第一章 电站基本资料

1.1 电站主要参数

最大水头：m H 158max = 设计水头：m H r 5.136= 最小水头：m H 112m in = 装机容量：MW P 404?= 1.2 机组技术参数

水轮机型号：HLD242—LJ —205 发电机型号：SF40—16/4250 额定出力：MW P r 40= 额定转速：min /375r n r = 调速器型号：WT —80—4.0 油压装置型号：HYZ —1.6—4.0 1.3其他资料

配电装置采用油断路器，主接线为扩大单元接线。 无调相任务。

第二章油系统的设计

2.1 油品的确定

水电站选择用油的一般原则是：对压力大而转速慢的设备，多选用粘度较大的油；反之，选用粘度较小的油。根据本电站的实际情况，选定择透平油HU—30。

2.2 用油量的计算

2.2.1机组用油量

2.2.1.1推力轴承和导轴承用油量

查参考文献【1】

461

P式（9-1）得

q

d

）

（P

P

V

T

T

+

=

式中

T

V——推力轴承和导轴承的用油量（3

m）；

T

P——推理轴承损耗（kW）；

d

P——导轴承损耗（kW）；

q——轴承单位千瓦损耗所需的油量（/kW

m3），查参考文献【1】

462

P表9-2得W

k/

m

04

.0

q3

=。

2.2.1.1.1推力轴承损耗

T

P计算：

查参考文献【1】

353

P式（8-3）得

W

AF

P

T

k

49

.

38

10

375

140

2.3

10

n6-

2

3

2

3

6-

2

3

e

2

3

=

?

?

?

=

?

=

其中F——推力轴承负荷（转动部分的重量加上水推力）（t）。查参考文献【1】83

P表1-27，由于本电站水轮机型号参数的缺乏，选取相近水轮机型号为HL160—LJ —200。则转动部分重量为20t，水推力为120t，所以F=120+20=140t；

e

n——机组额定转速（rpm），

e

n=

r

n=375rpm

A——系数，取决于推力轴承扇形瓦上的单位压力P（和发电机结构型式有关，P通常采用35~452

kg/cm），则取P=422

kg/cm。查参考文献【1】

353

P图8-3得A=3.2。

2.2.1.1.2导轴承损耗d P 计算： 查参考文献【1】461P 式（9-2）得 3-2

d 1078

.11?=δ

λμS P

h z D S π=

式中 S ——周瑜轴瓦的接触面积（2m ）；

z D ——主轴直径（m ），查参考文献【1】84P 表1-27得，z D =0.55m ； μ——主轴圆周速度（m/s ），m /s 80.1060

55

.037560

n z

r

=??

==ππμD ；

δ——轴瓦间隙（m ），一般为0.2mm ；

λ——油的动力粘度系数（2m /s kg ?），查参考文献【1】475P 表9-20得

26-m /kg 102780?=λ

h ——轴瓦高度（m ），一般取m 33.055.06.08.0~5.0h =?==Z D ）（。 则 2z m 57.033.055.0h =??==ππD S W S P k 89.101010

280.1010278057.078.111078

.113-4

-2

6-3

-2

d

=??????=?=δ

λμ 3d m 98.104.089.1049.38q =?+=+=

）（）（P P V T T 2.2.1.2调速系统用油量 2.2.1.2.1油压装置的用油量

根据油压装置型号查参考文献【1】 296P 表6-16得3a 4.024.016.0m V =+=。 2.2.1.2.2导水机构接力器的用油量

查参考文献【1】83P 表1-27得接力器直径为400mm ，根据接力器直径查参考文献【1】463P 表9-5得3b m 11.0=V 。 2.2.1.2.3进水阀接力器用油量

查参考文献【1】463P 表9-7选择卧轴蝴蝶阀，接力器充油量3c m 11.0=V 。

2.2.1.2.4调速系统油管内的充油量可按0.05~0.53m 估算，则取3d m 4.0=V 。 2.2.2电气设备的用油量根据选定的变压器和油开关从有关样本中查取（通常由电工专业提供，这里不做计算）。 2.2.3管网充油量

透平油系统或绝缘油系统的管网充油量一般可按设备用油量的5%考虑。则

3d c b a T e m 24.14.011.011.04.098.14%54%5=++++??=++++?=）（）（V V V V V V

2.3 油系统设备选择 2.

3.1储油设备的选择

2.3.1.1净油槽：用于储存净油以及备用油、透平油和绝缘油的净油槽的容量按最大一台机组或一台最大变压器的用油量110%确定，加上全部运行设备45天的补充用油量。

3e d c b a 1m 44.798.624.14.011.011.04.0=+++++=+++++=T V V V V V V V

312m 18.844.7%110%110=?==V V

313073.0365

45

08.044.736545m V V =??==α

3321232.38073.0418.844.7444m V V V V =?++?=++=总

式中α为一年需补充油量的百分数，对于混流式水轮机%10~%5=α，选取%8=α。 透平油 33126.8073.01.144.7%110m V V =+?=+?=透ω

根据查参考文献【1】493P 表9-29，设置一个容积为103m 的净油槽。 2.3.1.2运行油槽

透平油 3144.7m V V ==透，查参考文献【1】493P 表9-29，设置一个标准容积为83m 的油槽。

2.3.2油泵和净化设备的选择

2.3.2.1压力滤油机及真空滤油机的生产率和数量的选择

透平油系统：

查参考文献【3】249P 式(4-7)得 滤油机生产率：

m i n

/

14

.

22

7.0

8

44

.7

67

.

16

min)

/

(

)3.0

1(

67

.

16

)

/

(

)3.0

1(

1

3

1L

L

t

V

h

m

t

V

Q

L

=

?

?

=

-

=

-

=

式中t取8h。

根据查参考文献【1】

469

P表9-15及表9-16，min

/

14

.

22L

Q

L

=，透平油的压力滤油机型号为压—50一台，真空滤油机型号为ZLY—50一台，每台压力机选用一台滤油纸烘箱。

2.3.2.2油泵的选择

根据经验选择两台油泵，查参考文献【3】

250

P式（4-8），得

油泵生产率h

m

t

V

Q/

48

.2

3

44

.7

3

1=

=

=

式中t—充油时间，为2~4h，取3h。

根据查参考文献【1】

466

P表9-8，选取KCB—4.5型油泵2台，一台移动式油泵用以接受新油和排除污油，一台固定式油泵提供设备充油。

2.3.2.3管径、管材选择

由参考文献【1】

469

P式(9-4)知：

v

Q

d13

.1

=

式中通过的油量：s

m

h

m

Q/

10

89

.6

/

48

.23

4

3-

?

=

=

根据HU-30的粘度为4.2E o，查参考文献【1】

470

P表9-18得，自流及油管道流速为1.2s

m/，压力管道流速为1.5s

m/。

所以mm

m

d

zl

27

027

.0

2.1

10

89

.6

13

.1

4

=

=

?

=

-

mm

m

d

y

24

024

.0

5.1

10

89

.6

13

.1

4

=

=

?

=

-

查参考文献【3】

467

P表6-2，选择供油管mm

d32

1

=，排油管mm

d25

2

=。

2.3.2.4设备明细表，如表1

表1 设备明细表

设备名称型号及规格数量备注

透平

油系

统

净油槽103m 1

运行油槽83m 1

压力油HU-30 1

压力滤油机油压—50 1

真空滤油机ZLY—50 1

油泵KCB—4.5 2 用于接收新油

和排除污油，

用于提供设备

充油

管进油32mm 采用无缝钢管

出油25mm

2.4油系统图（见附图1）

本电站共装有四台机组，透平油用油量共3

5.69m

1，用油设备包括水轮发电机组，调速器和接力器等。本图设置1个103

m的净油槽，1个83m的运行油槽，2台KCB-4.5的油泵，一台用于接收新油和排除污油，一台用于提供设备充油，设置1台型号为压-50的压力滤油机，1台型号为ZLY-50的真空滤油机，以实现电站的经济安全运行。

第三章 气系统的设计

3.1 供气对象和供气类型 3.1.1供气对象

3.1.1.1厂内高压用气：压油槽充气，额定压力为Pa 51040?。 3.1.1.2厂内低压用气：

1)机组停机制动用气，额定压力为Pa 5107?；

2)检修维护时风动工具及排污清扫用气，额定压力为Pa 5107?； 3)水轮机轴承检修密封围带充气，额定压力为Pa 5107?。 3.1.2供气类型

采用高低压联合供气系统类型 3.2用气量的计算 3.2.1高压用气 3.2.1.1空压机的选择

主要是油压装置的用气量，压油槽的型式为YZ-1.6-4.0，空压机的总生产率根据压油槽容积和充气时间由参考文献【2】36P 式（2-17）得： a

v y a y k Tp K K V p p Q 60)(1

-=

式中 y p ——压油槽的额定压力，为Pa 51040?； y V ——压油槽的容积，为103m ； T ——充气时间，一般取1~4h,取3h;

v K ——压油槽中空气所占容积的比列系数，一般取0.6~0.7，取0.65； 1K ——漏气系数，一般取1.2~1.4，取1.3； a p ——大气压力，为Pa 51001.1?。

所以 m i n /812.110

01.13603.165.010)1001.11040(3

5

55m Q k =???????-?=

空压机选两台，充气时同时工作，故每台生产率为总生产率的一半，即0.906min /3m 。 查参考文献【1】527P 表10-23，选CZ-60/30型空压机。 3.2.1.2储气罐容积的确定

查参考文献【2】37P 式（2-18）得 y

a y y z -P P V P V ?=

式中 1P ——储气罐额定压力，其值为a 10255P ?； y P ——额定绝对压力，其值为a 1001.15P ?； y V ?——由于右面上升后所需的补气的容积 623.015.03.2785.0h 785.022y =??=?=?D V

其中 D ——压油槽内径（m ），查参考文献【1】493P 表9-29得，D=2300mm 。 h ?——右面上升高度，去0.1~0.15，此处取0.15。则

3

5

55y

1y

y z m 026.01001.1-1025623.01001.1-=????=?=P P V P V 查参考文献【1】523P 表10-18选择1台标准的0.53m 储气罐。 3.2.1.3管道选择

查参考文献【2】37P ，一般按经验选取，335.1210m m V y <=时选用mm 5.232?φ无缝钢管。 3.2.2低压用气 3.2.2.1机组制动用气

3.2.2.1.1机组制动耗气量计算

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。在初步设计制动供气系统时可根据参考文献【2】26P 式（2-3）估算为 1000

KN

Q z =

式中 K ——发电机额定出力，为40000kW ；

N ——经验系数，为0.03~0.05kW m /3，取0.04kW m /3。 所以 36.11000

04

.040000m Q z =?=

3.2.2.1.2储气罐容积计算

机组制动用气主要由储气罐供给，储气罐容积必须保证制动用气后，罐内气压保持在最低制动气压以上。查参考文献【2】26P 式（2-4）得

储气罐容积：36

5

08.110

15.01001.116.1m p Zp Q V z a z z =????=?= 式中 Z ——同时制动的机组台数，取1台；

z p ?——制动前后储气罐允许压力降，一般为0.1~0.2MPa ，取0.15MPa 。 根据参考文献【1】523P 表10-18选择1台标准的1.53m 储气罐。 3.2.2.1.3空压机生产率计算

空压机生产率按在一定时间内恢复储气罐压力的要求来确定，根据参考文献【2】

26P 式（2-5）得

m i n /133.012

16.13m T Z Q Q z k =?=?=

式中 T ?——储气罐恢复压力时间，一般取10~15min ，取12min 。 根据参考文献【1】528P 表10-24选11ZA-1.5/8型空压机。 3.2.2.1.4供气管道选择

查参考文献【2】27P ，按照经验选取，供气干管取mm 60φ，环管mm 30φ，支管

mm 15φ。自三通阀以后的制动供气管，须采用耐高压的无缝钢管。 3.2.2.2空气围带充气

水电站水轮机设备常用空气围带止水，最常见的有轴承检修密封围带止水和主阀止水围带。

3.2.2.2.1轴承检修密封围带用气

水轮机导轴承检修时，多采用空气围带止水。充气压力通常采用0.7MPa ，耗气量 很小，不需设置专用设备，一般从制动供气干管或其它供气干管引来。 3.2.2.2.2蝴蝶阀止水围带用气

蝴蝶阀空气围带充气的目的是防止漏水。空气围带必须的充气压力应比蝴蝶阀的作用水头高0.1~0.3MPa 。耗气量很小，一般不需设置专用设备。 3.2.2.3维护检修用气 3.2.2.3.1风动工具

水路及转轮全周长m D R L 44.605.214.3211=?===ππ，按每2m 选择一台风动工

具则可选4台，查参考文献【2】44P ，分别为：1台S-40型风砂轮，min /4.03m Q s =；

1台S-60型风砂轮， min /7.03m Q s = 1台C-6A 型风铲，min /6.03m Q s =； 1台ZQ-6型风钻，min /35.03m Q s =； 3.2.2.3.2空压机选择

根据参考文献【2】44P 式（2-25）知 空压机生产率 ：

min /665.210

01.11001.1)6.035.07.04.0(3.13

5

50

1m p p z q K Q a

i i k =???+++?==

∑ 式中 i q ——风动工具的耗气量； i z ——同时工作的风动工具台数； 1K ——漏气系数，一般取1.2~1.4，取1.3

查参考文献【1】528P 表10-24，选择V-3/8-1型空压机。 3.2.2.3.3储气罐

查参考文献【1】504P 式10-10得 1

k k

g +=

P Q V 式中 g V ——储气罐容积(3m );

k Q ——空压机生产率(min /m 3),min /665.23m Q k =； k P ——空压机额定工作压力(2cm /kg )，2k cm /kg 7=P 。

3

k

k

g

m

333

.0

1

7

665

.2

1

=

+

=

+

=

P

Q

V

根据参考文献【1】

523

P表10-18选择1台标准的0.53m储气罐。

3.2.2.3.4管径选择

通常按经验在Φ15~50范围内选取，也可按参考文献【2】

45

P式（2-28）计算为：d

20

d Q

=

式中

d

Q——管中流量）

（min

/

m3

则mm

65

.

32

665

.2

20

20

d

d

=

?

=

=Q

故管径取35mm。

3.2.3气系统设备表2

表2 气系统明细表

类别设备名称型号及规格数量备注

高压系统空压机CZ-60/30 2 水冷

储气罐0.53m 1

干管直径mm

5.2

32?

φ 1 高压供气管低压系统空压机1 11ZA-1.5/8 1 水冷

空压机2 V-3/8-1 1 水冷

储气罐1 1.53

m 1 机组制动

储气罐2 0.53

m 1 检修

干管直径60mm 1 机组制动

干管直径35mm 1

3.3气系统图（见附图2）

厂内气系统包括高压气系统和低压气系统。高压气系统供气对象主要是油压装置，根据本电站的实际情况设置2台型号为CZ-60/30的空压机，互为备用。低压气系统供气对象主要包括机组制动用气，空气围带用气和检修维护用气，设置2台空压机，实现电站的运行。

第四章技术水系统设计

4.1水源的确定

技术供水的水源选择是很重要的，一般要求取水可靠，水量充足，水温适当，水质较好，引水管路简单且操作维护检修方便。根据本电站的实际情况，采用上游水库作为供水系统的主要水源，并采用蜗壳取水的方式，取水口的位置布置在圆形断面上方45°。

4.2水温、水压、水质

4.2.1 水温

技术供水水温是供水系统设计中的一个重要条件，一般按夏季经常出现的最高水温考虑，一般取25°C。

4.2.2水压

4.2.2..1机组冷却器对水压的要求

进入冷却器的冷却水，应有一定的水压，以保证必要的流速和所需的水量。国产

冷却器一般压力降为4~7.5m O

H

2,进口水压一般不超过20m O

H

2

。

4.2.2.2水冷式变压器对水压的要求

对水冷式变压器冷却水的水压控制较严，要求冷却水进口水压不得超过变压器中的油压。根据制造厂家的要求，冷却水进口处水压不得超过8m O

H

2

，变压器中的油压必须大于水压8m O

H

2

，这样就可以保证即使在冷却水管破裂时，只能是油进入水中而水不能进入油中。

4.2.2.3水冷式空压机对水压的要求

水冷式空压机的水压可不限于20m O

H

2，可以略为加大，但不宜超过30m O

H

2

。

4.2.2水质

为保证冷却器的安全经济运行，冷却水一般应满足一下几点要求。

1）水中不含悬浮物2）含沙量少且颗粒小3）硬度就小4）pH值反应为中性5）力求不含有机物、水生物及微生物6）含铁量小7）不含油份

4.3供水方式

根据参考文献【2】

68

P介绍的供水方式，由于小关子电站水头范围为112m~158m，

水头大于80m,因此为了达到经济合理性，采用水泵供水。 4.4设备的配备方式

因小关子电站的装机台数是4台，台数较多，因此采用单元供水，每台机组设置一套独立取水和供水设备，并独立运行，运行灵活可靠性高，方便了系统的运行。 4.5水量的计算

4.5.1发电机空气冷却器的用水量 查参考文献【1】351P 式（8-1）得 3-f

fe

f 10025

.0-15.8?=）（ηN Q 式中 f Q ——发电机空气冷却期用水量，（h /m 3

）

fe N ——发电机额定功率，为40000kW ； f η——发电机效率，f η=0.98。 则 h /m 27210025

.098

.0-1400005.810025.0-15.833-3-f fe

f =???=?=）（）（ηN Q 4.5.2推力轴承和导轴承油冷却器用水量 查参考文献【1】353P 式（8-3)和353P 式（8-4)得 62

32

310-?=e T n AF P t

C P Q T

k ?=

86.0 式中 T P ——推力轴承损耗（kW ），前面已经经过计算，W P T k 49.38=；

T Q ——推力轴承冷却器用水量（h /m 3

）；

C ——冷却水比热，去1000kcal/(t.?C)；

t ?——冷却器进出口水温差，可取2~4?C ，则取3t =??C 。 则 h /m 03.113

149

.3886.086.03=??=?=

t C P Q T k 根据参考文献【1】352P 可知，导轴承油冷却器用水量按推力轴承的10%~20%，所以 h m Q Q T d /65.103.1115.0%153=?== 4.5.3水轮机轴承用水量

查参考文献【1】83P 表1-27得HL160-LJ-140型号水轮机轴承采用油润滑，一般都装有冷却装置，其冷却水用量很小，可按推力轴承用水量的5~7%考虑，而不另行估算，即

h /m 66.003.11%6%63z =?==T Q Q 。

4.5.4水冷式空压机冷却用水量

由气系统部分算出低压空气压缩机型号为V-3/8-1，其生产率为3min /m 3，错误！未找到引用源。查参考文献【1】61P 表3-1得冷却用水量为s Q =1h /m 3。 4.5.5设备选择

查参考文献【1】375P 表8-13.技术供水系统管道常采用钢管，取水管径400mm ，自动给水阀为200g D ，滤水器为200g D 转动式。 4.5.6水泵选择

计算总用水量

h /m 36.1145)166.065.103.112724)Q Q Q Q (Q 43s z d k f =++++?=++++=（总Q

查参考文献【4】67P ，选择4台IS200-150-250B 型号的水泵（h /m 4003=Q ），其中3台工作，一台备用。 4.6水系统图（见附图3）

本电站采用水泵集中供水，自下游尾水取水，电站中的四台机组通过共用的供水干管供给各机组的用水设备，便于集中布置，运行和维护。全厂选取4台IS200-150-250B 型号的水泵（h /m 4003=Q ），其中3台工作，一台备用。

参考文献

【1】水电站机电设计手册编写组.水电站机电设计手册.水力机械.水利电力出版社，1983.

【2】肖志怀蔡天富.中小型水电站辅助设备及自动化.北京：中国电力出版社，2006.【3】湖北省水利勘察设计院.小型水电站机电设备设计手册.水力机械.水利电力出版社，1985.

【4】王庆明.小型水电站机电设计图集.中国水利水电出版社，2002..