三峡大学水轮机课设

课程设计报告题目：水轮机课程设计

姓名：

学号：

班级：

2018 年1 月8 日

目录

课程设计任务书 (1)

1. 课程设计的目的和要求 (1)

2. 基本参数 (1)

3. 课程设计的任务 (1)

第一章水轮机的选型设计 (2)

1. 水轮机型号选择 (2)

2. 水轮机基本参数的计算 (2)

3. 水轮机设计流量的计算 (3)

4. 几何吸出高度Hs的计算 (3)

5. 飞逸转速nR的计算 (4)

6. 转轮轴向水推力Ft的计算 (5)

7. 检验水轮机的工作范围 (5)

第二章水轮机运转特性曲线的绘制 (6)

1. 等效率曲线的计算 (6)

2. 机组出力限制线的计算 (6)

3. 等吸出高度线的计算 (7)

第三章蜗壳设计 (9)

1.蜗壳选择 (9)

2.金属蜗壳水力计算 (9)

第四章尾水管设计 (12)

1.尾水管选择 (12)

2.尾水管设计 (12)

附录 (13)

1. 水轮机的运转综合特性曲线 (13)

2. 蜗壳断面图 (14)

3. 尾水管单线图 (15)

参考文献： (16)

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：700 MW

电站装机台数：11 台

水轮机安装高程：580 m

最大工作水头

H：180 m

max

最小工作水头

H：151 m

min

设计工作水头

H：165 m

r

加权平均工作水头

H：171.5 m

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。

第一章 水轮机的选型设计

1. 水轮机型号选择

按照我国水轮机型谱推荐的设计水头与比转速关系，水轮机的s n 为

()kW m H R ⋅=-=-=

7.13520165

2000

202000n s 因此，以选择s n 在160()kW m ⋅左右的水轮机为宜。

在水轮机型谱图中，本电站的水头段为HL160，故选择HL160转轮。

2. 水轮机基本参数的计算

（1）转轮直径1D 的计算 水轮机的额定出力

()kW P g g

6628896

.011700000

P r

===η 取最优单位转速min /5.67n 11r =与出力限制线交点的单位流量为设计工况点单位流量，则s /m 68.0Q 3r 11=（这里可能有问题），对应的模型效率895.0m =η，暂取效率修正值%2=∆η，则设计工况原型水轮机效率

915.002.0895.0m =+=∆+=ηηη。故水轮机转轮直径1D 为

m 26.2915

.016568.081.966288

H Q 81.9P D 5

.11.5

r r 11r

1=⨯⨯⨯=

=

η

按我国规定的转轮直径系列，计算值处于标准值2.25m 和2.50m 之间，计算直径更接近2.25m ，故可取转轮直径1D =2.25m 。 （2）效率的计算

94.02.25

4

.00.915-1-1D D -1-15511M m0rmax =⨯==）（）

（ηη

0.0250.915-0.94m0rmax ==-=∆ηηη

限制工况原型水轮机效率为

0.920.0250.895m r =+=∆+=ηηη

（3）1D 的校核计算：用η=0.92对原先计算的1D 进行校核

26.20.9265168.09.8166288

H 9.81Q P D 1.5

1.5r 11r r 1=⨯⨯⨯==

η

(m) 转轮直径1D 仍以2.25m 为宜。

（4）转速n 的计算。由模型综合特性曲线上查得min /r 5.67n 110=

87.39225

.25

.1715.671110=⨯==D H n n a （r/min ）

转速计算值介于发电机同步转速375 r/min 和428.6 r/min 之间，故取水轮机的转速n 为375 r/min 。

3. 水轮机设计流量的计算

0.685165

2.259.81P Q 1.5

2r

11r =⨯⨯⨯=

η 5.4416525.2568.0H D Q Q 2r 2

111r r =⨯⨯==（3m /s ）

4. 几何吸出高度Hs 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

89.62180

25

.2375:H max 1min 11max =⨯==

H nD n （r/min)