin100.2 Hmin:n11max（2）、确定个水头所对应的出力限制工况点的单位流量Q11

Hmin：取n11max与出力限制线交点处单位流量，Q11max0.745(m3s) 同上 ：Hr:Q11r0.74(m3s) Hmax:Q11minPr12500030.51(ms) 21.521.59.81TD1Hmax9.810.9483.9144.2（3）、用（1）、（2）中计算的对应工况点从模型综合特性曲线上分别查出Hmin、Hr、

Hmax所对应的模型空化系数，分别为0.075、0.07、0.072

（4）分别用所查的空化系数计算Hmin、Hr、Hmax对应的吸出高度 计算式： Hs10E900(M)H 装置高程EW645.75m

查空化系数修正值曲线得水轮机水头为117.8m时，0.02

Hmin:Hs10645.75Hr:Hs10645.75900(0.070.02)100.20.26m

900(0.0750.02)117.81.91m (0.0720.02)144.23.98m

Hmax:Hs10645.75900 从三个吸出高度计算值中取最小值3.98m，再留一定的余量，取最大允

许吸出高度Hs4m。

4、安装高程的计算

因为装置方式为立轴安装方式，故： 安装高程wHs

b0 b0b0D1 2

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第一章 水轮发电机组的选型设计

查《水轮机》附表一b0取0.2

wHsb00.23.9645.754642.14 225、飞逸转速nR的计算

由《水轮机》附表一查的HL180/A194水轮机模型转轮的单位飞逸转速

n11R127.8(rmin)，故水轮机的飞逸转速为

nRn11RHmaxD1127.8144.2393.5(rmin) 3.96、转轮轴向水推力Ft的计算

3F9.81K10tt

4D12Hmax

由《水轮机》附表一查得HL180/A194水轮机模型转轮的轴向水推力系数Kt为0.2-0.26。取Kt0.26，则

Ft9.81Kt1034D12Hmax9.810.2610343.92144.24393663(N)

1.2.6四台HLHL180/A194水轮机

1、水轮机基本参数的计算

（1）、计算水轮机的额定出力（发电机效率g取96%） PrPG9000093750（kW） 0.96g（2）、计算转轮直径D1

已知Pr9.375104kW，查《水轮机》第三版附表7HL180/A194单位转速n1170r/min模型转轮综合特性曲线单位转速与出力限制线交点知

Q11r0.733m3/s，对应的模型效率m90%，暂取效率修正值2%，则

设计工况原型水轮机效率m0.90.020.92，故水轮机的转轮直径

- 23 -

第一章 水轮发电机组的选型设计

为

D1Pr937503.33（m） 1.59.81Q11rHr9.810.733117.81.50.92 按我国规定的转轮直径系列（见《水轮机》表6-5），计算值处于标准值3.3m和3.8m之间，考虑到3.3偏小，3.8偏大，故取非标准值D13.4m 。 （3）、效率r的计算: rmax1(1m0)5D1m0.351(10.926)50.953 D13.4 效率修正值 rmaxm00.9530.920.033 限制工况原型水轮机的效率为

rm0.90.0330.933

（4）、D1的校核计算：用r0.916对原先计算的D1进行校核 D1Pr1.59.81Q11rHrr937503.31(m)

9.810.733117.81.50.933 转轮直径D1仍以3.4m为宜。

（5）、转速n的计算。由模型综合特性曲线上查得n11070rmin nn110HavD170124229.3(rmin) 3.4 转速计算值介于发电机标准同步转速（《水轮机》表6-6）214.3~250rmin之间，故取水轮机的转速n为250rmin。 （6）、平均效率的计算

Hmin：取Hmin下n11max85rmin与出力限制线的交点的效率mHmin0.87 真机效率HminmHmin0.880.0330.913

Hmax、Hr、Hav是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。 逼近法见下表：

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第一章 水轮发电机组的选型设计

表1-8

水头(m) 单位转速(rmin) 流量(m3s) 效率% 真机效率% 出力(kW) 144.2 144.2 144.2 水头(m) 70.8 70.8 70.8 单位转速0.53 0.51 0.517 流量0.896 0.886 0.89 效率% 0.929 0.919 0.923 真机效率% 96686.53627 92036.50239 93705.84099 出力(rmin) (m3s) (kW) 124 124 124 水头(m) 76.3 76.3 76.3 单位转速0.635 0.638 0.64 流量0.903 0.904 0.905 效率% 0.936 0.937 0.938 真机效率% 93069.45995 93609.06113 94002.72259 出力(rmin) (m3s) (kW) 117.8 117.8 117.8 由表1-8知：

78.3 78.3 78.3 0.695 0.685 0.69 0.905 0.901 0.902 0.938 0.934 0.935 94521.84736 92764.54222 93541.70027 Hmax:Hmax0.923、Hav:Hav0.937、Hr:Hr0.935

则平均效率为：HmaxHavHrHmin40.9230.9370.9350.9130.927

42、水轮机设计流量Qr的计算

设计工况点的单位流量Q11r为 Q11rPr937500.693(m3s) 21.521.59.81TD1Hr9.810.9333.4117.8 则： QrQ11rD12Hr0.6933.42117.887(m3s)

3、几何吸出高度Hs的计算

由上图（任务书图1）可知当水轮机设计流量Qr=87m3s时，对应的尾水位w为645.6m，即EW645.6m。

为使水轮机尽可能不发生空化，取Hmax、Hr、Hmin三个水头分别计算水轮机的允许吸出高度，以其中的最小值作为最大允许吸出高度。为此，进行如下计算： （1）、计算Hmin

H、Hmax所对应的单位转速n11

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第一章 水轮发电机组的选型设计

Hmax:n11minnD12503.470.8(rmin) Hmax144.2 Hr:n11rnD12503.478.3(rmin) Hr117.8nD12503.485(rmin) Hmin100.2 Hmin:n11max（2）、确定个水头所对应的出力限制工况点的单位流量Q11

Hmin：取n11max与出力限制线交点处单位流量，Q11max0.75(m3s) 同上 ：Hr:Q11r0.735(m3s) Hmax:Q11minPr9375030.51(ms) 21.521.59.81TD1Hmax9.810.9333.4144.2（3）、用（1）、（2）中计算的对应工况点从模型综合特性曲线上分别查出Hmin、Hr、

Hmax所对应的模型空化系数，分别为0.077、0.07、0.072

（4）、分别用所查的空化系数计算Hmin、Hr、Hmax对应的吸出高度 计算式： Hs10E900(M)H 装置高程EW645.6m

查空化系数修正值曲线得水轮机水头为117.8m时，0.02

Hmin:Hs10645.6900(0.0770.02)100.20.44m (0.070.02)117.81.3m (0.0720.02)144.23.98m

Hr:Hs10645.6Hmax:Hs10645.6900900 从三个吸出高度计算值中取最小值3.98m，再留一定的余量，取最大允许吸出高度Hs4m。

4、安装高程的计算

因为装置方式为立轴安装方式，故： 安装高程wHs

b0 b0b0D1 2

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第一章 水轮发电机组的选型设计

查《水轮机》附表一b0取0.2

wHsb00.23.4645.64641.94 225、飞逸转速nR的计算

由《水轮机》附表一查的HL180/A194 水轮机模型转轮的单位飞逸转速

n11R127.8rmin，故水轮机的飞逸转速为

nRn11RHmaxD1127.8144.2451(rmin) 3.46、转轮轴向水推力Ft的计算

3F9.81K10tt

4D12Hmax

由《水轮机》附表一查得HL180/A194水轮机模型转轮的轴向水推力系数Kt为0.2-0.26。取Kt0.26，则

Ft9.81Kt1034D12Hmax9.810.2610343.42144.23339299(N)

1.2.7、各方案列表如下

表1-9 各方案主要参数表

水电站名称 方案 转轮型号 机组台数 水轮机出力 12 （万千瓦） 水轮机转轮直径9 12 9 12 9 一 HL220/A153 渡江水电站 二 HL220/A153 三 HL180/D06A 四 HL180/D06A 五 HL180/A194 六 HL180/A194 3 4 3 4 3 4 D1(m) 转速n(rmin) 3.2 2.8 3.7 3.2 3.9 3.4 250 300 214.3 250 214.3 250 - 27 -

第一章 水轮发电机组的选型设计

水轮机最高效率0.942 0.941 0.946 0.944 0.954 0.953 max 平均效率 r 水轮机设计流量Qr 飞逸转速rmin 吸出高度Hs(m) 水轮机安装高程0.923 0.922 0.922 0.917 0.928 0.927 118 88.5 118 88.8 114 87 513 -3.7 586 -3.7 417 -0.4 483 -0.4 393.5 -4 451 -4 (m) 轴向水推力Ft(N)

642.46 642.22 645.81 645.66 642.14 641.94 3413071 2613132 3954585 3766236 4393663 3339299 1.3 技术经济指标计算

1.3.1 动能经济指标

各方案效率比较已在前面计算过 具体结果见下表：

表1-10 机组效率比较

转轮型号 方案 机组台数 水轮机最高效率HL220/A153 一 3 二 4 HL180/D06A 三 3 四 4 HL180/A194 五 3 六 4 max(%) 平均效率r(%) 0.933 0.941 0.946 0.944 0.954 0.953 0.923 0.922 0.922 0.917 0.928 0.927

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第一章 水轮发电机组的选型设计

1.3.2 机电设备投资和耗钢量

表1-11 主要机电设备参考单价表 项目 水轮机 发电机 5万元/吨 调速器 30万元/台 自动化元件 40万元/套 励磁装置 60 万元/台 油压装置（不含油） 30万元/套 参考价格 4万元/吨

（1）、水轮机

由前选型计算可知选择水轮机为HL220/A153和HL180/A194转轮直径查《能源动力类水动专业毕业设计与课程设计指南》P15,估算各种方案的水轮机的重量G(t),即

G(t)KD1aHb

表1-12金属蜗壳、混流式水轮机K、b、a系数

K H30~200m b H200m a H200m D11.4~7.5m D17.5~10m H30~200m 8.1 6.6 0.16 0.20 1150.1(7.5D1) 1150.05(7.5D1)

方案一：HL220/A153,Z3台,D13.2m G(t)KDH8.13.2a1b1150.1(7.53.2)117.80.16183.3(t)

总重183.33549.9(t) ,总价549.942199.6(万元） 方案二：HL220/A153, Z4台,D12.8m G(t)KDH8.12.8a1b1150.1(7.52.8)117.80.16137.7(t)

总重137.74551(t) ，总价55142204（万元） 方案三：HL180/D06A，Z3台，D13.7m G(t)KD1aHb8.13.71150.1(7.53.7)117.80.16252(t)

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第一章 水轮发电机组的选型设计

总重2523756(t) ，总价75643024（万元） 方案四：HL180/D06A，Z4台，D13.2m G(t)KD1aHb8.13.21150.1(7.53.2)117.80.16183.3(t)

总重183.34733.2(t) ，总价733.242932.8（万元） 方案五：HL180/A194, Z3台，D13.9m G(t)KD1aHb8.13.91150.1(7.53.9)117.80.16284(t)

总重2843852(t) ，总价85232556（万元） 方案六：HL180/A194, Z4台，D13.4m G(t)KD1aHb8.13.41150.1(7.53.4)117.80.16209(t)

总重2094836(t) ，总价83632508（万元） （2）、水轮发电机

在初步设计阶段作为方案比较，发电机重量GF(t)按

GFKG3(Sn2) 计算， nN式中：KG为估算系数，悬式取8-10，伞式取7-9，水内冷取6.5-7，当发电机额定转速大于150r/min时，采用悬式机组。

所选方案发电机额定转速均大于150r/min时，采用悬式机组，取KG9。 估算各方案发电机的重量，转子带轴重量Gr(t)可按Gr(t)(0.45~0.55)GF计算。 方案一：SnPG120000150000(kVA)，nN250(rmin) cos0.8Sn21500002)93()640(t) nN250 GFKG3( 总重：G3GF36401920(t)

转子带轴重量：Gr(t)0.5GF0.5640320(t)

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第一章 水轮发电机组的选型设计

总价：192059600（万元）

方案二：SnPGcos900000.8112500(kVA)，nN300(rmin) GSnFKG3(n)293(112500)2468(t) N300 总重：G4GF44681872(t)

转子带轴重量： Gr(t)0.5GF0.5468239(t)

总价：187259360（万元）

方案三：SGnPcos1200000.8150000(kVA)，nN214.3(rmin) GSnFKG3(n)293(150000)2710(t) N214.3 总重：G3GF37102130(t)

转子带轴重量： Gr(t)0.5GF0.5710355(t)

总价：2130510650（万元）

方案四：SPGncos900000.8112500(kVA)，nN250(rmin) GSn2FKG3(n)93(112500)2528(t) N250 总重：G4GF45282112(t)

转子带轴重量：Gr(t)0.5GF0.5528264(t)

总价：2112510560（万元）

方案五：SPGcos120000n0.8150000(kVA) nN214.3(rmin) GSnFKG3(n)293(1500002214.3)710(t) N 总重：G3GF37102130(t)

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第一章 水轮发电机组的选型设计

转子带轴重量：Gr(t)0.5GF0.5710355(t) 总价：2130510650（万元） 方案六：SnPG90000112500(kVA) nN250(rmin) cos0.8Sn21125002)93()528(t) nN250 GFKG3( 总重：G4GF45282112(t)

转子带轴重量：Gr(t)0.5GF0.5528264(t) 总价：2112510560（万元）

1.3.3 部分设备投资估算表

表1-13 设备投资估算表

方案 水轮机单重（吨/台） 水轮机总重（吨） 水轮机单价（万元/吨） 水轮机总价（万元） 调速器单价（万元/台） 调速器总价（万元） 励磁装置单价（万元/台） 励磁装置总价（万元） 油压装置单价（万元/套） 油压装置总价（万元） 自动化元件单价（万元/套） 自动化元件总价（万元） 发电机单重 （吨/台） 发电机总重（吨）

一 183.3 549.9 4 2199.6 30 90 60 180 30 90 40 120 640 1920 二 137.7 551 4 2204 30 120 60 240 30 120 40 160 468 1872 三 252 756 4 3024 30 90 60 180 30 90 40 120 710 2130 四 183.3 733.2 4 2932.8 30 120 60 240 30 120 40 160 528 2112

五 284 852 4 2556 30 90 60 180 30 90 40 120 710 2130 六 209 836 4 2508 30 120 60 240 30 120 40 160 528 2112 - 32 -

第一章 水轮发电机组的选型设计

发电机单价（万元/吨） 发电机总价（万元） 总投资（万元） 总耗钢量（吨） 单位千瓦投资（元/千瓦） 千瓦耗钢量（公斤/千瓦） 5 9600 5 9360 5 10650 14154 2886 393.2 8.02 5 10560 14132.8 2845.2 392.6 7.9 5 10650 13686 2982 380.2 8.28 5 10560 13708 2948 380.8 8.19 12279.6 12204 2469.9 341.1 6.86 2423 339 6.73

1.4 最优方案选择 1.4.1、方案选择依据

以上对各种方案的主要参数，造价，重量等进行了计算，目的是对这4中方案中选择一种最优方案。

对4种方案要进行技术经济比较，做到技术可行、经济合理、安全适用。选择最优方案的原则是：

（1）机组参数必须与水电站的基本参数相适应。水轮机的运行范围应在综合特性曲线的最优高效区内。水轮机汽蚀系数要小，以确保机组运行稳定，供电可靠；

（2）水电站的基建投资少，运行费用低，施工期短。即要求水轮机转速高、吸出高度大、转轮直径小、机组台数少；

（3）水轮机的制造、运输、安装和运行方便； （4）根据电站的需要和可能，采用可行的新技术；

（5）水电站通常采用扩大单元电气主接线方式，便于分区供电，所以大多数情况下考虑选用偶数台机组；

（6）为了保证较重要的负荷，机组台数应适当选择多一些，要考虑发生事故和检修时机组的备用，所以机组台数较多的电站，对系统安全供电影响较小，故一般宜选用两台以上的机组，确保安全运行和充分利用水能；

（7）通常承担峰荷，负荷变化大，宜选择机组台数多些，这样可保证机组经常在高效率区运行，同时对高水头大出力运行电站，机组经常在满负荷情况下运行，因此可适当选择台数少一些。

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第一章 水轮发电机组的选型设计

1.4.2 方案总表

表1-14 最优方案选择比较表

方案 最大水头Hmax(m) 最小水头Hmin(m) 平均水头Hav(m) 计算水头Hr(m) 单机容量(万kW) 水轮机型号 机组台数 转轮直径D1(m) 机组转速(r一 二 三 四 五 六 144.2 100.2 124 117.8 12 HL220/A153 144.2 100.2 124 117.8 9 HL220/A153 144.2 100.2 124 117.8 12 HL180/D06A 144.2 100.2 124 117.8 9 144.2 100.2 124 117.8 12 144.2 100.2 124 117.8 9 HL180/D06A HL180/A194 HL180/A194 3 3.2 250 0.942 0.923 12279.6 341.1 4 2.8 300 0.941 0.922 12204 339 3 3.7 214.3 0.946 0.922 14154 393.2 4 3.2 250 0.944 0.917 14132.8 392.6 3 3.9 241.3 0.954 0.928 13686 380.2 4 3.4 250 0.953 0.927 13708 380.8 min) 水轮机最高效率max 水轮机平均效率 总投资（万元） 单位千瓦投资(元/kW) 比较结果 方案二转轮直径最小，平均效率较高，运行稳定，投资最少

1.4.3 最优方案的选择

由以上表可知，方案二的转轮直径最小，水轮机机组的制造、运输、安装和运行较其它方案方便；单位千瓦投资最小，耗钢量最低；平均效率较高，且运行稳定；机组台数较多，对系统安全供电影响较小，故采用方案二作为最优方案。

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第一章 水轮发电机组的选型设计

表1-15 水轮机最优方案主要参数表

项目 最大水头Hmax(m) 最小水头Hmin(m) 平均水头Hav(m) 计算水头Hr(m) 单机容量(万kW) 水轮机型号 机组台数 推荐最优方案 项目 水轮机额定出力Pr 转轮直径D1（m） 机组转速nN(rmin) 3额定流量Qr(ms) 推荐最优方案 144.2 100.2 124 117.8 9 HL220/A153 93750 2.8 300 88.5 0.922 -3.7 12204 水轮机平均效率r 吸出高度Hs 总投资（万元） 4

1.5 运转特性曲线的计算绘制 1.5.1 运转特性曲线的计算

根据水轮机的各项参数，结合HL220/A153的模型综合特性曲线，绘制HL220/A153-LJ-280的运转综合特性曲线，等效率曲线，计算过程如下表：

表1-16 运转综合特性曲线计算表

Hmax144.2m H2131m n1/nD1Hmin70rpm 1.5n1/nD1Hr73.4rpm 1.5N9.81Q1/D12Hmin N9.81Q1/D12Hr N(MW) 53.13 59.18 m(%) 78 80

Q1'(m3s) (%) 80.6 82.6 m(%) 78 80 Q1'(m3s) (%) 80.6 82.6 N(MW)47.40 52.67 0.495 0.538 0.51 0.553

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第一章 水轮发电机组的选型设计

82 84 86 88 89 90 91 91 90 89 0.572 0.63 0.678 0.75 0.795 0.832 0.89 0.99 1.025 1.07 84.6 86.6 88.6 90.6 91.6 92.6 93.6 93.6 92.6 91.6 64.45 72.66 80.00 90.49 96.98 82 84 86 88 89 90 91 91 90 0.6 84.6 86.6 88.6 90.6 91.6 92.6 93.6 93.6 92.6 58.53 66.91 73.56 83.58 88.73 93.97 0.67 0.72 0.8 0.84 0.88 0.935 1.018 1.06 102.60 110.94 123.41 126.41 130.53 100.92 109.88 113.19 Hr117.8m Hmin100.2m n1/nD1H277.4rpm 1.5n1/nD1Hmax84rpm 1.5N9.81Q1/D12H2 N9.81Q1/D12Hmax m(%) 78 80 82 84 86 88 89 90 90 Q1'(m3s) (%) 80.6 82.6 84.6 86.6 88.6 90.6 91.6 92.6 92.6 N(mW) 43.59 48.73 53.66 61.31 69.70 78.40 82.87 m(%) 78 80 82 84 86 88 88 Q1'(m3s) (%) 80.6 82.6 84.6 86.6 88.6 90.6 90.6 N(MW) 42.16 48.11 52.21 58.45 66.30 73.38 76.32 0.55 0.6 0.678 0.755 0.8 0.645 0.72 0.8 0.875 0.97 1.05 1.092 0.88 0.92 0.96 1.073 87.41 97.70 (Hmin,Pmin)(100.2m,76.32MW)出力限制线 (Hr,Pr)(117.8m,93.75MW)

1.5.2 运转特性曲线的绘制

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第一章 水轮发电机组的选型设计

运转综合特性曲线图见(附图-1)

1.6 蜗壳、尾水管的选型计算 1.6.1 蜗壳的选择计算

1 蜗壳型式的选择

本电站的工作水头为100.2-144.2m，蜗壳需承受较大的内水压力，考虑到其稳定性和应力要求，故选取金属蜗壳。

2 蜗壳包角0

从蜗壳进口断面至鼻端断面之间的夹角称为蜗壳包角0，通常取座环特殊支柱的出口边作为蜗壳的鼻端。按包角的大小可将蜗壳分为完全蜗壳和不完全蜗壳，对于中、高水头的电站，考虑其水流速度和压力较大而流量相对较小，蜗壳平面尺寸较小，一般采用全包角的金属蜗壳，故本电站蜗壳包角0为345。

1、蜗壳进口断面平均流速V0

蜗壳进口断面平均流速对蜗壳的尺寸和水力损失有直接影响。根据经验和统计资料，一般按下式确定蜗壳的进口断面平均流速

V0Hr

式中：——蜗壳进口断面流速系数 Hr——水轮机额定水头

查金属蜗壳进口流速系数与水头的关系推荐曲线得为0.75 即：V0Hr0.75117.88.14m/s

2、蜗壳进口断面的计算

金属蜗壳的断面型式一般为圆形，在选定蜗壳包角0和断面平均流速V0后，根据额定流量求进出口断面面积。

345 蜗壳的进口流量 Q0Qr88.584.8(m3/s) 3603600 - 37 -

第一章 水轮发电机组的选型设计

QQr34588.5 蜗壳的进口断面面积 F00V0360V10.42m2 003608.14 进口断面的半径 00F0Qr360V34588.58.141.82m 03603、 座环尺寸的确定

根据公式可得 hb0152Ktg550.2252.80.01520.1251.430.5m 式中：b0——活动导叶高度；

K——查金属蜗壳座环尺寸系列表，K取125mm。 RD1.6D12K0.82.80.1252.365m 查资料可得a22i计算式为airDih

即：a20rD0h22.3651.8220.524.12m 蜗壳系数C0814a23450a204.124.1221.82

蜗壳常数 KQrC72088.581472031.9

4、圆断面计算

xiiC2riDCh2

2ix2ih

airDxi Riaii

表1-17 蜗壳原断面的计算

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第一章 水轮发电机组的选型设计

断面号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 i xi 1.75 1.70 1.65 1.59 1.54 1.48 1.42 1.37 1.31 1.24 1.18 1.11 1.05 0.97 0.91 0.83 0.75 i 1.82 1.77 1.72 1.67 1.62 1.56 1.51 1.45 1.40 1.34 1.28 1.22 1.16 1.09 1.04 0.97 0.90 i 4.11 4.06 4.01 3.96 3.90 3.85 3.79 3.73 3.67 3.61 3.55 3.48 3.41 3.34 3.28 3.20 3.11 Ri 5.93 5.83 5.73 5.63 5.52 5.41 5.30 5.19 5.07 4.95 4.83 4.70 4.57 4.43 4.32 4.17 4.01 345 330 315 300 285 270 255 240 225 210 195 180 165 150 138 123 108

5、椭圆断面的计算公式

当S时，应采用椭圆断面计算

i1i(i)2cot22r1i

sinCCCR1LR2R2cot55L0.3R2

Lh0.50.61(m) sin550.82R21.045A0.81L21.348L

Ai2hLcos55i20.175

r1rDh0.52.3652..015m tan1.428R2air1r11.221R2 sin55RiaiR1

计算椭圆断面尺寸时，必须确定椭圆开始断面，即

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第一章 水轮发电机组的选型设计

2h22.86hrD)C i(S)(rD1.43hrD (2.3651.430.52.36520.522.860.52.365)814107.6 故凡小于107度的断面，都采用椭圆断面。

表1-18 蜗壳椭圆断面计算表

断面号 i(0) 1 2 3 4 5 6 7 103 88 73 58 43 28 13 i(m) 0.81 0.74 0.67 0.59 0.50 0.40 0.26 A 2.25 1.92 1.59 1.27 0.96 0.67 0.39 R2(m) 0.81 0.70 0.58 0.45 0.32 0.18 0.02 R1(m) 0.85 0.82 0.78 0.75 0.71 0.66 0.62 ai(m) 3.00 2.86 2.72 2.57 2.41 2.23 2.04 Ri(m) 3.85 3.68 3.50 3.31 3.11 2.90 2.65

1.6.2、尾水管选择计算 1、尾水管选择

尾水管有直锥型和弯肘型两种，除贯流式水轮机外，大中型反击式水轮机均采用弯肘型。所以选弯肘型尾水管

2、尾水管相关尺寸的确定

依据《水电站机电设计手册—水力机械》P129表2-17：推荐使用的尾水管尺寸如下表所示；

表1-19 推荐的尾水管尺寸表

h D1L D1B5 D1D4 D1h4 D1h6 D1L1 D1h5 D1应用范肘管形式 围 混流式 2.6

4.5 2.720 1.35 1.35 0.675 1.96 1.22

标准混凝土肘管 D1D2 - 40 -

第一章 水轮发电机组的选型设计

依据上表，因本电站水轮机的直径D1为280cm，由此可以确定各项数据如下：

表1-20 尾水管各项数据(单位：cm)

D30.95D1h 728 L B5 D4 378 h4 378 h6 L1 550 h5 266 1260 761.6 189 341.6

3、进口锥管

进口锥管的半锥角，最优值对于混流式水轮机，取7090， 这里取80

4、肘管

标准混凝土肘管的尺寸见《水电站机电设计手册—水力机械》P130图2-39及表2-18.

肘管进口直径：

D4D32(hh1h2)tg h412tgD45、出口扩散段

查《水电站机电设计手册—水力机械》P132，出口扩散段采用矩形断面，出口宽度B5与肘管出口宽度相等，顶板仰角为100~130，选取底板为水平，当出口宽度过大时，可按水工结构要求加设支墩，设置支墩后尾水管出口净宽度应保持不变。

1.7 水轮机进、出水流道单线图的绘制 1.7.1 水轮机进水流道单线图的绘制

水轮机进水流道为蜗壳，根据上面蜗壳计算结果，画出蜗壳流道单线图。

1.7.2 水轮机出口流道单线图的绘制

水轮机出水流道为尾水管，单线图可根据上面尾水管计算结果进行绘制。

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第一章 水轮发电机组的选型设计

（上面各图都见于附图）

1.8 确定水轮发电机的型号和主要参数 1.8.1 发电机的参数计算

发电机计算参数如下：

发电机出力： Pg=90000kW 发电机功率因数： 0.8 水轮机转轮直径： D1=280cm 同步转速： 300rpm 额定水头： 117.8m

水轮机型号： HL220/A153－LJ－280 机组台数： 4 台

1.8.2 选择发电机的型式及冷却方式：

型式: 立式悬型

冷却方式: 管道式水冷 下机架类型: 悬式非承重机架 上机架类型: 悬式承重机架 上机架布置方式: 露出地面 发电机励磁方式：静止可控硅励磁

1.8.3 发电机的主要尺寸：

图1-3 水轮发电机组外观估算示意图

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第一章 水轮发电机组的选型设计

参考《水电站机电设计手册-水力机械》P159-P160，发电机外主要尺寸估算

(1)发电机额定容量Sf(kVA)

Sfpgcos90000112500kVA 0.8(2)极距

kj4Sf2p

式中 ：Kj—系数，一般为8-10，容量大，线速度高的取上限； P—磁极对数；p 8460f300010 （极对数） n30011250069.28cm 其中Kj取8 210(3)定子内径Di

Di2p

21069.28 3.14

441.29(cm) - 43 -

第一章 水轮发电机组的选型设计

(4)定子铁心长度lt

ltSfCDinr2

式中 Sf—─发电机额定容量（kVA）；

ne—─额定转速（rpm）； Di—─转子内径（cm）； C—─系数； lt 11250061010 （取） C621010441.29300 192.57cm

（5）定子铁心外径Da

目前尚无统一规定的机座号，可套用已生产的机座号，相差较大时则按下式估算：

ne166.7rpm， DaDi1.2 ne>166.7rpm， DaDi

那么发电机的Da

DaDi

441.2969.28510.57cm

1.8.4、发电机外形尺寸计算：

参考《水电站机电设计手册-水力机械》P160-P163：发电机外形尺寸估算

(1)定子机座外径D1

300ne500rpmD11.25Da

定子机座外径：D11.25Da1.25510.57638.21(cm)

(2)风罩内径D2

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第一章 水轮发电机组的选型设计

当Sf20000kVA时，D2D1240

D2D1240638.21240878.21(cm)

(3)转子外径D3

D3Di2

式中为单边空气间隙，初步估算时可忽略不计。

D3Di441.29cm

(4)下机架最大跨度D4

10000100000kVA, D4D5120cm

本电站发电机单机容量为112500kVA D4D5120

D5为水轮机机坑直径，查《水电站机电设计手册-水力机械》P162表3-6，根据内插法得D5=390cm ；

D4D560390120510(cm)

5推力轴承外径D6和励磁机外径D7

查《水电站机电设计手册-水力机械》P162表3-7

得：

D6430cm

D7370cm

1.8.5、发电机轴向尺寸估算

(1)定子机座高度h1

ne88.2rpm,h1lt260cm88.2ne125rpm,h1lt240cm125ne214rpm,h1lt220cm214rpmne,h1lt2

本电站发电机的转速为300rpm

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第一章 水轮发电机组的选型设计

h1lt2

192.57269.28331.13cm

(2)上机架高度h2

h20.25Di

0.25441.29110.32cm

3推力轴承高度h3、励磁机高度h4,副励磁机高度h5和永磁机高度h6

根据《水电站机电设计手册——水力机械》P163表3－8，推力轴承的高度，查得：

h3180cm,

(4)下机架高度h7

悬式非承载机架：h70.12Di 伞式承载机架：h70.20Di 此处按照悬式进行计算：

h70.12Di

0.12441.2952.95cm

(5)定子支撑面到下机架面或挡风板之间的距离h8

h80.15Di

0.15441.2966.19(cm)

（6）下机架支撑面至主轴法兰底面之间的距离h9

按已生产的发电机统计资料，一般为70-150cm

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第一章 水轮发电机组的选型设计

h980(cm)

(7)转子磁轭轴向高度h10

无风扇时：h10lt(5060)

有风扇时：h10lt(70100)

192.5770

262.57(cm)

(8)发电机主轴高度h11

h11(0.70.9)H

式中H为发电机总高度，即由主轴法兰盘底面至发电机顶部的高度。

Hh1h2h4h5h6h7h8h9

263.1495.241802201008045.7257.14801220.59(cm)

h110.7H0.71069.24854.41(cm)

(9)定子铁芯水平中心线到主轴发法兰盘底面的距离h12

h120.46h1h100.46263.14213.52334.56(cm)

1.8.6、发电机重量的估算

1）总重量：GS21125002fgKf()33n9()468.02tr300 2）估算发电机转子重量：G1zzGg2234.01t (3)发电机飞轮力矩GD2：GD2K3.52Dilt 式中K2—经验系数，查得K2=5.2

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（（第一章 水轮发电机组的选型设计

GD2K2Dilt5.24.413.51.92571803.54(tm2)3.5

1.8.7、发电机计算结果汇总表

表1-21 发电机计算结果总汇表

磁极对数P 10 69.28 441.29 192.57 510.57 上机架高度h2（cm） 推力轴承高度h3（cm） 110.32 180 1803.54 52.95 66.19 发电机极距离(cm) 定子内径Di(cm) 定子铁芯长度lt(cm) 定子铁芯外径Da(cm) 发电机飞轮力矩GD2（t.m2） 下机架高度h7（cm） 定子支撑面到下机架面或挡风板之间的距离h8下机架支撑面到主轴法兰底面之间的距离h9（cm） 定子机座外径D1(cm) 风罩内径D2(cm) 转子外径D3(cm) 638.21 878.21 441.29 510 390 430 （cm） 80 262.57 854.41 转子磁轭轴向高度h10（cm） 发电机主轴高度h11（cm） 定子铁芯水平中心线到主轴发法兰盘底面的距离h12(cm)下机架最大跨度D4(cm) 水轮机机坑直径D5(cm) 推力轴承外径D6(cm) 334.56 234.01 468.02 发电机转子重量Gzz（t） 发电机总重量Gg（t） 定子机座高度h1(cm) 331.13

查《水电站机电设计手册—水力机械》表3-11中所示的各项计算结果及发电机的技术参数，结合当前发电机的生产情况，选择发电机型号为SF90-10/5100额定电压10.5kv。

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第一章 水轮发电机组的选型设计

1.9 调速设备与油压装置的型号和主要参数

水电站调速器是水电站水轮发电机组的重要组成设备，它与电站二次回路或计算机监控系统相配合，完成水轮发电机组的开机、停机、增减负荷、紧急停机等任务。调速器中的机械液压操作原件是必不可少的设备，水电站设计时，需要进行接力器工作容量的计算并对油压装置进行计算选择。

水电站中、小型调速器的选择内容主要是接力器工作容量计算；大型调速器的选择内容主要是主配压阀直径选取。

1.9.1 、调速器的工作容量选择

（1）、中、小型调速器接力器工作容量的计算选择

接力器工作容量A可按下式进行计算，即：

式中：Q为最大水头下机组发出额定出力时的流量，

A(22~28)QHmaxD1QQ11rD12Hmax1.0772.82144.2101.4 Hmax为最大水头， 则计算结果为：

A(22~28)QHmaxD125101.4144.22.850937.7(kg.m)由于容量A>3500kg.m，所以要根据主配压阀直径选择调速器的型号。 （2）、据主配压阀直径选择调速器 1）、导叶接力器的容积计算

大中型调速器的导叶接力器容量选择一般是按经验公式计算出接力器直径，然后取与接近且偏大的系列直径。目前调速器的主配压阀直径已形成系列，有200、250、300、350mm等规格。

取油压装置额定压力为2.5MPa，采用标准导水机构且用两个单缸接力器操作时，每个接力器的直径dc可近似按下式计算：

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第一章 水轮发电机组的选型设计

dcD1式中 ─计算系数

由《水电站机电设计手册》水力机械部分，P254 表6-4 查得： =0.029

dcD1b00.63Hmax0.0292.8144.20.463(m) D12.8b0Hmax D1 根据计算得出的dc值，选取标准且偏大的接力器系列直径，所以选取接力器直径为500mm

2）、导叶接力器其他参数计算

由《水轮机.水泵及辅助设备》可知： 导叶的最大开度：a0maxD1Z02.824366(mm)

接力器最大行程： Smaxka0a0max(1.41.8)a0max 当转轮直径小于5m时，式子中ka01.4

Smaxka0a0max1.4366512.4mm

3）、双直缸接力器总容积： Vdc22Smax 即

V0.5220.51240.201m3

1.9.2 、主配压阀直径

d4VvTS40.2020.096(m)

3.1447见《水轮机调节》P27,选取主配压阀直径为100mm，比油管直径大一个等级。由此可选取调速器为WT-100-2.5，微机型调速器。

1.9.3 、油压装置的选择

油压装置分为分离式和组合式，本电站选择分离式，即压力油箱与会油箱分开。额定压力为2.5MPa，压力槽容积分为两大部分：空气所占的部分，约为2/3，其余为

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第一章 水轮发电机组的选型设计

油。

其压力油槽容积：

V0(18~20)V180.2013.618(m3)

从《水电站机电设计手册-水力机械》表6-14查得油压装置选择YZ-4.0型。

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第二章 辅助设备部分设计

第二章 辅助设备部分设计

2.1 进水阀的选择

2.1.1 进水阀的设置条件

水轮机进水阀在一些水电站起着上述的重要作用，但是，进水阀造价昂贵，而且增大水电站的土建和安装工作量，因而在设置进水阀时，一般应符合下列条件： （1）联合供水方式的电站，应在每台水轮机前设置进水阀。

（2）单元供水方式的电站（一台机组一根压力管道），当水头高于120m或引水管道较长时，为了保护机组和运行方便，可考虑在每台水轮机前设置进水阀。

（3）当最大水头低于120m且引水管较短时，一般不设置进水阀，但应在引水管进水口设置快速闸门。如需设置水轮机进水阀，应经过技术经济的论证。

2.1.2、进水阀的型式

电站常用的进水阀有蝴蝶阀、闸阀和球阀等。各种阀门的结构型式和代号见表2—1。在这些阀门中，以蝴蝶阀使用最为广泛。

通常，当水头在200m以下的水电站，多选择蝴蝶阀；当水头在200m以上的水电站，多选择球阀；而闸阀适用于高水头、压力引水管直径小于1m的小型水电站，

2.1.3、进水阀的选择

本电站采用单元供水方式，水头在100.2-144.2m范围内，所以每台机组装设一个蝴蝶阀，活门类型为铁饼形，油压操作。

2.1.4、进水阀直径的选择

在选择蝶阀时，应使它的有效断面积大于或等于蜗壳进口(指流过总流量处的蜗壳进口断面)的断面积。则阀门直径Df可按下式计算 DfD03.643.65m 0.996 10.06783Hmax10.06783144.20.996

式中 Df――蝴蝶阀直径，m；

D0――蜗壳进口断面直径，m；

――与水头有关的系数；

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第二章 辅助设备部分设计

Hmax――电站最大静水头，m。

根据阀门计算D值，在表2-1中选择蝶阀标准直径。

表2-1 主阀直径系列 阀型 蝶阀 球阀 1.00 0.6 1.25 0.8 1.50 1.0 1.75 1.3 2.00 1.6 阀门直径系列 （cm） 2.50 2.0 2.80 2.4 3.40 3.0 4.00 4.2 4.60 5.30 6.00 7.00 8.00

所以，进水阀选用阀门直径为4.00m的蝴蝶阀。

2.2 油系统部分设计 2.2.1 透平油系统部分设计 2.2.1.1 透平油系统供油对象及作用

透平油系统主要供油对象为发电机推力轴承，机组的导轴承，调速系统部分。其作用为接收新油、储备净油、给设备充油、向运行设备添加油、从设备中排出污油、油的监督、维护和取样化验、油的净化处理、废油的收集及处理。

2.2.1.2 用油量估算

设备用油量应以制造厂提供的资料为主，在未获得所需资料迁前，应按经验公式，统计曲线或参考容量和尺寸相近的同型机组进行估算。 1、水轮机调节系统用油量计算 （1）油压装置的用油量

参由《水轮机辅助设备》P41表2-6b可知，暂时按每台机组及配套设备用油量估算。本电站选用的调速器为WT-100-4.0，压力油箱的容量近似为1.4m3，回油箱为2m3，油压装置的用油量总和为3.4m3。

（2）导水机构接力器用油量(按两个接力器的总容积)

导水机构接力器用油量按下式计算：

dd2Sd Vd

2 - 53 -

第二章 辅助设备部分设计

式中 dd—接力器直径（m）

Sd—接力器最大行程一般Sd(1.4~1.8)a0,a0为导水叶的最大开度 Vddd2Sd23.140.521.50.3660.215m3

2 水轮机调节系统的用油量总和Vp3.40.2153.615m3

2、机组轴承充油量计算

机组轴承包括发电机推力轴承和导轴承及油润滑的水导轴承，其充油量按推力轴承和导轴承单位千瓦损耗来计算，其计算公式：

Vhq(PtPd) (m3)

式中 q—轴承损耗单位千瓦所需油量，m3/kW,查《水电站机电设计手册——水力机械》表9-4得q0.04m3/kW

Pt—推力轴承损耗；

参考《水电站机电设计手册——水力机械》P353图8-3和公式8-3

PtAF1.5ne1.5106

F——推力轴承负荷（转动部分重量加水推力）

水推力2.61106N

因为转子带轴重239t，水轮机转轮G

G(t)0.50.02510D1D130.50.025102.82.8315(t)

2.61106 所以 F15239515(t)

10000A——系数，查图8-3得A2.5

PtAF1.5ne1062.5(515)1.53001.5106 151.8(kw)1.5 Pd—导轴承损耗(kW)，按下式计算：

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第二章 辅助设备部分设计

Pd11.78SDphSVu2103

式中 S—轴与导瓦接触面积，计算得1.2m2 Vu—主轴圆周速度，计算得Vu=12.56m/s —轴瓦间隙，一般取0.2mm

—油的动力黏度系数，对于HU-30的透平油0.0351.20.042Ns/m2 经计算

Pd11.78SVu21031.20.04212.56210311.78468.3(kW)

0.0002则：

Vhq(PtPd)0.04(151.8468.3)24.8m3 机组轴承充油量总和：Vh =24.8m3

3、主阀接力器用油量Vf

查《水电站机电设计手册——水力机械》P463，表9-7可得 Vf0.94m3 4、管道充油量

管道充油量应根据管网的大小和长短确定，初步估算时可按上述总油量的5%计算。

Vg0.05(VpVhVf)0.05(3.61524.80.94)1.47m3

5、系统用油量计算

（1）运行用油量V1。对于透平油系指一台机组的调速系统用油量、机组轴承用油量和管道充油量之和，即

（VpVhVf）1.05(3.61524.81.47)1.0531.38m3 V1 - 55 -

第二章 辅助设备部分设计

（2）事故备用油V2。它为一台最大机组用油量的110%，即：

V21.1(VpVhVf)1.1(3.61524.80.94)32.29m3 （3）补充备有油V3

V3（VpVhVf）a4545(3.61524.80.94)0.050.181m3 365365 式中 a—一年中需补充油量的百分数，对于混流式取5%-10%。 系统总用油量为

VZV1V2ZV3 式中 Z—机组的台数

VZV1V2ZV3431.3732.2940.181158.49m3

2.2.1.3 透平油系统设备选择

1、储油设备选择

储油设备包括净油槽、远行油槽、中间油槽，事故排油池，重力加油箱（混流式一般不加）。 （1）、净油槽

储备净油以便机组或电气设备换油时使用，容积为一台机组充油量的110%。再加上全部设备45天的补充用油量，对于混流式水轮机一年添油为机组用油量的5%-10%，一台机组的充油量为32.29m3，所以净油槽的容量为32.47m3，对于一台机组选用一个35m3的净油槽。 （2）、运行油槽

当机组检修时排油和净油用。容积为最大机组充油量的100%，但考虑兼作接受新油，并与净油槽互用，其容量宜与净油槽相同。为了提高污油净化效果，通常设置两个，每个为其容量的1/2.对于该电站每台机组设置2个运行油槽，每个的容量为17.5m3。 （3）、中间油槽

油库布置较高，检修机组充油部件时排油用。其容量为最大充油设备的充油量，

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第二章 辅助设备部分设计

数量为一个。该电站最大充油设备为轴承，其充油量为24.8m3，所以选一个26m3的中间油槽。 （4）、事故排油池

其作用为接受事故排油，一般设置在油库底层，其容积为油槽容积之和，取96m3。

2、油泵和油净化设备的选择

（1）、压力滤油机和真空滤油机的选择

压力滤油机和真空滤油机的生产率是按8h内能净化最大一台机组的的用油量来确定。即

' QLV1 (m3/h) t 式中 V1—最大一台机组的充油量，m3 t—滤清时间，规定为8~24h

考虑到压力滤油机要更换滤纸所需时间，所以在计算时将其额定生产率减少30%。

'QL31.385.6(m3/h) QL(10.3)80.7

本电站属于小型水电站，一般只选择一台移动式压力滤油机，并考虑透平油和绝缘油共用。查《水电站机电设计手册——水力机械》表9-15至表9-17和图9-3至图9-5。选用型号为LY-50的压力滤油机和一台型号为ZLY-50的真空滤油机。 （2）、油泵的选择

油泵生产率按4h内充满一台机组的用油量来确定

Q=V1/t=31.38/4=7.86m3/h （t—充油时间,一般取2-4h取4h）

油泵的扬程应能客服设备之间高程差和管路损失，由于齿轮油泵结构简单，工作可靠，维护方便，价格便宜，故多采用ZCY型和KCB型齿轮油泵，则由《水电站机电设计手册——水力机械》P466表9-8选取：

油泵型号为KCB-300-2数量为一台。 (3)、主管路，管壁厚，管径、管材的选择

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第二章 辅助设备部分设计

1）、主管路管径选择

主管路的直径计算公式为：

d1.13Q v v——油管中的流速，根据粘度采用表9-18的数值，这里取1.2m/s 7.86 则：

d1.131.23600

0.05(m)2）、油管壁厚计算：

Pgdg2

g——壁厚（mm） d——管道内径（mm）

Pg——管道内油的压力(kg/cm2)

——许用应力：对于钢管b6000Ke8750 2550g27500.83(mm)

3）、管材，管件直径的选择

由《水电站机电设计手册》水力机械部分P470表9-19查得：

推力轴承油槽供油管直径： 40 mm

推力轴承油槽排油管直径： 40 mm

导轴承油槽供油管直径： 40 mm

导轴承油槽排油管直径： 40 mm

油压装置供油管径： YZ-4.0：50 mm

油压装置排油管径： YZ-4.0： 50 mm

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第二章 辅助设备部分设计

总油管：

供油管直径：80 mm

排油管直径：100 mm

2.2.2 绝缘油系统部分设计

2.2.2.1、绝缘油系统供油对象：主变、近区变、厂用变、油开关等。

2.2.2.2、用油量计算：

绝缘油用油总量的计算如下式：

wzw1w2zw3w厂

式中，w1为一台主变压器充油量W1；W2为事故备用用油量，w2=（1.1～1.05）w1 (m3)；w3为补充备用油量，w厂为厂用变用油量。

W3W1

45(m3)365变压器取5%油开关取10%依据《水电站机电设计手册—水力机械》表8-7，主变压器型号选择SSPSL1-120000/220,4台；厂用变压器选用SJL1-1000/10，一台。

依据《小型水电站机电设计手册》及参照已建成的电站，取w1估算值为20m3，厂用变压器用油量w厂为0.8m3。

w21.12022m3 w3w14545200.050.12m3 3643653 wzw1w2zw3w厂4202240.120.8102.92m

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第二章 辅助设备部分设计

2.2.2.3、绝缘油系统设备的选择

（一）、储油设备的选择 1、净油桶（槽、罐）

（1）、容积计算： w1.1w1w3，

w1.1200.1222.12

（2）、数目：绝缘油一般设一个。容积选择标准为5m3 及以下，每隔0.5 m3 进级；5 m3以上的每隔1 m3 进级。

所以，设一个净油桶，容积为23m3. 2、运行油捅（槽、罐） (1）、容积计算：w1.1w1w3

w1.1200.1222.12

（2）、数目：一般为两个，方便操作。容积大时可更多些。

所以，设一个净油桶，容积为23m3. 3、事故排油池：与透平油系统共用一个。

（二）、油泵的选择：多采用ZCY型、KCB型齿轮油泵。 1、油泵的生产率Q计算

QW1t2072.86m3h

式中t为6～8小时充满一台主变压器时间。 2、油泵的扬程H计算：

以能够满足最高和最远的用油设备输油要求为原则。 3、油泵的型号与台数选择：选用KCB-4.5型齿轮油泵。

（三）、净油设备的选择

Q'W1Lt1、真空滤油机的选择

式中：t按24小时以内净化变压器用油。

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第二章 辅助设备部分设计

2、压力滤油机的选择

考虑到压力滤油机更换滤纸时间，其生产率按降低30%计算，则其生产率为

20'QL3QL(mh)241.06(m3h)130%0.7 与透平油共用型号为LY-50的压力滤油机和型号为ZLY-50的真空滤油机。

（四）、供油管径、管材的选择

1、管径：供油管主要包括支管和干管。 （1）、支管管径选择：由设备的接头尺寸确定。

（2）、干管管径选择：选择方法有经验选择法和流速法二种。

经验选择法：压力油管采用 d=50mm，排油管采用 d=50mm。 2、管材选择 选用无缝钢管。 （五）布置

水电站的绝缘油系统油库通常都设在厂外。

2.3 气系统部分设计 2.3.1 各种用气额定压力

1.油压装置压力油槽充气，额定压力2.5106Pa。 2.机组停机时制动装置用气，额定压力为0.7106Pa. 3.机组作调相运行时转轮室压水用气，额定压力为0.7106Pa. 4.检修维护时风动工具及吹污用气，额定压力为0.7106Pa. 5.水轮机导轴承检修密封围带充气，额定压力为0.7106Pa.

2.3.2 供气方式

电站压缩空气用户均布置在主厂房内，从供气可靠，经济，合理和运行维护方便

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第二章 辅助设备部分设计

考虑，采用厂内压缩空气系统综合系统向各个用户供气。中压气部分油压装置压油槽供气，为了提高其干燥度，空压机后设气水分离器和储气罐， 低压气部分后也设气水分离器和储气罐。

2.3.3 设备选择计算

（一）、厂内中高压压缩空气系统

本电站的高压气系统气压为2.5MPa。

1、空气压缩机选择

空压机生产率根据油压装置容积和充气时间计算：

Qk(Py-P0)VyKvKl60TP0(2.50.1)40.61.20.576(m3min)6020.1 式中：Qk－空压机的总生产率，m3/min； py－压油槽额定绝对压力，MPa； Vy－压油槽容积，m3；

T－充气时间，一般取2～4小时，大型取上限，中、小型机组取下限值； Kv－压油槽中空气所占容积的比例系数，Kv0.6~0.7 Kl－漏气系数，取Kl1.2~1.4 P0－大气压力，MPa。

由Qk可选定空压机型号，应设两台，一台工作，一台备用。

2、贮气罐容积计算

参照《水电站机电设计手册-水力机械》P509，本电站中压气部分选用两台高压空压机，型号为V-1/40,一台工作，一台备用，为风冷式，一个15m3高压气罐。

3、管道选择

按经验：干管根据压力油槽的容积来选，当Vg12.5m3时，选Dg=32mm×2.5mm无缝钢管, 当Vg16m3时，选用Dg=44.5mm×2.5mm无缝钢管。支管按压油槽进气接头尺寸选择。本电站选用Dg=32mm×2.5mm无缝钢管。

（二） 厂内低压压缩空气系统

本电站低压气系统的气压为0.7MPa。

1、制动用气

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第二章 辅助设备部分设计

（1）、用气量计算：

QzKN0.04900003.6m3 10001000

式中：QZ——台机组一次制动所需的总空气量（自由空气）m3；

N——发电机额定出力;

K——经验系数，一般取0.03～0.05,取0.04;

（2）、贮气罐容积：

VgQzZP0 P式中：Z—同时制动台数；一般考虑一台。

P—制动前后储气罐允许压力，一般取0.1~0.2MPa，取0.15MPa P0—大气压力，取p00.1MPa

3.611052.4m3 Vg51.510 由《水电站机电设计手册—水力机械》P523表10-18，本电站为4台机组，选取4个贮气罐，容积为3m3 。 （3）、低压空压机生产率计算：

QkQzz T 式中： Qk—空压机生产率 （m3/min）;

△T—贮气罐恢复气压时间（min） ,取10～15min;

则 ：

Qk3.641.44(m3min) 10由《水电站机电设计手册》水力机械 P528表10-24选取低压空压机为：11ZA-1.5/8，两台，一台备用，一台工作。 （4）、供气管道选择

按经验选取，供气干管40mm，环管30mm，支管15mm

2、机组调相用气量

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第二章 辅助设备部分设计

(1)、充气量计算：

充气容积包括转轮室空间，尾水管部分容积，以及可能与两部分空间连通的管道、腔体。

充气压水要求是要使转轮在空气中旋转，下压水位深度在转轮下环底面以下

(0.4~0.6)D1，大于1.2m，这里取h20.52.81.4m

1)、导叶部分：

查《水电站机电设计手册》Ｐ147可得：

D0导叶中心线所在圆直径D01.16D11.162.83.248m 则： V12)、底环部分：

V242D0b03.143.24820.635.22m3 442D2h13.143.0820.836.18m3 4 其中,D2为转轮出口直径;D21.1D13.08m

3)、锥管部分：

3.141.4(1.8721.5521.551.87)9.21m3

33由《水电站机电设计手册——水力机械》P499可有：

V3h2(R2r2rR)h2压到尾水管进口边以下的高度

尾水管进口半径:rD221.55m

压下的尾水位所在圆半径:R=mR(D22h2tg)/21.87m 4)、转轮部分:

V4G151.92m3 r钢7.8 由《水电站机电设计手册——水力机械》P140图2-56可查得:钢的密度r一般取7.8t/ m3,转轮的重量在前面计算为15t。

则总体积为:

VV1V2V3V45.226.189.211.9218.69m3 （2)、调相压水充气压力计算：

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第二章 辅助设备部分设计

PLPaH1.0330.0015161.549kg/cm3） 参考《水电站机电设计手册-水力机械》P500页： Pa—当地大气压 （kg/cm2） H—尾水位与锥管下压水位之差(cm) 由水轮机转轮及尾水管示意图可知：

H=516cm

（3）、贮气罐容积：

VgKtPLV

(P1P2) 一般取0.7～0.9,取0.8

Kt—贮气罐内压缩空气的热力学温度的比值（1.04）

V—总充气容积

2kgcm P—贮气罐初始压力（0.7MPa=7.23） 1 P2—储气罐终压力,一般应比调相压水充气压力PL高（0.5-1）kgcm2

（kg/cm2） P2PL0.51.5490.52.049

Vg1.041.54918.697.3m3

0.8(7.232.049)由《水电站机电设计手册——水力机械》P523表10-18每台选用2个4m3的贮气罐

（4）、空压机生产率计算：

QkVPLZq1Z

TPa 式中： qL—压水后漏气量：

qL(0.1~0.3)D12PaH

qL0.2D12PaH0.22.821.0330.5161.95m3/min △T——恢复储气罐压力的时间，一般取30-60min：

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第二章 辅助设备部分设计

选△T=40min，则：

QkVPLZ18.691.5494qLZ2.25412.5m3/min

TPa0.8401.033 由《水电站机电设计手册》水力机械 P528表10-24选取低压空压机为：4L-20/8，两台，一台备用，一台工作。

2、风动工具用气

本电站与调相用气共用同一装置。

3、空气围带充气

轴承检修密封围带充气，充气压力通常采用0.7MPa，耗气量小，不需专用设备，从制动干管引出。

蝶阀止水围带用气，其充气压力应比阀门承受的作用水压力高0.2～0.4MPa。耗气量很小，不需设专用设备，可从主厂房内的各级供气系统直接引取。

4、管道选择

通常按经验选取，风动供气管20mm。

2.4 水系统部分设计 2.4.1 技术供水系统

（1）、设备用水量估算

1）、水轮发电机空气冷却器的用水量

由于发电机采用管道式水冷，而且并非大型发电机，在初步设计阶段，可以根据以下公式计算用水量：

Qk0.86Pd ctPdPZPZc5744.7620.15124.6kW PZNfe(1f)90000(10.94)5744.7kw

0.94f Pd——发电机电磁损耗

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第二章 辅助设备部分设计

c——冷却水比热，取1000 t——冷却器进出口水温差，取3oC PZ——发电机总损耗 fe——发电机额定功率

PZc——轴承机械损耗（前面已经算出PZc620.1kW） 综合计算，结果为：

Qk0.86Pd0.865124.61.46(m3/h) ct100032）、推力轴承冷却器用水量

轴承中的热量是由机械摩擦引起的，并被冷却水带走。推力轴承油冷却器用水量与推力轴承所承的总荷重t和机组转速n（r/min）的乘积成正比。在初步设计时可按每吨.转/分耗水为0.75L/h估算。

推力轴承承受总重量GG发G转轮G水推力23915260515t QtGn0.751035153000.75103115.88m3/h 3）、发电机导轴承冷却器用水量

发电机导轴承由于负荷较轻，冷却器用水量不大，一般按推力轴承用水量的

10%~20%考虑。

Q发导Qt20%115.880.223.176m3/h 4）、水轮机导轴承冷却器用水量

水轮机导轴承有油润滑和水润滑两种，油润滑水轮机导轴承的冷却器用水量可按推力轴承用水量的10%~20%估算。本电站导轴承采用的是油润滑。

则 Q水导Qt20%115.880.223.176m3/h 5）、水冷式变压器用水量

依据《水电站机电设计手册——水力机械》表8-7，变压器型号选择SSPSL1-120000/220.

冷却水量Q变120m3/h

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第二章 辅助设备部分设计

6）、单机用水总量

QQkQtQ发导Q水导Q变1.46115.8823.17623.176120283.692m3/h（2）、用水设备对水温、水压的要求 1）、水温

结合我国具体情况，各种冷却器入口水温按25°C作为设计标准,不得低于4°C，不得高于30°C。本电站技术供水的温度选定为25°C。 2）、水压

进入冷却器的冷却水，应有一定的进口水压，以保证必要的流速和需要的水量。冷却器进口水压宜采用0.15MPa-0.3MPa，本电站采用0.15-0.20MPa的水压。 3）、水质

机械杂质一般要求：

冷却用水含沙量不大于5kg/m3， 泥沙粒径不大于0.1mm，

润滑用水含沙量不大于0.1kg/m3， 泥沙粒径不大于0.025mm； 技术供水力求不含油污等有机物； 化学杂质及PH值应满足要求等。

水轮机导轴承对水质的要求：

1、含沙量及悬浮物必须控制在0.1g/l以下,泥沙粒径应小于0.01mm. 2、润滑水中不允许含有油脂及其它对导轴承和主轴有腐蚀性杂质.

（3） 水源及供水方式的确定 1）、水源取水方式

取水的水源可以来自水库、尾水渠、地下水或其他水源，根据本电站的规模等具体情况考虑，本电站的技术供水水源来自水库，所以取水方式为上游水库取水。 2）、供水方式

供水方式可以分为自流供水、水泵供水、水泵和自流混合供水、水泵加中间水池的供水、自流加中间水池的供水及顶盖取水供水。由于水电站设计水头在70-120m范围内,所以采用自流减压供水。

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第二章 辅助设备部分设计

（4）供水设备选择 1）、 取水口的布置

分为工作取水口和备用取水口 a．备用取水口

备用取水口布置在上游侧60m处.同时给4台机组技术供水,取水口流速为

0.8ms.

D16Q16283.6920.71m，取0.8m。 V3.140.83600 b．工作取水口,每台机组设置一个单独的工作取水口,取水流速为1m/s.

D4Q4283.6930.317m，取0.32m。 V3.14136002）、取水口的个数

每台机组单独取水，备用取水4台机组共用。 3）、排水管出口

机组冷却水排水管出口设置在最底尾水位以下. 4）、滤水器的选择

滤水器是清除水中悬浮物的常用设备，滤水器分为两种，有固定式和旋转式。一共四台水轮发电机组，则选择固定滤水器，数量为5台。 5）、管道计算

技术供水系统管道通常采用钢管，它能承受较大的内压和动荷，施工连接简单。水轮机导轴承润滑水管道，滤水器以后的管段应采用镀锌钢管，防止铁锈进入水导轴承。

管道直径按经济流速确定，计算公式为： d4Q （m） v式中 Q—管道内的最大计算流量，m/s

v—管道内的经济流速，m/s,建议在1.0~3.0m/s之间选取，取v2m/s 则供水干管段得直径

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第二章 辅助设备部分设计

d4Q4283.6920.224m v3.1423600 选择干管段管径为250mm。

至机组各冷却器支管管经，取管内流速为2m/s. 至推力轴承冷却器 dt取标准系列 150mm. 至空气冷却器dk4Qk41.460.016m v3.14236004Qt4115.880.143m v3.1423600取标准系列 20mm。 至发电机导轴承冷却器d发导取标准系列 70mm。 至水轮机导轴润滑用水d水导取标准系列 70mm。

4Q水导423.1760.06m

3.14236004Q发导423.1760.06m v3.1423600v2.4.2 消防和生活供水

1、发电机消防用水：

发电机内部冒烟、起火时，为了避免火灾事故的扩大。须立即采取灭火措施，其灭火方式通常采用喷水灭火。

发电机转子部分四台机组分别设置一个雨淋阀系统,水雾喷头数量为24个，发电机层为2套雨淋阀组，管径为DN50。 2、厂房灭火用水：

厂房的消防，多以消火栓（消防水龙头）为主，化学灭火器为辅。化学灭火器一般沿厂房四周均匀的布置在墙壁上。

消火栓由消火软管（消防水带）和喷管组成。消火栓的布置，应保证两相邻消火栓的充实水柱能在主厂房最高，最远可能着火点处相遇。消火栓的数量应按消火栓的保护半径和主厂房确定。消防用水量根据消火栓喷射流量计算，一般按两股水柱同时工作，每股流量为2.5L/s计算。

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第二章 辅助设备部分设计

本电站根据厂房的大概尺寸，选定7套设备。主厂房水轮机层为2套，型号为SNSS65；主厂房发电机层为2套，型号为SNSS65；厂区布置3套，型号为SNSS65；发电机转子部分两台机组分别设置一个雨淋阀系统,发电机层为2套雨淋阀组，型号为SNSS50。

3、油库及变压器的水喷雾消防供水由于另设系统所以不予考虑. 4、生活供水：

可以从坝前取水，通过过滤供给生活用水. 5、消防供水水源和供水方式的确定

为了保证消防供水的可靠，必须设置两个水源。因本电站水头较高，宜采用自流供水，水源和取水口与技术供水合用，但应设单独的消防供水总管。

2.4.3 排水系统 2.4.3.1检修排水

（一）、排水量计算 1、压力钢管段：

V压lA14010.411457.4m3

式中 l—引水管道的长度 A—引水管道的横截面积

A2D蜗进43.642410.41m2

2、蜗壳段：

根据<<水电站机电设计手册——水力机械>>P387查图3-33

估算得V蜗80m3 。 3、尾水管段：

根据<<水电站机电设计手册——水力机械>>P388查图3-34 估算得V尾80m3。 4、扩散检修时排水总容积：

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第二章 辅助设备部分设计

V总V压V蜗V尾1457.480801617.4(m3)

5、渗漏水量

上下游闸门单位时间内漏水量可按下式估算：

Q漏qL 式中：

q——闸门水封每米长的单位时间漏水量。对于钢制密封平板闸门，上游为

0.5~1.0L/ms，下游为1~3L/ms，蝴蝶阀取0.5L/ms，这里取上、下游之和2.0L/ms。

3600222.083.6158.98m3/h 1000 L——闸门水封长度，取尾水管出口周长。

L2(B5h6)2(7.623.42)22.08m

（二）、检修排水泵的选择： 1、计算水泵流量： （1）、 每小时需排除的水量

由《能源动力类水动专业毕业设计与课程设计指南》P54式4-26可知：

QV1617.4Q漏158.98482.46m3 T5式中 T=（4-6）h，取5h。

（2）、每台水泵流量

工作泵的台数一般不少于两台。一般也只选两台。 由于设有两台检修泵，所以：

Q泵482.46241.23m3/h 2 为保证积水排除后，由一台泵来承担排除上下游的漏水，保证检修时尾水管内无积水或积水水位不上升，必须使Q泵Q漏，所以选用:

Q泵158.98m3/h

2、水泵扬程计算

（1）、估算水头总损失hw值

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第二章 辅助设备部分设计

（641.59640.265）30%0.3975m hw(尾底)30%（2）、水泵扬程计算

H泵V28.52（尾底）hw1.3250.39755.41m

2g29.8Q88.5V28.5ms 其中为管道出口流速水头，VA10.412g3、水泵选择：

查阅《水电站机电设计手册——水力机械》P392表8-14，再结合计算得出的数据，选定的水泵型号为IS300型单级单吸离心泵，两台 （1）、校核水泵流量

Q泵Q漏 可见满足要求

（2）、水泵运行方式

选用两台。由于闸门漏水量，故运行方式采用：开始两台泵同时投入运行。 积水抽干后，用一台泵排上下游闸门漏水量。

2.4.3.2 渗漏排水

1、集水井容积的确定 （1）、集水井有效容积的确定

集水井的有效容积为水泵的起动水位与停止水泵水位之间的容积。一般集水井有容积按30～60min的渗漏水量的容积来考虑，可按下式计算

Vjx(3060)q4520式中：Vjx－集水井有效容积，m3； q－渗漏水量，m3/min。

6015m3q估算为20m3h 查阅《水电站机电设计手册——水力机械》P392表8-14，

（2）、集水井其他容积的确定

集水井其他容积的确定可按各要求水位来定，主要有：

A 停泵水位：取决于底阀的大小，根据底阀的淹没深度和防止吸入脏物等对阀底至井底的距离要求。可按水泵吸水底阀与井底距离为（0.8～1.5）倍吸水管径，且

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第二章 辅助设备部分设计

吸水管口淹没深度要大于0.5m来确定。

B 备用泵起动水位：工作泵起动水位与备用泵起动水位间一般不小于0.3m，可取0.5m。

C 报警水位：水位至厂房地面应留有一定安全裕量，防止水淹厂房事故。可按高出备用水泵起动水位0.1～0.5m，可取0.30m。 （3）、渗漏排水泵参数选择

1）、水泵流量可按水泵工作10-20min排干积水井有效容积中积存的渗漏水来选择，即：

Vjx15 Q泵60m3h

（10~20）156060 2）、查阅《水电站机电设计手册——水力机械》P392表8-14，再结合计算得出的数据，选定的水泵型号为IS60型单级单吸离心泵，两台，一台工作，一台备用。

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第三章 厂房布置设计

第三章 厂房的布置设计

3.1主厂房机组组段长度的确定

L机组段长度L0机组台数装配厂长度L装边机组加长长度L边

一、厂房计算基本参数：

水轮机型号：HL220/A153 发电机型号：SF90-10/5100 额定水头： 117.8m 额定转速： nr=300 发电机出力： Pg=90000kW

机组台数： Z=4台

水轮机装机总量：P490000360000KW 吸出高度：Hs3.7m

L机组段长度L0机组台数装配厂长度L装边机组加长长度L边

1、机组段长度L0（机组间距）

机组段长度 L0与水轮机形式、电站水头有关。中、低水头水电站机组段长度，根据厂房下部结构最小尺寸，并考虑厂房施工、运行要求及结构强度、刚度等因素确定。

根据前面第一章计算的水轮机蜗壳、尾水管、发电机外形尺寸列表：

表3-1：各项尺寸对比

蜗壳 尾水管 发电机

由表3.1可以看出，平面尺寸最大的为发电机风罩直径，则在选择平面布置时只考虑发电机风罩的最大外尺寸。

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最大尺寸部位 进口段 扩散段 风罩 单位：cm 最大平面尺寸 364 761 878 第三章 厂房布置设计

水轮机层面布置：当发电机风罩的平面尺寸已定

L0发电机风罩直径2L

式中 L—为二期混凝土的外部还要加外墙厚度，初估时可取1~3m，这里取1.5m。

则 L087821501178cm

水轮机层四台机组段长度为L机组4L0411784712cm。

3、装配场长度

按一台机组扩大检修所需要面积来确定，即

（1.25~1.5）L0 L装 取 L装1.3L01.311781531.4cm

4、边机组段加长长度L边

边机组段是指不在装配场一端的另一端机组段，边机组段加长长度L边，初估时可取1.0~3.0m，这里取1.2m。

5、确定厂房长度

L机组段长度L0机组台数装配厂长度L装边机组加长长度L边11.78415.311.263.63

所以厂房长度L取64m。

3.2 主厂房宽度的确定

主厂房宽度 BBSBX

式中：BS—上游侧厂房宽度 Bx—下游侧厂房宽度

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第三章 厂房布置设计

1、上游侧厂房宽度BS的确定

BS 323A87840220 2699 式中 ：3—发电机风罩内径，为878cm。

3—发电机风罩厚度，一般取0.3~0.4m，这里取0.4m。 A—上游侧主通道宽度约为1.7-2.2m,取2.2m。

2、下游侧厂房宽度Bx的确定

1）、发电机层：

BS323A87840220 2699

式中 3—发电机风罩内径，为878cm。

3—发电机风罩厚度，一般取0.3~0.4m，这里取0.4m。 A—上游侧主通道宽度约为1.7-2.2m,取2.2m。 2）、 蜗壳层：

BxR71530200730cm

式中 δ1—蜗壳外部混凝土厚度，由水工结构确定，初步设计时，一般取

1.2-1.5m,对低水头大型轴流式机组可取1.5-2.0m，这里取2.0 m。 R3—蜗壳-Y方向最大平面尺寸，R7=530cm

3、确定厂房宽度B

BBSBX 699730

1429(cm)

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第三章 厂房布置设计

结合桥吊的标称跨度，查《水电站机电设计手册——水力机械》P334表7-17，可取桥吊跨度为16m。 所以厂房宽度取16m。

3.3 主厂房各层高程的确定

主厂房高度要在厂房立面主要高程确定后才能确定。在进行厂房布置设计时，通常需要确定以下主要高程，即从上而下主厂房屋顶高程、蜗壳层底部高程、水轮机安装高程、尾水管底板高程及厂房基础开挖高程等。参考《水电站机电设计手册-水力机械》P648：厂房各层高程的确定。

1、机组的安装高程安的确定

b02 645.63.70.315

安下Hs642.22m2、尾水管底板的高程1

1：1安 式中：h1—尾水管高度

b0-h1642.220.3157.28634.625m 23、水轮机层地面高程2

2安bB642.221.820.9644.94 （m）

式中，B为砼厚度，可取0.6～1.2m，b为蜗壳进口段面底面至导叶中心线距离。

4、发电机层地面高程3

3安H 642.228.5441

650.76m 式中： H—水轮发电机组主轴的长度：在发电机计算当中计算得8.5441m。

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第三章 厂房布置设计

5、吊车轨道顶的高度4：

43h6h7h8h9h10 650.761.1850.38.54411.50.7

662.99 式中：h6—指吊运设备时需要跨越的固定设备或建筑物的高度，h6取1.185m h7—吊运部件与固定物体之间的垂直安全距离，不应小于0.3m,H7取0.3m h8—起吊设备的高度=发电机主轴的高度=8.5441m h9—吊具高度=平衡梁+机组专用吊具，h9=1.5m h10—吊车主钩至轨顶的最小距离，h10=0.7m

6、厂房顶面的高程5

5吊车顶面h12

吊车顶面4h11662.994.3667.29m

5667.290.82670.09m

式中：

h11—吊车轨顶到起重机顶端的距离，h114.3m h12—吊车轨顶端到天花板的最小距离不小于0.20.3m,

取h120.8m,房顶厚度取2.0m

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第四章 毕业设计总结与心得

第四章 毕业设计总结与心得

4.1 毕业设计总结

时光飞逝，美好的大学生活匆匆过去，经过一个月的忙碌和工作，本

次毕业设计已经接近尾声，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有指导老师的督促与指导，以及周围同学的支持，想要完成这次设计是很困难的。

本次毕业设计是渡江水电站水力机械初步设计。论文准备初期，通过到图书馆及网络大量收集资料，并对其进行认真的整理，初步了解了本次设计的内容。毕业实习结束返校后，开始进行水轮发电机组的选型设计。水轮发电机组的选型设计是这次设计的关键和重点，为后面的辅机、油气水系统、厂房布置等打下基础。水轮发电机组的选型设计中一共计算了六个方案，在每个方案中对水轮机的主要参数进行了详细的计算。最后通过比较，选出最优方案。最优方案选出后，根据所选水轮机尺寸绘制出水轮机特性曲线，并对蜗壳、尾水管进行了选型和计算。然后选择调速器，逐步对辅助设备进行计算设计。最后，根据之前所计算的数据进行电站厂房的布置设计。

在这次设计中，等于是把以前所学的大部分课程复习一遍。无论是水轮发电机组的选型设计，还是辅助设备设计，对我来说都是对我的专业知识的一次检验。为了完成此次毕业设计，查阅了不少相关资料，弥补了许多相关的专业知识，这对我完成设计起到了至关重要的作用。

总之，这次毕业设计使我受益匪浅，提高了查阅提高了查阅资料的能

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第四章 毕业设计总结与心得

力，提高了电脑软件的应用能力，巩固了书本的知识，是理论结合实际的最好实战演练，更丰富了我的专业知识，使我的知识体系更具整体性、灵活性。为将来实际工作的需要奠定了坚实的基础。

4.2 心得与体会

我不会忘记这难忘的几个月的时间。毕业论文的制作给了我难忘的回忆。在我徜徉书海查找资料的日子里，面对无数书本的罗列，最难忘的是每次找到资料时的激动和兴奋；亲手设计厂房图的时间里，记忆最深的是每一步小小思路实现时那幸福的心情；为了论文我曾赶稿到深夜，但看着亲手打出的一字一句，心里满满的只有喜悦毫无疲惫。这段旅程看似荆棘密布，实则蕴藏着无尽的宝藏。我从资料的收集中，掌握了很多水电站的知识，让我对我所学过的知识有所巩固和提高，并且让我对当今相关行业最新发展技术有所了解。在整个过程中，我学到了新知识，增长了见识。在今后的日子里，我仍然要不断地充实自己，争取在所学领域有所作为。 脚踏实地，认真严谨，实事求是的学习态度，不怕困难、坚持不懈、吃苦耐劳的精神是我在这次设计中最大的收益。我想这是一次意志的磨练，是对我实际能力的一次提升，也会对我未来的学习和工作有很大的帮助。

在这次毕业设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。

在此更要感谢我的郭老师和专业老师，是你们的细心指导和关怀，使我能够顺利的完成毕业论文。在我的学业和论文的研究工作中无不倾注着

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第四章 毕业设计总结与心得

老师们辛勤的汗水和心血。老师的严谨治学态度、渊博的知识、无私的奉献精神使我深受启迪。从尊敬的导师身上，我不仅学到了扎实、宽广的专业知识，也学到了做人的道理。在此我要向我的导师致以最衷心的感谢和深深的敬意。

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设 备 清 单 设备名称 水轮机 水轮发电机 调速器 油压装置 进水阀 压力滤油机 真空滤油机 油泵 主变压器 厂用变压器 高压空压机 低压空压机 低压空压机 滤水器 消防设备 消防设备 消防设备 单级单吸离心泵 单级单吸离心泵

设备型号/尺寸/容积/型式 HL220/A153-LJ-280 SF90-10/5100 WT-100-2.5 YZ-4.0型 蝴蝶阀（4.0m） LY-50 ZLY-50 KCB-300-2 SSPSL1-120000/220 SJL1-1000/10 V-1/40 11ZA-1.5/8 4L-20/8 固定式 SNSS65 SNSS65 SNSS50 IS300 IS60 数量 4 4 4 4 4 1 1 1 4 1 2 2 2 5 2 3 2 2 2 - 83 -

参考文献

[1] 郑源. 《水轮机》.北京：中国水利水电出版社，1997

[2] 《水电站机电设计手册水力机械分册》.北京：水利电力出版社，1983 [5] 强尧臣. 《小型水电站机电设计手册》.北京：中国电力出版社，1996 [6] 张德虎、郑源.《能源动力类水动专业毕业设计与课程设计指南》，2010 [7] 陈存组、吕鸿年 《水力机组辅助设备》，中国水利水电出版社，1994 [8] 王庆明. 《小型水电站机电设计图集》. 北京：中国水利水电出版社，2002 [9] 浙江省水利电力勘察设计院.《水电站机电分册水力机械》.北京：中国水利水电出版社，2010

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