可逆式水轮机毕业设计任务书、基本资料和指示书河海大学水电学院动力系二○○六年三月可逆式水轮机毕业设计任务书一、设计内容根据原始资料，对指定抽水蓄能电站、指定原始参数进行机电部分的初步设计，包括主机选型，调节保证计算、调速设计选择、辅助设备设计，电气设备设计等。

二、时间安排1．机组选型设计：5周2．调节保证计算：1.5周3．辅助设备设计：2周4．电气设备设计：1.5周5．整理成果：1.5周6．评阅答辩：1周总计12.5周三、成果要求1．设计说明书：说明设计思想，方案比较及最终结果，并附必要的图表；2．设计计算书：设计计算过程，计算公式，参数选取依据，计算结果；3．图纸：厂房横剖面图、水系统图、气系统图、电气主结图等4～6张。

可逆式水轮机毕业设计原始资料仙游抽水蓄能电站仙游抽水蓄能电站站址位于福建省莆田市下辖的仙游县西苑乡，属木兰溪流域。

距仙游县城28km，对外交通较为便利。

上库广桥坝址位于木兰溪上游支流大济溪的上游，在西苑乡广桥村上游河谷中。

下库半岭坝址位于木兰溪上游溪口溪上，在西苑乡半岭村上游约1km的河谷中。

上、下水库成库天然条件较好，输水距离较短，上、下库均有公路到达。

本电站工程由上水库、下水库、输水系统、地下厂房洞室群及地面开关站组成。

地下厂房洞室群深埋于上下库之间的雄厚山体内，水由隧洞式压力钢管引入厂房。

仙游电站为日调节纯抽水蓄能电站，平均每天抽水工况运行7h，发电工况运行5h。

本电站建成后将承担所在电力系统的调峰、调频、调相及事故备用任务，在提高系统供电质量，应付系统突发事故，保障系统安全运行等方面将起到较大的作用。

机组选型设计水能参数一览表温高，湿度大，日照时间长。

上库广桥坝址多年平均气温16.9℃，极端最高气温35.3℃，极端最低气温-7.1℃；下库半岭坝址多年平均气温19.1℃，极端最高气温36.6℃，极端最低气温-6.2℃。

参考文献1．刘大恺，水轮机（第三版），中国水利水电出版社，1997；2．苏联，可逆式水轮机机械，中国水利水电出版社，1982.3．梅祖彦，抽水蓄能发电技术，机械工业出版社，2000；4．杨开林等，水泵水轮机变化及水力瞬变，抽水蓄能国际论文集，1990；5．陈乃祥，可逆式水泵水轮机过渡过程，大电机技术，1998；6．Wylie E B, Streeter V. Fluid Transient. McGraw Hill ,1978；7．浙江乌龙山抽水蓄能电站设计资料，2003.78．浙江仙游抽水蓄能电站设计资料，2004.129．江苏溧阳抽水蓄能电站设计资料，2004.7可逆式水轮机毕业设计指示书（1）——选型设计原则第一节抽水蓄能电站机组型式和单机容量选择1．抽水蓄能电站的机型选择，应根据水头/扬程、运行特点及设计制造水平等因素经技术经济比较确定。

抽水蓄能电站水头/扬程高于800m时，宜选择组合式机组（三机式）或多级式水泵水轮机；水头/扬程为800m~100m时，宜选择单级混流式水泵水轮机；水头/扬程为150m~50m时，宜选择混流式水泵水轮机或斜流式水泵水轮机；水头/扬程低于50m 时，宜根据实际情况，通过技术经济比较选择婚流式水泵水轮机、谢流式水泵水轮机、轴流式水泵水轮机或贯流式水泵水轮机。

2．抽水蓄能电站装机容量确定后，选择单机容量和机组台数时主要考虑以下因素：（1）电力系统对抽水蓄能电站机组运行方式、事故备用和机组大修的要求，以及单机容量占电网工作容量的比重；（2）上、下水库的调节特性，水头、扬程、流量特性与运行方式；（3）枢纽布置条件；（4）交通运输条件；（5）机组泥沙特性；（6）机组设备制造能力和技术水平；（7）其他特殊技术要求。

应在分析研究上述因素的基础上，拟定不同的单机容量方案，经技术经济比较选定。

机组台数不宜少于两台。

第二节水泵水轮机选择原则1．水轮机工况额定水头选择，应根据电站的水头变化特性，机组运转特性，拟定不同比较方案，通过技术经济比较后确定。

选择种，应重点研究额定水头降低对机组稳定运行，以及电站的预想出力降低对系统电力平衡的影响。

在确定额定水头时，应研究水头/扬程变幅、机组运行稳定性和效率等因素；当额定水头接近最小水头时，应论证其技术经济合理性。

2．水泵水轮机比转速和额定转速选择的原则如下：（1）比转速应以水泵工况为基础，综合考虑水头/扬程、空化特性、水质条件、综合加权平均效率、运行稳定性和制造水平等技术条件，合理选择。

（2）对于过机泥沙量大和建在高海拔地区的电站，应选用较低水平的比转速。

（3）应对大容量、高水头/扬程水泵水轮机的运行稳定性（包括振动、摆度、压力脉动、空载不稳定S区等）进行充分的论证研究。

此外，当所选比转速超过水头和容量相当的并已成功投运的水泵水轮机的比转速时，应专题研究。

（4）水泵水轮机额定转速应选用发电机同步转速。

当水轮机有两种及以上同步转速可供选择时，应通过技术经济比较后选定。

对于水头变幅大的水泵水轮机，应研究论证采用分档变速或连续调速技术的必要性和合理性。

3．吸出高度的选择应按水轮机空化特性和厂房在经济合理条件下所能达到的要求确定，并留有一定的裕度。

特别是大容量、高水头/扬程水泵水轮机，要求在机组的整个运行范围内不发生空蚀。

水轮机安装高程应根据水轮机和水泵各种工况下必要的吸出高度及相对应的下游尾水位，经技术经济比较合理选定。

4．在满足安全可靠运行的条件下，应重视提高综合加权平均效率，注意发电和抽水的容量、水量平衡。

5．机组结构合理，便于安装维修，各部件应有足够的刚度和强度，确保安全稳定运行。

6．确定转轮拆卸方式时，应考虑厂房布置、制造厂家经验、机组运行与检修等因素。

转轮拆卸有上拆、中拆、下拆三种方式，一般宜选择上拆或中拆方式。

第三节主要性能参数的选择1．在可行性研究阶段和没有制造厂的模型曲线时，可根据统计曲线和估算公式或参考已建成抽水蓄能电站机组资料，初步选择水泵水轮机转轮直径、转速和吸出高度等主要参数。

有模型试验曲线时，可按相似公式计算和选择主要参数。

2．效率修正公式可参考IEC60193标准执行。

第四节进水阀的选择1．对于中、高水头/扬程的水泵水轮机，在每台机蜗壳前应装设进水阀，最大水头/杨程低于250m时宜选蝴蝶阀；最大水头/杨程高于250m时宜选球阀。

如仅装设筒形阀和其他设备，应专题论证。

2．进水阀在最不利情况下和在最大流量下都应能动水关闭，其关闭时间不超过机组在最大飞逸转速下持续运行的允许时间。

3．进水阀可采用油压或水压操作。

采用油压操作时宜设单独的操作油源。

采用水压操作的进水阀，其液压控制系统中控制阀的操作水源应可靠。

操作压力一般为4MPa~7 MPa。

进水阀应设工作密封和检修密封，密封可用水或其他方式操作。

密封的投入和退出不仅应与进水阀的开启和关闭相闭锁，而且还应与尾水事故门相闭锁，以保证电站的安全。

4．伸缩节宜装在进水阀的下游侧，进水阀基础不承受轴向水推力，轴向水推力由压力钢管承受，在压力钢管上宜设置止推环等措施。

第五节调速系统的选择1．每台机组应设一套包括调速器、油压装置及其附属部件组成的调速系统。

调速系统应具有良好的稳定性和调节品质，并满足水轮机和水泵各种运行工况下稳定运行和电力系统对频率调节与功率调节的要求。

如抽水蓄能电站有黑启动的要求，调速系统应能满足黑启动对频率等的要求。

2．水泵水轮机宜优先选用全数字微机调速器。

操作油压一般为4MPa~7 MPa 。

调速系统应选配电气反馈机构。

3．调速器的机械柜和电气柜可分开布置，也可合在一起，视具体条件而定。

调速器机械柜内的明管和各种连接杆件应尽量少。

电液转换器应具有很强的抗油污能力。

如采用分段装置，其动作必须准确、安全可靠。

第六节调节保证计算1．在可行性研究阶段，可采用类似的水泵水轮机四象限曲线，进行甩负荷和水泵断电等过渡过程计算机仿真计算。

对于高水头/杨程、大容量的抽水蓄能电站，不要时可用两个及以上的不同计算程序和模型曲线进行调节保证参数的计算机仿真。

2．获得最终模型试验曲线和水道系统尺寸等资料后，应重新进行甩负荷和水泵断电等各种过渡过程的计算机仿真计算，优选导叶关闭规律和调节系统参数，必要时应对调节系统的稳定性进行分析和计算。

3．计算机仿真计算除应按DL/T5058有关规定执行外，还应重点复核最不利运行工况。

例如：（1）对几台机组共用一个调压室的布置，应按最不利的上、下游水位和调压室的波动水位进行复核；（2）对于一管（洞）多机的电站，应计算多台机组同时或接连相继甩负荷或水泵断电时最不利的组合工况，及检查一台或几台机组甩负荷或水泵断电对正在运行机组的影响。

必要时，还宜计算在调试时进行的甩负荷和水泵断电等工况，供调试参考用。

4．机组允许最大转速升高率基本上与常规机组同，详见DL/T5186中的规定。

但对于大容量、高水头/杨程水泵水轮机，允许最大转速升高率βmax不宜超过45%。

5．水泵水轮机甩负荷和水泵断电时的最大压力升高率，按以下不同情况考虑：额定水头小于300m时，按DL/T5186中的规定执行；额定水头大于300m 时，宜小于30%，并应进行技术经济比较。

计算最大压力升高率ξ时，可取上库水位与蜗壳进口中心的高程差作为基准值。

最大设计内水压力值，应在计算值的基础上考虑压力脉动等因素，宜留有适当裕度。

第七节技术供、排水系统和消防系统设计1．抽水蓄能电站一般埋深大，与水道系统连接的供排水系统除应考虑下游最高尾水位的静水压力，还应考虑机组过渡过程的压力上升，特别是各冷却器、阀门和管道等的设计压力与试验压力，均应考虑系统可能出现的最大压力。

2．抽水蓄能电站应优先采用水泵供水，水头满足自流供水条件时，也可采用自流供水。

如在同一水道上取水喝排水，取水口应远离排水口，以防热短路。

对于有调相任务的抽水蓄能电站，调相时不宜将从本机组尾水取的冷水排向本机组的尾水，以防水温升高，无法长时间调相运行。

取水口不应布置在尾水道顶部或上方，应布置在尾水道侧下方，以防浮物与进气。

取水口还应该远离尾水管锥管，以防压水时进气。

3．高水头抽水蓄能电站一般不采用减压供水方式，但水泵水轮机主轴密封供水，可采用蛇形管等减压措施从压力钢管取水，管路和滤水器等必须坚固可靠；也可采用水泵从尾水取水等其他方式，但应考虑水泵失电荷黑启动情况下主轴密封供水措施。

4．采用水泵供水的大型抽水蓄能电站，每台机组宜设2台水泵单元供水，一台工作，一台备用。

各单元供水之间宜采用总管相连。

水泵流量和扬程应满足机组及各用水设备的要求。

对于用水量少和断续用水的设备如变压器空载冷却、变频器冷却等可另设单独的水泵供水。

5．地下厂房的渗漏排水与检修排水应严格分开，两系统都必须安全可靠，确保厂房安全。

在条件允许的情况下，集水井的容积宜留有裕度。

集水井和排水廊道的水可用水泵排到下游调压井、下游水库或其他地方；有条件时，宜采用自流排水方式。