水輪機課程設計

課程設計任務書課程設計的目的和要求課程設計是水輪機課程教學計劃中的一個重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學生綜合運用所學理論知識解決工程實際問題的一次系統(tǒng)的基本訓練。通過水輪機課本章節(jié)的相關理論知識的學習后，再通過課程設計的環(huán)節(jié)以達到鞏固和加強理論知識的目的，進一步培養(yǎng)學生獨立思考、嚴謹工作的能力，使學生學會查閱、收集、整理和分析相關文獻資料；熟悉水輪機選型設計階段的內容，針對給定任務能提出合理的設計方案并得出正確的計算結果?；緟?shù)電站總裝機容量：900MW電站裝機臺數(shù)：5臺水輪機安裝高程：580m最大工作水頭H :320mmax最小工作水頭H:250mmin設計工作水頭H:290mr加權平均工作水頭H:301ma目錄TOC\o"1-5"\h\z第一章水輪機的選型設計 31已知參數(shù) 32水輪機型號選擇 3第三章蝸殼設計 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進口斷面量 8第四章尾水管設計 101尾水管高度 102進口直錐段 103肘管型式 104水平長度 10第一章水輪機的選型設計1已知參數(shù)電站總裝機容量：900MW電站裝機臺數(shù)：5臺水輪機安裝高程：580m最大工作水頭H :320mnmax s最小工作水頭H:250mmin設計工作水頭H:290mr加權平均工作水頭H:301ma2水輪機型號選擇水輪機的比轉速為：=2000-=2000-20=2000<290-20=97.4m查表滿足n=97.4且滿足250m<H<320m的水輪機型號為HL90s3水輪機基本參數(shù)的計算計算轉輪直徑D1水輪機的額定出力P=P=180000=183673KWr耳0.98g取最優(yōu)單位轉速Q=0.270篇丿，對應模型效率耳=0.878，取效率TOC\o"1-5"\h\z11r ?' M修正系數(shù)An=3%，則設計工況原型效率n=n+An=0.908m故水輪機轉輪直徑為：J PD= r = 4.5m1 9.81QHi.5n' 11r r取標準值D=4.5m

1效率耳的計算1耳 =1-(1-n)Dm=0.95max m0 D效率修正值An=n -n二0.95-0.917二0.023rmax m0限制工況原型水輪機的效率為：n=n+An二0.876+0.029二0.911mD的校核計算1用n二0.911對原先計算的D進行校核1D= r =4.44m1 \;9?81Q11H5故轉輪直徑以D=3.5m為宜1轉速n的計算n=62r.min110■=239.04r/min介于n=214.3r/min與n=250r/min之間取水輪機的轉速n=250r/min4水輪機設計流量Qr的計算Q=P=239.04r/min介于n=214.3r/min與n=250r/min之間取水輪機的轉速n=250r/min4水輪機設計流量Qr的計算Q=P=11r 9?81nD2H1.5 9.81x0.911x4.52x2901.51r183673=0.21m3sQ=QD2Hr 11r1 r=0.21x4.52^.'290=72.45幾何吸出高度H的計算s為使水輪機盡量不發(fā)生空化，取H，H，min rH三個水頭分別計算max水輪機允許的吸出高度，以其中最小值作為允許最大吸出高度。計算H，H，H 所對應的單位轉速nmin r max 11Hmaxn=匕l(fā)lmin罰'LmaxnD 250^=62.9r；minJ320nD250x4.5n11r匕二 二63.2n11r290rHmin(2)n二11maxHHmin(2)n二11maxHrminTOC\o"1-5"\h\zJ250 '確定各水頭所對應的出力限制工況點的單位流量Q11H:取n二71.2r'min與出力限制線交點處的流量,min 11maxQ=0.248m3;is11max 'H:n=63.2rmin，Q=0.265m3；sr 11r 11rH:n=62.9r；min，Q=0.27m3-smax 11min ■ 11min用(1),(2)中計算的對應工況點從模型綜合特征曲線上分別查出H，H，H 所對應的模型空化系數(shù)分別為0.03min r max0.025,0.035計算H，H，H 對應的吸出高度min r maxEH=10-——-KbHs 900 bm當H>250時K=1b580H:H=10- -1x0.03x250=1.8mTOC\o"1-5"\h\zmin:s 900580H:H=10-——-1x0.025x290=2.07mr: s900580HH=10- -1x0.035x320=-0.91mmax: s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s6飛逸轉速ns的計算由HL90水輪機的模型飛逸特征曲線查得在最大導葉開度下（a0=24）單位飛逸轉速n11R=98口min，故水輪機的飛逸轉速為nR1=389r,；min7轉輪軸向水推力Ft的計算HL90轉輪軸向水推力系數(shù)叭二0.1兀 兀F二9810K D2H 二9810x0.1xx4.52x320二5x106Nt t4 1max 48.檢驗水輪機的工作范圍設計工況的單位流量—0.21m3,s—0.21m3,s:^Q— r 11r 9.81D2H1.5 9.81x0.911x4.52x2901.51r當n=250r/minH:nmax11minnDH:nmax11minnD250x4.5<320—62.9rminn11n11rnD 250x4.5-63.2r/min<290Hminn11maxnD Hminn11maxnD 2^4^-71.2rmin<250 'Hmin當n=214.3r/minH:nmax11minnD214.3x4.5V'320—53.9nminH:nr 11H:nr 11rnDH:nmin11max214.3x4.5—55.6r/minv290nD214.3x4.5—— —61r/minH <250min第二章水輪機運轉特性曲線的繪制等效率曲線的計算見附表1機組出力限制線的計算以H.所對應的點為A,以Hr所對應的點為B,則A（PA,Hi）B（PB,H）。其分別對應min Amin Br出力限制點A和出力限制點B。用直線直接連接A點，B點即為原型水輪機的出力限制線H二290，P二228777H二250，P二171369min min3?等吸出高度線的計算等吸出高度表達水輪機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o線換算而求得的。計算與繪制等線的步驟如下：（1）計算各水頭相應轉速，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o、"M、Q]]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坐標系內并連成光滑曲線，即得某的等高度吸出線見附表2第三章蝸殼設計1蝸殼形式，斷面形狀和包角的確定由于本站應用水頭為250~320。故采用焊接金屬蝸殼，蝸殼斷面為圓形,當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D取D取1.64m去1.37mD=4.5ma b i???D二5.74mD二4.795mk=0.1a br=2.87r=—b=2.45a2 b23蝸殼參數(shù)計算蝸殼包角申二345。04進口斷面量Q」oQr二345嘆72.4二69.4 由H二290mTOC\o"1-5"\h\z0360。 360。 r取K=0.6m，蝸殼進口斷面的平均流速v=KjH=0.6^290=10.2ms0 r進口斷面面積V =叩2= =6.8m20v0 10.20P （進口斷面直徑）=1.4m導葉高度b=0.6m00進口斷面中心距a=R+Jp2-h2=4.65m00^0b Dh=0.1D+—0=0.75mR=—a+k=3.47mi2 0 2進口斷面外徑R=a+p=5.05m00分界斷面半徑S= h=0.75=1.31mcosacos55。由進口斷面求蝸殼系數(shù)C和蝸殼常數(shù)K

3456345C=a = =1568.2a-Ja2-p2 4.65-J4.652-1.4200 0K=-QC=49.5720兀(1)圓斷面計算：a二r+xi0R二a+pIII見附表3⑵橢圓斷面(s>p)0橢圓短半徑p=v1.045A+0.81L2-1.345L2等同圓面積A二兀p2+d2tana■ 2R 1p—―i-(1cot2a+ +C p/Csina橢圓斷面上半徑p—L+p—pcota122hsina橢圓斷面中心距a—R+1.22pa 2橢圓斷面外徑R—a+p1見附表4第四章尾水管設計1尾水管高度h=2.3D=2.2x4.5=10.35mi2進口直錐段進口直錐管是以垂直的圓錐形擴散管為直錐管的進口直徑?？山迫∞D輪出口直徑，即D=D=D=4.5m，進口TOC\o"1-5"\h\z2 1錐管的單邊錐角0對混流式水輪機可取0=11°3肘管型式B=2.4D=2.4x4.5=