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1、精选优质文档-倾情为你奉上水电站大作业水轮机选择设计2012级水电三班 易斯07一基本资料和要求1.某坝后式电站，总装机容重为120MW，初拟装四台机组，电站最大水头Hmax=140m，最小水头Hmin=100m，加权平均水头Hav=116m，计算水头Hr110m，下游水位-流量曲线如下表所列：流量Q（m3/s）0102030405060水位Z（m）450450.9451.8452.6453.3453.8453.2流量Q（m3/s）708090100110120水位Z（m）454.4454.8455.0455.2455.3455.42水轮机选型计算和蜗壳绘制资料，水轮机的系列型谱（包括轮系的水
2、头适用范围、最优工况和限制工况下的单位转速、单位流量和模型汽蚀系数），有关轮系的模型特性曲线。3.要求：（l）确定水轮机类型及装置方式；（2）确定水轮机转轮直径D1及转速n，校核水轮机的工作范围和计算水头下的额定出力；（3）计算设计水头下，机组发出额定出力时的允许吸出高Hs，并算出此时水轮机的安装高程。此工况是否是气蚀最危险工况？为什么？ （4）采用圆形断面的金属蜗壳，最大包角max345，导水叶高度b0=0.224D1。请计算蜗壳及尾水管轮廓尺寸。并用CAD绘出蜗壳、尾水管单线图。（5）将模型综合特性曲线转换成原型运转综合特性曲线。二水轮机类型的比选与确定2.1水轮机型号选择根据该水轮机的水
3、头变化范围为100140m，水头较高，在水轮机系列型谱上可查出合适的机型有A253-46与A502-35两种 ，均为混流式，立轴布置。现将这两种水轮机作为初选方案，分别求出其有关参数并进行分析比较。2.2 A253-46水轮机方案的主要参数选择2.2.1转轮直径D1的计算查水轮机型谱资料可得A253-46水轮机在限制工况下的单位流量为0.805m3/s，M=0.886；Nr为水轮机的额定出力=Ngr/gr=120/（4*0.96）=31.25MW；Hr为水轮机的设计水头=110m；=M+,需经过试算来确定。Excel试算表（1）如下：表（1）由此算可以算得D1=1.952m，为使水轮机有一定的
4、富裕容量，通常选用较计算值稍大的标称直径。根据标准尺寸系列可取D1=2m。2.2.2转轮转速n的计算为了使水轮机在加权平均水头获得最高效率，故取H=Hav=116m；A253-46水轮机在最优工况下单位转速=63r/min，初步假定=63r/min，且D1=2m。由此可以算得n=339.3 r/min，为使机组有较小的尺寸和重量，选用与之相近标准同步转速333.3 r/min，此时磁极对数p=9。2.2.3效率及单位参数修正A253-46型水轮机在最优工况下的模型最高效率为，模型转轮直径为D1M=0.46m，原型效率，效率修正值为。考虑到模型与原型水轮机在制造工艺质量上的差异，常在已求得的值中
5、再减去一个修正值。现在取=0.006，则可得到效率修正值为=0.014，由此可得原型水轮机在最优工况和限制工况下的效率为。具体计算如下表2： (表2)单位转速的修正值按下式计算：3%，按规定单位转速可不加修正，同时，单位流量也可以不加修正。由上可见， 是正确的，所以上述计算及选用的结果D1=2.0m、n=333.3r/min也是正确的。2.2.4工作范围的检验在选定D1=2.0m、n=333.3r/min后，水轮机的及各特征水头相对应的即可计算出来。水轮机在Hr、Nr下工作时，其，故则水轮机的最大引用流量为=0.767*22*110=32.177m3/s与特征水头Hmax、Hmin、和Hr相对
6、应的单位转速为n1min=nD1Hmax=333.32140=56.34r/minn1max=nD1Hmin=333.32100=66.66r/minn1r=nD1Hr=333.32110=63.56r/min在A253-46型水轮机模型综合特性曲线图上分别绘出、n1min=56.34r/min， n1max=66.66r/min的直线，如图（1）所示。由图可见，有这三根直线所围成的水轮机工作范围（图中阴影部分）基本上包含了该特性曲线的高效率区。所以对于A253-46型水轮机方案，所选定的参数D1=2.0m、n=333.3r/min是合理的。图（1）2.2.5吸出高程Hs及安装高程Zs的计算（
7、1）吸出高程Hs的计算由水轮机的设计工况参数，在图（1）上可查得相应的气蚀系数约为=0.048，并查得Hr=110m对应的气蚀系数的修正值约为=0.016 是水轮机安装位置的海拔高程，取为下游平均水位的海拔高程，由此可得水轮机的吸出高度Hs=2.456（m）；可见，转轮中压力最低点在下游水面2.456m以上， A253-46型水轮机方案的吸出高度满足电站要求。（2）安装高程按照公式 计算；为设计尾水位。设计流量=32.177m3/s，查下游水位-流量曲线表并插值计算=452.6+（32.177-30）*=452.8m，对于混流式水轮机，导叶相对高度，所以bo=0.224D1=0.448m，于是
8、求得Zs=452.8+0.448+2.456=455.704m。由模型综合特性曲线知，图上还有更高的气蚀工况及限制工况下对应的，比设计工况时的气蚀系数0.048大，因此该工况不是气蚀最危险工况。2.3 A502-35水轮机方案的主要参数选择2.3.1转轮直径D1的计算查水轮机型谱资料可得A502-35水轮机在限制工况下的单位流量为0.872m3/s，M=0.87；Nr为水轮机的额定出力=Ngr/gr=120/（4*0.96）=31.25MW；Hr为水轮机的设计水头=110m；=M+,需经过试算来确定。Excel试算表（2）如下：表（3）由此算可以算得D1=1.884m，为使水轮机有一定的富裕容
9、量，通常选用较计算值稍大的标称直径。根据标准尺寸系列可取D1=2m。2.3.2转轮转速n的计算为了使水轮机在加权平均水头获得最高效率，故取H=Hav=116m； A502-35水轮机在最优工况下单位转速=62r/min，初步假定=62r/min，且D1=2m。由此可以算得n=333.88 r/min，为使机组有较小的尺寸和重量，选用与之相近标准同步转速333.3 r/min，此时磁极对数p=9。2.3.3效率及单位参数修正A502-35型水轮机在最优工况下的模型最高效率为，模型转轮直径为D1M=0.35 m，原型效率，效率修正值为。考虑到模型与原型水轮机在制造工艺质量上的差异，常在已求得的值中
10、再减去一个修正值。现在取=0.014，则可得到效率修正值为=0.006，由此可得原型水轮机在最优工况和限制工况下的效率为。具体计算如下表2： (表4)单位转速的修正值按下式计算：，按规定单位转速可不加修正，同时，单位流量也可以不加修正。由上可见，是正确的，所以上述计算及选用的结果D1=2.0m、n=333.3r/min也是正确的。2.3.4工作范围的检验在选定D1=2.0m、n=333.3r/min后，水轮机的及各特征水头相对应的即可计算出来。水轮机在Hr、Nr下工作时，其，故0.774 m3/s0.872m3/s则水轮机的最大引用流量为= =0.774*22*110=32.47m3/s与特征
11、水头Hmax、Hmin、和Hr相对应的单位转速为n1min=nD1Hmax=333.32140=56.34r/minn1max=nD1Hmin=333.32100=66.66r/minn1r=nD1Hr=333.32110=63.56r/min在A502-35型水轮机模型综合特性曲线图上分别绘出774 L/s、n1min=56.34r/min， n1max=66.66r/min的直线，如图（2）所示。由图可见，有这三根直线所围成的水轮机工作范围（图中阴影部分）基本上包含了该特性曲线的高效率区。所以对于A502-35型水轮机方案，所选定的参数D1=2.0m、n=333.3r/min是合理的。图（
12、2）2.3.5吸出高程Hs及安装高程Zs的计算（1）吸出高程Hs的计算由水轮机的设计工况参数，774 L/s，在图（2）上可查得相应的气蚀系数约为=0.077，并查得Hr=110m对应的气蚀系数的修正值约为=0.016 是水轮机安装位置的海拔高程，取为下游平均水位的海拔高程，由此可得水轮机的吸出高度Hs=-0.734（m）；可见，转轮中压力最低点在下游水面0.734m以下， A 502-35型水轮机方案的吸出高度满足电站要求。（2）安装高程按照公式 计算；为设计尾水位。设计流量=32.47 m3/s，查下游水位-流量曲线表并插值计算=（32.47-30）*=452.77m，对于混流式水轮机，导
13、叶相对高度，所以bo=0.224D1=0.448m，于是求得Zs=452.77+0.448-0.734=452.484m。由模型综合特性曲线知，图上还有更高的气蚀工况及限制工况下对应的，比设计工况时的气蚀系数0.077大，因此该工况不是气蚀最危险工况。2.5两种水轮机型号比较 表（5）水轮机方案参数对照表序号项目A253-46A502-351模型转轮参数推荐使用水头范围（m)1401402最优单位转速n10(r/min)63623最优单位流量Q10(L/s)6556454最高效率Mmax(%)9292.75气蚀系数0.0470.0776原型水轮机参数工作水头范围（m）100-140100-14
14、07转轮直径D1(m)2.0 2.0 8转速n(r/min)333.3333.39最高效率max(%)93.494.910额定出力Nr(kw)312503125011最大应用流量Qmax(m3/s)32.17732.4712吸出高Hs(m)2.456-0.734由表（5）可知，两种机型方案的水轮机直径D1相同，均为2.0m，转速也相同，均为333.3r/min。但A253-46型水轮机方案的工作范围包含了较多的高效率区域，运行效率较高，气蚀系数较小，安装高程较高，有利于提高年发电量和减小电站厂房的开挖工程量；根据以上分析，在制造供货方面没有问题时，初步选择A253-46型水轮机方案较为有利。三蜗壳及尾水管设计3.1蜗壳的设计3.1.1蜗壳的型式及其主要参数选择由于工作水头均大于40m，故采用金属蜗壳，断面形状为圆形断面，以改善其受力条件，最大包角max345，导水叶高度b0=0.224D1=0.448m，蜗壳进水断面的平均流速Vc值根据水轮机设计水头Hr=110m由经验曲线查取上限值为9.6m/s。3.1.2蜗壳的水力计算已知条件：水轮机的设计
