水轮机课程设计(1)

课程设计报告

题目：能量转换机械创新综合设计——水轮机选型设计

姓名：xxx

学号：xxxx

班级：xxxx

2014年月日

目录

第一章课程设计任务书

1. 课程设计的目的和要求

课程设计是水轮机课程教学计划中的一个重要环节，是培养学生综合运用所学理论知识解决工程实际问题的一次系统的基本训练。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，使学生学会查阅、收集、整理和分析相关文献资料；熟悉水轮机选型设计阶段的内容，针对给定任务能提出合理的设计方案并得出正确的计算结果。

2. 基本参数

电站总装机容量：8 MW

电站装机台数： 5 台

水轮机安装高程：431.3 m

H：39 m

最大工作水头

max

H：28 m

最小工作水头

min

H：31.35 m

设计工作水头

r

H：33 m

加权平均工作水头

a

3. 课程设计的任务

根据给定的电站参数来进行反击式水轮机选型设计：

（1）确定机型和装置形式；

（2）确定水轮机的功率、转轮直径、同步转速、吸出高度及安装高程，轴向水推力，飞逸转速等参数；

（3）绘制水轮机的运转综合特性曲线；

（4）确定蜗壳的型式及尺寸，绘制蜗壳单线图；

（5）确定尾水管的型式及尺寸，绘制尾水管单线图。

第二章 水轮机的选型设计

1. 水轮机型号选择

根据设计要求的原始材料及水电站的特征水头：Hmax=39m ，Ha=33m ， Hr=31.35m Hmin=28m ，根据水轮机机型谱，选择HL240（20～45m 工作水头）最符合该水电站的实际情况。

2. 水轮机基本参数的计算

HL240水轮机对应的型谱图

2.1. 转轮直径1D 的计算

水轮机的额定出力

r 1600

1632.7()0.98

G

G

N P KW η=

=

= 取最优单位转速11072/min n r =与出力限制线交点的单位流量为设计工况点单位流

量，由上图可知取3

11 1.24/R Q m s =，对应的模型效率0.904M η=，暂取效率修正值

η∆=3%，则设计工况原型水轮机效率0.9040.030.934M ηηη=+∆=+=，水轮机转轮

直径1D 为

r 1 1.5 1.5

111632.7

0.904(m)9.819.81 1.2431.350.934

R R P D Q H η=

==⨯⨯⨯ 按我国规定的转轮直径系列，计算值处于标准值0.84m 和1m 之间，计算直径更加接近0.84m ，故可取转轮直径10.84m D =

2.2.效率η的计算

155

max 010.46

1(1)1(10.91)0.92020.84

M M D D ηη=--=--=

max 00.92020.910.0102M ηηη∆=-=-=

限制工况原型水轮机效率为

0.9040.01020.9142M ηηη=+∆=+=

2.3.转速n 的计算

172492(r/min)0.84

n =

== 转速计算值介于发电机同步转速428.6min /r 和500min /r 之间，需要对两个转速都

进行检验。

2.4.水轮机设计流量r Q 的计算

r Q =11R Q 2

1

D r H

=21.240.84⨯=4.9s m /3

2.5. 几何吸出高度s H 的计算

在设计工况下，模型水轮机的空化系数M σ=0.20，查表4-3，对于混流式水轮机

r H =31.35m ，水轮机的空化安全系数取σK =1.15，则吸出高度为：

s H =-∇-900/10K σM σr H =10431.3/900 1.150.231.35--⨯⨯=2.31m

取s H =2.5m 。

2.6.飞逸转速R n 的计算

由HL240水轮机模型飞逸特性曲线查得，在最大导叶开度下单位飞逸转速

R n 11=159min /r ，故水轮机的飞逸转速为

R n =R

n 111

max D H

=159min /r 2.7.转轮轴向水推力t F 的计算

由水轮机型谱图，HL240水轮机的t K =0.41，则转轮轴向水推力为 t F =9810t

K 4

π2

1D max H =23.1498100.410.84394⨯⨯⨯⨯=48.710⨯N

2.8.检验水轮机的工作范围

设计工况的单位流量11R Q

11R Q =

2 1.519.81R r P D H η=2 1.5

1632.79.810.91420.8431.35

⨯⨯⨯=1.47s m /3

当n =428.6min /r 时，最大、最小、平均水头所对应的单位转速 min 11n =

max

1H nD =

428.60.84

39

⨯=57.6min /r

a n 11=

a

H nD 1=

428.60.84

33

⨯=62.7min /r

m ax 11n =

min 1H nD =

428.60.84

28

⨯=68min /r

当n =500min /r 时，最大、最小、平均水头所对应的单位转速 min 11n =

max

1H nD =

5000.84

39

⨯=67.25min /r a n 11=

a

H nD 1=

5000.84

33

⨯=73min /r m ax 11n =

min

1H nD =

5000.84

28

⨯=79.4min /r 把由上述参数绘制在HL240综合特性曲线图上，以检验水轮机运行区域的效率高低。可以看出，单位转速的变化范围包含高效区第二个方案比第一个方案多，水轮机的平均效率较高。因此，选择工作范围较优的第一种方案。

第三章 水轮机运转特性曲线的绘制

HL240模型综合特性曲线