水轮机原理课程设计

1、 课程设计任务书学院 专业 班课程名称 题 目 任务起止日期： 年 月 日 年 月 日学 生 姓 名 学 号 指 导 教 师 年 月 日教研室主任 年 月 日审查院 长 年 月 日批准一、课程设计的目的和任务 1、目的：通过水轮机的课程设计，将各种水轮机的性能参数整理并绘制成不同形式的曲线，它是与水轮机课程教学相辅助的一个理论学习的环节，也是课程教学中一个必不可少的环节。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；此外，通过课程设计更进一步掌握造型、设计、参数等程序内容，提高了学生查阅资料和动手实践的能力

2、。 2、课程设计的任务： 通过所给的原始资料，根据要求明确水轮机的基本工作参数（包括水头h、流量q、转速n、效率、出力p、吸出高度hs、转轮直径d、水轮机型号、机组台数、装置方式等）， 整理并绘制成不同形式的曲线，即获得水轮机的特性曲线图。二、 电站基本参数g水电站具有防洪，灌溉，发电，养殖等功能。水电站厂房为坝后式，水电站装机容量为7mw，厂房所在平均地面高程440.0m。水位：正常蓄水位为470.00m.死水位:459.00m。距厂房下游100m处水位流量关系见下表格流量m3/s510152030406080水位m430.8430.95431.06431.15431.35431.50431

3、.75431.95机组供水方式：采用单元供水。三、 水电站水头范围:hmax=39m， hmin=28m， hav=33m水轮机的简介 水轮机是一种将河流中蕴藏的水能转换成旋转机械能的原动机，当水流流过水轮机时，通过主轴带动发电机，将旋转机械能转换成电能。与发电机连接成的整体称为水轮发电机组，它是水电站的主要设备部分。水电站是借助水工建筑物和机电设备将水能转换成为电能的企业，在未来，水能资源的开发和利用将成为资源开发利用的主导能源，所以，水轮机的设计开发对我国水能资源的开发起到很大的推进作用。水轮机大致分为两大类：反击式水轮机和冲击式水轮机；反击式水轮机： 转轮利用水流的压力能和动能做工的水轮

4、机称为反击式水轮机。其特征是：压力水流充满水轮机的整个流道，水流流经转轮叶片时，受叶片的作用面改变压力、流速的大小和方向，同时水流在转轮叶片正反面产生压力差，对转轮产生反作用力，形成旋转力矩使转轮旋转。主要包括混流式、轴流式、斜流式和贯流式四种类型水轮机。冲击式水轮机： 转轮只利用水流动能作功的水轮机称为冲击式水轮机。其特征是：有压水流先经过喷嘴形成高速自由射流，将压能转换成动能，并冲击转轮旋转。水流只冲击部分转轮，水流是不充满水轮机的整个流道的，转轮只是部分进水，转轮在大气压的作用下工作。所以叶片一般做成斗叶状。主要包括水斗式（切击式）、斜击式和双击式。水轮机主要类型归纳如下：水轮机的设计步

5、骤1.1.水轮机的选型根据原始资料：hmax=39m，hmin=28m，hw=33m.；电站装机容量为7mw。额定水头hr=0.9hw=31.35m。根据水头变化：最小工作水头28m到最大工作水头39m。在水轮机系列型普表中查出合适的机型有hl240型水轮机和zz440型水轮机两种。根据装机容量拟选两种型号的水轮机1,2台机组。初步法案如:表1-1 初步拟定法案表水轮机型号机组台数单机容量（kw）hl2401700023500zz44017000235001.2 原型水轮机各方案主要参数的选择一.hl240型水轮机1台机组(方案一)1.计算转轮直径d1水轮机的额定功率为 上式中：机组单机容量，

6、kw 同步发电机的效率，一般去95%-97%，此去95%。 查水轮机的转轮综合特性曲线可知，与出力限制线交点的单位流量为设计工况点单位流量，=1.24 /s，对应模型水轮机的效率为98%，暂取3%的修正值，这原型水轮机的效率为92%。按我国规定的转轮直径系列（水力机械设计及工程设计，表1.3）,计算值处于1.8m-2.0m，并靠近2.0m，取直径d1=2.0m。2.计算原型水轮机的效率 额定工况原型水轮机的效率为3.计算转速n根据水轮机转轮型普推荐的最优单位转速=72r/min，单位转速修正值为单位不需要修正。水轮机转速为根据水轮机设计选取同步转速214.3r/min。4.计算水轮机的工作范围

7、5.计算水轮机实际额定流量6.计算最大允许吸出高度 在额定工况下，模型水轮机的空化系数=0.2。查水轮机原理图3-13可得空化系数修正值=0.04。又从原始资料中根据额定流量求得为水位为431.32m。7.计算飞逸转速 由hl240模型水轮机飞逸特性曲线查得，在最大导叶开度下单位飞逸转速=160r/min。故水轮机的飞逸转速为8.计算轴向水推力 根据hl240转轮技术资料提供的数据，转轮轴向推力系数k=0.34-0.4，转轮直径较小，止漏环间隙较大时取大值。本电站转轮直径较小，k去3.2。9、实际的水轮机额定水头因不同的d1、与水能预算hr有差异同理根据以上计算方法和过程可求得方案二（2 hl

8、240）数据。二.zz440型水轮机1台机组(方案三)1.计算转轮直径d1 根据水轮机转轮型普推荐的最大单位流量=1.65，为使单位流量有一定的余量，取3%的储备，则额定工况的单位流量=1.650.97=1.6。在模型综合特性曲线上查得相应于，。时的模型效率=0.825，设额定工况原型水轮机的效率为=0.825+0.02=0.845根据转轮公称直径系列，选择转轮公称直径=3.3m。2.计算原型水轮机的效率水轮机最高效率水轮机在额定工况（）是的最高效率3.计算转速n根据水轮机转轮型普推荐的最优单位转速=115r/min，单位转速修正值为根据水轮机设计选取标准同步转速n=375r/min。4.计算

9、水轮机的工作范围5.额定工况下的流量单位流量额定下的单位流量6.计算最大允许吸出高度 在模型综合特性曲线上，查得模型水轮机额定工况的的空化系数=0.44.，又由额定水头查得=0.04。又从给定数据由额定流量确定高程为413.32m。则最大允许吸出搞度8.计算轴向水推力9、实际的水轮机额定水头因不同的d1、与水能预算hr有差异同理根据以上计算方法和过程可求得方案四（2 zz400）数据三.最优方案的选定表1-2 四种方案数据hl240(17mw)hl240(23.5mw)zz440(17mw)zz440(23.5mw)比转速 (r/min)220220440440额定功率 （kw）7368368

10、473683684模型最优单位比转速 (r/min)7272115115模型额定工况单位流量 ()1.241.241.511.51 转轮直径 (m)21.371.81.25水轮机效率 0.910.9050.8720.867转速 n (r/min)107300375500额定流量 ()27.713.327.3913.2吸出高度 (m)1.996 1.96 -5.53-5.52实际额定水头 (m)31.6231.6831.432.3轴向水推力 (n)3.80.9616.141.83两种机型方案的水轮机转轮直径相近。但hl240型水轮机方案的工作范围包含了较多的高效率区域，运行效率较高，气蚀系数较小

11、，安装高程较高，有利于提高年发电量和减小电站厂房的开挖工程量；而zz440型水轮机方案的机组转速较高，有利于减少发电机尺寸，降低发电机造价，但这种机型的水轮机及其调节系统的造价较高。根据以上分析，在制造供货方面没有问题时，初步选用hl240型方案为有利。而hl240中1台机组虽然效率比2太机组略高造价低，但是两台机组运行时更方便，也有利于水电站的运行。因此，最终应选的最优方案为2 hl240。第二章 水轮机运转特性曲线的绘制1、等效率曲线的计算于绘制由于水电站水头较小，现取四个水头，列表计算如下：绘制的等效率线详见设计图纸。表6 hl240型水轮机等效率曲线计算表（%）（%）p（mw）（%）（

12、%）p（mw）878889909191908988870.850.880.920.9450.971.1251.1581.1921.2371.27288.5689.5690.5691.5692.5692.5691.5690.5689.5688.563.373.533.733.884.024.664.754.844.965.04878889909191908988870.8270.870.910.940.9781.1881.2231.251.2831.3287.5689.5690.5691.5692.5692.5691.5690.5689.5688.562.532.722.883.003.163.833.913.954.014.085%出力限制线上的点88.011.23789.574.9689.51.23591.063.92（%）（%）p（mw）（%）（%）p（mw）878889909191908988870.8370.8750.9220.9581.001.2071.2371.261.301.32588.5689.5690.5691.5692.5692.5691.5690.5689.5688.562.392.532.702.832.993.613.663.693.763.79