水輪機(jī)選型畢業(yè)設(shè)計(jì)及solidworks建立轉(zhuǎn)輪模型

河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)PAGE55畢業(yè)設(shè)計(jì)水輪機(jī)選型畢業(yè)設(shè)計(jì)及solidworks建立轉(zhuǎn)輪模型

任務(wù)書設(shè)計(jì)原始資料一、電站地理位置：位于華北地區(qū)。電站所在地海拔高程約800m。二、樞紐任務(wù)：發(fā)電為主。三、總裝機(jī)容量：P總=2500MW保證出力：500MW四、水輪機(jī)工作水頭最大水頭Hmax=100m 平均水頭Hav=90m 設(shè)計(jì)水頭Hr=94m 最小水頭Hmin80.0任務(wù)與要求水輪機(jī)部分⒈水輪機(jī)型號(hào)選擇。⒉應(yīng)用主要綜合特性曲線初步擬訂待選方案。⒊通過(guò)初步分析比較淘汰明顯不合理的方案，保留兩個(gè)較好方案精選。⒋精選過(guò)程進(jìn)行兩個(gè)方案的動(dòng)能經(jīng)濟(jì)比較。繪制運(yùn)行特性曲線，進(jìn)行機(jī)電設(shè)備的投資估算及土建工程比較5．確定最佳方案。并對(duì)其進(jìn)行如下計(jì)算：⑴水輪機(jī)飛逸轉(zhuǎn)速；⑵軸向力；⑶導(dǎo)葉高程，導(dǎo)葉最大及最優(yōu)開度；⑷蝸殼水力計(jì)算及單線圖；⑸尾水管型式選擇及單線圖和主要剖面圖的繪制；⑹對(duì)水輪機(jī)結(jié)構(gòu)的特殊要求。二、繪制水輪機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線；對(duì)發(fā)電機(jī)的型號(hào)進(jìn)行選擇；三、進(jìn)行蝸殼，尾水管的水力計(jì)算；四、利用Solidworks建立轉(zhuǎn)輪的幾何模型。五、計(jì)算書和說(shuō)明書⒈分別編寫設(shè)計(jì)計(jì)算書和設(shè)計(jì)說(shuō)明書各一分。⒉計(jì)算書要求計(jì)算準(zhǔn)確，層次清晰，公式和系數(shù)選擇要求正確合理并標(biāo)明依據(jù)。⒊說(shuō)明書要論證充分正確，結(jié)論清楚。書寫字跡工整。，⒋圖紙要符合標(biāo)準(zhǔn)，要求選擇一張用計(jì)算機(jī)繪制。⒌說(shuō)明書附英文標(biāo)題與摘要。摘要本設(shè)計(jì)著重闡述了水輪機(jī)型號(hào)的選擇，電機(jī)型號(hào)的選擇，及利用Solidworks建立幾何模型。水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)部分：依據(jù)原始資料初步確定機(jī)組的臺(tái)數(shù)和機(jī)型，從而形成了四種設(shè)計(jì)方案，然后對(duì)四種方案的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算和比較，精選出兩種方案作為備選方案；同過(guò)繪制兩個(gè)方案的綜合運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線和等吸出高度線，進(jìn)行比較后確定一個(gè)方案作為設(shè)計(jì)的最終方案，然后，算出所確定方案的蝸殼和尾水管參數(shù)。第三部分是確定電站發(fā)電機(jī)的型號(hào)，經(jīng)過(guò)第一部分的數(shù)據(jù)計(jì)算發(fā)電機(jī)各個(gè)參數(shù)，由所計(jì)算的參數(shù)進(jìn)行選型。第四部分是利用Solidworks建立幾何模型。關(guān)鍵詞：水輪機(jī)，蝸殼，尾水管，發(fā)電機(jī)，Solidworks,幾何模型。ABSTRACTThisdesignemphaticallyexpoundsthemodelselectionofhydraulicturbinegeneratorauxiliaryequipment，anduseSolidworkstoestablishthegeometricmodelsoftherunner.Selectionanddesignofturbineparts：theoriginalbasisfortheinitialunitstodeterminethenumberandtypeofTaiwan,thusthefourdesigns,ly,thetwoprogramsasoptions;Drawingoffwithtwoprogramsintegratedoperatingcharacteristiccurveandsuchahighlevelofabsorptionlines,Aftercomparingaprogramtodeterminethefinaldesignoftheprogram,andthencalculatedbydeterminingprogramscrollandascrollparameters.Thethirdpartistodeterminethegeneratorsystem.Calculationofvariousequipmentandchoosethegenerator.ThefourthpartisuseSolidworkstoestablishthegeometricmodelsoftherunner.Keywords:turbine,scroll,drafttube,generator,thegeometricmode目錄任務(wù)書 1摘要 2ABSTRACT 3第一章緒論 61.1水輪機(jī) 61.2發(fā)電機(jī) 61.3Solidworks 7第二章水輪機(jī)選型 92.1概述 92.2水輪機(jī)型號(hào)及裝機(jī)臺(tái)數(shù)的選擇 92.2.1水輪機(jī)型號(hào)的選擇 92.2.2水輪機(jī)裝機(jī)臺(tái)數(shù)的選擇 92.2.3初選方案的擬定 102.3各初選方案原型水輪機(jī)參數(shù)的計(jì)算 102.3.1方案一各技術(shù)參數(shù)的計(jì)算 102.3.2方案二各技術(shù)參數(shù)的計(jì)算 132.3.3方案三各技術(shù)參數(shù)的計(jì)算 152.3.4方案四各技術(shù)參數(shù)的計(jì)算 182.3.5各方案技術(shù)參數(shù)列表 212.4精選方案的確定及其參數(shù)的計(jì)算 212.4.1精選方案的確定： 212.4.2精選方案綜合特性曲線的繪制 212.4.3投資估算 292.5蝸殼的水力計(jì)算 322.5.1蝸殼形式的確定 322.5.2金屬蝸殼設(shè)計(jì) 322.6尾水管的水力設(shè)計(jì) 372.6.1尾水管型式的選擇 372.6.2尾水管各部分尺寸的計(jì)算 372.6.3尾水管單線圖 38第三章發(fā)電機(jī)的型號(hào)選擇 393.1發(fā)電機(jī)的計(jì)算參數(shù) 393.2選擇發(fā)電機(jī)的型式及冷卻方式 393.3發(fā)電機(jī)的主要尺寸 393.4發(fā)電機(jī)外形尺寸計(jì)算 403.4.1平面尺寸計(jì)算 403.4.2軸向尺寸計(jì)算 413.5發(fā)電機(jī)重量估算 423.6發(fā)電機(jī)計(jì)算結(jié)果 42第四章利用solidworks建立轉(zhuǎn)輪模型 444.1solidworks介紹 444.2利用solidworks建立風(fēng)扇零件模型 454.2.1風(fēng)扇下蓋的建立 454.2.2風(fēng)扇上蓋的建立 474.2.3風(fēng)扇葉片的建立 474.2.4利用solidworks建立風(fēng)扇裝配體模型 484.3利用solidworks建立水輪機(jī)軸流式轉(zhuǎn)輪模型 494.3.1轉(zhuǎn)輪葉片的建立 494.3.2泄水錐的建立 504.3.3利用solidworks建立軸流式轉(zhuǎn)輪裝配體模型 50結(jié)論 51參考文獻(xiàn) 52致謝 53第一章緒論1.1水輪機(jī)水輪機(jī)是一種把河流中蘊(yùn)藏的能量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的原動(dòng)機(jī)。水流流過(guò)水輪機(jī)時(shí)，通過(guò)主軸帶動(dòng)發(fā)電機(jī)將旋轉(zhuǎn)機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。水輪機(jī)是將水能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的機(jī)械，它的基本部件即對(duì)量的轉(zhuǎn)換有直接的影響的過(guò)流部件，是絕大多數(shù)水輪機(jī)普遍具有的部件。近代水輪機(jī)一般都具有四個(gè)基本過(guò)流部分，它們分別為：引導(dǎo)并集中水流流入轉(zhuǎn)輪的飲水部分稱為引水部件；使流入轉(zhuǎn)輪的水具有所需的速度和大小的導(dǎo)向部分稱為導(dǎo)水部件；把引入水流的水能轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換部分稱為工作部件（轉(zhuǎn)輪）；將轉(zhuǎn)輪流出的水引向下游并利用其余能的泄水部分稱為泄水部分。對(duì)不同類型的水輪機(jī)，上述四個(gè)重要部件在形式上都具有各自的特點(diǎn)。水輪機(jī)按工作原理可分為沖擊式水輪機(jī)和反擊式水輪機(jī)兩大類。沖擊式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪受到水流的沖擊而旋轉(zhuǎn)，工作過(guò)程中水流的壓力不變，主要是動(dòng)能的轉(zhuǎn)換；反擊式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪在水中受到水流的反作用力而旋轉(zhuǎn)，工作過(guò)程中水流的壓力能和動(dòng)能均有改變，但主要是壓力能的轉(zhuǎn)換。沖擊式水輪機(jī)按水流的流向可分為切擊式(又稱水斗式)和斜擊式兩類。斜擊式水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)與水斗式水輪機(jī)基本相同，只是射流方向有一個(gè)傾角，只用于小型機(jī)組。反擊式水輪機(jī)可分為混流式、軸流式、斜流式和貫流式。在混流式水輪機(jī)中，水流徑向進(jìn)入導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，軸向流出轉(zhuǎn)輪；在軸流式水輪機(jī)中，水流徑向進(jìn)入導(dǎo)葉，軸向進(jìn)入和流出轉(zhuǎn)輪；在斜流式水輪機(jī)中，水流徑向進(jìn)入導(dǎo)葉而以傾斜于主軸某一角度的方向流進(jìn)轉(zhuǎn)輪，或以傾斜于主軸的方向流進(jìn)導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪；在貫流式水輪機(jī)中，水流沿軸向流進(jìn)導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪。在反擊式水輪機(jī)中，水流充滿整個(gè)轉(zhuǎn)輪流道，全部葉片同時(shí)受到水流的作用，所以在同樣的水頭下，轉(zhuǎn)輪直徑小于沖擊式水輪機(jī)。它們的最高效率也高于沖擊式水輪機(jī)，但當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，水輪機(jī)的效率受到不同程度的影響。反擊式水輪機(jī)都設(shè)有尾水管，其作用是：回收轉(zhuǎn)輪出口處水流的動(dòng)能；把水流排向下游；當(dāng)轉(zhuǎn)輪的安裝位置高于下游水位時(shí)，將此位能轉(zhuǎn)化為壓力能予以回收。對(duì)于低水頭大流量的水輪機(jī)，轉(zhuǎn)輪的出口動(dòng)能相對(duì)較大，尾水管的回收性能對(duì)水輪機(jī)的效率有顯著影響。1.2發(fā)電機(jī)水輪發(fā)電機(jī)是指以水輪機(jī)為原動(dòng)機(jī)將水能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電機(jī)。水流經(jīng)過(guò)水輪機(jī)時(shí)，將水能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，水輪機(jī)的轉(zhuǎn)軸又帶動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能而輸出。是水電站生產(chǎn)電能的主要?jiǎng)恿υO(shè)備。水輪發(fā)電機(jī)由水輪機(jī)驅(qū)動(dòng)。它的轉(zhuǎn)子短粗，機(jī)組的起動(dòng)、并網(wǎng)所需時(shí)間較短，運(yùn)行調(diào)度靈活，除一般發(fā)電外，特別宜于作為調(diào)峰機(jī)組和事故備用機(jī)組。水輪發(fā)電機(jī)組的最大容量已達(dá)80萬(wàn)千瓦。水輪發(fā)電機(jī)按軸線位置可分為立式與臥式兩類。大中型機(jī)組一般采用立式布置，臥式布置通常用于小型機(jī)組和貫流式機(jī)組。立式水輪發(fā)電機(jī)按導(dǎo)軸承支持方式又分為懸式和傘式兩種。傘式水輪發(fā)電機(jī)按導(dǎo)軸承位于上下機(jī)架的不同位置又分為普通傘式、半傘式和全傘式。懸式水輪發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定性比傘式好，推力軸承小，損耗小，安裝維護(hù)方便，但鋼材耗量多。傘式機(jī)組總高度低，可降低水電站廠房高度。臥式水輪發(fā)電機(jī)一般用于轉(zhuǎn)速大于375r/min的情況，以及一些小容量電站水輪發(fā)電機(jī)由轉(zhuǎn)子、定子、機(jī)架、推力軸承、導(dǎo)軸承、冷卻器、制動(dòng)器等主要部件組成。定子主要由機(jī)座、鐵芯和繞組等部件組成。定子鐵芯用冷軋硅鋼片疊成，按制造和運(yùn)輸條件可做成整體和分瓣結(jié)構(gòu)。水輪發(fā)電機(jī)冷卻方式一般采用密閉循環(huán)空氣冷卻。特大容量機(jī)組傾向于以水作為冷卻介質(zhì)，直接冷卻定子。如同時(shí)冷卻定子和轉(zhuǎn)子則為雙水內(nèi)冷水輪發(fā)電機(jī)組。水輪發(fā)電機(jī)如今的發(fā)展趨勢(shì)主要為提高水輪發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量向巨型機(jī)組發(fā)展，為了提高其可靠性和耐久性，在結(jié)構(gòu)上采用不少新技術(shù)。隨著發(fā)電電動(dòng)機(jī)容量增大轉(zhuǎn)速增高，機(jī)組的推力負(fù)荷及起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也在增加。用了磁推力軸承后，推力負(fù)荷由于加上了與重力反方向的磁吸引力，從而減少了推力軸承的荷載,減小了軸面阻力損失,降低了軸承溫度和提高了機(jī)組效率，起動(dòng)阻力矩也減小。1.3SolidworksSolidWorks為達(dá)索系統(tǒng)（DassaultSystemesS.A）下的子公司，專門負(fù)責(zé)研發(fā)與銷售機(jī)械設(shè)計(jì)軟件的視窗產(chǎn)品Solidworks有功能強(qiáng)大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新三大特點(diǎn)，這使得SolidWorks成為領(lǐng)先的、主流的三維CAD解決方案。SolidWorks能夠提供不同的設(shè)計(jì)方案、減少設(shè)計(jì)過(guò)程中的錯(cuò)誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。SolidWorks不僅提供如此強(qiáng)大的功能，而且對(duì)每個(gè)工程師和設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)，操作簡(jiǎn)單方便、易學(xué)易用。在石油、化工、冶金、礦山、電站等眾多行業(yè)中，各類機(jī)械設(shè)備在進(jìn)行油類介質(zhì)的轉(zhuǎn)輸、增壓、燃油噴射以及大型機(jī)械設(shè)備的潤(rùn)滑系統(tǒng)在進(jìn)行稀油循環(huán)和輸送潤(rùn)滑油的過(guò)程中，轉(zhuǎn)輪、不可或缺的動(dòng)力元件。齒輪泵具有尺寸小，重量輕，自吸性能好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性好，使用時(shí)工作可靠，耐沖擊性強(qiáng)，維護(hù)修理方便和價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，因此Solidworks得到了廣泛的應(yīng)用。SolidWorks是一套基于Windows的CAD/CAM/CAE/PDM桌面集成系統(tǒng)，是由美國(guó)SolidWorks公司在總結(jié)和繼承了大型機(jī)械CAD軟件的基礎(chǔ)上，在Windows的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)的第一個(gè)機(jī)械三維設(shè)計(jì)軟件，于1995年11月研制成功，其技術(shù)基于先進(jìn)的Parasolid內(nèi)核[34]。SolidWorks之所以成為領(lǐng)先的、主流的三維CAD解決方案，主要是基于如下幾方面的突出優(yōu)點(diǎn):(1)友好高效的三維CAD系統(tǒng)SolidWorks是微機(jī)平臺(tái)上的高級(jí)三維CAD軟件，運(yùn)行于Windows環(huán)境中，它提供了強(qiáng)大的設(shè)計(jì)功能和易學(xué)易用的操作方法，使得整個(gè)產(chǎn)品成為百分之百可特征造型，百分之百參數(shù)化，百分之百可修改。(2)協(xié)同工作性能SolidWorks提供了技術(shù)先進(jìn)的工具，設(shè)計(jì)者之間可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)同合作，可通過(guò)eDrawings方便的共享CAD文件，可用3DMeeting通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)的協(xié)同工作，用戶可通過(guò)3DContentCentral在線資源庫(kù)下載自己所需的零部件。(3)全相關(guān)的數(shù)據(jù)管理SolidWorks包括三部分:零部件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)及二維繪圖，三部分相互關(guān)聯(lián)，工程師可以在設(shè)計(jì)的各個(gè)階段修改，部分修改系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)的進(jìn)行全局修改。(4)良好的二次開發(fā)性和功能擴(kuò)充性SolidWorks具有很好的二次開發(fā)性能，其公司與世界許多著名的軟件開發(fā)公司保持著良好的合作伙伴關(guān)系。SolidWorks支持COM/OLE標(biāo)準(zhǔn)，具有良好的擴(kuò)展性，軟件開發(fā)人員可根據(jù)企業(yè)需求編制出相應(yīng)的應(yīng)用程序，這也正是本文選用SolidWorks作為開發(fā)平臺(tái)的一個(gè)重要原因。第二章水輪機(jī)選型2.1概述（1）、電站地理位置：位于華北地區(qū)。電站所在地海拔高程約800m。（2）、樞紐任務(wù)：發(fā)電為主。（3）、總裝機(jī)容量：P總=2500MW保證出力：500MW（4）、水輪機(jī)工作水頭最大水頭Hmax=100m平均水頭Hav=90m 設(shè)計(jì)水頭Hr=94m 最小水頭Hmin80.02.2水輪機(jī)型號(hào)及裝機(jī)臺(tái)數(shù)的選擇2.2.1水輪機(jī)型號(hào)的選擇考慮到本電站的工作水頭Hmax=100,Hr=94,Hmin=80。查《水輪機(jī)》第157頁(yè)知：在此水頭范圍內(nèi)可以采用的水輪機(jī)類型有斜流式和混流式。經(jīng)斜流式水輪機(jī)和混流式水輪機(jī)的比較，查《水輪機(jī)》第313頁(yè)知：符合此水頭下的水輪機(jī)型號(hào)有:HL180/D06A水頭范圍110～150m、HL180/A194水頭范圍110～150m、HL240/D41水頭范圍70～105m、HL220/A153水頭范圍90～125四種。把兩種型號(hào)的型譜參數(shù)代入比轉(zhuǎn)速公式（《水輪機(jī)》P162，6—6）式計(jì)算水輪機(jī)的比轉(zhuǎn)速：查《水輪機(jī)》P313附表1比較其比轉(zhuǎn)速基本符合HL180/D06A和HL180/A194兩個(gè)機(jī)型，故最終確定水輪機(jī)的型號(hào)為HL180/D06A和HL180/A194型。其基本參數(shù)如下表：表2-1兩種型號(hào)水輪機(jī)的參數(shù)參數(shù)型號(hào)導(dǎo)葉相對(duì)高度最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速最優(yōu)單位流量模型空化系數(shù)HL180/D06A0.225696900.048HL180/A1940.2706500.062.2.2水輪機(jī)裝機(jī)臺(tái)數(shù)的選擇由于電站以發(fā)電為主平時(shí)電站主要擔(dān)任基荷，枯水期擔(dān)任峰荷或腰荷。系統(tǒng)里的單機(jī)容量不能超過(guò)系統(tǒng)總?cè)萘康?/3，且對(duì)可靠性要求較高?？紤]到機(jī)組臺(tái)數(shù)對(duì)工程建設(shè)費(fèi)用的影響、機(jī)組臺(tái)數(shù)對(duì)電廠運(yùn)行效率的影響、機(jī)組臺(tái)數(shù)對(duì)電廠運(yùn)行維護(hù)的影響、機(jī)組臺(tái)數(shù)對(duì)設(shè)備制造，運(yùn)輸及安裝的影響、機(jī)組臺(tái)數(shù)對(duì)對(duì)電力系統(tǒng)的影響和機(jī)組臺(tái)數(shù)對(duì)電廠主接線的影響綜合考慮并參照國(guó)內(nèi)相似水電站取機(jī)組臺(tái)數(shù)為5臺(tái)或4臺(tái)。2.2.3初選方案的擬定由水輪機(jī)型號(hào)方案和水輪機(jī)裝機(jī)臺(tái)數(shù)方案形成2*2個(gè)初選方案。其基本參數(shù)見(jiàn)表2-2所示：表2-2方案的確定以及基本參數(shù)初選方案（序號(hào)）水輪機(jī)型號(hào)裝機(jī)臺(tái)數(shù)單機(jī)容量（MW）一HL180/D06A5500二HL180/D06A4625三HL180/A1945500四HL180/A19446252.3各初選方案原型水輪機(jī)參數(shù)的計(jì)算2.3.1方案一各技術(shù)參數(shù)的計(jì)算(1)轉(zhuǎn)輪直徑的計(jì)算水輪機(jī)額定出力：（kw）式中，式中，——為發(fā)電機(jī)的效率，通常中小型取0.93～0.95，大中型取0.95～0.98,因?yàn)楸倦娬締螜C(jī)容量比較大，取。查《水輪機(jī)》P324HL180/D06A模型轉(zhuǎn)輪綜合特性曲線取最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速與出力限制線的交點(diǎn)的單位流量作為設(shè)計(jì)工況單位流量，則，對(duì)應(yīng)的模型效率，暫取效率修正值，則設(shè)計(jì)工況原型水輪機(jī)效率。查《水輪機(jī)》第105頁(yè)式（6—13）可得水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑為：(2)效率的計(jì)算（最大模型效率查《水輪機(jī)》第324頁(yè)附圖8。轉(zhuǎn)輪直徑查《水輪機(jī)》第313頁(yè)附表1）效率修正值：限制工況原型水輪機(jī)的效率為：的校核計(jì)算：用對(duì)原先計(jì)算的進(jìn)行校核按我國(guó)規(guī)定的準(zhǔn)輪直徑標(biāo)準(zhǔn)系列（《水輪機(jī)》P165）,計(jì)算值處于標(biāo)準(zhǔn)值8.5～9.5m之間，考慮到，。所以選擇水輪機(jī)直徑=8.5m。(3)轉(zhuǎn)速的計(jì)算由模型綜合特性曲線上查得查《水輪機(jī)》第166頁(yè)表6—6可知：轉(zhuǎn)速計(jì)算值介于75～79r/min間，故取水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速為：取水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速為：75，則磁極對(duì)數(shù)為：40。(4)水輪機(jī)設(shè)計(jì)流量Q的計(jì)算設(shè)計(jì)工況點(diǎn)的單位流量為：則(5)幾何吸出高度的計(jì)算為使水輪機(jī)盡可能不發(fā)生空化，取、三個(gè)水頭分別計(jì)算水輪機(jī)的允許吸出高度，以其中的最小值作為最大允許吸出高度，為此進(jìn)行如下計(jì)算。①、計(jì)算、、所對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速：：：②、確定個(gè)水頭所對(duì)應(yīng)的出力限制工況點(diǎn)的單位流量：取與出力限制線交點(diǎn)處單位流量，查《水輪機(jī)》第324頁(yè)附圖8，=0.833：=0、836：③、用①、②中計(jì)算的對(duì)應(yīng)的工況點(diǎn)從模型綜合特性曲線上分別查出、、所對(duì)應(yīng)的模型空化系數(shù)，分別為0.054、0.054、0.047。④、分別用查到的空化系數(shù)計(jì)算、、對(duì)應(yīng)的吸出高度。查《水輪機(jī)》知：查《水輪機(jī)》空化系數(shù)修正值曲線得水輪機(jī)水頭為80～100時(shí)，：：：從三個(gè)吸出高度計(jì)算值中取最小值2.25m，再留一定的余量，取最大允許吸出高度。(6)飛逸轉(zhuǎn)速的計(jì)算查《水輪機(jī)》可知HL180/D06A的單位飛逸轉(zhuǎn)速為故水輪機(jī)的飛逸轉(zhuǎn)速為：(7)轉(zhuǎn)輪軸向水推力的計(jì)算水輪機(jī)軸向的水推力系數(shù)0.20～0.26。本電站轉(zhuǎn)輪直徑較大，故0.23。則水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪軸向水推力為：9.81(8)檢驗(yàn)水輪機(jī)的工作范圍，并繪制其工作范圍圖設(shè)計(jì)工況的單位流量=0.859m3/s最大、最小及設(shè)計(jì)水頭所對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速：平均水頭下的單位轉(zhuǎn)速：2.3.2方案二各技術(shù)參數(shù)的計(jì)算(1)轉(zhuǎn)輪直徑的計(jì)算水輪機(jī)額定出力：式中，式中，——為發(fā)電機(jī)的效率，通常中小型取0.93～0.95，大中型取0.95～0.98,因?yàn)楸倦娬締螜C(jī)容量比較大，取。查《水輪機(jī)》P324HL180/D06A模型轉(zhuǎn)輪綜合特性曲線取最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速與出力限制線的交點(diǎn)的單位流量作為設(shè)計(jì)工況單位流量，則，對(duì)應(yīng)的模型效率，暫取效率修正值，則設(shè)計(jì)工況原型水輪機(jī)效率。查《水輪機(jī)》第105頁(yè)式（6—13）可得水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑為：(2)效率的計(jì)算（最大模型效率查《水輪機(jī)》第324頁(yè)附圖8。轉(zhuǎn)輪直徑查《水輪機(jī)》第313頁(yè)附表1）效率修正值：限制工況原型水輪機(jī)的效率為：的校核計(jì)算：用對(duì)原先計(jì)算的進(jìn)行校核按我國(guó)規(guī)定的準(zhǔn)輪直徑標(biāo)準(zhǔn)系列（《水輪機(jī)》P165）,計(jì)算值處于標(biāo)準(zhǔn)值9.5～10m之間，考慮到，。所以選擇水輪機(jī)直徑=9.5m。(3)轉(zhuǎn)速的計(jì)算由模型綜合特性曲線上查得查《水輪機(jī)》第166頁(yè)表6—6可知：轉(zhuǎn)速計(jì)算值介于68.2～71.4r/min，故取水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速為：68.2，則磁極對(duì)數(shù)為：44。(4)水輪機(jī)設(shè)計(jì)流量Q的計(jì)算設(shè)計(jì)工況點(diǎn)的單位流量為：則(5)幾何吸出高度的計(jì)算為使水輪機(jī)盡可能不發(fā)生空化，取、三個(gè)水頭分別計(jì)算水輪機(jī)的允許吸出高度，以其中的最小值作為最大允許吸出高度，為此進(jìn)行如下計(jì)算。①、計(jì)算、、所對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速：：：②、確定個(gè)水頭所對(duì)應(yīng)的出力限制工況點(diǎn)的單位流量：取與出力限制線交點(diǎn)處單位流量，查《水輪機(jī)》第324頁(yè)附圖8，=0.830：=0、835：③、用①、②中計(jì)算的對(duì)應(yīng)的工況點(diǎn)從模型綜合特性曲線上分別查出、、所對(duì)應(yīng)的模型空化系數(shù)，分別為0.056、0.053、0.048。④、分別用查到的空化系數(shù)計(jì)算、、對(duì)應(yīng)的吸出高度。查《水輪機(jī)》知：查《水輪機(jī)》空化系數(shù)修正值曲線得水輪機(jī)水頭為80～100時(shí)，：：：從三個(gè)吸出高度計(jì)算值中取最小值2.25m，再留一定的余量，取最大允許吸出高度。(6)飛逸轉(zhuǎn)速的計(jì)算查《水輪機(jī)》可知HL180/D06A的單位飛逸轉(zhuǎn)速為故水輪機(jī)的飛逸轉(zhuǎn)速為：(7)轉(zhuǎn)輪軸向水推力的計(jì)算水輪機(jī)軸向的水推力系數(shù)0.20～0.26。本電站轉(zhuǎn)輪直徑較大，故0.23。則水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪軸向水推力為：9.81(8)檢驗(yàn)水輪機(jī)的工作范圍，并繪制其工作范圍圖設(shè)計(jì)工況的單位流量=0.858m3/s最大、最小及設(shè)計(jì)水頭所對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速：平均水頭下的單位轉(zhuǎn)速：2.3.3方案三各技術(shù)參數(shù)的計(jì)算(1)轉(zhuǎn)輪直徑的計(jì)算水輪機(jī)額定出力：（kw）式中，式中，——為發(fā)電機(jī)的效率，通常中小型取0.93～0.95，大中型取0.95～0.98,因?yàn)楸倦娬締螜C(jī)容量比較大，取。查《水輪機(jī)》P323HL180/A194模型轉(zhuǎn)輪綜合特性曲線取最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速與出力限制線的交點(diǎn)的單位流量作為設(shè)計(jì)工況單位流量，則，對(duì)應(yīng)的模型效率，暫取效率修正值，則設(shè)計(jì)工況原型水輪機(jī)效率。查《水輪機(jī)》第105頁(yè)式（6—13）可得水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑為：(2)效率的計(jì)算（最大模型效率查《水輪機(jī)》第323頁(yè)附圖7。轉(zhuǎn)輪直徑查《水輪機(jī)》第313頁(yè)附表1）效率修正值：限制工況原型水輪機(jī)的效率為：的校核計(jì)算：用對(duì)原先計(jì)算的進(jìn)行校核按我國(guó)規(guī)定的準(zhǔn)輪直徑標(biāo)準(zhǔn)系列（《水輪機(jī)》P165）,計(jì)算值處于標(biāo)準(zhǔn)值9～9.5m之間，由于特別接近9m，故取=9m。(3)轉(zhuǎn)速的計(jì)算由模型綜合特性曲線上查得查《水輪機(jī)》第166頁(yè)表6—6可知：轉(zhuǎn)速計(jì)算值介于71.4～75r/min間，故取水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速為：取水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速為：75，則磁極對(duì)數(shù)為：40。(4)水輪機(jī)設(shè)計(jì)流量Q的計(jì)算設(shè)計(jì)工況點(diǎn)的單位流量為：則(5)幾何吸出高度的計(jì)算為使水輪機(jī)盡可能不發(fā)生空化，取、三個(gè)水頭分別計(jì)算水輪機(jī)的允許吸出高度，以其中的最小值作為最大允許吸出高度，為此進(jìn)行如下計(jì)算。①、計(jì)算、、所對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速：：：②、確定個(gè)水頭所對(duì)應(yīng)的出力限制工況點(diǎn)的單位流量：取與出力限制線交點(diǎn)處單位流量，查《水輪機(jī)》第323頁(yè)附圖7，=0.743：=0、743：③、用①、②中計(jì)算的對(duì)應(yīng)的工況點(diǎn)從模型綜合特性曲線上分別查出、、所對(duì)應(yīng)的模型空化系數(shù)，分別為0.069、0.072、0.064。④、分別用查到的空化系數(shù)計(jì)算、、對(duì)應(yīng)的吸出高度。查《水輪機(jī)》知：查《水輪機(jī)》空化系數(shù)修正值曲線得水輪機(jī)水頭為80～100時(shí)，：：：從三個(gè)吸出高度計(jì)算值中取最小值0.46m，再留一定的余量，取最大允許吸出高度。(6)飛逸轉(zhuǎn)速的計(jì)算查《水輪機(jī)》可知HL180/A194的單位飛逸轉(zhuǎn)速為故水輪機(jī)的飛逸轉(zhuǎn)速為：(7)轉(zhuǎn)輪軸向水推力的計(jì)算水輪機(jī)軸向的水推力系數(shù)0.20～0.26。本電站轉(zhuǎn)輪直徑較大，故0.23。則水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪軸向水推力為：9.81(8)檢驗(yàn)水輪機(jī)的工作范圍，并繪制其工作范圍設(shè)計(jì)工況的單位流量=0.747m3/s最大、最小及設(shè)計(jì)水頭所對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速：平均水頭下的單位轉(zhuǎn)速：2.3.4方案四各技術(shù)參數(shù)的計(jì)算(1)轉(zhuǎn)輪直徑的計(jì)算水輪機(jī)額定出力：式中，式中，——為發(fā)電機(jī)的效率，通常中小型取0.93～0.95，大中型取0.95～0.98,因?yàn)楸倦娬締螜C(jī)容量比較大，取。查《水輪機(jī)》P323HL180/A194模型轉(zhuǎn)輪綜合特性曲線取最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速與出力限制線的交點(diǎn)的單位流量作為設(shè)計(jì)工況單位流量，則，對(duì)應(yīng)的模型效率，暫取效率修正值，則設(shè)計(jì)工況原型水輪機(jī)效率。查《水輪機(jī)》第105頁(yè)式（6—13）可得水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑為：故轉(zhuǎn)輪直徑為標(biāo)稱直徑10.2(2)效率的計(jì)算（最大模型效率查《水輪機(jī)》第323頁(yè)附圖7。轉(zhuǎn)輪直徑查《水輪機(jī)》第313頁(yè)附表1）效率修正值：限制工況原型水輪機(jī)的效率為：的校核計(jì)算：用對(duì)原先計(jì)算的進(jìn)行校核計(jì)算值處于標(biāo)準(zhǔn)值10m～10.2m之間，轉(zhuǎn)輪直徑仍以為10,2為宜。(3)轉(zhuǎn)速的計(jì)算由模型綜合特性曲線上查得查《水輪機(jī)》第166頁(yè)表6—6可知：轉(zhuǎn)速計(jì)算值介于65.2～68.2/min間，故取水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速為：取水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速為：65.2，則磁極對(duì)數(shù)為：46。(4)水輪機(jī)設(shè)計(jì)流量Q的計(jì)算設(shè)計(jì)工況點(diǎn)的單位流量為：則(5)幾何吸出高度的計(jì)算為使水輪機(jī)盡可能不發(fā)生空化，取、三個(gè)水頭分別計(jì)算水輪機(jī)的允許吸出高度，以其中的最小值作為最大允許吸出高度，為此進(jìn)行如下計(jì)算。①、計(jì)算、、所對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速：：：②、確定個(gè)水頭所對(duì)應(yīng)的出力限制工況點(diǎn)的單位流量：取與出力限制線交點(diǎn)處單位流量，查《水輪機(jī)》第323頁(yè)附圖7，=0.743：=0、743：③、用①、②中計(jì)算的對(duì)應(yīng)的工況點(diǎn)從模型綜合特性曲線上分別查出、、所對(duì)應(yīng)的模型空化系數(shù)，分別為0.069、0.072、0.065。④分別用查到的空化系數(shù)計(jì)算、、對(duì)應(yīng)的吸出高度。查《水輪機(jī)》知：查《水輪機(jī)》空化系數(shù)修正值曲線得水輪機(jī)水頭為80～100時(shí)，：：：從三個(gè)吸出高度計(jì)算值中取最小值0.46m，再留一定的余量，取最大允許吸出高度。(6)飛逸轉(zhuǎn)速的計(jì)算查《水輪機(jī)》可知HL180/A194的單位飛逸轉(zhuǎn)速為故水輪機(jī)的飛逸轉(zhuǎn)速為：(7)轉(zhuǎn)輪軸向水推力的計(jì)算水輪機(jī)軸向的水推力系數(shù)0.20～0.26。本電站轉(zhuǎn)輪直徑較大，故0.23。則水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪軸向水推力為：9.81(8)檢驗(yàn)水輪機(jī)的工作范圍，并繪制其工作范圍設(shè)計(jì)工況的單位流量=0.756m3/s最大、最小及設(shè)計(jì)水頭所對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速：平均水頭下的單位轉(zhuǎn)速：2.3.5各方案技術(shù)參數(shù)列表表2-3各初選方案參數(shù)列表初選方案﹪方案一5102048.5601.72151.3291.97512.8方案二6377559.5750.76135.42方案三5102049586.64142094.37514.4方案四63775510.2732.32125.3094.465.218.02.4精選方案的確定及其參數(shù)的計(jì)算2.4.1精選方案的確定：對(duì)以上四種初選方案的參數(shù)進(jìn)行比較：（1）在同樣出力條件下，方案一和方案二的水輪機(jī)軸向水推力較??；（2）經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)中，方案一和方案二的的幾何吸出高度在滿足空化指標(biāo)的前提下大于方案方案三和方案四，對(duì)以上四種初選方案的水輪機(jī)工作范圍進(jìn)行比較：方案一和方案二的高效率區(qū)較方案三和方案四為狹窄。綜上，考慮各方面的因素，選取方案三和方案四作為精選方案，其參數(shù)見(jiàn)下表所示：表2-4精選分案參數(shù)參數(shù)方案轉(zhuǎn)輪型號(hào)臺(tái)數(shù)（臺(tái)）轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱直徑效率轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)流量幾何吸出高度飛逸速軸向推力一HL180/A1945994.375586.64014214.4二HL180/A194410.294.465.2732.320125.318.02.4.2精選方案綜合特性曲線的繪制一、方案三水輪機(jī)綜合運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線的繪制繪制等效率曲線的具體步驟為：（1）在水輪機(jī)工作水頭范圍內(nèi)(Hmin~Hmax)內(nèi)，取若干間隔均勻的水頭（一般取4~5個(gè)），計(jì)算各水頭所對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速n11m,以各n11m值在模型綜合特性曲線上作水平線與其等效率線相交得一系列交點(diǎn)，根據(jù)交點(diǎn)處的Q11、計(jì)算出原型水輪機(jī)的效率和出力P，然后，作出各水頭的=f（P）曲線。（2）在曲線=f（P）上的以某效率（例如=90%）作為水平線與各=f（P）曲線相交找出各點(diǎn)的H、P值。（3）作P—H坐標(biāo)系，并在其中繪出計(jì)算中所選水頭值的水平線，將（2）中所得到的各點(diǎn)按其H、P值點(diǎn)到P—H坐標(biāo)系中，連接各點(diǎn)即得到某效率值的等效率線。方案三和方案四等效率曲線的繪制均按上述步驟進(jìn)行，計(jì)算結(jié)果分別計(jì)于表2-5和表2-6中。等效率曲線圖分別繪制如圖2-1和圖2-2所示。計(jì)算公式：1、原型水輪機(jī)效率。2、原型水輪機(jī)出力。表2-5方案三等效率曲線計(jì)算表Hmax=100mn11m=67.5（r/min）Hr=94mn11m=69.6（r/min）Q11PQ11P0.800.3300.84322.110.800.3360.84320.510.820.3620.86324.820.820.3680.86323.000.840.4000.88328.070.840.4050.88325.900.860.4380.90331.430.860.4450.90329.100.880.4800.92335.200.880.4900.92332.750.890.5020.93337.220.890.5120.93334.600.900.5300.94339.710.900.5400.94336.880.910.5600.95342.410.910.5750.95339.680.910.7100.95353.770.910.7350.95350.730.900.7300.94354.700.900.7450.94350.880.890.7520.93355.750.890.7650.93351.690.880.7700.92356.470.880.7810.92352.210.860.8000.90357.400.860.8100.90352.970.840.8260.88357.960.840.8350.88353.400.820.8550.86358.630.820.8610.86353.810.800.8780.84358.810.800.8840.84353.97H=86mn11M=72.8（r/min）Hmin=80mn11M=75.5（r/min）Q11PQ11P0.800.3500.84318.700.800.3650.84317.490.820.3800.86320.780.820.4000.86319.630.840.4200.88323.500.840.4300.88321.590.860.4600.90326.320.860.4780.90324.540.880.5060.92329.600.880.5300.92327.810.890.5320.93331.450.890.5600.93329.710.900.5700.94334.060.900.5900.94331.630.910.6000.95336.240.910.6300.95334.130.910.7320.95344.210.910.7330.95339.720.900.7540.94345.060.900.7600.94340.750.890.7750.93345.820.890.7780.93341.270.880.7900.92346.210.880.7920.92341.560.860.8150.90346.640.860.8160.90341.890.840.8400.88347.000.840.8420.88342.270.820.8660.86347.360.820.8680.86342.590.800.8880.84347.440.800.8860.84342.46單位:P(萬(wàn)·千瓦)方案三效率曲線圖如圖2-1圖2-1表2-6方案四的等效率曲線計(jì)算表Hmax=100mn11M=66.5（r/min）Hr=94mn11M=68.6（r/min）Q11PQ11P0.800.3280.84428.250.800.3320.84426.070.820.3600.86431.750.820.3630.86429.170.840.3980.88435.910.840.4000.88432.890.860.4380.90440.410.860.4400.90437.000.880.4780.92445.080.880.4820.92441.430.890.5000.93447.660.890.5050.93443.870.900.5250.94450.580.90.5320.94446.720.910.5600.95454.530.910.5630.95449.960.910.7000.95468.160.910.7150.95463.450.900.7210.94469.470.90.7380.94464.800.890.7460.93471.110.890.7600.93466.030.880.7650.92472.140.880.7750.92466.610.860.7680.90470.860.860.8020.90467.440.840.8200.88473.980.840.8300.88468.250.820.8500.86474.960.820.8560.86468.800.800.8750.84475.370.800.8800.84469.09H=86mn11M=71.7（r/min）Hmin=80mn11M=74.4（r/min）Q11PQ11P0.800.3420.84423.490.800.3590.84422.130.820.3730.86426.230.820.3900.86424.610.840.4120.88429.640.840.4250.88427.440.860.4500.90433.110.860.4680.90430.900.880.4880.92436.700.880.5050.92434.080.890.5220.93439.680.890.5400.93436.830.900.5500.94442.260.900.5700.94439.290.910.5880.95445.660.910.6100.95442.500.910.7300.95456.690.910.7330.95451.070.900.7500.94457.630.900.7580.94452.250.890.7700.93458.540.890.7780.93453.060.880.7880.92459.260.880.7910.92453.370.860.8120.90459.750.860.8160.90453.870.840.8400.88460.440.840.8420.88454.360.820.8620.86460.620.820.8690.86454.830.800.8880.84461.000.800.8890.84454.79 單位（萬(wàn).KW）方案四效率曲線圖如圖2-2所示。圖2-2二、等吸出高度線的計(jì)算與繪制計(jì)算與繪制Hs步驟：（1）計(jì)算各水頭相應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速n11M，在模型綜合特性曲線上過(guò)各n11M作水平線與各等線相交，記下各交點(diǎn)的、Q11、值。（2）根據(jù)吸出高度計(jì)算式計(jì)算各點(diǎn)Hs，并計(jì)算各點(diǎn)出力P。（3）根據(jù)各工況點(diǎn)的Hs、P，繪出各水頭下的Hs=f（P）曲線。（4）在Hs=f（P）曲線圖上取m值作水平線與各Hs=f（P）曲線相交，記下各交點(diǎn)的水頭H及出力P，將這些點(diǎn)（P、H）繪制到P~H坐標(biāo)系內(nèi)，并用光滑曲線連接即為即為m的等吸出高度線。方案Ⅰ和方案Ⅱ等吸出高度線的計(jì)算和繪制均按上述步驟進(jìn)行，計(jì)算結(jié)果分別計(jì)于表2-7和表2-8中。等吸出高度線圖分別繪制在附圖3和附圖4中。表2-7方案三等吸出高度線的計(jì)算HQ11PHSHmax=100mn11=67.5（r/min）0.050.9020.9450.534760.9150.9580.652849.631.110.070.9050.9480.72980.8760.9190.7761056.67-0.890.10.8350.8780.8351258.26-2.890.120.810.8530.8681458.83-4.89Hr=94mn11=69.6（r/min）0.050.8860.9290.5046.5833.912.530.060.9150.9580.6507.5245.101.590.070.9060.9490.7358.4650.510.650.080.8780.9210.7909.452.69-0.290.10.8340.8770.84511.2853.67-080.8510.87713.1654.05-4.05Hmin=80mn11=75.5（r/min）0.060.9100.9530.6306.434.132.710.070.9030.9460.7507.240.341.910.080.8720.9150.800841.6320.8750.8529.642.38-0.490.120.8000.8430.88811.242.56-2.09單位：P（萬(wàn)·千瓦）、H（m）、HS（m）方案三的吸出高度線如圖2-3所示：圖2-3表2-8方案四等吸出高度線的計(jì)算HQ11PHSHmax=100mn11=66.5（r/min）0.050.9060.9500.544752.752.110.060.9130.9570.651863.591.110.070.9040.9480.714969.080.110.080.8780.9220.7701072.46-0.890.10.8360.8800.8301274.55-2.890.120.8080.8520.8631475.04-4.89Hr=94mn11=68.6（r/min）0.050.8950.9390.5206.5845.422.530.060.9140.9580.6527.5258.101.590.070.9060.9500.7288.4664.330.650.080.8770.9210.7829.467.00-0.290.10.8340.8780.84011.2868.60-080.8520.87013.1668.95-4.05H=80mn11=74.4（r/min）0.060.9120.9560.6386.444.542.710.070.9030.9470.7507.251.871.910.080.8740.9180.800853.6340.8780.8529.654.63-0.490.120.8000.8440.88811.254.73-2.09單位：P（萬(wàn)·千瓦）、H（m）、HS（m）方案四的吸出高度線如圖2-4所示：圖2-4三、出力限制線的計(jì)算與繪制繪制出力限制線的步驟：求出與Hmin和Hr相對(duì)應(yīng)的水輪機(jī)出力Pmin、Pr，將點(diǎn)（Hr，Pr）、點(diǎn)（Hmin、Hmin）連成一條斜線，此線即為水輪機(jī)出力限制線。方案三和方案四出力限制線的計(jì)算和繪制均按上述步驟進(jìn)行，計(jì)算結(jié)果分別計(jì)于表2-9。出力限制線圖分別如圖2-5和圖2-6所示。表2-9方案三和方案四出力限制線的計(jì)算表方案三Hr=94m=0.900Q11r=0.743m3/sPr=48.43（萬(wàn)·千瓦）Hmin=80m=0.906Q11min=0.743m3/sPmin=38.27（萬(wàn)·千瓦）方案四Hr=94m=0.896Q11r=0.743m3/sPr=61.93（萬(wàn)·千瓦）Hmin=80m=0.906Q11min=0,743m3/sPmin=49.16（萬(wàn)·千瓦）方案三的出力限制線如圖1-5所示；方案四的出力限制線如圖1-6所示：圖2-5圖2-6綜上可得出方案三和方案四的綜合運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線如圖2-7和2-8所示：圖2-72.4.3投資估算一、機(jī)電設(shè)備計(jì)算比較方案三：（1）根據(jù)《水電站設(shè)計(jì)手冊(cè)》電氣一次的發(fā)電機(jī)部分，推薦使用傘式發(fā)電機(jī)組。（2）發(fā)電機(jī)總重估算：圖2-8(t)——發(fā)電機(jī)總重量（t）。 ——發(fā)電機(jī)額定容量（k·VA）。——額定轉(zhuǎn)速（rpm）。k——系數(shù)，對(duì)傘式發(fā)電機(jī)取7~9，本電站取K=8。（3）水輪機(jī)總重量估算：查《水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖2-55，得出水輪機(jī)總重量=2500t（4）方案三的機(jī)電總投資P計(jì)算為：水輪機(jī)材料按每噸2.5萬(wàn)計(jì)，發(fā)電機(jī)按每噸4萬(wàn)計(jì)。則(億元)方案四：（1）根據(jù)《水電站設(shè)計(jì)手冊(cè)》電氣一次的發(fā)電機(jī)部分，推薦使用傘式發(fā)電機(jī)組。（2）發(fā)電機(jī)總重估算：(t) ——發(fā)電機(jī)總重量（t）。 ——發(fā)電機(jī)額定容量（k·VA）?！~定轉(zhuǎn)速（rpm）。K——系數(shù)，對(duì)傘式發(fā)電機(jī)取7~9，本電站取K=8。（3）水輪機(jī)總重量估算：查《水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖2-55，得出水輪機(jī)總重量=3300t（4）方案四的機(jī)電總投資P計(jì)算為：水輪機(jī)材料按每噸2.5萬(wàn)計(jì)，發(fā)電機(jī)按每噸4萬(wàn)計(jì)。則(億元)兩個(gè)方案列表為2-10所示：表2-10兩方案計(jì)算結(jié)果參數(shù)方案轉(zhuǎn)輪型號(hào)機(jī)組臺(tái)數(shù)發(fā)電機(jī)總重估算(t)水輪機(jī)總重量估算（t）機(jī)電總投資P計(jì)算（億元）三HL180/A1945295825009.04四HL180/A1944377333009.34兩方案比較：方案四比方案三的機(jī)電設(shè)備投資多0.3億元。二、動(dòng)能經(jīng)濟(jì)比較在設(shè)計(jì)水頭Hr下，水輪機(jī)額定功率ne為：方案三：（萬(wàn)·千瓦）（萬(wàn)·千瓦）方案四：（萬(wàn)·千瓦）（萬(wàn)·千瓦）兩種方案的設(shè)計(jì)水頭下的功率均大于水輪機(jī)的額定功率，符合設(shè)計(jì)要求。三、土建工程比較就單臺(tái)水輪機(jī)比較：方案三的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑較方案四的小1.2m，所以廠房水下部分的開挖量方案三小于方案四。對(duì)于方案三的5臺(tái)機(jī)組和方案四的4臺(tái)機(jī)組而言，廠房水下部分的總的開挖量和廠房水上部分主廠房等的總面積比較，方案四比方案三總體來(lái)說(shuō)要少很多。四、最優(yōu)方案的確定及相關(guān)參數(shù)的確定方案三比方案四的機(jī)電投資少0.3億元，動(dòng)能經(jīng)濟(jì)符合要求，但方案四比方案三的土建工程開挖量及廠房面積少得多，所以將方案四作為最佳選擇方案。最優(yōu)方案的基本參數(shù)：（1）轉(zhuǎn)輪直徑D1=10.2m。（2）轉(zhuǎn)速n=65.2r/min。（3）限制工況下水輪機(jī)效率。（4）水輪機(jī)設(shè)計(jì)流量Qr=732.32m3/s。（5）幾何吸出高度m。（6）飛逸轉(zhuǎn)速125.3（7）軸向水推力18.0(N)五、最優(yōu)方案的其他參數(shù)的確定（1）導(dǎo)葉高程。因?yàn)閙，m，查《水輪機(jī)》218頁(yè)，得b0=0.18D1=1.836m所以，導(dǎo)葉高程m（2）導(dǎo)葉最大及最優(yōu)開度的確定。查HL180/A194綜合特性曲線，得出：模型水輪機(jī)導(dǎo)葉的最大開度mm，最優(yōu)開度mm。則原型水輪機(jī)導(dǎo)葉的最大開度mm最優(yōu)開度mm2.5蝸殼的水力計(jì)算2.5.1蝸殼形式的確定大中型水輪機(jī)的蝸殼，當(dāng)最大水頭在40m以下時(shí)，一般用混凝土蝸殼；40m以上時(shí)鋼板焊接蝸殼。由于本電站水頭在40m以上，且故選用金屬蝸殼，包角選為345度。2.5.2金屬蝸殼設(shè)計(jì)（1）參數(shù)的選擇。1、采用蝶形邊座環(huán)，其錐角為2、金屬蝸殼座環(huán)尺寸的確定；；；Da——座環(huán)外環(huán)直徑。Db——座環(huán)內(nèi)環(huán)直徑。Ra——固定導(dǎo)葉外切圓半徑。ra——蝶形邊錐角頂點(diǎn)所在的半徑。則mm3、，得b0=1.84m。b0——座環(huán)高度，即導(dǎo)葉高度。——參數(shù)，=0.1~0.2，取=0.2。h——蝶形邊至導(dǎo)水機(jī)構(gòu)水平中心線高度。則m（2）進(jìn)口斷面計(jì)算。進(jìn)口斷面流量Q0：（m3/s）進(jìn)口斷面流速：（m/s）k——系數(shù)，查《水輪機(jī)》第197頁(yè)，得，k=0.75。進(jìn)口斷面面積F：（m2）進(jìn)口斷面半徑：（m）進(jìn)口斷面中心距a0：查表，得D=15.81m，K=0.15。所以進(jìn)口斷面外徑R0：蝸殼系數(shù)C：蝸殼常數(shù)K：（3）圓斷面計(jì)算。 相關(guān)公式：取不同的值，計(jì)算結(jié)果記于表2-11。蝸殼圖繪制于附圖9和附圖10。表2-11金屬蝸殼圓形斷面尺寸計(jì)算表斷面號(hào)13451.158.0118.4927.985.4113.3018.7123301.108.0117.621.254.055.1526.525.2713.1618.4333001.008.0116.021.253.844.8423.434.9712.8517.8242700.908.0114.421.253.634.5320.524.6712.5417.2152400.808.0112.821.253.404.2017.644.3512.2116.5662100.708.063.8614.904.0211.8715.8971800.608.019.611.252.903.5012.253.6711.5115.1881500.508.018.011.252.603.109.613.3011.1114.4191200.408.016.411.252.272.677.132.8910.6813.5710900.308.014.811.251.892.194.802.4610.2012.66（4）橢圓形斷面計(jì)算。當(dāng)計(jì)算圓形斷面半徑時(shí)，蝸殼的圓形斷面不能與座環(huán)蝶形邊相切，須由圓斷面過(guò)渡到橢面斷面。圓斷面計(jì)算中，當(dāng)=90時(shí)，<s，即=90時(shí)，蝸殼形狀已經(jīng)是橢圓形，即應(yīng)按橢圓斷面計(jì)算。橢圓短半徑：與圓的同等面積：橢圓斷面上半徑：橢圓斷面中心距：橢圓斷面外徑： 取不同的值，計(jì)算結(jié)果記于表2-12。表2-12金屬蝸殼橢圓形斷面計(jì)算表斷面號(hào)1900.302.4619.882.232.8810.7412.982600.201.9512.811.982.029.6911.673300.101.336.431.681.038.4910.174150.050.913.471.500.437.759.25蝸殼圖繪制如圖2-9和圖2-10所示。圖2-9圖2-102.6尾水管的水力設(shè)計(jì)2.6.1尾水管型式的選擇尾水管有直錐形、彎錐形和彎肘形三種。除貫流式水輪機(jī)外，大中型反擊式水輪機(jī)采用彎肘形。所以本電站采用彎肘形。2.6.2尾水管各部分尺寸的計(jì)算（1）混流式水輪機(jī)進(jìn)出口直徑的計(jì)算。由可知，可知，D1＜D2，查《水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)》表2-17，推薦的尾水管尺寸表：表2-13肘管型式適用范圍201.351.350.6751.821.22標(biāo)準(zhǔn)混凝肘管混流式將D1=10.2m帶入表2-3，得表2-14單位（m）表2-14hLB5D4h4h6L1h52.6D14.5D12.720D11.35D11.35D10.675D11.82D11.22D126.5245.927.7413.7713.776.8918.5612.44（2）進(jìn)口錐管。肘管轉(zhuǎn)彎處的曲率半徑r1和r2，一般推薦合理的曲率半徑r=（0.6~1.0）D4，外壁用上限，內(nèi)壁用下限。則內(nèi)壁（m）;外壁（m）。進(jìn)口肘管的半錐角的最優(yōu)值，對(duì)混流式水輪機(jī)，取，本電站取。因?yàn)镈3接近于轉(zhuǎn)輪出口直徑D2，所以(3)出口擴(kuò)散段。水平段形狀：兩側(cè)平行，頂板向上翹，傾角，本電站取。因?yàn)閙，所以在出口段中加單支墩。則b=（0.1~0.15）B5取b=0.12B5=3.33mR=（3~6）b取R=5b=16.65mr=（0.2~0.3）b取r=0.25b=0.83m取l=2.0D1=20.4m2.6.3尾水管單線圖尾水管單線圖如圖2-11所示：圖2-11第三章發(fā)電機(jī)的型號(hào)選擇3.1發(fā)電機(jī)的計(jì)算參數(shù)發(fā)電機(jī)計(jì)算參數(shù)如下：發(fā)電機(jī)出力：MW發(fā)電機(jī)功率因數(shù)：0.8水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑：10.2同步轉(zhuǎn)速：65.2r/min額定水頭：94m水輪機(jī)型號(hào)：HL180A194-LJ-1020機(jī)組臺(tái)數(shù)：4臺(tái)3.2選擇發(fā)電機(jī)的型式及冷卻方式型式：立式普通傘型冷卻方式：空冷下機(jī)架類型：傘式承重機(jī)架上機(jī)架類型：傘式非承重機(jī)架電機(jī)勵(lì)磁方式：靜止可控硅勵(lì)磁3.3發(fā)電機(jī)的主要尺寸參考《水電站設(shè)計(jì)手冊(cè)-水利機(jī)械》153頁(yè)得發(fā)電機(jī)主要尺寸估算發(fā)電機(jī)的額定容量：極距：查《水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)-水利機(jī)械》159頁(yè)得：式中——系數(shù)，一般為8-10，容量大，線速度高的取上限Ｐ——磁極對(duì)數(shù)：ｐ＝對(duì)其中=8定子內(nèi)徑：定子鐵心長(zhǎng)度：查《水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)-水利機(jī)械》160頁(yè)得：式中——發(fā)電機(jī)額定容量——額定轉(zhuǎn)速（r/min）——轉(zhuǎn)子內(nèi)徑（cm）C——系數(shù)，取系數(shù)則:定子鐵心外徑:按下式估算:,；,那么發(fā)電機(jī)的定子鐵心外徑為：發(fā)電機(jī)的主要尺寸列表為表3-1所示：表3-1發(fā)電機(jī)的主要尺寸計(jì)算發(fā)電機(jī)容量（KVA）磁極對(duì)數(shù)P(對(duì))極距(cm)定子內(nèi)徑(cm)定子鐵芯長(zhǎng)度(cm)定子鐵心外徑(cm)7812504676.82250473.423423.4發(fā)電機(jī)外形尺寸計(jì)算3.4.1平面尺寸計(jì)算（1）定子機(jī)座外徑查《水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)-水利機(jī)械》160頁(yè)得：,,,則：=（2）風(fēng)罩內(nèi)徑查《水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)-水利機(jī)械》161頁(yè)得：當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，則=（3）轉(zhuǎn)子外徑：式中為單邊空氣氣隙，初步估算可忽略不計(jì)。=2250cm（4）下機(jī)架最大跨度查《水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)-水利機(jī)械》161頁(yè)10000KVA100000KVA，100000KVA，本電站發(fā)電機(jī)單機(jī)容量為781250KVA其中為水輪機(jī)機(jī)坑直徑，查《水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)-水利機(jī)械》162頁(yè)水輪機(jī)機(jī)坑直徑表，知轉(zhuǎn)輪直徑為10.2m時(shí)，則（5）推力軸承外徑查《水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)-水利機(jī)械》162頁(yè)得：推力軸承外徑700cm表3-2計(jì)算結(jié)果單位（cm）定子機(jī)座外徑風(fēng)罩內(nèi)徑轉(zhuǎn)子外徑下機(jī)架最大跨度水輪機(jī)機(jī)坑直徑推力軸承外徑267029102250144013207003.4.2軸向尺寸計(jì)算（1）定子機(jī)座高度查《水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)-水利機(jī)械》162頁(yè)，，，，本電站則則：（2）上機(jī)架高度查《水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)-水利機(jī)械》162頁(yè)得：傘式非承重機(jī)架：（3）推力軸承高度，勵(lì)磁機(jī)高度，副勵(lì)磁高度和永磁機(jī)高度可據(jù)《水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)-水利機(jī)械》163頁(yè)表3-8得推力軸承，查得：（4）下機(jī)架高度傘式承重機(jī)架：（5）定子支座支撐面至下機(jī)架支撐面或下當(dāng)風(fēng)板之間的距離傘式承重機(jī)架：（6）下機(jī)架支撐面至主軸法蘭底面之間的距離按已生產(chǎn)的發(fā)電機(jī)統(tǒng)計(jì)資料，一般為70——150cm故=110（7）轉(zhuǎn)子磁軛軸向高度有風(fēng)扇時(shí)：（8）發(fā)電機(jī)主軸高度=式中H—發(fā)電機(jī)總高度，即由主軸法蘭盤底面至發(fā)電機(jī)頂部的高度。（9）定子鐵芯水平中心線至主軸法蘭盤地面距離=表3-3計(jì)算結(jié)果單位（cm）定子機(jī)座高度上機(jī)架高度推力軸承高度勵(lì)磁機(jī)高度副勵(lì)磁高度永磁機(jī)高度68722520024012090下機(jī)架高度定子支座支撐面至下機(jī)架支撐面距離下機(jī)架支撐面至主軸法蘭底面之間的距離轉(zhuǎn)子磁軛軸向高度發(fā)電機(jī)主軸高度定子鐵芯水平中心線至主軸法蘭盤地面距離450562.5110548.4993.6864.43.5發(fā)電機(jī)重量估算發(fā)電機(jī)重量轉(zhuǎn)子帶軸重量發(fā)電機(jī)飛輪力矩式中——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，查得=4.5=3.6發(fā)電機(jī)計(jì)算結(jié)果表3-4發(fā)電機(jī)計(jì)算結(jié)果總匯磁極對(duì)數(shù)p（對(duì)）46上機(jī)架高度（cm）225發(fā)電機(jī)極距（cm）76.8推力軸承高度（cm）200定子內(nèi)徑（cm）2250（cm）240定子鐵芯長(zhǎng)度（cm）473.4下機(jī)架高度（cm）450定子鐵芯外徑（cm）2342.2（cm）562.5定子機(jī)座外徑（cm）2670（cm）110風(fēng)罩內(nèi)徑Dcm）2910轉(zhuǎn)子磁軛軸向高度（cm）548.4轉(zhuǎn)子外徑（cm）2250發(fā)電機(jī)主軸高度（cm）993.6下機(jī)架最大跨度（cm）1440（cm）864.4水輪機(jī)坑直徑（cm）1320發(fā)電機(jī)飛輪力矩1151011推力軸承外徑（cm）700發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子重量(t)2094.5定子機(jī)座高度（cm）687總重（t）4189查《水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)-水利機(jī)械》表3-11中所示的各項(xiàng)計(jì)算結(jié)果及發(fā)電機(jī)的參數(shù)，結(jié)合當(dāng)前發(fā)電機(jī)的生產(chǎn)情況，選擇發(fā)電機(jī)的型號(hào)為SF700-92/16090額定電壓18KV，額定容量為777.8MVA。第四章利用solidworks建立轉(zhuǎn)輪模型4.1solidworks介紹SolidWorks是一套基于Windows的CAD/CAM/CAE/PDM桌面集成系統(tǒng)，是由美國(guó)SolidWorks公司在總結(jié)和繼承了大型機(jī)械CAD軟件的基礎(chǔ)上，在Windows的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)的第一個(gè)機(jī)械三維設(shè)計(jì)軟件，于1995年11月研制成功，其技術(shù)基于先進(jìn)的Parasolid內(nèi)核[34]。SolidWorks自從誕生以來(lái)，就受到了眾多企業(yè)，尤其是中小型企業(yè)的歡迎，現(xiàn)在全球的用戶已超過(guò)20萬(wàn)，95%的西方企業(yè)要求所進(jìn)的員工會(huì)運(yùn)用SolidWorks軟件[3510SolidWorks還獲得了CAD領(lǐng)域的眾多國(guó)際大獎(jiǎng)，曾連續(xù)幾年被美國(guó)雜志評(píng)為優(yōu)秀的CAD軟件。目前SolidWorks是市場(chǎng)份額增長(zhǎng)最快、技術(shù)發(fā)展最快、市場(chǎng)前景最好、性能價(jià)格比最優(yōu)的軟件。SolidWorks的功能十分強(qiáng)大，從零件設(shè)計(jì)、曲面建模、飯金設(shè)計(jì)，再到裝配圖設(shè)計(jì)以及工程圖繪制，從有限元分析到動(dòng)態(tài)仿真，SolidWorks提供的功能涵蓋了從設(shè)計(jì)到分析直至優(yōu)化的完全生成流程。它可以通過(guò)拉伸、旋轉(zhuǎn)、薄壁特征、高級(jí)抽殼、特征陣列以及打孔等操作來(lái)實(shí)現(xiàn)零件建模;可以通過(guò)帶控制線的掃描、放樣、填充以及拖動(dòng)可控制相切操作來(lái)產(chǎn)生復(fù)雜曲面;可以利用智能化裝配技術(shù)來(lái)進(jìn)行零部件裝配，可以動(dòng)態(tài)地查看裝配體的所有運(yùn)動(dòng)，并且對(duì)運(yùn)動(dòng)的零部件進(jìn)行動(dòng)態(tài)的干涉檢查和間隙檢測(cè)，它可以從三維模型中自動(dòng)產(chǎn)生工程圖，包括視角、尺寸和標(biāo)注。利用SolidWorks提供的COSMOSXPress模塊，工程人員可以直接對(duì)零件進(jìn)行有限元分析，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的性能評(píng)估。SolidWorks之所以成為領(lǐng)先的、主流的三維CAD解決方案，主要是基于如下幾方面的突出優(yōu)點(diǎn):(1)友好高效的三維CAD系統(tǒng)SolidWorks是微機(jī)平臺(tái)上的高級(jí)三維CAD軟件，運(yùn)行于Windows環(huán)境中，它提供了強(qiáng)大的設(shè)計(jì)功能和易學(xué)易用的操作方法，使得整個(gè)產(chǎn)品成為百分之百可特征造型，百分之百參數(shù)化，百分之百可修改。(2)協(xié)同工作性能SolidWorks提供了技術(shù)先進(jìn)的工具，設(shè)計(jì)者之間可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)協(xié)同合作，可通過(guò)eDrawings方便的共享CAD文件，可用3DMeeting通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)的協(xié)同工作，用戶可通過(guò)3DContentCentral在線資源庫(kù)下載自己所需的零部件。(3)全相關(guān)的數(shù)據(jù)管理SolidWorks包括三部分:零部件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)及二維繪圖，三部分相互關(guān)聯(lián)，工程師可以在設(shè)計(jì)的各個(gè)階段修改，部分修改系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)的進(jìn)行全局修改。(4)良好的二次開發(fā)性和功能擴(kuò)充性SolidWorks具有很好的二次開發(fā)性能，其公司與世界許多著名的軟件開發(fā)公司保持著良好的合作伙伴關(guān)系。SolidWorks支持COM/OLE標(biāo)準(zhǔn)，具有良好的擴(kuò)展性，軟件開發(fā)人員可根據(jù)企業(yè)需求編制出相應(yīng)的應(yīng)用程序，這也正是本文選用SolidWorks作為開發(fā)平臺(tái)的一個(gè)重要原因。4.2利用solidworks建立風(fēng)扇零件模型4.2.1風(fēng)扇下蓋的建立（1）創(chuàng)建新的零件文件，選擇“前視基準(zhǔn)面”作為草圖基準(zhǔn)面。畫出邊長(zhǎng)為100mm的正方形。用“繪制圓角”命令把正方形四個(gè)直角圓角，圓角半徑為10mm.結(jié)束草圖的繪制，在“特征”欄中選擇“拉伸凸臺(tái)/基體”命令進(jìn)行拉伸，拉伸深度為4mm。結(jié)果如圖4-1所示。圖4-1圖4-2圖4-3圖4-4（2）選擇如圖4-2所示的面，在標(biāo)準(zhǔn)視圖中選擇正視，使視角轉(zhuǎn)正。單擊“草圖”工具欄上的“圓”命令，繪制出半徑為10mm、45mm、50mm的圓，使半徑為10mm的圓與步驟（2）中的圓角同心。結(jié)果如圖4-3所示。（5）在“草圖”工具欄上選擇“剪裁實(shí)體”命令，將圖形剪裁為如圖4-4所示的效果。（6）在