毕业设计
水轮机选型毕业设计及solidworks建立转轮模型
任务书
设计原始资料
一、电站地理位置：位于华北地区。电站所在地海拔高程约800 m 。
二、枢纽任务：发电为主。
三、总装机容量：P总=2500MW 保证出力：500MW
四、水轮机工作水头
最大水头Hmax=100m 平均水头Hav=90m
设计水头Hr=94m 最小水头Hmin80.0
任务与要求
一．水轮机部分
⒈水轮机型号选择。
⒉应用主要综合特性曲线初步拟订待选方案。
⒊通过初步分析比较淘汰明显不合理的方案，保留两个较好方案精选。
⒋精选过程进行两个方案的动能经济比较。绘制运行特性曲线，进行机电设备的投资估算及土建工程比较
5．确定最佳方案。并对其进行如下计算：
⑴水轮机飞逸转速；
⑵轴向力；
⑶导叶高程，导叶最大及最优开度；
⑷蜗壳水力计算及单线图；
⑸尾水管型式选择及单线图和主要剖面图的绘制；
⑹对水轮机结构的特殊要求。
二、绘制水轮机的运转综合特性曲线；对发电机的型号进行选择；
三、进行蜗壳，尾水管的水力计算；
四、利用Solidworks建立转轮的几何模型。
五、计算书和说明书
⒈分别编写设计计算书和设计说明书各一分。
⒉计算书要求计算准确，层次清晰，公式和系数选择要求正确合理并标明依据。
⒊说明书要论证充分正确，结论清楚。书写字迹工整。，
⒋图纸要符合标准，要求选择一张用计算机绘制。
⒌说明书附英文标题与摘要。
摘要
本设计着重阐述了水轮机型号的选择，电机型号的选择，及利用Solidworks建立几何模型。水轮机选型设计部分：依据原始资料初步确定机组的台数和机型，从而形成了四种设计方案，然后对四种方案的技术参数进行计算和比较，精选出两种方案作为备选方案；同过绘制两个方案的综合运转特性曲线和等吸出高度线，进行比较后确定一个方案作为设计的最终方案，然后，算出所确定方案的蜗壳和尾水管参数。第三部分是确定电站发电机的型号，经过第一部分的数据计算发电机各个参数，由所计算的参数进行选型。第四部分是利用Solidworks建立几何模型。
关键词：水轮机，蜗壳，尾水管，发电机，Solidworks,几何模型。
ABSTRACT
This design emphatically expounds the model selection of hydraulic turbine generator auxiliary equipment，and use Solid works to establish the geometric models of the runner. Selection and design of turbine parts ：the original basis for the initial units to determine the number and type of Taiwan, thus the four designs, and then the four programs of technical parameters were calculated and compared. namely, the two programs as options; Drawing off with two programs integrated operating characteristic curve and such a high level of absorption lines, After comparing a program to determine the final design of the program, and then calculated by determining program scroll and a scroll parameters.The third part is to determine the generator system.Calculation of various equipment and choose the generator. The fourth part is use Solid works to establish the geometric models of the runner.
Keywords: turbine, scroll, draft tube, generator, the geometric mode
目录
任务书 (1)
摘要 (3)
ABSTRACT (4)
第一章绪论 (7)
1.1 水轮机 (7)
1.2 发电机 (7)
1.3 Solidworks (8)
第二章水轮机选型 (10)
2.1概述 (10)
2.2水轮机型号及装机台数的选择 (10)
2.2.1水轮机型号的选择 (10)
2.2.2水轮机装机台数的选择 (10)
2.2.3初选方案的拟定 (11)
2.3 各初选方案原型水轮机参数的计算 (11)
2.3.1 方案一各技术参数的计算 (11)
2.3.2 方案二各技术参数的计算 (14)
2.3.3 方案三各技术参数的计算 (16)
2.3.4 方案四各技术参数的计算 (19)
2.3.5 各方案技术参数列表 (22)
2.4精选方案的确定及其参数的计算 (22)
2.4.1 精选方案的确定： (22)
2.4.2 精选方案综合特性曲线的绘制 (22)
2.4.3 投资估算 (30)
2.5 蜗壳的水力计算 (33)
2.5.1 蜗壳形式的确定 (33)
2.5.2 金属蜗壳设计 (33)
2.6尾水管的水力设计 (38)
2.6.1尾水管型式的选择 (38)
2.6.2 尾水管各部分尺寸的计算 (38)
2.6.3 尾水管单线图 (39)
第三章发电机的型号选择 (40)
3.1 发电机的计算参数 (40)
3.2选择发电机的型式及冷却方式 (40)
3.3发电机的主要尺寸 (40)
3.4发电机外形尺寸计算 (41)
3.4.1平面尺寸计算 (41)
3.4.2轴向尺寸计算 (42)
3.5发电机重量估算 (43)
3.6发电机计算结果 (43)
第四章利用solidworks建立转轮模型 (45)
4.1 solidworks介绍 (45)
4.2 利用solidworks建立风扇零件模型 (46)
4.2.1风扇下盖的建立 (46)
4.2.2 风扇上盖的建立 (48)
4.2.3 风扇叶片的建立 (48)
4.2.4 利用solidworks建立风扇装配体模型 (49)
4.3 利用solidworks建立水轮机轴流式转轮模型 (50)
4.3.1转轮叶片的建立 (50)
4.3.2 泄水锥的建立 (51)
4.3.3 利用solidworks建立轴流式转轮装配体模型 (51)
结论 (52)
参考文献 (53)
致谢 (54)
第一章绪论
1.1 水轮机
水轮机是一种把河流中蕴藏的能量转换为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将旋转机械能转换成电能。
水轮机是将水能转换为机械能的机械，它的基本部件即对量的转换有直接的影响的过流部件，是绝大多数水轮机普遍具有的部件。近代水轮机一般都具有四个基本过流部分，它们分别为：引导并集中水流流入转轮的饮水部分称为引水部件；使流入转轮的水具有所需的速度和大小的导向部分称为导水部件；把引入水流的水能转换为转动机械能的能量转换部分称为工作部件（转轮）；将转轮流出的水引向下游并利用其余能的泄水部分称为泄水部分。对不同类型的水轮机，上述四个重要部件在形式上都具有各自的特点。
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。
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，轴向流出转轮；在轴流式水轮机中，水流径向进入导叶，轴向进入和流出转轮；在斜流式水轮机中，水流径向进入导叶而以倾斜于主轴某一角度的方向流进转轮，或以倾斜于主轴的方向流进导叶和转轮；在贯流式水轮机中，水流沿轴向流进导叶和转轮。
在反击式水轮机中，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。
反击式水轮机都设有尾水管，其作用是：回收转轮出口处水流的动能；把水流排向下游；当转轮的安装位置高于下游水位时，将此位能转化为压力能予以回收。对于低水头大流量的水轮机，转轮的出口动能相对较大，尾水管的回收性能对水轮机的效率有显著影响。
1.2 发电机
水轮发电机是指以水轮机为原动机将水能转化为电能的发电机。水流经过水轮机时，将水能转换成机械能，水轮机的转轴又带动发电机的转子，将机械能转换成电能而输出。是水电站生产电能的主要动力设备。
水轮发电机由水轮机驱动。它的转子短粗，机组的起动、并网所需时间较短，运行调度灵活，除一般发电外，特别宜于作为调峰机组和事故备用机组。水轮发电机组的最大容量已达80万千瓦。
水轮发电机按轴线位置可分为立式与卧式两类。大中型机组一般采用立式布置，卧式布置通常用于小型机组和贯流式机组。立式水轮发电机按导轴承支持方式又分为悬式和伞式两种。伞式水轮发电机按导轴承位于上下机架的不同位置又分为普通伞式、半伞式和全伞式。悬式水轮发电机的稳定性比伞式好，推力轴承小，损耗小，安装维护方便，但钢材耗量多。伞式机组总高度低，可降低水电站厂房高度。卧式水轮发电机一般用于转速大于375r/min的情况，以及一些小容量电站
水轮发电机由转子、定子、机架、推力轴承、导轴承、冷却器、制动器等主要部件组成。定子主要由机座、铁芯和绕组等部件组成。定子铁芯用冷轧硅钢片叠成，按制造和运输条件可做成整体和分瓣结构。水轮发电机冷却方式一般采用密闭循环空气冷却。特大容量机组倾向于以水作为冷却介质，直接冷却定子。如同时冷却定子和转子则为双水内冷水轮发电机组。
水轮发电机如今的发展趋势主要为提高水轮发电机的单机容量向巨型机组发展，为了提高其可靠性和耐久性，在结构上采用不少新技术。随着发电电动机容量增大转速增高，机组的推力负荷及起动转矩也在增加。用了磁推力轴承后，推力负荷由于加上了与重力反方向的磁吸引力，从而减少了推力轴承的荷载,减小了轴面阻力损失,降低了轴承温度和提高了机组效率，起动阻力矩也减小。
1.3 Solidworks
SolidWorks为达索系统（Dassault Systemes S.A）下的子公司，专门负责研发与销售机械设计软件的视窗产品Solidworks有功能强大、易学易用和技术创新三大特点，这使得SolidWorks 成为领先的、主流的三维CAD解决方案。SolidWorks 能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks 不仅提供如此强大的功能，而且对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。
在石油、化工、冶金、矿山、电站等众多行业中，各类机械设备在进行油类介质的转输、增压、燃油喷射以及大型机械设备的润滑系统在进行稀油循环和输送润滑油的过程中，转轮、不可或缺的动力元件。齿轮泵具有尺寸小，重量轻，自吸性能好，结构简单，工艺性好，使用时工作可靠，耐冲击性强，维护修理方便和价格便宜等优点，因此Solidworks得到了广泛的应用。
SolidWorks是一套基于Windows的CAD/CAM/CAE/PDM桌面集成系统，是由美国SolidWorks公司在总结和继承了大型机械CAD软件的基础上，在Windows的环境下实
现的第一个机械三维设计软件，于1995年11月研制成功，其技术基于先进的Parasolid 内核[34]。
SolidWorks之所以成为领先的、主流的三维CAD解决方案，主要是基于如下几方面的突出优点:
(1)友好高效的三维CAD系统
SolidWorks是微机平台上的高级三维CAD软件，运行于Windows环境中，它提供了强大的设计功能和易学易用的操作方法，使得整个产品成为百分之百可特征造型，百分之百参数化，百分之百可修改。
(2)协同工作性能
SolidWorks提供了技术先进的工具，设计者之间可以通过互联网协同合作，可通过eDrawings方便的共享CAD文件，可用3D Meeting通过互联网实时的协同工作，用户可通过3D Content Central在线资源库下载自己所需的零部件。
(3)全相关的数据管理
SolidWorks包括三部分:零部件设计、装配设计及二维绘图，三部分相互关联，工程师可以在设计的各个阶段修改，部分修改系统会自动的进行全局修改。
(4)良好的二次开发性和功能扩充性
SolidWorks具有很好的二次开发性能，其公司与世界许多著名的软件开发公司保持着良好的合作伙伴关系。SolidWorks支持COM/OLE标准，具有良好的扩展性，软件开发人员可根据企业需求编制出相应的应用程序，这也正是本文选用SolidWorks作为开发平台的一个重要原因。
第二章 水轮机选型
2.1概述
（1）、 电站地理位置：位于华北地区。电站所在地海拔高程约800 m 。
（2）、 枢纽任务：发电为主。
（3）、 总装机容量：P 总=2500MW 保证出力：500MW
（4）、 水轮机工作水头
最大水头Hmax=100m 平均水头Hav=90m
设计水头Hr=94m 最小水头Hmin80.0
2.2水轮机型号及装机台数的选择
2.2.1水轮机型号的选择
考虑到本电站的工作水头Hmax=100,Hr=94,Hmin=80。查《水轮机》第157页知：在此水头范围内可以采用的水轮机类型有斜流式和混流式。经斜流式水轮机和混流式水轮机的比较，查《水轮机》第313页知：符合此水头下的水轮机型号有:HL180/D06A 水头范围110～150m 、HL180/A194水头范围110～150m 、HL240/D41水头范围70～105m 、HL220/A153水头范围90～125四种。
把两种型号的型谱参数代入比转速公式（《水轮机》P162，6—6）式计算水轮机的比转速：
)(18620942000202000kw m H n r s ?=-=-=
查《水轮机》P313附表1比较其比转速基本符合HL180/D06A 和HL180/A194两个机型，故最终确定水轮机的型号为HL180/D06A 和HL180/A194型。其基本参数如下表：
表2-1 两种型号水轮机的参数
2.2.2水轮机装机台数的选择
由于电站以发电为主平时电站主要担任基荷，枯水期担任峰荷或腰荷。系统里的单机容量不能超过系统总容量的1/3，且对可靠性要求较高。考虑到机组台数对工程建设费用的影响、机组台数对电厂运行效率的影响、机组台数对电厂运行维护的影响、机组台数对设备制造，运输及安装的影响、机组台数对对电力系统的影响和机组台数对电厂主接线的影响综合考虑并参照国内相似水电站取机组台数为5台或4台。
2.2.3初选方案的拟定
由水轮机型号方案和水轮机装机台数方案形成2*2个初选方案。其基本参数见表2-2所示：
表2-2 方案的确定以及基本参数
2.3 各初选方案原型水轮机参数的计算
2.3.1 方案一各技术参数的计算
(1)转轮直径1D 的计算
水轮机额定出力：51020498.0105003
=?==g r P
P η（kw ） 式中，式中，g η——为发电机的效率，通常中小型取0.93～0.95，大中型取0.95～0.98,因为本电站单机容量比较大，取98.0g =η。
查《水轮机》P324HL180/D06A 模型转轮综合特性曲线取最优单位转速min /r 5.68n 110=与出力限制线的交点的单位流量作为设计工况单位流量，则s m Q r /835.0311=，对应的模型效率88.0=m η，暂取效率修正值%2=?η，则设计工况原型水轮机效率9.002.088.0=+=?+=ηηηm 。查《水轮机》第105页式（6—13）可得水轮机转轮直径为：
)(71.89.094835.081.951020481.95.15.1r 11r
1m H Q P D r =???==η
(2) 效率η的计算
954.071.84.0)915.01(1)1(15511max =?--=--=D D m mo r ηη
（最大模型效率915.00m =η查《水轮机》第324页附图8。转轮直径4.0m 1=D 查《水轮机》第313页附表1）
效率修正值： 039
.0915.0954.00m a x =-=-=?m r ηηη 限制工况原型水轮机的效率为：
919.0039.088.0r =+=?+=ηηηm
1D 的校核计算：用934.0r =η对原先计算的1D 进行校核
)(62.8919
.094835.081.951020481.95.15.1r 11r
1m H Q P D r r =???==η 按我国规定的准轮直径标准系列（《水轮机》P165）,计算值处于标准值8.5～9.5m 之间，考虑到%3%4.15.85.8-62.8<=， %3%2.40
.962.8-0.9>= 。所以选择水轮机直径1D =8.5m 。
(3) 转速n 的计算
由模型综合特性曲线上查得min /5.68110r n =
min /5.765.8905.681110r D H n n av
=?==
查《水轮机》第166页表6—6可知：转速计算值介于75～79r/min 间，故取水轮机的转速为：取水轮机的转速为：75min /r ，则磁极对数为：40。
(4)水轮机设计流量Q r 的计算
设计工况点的单位流量r 11Q 为：
s m H D P Q r r r /859.0919.0945.881.951020481.935.125,12111=???=??=η 则)/(72.601945.8859.0322111s m H D Q Q r r r =??=??=
(5)几何吸出高度s H 的计算
为使水轮机尽可能不发生空化，取max H 、r H min H 三个水头分别计算水轮机的允许吸出高度，以其中的最小值作为最大允许吸出高度，为此进行如下计算。
①、计算min H 、r H 、max H 所对应的单位转速11n
max H ：min /75.631005.875max
1
min 11r H D n n =?=?= r H ：min /75.6594
5.8751
11r H D n n r r =?=?= min H ：min /27.71805.875min 1
max 11r H D n n =?=?=
②、确定个水头所对应的出力限制工况点的单位流量11Q
min H ：取ax m 11n 与出力限制线交点处单位流量，查《水轮机》第324页附图8，
max 11Q =0.833s /m 3
r H ：r 11Q =0、836s m /3
max H ：s m H D P Q r /7983.0100
5.8919.081.951020481.935.125.1max 21r min 11=???==η ③、用①、②中计算的对应的工况点从模型综合特性曲线上分别查出min H 、r H 、max H 所对应的模型空化系数，分别为0.054、0.054、0.047。
④、分别用查到的空化系数计算min H 、r H 、max H 对应的吸出高度。
查《水轮机》62P 知：H E H m s )(900/10σσ?+--=
查《水轮机》61P 空化系数修正值曲线得水轮机水头为80～100时，02.0=?σ max H ： m 19.380)02.0054.0(900/80010=?+--=s H
r H ：m 25.294)02.0053.0(900/80010=?+--=s H
min H ：m 4.2100)02.0047.0(900/80010=?+--=s H
从三个吸出高度计算值中取最小值2.25m ，再留一定的余量，取最大允许吸出高度m H s 2=。
(6)飞逸转速R n 的计算
查《水轮机》313P 可知HL180/D06A 的单位飞逸转速为min /6.128n 11r R =故水轮机的飞逸转速为：
min /3.1515.81006.1281max 11r D H n n R R =?==
(7)转轮轴向水推力t F 的计算
水轮机轴向的水推力系数=t K 0.20～0.26。本电站转轮直径较大，故=t K 0.23。则水轮机转轮轴向水推力为：
=t K 9.81)(25,128033781005.84
1023.081.941023max 213N H D K t =?????=???ππ (8) 检验水轮机的工作范围，并绘制其工作范围图
设计工况的单位流量r Q 11=0.859m 3/s
最大、最小及设计水头所对应的单位转速：
min /75.631005.875max
1
min 11r H D n n =?=?= min
/27.71805.875min 1
max 11r H D n n =?=?=
平均水头下的单位转速：
min /2.67905.8751
11r H D n n av av =?=?=
2.3.2 方案二各技术参数的计算
(1)转轮直径1D 的计算 水轮机额定出力：)(63775598
.0625kw P
P g r ===η 式中，式中，g η——为发电机的效率，通常中小型取0.93～0.95，大中型取0.95～0.98,因为本电站单机容量比较大，取98.0g =η。
查《水轮机》P324HL180/D06A 模型转轮综合特性曲线取最优单位转速min /r 5.68n 110
=与出力限制线的交点的单位流量作为设计工况单位流量，则s m Q r /835.0311=，对应的模型效率88.0=m η，暂取效率修正值%2=?η，则设计工况原型水轮机效率9.002.088.0=+=?+=ηηηm 。查《水轮机》第105页式（6—13）可得水轮机转轮直径为：
)(74.99.094835.081.963775581.95.15.1r 11r
1m H Q P D r =???==η
(2) 效率η的计算
956.074.94.0)915.01(1)1(15511max =?--=--=D D m mo r ηη
（最大模型效率915.00m =η查《水轮机》第324页附图8。转轮直径4.0m 1=D 查《水轮机》第313页附表1）
效率修正值： 041.0915.0956.00max =-=-=?m r ηηη
限制工况原型水轮机的效率为：
921.0041.088.0r =+=?+=ηηηm
1D 的校核计算：用934.0r =η对原先计算的1D 进行校核
)(63.9921
.094835.081.963775581.95.15.1r 11r
1m H Q P D r r =???==η 按我国规定的准轮直径标准系列（《水轮机》P 165）,计算值处于标准值9.5～10m 之间，考虑到%3%4.15.95.9-63.9<=， %3%7.310
63.9-10>= 。所以选择水轮机直径1D =9.5m 。
(3) 转速n 的计算
由模型综合特性曲线上查得min /5.68110r n =
min /4.685
.9905.681110r D H n n av
=?== 查《水轮机》第166页表6—6可知：转速计算值介于68.2～71.4r/min ，故取水轮机的转速为：68.2min /r ，则磁极对数为：44。
(4)水轮机设计流量Q r 的计算
设计工况点的单位流量r 11Q 为：
s m H D P Q r r r /858.0921
.0945.81.963775581.935.125,12111=???=??=η 则)/(76.750945.9858.0322111s m H D Q Q r r r =??=??=
(5)几何吸出高度s H 的计算
为使水轮机尽可能不发生空化，取max H 、r H min H 三个水头分别计算水轮机的允许吸出高度，以其中的最小值作为最大允许吸出高度，为此进行如下计算。
①、计算min H 、r H 、max H 所对应的单位转速11n
max H ：min /79.641005.92.68max
1
min 11r H D n n =?=?= r H ：min /83.6694
5.92.681
11r H D n n r r =?=?= min H ：min /44.72805.92.68min 1
max 11r H D n n =?=?=
②、确定个水头所对应的出力限制工况点的单位流量11Q
min H ：取ax m 11n 与出力限制线交点处单位流量，查《水轮机》第324页附图8，
max 11Q =0.830s /m 3
r H ：r 11Q =0、835s m /3
max H ：s m H D P Q r /782.0100
5.9921.081.963775581.935.125.1max 21r min 11=???==η ③、用①、②中计算的对应的工况点从模型综合特性曲线上分别查出min H 、r H 、max H 所对应的模型空化系数，分别为0.056、0.053、0.048。
④、分别用查到的空化系数计算min H 、r H 、max H 对应的吸出高度。
查《水轮机》62P 知：H E H m s )(900/10σσ?+--=
查《水轮机》61P 空化系数修正值曲线得水轮机水头为80～100时，02.0=?σ max H ： m 03.380)02.0056.0(900/80010=?+--=s H
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
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
水电站厂房 第一节几种水头的计算(1) H max=Z蓄—Z单机满出力时下游水位 H r= Z蓄—Z全机满出力时下游水位 H min=Z底—Z全机满出力时下游水位 一、H max的计算。 1 假设H max=84m 由公式Nr=K Q H 公式中 Nr为单机出力50000KW K 为出力系数8.5 H 为净水头=H0—ΔH=0.97H0 (ΔH=0.03H0) Q 为该出力下的流量。 故解出Q=70.028m3/s 查下游流量高程表得下游水位为198.8m 上游水位为284m ΔH=0.03 (284—198.8)=2.6m 又因为284—84—2.6= 197.4 2 重新假设Hmax=83m 由公式Nr=K Q H 解出Q=70.87m3/s 查下游流量高程表得下游水位为199.3m 上游水位为284m ΔH=0.03 (284—199.3)=2.5m
又因为284—83—2.5=198.5 故H max=83m 二、H min的计算。 1 假设H min=60m 由公式Nr=K Q H 公式中 Nr为全机出力200000KW K 为出力系数8.5 H 为净水头=H0—ΔH=0.97H0 (ΔH=0.03Ho) Q 为该出力下的流量。 故解出Q=392.16m3/s 查下游流量高程表得下游水位为203.50m 上游水位为264m ΔH=0.03 (264—203.50)=1.80m 又因为264—60—1.80=202.20< 203.50 2 重新假设Hmin=59m 由公式Nr=K Q H 解出Q=398.80m3/s 查下游流量高程表得下游水位为203.58m 上游水位为264m ΔH=0.03 (264—203.58)=1.77m 又因为264—59—1.77=203.23 = 203.58 故H min=59m 三、H r的计算。
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
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)
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。
第一章 水轮机的选型设计 第一节 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18-34m ， 二．比转速的选择 水轮机的设计水头为m H r 5.28= 适合此水头范围的有HL240和ZZ450/32a 三．单机容量 第二节 原型水轮机主要参数的选择 根据电站建成后,在电力系统的作用和供电方式, 初步拟定为2台,3台,4台三种方案进行比较。 首先选择HL240 n11=72r/min 一．二台 1、计算转轮直径 水轮机额定出力：kw N P G G r 67.66669 .0106.04 =?== η 上式中： G η-----发电机效率,取0.9 G N -----机组的单机容量（KW ） 由型谱可知，与出力限制线交点的单位流量为设计工况点单位流量，则Q 11r =1.155m 3 /s,对应的模型效率ηm =85.5%，暂取效率修正值 Δη=0.03，η
=0.855+0.03=0.885。模型最高效率为88.5%。 m H Q P D r r 09.2885 .05.28155.181.967 .666681.95 .15.1111=???== η 按我国规定的转轮直径系列（见《水轮机》课本），计算值处于标准值2m 和2.25m 之间，且接近2m ，暂取D 1=2m 。 2、计算原型水轮机的效率 914.02 46 .0)885.01(1)1(155 110max =--=--=D D M M ηη Δη=η max -ηM0=0.914-0.885=0.0.029 η=ηm +Δη=0.855+0.029=0.884 3、同步转速的选择 min /18.1972 95 .0/5.2872av 1110r D H n n =?== min /223.11855 .0884 .07210 M 0 T 11011r n n =-?=-=?）（ ）（ ηηmin /223.73223.172n 1111r 11r n n m =+=?+= 4、水轮机设计单位流量Q11r 的计算 r Q 11= r r r H D η5 .12181.9P =884.05.28281.967.66665.12???=1.2633 m /s 5、飞逸转速的计算 r n = 1 11max D H n r =73.223×28.33=212.851r/min 6、计算水轮机的运行范围 最大水头、平均水头和最小水头对应的单位转速 min)/609.66223.18.332 180.19711max 1min 11r n H nD n =-?=?-= min)/(777.70223.195 .0/5.282180.19711av 111r n H nD n a =-?=?-=
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
摘要 水电站机电部分设计主要根据获得的设计材料中给定的水头范围进行的主机选型，根据选择的三方案中择优进行模型综合特性曲线的绘制，即选出一方案进行绘制，再根据效率，转速等选其一进行蜗壳、尾水管、水轮发电机外形的计算和绘图，最后进行水轮机的调节保证计算和调速器设备选择。 关键字：水轮机主机选型；水电站机电设备初步计算；外形设计；调节保证计算。
前言 毕业设计是高等教育教学中的最后一个教学环节，是实践性教育的环节。 毕业设计与其他教学环节构成有机的整体，也是各个教学环节的继续、深化补充和检验，是将分散、局部的知识内容加以全面的结合，这次设计提高了我们运用知识的综合能力，将知识化为能力，巩固和加深所学知识，培养知识，综合了系统化的运用。 目前，我国大陆水力资源理论蕴藏在1万KW以上的河流共3886条，水力资源理论蕴藏年发电量6082.9Tw·h；技术可开发装机容量541.64GW。经济可开发装机容量401.8GW。我国水力资源具有三个鲜明特点：第一、在地域上分布极不平衡，西部多，东部少。西部水利资源开发出了满足西部电力市场的需要，更重要的是考虑东部电力市场。第二、大多数河流年内、年际经流分布不均。第三、水力资源集中于大江大河，有利于集中开发和规模外送。 本次设计的主要内容为主机选型、蜗壳、尾水管、发电机确定和调节保证计算。设计过程中，依据资料水电站水头，单机引水流量，总装机，对水轮机发电进行初选，并根据单位转速，模型综合特性曲线，对水轮机型号，转速，效率出力等进行认真计算，校验，对选择方案的蜗壳水管，水轮机选型和绘图。对水轮机进行调节保证机算。
通过这次对相关专业知识的课题设计，更加深入的认识知识和实际应用，学会知识与实际结合、与实践结合，得以充分利用知识为以后工作打下了坚实的基础。 编者 2012年5月 目录 摘要 (1) 前言 (2) 目录 (3) 第一章水轮机型号选择 (5) 第一节水轮机型的选择 (5) 第二节初选水轮机基本参数的计算 (6) 第三节水轮机运转综合特性曲线的绘制 (17) 第四节待选方案的综合比较和确定 (19) 第二章蜗壳计算 (21) 第一节蜗壳形式、进口断面参数选择 (21) 第二节蜗壳各断面参数计算 (23) 第三节金属蜗壳图 (25) 第三章尾水管选型 (26) 第四章水轮发电机的初步选择计算 (27) 第五章调节保证计算及设备的选择 (33) 第一节调节保证计算 (33)
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 = = =
水轮机的选型设计
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。
水电站作业 水轮机型号及主要参数的选择： 已知某水电站最大水头H max=245m，加权平均水头H av=242.5m，设计水头H r=240m，最小水头H min=235m，水轮机的额定出力为12500kw，水电站的海拔高程为2030m，最大允许吸出高Hs≥-4.0m。 要求： 1、选择两种机型（HL120-38，HL100-40）进行选择。 2、对选择的机型进一步绘制其运转特性曲线，
` （一）水轮机型号的选择 根据题目条件已知要用HL120-38和HL100-40型水轮机进行选择，对比计算分别如下： （二）水轮机主要参数的计算 HL120-38型水轮机方案主要参数的计算 1、转轮直径的计算 1D = 式中： '3112500;240; 380/0.38/r r N kW H m Q L s m s ==== 同时在附表1中查得水轮机模型在限制工况的效率=88.4%M η，由此可初步假定水轮机在该工况的效率为90.4% 将以上各值代入上式得 10.999D m = = 选用与之接近而偏大的标准直径1 1.00D m =。 2、效率修正值的计算 由附表一查得水轮机模型在最优工况下的max =90.5%M η，模型转轮直径10.38M D m =，则原型水轮机的最高效率max η可依下式计算，即 max max =1M ηη-（1- 1(10.93593.5%=--== 考虑到制造工艺水平的情况取11%ε=；由于水轮机所应用的蜗壳和尾水管的型式与模型基本相似，故认为20ε=，则效率修正值η?为： max max 10.9350.9050.010.02M ηηηε?=--=--=
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)
水轮发电机组选型设计 第1章 水轮发电机组选型设计 1.1、机组台数及型号选择 1.1.1、水轮机型式的选择 已知参数 6.25max =H , 8.22min =H , 3.23av =H , MW 200=N 保证出力：MW 35=b N ，利用小时数：h 2225 取设计水头3.23av r ==H H 按我国水轮机的型谱推荐的设计水头与比转速的关系， 混流式水轮机的比转速s n : ）（kW m H n s ?=-=-= 394203 .232000 202000 轴流式水轮机的比转速s n : )(4773 .232300 2300kW m H n s ?=== 根据原始资料，适合此水头范围的水轮机类型有轴流式和混流式。 轴流式和混流式水轮机优点： （1）混流式结构紧凑，运行可靠，效率高，能适应很宽的水头范围，是目前应用最广泛的水轮机之一。 （2）轴流式水轮机s n 较高，具有较大的过流能力，轴流转桨式水轮机可在协联方式下运行，在水头、负荷变化时可实现高效率运行 根据表本电站水头变化范围m H 6.25~8.22=查《水电站机电设计手册—水力机械》 选择适合的水轮机有244/260A HL 、503JK 和500ZZ 。三个水轮机参数如下： 转轮型号 推荐使用水头 H(m) 模型转轮直径 1 D cm 最优工况 限制工况 ' 10 n r/mi n ' 10 Q s m /3 η % ' 10 Q s m /3 η % σ 模型试验水头 H(m) 单位飞逸转速' R n 1 (r/min) 水推力系数K HL260/A244 35~60 35 80 1.08 91.7 1.275 86.5 0.15 3 158.7 0.34~0.41 JK503 26 35 135 903 90.8 1800 87 0.63 10 340 0.87 ZZ500 18~30 46 128 0.98 89.5 1.65 86.7 0.585 3 352 0.87 1.1.2、拟订机组台数并确定单机容量 因为设计电站是无调节电站，所以工作容量等于保证出力MW 35=b N 选用混流式机组的单机容量不得超过 MW 8.7745.035 = 选用轴流式机组的单机容量不得超过 MW 10035 .035 = 确定机组台数4台和5台 方案列表如下： 水轮机组选型及台数汇总表