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 MWiii.机组台数： 5台。

iv.电站水头：Hmax= 93.3 m Hav=81.5 m Hr=70 m Hmin=62 mv.水电站最低尾水位：▽=29.4 mvi.电网最大负荷： 2×105 MWvii.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 PP 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：ggP 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=0.90○3流量的计算： O 11=1.15 m 3/s根据水轮机型谱选择机型HL220型水轮机。

○4 设计水头Hr 的计算： Hr = 70 m○5转轮直径D 11的计算m mD 74.490.07015.181.902061.1345.111=⨯⨯⨯=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 ）B 、水轮机额定转速的确定1110D H n n r ⨯= =70*570÷ =70*8.37/5 =117.18 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) H 为平均水头n 110 为最优转速附2。

水轮机转轮标准转速系列 （单位： r/min ）C 、水轮机的吸出高度○1设计水头下的吸出高度为Hs 查阅HL220型水轮机的综合特性曲线与设计水头出力限制线的交点η=89%Q 11=η5.1max 2181.9H D P = 1.04 m 2/s 把Q 11=1.04 m 2/s 代入HL220 的综合特征曲线得δ=0.121 吸出高度Hs =10-900∇-K 0 δH max ○2最大水头下的吸出高度（H max = 93.3 m ） 查阅HL220的综合特征曲线，最大水头与出力限制线的交点η=81%Q11‘=P/9.81D2η5.1max H=0.747 m 3/s把Q 11‘=0.747 m 3/s 代入HL220的综合曲线得δ=0.15则吸出高度H s =10-29.4/900-1.15*0.15*93.3 =-6.43 ( m )4）机组安装高度的确定混流式水轮机的安装高程：20b H S w ++∇=∇由混流式水轮机系列型谱知HL220导叶的相对高度为0.25 又知D 1=5 m b 0=0.25*5=1.25 则水轮机的安装高程为H s = 29.4+(-6.43)+1.25/2 =23.595 (m)附图2：六、水轮机设计的参数校核校核所选取的D1和n11参数流量η∙∙∙=5.1211181.9Q H D P得sL s L /1150/102491.070581.902061.134Q115.12<=⨯⨯⨯= 转速：min/67705125max111r H nD n =⨯==D 1为所选取的标准公称直径 D 1=5 mη的修正计算：ηηη∆+=m其中m η为最优转速和5%出力限制线所对应的交点查表得到水头在30——100m 的空化安全系数K0=1.15附图3：空蚀系数修正曲线根据校核所选取的参数，均符合设计要求。

五、水轮机运行综合特性曲线的绘制1、混流式水轮机运转综合特性曲线计算表2、混流式水轮机运转综合特征曲线计算表（见附表3）3、出力限制线计算表（见附表4）4、水轮机运转综合特性曲线图：（见附图）心得体会：经过开展课程设计，针对水轮机做专门的设计，把学习课本的相关知识集中体现在具体的设计实践当中，把理论知识和动手实践结合在一起，对学习的提高、将来走上工作岗位，都有更加理性的认识和帮助！在最初的课本学习当中，我几乎一直停留在认识的基础层面上，没有多少实践的机会，只能根据老师的讲解再靠想象力认为所以然，大部分的实物几乎都没法亲身自接触认识，也只有依据平时生活中的相关实物进行联系想象出那是是怎么一个东西来；所以，必须要进行更多的实践，通过实践进行巩固理论知识，加强对水轮机的理性认识。

在条件有限的情况下，进行相关实物的设计是最有利于专业学习的办法了。

实习设计能够帮助对知识网络的逻辑认识，笼统知识板块之间的联系。

老师在布置设计任务后，把设计的原始资料交给大家，讲解设计要求，相关方法步骤，以及要注意的细节问题，将重要公式教给大家如何运用，切记哪些量、哪些单位……我都认真的听了，并且做了笔记，为设计准备工作做到位，还能够复习一遍水轮机的学习内容，以便能够顺利进行设计。

我采纳优秀的风格，决定用office文本文档做设计的内容，在设计报告的过程中遇到了相当多的困难：首先的设计的数据整理，必须将设计的逻辑排列好，计算有关参数和数据，判断选择型号；然后是内容的输入，对于各种代数公式、数学符号的输入，都是必须一一码上去的，我从来没有在office上进行代数公式符号的编辑，这是我的第一次，我通过自己摸索，问别人，网上搜索等方法学会了输入各种代数公式符号，对于η、、δ、5.1D上标下标等这样的特殊符号，输入相当的繁琐，可是我最1后都能顺利的学会了，能把相关设计要用到的公式都完整地编辑；再就是内容的编排了，对于编写好的内容，为了整个模式的好看，必须经过编排，对齐方式、字体字号、辅助表格、插入图文、页眉页脚页码等，还要画水轮机运转综合特性曲线图。

这些都要一一动手去完成。

可见要做好一份设计那是相当的不容易！这也是一直以来我最认真最用功的一次报告。

通过这次水轮机课程设计，我更加认识了水轮机，了解其中最重要的参数等内容，对水轮机有了更加理性的认识，提高认识层面，对毕业以后走上工作岗位，完成工作任务有相当大的好处！还让我懂得提高学习能力、不断接纳新思维以及对事务更高一个层次的认识的重要性！而且也很有成就感！在此也非常感谢我的指导老师！陈圣锦2010.05.25。