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1、水轮机课程设计（共20页）-本页仅作为预览文档封面，使用时请删除本页-目录第一章 基本资料1第二章 机组台数与单机容量的选择2第三章 水轮机主要参数的选择与计算5第四章 水轮机运转特性曲线的绘制10第五章 蜗壳设计13第六章 尾水管设计17第七章 心得体会20参考文献20第一章 基本资料基本设计资料黄河B水电站是紧接L水电站尾水的黄河上游的一个梯级水电站。水库正常蓄水位2452 m,电站 总装机容量4200 MW,额定水头205 m。经水能分析,该电站有关动能指标如表1所示表1动能指标水库调节性能日调节最大工作水头220m加权平均水头m最小工作水头平均尾水位发电机效率97%第二章 机组台数与单
2、机容量的选择水电站的装机容量等于机组台数和单机容量的乘积。根据已确定的装机容量，就可以拟定可能的 机组台数方案，选择机组台数与单机容量时应遵循如下原则：机组台数与工程建设费用的关系在水电站的装机容量基本已经定下来的情况下，机组台数增多，单机容量减小。通常小机组单位 千瓦耗材多、造价高，相应的主阀、调速器、附属设备及电气设备的套数增加，投资亦增加，整体设 备费用高。另外，机组台数多，厂房所占的平面尺寸也会增大。一般情况下，台数多对成本和投资不 利。因此，较少的机组台数有利于降低工程建设费用机组台数与设备制造、运输、安装以及枢纽安装布置的关系 单机容量大，可能会在制造、安装和运输方面增加一定的难度
3、。然而，有些大型或特大型水电 站，由于受枢纽平面尺寸的限制，总希望单机容量制造得大些。机组台数对水电站运行效率的影响水轮机在额定出力或者接近额定出力时，运行效率较高。机组台数不同，水电站平均效率也不 同。机组台数较少，平均效率越低。机组台数多，可以灵活改变机组运行方式，调整机组负荷，避开 低效率区运行，以是电站保持较高的平均效率。但机组台数多到一定程度，再增加台数对水电站运行 效率增加的效果就不显著。当水电站在电力系统中担任基荷工作时，引用流量较固定，选择机组台数 较少，可使水轮机在较长时间内以最大工况运行，使水电站保持较高的平均效率。当水电站担任系统 尖峰负荷并且程度调频任务时，由于负荷经常
4、变动，而且幅度较大，为使每台机组都可以在高效率区 工作，则需要更多的机组台数。另外，机组类型不同，高效率范围大小也不同，台数对电厂平均效率的影响就不同。对于高效率 工作区较窄的，机组台数应适当多一些。轴流转浆式水轮机，由于单机的效率曲线平缓且高效区宽， 台数多少对电厂的平均效率影响不明显；而混流式、轴流定浆式水轮机其效率曲线较陡，当出力变化 时，效率变化较剧烈，适当增加台数可明显改善电厂运行的平均效率。机组台数与水电站运行维护的关系机组台数多，单机容量小，水电站运行方式较灵活机动，机组发生事故停机产生的影响小，单机 轮换检修易于安排，难度也小。但台数多，机组开、停机操作频繁，操作运行次数随之增
5、多，发生事 故的几率也随之增高，对全厂检修很麻烦。同时，管理人员多，维护耗材多，运行费用也相应提高。 故不能用过多的机组台数。机组台数与其他因素的关系机组台数与电网的关系对于区域电网的单机：装机容量较小才15%系统最大负荷(不为主导电站)；装机容量较大才10%系统容量(系统事故备用容量)，因而，单机容量与台数选取不受限制。 机组台数与保证出力的关系根据设计规范要求，机组单机容量应以水轮机单机运行时其出力在机组的稳定运行区域范围内确 定为原则。不同型式的水轮机的稳定运行负荷区域如表1。表 2不同型式的水轮机的稳定运行负荷区域型式稳定运彳丁负荷区域(%)型式稳定运彳丁负荷区域(%)混流式40100
6、冲击式25100轴流定浆式70100轴流转浆式30100贯流转浆式25100机组台数与电气主接线的关系对采用扩大单元的电气主接线方式，机组台数为偶数为利。但由于大型机组主变压器受容量限 制，采用单元接线方式，机组台数的奇、偶数就无所谓了。上述各种因素互相影响，遵循上述原则，并且该水电站装机容量为20万kW,由于万kWV20万kW V25万kW，该水电站为中型水电站，并担任系统调峰、调相及少量的事故备用容量，同时兼向周边地 区供电。综上所述，确定机组台数选择的原则：对大中型水电站，一般选择610台；保证在水头低于额 定水头时，机组受阻容量尽量小；在可能的情况下尽量选用单机容量较大的水轮机，以降低
7、设备造 价。第三章 水轮机主要参数的选择与计算根据水头的变化：最小工作水头到最大工作水头220m。同时：n = 2002-20 =- 20 = 119.7r/minH205在水轮机系列型谱表查出合适的机型中选取HL120(7 X 600MW),HL110(10X 420MW)和HL160(7 X600MW )三种类型水轮机。现将这三种水轮机作为初选方案，分别求出其有关参数，并进行比较分析。计算水轮机基本参数方案一 HL160(7X600MW)计算转轮直径D1水轮机额定功率P 600000P = g = 618557kWr 耳 0.97g去最优单位转速n = 67.5r/min与功率限制线交点的
8、单位流量为额定工况的单位流量，则110Q = 0.68m3 / s对应的模型效率耳=0.895。去效率修正值Ay二3%，则额定工况原型水轮机效率 11r M耳=n +An = 0.895 + 0.03 = 0.915。水轮机转轮直径d为P M 1n I PI6185575 88D =r = 5.88mi9.81Q H3/石9.81x 0.68 x 2053/2 x 0.915111r r按我国规定的转轮直径系列，且转轮直径取小了不能保证在额定水头下发出额定功率，取大了不经济且无必要。根据单机功率和转轮直径，该水轮机属大型机组，故取D =6m。1计算水轮机效率耳已知： D =0.46m；y=0.
9、911MM 0n = 1 - (1 -nD1M = 1 - (1 - 0.91 人：046 = 0.946P 0M 0 5 D6y 1PAn =n -n=0.946-0.91=0.036P0 M 0额定工况原型水轮机的效率为n =n + An = 0.895+0.036 = 0.931M水轮机转速的计算与选择n ,H67.5 xy 210.5n = L10w 163.2r /minD61式中n n + An11011M11H 二-p -1 二：0946 -1 二 0.020 P 1 11 rr符合要求计算水轮机额定流量HsQ = Q D2 H = 0.68 x 62 x、205 = 350.5
10、m3/sr11r1r计算最大允许吸出高度Hs在额定工况下，模型水轮机的空化系数&= 0.065。根据几个装有HL160转轮的电站调查，认为MHL160转轮的电站空化系数b应大于为好，故空蚀安全系数取K二。PE=E2241.5H = 10K H = 10-1.6 x 0.065 x 205 = -13.8ms 900 M r 900实际的水轮机额定水头 因不同的D1xn与水能预算Hr有差异618557)2/3、9.81 x 62 x 0.68 x 0.931 丿=197.1m/ P)2/319.81D2Q 耳丿1 11计算水轮机实际额定流量QrQ = Q D2 ；H = 0.68 x 62 x
11、197.1 = 343.7m3 / s r11r1r式中Hr采用上述(五)中的计算结果。计算飞逸转速noR由HL160模型水轮机飞逸特性曲线查得，在最大导叶开度下单位飞逸转速n = 117r/min，故水轮机的飞逸转速为11R=n11RD1=127x2206= 314r / min计算轴向水推力Ft根据表4,HL160的转轮轴向水推力系数K = 0.20 0.26，转轮直径较小、止漏环间隙较大时取大t值。本电站转轮直径较大，但水中有一定含沙量，止漏环间隙应适当大一些，故取K = 0.203。水轮 t机转轮轴向水推力为表4混流式水轮机的轴向水推力系数表转轮型号HL310HL240HL230HL2
12、20HL200HL180HL160HL120HL110HL100K兀兀F 二 9810KD2H二 9810 x 0.2030.68 x x 62 x 220 二 1.2487 x 107 Nt t 4 1 max 4同理，方案二和方案三的数据也可通过同样的方法和过程查资料计算得出，三种方案所得数据如表5所示：表5 三种方案数据表格HL160(7X600MW)HL120(7X600MW)HL110(10X420MW)比转速 n (r/mi n)s160120110额定功率P (kw)r618557618557432990模型最优单位比转速n110(r/m in)模型额定工况单位流量Q11r(m3 /s)转轮直径D (m)1687水轮机效率耳转速 n (r/m in)出力P (N)6.56 x 1056.47 x 1054.94 x 105额定流量Q(m3/s)r吸出高度H (m)s单位飞逸转速n(r/mi n)11R127
