水轮机课程设计

课程设计任务书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。基本参数电站总装机容量：900MW电站装机台数：5台水轮机安装高程：580m最大工作水头Hmax:320m最小工作水头H:250m设计工作水头H:290mr加权平均工作水头Ha:迎m目录TOC\o"1-5"\h\z第一章水轮机的选型设计 31已知参数 32水轮机型号选择 3第三章蜗壳设计 81蜗壳形式，断面形状和包角的确定 82座环尺寸的确定 83蜗壳参数计算 84进口断面量 8第四章尾水管设计 101尾水管高度 102进口直锥段 103肘管型式 104水平长度 10第一章水轮机的选型设计1已知参数电站总装机容量：900MW电站装机台数：5台水轮机安装高程：580m最大工作水头H:320mn最小工作水头H:250m设计工作水头H:290mr加权平均工作水头Ha:业m2水轮机型号选择水轮机的比转速为：n=缝-n=缝-20=s<H2000<290-20=97.4m查表满足n=97.4且满足250m<H<320m的水轮机型号为HL90S3水轮机基本参数的计算计算转轮直径D1水轮机的额定出力P=匕=180000=183673KWr门0.98g取最优单位转速2取最优单位转速211=0.270.3/s)，对应模型效率nm=0.878，取效率修正系数An=3%，则设计工况原型效率n=n+河=0.908m故水轮机转轮直径为:'P…D=' ， =4.5m1V9.81gH1.5HV 11rr取标准值D1=4.5m

1（2）效率门的计算1门 =1—(1—门)Dm=0.95max m0 D效率修正值An=n —n=0.95—0.917=0.023rmax m0限制工况原型水轮机的效率为：n=n+An=0.876+0.029=0.911mD的校核计算用n=0.911对原先计算的D进行校核1 匕 =4.44m9.81QH1.5n11rr故转轮直径以D=3.5m为宜1（4）转速n的计算n=62rjminn '-Hn=—110 a=239.04rmin1介于n=214.3r/min与n=250r/min之间取水轮机的转速n=250r/min4水轮机设计流量Q的计算183673=0.21m3sQ= P =183673=0.21m3s11r 9.81nD2H1.5 9.81x0.911x4.52x2901.51rQ=Q=QD2H

r11r1r=0.21x4.52x、顽=72.45几何吸出高度H的计算为使水轮机尽量不发生空化，取H为使水轮机尽量不发生空化，取Hmn，H,Hmax三个水头分别计算水轮机允许的吸出高度，以其中最小值作为允许最大吸出高度。（1）计算Hmin，H（1）计算Hmin，H，H 所对应的单位转速n11Hmaxn=Umhn :HnD2竺竺=62.9rmin

J320maxn11rHn11rHminn=,1UmaxH*minnD 2穿=71.2rminJ250 'nD250x4.5.1=——=63.2r/min;H <290r(2)确定各水头所对应的出力限制工况点的单位流量Q(2)11丑屈：取n11 =71.2rjmin与出力限制线交点处的流量，Q =0.248m3/sn=63.2r/min，Q=0.265m3/sH:n.=62.9rmin，Q.=0.27m3/s（3）用（1），（2）中计算的对应工况点从模型综合特征曲线上分别查出Hmn，H，Hmax所对应的模型空化系数分别为0.030.025,0.035（4）计算H（4）计算Hmin，H，Hmax对应的吸出高度H=10-旦-Kq900Q当H>250时K=1qTOC\o"1-5"\h\z580H•.H=10-900-1x0.03x250=1.8m580H：H=10-顽-1x0.025x290=2.07m― 580H:H=10-900-1x0.035x320=-0.91m从3个吸出高度计算值中取最小值-0.91m,再留一定的余量，取最大吸出高H=-1m度6飞逸转速ns的计算由HL90水轮机的模型飞逸特征曲线查得在最大导叶开度下（％=24）单位飞逸转速件98口min，故水轮机的飞逸转速为n=n——ma^=98x =389r：minR11D 4.5 '

7转轮轴向水推力Ft的计算HL9。转轮轴向水推力系数K广0.1F=9810KKD2H =9810x0.1x"x4.52x320=5x106Nt t4 1max 48.检验水轮机的工作范围设计工况的单位流量—0.21m3:；s—0.21m3:；s:^Q— r 11r9.8川D2H1.5 9.81x0.911x4.52x2901.51r当n=250r/minmax11minnD250x4.5

<320—62.9rminH: n11nD250x4.5

<290—63.2r/minHminn11maxnD250x4.5、.侦—71.2r，min当n=214.3r/minmax11minnD214.3x4.5V'320—53.9nminnD214.3x4.5— —55.6r/min：'H v290vrnD214.3x4.5八，.min11max1— —61r/minmin11maxH<250min第二章水轮机运转特性曲线的绘制等效率曲线的计算见附表1机组出力限制线的计算以Hmin所对应的点为A，以Hr所对应的点为B，则A（PA,Hmin）B（PB，H「。其分别对应出力限制点A和出力限制点B。用直线直接连接A点，B点即为原型水轮机的出力限制线H=290，P=228777H.=250，P.=171369等吸出高度线的计算等吸出高度表达水轮机在各运行工况的最大允许吸出高度。等线是模型综合特性曲线的等。线换算而求得的。计算与绘制等线的步骤如下：（1） 计算各水头相应转速，在模型综合特性曲线上过各作水平线与各等o线相交，记下各点的。、"M、Q11值。（2） 根据吸出高度计算公式=10-▽/900-计算各点的，并计算各点的出力P。（3） 根据各工况点的，P绘出各水头下的=f（P）曲线。（4） 在=f（P）曲线上取某的值（例=-0.35m）作水平线与各=f（P）曲线相交，记下各交点的水头H及出力P，将这些点（P，H）点到P-H坐标系内并连成光滑曲线，即得某的等高度吸出线见附表2第三章蜗壳设计1蜗壳形式，断面形状和包角的确定由于本站应用水头为250〜320。故采用焊接金属蜗壳，蜗壳断面为圆形，当蜗壳尾部用圆断面不能和座环蝶形边相连是。采用椭圆形断面，包角为345°2座环尺寸的确定采用带蝶形边座环，其锥角为55°D采用带蝶形边座环，其锥角为55°Da取1.64mDb去1.37mD=4.5m・.・D=5.74mD=4.795mk=0.1a br=~2a=2.87,r=~2^=2.453蜗壳参数计算蜗壳包角中0=345°4进口断面量Q=岫,=345°乂72-4=69.4m3『s 由H=290m0360° 360° r取K=0.6m，蜗壳进口断面的平均流速七=K\H=0.6 290=10.2m/s进口断面面积V=乌=Kp2=694=6.8m20匕010.2p0（进口断面直径）=1.4m 导叶高度b0=0.6m进口断面中心距a=R+Jp2一h2=4.65mb…cDh=0.1D+-0=0.75m,R=—2^+k=3.47m进口断面外径R=a0+p0=5.05m分界断面半径S= h=0,75=1.31mcosacos55°由进口断面求蜗壳系数C和蜗壳常数K

345C= % = :十=1568.2345a—顼a2—p2 4.65—<4.652—1.42K=Ed=49.5720兀(1)圆断面计算：P=52+h2a=r+xR=a+p.见附表3⑵椭圆断面(s>P°)椭圆短半径P=v1.045A+0.81L2-1.345七等同圆面积A=Kp2+d2tanap=^^(1cot2a+ +C 甲./Csina椭圆断面上半径p=L+p—pcotaL—sina椭圆断面中心距a=R+1.22p2椭圆断面外径见附表4第四章尾水管设计1尾水管高度h=2.3D1=2.2x4.5=10.35m2进口直锥段进口直锥管是以垂直的圆锥形扩散管为直锥管的进口直径。可近似取转轮出口直径，即D=D=D1=4.5m，进口锥管的单边锥角6对混流式水轮机可取6=11°3肘管型式B5=2.4q=2.4x4.5=10.91m