水轮机课程设计报告

班级： 08G43

专业：水电站动力设备与管理作者：陈圣锦

学号：2008550243019

目录

◆水轮机课程设计的目的和任务

◆水轮机的简介

◆水轮机设计的原始资料

◆水轮机设计的要求

◆水轮机的设计步骤

1）机组台数的选择

2）水轮机型号的选择

3）水轮机主要参数的选择

4）机组安装高度的确定

◆水轮机设计的参数校核

◆心得体会

附：水轮机运转特性曲线图

一、课程设计的目的和任务

a、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。

b、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、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（）水斗式（切击式）（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 )()()(

通过水轮机的课程设计，不但提高了个人的独立思考能力和自己的动手操作能力，对以后走上工作岗位有极大的帮助！

三、水轮机的原始资料

i.电站形式：坝后式水电站。

ii.总装机容量： 650 MW

iii.机组台数： 5台。

iv.电站水头：Hmax= 93.3 m Hav=81.5 m Hr=70 m Hmin=62 m

v.水电站最低尾水位：▽=29.4 m

vi.电网最大负荷： 2×105 MW

vii.电站在系统中的作用：调峰作用

四、水轮机选型的基本要求

水轮机的选择要满足一定的要求，要有较好的能量特征，在额定水头下能保证发出额定出力，在额定水头以下运行的时候机组受阻容量小，水电站全厂机组平均效率高。性能要与水电厂的整体运行方式和谐一致，运行稳定，可靠，有良好的抗空蚀性能，设计结构合理，便于安装与操作、检修与维护。选择生产实力强、制造技术水平高、信誉好的制造厂商。并且要综合考虑合理的经济性！

五、水轮机设计的步骤

1)机组台数的选择

根据资料数据要求，此水电站的总的装机容量为650 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5台，其每台的装机容量为 130 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=93.3m Hav=81.5m Hr=70m Hmin=62m ，得到有效水头为62～81.5m，根据水轮机机型谱，选择HL220（50～85m工作水头）最符合该水电站的实际情况！附图1、水轮机的选型范围依据图

3）水轮机主要参数的选择

设计水电站的机组台数为5台，型号为HL220，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HA 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。

A 、转轮直径D 1的选择：

D 1=

η∙∙⨯5.111Q 81.9/H P

P 为水轮机的额定功率 Q 11 为单位流量

η 为水轮机效率

○1水轮机额定功率的计算：

g

g

P ηP =

P 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）

P g 为单台发电机的出力

则： P=130 MW / 0.98 = 134.02061 MW

○

2水轮机效率的计算： ηηη∆+=m

（η∆取0.02--0.03，推荐最大单位流量或者5%处理限制线）

根据混流式水轮机转轮特性，得