水轮发电机组选型设计设计

第1章 水轮发电机组选型设计

1.1、机组台数及型号选择

1.1.1、水轮机型式的选择

已知参数

Hmax25.6, Hmin22.8, Hav23.3, N200MW

保证出力：Nb35MW，利用小时数：2225h 取设计水头HrHav23.3

按我国水轮机的型谱推荐的设计水头与比转速的关系，

混流式水轮机的比转速ns:

ns200020002020394（mkW） H23.3轴流式水轮机的比转速ns: 23002300477(mkW) nsH23.3根据原始资料，适合此水头范围的水轮机类型有轴流式和混流式。 轴流式和混流式水轮机优点：

（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）轴流式水轮机ns较高，具有较大的过流能力，轴流转桨式水轮机可在协联方式下运行，在水头、负荷变化时可实现高效率运行

根据表本电站水头变化范围H22.8~25.6m查《水电站机电设计手册—水力机械》 选择适合的水轮机有HL260/A244、JK503和ZZ500。三个水轮机参数如下： 转轮型号 推荐使用水头 H(m) 35~60 26 18~30 模型 最优工况 转轮 0Q10直径 n10 r/miD1m3/s% n cm 35 35 46 80 135 128 1.08 903 0.98 Q103工况 0m/s % 模型试验水头 H(m) 3 10 3 单位飞逸转速 n1R158.7 340 352  水推力系数K 0.34~0.41 0.87 0.87 (r/min) HL260/A244 JK503 ZZ500 91.7 1.2786.5 0.15 5 90.8 1800 87 0.63 .5 1.65 86.7 0.585 1.1.2、拟订机组台数并确定单机容量 因为设计电站是无调节电站，所以工作容量等于保证出力Nb35MW

3577.8MW 选用混流式机组的单机容量不得超过

0.4535100MW 选用轴流式机组的单机容量不得超过

0.35确定机组台数4台和5台 方案列表如下：

水轮机组选型及台数汇总表 台数 4 5 精品文档

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转轮型号 单机容量（MW) HL260/A244 50 JK503 50 ZZ500 50 HL260/A244 JK503 ZZ500 40 40 40 1.2、水轮机方案比较 1.2.1、方案Ⅱ、450MW HL260/A244

1、计算转轮直径

水轮机的额定出力为：

取最优单位转速n1105000051020kW

G98%80r/min与出力线的交点的单位流量为设计工况点单

PrNG（m3/s）位流量，则Q1101.29,对应的模型效率m0.875，暂取效率修正值

2%，则设计工况原型水轮机效率m0.8750.020.5。

故水轮机转轮直径为：

D1Pr1.59.81Q110Hr51020 6.33（m）1.59.811.2923.30.5我国规定的转轮直径系列，计算值处于标准值6.0~6.5m m之间，考虑到取6.0m偏小，难于保证设计水头下发生额定出力；若取6.5m又太大，不经济。本机组属于大型水轮机，故取非标准值D16.4m。 2、转速n的计算

由HL260/A244转轮技术资料提供查得n11080r/min

n110Hav8023.360.34r/min D16.4转速计算值介于同步转速60r/min~62.5r/min之间， 当取60r/min时，运行区域如下图：

n精品文档

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当取62.5r/min时，运行区域如下图：

根据HL260/A244模型转轮综合特性曲线，取62.5r/min时水轮机的实际运行范围刚好，取60r/min时有些偏离高效率中心区域，故取水轮机的转速n62.5r/min。

3、效率 r的计算：

rmax1(1m0)5D1m0.351(10.917)50.954 D16.4效率修正值：rmaxm00.9540.9170.037

4、平均效率h的计算

8r/min）与出力线的交点的效率mHmin0.876 Hmin：取Hmin下n11max83.（真机的效率HminmHmin0.8760.0370.913

Hmax、Hr、Hav是以发电机出力为，采用逼近法找到单位流量和相应的效率。逼近法见下表： 流量(m3/s) 水头(m) 25.6 25.6 25.6 25.6 25.6 25.6 水头(m) 23.3 23.3 1.2 1 1.1 1.05 1.03 1.035 流量(m3/s) 1.2 1.22 模型效率(%) 90.9 91.2 91.7 91.4 91.5 模型效率(%) 90 .6 真机效率(%) 92.7 94.6 94.9 95.4 95.1 95.2 真机效率(%) 93.7 93.3 出力(kW) 576 49236 54331 52135 50981 51282 出力(kW) 50814 51440 精品文档

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23.3 1.21 .8 93.5 51128 精品文档

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23.3 1.205 .9 由逼近法表格知： Hmax：Hmax0.951

Hr、Hav：HrHav0.936

93.6 50971 则平均效率为：

HmaxHavHr0.9130.9510.9360.936Hmin0.934

445、转轮直径D1的校核

用r0.912对原先计算的D1进行校核

Pr51020 6.19（m）1.59.81Q110Hr9.811.2923.31.50.93m）转轮直径D16.（仍合适。

6、水轮机设计流量Qr的计算

D1设计工况点的单位流量Q11r为

P510203 Q11r1.206（m/s）21.521.59.810.9366.423.39.81TD1HrHr1.2066.4223.3238(m3/s)

7、几何吸出高度 Hs的计算

QrQ11rD1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Hmax、Hr、Hmin所对应的单位转速n11

nD162.56.4 Hmax： n11min79.（1r/min）Hmax25.62nD162.56.4 82.（9r/min）Hr23.3nD162.56.4 Hmin： n11max83.（8r/min）Hmin22.8Hr： n11r（2）、确定各水头所对应的出力工况点的单位流量Q11

Hmin：取n11max与出力线交点处的单位流量Q11max1.27(m3/s)

Hr ：由逼近法表格知Q11r1.205m3/s Hmax：由逼近法表格知Q11r1.03m3/s （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，分别是0.15、0.139、0.11 （4）根据水位—流量关系曲线

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水位 (m)280278276274272270268266205000100001500020000流量(m/s) 2查教材推荐设计尾水位的水轮机过流量 电站装机 水轮机的过流量选用值 1台或2台 1台水轮机50%的额定流量 3台或4台 1台水轮机的额定流量 5台以上 1.5~2台水轮机额定流量 本方案装机4台，流量QQr238(m3/s)对应的水位E=263.5m。 （5）分别用查到的空化系数计算Hmin、Hr、Hmax对应的吸出高度

计算式： Hs10E/900(M)H

查空化系数修正曲线

水轮机水头为23.3m时，0.058

Hmin： Hs10263.5/900(0.150.058)22.84.96(m) Hr： Hs10263.5/900(0.1390.058)23.35.12(m)

Hmax：Hs10263.5/900(0.110.058)25.65.41(m)

从三个吸出高度计算值中取最小值4.96m，再留一定的余量，取允许最大吸出高度Hs4m。

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8、水轮机安装高程

b0b0D10.3156.42.016

bo2.016268.5(m) wHS263.54229、飞逸转速nR的计算

n11R由HL260/A244模型水轮机飞逸特性曲线查得，在最大导叶开度下单位飞逸转速158.7r/min， 故水轮机的飞逸转速为

Hmax25.6 nRn11R158.7125(r/min)

D16.4F10、计算轴向水推力t

据HL260转轮技术资料提供的数据，转轮轴向水推力系数Kt0.34~0.41，转轮直径较小、止漏环间隙较大时取大值。本电站转轮直径较大，故取Kt0.38。 水轮机转轮轴向水推力为：

Ft9.81Kt103D12Hmax9.810.381036.4225.63070028N

441.2.2、方案Ⅱ、450MW JK503

1、计算转轮直径

水轮机的额定出力为：

PrNGG5000051020kW 98%8m3/s）取最优单位转速n110135r/min,取工况的单位流量Q1101.（,对应的空化系数0.空化曲线作为，对应的模型效率m0.87，暂取效率修

正值2%，则设计工况原型水轮机效率m0.870.020.。

故水轮机转轮直径为：

D1Pr1.59.81Q110Hr51020 5.37（m）9.811.823.31.50.我国规定的转轮直径系列，计算值处于标准值5.0~5.5m之间，考虑到取5.0m偏小，难于保证设计水头下发生额定出力；若取5.5m又太大，不经济。本机组属于大型水轮机，故取非标准值D15.4m。 2、转速n的计算

由JK503转轮技术资料提供查得n110135r/min

n110Hav13523.3120.7r/min D15.4转速计算值介于同步转速115.4r/min~125r/min之间。 则机组运行区域如下图：

n精品文档

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根据JK503模型转轮综合特性曲线，取125r/min时水轮机的实际运行范围刚好，取115.4r/min偏离了高效率中心区域，故取水轮机的转速n125r/min 3、效率 r的计算：

rmax1(1m0)(0.30.75

D1mHm0.35101010)1(10.908)(0.30.75)0.938D1Hr5.423.3效率修正值：rmaxm00.9380.9080.030

4、平均效率h的计算

(1)、计算Hmax、Hr、Hmin所对应的单位转速n11

nD11255.4 Hmax： n11min133.（4r/min）Hmax25.6nD11255.4 139.（8r/min）Hr23.3nD11255.4 Hmin： n11max141.（4r/min）Hmin22.8Hr： n11r4r/min）(2)、Hmin：取Hmin下n11max141.（与空化系数0.空化曲线的交点的效率

mHmin0.872真机的效率HminmHmin0.8720.030.902

Hmax、Hr、Hav是以发电机出力为，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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水头(m) 25.6 25.6 25.6 水头(m) 流量(m3/s) 1.7 1.5 1.52 流量(m3/s) 模型效率(%) 87.6 88.6 88.5 模型效率(%) 88.2 87.8 87.6 87.6 真机效率(%) 90.6 91.6 91.5 真机效率(%) 91.2 90.8 90.6 90.6 出力(kW) 57068 50910 51532 出力(kW) 46947 49662 51010 51593 23.3 1.6 23.3 1.7 23.3 1.75 23.3 1.77 由逼近法表格知： Hmax：Hmax0.916

Hr、Hav：HrHav0.905

则平均效率为：

Hr0.9020.9160.9050.905HminHmaxHav0.907

445、转轮直径D1的校核

用r0.90对原先计算的D1进行校核

Pr51020 5.33（m）1.51.59.81Q110Hr9.811.823.30.9054m）转轮直径D15.（仍合适。

6、水轮机设计流量Qr的计算

D1设计工况点的单位流量Q11r为

P51020 Q11r1.752（m3/s）21.521.59.810.9055.423.39.81TD1HrHr1.7525.4223.3247(m3/s)

7、几何吸出高度 Hs的计算

QrQ11rD1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。 确定各水头所对应的空化系数

Hmin：n11max与空化系数0.空化曲线作为，0.

2Hr ：由逼近法表格知Q11r1.75m3/s，对应空化系数0.61 Hmax：由逼近法表格知Q11r1.5m3/s，对应空化系数0.44

查教材推荐设计尾水位的水轮机过流量，本方案装机4台QQr247(m3/s) 根据水位—流量关系曲线查得流量Qr247(m3/s)对应的水位E2.2m。 分别用查到的空化系数计算Hmin、Hr、Hmax对应的吸出高度

计算式： Hs10E/900(M)H

查空化系数修正曲水轮机水头为23.3m时，0.058 Hmin： Hs102.2/900(0.0.058)22.86.21(m) Hr： Hs102.2/900(0.610.058)23.35.86(m)精品文档

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Hmax：Hs102.2/900(0.440.058)25.63.04(m)

从三个吸出高度计算值中取最小值6.21m，再留一定的余量，取最大允许吸出高度Hs7.2m。

8、水轮机安装高程

wHSXD12.27.20.415.4259.2(m)

X——轴流式水轮机结构高度系数，取0.41 9、飞逸转速nR的计算

n11R由JK503模型水轮机飞逸特性曲线查得，在最大导叶开度下单位飞逸转速340r/min， 故水轮机的飞逸转速为 nRn11RHmax25.6340319(r/min) D15.4F10、计算轴向水推力t

据JK503转轮技术资料提供的数据，转轮轴向水推力系数Kt0.87， 水轮机转轮轴向水推力为：

Ft9.81Kt103D12Hmax9.810.871035.4225.65003865N

441.2.3、方案Ⅲ、450MW ZZ500

1、计算转轮直径

水轮机的额定出力为：

PrNGG5000051020kW 98%（m3/s）取最优单位转速n110128r/min,取工况的单位流量Q1101.65,对应的空化系数0.58作为，对应的模型效率m0.867，暂取效率修正值

2%，则设计工况原型水轮机效率m0.8670.020.887。

故水轮机转轮直径为：

Pr51020 5.62（m）1.59.81Q110Hr9.811.6523.31.50.887我国规定的转轮直径系列，计算值处于标准值5.5~6.0m之间，考虑到取5.5m偏小，难于保证设计水头下发生额定出力；若取6.0m又太大，不经济。本机组属于大型水轮机，故取非标准值D15.7m。 2、转速n的计算

由ZZ500转轮技术资料提供查得n110128r/min

D1n110Hav12823.3108.4r/min D15.7转速计算值介于同步转速107.1~115.4r/min之间。 则机组运行区域如下图：

n精品文档

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根据ZZ500模型转轮综合特性曲线，取115.4r/min时水轮机的实际运行范围刚好，且n108.4r/min接近同步转速107.1r/min，故取水轮机的转速n107.1r/min

3、效率 r的计算：

rmax1(1m0)(0.30.75

D1mHm0.4610310)1(10.5)(0.30.75)0.932D1Hr5.723.3效率修正值：rmaxm00.9320.50.037

4、 平均效率h的计算

(1)、计算Hmax、Hr、Hmin所对应的单位转速n11

nD1107.15.7 Hmax： n11min120.（7r/min）Hmax25.6nD1107.15.7 126.（5r/min）Hr23.3nD1107.15.7 Hmin： n11max127.（8r/min）Hmin22.8Hr： n11r8r/min）(2)、Hmin：取Hmin下n11max127.（与空化系数0.58空化曲线的交点的效率

mHmin0.873真机的效率HminmHmin0.8730.0390.912

Hmax、Hr、Hav是以发电机出力为，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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水头(m) 25.6 25.6 25.6 25.6 3(m/s) 流量1.6 1.3 1.34 1.35 3水头(m) 流量(m/s) 23.3 1.6 23.3 1.5 23.3 1.54 23.3 1.56 23.3 1.58 由逼近法表格知： Hmax：Hmax0.917

Hr、Hav：HrHav0.91

模型效率(%) 86.9 88.1 88 88 模型效率(%) 87 87.5 87.4 87.3 87.1 真机效率(%) 90.6 91.8 91.7 91.7 真机效率(%) 90.7 91.2 91.1 91 90.8 出力(kW) 59845 49268 50729 51107 出力(kW) 52021 49039 50291 50888 51428 则平均效率为：

Hr0.9120.9170.910.91HminHmaxHav0.912

445、转轮直径D1的校核

用r0.91对原先计算的D1进行校核

Pr51020 5.55（m）1.51.59.81Q110Hr9.811.6523.30.917m）转轮直径D15.（仍合适。

6、水轮机设计流量Qr的计算

设计工况点的单位流量Q11r为

P510203 Q11r1.5（m/s）21.521.59.810.915.723.39.81TD1HrD12QrQ11rD1Hr1.55.7223.3245(m3/s) 7、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。

Hmin：n11max与空化系数0.58空化曲线作为，0.58

Hr ：由逼近法表格知Q11r1.56m3/s，对应空化系数0.54 Hmax：由逼近法表格知Q11r1.35m3/s，对应空化系数0.45

查教材推荐设计尾水位的水轮机过流量，本方案装机4台QQr245(m3/s) 根据水位—流量关系曲线查得流量Qr245(m3/s)对应的水位E2.1m。 分别用查到的空化系数计算Hmin、Hr、Hmax对应的吸出高度

计算式： Hs10E/900(M)H

查空化系数修正曲水轮机水头为23.3m时，0.058 Hmin： Hs102.1/900(0.580.058)22.84.84(m)

Hr： Hs102.1/900(0.540.058)23.34.23(m)精品文档

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Hmax：Hs102.1/900(0.450.058)25.63.30(m)

从三个吸出高度计算值中取最小值4.84m，再留一定的余量，取最大允许吸出高度Hs5.6m。

8、水轮机安装高程

wHSXD12.15.60.415.7260.8(m)

X——轴流式水轮机结构高度系数，取0.41 9、飞逸转速nR的计算

n11R由ZZ500模型水轮机飞逸特性曲线查得，在最大导叶开度下单位飞逸转速479r/min， 故水轮机的飞逸转速为 nRn11RHmax25.6479425(r/min) D15.7F10、计算轴向水推力t

据ZZ500转轮技术资料提供的数据，转轮轴向水推力系数Kt0.87， 水轮机转轮轴向水推力为：

Ft9.81Kt103D12Hmax9.810.871035.7225.65575295N

441.2.4、方案Ⅳ、540MW HL260/A244

1、计算转轮直径

水轮机的额定出力为：

取最优单位转速n1104000040816kW

G98%80r/min与出力线的交点的单位流量为设计工况点单

PrNG（m3/s）位流量，则Q1101.29,对应的模型效率m0.875，暂取效率修正值

2%，则设计工况原型水轮机效率m0.8750.020.5。

故水轮机转轮直径为：

D1Pr1.59.81Q110Hr40816 5.66（m）1.59.811.2923.30.5我国规定的转轮直径系列，计算值处于标准值5.5~6.0m之间，考虑到取5.5m偏小，难于保证设计水头下发生额定出力；若取6.0m又太大，不经济。本机组属于大型水轮机，故取非标准值D15.7m。

2、转速n的计算

由HL260/A244转轮技术资料提供查得n11080r/min

n110Hav8023.367.75r/min D15.7转速计算值介于同步转速65.2~68.2r/min之间。 则机组运行区域如下图：

n精品文档

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根据HL260/A244模型转轮综合特性曲线，取68.2r/min时水轮机的实际运行范围刚好，取65.2r/min偏离了高效率中心区域，故取水轮机的转速n68.2r/min

3、效率 r的计算：

rmax1(1m0)5

D1m0.351(10.917)50.952 D15.7效率修正值：rmaxm00.9520.9170.035

4、 平均效率h的计算

4r/min）与出力线的交点的效率mHmin0.87 Hmin：取Hmin下n11max81.（真机的效率HminmHmin0.870.0350.915

Hmax、Hr、Hav是以发电机出力为，采用逼近法找到单位流量和相应的效率。逼近法见下表 水头(m) 25.6 25.6 25.6 25.6 25.6 水头(m) 23.3 23.3 23.3 3(m/s) 流量1.2 1.1 1 1.05 1.03 3(m/s) 流量模型效率(%) 88.5 90.7 91.2 91.4 91.3 模型效率(%) .3 88.9 真机效率(%) 92 94.2 94.7 94.9 94.8 真机效率(%) 92.8 92.5 92.4 出力(kW) 45577 42778 39096 41137 40311 出力(kW) 39919 40122 40410 1.2 1.21 1.22 精品文档

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由逼近法表格知：

Hmax：Hmax0.949

Hr、Hav：HrHav0.924

则平均效率为：

HmaxHavHr0.9150.9490.9240.924Hmin0.928

445、转轮直径D1的校核

用r0.912对原先计算的D1进行校核

Pr40816 5.57（m）1.59.81Q110Hr9.811.2923.31.50.9247m）转轮直径D15.（仍合适。

6、水轮机设计流量Qr的计算

设计工况点的单位流量Q11r为

P40816 Q11r1.23（m3/s）21.521.59.810.9245.723.39.81TD1HrD1QrQ11rD1Hr1.235.7223.3193(m3/s)

7、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Hmax、Hr、Hmin所对应的单位转速n11

nD168.25.7 Hmax： n11min76.（8r/min）Hmax25.6nD168.25.7 80.（5r/min）Hr： n11rHr23.3nD168.25.7 Hmin： n11max81.（4r/min）Hmin22.8（6）、确定各水头所对应的出力工况点的单位流量Q11

Hmin：取n11max与出力线交点处的单位流量Q11max1.28(m3/s)

2Hr：由逼近法表格知Q11r1.22m3/s Hmax：由逼近法表格知Q11min1.05m3/s （7）、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，分别是0.15、0.137、0.11 （8）查教材推荐设计尾水位的水轮机过流量，

本方案装机5台Q1.5Qr1.51932.5(m3/s)

根据水位—流量关系曲线查得流量Q2.5(m3/s)对应的水位E2.5m。 （9）分别用查到的空化系数计算Hmin、Hr、Hmax对应的吸出高度

计算式： Hs10E/900(M)H

查空化系数修正曲线水轮机水头为23.3m时，0.058 Hmin： Hs102.5/900(0.150.058)22.84.96(m)精品文档

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Hr： Hs102.5/900(0.1370.058)23.35.16(m) Hmax：Hs102.5/900(0.110.058)25.65.41(m)

从三个吸出高度计算值中取最小值4.96m，再留一定的余量，取允许最大吸出高度Hs4m。

8、水轮机安装高程

b0b0D10.3155.71.7955

bo1.7955269.4(m) wHS2.54229、飞逸转速nR的计算

n11R由HL260/A244模型水轮机飞逸特性曲线查得，在最大导叶开度下单位飞逸转速158.7r/min， 故水轮机的飞逸转速为

Hmax25.6158.7141(r/min) D15.7F10、计算轴向水推力t

据HL260转轮技术资料提供的数据，转轮轴向水推力系数Kt0.34~0.41，转轮直径较小、止漏环间隙较大时取大值。本电站转轮直径较大，故取Kt0.38。 水轮机转轮轴向水推力为：

Ft9.81Kt103D12Hmax9.810.381035.7225.62435186N

44 nRn11R1.2.5、方案Ⅴ、540MW JK503

1、计算转轮直径

水轮机的额定出力为：

PrNGG4000040816kW 98%8m3/s）取最优单位转速n110135r/min,取工况的单位流量Q1101.（,对应的空化系数0.作为，对应的模型效率m0.87，暂取效率修正值

2%，则设计工况原型水轮机效率m0.870.020.。

故水轮机转轮直径为：

D1Pr1.59.81Q110Hr40816 4.（8m）1.59.811.823.30.我国规定的转轮直径系列，计算值处于标准值4.5~5.0m之间，考虑到取4.5m偏小，难于保证设计水头下发生额定出力；若取5.0m又太大，不经济。本机组属于大型水轮机，故取非标准值D14.8m。 2、转速n的计算

由JK503转轮技术资料提供查得n110135r/min

n110Hav13523.3135.8r/min D14.8转速计算值介于同步转速125r/min~136.4r/min之间。 则机组运行区域如下：

n精品文档

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根据JK503模型转轮综合特性曲线，取136.4r/min时水轮机的实际运行范围刚好，取125r/min偏离了高效率中心区域，且135.8r/min接近同步转速136.4r/min故取水轮机的转速n136.4r/min 3、效率 r的计算：

rmax1(1m0)(0.30.75

D1mHm0.35101010)1(10.908)(0.30.75)0.937D1Hr4.823.3效率修正值：rmaxm00.9370.9080.029

4、平均效率h的计算

(1)、计算Hmax、Hr、Hmin所对应的单位转速n11

nD1136.44.8 Hmax： n11min129.（4r/min）Hmax25.6nD1136.44.8 135.（6r/min）Hr23.3nD1136.44.8 Hmin： n11max137.（1r/min）Hmin22.8Hr： n11r1r/min）(2)、Hmin：取Hmin下n11max137.（与空化系数0.空化曲线的交点的效率

mHmin0.867真机的效率HminmHmin0.8670.0290.6

Hmax、Hr、Hav是以发电机出力为，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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水头(m) 流量(m3/s) 模型效率(%) 真机效率(%) 出力(kW) 精品文档

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25.6 25.6 25.6 水头(m) 1.7 1.5 1.52 流量(m3/s) 87.3 88.4 88.2 模型效率(%) 88.2 87.7 87.4 87.3 87.2 90.2 91.3 91.1 真机效率(%) 91.1 90.6 90.3 90.2 90.1 442 40093 40539 出力(kW) 37053 39153 39482 40126 40540 23.3 1.6 23.3 1.7 23.3 1.72 23.3 1.75 23.3 1.77 由逼近法表格知： Hmax：Hmax0.911

Hr、Hav：HrHav0.901

则平均效率为：

Hr0.60.9110.9010.901HminHmaxHav0.902

445、转轮直径D1的校核

用r0.909对原先计算的D1进行校核

D1Pr1.59.81Q110Hr40816 4.78（m）1.59.811.823.30.901转轮直径D14.8m仍合适。 6、水轮机设计流量Qr的计算

设计工况点的单位流量Q11r为

P408163 Q11r1.78（m/s）21.521.59.810.9014.823.39.81TD1HrHr1.784.8223.3198(m3/s)

7、几何吸出高度 Hs的计算

QrQ11rD1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。

Hmin：n11max与空化系数0.空化曲线作为，0.

2Hr ：由逼近法表格知Q11r1.77m3/s，对应空化系数0.61 Hmax：由逼近法表格知Q11r1.52m3/s，对应空化系数0.44 查教材推荐设计尾水位的水轮机过流量，

本方案装机5台Q1.5Qr1.5198297(m3/s)

根据水位—流量关系曲线查得流量Qr297(m3/s)对应的水位E2.7m。 分别用查到的空化系数计算Hmin、Hr、Hmax对应的吸出高度

计算式： Hs10E/900(M)H

查空化系数修正曲水轮机水头为23.3m时，0.058 Hmin： Hs102.7/900(0.0.058)22.86.21(m) Hr： Hs102.7/900(0.610.058)23.35.86(m) Hmax：Hs102.7/900(0.440.058)25.63.04(m)精品文档

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从三个吸出高度计算值中取最小值6.21m，再留一定的余量，取最大允许吸出高度Hs7m。

8、水轮机安装高程

wHSXD12.770.414.8259.7(m)

X——轴流式水轮机结构高度系数，取0.41 9、飞逸转速nR的计算

n11R由JK503模型水轮机飞逸特性曲线查得，在最大导叶开度下单位飞逸转速340r/min， 故水轮机的飞逸转速为 nRn11RHmax25.6340358(r/min) D14.8F10、计算轴向水推力t

据JK503转轮技术资料提供的数据，转轮轴向水推力系数Kt0.87， 水轮机转轮轴向水推力为：

Ft9.81Kt103D12Hmax9.810.871034.8225.63953671N

441.2.6、方案Ⅵ、540MW ZZ500

1、计算转轮直径

水轮机的额定出力为：

N40000PrG40816kW

G98%（m3/s）取最优单位转速n110128r/min,取工况的单位流量Q1101.65,对应的空化系数0.58作为，对应的模型效率m0.867，暂取效率修正值

2%，则设计工况原型水轮机效率m0.8670.020.887。

故水轮机转轮直径为：

40816 5.（0m）1.59.811.6523.30.887我国规定的转轮直径系列，取D15.0m。 2、转速n的计算

由ZZ500转轮技术资料提供查得n110128r/min

D1n110Hav12823.3123.6r/min D15.0转速计算值介于同步转速115.4r/min~125r/min之间。 则运行区域如下图：

nPr1.59.81Q110Hr精品文档

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根据ZZ500模型转轮综合特性曲线，取125r/min时水轮机的实际运行范围刚好，取115.4r/min偏离了高效率中心区域，且123.6r/min接近同步转速125r/min故取水轮机的转速n125r/min 3、效率 r的计算

rmax1(1m0)(0.30.75

D1mHm0.4610310)1(10.5)(0.30.75)0.931D1Hr5.023.3效率修正值：rmaxm00.9310.50.036

4、平均效率h的计算

(1)、计算Hmax、Hr、Hmin所对应的单位转速n11

nD11255.0 Hmax： n11min123.（5r/min）Hmax25.6nD11255.0 129.（5r/min）Hr23.3nD11255.0 Hmin： n11max130.（9r/min）Hmin22.8Hr： n11r9r/min）(2)、Hmin：取Hmin下n11max130.（与空化系数0.58空化曲线的交点的效率

mHmin0.867真机的效率HminmHmin0.8670.0380.905

Hmax、Hr、Hav是以发电机出力为，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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水头(m) 流量(m3/s) 模型效率(%) 真机效率(%) 出力(kW) 精品文档

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25.6 25.6 25.6 25.6 25.6 25.6 水头(m) 1.6 1.3 1.34 1.36 1.38 1.4 流量(m3/s) 87.4 88.2 88.1 88.1 88 87.9 模型效率(%) 87 87 87.1 91 91.8 91.7 91.7 91.6 91.5 真机效率(%) 90.6 90.6 90.7 46252 37910 39034 39617 40155 40693 出力(kW) 39984 40484 41029 23.3 1.6 23.3 1.62 23.3 1. 由逼近法表格知： Hmax：Hmax0.915

Hr、Hav：HrHav0.907

则平均效率为：

Hr0.9050.9150.9070.907HminHmaxHav0.909

445、转轮直径D1的校核

用r0.91对原先计算的D1进行校核

Pr40816 4.97（m）1.51.59.81Q110Hr9.811.6523.30.9070m）转轮直径D15.（仍合适。

6、水轮机设计流量Qr的计算

D1设计工况点的单位流量Q11r为

P40816 Q11r1.631（m3/s）21.521.59.810.9075.023.39.81TD1HrHr1.6315.0223.3197(m3/s)

7、几何吸出高度 Hs的计算

QrQ11rD1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。

Hmin：n11max与空化系数0.58空化曲线作为，0.58

2Hr ：由逼近法表格知Q11r1.m3/s，对应空化系数0.57 Hmax：由逼近法表格知Q11r1.4m3/s，对应空化系数0.46 查教材推荐设计尾水位的水轮机过流量，

本方案装机5台Q1.5Qr1.5196294(m3/s)

根据水位—流量关系曲线流量Qr294(m3/s)对应的水位E2.6m。 分别用查到的空化系数计算Hmin、Hr、Hmax对应的吸出高度

计算式： Hs10E/900(M)H

查空化系数修正曲水轮机水头为23.3m时，0.058 Hmin： Hs102.6/900(0.580.058)22.84.84(m) Hr： Hs102.6/900(0.570.058)23.34.93(m)精品文档

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Hmax：Hs102.6/900(0.460.058)25.63.55(m) 从三个吸出高度计算值中取最小值4.93m，再留一定的余量，取最大允许吸出高度Hs5.7m。

8、水轮机安装高程

wHSXD12.65.70.415.0258.0(m)

X——轴流式水轮机结构高度系数，取0.41 9、飞逸转速nR的计算

n11R由ZZ500模型水轮机飞逸特性曲线查得，在最大导叶开度下单位飞逸转速479r/min， 故水轮机的飞逸转速为 nRn11RHmax25.6479485(r/min) D15.0F10、计算轴向水推力t

据ZZ500转轮技术资料提供的数据，转轮轴向水推力系数Kt0.87， 水轮机转轮轴向水推力为：

Ft9.81Kt103D12Hmax9.810.871035.0225.64290008N

441.2.7、各方案参数列表

各方案参数表

项目 机组台数 水轮机型号 单机容量（MW） 水轮机转轮直径D1(m) 水轮机同步转速n(r/min) 最高效率rmax(%) 额定效率r(%) 平均效率(%) 水轮机设计流量6.4 62.5 95.4 93.6 93.4 238 4 268.5 125 3070028 HL260/A244 方案Ⅰ 方案Ⅱ 4 JK503 40 5.4 125 93.8 90.5 90.7 247 -7.2 259.2 319 5.7 107.1 93.2 91 91.2 245 -5.6 260.8 425 5.7 68.2 95.2 92.4 92.8 193 4 269.4 141 2435186 ZZ500 HL260/A244 方案Ⅲ 方案Ⅳ 方案Ⅴ 5 JK503 50 4.8 136.4 93.7 90.1 90.2 198 -7 259.7 358 3953671 5.0 125 93.1 90.7 90.9 196 -5.7 258.0 485 4290008 ZZ500 方案Ⅵ Qr(m3/s) 吸出高度Hs(m) 水轮机安装高程(m) 飞逸转速nR(r/min) 轴向水推力Ft(N) 5003865 5575295 1.3、技术经济指标精品文档

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1.3.1、动能指标计算

动能指标在之前已经计算，具体如下： 项目 水轮机转轮直径D1(m) 水轮机同步转速n(r/min) 最高效率rmax(%) 额定效率r(%) 平均效率(%) 3水轮机设计流量Qr(m/s) 方案Ⅰ 6.4 62.5 95.4 93.6 93.4 238 4 方案Ⅱ 5.4 125 93.8 90.5 90.7 247 -7.2 方案Ⅲ 5.7 107.1 93.2 91 91.2 245 -5.6 方案Ⅳ 5.7 68.2 95.2 92.4 92.8 193 4 方案Ⅴ 4.8 136.4 93.7 90.1 90.2 198 -7 方案Ⅵ 5.0 125 93.1 90.7 90.9 196 -5.7 吸出高度Hs(m) 1.3.2、经济指标计算 主要机电设备参考价格单价表： 项目 水轮发电调速器 励磁装桥式起自动化油压装置和机 机 置 重机 元件 漏油设备 参考4 5 单调：30万元/台 60 3 40 30 价格 万/t 万/t 双调：45万元/台 万元/台 万元/t 万元/套 万元/套 1.3.2.1、水轮机价格估算 a水轮机总重G(t)：G(t)KD1Hb

式中：K、b为与水头有关的系数；a为与水轮机转轮直径有关的系数，查《水电站机电设计手册-水利机械》：

金属蜗壳、混流式水轮机K、b、a参数 a b K H30~200mH200mH30~200mH200mD11.4~7.5m D17.5~10m 11118.1 6.6 0.16 0.20 50.（17.5D1)50.05（7.5D1) 混凝土蜗壳、轴流转浆式水轮机K、b、a参数 a b H80m D11.8~6.5m D16.5~11.3m K H80m 2.45 0.4 2.14 10.7 50.05（6.5D1)方案Ⅰ、450MWHL260/A244： 万 G(t)740(t) 总重74042960(t) 总价2960411840方案Ⅱ、450MWJK503：

G(t)331(t) 总重33141324(t) 总价132445296万精品文档

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方案Ⅲ、450MWZZ500：

(t) 总价132445952万 G(t)372(t) 总重37241488方案Ⅳ、540MWHL260/A244：

万 G(t)548.2(t) 总重548.252741(t) 总价27414109方案Ⅴ、540MWJK503：

G(t)257.2(t) 总重357.251286(t) 总价128645144万

方案Ⅵ、540MWZZ500：

G(t)280.7(t) 总重280.751403.5(t) 总价1403.545614万

1.3.2.2、调速器总价

按一台单调调速器价格为30万元、双调调速器价格为45万元考虑，各方案总价估算如下：

方案Ⅰ的调速器总价为304120万元

方案Ⅱ、方案Ⅲ的调速器总价为454180万元 方案Ⅳ的调速器总价为305150万元

方案V、方案VI的调速器总价为455225万元 1.3.2.3、励磁装置总价

按一台励磁装置价格为60万元考虑，各方案总价估算如下： 方案Ⅰ、方案Ⅱ、方案Ⅲ的励磁装置总价为604240万 方案Ⅳ、方案V、方案VI的调速器总价为605300万元 1.3.2.4、发电机价格估算

查 《电气设计手册》，发电机重量GF(t) 可按下式估算：

GF(t)KG3(式中

Sn2) NnKG——估算系数，悬式机组范围为8~10，伞式机组7~9；

水冷式机组取6~7；

PSn——发电机额定容量，SnG，取cos0.8。

cosNn——发电机额定转速；

转子带轴重量Gr(t)可按下式估算：

Gr(t)(0.45~0.55)GF

六个方案发电机额定转速均小于150r/min时，采用伞式机组，取KG8，估算各

方案发电机的重量：

方案Ⅰ、450MWHL260/A244：

625002)800(t)，总重G80043600(t) 62.5(万元) 总价为：3600518000转子带轴重量Gr0.5GF0.5800400(t) 方案Ⅱ、450MWJK503：

625002发电机重量GF83()504(t)，总重G50442016(t)

125(万元) 总价为：2016510080转子带轴重量Gr0.5GF0.5504252(t)发电机重量GF83(精品文档

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方案Ⅲ、450MWZZ500：

625002发电机重量GF83()531.5(t)，总重G531.542126(t)

115.4(万元) 总价为：2126510630转子带轴重量Gr0.5GF0.5531.5265.75(t) 方案Ⅳ、540MWHL260/A244：

500002发电机重量GF83()650.4(t)，总重G650.453252(t)

68.2(万元) 总价为：3252516260转子带轴重量Gr0.5GF0.5650.4325.2(t) 方案Ⅴ、540MWJK503：

500002发电机重量GF83()409.8(t)，总重G409.852049(t)

136.4(万元) 总价为：2049510245转子带轴重量Gr0.5GF0.5409.8204.9(t) 方案Ⅵ、540MWZZ500：

500002发电机重量GF83()434.3(t)，总重G434.352171.5(t)

125.5510857.5(万元) 总价为：2171转子带轴重量Gr0.5GF0.5434.3217.15(t) 1.3.2.5、起重机价格估算

本电站最大起重重量为转子带轴重量 方案Ⅰ、450MWHL260/A244：

根据最大起重重量Gr400(t)，查《水电站设计手册——水力机械》P330，选用名义起重重量为2250t双小车桥式起重机。起重机总重为195t。

总价为：1953585(万元) 方案Ⅱ、450MWJK503：

根据最大起重重量Gr252(t)，查《水电站设计手册——水力机械》P330，选用名义起重重量为2150t双小车桥式起重机。起重机总重为122t。

总价为：1223366(万元) 方案Ⅲ、450MWZZ500：

根据最大起重重量Gr265.75(t)，查《水电站设计手册——水力机械》P330，选用名义起重重量为2150t双小车桥式起重机。起重机总重为122t。 总价为：1223366(万元)

方案Ⅳ、540MWHL260/A244：

根据最大起重重量Gr325.2(t)，查《水电站设计手册——水力机械》P330，选用名义起重重量为2200t双小车桥式起重机。起重机总重为167t。

(万元) 总价为：1673501方案Ⅴ、540MWJK503：

根据最大起重重量Gr204.9(t)，查《水电站设计手册——水力机械》P330，选用名义起重重量为2125t双小车桥式起重机。起重机总重为120t。

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总价为：1203360(万元) 方案Ⅵ、540MWZZ500：

根据最大起重重量Gr217.15(t)，查《水电站设计手册——水力机械》P330，选用名义起重重量为2125t双小车桥式起重机。起重机总重为120t。

总价为：1203360(万元)

1.3.3、机电设备投资估算表

机电设备投资估算表 项目 台数 水轮机单重（t / 台） 水轮机总重（t） 水轮机单价（万元/ t） 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） 励磁装置总价价（万元） 油压和漏油装置单价（万元/套） 油压和漏油装置总价（万元） 自动化元件（万元/套） 自动化元件总价（万元） 发电机单重 （t / 台） 发电机转子带轴单重（t） 发电机总重（t） 发电机单价（万元 / t） 发电机总价（万元） 桥式起重机总重（t） 桥式起重机单价（万元 / t） 桥式起重机总价（万元） 机电设备部分投资（万元） 机电设备部分耗钢量（t） 单位千瓦投资（万元 / kW） 千瓦耗钢量（t / kW） 740 2960 4 11840 30 120 60 240 30 120 60 240 800 400 3200 5 16000 195 3 585 29025 6355 0.1451 0.0318 方案Ⅰ 方案Ⅱ 4 331 1324 4 5296 45 180 60 240 30 120 60 240 504 252 2016 5 10080 122 3 366 102 3462 372 1488 4 5952 45 180 60 240 30 120 60 240 531.5 265.75 2126 5 10630 122 3 366 17608 3736 548.2 2741 4 109 30 150 60 300 30 150 60 300 650.4 325.2 3252 5 16260 176 3 528 28502 6169 方案Ⅲ 方案Ⅳ 方案Ⅳ 5 257.2 1286 4 5144 45 225 60 300 30 150 60 300 409.8 204.9 2049 5 10245 120 3 360 16574 3455 280.7 1403.5 4 5614 45 225 60 300 30 150 60 300 434.3 217.15 2171.5 5 10857.5 120 3 360 17656.5 3695 方案Ⅳ 0.0820 0.0880 0.1425 0.0829 0.0883 0.0173 0.0187 0.0308 0.0173 0.0185 精品文档

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1.4、最优方案选择 1.4.1、方案选择依据

对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。动能经济指标的比较，主要包括以下几点： 1、单机容量及台数

单机容量大小和台数会影响电站机组开停机组合，影响发电效率，并且对设备的制造、运输及安装，运行维护、主接线和成本有影响。 2、转轮直径

转轮直径对转轮的制造、运输和安装、水电站布置情况有影响，转轮小一点，制造、运输和安装会相对简便一点，厂房尺寸也会小一点。 3、机组转速

机组转速高一点好，同步转速高，磁极对数少，动能技术指标好。但同步转速高到一定值时，制造要求高，不易制造。 4、水轮机效率

效率是衡量水轮机动能的一个很重要指标，效率越高，动能指标好。 5、吸出高度

水轮机吸出高度是反应水轮机空化性能和施工的开挖量。洗出高度接近于零或者大于零，开挖量小。

6、总投资、单位千瓦投资

总投资、单位千瓦投直接反应经济指标。

1.4.2、方案总表

项目 水轮机型号 单机容量（MW） 机组台数 水轮机转轮直径D1(m) 水轮机同步转速n(r/min) 最高效率rmax(%) 平均效率(%) 平均效率(%) 吸出高度Hs(m) 机电设备部分投资（万元） 单位千瓦投资（万元/kW) 机电设备部分耗钢量（t） 单位千瓦耗钢量（t / kW） 推荐的最优方案 方案Ⅰ 方案Ⅱ 方案Ⅲ 方案Ⅳ 方案Ⅴ 方案Ⅵ HL260/A244 50 4 6.4 62.5 95.4 93.4 JK503 ZZ500 50 4 5.4 125 93.8 90.7 HL260/A244 40 5 5.7 68.2 95.2 92.8 JK503 40 5 4.8 136.4 93.7 90.2 ZZ500 40 5 5.0 125 93.1 90.7 90.9 50 4 5.7 107.1 93.2 91.2 93.4 4 29025 0.1451 6355 0.0318 90.7 -7.2 91.2 -5.6 92.8 4 28502 0.1425 6169 0.0308 90.2 -7 16574 -5.7 102 17608 0.0820.0880 0 3462 3736 0.0170.0183 7 17656.5 0.0829 0.0883 3455 3695 0.0173 0.0185 方案Ⅱ 1.4.3、最优方案的选择精品文档

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1、技术比较：

（1）、四台机和五台机组的能量指标和空化指标都相差不大； （2）、JK503较HL260/A244和ZZ500直径较小，同步转速较好，能量指标较好，但吸出高度过小，空化性能比较不好

（3）、HL260/A244较JK503和ZZ500吸出高度大，空化性能好，但同步转速低。 （4）、HL260/A244的效率高，JK503的最高效率比ZZ500大，但平均效率和额定效率略低与ZZ500。 2、经济比较：

（1）、从设备投资表中可以看出，4台机组的单位千瓦投资和千瓦耗材量均小于五台机组的单位千瓦投资和千瓦耗材量。

（2）、方案Ⅱ较方案Ⅰ和方案Ⅱ来看，单位千瓦投资和千瓦耗材量最小。 3、综合比较

考虑技术和经济比较，选择方案Ⅱ为最优方案，方案Ⅱ投资最小,平均效率较高,能量性能好，且运行稳定，故采用方案Ⅱ作为最优方案。

见下表： 项目 推荐最优方案 最大水头Hmax(m) 最小水头Hmin(m) 平均水头Hav(m) 装机容量(MW) 机组台数 单机容量(MW) 水轮机型号 水轮机额定出力Nr(MW) 转轮直径D1(m) 机组转速nN(r/min) 额定流量Qr(m3/s) 水轮机额定效率r 额定点单位转速n1 额定点单位流量Q1 额定点比转速ns 吸出高度Hs 机电设备部分投资（万元） ''25.6 22.8 23.3 200 4 50 JK503-LH-540 51.02 5.4 125 247 90.5% 140 1.752 477 -7.2 16036 精品文档

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1.5、运转特性曲线的绘制

1.5.1、运行特性曲线的计算

转浆式水轮机具有双重调节机构，一般在协连方式下运行，水轮机效率的修正采用非等值修正发。

1、对转轮叶片的每一个安装角求出一个效率修正值()。若各角下模型水轮机的最高效率为M0()，原型水轮机的各角下的最高效率值T0()，则有：

D1M5T0()11M0()0.30.7D1T()T0()M0()

10HMHT 效率修正表如下： φ φH φφH φφH φφH φφ-5º 0º 5º 10º 15º 20º 25º 0.880 0.907 0.901 0.2 0.882 0.865 0.849 22.8 0.9192 0.9374 0.9334 0.9273 0.9206 0.9092 0.84 0.0392 0.0304 0.0324 0.0353 0.0386 0.0442 0.0494 23.3 0.9193 0.9375 0.9335 0.9274 0.9207 0.9093 0.85 0.0393 0.0305 0.0325 0.0354 0.0387 0.0443 0.0495 24.5 0.9196 0.9377 0.9336 0.9276 0.9209 0.9095 0.88 0.0396 0.0307 0.0326 0.0356 0.03 0.0445 0.0498 25.6 0.9198 0.9378 0.9338 0.9278 0.9211 0.9097 0.90 0.0398 0.0308 0.0328 0.0358 0.0391 0.0447 0.0500 2、在Hmin~Hmax间取若干水头，计算个水头对应的n11M，过个n11M作水平线与转浆式水轮机模型综合特性曲线的各等角相交，找到各交点的Q11M，M值。把M修正为T，T()M()，并计算各点出力P。 3、运转特性曲线计算表格

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计算表见附表1。

1.5.2、运行特性曲线

见附图1。

1.6、水轮机进、出水流道的计算 1.6.1、混凝土蜗壳的水力计算

H40m，所以选择混凝土蜗壳 1、进口断面的计算

查JK503水轮机模型转轮试验流道参数知混凝土蜗壳包角0180

混凝土蜗壳的进口断面流量为：

180Q00Qr247123.5

360360式中 Qr--水轮机额定流量，m3/s。

进口断面面积为：

QF00

V0式中

V0--进口断面平均流速。

进口断面平均流速对于蜗壳内水力损失的大小和蜗壳平面尺寸都有很大影响，根据额定水头Hr23.3m查《水电站设计手册——水力机械》混凝土蜗壳进口流速与水头的关系曲线确定进口断面平均流速V04(m/s)。则进口断面面积

Q123.5F0030.875(m2)

4V02、进口断面尺寸的选择

当m0或n0时，取取比值b/a1.5~1.85；

当m0和n0时，若mn，取比值(bn)/a1.2~1.85；若mn，取比值(bm)/a1.2~1.85，此时比值b/a(mnb0)/a应不大于2.0~2.2。当需要缩小机组间距时取较大值。

查JK503模型转轮流道单线图知b00.4D1，混凝土蜗壳的断面形状采用mn的

(bn)形断面。选择蜗壳近出口断面的尺寸应尽量缩小机组段的间距，选用“T”1.6，

abmnb2.1 aa角度在20~30，取30

当mn时，角10~20，19。

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(bn)1.6a联立方程 

mnb02.1a经过试算取a3.34(m)，则b7.0(m)，m3.2(m)，n1.(m)。

对于中间断面的计算，按直线规律变化计算如下：

ai；nnai。 mimiaaairaraairaaiBlnnlnmlnii0rrntanramitanbai360 k则：iminiQrraln1tancosraln1tancosnimirara则计算结果为： 断面号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 ai mi ni φi Qi 3.34 3.20 3.09 2.96 2.84 2.72 2.59 2.48 2.34 2.24 2.09 2.00 1.84 1.76 1.59 1.52 1.34 1.28 1.09 1.04 0.84 0.80 0.59 0.57 0.34 0.33 0.09 0.09 1. 180.00 123.50 1.52 167.35 114.82 1.39 154.91 106.29 1.27 142.71 97.91 1.15 130.75 .71 1.03 119.06 81.69 0.90 107.65 73.86 0.78 0.66 0.54 0.41 0.29 0.17 0.04 96.55 66.25 85.79 58.86 75.38 51.72 65.36 44.84 55.77 38.27 46.65 32.01 38.05 26.10 1.6.2、尾水管的选型设计

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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JK503转轮流道单线图：知尾水管尺寸如下表所示： h D12.7 L D14.545 B5 D12.727 D4 D1h4 D1h6 D10.617 L1 D11.945 h5 D11.182 肘管形式 标准混凝土肘管 1.161.169 9 6.3114.58 24.543 14.726 6.313 3 3.332 10.503 6.383 3、进口锥管 对于转桨式水轮机进口锥管的半锥角取80100，取90 4、出口扩散段

查JK503转轮流道单线图，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，顶板高度为0.454D12.45m。

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1.7、调速器与油压装置的型号和主要参数 1.7.1 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

中、小型调速器接力器工作容量A可按下式进行计算，即

A(22~28)QHmaxD1

式中 Q——最大水头下机组发出额定出力时的流量，m3/s；

QQ11rD12Hmax1.7525.4225.6258.5 则

A(22~28)QHmaxD125258.525.65.475983(kg.m)

2、据主配压阀直径选择调速器 （1）、导叶接力器的容积计算

当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： dcD1b0Hmax 式中 ─计算系数

由《水电站机电设计手册》水力机械部分，知0.029。 查JK503转轮资料，知b00.4

dcD1b0Hmax0.0295.40.425.60.501(m)

选择油压装置的额定油压为4.0MPa,则接力器直径为：

2525dc'dc1.050.5011.050.406(m)4040

根据计算得出的dc值，选取标准接力器系列直径，所以选取接力器直径为450mm

接力器最大行程为： Smax(1.41.8)a0max 导叶的最大开度：a0maxd'c(m)D1Z024Smax(1.4~1.8)a0max1.4706.99.66(mm)

dc2Smax25.4706.9(mm)

双直缸接力器总容积： V0.4522（2）、转轮桨叶接力器容积计算

0.9660.3148(m3)

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转轮桨叶接力器直径dz为：

dz(0.3~0.45)D125250.35.41.2807(m) p40式中：p为调速器额定油压，105Pa。

转轮桨叶接力器最大行程SZmax(m)为：

SZmax(0.036~0.072)D10.0365.40.1944(m) 转轮桨叶接力器容积Vz(m3)为：

Vzdz24Szmax1.2807240.19440.2504(m3)

1.7.2 、主配压阀直径

主配压阀直径d，可按下式计算：

4Vd

vTs式中：V为导水机构接力器总容积，m3；v为管路中油的流速，m3/s，当油压装置额定工作压力为2.5MPa时，一般取v4~5m/s，取v4.5m/s；Ts为接力器关闭时间，取Ts6s。

则导叶调整主配压阀直径：dc桨叶调整主配压阀直径：dz4V40.31480.1218(m)121.8(mm) vTs4.5V40.25040.1087(m)108.7(mm) vTs4.56选取主配压阀直径为150mm。由此选择双调微机型调速器型号为WST1504.0。 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4.0MPa，压力槽容积分为两大部分：空气所占的部分，约为2/3，其余为油。

其压力油槽容积：

V0(18~20)Vc(4~5)Vz190.229350.25045.6087(m3) 从《水电站机电设计手册-水力机械》查得油压装置选择YZ-6型

1.7.3 油压装置的选择

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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50MW 发电机功率因数：0.8

水轮机转轮直径：D15.4m 同步转速：125r/min

额定水头：23.3m

水轮机型号：JK503LH540 机组台数：4 台

1.8.2 选择发电机的型式及冷却方式

型式:立式普通伞型 冷却方式: 空冷

下机架类型:伞式承重机架 上机架类型:伞式非承重机架

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1-10 水轮发电机组外观估算示意图

参考《水电站机电设计手册-水力机械》发电机外主要尺寸估算 1、发电机的额定容量Sf(kVA)

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cos 2、极距

kj4Sfpg5000062500kVA 0.8Sf2p

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24对 n1256250048.06cm 其中Kj8 2243、定子内径Di

2p22448.04734.3(cm) Di4、定子铁芯长度lt ltSf2CDinr式中 Sf—─发电机额定容量(kVA)；

ne—─额定转速(r/min)； Di—─转子内径(cm)；

C—─系数，取系数C5106；

62500185.46(cm) lt 62510734.31255、定子铁芯外径Da

目前尚无统一规定的机座号，则按下式估算：

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

那么发电机的定子铁芯外径为：

DaDi1.2734.31.248.06791.972(cm)

1.8.4、发电机外形尺寸计算

1.8.4.1、平面尺寸计算 1、定子机座外径D1

ne136.4rpm,D11.14Da

136.4rpmne214rpm,D11.18Da 214rpmne300rpm,D11.20Da

所以定子机座外径：D11.14Da1.14791.972902.85(cm) 2、风罩内径D2

kVA时，D2D12.0m 当Sf20000kVA时，D2D12.4m当Sf20000精品文档

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D2D1240902.852401142.85(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734.3cm 4、下机架最大跨度D4 10000kVASf100000kVA，D4D50.6cm Sf100000kVA, D4D51.2m 本电站发电机单机容量为62500kVA D4D50.6m

D5为水轮机机坑直径，查《水电站机电设计手册-水力机械》水轮机基坑直径表，知转轮直径为5.4m时，D5756cm； D4D56075660816cm 5、推力轴承外径D6

查《水电站机电设计手册-水力机械》知：

推力轴承外径D6365cm 1.8.4.2、轴向尺寸计算

1、定子机座高度h1

ne214rpm,h1lt2

214ne125rpm,h1lt2200mm 125ne88.2rpm,h1lt2400mm ne88.2rpm,h1lt2600mm 本电站发电机的转速为125rpm

h1lt220185.46248.0620301.58(cm) 2、上机架高度h2

伞式非承重机架h20.10Di0.10734.373.43(cm) 3、推力轴承高度h3、

根据《水电站机电设计手册——水力机械》，推力轴承，查得： h3180cm,

h4150cm h4、下机架高度5

伞式承载机架：h50.20Di0.2734.3146.86(cm)

h5、定子支座支撑面至下机架支撑面或下挡风板之间的距离6

伞式承载机架：h60.25Di0.25734.3183.575(cm)

h6、下机架支承面至主轴法兰底面之间的距离7

按已生产的发电机统计资料，一般为70~150cm h780(cm)精品文档

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7、转子磁轭轴向高度h8

)mm185.4670255.46(cm) 有风扇时：h8lt(700~1000h8、发电机主轴高度9

h9(0.70.9)H

式中 H——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h6301.5873.43150183.575708.585(cm)

h90.8H0.8708.585566.87(cm)

h9、定子铁芯水平中心线至主轴法兰盘地面距离10

h100.46h1h100.46301.58255.46394.19(cm) 10、转桨式水轮机受油器尺寸

通常主配压阀的直径与通向主接力器的直径相等。 受油器直径d：

4Q40.041730.1087(m)108.7(mm)v4.5

查《水电站机电设计手册--水力机械》取受标准直径150mm。则受油器外形尺寸见下表： 受油器压力直径受油器上部直径受油器下部直径受油器高度d(mm) A(mm) 1(mm) 2(mm) d150 750 1750 1445 1.8.5、发电机重量估算 625002)504(t) 125转子带轴重量Gr0.5GF0.5504252(t) 发电机飞轮力矩GD2K2Di3.5lt(tm2) 式中K2—经验系数，查得K25.2 发电机重量GF83(GD2K2Dilt5.27.3433.51.854610347(tm2)

3.51.8.6、发电机计算结果

发电机计算结果总汇表

磁极对数P（对） 24 48.1 734.3 92.7 上机架高度h2(cm) 推力轴承高度h3(cm) h4(cm) 73.4 180 150 146.9 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) 下机架高度h5(cm) 792 902.9 1142.9 定子支撑面到下机架面或挡风板之间的距离h6(cm)下机架支撑面到主轴法兰 底面之间的距离h7(cm)转子磁轭轴向高度h8(cm) 精品文档

183.6 80 255.5 定子机座外径D1(cm) 风罩内径D2(cm) 可编辑修改

转子外径D3(cm) 734.3 816 756 365 301.6 发电机主轴高度h9(cm) 定子铁芯水平中心线到主轴发法兰盘底面的距离h10(cm) 566.9 394.2 10347 504 252 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) 发电机飞轮力矩GD2(tm2) 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) 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SF6548/854额定电压10.5kV。

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第2章、水电站辅助设备设计

2.1、油系统

2.1.1、用油量计算

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

水轮机调节系统用油包括油压装置、导水机构接力器、转桨式水轮机叶片接力器及管道等的充油量

（1）油压装置的用油量

参由《能源动力类水动专业毕业设计指南》可知油压装置YZ640的用油量，压力油箱的容量为2.1m3，回油箱为4m3，油压装置的用油量总和为6.1m3。 （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Vd按下式计算： Vddd2Sd2

式中 dd——接力器直径，dd0.45(m)；

(m)； Sd——导叶接力器最大行程，Sd0.966 Vd0.45020.96620.31(m3)

（3）、转桨式水轮机叶片接力器、受油器用油量Vp计算

查《水电站设计手册——水力机械》知转轮直径D15.4m时，接力器、受油器用油量Vp5.30(m3)

水轮机调节系统的用油量总和为：

Vt6.10.3155.311.715(m3) 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，其计算公式为

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》得q0.04m3/kW；

Pt——推力轴承损耗(kW)；

Pd——导轴承损耗(kW)；

查《水电站机电设计手册——水力机械》知:

1.5PtAF1.5ne106

式中 F——推力轴承负荷（转动部件重量加水推力）

转子带轴重Gr252(t) 水轮机转轮重为：

0.1Gzz(t)1.4dBHmaxD12.61.40.4225.60.15.42.665.23t 轴向水水推力Ft5003865N精品文档

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5003865827.3(t)

9.811000A——系数，查《水电站机电设计手册——水力机械》得A4.8

1.51.51.5P1064.8827.31.5125106159.62(kW) tAFneF25265.23导轴承损耗Pd为：

12Dp 2000式中

PdDPhVu2103

NDp——主轴直径(m)，通过计算扭矩M97400z查扭力矩与主轴外径

nz关系曲线查的Dp0.9(m)。

2Vu——主轴圆周速度，Vu1250.455.(m/s)

60——轴瓦间隙，m； ——偏心率，0.707；

——油的动力黏度系数，对于HU-30的透平油0.0263(Pas) h——轴瓦高度(m)，一般取h(0.5~0.8)DZ0.70.90.63(m) 0.0004510.7072机组轴承充油量总和Vh为

Vhq(P.625.11)6.59(m3) tPd)0.04(1593、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)0.05(9.016.59)0.78(m3) 4、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

V1VpVhVg9.016.590.7816.38(m3) （2）事故备用油V2。它为一台最大机组用油量的110%（10%是考虑蒸发、漏损和取样等裕度系数），即

V21.1(VpVh)1.1(9.016.59)17.16(m3)

（3）补充备有油V3。由于蒸发、漏损和取样等损失需要补充油。它为机组45天的添油量，即

4545(9.016.59)0.250.48(m3) 365365式中 a——一年中需补充油量的百分数，对于轴流转浆式水轮机取a25%。 系统总用油量为

VZV1V2ZV3416.3817.160.4883.16(m3)

V3（VpVh）a则：

Pd0.90.630.02635.21035.11(kW)

式中 Z——机组台数

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2.1.2、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、重力加油箱和事故排油池。

（1）、净油槽

储备净油以便机组或电气设备换油时使用。容积为一台最大机组充油量的110%。加上全部设备45天的补充用油量，为

45V净1.1(VpVh)（VpVh）a17.160.4817.(m3)

365选用1个V净20m3的油槽。 （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，每个为其容量的一半。选用2个容量为10m3油槽。

（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，数量为一个。本电站最大充油设备为轴承，其充油量为Vh6.59(m3)，选用一个Vh8m3油槽。

（4）、重力加油箱

设在厂内储存净油作为设备自流添油的设备，对于转桨式水轮机组，漏油量较大，添油频繁，可设置重力加油箱。重力加油箱的容积视设备的添油量而定，其添油量V30.48(m3)，因添油量较大，选用1个V31m3的油槽。

（5）、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45m3。 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

V16.38QL11.365(m3/h)

t12式中 V1——最大一台机组的充油量，m3；

t——滤清时间，规定为8~24h。

此外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%。

QL1.365QL1.95(m3/h)

(10.3)0.7 净油设备数量，一般应分别选用一台压力滤油机、一台真空滤油机和一台滤纸烤箱。查《水电站机电设计手册——水力机械》，选用型号为压50的压力滤油机和一台型号为ZLY50的真空滤油机，烤箱随压力滤油机附送。 （2）油泵的选择

油泵生产率应能在4h内充满一台机组的用油量来确定

V16.38Q14.095(m3/h)t4精品文档

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式中 t——充油时间,规定为4~8h；

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。一般设置两台，一台移动式油泵用以接受新油和排除污油，一台固定式油泵供设备充油时用。查《水力机组辅助设备》选用油泵型号为KCB83.3。

（3）、主管路，管壁厚，管径、管材的选择 ①主管路管径选择

主管路的直径计算d公式为：

4Qd

v式中 Q——内油的流量，m3/s；

——中的流速，查《水电站设计手册——水力机械》允许流速与黏度关系，这里取1.2(m/s)。

4Q44.0950.0347(m) v36001.2选择标准管径为d350mm。

②壁厚计算：

Pd40350gg9.3(mm)

22750式中 g——壁厚，mm；

则：dd——管道内径，mm；

Pg——管道内油的压力，kg/cm2，

查压力滤油机参数知Pg40(kg/cm2)；

——许用应力，kg/cm2，对于钢管b——抗拉强度，kg/cm2；

bKe6000750(kg/cm2)； 8③管材、管件选择

由《水电站机电设计手册——水力机械》直径参考表知：

推力轴承油槽供直径： 50mm 推力轴承油槽排直径： 80mm 导轴承油槽供直径： 40mm 导轴承油槽排直径： 40mm

油压装置：YZ640

油压装置供径： 50mm 油压装置排径： 50mm

转桨式水轮机排

水轮机油腔、转轮体排直径： 70mm

总：

供直径： 50mm 排直径： 80mm

2.1.3、油系统图

见附图2。

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2.2 、气系统

2.2.1 各种用气额定压力

1.油压装置压力油槽充气，额定压力4.0MPa。 2.机组停机时制动装置用气，额定压力为0.7MPa。

3.机组作调相运行时转轮室压水用气，额定压力为0.7MPa。 4.维护检修及吹扫清污用气，额定压力为0.7MPa。

5.水轮机导轴承检修密封围带充气，额定压力为 0.7MPa。

2.2.2 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。

2.2.3 设备选择计算

2.2.3.1、低压压缩空气系统

一、机组制动用气 1、制动耗气量

机组制动耗气量取决于发电机所需的制动力矩，由电机制造厂提供，也可下式计算：

KN0.04500003 Q2mz10001000式中 Qz——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

QZP Vgza

Pz式中 Z——为同时制动台数；本电站考虑2台； Pz——制动前后储气罐允许压力，一般取0.1~0.2MPMPa； a，取0.15 Pa——大气压力，取1kg/cm2。

22110532.67(m) Vg51.510由《水电站机电设计手册—水力机械》，选取2个贮气罐，容积为3m3 。 3、空压机生产率计算

QQzZ

k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：

220.4(m3/min) 10查《水电站机电设计手册——水力机械》选取低压空压机为：11ZA1.5/8。 4、供气管道选择

Qk精品文档

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通常按经验选取。供气干管20~100mm，取60mm，环管15~32mm取25mm，支管15mm。

二、调相压水用气 1、充气容积计算

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。

（1）、压水深度

充气压水的基本要求是把水面压下转轮以下，使转轮在空气中旋转。 对转桨式水轮机：下压水位深度应在叶片中心线以下(0.3~0.5)D1，但不小于1米，转轮直径小、转速高的机组取大值。本电站属转轮直径大、转速低，则：

h20.3D10.35.41.62(m) （2）、水轮机充气容量估算

①、导叶部分

V1式中

D420(dD1)2b0

D0——导叶分布圆直径(m)，查JK503转轮资料知: D01.167D11.1675.46.3018(m)

d——轮毂比，查JK503转轮资料知:d0.42

b0——导叶开度，b00.45.42.16(m)

则：V14②、转轮室部分

6.30182(0.425.4)22.1658.(m3)

V24D12h1

4175.42.2518(m)1000查《水轮机设计手册》，知h1精品文档

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则：V24③、锥管部分 3④、转轮部分

V35.422.251851.57(m3)

h2(R2r2rR)31.62(3.156322.722.73.1563)43.72(m3)

V4(0.8~0.9)G

查《水电站机电设计手册——水力机械》知:

钢的密度 7.8t/m3,转轮的重量在前面计算为G65t，则:

65V40.857.08(m3)

7.8总充气容积为：

VV1V2V3V458.51.5743.727.08146.85(m3) 2、转轮室充气压力 转轮室内的充气压力P为：

PPaH 式中

Pa——当地大气压力，取Pa1kg/cm2； ——水的比重，一般取0.001kg/cm3；

H——尾水位与转轮室下压水位之差(cm)

HHsh20.5h17.21.620.52.25124.4544(m)445.44(cm)

P445.441.44544(kg/cm2) PaH10.0013、调相压水的空气压缩设备容量计算 （1）、贮气罐容积计算

PVVg(P 1P2)

式中 V——总充气容积； 则：

——般取0.7~0.9,取0.8

P1——贮气罐初始压力(kg/cm2)；

2(0.5~1)kg/cm P2——储气罐终压力 ,一般比转轮室充气压力P高， 则P2P0.72.144544(kg/cm2)； 0.71.44544根据已运行的实测值，对轴流式水轮机可——压力过程空气利用系数，

取0.7~0.9,取0.8。

1.44544146.85Vg54.5(m3)

0.8(72.14544)查《水电站机电设计手册——水力机械》选用2个25m3的贮气罐. （2）、空压机生产率Qk计算

VPzQkqz

TPaq(0.1~0.3)D12P精品文档

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式中 q——压水后转轮室漏气量(m3/min)；

T——恢复储气罐压力的时间，一般取30~60min；

z——同时做调相运行的机组台数； ——水的比重，一般取0.001kg/cm3； H——尾水位与转轮室下压水位之差。

2q(0.1~0.3)D12P(m3/min) 0.25.44.454412.31146.8691.445444Qk12.31472.83(m3/min)

0.8451查《水电站机电设计手册——水力机械》选取低压空压机为：4L80/8。 三、维护检修及空气围带用气

1、维护检修用气

（1）、供气对象和用气地点

①、机组检修用气。机组检修用气用于风铲、风砂轮、风砂等风动工具。用气地点多在安装场或转轮室

②、机组及金属结构吹扫用气。机组及金属结构吹扫用气用于部件的除尘，吹污和除锈。一般在安装场或厂内其他空闲地方，金属结构的吹扫除锈则可能在坝顶和尾水管。 ③、维护吹扫用气。在泥土和杂草多的河流上，为防止过流部件在管道中发生淤堵，有时利用压缩空气吹扫，如取水口、供排水管路、测量管路。在安装场、检修间、主机室、水轮机层、尾水管进人廊道、水泵室、尾水管平台等，均设置供气管路和接头。 （2）、用气量确定

选用四个风砂轮，型号为S150型。

吹扫用气一般可以和其他用户错开，其用气量约2m3/min。 （3）、空压机生产率计算

QkKqizi1.4(1.742)12.32(m3/min)

式中

，qi——每台风动工具的耗气量，查《水电站机电设计手册——水力机械》

知S150型的耗气量为1.7m3/min。

zi——同型号风动工具的数量

K——漏气系数，取K1.3

（4）、储气罐容积计算 储气罐容积Vg为：

Q12.32Vgk1.54(min)

Pk171式中

Pk——空压机额定工作压力(kg/cm2)。

查《水电站机电设计手册——水力机械》选用2个2m3的贮气罐。 2、空气围带用气 （1）、水轮机主轴检修密封围带用气

水轮机主轴检修密封多采用空气围带止水，耗气量很小，不需设一专门设备，可以从制动供气干管引用。供气方式有自动和手动操作两种。 （2）、蝴蝶阀止水围带用气

蝴蝶阀关闭时利用空气围带止水，耗气量很小，不予计算，不需设一专门空气压缩装置，利用厂内空气系统供给。

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2.2.3.2、高压压缩空气系统

一、油压装置压缩空气系统

油压装置安装或检修后，为向压力油罐进行充气，或在设备运行过程中补充压力油罐中的空气损耗，需要油压装置压缩压力系统。 1、供气压力与供气方式

油压装置额定压力为4.0MPa。向油压装置供气压力有一级压力供气和二级压力供气。一级压力供气，其空压机的额定排气压力稍大于压力油罐额定油压。这种供气方式空气的干燥度较差。二级压力供气，其空压机的额定排气压力Pk一般为压

力油罐的额定油压Py的1.5~2.0倍，压缩空气自高压储气罐经减压后供给压力油罐。二级压力供气能提高压缩空气的干燥度，本电站采用二级压力供气方式。 供气压力Pk1.5Py1.54.06.0(MPa)。

2、设备选择计算

（1）、空压机生产率计算

空压机的总生产率根据压力油罐容积和充气时间按下式计算:

VkPy(m3/min) Qk60T22VkVy11.7157.81(m3)

33式中 Vk——压力油槽空气容积，m3；

Vy——压力油槽总容积，m3；

Py——压力油槽额定绝对压力，kg/cm2；

T——充气时间，一般取2~4h，取T3h； 7.81401.736(m3/min) 则： Qk603空压机一般设两台，首次充气时同时工作，故每台空压机所需的生产率为

Qk1.7360.868(m3/min)

22查《水力机组辅助设备》选择空压机型号V1/40。

2.2.4、气系统图

见附图3。

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2.3、水系统设计

2.3.1 技术供水系统

2.3.1.1、设备用水量计算

1、水轮发电机空气冷却器水量

发电机运行时产生的电磁损耗及轴承以外的机械损耗都转变为热量，这些热量通过空气传给空气冷却器中的冷却水并带走。因此，空气冷却器的用水量应按发电机带最大负荷连续运行时所产生的最大热量为设计条件，根据热平衡方程来确定。空气冷却器用水量Qk为

式中

1f10.98333Qk8.5Nfo108.55000010340(m) 0.0250.025Nfo——发电机额定功率，kW；

f——发电机效率。

2、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tr/min耗水为0.75L/h估算。

转子带轴重量Gr0.5GF0.5504252(t) 水轮机转轮重为：

0.1Gzz(t)1.4dBHmaxD12.61.40.4225.60.15.42.665.23t

轴向水水推力5003865N

推力轴承承受总重量F25265.235003865827.31(t)

9.811000 Qt0.75103Fn0.75103827.3112577.56(m3/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。

QfQt15%77.5615%11.634(m3/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 QsQt15%77.560.1511.634(m3/h) 5、水冷式变压器用水量

查《水电站机电设计手册——水力机械》，本电站采用扩大单元接线，两台发电机配一台变压器，选择变压器型号为SSPSL1-15000/220。

变压器冷却水量为：QB120(m3/h)，则单台机组用水量Qb60(m3/h)。 一台设备用水总量

QQkQtQfQsQb34077.5611.63411.63460500.828(m3/h)精品文档

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2.3.1.2、用水设备对水温、水压和水质的要求

1、水温

冷却器入口水温按25C设计,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0.15~0.3MPa，本电站也采用0.15~0.3MPa的水压。

3、水质 （1）、为避免堵塞管式冷却器等用水设备，要求水中不含有漂浮物。 （2）、水中含砂粒径在0.025mm以上的不超过5%，总的含砂量宜在5kg/m3以下。 （3）、对主轴密封润滑用水含沙量不大于0.05g/L。 （4）、为避免形成水垢，冷却水的暂时硬度不宜大于8~12德国度。 （5）、为防止管路与用水设备的腐蚀，要求水pH值为中性。 （6）、对水冷式空气压缩机的冷却水要求水中含油量不大于5mg/L，有机物含量一般不大于25mg/L。

2.3.1.3、水源及供水方式的确定

1、水源及取水方式

技术供水的水源要求取水可靠、水量充足、水温适合并力求水质较好，引水管路简单且操作、维护、检修方便。技术供水的水源有坝前、蜗壳、尾水渠、地下水或其他水源，根据本电站的规模与水头等具体情况考虑，选择技术供水水源为坝前、蜗壳。

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。由于本电站水头22.8~25.6m,所以采用水泵和自流混合供水方式。 2.3.1.4、供水设备选择

1、供水泵

水泵总扬程H泵为：

v242H泵1.（3冷蜗）H冷1.3（274.2261.2）2037.7(m)

2g29.81式中 H冷——冷却器要求的进水压力(mH2O)，取H冷20； 水泵流量Qs为：

本电站四台机组，选择四台供水泵，则QsQ500.8(m3/h)。

查水泵选型手册，选择IS系列单级离心泵,型号为：IS200150600。 水泵参数：

流量Q600m3/h；扬程H50m；转速n1450r/min； 效率81%；轴功率103.5kW，配用电机380M4/90。

2、滤水器的选择

滤水器是清除水中悬浮物的常用设备，滤水器有固定式和旋转式两种。旋转式滤水器可在线清污，无需备用。固定式滤水器一般选两个，互为备用。本电站有4台机组，故选择4台旋转式滤水器。

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3、管道

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

4Qd (m)

v式中 Q——管道内的最大计算流量，m/s

——管道内的经济流速，m/s，建议在1.0~3.0m/s之间选取，取2m/s

则供水干管管道直径

4Q4530.8280.306m v23600选择干管段管径为350mm。

至机组各冷却器支管管经，取管内流速为2m/s.

4Qt477.56至推力轴承冷却器 dt0.117m

v23600取标准系列125mm.

4Qk4340至发电机空气冷却器dk0.245m

v23600取标准系列250mm。

4Qf411.6340.045m 至发电机导轴承冷却器dfv23600取标准系列50mm。

d至水轮机导轴润滑用水ds取标准系列50mm。 至水冷式变压器用水db取标准系列125mm。

4Qs411.6340.045m v236002QB21200.106m v236002.3.2、消防和生活供水

水电厂的消防供水系统，主要为发电机、厂房、油库以及厂房外的主变压器、电

抗器等提供消防用水。

1、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。水源和取水口与技术供水何用，但有单独的消防供水总管。设置两台消防泵，一台工作，另一台备用。 2、发电机消防

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。

发电机转子部分两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，型号为DN65。

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3、厂房消防

水电站厂房的消防，多以消火栓经软管、喷嘴射出的水柱为主，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。 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DN100。

2.3.3、排水系统

2.3.3.1、检修排水

1、检修排水量的计算

机组的检修排水包括低于下游尾水位的压力钢管积水、蜗壳积水、尾水管积水以及上、下闸门的漏水。 （1）、压力钢管段：

V压lA1030.875308.75(m3) 式中 l—引水管道的长度 A—引水管道的横截面积 （2）、蜗壳段：

根据<<水电站机电设计手册——水力机械>>蜗壳容积与水轮机转轮直径关系曲线估算得V蜗650m3 。 （3）、尾水管段：

根据<<水电站机电设计手册——水力机械>>尾水管容积计算曲线 估算得V尾1600m3。

（4）、扩散检修时排水总容积：

VV压V蜗V尾308.7565016002558.75(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3.6qL3.6342.23456.04(m3/h)

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。这里取上、下游之和3.0L/ms。

L——闸门水封长度，取尾水管出口周长。

L2(14.736.38)42.23(m)

2、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》可知：

V2558.75456.04967.79(m3) QQ漏T5精品文档

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式中 T——检修时间，一般取4~6h，取T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：

Q967.79Q泵483.5(m3/h)

22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456.04(m3/h)

（2）、水泵扬程计算

①估算水头总损失hw值

hw(尾底)30%（2.2247.9）30%4.m

②水泵扬程计算

V242H泵（尾底）hw(2.2247.9)4.22(m)

2g29.81式中 尾——检修时的下游尾水位，m；

底——尾水管底板最低点高程，m；

hw——管道水力损失，m；

V2——管道出口流速水头，m。 2g3、水泵选择

查水泵选型手册，选择深井泵,型号为：400SG55023。

水泵参数：

流量Q550m3/h；扬程H23m；

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。 2.3.3.1、渗漏排水 1、渗漏排水量的估计

厂内渗漏水量与电站的地质条件、枢纽布置、施工质量及设备制造水平等因素有关，用计算方法确定。因此，在确定厂内渗漏水量时，应首先由水工专业提供厂房水工建设的渗漏水量的估算值，然后参考运行的类似电站渗漏水量的大小，并结合电站的实际情况，确定渗漏水为q300(m3/h)。 2、集水井容积的确定

集水井汇集不能自流排出的厂内渗漏水，用泵自动地排至厂外。

集水井的有效容积为工作水泵启动水位与停泵水位之间的容积，一般按容纳0.5~1h的渗漏水量来考虑，即

V集(0.5~1)q0.5300150(m3) 3、渗漏排水泵的选择

水泵流量可按水泵工作10~20min排干集水井有效容积中积存的渗漏水来选择，即

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V集150500(m3/h)

(10~20)/600.3工作泵的台数一般不少于两台。一般也只选两台。

Q由于设有两台检修泵，所以：

Q泵Q500250(m3/h) 22V2水泵的扬程与检修排水扬程相同，H泵（尾底）hw22(m)。

2g4、水泵选择

查水泵选型手册，选择深井泵,型号为：300SG30023。 水泵参数：

流量Q300m3/h；扬程H23m；

2.3.4、水系统图

见附图4。

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第3章、厂房设计

3.1、主厂房机组段长度的确定

L机组段长度L1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L1

机组段长度L1按下式计算：

L1LxLx

式中 Lx——机组段x方向的最大长度； Lx——机组段x方向的最大长度。

Lx和Lx查《水电站设计手册——水力机械》及机组长度计算表如下：

蜗壳层 尾水管层 LxR11 L1LxLx LxR21 BB2 Lx2 22bb发电机层 Lx33 Lx33 2222 表中 R1——蜗壳x方向最大平面尺寸； R2——蜗壳x方向最大平面尺寸；

1——蜗壳外部混凝土厚度，由水工结构确定，初步设计时一般可取1.2~1.5m，对于低水头大型轴流式机组可取1.5~2m，本电站取11.6m；

B——尾水管宽度；

2——尾水管边墩混凝土厚度，由水工结构确定，初步设计时一般可取1.2~1.5m，对于大型机组可取1.5~2m，本电站取21.6m；

3——发电机风罩内径；

3——发电机风罩壁厚，一般取0.3~0.4m;取30.35m；

b——两台机组之间风罩外壁的净距，一般可取1.5~2m，若在两台机组吉间设置楼梯时，一般可取3~4m取b3.5m。

机组长度计算如下表如下表： L1 项目 Lx Lx Lx蜗壳层 尾水管层 发电机层 由上表可以看出，平面尺寸最大的为蜗壳层，则在选择平面布置时只考虑蜗壳的

最大外尺寸机组段长度L118.15m。

水轮机层四台机组段长度为L机组4L1418.1572.6(m)。 2、装配场长度

按一台机组扩大检修所需要面积来确定，即x

L装（1.25~1.5）L1 取 L装1.3L11.318.1523.595(m)

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9.28m 8.96m 7.81m 8.87m 8.96m 7.81m 18.15m 17.92m 15.62m 可编辑修改

3、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L边2m

4、确定厂房长度

LL14L装L边18.15423.595298.195(m) 所以取厂房长度L100m

3.2、主厂房宽度的确定

以机组中心线为界，厂房宽度B可分为上游侧宽度Bs和下游侧宽度Bx两部分， 则主厂房宽度BBSBX。 1、上游侧厂房宽度Bs的确定

Bs323A11.430.3528.065(m) 2式中 A——风罩外壁至上游墙内侧（或柱边）的净距，由上游侧电器设备和附属设备 的布置及通道尺寸确定。取A2m。 2、下游侧厂房宽度Bx的确定

Bx323A8.065(m)

式中 A——风罩外壁至下游墙内侧（或柱边）的净距，由下游侧电器设备和附属设备 的布置及通道尺寸确定。取A2m。

需校核蜗壳在Y方向的尺寸和蜗壳外的混凝土蜗壳要求，则

Bx1R31

式中 R3——蜗壳Y方向最大平面尺寸，R35.7(m)

Bx1R315.71.67.3(m)Bx

所以下游侧厂房宽度Bx8.065m合适。 3、确定厂房宽度B

BBsBx8.0658.06516.13(m)

结合吊车的标称跨度，查《水电站机电设计手册——水力机械》P334表7-17，转子带轴重Gr252t，选择双小车桥式起重机2150t起重机最大宽度9.3m，则厂房宽度B16.13m满足吊车跨度。

则：

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

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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。

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1、机组的安装高程

在厂房设计中机组的安装高程是一个控制性的标高，它确定以后，就可以想要的确定其他高程。 wHSXD12.27.20.415.4259.2(m)

2、尾水管底板的高程1

b2.1612.42245.7(m) 10h1259.222式中 b0——导叶高度，b00.4D12.16(m)； h1——底环顶面至尾水管地板的距离，h12.3D112.42(m)。 3、水轮机层地面高程2

水轮机层地面高程按蜗壳尺寸和蜗壳上部的混凝土厚度确定。

b2.1620n259.21.1.6263.52(m)

22式中 n——导叶上端面距蜗壳最高点的距离，在蜗壳水力计算得n1.m； ——蜗壳上部混凝土厚度，对混凝土蜗壳由结构计算定，取1.6m。 4、发电机层地面高程3

32h2h3263.5228.68274.2(m)

式中 h2——水轮机进人门高度，一般可取1.8~2.0m，取h22.0m；

h3——机坑进人门上部应留的尺寸，因为要保证下游设计洪水不淹厂房。一 取

般情况下，发电机层楼板面设在下游设计洪水位以上0.5~1m。h38.68m。

5、吊车轨道顶的高度4

43h4

式中 h4——发电机层地板至吊车轨顶高度。根据吊运路线、吊运方式、最长部件 长度及安全距离确定，即

h4aHmch 式中 a——吊运部件与固定物体之间的垂直安全距离，不少于0.3m，取a0.4m；

Hm——吊运最长部件长度，最长部件为发电机带轴转子，Hm11.02m c——吊钩吊索连接距离，一般取1.2~1.5m，使用刚性吊具时可缩短至 0.8~1.0m，取c1.2m；

h——吊车主钩至轨顶的最小距离，h0.7m。

则 h40.411.021.20.713.32(m) 43h4274.213.32287.52(m) 6、厂房房顶的高程5

54h5h6287.524.30.5292.32(m)

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式中 h4——吊车轨顶到起重机顶端的距离，h44.3m；

h5——吊车轨顶到天花板距离，考虑检修吊车需要，h50.5m。

3.4、厂房横剖面布置图

见附图5。

3.5、发电机层平面图

见附图6。

. .

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