炳灵水电站灯泡贯流式水轮机设计说明书(编辑修改稿)

炳灵水电站灯泡贯流式水轮机设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

套筒，从《水轮机设计手册》上 170 页的表 8— 36 查出剪断销尺寸如下表 114： 表 114 叉头销尺寸 参数符号 数值（ mm） 参数符号 数值（ mm） dn 80dc h2 10 d 80gb D 68 d1 75gb b d2 79 R 2 d3 71 c 3 h 98 d0 4 h1 35 r H 163 炳灵水电站的设计 20 图 2415 叉头销 （ 12） 端盖 根据轴颈，从《水轮机设计手册》上 171 页的表 8— 37 查出端盖尺寸如下表 115： 表 115 端盖尺寸 参数符号 数值（ mm） 参数符号 数值（ mm） db 210 h1 35 d1 330 R 95 d2 192 Φ1 M30 d3 78 Φ2 26 d4 45 Φ3 64 d5 235 d6 115 h 45 2020届热能与动力工程专业毕业设计（论文） 21 图 2416 端盖 （ 13） 补偿环 根据叉头销，从《水轮机设计手册》上 172 页的表 8— 38 查出补偿环尺寸如下表 116： 炳灵水电站的设计 22 表 116 补偿环 参数符号 数值（ mm） d 90 d1 105 h 5 图 2417 补偿环 水轮机 主轴设计 根据已有贯流式水电站资料，设计主轴的结构，如图 15所示： 主轴材料为锻 35A，轴身直径Φ 1000mm，与水、电径向轴承配合处直径分别为Φ 955mm 和 Φ 930mm，轴身长 5070mm，轴内径Φ 280mm，转轮端法兰直径Φ 1653mm，发电机转子端法兰Φ 1490mm，两端法兰分别与转轮、转子用螺栓联接，并有销子传递扭矩。 2020届热能与动力工程专业毕业设计（论文） 23 图 25 水轮机主轴 水轮机主轴密封设计 主轴密封是防止流道内压力水通过转动与静止部分之间的间隙漏至灯泡体内部，它由工作密封与检修密封组成。 根据已有贯流式水电站资料，设计主轴的结构，如图 16 所示： 炳灵水电站的设计 24 图 26 水轮机主轴密封 工作密封为水压自平衡端面密封结构形式， 通过水压腔的作用将均匀分布的轴向力加在密封块上。 检修密封采用空气围带式密封，停机检修时，围带内通入压缩空气使围带扩张，防止流道内的水进入灯泡体内。 水 轮机水导轴承设计 根据已有贯流式水电站资料，设计水导轴承的结构，如图 17 所示： 27 水导轴承 转轮设计 根据已有贯流式水电站资料，设计转轮的结构，如图 18所示： 2020届热能与动力工程专业毕业设计（论文） 25 图 28 转轮 转轮名义直径为 米，缸动式结构， 4只叶片，叶片可根据水头、负荷，通过调整至最佳位置，与导叶协联，以保证水轮机在高效率下运行。 转轮由转轮体、转轮体芯、叶片和叶片操作系统构成。 （ 1）转轮体材料为 ZG20Mn,在叶片转角范围内成球形，球面外壁开有4 个孔，内装铜轴套，为叶 片系统的外部轴承，转轮体与主轴法兰用 10 个M120 的螺柱把合，设有 2个Φ 140 圆柱销传递扭矩。 （ 2）转轮体芯材料为 35CrMo,与转轮体用 10 个 M90 的螺柱相连接， 并有 2个Φ 100圆柱销传递扭矩。 3）叶片操作系统由接力器缸、活塞、转臂、连杆等组成，采用缸动式结构，活塞固定不动，来自受油器开关腔的压力油进入接力器缸，通过接力器缸的运动，带动连杆、转臂操作叶片转动。 炳灵水电站的设计 26 3. 电气一次 设计 电气主接线设计 设计原则 电气主接线是水电站由高压电气设备通过连线组成的接收和分配电能的电路。 电气 主接线根据水电站在电力系统中的地位、回路数、设备特点及负荷性质等条件确定，并应满足运行可靠、简单灵活、操作方便、易于维护检修、利于远方监控和节约投资等要求。 在电气主接线设计时，综合考虑以下方面： （ 1） 保证必要的供电可靠性和电能质量 安全可靠是电力生产的首要任务，保证供电可靠和电能质量是对主接线最基本的要求。 在设计时，除对主接线形式予以定性评价外，对于比较重要的水电站需要进行定量分析和计算。 （ 2） 具有经济性 在主接线设计时，主要矛盾往往发生在可靠性与经济性之间。 欲使主接线可靠、灵活，将导致投资增加。 所 以必须把技术与经济两者综合考虑，在满足供电可靠、运行灵活方便的基础上，尽量使设备投资费用和运行费用为最少。 （ 3） 具有一定的灵活性和方便性，并能适应远方监控的要求。 主接线应能适应各种运行状态，并能灵活地进行方式的转换。 不仅正常运行时能安全可靠地供电，而且无论在系统正常运行还是故障或设备检修时都能适应远方监控的要求，并能灵活、简单、迅速地倒换运行方式，2020届热能与动力工程专业毕业设计（论文） 27 使停电时间最短，影响范围最小。 显然，复杂地接线不会保证操作方便，反而使误操作机率增加。 但是过于简单的接线，则不一定能满足运行方式的要求，给运行造成不便，甚至 增加不必要的停电次数和停电时间。 （ 4） 具有发展和扩建的可能性 随着经济的发展，已投产的水电站可能需要扩大机组容量，从主变压器的容量、数量到馈电线路数均有扩建的可能，有的甚至需要升压，所以在设计主接线时应留有发展余地，不仅要考虑最终接线的实现，同时还要兼顾到分期过渡接线的可能和施工的方便。 主接线方案初步设计 根据以上几点，对炳灵水电站的主接线拟定以下几种方案。 方案 1: 2组扩大单元接线与 1组单元接线，设置发电机断路器， 330KV与 110KV 侧均为单母线接线， 1 组扩大单元接线通过双绕组 变压器升压到330KV，另一组扩大单元接线通过 3 绕组变压器升压分别送至 330KV 和110KV，单元接线通过双绕组变压器升压至 330KV。 炳灵水电站的设计 28 图 311 方案一接线 方案 2: 5 组单元接线，设发电机断路器， 2组单元接线部分通过双绕组变压器升压至 110KV， 1组单元接线通过 3绕组变压器分别升压至 330KV和 110KV， 2组单元接线部分通过双绕组变压器升压至 330KV， 330KV与 110KV侧均为单母线 接线。 图 312 方案二 接线 方案 3:2组扩大单元接线与 1 组单元接线。 1组扩大单元接线通过双绕组变压器升压至 330KV，另一组通过双绕组变压器升压至 110KV， 1 组单元接线通过双绕组变压器升压至 330KV，设发电机出口断路器， 330KV 和 110KV均采用单母线接线。 2020届热能与动力工程专业毕业设计（论文） 29 图 313 方案 3接线 方案比较 （ 1）技术比较： a) 水电厂的电气主接线应力求简单，主变台数和高压断路器数量应尽量减少，方案 1 比方案 2 少 2 台变压器，断路器、隔离开关也各少 2 个，因此，方案 1 比方案 2 更有优势，其 布置紧凑，占地少，可减少土石方开挖量和回填量。 b）方案 1 接线简单，开关设备少，使得操作简单，灵活性好。 c）方案 2 故障可能性较小，可靠性比方案 1高。 d)方案 3 与方案 2 相比，有着和方案 1 同样的优点；但是与方案 1 相比，其可靠性较低。 炳灵水电站的设计 30 （ 2）经济比较 a）方案 3的开关设备比方案 2的少，方案 3最少，可节省投资。 b)方案 1 中除了开关设备之外的其他电器设备，与方案 2 相比，经济上没有太大差异。 c)方案 2 的线路复杂，主变、开关设备多，因此造成运行维护费用将高于方案 1. （ 3）方案选择：经过以上比较，综合考虑，认 为方案 1在技术、经济上有最大的综合优势，因此选择方案 1. 短路电流计算 现在对方案一的电气主接线进行短路电流计算： 其网络等值图如图 221 所示： 2020届热能与动力工程专业毕业设计（论文） 31 图 321 网络等值图 现在选择 5个可能的短路点分别计算其短路电流： 统一取： Sd=100MVA Ud=Uav X S1 和 S2为无限大容量系统： Xs1 = Xs2=0 计算图中的各个电抗值： 发电机 G1 到 G5： X1 = X2 = X3 = X4 = X 5 = `` dd nSX S=(48/)= T1: X6= (%)100kdnUSS=179。 100/63= T2: X7= (%)100kdnUSS=179。 100/120= T3: Uk(12)%=25% Uk(23)%=8% Uk(13)%=15% Uk1%=12 ( Uk(12)% + Uk(13)% Uk(23)%)=16% Uk2%=12 ( Uk(12)% + Uk(23)% Uk(13)%)=9% Uk3%=12 ( Uk(23)% + Uk(13)% Uk(12)%)=16% X8= (%)100kdnUSS=() 179。 100/120= X9= (%)100kdnUSS=179。 100/120= X10= (%)100kdnUSS=179。 100/120= L1: X11=X@178。 L178。 2ddSU=179。 179。 100/3302= 炳灵水电站的设计 32 L2: X12=X@178。 L178。 2ddSU=179。 179。 100/1102= 分别计算各个短路点的短路电流： （ 1） K1 点： 化简等值电路图如下： ① 图 322 网络等值图 (a) X13=X2//X3= 2323XXXX = X14=X4//X5= 4545XXXX = 2020届热能与动力工程专业毕业设计（论文） 33 ② 图 323 网络等值图 (b) X15=X13+X7= X16=X10+X12= X17=X8+X14= 炳灵水电站的设计 34 ③ 图 324 网络等值图 (c) 经过 △ Y变换： X18=X16+X9+ 16 917XXX = X19=X17+X9+ 9 1716XXX = 2020届热能与动力工程专业毕业设计（论文） 35 ④ 图 325 网络等值图 (d) 经过网络变换： X20=X11178。 X6178。 (1 1 6 1 8 1 9 1 51 1 1 1 1X X X X X   )= X21=X18178。 X6178。 (1 1 6 1 8 1 9 1 51 1 1 1 1X X X X X   )= X22=X19178。 X6178。 (1 1 6 1 8 1 9 1 51 1 1 1 1X X X X X   )= 炳灵水电站的设计 36 X23=X15178。 X6178。 (1 1 6 1 8 1 9 1 51 1 1 1 1X X X X X   )= 计算各个电源对短路点的短路电流： a) s1,s2 为无线大容量系统： 公式： 1``I X  ① `` `` ``3 dd dSI I I I U ② 计算结 果如表 21 所示： 表 21 I*`` I`` S1 S2 b) G1 至 G5 为水轮发电机组： 公式： Nca dSXXS  ③ 1``caI X   ④ ` ` ` ` ` `3dd dSI I I I U ⑤ (注：先由公式 ③ 计算 caX ，然后查阅《水电站机电设计手册（电气一次）》 P93 图 37 至 310 的水轮发电机运算曲线得出 ``I ，当 ``I 的值超过 时，使用公式 ④ 计算 ``I ) 计算结果如表 22,23 所示 ：（ t=0s 时） 表 22 Xca* I*`` I`` G1 2020届热能与动力工程专业毕业设计（论文） 37 G2， G3 G4， G5。