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。其中冲击式水轮机具有安装高程不受空化条件限制，只要强度允许即可使用在很高的水头条件下的特点，广泛应用于负荷变化大而水头变化不大的电站；而混流式水轮机具有结构紧凑、运行可靠、效率高，能适应很宽的水头范围等特点，技术十分成熟，是目前国际国内应用最广泛的水轮机机型，安装检修均具有强有力的技术保障，且由于本次设计的电站水头变化范围较宽，且负荷较为稳定，故决定采用混流式水轮机。

按照原始资料中的最高水头查《混流式水轮机转轮型谱参数表》，经过初步比较判断选择五个型号的转轮，其详细参数见下表：

经过对个机型参数的初步比较，可以看出HLD54-40型、HLA543-50型及HLA179-40型模型水轮机在最优工况下的单位转速M n 110、单位流量M Q 110、

最高效率M η以及限制工况点的单位流量限M Q 11均比较高，可使原型机获得较高的转速和较

大的通过流量，从而在相同出力的情况下缩小机组的尺寸，同时模型机的气蚀系数M σ较小，有利于电站的稳定运行，故选取上述三个水轮机机型进行计算，其具体参数如下表所示：

2. 机组台数选择：

由原始资料可知，电力系统的总容量为60万kW，CEH-1水电站的装机容量为12万kW，根据规定电站的单机容量不允许超过系统总容量的10%，否则在电站机组发生故障时，会将整个系统拖垮甚至瓦解，故电站设计单机容量不能超过6万kW，考虑到电站本身检修需要，需有电源来提供厂用电而不用从系统中调电，故一般情况下个电站均不采用一台机组的设计。故在满足处理要求的情况下，可采用2台、3台、4台机组的设计方案进行计算比较。若选用2台或4台机组可采用扩大单元接线方式，若选用3台机组则可采用一条单元接线、一条扩大单元接线的方式接入系统当中。

分别对于HLD54型、HLA543型及HLA179型模型水轮机按照2台、3台和4台三个方案进行计算，并比较所得结果，最终确定所选择的台数。

二、 水轮及装置方式的确定：

水轮机的装置方式可分为卧轴和立轴两种，其中卧轴布置方式布置简单，不需向下开挖但占地面积较大，一般用于小型电站或水头较低的贯流式

水电站。立轴布置方式具有占地面积小的特点，但需向下进行较大的土石开挖，增加土建投资成本。为缩小厂房面积，高水头大型电站一般均采用立轴布置方式。根据原始资料，本次设计电站的最大水头达320m ，故应按照立轴方式布置机组。

第二节 转轮直径与机组同步转速确定

分别对于HLD54型、HLA543型及HLA179型模型水轮机按照2台、3台和4台三个方案进行计算，求得转轮直径、机组同步转速，并根据计算结果最终确定机组台数。计算步骤如下：

(1) 根据电站的装机容量及所选定的机组台数，确定出单机的出力

f f

Z N N η=

其中f N 为电站的装机容量 Z 为所选定的机组台数

f η为发电机效率，%97~%96=f

η

(2) 根据处理确定转轮直径 2

/311181.9r

H Q N D η=

参[一] P328

公式（9-42）

其中11Q 为限制工况点上的单位流量 r H 为电站的设计水头

(3) 根据上部计算所得的直径，查表确定水轮机的标准直径

(4) 根据模型水轮机的最高效率及查得的标准直径计算原型水轮机的最高效率

)1(15

1

1max max D D M

M ηη−−= 其中max M η为模型水轮机的最高效率 m D 1为模型水轮机的转轮直径

(5) 计算效率修正值

max max M ηηη−=∆

(6) 校验单位参数是否需要进行修正

1max

max

−M ηη

(7) 计算单位转速的修正值11n ∆

)1(max

max

11011−=∆M n n ηη

(8) 计算原型水轮机最优工况下的单位转速 11110110n n n M ∆+=

参[一] P17

参[一] P71 公式（3-41）

参[一] P73

参[一] P72 公式（3-48）