水轮机课程设计(完整版)
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课程设计说明书设计题目:水轮机选型
学生姓名:
学号:
班级:
完成日期:
指导教师(签字):44
一、课程设计的目的和任务
1、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。
2、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、电站基本参数
(1)电站总装机容量: 900 MW
(2)电站装机台数: 6台
(3)电机容量: 150 MW
(4)下游尾水位:▽80m
(5)水轮机工作水头:
最大工作水头(Hmax): 81.5m
最小工作水头(Hmin): 45.5m
设计工作水头(Hd): 63.5m
加全平均工作水头(Hw): 57.8m
(6) 机组运行特点:调峰
(7)电站水质良好
三、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))(切击式(水斗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
四、水轮机的设计步骤
1)机组参数的选择
根据资料数据要求,此水电站的总的装机容量为900 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6台,其每台的装机容量为 150 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=81.5m ;Hw=57.8m; Hd=63.5m; Hmin=45.5m ,得到有效水头为45.5~81.5m ,根据水轮机机型谱,HL260/D74(25~80m 工作水头)是合适的机型。根据水头和功率,确定采用立式、金属蜗壳。所以采用的机型为HL260/D74—LJ 。 3)水轮机主要参数的选择
设计水电站的机组台数为6台,型号为HL260,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Hav 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。 1、转轮直径D 1的选择:
η
23
1181.9r r
H Q P D =
(m)
Pr 为水轮机的额定功率,单位为KW ;
Q 11 为单位流量,取最优单位转速0,11n 与5%出力限制线的交点所对应的单位流量max ,11Q ;
η 为水轮机效率;
r H 为电站额定水头。
<1>水轮机额定功率的计算:
g
g
r P ηP =
Pr 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);
Pg 为单台发电机的出力;
则: P=150 MW / 0.98 = 153.0612 MW
<2>水轮机的效率:
ηηη∆+=m
(η∆取0.02--0.03,推荐最大单位流量或者5%处理限制线) 由综合特性曲线查得模型转轮HL260—D74—500限制工况的单位参数为:
s m /8.01Q 3o 11,=,s m /247.1Q 3max 11,=,min /79n o 11,r =,927.0m =η,故水轮机
效率为η=0.894+0.03=0.924。
<3>流量:
s
m Q o /247.1Q 3max 11,,11==(根据水轮机型谱选择机型HL260型水轮机) <4>额定水头暂取为设计水头
Hd
m H d 5.63H r ==
<5>转轮直径11D
m D 84.490
.0.5
6346.181.910612.01535
.13
11=⨯⨯⨯⨯=
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 )
2、水轮机额定转速的确定
D
H n n w
0,11=
(r/min) =79*5.857÷ =120.12 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) (其中:Hw 为平均水头; o n ,11为最优转速)
附2.水轮机转轮标准转速系列 (单位: r/min )
3.效率修正
根据模型最优工况下的效率o m ,η计算出真机的最高效率ηmax ,真机与模型因