水电站的水轮机设计

目录

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

D (12)

1

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

D (14)

1

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 (19)

,v r

2.14确定水轮机允许吸出高度

H (20)

s

2.15计算水轮机的飞逸转速 (25)

2.16计算轴向水推力

P (25)

oc

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)

1 前言

水轮机是水电站的重要设备之一，它是靠自然界水能进行工作的动力机械与其他动力机械相比，它具有效率高、成本低、环境卫生等显著特点。另外，水轮机的好坏直接影响到水电站的能量转换效率，在水轮机生产制造前，我们必须首先根据给定电站的水力条件对水轮机进行

选型设计、对其零件进行结构分析以及对部分零部件进行强度计算及校核等。

鉴于此，作为我们以后在水轮机制造厂或水电站工作的热能与动力工程专业的学生，也就必须熟练掌握水轮机的设计思想、设计方法以及设计步骤，所以在学习各种专业课程后开始本次毕业设计。

毕业设计是本科教学计划中最后一个综合性、创造性的教学实践环节，是对学生在校期间所学基础理论、专业知识和实践技能的全面总结，是对学生综合能力和素质的全面检验，也是教学、工程实践的重要结合点。它主要是培养学生综合运用所学知识和技能去分析和解决本专业范围内的工程技术问题，建立正确的设计思想，掌握水轮机设计的一般程序和方法，使学生在进行了工程实践能力的综合训练后，在今后的工作岗位上具有应用专业技术解决工程实际问题的能力。

本次毕业设计从水轮机的基本工作原理出发，系统地、较为全面地进行了水轮机的选型设计、水轮机的结构分析、水轮机部分零部件的强度计算及校核等。设计分为六部分:第一部分：水轮机的选型设计；第二部分：导水机构运动图的绘制；第三部分：蜗壳的水力设计；第四部分：尾水管的设计；第五部分：蜗壳的强度计算；第六部分：绘制导叶加工图。在设计过程中，着重阐述了水轮机选型设计的具体方法及方案选择、水轮机的结构设计两部分。

2水电站的水轮机选型设计

2.1 水轮机的选型设计概述

水轮机的选型设计是水电站设计中的一项重要任务，其计算结果直接关系到水电站的机组能否长期运行、投资的多少、经济效益的高低。它是根据水电站设计部门提供的原始资料及参数，选择合理的水轮机型号和计算水轮机的各种性能参数。一般情况下，先根据水电站的类型、动能计算以及水工建筑物的布置等初选若干个方案，然后进行技术经济比较，再根据水轮机的生产情况和制造水平，最后确定最佳的水轮机型号及尺寸。

2.2 水轮机选型的任务

水轮机选型的主要任务如下： (1)确定电站装机台数及单机功率 (2)选择机组类型及模型转轮型号 (3)确定机组的装置方式

(4)确定转轮直径、额定转速、飞逸转速

(5)计算所有运行水头和功率下水轮机的效率和吸出高度值，绘制水轮机运转综合特性曲线。

(6)轴向水推力的计算

(7)调节保证计算（本设计不要求） (8)辅助设备的选择

(9)计算水轮机的外形尺寸，估算重量及其价格

上述内容为水电站水轮机初步设计的一部分，水电站初步设计还包括水轮机的通流部件的设计、如蜗壳、座环、导水机构、尾水管等的初步计算及初步绘制水轮机剖面图等。

2.3 水轮机选型的原则

水轮机选型设计计算是水电站设计中的一项重要任务，其计算结果对水电站的投资、建设速度和发电量以及水电站的经济效益都有很大的影响。水轮机的选型并不是简单地查阅产品目录，从现代水轮机的选型设计计算来看，它是一门系统工程学，要在电站水能资源综合利用、制造、运输、安装、土建电力用户、运行方式等诸多技术经济因素中寻求最佳方案。水轮机选型设计的一般原则如下：

①所选水轮机要具有较高的能量特性。不仅要选择额定工况下max η较高的水轮机转轮型号，而且还要根据水轮机的工作特性曲线，即()f N η=及()f H η=曲线，选择平均效率η最高的水轮机型号，使水轮机在负荷和水头变化的情况下具有最高的平均运行效率。

②所选水轮机不仅要具有良好的空蚀性能，还要有较好的工作稳定性能，运行要灵活、平稳、安全和可靠。

③所选水轮机的尺寸应较小，结构要合理、先进，便于运输、安装、运行及检修。 ④转轮选择比较时，应尽可能选用s n 较高的水轮机，这样转速较高，相应的机组尺寸就小，并且使所选的水轮机经常在最优区运行。选择转轮参数时应该使11n 值稍高于110n ，而且

11Q 值应接近于11max Q 值。

2.4水轮机选型设计的条件及主要参数

水轮机的选型是根据水电站设计部门提供的原始资料和数据，选择合适的水轮机型号和计算水轮机的性能参数

主要设计参数：

总装机容量MW P PL 30=

工作水头m H m H m H m H pj r 2.65,82.70,70,55.76min max ====

引用流量s m q pl v /513,=，吸出高度为1.64m ，电站海拔高程m 908=∇