水轮发电机组选型设计_毕业设计 精品

第1章 水轮发电机组选型设计

1.1、机组台数及型号选择

1.1.1、水轮机型式的选择

已知参数

6.25max =H , 8.22min =H , 3.23av =H , MW 200=N 保证出力：MW 35=b N ，利用小时数：h 2225 取设计水头3.23av r ==H H

按我国水轮机的型谱推荐的设计水头与比转速的关系，

混流式水轮机的比转速s n :

）（kW m H n s ⋅=-=-=

394203

.232000

202000 轴流式水轮机的比转速s n : )(4773

.232300

2300kW m H n s ⋅===

根据原始资料，适合此水头范围的水轮机类型有轴流式和混流式。 轴流式和混流式水轮机优点：

（1）混流式结构紧凑，运行可靠，效率高，能适应很宽的水头范围，是目前应用最广泛的水轮机之一。

（2）轴流式水轮机s n 较高，具有较大的过流能力，轴流转桨式水轮机可在协联方式下运行，在水头、负荷变化时可实现高效率运行

根据表本电站水头变化范围m H 6.25~8.22=查《水电站机电设计手册—水力机械》

因为设计电站是无调节电站，所以工作容量等于保证出力MW 35=b N

选用混流式机组的单机容量不得超过

MW 8.7745.035

= 选用轴流式机组的单机容量不得超过

MW 10035

.035

= 确定机组台数4台和5台 方案列表如下：

1.2、水轮机方案比较

1.2.1、方案Ⅱ、MW 504⨯ 244/260A HL

1、计算转轮直径

水轮机的额定出力为：

W 51020%

9850000

k N P G

G

r ==

=

η 取最优单位转速min 80110

r/n =与出力限制线的交点的单位流量为设计工况点单

位流量，则）（s /m 29.1Q 3110=,对应的模型效率875.0m =η，暂取效率修正值

%2=∆η，则设计工况原型水轮机效率895.002.0875.0m =+=∆+=ηηη。

故水轮机转轮直径为：

）（m 33.6895

.03.2329.181.951020

81.95

.15

.11101=⨯⨯⨯==

η

r r

H Q P D 我国规定的转轮直径系列，计算值处于标准值m 5.6~0.6 m 之间，考虑到取m 0.6偏小，难于保证设计水头下发生额定出力；若取m 5.6又太大，不经济。本机组属于大型水轮机，故取非标准值m 4.61=D 。 2、转速n 的计算

由244/260A HL 转轮技术资料提供查得min /r 80n 110=

min /34.604

.63

.23801110r D H n n av =⨯==

转速计算值介于同步转速min /5.62~min /60r r 之间， 当取min /60r 时，运行区域如下图：

当取min /5.62r 时，运行区域如下图：

根据244/260A HL 模型转轮综合特性曲线，取min /5.62r 时水轮机的实际运行范围刚好，取min /60r 时有些偏离高效率中心区域，故取水轮机的转速min /5.62r n =。

3、效率 r η的计算：

954.04

.635

.0)917.01(1D D )1(155

1m 10m max r =--=--=ηη 效率修正值：037.0917.0954.0m0rmax =-=-=∆ηηη

4、平均效率η的计算

min H ：取min H 下）（

min /8.83max 11r n =与出力限制线的交点的效率876.0min =mH η 真机的效率913.0037.0876.0min min =+=∆+=ηηηmH H

max H 、r H 、av H 是以发电机出力为限制，采用逼近法找到单位流量和相应的效率。水头)(m

流量)/(3s m 模型效率(%) 真机效率(%) 出力)(kW 25.6

1.2 89 9

2.7 57896 25.6 1 90.9 94.6 49236 25.6 1.1 91.2 94.9 54331 25.6 1.05 91.7 95.4 52135 25.6 1.03 91.4 95.1 50981 25.6 1.035 91.5 95.2 51282 水头)(m 流量)/(3s m

模型效率(%)

真机效率(%)

出力)(kW 23.3 1.2 90 93.7 50814 23.3 1.22 89.6 93.3 51440 23.3 1.21 89.8 93.5 51128 23.3

1.205

89.9

93.6

50971

由逼近法表格知：

max H ：951.0max =H η

r H 、av H ：936.0==Hav Hr ηη

则平均效率为：

934.04

936.0936.0951.0913.04max min =+++=+++=Hr Hav H H ηηηηη

5、转轮直径1D 的校核

用912.0r =η对原先计算的1D 进行校核

）

（m 19.6936

.03.2329.181.951020

81.95.15

.11101=⨯⨯⨯==

η

r r

H Q P D 转轮直径）（m 4.61=D 仍合适。 6、水轮机设计流量r Q 的计算

设计工况点的单位流量r Q 11为

）（s m /206.13.234.6936.081.951020H D 81.9P Q 3

5

.125.1r

21T r 11=⨯⨯⨯==η )/(2383.234.6206.1Q 322

1

11r s m H D Q r r =⨯⨯==

7、几何吸出高度 s H 的计算

为使水轮机尽可能不发生空化，取max H 、r H 、min H 三个水头分别计算水轮机的允许吸出高度，以其中的最小值作为最大允许吸出高度。为此，进行如下计算。 （1）、计算max H 、r H 、min H 所对应的单位转速11n

max H ： ）

（min /1.796

.254

.65.62max 1min 11r H nD n =⨯== r H ： ）

（min /9.823.234

.65.62111r H nD n r r =⨯==

min H ： ）（min /8.838

.224

.65.62min 1max 11r H nD n =⨯==

（2）、确定各水头所对应的出力限制工况点的单位流量11Q

min H ：取max 11n 与出力限制线交点处的单位流量)/(27.13max 11s m Q =

r H ：由逼近法表格知s m /205.1Q 3r 11=

max H ：由逼近法表格知s m /03.1Q 3r 11= （3）、用（1）、（2）中计算的对应工况点从模型综合特性曲线上分别查出min H 、r H 、max H 所对应的模型空化系数，分别是0.15、0.139、0.11 （4）根据水位—流量关系曲线