轴流式水轮机毕业设计

轴流式水轮机毕业设计任务书、基本资料和指示书

河海大学水电学院动力系

二○○六年三月

轴流式水轮机毕业设计

任务书

一、设计内容

根据原始资料，对指定电站、指定原始参数进行机电部分的初步设计，包括：轴流式水轮机的选型、发电机选型，调保计算及调速设备选择，混流式水轮发电机组的辅助设备系统设计，电气一次部分设计。

二、时间安排（供参考）

1、轴流式水轮机的选型、发电机选型 5.5周

2、调保计算及调速设备选择0.5周

3、辅机系统2周

5、电气部分2周

6、整理成果1周

7、评阅答辩1周

8、机动0.5 周

总计12.5周

三、成果要求

1、设计说明书：说明设计思想，方案比较及最终结果，并附有必要的图表。

2、设计计算书：设计计算过程，计算公式，参数选取的依据，计算结果。

3、图纸：主机成果图、水系统图、气水系统图、电气主结线图，共5-6张（含CAD设计图），规格1号图。

轴流式水轮机毕业设计

基本资料

富春江水电站位于浙江北部钱塘江上游富春江上，造成后接入华东电网向金华等地供电。

富春江水电站坝址选在七里垅峡口，上距新安江水电站约60公里，下距杭州市110余公里，，地理位置优越。

水库为日调节，总库容9.2亿立方米。电站以发电为主，并可改善航运，发展灌溉及养殖事业等综合效益。电站为河床式，公路从左岸进入厂房。

本电站下游特征洪水位如下：

万年一遇洪水位▽15.6 (Q=43100米3/秒)

千年一遇洪水位▽14.6 (Q=29400米3/秒)

本地区年平均气温为16.0℃,实测最高气温为40.5℃,雨日约175天,以五月份为最集中.

本电站建成后将承担峰荷,也承担部分基荷,有调相任务,本电站将在120公里外的金华变电所接入系统(电力系统结线见附图)并向七里垅镇供电2-3万千瓦。

参考文献

一、水轮机 刘大恺主编 二、水轮机设节 沈祖诒主编

三、水力机组辅助设备 范华秀主编 四、水电站电气部分 季一峰主编

五、水电站动力设备设计手册 络如蕴主编 六、水轮机设计手册 哈尔滨大电机研究所主编 七、水电站的水轮机设备 （苏）莫洛仁夫主编 八、发电厂（下册） 华中工学院主编

九、发电厂变电所电气设备 湖南省电力学校主编

十、电力工程设计手册（第一册） 西北、东北电力设计院主编 十一、电力工程设计手册（第二册） 西北、东北电力设计院主编 十二、水电站机设计技术规程

十三、电力系统规划设计手册（影印摘编本） 十四、电力工程 西安交通大学主编

十五、水力机械 华东水利学院编 中国戒严出版社1961年版 十六、水电站机电设计手册 电工一次 水利电力出版社 十七、水电冲机电设计手册 水力机械 水利电力出版社

轴流式水轮机毕业设计

指示书

第一节 轴流式水轮发电机组选型设计

一、选型设计要求

根据给定的电站资料，选择水轮发电机及其附属设备。设计过程为：拟定几个可能的方案，对各初拟方案分别求出其动能经济性并进行综合比较，最后选出最佳方案。 二、选型设计的程序

（一） 按给定特征水头决定机组型号。 （二） 拟定机组台数。

（三） 确定水轮机的标准直径和标准转速。

（1）利用型谱表给定的最优参数和限制工况参数计算水轮机直径D 1，并选用标准值。

（2）利用最优工况的10n 和计算出的标准直径D 1

，计算水轮机转速n ，并选用同步转速。 （3）按计算所得的标准直径D 1，同步转速n ，分别用给定的特征水头（H max ，H r ，H mix ）在综合特性曲线上画出水轮机工作范围，初步选出较优方案进行详细计算。 （四） 技术经济指标计算 （1）动能经济指标计算

1、在初拟方案中优选出3-4个待选方案。

2、利用综合特性曲线绘制各待选方案的运转特性曲线。

3、利用面积法求各方案运转特性曲线的平均效率。

4、按效率差值求出电能差最后折算成投资差（0.30元/kw .h ）。

5、求最优方案的H s 值。

（2）机电设备投资和耗钢量。

1、机电部分包括：水轮机、发电机、调速器、辅助设备、起重设备、开关设备、变压器，以及设备运输、安装费用等，对每一方案应算出其总设备造价，并折算成单位千瓦投资。

2、算出每一方案的总耗钢量和单位千瓦耗钢量。

以上关于设备的投资和耗钢量估算，单价可参考表一，计算方法可参阅参考资料十五附录Ⅲ，或参阅参考资料五，机电设备重量及价格亦可直查阅有关产品目录或样本。方案比较时电气主结线可先统一按“发电机一变压器”单元结线。高压按单母线结线。电气部分自

动化设备总价按发电机变压器及开关总价的10%计。

（3）水轮机运行性能比较

根据水电站在电力4系统中的运行方式，水轮机在计算水头下的效率值，汽蚀性能，运行管理方式进行综合分析。

三、各待选方案的综合比较

上述各项计算可自编程序，采用微型计算机进行。

表式参见表二～表五。

四、最优方案主要参数。（列表）

五、计算最优方案的进、出水流道

1、蜗壳计算。（画出单线图）

2、尾水管计算。（画出单线图）

六、绘制厂房横剖面图

1、按主机及电机外形尺寸定出厂房主要尺寸。

2、按下游水位和H s定出主厂房各层标高。

3、按发电机层标高求出水轮机主轴长度。

4、按主轴长度和起重机尺寸决定厂房高度。

5、初步绘制厂房横剖面图，（待以下各节其他部分设计完成后，再作修改，正式绘制）。

（一）厂房各层高程的确定。

（1）根据已选定的机型计算出水轮机动性吸出高度H s的大小以及下游最低水位（一台机组满负荷情况下泄流量水位）。确定水轮机的装置高程。根据已选定的尾水管型式尺寸，可定出水电站厂房水管底板高程。岩基上尾水管的底板厚度约为0.5米，较坏的地基底板厚度在3米以下。但尾水管出口顶部高程，应在下游最低水位以下至少0.75-1.0米。

（2）水轮机层地面高程决定：根据蜗壳最大断面处顶部高程，加上蜗壳上部混凝土保护层的厚度（大致取1.0米左右），这样就可定出水轮机层地面高程。

（3）发电机层地板高程的决定：发电机层地板高程，应高出下游最高水位以上，并且照顾到水轮机顶盖到发电机推力轴承之间，要有足够的空间（约3-4米）以利于运行维护。若下游最高水位变化较大，发电机层要布置在下游最高水位以上，则必增加机组主轴的长度与土建工程量，这时发电机层可以布置低于下游最高水位，但对厂房要采取防洪措施。对园筒式发电机机墩，其园筒壁厚度大约在1-1.5米左右。圆筒内径（水轮机井）应有足够空间，能把水轮机从井中吊出。机墩上进入孔宽约1米，高约2米左右，按结构要求进入孔顶部应有1米左右的厚度。发电机层地板以上必须有足够高度，使吊车在吊起发电机转子或水轮机转轮时能在厂房内通行，不妨碍到其他机组运行以及人行。这样可以确定吊车梁上轨道的高程。再加上吊车的高度以及厂房梁架高度，可定出厂房顶的高程。

（二）厂房宽度的确定

主厂房的下部块体结构的宽度与厂房上部的宽度应相适应，下部块体结构平面尺寸，首先取决于蜗壳平面尺寸以及施工情况（二期混凝土），蜗壳四周混凝土厚度至少要有0.8-1.0米，对大型机组，这个数字还要大些，加上机组下游侧（二期混凝土以外）还有一个外墙的厚度（约1-3米范围）以及在机组的上游侧主阀需要的宽度（在二期混凝土以外）和外墙的厚度，这样厂房下部块体结构平面尺寸（宽度）也可大致定出。厂房上部宽度除布置发电机外，而两旁必须有足够的通道），若厂房内布置有主阀，必须注意到阀门须在吊车范围线以内，并且要注意到厂房的柱子不能支承在蜗壳的上方。

第二节调节保证计算及调速设备选择设计

一、任务

选取导叶接力器直线关闭时间，使相应的ξ和β值不超过相应规程规定的数值，选取接力器，调速器和油压装置的尺寸和型号。

二、调保计算工况选择，应对设计水头和最高水头甩全负荷两种工况进行计算，应使两个β和ξ均不超过规程的值。

在电站布置型式为单机单管时，只要对一台机组甩全负荷进行计算。

在引水式电站上，有时几台机共一根压力钢管，此时水击情况比较复杂，在初步设计时可简化计算，对联在一根钢管上的机组全部同时甩负荷计算，此为最危险的工况。此时把它们化为一个等效机组进行计算，即取分叉管最长的一台机组来计算分叉管的∑LV，而压力

总管中的∑LV 进行计算即可。

三、调保计算步骤

先对设计工况计算，给定T s 值，一般电站T s 可在4-8秒内选取，计算ξ和β；若超过允许值，则适当调整T s ，并再计算，如满足要求，则计算最大水头甩全负荷；此时因为最大水头带全负荷时导叶开度比较小，故实际关闭时间将不是T s ，而是

或

???? ?

?-+==p OH OH p

OH OH

p

SH SH p

OH OH p SH SH T T T T ααααααmax max

max max

max 1

式中：m ax O H α和

p

OH α分别是在H max 和H p

带全负荷时的导叶开度；m ax

SH T 和 p

SH T 分别

是H max 和H p 甩全负荷时导叶接力器的直线关闭时间，如最大水头甩全负荷时ξ和β超过规

定值，则还要调整T s ，并重新对设计工况进行计算，如满足要求，则计算结束。

四、调保计算公式

建议参考参考资料二或六。转浆式水轮机的桨叶关闭时间可选为导叶关闭时间的5-7倍，并应适当考虑水流惯性，可参看考资料二。

五、原始数据取得

1、∑LV 应按从进水口至尾水管出口分段进行计算然后叠加。其中钢管部分和尾水管部分的∑LV 通常是全部计入的，而蜗壳∑LV 有时取一部分（如一半），因为蜗壳并不是全部串联在管路中，压力钢管流道可取经济流速约5米/秒左右，遂洞内流速约为3米/秒左右。

2、发电机GD 2，可根据同型号发电机在手册中查得。（参考资料五和七）或按下列公式近似计算：

GD 2

=（4.5-5.5）i i l D 35（吨米2） 其中：D i ——定子铁芯内径。

L i ——定子铁芯高度（单位均为米）。

六、调速设备选择计算：

参看参考资料二和六。新的大中型电站一般应选用电调。选油压装置时先不考虑主

阀等其他设备用。

第三节 轴流式水轮发电机组的辅助设备

一、 水系统 1、技术供水

（1）确定哪些设备用水进行冷却、润滑、操作的，按参考资料三或参考资料所述的方法进行用水量估算，水温按250C 考虑。 （2）水源和供水方式

根据电站水头，按参考资料十二的规定，确定供水方式。如所采用的供水方式不符

合规程规定，应通过技术经济比较进行论证。

供水设备选择，确定滤水器型式和个数；

采用水泵供水时，应首先确定设备配置方式，再根据水压水量要求选择水泵，并按参考资料十二的要求设置备用泵，校验吸水高、确定是否设置起动充水设施。

采用射流泵供水时，应按参考资料五所介绍的方法，确定射流泵的主要参数。 2、消火和生活供水

（1）发电机消火：按已确定的发电机尺寸，定消火环管布置直径，并按参考资料三确定环管直径，定消火水量及水压要求。

（2）厂房消火：按每个消火栓用水量2.5升/秒，两个同时工作考虑。

（3）油库及变压器的水喷雾消火：另设系统，本设计可暂不考虑。

（4）生活供水：考虑厂房内运行，检修人员的卫生用水及饮用水。用水量较小，可不予计算，但供水可靠性应予保证。

（5）根据电站水头及引水方式确定消火供水方式，选择供水设备。

3、检修排水

（1）排水体积估算

①根据电站具体情况确定检修时下游尾水位。

②钢管段：蝴蝶阀或进口闸门至蜗壳进口段。

③蜗壳：分段计算，中心流线按长度量取，近似按圆台或棱台计算；或取始末断面

平均值，近拟按圆柱体或棱柱体计算。

④尾水管：分三段计算，直锥段按圆台计算。弯肘段中心流线按长度量取，取始末

断面平均值，近似按棱柱体计算。水平段按棱台计算。

（2）上下游闸门漏水量估算。

（3）检修排水泵选择。

4、渗漏排水

（1）参考类似已建电站确定集水井有效容积，确定集水井在厂房中的位置。

（2）选择渗漏水泵。

5、绘制水系统图

供水和排水，渗漏和检修排水，一般分开设置系统，亦可考虑有一定联系，水泵互为备用。

根据表达清楚的需要，供水、排水可绘在同一张图上，亦可分开绘两张图，图上应标明主要管道的管径，自流供水按V=1.5-7米/秒，与水泵连接的管道，按水泵出口流速。

图上应示出必要的自动化元件。

二、气系统

1、确定厂内压缩空气供气对象及各用户对气压的要求，设置厂内综合供气系统。

2、各用户的用气量计算，参阅参考资料三所介绍的计算方法

计算中应注意以下问题：

①按照对电气主结线及运行方式的初步考虑，分析确定同时制动机组台数，进行制动用气计算。

②调相计算时，空压机选择，应考虑按全厂的所有机组同时进行调相的条件，但依次投入。调相用气量的大小随下游尾水位的高低而变化。调相贮气缸的选择应考虑在调相可能的最高尾水位时压水所需的用气量。

③蝶阀围带用气量较小，可不予计算。但其气压要求应予保证。

④如电气部分选用空气断路器，则在厂外设压缩空气系统，本设计可暂不考虑。

3、选择贮气罐和空压机

参阅参考资料三所介绍的计算方法，及参考资料所载的设备型号规格。

4、绘制气系统图

高低压系统可分开设置，亦可有一定联系。对于干燥要求较高的压缩空气用户，应对气考虑干燥措施，如热力干燥。对于供气可靠性要求较高的压缩空气用户，应有保证措施，如设置专用系统或设置经止回阀连结的专用贮气罐。

三、透平油系统

1、确定透平油用户，设备用油量估算。参阅参考资料五。

2、桶和油处理设备选择，按参考资料三所介绍的计算方法，及参考资料五所载的设备型号规格。

四、成果要求

1、水、气、油系统设计说明书，计算书各一份。

2、水、气系统图各一份。

第四节 电气部分

一、设计要求

（一）符合国家经济建设的各项方针和政策。 （二）符合国家或部颁的各项设计规程和要求。 （三）在满足必要的供电可靠性和灵活性及保证电能质量的前提下，力争降低投资及年运行费用。

（四）尽量采用新技术和选用技术经济指标先进的设备及材料。

二、 接入系统设计 （一）分析已知条件 1、分析本电站在电力系统中的地位，考虑本电站对系统送电的要求及最少送电回路数。 2、根据电力系统地理接线图，考虑本电站可能接入的地点及电压等级。 （二）估算送电容量

1、送电容量=本电站最大出力 - 近区供电负荷 - 本电站自用电负荷 + 有可能通过本站转送的容量。

2、水电站自用电负荷按电站装机容量的（0.3-1.0）%估算，电站容量越大，比例数越小。

（三）根据（一）、（二）两项，以及各级电压线路的输送容量与送电距离的关系（参见参考资料四1-5节），提出几个技术上可能的接入系统的方案。

1、 方案应包括接入系统地点，电压等级和送电回路数。

2、 方案不宜过多，应剔除明显不经济方案。 （四）选择各方案送电线路的截面 1、计算送电线路工作电流

?cos 31

U n P I XL

xL =

（安）

式中：P ——送电容量（千瓦）；

n xl ——送电回路数；

U ——送电线路定线电压（千伏）；

cos ?——送电功率因数，考虑到电力系统的经济性，升压变的功率损耗和近区负荷

用电及自用电负荷的功率因数较低等原因，送电功率因数（cos ?）可取略高于发电机的额定功率因数（cos ?），如cos ?=0.8，取cos ?=0.85，取cos ?=0.9等。

2、一般按经济电流密度选择送电线路导线截面。参见参考资料四1—5节，参考资

料十4-9节。

3、送电线路导线通常选用钢芯铝铰线（LGJQ 型）。参见参考资料十一40—1节。

4、按最大允许长期工作电流校验导线截面。参见参考资料四4—9节，参考资料十4

—9节和附录1—4节。

5、按电晕条件校验导线截面。参考资料同上。

6、列表说明接入系统方案。表式见表六。

（五）各方案技术经济比较（如方案优缺点明显，比较可以简化）。

1、技术比较

从运行方式、安全性、可靠性、灵活性及扩建或分期建设的可能性等诸方面，阐述和比较各方案的优缺点。

2、经济比较

1）可只比较各方案中不同的部分。

2）由于方案的电压等级及回路数不同，有可能影响主接线，因此，必要时应结合主接线方案一并进行比较。

3）投资（K ）比较，包括送电线路投资，本电站及接入系统处增加的变压器和配电装置（按单元计算）的投资等。为简化起见。不考虑因为方案功率损耗增加而增加的装机投资。投资指标参见参考资料十三，参考资料十附录1—4节。

4）年运行费用（C ）比较 （1）计算折旧费用（∑a ） 折旧费（a ），占其投资（K ）的百分比，可参考表七。

P a C P ∑=%20

（3）计算送电线路年电能损耗

为简化起见，不比较送电线路及变压器的无功功率损耗。 送电线路最大有功功率损耗

L P P n P XL XLO XL XL 2

??=?(千瓦) .103302-?=?L R I n P XL XL XL (千瓦)

式中：n xl ——送电回路数；

n xl ——线路电力损失常数（千瓦/兆瓦2 。公里），参见参考资料十附录1—4； ΔP XLO ——每回线路最大送电功率（兆瓦）； P XL ——每回线路长度（公里）； L ——每回线路最大线电流（安）； I XL ——导线单位长度电阻（欧/公里），参见参考资料十40-1节。 R 0——送电线路年电能损耗，参见参数资料十四。

式中： τ——最大功率损耗时间，其值查表八。

一台双绕组变压器最大功率中随负荷变化的部分

()2

?BCOS KO KB S P P ?=?（千瓦）

或

2

?

??? ???=?

S

S P P B

K KB

（千瓦）

式中：KO P ?——变压器电力损失计算常数（千瓦/兆瓦2），参见参考资料十附录1-4；

S B ——变压器最大负荷（兆伏安）；

K P ?——变压器短路损耗（千瓦）；

S ——变压器额定容量（千伏安）；

一台三绕组变压器最大功率损耗中随负荷变化的部分。

3

32123232212

222121212110????? ??+++++=?R V Q P R V Q P R V Q P P e e e KB

（千瓦）

式中：P 1、P 2、P 3和Q 1、Q 2、Q 3——相应地为通过1、2、3绕组的有功功率和无功功

率（千瓦）；

V 1e ——1绕组的额定电压（千伏）。

三绕组变压器的参数计算，参见参考资料十四，2-3节。

变压器的年电能损耗中的不变部分，等于变压器的空载损耗ΔP o （千瓦），其值参见参考资料十三，参考资料十一，23一1节。

变压器的电能损耗

τ??+?=?KB B B B P n T P n A 0 (度 )

式中：n B ——并联运行变压器台数；

T ——变压器年运行小时数。 （5）计算年运行小时数

()y A A

C B XL a ?+?=（元）

y 经济比较用价，取0.30元/度 （6）计算年运行费用

a p a C C C ++∑=（元）

（7）进行经济比较，结果列表说明。表式见表九。

b 、如投资及运行费用各有优劣时，应以某一方案为基准，其它方案与之比较，求补偿

年限。

211

2C G K K T --=

标准补偿年限T B 取6-7年。

当T >T B 时，投资较小的方案经济上有利； 当T

当T=T B 时，两方案经济价值相等，通常选用电压较高的送电方案。

3、综合技术经济比较结果，选择最佳的接入系统设计方案。应注意，如在后续设计中，如主变或配电装置的配置情况与本段设计中设想有不同，则应反复比较，以选择最佳的接入系统设计方案。

（六）如有近区供电要求，应作近区供电方案的设计，步骤同上。但因近区供电一般负荷较小，故可据情适当简化。对于35千伏以下电压级的供电线路，应校验线路电压降，且不得大于10%，参见参考资料四，1—5节。

三、主接线设计（参见参考资料四 第六章，参考资料十二第三章） （一）分部考虑主接线，通常可分以下几部分： 1、 发电机电压侧； 2、 送电电压侧； 3、 近区负荷侧； 4、 电站自用电侧。

（二）发电机电压侧的主接线设计

1、水轮发电机额定电压的选择，可参见表十。

2、发电机电压侧的主接线，通常采用单元接线，联合单元接线或扩大单元接线，必要时也可采用单元十扩大单元接线（机组台数为奇数）。对于容量较小（20—100兆瓦）的机组，亦可选用单母线或单母线分段接线。

3、与此同时，应选择主变压器的台数和容量，主变压器一般选用三相式，如受地形及运输条件限制，亦可选用单相变压器组。

主变压器的容量按连接的发电机额定容量选择变压器。容量在100000千伏安以下时，应选用标准容量产品，且富裕容量一般不应超过额定容量的10%；容量在100000千伏安及以上时，允许按连接的发电机额定容量选择非标准系列容量的变压器。

4、水轮发电机的单相接地电容电流大于5安时，发电机中性点应该通过隔离开关，接入消弧线圈。

()3/115

.96.33n U KS C +=

（微法/相）

式中：K ——系数，对于B 级绝缘的发电机，取0.04；

S ——发电机容量（千伏安）； U e ——发电机额定线电压（千伏）； n ——转速（转/分）。

水轮发电机单相接地时的电容电流

33

1032103

3--?=??

=C fU C U I id πω （安）

式中：f ——发电机额定频率，我国为50赫芝。

应接入的消弧线圈的计算容量，可按下式计算：

U I Q jd 35.1 （千伏安）

式中：U e ——发电机的额定相电压（千伏）。

5、发电机变压器单元接线，发电机电压侧可只装隔离开关而不装断路器，但需要由此变压器向全厂公用电变压器供电时例外，如主变为三绕组或自耦变压器，当发电机停机时两个升高电压级之间无交换功率必要时，亦可不在发电机电压侧装设断路器。

（三）送电电压侧

1、110千伏以上电压级通常采用桥形（4个进出线单元）或角形（3—6个进出线单元）接线。只在水电站容量特大。在电力系统中地位特别重要，且进出线在4回以上时，才采取

双母线，双母线带旁路，311

2

11或断路器双母线等接线。35—110千伏电压级亦可采用单母线或单母线分段接线。

2、110千伏及以上电压系统变压器的中性点，通常经隔离开关直接接地。

3、当有两级送电电压，同时各电压侧通过容量为变压器容量的20%及以上时，一般选用三绕组变压器，如此两级电压均为中性点直接接地系统。在技术经济上合理时，亦可选自耦变压器。

根据以上（二）、（三）节，应确定各方案的主变台数，容量及型式。 （四）、近区负荷侧

1、近区负荷侧接线，在满足供电要求的前提下，应力求简单，可采用线路一变压器组，桥形或单母线接线。

2、35千伏系统变压器的中性点，通常通过隔离开关经消弧线圈接地，单相接地电容电流和消弧线圈容量的计算，参见参考资料四1—6节。10千伏及以下系统中性点通常是不接地的。

3、近区负荷在符合上述（三）一3条件时，亦选择三绕组变压器变主变压器，兼供近区负荷。

4、发电机容量在60000千瓦以上时，不采用发电机电压直配架空线供近区负荷方式，小于以上容量，如确有必要时，则应按过电压保护的要求，采用相应的措施，详见参考资料四，5—6节。

（五）自用电负荷侧

1、中型水电站应具有两个独立的自用电电源，全厂公用电和机组自用电，可以共用变压器混合供电。大型水电站应不少于三个独立的自用电电源，其中一个可由地区电网取得。大容量、多机组的水电站，可考虑由各单元不经断路器直接引出机组自用变，全厂另设公用自用变。当全厂停机时，应保证至少有一个自用电电源。

2、机组自用电供电电压一般为低压380/220伏，全厂公用电可以也用一级低压供电。只有大型水电站，枢纽布置分散时公用自用电方由一级高压（3—10千伏）及一级低压供电。

3、自用电变压器容量应根据自用电负荷及保证自起动电压的要求选定。在本设计中，亦可近似地推算求得。

4、自用电通常采用单母线分段接线，各分段间应相互联络，可以备用。 （六）技术经济比较

1、主接线应根据上述要求，分析设计电站的情况，考虑几个技术上可行的方案，进行技术经济比较。本设计考虑的重点应放在发电机电压侧和升高电压侧。技术经济比较方法参见本节二（五）。

2、如前所述，主接线方案的选择，应结合接入系统设计一并考虑。

3、如在后续设计如设备选择中，发现与本段设计中设想有不同，则应反复比较，以求得最佳主接线方案。

四、短路电流计算（参见参考资料四、第二章） （一）计算目的

本设计中短路电流的计算目的在于选择电气设备。 （二）计算原则

1、 计算最大运行方式下三相短路故障。

2、 短路计算按运算曲线法进行。

3、 自用电低压侧短路不进行计算。 （三）计算程序 1、 绘制计算电路图

2、选择短路计算点。通常新建工程设计中，均以母线短路时的短路电流作为选择电气设备的依据，因此，本设计中短路计算点可以选择：

（1）升压电压侧母线； （2）近区供电高压侧母线；

（3）发电机电压侧母线，无母线时选发电机出口； （4）有高压供电的自用电高压母线或自用变出口； （5）自用电或近区供电出线，如加装电抗器以限制短路电流时，则选择电抗器出口（即不考虑电抗器与出线断路器之间短路）。

3、选定基准值，计算参加短路计算的各元件电抗标么值。

4、绘制等值电路图。

5分别不同的短路点，对等值电路图进行简化，求出短路的总电抗或各类电源对短路点的转移电抗。

6、求短路电流I ''、∞I 标么值，无限大电源系统直接计算，有限容量电源按发电机类别查运算曲线。利用叠加原理求总电流。

7、按设计要求，求出I ''、∞I 、S i Ch '' 的有名值。 8、列表整理计算结果。表式参见表十一。

1、计算时均选用平均额定电压（参见参考资料四、表2-4）；计算电源的额定电流时亦选用平均额定电压。

2、电源至短路点的电抗3≥jd X 时即可视为无限大电源系统。各无限大电源可以合并；发电站类型相同，且至短路点的计算电抗相近时亦可合并，以简化计算，否则，应按个别变换法进行计算。

3、对于多角形等复杂电路，可以用?-Y 变换法及串、并联运算，逐步交换，予以简化。亦可参见参考资料十表3-5、3-6直接交换。

4、查运算曲线用标么电抗值，必须是已归算到该供电电源总容量的计算电抗。对于水轮发电机（有阻尼绕组），查曲线时，其电抗应再加0.07。

5、计算冲击短路电流，有发电机端短路情况时，只将该发电机按式I ich ''=7.2进行计算，其它并非直接在机端短路的发电机，仍应按式I ich ''=55.2计算，然后再叠加求总的冲击短路电流。

五、电气设备选择（参见参考资料四、第四章，参考资料十第四章） （一）本设计中需要选择的电气设备及其选择条件，参见表十二：

轴流式水轮机转轮算例

题目：ZZ440水轮机转轮的水力设计 方法：奇点分布法 已知参数： ZZ440 —100转轮水力设计 一.确定计算工况 由模型综合特性曲线得到n110=115 (r/min ) ,Q110=820 ( l/s) zz440属于ns=325~875范围，为了使设计的转轮能在预期的最优工况下效 率最高，计算工况与最优工况的关系按下式确定： n1l=(1.2~1.4)n 110 =138~161 (r/min) n= n.,^ H / D1(1.2 ~ 1.4)n110寸百/ D r 721.3 ~ 841.5 ( r/min) 故选定n=750 ( r/min ) 则实际n11= ^D1143.49 V H Q11=(1.35~1.6)Q110=1.4 Q110=1148<1650 (l/s) Q Q11D2JH1.4Q110D W H 6.0 m3/s 二.确定各断面叶栅稠密度l/t 据P213页(-)pj ~ n s关系，当ns=440时，得t 综合考虑一下关系： (二」 t "pi3 取D1=1000mm，取6 个断面R1~R6 依次为255、303、351、399、447、495 水力设计内容： (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) 确定计算工况 确定各断面叶栅稠密度l/t 选定进出口轴面速度Cz沿半径的分布规律，确定各断面的选定 进出口环量r沿半径的分布规律，确定各断面的r 计算各断面进 出口速度三角形，求知、2 第一次近似计算及绘图 第二次近似计算 Cz1、Cz2 1、 n =91%, a om=18mm D1 a。 _ a0m 1m —18 39.13mm 0.46 (0.85~0.95片)Pj K 3(t)n (1.2 ~ 1.25 )n (\ K卩小的打

水轮机制动系统,毕业设计

课题名称水轮机制动系统 系别机电系 专业电气工程与自动化 班级 姓名 学号 指导教师 起讫时间：年月日～年月日（共周）

毕业设计（论文）开题报告

水轮机制动系统 引言：20世纪以来，水电机组一直向高参数、大容量方向发展。随着电力系统中火电容量的增加和核电的发展，为解决合理调峰问题，世界各国除在主要水系大力开发或扩建大型电站外，正在积极兴建抽水蓄能电站，水泵水轮机因而得到迅速发展。 摘要：水电站的有功调节通常是通过调速器实现的，但当水轮机组并入电网运行时，对于单台发电机来说转速反馈几乎不起作用。近年来，随着自动发电控制(AGC)的需要，有功功率在控制系统中的调节品质已成为当前电力系统自动化领域的突出问题。 关键词： 参考文献：200MW混流式水轮机的效率改进，水轮机原理与流体动力学计算基础， 系统工作原理：如图1所示：测量元件把机组转速N（频率F N）、功率、水头、流量等参量测量出来，与给定信号和反馈信号综合后，经放大校正元件控制执行机构，执行机构操纵水轮机导水机构和桨叶机构，同时经反馈元件送回反馈信号 到信号综合点。 图1水轮机调节系统结构图

一、水轮机电气控制设备系统 水轮机制动系统是由水轮机电气控制设备系统和被控制系统（流体控制和PLC 控制）组成的闭环系统。水轮机、引水和泄水系统、装有电压调节的发电机及其所并入的电网称为水轮机调节系统中的被控制系统；用来检测被控参量与给定量的偏差，并将其按一定特性转换成主接力器行程偏差的一些装置组合，称为水轮机控制设备。水轮机调速器则是由实现水轮机调节及相应控制的机构和指示仪表等组成的一个或几个装置的总称。 (一)水轮机的选型： 水轮机按工作原理可分为冲击式水轮机和反击式水轮机两大类。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。通过查找资料；反击式水轮机中，水流充满整个转轮流道，全部叶片同时受到水流的作用，所以在同样的水头下，转轮直径小于冲击式水轮机。它们的最高效率也高于冲击式水轮机，但当负荷变化时，水轮机的效率受到不同程度的影响，我选择较先进地反冲击式水轮机HLX180转轮，其模型额定点效率ηM=0．94。较通常转轮高出2个百分点，最高效率圈相对扁平，额定和加权平均水头下Q1′跨度达120L/m3，n1r′非常接近最优单位转速，运行区域包括了整个最优效率区，依据效率加权因子，求得的模型加权平均效率达88．4%，额定水头下具有8．3%的超发能力，因此该转轮能量指标较高，水能利用率高。 图2 HLX180型水轮机 （二）控制原理说明： 1.本系统采用分层分布式布局，配置如图3所示。主要由2个机组监控屏、 发 电机保护屏、公用监控屏、主编线路保护屏和电量屏构成。通讯采用高速以太网与上级调度、操作员工作站进行通讯。其中公用监控屏由可编程控制器(由三菱FX2N-80MR和2个FX0N-16EX扩展模块组成)、自动准同期装置、触摸屏、电力测控仪和逆变电源组成，在公用监控屏中实现对发电机的有功调节。

水轮机课程设计

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

冲击式水轮机“毕业设计”

冲击式水轮机毕业设计任务书、基本资料和指示书 河海大学水电学院动力系 二○○六年三月

冲击式水轮机毕业设计 任务书 一、设计内容 根据给定的原始资料，对指定的电站、指定的原始参数进行该电站的机电初步设计，包括：电站装机机型的比较设计和参数选择，调节保证计算及调速设备选择，该电站的辅助系统设计和电气一次系统初步设计。 二、时间安排 1、电站装机机型比较设计4周 2、调节保证系统1周 3、辅助系统2周 4、专题 1.0周 5、电气部分2周 6、成果整理1周 7、评阅答辩1周 8、机动0.5周 总计12.5周 三、成果要求 1、设计说明书：说明设计思想，方案比较，参考资料及最终结果。 2、设计计算书：设计计算过程，计算公式，参数选取的依据，计算结果。 3、图纸：主机部分厂房纵剖图，配水环管装配图，水系统图，气系统图和油系统图，电气主接线图及专题部分图纸，规格为1号图，其中主机部分厂房纵剖图及配水环管图要求既要画出手工图纸又要CAD图，其他全部CAD图。 冲击式水轮机毕业设计 资本资料 一、田湾河电站 田湾河位于四川甘孜州康定县、雅安市石棉县境内，为大渡河中游的一级支流，发源于贡嘎山西侧，主源莫溪沟由北向南流，在魏石达先后有贡嘎沟和腾增沟分别自左、右岸汇入后始称田湾河。下行至界碑石进入石棉县境内并有环河自右岸汇入，经草科、田湾在两河口注入大渡河。 整个田湾河开发方案规划为干、支流“两库四级”开发。整个梯级从上至下依次由巴王海、仁宗海、金窝和大发四级水电站组成。业主提出整体开发田湾河的思想，计划在2007年内完成仁宗海、金窝、大发三个梯级水电站的建设。 仁宗海水库水电站位于康定县和石棉县交界处，工程为混合式开发。电站龙头水库坝址位于仁宗海口上游约400m处，水库正常蓄水位2930m，总库容1.09亿m3，调节库容0.91亿m3，水库具有年调节性能；引水隧洞长约7.5km；地下厂房厂址位于界碑石下游约650m，距田湾河河口约30km。仁宗海水库电站工程已于2003年开工，第一台机组计划投产日期2007

贯流式水轮机的特点

贯流式水轮机的特点 贯流式水电站是开发低水头水力资源较好的方式,一般应用于25m水头以下。它低水头立轴的轴流式水电站相比,具有如下显著的特点。 1．电站从进水到出水方向基本上是轴向贯通。如灯泡贯流式水电站的进水管和出水管都不拐弯,形状简单,过流通道的水力损失减少,施工方便。 2．贯流式水轮机具有较高的过流能力和大的比转速,所以在水头和功率相同的条件下,贯流式水轮机直径要比转桨式小10%左右。 3．贯流式水电站的机组结构紧凑,与同一规格的转桨式机组相比其尺寸较小,可布置在坝体内,取消了复杂的引水系统,减少厂房的建筑面积,减少电站的开挖量和混凝土量,根据有关资料分析,土建费用可以节省20%一30%。4．贯流式水轮机适合作可逆式水泵水轮机运行,由于进出水流道没有急转弯,使水泵工况和水轮机工况均能获得较好的水力性能。如应用于潮汐电站上可具有双向发电、双向抽水和双向泄水等六种功能。因此,很适合综合开发利用低水头水力资源。 5．贯流式水电站一般比立轴的轴流式水电站建设周期短,,收效快。 贯流式机组布置型式 贯流式水电站的型式一般采用河床式水电站布置，电站厂房是挡水建筑物的一部分，厂房顶有时也布置成泄洪建筑。由于水头较低，挡水建筑大部分采用当地材料，以土石坝为主。广东的白垢贯流式水电站则采用橡胶坝作为挡水建筑物，在洪水期则作为泄洪建筑，降低了工程投资。有的电站由于河流地形、地质条件的特点，也采用引水式布置，如我国四川安居、湖南南津渡水电站则采用明渠引水式的布置。贯流式水电站也常有航运、港口通航的要求，枢纽中设有船闸、升船机等建筑。 贯流式水电站一般处于地形比较平坦，离城镇比较近，水量比较丰富的

毕业设计水电站的水轮机设计

1前言 (4) 2水电站的水轮机选型设计 (5) 2.1水轮机的选型设计概述 (5) 2.2 水轮机选型的任务 (6) 2.3水轮机选型的原则 (6) 2.4水轮机选型设计的条件及主要参数 (7) 2.5确定电站装机台数及单机功率 (7) 2.6选择机组类型及模型转轮型号 (8) 2.7初选设计（额定）工况点 (11) 2.8 确定转轮直径D1 (12) 2.9 确定额定转速 n (12) 2.10效率及单位参数的修正 (13) 2.11核对所选择的真机转轮直径D1 (14) 2.12确定水轮机导叶的最大开度、最大可能开度、最优开度 (18) 2.13计算水轮机额定流量q v,r (19) 2.14确定水轮机允许吸出高度H s (20) 2.15计算水轮机的飞逸转速 (25) 2.16计算轴向水推力P oc (25) 2.17估算水轮机的质量 (26) 2.18绘制水轮机运转综合特性曲线 (26) 3水轮机导水机构运动图的绘制 (35) 3.1导水机构的基本类型 (35) 3.2导水机构的作用 (36) 3.3导水机构结构设计的基本要求 (36)

3.4导水机构运动图绘制的目的 (37) 3.5导水机构运动图的绘制步骤 (37) 4水轮机金属蜗壳水力设计 (41) 4.1蜗壳类型的选择 (41) 4.2金属蜗壳的水力设计计算 (41) 5尾水管设计 (49) 5.1 尾水管概述 (49) 5.2尾水管的基本类型 (49) 5.3弯肘形尾水管中的水流运动 (49) 6水轮机结构设计 (50) 6.1概述 (50) 6.2水轮机主轴的设计 (50) 6.3水轮机金属蜗壳的设计 (51) 6.4水轮机转轮的设计 (52) 6.5导水机构设计 (55) 6.6水轮机导轴承结构设计 (58) 6.7水轮机的辅助装置 (61) 7金属蜗壳强度计算 (63) 7.1金属蜗壳受力分析 (63) 7.2蜗壳强度计算 (63) 7.3计算程序及结果 (66) 8结论 (71)

全贯流式水轮机基本结构

贯流式水轮机基本结构 一、贯流式水轮机的特点 贯流式水轮机是开发低水头水力资源的一种新型机组，适用于25m以下的水头。这种机型流道呈直线状，是一种卧轴水轮机，转轮形状与轴流式相似，也有定桨和转桨之分，由于水流在流道内基本上沿轴向运动不拐弯，因此较大的提高了机组的过水能力和水力效率。 此外，与其它机型相比，它还有其它一些显著特点： （1）从进水到出水方向轴向贯通形状简单，过流通道的水力损失减小，施工方便，另外它效率较高，其尾水管恢复功能可占总水头的40%以上。 （2）贯流式机组有较高的过滤能力和比转速，所以在水头与功率相同的条件下，贯流式的要比转桨式的直径小10%左右。 （3）贯流式水轮机适合作了逆式水泵水轮机运行，由于进出水流道没有急转弯，使水泵工况和水轮机工况均能获得较好的水力性能。如应用于潮汐电站上可具有双向发电，双向抽水和双向泄水等六种功能，很适合综合开发利用低水头水力资源，另外在一般平原地区的排灌站上可作为可逆式水泵水轮机运行，应用范围比较广泛。 （4）贯流式水电站一般比立轴的轴流式水电站建设周期短、投资小、收效快、淹没移民少，电站靠近城镇，有利于发挥地区兴建电站的积极性。 二、贯流式水轮机的分类 根据贯流式水轮机机组布置形式的不同可将其划分为以下几种形式： 1．轴伸贯流式 这种贯流式水轮发电机组基本上采用卧式布置，水流基本上沿轴向流经叶片的进出口， 出叶片后，经弯形（或称S形）尾水管流出，水轮机卧式轴穿出尾水管与发电机大轴连接，发电机水平布置在厂房内。 轴伸贯流式机组按主轴布置方式可分成前轴伸、后轴伸和斜轴伸等几种，如图7-1所示。这种贯流式机组与轴流式相比没有蜗壳、肘形尾水管，土建工程量小，发电机敞开布置，易于检修、运行和维护。但这种机组由于采用直弯尾水管，尾水能量回收效率较低，机组容量大时不仅效率差，而且轴线较长，轴封困难，厂房噪音大都将给运行检修带来不方便。所以一般只用于小型机组。 2．竖井贯流式 这种机组主要特点是将发电机布置在水轮机上游侧的一个混凝土竖井中，发电机与水轮机的连接通过齿轮或皮带等增速装置连在一起如图7-2所示。

水轮机课程设计报告

- - - 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

水轮机叶片毕业设计资料

一、工程背景及水轮机叶片简介 图1、为某型水轮机叶片的CAD模型。在发电工作工程中水流由进水口流向出水口，叶片承受水流的冲刷从而开始运动，这种运动通过传动轴传递到发电机，从而带动发电机工作发电。但是水轮机在工作仅仅一年多时间以后，就有数片叶片发生了疲劳断裂事故，使得水轮机不能正常工作发电，造成了一定的经济损失，同时也说明水轮机叶片在结构的设计方面确实存在不完善之处。然而，由于水轮机在水下进行工作，很难通过测量得方法获得叶片上应力和位移的分布情况，也就无法知道叶片为何会断裂，无法有效的改善叶片的几何结构。在这种情况下，长江水利委员会陆水枢纽局的委托我们对LS591水轮机叶片的进行Ansys有限元模拟计算，获得叶片的应力场和位移场的分布，从而为叶片断裂事故分析提供技术支持，并对叶片结构的改进提供具体方案。 传动轴 进水口出水口 图1、CAD模型

二、ANSYS简介及解题步骤 1、ANSYS简介 对于大多数工程技术问题，由于物体的几何结构比较复杂或则问题的某些特征是非线性的，我们很难求得其解析解。这类问题的解决通常具有两种途径：一是引入简化假设，但这种方法只是在有限的情况下是可行的。也正是因为这样，有限元数值模拟的技术产生了。有限元方法通过计算机程序在工程中得到了广泛的应用。到80年代初期，国际上较大型的面向工程的有限元通用软件达到了几百种，其中著名的有：ANSYS,NASTRAN,ASKA, ADINA,SAP等。其中，以ANSYS为代表的工程数值模拟软件，即有限元分析软件，不断的吸取计算方法和计算机技术的最新进展，将有限元分析、计算机图形学和优化技术相结合，已成为解决现代工程问题必不可少的有力工具。尤其是在某些环境中，样机试验是不方便的或者不可能的，而利用ANSYS软件，对这个问题有了很好的解决。本文中水轮机叶片是在水下的环境进行工作，测量很难进行，利用有限元软件ANSYS这个问题得到了很好的解决。 2、ANSYS分析步骤 ANSYS分析可以分为三个步骤： a、创建有限元模型

灯泡贯流式水轮机

第一章灯泡贯流式水轮机的结构 灯泡贯流式水轮机是贯流式水轮机的主要类型之一。1919年初，美国工程师哈尔扎(Harza)首先提出其设计理念。经过瑞士爱舍维斯公司(Escher Wyss)公司近20年的研究，于1936年研制成功，并开始生产。该水轮机应用水头一般在25m以下，主要应用于潮汐电站，近年来逐渐应用到江河上的低水头电站。贯流式水电站是开发低水头水力资源较好的方式。它与中、高水头水电站和低水头立轴的轴流式水电站相比，具有如下显著的特点。 1．效率高、结构简单、施工方便 贯流式水轮发电机组从进水到出水方向基本上轴向贯通，不拐弯，流道尺寸大而短，过流通道的水力损失少，效率高，结构简单，施工方便。 2．尺寸小 贯流式水轮机有较大的比转速，所以在水头和功率相同的条件下，贯流式水轮机的直径要比转桨式水轮机的小10％左右。 3．土建投资少 贯流式水电站的机组结构紧凑，与同一容量的轴流转桨式机组相比，其尺寸较小，可布置在坝体内，取消了复杂的引水系统，可以减少厂房的建筑面积，减少电站的开挖量和混凝土用量。根据有关资料分析，土建费用可以节省20％～30％。 4．运行方式多 贯流式水轮机适合作可逆式水轮机运行。由于进出水流道没有急转弯，使水轮机发电和抽水均能获得较好的水力性能。它可应用于潮汐电站，具有双向发电、双向抽水和双向泄排水等6种功能。因此，很适合综合开发利用低水头水力资源。 5．见效快 贯流式水电站一般比轴流式水电站建设周期短、投资小、收效快、淹没移民少；电站靠近城镇，有利于发挥地方兴建电站的积极性。 第一节贯流式水轮机的分类及简介 贯流式水轮机组按总体布置方式的不同可分为以下几种： (1)全贯流式。 (2)灯泡贯流式。 (3)竖井贯流式。 (4)轴伸贯流式。 第1页 (5)虹吸贯流式。 按运行工况不同可分为以下3种： (1)单向贯流式。 (2)双向贯流式。 (3)可逆贯流式。 一般习惯按总体布置方式的不同来分类，而很少按运行工况分类，所以本节按总体布置方式的不同分类，介绍贯流式机组的类型。 一、全贯流式水轮机 全贯流式水轮机的流道平直，水流可沿轴向一直流过导叶、转轮叶片和尾水管，故称为全贯流式水轮机，也称为直线流动的水轮机——管型水轮机。由于全贯流式发电机转子布置在水轮机转轮的外缘，故称为轮缘贯流式水轮机，如图1—1所示。

水轮机毕业设计 开题报告

毕业设计（论文） 开题报告 题目电站水轮机结构设计 专业热能与动力工程 班级 学生 指导教师

一、毕业设计（论文）课题来源、类型 本课题来源于越南DongNai5 水电项目，设计类型为水轮机结构设计。DongNai5电站，位于越南DongNai 省的DongNai 河。它配备了两台75MW混流式水轮发电机组，总装机容量150MW。电站预计2015年投入商业运行，年发电量达616万kW·h。该题目属于工程设计类题目。 二、选题的目的及意义 水轮机对于电站而言，是重中之重。它配合发电机组实现了，机械能转化为电能这一核心任务。因此，使水轮机最优化，对提高电站的效率至关重要。它的性能优劣,结构完善与否,直接涉及到水电事业发展的程度。进行水轮机的结构设计，综合考虑水轮机性能、效率、成本等，对学生个人也是一种总结和学习的过程的。通过水轮机结构设计，使得自己对大学所学的专业知识进一步掌握并运用，将书本知识实用化，为自己以后继续学习专业知识或者就业，有很大的帮助。 三、本课题在国内外的研究状况及发展趋势 电力是现代化工业生产和生活不可或缺的动力能量,水力发电是电力工业的一个门类。建国50多年来,我国的水电事业有了长足的发展,取得了令人瞩目的成绩。水电在我国的兴起是有其深刻的背景的。 我国河流众多,径流丰沛,落差巨大,蕴藏着丰富的水能资源。2000～2004年, 中国水电工程顾问集团公司组织了全国水力资源复查, 水电资源理论蕴藏量为6.94亿kW,年发电量6.08万亿kW·h, 其中技术可开发容量为5.42亿kW, 年发电量2.47万亿kW·h; 经

济可开发容量为4.02亿kW,年发电量1.75万亿kW·h。 首先,我国有大规模利用水能资源的条件和必要性。我国水能资源丰富,不论是水能资源蕴藏量,还是可能开发的水能资源,在世界各国中均居第一位。但是目前我国水能的利用率仅为13%,水力发电前景广阔。随着我国经济的快速增长,能源消耗总量也大幅度增长,煤炭、石油和天然气这些常规能源的消耗量越来越大,甚至需要依靠进口。 水力发电经过一个多世纪的发展,其工程建设技术、水轮发电机组制造技术和输电技术趋于完善,单机容量也不断增大。并且水力发电成本低廉,运行的可靠性高,故其发展极为迅速。近一个世纪,特别是建国以来,经过几代水电建设者的艰苦努力,中国的水电建设从小到大、从弱到强不断发展壮大。改革开放以来,水电建设更是迅猛发展,工程规模不断扩大。 据电工行业统计数据表明，2009年我国发电设备和大中型电机的产量分别为：水轮发电机组2303万kW，汽轮发电机8654万kW，成套发电设备11993万kW，大中型电机约为7500万kW，其中大型电机约为3000万kW（含风电1380万kw的70% ）。 调查表明，全世界发电设备市场的订货量从1991年的70GW 增加到了1996年的100GW，其中水电只占16%。在水电设备订货量方面，亚洲国家的订货量要占一半以上，如1996年的总订货量为18GW，其中中国占23%。 水轮机是一种流体机械。所谓流体机械就是以流体作为工作介质的机器。它是实现流体功能和热能转换的机械。( 热能转换的流体机械在此不作介绍) 。对于功和能转换的流体机械主要分为两大类,一类是流体能量对流体机械作功而提供动力; 另一类则是通过流体机械将原动力传递给流体, 使流体的能量得以提高。当然还有一种液力传动功能的机械( 如液力变矩器、液力耦合器以及流体与流体、流体与固体分离的机械) 也称为流体机械。 水力发电用的水轮机有着100 年以上的历史，一般认为是已

水轮机课程设计样本

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 ）

贯流式水轮机基本结构

第六节贯流式水轮机基本结构 一、贯流式水轮机的特点 贯流式水轮机是开发低水头水力资源的一种新型机组，适用于25m以下的水头。这种机型流道呈直线状，是一种卧轴水轮机，转轮形状与轴流式相似，也有定桨和转桨之分，由于水流在流道内基本上沿轴向运动不拐弯，因此较大的提高了机组的过水能力和水力效率。 此外，与其它机型相比，它还有其它一些显著特点： （1）从进水到出水方向轴向贯通形状简单，过流通道的水力损失减小，施工方便，另外它效率较高，其尾水管恢复功能可占总水头的40%以上。 （2）贯流式机组有较高的过滤能力和比转速，所以在水头与功率相同的条件下，贯流式的要比转桨式的直径小10%左右。 （3）贯流式水轮机适合作了逆式水泵水轮机运行，由于进出水流道没有急转弯，使水泵工况和水轮机工况均能获得较好的水力性能。如应用于潮汐电站上可具有双向发电，双向抽水和双向泄水等六种功能，很适合综合开发利用低水头水力资源，另外在一般平原地区的排灌站上可作为可逆式水泵水轮机运行，应用范围比较广泛。 （4）贯流式水电站一般比立轴的轴流式水电站建设周期短、投资小、收效快、淹没移民少，电站靠近城镇，有利于发挥地区兴建电站的积极性。 二、贯流式水轮机的分类 根据贯流式水轮机机组布置形式的不同可将其划分为以下几种形式： 1．轴伸贯流式 这种贯流式水轮发电机组基本上采用卧式布置，水流基本上沿轴向流经叶片的进出口， 出叶片后，经弯形（或称S形）尾水管流出，水轮机卧式轴穿出尾水管与发电机大轴连接，发电机水平布置在厂房内。 轴伸贯流式机组按主轴布置方式可分成前轴伸、后轴伸和斜轴伸等几种，如图7-1所示。这种贯流式机组与轴流式相比没有蜗壳、肘形尾水管，土建工程量小，发电机敞开布置，易于检修、运行和维护。但这种机组由于采用直弯尾水管，尾水能量回收效率较低，机组容量大时不仅效率差，而且轴线较长，轴封困难，厂房噪音大都将给运行检修带来不方便。所以一般只用于小型机组。 2．竖井贯流式 这种机组主要特点是将发电机布置在水轮机上游侧的一个混凝土竖井中，发电机与水轮机的连接通过齿轮或皮带等增速装置连在一起如图7-2所示。

水轮机课程设计(2)

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

ZZ560轴流式水轮机结构设计_毕业设计设计说明书

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

水轮机选型结构设计毕业论文

水轮机选型结构设计毕业论文 目录 前言 (1) 概述 (1) 设计容与要求 (2) 1 越南DongNai5电站基本资料 (3) 2 轴面流道图 (4) 3 水轮机真机运转特性曲线 (6) 3.1 等效率线的绘制 (6) 3.2 等开度线的绘制 (10) 3.3 真机运转特性曲线的绘制 (12) 4 埋入部件结构设计 (13) 4.1 座环 (13) 4.1.1 结构型式 (13) 4.1.2 尺寸系列 (13) 4.2 基础环 (13) 4.3 尾水管里衬 (14)

5 导水机构结构设计 (16) 5.1 导水机构总体结构设计 (16) 5.2 导叶布置图的绘制 (16) 5.2.1 导叶翼型的确定 (16) 5.2.2 导叶开度的确定 (18) 5.2.3 导叶布置图以及相关曲线的绘制 (19) 5.3 导叶装置结构设计 (20) 5.3.1 导叶的结构 (20) 5.3.2 导叶轴套结构 (21) 5.3.3 导叶轴颈的密封 (23) 5.3.4 导叶的止推装置 (24) 5.3.5 导叶套筒结构 (25) 5.4 导叶传动机构设计 (26) 5.4.1 导叶臂 (26) 5.4.2 连接板 (27) 5.4.3 叉头 (28) 5.4.4 连接螺杆 (29) 5.4.5 分半键 (29) 5.4.6 剪断销 (30)

5.4.7 叉头销 (31) 5.4.8 端盖 (32) 5.5 导水机构环形部件结构设计 (32) 5.5.1 底环 (33) 5.5.2 控制环 (33) 5.5.3 顶盖 (36) 6 转动部件结构设计 (37) 6.1 转轮结构 (37) 6.2 泄水锥 (37) 6.3 止漏装置 (38) 6.4 主轴结构设计 (39) 7 轴承、主轴密封及其它部件设计 (42) 7.1 轴承 (42) 7.2 主轴密封 (42) 7.3 补气装置 (43) 7.4 其他部件设计 (44) 结论、讨论和建议 (46) 致谢 (47) 参考文献 (48)

水轮机课程设计

水轮机课程设计 说明书 姓名： 学号： 学院：水利水电学院 班级： 指导老师：

目录 一、水轮机选型及参数计算 1.已知参数 (1) 2.水轮机型号选择 (1) 3.水轮机基本参数计算 (1) 二、水轮机运转特性曲线的绘制 1.等效率曲线的绘制 (3) 2.等吸出高度线绘制 (4) 3.出力限制线绘制 (5) 三、蜗壳设计 1.蜗壳型式及基本参数的选择 (6) 2.进口断面计算 (6) 3.圆断面计算 (7) 4.椭圆形断面计算 (8) 四、尾水管设计 1.尾水管形式的选择 (9) 2.尾水管高度的确定 (9) 3.尾水管各部分尺寸的计算 (9) 蜗壳平面图 (10) 蜗壳单线图 (11) 尾水管图 (12)

一、水轮机选型及参数计算 1.已知参数 装机容量580.00MW ；装机台数4台；单机容量145MW ； max H =84.5m ； min H =68.00m ； r H =73.00m ； a H =71.2m 水轮机安装高程?580.00m 2.水轮机型号选择 s n = H 2000 -20= 73 2000-20=214.08（m·kw） 可以选择HL220型水轮机 3.水轮机基本参数计算 （1）计算转轮直径1D 。水轮机额定出力： r P == G G N η14795998.0145000=KW 取最优单位转速=110n 71.0r/min 与出力限制线交点的单位流量为设计工况点单位流量，则14.1r 11=Q （s /m 3），对应的模型效率%89=M η暂取效率修正值 % 3=?η，则设计工况原型水轮机效率 92.003.089.0=+=?+=ηηηM ，水轮机转轮直径1D 为 m 80.492 .07314.181.9147959 81.95 .15 .111r 1=???= = η r r H Q P D 取标准值1D =5m 该方案水头高于40m,故应使用金属蜗壳，则使用水轮机型号为 HL220-LJ-500 （2）效率η 的计算 944.05 46.0)91.01(1） -1（-155110max =--==D D M M ηη 024.092.0944.0=-=?η 914.0024.089.0=+=η （3）转速n 的计算

机械毕业设计587电站水轮机进水阀门液压系统控制设计说明书

前言 毕业设计和毕业论文是本科生培养方案中的重要环节。学生通过毕业论文，综合性地运用几年内所学知识去分析、解决一个问题，在作毕业论文的过程中，所学知识得到疏理和运用，它既是一次检阅，又是一次锻炼。通过这次检验，不但可以提高学生的综合训练设计能力、科研能力（包括实际动手能力、查阅文献能力，撰写论文能力）、还是一次十分难得的提高创新能力的机会，并从下个方面得到训练： （1）学会进行方案的比较和可行性的论证； （2）了解设计的一般步骤； （3）正确使用各种工具书和查阅各种资料； （4）培养发现和解决实际问题的能力。 利用所学的液压方面的知识，我选择这个课题为我的毕业设计，进行大胆的 尝试。设计中主要以课本和各种参考资料作为依据，从简单入手，循序渐进，逐 步掌握设计的一般方法，把所学的知识形成一个整体，以适应以后的工作需要。 当然，初次设计，知识有限，经验不足，一些问题考虑不周，也可能存在有某些 错误和遗漏，恳请各位老师批评指正。 液压传动系统是液压机械的一个组成部分，液压传动系统的设计要同主机的总体设计同时进行。着手设计时，必须从实际情况出发，有机地结合各种传动形式，充分发挥液压传动的优点，力求设计出结构简单、工作可靠、成本低、效率高、操作简单、维修方便的液压传动系统。 1 设计步骤 液压系统的设计步骤并无严格的顺序，各步骤间往往要相互穿插进行。一般来说，在明确设计要求之后，大致按如下步骤进行。 1）进行工况分析，确定系统的主要参数； 2）制定基本方案，拟定液压系统原理图； 3）选择液压元件； 4）液压系统的性能验算； 5）绘制工作图，设计液压装置 6）液压系统的维护 2 明确设计要求 设计要求是进行每项工程设计的依据。在制定基本方案并进一步着手液压系统各部分设计之前，必须把设计要求以及与该设计内容有关的其他方面了解清楚。 1）主机的概况：用途、性能、工艺流程、作业环境、总体布局等； 2）液压系统要完成哪些动作，动作顺序及彼此联锁关系如何； 3）液压驱动机构的运动形式，运动速度； 4）各动作机构的载荷大小及其性质；

水轮机课程设计汇编

水轮机课程设计宋嘉城 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