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黑河水電站水輪機的選型計算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u24743黑河水電站水輪機的選型計算案例 1141781.1.1HL220水輪機方案 1262501.1.2HL230水輪機方案 56291.1.3兩種水輪機的比較 8水輪機型號的選擇是本設(shè)計中的一項重要階段,性能與工程相匹配的水輪機,才能保證電站的穩(wěn)定、安全,電站效率的提高,能使電站安全可靠。選擇的水輪機應(yīng)便于安裝、檢修、維護及操作,要達到既使電站穩(wěn)定運行,又節(jié)省經(jīng)濟的雙標準。水電站投資的多少與機組臺數(shù)密切相關(guān),要使單機容量小,則應(yīng)該布置多臺機組,那樣的機組尺寸會小,對水輪機的制造技術(shù)與運輸條件要求也較低。綜合考慮水電站的投資、電站運行效率、發(fā)電量以及水電站的經(jīng)濟效益的影響,并根據(jù)水電站運行維護要求、運行方式機動性和廠房用電可靠性等要求,設(shè)置全廠機組臺數(shù)不少于兩臺以保證運行的可靠性和靈活性。水輪機的裝機容量為21MW,當選定機組臺數(shù)為2臺時,單機容量為21/2=10.5Mw,當選定機組臺數(shù)為3臺,則單機容量為21/3=7MW,通過對2×10.5Mw和3×7Mw的比較,可發(fā)現(xiàn)采用3×7Mw的時候,因單機容量小,機組運輸和現(xiàn)場安裝的難度也相應(yīng)減??;且3臺機比2臺機運行靈活,檢修容易安排,維護方便,水文調(diào)度方便。經(jīng)綜合比較,本階段選擇3×7Mw方案。根據(jù)水頭范圍,查表選擇確定水輪機型號。本電站水頭范圍28~106m,適合采用混流式水輪機。本工程系徑流引水開發(fā)方式,由高壓鋼管分別向各臺機組供水。本階段選用HL220、HL230機型進行比較,根據(jù)兩個模型轉(zhuǎn)輪的綜合特性資料,提出了兩個機型方案,兩個模型轉(zhuǎn)輪均為當前中大水輪機較先進的轉(zhuǎn)輪,其主要參數(shù)選擇列于表。1.1.1HL220水輪機方案(1)轉(zhuǎn)輪直徑D1計算表3-1HL220模型轉(zhuǎn)輪參數(shù)表由N=9.81QD12H√??η,可推出D1=式中:Nr——單機容量的發(fā)電機額定容量(kw);ηg——發(fā)電機效率;ηt——水輪機效率;Hr——設(shè)計水頭(m);Q1max’——單位流量(m3/s);D1——水輪機轉(zhuǎn)輪直徑(m)。根據(jù)HL220水輪機參數(shù)和HL220水輪機的模型特性曲線,可以得到在限制工況下的單位流量Q1M'=1.15m3/s,ηM=89%,初設(shè)原型水輪機該工況下Q1'假定水輪機的最佳效率η1=97%,算出水輪機的額定功率Nr=N1/η1=7000/97%=7216KW,因為黑河水電站是一個壩后式水電站,因此Hr=0.95Hav=60m。則D?=72169.81×1.15×61×60×0.91(2)轉(zhuǎn)速n的計算查表3-1,可以知道水輪機的最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速n10’==70r/min。轉(zhuǎn)速的計算公式為:n=式中:n10’——最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速(r/min);Hav——平均水頭(m);D1——水輪機轉(zhuǎn)輪直徑(m)n——水輪機轉(zhuǎn)速(m/s)。將n10’=70r/min,Hav=60m,D1=1.60m代入公式得n=352r/min表3-2磁極對數(shù)與同步轉(zhuǎn)速關(guān)系表根據(jù)表3-3選擇與之接近而偏大的同步轉(zhuǎn)速n=375r/min。(3)效率及單位參數(shù)修正對于混流式水輪機,且H<150??時,原型效率ηmax=1-(1-ηMmax)(/D1)(3-5)式中:ηMmax—最優(yōu)工況下的模型最高效率,D1M—對應(yīng)模型轉(zhuǎn)輪的直徑,查資料可以得到HL220型水輪機在最優(yōu)工況下的模型最高效率為Mmax=91.0%,模型轉(zhuǎn)輪直徑為D所以ηmax=1-(1-0.91)(0.461.6)15=93%,得到效率修正值為=-=93%-91%=2%為了解決制造工藝上的問題,常用的做法是在已求得的?η值中減去個修正值ξ,這樣可在最大程度上去克服質(zhì)量差異。取ξ=1%,效率修正值變?yōu)?η=1%,所以原型水輪機在最優(yōu)工況下的效率ηmax=ηMmax+?η=91%+1%=92%,在限制工況下的效率為η=ηM+?η=89%+1%=90%,可以看出,這個結(jié)果與上述假定的值是基本一樣的,所以是正確的假設(shè)。單位轉(zhuǎn)速修正值按以下計算確定得出Δn1'n10M=0.920.91?1=0.5所以原假定的n=375r/min,Q1′=1.15m3/s,D1=1.6是正確的(4)工作范圍的檢查在選定D1、n后,可計算出水輪機Q1max'求出Q’1max=72169.81×1.6×1.6×60×60×0.9=水輪機的最大引用流量為Qmax=Q’1maxD12=0.687×1.62×60=11.62m3各個特征水頭相對應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速nnn(5)允許吸出高度Hs根據(jù)以下公式計算:Hs≤10--KσH式中:K——安全系數(shù),一般取K=1.1~1.2,取1.2;▽——電站下游平均尾水位高程,490(m);σ——水輪機汽蝕系數(shù),查得σ=0.133;H——電站設(shè)計水頭(m);Hs——水輪機吸出高度(m)。當▽=490m,H=60m時,計算得Hs≤-0.13m。Hs——水輪機吸出高度(m)表3-2HL230型水輪機吸出高度計算表項目最大水頭設(shè)計水頭最小水頭水頭1066028單位轉(zhuǎn)速111.3977.4658.28氣蝕系數(shù)0.1330.1330.133吸出高度Hs-7.47-0.134.98選擇三個數(shù)值中的最小值作為其吸出高度HS1.1.2HL230水輪機方案由N=9.81QD12H√??η,可推出由N=9.81QD12H√??η,可推出D1=式中:Nr——單機容量的發(fā)電機額定容量(kw);ηg——發(fā)電機效率;ηt——水輪機效率;Hr——設(shè)計水頭(m);Q1max’——單位流量(m3/s);D1——水輪機轉(zhuǎn)輪直徑(m)。根據(jù)HL230水輪機參數(shù)表和HL230水輪機模型特性曲線圖,可以知道限制工況下的單位流量Q1M'=1.11m3/s,ηM=85.2%,初設(shè)原型水輪機該工況下Q1'假設(shè)水輪機的最佳效率η1=97%,則D?=72169.81×1.11×60×60×0.87=1.64m.選擇和它接近并且稍大的直徑,D(2)轉(zhuǎn)速n的計算n=當n10=71r/min時計算得n=305r/min,根據(jù)表3-3選擇與之接近而偏大的同步轉(zhuǎn)速n=331.3r/min。(3)效率及單位參數(shù)修正對于混流式水輪機,且H<150??時,原型效率ηmax=1-(1-ηMmax)(/D1)式中:ηMmax—最優(yōu)工況下的模型最高效率,D1M—對應(yīng)模型轉(zhuǎn)輪的直徑,查資料可以得到HL230型水輪機在最優(yōu)工況下的模型最高效率為Mmax=90.7%,模型轉(zhuǎn)輪直徑為D所以ηmax=1-(1-0.907)(0.4041.8)15=93.1%,得到效率修正值為=-=91.1%-90.7%=2.4%為了解決制造工藝上的問題,常用的做法是在已求得的?η值中減去個修正值ξ,這樣可在最大程度上去克服質(zhì)量差異。取ξ=1.4%,效率修正值變?yōu)?η=1%,所以原型水輪機在最優(yōu)工況下的效率ηmax=ηMmax+?η=90.7%+1%=91.7%,在限制工況下的效率為η=ηM+?η=85.2%+1%=86.2%,可以看出,這個結(jié)果與上述假定的值是基本一樣的,所以是正確的假設(shè)。單位轉(zhuǎn)速修正值按以下計算確定得出Δn1'n10M=0.9170.907?1=0.5所以原假定的n=331.3r/min,Q1′=1.11m3/s,D1=1.8是正確的(4)工作范圍的檢查在選定D1、n后,可計算出水輪機Q1max'代入數(shù)據(jù)得Q’1max=72169.81×1.8×1.8×60×60×86.2%=水輪機的最大引用流量為Qmax=Q’1maxD12=0.567×1.82×60=14.23m3各個特征水頭相對應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速nnn(5)吸出高度HsHs≤10--KσH式中:K——安全系數(shù),一般取K=1.1~1.2,取1.2;▽——電站下游平均尾水位高程,490(m);σ——水輪機汽蝕系數(shù),查得σ=0.170;H——電站設(shè)計水頭(m);Hs——水輪機吸出高度(m)。當▽=490m,H=60m時,計算得Hs≤-2.79m。所以Hs=-12.18m。1.1.3兩種水輪機的比較表3-3HL220和HL230水輪機方案參數(shù)對照表現(xiàn)就兩個水輪機的技術(shù)經(jīng)濟特性比較詳述如下:從表可以看出,HL220、HL230機組的使用水頭均可滿足電站的要求。HL220機組較HL230機組最優(yōu)效率高,高效區(qū)范圍廣。HL220機組單位轉(zhuǎn)速為70rpm,HL230機組單位轉(zhuǎn)

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