水轮机课程设计(完整版)

课程设计说明书设计题目：水轮机选型

学生姓名：***

学号：***********

班级：电气工程

完成日期：2011.3

指导教师（签字）：

一、课程设计的目的和任务

1、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。

2、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、电站基本参数

（1）电站总装机容量：900 MW

（2）电站装机台数：6台

（3）电机容量：150 MW

（4）下游尾水位：▽80m

（5）水轮机工作水头：

最大工作水头(Hmax)：81.5m

最小工作水头(Hmin)：45.5m

设计工作水头(Hd)：63.5m

加全平均工作水头(Hw)：57.8m

(6) 机组运行特点：调峰

（7）电站水质良好

三、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，受叶片的作用面改变压力、流速的大小和方向，同时水流在转轮叶片正反面产生压力差，对转轮产生反作用力，形成旋转力矩使转轮旋转。主要包括混流式、轴流式、斜流式和贯流式四种类型水轮机。

冲击式水轮机：

转轮只利用水流动能作功的水轮机称为冲击式水轮机。其特征是：有压水流先经过喷嘴形成高速自由射流，将压能转换成动能，并冲击转轮旋转。水流只冲击部分转轮，水流是不充满水轮机的整个流道的，转轮只是部分进水，转轮在大气压的作用下工作。所以叶片一般做成斗叶状。主要包括水斗式（切击式）、斜击式和双击式。

水轮机主要类型归纳如下：

{⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩

⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧⎪⎪

⎪⎪

⎩⎪⎪⎪

⎪

⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧)(双击式)(斜击式))(切击式(水斗式冲击式贯流转桨式)(贯流式)

(斜流式轴流调桨式轴流定桨式轴流转桨式)(轴流式)(混流式反击式水轮机SJ XJ CJ GL XL ZL HL

四、水轮机的设计步骤

1)机组参数的选择

根据资料数据要求，此水电站的总的装机容量为900 MW ，根据目前水电站的发展状况及未来趋势综合起来，周全考虑并选择机组的台数为6台，其每台的装机容量为 150 MW ,这样有利于更好地提高水轮机的效率，并且有利于水资源开发的经济经济性。 2）水轮机型号的选择

根据设计要求的原始材料及水电站的特征水头：

Hmax=81.5m ;Hw=57.8m; Hd=63.5m; Hmin=45.5m ,得到有效水头为45.5～81.5m ，根据水轮机机型谱，HL260/D74（25～80m 工作水头）是合适的机型。根据水头和功率，确定采用立式、金属蜗壳。所以采用的机型为HL260/D74—LJ 。 3）水轮机主要参数的选择

设计水电站的机组台数为6台，型号为HL260，可以进一步确定水轮机的转轮直径D 1，转速n 应该满足在设计水头H R 下水轮机发出的额定出力，并在

加权平均水头Hav 运行时效率最高，所选择的吸出高度Hr 能够保证水轮机不发生空蚀，又能减少水电站建设的开挖深度，节省人力、财力和物力。 1、转轮直径D 1的选择：

η

23

1181.9r r

H Q P D =

(m)

Pr 为水轮机的额定功率，单位为KW ；

Q 11 为单位流量，取最优单位转速0,11n 与5%出力限制线的交点所对应的单位流量max ，11Q ；

η 为水轮机效率；

r H 为电站额定水头。

<1>水轮机额定功率的计算：

g

g

r P ηP =

Pr 为发电机的额定效率;

ηg 为发电机的效率（预设范围0.96—0.98，此设0.98）;

Pg 为单台发电机的出力;

则： P=150 MW / 0.98 = 153.0612 MW

<2>水轮机的效率：

ηηη∆+=m

（η∆取0.02--0.03，推荐最大单位流量或者5%处理限制线） 由综合特性曲线查得模型转轮HL260—D74—500限制工况的单位参数为：

s m /8.01Q 3o 11,=,s m /247.1Q 3max 11,=,min /79n o 11,r =,927.0m =η,故水轮机

效率为η=0.894+0.03=0.924。

<3>流量：

s

m Q o /247.1Q 3max 11,,11==（根据水轮机型谱选择机型HL260型水轮机） <4>额定水头暂取为设计水头

Hd

m H d 5.63H r ==

<5>转轮直径11D

m D 84.490

.0.5

6346.181.910612.01535

.13

11=⨯⨯⨯⨯=

根据水轮机转轮直径系列表查得，水轮机的转轮标准直径为5m 。（见附表1） 附1.水轮机转轮标准直径系列：（单位：mm ）

100

120 140 160 180 200 225 250 275 300 330 380 410 450 500 550

600

650

700

2、水轮机额定转速的确定

D

H n n w

0,11=

(r/min) =79*5.857÷ =120.12 r/min

根据水轮机转轮标准转速系列表得该水轮机转速取125 r/min(见附表2) (其中：Hw 为平均水头; o n ,11为最优转速)

附2.水轮机转轮标准转速系列 （单位： r/min ）

187.5 166.7 150 136.4 125 107 100 93.8 83.3 75 68.2

57.7

53

50

3．效率修正

根据模型最优工况下的效率o m ,η计算出真机的最高效率

max ，真机与模型