摘 要 ............................................................ 2 1 水轮机选型设计 .................................................... 2 1.1已知参数 ......................................................... 2 1.2水轮机型号的选择 ................................................. 2 1.3 水轮机基本参数的计算............................................. 5 1.4检验水轮机的工作范围 ............................................. 6 1.5水轮机综合特性曲线绘制 ........................................... 7 1.5.1 等效率曲线的绘制............................................ 7 1.5.2出力线的绘制 ................................................ 9 1.5.3等吸出高度线的绘制 .......................................... 9 2蜗壳的选择计算 .................................... 错误！未定义书签。 2.1进口断面计算 .................................... 错误！未定义书签。 2.2采用直线绘制蜗壳其余各断面顶角连接线 ............ 错误！未定义书签。 2.3用图解法求出积分?
i
b
r r dr r
r b )
(值S 的变化规律
.......... 错误！未定义书签。 2.4绘制i ?=)(r f 曲线................................................. 13 2.5绘制蜗壳各节断面图与平面图 ...................................... 14 3尾水管水力计算 .................................................... 15 3.1尾水管的深度 .................................................... 15 3.2进口锥管的计算 .................................................. 15 3.3肘管型式 ........................................................ 15 3.4水平长度 ........................................................ 15 3.5出口扩散段 ...................................................... 15 4 总结与体会 ....................................................... 16 5附录 .............................................................. 17 参考文献 .. (19)
本次设计是在给出水电站原始资料的情况下，为电站进行水轮机选型设计，确定机型和装置形式；确定水轮机的功率、转轮直径、同步转速、吸出高度及安装高程，轴向水推力，飞逸转速等参数；绘制水轮机的运转综合特性曲线；确定蜗壳的型式及尺寸，绘制蜗壳单线图；确定尾水管的型式及尺寸，绘制尾水管单线图；。从最大水头考虑，然后从机组的运行稳定性和经济性（电站开挖量）分析，最终确定出水轮机型号为ZZ560，机组台数为4台。在此基础上，完成蜗壳及尾水管的水力设计及单线图的绘制、水轮机的运转综合特性曲线的绘制。 关键词：水轮机；选型设计；运转综合特性曲线；单线图
1 水轮机选型设计
水轮机选型是水电站设计中的一项重要任务。水轮机的型式与参数的选择是否合理，对于水电站的动能经济指标及运行稳定性、可靠性都有重要的影响。
水轮机选型过程中，一般是根据水电站的开发方式、动能参数、水工建筑物的布置等，并考虑国内外已经生产的水轮机的参数及制造厂的生产水平，拟选若干个方案进行技术经济的综合比较，最终确定水轮机的最佳型式与参数。 1.1 已知参数
（1）电站规模：总装机容量：7MW 。
（2）电站海拔：水轮机安装高程：▽=413.3m （3）水轮机工作水头：
max H =39m ，min H =28m ，Ha =33m ，r H =31.35m 。 （4）机组台数：4台 1.2 水轮机型号选择
（1） 水轮机比转速s n 的选择
水轮机的比转速s n 包括了水轮机的转速、出力与水头三个基本工作参数，它综合地反映了水轮机的特征，正确的选择水轮机的比转速，可以保证所选择的水轮机在实际运行中有良好的能量指标与空化性能。
各类水轮机的比转速不仅与水轮机的型式与结构有关，也与设计、制造的水
平以及通流部件的材质等因素有关。目前，世界各国根据各自的实际水平，划定了各类水轮机的比转速的界限与范围，并根据已生产的水轮机转轮的参数，用数理统计法得出了关于水轮机比转速的统计曲线或经验公式。当已知水电站的水头时，可以用这些曲线或公式选择水轮机的比转速。
轴流式水轮机的比转速与使用水头关系 中国： s n =
H
2300 （m ·KW ）
将设计水头r H =31.35m 代入上述各式 中国： s n =
H
2300=
35
.312300=441 （m ·KW ）
以上计算可见，我国生产的水轮机转轮的参数较低。
本电站为一普通的中小型水电站，没有别的特殊的任务和要求（比如兼顾试验），不准备考虑使用进口机组，使用国产机组即可。故本电站选择比转速为420m ·KW 左右的水轮机。
（2）水轮机型式的选择
根据水电站的实际情况正确地选择水轮机的型式是水轮机选型设计的一个重要环节。虽然各类水轮机有明确的适用水头范围，但由于它们的适用范围存在着交叉水头段，因此，必须根据水电站的具体条件对可供选择的水轮机进行分析比较，才能选择出最适合的机型。
适合本电站比转速的水轮机有贯流式和轴流式两种，因此，必须要对这两种水轮机进行分析比较。
贯流式与轴流式的比较：
（1） 贯流式的水流条件好，同样过流面积时，贯流式水流通过容易，单位流量大，无蜗壳和肘形尾水管，流道水力损失小，运行效率比轴流式高。 （2） 贯流式水轮机可布置在坝体或闸墩内，可以不要专门的厂房，土建工程量小且适于狭窄的地形条件。
（3） 贯流式水轮机为了满足安装高程的要求，需从引水室入口至尾水管全部开挖到相应的深度。而轴流式只需对尾水管部分进行深开挖，因此，贯流式的相应开挖量大。
（4） 灯泡贯流式水轮发电机组全部处于水下，要求有严密的封闭结构及良好的通风防潮措施，维护、检修较困难。
从水电站开挖量这一重要因素考虑，贯流式机组的相应开挖量大，而且贯流式机组技术要求较高，维护、检修较困难，故本电站选择使用轴流式机组。
（3）水轮机转轮型号的选择
在水轮机型谱中，适合本电站比转速的有ZZ600和ZZ560两种转轮可供选择，适合本电站使用水头的有ZZ560和ZZ460两种转轮可供选择，其中ZZ560模型效率较高。
由参考资料[1]第379~381页
ZZ600使用水头3~8m ，本电站设计工况下（取最优单位转速
110n =135r /min ，水轮机限制吸出高度[s H ]=0.5m 时对应的装置空化系数
z σ=0.60，110n 与等空化系数线σ=z σ=0.60交点）比转速为
s n =65.311n η11Q =65.3×135×80.075.1?=521 （m ·KW ） ZZ560使用水头10~22m ，本电站设计工况下（取最优单位转速
110n =130r /min 与等空化系数线σ=z σ=0.60交点）比转速为
s n =65.311n η11Q =65.3×130×84.075.1?=527 （m ·KW ） ZZ460使用水头15~30m ，本电站设计工况下（取最优单位转速110n =117r /与等空化系数线σ=z σ=0.50交点）比转速为
s n =65.311n η11Q =65.3×117×81.058.1?=435 （m ·KW ） 经过分析比较，在设计工况下以ZZ560转轮的s n 与本电站的计算比转速最接近，且效率较高，故本电站决定选用ZZ560转轮。 1.3 水轮机基本参数的计算
（１） 计算转轮直径1D 水轮机的额定出力 r P =
G G N η=95
.01750
=1842 KW
取最优单位转速110n =72r /min 与等空化系数线σ=z σ=0.60交点的单位流量为设计工况点单位流量，则r Q 11=1.24s m /3，对应的模型效率M η=0.895，暂取效率修正值η?=3%，则设计工况原型水轮机效率
η=M η+η?=0.895+0.03=0.925，水轮机转轮直径1D 为
1D =
η
5
.11181.9r r r H Q P =925.035.3124.181.91842
5.1???=9
6.0 m 按我国规定的转轮直径系列，计算值处于标准值0.8m 和1.0m 之间，计算直径更加接近1.0m ，故可取转轮直径1D =1.0m 。
（2）效率η的计算
m ax η=)1(10M η--5
1
1D D M
=)904.01(1--5
.146
.0=917.0 η?=m ax η0M η-=915.0917.0-=002.0
限制工况原型水轮机效率为
η=M η+η?=895.0+002.0=897.0
（3） 转速n 的计算 n =
1
110D H n a
=
.133
72?=66.413 min /r 选择发电机同步转速为66.413min /r 。 （4）水轮机设计流量r Q 的计算 r Q =r Q 112
1D r H =35.310.124.12??=94.6 s m /3
（5） 几何吸出高度s H 的计算
在设计工况下，模型水轮机的空化系数M σ=0.60，根据技术规范，对于转桨式水轮机，水轮机的空化安全系数取σK =1.1（参考资料[2]第67页），吸出高度为
s H =-?-900/10σK M σr H =35.3120.015.1900/3.41310??--=31.2m
取s H =30.2m 。
（6） 飞逸转速R n 的计算
由ZZ560水轮机模型飞逸特性曲线查得，在协联工况导叶开度0a =28.5mm ，
?=-5°时有最大单位飞逸转速R n 11=370min /r ，故水轮机的飞逸转速为
R n =R
n 111
max D H =0
.139
370?
=6.2310 min /r （7） 转轮轴向水推力t F 的计算
ZZ560水轮机模型综合特性曲线图中未给出转轮轴向水推力系数t K 的值，但ZZ460水轮机模型综合特性曲线图中给出的转轮轴向水推力系数t K =0.69，ZZ600水轮机模型综合特性曲线图中给出的转轮轴向水推力系数t K =0.67。本电站取中间值t K =0.68。水轮机转轮轴向水推力为
t F =9810t
K 4π21D max H =390.14
14
.368.098102????=51004.2?N 1.4 检验水轮机的工作范围 设计工况的单位流量r Q 11 r Q 11=
5.12181.9r r H D P η=5
.1235
.310.1897.081.91842???=192.1 s m /3
当n =428.6min /r 时，最大、最小、平均水头所对应的单位转速 min 11n =
max
1H nD =
39
.16.428?=16.114 min /r
a n 11=
a
H nD 1=
33
.16.428?=61.74 min /r
m ax 11n =
min
1H nD =
28
.16.428?=0.81 min /r
当n =166.7min /r 时，最大、最小、平均水头所对应的单位转速
min 11n =
max
1H nD =
8
.183
.37.166?=87.126 min /r
a n 11=
a
H nD 1=
1
.163
.37.166?=01.137 min /r
m ax 11n =
min
1H nD =
3
.83
.37.166?=95.190 min /r
把由上述参数绘制在ZZ560综合特性曲线图上，以检验水轮机运行区域的效率高低。可以看出，单位转速的变化范围包含高效区第一个方案比第二个方案多，水轮机的平均效率较高。因此，选择工作范围较优的第一种方案。 1.5 水轮机综合特性曲线绘制 1.5.1 等效率曲线的绘制
（1） 对转轮叶片的每一个转角?求出一个效率修正值（表1-1）η?（?）。若各?角下模型水轮机的最高效率为0M η（?），原型水轮机各?角下最高效率为
0T η（?），则
0T η（?）=[])7
.03.0()(1110
1
10T
M
M
M H H D D +--?η η?（?）= 0T η（?）-0M η（?）
表1-1 转桨式水轮机效率修正值
（2） 在min H ～max H 间取若干水头，计算各水头对应的M n 11，其中
M n 11=
-H
nD 111n ?， 11n ?=M n 11（
10
max
-M ηη）。 过各M n 11作水平线与水轮机模型综合特性曲线的各等?线相交，找出各交
点的11Q 、M η，其中M η由内插确定；一般情况下单位流量修正值较小，可不作修正。然后，计算个点的原型水轮机效率与出力 T η=M η+η?（?） P =T Q H D η115.12181.9
根据计算结果（表1-2）绘出各水头下的T η=)(P f 曲线（图1-1），同时绘出各水头下的11Q ～P 辅助曲线（辅助曲线图1-1）。
表1-2 转桨式水轮机等效率线计算表 单位：Q
（L/s ）， P （KW ）
1.5.2 出力限制线的绘制
原型水轮机的出力限制线表示水轮机在不同水头下可以发出或允许发出的最大出力。
水轮机与发电机配套的情况下，水轮机的出力受发电机额定出力的限制，因此，实际的出力限制线以设计水头r H 分为两个部分。在max H 与r H 之间，水轮机的出力受发电机额定容量的限制，是一条P =r P 的垂直线；在r H ～min H 之间，对于转桨式水轮机，水轮机的出力限制线一般由模型综合特性曲线中通过额定工况点的等开度线换算得到。
在模型综合特性曲线图中确定为出力限制线的等开度线上取系列工况点，记下各个工况点的11Q 、11n 、M η，由相似换算公式（11n =
η
H nD 1，11Q =
η
H D
Q 21
，
P =ηQH 81.9）
（参考资料[2]第41页）计算出各点对应的水头H 及出力P ，将这些点绘在H ～P 坐标系中，连接各点即得到原型水轮机的出力限制线。
为了计算简便，一般是求出与min H 和r H 相对应的水轮机的出力m in P 、r P ，将A 点（r H 、r P ），B 点（mi n H 、m in P ）在图上连成一条斜线，此为H 由模型综合特性曲线图中0a =38.5mm 等开度线换算得： r H =31.35m ， r P =1842KW min H =28m ， m in P =T D Q H η21115 .1min 81.9=873.00.16.12881.925.1???? =2030 KW 1.5.3 等吸出高度线的绘制 等吸出高度线表达水轮机在各运行工况的最大允许吸出高度s H 。等s H 线是根据模型综合特性曲线的等σ线换算而求得的，计算与绘制等s H 线的步骤如下： （1） 计算各水头相应转速M n 11，在模型综合特性曲线上过各M n 11作水平线与各等σ线相交，记下各点的σ、11Q 、M η值。 （2） 根据吸出高度计算式s H =-?-900/10σK M σH 计算各点s H ，并计算各点出力P 。 （3） 根据各工况点的s H 、P 绘出各水头下的s H =)(P f 曲线。 （4） 在s H =)(P f 曲线上取某s H 值（例s H =-0.55m ）作水平线与各 s H =)(P f 曲线相交，记下各交点的水头H 及出力P ，将这些点（P 、H ）点到 P —H 坐标系内并连成光滑曲线，即得某s H 的等吸出高度线。 等吸出高度线的计算数据见表1-3. 表1-3等吸出高度线计算表 2蜗壳的选择计算 本电站设计水头r H =31.35m ，设计水头下最大流量0Q =72.6s m /3，水轮机座环外径b D =3.4m ，座环内径a D =4.0m ，对蜗壳断面型式要求尽可能缩小机组段的宽度。 2.1 进口断面计算 （1）确定蜗壳的包角。根据该水轮机的计算水头r H =31.35m ，选择 m ax ?=180°的混凝土蜗壳。 （2）计算进口断面的面积0F 0Q =Q ?360m ax ?=6.94×? ?360180=47.3s m /3 按设计水头r H =31.35m 从参考资料[]1图6-10中查得进口断面平均流速 0V =5.60s m /，则 0F = 00V Q =60 .547.3=62.02m （3）作出进口断面的尺寸和形状，混凝土蜗壳的断面形状采用m>n 的“T ”形断面［参考资料[]1图6-11（b ）］。选择蜗壳进口断面的尺寸应尽可能缩小机组 段的间距，选用 a n b -=1.6， a b =a n m b ++0=2.1，角度δ=30°,γ=19° 联立方程 a n b -=1.6 a n m b ++0=2.1 经过试算取a=1.2m ，解出b=2.52m ，m=1.26m ，n=0.6m ，以a 、b 、m 、n 、δ 和γ的数值作出进口断面尺寸如图2-1。 图2-1 混凝土蜗壳计算图1 计算进口断面面积 F )()(2 1 022b a r r b tg n tg m ab -++-=δγ 3.066.0)306.01926.1(2 1 52.22.122?+?+?-?=tg tg 85.2=2m %2.0%10000 .1102 .000.1100.1102.11=?=- 此面积大小能保证进口断面平均流速为3.29s m /，与设计要求的V=3.3s m /接近。 2.2 采用直线绘制蜗壳其余各断面顶角连接线 作出4个中间断面2、3、4、5并用直线AB 、CD 连接各断面。 2.3 用图解法求出积分? i b r r dr r r b ) (值S 的变化规律 列表计算并作出各断面的r b /=)(r f 的函数曲线（表2-1）。 表2-1 各断面的b/r=f(r)的函数曲线 用表2-1中各断面的r 和r b /数值作出r b /=)(r f 的关系曲线如图2-2中的曲线1、2、3、4、5所示。 2.4 绘制i ?=)(r f 曲线 （1）以进口断面为边界条件求出常数k ，由式 Q K i ?= 360??i b r r dr r r b ) (，当i ?=m ax ?时得： m a ?=Q K i ?= 360?×?i b r r dr r r b )(，其中?i b r r dr r r b )(是进口断面b/r=f(r)的曲线所围面积S ， Q 为水轮机的最大流量，则 K= ??i b r r dr r r b Q ) (360max ?= 521 .23607 .27180????=5.5 图2-2 混凝土蜗壳计算图2 （2）求出各中间断面的i ?角，数出各中间断面r b /=)(r f 曲线所围面积S 和已求得的K 值代入下式求得对应各中间断面的i ?角 Q K i ?= 360??i b r r dr r r b )( （3）求出中间各断面的流量i Q i Q = ? 360i ?Q （4）计算各断面的平均流速 i V = i i F Q 式中i F ——各断面面积。 上式各i ?角、i Q 和i V 的数据可列表计算（表2-2） 表2-2 各φi 角、Q i 和V F 的数据计算 按照表2-2中的数据可绘出 i ?=)(r f 、i Q =)(r f 、和i V =)(r f 的关系曲线（图2-3）。 2.5 绘制蜗壳各节断面图与平面图 （1）在i ?=)(r f 曲线上图2-3每隔30°找出对应此i ?处的断面i r 如下表（表2-3），有了i r 值就可以在图2-1上利用AB 和CD 两线，找出各相应断面的轮廓尺寸（图2-4）。 图2-3 混凝土蜗壳计算图3 表2-3混凝土蜗壳断面轮廓尺寸 （2）绘制蜗壳平面图（见附录） 3 尾水管水力计算 尾水管是反击式水轮机所特有的部件，尾水管的性能直接影响到水轮机的效率和稳定性，一般水轮机中均选用经过试验和实践证明性能良好的尾水管。 尾水管有直锥形和弯肘形两种。除贯流式水轮机组外，大中型反击式水轮机均采用弯肘形尾水管，其型式一般不加里衬且不单独对尾水管进行设计，而是按照模拟水轮机所采用的标准尾水管放大选用，只有在特高比转速下才需要大高度尾水管，在无标准时方需单独设计。为尽量降低水下开挖量和混凝土用量，本电站水轮机组选用弯肘形尾水管。 尾水管各部分尺寸的计算 3.1 尾水管的深度 对转桨式水轮机，取13.2D h ≥。 3.2 进口锥管的计算 对转桨式水轮机而言，进口锥管的锥角最优值通常取??=10~8β，此处我们折中取?=9β，而根据推荐的D D 23=，则 3h =βtan 234D D -=? ??-9tan 22 001.170.2=20.2m 3.3 肘管型式 肘管的形状十分复杂，它对整个尾水管的性能影响很大，一般推荐定型的标准肘管。标准见参考资料[1]第168页表5-6. 3.4 水平长度 水平长度L 是机组中心线到尾水管出口的距离。肘管型式一定，长度L 决定了水平扩散段的长度。通常取L=4.51D . 3.5 出口扩散段 出口扩散段通常采用矩形断面，出口宽度一般与肘管出口宽度相等，顶角 ??=13~10α，底板一般呈水平，少数情况下为了减少开挖而底板稍上台。 本电站取?=10α，底板水平，尾水管的水平段宽度B=（2.3～2.7）1D ，不加支墩。 则尾水管部分尺寸见下表3-1 表3-尾水管部分尺寸 单位：m 尾水管单线图见图附录，尾水管平面图见图附录. 4总结与体会 本此设计共有八部分组成，其主要技术路线为： 水轮机选型设计→绘制水轮机运转综合特性曲线→蜗壳水力设计及绘制水力单线图→水轮机导叶强度计算→绘制尾水管水力单线图→绘制导水机构运动图→绘制水轮机剖面图→绘制水轮机导叶零件图→完成毕业设计说明书水轮机选型设计中，根据水电站工作水头范围初选了两种型号的水轮机模型转轮，通过对水轮机的效率、机组运行稳定性、可靠性、空蚀性能、电站吸出高度比较后，最终确定了水电站的水轮机型号为220/153140 --。蜗壳水 HL A LJ 力设计及水力单线图绘制中，根据最大水头确定为金属蜗壳，取蜗壳包角为345°，共分23个断面。最后通过编程计算出每一断面的尺寸，用CAD作出单线图。导水机构运动图的绘制中，通过对拐臂和连杆的长度进行调整后，确定出β与γ角度，从而确定出初始位置。水轮机总装配图的绘制中，由所选水轮机型号，查阅大量文献得出各零部件的相关尺寸并绘图。 总体来讲，在整个设计中还存在不少有待解决的问题，所得到的结果与预想结果还有一段距离，希望在今后的时间能得到不断的改善。 通过此次毕业设计，得到很大的收益，很多不懂甚至几乎没听说过的东西在此次设计中得到了认识，扩展了自己的知识面。毕业设计是针对大学生在毕业前开设的最后一门实践性教学环节科目。通过设计，让我把大学四年所学习的专业知识有了更系统的了解，能将理论知识与实践相结合起来，使自己明白了不少以前在课堂上没能弄懂的东西。 总的来说，通过这次设计所得到的收获非常多，让自己充实了不少。虽然期间遇到了不少的困难，但在指导老师以及周围同学的帮助下，设计还是得以顺利的完成，也因此，使自己在与同学的交流方面的能力得到了提高，让我明白了取彼长补己短的真正道理，过程虽苦，但结果是甜的。而且，通过这短暂的十几个周，让自己明白了很多道理，成长了很多，为自己即将走向工作岗位打下了坚实的基础。 5附录附录一：蜗壳单线图 附录二：尾水管单线图 参考文献 1)郑源、鞠小明.水轮机. 北京：中国水利水电出版社，2007 2)于波，肖惠民. 水轮机原理与运行. 北京：中国电力出版社，2008 3)刘启钊. 水电站（第三版） . 北京：中国水利电力出版社，1998 4)刘大恺. 水轮机（第三版）. 北京：中国水利水电出版社，1997 5)宋文武．水力机械及工程设计[M]．重庆：重庆大学出版社，2005 6)哈尔滨大电机研究所．水轮机设计手册[M]．北京：机械工业出版社，1976 7)张德虎主编《能源动力类水动专业毕业设计与课程设计指南》.北京：中国水利水电出 版社，2010 水轮机的选型设计 水轮机选型时水电站设计的一项重要任务。水轮机的型式与参数的选择是否合理，对于水电站的功能经济指标及运行稳定性，可靠性都有重要影响。 水轮机选型过程中，一般是根据水电站的开发方式，功能参数，水工建筑物的布置等，并考虑国内外已生产的水轮机的参数及制造厂的生产水平，拟选若干个方案进行技术经济的综合比较，最终确定水轮机的最佳型式与参数。 一：水轮机选型的内容，要求和所需资料 1：水轮机选择的内容 （1）确定单机容量及机组台数。 （2）确定机型和装置型式。 （3）确定水轮机的功率，转轮直径，同步转速，吸出高度及安装高程，轴向水推力，飞逸转速等参数。对于冲击式水轮机，还包括确定射流直径与喷嘴数等。（4）绘制水轮机的运转综合特性曲线。 （5）估算水轮机的外形尺寸，重量及价格。 wertyp9 ed\结合水轮机在结构、材质、运行等方面的要求，向制造厂提出制造任务书。 2.水轮机选择的基本要求 水轮机选择必须要考虑水电站的特点，包括水能、水文地质、工程地质以及电力系统构成、枢纽布置等方面对水轮机的要求。在几个可能的方案中详细地进行以下几方面比较，从中选择出技术经济综合指标最优的方案。 （1）保证在设计水头下水轮机能发生额定出力，在低于设计水头时机组的受阻容量尽可能小。 （2）根据水电站水头的变化，及电站的运行方式，选择适合的水轮机型式及参数，使电站运行中平均效率尽可能高。 （3）水轮机性能及结构要能够适应电站水质的要求，运行稳定、灵活、可靠，有良好的抗空化性能。在多泥沙河流上的电站，水轮机的参数及过流部件的材质要保证水轮机具有良好的抗磨损，抗空蚀性能。 （4）机组的结构先进、合理，易损部件应能互换并易于更换，便于操作及安装维护。 （5）机组制造供货应落实，提出的技术要求要符合制造厂的设计、试验与制造水平。 （6）机组的最大部件及最重要部件要考虑运输方式及运输可行性。 3.水轮机选型所需要的原始技术材料 水轮机的型式与参数的选择是否合理、是否与水电站建成后的实际情况相吻合，在很大程度上取决于对原始资料的调查、汇集和校核。根据初步设计的深度和广度的要求，通常应具备下述的基本技术资料： （1）枢纽资料：包括河流的水能总体规划，流域的水文地质，水能开发方式，水库的调节性能，水利枢纽布置，电站类型及厂房条件，上下游综合利用的要求，工程的施工方式和规划等情况。还应包括严格分析与核准的水能基本参数，诸如电站的最大水头Hmax、最小水头Hmin,加权平均水头Ha，设计水头Hr，各种特征流量Qmin、Qmax、Qa,典型年（设计水平年，丰水年，枯水年）的水头、流量过程。此外还应有电站的总装机容量，保证出力以及水电站下游水位流量关系曲线。 （2）电力系统资料：包括电力系统负荷组成，设计水平年负荷图，典型日负荷 水轮机原理及水力设计 第一章 1、水轮机是一种将河流种蕴藏的水能转换成旋转机械能的原动机，水流流过水轮机时，通过主轴带动发电机或 者发电机的转子将旋转的机械能转换成电能。 2、反击式水轮机转轮区内的水流在通过转轮叶片通道时，始终是连续充满整个转轮的有压流动，当水 流通过水轮机后其动能和势能大部分被转换成转轮的旋转机械能。 3、反击式水轮机包括：混流式水轮机：水流从四周沿径向进入转轮，然后近似的以轴向流出转轮，应用 水头范围较广，约为20~700m,水头较高。 轴流式水轮机：水流在导叶和转轮之间由径向流动变为轴向流动，而在转轮 区 水流保持轴向流动，其应用水头约为3~80m,适用水头较低，根据其转轮叶片在运行中能否转动，可以分为轴流定浆式和轴流转浆式两种。 斜流式水轮机：斜流式水轮机具有较宽的高效率区，适用水头在轴流式与混流式水轮机之间，约为40~200m。 贯流式水轮机：根据其发电装置形式不同，分为全贯流式和半贯流式两类。 4、冲击式水轮机的转轮始终处于大气中，来自压力钢管的高压水流在进入水轮机之前已转变成高速自由射流， 该射流冲击水轮机的部分轮叶，并在轮叶的约束下发生流速大小和方向的急剧改变，从而将其动能大部分传递给轮叶，驱动轮叶旋转。 5、冲击式水轮机按射流冲击转轮方式的不同分为：水斗式水轮机、斜击式水轮机、双击式水轮机三种。 6、水头H :水轮机的水头（亦称工作水头），是指水轮机进口和出口截面处单位重量的水流能量差，单位为 m。 7、各种水头：（1）最大水头：H max，是允许水轮机运行的最大净水头。它对水轮机结构的强度设计有决性影 响。 （2）最小水头H mim，是保证水轮机安全、稳定运行的最小净水头。 （3）加权平均水头H a：是在一定期间内（视水库调节性能而定）， 所有可能出现的水轮机水头的加权平均值，是水轮机在其附近运 行时间最长的净水头。 （4）设计水头H r：是水轮机发出额定出力时所需要的最小净水头。 &流量：水轮机的流量是指单位时间内通过水轮机某一过流断面的水流体积，常用符号Q表示，常用单 位为m/s。在设计水头下，水轮机以额定转速、额定出力时所对应的水流量常委设计流量。 9、出力P:水轮机出力是水轮机轴端输出的功率，常用符号P表示，常用单位为KW。 P 10、水流的出力：P n= QH=9.81QH（KW）水轮机的效率：t二一由于水轮机在总做中存在能量耗损 P n 所以水轮机的出力P总是小于水流的出力P n，其效率总是小于1. 水轮机的出力P=P n t=9.81OH t（KW）或者是P=M，也2卫其中「是水轮机的旋转速度， 60 rad/s； M是水轮机主轴输出的旋转力矩，N.m ；n是水轮机转速，r/min。 11、水轮机型号：①HL220 —LJ—250,表示转轮型号为220的混流式水轮机，立轴，金属蜗壳，转轮直 径为250cm。 ②ZZ560- LH- 500,表示转轮型号为560的轴流转浆式水轮机，立轴，混凝土蜗壳，转轮 直径为500cm ③GD60—W—300,表示型号为600的贯流定浆式水轮机，卧轴、灯泡式引水，转轮直 径为300cm ④2CJ-20W—120/2 X 10，表示转轮型号为20的水斗式水轮机，一根轴上装有两个转轮，卧轴，转轮直径 为120cm,每个转轮有两个喷嘴，射流直径为20cm 11、水轮机的装置形式：指水轮机主轴的不知形式与引水室形式相结合的总体。 ①反击式水轮机的装置形式：大型机组采用立轴布置形式，水轮机轴与发电机轴直接连接；中高水头混 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 第二章机组台数与单机容量的选择 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。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着。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 对于区域电网的单机：装机容量较小≯15%系统最大负荷（不为主导电站）；装机容量较大≯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。 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 一、水轮机选型计算的依据及其基本要求.....................................................................1 1 水轮机选型时需由水电勘测设计院提供下列原始数据.................................1 2 水轮机选型计算应满足下述基本要求......................................................1 二、反击式水轮机基本参数的选择计算..................................................................1 1 根据最大水头及水头变化范围初步选定水轮机的型号.................................1 2 按已选定的水轮机型号的主要综合特性曲线来计算转轮参数.................................1 3 效率修正..........................................................................................4 4 检查所选水轮机工作范围的合理性.........................................................4 5 飞逸转速计算....................................................................................5 6 轴向推力计算....................................................................................5 三、水斗式水轮机基本参数的选择计算......................................................10 1 水轮机流量.......................................................................................10 2 射流直径d 0.......................................................................................10 3 确定D1/d 0.......................................................................................10 4 水轮机转速n ....................................................................................10 5 功率与效率................................................................................................11 6 飞逸转速..........................................................................................12 7 水轮机的水平中心线至尾水位距离A ......................................................12 8 喷嘴数Z 0的确定....................................................................................12 9 水斗数目Z1的确定.................................................................................12 10 水斗和喷嘴的尺寸与射流直径的关系...................................................13 11 引水管、导水肘管及其曲率半径.........................................................13 12 转轮室的尺寸..............................................................................14 A 水机流量..........................................................................................17 B 射流直径.............................................................................................17 C 水斗宽度的选择..........................................................................................17 D D/B 的选择.............................................................................................17 E 水轮机转速的选择.......................................................................................17 F 单位流量的计算..........................................................................................17 G 水轮机效率................................................................................................18 H 飞逸转速................................................................................................18 I 转轮重量的计算..........................................................................................18 四、调速器的选择.............................................................................................20 1 反击式水轮机的调速功计算公式.....................................................................20 2 冲击式水轮机的调速功计算公式.....................................................................20 五、阀门型号、大小的选择.................................................................................21 1 球阀的选择................................................................................................21 2 蝴蝶阀的选择 (22) 目 录 水轮发电机基本常识 水轮发电机组的用途。 水轮发电机组是将具有一定高度的水头和流量的水的动能和势能转换为机械能并最终转换成电能的装置。水轮发电机设备是一种集合了多种学科和技术的工业产品，其中包括流体力学、工程力学、材料力学等多学科和机械、冶金、电子、计算机、自动控制等多门技术产物。水力发电站及其主要的设备——水轮发电机组是现代工业和现代生活的一项重要设备。发电机在工农业生产，国防，科技及日常生活中有广泛的用途。 水力发电站 水力发电是大自然赐给人类的一种清洁能源，就像风能、太阳能一样，是可以再生、取之不尽，用之不绝，无污染的能源。水力发电站运行费用低，便于电力调峰。尽管水力发电站造价较高，水电建设成本高于火电建设成本约40％，然而由于能满足较高的环保要求，考虑到火电厂燃料的燃烧在脱硫、脱硝、脱尘等方面所需资金约占投资的 1／3，水、火电建设成本也就相差不多了。至于运行成本，水电明显优于火电：在中国，水电为0．04-0．09元／kwh，而火电为0．19元／kwh(火电燃料的购买和运输费用就占去50％一70％)。除了上述经济效益，开发水电还具有防洪、航运、供水、灌溉、旅游等综合效益。 因此，自1888年美国人建成世界上第一座水电站以来，各国都很重视水电站的兴建。发达国家的可用水电资源在20世纪60年代即已基本开发完。到80年代,世界最大水电站──长江三峡水电站的设计装机容量为1260万千瓦（机组容量70万千瓦）。 水力发电站规模分类：按照中国水利部部颁标准分为： 1、大型水力发电站：容量大于250MW为大型水力发电站。 2、中性水力发电站：装机容量50～250MW的为中型水力发电站。 3、小型水力发电站: 装机容量小于50000kW的为小型水力发电站。 4、微型水利发电站：装机容量100KW以下的为微型水力发电站 小型水电站枢纽工程主要由哪几部分组成？ 主要由挡水建筑物(坝)、泄洪建筑物(溢洪道或闸)、引水建筑物(引水渠或隧洞，包括调压井)及电站厂房(包括尾水渠、升压站) 四大部分组成。 水轮发电机的工作原理 水轮机是把水流的能量转换为旋转机械能的动力机械，它属于流体机械中的透平机械。 早在公元前100年前后，中国就出现了水轮机的雏形——水轮，用于提灌和驱动粮食加工器械。现代水轮机则大多数安装在水电站内，用来驱动发电机发电。在水电站中，上游水库中的水经引水管引向水轮机，推动水轮机转轮旋转，带动发电机发电。作完功的水则通过尾水管道排向下游。水头越高、流量越大，水轮机的输出功率也就越大。 水轮机按工作原理可分为冲击式水轮机（impules turbine）和反击式水轮机（(reaction water turbine) 两大类。冲击式水轮机的转轮受到水流的冲击而旋转，工作过程中水流的压力不变，主要是动能的转换；反击式水轮机的转轮在水中受到水流的反作用力而旋转，工作过程中水流的压力能和动能均有改变，但主要是压力能的转换。 冲击式水轮机按水流的流向可分为切击式(又称水斗式)和斜击式两类。斜击式水轮机的结构与水斗式水轮机基本相同，只是射流方向有一个倾角，只用于小型机组。 反击式水轮机可分为混流式、轴流式、斜流式和贯流式。在混流式水轮机中，水流径向进入导水机构， .水轮机型号选择 水电站水头变化：上游最大—下游最小=校核洪水位—下游正常尾水位 上游最小—下游最大=死水位—校核洪水位 在水轮机系列型谱表3-3和3-4，查出合适的机型有HL240 水轮机HL240型水轮机方案的主要参数选择 （1）转轮直径1D 计算 查水轮机型谱表可得HL240型水轮机在限制工况下的单位流量10'Q =1240L/S=1.243m /s,效率m η=90.4%，由此可初步假定原型水轮机在该工况下的单位流量'1m Q =' 1Q =1.243m /s ，效率η=90.4%，水轮机的额定出力 r N =AQH=8.5×37×(447—404.6）=13334.8kw （其中A 一般取6.5-8.5，Q 为发电流量，H 为上游正常高水位-下游正常尾水位） 由于采用坝后式，H r =0.95H v a =0.95× 244.5812.1+=26.923 （H av =28.34m) ,上述的'1Q 、η和r N =13334.8KW 、r H =26.923m 代入式1D = η r r r H H Q N 1'81.9=2.95m 选用与之接近而偏大的标称直径1D =2.95m （2）转速n 的计算 查水轮机型谱表可得HL240水轮机在最优工况下单位转速' 10n =72.0r/min ，初步假定 '10m n ='10n =72.0r/min,将已知的'10n 和av H =28.34m ，1D =2.95m 代入式n=av H D 1 '1n = 2.9528.3472?=129.93r/min ，选用与之接近而偏大的同步转速n=214.3r/min. （3）效率及单位参数修正 HL240型水轮机在 最优工况下的模型最高效率为max M η=92.0%，模型转轮直径为1M D =0.46m ，可得原型效率： max η=95.0% 则效率修正值为η =95.0%-92.0%=3.0%. 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η?值中再减去一个修正值ξ。先取ξ=1.0%，则可得效率修正值为η?=2.0%，由此可得原型水轮机在最优工况和限制工况下的效率为： max η=max M η+η?=92.0%+2.0%=94.0% 水轮发电机基本知识介绍 一. 关于发电机电磁设计 水轮发电机电磁设计的任务是按给定的容量、电压、相数、频率、功率因数、转速等额定值和其他技术要求来确定发电机的有效部分尺寸、电磁负荷、绕组数据及性能参数等。 水轮发电机电气参数的选择，主要依据电力系统对电站电气参数和主接线的要求，同时根据《水轮发电机基本技术条件》、《导体和电器设备选择设计技术规定》等相关规范来选择，当然也要根据具体电站的要求。 在电磁设计过程中考核的几个主要参数：磁密，定、转子线圈温升，短路比，主要电抗，效率，飞轮力矩。 二. 电磁设计需要输入的基本技术数据 （一）额定容量、有功功率、无功功率和功率因数的关系 Φ--发电机输出电流在时间相位上滞后于电压的相位角 额定容量S=√3U N I N =22Q P 有功功率P=√3U N I N cos φ=S ·cos φ 无功功率Q=√3U N I N sin φ=S ·sin φ cos φ= S P （二）发电机的电磁计算需要具备以下基本的额定数据： 功率/容量，功率因数，电压，转速（极数），频率，相数，飞轮力矩（转运惯量） 1. 额定容量（视在功率）或者额定功率（有功功率） S=φ cos P （kV A / MV A ） P=水轮机额定出力×发电机效率 （kW / MW ） 发电机的容量大小更直接反映发电机的发电能力。有功功率结合功率因数才能完整反映发电机的输出功率能力。 2. 额定功率因数cos φ 发电机有功功率一定时，cos φ的减小，可以提高电力系统稳定运行的功率极限，提高发电机的稳定运行水平；同时由于增大了发电机的容量，发电机造价也增加。相反，提高额定功率因数，可以提高发电机有效材料的利用率，并可提高发电机的效率。近年来由于电力系统容量的增加，系统装设同步调相机和电力电容器来改善其功率因数，以及远距离超高压输电系统使线路对地电容增大，发电机采用快速励磁系统提高稳定性，使发电机额定功率因数有可能提高。 取值：0.8，0.85，0.875，0.9，国内大容量多取0.85~0.9，国外发达国家多取0.9~0.95。 灯泡式水轮发电机由于受结构尺寸限制，功率因数较一般水轮发电机的取值高，以减小气隙长度，提高通风冷却效果。 (1) 一般水轮发电机 GB/T7894-2009 水轮发电机基本技术条件： - - - 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 第二章机组台数与单机容量的选择 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： 2.1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 2.2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。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。 2.3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。 2.4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。 2.5机组台数与其他因素的关系 2.5.1机组台数与电网的关系 2013届热能与动力工程专业毕业设计（论文） 毕业设计（论文） 题目ZZ560轴流式水轮机 结构设计 专业热能与动力工程 1 摘要 葛洲坝电站是我国代表性的低水头大流量、径流式水电站，兼具发电、改善航道等综合效益。本次设计主要是通过查阅相关设计手册，对葛洲坝电站型号为ZZ560-LH-1130的轴流转桨式水轮机结构进行设计，主要内容包括水轮机总体结构设计、导水机构及其传动系统设计，水轮机部分零部件，例如主轴，导叶等零件的设计。 通过使用CAD绘图，本次设计过程更加便捷，设计成果更加精确。关键词：葛洲坝水电站，轴流式水轮机，转轮设计，结构设计， ABSTRACT 2013届热能与动力工程专业毕业设计（论文） Gezhouba Dam power plant is China's representative low head and largeDischarge,runoff hydropower stations,power generation,wita comprehensive benefits improve navigation etc.This design is mainly through access to relevant design manual,design of the Kaplan turbine structure of Gezhouba Dam power plant model for ZZ560-LH-1130,The main contents include design of water mechanism and its transmission system overall structure design of hydraulic turbine,guide,some parts of hydraulic turbine,such as the spindle,the design of guide vane and other parts. Using the CAD,the process of design is more convenient and the result is more accurate. KEY WORDS:GeZhouBa hydropower station,Kaplan turbine, station,runner,Structural design. 3 水电站厂房课程设计计算书 1．蜗壳单线图的绘制 1.1 蜗壳的型式 根据给定的基本资料和设计依据，电站设计水头Hp=46.2m ，水轮机型号 ：HL220-LJ-225。可知采用金属蜗壳。又Hp=46.2m>40m ，满足《水电站》（第4版）P32页对于蜗壳型式选择的要求。 1.2 蜗壳主要参数的选择 金属蜗壳的断面形状为圆形，根据《水电站》（第4版）P35页可知：为了获得良好的水力性能及考虑到其结构和加工工艺条件的限制，一般取蜗壳的包角为0345?=。 通过计算得出最大引用流量m ax Q 值，计算如下： ○ 1水轮机额定出力：15000 156250.96 f r f N N KW η= = = 式中：60000150004 f KW N KW = =，0.96f η=。 ○ 2'31max 3 3 2222115625 1.11 1.159.819.81 2.2546.20.904 r p N Q m s D H η = = = 第1章 概论 （一） 单项选择题 1．水轮机的工作水头是（ ）。 （A ）水电站上、下游水位差 （B ）水轮机进口断面和出口断面单位重量水流的能量差 2．水轮机的效率是（ ）。 （A ）水轮发电机出力与水流出力之比 （B ）水轮机出力与水流出力之比 3．反击式水轮机是靠（ ）做功的。 （A ）水流的动能 （B ）水流的动能与势能 4. 冲击式水轮机转轮是（ ）。 （A ）整周进水的 （B ）部分圆周进水的 5．喷嘴是（ ）水轮机的部件。 （A ）反击式 （B ）冲击式 （二）填空题 1．水电站中通过 把水能转变成旋转机械能，再通过 把旋转机械能转变成电能。 2．水轮机分为 和 两大类。 3．轴流式水轮机分为 和 两种。 4．水轮机主轴的布置形式有 和 两种。 5．冲击式水轮机有 、 和 三种。 （三）计算题 1．某水轮机的水头为18.6m ，流量为1130m 3/s ，水轮机的出力为180MW ，若发电机效率97.0=g η，求水轮机的效率和机组的出力g P 。 2．某水轮机蜗壳进口压力表的读数为a P 310650?，压力表中心高程为887m ，压力表所在钢管内径D = 6.0m ，电站下游水位为884m ，水轮机流量Q = 290 m 3/s ，若水轮机的效率%92=η，求水轮机的工作水头与出力。 第2章 水轮机的工作原理 （一） 单项选择题 1．水轮机中水流的绝对速度在轴面上的投影是（ ）。 （A ）轴向分量z v （B ）轴面分量m v 2．水轮机中水流的轴面分量m v 与相对速度的轴面分量m w （ ）。 （A ）相等 （B ）不相等 3．水轮机输出有效功率的必要条件是（ ）。 （A ）进口环量必须大于0 （B ）进口环量必须大于出口环量 4．无撞击进口是指水流的（ ）与叶片进口骨线的切线方向一致。 （A ）绝对速度 （B ）相对速度 5．法向出口是指（ ）。 （A ）出口水流的绝对速度是轴向的 （B ）出口水流的绝对速度与圆周方向垂直 （二）填空题 1．水轮机转轮中的水流运动是 和 的合成。 2．水轮机轴面上所观察到的水流速度分量是 和 。 水轮机课程设计 第一章 水轮机的选型设计 1.1水轮机型号选定 一、水轮机型式的选择 根据原始资料，该水电站的水头范围为59.07-82.9m ，电站总装机容量56万千瓦，拟选2、3、4、5台机组，平均水头为75.43m ，最大水头为82.9m ，最小水头为59.07m 。 水轮机的设计水头估算为m H r 72= 按中国水轮机的型谱推荐的设计水头与比转速的关系， 水轮机的比转速s n : 2162072 2000202000=-=-=H n s m.KW 根据原始资料，适合此水头范围的水轮机类型有斜流式和混流式。 又根据混流式水轮机的优点： （1）比转速范围广，适用水头范围广，可适用30～700m ； （2）结构简单，价格低； （3）装有尾水管，可减少转轮出口水流损失。 故选择混流式水轮机。 因此，选择s n 在216m.kw 左右的混流式水轮机为宜。 根据表本电站水头变化范围(H=59.07-82.9m)查《水电站机电设计手册—水力机械》1-4] 适合此水头范围的有HL220-46。 二、拟订机组台数并确定单机容量 表1-1 机组台数比较表 1.2 原型水轮机各方案主要参数的选择 按电站建成后,在电力系统的作用和供电方式,初步拟定为2台,3台,4台,5台四种方案进行比较。 基本参数， 模型效率：89.0=M η，推荐使用最优单位流量： h m 315.1，最优单位转速：m in 7011r n r =，最优单位流量：s l Q r 115011=。 一、2台机组（方案一） 1、计算转轮直径 装机容量22万千瓦，由《水轮机》325页可知：水轮机额定出力： kw N P G G r 3.28571498 .0280000===η 上式中： G η-----发电机效率,取0.98 G N -----机组的单机容量（KW ） 班级： 08G43 专业：水电站动力设备与管理作者：陈圣锦 学号：2008550243019 目录 ◆水轮机课程设计的目的和任务 ◆水轮机的简介 ◆水轮机设计的原始资料 ◆水轮机设计的要求 ◆水轮机的设计步骤 1）机组台数的选择 2）水轮机型号的选择 3）水轮机主要参数的选择 4）机组安装高度的确定 ◆水轮机设计的参数校核 ◆心得体会 附：水轮机运转特性曲线图 一、课程设计的目的和任务 a、目的：通过水轮机的课程设计，将各种水轮机的性能参数整理并绘制成不同形式的曲线，它是与水轮机课程教学相辅助的一个理论学习的环节，也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。 b、课程设计的任务：通过所给的原始资料，根据要求明确水轮机的基本工作参数（包括水头H、流量Q、转速n、效率 、出力P、吸出高度H S、转轮直径D、水轮机型号、机组台数、装置方式等），整理并绘制成不同形式的曲线，即获得水轮机的特性曲线图。 二、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 第六章水轮机选型设计 由于各开发河段的水力资源和开发利用的情况不同，水电站的工作水头和引用流量范围也不同，为了使水电站经济安全和高效率的运行，就必须有很多类型和型式的水轮机来适应各种水电站的要求。 水轮机由于它自身能量特性、汽蚀特性和强度条件的限制，每种水轮机适用的水头和流量范围比较窄，要作出很多系列和品种（尺寸）的水轮机，设计、制造任务繁重，生产费用和成本也大。因此有必要使水轮机生产系列化、标准化和通用化，尽可能减少水轮机系列，控制系列品种，以便加速生产、降低成本。在水电站设计中按自己的运行条件和要求选择合适的水轮机。 一、水轮机选型设计的任务及内容 1．任务 水轮机是水电站中最主要动力设备之一，影响电站的投资、制造、运输、安装、安全运行、经济效益，因此根据H、N的范围选择水轮机是水电站中主要设计任务之一，使水电站充分利用水能，安全可靠运行。每一种型号水轮机规定了适用水头范围。水头上限是根据该型水轮机的强度和汽蚀条件限制的，原则上不允许超过；下限主要是考虑到使水轮机的运行效率不至于过低。 2．内容 (1) 确定机组台数及单机容量 (2) 选择水轮机型式（型号）及装置方式 (3) 确定水轮机的额定功率、转轮直径D1、同步转速n、吸出高度H s、安装高程Z a 、飞逸转速、轴向水推力；冲锤式水轮机，还包括喷嘴数目Z0、射流直径d0等。 (4) 绘制水轮机运转特性曲线 (5) 估算水轮机的外形尺寸、重量及价格、蜗壳、尾水管的形式、尺寸、调速器及油压装置选择 (6) 根据选定水轮机型式和参数，结合水轮机在结构上、材料、运行等方面的要求，拟定并向厂家提出制造任务书，最终由双方共同商定机组的技术条件，作为进一步设计的依据。 二、选型设计 1．水轮机选型设计一般有三种基本方法 (1) 水轮机系列型谱方法: 中小型水电站水轮机选多此种方法或套用法。 水轮机训练（一） 一、选择题 1．水轮机的效率η（） (A)>1; (B)<1; (C)=1; (D)≤1。 2．水轮机是实现（）转换的主要部件。 （A）水能；（B）电能；（C）动能；（D）机械能。 3．水斗式水轮机属于（）水头水轮机。 （A）低；（B）高； (C)中；（D）中高。 4．可逆式水力机组主要作用是（） （A）调频；（B）调相；（C）生产季节性电能；（D）削峰添谷。 5．目前水头大于700m时，惟一可采用的一种机型是（）。 （A）混流式水轮机；（B）轴流转浆式水轮机；（C）斜流式水轮机；（D）水斗式水轮机。6．水斗式水轮机与混流式水轮机相比较，其特点是（）。 （A）适用高水头，打流量；（B）平均效率高；（C）应用水头范围窄；（D）结构简单，工程造价低。 7．水斗试水轮机喷管相当于反击型水轮机的（）。 （A）导水机构；（B）导叶操作机构；（C）导叶；（D）泻水锥。 8．反击式水轮机能量转换主要是（）。 （A）水流动能的转换；（B）水流势能的转换；（C）水流压力的转换；（D）水头损失和压力的转换。 9．属于水轮机排水部分的是（）。 （A）尾水管；（B）导轴承；（C）止漏装置；（D）蜗壳。 10．水轮机的设计水头是（）。 （A）水轮机正常运行水头；（B）水轮机发出额定出力的最低水头；（C）水轮机发出最大出力的最低水头；（D）保证水轮机安全、稳定运行的最低工作水头。 11．ZD510-LH-180属于（）水轮机。 （A）轴流转桨式；（B）轴流定桨式；（C）混流式；（D）斜流式。 12．SF表示（）。 （A）水轮发电机；（B）气轮发电机；（C）立式发电机；（D）卧式发电机。 13．不属于反击式水轮机的是（）。 课程设计报告 题目：能量转换机械创新综合设计——水轮机课程设计 姓名：xxx 学号：xxx 班级：xxx 2014年 6 月24 日 目录 目录 (1) 课程设计任务书 (2) 1. 课程设计的目的和要求 (2) 2. 基本参数 (2) 3. 课程设计的任务 (3) 第一章水轮机的选型设计 (3) 1.水轮机型号选择 (3) 已知参数 (3) 2. 水轮机基本参数的计算 (5) 一.转轮直径1D的计算 (5) 二.效率 的计算 (6) 三．转速n的计算。 (6) 4. 水轮机设计流量的计算 (7) 5. 几何吸出高度Hs的计算 (7) 6.飞逸转速nR的计算 (7) 7. 转轮轴向水推力Ft的计算 (7) 8. 检验水轮机的工作范围 (8) 第二章水轮机运转特性曲线的绘制 (9) 1.等效率曲线的计算 (10) 2. 机组出力限制线的计算 (12) 3.等吸出高度线的计算 (12) 第三章蜗壳设计 (14) 1.蜗壳型式的选择及参数 (14) 2.蜗壳进口断面的计算 (16) 3.椭圆断面的计算 (20) 第四章尾水管设计 (21) 第六章参考文献 (24) 第七章附录 (25) 1. 水轮机的运转综合特性曲线 (25) 2. 蜗壳断面图 (25) 3. 尾水管单线图 (25) 课程设计任务书 1. 课程设计的目的和要求 课程设计是水轮机课程教学计划中的一个重要环节，是培养学生综合运用所学理论知识解决工程实际问题的一次系统的基本训练。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，使学生学会查阅、收集、整理和分析相关文献资料；熟悉水轮机选型设计阶段的内容，针对给定任务能提出合理的设计方案并得出正确的计算结果。 2. 基本参数 电站总装机容量：3000 MW 电站装机台数：4台 水轮机安装高程：2241.5m 最大工作水头 H：220m max 最小工作水头 H：192.1m min 设计工作水头 H：205m r 加权平均工作水头 H：210.5 m a水轮机的选型设计说明
水轮机复习知识要点总结
水轮机课程设计
水轮机的选型计算
水轮发电机基本常识-简
水轮机型号选择
水轮发电机基本知识介绍
水轮机课程设计报告
ZZ560轴流式水轮机结构设计_毕业设计设计说明书
水电站课程设计计算书
水轮机作业
水轮机课程设计样本
水轮机课程设计报告
水轮机选型设计
水轮机复习题
水轮机课程设计(2)
相关主题
文本预览