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： 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： 2×105 MW电站在系统中的作用： 调峰作用 本电站交通便利三、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：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62～81.5m，根据水轮机机型谱，选择HL220（50～85m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=P 为水轮机的额定功率Q11 为单位流量 为水轮机效率水轮机额定功率的计算：P 为发电机的额定效率g 为发电机的效率（预设范围0.96—0.98，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：（取0.02--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：O11=1.15 m3/s根据水轮机型谱选择机型HL220型水轮机。
设计水头HrHr = 70 m转轮直径D11 D1== 4.57 (m)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=70*=70*8.37/5 =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%Q11== 1.04 m2/s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 最大水头下的吸出高度（Hmax= 93.3 m）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/9.81D2=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0.146m4、机组安装高度的确定混流式水轮机的安装高程：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= 29.4+0.146+1.25/2=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HminHrHHavHmaxn11m=nD1/﹣△n11P=9.81D1²Hmin 1.5 Q11ηn11m=nD1/﹣△n11P =9.81D1²Hr 1.5 Q11ηn11m=nD1/﹣△n11P =9.81D1²H 1.5 Q11ηn11m=nD1/﹣△n11P =9.81D1²Hav 1.5 Q11ηn11m=nD1/﹣△n11P =9.81D1²Hmax 1.5 Q11ηηmQ11ηpηmQ11ηpηmQ11ηpηmQ11ηpηmQ11ηp74%0.58876%53.50474%0.54076%58.94774%0.52276%65.35674%0.52376%71.72374%0.53276%89.36378%0.62580%59.86478%0.58280%66.87678%0.57580%75.78078%0.57780%83.29378%0.60580%106.97482%0.68884%69.19382%0.63884%76.97682%0.63084%87.18082%0.63384%95.94682%0.66784%123.83386%0.75888%79.86386%0.75188%94.92586%0.73388%106.36586%0.73288%116.23586%0.75088%145.87390%1.0692%116.75990%0.95092%125.53690%0.86592%131.10090%0.85792%142.2790%0.86792%176.29490%1.0692%116.75990%1.11592%147.34090%1.10792%167.77990%1.10792%183.77290%1.03392%210.04986%1.21688%128.11886%1.21588%153.57386%1.21588%176.14186%1.21588%192.93286%1.20088%233.39782%1.27584%128.22982%1.29184%155.76282%1.29984%179.75982%1.30084%197.04682%1.30084%241.35478%1.30980%125.37978%1.34180%154.09078%1.35880%178.97578%1.36080%196.32478%1.36780%241.70774%1.35176%122.93274%1.37076%149.55274%1.37876%172.3074%1.38076%189.25174%1.40076%235.165等吸出高度线计算表HminHrHHavHmaxn11m=nD1/﹣△n11n11m=nD1/﹣△n11n11m=nD1/﹣△n11n11m=nD1/﹣△n11n11m=nD1/﹣△n11σQ11pHsσQ11pHsσQ11pHsσQ11pHsσQ11pHs0.100.769812.30.100.8001040.710.100.8251230.7630.100.8261391.40.100.7491471.910.110.860961.650.110.920121-0.040.110.948145-0.0040.110.9491620.710.110.9571881.260.120.9611121.030.121.010133-0.80.121.046153-0.7710.121.0471700.020.121.0481920.60.131.0731220.410.131.122148-2.20.131.124168-1.5380.131.124184-1.320.131.108194-0.040.141.138126-0.210.141.190153-2.30.141.193。