水輪機(jī)課程設(shè)計(jì)(共20頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上目 錄 第一章 基本資料1第二章 機(jī)組臺(tái)數(shù)與單機(jī)容量的選擇2第三章 水輪機(jī)主要參數(shù)的選擇與計(jì)算5第四章 水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線的繪制10第五章 蝸殼設(shè)計(jì)13第六章 尾水管設(shè)計(jì)17第七章 心得體會(huì)20參考文獻(xiàn)20第一章 基本資料基本設(shè)計(jì)資料黃河B水電站是緊接L水電站尾水的黃河上游的一個(gè)梯級水電站。水庫正常蓄水位2452 m，電站總裝機(jī)容量4200 MW，額定水頭 205 m。經(jīng)水能分析，該電站有關(guān)動(dòng)能指標(biāo)如表1所示： 表1 動(dòng)能指標(biāo)水庫調(diào)節(jié)性能日調(diào)節(jié)最大工作水頭220m加權(quán)平均水頭210.5 m最小工作水頭192.1m平均尾水位2241.5m發(fā)電機(jī)效率97%第二章 機(jī)組臺(tái)數(shù)

2、與單機(jī)容量的選擇 水電站的裝機(jī)容量等于機(jī)組臺(tái)數(shù)和單機(jī)容量的乘積。根據(jù)已確定的裝機(jī)容量，就可以擬定可能的機(jī)組臺(tái)數(shù)方案，選擇機(jī)組臺(tái)數(shù)與單機(jī)容量時(shí)應(yīng)遵循如下原則：2.1機(jī)組臺(tái)數(shù)與工程建設(shè)費(fèi)用的關(guān)系在水電站的裝機(jī)容量基本已經(jīng)定下來的情況下，機(jī)組臺(tái)數(shù)增多，單機(jī)容量減小。通常小機(jī)組單位千瓦耗材多、造價(jià)高，相應(yīng)的主閥、調(diào)速器、附屬設(shè)備及電氣設(shè)備的套數(shù)增加，投資亦增加，整體設(shè)備費(fèi)用高。另外，機(jī)組臺(tái)數(shù)多，廠房所占的平面尺寸也會(huì)增大。一般情況下，臺(tái)數(shù)多對成本和投資不利。因此，較少的機(jī)組臺(tái)數(shù)有利于降低工程建設(shè)費(fèi)用2.2機(jī)組臺(tái)數(shù)與設(shè)備制造、運(yùn)輸、安裝以及樞紐安裝布置的關(guān)系單機(jī)容量大，可能會(huì)在制造、安裝和運(yùn)輸方面增加一

3、定的難度。然而，有些大型或特大型水電站，由于受樞紐平面尺寸的限制，總希望單機(jī)容量制造得大些。2.3機(jī)組臺(tái)數(shù)對水電站運(yùn)行效率的影響水輪機(jī)在額定出力或者接近額定出力時(shí)，運(yùn)行效率較高。機(jī)組臺(tái)數(shù)不同，水電站平均效率也不同。機(jī)組臺(tái)數(shù)較少，平均效率越低。機(jī)組臺(tái)數(shù)多，可以靈活改變機(jī)組運(yùn)行方式，調(diào)整機(jī)組負(fù)荷，避開低效率區(qū)運(yùn)行，以是電站保持較高的平均效率。但機(jī)組臺(tái)數(shù)多到一定程度，再增加臺(tái)數(shù)對水電站運(yùn)行效率增加的效果就不顯著。當(dāng)水電站在電力系統(tǒng)中擔(dān)任基荷工作時(shí)，引用流量較固定，選擇機(jī)組臺(tái)數(shù)較少，可使水輪機(jī)在較長時(shí)間內(nèi)以最大工況運(yùn)行，使水電站保持較高的平均效率。當(dāng)水電站擔(dān)任系統(tǒng)尖峰負(fù)荷并且程度調(diào)頻任務(wù)時(shí)，由于負(fù)荷經(jīng)

4、常變動(dòng)，而且幅度較大，為使每臺(tái)機(jī)組都可以在高效率區(qū)工作，則需要更多的機(jī)組臺(tái)數(shù)。另外，機(jī)組類型不同，高效率范圍大小也不同，臺(tái)數(shù)對電廠平均效率的影響就不同。對于高效率工作區(qū)較窄的，機(jī)組臺(tái)數(shù)應(yīng)適當(dāng)多一些。軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)，由于單機(jī)的效率曲線平緩且高效區(qū)寬，臺(tái)數(shù)多少對電廠的平均效率影響不明顯；而混流式、軸流定漿式水輪機(jī)其效率曲線較陡，當(dāng)出力變化時(shí)，效率變化較劇烈，適當(dāng)增加臺(tái)數(shù)可明顯改善電廠運(yùn)行的平均效率。2.4機(jī)組臺(tái)數(shù)與水電站運(yùn)行維護(hù)的關(guān)系機(jī)組臺(tái)數(shù)多，單機(jī)容量小，水電站運(yùn)行方式較靈活機(jī)動(dòng)，機(jī)組發(fā)生事故停機(jī)產(chǎn)生的影響小，單機(jī)輪換檢修易于安排，難度也小。但臺(tái)數(shù)多，機(jī)組開、停機(jī)操作頻繁，操作運(yùn)行次數(shù)隨之增多

5、，發(fā)生事故的幾率也隨之增高，對全廠檢修很麻煩。同時(shí)，管理人員多，維護(hù)耗材多，運(yùn)行費(fèi)用也相應(yīng)提高。故不能用過多的機(jī)組臺(tái)數(shù)。2.5機(jī)組臺(tái)數(shù)與其他因素的關(guān)系 2.5.1機(jī)組臺(tái)數(shù)與電網(wǎng)的關(guān)系對于區(qū)域電網(wǎng)的單機(jī)：裝機(jī)容量較小15%系統(tǒng)最大負(fù)荷（不為主導(dǎo)電站）；裝機(jī)容量較大10%系統(tǒng)容量(系統(tǒng)事故備用容量)，因而，單機(jī)容量與臺(tái)數(shù)選取不受限制。 2.5.2機(jī)組臺(tái)數(shù)與保證出力的關(guān)系根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，機(jī)組單機(jī)容量應(yīng)以水輪機(jī)單機(jī)運(yùn)行時(shí)其出力在機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域范圍內(nèi)確定為原則。不同型式的水輪機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行負(fù)荷區(qū)域如表1。 表2 不同型式的水輪機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行負(fù)荷區(qū)域型式穩(wěn)定運(yùn)行負(fù)荷區(qū)域（%）型式穩(wěn)定運(yùn)行負(fù)荷區(qū)域（%）混

6、流式40100沖擊式25100軸流定漿式70100軸流轉(zhuǎn)漿式30100貫流轉(zhuǎn)漿式25100 2.5.3機(jī)組臺(tái)數(shù)與電氣主接線的關(guān)系對采用擴(kuò)大單元的電氣主接線方式，機(jī)組臺(tái)數(shù)為偶數(shù)為利。但由于大型機(jī)組主變壓器受容量限制，采用單元接線方式，機(jī)組臺(tái)數(shù)的奇、偶數(shù)就無所謂了。上述各種因素互相影響，遵循上述原則，并且該水電站裝機(jī)容量為20萬kW，由于2.2萬kW20萬kW25萬kW，該水電站為中型水電站，并擔(dān)任系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)相及少量的事故備用容量，同時(shí)兼向周邊地區(qū)供電。綜上所述，確定機(jī)組臺(tái)數(shù)選擇的原則：對大中型水電站，一般選擇610臺(tái)；保證在水頭低于額定水頭時(shí)，機(jī)組受阻容量盡量??；在可能的情況下盡量選用單機(jī)容量

7、較大的水輪機(jī)，以降低設(shè)備造價(jià)。第三章 水輪機(jī)主要參數(shù)的選擇與計(jì)算根據(jù)水頭的變化：最小工作水頭192.1m到最大工作水頭220m。同時(shí)： 在水輪機(jī)系列型譜表查出合適的機(jī)型中選取HL120(7×600MW),HL110(10×420MW)和HL160(7×600MW)三種類型水輪機(jī)?，F(xiàn)將這三種水輪機(jī)作為初選方案，分別求出其有關(guān)參數(shù)，并進(jìn)行比較分析。3.1計(jì)算水輪機(jī)基本參數(shù) 方案一 HL160(7×600MW)3.1.1計(jì)算轉(zhuǎn)輪直徑 水輪機(jī)額定功率 去最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速 與功率限制線交點(diǎn)的單位流量為額定工況的單位流量，則對應(yīng)的模型效率。去效率修正值，則額定工況原型水

8、輪機(jī)效率。水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑為 按我國規(guī)定的轉(zhuǎn)輪直徑系列，且轉(zhuǎn)輪直徑取小了不能保證在額定水頭下發(fā)出額定功率，取大了，不經(jīng)濟(jì)且無必要。根據(jù)單機(jī)功率和轉(zhuǎn)輪直徑，該水輪機(jī)屬大型機(jī)組，故取=6m。 3.1.2計(jì)算水輪機(jī)效率 已知：； 額定工況原型水輪機(jī)的效率為 3.1.3水輪機(jī)轉(zhuǎn)速的計(jì)算與選擇 式中 符合，不需修正（1）檢驗(yàn)水輪機(jī)實(shí)際工作范圍的校核發(fā)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速的計(jì)算公式為 n為發(fā)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速，r/min；p為發(fā)電機(jī)磁極對數(shù)。 磁極對數(shù) 3000/163.2=18.38， 則磁極對數(shù)取18、20。 分別求出下對應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速，如表3所示：表3 各水頭對應(yīng)單位計(jì)算表轉(zhuǎn)速方案67.468.969.972.260

9、.762.062.964.9 檢查兩方案，在模型綜合特性曲線圖上，第一種方案包含高效率去，且原則上取相近偏大值。所以確定取第一種方案。（2）水輪機(jī)計(jì)算點(diǎn)出力的校核計(jì)算時(shí)的出力： 符合要求3.1.4計(jì)算水輪機(jī)額定流量 3.1.5計(jì)算最大允許吸出高度 在額定工況下，模型水輪機(jī)的空化系數(shù)。根據(jù)幾個(gè)裝有HL160轉(zhuǎn)輪的電站調(diào)查，認(rèn)為HL160轉(zhuǎn)輪的電站空化系數(shù)應(yīng)大于0.1為好，故空蝕安全系數(shù)取K=1.6。 E=2241.5m 3.1.6實(shí)際的水輪機(jī)額定水頭因不同的D1、與水能預(yù)算Hr有差異 3.1.7計(jì)算水輪機(jī)實(shí)際額定流量 式中Hr采用上述（五）中的計(jì)算結(jié)果。3.1.8計(jì)算飛逸轉(zhuǎn)速 由HL160模型水

10、輪機(jī)飛逸特性曲線查得，在最大導(dǎo)葉開度下單位飛逸轉(zhuǎn)速 3.1.9計(jì)算軸向水推力根據(jù)表4，HL160的轉(zhuǎn)輪軸向水推力系數(shù)，轉(zhuǎn)輪直徑較小、止漏環(huán)間隙較大時(shí)取大值。本電站轉(zhuǎn)輪直徑較大，但水中有一定含沙量，止漏環(huán)間隙應(yīng)適當(dāng)大一些，故取。水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪軸向水推力為 表4 混流式水輪機(jī)的軸向水推力系數(shù)表轉(zhuǎn)輪型號HL310HL240HL230HL220HL200HL180HL160HL120HL110HL100K0.370.450.340.410.180.220.280.340.220.280.220.280.200.260.100.130.100.130.080.14 3.1.10同理，方案二和方案三的數(shù)據(jù)也可

11、通過同樣的方法和過程查資料計(jì)算得出，三種方案所得數(shù)據(jù)如表5所示：表5 三種方案數(shù)據(jù)表格HL160(7×600MW)HL120(7×600MW)HL110(10×420MW)比轉(zhuǎn)速 (r/min)160120110額定功率 （kw）模型最優(yōu)單位比轉(zhuǎn)速 (r/min)67.562.561.5模型額定工況單位流量 ()0.680.380.28轉(zhuǎn)輪直徑 (m)687水輪機(jī)效率 0.9310.9240.906轉(zhuǎn)速 n (r/min)166.7115.0136.4出力 P (N)額定流量 ()350.5348.2196.4吸出高度 (m)-13.8-9.7-3.97單位飛逸轉(zhuǎn)

12、速 (r/min)127100.493飛逸轉(zhuǎn)速 (r/min)314.0186.1197.1實(shí)際額定水頭 (m)197.1198.9232.7實(shí)際額定流量 ()343.7343.0209.0軸向水推力 (N)3.1.11確定機(jī)組方案 根據(jù)上面列舉出來的三種方案數(shù)據(jù)分析，第三種方案出力比額定小，且實(shí)際額定水頭比最高水頭大，故首先排除。第一二種方案中，第一種方案效率比第二種高，且第一種方案轉(zhuǎn)速比第二種的高，則其發(fā)電機(jī)尺寸小，重量輕，一方面可以減少設(shè)備的造價(jià)，另一方面有利于減小廠房的平面尺寸，降低廠房的土建投資。第一種方案的出力也比第二種大。綜上所述，最佳方案為第一種方案。第四章 水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線

13、的繪制4.1等效率曲線的計(jì)算與繪制現(xiàn)取水電站4個(gè)水頭，列表計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表6所示。繪制的等效率線詳見設(shè)計(jì)圖紙。表6 HL160型水輪機(jī)等效率曲線計(jì)算表（%）（%）P（mw）（%）（%）P（mw）828486889090888684820.3700.4050.4350.4650.5050.6550.6950.7250.7500.76585.687.689.691.693.693.691.689.687.685.6365409449491545706733748757754828486889090888684820.3750.4100.4450.4750.5100.6550.6950.7250.

14、7450.76585.687.689.691.693.693.691.689.687.685.63463884304695156626877017047075%出力限制線上的點(diǎn)89.40.66593.071289.50.66693.1669（%）（%）P（mw）（%）（%）P（mw）828486889090888684820.3850.4150.4500.4800.5200.6650.6950.7250.7500.76585.687.689.691.693.693.691.689.687.685.6322355394430476 608 6226356426408284868890908886

15、84820.3950.4250.4650.5000.5350.6550.6950.7250.7450.76585.687.689.691.693.693.691.689.687.685.6318350392431451552598611613612 5%出力限制線上的點(diǎn)89.60.66793.260789.40.67093.05864.2等吸出高度線的繪制（1）求出各水頭下的值，并在相應(yīng)的模型綜合特性曲線上查出水平線與各等氣蝕系數(shù)線的所有交點(diǎn)坐標(biāo)，讀出、的值，并由此計(jì)算出、P，填入表7中（2）利用公式計(jì)算出相應(yīng)于上述各的值，填入表7中。計(jì)算結(jié)果如表7所示，繪制的等吸出高度線詳見設(shè)計(jì)圖紙。 表7

16、 HL160型水輪機(jī)等吸出高曲線計(jì)算表(%)(%)P(mw)(m)22067.40.090.100.110.120.6500.7150.7550.7950.9000.8880.8320.7820.9360.9240.8680.8187017617557490.0840.0980.1120.12618.4821.5624.6427.72-10.97-14.05-17.13-20.21210.568.90.090.100.110.120.6400.7050.7550.8010.9040.8940.8300.7790.9400.9300.8660.8156497077057040.0840.0980

17、.1120.12617.6820.6323.5826.52-10.17-13.12-16.07-19.01197.171.20.090.100.110.120.6250.7000.7550.8050.9050.8790.8290.7750.9410.9150.8650.8116106646776770.0840.0980.1120.12617.2220.0922.9625.83-9.71-12.58-15.45-18.32 192.1 72.20.090.100.110.120.5700.6850.7540.8090.9060.8860.8250.7710.9420.9220.8610.807

18、5055946106140.0840.0980.1120.12616.1418.8321.5224.20-8.6-11.32-14.01-16.70第五章 蝸殼設(shè)計(jì)5.1蝸殼型式選擇 由于本水電站水頭高度范圍為192.1220m，所以采用金屬蝸殼。5.2主要參數(shù) 蝸殼進(jìn)口斷面的計(jì)算金屬蝸殼的進(jìn)口斷面型式一般都作成圓形，為鋼板制作。(蝸殼是沿座環(huán)圓周焊接在上下碟形邊上，由于過流量的減小，蝸殼斷面也隨之減小，為使小斷面能和碟形邊相接，在某一包角后均采用橢圓斷面)蝸殼進(jìn)口斷面平均速度,根據(jù)水輪機(jī)原理與運(yùn)行公式（6-5）得9 蝸殼的進(jìn)口流量 為蝸殼包角，對于金屬蝸殼一般取，式中取蝸殼的進(jìn)口斷面面積 進(jìn)

19、口斷面的半徑 從軸中心線到蝸殼外緣的半徑： 蝸殼座環(huán)外半徑，由混凝土蝸殼座環(huán)尺寸系列（水力機(jī)械P162）查取座環(huán)的外徑、內(nèi)徑分別為：；k=175mm ；r=500mm。則 則當(dāng)時(shí)，采用圓形斷面。 定出各計(jì)算斷面的角度，按下列公式計(jì)算各斷面的尺寸： 為了方便，計(jì)算可按表8的格式進(jìn)行表8 計(jì)算金屬蝸殼圓形斷面尺寸斷面號 2/C 15.17.4220.92162.5503.27710.7403.4158.37711.79225.17.1040.92162.4863.18310.1313.3258.28311.60835.16.7860.92162.4223.0879.5293.2338.18711.

20、42045.16.4680.92162.3552.9898.9353.1408.08911.22955.16.1500.92162.2862.8898.3483.0517.98911.04065.15.8320.92162.2162.7887.7702.9487.88810.83675.15.5140.92162.1432.6837.2002.8507.78310.63385.15.1950.92162.0672.5776.6392.7507.67710.42795.14.8770.92161.9892.4676.0682.6447.56710.211105.14.5590.92161.907

21、2.3545.5422.5427.4549.996115.14.2410.92161.8222.2385.0072.4357.3389.773125.13.9230.92161.7322.1174.4822.3257.2179.542135.13.6050.92161.6381.9923.9662.2117.0929.303145.13.2870.92161.5371.8603.4602.0936.9609.053155.12.9690.92161.4301.7222.9651.9716.8228.793165.12.6510.92161.3151.5752.4801.8446.6758.51

22、9 當(dāng)時(shí)，蝸殼各斷面不能在D點(diǎn)與座環(huán)相接，采用圓形斷面就不合適了。在這種情況下，蝸殼斷面采用橢圓形斷面。定出各計(jì)算斷面的角度，按下列公式計(jì)算各斷面的尺寸： 其中 ： 為了方便，計(jì)算可以按表9的格式進(jìn)行表9 計(jì)算蝸殼橢圓形斷面尺寸斷面號A180.2950.0211.8411.6609.2981.7111.6856.4868.171190.2280.0171.6581.5227.9221.4861.6186.2417.859200.2030.0141.4741.4226.9981.3231.5696.0437.612210.1650.0091.1971.2635.5651.0701.4935.73

23、57.228220.1270.0050.9211.0894.3710.8041.4135.4096.822230.0890.0030.6450.8933.1500.5191.3285.0626.389240.0510.0010.3680.6583.0050.2121.2354.6865.9225.3繪制蝸殼的斷面、單線圖 祥見設(shè)計(jì)圖紙第6章 尾水管設(shè)計(jì)6.1 尾水管的選擇 尾水管是水輪機(jī)過流通道的一部分。尾水管的形狀對不同比轉(zhuǎn)速水輪機(jī)的性能存在不同程度的影響，尤其對高比轉(zhuǎn)速水輪機(jī)影響更為明顯。鑒于本水輪機(jī)屬于大中型水輪機(jī)，則選擇彎曲形尾水管。彎曲形尾水管由進(jìn)口錐管段，肘管段和出口擴(kuò)散段三部分組

24、成。6.2尺寸確定6.2.1尾水管高度尾水管高度指從水輪機(jī)底環(huán)平面到尾水管底板的高度，是決定尾水管性能的主要參數(shù)。增加高度將提高尾水管效率，但將增加電站建設(shè)費(fèi)用，減少高度不僅會(huì)降低水輪機(jī)效率，還會(huì)影響運(yùn)行的穩(wěn)定性。對于的混流水輪機(jī)取；對于的高水頭混流式水輪機(jī)則可取。而 則所以取 。6.2.2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。可近似取轉(zhuǎn)輪出口直徑，即，進(jìn)口錐管的單邊錐角對混流式水輪機(jī)可取，則取。6.2.3肘管段肘管是一個(gè)90°變斷面的彎管，其進(jìn)口為圓斷面，出口為矩形斷面。參考水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊（水力機(jī)械）表2-17，當(dāng)Vc=5.6m/s<6m/s,可

25、不設(shè)金屬里襯，采用推薦的尾水管設(shè)計(jì)，此時(shí)，與有下列關(guān)系式：參考水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊（水力機(jī)械）表2-17得表6-1 推薦的尾水管尺寸表（單位：m）肘管型式適用范圍2.64.52.721.351.350.6751.821.22混凝土肘管混流式（）由表得；計(jì)算得 ；參考水輪機(jī)原理與運(yùn)行表9-1，計(jì)算出肘管尺寸表表6-2 肘管尺寸表zF360-517.684357.44720300.244100.041080896.833905.644173.19573.1914401372.973691.584173.19573.1918001768.323454.344173.19573.1921602103.2

26、63218.404173.19573.1925202389.972938.544173.19573.1928802630.422667.174173.19573.1932402848.102389.754173.19573.1936004032.42107.58-5275.225854.46679.393980.817880.544173.19573.1939604241.91808.50-3578.115134.10719.503929.696148.874115.59515.88432044111510.92-2593.514444.42759.603871.445485.101.58.1

27、4458.5746804547.91215.36-1988.214602.67799.703816.725013.794001.26401.2650404654.1922.25-1477.944408.34839.983762.074649.543943.94343.9454004731631.90-1026.434236.41879.983707.424358.953886.56286.5657604779.3344.58-613.444079.16920.093652.704125.023829.25229.2561204799.457.57-224.713931.06959.763598

28、.063937.463771.94171.94648048000153.723786.481000.33543.343790.083714.62114.62684048000545.113637.871040.43488.693678.483657.3157.317200480001080.503433.971080.53434.043600.003628.8006.2.4出口擴(kuò)散段出口擴(kuò)散段是一水平放置斷面為矩形的擴(kuò)散管，參考水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊（水力機(jī)械）,其出口寬度一般與肘管出寬度相等，其頂板向上傾斜，仰角a=10°13°，取a=12°,底板一般呈水平。出口擴(kuò)散一般為矩形斷