水轮机选型设计计算书 原稿
水轮机课程设计--水电站水轮机选型设计
课程设计说明书设计题目：大江水电站水轮机选型设计《水轮机》课程设计任务书1 课程设计的目的课程设计的目的，是培养学生运用本课程及相关课程基本理论和技术解决实际问题，进一步提高运算、绘图和使用技术资料的能力，通过具体工程实例设计提高设计观念和分析解决工程问题的能力。
2 课程设计成果及要求2.1 课程设计成果（1）设计说明书一份，内容包括：A、封面；B、课程设计任务书；C、中文摘要；D、英文摘要；E、目录；F、正文；G、谢辞；H、参考文献；I、附录（附录为可选内容）。
（2）设计图纸一张，内容为：设计过程中的辅助图、蜗壳、尾水管单线图。
采用大米格纸或1号AutoCAD打印图纸，文字书写必须采用符合制图规范的长仿宋体。
2.2 设计成果要求※请大家务必按以下要求完成设计成果，否则，审查时不予通过。
2.2.1 说明书内容要求（1）摘要。
中文摘要在300字左右，外文摘要以250个左右实词为宜，关键词一般以3～5个为妥。
（2）目录。
按三级标题编写（即：1 ……、1.1 ……、1.1.1 ……），附录也应依次列入目录。
（3）量和单位。
量和单位必须采用中华人民共和国的国家标准GB3100～GB3102-93，它是以国际单位制（SI）为基础的。
非物理量的单位，可用汉字与符号构成组合形式的单位。
（4）正文标题层次。
全部标题层次应有条不紊，整齐清晰。
相同的层次应采用统一的表示体例，正文中各级标题下的内容应同各自的标题对应，不应有与标题无关的内容。
章节编号方法应采用分级阿拉伯数字编号方法，两级之间用下角圆点隔开，每一级的末尾不加标点。
分级阿拉伯数字的编号一般不超过四级。
各层标题均单独占行书写。
第一级标题居中书写；第二级标题序数顶格书写，后空一格接写标题，末尾不加标点；第三级和第四级标题均空两格书写序数，后空一格书写标题。
第四级以下单独占行的标题顺序采用A.B.C.…和a.b.c.两层，标题均空两格书写序数，后空一格写标题。
(一)水电站水轮机选型设计方法及案例
水电站水轮机选型设计总体思路和基本方法水轮机选型是水电站设计中的一项重要任务。
水轮机的型式与参数的选择是否合理，对于水电站的动能经济指标及运行稳定性、可靠性都有重要的影响。
水轮机选型过程中，一般是根据水电站的开发方式、动能参数、水工建筑物的布置等，并考虑国内外已经生产的水轮机的参数及制造厂的生产水平，拟选若干个方案进行技术经济的综合比较，最终确定水轮机的最佳型式与参数。
一 已知参数1 电站规模：总装机容量：32.6MW 。
2 电站海拔：水轮机安装高程：▽=850m3 水轮机工作水头：max H =8.18m ，min H =8.3m ，r H =14.5m 。
二 机组台数的选择对于一个确定了总装机容量的水电站，机组台数的多少将直接影响到电厂的动能经济指标与运行的灵活性、可靠性，还将影响到电厂建设的投资等。
因此，确定机组台数时，必须考虑以下有关因素，经过充分的技术经济论证。
1机组台数对工程建设费用的影响。
2机组台数对电站运行效率的影响。
3机组台数对电厂运行维护的影响。
4机组台数对设备制造、运输及安装的影响。
5机组台数对电力系统的影响。
6机组台数对电厂主接线的影响。
综合以上几种因素，兼顾电站运行的可靠性和设备运输安装的因素，本电站选定机组为：4×8.15MW 。
三 水轮机型号选择 1 水轮机比转速s n 的选择水轮机的比转速s n 包括了水轮机的转速、出力与水头三个基本工作参数，它综合地反映了水轮机的特征，正确的选择水轮机的比转速，可以保证所选择的水轮机在实际运行中有良好的能量指标与空化性能。
各类水轮机的比转速不仅与水轮机的型式与结构有关，也与设计、制造的水平以及通流部件的材质等因素有关。
目前，世界各国根据各自的实际水平，划定了各类水轮机的比转速的界限与范围，并根据已生产的水轮机转轮的参数，用数理统计法得出了关于水轮机比转速的统计曲线或经验公式。
当已知水电站的水头时，可以用这些曲线或公式选择水轮机的比转速。
水轮机计算
（一）水轮机型号的选择根据题目条件已知要用HL120-38和HL100-40型水轮机进行选择，对比计算分别如下： （二）水轮机主要参数的计算HL120-38型水轮机方案主要参数的计算1、转轮直径的计算1D =式中：'3112500;240;380/0.38/r r N kW H m Q L s m s====同时在附表1中查得水轮机模型在限制工况的效率=88.4%M η，由此可初步假定水轮机在该工况的效率为90.4%将以上各值代入上式得10.999D m == 选用与之接近而偏大的标准直径1 1.00D m =。
2、效率修正值的计算由附表一查得水轮机模型在最优工况下的max =90.5%M η，模型转轮直径10.38M D m =，则原型水轮机的最高效率max η可依下式计算，即max max =1M ηη-（1-1(10.93593.5%=--== 考虑到制造工艺水平的情况取11%ε=；由于水轮机所应用的蜗壳和尾水管的型式与模型基本相似，故认为20ε=，则效率修正值η∆为：max max 10.9350.9050.010.02M ηηηε∆=--=--=由此求出水轮机在限制工况的效率为：0.8840.020.904M ηηη=+∆=+=（与原来假定的数值相同）1、 转速的计算1n =式中'''10101M n n n =+∆有附表一查得在最优工况下的'1062.5/min M n r =，同时由于'1'10110.0160.03M n n n ∆====<所以'1n ∆可以忽略不计，则以'1062.5n =代入上式得：973.3/min n r ==选用与之接近而偏大的标准同步转速1000/min n r =。
2、 工作范围的验算在选定的1 1.00D m =、1000/min n r =的情况下，水轮机的'1max Q 和各种特征水头下相应的'1n 值分别为：'31max 3232221125000.3790.38/9.8112400.9049.81rrN Q m s D H η===<⨯⨯⨯/ 则水轮机的最大引用流量max Q 为：'23max 1max 1= 1.0/s Q Q D ⨯对'1n 值：在设计水头240r H m =时'164.5/min r n r === 在最大水头max 245H m =时'1min 63.9/min n r === 在最小水头min 235H m =时'1max 65.2/min n r === 在HL120型水轮机的模型综合特性曲线图上，分别画出'1max 379/,Q L s ='1min 63.9/min n r =和'1m 65.2/min ax n r =的直线，如图所示。
水电站水轮机选型设计1
院校：河北工程大学水电学院专业班级：水利水电建筑工程01班姓名：苏华学号： 093520101指导老师：简新平水电站水轮机的选型设计摘要本说明书共七个章节，主要介绍了大江水电站水轮机选型，水轮机运转综合特性曲线的绘制，蜗壳、尾水管的设计方案和工作原理以及调速设备和油压装置的选择。
主要内容包括水电站水轮机、排水装置、油压装置所满足的设计方案及控制要求和设计所需求的相关辅助图和设计图。
系统的阐明了水电站相关应用设备和辅助设备的设计方案的步骤和图形绘制的方法。
关键词：水轮机、综合运转特性曲线图、蜗壳、尾水管、调速器、油压装置。
【abstract】Curriculum project of hydrostation is a important course and practical process in curriculum provision of water-power engineering major . There are more contents and specialized knowledge in the curriculum project , which make students not to adapt themselves quickly to complete the design . In this paper , characteristic of the curriculum project is analyzed , causes of inadaptation to the curriculum project in students are found , rational guarding method are proposed , and a example of applying the guarding method is given . The results show that using provided method to guard student design is a good method , when teaching mode and time chart are given , students are guarded from mode of thinking and methodology , and design step are discussed and given . After the curriculum project of hydrostation , the capability of students to solve practical engineering problems is improved , and the confidence to engage in design is strengthened .【Keyword】Curriculum project of hydrostation ; guarding method ; mode of thinking ; methodology; design step.水电站水轮机选型设计第一节基本资料 (4)1.1基本资料1.2设计内容第二节机组台数与单机容量的选择 (4)2.1 机组台数与机电设备制造的关系2.2 机组台数与水电站投资的关系2.3 机组台数与水电站运行效率的关系2.4 机组台数与水电站运行维护工作的关系2.5 单位容量的选择第三节水轮机型号、装置方式、转轮直径、转速、及吸出高度与安装高程的确定 (5)3.1 HL240型水轮机3.2 ZZ440型水轮机3.3 两种方案的比较分析第四节水轮机运转特性曲线的绘制 (13)4.1 基本资料4.2 等效率曲线的计算与绘制4.3 出力限制线的绘制4.4 等吸出高度线的绘制第五节蜗壳设计 (15)5.1 蜗壳型式选择5.2 主要参数确定5.3 蜗壳的水力计算及单线图，断面图的绘制第六节尾水管设计 (18)6.1 尾水管型式的选择6.2 尺寸确定及绘制平面剖面单线图第七节调速设备的选择 (19)8.1 调速器的计算8.2 接力器的选择8.3 调速器的选择8.4 油压装置的选择参考资料 (21)大江水电站水轮机选型设计第一节基本资料1.1基本资料大江水电站，最大净水头H max=35.87m，最小净水头H min=24.72m，设计水头H p=28.5m，电站总装机容量N装=68000KW，尾水处海拔高程▽=24.0m，要求吸出高Hs> -4m。
轴流式水轮机选型计算
输入/实际值参考/计算值效率修正5 5.00说明4.42 4.420300D1Δη160160.00.9400≥100.80.90.01500.840.0216160.710.030.60.040.840.50.050.020.420.06167.7167.70.350.071.977 1.9771.00 1.001.00设计水头 m 5375.0375.0+10%水头 m 5.50.820.738水轮机型号177.8发电机型号ZZ 调速器型号T03阀 门型号L 励磁屏型号H输出屏型号测温制动屏自动化元件0.851.151.30.348额定出力 kw 177.8330额定转速 r/min 375.00.7最高飞逸转速 r/min 737.94额定比转速 m.kw 668.30.7额定模型效率 %84.00.6额定水轮机效率 %82.015最大调速功 kg.m 296.575水推力系数0.9最大水推力 T 3.3机组最小GD2 T.m0.95新导叶最大漏水保证量 L 13.3400模型汽蚀系数 1.15668.3汽蚀安全系数1.33.34允许吸出高度 m（立轴，海拔300m)2.2297允许吸出高度 m（卧轴，海拔300m) 1.72.19汽蚀失重保证量 kg3.01.69汽蚀深度保证量 mm 5.00.9汽蚀面积保证量 cm2400.0737.9允许管道∑LV m2.s 75.01.950.88额定容量 KVA 200.02.08额定电压 V 4003.00额定电流 A288.7计算时间: 2018/8/15 16:28水工参数设备配置ZZT03-LH-100水轮发电机组技术参BKF-3CWZDZZT03-LH-100常规配制，满足SF-K160-16/99BWT-水轮机参数3JB/GB 碳鋼/不銹鋼发电机参数出力百分比 %设计水头/额定单位转速设计水头水机最大出力相应出力百分比下的模型效率相应出力百分比下的流量相应出力百分比下的单位流量相应出力百分比下的真机效率+10%水头/+10%水头单位转速+10%水头水机最大出力相应出力百分比下的效率相应出力百分比下的流量相应出力百分比下的单位流量相应出力百分比下的真机效率计算：曾昌席-10%水头/-10%水头单位转速校核：-10%水头水机最大出力设计流量 m3/s 4.42相应出力百分比下的效率-10%水头 m 4.5相应出力百分比下的流量备注相应出力百分比下的单位流量相应出力百分比下的真机效率允许闸阀最小直径 m 2.0允许碟阀最小直径 m 2.1导叶关闭时间 s4.0甩100%负荷速度上升 %70.0甩100%负荷压力上升 %60.0额定单位转速 r/min 167.7额定单位流量 m3/s2.0设计水头最大引用流量 m3/s 4.7设计水头水机最大出力 kw 193.5设计水头机组最大出力 kw 174.1设计水头机组出力裕量 %8.8+10%水头单位转速 r/min 159.9+10%水头最大引用流量 m3/s 4.8+10%水头机组最大出力 kw 195.1+10%水头水机最大出力 kw 216.8-10%水头单位转速 r/min 176.8-10%水头最大引用流量 m3/s 4.5-10%水头水机最大出力 kw 167.6-10%水头机组最大出力 kw 150.8额定无功功率 Kvar 120.0飞逸转速 r/min 750.0额定功率因数0.8-100技术参数表，满足无人值班，少人职守要求16/990 400V机参数机参数128 4.051125。
水轮机计算部分
D1
7
转速计算值介于发电机同步转速 107.1r/min 和 100r/min 之间。
（1-4）
2
（《水轮机》P165）
（3）效率 的计算：
查表，得
HL240
型水轮机模型参数：转轮直径
D 1m
=
0.35
m，最优工况下的最高
效率 mo = 0.92。则可求出原型效率为：
max 1 (1mo)5
D1m D1
g
（1-15）
查《水轮机》，得 HL160 的最优单位转速 n110 = 77r/min。取最优单位转速 n110 与出 力限制线交点的单位流量为设计工况点的单位流量，则 Q11r = 1.098 m3/s，对应的模型效 率 m = 0.895。暂取效率修正值△ = 0.03，则设计工况下原型水轮机效率 = m +△ =
（备注：《水轮机》 P371） 1.3.2 对 HL240 型水轮机工作点的检查和修正 I 方案：6 台机组，单机 41.7 万千瓦。水轮机基本参数计算： (1)转轮直径 D1 的计算： 水轮机额定出力
Pt
nG
g
417000 0.98
425510（KW）
（1-2）
查《水轮机》，得 HL160 的最优单位转速 n110 = 77（r/min）。取最优单位转速 n110 与
（1-20）
Qr Q11r D12 Hr 1.0986.52 94 442.4 （m3/s） （5）几何吸出高度 Hs 的计算：
（1-21）
在设计工况下，模型水轮机的空化系数 m = 0.114
(《水轮机》P321)
查《水轮机》图 3-7，得 = 0.02。
则吸出高度 H s 为：
水轮机选型设计
⽔轮机选型设计第⼀章⽔轮机的选型设计第⼀节⽔轮机型号的初步选择⼀、沙溪⽔电站的主要参数H max =68.0m H p =50.0m H min =43.0m由《⽔利机械》P 36设计⽔头 H r 初算时可近似取（0.9~1.0）H p H r = 0.95×50.0= 47.5m 总装机35万kw⼆、因为沙溪⽔电站的⽔头范围为43.0m~68.0m,根据《⽔轮机》课本，符合此⽔头范围的要求，分别是 HL220，它的使⽤⽔头为30~70m 。
该⽔电站的⽔头范围为38-68m ，适合此⽔头范围⽔轮机的类型有斜流式和混流式。
⼜根据混流式⽔轮机的优点：（1）⽐转速范围⼴，适⽤⽔头范围⼴，可适⽤30-700m ；、（2）结构简单，价格低；（3）装有尾⽔管，可减少转轮出⼝⽔流损失；故选择混流式⽔轮机。
⼆．⽐转速的选择按我国⽔轮机的型谱推荐的设计⽔头与⽐转速的关系，⽔轮机的s n 为 )(19.270205.472000202000kw m H n rs ?=-=-=因此，选择s n 在260左右的⽔轮机为宜。
在⽔轮机型谱中有HL220，故按HL220进⾏计算三．单机容量第⼆节原型⽔轮机主要参数的选择按电站建成后,在电⼒系统的作⽤和供电⽅式,初步拟定为2台、3台、4台、5台四种⽅案进⾏⽐较。
HL220其主要参数如下：模型转轮直径D 1=46cm,导叶相对⾼度b 0/D 1=0.25 z 1=14, 最优⼯况n 10’=70r/min,Q 10’=1.0m 3/s,η=92%,ns0=255,σ=0.115; 限制⼯况Q 1’=1.150m 3/s,η=89%,σ=0.133. 最⼤单位飞逸⽐转速n 1p ’= 133 r/min⼀．（⼆台）1、计算转轮直径⽔轮机额定出⼒：kw N P GGr 4.17857198.0105.174=?==η式中：G η-----发电机效率,取0.98 G N -----机组的单机容量（KW ）取最优单位转速流量，Q 11r =1.14m 3/s ，对应的模型效率ηm=0.886，暂取效率修正值Δη=0.03，则设计⼯况原型⽔轮机效率η=ηm +Δη=0.916)(29.7916.05.4714.181.99183781.95.15.1111m H Q P D r r ===η按我国规定的转轮直径系列，计算值处于标准值7.0m 和7.5m 之间。
水轮机选型设计
第一章 水轮发机主要参数设计第1节 水轮机台数及型号选择一.已知参数1．水库正常蓄水位：1684米；最低水位1678米；最高水位1686米； 2．尾水位最高尾水位1520米；正常尾水位1509米 ； 3．水头最大水头：174米；加权平均水头；167米；最小水头147米；二.水轮机型式的选择1.按我国水轮机型谱推荐的设计水头与比转速的关系()kW m Hr N s ·8.1382065.1582000202000=-=-=2.水轮机型式的选择水轮机类型及其适用水头范围、比转速范围见表1—1[1]表1—1 水轮机类型及其适用范围根据已知参数，本电站水轮机运行水头范围为：147m —174m ，比转速为：138.8（m·kW ）。
根据表1—1所列参数决定选用混流式水轮机。
三.电站装置方式的确定水轮机装置方式是指水轮机轴的装置方向和机组的连接方式。
水轮机轴的装置分为立式和卧式两种。
立式装置方式安装、拆卸方便，轴与轴承受力情况良好，发电机安装位置较高，不易受潮，管理维护方便，但是开挖量较大。
卧式装置方式不会产生很大的集中荷重，厂房的高度较低，但轴与轴承受力情况不好。
为了缩小厂房面积，高水头大中型电站一般采用立轴布置方式。
该电站最大水头为174m ，故采用立式布置方式。
机组连接方式采用直接连接。
四.初选水轮机转轮型号根据本电站水头变化范围H=147m —174m 选择合适的水轮机转轮：A378、A194、D10、D126和D46,其参数见表1—2[7]。
表1—2 初选水轮机转轮参数表五.拟定机组台数并确定单机容量总装机容量N =65MW ，保证出力：N b =30MW ，年利用小时数：4560h ，取同步发电机效率ηg =97％；通过试算HLA194、HLD46出力不满足要求，最终确定选用HLA378、HLD10和HLD126三个方案。
方案列表如下：表1—3 水轮机组选型及台数汇总表第2节 各方案参数的计算一.HLA378各参数的计算1.计算转轮直径水轮机额定出力为：()kW 3350597.032500===ggr N P η 取最优单位转速n 110=69（r/min ）与出力限制线交点的单位流量为设计工况点的单位流量Q 110=0.72(m 3/s)，对应的模型效率ηm =0.888，暂取效率修正值Δη=2％,则设计工况下原型机效率η=ηm +Δη=0.888+0.02=0.908。
水轮机选型设计及振动分析
任务书设计原始资料一、电站地理位置：位于华北地区。
电站所在地海拔高程约930 m 。
二、枢纽任务：发电为主。
三、总装机容量：P总=3000MW 保证出力：400MW四、水轮机工作水头最大水头Hmax=150m 平均水头Hav=130m设计水头Hr=120m 最小水头Hmin=110m任务与要求一、水轮机部分1.水轮机型号选择。
2.应用主要综合特性曲线初步拟订待选方案。
3.通过初步分析比较淘汰明显不合理的方案，保留两个较好方案精选。
4.精选过程进行两个方案的动能经济比较。
绘制运行特性曲线，进行机电设备的投资估算及土建工程比较5.确定最佳方案。
并对其进行如下计算：⑴水轮机飞逸转速；⑵轴向力；⑶导叶高程，导叶最大及最优开度；⑷蜗壳水力计算及单线图；⑸尾水管型式选择及单线图和主要剖面图的绘制；⑹对水轮机结构的特殊要求。
二、绘制水轮机的运转综合特性曲线；对发电机的型号进行选择；三、进行蜗壳，尾水管的水力计算；四、利用DASP软件对机组的振动特性进行分析。
五、计算书和说明书⒈分别编写设计计算书和设计说明书各一分。
⒉计算书要求计算准确，层次清晰，公式和系数选择要求正确合理并标明依据。
⒊说明书要论证充分正确，结论清楚。
书写字迹工整。
，⒋图纸要符合标准，要求选择一张用计算机绘制。
⒌说明书附英文标题与摘要。
目录任务书 (1)设计原始资料 (1)任务与要求 (1)目录 (2)摘要 (4)第一部分水轮机选型设计及装机初选方案的拟定 (6)绪论 (6)第一节水轮机 (6)第一章初选方案的拟定 (7)1.1机组型式的确定 (7)1.2机组台数确定 (7)1.3初选方案的选定 (7)1.4精选方案的确定 (8)1.4.1 方案Ⅰ的选择计算 (8)1.4.2 方案II的选择计算 (10)1.4.3方案III基本参数的确定 (12)1.4.4初选方案的分析及精选方案的确定 (13)第二章精选方案的比较 (14)2.1 运转综合特性曲线的计算与绘制 (14)2.1.1 等效率曲线的绘制 (14)2.1.2等吸出高度线的计算与绘制 (19)2.2 投资估算 (21)2.2.1 机电设备计算比较 (21)2.2.2 动能经济比较 (23)2.2.3 土建工程比较 (23)2.2.4 最优方案的确定及相关参数的确定 (23)2.2.5 最优方案的其他参数的确定。
第六章 水轮机的选型设计
3、选择水轮机主要参数计算
4、计算各方案的吸出高度 H s
5、绘制各方案的运转综合特性曲线
6、确定各方案的安装高程 安
7、各方案分析比较
8、结论
§6-3 反击式水轮机主要参数计算
主要介绍最常见的用模型综合特性曲线选择 参数的方法，基于几点考虑：
①原、模型水轮机满足相似条件，因此，可 用相似公式计算原、模型水轮机主要参数。
9.81Q11H 2
P 式中: ----水轮机的额定出力，单位kW。P Pf f
其中 Pf 为同步发电机额定容量； f 为发电机效
率，中小型 f 95% ~ 96% ，大中型 f 96% ~ 98%
H ----水轮机的设计水头，单位m。
Q11 ----设计工况下的单位流量
对HL式和ZD式水轮机，采用模型最优单位
转速 n110M 与模型出力限制线交点的单位流量值
；对ZZ式水轮机，由于无出力限制线，出力受
气蚀的限制，故选用小于型谱推荐的 Q11 值。
----水轮机效率，可按单位流量取值点的
模型效率 M ，先初略加上1%---3%的效率修正
值进行计算。待求出 D1 后，再按转轮直径标 准系列取与之接近的标准直径（见课本P17)。
转速所包含的区间，这个区间就是原型水轮机的
工作范围。若这个区间在模型综合特性图上处于
高效率区，则说明原型水轮机工作范围理想，所
选参数配合合理。
初选水轮机基本参数表
台数Z
P Pf Z f
D1
P
3Hale Waihona Puke 9.81Q11H 2标准直径
max
1 1 M max
5
D1M D1
水电站水轮机选型设计
院校：河北工程大学水电学院专业班级：水利水电建筑工程01班姓名：苏华学号： 093520101指导老师：简新平水电站水轮机的选型设计摘要本说明书共七个章节，主要介绍了大江水电站水轮机选型，水轮机运转综合特性曲线的绘制，蜗壳、尾水管的设计方案和工作原理以及调速设备和油压装置的选择。
主要内容包括水电站水轮机、排水装置、油压装置所满足的设计方案及控制要求和设计所需求的相关辅助图和设计图。
系统的阐明了水电站相关应用设备和辅助设备的设计方案的步骤和图形绘制的方法。
关键词：水轮机、综合运转特性曲线图、蜗壳、尾水管、调速器、油压装置。
【abstract】Curriculum project of hydrostation is a important course and practical process in curriculum provision of water-power engineering major . There are more contents and specialized knowledge in the curriculum project , which make students not to adapt themselves quickly to complete the design . In this paper , characteristic of the curriculum project is analyzed , causes of inadaptation to the curriculum project in students are found , rational guarding method are proposed , and a example of applying the guarding method is given . The results show that using provided method to guard student design is a good method , when teaching mode and time chart are given , students are guarded from mode of thinking and methodology , and design step are discussed and given . After the curriculum project of hydrostation , the capability of students to solve practical engineering problems is improved , and the confidence to engage in design is strengthened .【Keyword】Curriculum project of hydrostation ; guarding method ; mode of thinking ; methodology; design step.水电站水轮机选型设计第一节基本资料 (4)1.1基本资料1.2设计内容第二节机组台数与单机容量的选择 (4)2.1 机组台数与机电设备制造的关系2.2 机组台数与水电站投资的关系2.3 机组台数与水电站运行效率的关系2.4 机组台数与水电站运行维护工作的关系2.5 单位容量的选择第三节水轮机型号、装置方式、转轮直径、转速、及吸出高度与安装高程的确定 (5)3.1 HL240型水轮机3.2 ZZ440型水轮机3.3 两种方案的比较分析第四节水轮机运转特性曲线的绘制 (13)4.1 基本资料4.2 等效率曲线的计算与绘制4.3 出力限制线的绘制4.4 等吸出高度线的绘制第五节蜗壳设计 (15)5.1 蜗壳型式选择5.2 主要参数确定5.3 蜗壳的水力计算及单线图，断面图的绘制第六节尾水管设计 (18)6.1 尾水管型式的选择6.2 尺寸确定及绘制平面剖面单线图第七节调速设备的选择 (19)8.1 调速器的计算8.2 接力器的选择8.3 调速器的选择8.4 油压装置的选择参考资料 (21)大江水电站水轮机选型设计第一节基本资料1.1基本资料大江水电站，最大净水头H max=35.87m，最小净水头H min=24.72m，设计水头H p=28.5m，电站总装机容量N装=68000KW，尾水处海拔高程▽=24.0m，要求吸出高Hs> -4m。
大江水电站水轮机选型设计
《水轮机》课程设计任务书1 课程设计的目的课程设计的目的，是培养学生运用本课程及相关课程基本理论和技术解决实际问题，进一步提高运算、绘图和使用技术资料的能力，通过具体工程实例设计提高设计观念和分析解决工程问题的能力。
2 课程设计成果及要求2.1 课程设计成果（1）设计说明书一份，内容包括：A、封面；B、课程设计任务书；C、中文摘要；D、英文摘要；E、目录；F、正文；G、谢辞；H、参考文献；I、附录（附录为可选内容）。
（2）设计图纸一张，内容为：设计过程中的辅助图、蜗壳、尾水管单线图。
采用大米格纸或1号AutoCAD打印图纸，文字书写必须采用符合制图规范的长仿宋体。
2.2 设计成果要求※请大家务必按以下要求完成设计成果，否则，审查时不予通过。
2.2.1 说明书内容要求（1）摘要。
中文摘要在300字左右，外文摘要以250个左右实词为宜，关键词一般以3～5个为妥。
（2）目录。
按三级标题编写（即：1 ……、1.1 ……、1.1.1 ……），附录也应依次列入目录。
（3）量和单位。
量和单位必须采用中华人民共和国的国家标准GB3100～GB3102-93，它是以国际单位制（SI）为基础的。
非物理量的单位，可用汉字与符号构成组合形式的单位。
（4）正文标题层次。
全部标题层次应有条不紊，整齐清晰。
相同的层次应采用统一的表示体例，正文中各级标题下的内容应同各自的标题对应，不应有与标题无关的内容。
章节编号方法应采用分级阿拉伯数字编号方法，两级之间用下角圆点隔开，每一级的末尾不加标点。
分级阿拉伯数字的编号一般不超过四级。
各层标题均单独占行书写。
第一级标题居中书写；第二级标题序数顶格书写，后空一格接写标题，末尾不加标点；第三级和第四级标题均空两格书写序数，后空一格书写标题。
第四级以下单独占行的标题顺序采用A.B.C.…和a.b.c.两层，标题均空两格书写序数，后空一格写标题。
正文中对总项包括的分项采用⑴、⑵、⑶…单独序号，对分项中的小项采用①、②、③…的序号或数字加半括号，括号后不再加其他标点。
水轮机计算
水电站作业水轮机型号及主要参数的选择：已知某水电站最大水头H max=245m，加权平均水头H av=242.5m，设计水头H r=240m，最小水头H min=235m，水轮机的额定出力为12500kw，水电站的海拔高程为2030m，最大允许吸出高Hs≥-4.0m。
要求：1、选择两种机型（HL120-38，HL100-40）进行选择。
2、对选择的机型进一步绘制其运转特性曲线，`（一）水轮机型号的选择根据题目条件已知要用HL120-38和HL100-40型水轮机进行选择，对比计算分别如下： （二）水轮机主要参数的计算HL120-38型水轮机方案主要参数的计算1、转轮直径的计算1D =式中：'3112500;240;380/0.38/r r N kW H m Q L s m s====同时在附表1中查得水轮机模型在限制工况的效率=88.4%M η，由此可初步假定水轮机在该工况的效率为90.4%将以上各值代入上式得10.999D m ==选用与之接近而偏大的标准直径1 1.00D m =。
2、效率修正值的计算由附表一查得水轮机模型在最优工况下的max =90.5%M η，模型转轮直径10.38M D m =，则原型水轮机的最高效率max η可依下式计算，即max max =1M ηη-（1-1(10.93593.5%=--== 考虑到制造工艺水平的情况取11%ε=；由于水轮机所应用的蜗壳和尾水管的型式与模型基本相似，故认为20ε=，则效率修正值η∆为：max max 10.9350.9050.010.02M ηηηε∆=--=--=由此求出水轮机在限制工况的效率为：0.8840.020.904M ηηη=+∆=+=（与原来假定的数值相同）3、 转速的计算1n =式中'''10101M n n n =+∆有附表一查得在最优工况下的'1062.5/min M n r =，同时由于'1'10110.0160.03M n n n ∆====<所以'1n ∆可以忽略不计，则以'1062.5n =代入上式得：973.3/min 1.0n r ==选用与之接近而偏大的标准同步转速1000/min n r =。
水轮机初步选型设计
目录绪论 (1)第一章水轮机型号选择 (3)第一节选择机组台数、水轮机型号及装置方式 (3)第二节确定转轮直径、同步转速 (6)第三节运转综合特性曲线的计算和绘制 (14)第四节计算水轮机最大吸出高度和安装高程 (19)第五节待选方案的综合比较 (26)第二章蜗壳计算 (31)第一节形式、进口断面参数选择 (31)第二节蜗壳各断面参数计算 (35)参考文献 (40)总结 (41)绪论一、 设计目的：水轮机课程设计是水轮机课程教学中的一个重要实践环节，在学完水轮机有关章节的理论知识后，经过课程设计的实践，以达到巩固和加深所学理论知识的目的，并培养学生独立思考、工作的能力。
通过这一课程设计的实践，进一步掌握选型设计的内容、程序和步骤，应该考虑合比较的种种因素，培养查阅并利用资料、手册的能力。
为今后的毕业设计打下基础。
二、 设计任务：根据所给的原始资料，对指定原始参数进行水轮机选型设计，包括：1.选择机组台数、水轮机型号及装置方式2.确定转轮直径、同步转速3.运转综合特性曲线的计算和绘制4.计算水轮机最大吸出高度和安装高程5.待选方案的综合比较6.蜗壳的水力计算(1)确定蜗壳各断面尺寸(2)绘制蜗壳平面单线图三、 设计成果：1.设计计算说明书：设计说明书需说明设计思想、方案比较及最终结果设计计算书应包括设计计算过程、计算公式、参数选取的依据和计算结果2.用坐标纸绘制出的图纸四、 原始资料：电站名：CEH-1水电站该水电站为引水式开发的电站电力系统容量60万千瓦最大水头H max：320m设计水头H r：290m最小水头H min：250m装机容量：12万千瓦年利用小时数：4360h下游平均尾水位：1729.0m下游最低尾水位：1726.0m下游最高尾水位：1733.0m第一章 水轮机型号选择第一节 选择机组台数、水轮机型号及装置方式一、 机组台数及水轮机型号确定：1. 水轮机型号确定：由所给出的原始数据判断，水轮机的运行水头范围为：250m~320m，故可供选择的水轮机形式有混流式和冲击式两种。
水轮机选型设计计算书
第一章 水轮机的选型设计第一节 水轮机型号选定一．水轮机型式的选择根据原始资料，该水电站的水头范围为，查[《水电站机电设计手册—水力机械》表1-4]适合此水头范围水轮机的类型有斜流式和混流式。
又根据混流式水轮机的优点：（1） 比转速范围广，适用水头范围广；、（2） 结构简单，价格低；（3） 装有尾水管，可减少转轮出口水流损失；因此，选择混流式水轮机。
二．比转速的选择水轮机的设计水头估算为m H H p r 8.695.7395.095.0≈⨯==适合此水头范围的有HL260/D74和HL240/D41.[根据本电站水头变化范围(H=64-85m)查《水电站机电设计手册—水力机械》表1-4]三．单机容量 台数单机容量（万千瓦） 216 332/3 48 5第二节 原型水轮机主要参数的选择根据电站建成后,在电力系统的作用和供电方式,初步拟定为2台,3台,4台,5台,四种方案进行比较。
首先进行HL260/D74水轮机的选择一．二台1、计算转轮直径水轮机额定出力：kw N P G Gr 3.16326598.010164=⨯==η 上式中： G η-----发电机效率,取G N -----机组的单机容量（KW ）由型谱可知，与出力限制线交点的单位流量为设计工况点单位流量，则Q 11r =s,对应的模型效率ηm =894%，暂取效率修正值 Δη=，η=+=。
模型最高效率为924%。
)(98.4924.08.69247.181.93.16326581.95.15.1111m H Q P D r r =⨯⨯⨯==η 按我国规定的转轮直径系列（见《水轮机》课本），计算值处于标准值和5m 之间，且接近5m ，暂取D 1=。
2、计算原型水轮机的效率955.00.535.0)924.01(1)1(155110max =--=--=D D M M ηη 3、Δη=ηmax -ηM0=同步转速的选择min /5.13555.73791110r D H n n p=⨯== 此值介于125r/min 和 r/min 之间，且接近min ，所以取n=min 。
水轮机选型计算..
相应水头下的机组保证功率范围 / %
混流式
45~100
定桨式
75~100
转桨式
35~100
冲击式
25~100
对于混流式水轮机，如在保证运行范围内出现强振，应采取相应措施或避振运行。高负荷短时运行范围 100h，低负荷短时运行范围 500h。
③导叶漏水量：不应大于水轮机额定流量的3‰,圆锥式导叶漏水量不应大于额定流量4‰。冲击式水轮机全关时不应漏水
定桨式
D
3~70
用于功率及水头变幅不大的电站
调桨式
T
3~70
介于定桨与调桨之间
斜流式 Deriax
X
转桨式
Z
40~200
用于水头变幅大的电站,
但工艺较复杂,技术要求高
定桨式
D
贯流式 Bulb
G
转桨式
Z
2~25
用于低水头电站和潮汐电站
定桨式
D
冲
击
式
水斗式Pelton
CJ
300~1700
用于负荷变化大而水头变化不大的电站
21
142.9
171.5
44
68.2
81.8
7
428.6
514.3
22
136.4
163.7
48
62.5
75.0
8
375.0
450.0
24
125.0
150.0
50
60.0
72.0
9
333.3
400.0
26
115.4
138.5
52
57.7
69.2
10
300.0
360.0
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第一章 水轮机的选型设计第一节 水轮机型号选定一．水轮机型式的选择根据原始资料，该水电站的水头范围为18-34m ，二．比转速的选择水轮机的设计水头为m H r 5.28= 适合此水头范围的有HL240和ZZ450/32a三．单机容量第二节 原型水轮机主要参数的选择根据电站建成后,在电力系统的作用和供电方式, 初步拟定为2台,3台,4台三种方案进行比较。
首先选择HL240 n11=72r/min 一．二台1、计算转轮直径水轮机额定出力：kw N P GGr 67.66669.0106.04=⨯==η上式中： G η-----发电机效率,取0.9 G N -----机组的单机容量（KW ）由型谱可知，与出力限制线交点的单位流量为设计工况点单位流量，则Q 11r =1.155m 3/s,对应的模型效率ηm =85.5%，暂取效率修正值 Δη=0.03，η=0.855+0.03=0.885。
模型最高效率为88.5%。
m H Q P D r r 09.2885.05.28155.181.967.666681.95.15.1111=⨯⨯⨯==η 按我国规定的转轮直径系列（见《水轮机》课本），计算值处于标准值2m 和2.25m 之间，且接近2m ，暂取D 1=2m 。
2、计算原型水轮机的效率914.0246.0)885.01(1)1(155110max =--=--=D D M M ηη Δη=ηmax-ηM0=0.914-0.885=0.0.029η=ηm +Δη=0.855+0.029=0.8843、同步转速的选择min /18.197295.0/5.2872av 1110r D H n n =⨯==min /223.11855.0884.07210M 0T 11011r n n =-⨯=-=∆）（）（ηηmin /223.73223.172n 1111r 11r n n m =+=∆+= 4、水轮机设计单位流量Q11r 的计算r Q 11=rr r H D η5.12181.9P =884.05.28281.967.66665.12⨯⨯⨯=1.2633m /s 5、飞逸转速的计算r n =111max D H n r =73.223×28.33=212.851r/min6、计算水轮机的运行范围最大水头、平均水头和最小水头对应的单位转速 min)/609.66223.18.332180.19711max 1min 11r n H nD n =-⨯=∆-=min)/(777.70223.195.0/5.282180.19711av 111r n H nD n a =-⨯=∆-=min)/(713.90223.14.182180.19711min 111r n H nD n a =-⨯=∆-=二．三台1、计算转轮直径水轮机额定出力：kw N P GGr 444.44449.0104.04=⨯==η上式中： G η-----发电机效率,取0.9 G N -----机组的单机容量（KW ）由型谱可知，与出力限制线交点的单位流量为设计工况点单位流量，则Q 11r =1.155m 3/s,对应的模型效率ηm =85.5%，暂取效率修正值 Δη=0.03，η=0.855+0.03=0.885。
模型最高效率为88.5%。
m H Q P D r r 707.1885.05.28155.181.9444.444481.95.15.1111=⨯⨯⨯==η 按我国规定的转轮直径系列（见《水轮机》课本），计算值处于标准值1.6m 和1.8m 之间，一、当取D1=1.6m 时2、计算原型水轮机的效率910.06.146.0)885.01(1)1(155110max =--=--=D D M M ηη Δη=ηmax-ηM0=0.910-0.885=0.025η=ηm +Δη=0.855+0.025=0.887、同步转速的选择min/475.2466.195.0/5.28721110r D H n n p=⨯==min /061.11855.088.07210M 0T 11011r n n =-⨯=-=∆）（）（ηηmin /061.73061.172n 1111r 11r n n m =+=∆+= 8、水轮机设计单位流量Q11r 的计算r Q 11=rr r H D η5.12181.9P =88.05.286.181.9444.44445.12⨯⨯⨯=1.3213m /s 9、飞逸转速的计算r n =111max D H n r =73.061×6.18.33=265.474r/min10、 计算水轮机的运行范围最大水头、平均水头和最小水头对应的单位转速 min)/771.66061.18.336.1475.24611max 1min 11r n H nD n =-⨯=∆-=min)/(939.70061.195.0/5.286.1475.24611111r n H nD n p a =-⨯=∆-=min)/(875.90061.14.186.1475.24611min 111r n H nD n a =-⨯=∆-=二、当取D1=1.8m 时2、计算原型水轮机的效率912.08.146.0)885.01(1)1(155110max =--=--=D D M M ηη Δη=ηmax-ηM0=0.912-0.885=0.027η=ηm +Δη=0.855+0.027=0.88211、 同步转速的选择min/089.2198.195.0/5.28721110r D H n n p=⨯==min /147.11855.0882.07210M 0T 11011r n n =-⨯=-=∆）（）（ηηmin /147.73147.172n 1111r 11r n n m =+=∆+= 12、 水轮机设计单位流量Q11r 的计算r Q 11=rr r H D η5.12181.9P =882.05.288.181.9444.44445.12⨯⨯⨯=1.0413m /s 13、 飞逸转速的计算r n =111max D H n r =73.147×8.18.33=236.256r/min14、 计算水轮机的运行范围最大水头、平均水头和最小水头对应的单位转速 min)/685.66147.18.338.1089.21911max 1min 11r n H nD n =-⨯=∆-=min)/(853.70147.1308.1089.21911111r n H nD n p a =-⨯=∆-=min)/(789.90147.14.188.1089.21911min 111r n H nD n a =-⨯=∆-=三．四台1、计算转轮直径水轮机额定出力：kw N P GGr 333.33339.0103.04=⨯==η上式中： G η-----发电机效率,取0.9 G N -----机组的单机容量（KW ）由型谱可知，与出力限制线交点的单位流量为设计工况点单位流量，则Q 11r =1.155m 3/s,对应的模型效率ηm =85.5%，暂取效率修正值 Δη=0.03，η=0.855+0.03=0.885。
模型最高效率为88.5%。
m H Q P D r r 478.1885.05.28155.181.9333.333381.95.15.1111=⨯⨯⨯==η 按我国规定的转轮直径系列（见《水轮机》课本），计算值处于标准值1.4m 和1.6m 之间，且接近1.4m ，暂取D 1=1.4m 。
2、计算原型水轮机的效率908.04.146.0)885.01(1)1(155110max =--=--=D D M M ηη Δη=ηmax-ηM0=0.908-0.885=0.023η=ηm +Δη=0.855+0.023=0.87815、 同步转速的选择min/686.2814.195.0/5.28721110r D H n n p=⨯==min /96.01855.0878.07210M 0T 11011r n n =-⨯=-=∆）（）（ηηmin /96.7296.072n 1111r 11r n n m =+=∆+= 16、 水轮机设计单位流量Q11r 的计算r Q 11=r r r H D η5.12181.9P =878.05.284.181.9333.33335.12⨯⨯⨯=0.6363m /s 17、 飞逸转速的计算r n =111max D H n r =72.96×4.18.33=302.98r/min18、 计算水轮机的运行范围最大水头、平均水头和最小水头对应的单位转速 min)/872.6696.08.334.1686.28111max 1min 11r n H nD n =-⨯=∆-=min)/(04.7196.095.0/5.284.1686.28111111r n H nD n p a =-⨯=∆-=min)/(976.9096.04.184.1686.28111min 111r n H nD n a =-⨯=∆-=二、选择：ZZ450时，n11=120r/min,一．二台1、计算转轮直径水轮机额定出力：kw N P GGr 67.66669.0106.04=⨯==η上式中： G η-----发电机效率,取0.9 G N -----机组的单机容量（KW ）由型谱可知， Q 11r =0.92m 3/s,对应的模型效率ηm =90.5%，暂取效率修正值 Δη=0.03，η=0.905+0.03=0.0.935。
模型最高效率为93.5%。
m H Q P D r r 279.2935.05.2892.081.967.666681.95.15.1111=⨯⨯⨯==η 按我国规定的转轮直径系列（见《水轮机》课本），计算值处于标准值 2.25m 和2.5m 之间，且接近2.25m ，暂取D 1=2.25m 。
2、计算原型水轮机的效率953.025.246.0)905.01(1)1(155110max =--=--=D D M M ηη Δη=ηmax-ηM0=0.953-0.905=0.018η=ηm +Δη=0.905+0.018=0.92319、 同步转速的选择min/593.31125.295.0/5.281281110r D H n n p=⨯==min /244.11905.0923.012810M 0T 11011r n n =-⨯=-=∆）（）（ηηmin /244.129244.1128n 1111r 11r n n m =+=∆+= 20、 水轮机设计单位流量Q11r 的计算r Q 11=rr r H D η5.12181.9P =923.05.2825.281.967.66665.12⨯⨯⨯=1.213m /s 21、 飞逸转速的计算r n =111max D H n r =129.244×25.28.33=333.955r/min22、 计算水轮机的运行范围最大水头、平均水头和最小水头对应的单位转速 min)/346.119244.18.3325.2593.31111max 1min 11r n H nD n =-⨯=∆-=min)/(756.126244.195.0/5.2825.2593.31111111r n H nD n p a =-⨯=∆-=min)/(197.162244.14.1825.2593.31111min 111r n H nD n a =-⨯=∆-=二．三台1、计算转轮直径水轮机额定出力：kw N P GGr 444.44449.0104.04=⨯==η上式中： G η-----发电机效率,取0.9 G N -----机组的单机容量（KW ）由型谱可知， Q 11r =0.92m 3/s,对应的模型效率ηm =90.5%，暂取效率修正值 Δη=0.03，η=0.905+0.03=0.0.935。