贯流水轮机选型及结构设计开题报告.doc

毕业设计（论文）开 题 报 告题 目 贯流水轮机 选型及结构设计 专 业 热能与动力工程 班 级 动09*班 学 生 * 指导教师 * 教授 2013 年一、毕业设计的课题来源、类型依据专业的培养目标，且根据毕业设计选题的具体原则，我选择了毕业设计的题目贯流水轮机选型及结构设计。贯流式水轮机通常采用卧轴式布置，从流道进口到尾水管出口，水流沿轴向几乎呈直线流动，避免了水流拐弯形成的流速分布不均导致的水流损失和流态变坏，水流平顺，水力损失小，尾水管恢复性能好，水力效率高。因此，对于25m以下的低水头水电开发，优先选择贯流机组。本课题来源于贯流水轮机电站的资料。本课题根据实际需要，课题来源为实际工程；课题类型属于工程设计类型。二、选题的目的和意义毕业设计是学生综合应用在校所学知识，结合工程实际，进行一次系统的解决工程实际问题的实践性教学环节，也是完成工程师基本训练的重要教学环节。通过对贯流式水轮机选型及结构设计，以达到以下目的：1. 巩固加深所学专业知识，扩大专业知识面，使所学知识系统化。2. 培养学生运用所学知识解决实际工程问题的能力，要求学生掌握基本的设计原则、设计方法和步骤。3. 培养学生独立思考的工作能力，通过毕业设计加强文献查阅、外文翻译、设计计算、绘图、编写设计报告、使用规范手册以及计算机应用能力的培养。4. 使学生熟练掌握工程中常用的辅助设计软件：AutoCAD绘图。5. 通过设计对专业知识有更近一步的理解，同时可以将大学几年所学到的知识融会贯通，理论与实际相结合，进一步提高设计能力，为将来去工作岗位打下良好的基础。三、本课题在国内外的研究现状及发展趋势1. 前言水力资源在我国能源组成中占有重要的地位，它不仅是清洁能源，而且是可在生能源。我国的水力资源非常丰富。据水利水电规划设计总院主编的中国大中型水电站规划图集统计，全国可开发的装机容量25MW以上的大中型水电站就有1300多座，总装机容量达4.0463亿千瓦。截止2005年年底，我国已开发和正在开发的装机总容量为1.3098亿千瓦，约占经济可开发容量的三分之一。可见，我国水电设备行业市场发展前景非常广阔。目前我国水能开发利用约占可开发量的四分之一，低于发达国家60%的平均水平，我国水电开发利用还用很大潜力。我国江河具有丰富的低水头水利资源，该资源一般均处于江河中下游得经济发达地区，20世纪90年代以后，这些地区经济迅速发展，用电需求增速飞快。据有关资料的不完全统计，我国江河低水头的水力资源，仅10m以下贯流式水电机组，规划容量就达20000MW，占我国水电资源的5%。此外，我国大陆和岛屿海岸线蕴藏着巨大的海洋潮汐能资源，可开发量超过21000MW，尚未进行规模开发。以上数据说明，我国低水头水能资源蕴藏量巨大，贯流式水轮机应用前景广阔，需求巨大。2. 贯流式水轮机的结构特点与优势贯流式水轮机的流道形式和轴流式水轮机不同，为保证向导水机构均匀供水和形成必要的环量，保证导叶较平滑绕流，轴流式水轮机需设置蜗壳，其流道由蜗壳、导水机构和弯肘型尾水管组成。贯流式水轮机没有蜗壳，流道由圆锥形导水机构和直锥扩散形尾水管组成。通常采用卧轴式布置，从流道进口到尾水管出口，水流沿轴向几乎呈直线流动，避免了水流拐弯形成的流速分布不均导致的水流损失和流态变坏，水流平顺，水力损失小，尾水管恢复性能好，水力效率高。大型贯流机组几乎都是灯泡机组，中小型多采用轴伸式、竖井式等形式。经过40余年的研究与实践，我国对贯流机组设备开发、研制以及贯流水电站设计和运行技术都取得了很大的发展和成就。对于25m以下的低水头水电开发，优先选择贯流机组。贯流式水轮机具有以下优点：1) 电站从进水到出水方向基本上是轴向贯通。灯泡贯流式水电站的进水管和出水管都不拐弯，形状简单，过流通道的水力损失减少，水轮机效率高，施工方便。2) 贯流式水轮机具有较高的过流能力和大的比转速，所以在水头和功率相同的条件下，贯流式水轮机直径要比转桨式小10%左右，整个机组的重量可减轻约25。3) 贯流式水电站的机组结构紧凑，与同一规格的转桨式机组相比，其尺寸较小，可布置在坝体内，取消了复杂的引水系统，减少厂房的建筑面积，减少电站的开挖量和混凝土量.贯流式机组设备运输和安装重量较轻，施工和设备安装方便，可缩短工期，实现提前发电。4) 贯流式水轮机适合作可逆式水泵水轮机运行，由于进出水流道没有急转弯，使水泵工况和水轮机工况均能获得较好的水力性能。适合综合利用低水头水能资源。5) 贯流式水电站一般比立轴的轴流式水电站建设周期短，投资小，收效快，淹没移民少，电站靠近城镇，有利于发挥地方兴建电站的积极性。从电站综合投资来看，同水头、同容量的轴流转浆机组与灯泡贯流机组电站相比，轴流转浆机组电站投资要高10%-25%，年发电量可增加约3%-5%。小型水电站采用贯流式机组与立式轴流机组比较，也可节省投资约10%-20%.可以说，在开发低水头水力资源时采用贯流式水轮发电机组具有很大的优势和先进性。3. 国内外贯流式水轮机的发展历史与应用现状世界上第一台贯流式水轮发电机是全贯流式水轮机，由瑞士爱舍维斯公司于1937年制造，并安装在德国的莱茵河上。单机容量为1753kW，转轮直径为205m。20世纪60年代，因西方能源危机转而进入重视开发低水头电站的时期，灯泡贯流式机组便显示出了强大的生命力。1966年由法国奈尔皮克公司制造的机组，安装在法国罗讷河的皮坡尔贝尼特电站上，单机出力为20MW，转轮直径为6.25m，水头为8m，标志着灯泡贯流式机组技术已经成熟。贯流机组技术在19601990年的发展最为迅猛。这一时期投入运行的贯流机组，最大单机容量达65.8MW(灯泡贯流，日本只见)，最大水轮机转轮直径达8.2m(竖井贯流，美国墨累)，最高工作水头达22.45m(灯泡贯流，日本新乡第二)。我国从20世纪60年代开始贯流式水轮机的研究和应用，到20世纪80年代，贯流机组技术及其应用取得突破性的进展，1983年引进设备的第一座大型灯泡贯流机组电站一湖南马迹塘水电站建成，1984年自主开发的广东白垢电站转轮直径5.5m，单机容量10MW灯泡贯流机组投运，标志着具备自行开发研制大型贯流机组设备的能力。贯流式水轮机的应用研究和运行技术也获得了发展，积累了经验。最近20年来，相继开发建成引进设备、技术合作或自行装备的大型灯泡贯流机组电站数十座。其中洪江水电站最大工作水头27.3m，单机容量45MW，是目前世界上应用水头最高、国内单机容量最大的灯泡贯流机组。国内已运行的灯泡贯流式水轮机最大转轮直径已达7.5m。目前规划或在建的贯流式水电站遍布全国各地，广西长洲水电站装机15台，总装机容量达621.3MW。在黄河干流上已建或在建的贯流式电站有青海尼那电站，宁夏沙坡头电站，甘肃柴家峡电站，青海直岗拉卡电站等。尼那电站是我国海拔最高的大型灯泡贯流机组电站，沙坡头则是应用于高含沙水流的第一座大型灯泡贯流机组电站，各具特色，为贯流式水电站的开发提供了新的经验。4. 贯流式水轮机的发展前景我国适用于贯流式水轮机开发的低水头水能资源蕴藏量巨大，贯流式水轮机应用前景广阔，需求巨大。经过40多年的研究与实践，国内贯流式水轮机的设计制造能力有了巨大的提高。但从目前来说，贯流式水轮机的发展仍存在一些问题。首先，设备技术和机组供给能力不足，许多大型或高技术含量的机组设备仍需从外国进口。国内产品同进口产品相比，在性能和损耗上仍有明显差别。其次，已有的性能较好的转轮模型数较少，同时自主开发的转轮模型数量少，其开发仍处于国外模型转轮的复制复试阶段，仍需继续完善，特别是进行25-35m水头段模型转轮的开发。再次，随着计算机和软件技术的发展，采用各种CFD技术对贯流式水轮机过流部件进行流场数值模拟的研究很多，但流场实测数据较少。在今后的工作在应加强这方面的研究。最后，大型贯流式水轮机的机组结构设计制造与安装等方面的一些关键技术，如水轮机的支撑结构轴系的分析计算机组的刚度及振动特性的评估与优化大型机组的安装技术制造工艺的研究等，需进一步进行研究和完善。参考文献1 刘大恺,水轮机（第三版）.中国水利水电出版社.河海大学.1996.12.2 梁章堂,胡斌超.贯流式水轮机的应用与技术发展探讨.中国农村水利水电.2005.6.3 田树棠等编著.贯流式水轮发电机组实用技术-设计施工安装检修-（上下册）.中国水利水电出版社.2010.8.4 李仁年,侯华.贯流式水轮机国内外研究现状及发展前景.水电站机电技术讨论会论文集.2010.5 廖伟丽,张海平,梁武科.Auto CAD在水轮机设计中的应用.陕西水力发电.1995年12月第4期.6 刘玉辉.浮动环式主轴密封在灯泡贯流式水轮机上的应用.大电机技术.2008年第三期.7 陶红,姜剑锋.大中型灯泡贯流式水轮机结构简介.电站系统工程.2003年11月 第 19卷第16期.8 姜茜.日本灯泡贯流式水电机组发展及技术特点.东方电气评论.2009.3.9 周斌,万天虎,李华.灯泡贯流式水轮发电机组稳定性测试与分析.电网与清洁能源.2011.11.10 林昌杰,吴沈军.全贯流水轮发电机组的轮缘密封.小水电.2005年第一期.四、本课题的主要研究内容。本次设计主要内容是：（一）根据给定基本参数进行水轮机选型，确定特征尺寸。（二）完成所选型号水轮机的总体结构设计。1. 根据水轮机型号和转轮直径等基本参数，确定水轮机的主要特征尺寸，对水轮机主要部件进行结构设计；2.根据机组型式和电站基本条件设计主轴密封和水导轴承；3.绘制水轮机总装配图及主要部件组装图或零件图。（三）导水机构传动系统设计。1.根据机组的型式进行导水机构传动系统设计；2.绘制导水机构装配图；（四）对主要零件进行设计1.设计套筒并绘制套筒零件图2.设计主轴并绘制主轴零件图(五) 外文翻译五、完成论文的条件和拟采用的手段。本次毕业设计论文的完成是在导师的指导下，由学生独立完成。本次毕业设计中，以学生为主，导师为辅。导师在一旁指导，学生独立的通过查阅各种资料和文献并结合自己学过的专业课知识完成。在完成过程中由导师监督进度，并签署进度表。首先根据给定电站基本参数进行水轮机选型，确定特征尺寸。然后参照水轮机设计手册将各个部件的尺寸算出来，完成所选型号水轮机的总体结构设计。接着进行导水机构传动系统设计，最终对主要零件进行设计。总装配图以及其他零件结构图的绘制都是通过计算机实现的。最后的毕业设计论文和独立翻译的外文文献必须根据要求在电脑中形成电子版，并且打印出来。六、本课题的进度安排，各阶段预期达到的目标月日周次任务阶段名称及详细项目2-3253.31查阅文献，撰写开题报告34102撰写开题报告，外文文献翻译11173外文文献翻译18244提交开题报告，方案选型设计25315方案选型设计4176总体结构设计，绘制总装配图8147总体结构设计，绘制总装配图