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1、- 1 -水轮机课程设计一、课程设计的目的和任务目的： 水轮机的课程设计是课程教学中一个必不可少的环节。通过水轮机课本章节的相关理论知识的学习后，再通过课程设计的环节以达到巩固和加强理论知识的目的，进一步培养学生独立思考、严谨工作的能力；此外，通过课程设计更进一步掌握造型、设计、参数等程序内容，提高了学生查阅资料和动手实践的能力。任务： 通过所给的原始资料，进行水轮机选型设计，包括：1、选择机组台数，水轮机型号及装置方式2、确定转轮直径、同步转速3、运转综合特性曲线的计算和绘制4、计算水轮机最大吸出高度和安装高程二、水轮机的原始材资料电站形式： 坝后式水电站。总装机容量： 650 MW机组台数
2、： 5 台。电站水头：Hmax= 93.3 m Hav=81.5 m Hr=70 m Hmin=62 m水电站最低尾水位： =29.4 m电网最大负荷： 2105 MW电站在系统中的作用： 调峰作用本电站交通便利- 2 -三、水轮机的简介水轮机是一种将河流中蕴藏的水能转换成旋转机械能的原动机，当水流流过水轮机时，通过主轴带动发电机，将旋转机械能转换成电能。与发电机连接成的整体称为水轮发电机组，它是水电站的主要设备部分。水电站是借助水工建筑物和机电设备设备将水能转换成为电能的企业，在未来，水能资源的开发和利用将成为资源开发利用的主导能源，所以，水轮机的设计开发对我国水能资源的开发起到很大的推进作
3、用。水轮机大致分为两大类：反击式水轮机和冲击式水轮机。反击式水轮机。 转轮利用水流的压力能和动能做工的水轮机称为反击式水轮机。其特征是：压力水流充满水轮机的整个流道，水流流经转轮叶片时，受叶片的作用面改变压力、流速的大小和方向，同时水流在转轮叶片正反面产生压力差，对转轮产生反作用力，形成旋转力矩使转轮旋转。主要包括混流式、轴流式、斜流式和贯流式四种类型水轮机。冲击式水轮机。 转轮只利用水流动能作功的水轮机称为冲击式水轮机。其特征是：有压水流先经过喷嘴形成高速自由射流，将压能转换成动能，并冲击转轮旋转。水流只冲击部分转轮，水流是不充满水轮机的整个流道的，转轮只是部分进水，转轮在大气压的作用下工作
4、。所以叶片一般做成斗叶状。主要包括水斗式（切击式） 、斜击式和双击式。水轮机主要类型归纳如下：- 3 -）双击式（）斜击式（）水斗式（切击式）（ 冲击式贯流转桨式贯流式斜流式轴流调桨式轴流定桨式轴流转桨式 轴流式）混流式（反击式水轮机SJXJCJGLXLZLHL)()()(四、水轮机的设计步骤（1)机组参数的选择根据资料数据要求，此水电站的总的装机容量为 650 MW，根据目前水电站的发展状况及未来趋势综合起来，周全考虑并选择机组的台数为 5 台，其每台的装机容量为 130 MW ,这样有利于更好地提高水轮机的效率，并且有利于水资源开发的经济经济性！(2）水轮机型号的选择根据设计要求的原始材料
5、及水电站的特征水头：Hmax=93.3m Hav=81.5m Hr=70m Hmin=62m ，得到有效水头为6281.5m，根据水轮机机型谱，选择 HL220（5085m 工作水头）最符合该水电站的实际情况！(3）水轮机主要参数的选择1、转轮直径 D1的选择：D1=5 . 111Q81. 9/HPP 为水轮机的额定功率- 4 -Q11 为单位流量为水轮机效率水轮机额定功率的计算： 1ggPP 为发电机的额定效率g 为发电机的效率（预设范围 0.960.98，此设 0.98）Pg 为单台发电机的出力则： P=130 MW / 0.98 = 132.653 MW水轮机的效率： 2m（取 0.02
6、-0.03，推荐最大单位流量或者 5%处理限制线）根据混流式水轮机转轮特性，得=0.96流量： 3O11=1.15 m3/s根据水轮机型谱选择机型 HL220 型水轮机。设计水头 Hr 4Hr = 70 m转轮直径 D11 5D1= 4.57 (m)5 . 111Q81. 9/HP- 5 -根据水轮机转轮直径系列表查得，水轮机的转轮标准直径为 5m。 （见下表）水轮机转轮标准直径系列：（单位：mm ）1001201401601802002252502753003303804104505005506006507002、水轮机额定转速的确定1110 DHnnr=70*570 =70*8.37/5
7、=117.18 r/min根据水轮机转轮标准转速系列表得该水轮机转速取 125 r/min(见下表)水轮机转轮标准转速系列 （单位： r/min）187.5166.7150136.412510710093.883.37568.257.753503、水轮机的吸出高度设计水头下的吸出高度为 Hs 1查阅 HL220 型水轮机的综合特性曲线与设计水头出力限制线的交点=89%- 6 -Q11= 1.04 m2/s5 . 1max2 181. 9HDP把 Q11=1.04 m2/s 代入 HL220 的综合特征曲线得 =0.122吸出高度 Hs =10-K0 Hmax 900最大水头下的吸出高度（Hma
8、x= 93.3 m） 2查阅 HL220 的综合特征曲线，最大水头与出力限制线的交点=87%Q11 =P/9.81D25.1 maxH=0.690 m3/s把 Q11 =0.690 m3/s 代入 HL220 的综合曲线得=0.089,则 = + =0.091则吸出高度Hs=10-29.4/900-1.15*0.091*93.3=0.207 ( m )综合机组的吸出高度取 0.146m 1 24、机组安装高度的确定混流式水轮机的安装高程：20bHSw由混流式水轮机系列型谱知 HL220 导叶的相对高度为 0.25又知 D1=5 m b0=0.25*5=1.25则水轮机的安装高程为Hs= 29.
9、4+0.146+1.25/2- 7 -=30.171 (m)五、水轮机运行综合特性曲线的绘制混流式水轮机运转综合特性曲线计算表等效率曲线计算表等效率曲线计算表HminHrHHavHmax n11m=nD1/minH n11P=9.81D1Hmin 1.5 Q11n11m=nD1/n11P =9.81D1Hr 1.5 Q11n11m=nD1/n11HP =9.81D1H 1.5 Q11n11m=nD1/nHav11P =9.81D1Hav 1.5 Q11n11m=nD1/maxH n11P =9.81D1Hmax 1.5 Q11m mQ11pm mQ11pm mQ11pm mQ11pm mQ11
10、p7 4 %0. 58 87 6 %53. 50 47 4 %0. 54 07 6 %58. 94 77 4 %0. 52 27 6 %65. 35 67 4 %0. 52 37 6 %71. 72 37 4 %0. 53 27 6 %89. 36 37 8 %0. 62 58 0 %59. 86 47 8 %0. 58 28 0 %66. 87 67 8 %0. 57 58 0 %75. 78 07 8 %0. 57 78 0 %83. 29 37 8 %0. 60 58 0 %10 6.9 748 2 %0. 68 88 4 %69. 19 38 2 %0. 63 88 4 %76. 97
11、 68 2 %0. 63 08 4 %87. 18 08 2 %0. 63 38 4 %95. 94 68 2 %0. 66 78 4 %12 3.8 338 6 %0. 75 88 8 %79. 86 38 6 %0. 75 18 8 %94. 92 58 6 %0. 73 38 8 %10 6.3 658 6 %0. 73 28 8 %11 6.2 358 6 %0. 75 08 8 %14 5.8 739 01. 069 211 6.79 00. 959 212 5.59 00. 869 213 1.19 00. 859 214 2.29 00. 869 217 6.2- 8 -%59%
12、0%36%5%00%7%7%7%949 0 %1. 069 2 %11 6.7 599 0 %1. 11 59 2 %14 7.3 409 0 %1. 10 79 2 %16 7.7 799 0 %1. 10 79 2 %18 3.7 729 0 %1. 03 39 2 %21 0.0 498 6 %1. 21 68 8 %12 8.1 188 6 %1. 21 58 8 %15 3.5 738 6 %1. 21 58 8 %17 6.1 418 6 %1. 21 58 8 %19 2.9 328 6 %1. 20 08 8 %23 3.3 978 2 %1. 27 58 4 %12 8.2
13、298 2 %1. 29 18 4 %15 5.7 628 2 %1. 29 98 4 %17 9.7 598 2 %1. 30 08 4 %19 7.0 468 2 %1. 30 08 4 %24 1.3 547 8 %1. 30 98 0 %12 5.3 797 8 %1. 34 18 0 %15 4.0 907 8 %1. 35 88 0 %17 8.9 757 8 %1. 36 08 0 %19 6.3 247 8 %1. 36 78 0 %24 1.7 077 4 %1. 35 17 6 %12 2.9 327 4 %1. 37 07 6 %14 9.5 527 4 %1. 37 8
14、7 6 %17 2.3 07 4 %1. 38 07 6 %18 9.2 517 4 %1. 40 07 6 %23 5.1 65等吸出高度线计算表等吸出高度线计算表HminHrHHavHmax n11m=nD1/minH n11n11m=nD1/n11n11m=nD1/n11Hn11m=nD1/nHav11n11m=nD1/maxH n11Q11p HsQ11p HsQ11p HsQ11p HsQ11p Hs0. 100. 76 98 12. 30. 100. 80 01 0 40. 710. 100. 82 51 2 30.7 630. 100. 82 61 3 91. 40. 100.
15、74 91 4 71. 910. 110. 86 09 61. 650. 110. 92 01 2 1- 0. 040. 110. 94 81 4 5- 0.0 040. 110. 94 91 6 20. 710. 110. 95 71 8 81. 260. 120. 961 11. 030. 121. 011 3- 0.0. 121. 041 5- 0.70. 121. 041 70. 020. 121. 041 90. 6- 9 -12038637170820. 131. 07 31 2 20. 410. 131. 12 21 4 8- 2. 20. 131. 12 41 6 8- 1.5 380. 131. 12 41 8 4- 1. 320. 131. 10 81 9 4- 0. 040. 141. 13 81 2 6- 0. 210. 141. 19 01 5 3- 2. 30. 141. 19 31 7 4- 2.3 050. 141. 19 21 9 3- 1. 370. 141. 16 01 9 5- 0. 70 .1 51.
