ZZ560轴流式水轮机结构设计_毕业设计设计说明书

ZD560-LH-180型水轮机产品技术条件一、总则1.本技术条件未包括内容均应符合JB626-80《水轮机基本技术条件》、JB3160-82《水轮机通流部件技术条件》的有关规定。

二、主要规格及基本技术要求1.本机为ZD560-LH-180立轴轴流定浆式水轮机，叶片安放角=7°与SF2500-20/2600发电机直接，配有ZT-3000型调速器。

2.设计流量：18.4m33.水头设计水头：Hr=18.3m最大水头：Hmax=20.4m最小水头：Hmin=14.9m平均水头：Ha=19.1m4.水轮机转速：额定转速：ne=300rpm飞逸转速：npmax=652rpm5.水轮机旋转方向：俯视为顺时针方向。

6.为保证机组稳定运行，水轮机允许最大吸出高程：HS≤-0.18(m)该电站吸出高程为：HS≤-0.2(m)三、运行性能及保证事项1.在n=300rpm时，水轮机轴输出功率（受发电机容量的限制）Hr=18.3m N=2660KWHMax=20.4m N=2660KWHmin=14.9m N=2294KW2.在设计工况Hr=18.3m,n=300rpm时，水轮机的保证效率2.水轮机在整个运行范围内最高效率保证值88%。

3.水轮机轴向力，包括运行中轴向力推力及水轮机转动部分自重，其总和为：Pz=48.4(T)4.水轮机稳定运行范围在水头14.9m-20.4m范围内水轮机的稳定运行范围是75%-100%额定出力即1995-2660KW。

四、转轮机结构1.水轮机转轮采用铸焊结构，由4个叶片与转轮体组焊而成，叶片转轮体材料ZG20SiMn，叶片表面型线及粗糙度，转轮体粗糙度均按JB3160-82《水轮机通流部件技术条件》的规定制造检查，转轮出厂前作静平衡试验。

2.水轮机叶片安装角 =+7°，叶片加裙边。

水轮机的毕业设计水轮机的毕业设计一、引言水轮机是一种利用水流动能转化为机械能的装置，广泛应用于水电站、水泵站等工程中。

作为水利工程专业的学生，我对水轮机的设计和运行原理有着浓厚的兴趣。

在即将毕业的时刻，我决定选择水轮机作为我的毕业设计课题，以深入研究其设计和性能优化。

二、设计目标在开始设计之前，我首先明确了我的设计目标。

我希望设计一个高效、可靠且具有较高输出功率的水轮机。

同时，我也希望通过设计过程中的实践操作，加深对水轮机原理的理解，并提高自己的设计能力。

三、设计流程1. 研究水轮机原理：在开始设计之前，我深入研究了水轮机的原理和工作方式。

我学习了水轮机的分类、水轮机叶片的形状和布置、水轮机的工作过程等方面的知识。

2. 确定设计参数：根据实际情况和设计要求，我确定了水轮机的设计参数，包括水轮机的装机容量、转速、进口流量等。

同时，我也考虑了水轮机的安装环境和使用条件，以确保设计的可行性。

3. 进行水轮机叶片设计：水轮机叶片是水轮机的核心部件，对水轮机的性能有着重要影响。

我使用计算机辅助设计软件进行叶片的设计，通过调整叶片的形状和布置，以提高水轮机的效率和输出功率。

4. 进行水轮机模型制作：为了验证设计的可行性，我使用3D打印技术制作了水轮机的模型。

通过对模型的实际测试，我可以评估设计的准确性和性能优化的效果。

5. 进行性能测试和优化：在制作完成水轮机模型后，我进行了一系列的性能测试。

通过测量水轮机的输出功率、效率和流量特性等参数，我可以评估设计的优劣，并进行必要的优化调整。

四、设计结果经过一段时间的努力，我成功地完成了水轮机的毕业设计。

我的设计结果表明，我设计的水轮机在装机容量、转速和效率等方面都达到了预期目标。

与此同时，我还发现了一些可以进一步优化的地方，以提高水轮机的性能。

五、结论与展望通过这次毕业设计，我对水轮机的设计和性能优化有了更深入的了解。

我不仅学到了理论知识，还通过实践操作提高了自己的设计能力。

目录一、设计参数 (2)二、设计步骤 (2)1.确定流道几何形状 (2)1.1初绘制流道 (2)1.2检查过水断面面积 (3)2.按轴面流速为均匀分布绘制轴面流线 (4)3.检查流网准确性 (5)4.计算轴面流速 (8)5. 进出口三角形计算及绘制 (9)5.1确定进出口边位置 (9)5.2确定叶片进出口速度矩分布 (9)6.利用BladeGen生成叶片 (10)6.1轴面投影的生成 (10)6.2确定进出口安放角的分布规律 (10)6.3叶片的加厚 (11)6.4叶片的调整与输出 (11)7.利用UG进行木模截线绘制 (12)8.木模图的绘制 (13)三、设计总结 (13)一、设计参数Hmin=20m Hav=35mHmax=48 Nr=3692.71Kw转速n=333.3rpm Qr=11.95m³/sD1=1.34m Hs=1.9m海拔高程：79m本次课程设计采用以上设计参数进行混流式水轮机叶片设计，设计方法参照《水轮机课程设计设计指导书》中的方法二，最后绘制出叶片木模图。

二、设计步骤1.确定流道几何形状1.1初绘制流道采用方法二初绘流道，其中绘制5条流线的坐标数据按指导书中所给出的值绘制。

所得流道如图1.2检查过水断面面积在转轮流道内做内切于转轮上冠和转轮下环的公切圆，计算各断面面积,做出轴面液流过水断面面积沿Lm的变化曲线：轴面液流过水断面面积沿Lm的变化曲线如图：由于扩散形流道易产生脱流而导致较大的水力损失，根据上图所示，可以看出过流断面面积沿lm是逐渐减小，整体呈一个收缩流道，同时为了提高汽蚀性能，转轮出口处面积略有扩散，基本符合设计要求。

2.按轴面流速为均匀分布绘制轴面流线根据过水断面与流线相互垂直的原则，作线垂直于各轴面流线，并以该线为母线绕水轮机轴线旋转得到的回转面就是过水断面。

一般规律为近下环处流线较密集，在近上冠处流线较稀疏。

下表为校正流线后的相关数据：下图为校正后的流线L1L2L3L4L5abcd efg3.检查流网准确性(1)计算时可以原有等势线为中线，在其两侧各作一相近的等势线，如图实线为原等势线，两边虚线为相近等势线。

学号 **********年级 2010级本科毕业设计23～44米水头220MW水电站设计说明书专业热能与动力工程姓名朱聪指导教师郭建斌评阅人潘虹2014年6月中国南京BACHELOR'S DEGREE THESIS OF HOHAI UNIVERSITYThe design of t he head of 23~44m hydropower station 220MW electrical and machinery partCollege ：HOHAI UNIVERSITY Subject ：Thermal and Power EngineeringName ：Zhu CongDirected by ：Guo ProfessorNANJING CHINA学术声明：郑重声明本人呈交的毕业设计，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。

尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）的研究成果不包含他人享有著作权的内容。

对本设计（论文）所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。

本设计（论文）的知识产权归属于培养单位。

本人签名：日期：摘 要本设计是根据提供的原始资料对三门水电站的机电初步设计，设计内容共分为四章：水轮机主机选型，调节保证计算及调速设备选择，辅助设备系统设计，电气一次部分设计。

第一章水轮机选型设计是整个设计的关键，根据原始资料，初步选出转轮型号为HL240，共有个12待选方案。

根据水轮机在模型综合特性曲线上的工作范围，初步选出3个较优方案，再根据技术经济性及平均效率的比较在较优方案中选出最优方案最终选出的最优方案水轮机型号为HL240，4台机组，转轮直径5.5m ，转速79r/min ，平均效率92.6%。

计算最优方案进出水流道的主要尺寸及厂房的主要尺寸，绘制厂房剖面图。

第二章调节保证计算及调速设备的选择中由于本电站布置形式为单机单管，所以只对一台机组甩全负荷情况进行计算。

水轮机毕业设计指导书——水轮机与发电机的选择笫一节水能资料(本设计略)根据设计任务书，列出水能设计计算和规划给出的以下特征值：多年平均流量；水电站水库调节类型；水电站类型与厂房型式；水电站特征水头；水电站装机容量；水电站设计保证率；水电站保证出力；多年平均发电量；年利用小时数；电力系统设计水平年最大负荷；引水系统的引水方式；水电站下游水位与流量关系曲线。

在得到上述资料后，需要对资料进行适当的校核；其中重点是校核水电站特征水头。

笫二节机组台数与机型的选择一、机组台数的选择1．台数与投资的关系台数多，单机容量小，小机组单位千瓦造价高，同时，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。

一般情况下，台数多对成本和投资不利。

2．台数对运行效率的影响机组台数多，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，以使电站保持较高的平均效率。

机组类型不同，台数对电厂平均效率的影响就不同。

轴流转桨式水轮机，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、轴流定桨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。

3．台数与运行维护的关系台数多，运行方式灵活机动，事故停机影响小，单机检修易于安排，但对全厂检修麻烦；同时，台数多，机组开、停机操作频繁，事故的次数可能增加。

4．台数与其他因素的关系4．1 台数与电网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。

4．2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1 不同型式的水轮机的稳定运行负荷区域对中小型水电站，一般选择2～4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，以降低设备造价。

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。

目录第一章. 概述第二章.水轮机结构和主要零件部分简介一.导水机构部分二.转动部分三.埋入部分四.布置部分第三章.水轮机操作及维护一.一般事项二.水轮机首次启动前准备工作三.平时运转及维护工作四.水轮机第一次检修注意事项五.停机检修后，启动时注意事项第四章.水轮机常见故障及处理方法一.机组出力下降二.水轮机空转时的导叶开度超过了正常的空转开度三.水轮机工作时发生杂音、撞击和振动现象四.轴承温升超过允许范围第五章.水轮机安装说明一.安装前准备二.安装方法、程序及要求三.水轮机的启动与调整试验第一章概述水轮机是将水能转换为机械能的水力原动机，其出力的大小取决于工作时水头和流量。

本型号水轮机适用水头较低，一般用于湖泊、河流电站。

导水管及蜗壳由钢筋混凝土制成。

本机具有结构合理、运行可靠、使用维护方便和“三化”程度高等优点。

1.型号说明ZD560a-LH-120ZD——轴流定浆式水轮机560a——转轮型号L ——主轴布置为立式H ——混凝土蜗壳120——转轮标称直径为120厘米2.本机与发电机直接联接，主轴旋转方向自发电机往下看为顺时针。

3.本机配用HPU-1000调速器，用户可根据各自参数选取。

第二章水轮机结构和主要零件部分简介ZD560a-LH-120机组主要结构可分为：导水机构、转动部分、埋入部分、控制部分、布置部分。

一、导水机构部分导水机构主要由底环、导叶、导叶轴承、顶盖、连臂销、剪断销、连板销、控制环、支持盖、抗磨块等组成。

导水机构作用及原理导水机构用于调节水轮机流量，每个导叶轴线与水轮机主轴平行，并均布在圆柱面上，其每一导叶转轴的上端穿过水轮机的顶盖，并固定在转臂上，转臂通过连杆与控制环联系而组成转动导叶的四连杆机构，控制环在固定于顶盖上的支承环内滑动，通过销轴与推拉杆铰接，当调速器动作时，就通过与其铰接的推拉杆驱动控制环转动，实现导叶开度变化，从而改变水流的大小和方向，达到调节流量的目的，以便适应负荷的变化，同时当需要停机时，关闭导水机构，封住水流。

毕业设计水电站的水轮机设计一、引言水轮机是一种将水流能转化为机械能的装置，广泛运用于水电站等发电场所。

本文旨在对毕业设计中的水轮机进行设计和分析，并对其性能进行评估。

二、设计原则在水轮机设计过程中，应考虑以下几个方面的原则：1.效率原则：水轮机的设计应追求最大化效率，以充分利用水流能。

2.可靠性原则：设计的水轮机应具备良好的可靠性，以确保长期稳定运行。

3.经济性原则：设计应尽量降低成本，提高生产效益。

三、设计步骤以下是进行水轮机设计的基本步骤：1.流量计算：根据就地条件和需求，计算水轮机所需的水流量。

2.水头计算：确定水轮机所处的有效水头，包括高度、压力等。

3.效率计算：根据水头和水流量，计算水轮机的理论效率。

4.选择类型：根据水头和流量要求，选择适合的水轮机类型，如分流式、混流式等。

5.尺寸设计：根据选择的水轮机类型，确定几何尺寸，包括叶轮直径、叶片数目等。

6.材料选择：选择适当的材料，以确保水轮机的结构强度和使用寿命。

7.制造和安装：根据设计图纸，制造和安装水轮机。

8.性能评估：对水轮机的性能进行评估，包括效率、功率输出等。

四、设计要点以下是进行水轮机设计时需要注意的要点：1.运行稳定性：设计时应考虑水轮机的运行稳定性，避免产生过大振动和噪音。

2.叶轮形状：叶轮的形状会影响水轮机的效率，应根据流体力学原理选择合适的形状。

3.叶轮材料：叶轮需要具备耐腐蚀和高强度的特性，常用材料有铸铁、不锈钢等。

4.沉砂措施：设计时应考虑沉砂措施，以防止沙砾进入水轮机破坏叶轮和导叶。

五、结论水轮机的设计是毕业设计中一个重要的环节，本文介绍了水轮机设计的基本原则和步骤，并指出了设计中需要注意的要点。

通过合理的设计和选材，可以使水轮机达到较高的效率和可靠性，提高水电站的发电效益。

同时，也提醒设计者要考虑环保和可持续性等因素。

希望本文对水轮机设计有所启发，并对毕业设计有所帮助。

设计说明书第一章水轮机部分1.1概述（1）水电站名称：05水电站（2）电站地理位置：位于广西和贵州省交界的南盘江上。

（3）枢纽任务：以发电为主，兼顾航运。

（4）水能开发方式：堤坝式。

（5）水文气象资料平均气温：10.9℃，最低气温：-7.0℃，多年平均风速5.4m/s，多年平均悬移质输沙量1580万吨；推移质输沙量72万吨；设计洪峰流量18550㎥/s，校核洪峰流量23450㎥/s。

（6）水能规划参数电站总装机容量：400MW 设计保证率：91%=34.0m最大水头：H max=38.9m 设计水头：Hr平均水头：H av=35.0m 最小水头：H min27.1m=1.2 水轮机选型及机组台数的确定1.2.1水轮机型号的选择转轮型谱参数，再计算设计根据已知水电站的水头范围，查<<水轮机>>P370-371水头下的比转速，查<<水轮机>>P图9-32水轮机最有效率和比转速之间的关系，322故确定水轮机型号为ZZ440。

1.2.2转轮型谱参数1.2.3装机台数的确定（1）机组台数多，单机容量小，小机组单位千瓦造价高，同时，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，一般情况下，台数多对成本和投资不利。

（2）本电站有调峰任务，对于变动负荷的水电站，若采用过少的机组台数，虽单机效率高，但在部分负荷时，由于负荷不便在机组间调节，因而不能避开低效率区，这会使电站的平均效率降低。

（3）当机组台数较多时，电站的运行人员增加 ，消耗品增加，因而，运行费用较高。

综上所述，最终决定选择装机台数为四台，五台或六台。

1.3初选方案表1-2 初选方案列表初选方案 水轮机型号 装机台数（台）单机容量（MW ）方案一 ZZ440 4 100 方案二 ZZ440 5 80 方案三ZZ440666.71.4各初选方案原型水轮机参数的计算1.4.1各方案工作范围图的绘制（1）方案一同步转速下各水头对应的单位转速计算结果列表如下： 表1-3 H min =27.1m H r =34.0m H av =35.0m H max =38.9m n=100r/min124.86111.47109.87104.22绘制工作范围如附图1所示（2）方案二同步转速下各水头对应的单位转速计算结果列表如下： 表1-4水头转速H min =27.1m H r =34.0m H av =35.0m H max =38.9m n=115.4r/min133118.75117.04111.02绘制工作范围如附图2所示（3）方案三同步转速下各水头对应的单位转速计算结果列表如下： 表1-5 H min =27.1m H r =34.0m H av =35.0m H max =38.9m n=136.4r/min131.0116.96115.28109.35绘制工作范围如附图3所示1.4.2各方案机组技术参数表1-6 各方案机组技术参数表方案一 方案二 方案三 单机容量×台数 100MW ×4 80MW ×5 66.7MW ×6 水轮机型号 ZZ440 ZZ440ZZ440适用水头范围H （m ） 20~36（40）20~36（40） 20~36（40）额定水头H r （m ） 34.0 34.0 34.0 转轮直径D 1（m ） 6.5 6 5 原型机最高效率(%) 0.93 0.93 0.93 限制工况效率(%) 0.876 0.876 0.876 同步转速n （r/min ） 100 115.4 136.4 飞逸转速n R （r/min ） 316.65 343.03 411.64 额定流量（m 3/s ） 362.15 285.48 237.61 额定单位转速n 11r （r/min ） 111.47 118.75 116.96 额定单位流量Q r （m 3/s ） 1.47 1.36 1.63 吸出高度H s （m ） -16 -15.68 -21 安装高程▽（m ） 379.665 379.78 375.05 总轴向力F a （N ）13320310.4111272761.97715552.18水头转速水头转速方案号项目1.5精选方案的确定及其参数的计算1.5.1精选方案的确定对以上三种方案从能量性能，空化性能等方面的比较，最终确定方案一，方案二为精选方案，精选方案的技术参数如表1-7所示。

轴流式水轮机基本结构轴流式水轮机与混流式水轮一样属于反击式水轮机，二者结构上最明显的差别是转轮，其次是导叶高度。

根据转轮叶片在运行中能否调节，轴流式水轮机又分为轴流定桨式和轴流转桨式两种型式。

轴流式水轮机用于开发较低水头（3m~55m），较大流量的水能资源。

它的比转速大于混流式水轮机，属于高比转速水轮机。

在低水头条件下，轴流式水轮机与混流式水轮机相比较具有较明显的优点，当它们使用水头和出力相同时，轴流式水轮机由于过流能力大（图5-13），可以采用较小的转轮直径和较高的转速，从而缩小了机组尺寸，降低了投资。

当两者具有相同的直径并使用在同一水头时，轴流式水轮机能发出更多的功率。

但在相对高水头条件下，轴流式水轮机除了空化系数较大，厂房要有较大开挖量外，飞逸转速和轴向水推力较混流式水轮机高。

轴流转桨式水轮机，由于桨叶和导叶随着工况的变化形成最优的协联关系，提高了水轮机的平均效率，扩大了运行范围，获得了稳定的运行特性，是一种值得广泛使用的优良机型。

限制轴流式水轮机最大应用水头的原因是空化和强度两方面的条件。

由于轴流式水轮机的过流能力大。

单位流量和单位转速都比较大，转轮中水流的相对流速比相同直径的混流式转轮中的高，所以它具有较大的空化系数。

在相同水头下，轴流式水轮机由于桨叶数少，桨叶单位面积上所承受的压差较混流式叶片的大，桨叶正背面的平均压差较混流式的大，所以它的空化性能较混流式叶片的差。

因此，在同样水头条件下，轴流式水轮机比混流式水轮机具有更小的吸出高度和更深的开挖量。

随着应用水头的增加，将会使电站的投资大量增加，从而限制了轴流式水轮机的最大应用水头。

另一方面是由于轴流式水轮机桨叶数较少（3~8片），桨叶呈悬臂形式，所以强度条件较差。

当使用水头增高时，为了保证足够的强度，就必须增加桨叶数和桨叶的厚度，为了能够方便地布置下桨叶和转动机构，转轮的轮毂比，亦要随之增大，这些措施将减少转轮流道的过流断面面积，使得单位流量下降。