1、水輪發電機組系統設計目 錄第一章.水輪發電機組選型3第一節 水輪機機組臺數與型號選擇3原始資料 3機組臺數的選擇 3機組型號的選擇 3第二節 水輪機基本參數的計算 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第三節 最優方案的選擇與比較 29六種方案比較表 29水力機械部分 31水輪發電機比較 32方案經濟比較34最優方案的選擇 35第四節 配套發電機的選擇37水輪發電機尺寸參數的計算 37水輪發電機外形尺寸計算 38水輪發電機軸向尺寸計算39水輪發電機重量計算 40第五節 尾水管的選擇與計算42蝸殼 42尾水管選擇計算 44第二章 調速設備的選擇46第一節 調速器的

2、選擇原則46第二節 調速器工作容量的選擇計算46第三節 調速器選擇47第四節 油壓裝置選擇計算 48第三章 輔助設備設計49第一節 主閥的選擇 49進水閥形式的選擇49第二節 油系統設計51供油對象與其油量計算51第三節 壓縮氣系統設計55供氣對象 55供氣方式55高壓氣系統的設備選擇56低壓氣系統設備選擇56第四節 供排水系統設計60技術供水系統 60排水系統設計62第四章 水電廠房的布置設計66第一節 廠房長度的計算66第二節 廠房寬度的計算67第三節 廠房各高程的計算 68第五章 結語70參考資料與文獻 71第一章.水輪發電機組選型第一節：水輪機機組臺數與型號的選擇1.1.1 原始資料

3、最大水頭=58m，平均水頭=55m，設計水頭=54m，最小水頭=52m,電站總裝機容量22萬kW，年利用小時數4500h，保證出力6.5萬kW。電站建成后將承擔峰荷部分基荷，本電站有調相任務。1.1.2 機組臺數的選擇我國的建成的中型水電站一般采用4-6臺機，為保證運行的可靠性和靈活性，保障電站的經濟運行與考慮機組臺數對電站各方面的影響，暫選機組臺數為四臺和五臺。電站總裝機容量22萬kW，裝機臺數若為四臺，單機容量為5.5萬kW，裝機臺數若為五臺，單機容量為4.4萬kW。1.1.3 機組型號的選擇已知水電站的運行水頭為52m58m，故可選的機型主要為混流式和軸流式，考慮到經濟指標和動能指標，混

4、流式優先考慮，根據水頭可供選擇的型號有：HL260/A244，HL260/D74，HLA511-35.2。單機容量水輪機型號HL260/A244HL260/D74HLA511-35.24臺/5.5萬kW方案一方案二方案三5臺/4.4萬kW方案四方案五方案六75 / 75第二節：水輪機基本參數的計算1.2.1 方案一機組臺數為四臺，單機容量為5.5萬kW，水輪機的型號HL260/A244。（1）計算轉輪直徑D1。水輪機的額定出力為 （1-1）式中：發電機額定功率，；發電機效率。 取最優單位轉速與出力限制線的交點的單位流量作為設計工況單位流量，則，對應的模型效率，暫取效率修正值，則設計工況原型水輪

5、機效率，.故水輪機的直徑為 （1-2） 按我國規定的轉輪直徑系類值，計算值處于之間，考慮經濟效益，故取非標準值。（2）效率的計算： （1-3）效率修正值限制工況原型水輪機的效率為（3） 的校核計算：用對原先計算的進行校核故轉輪直徑取3.6(m)滿足要求。（4）轉速n的計算。由模型綜合特性曲線上查得轉速計算值介于同步轉速之間，故取水輪機轉速n為。（5）水輪機設計流量的計算設計工況點的單位流量為（6）水輪機出力校核：校核值大于水輪機額定出力，滿足要求。（7）幾何吸出高度的計算 為使水輪機盡可能不發生空化，取三個水頭分別計算水輪機的允許吸出高度，以其中最小值作為最大允許吸出高度。 計算所對應的單位轉

6、速確定各水頭所對應的出力限制工況點的單位流量:取與出力限制線交點處單位流量， 用、中計算的對應工況點從模型綜合特性曲線上分別查出所對應的模型空化系數，分別為0.123、0.143、0.15。 分別用查到的空化系數計算對應的吸出高度計算式：式中：水輪機安裝位置的海拔高程，取下游平均水位的海拔高程，；模型空化系數；空化系數的修正值。查空化系數修正值曲線當水輪機水頭為54m時，查電站下游水位曲線可得下游平均水位海拔高程為。 從三個吸出高度計算值中取最小值0.489，再留一定余量，取最大允許吸出高度=0。（8）平均效率的計算取各個水頭對應的單位轉速，以發電機出力為限制，采用逼近法找到單位流量和相應的效

7、率。設計水頭對應的效率為0.896，計算見下表。水頭(m)流量模型效率（%）真機效率（%)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由逼近表格可求的對應的效率為0.944，對應的效率為0.903，則平均效率為（9）安裝高程的計算水輪機的布置設計為立軸式，故其安裝高程公式為式中：下游尾水位，；導葉高度，,。即（10）飛逸轉速的計算 由HL260/A244的模型飛逸特性曲線上查的在最大

8、導葉開度下單位飛逸轉速，故水輪機的飛逸轉速為 （11）轉輪軸向水推力的計算 由HL260/A244參數表可知其轉輪軸向水推力系數,轉輪直徑較小時止漏環相對間隙較大時取大值，故取,水輪機轉輪的軸向水推力為（12）水輪機轉輪重量計算1.2.2方案二機組臺數為四臺，單機容量為5.5萬kW，水輪機的型號HL260/D74。（1）計算轉輪直徑D1。水輪機的額定出力為式中：發電機額定功率，；發電機效率。 取最優單位轉速與出力限制線的交點的單位流量作為設計工況單位流量，則，對應的模型效率，暫取效率修正值，則設計工況原型水輪機效率，故水輪機的直徑為 按我國規定的轉輪直徑系類值，計算值處于之間，考慮經濟效益，故

9、取非標準值。 效率的計算：效率修正值 限制工況原型水輪機的效率為的校核計算：用對原先計算的進行校核轉輪直徑取3.6(m)滿足要求。 轉速n的計算。由模型綜合特性曲線上查得轉速計算值介于同步轉速之間，故取水輪機轉速n為。 水輪機設計流量的計算設計工況點的單位流量為水輪機出力校核：校核值大于水輪機額定出力，滿足要求。幾何吸出高度的計算 為使水輪機盡可能不發生空化，取三個水頭分別計算水輪機的允許吸出高度，以其中最小值作為最大允許吸出高度。 計算所對應的單位轉速確定各水頭所對應的出力限制工況點的單位流量:取與出力限制線交點處單位流量， 用、中計算的對應工況點從模型綜合特性曲線上分別查出所對應的模型空化

10、系數，分別為0.118、0.138、0.142。分別用查到的空化系數計算對應的吸出高度計算式：式中：水輪機安裝位置的海拔高程，取下游平均水位的海拔高程；模型空化系數；空化系數的修正值。 查空化系數修正值曲線當水輪機水頭為54m時， 查電站下游水位曲線可得下游平均水位海拔高程為 從三個吸出高度計算值中取最小值1.053，再留一定余量，取最大允許吸出高度=0.5。 平均效率的計算 取各個水頭對應的單位轉速，以發電機出力為限制，采用逼近法找到單位流量和相應的效率。設計水頭對應的效率為0.919，計算見下表。水頭(m)流量模型效率（%）真機效率（%)出力（kW）581.2589.291.964509.

11、98581.192.39558683.73581.0592.39556016.29521.2490.693.355158.01521.291.293.953721.99由逼近表格可求的對應的效率為0.95，對應的效率為0.933，則平均效率為 安裝高程的計算水輪機的布置設計為立軸式，故其安裝高程公式為式中：下游尾水位，；導葉高度，,。即 飛逸轉速的計算由HL260/A244的模型飛逸特性曲線上查的在最大導葉開度下單位飛逸轉速，故水輪機的飛逸轉速為 轉輪軸向水推力的計算 由HL260/A244參數表可知其轉輪軸向水推力系數,轉輪直徑較小時止漏環相對間隙較大時取大值，故取,水輪機轉輪的軸向水推力為

12、 水輪機轉輪重量計算1.2.3方案三機組臺數為四臺，單機容量為5.5萬kW，水輪機的型號HLA511-35.2。 計算轉輪直徑D1。水輪機的額定出力為式中：發電機額定功率，；發電機效率。 取最優單位轉速與出力限制線的交點的單位流量作為設計工況單位流量，則，對應的模型效率，暫取效率修正值，則設計工況原型水輪機效率，故水輪機的直徑為 按我國規定的轉輪直徑系類值，計算值處于之間，考慮經濟效益，故取非標準值。 效率的計算：效率修正值限制工況原型水輪機的效率為的校核計算：用對原先計算的進行校核故轉輪直徑取3.5(m)滿足要求。 轉速n的計算。由模型綜合特性曲線上查得 轉速計算值介于同步轉速之間，考慮最優

13、效率區圍故取水輪機轉速n為。 水輪機設計流量的計算設計工況點的單位流量為 水輪機出力校核：校核值大于水輪機額定出力，滿足要求。 幾何吸出高度的計算 為使水輪機盡可能不發生空化，取三個水頭分別計算水輪機的允許吸出高度，以其中最小值作為最大允許吸出高度。 計算所對應的單位轉速確定各水頭所對應的出力限制工況點的單位流量:取與出力限制線交點處單位流量， 用、中計算的對應工況點從模型綜合特性曲線上分別查出所對應的模型空化系數，分別為0.108、0.13、0.144。分別用查到的空化系數計算對應的吸出高度計算式：式中：水輪機安裝位置的海拔高程，取下游平均水位的海拔高程；模型空化系數；空化系數的修正值。查空

14、化系數修正值曲線當水輪機水頭為54m時，查電站下游水位曲線可得下游平均水位海拔高程為。 從三個吸出高度計算值中取最小值1.061，再留一定余量，取最大允許吸出高度=0.5。 平均效率的計算 取各個水頭對應的單位轉速，以發電機出力為限制，采用逼近法找到單位流量和相應的效率。設計水頭對應的效率為0.922，計算見下表。水頭(m)流量模型效率（%）真機效率（%)出力（kW）581.3389.491.864807.73581.291.794.163412.12581.192.895.258807.2758192.69553348.84521.33889.892.258815.57521.390.693

15、57641521.2691.593.956408.09521.2591.69456020 由逼近表格可求的對應的效率為0.951，對應的效率為0.94，則平均效率為 安裝高程的計算水輪機的布置設計為立軸式，故其安裝高程公式為式中：下游尾水位，;導葉高度，,。即 飛逸轉速的計算 由HLA511-35.2的模型飛逸特性曲線上查的在最大導葉開度下單位飛逸轉速，故水輪機的飛逸轉速為 轉輪軸向水推力的計算 由HLA511-35.2參數表可知其轉輪軸向水推力系數,轉輪直徑較小時止漏環相對間隙較大時取大值，故取,水輪機轉輪的軸向水推力為 水輪機轉輪重量計算1.2.4 方案四機組臺數為五臺，單機容量為4.4萬

16、kW，水輪機的型號HL260/A244。 計算轉輪直徑D1。水輪機的額定出力為式中：發電機額定功率，；發電機效率。 取最優單位轉速與出力限制線的交點的單位流量作為設計工況單位流量，則，對應的模型效率，暫取效率修正值，則設計工況原型水輪機效率，故水輪機的直徑為 按我國規定的轉輪直徑系類值，計算值處于之間，考慮經濟效益，故取非標準值。 效率的計算：效率修正值限制工況原型水輪機的效率為的校核計算：用對原先計算的進行校核故轉輪直徑仍取3.2(m)。 轉速n的計算。由模型綜合特性曲線上查得轉速計算值介于同步轉速之間，故取水輪機轉速n為。 水輪機設計流量的計算設計工況點的單位流量為 水輪機出力校核：校核值

17、大于水輪機額定出力，滿足要求。 幾何吸出高度的計算 為使水輪機盡可能不發生空化，取三個水頭分別計算水輪機的允許吸出高度，以其中最小值作為最大允許吸出高度。 計算所對應的單位轉速確定各水頭所對應的出力限制工況點的單位流量:取與出力限制線交點處單位流量， 用、中計算的對應工況點從模型綜合特性曲線上分別查出所對應的模型空化系數，分別為0.125、0.146、0.15。分別用查到的空化系數計算對應的吸出高度計算式：式中：水輪機安裝位置的海拔高程，取下游平均水位的海拔高程；模型空化系數；空化系數的修正值。查空化系數修正值曲線當水輪機水頭為54m時，查電站下游水位曲線可得下游平均水位海拔高程為 從三個吸出

18、高度計算值中取最小值0.489，再留一定余量，取最大允許吸出高度=0。平均效率的計算 取各個水頭對應的單位轉速，以發電機出力為限制，采用逼近法找到單位流量和相應的效率。設計水頭對應的效率為0.895，計算見下表。水頭(m)流量模型效率（%）真機效率（%)出力（kW）581.28868950547.11581.191.194.145928.12581.0591.394.343933.65521.2787.290.243466.93521.2588.591.543085.52 由逼近表格可求的對應的效率為0.942，對應的效率為0.902，則平均效率為 安裝高程的計算水輪機的布置設計為立軸式，故其

19、安裝高程公式為式中：下游尾水位，；導葉高度，,。即 飛逸轉速的計算 由HL260/A244的模型飛逸特性曲線上查的在最大導葉開度下單位飛逸轉速，故水輪機的飛逸轉速為 轉輪軸向水推力的計算 由HL260/A244參數表可知其轉輪軸向水推力系數,轉輪直徑較小時止漏環相對間隙較大時取大值，故取,水輪機轉輪的軸向水推力 水輪機轉輪重量計算1.2.5 方案五機組臺數為五臺，單機容量為4.4萬kW，水輪機的型號HL260/D74。 計算轉輪直徑D1。水輪機的額定出力為式中：發電機額定功率，；發電機效率。 取最優單位轉速與出力限制線的交點的單位流量作為設計工況單位流量，則，對應的模型效率，暫取效率修正值，則

20、設計工況原型水輪機效率，故水輪機的直徑為 按我國規定的轉輪直徑系類值，計算值處于之間，考慮經濟效益，故取非標準值。 效率的計算：效率修正值限制工況原型水輪機的效率為的校核計算：用對原先計算的進行校核故轉輪直徑仍取3.2(m)。 轉速n的計算。由模型綜合特性曲線上查得轉速計算值介于同步轉速之間，故取水輪機轉速n為。 水輪機設計流量的計算設計工況點的單位流量為水輪機出力校核：校核值大于水輪機額定出力，滿足要求。幾何吸出高度的計算 為使水輪機盡可能不發生空化，取三個水頭分別計算水輪機的允許吸出高度，以其中最小值作為最大允許吸出高度。 計算所對應的單位轉速確定各水頭所對應的出力限制工況點的單位流量:取

21、與出力限制線交點處單位流量， 用、中計算的對應工況點從模型綜合特性曲線上分別查出所對應的模型空化系數，分別為0.121、0.139、0.143。分別用查到的空化系數計算對應的吸出高度計算式：式中：水輪機安裝位置的海拔高程，取下游平均水位的海拔高程；模型空化系數；空化系數的修正值。查空化系數修正值曲線當水輪機水頭為54m時，查電站下游水位曲線可得下游平均水位海拔高程為從三個吸出高度計算值中取最小值，再留一定余量，取最大允許吸出高度=0.5。 平均效率的計算 取各個水頭對應的單位轉速，以發電機出力為限制，采用逼近法找到單位流量和相應的效率。設計水頭對應的效率為0.918，計算見下表。水頭(m)流量

22、模型效率（%）真機效率（%)出力（kW）581.2589.291.850915.38581.192.394.946318.58581.0592.394.944213.19521.2490.693.243534.93521.291.293.842401.80 由逼近表格可求的對應的效率為0.949，對應的效率為0.932，則平均效率為 安裝高程的計算水輪機的布置設計為立軸式，故其安裝高程公式為式中：下游尾水位，；導葉高度，,。即飛逸轉速的計算 由HL260/A244的模型飛逸特性曲線上查的在最大導葉開度下單位飛逸轉速，故水輪機的飛逸轉速為 轉輪軸向水推力的計算 由HL260/A244參數表可知其

23、轉輪軸向水推力系數,轉輪直徑較小時止漏環相對間隙較大時取大值，故取,水輪機轉輪的軸向水推力為 水輪機轉輪重量計算1.2.6 方案六機組臺數為五臺，單機容量為4.4萬kW，水輪機的型號HLA511-35.2。 計算轉輪直徑D1。水輪機的額定出力為式中：發電機額定功率，；發電機效率。 取最優單位轉速與出力限制線的交點的單位流量作為設計工況單位流量，則，對應的模型效率，暫取效率修正值，則設計工況原型水輪機效率，故水輪機的直徑為 按我國規定的轉輪直徑系類值，計算值處于之間，考慮經濟效益，故取非標準值。 效率的計算：效率修正值限制工況原型水輪機的效率為的校核計算：用對原先計算的進行校核故轉輪直徑仍取3.

24、1(m)。 轉速n的計算。由模型綜合特性曲線上查得轉速計算值介于同步轉速之間，故取水輪機轉速n為。 水輪機設計流量的計算設計工況點的單位流量為 水輪機出力校核：校核值大于水輪機額定出力，滿足要求。 幾何吸出高度的計算 為使水輪機盡可能不發生空化，取三個水頭分別計算水輪機的允許吸出高度，以其中最小值作為最大允許吸出高度。 計算所對應的單位轉速確定各水頭所對應的出力限制工況點的單位流量:取與出力限制線交點處單位流量， 用、中計算的對應工況點從模型綜合特性曲線上分別查出所對應的模型空化系數，分別為0.123、0.152、0.158。分別用查到的空化系數計算對應的吸出高度計算式：式中：水輪機安裝位置的

25、海拔高程，取下游平均水位的海拔高程；模型空化系數；空化系數的修正值。查空化系數修正值曲線當水輪機水頭為54m時，查電站下游水位曲線可得下游平均水位海拔高程為。 從三個吸出高度計算值中取最小值0.297，再留一定余量，取最大允許吸出高度=0。 平均效率的計算 取各個水頭對應的單位轉速，以發電機出力為限制，采用逼近法找到單位流量和相應的效率。設計水頭對應的效率為0.921，計算見下表。水頭(m)流量模型效率（%）真機效率（%)出力（kW）581.34589.892.151582.42581.292.694.947420.62581.1592.694.945444.76581.1492.494.74

26、4954.65521.3390.592.843633.82521.390.692.942695.56由逼近表格可求的對應的效率為0.949，對應的效率為0.928，則平均效率為安裝高程的計算水輪機的布置設計為立軸式，故其安裝高程公式為式中：下游尾水位，；導葉高度，,。即飛逸轉速的計算 由HLA511-35.2的模型飛逸特性曲線上查的在最大導葉開度下單位飛逸轉速，故水輪機的飛逸轉速為 轉輪軸向水推力的計算 由HLA511-35.2參數表可知其轉輪軸向水推力系數,轉輪直徑較小時止漏環相對間隙較大時取大值，故取,水輪機轉輪的軸向水推力為 水輪機轉輪重量計算第三節：最優方案的選擇比較1.3.1六種方案

27、比較表方 案比較項目方案一方案二方案三單機容量臺數5.5萬kW/45.5萬kW/45.5萬kW/4水輪機型號HL260/A244HL260/D74HLA511-35.2適用水頭圍H（m）模型最優單位流量(m3/s)1.081.081.075模型最優單位轉速（r/min）807980.2模型設計比轉速（mkw）249247275.6水輪機最高效率（%）94.895.495.8水輪機平均效率（%）91.493.493.8限制工況單位流量(m3/s)1.2751.2471.35限制工況空化系數0.150.1430.16轉輪直徑（cm）3.63.63.5額定轉速nr（r/min）166.7166.71

28、66.7水輪機飛逸轉速n R(r/min)336318.2365.8水輪機額定流量Qr(m3/s)118.3115.33115水輪機額定出力Nr(KW)56122.4556122.4556122.45水輪機吸出高度Hs(m)00.50.5水輪機安裝高程Z(m)276.9277.3277.3方 案比較項目方案四方案五方案六單機容量臺數4.4萬kW/54.4萬kW/54.4萬kW/5水輪機型號HL260/A244HL260/D74HLA511-35.2適用水頭圍H（m）模型最優單位流量(m3/s)1.081.081.075模型最優單位轉速（r/min）807980.2模型設計比轉速（mkw）249

29、247275.6水輪機最高效率（%）94.795.395.8水輪機平均效率（%）0.9130.9330.9327限制工況單位流量(m3/s)1.2751.2471.35限制工況空化系數0.150.1430.16轉輪直徑（cm）3.23.23.1額定轉速nr（r/min）187.5187.5214.3水輪機飛逸轉速n R(r/min)377.7377.7324水輪機額定流量Qr(m3/s)94.792.492.1水輪機額定出力Nr(KW)448984489844898水輪機吸出高度Hs(m)00.50水輪機安裝高程Z(m)276.8277.5276.81.3.2 水力機械部分1. 水輪機 水輪機

30、總重G(t)：式中：K、b為與水頭有關的系數；a為與水輪機轉輪直徑有關的系數，查水電站機電設計手冊-水利機械：主要機電設備參考價格單價表項目水輪機發電機調速器勵磁裝置橋式起重機自動化元件油壓裝置和漏油設備（不含油）參考價格4萬/t5萬/t單調（30萬元/臺)60萬元/臺3萬元/t40萬元/套30萬元/套金屬蝸殼、混流式水輪機K、b、a參數Kba8.16.60.160.20方案一、4x55MW HL260/A244：，總重，總價方案二、4x55MW HL260/D74：，總重，總價方案三、4x55MW HLA511-35.2：，總重，總價方案四、5x44MW HL260/A244：，總重，總價方

31、案五、5x44MW HL260/D74：，總重，總價方案六、5x44MW HLA511-35.2：，總重，總價2.調速器按一臺單調調速器30萬元考慮，各方案總價估算如下：方案一、方案二、方案三的調速器總價為304=120萬元方案四、方案五、方案六的調速器總價為305=150萬元3.勵磁裝置按一臺調速器60萬元考慮，各方案總價估算如下：方案一、方案二、方案三的勵磁裝置總價為604=240萬方案四、方案五、方案六的勵磁裝置總價為605=300萬元1.3.3.水輪發電機比較1.水輪發電機 查 電氣設計手冊，發電機重量 可按下式估算：式中：發電機總重量；發電機額定容量,功率因數取0.85；額定轉速；系

32、數，對于懸式發電機取，這里取。方案一、4x55M HL260/A244：發電機重量，總重總價為：轉子重量方案二、4x55MW HL260/D74：發電機重量，總重總價為：轉子重量方案三、4x55MW HLA511-35.2：發電機重量，總重總價為： 轉子重量方案四、5x44MW HL260/A244：發電機重量，總重總價為： 轉子重量方案五、5x44MW HL260/D74：發電機重量，總重總價為： 轉子重量方案六、5x44MW HLA511-35.2：發電機重量，總重總價為： 轉子重量1.3.4.方案經濟比較設備投資估算表項目方案一方案二方案三方案四方案五方案六臺數45水輪機單重（t / 臺

33、）210210197162162151水輪機總重（t）840840776810810755水輪機單價（萬元/ t）444444水輪機總價（萬元）336033603104405040503755調速器單價（萬元 / 臺）303030303030調速器總價（萬元）120120120150150150勵磁裝置單價（萬元/臺）606060606060勵磁裝置總價價（萬元）240240240300300300油壓裝置單價（萬元/套）303030303030油壓和漏油裝置總價（萬元）120120120150150150自動化元件（萬元/套）606060606060自動化元件總價（萬元）2402402403

34、00300300發電機單重 （t / 臺）479479479340340310發電機轉子帶軸單重（t）239.5239.5239.5170170155發電機總重（t）191619161916170017001550發電機單價（萬元 / t）555555發電機總價（萬元）766476647664850085007750總投資（萬元）117441174411488134501345012425總耗鋼量（t）275627562692251025102305單位千瓦投資（元 / kW）534534522611611566千瓦耗鋼量（kg / kW）12.5312.5312.2411.411.410.5

35、1.3.5 最優方案的選擇對以上六種方案進行比較：（1）經濟性指標：方案三總投資最少、單位千瓦投資最低，方案六千瓦耗鋼量最小；（2）技術性指標：方案三最高效率與平均效率最高，空化系數性能好，較其他方案開挖量較小，同等出力條件下，轉輪直徑小于方案一和方案二，飛逸轉速也優于其他方案。 綜上，考慮各方面因素，選方案三為最優方案。（3） 最優方案主要參數項目最優方案單機容量臺數5.5萬kW/4水輪機型號HLA511-35.2最大水頭Hmax（m）58最小水頭Hmin (m)52平均水頭Hav (m)54模型最優單位轉速（r/min）80.2模型設計比轉速（mkw）275.6水輪機最高效率（%）95.8

36、水輪機平均效率（%）93.8限制工況單位流量(m3/s)1.35限制工況空化系數0.16轉輪直徑（m）3.5額定轉速nr（r/min）166.7水輪機飛逸轉速n R(r/min)365.8水輪機額定流量Qr(m3/s)115水輪機額定出力Nr(KW)56122.45水輪機吸出高度Hs(m)0.5水輪機安裝高程Z(m)277.3機電設備總投資（萬元）11488第四節： 配套發電機的選擇1.4.1 水輪發電機尺寸參數計算水輪機單機容量為5.5萬，取功率因數,則發電機額定容量： 極距： 式中：系數，一般為,容量達取上限；發電機額定容量；磁極對數，額定轉速為166.7，。對于發電機在飛逸狀態下的校核：

37、式中： 飛逸系數，與水輪機型式有關或按機組的飛逸轉速與額定轉速的比值來確定；轉子額定線速度，當頻率周/秒時，在數值上等于極距；飛逸線速度，其允許值與轉子磁軛的材料與結構有關；由可知，因選低合金高強度鋼。 定子鐵芯徑： 定子鐵芯長度：式中：發電機額定容量；系數，；額定轉速；定子鐵芯徑。定子鐵芯外徑(機座號)：因為故 水輪發電機結構形式選擇：查水電站機電設計手冊水力機械第149頁得型式判別條件：故水輪發電機采用懸式結構，發電機型號為，發電機額定電壓為,采用水冷方式。1.4.2 水輪發電機的外形尺寸估算 定子機座外徑： 因為 故風罩徑： 轉子外徑：式中：單邊空氣間隙，初步估算時可不計。 下機架最大跨

38、度： 因為 故式中水輪機機坑直徑，查水電站機電設計手冊水力機械第162頁表36有。推力軸承外徑： 根據發電機容量，查水電站機電設計手冊水力機械第162頁表37得：推力軸承外徑。1.4.3 水輪發電機軸向尺寸計算 定子機座高度: 因為故 上機架高度: 懸式承載機架 推力軸承高度： 根據發電機容量，查水電站機電設計手冊水力機械第163頁表38得：推力軸承高度。 下機架高度: 懸式非承載機架：定子機座支撐面至下機架支撐面或下擋風板之間的距離： 懸式非承載機架：下機架支撐面至主軸法蘭底面之間的距離： 按已生產的發電機統計資料，一般為，取轉子磁軛軸向高度： 無風扇時：發電機主軸高度：式中：發電機總高度，

39、即由主軸法蘭盤底面至發電機頂部的高度，查水電站機電設計手冊水力機械第161頁圖327（b）得： =故定子鐵芯水平中心線至主軸法蘭盤底面的距離：1.4.4 水輪發電機重量的估算 水輪發電機的總重量：式中：發電機總重量；發電機額定容量；額定轉速；系數，對于懸式發電機取，這里取。 水輪發電機轉子重量：一般可按發電機總重量的一半計算，即 水輪發電機飛輪力矩：式中：定子鐵芯徑；定子鐵芯長度；經驗系數，查水電站機電設計手冊水力機械第164頁表310有：,取。第五節：蝸殼、尾水管的選擇與計算1.5.1 蝸殼蝸殼型式的選擇 本電站的工作水頭為5258m，蝸殼需承受較大的水壓力，考慮到其穩定性和應力要求，故選取

40、金屬蝸殼。蝸殼包角從蝸殼進口斷面至鼻端斷面之間的夾角稱為蝸殼包角，通常取座環特殊支柱的出口邊作為蝸殼的鼻端。按包角的大小可將蝸殼分為完全蝸殼和不完全蝸殼對于中、高水頭的電站，考慮其水流速度和壓力較大而流量相對較小，蝸殼平面尺寸較小，一般采用全包角的金屬蝸殼，故本電站蝸殼包角為。. 蝸殼進口斷面平均流速 蝸殼進口斷面平均流速對蝸殼的尺寸和水力損失有直接影響。根據經驗和統計資料，一般按下式確定蝸殼的進口斷面平均流速式中蝸殼進口斷面流速系數水輪機額定水頭 查金屬蝸殼進口流速系數與水頭的關系推薦曲線得為0.9即（1）蝸殼進口斷面的計算 金屬蝸殼的斷面型式一般為圓形，在選定蝸殼包角和斷面平均流速后，根據

41、額定流量求進出口斷面面積。蝸殼的進口流量 蝸殼的進口斷面面積 進口斷面的半徑 . 座環尺寸的確定 根據公式可得式中：活動導葉高度；查金屬蝸殼座環尺寸系列表，用插值法求得，取。 查資料可得計算式為即蝸殼系數蝸殼常數 3. 圓斷面計算4. 橢圓斷面的計算公式 當時，應采用橢圓斷面計算計算橢圓斷面尺寸時，必須確定橢圓開始斷面，即故凡小于132度的斷面，都采用橢圓斷面。1.5.2 尾水管選擇計算 為了減少基礎開挖量，本電站選用彎肘形尾水管,尾水管的計算主要是根據模型的尾水管按轉輪的比例同等的放大。模型轉輪直徑,原型,肘管底面到導水機構中心線距離：.水平總長度：尾水管頂部至座環距離：尾水管進口直徑：肘管

42、進口直徑：肘管段高度：擴散管出口斷面高度：出水管寬度：導葉高度：第二章.調速設備的選擇第一節：調速器的選擇原則 調速器的選擇原則應是在任何水頭下、流量下，平穩可靠的操作水輪發電機組，其關閉時間要滿足調節保證計算的要求。根據機組所需要的調速功大小與導葉關閉時間，從而選擇合適的型號。第二節：調速器工作容量的選擇計算 調速器的大小與活動導葉上承受的水力矩和阻力矩有關，還與機組的制造、安裝質量有關。中小型調速器的調速功計算公式：式中：接力器容量；最大水頭下額定出力時的流量；最大水頭；轉輪直徑。 導葉接力器的容積計算式中：接力器直徑；計算系數，查水電站機電設計手冊水力機械第254頁表64，取；最大水頭；

43、導葉高度。 接力器容積式中：接力器容積；接力器直徑；導葉最大開度，；接力器最大行程，一般取,在此取。 初步選擇主配壓閥直徑式中：接力器容積；管路中的流速,當油壓裝置額定工作壓力為時，一般取,在此取。接力器關閉時間。 主配壓閥算出應取接近較大的標準值，介于標準值之間，故主配壓閥直徑取。第三節：調速器選擇 調速器一般根據調速功或主配壓閥直徑來選取。本電站水輪機為混流式，故選用單調節、靈敏度高、調節品質好、控制方便、自動化程度高的微機調速器。鑒于本電站建成后承擔基荷，也有相當時間承擔峰荷，引水管道較長，采用型調節規律。本電站所選用的接力器的容量為,屬于大型調速器，故其容量用主配壓閥的直徑來表示，采用

44、分離式結構。調速器型號：。第四節：油壓裝置選擇計算1. 油壓裝置油罐總容積估算查水電站機電設計手冊水力機械第289頁得公式式中：壓力油罐總容積；導葉接力器總容積；水輪機進水閥門接力器總容積。查水電站機電設計手冊水力機械第293頁，選取分離式油壓裝置型號為。2. 壓力油罐各種壓力整定 工作壓力上限，取額定工作壓力；工作壓力下限，取額定工作壓力的； 備用泵啟動壓力，取額定工作壓力的；第三章.輔助設備設計第一節：主閥的選擇 本電站引水管道較長且采用聯合供水方式，故考慮設置主閥。3.1.1 進水閥型式的選擇 電站常用的進水閥有蝴蝶閥、閘閥和球閥等，其中以蝴蝶閥使用最為廣泛。通常水頭在以下的水電站多選擇

45、蝴蝶閥，本水電站最大水頭為，蝴蝶閥具有結構簡單、尺寸小、重量輕、造價低、操作方便等特點，故選用蝴蝶閥。考慮到臥軸蝴蝶閥結構比較簡單，軸承磨損較小，且有利于動水關閉，故蝴蝶閥的型式采用臥軸。3.1.2 進水閥的直徑選擇 在選擇蝶閥時，應使它的有效面積大于或等于蝸殼進口的斷面面積，則閥門直徑可按下式計算式中：蝸殼進口斷面直徑，；與水頭有關的系數；電站最大水頭，。 上式所求出的閥門直徑為5.36，介于標準值之間，兩者取較大值，故進水閥閥門直徑為6。蝶閥由于活門的存在，使閥門的有效過水面積減少，故在進行蝶閥的選擇時應考慮有效過水面積減少的影響，設為有效過水面積系數，則有式中：閥門有效過水面積，；閥門直

46、徑，。第二節： 油系統設計3.2.1 供油對象與供油量計算 供油對象：調速系統用油、機組潤滑用油、主閥接力器用油、管網用油。 透平油系統1.水輪機調速系統充油量的計算：油壓裝置的用油量油壓裝置的用油量可由公式 導水機構接力器用油量式中：接力器容積；接力器直徑；導葉最大開度，；接力器最大行程，一般取,在此取。2. 機組潤滑系統用油量計算推力軸承與導軸承的用流量計算：式中：推力軸承損耗；系數，取決于推力軸承扇形瓦上的單位壓力（和發電機結構型式有關，P通常采用,在此取,查圖對應的值為）。推力軸承負荷（轉動部分的重量加上水推力）；機組額定轉速。式中：軸與軸瓦的接觸面積；主軸直徑，查水電站機電設計手冊水

47、力機械第356頁公式8-6，得，對應查圖8-6得；軸瓦高度，取。式中：導軸承損耗；油的動力粘度系數,對于攝氏度下的可取0.0263；主軸圓周速度；軸間間隙，；偏心率，可取；式中：軸承損耗單位所需油量，查水電站機電設計手冊水力機械第462頁表94，取；3.主閥接力器的用油量計算本電站所選用的是直徑為6，雙缸接力器充油量為1.97。4. 管道充油量的用油量 管道充油量為上述總油量的，即5.系統用油量的計算 運行用油量（設備充油量）：對于透平油系指一臺機組潤滑油量、調速器的充油量以與進水閥接力器的充油量和管道充油量之和，即 事故備用用油量:以最大的一臺設備充油量的計算，其中是考慮油的蒸發、漏損和取樣

48、的裕量，即 補充備用用油量：設備運行中油的損耗需要補充又，為設備45天的添油量，即式中：設備在一年中需補充油量的百分數，轉槳式水輪機組取；其他機組取，這里取。系統總透平油用油量：（3） 絕緣油系統 運行用油量 查電力工業常用設備手冊修訂版第416頁可知：一臺最大主變壓器的充油量為30.4t。查水輪機機電設計手冊水利機械第476頁表9-21絕緣油得比重與溫度關系確定變壓器油的密度大約為：。 事故備用用油量:補充備用用油量：式中：設備在一年中需補充油量的百分數，變壓器這里取。系統總絕緣油用油量：3.1.2 油系統設備選擇 設備的配置原則，按絕緣油和透平油量兩系統分別配置。設備包括：貯油設備、凈油設備、油的吸附處理設備、油泵、油管和油化驗設備。 貯油設備選擇 凈油桶： 貯油設備供設備換油時使用。容積為最大一臺設備充油量的，加上全部運行設備45天的補充備用油量，通常透平油和絕緣油各設一個。即透平油：設置1個凈油槽，查水電站機電設計手冊水力機械第493頁表9-29選擇的標準油槽。絕緣油： 設置1個凈油槽，查水電站機電設計手冊水力機械第493頁表9-29選擇的標準油槽。 運行