水輪機(jī)課程設(shè)計

課程設(shè)計任務(wù)書課程設(shè)計的目的和要求課程設(shè)計是水輪機(jī)課程教學(xué)計劃中的一個重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)理論知識解決工程實際問題的一次系統(tǒng)的基本訓(xùn)練。通過水輪機(jī)課本章節(jié)的相關(guān)理論知識的學(xué)習(xí)后，再通過課程設(shè)計的環(huán)節(jié)以達(dá)到鞏固和加強(qiáng)理論知識的目的，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生獨立思考、嚴(yán)謹(jǐn)工作的能力，使學(xué)生學(xué)會查閱、收集、整理和分析相關(guān)文獻(xiàn)資料；熟悉水輪機(jī)選型設(shè)計階段的內(nèi)容，針對給定任務(wù)能提出合理的設(shè)計方案并得出正確的計算結(jié)果。基本參數(shù)電站總裝機(jī)容量：900MW電站裝機(jī)臺數(shù)：5臺水輪機(jī)安裝高程：580m最大工作水頭Hmax:320m最小工作水頭H:250m設(shè)計工作水頭H:290mr加權(quán)平均工作水頭Ha:迎m目錄TOC\o"1-5"\h\z第一章水輪機(jī)的選型設(shè)計 31已知參數(shù) 32水輪機(jī)型號選擇 3第三章蝸殼設(shè)計 81蝸殼形式，斷面形狀和包角的確定 82座環(huán)尺寸的確定 83蝸殼參數(shù)計算 84進(jìn)口斷面量 8第四章尾水管設(shè)計 101尾水管高度 102進(jìn)口直錐段 103肘管型式 104水平長度 10第一章水輪機(jī)的選型設(shè)計1已知參數(shù)電站總裝機(jī)容量：900MW電站裝機(jī)臺數(shù)：5臺水輪機(jī)安裝高程：580m最大工作水頭H:320mn最小工作水頭H:250m設(shè)計工作水頭H:290mr加權(quán)平均工作水頭Ha:業(yè)m2水輪機(jī)型號選擇水輪機(jī)的比轉(zhuǎn)速為：n=縫-n=縫-20=s<H2000<290-20=97.4m查表滿足n=97.4且滿足250m<H<320m的水輪機(jī)型號為HL90S3水輪機(jī)基本參數(shù)的計算計算轉(zhuǎn)輪直徑D1水輪機(jī)的額定出力P=匕=180000=183673KWr門0.98g取最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速2取最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速211=0.270.3/s)，對應(yīng)模型效率nm=0.878，取效率修正系數(shù)An=3%，則設(shè)計工況原型效率n=n+河=0.908m故水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑為:'P…D=' ， =4.5m1V9.81gH1.5HV 11rr取標(biāo)準(zhǔn)值D1=4.5m

1（2）效率門的計算1門 =1—(1—門)Dm=0.95max m0 D效率修正值A(chǔ)n=n —n=0.95—0.917=0.023rmax m0限制工況原型水輪機(jī)的效率為：n=n+An=0.876+0.029=0.911mD的校核計算用n=0.911對原先計算的D進(jìn)行校核1 匕 =4.44m9.81QH1.5n11rr故轉(zhuǎn)輪直徑以D=3.5m為宜1（4）轉(zhuǎn)速n的計算n=62rjminn '-Hn=—110 a=239.04rmin1介于n=214.3r/min與n=250r/min之間取水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速n=250r/min4水輪機(jī)設(shè)計流量Q的計算183673=0.21m3sQ= P =183673=0.21m3s11r 9.81nD2H1.5 9.81x0.911x4.52x2901.51rQ=Q=QD2H

r11r1r=0.21x4.52x、頑=72.45幾何吸出高度H的計算為使水輪機(jī)盡量不發(fā)生空化，取H為使水輪機(jī)盡量不發(fā)生空化，取Hmn，H,Hmax三個水頭分別計算水輪機(jī)允許的吸出高度，以其中最小值作為允許最大吸出高度。（1）計算Hmin，H（1）計算Hmin，H，H 所對應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速n11Hmaxn=Umhn :HnD2竺竺=62.9rmin

J320maxn11rHn11rHminn=,1UmaxH*minnD 2穿=71.2rminJ250 'nD250x4.5.1=——=63.2r/min;H <290r(2)確定各水頭所對應(yīng)的出力限制工況點的單位流量Q(2)11丑屈：取n11 =71.2rjmin與出力限制線交點處的流量，Q =0.248m3/sn=63.2r/min，Q=0.265m3/sH:n.=62.9rmin，Q.=0.27m3/s（3）用（1），（2）中計算的對應(yīng)工況點從模型綜合特征曲線上分別查出Hmn，H，Hmax所對應(yīng)的模型空化系數(shù)分別為0.030.025,0.035（4）計算H（4）計算Hmin，H，Hmax對應(yīng)的吸出高度H=10-旦-Kq900Q當(dāng)H>250時K=1qTOC\o"1-5"\h\z580H?.H=10-900-1x0.03x250=1.8m580H：H=10-頑-1x0.025x290=2.07m― 580H:H=10-900-1x0.035x320=-0.91m從3個吸出高度計算值中取最小值-0.91m,再留一定的余量，取最大吸出高H=-1m度6飛逸轉(zhuǎn)速ns的計算由HL90水輪機(jī)的模型飛逸特征曲線查得在最大導(dǎo)葉開度下（％=24）單位飛逸轉(zhuǎn)速件98口min，故水輪機(jī)的飛逸轉(zhuǎn)速為n=n——ma^=98x =389r：minR11D 4.5 '

7轉(zhuǎn)輪軸向水推力Ft的計算HL9。轉(zhuǎn)輪軸向水推力系數(shù)K廣0.1F=9810KKD2H =9810x0.1x"x4.52x320=5x106Nt t4 1max 48.檢驗水輪機(jī)的工作范圍設(shè)計工況的單位流量—0.21m3:；s—0.21m3:；s:^Q— r 11r9.8川D2H1.5 9.81x0.911x4.52x2901.51r當(dāng)n=250r/minmax11minnD250x4.5

<320—62.9rminH: n11nD250x4.5

<290—63.2r/minHminn11maxnD250x4.5、.偵—71.2r，min當(dāng)n=214.3r/minmax11minnD214.3x4.5V'320—53.9nminnD214.3x4.5— —55.6r/min：'H v290vrnD214.3x4.5八，.min11max1— —61r/minmin11maxH<250min第二章水輪機(jī)運轉(zhuǎn)特性曲線的繪制等效率曲線的計算見附表1機(jī)組出力限制線的計算以Hmin所對應(yīng)的點為A，以Hr所對應(yīng)的點為B，則A（PA,Hmin）B（PB，H「。其分別對應(yīng)出力限制點A和出力限制點B。用直線直接連接A點，B點即為原型水輪機(jī)的出力限制線H=290，P=228777H.=250，P.=171369等吸出高度線的計算等吸出高度表達(dá)水輪機(jī)在各運行工況的最大允許吸出高度。等線是模型綜合特性曲線的等。線換算而求得的。計算與繪制等線的步驟如下：（1） 計算各水頭相應(yīng)轉(zhuǎn)速，在模型綜合特性曲線上過各作水平線與各等o線相交，記下各點的。、"M、Q11值。（2） 根據(jù)吸出高度計算公式=10-▽/900-計算各點的，并計算各點的出力P。（3） 根據(jù)各工況點的，P繪出各水頭下的=f（P）曲線。（4） 在=f（P）曲線上取某的值（例=-0.35m）作水平線與各=f（P）曲線相交，記下各交點的水頭H及出力P，將這些點（P，H）點到P-H坐標(biāo)系內(nèi)并連成光滑曲線，即得某的等高度吸出線見附表2第三章蝸殼設(shè)計1蝸殼形式，斷面形狀和包角的確定由于本站應(yīng)用水頭為250?320。故采用焊接金屬蝸殼，蝸殼斷面為圓形，當(dāng)蝸殼尾部用圓斷面不能和座環(huán)蝶形邊相連是。采用橢圓形斷面，包角為345°2座環(huán)尺寸的確定采用帶蝶形邊座環(huán)，其錐角為55°D采用帶蝶形邊座環(huán)，其錐角為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蝸殼參數(shù)計算蝸殼包角中0=345°4進(jìn)口斷面量Q=岫,=345°乂72-4=69.4m3『s 由H=290m0360° 360° r取K=0.6m，蝸殼進(jìn)口斷面的平均流速七=K\H=0.6 290=10.2m/s進(jìn)口斷面面積V=烏=Kp2=694=6.8m20匕010.2p0（進(jìn)口斷面直徑）=1.4m 導(dǎo)葉高度b0=0.6m進(jìn)口斷面中心距a=R+Jp2一h2=4.65mb…cDh=0.1D+-0=0.75m,R=—2^+k=3.47m進(jìn)口斷面外徑R=a0+p0=5.05m分界斷面半徑S= h=0,75=1.31mcosacos55°由進(jìn)口斷面求蝸殼系數(shù)C和蝸殼常數(shù)K

345C= % = :十=1568.2345a—頊a2—p2 4.65—<4.652—1.42K=Ed=49.5720兀(1)圓斷面計算：P=52+h2a=r+xR=a+p.見附表3⑵橢圓斷面(s>P°)橢圓短半徑P=v1.045A+0.81L2-1.345七等同圓面積A=Kp2+d2tanap=^^(1cot2a+ +C 甲./Csina橢圓斷面上半徑p=L+p—pcotaL—sina橢圓斷面中心距a=R+1.22p2橢圓斷面外徑見附表4第四章尾水管設(shè)計1尾水管高度h=2.3D1=2.2x4.5=10.35m2進(jìn)口直錐段進(jìn)口直錐管是以垂直的圓錐形擴(kuò)散管為直錐管的進(jìn)口直徑?？山迫∞D(zhuǎn)輪出口直徑，即D=D=D1=4.5m，進(jìn)口錐管的單邊錐角6對混流式水輪機(jī)可取6=11°3肘管型式B5=2.4q=2.4x4.5=10.91m