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

3. 课程设计的任务

根据给定的电站参数来进行反击式水轮机选型设计：

（1）确定机型和装置形式；

（2）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；

（3）绘制水轮机的运转综合特性曲线；

（4）确定蜗壳的型式及尺寸，绘制蜗壳单线图；

（5）确定尾水管的型式及尺寸，绘制尾水管单线图。

第一章水轮机的选型设计

1.水轮机型号选择

已知参数

电站总装机容量3000MW，装机台数4台，单机容量

750MW

最大工作水头

H：220 m

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：210.5m

a

水轮机安装高程：2241.5m

由所给出的原始数据判断，水轮机的运行水头范围为：192.1-220m，属于中高水头，故可供选择的水轮机形式有混流式水轮机，水斗式水轮机，混流式水轮机有结构紧凑，运行可靠，效率高，能适应很高水头范围等特点，是应用最广泛的水轮机机型，而斜击式使用较少，所以我选择混流式水轮机。对于单机750MW的HL水轮机，为了缩小厂房面积，采用立轴布置形式，水轮机轴与发电机轴直接对接。中高水头的水轮机蜗壳采用金属土蜗壳，尾水管为直锥型尾水管。

n 按我国水轮机型谱推荐的设计水头与比转速关系，水轮机的s

为：

n =

s

在水轮机型谱中，适合本电站水头段及比转速的转轮的方案有①HL110，②HL120，③HL160以此选定电站设计的三种备用方案。

三种转轮型号水轮机经比较，HL160转轮水轮机最优工况下的参数最高，最优单位参数也是最高的，并且空化系数最低，所以我选择HL160转轮型号水轮机。缺点是适合水头范围不足。

2. 水轮机基本参数的计算 一.转轮直径1D 的计算

水轮机额定出力 R P =g

ηg

N =750000/0.98= 765306（kw)

转轮直径 1D =

η5.111r 81.9P r H Q =918

.0)205(639.081.9765306

5

.1⨯⨯⨯=6.73m 11Q 指水轮机的单位流量，在可能情况下应取最大。对于混流式水轮机，11Q 可以从模型综合曲线的最高效率区相应的出力限制线上选取（水轮机，郑源编，P151），所以我选择11Q =630L/S ，对应的模型效率m η=89.4%，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∆=92.4%

按我国规定的转轮直径系列，计算值介于6.5m 到7m 间，鉴于此水电站采用是大型机组，D1值可根据电站的具体情况来确定机组转轮直径，D1值取定为6.5m

，经后续计算的验算，可确定一个理想值。

二.效率η的计算

max η=5

110)1(1D D M M η--=1-（1-0.924)×55

.64

.0=93.6% η∆=max η-0M η=0.936-0.924=0.012

限制工况原型水轮机效率为：

ηηη∆+=M =0.916+0.012=0.928

三．转速n 的计算。

1110H D n n a ⨯==5

.6205

5.67⨯=148.68（r/min)

水轮机采用的是直联式水轮发电机组，根据发电机同步转速的计算公式f=np/60，可以计算出P

f

n 60=

(n 为发电机同步转速，r/min ；f 为频率，我国采用50Hz ，P 为发电机磁极对数)。

当P 取20时，同步转速为150r/min 。当P 取22时，同步转速136.4r/min 。 转速计算值介于发电机同步转速150r/min 和136.4r/min 。之间，需要对两个转速都进行检验。