河海大学热能与动力工程毕业设～m水头MW.doc

热能与动力工程专业毕业设计摘要本设计是根据提供的原始资料对番江水电站的机电初步设计，设计内容共分为四章：水轮机主机选型，调节保证计算及调速设备选择，辅助设备系统设计，电气一次部分设计。第一章水轮机选型设计是整个设计的关键，根据原始资料，初步选出转轮型号为HL260，共有9个待选方案。根据水轮机在模型综合特性曲线上的工作范围，初步选出3个较优方案，再根据技术经济性及平均效率的比较在较优方案中选出最优方案最终选出的最优方案水轮机型号为HL260/D74，两台机组，转轮直径6.5m，转速93.8r/min，平均效率90.36%。计算最优方案进出水流道的主要尺寸及厂房的主要尺寸，绘制厂房剖面图。第二章调节保证计算及调速设备的选择中由于本电站布置形式为单机单管，所以只对一台机组甩全负荷情况进行计算。调节保证计算及调速设备选择中分别在设计水头和最高水头下选取导叶接力器直线关闭时间，计算相应的和，使55%，并选取接力器、调速器和油压装置的尺寸和型号。第三章辅助设备设计中分别对水、气、油三大辅助系统设计，按照要求设计各系统的工作方式并按照各计算参数选出油罐、水泵及储气罐和空压机等设备。第四章电气一次部分设计中，按照设计要求，先对接入系统进行设计计算，本设计中送电线路电压等级220KV，3回线路，送电导线型号；接着进行主接线设计，对发电机电压侧、送电电压侧、近区负荷侧及电站自用电侧四部分考虑。发电机电压侧选用单元接线，选取主变型号为，送电电压侧选用五角形，近区负荷送电线路电压等级35KV，选用2回线路，送电导线型号。采用发电机出线接线，通过近区变压器升压送电，近区变压器型号为。自用电负荷侧采用暗备用的接线方式，其变压器的型号为。然后进行短路计算，按设计要求，取发电机出口侧、主变高压侧和近区变压器侧进行短路计算，分别求出的有名值；最后，按照额定电压和电流选取电气设备进行校验，至此，本设计完成。关键字：水轮机主机选型；水电站机电设计；蜗壳；尾水管；厂房；水轮机调节保证计算；水电站辅助设备；油、水、气系统；电气一次。abstractIt is the mechanical and electrical initial design of Dongjiang hydroelectric power station, including: hydraulic turbine and power generator designed, governor and speed control equipment designed, auxiliary equipment designed and electrical part designed.In the chapter 1 of Hydraulic Turbine and Generator Designed, there is 1 kind of hydraulic turbine HL260/D74 for selection, and there are 9 plans to be compared in this part. First, selecting better plans by comparing power output line of generator and working territories of hydraulic turbine. Second, choosing the best one by assessing investment and average efficiency of every better plan. Finally, deciding to make the third plan as the best one. In the plan, Ill use 3 units, the runner diameter is 6.5 meter,and the speed of running is 93.8r/min.In the chapter 2 of Governor and Speed Control Equipment designed, the layout of the station is a required use with an invest penstock. Therefore, it needs to calculate for a unit when it rejects whole load. In this part, straight closing time of wicket get servomotor should be calculated in design head and maximum potential head. Then, calculateand, 55%. Finally, choosing servomotor, governor and oil-handling facility.In the chapter 3 of Auxiliary Equipment, this part is designed for watering and drainage system, air supply system and turbine oil system designed. According to designing requirement, Ill select the right kind of turbine oil tanks, water pumps, air receiver and compressor.In the chapter 4 of Electrical part, first of all, it should design intake system. The voltage step of transmitted wire is 220KV, 3 lines, and the wire is . Secondly, it should design main wire. Generator side and 110KV side , load nearby side and using for station side should be included. Generator side: unit wiring, the transformer is. load nearby side: transmit and transformer unit; using for station side: single bus and wiring in sections. Thirdly, it should calculate short current, including . Finally, fixing out electrical equipment according to and . Thats all. Key words: Hydraulic turbline Screel case Regulate and guarantee to calculate Auxiliary Electrical part.目 录原始资料 5第一章 水轮机的选型设计 7第一节 水轮机型号选定 7第二节 原型水轮机主要参数的选择 7 一 三台机组 7 二 四台机组 10 三 五台机组 10 四 六台机组 10五 各方案参数列表 10第三节 较优方案选择 10第四节 技术经济指标计算 12一 动能经济指标 12二 机电设备投资和耗钢量 14第五节 最优方案选择 17一 水利机械投资估算表 17二 电气部分投资估算表 17三 最优方案的主要参数 19第六节 最优方案的进出水流道设计 20一 转轮的计算 20二 蜗壳计算 20三 尾水管计算 25第七节 绘制厂房横剖面图 26 一 发电机外型尺寸估算 26 二 厂房各高程的确定 28 三 厂房宽度的确定 30 三 主厂房长度确定 30第二章 调节保证计算及调速设备的选择 32第一节 设计水头下甩全负荷时的调保计算 32 一 已知计算参数 32 二 管道特性计算 32 三 水击压力升高计算 34 四 转速上升计算 37 第二节 最大水头下甩全负荷下的调保计算 38 一 管道特性系数 38 二 水击压力升高计算 41 三 转速上升计算 43 第三节 调速设备的选择 44第三章 辅助设备选择 45 第一节 水系统 45 一 技术供水系统45 二 消防和生活供水 50 三 检修排水 51 四 渗漏排水 53 第二节 气系统 53 一 气系统用户 53 二 供气方式 54 三 设备选择 54 第三节 透平油系统 57 一 透平油系统供油对象 .57 二 用油量估算 57 三 油桶及油处理设备选择 58第四章 电气部分 59 第一节 接入系统设计 59 第二节 电气主接线设计 59 一 发电机电压侧 59 二 近区负荷侧 60 三 送电电压侧 62 四 电厂自用电侧 63 第三节 短路电流计算 65 一化简电路图 67 二 计算短路电流 71 第四节 设备选择 85 一 断路器选择 85 二 隔离开关选择88 三 变压器中性点隔离开关选择 91 四 避雷器的选择 91 五 电流互感器的选择 91 六 电压互感器的选择 92 七 其它设备选择 92附录一 效率和出力计算结果 94附录二 番口水电站电力系统接线图 98参考文献 102原始资料 番口水电站位于我国河北省北部，滦河干流上，番口水库是综合利用的多年调节水库，主要任务是调节滦河水量供天津市和唐山地区工农业用水，引水结合发电，兼顾防洪。番口水电站建成后并入京津唐点网运行，在系统中担负调峰、调相和事故备用。电站为坝后式。河谷宽约600米，主河槽位于右岸，宽为100米，大坝溢流段350米，布置在左岸。厂房布置在右岸非溢流坝坝后，铁路右岸下游方向进厂。压力钢管为140米。本电站下游水位曲线见下图： 基本参数：电站总装机45万千瓦，最高水头为80米，平均水头60米，最小水头45米，年利用小时数为2010保证出力为13万千瓦。其千年洪水位为155.1米，五百年洪水位153.9米。本地区年平均气温16.5度，实测最高温度37.6度，实测最低温度-15.8度，电站建成后将在距离80公里的唐山变电所接入系统,（电力系统接线图参见电气部分），并向太平庄供电5000千瓦，送电距离20公里。番口水电站设计主要包括四部分内容：水轮机主机选型设计，调节保证计算及调速设备选择设计，辅助设备系统（包括透平油、水、气系统）设计和电气部分设计。设计原则：选择效率最高，经济投资最少的，综合效益最好的作为最优方案。设计程序：1、按给定特征水头决定机组型号；2、拟定机组台数；3、确定水轮机的标准直径和标准转速；4、技术经济指标计算和比较；5、选出最优方案。第一章 水轮机组选型设计第一节 水轮机型号的初步选择一、水电站的主要参数Hmax=80m Ha=60m Hmin=45m Hr=57m。总装机容量400MW二、转轮的形式水电站的水头范围为4580m，根据型谱新转轮性能曲线及流道尺寸汇编中的中小型混流式水轮机模型转轮主要参数表，推荐使用水头范围，确定转轮型号为HL260/D74.第二节 水轮机主要参数的确定按电站建成后，在电力系统的作用和供电方式，电站装机台数分别按2台、3台、4台、5台、6台五种方案进行比较。一、装机台数2台，单机容量200000kW（一）水轮机设计水头下出力NG=200000kW，发电机效率=0.98，因此水轮机设计水头下的出力为 （1-1）式中：发电机效率，取0.98；机组的单机容量kW；（二）水轮机转轮直径初估时，可以近似取所选择的额定工况点的模型效率，再加上3%的修正值，即，Q11值一般取特性曲线上最优单位转速n110与5%出力限制线交点相应的Q11=1.247m3/s。（1-2）式中：水轮机原型率；Pr机组的单机容量kW；Q11模型单位流量m3/s；Hr设计水头m；按我国规定的转轮直径系列，计算值处于标准值6.0 m和6.5m之间，取D1=6.5m。（三）计算原型水轮机的效率当D1=6.5m时，（1-5）式中：水轮机模型最优工况效率；D1M转轮模型直径m；D1转轮原型直径m；（1-6）式中：水轮机原型最优工况效率；水轮机模型最优工况效率；限制工况原型水轮机效率：，与假设效率0.920误差小于5%，故计算通过。（四）同步转速n（1-3）式中：n11r水轮机模型设计转速r/min；n11r=n11M+n11; n11=n11T-n11M=;故n110.03 n11M ,所以 n11可以忽略 ，即 n11r=n11M HA平均水头m； D1转轮直径m；当D1=6.5m时，n介于93.8r/min与100r/min之间，故取n=93.8r/min。（五）检验水轮机的运行范围最大水头、最小水头和平均水头对应的单位转速 D1=6.5m，n=93.8r/min（1-9）（1-10）（1-11）式中：n水轮机额定转速r/min；D1转轮原型直径m；H水头m；二、装机台数3台，单机容量133300kW计算方法同上，采用Excel表格处理。具体计算过程见附表，计算结果见各方案计算数据列表。三、装机台数4台，单机容量100000kW计算方法同上，采用Excel表格处理。具体计算过程见附表，计算结果见各方案计算数据列表。四、装机台数5台，单机容量80000kW计算方法同上，采用Excel表格处理。具体计算过程见附表，计算结果见各方案计算数据列表。五、装机台数6台，单机容量66700kW计算方法同上，采用Excel表格处理。具体计算过程见附表，计算结果见各方案计算数据列表。各方案列表如下表1-1各方案计算数据列表方案装机台数单机容量kw标称直径m同步转速r/min水头m转速r/min122000006.593.84590.96078.78068.2231333007.0107.14587.86076.18065.9331333005.5115.44594.66081.98071431333005115.445866074.58064.5531333005125.04593.26080.78069.9641000004.5136.44591.56079.28068.675800004.1136.44583.46072.28062.586667003.81504584.96073.68063.496667003.8166.74594.46081.88070.8第三节 较优方案的选择一、 较优方案的选择（一）选择方法将以上各待选方案的n11max、n11A、n11min三条直线画在各自的模型综合特性曲线上，以每两个方案为一个比较组。选择三条直线包围高效区最好，并且n11A通过最高效率区的方案为较优的方案。当在一张图上有两个或两个以上的方案都能较好的包围高效区时，则用迭代法计算水轮机的单位流量，包括设计水头与最大水头。绘制（Q11min，n11max）（Q11r，n11r）的连线，尽可能多的包围最高效率区。其中Q11r超过了出力限制线，说明D1选的太小；若小于出力限制线，则说明D1选的太大。计算的公式如下：（1-21）（1-22）式中：Pr机组的单机容量kW；D1转轮原型直径m；H水头m；n水轮机额定转速r/min；水轮机原型效率；（二）在模型综合特性曲线上比较方案的几点说明1. 在最小水头下，水轮机不能发出额定出力，此时水轮机受到出力限制线的限制，所以不需要试算最小水头下的Q11；2. 在最大水头和设计水头下的Q11值，是利用原型水轮机效率计算出来的Q11，但是Q11和此水头对应的n11的交点的模型水轮机效率加上修正值并不一定等于，因此需要试算，求出较准确的Q11；3. 试算法的基本过程：首先假定一个，由式（1-21）计算出一个Q11，再由Q11和对应水头的n11在图上找到一点，并查出此点的，将此转换成原型效率（按限制工况点效率误差计）。再代入式（1-21）计算出Q11，此时可比较两次计算的Q11是否相同。若不等，重复前面的过程，直到两次计算的Q11相同为止。为了减少试算次数，一般只要前面两次单位流量相差值小于5%即可停止迭代式算。4. 绘制（Q11min，n11max）（Q11r，n11r）的连线，找到与出力限制线的交点，读取其n11值，按式（1-22）反算得设计水头HR，此值用来计算运转特性曲线的水轮机出力限制线。二、进行较优方案的选择方案编号1、6、8都能较好地包围最高效率区，对这几个方案进行迭代式算，进一步确定较优方案。表1-3优选方案列表方案转轮型号台数单机容量kW转轮直径m转速r/min1HL260/D7422000006.593.86HL260/D7441000004.5136.48HL260/D746667003.8150第四节 技术经济指标计算一、动能经济指标根据运转特性曲线，求各方案的平均效率。（一）绘制转轮运转综合特性曲线等效率曲线的绘制：1. 在水轮机工作水头范围（HminHmax）内取4个水头值（包括Hmin、HA、H2、Hmax）。计算各水头对应的单位转速n11，以各n11值在模型综合特性曲线上作水平线与其等效率线相交得一系列交点，根据交点处的Q11和m计算出原型水轮机的效率和出力P。具体结果见附表。然后对每个水头值作等效率曲线。2. 在曲线上做某效率值水平线与曲线相交，找出各交点的P、H值。3. 建立PH坐标系，并在其中绘出计算中所选水头值的水平线，将2中得到的各交点按其H、P值对应点到PH坐标系中，连接各点即得到某效率值的等效率线。4. 绘制出力限制线。在HRHmax之间，是一条P=NG的直线L1，在HminHR之间的出力限制线是HR和Hmin在额定出力时对应的出力的连线L2，L1和L2的交点即为（HR，Pr）。各方案的曲线见附图。（二）根据所绘制的运转特性曲线计算各方案的平均效率1.利用面积法求各方案的平均效率（1-23）式中1、2为特性曲线上相邻等效率线上的效率值，Ai为两相邻效率线之间的面积。具体结果见附表。二、机电设备投资和耗钢量（一）水力机械部分1水轮机(1).水轮机的重量G查水力机械图2-55，方案1， D1=6.5m，G=1130t，总重11302=2260t；方案6， D1=4.5m，G=445t，总重4454=1780t；方案8，D1=3.8m，G=290t，总重2906=1740t；(2).水轮机的价格按3.5万元/吨计算方案1， 总价=22603.5=7910万元；方案6，总价=17803.5=6230万元；方案8，总价=17403.5=6090万元；2.调速器按30.0万元/台来考虑，故各方案总价估算如下：方案1， 总价=230.0=60 万元；方案6，总价=430.0=120万元；方案8，总价=630.0=180万元；3.起重设备起重机允许起吊的最大的重量（包括平衡梁和吊具）称为额定起重量。额定起重量应等于或大于最重吊运件（悬式机组为发电机转子带轴，伞式机组的大轴带转轮的重量有可能大于发电机转子带轴）加起吊工具（包括平衡梁和专用吊具）的重量。因此首先要计算水轮发电机的外形尺寸，确定发电安装的结构形式，从而判断最重的起吊部件是否是发电机转子带轴。(1).水轮发电机基本尺寸的估算极距 cm：（1-27）式中：K1系数，K1=9.012.5（中容量）或8.310.7（大容量、高速的取上限），取10；Sn发电机视在额定功率kVA，为功率因数；P极对数，可由同步转速查得；方案1， K1=10，NG=200000kW，=0.85，P=32， =77.9cm；方案6，K1=10，NG=100000kW，=0.85，P=22， = 71.9cm；方案8，K1=10，NG=66700kW，=0.85，P=20， = 66.6cm；定子铁芯内径Di cm：（1-28）式中：极距，cm；P极对数，可由同步转速查得；方案1， =77.9cm，P=36，Di=1587.8cm；方案6， =71.9cm，P=22，Di=1007.5cm；方案8， =66.6cm，P=20，Di=848.4cm；定子铁芯长度lt cm：（1-29）式中：C发电机利用系数，从表2-7中查得；Sn发电机视在额定功率kVA，；Di定子铁芯内径cm；nN发电机额定转速r/min；方案1， C=6.2610-6，Di=1587.8cm，nN=93.8r/min，lt=161.3cm；方案6， C=6.2610-6，Di=1007.5cm，nN=136.4r/min，lt=144.5cm；方案8，C=6.2610-6，Di=848.4cm，nN=150r/min，lt=129.6cm；(2).选择发电机安装结构形式悬式机组：径向机械稳定性好，轴承损耗较小，维护检修方便；伞式机组：总高度比悬式低，可以降低水电站厂房高度，减轻机组重量，因为推力轴承直径较大，故其轴承损耗比悬式大。（1-30）式中：Di定子铁芯内径cm；lt定子铁芯长度cm；nN发电机额定转速r/min；当时，多采用悬式机组；当时，多采用半伞式机组；当时，多采用伞式机组。方案1， Di=1587.8cm，nN=93.8r/min，lt=161.3cm，0.105，采用全伞式机组；方案6，Di=1007.5cm，nN=136.4r/min，lt=144.5cm，0.051，采用全伞式机组；方案8，Di=848.4cm，nN=129.6r/min，lt=150cm，0.044，采用半伞式机组；三种方案的机组都是伞式，因此起重机吊起的最大部件可能为发电机转子带轴，或者水轮机转轮带轴。但此时水轮机轴伸暂时无法获得，故先按发电机转子带轴进行试算。(3).发电机重量GF t：（1-31）式中：KG估算系数，悬式取810，伞式79，取8；Sn发电机视在额定功率kVA，；nN发电机额定转速r/min；方案1， NG=200000kW，=0.85，nN=93.8r/min， GF=1476.8t；方案6，NG=100000kW，=0.85，nN=136.4r/min， GF=724.9t；方案8，NG=66700kW，=0.85，nN=150r/min， GF=519.4t；(4).发电机转子带轴重量Gr t：（1-32） 在此系数取0.5；方案1， GF=1476.9t，Gr=738.45t；方案6，GF=724.9t，Gr=362.45t；方案8，GF=519.4t，Gr=259.7t；(5).起重机重量估算初估时，起重机跨度=D14.5m方案1，Gr=738.45t，由平衡梁起重量选取平衡梁，查得其自重46t，。由此，名义起重量=738.45+46=784.45t。初选跨距Lk=6.54.5=29.25m。拟选配两台单小车桥式起重机2400，查得其夸距为Lk=25m，由此查图确定单小车桥式起重机总重=2282=456t；方案6，Gr=362.45t，由平衡梁起重量选取平衡梁，查得其自重9.647t，再选取吊钩，查得吊钩自重5.4882t。由此，名义起重量=362.45+9.647+5.4882=383.073t。初选跨距Lk=4.54.5=20.25m。拟选配双小车桥式起重机2200t，查得其夸距为Lk=21m，由此查图确定双小车桥式起重机总重=183t；方案8，Gr=259.7t，由平衡梁起重量选取平衡梁，查得其自重6.135t，再选取吊钩，查得吊钩自重4.0062t。由此，名义起重量=259.7+6.135+4.0062=273.847t。初选跨距Lk=3.84.5=17.1m。拟选配双小车桥式起重机2150t，查得其夸距为Lk=19m，由此查图确定双小车桥式起重机总重=129t；(6).起重机总价按2.2万元/吨计算方案1， 起重机总重=456t，起重机单价=4562.2=1003.2万元；方案6，起重机总重=183t，起重机单价=1832.2=402.6万元；方案8，起重机总重=129t，起重机单价=1292.2=283.8万元；（二）辅助设备部分（坝后式不设主阀）辅助设备总投资：辅助设备总投资=K%（水轮机+调速器）主阀价格（1-33）方案1， NG=200000KW，查原始资料得K=2.6%，总价为： 2.6%（7910+60）=207.22万元；方案6，NG=100000KW，查原始资料得K=3.6%，总价为： 3.6%（6230+120）=228.6万元；方案8，NG=66700KW，查原始资料得K=4.4%，总价为： 4,4%（6090+180）=275.88万元；（三）设备安装运输费安装设备运输费=k%设备总价（1-34）设备总价=水轮机+调速器+起重设备+辅助设备方案1， NG=200000KW，查原始资料得K=7.5%，总价为： 7.4%（7910+60+1003.2+207.22）=688.53万元；方案6，NG=100000KW，查原始资料得K=8%，总价为： 8%（6230+120+402.6+228.6）=558.49万元；方案8，NG=90000KW，查原始资料得K=8.1%，总价为： 8.1%（6090+180+283.8+275.88）=553.2万元；（四）电气部分1.水轮发电机现求发电机总价按4.0万元/吨计算方案1， GF=1476.9t，总价=1476.924.0=11815.2万元；方案6， GF=724.9t，总价=724.944.0=11598.4万元；方案8，GF=519.4t， 总价=519.464.0=12465.6万元；2.变压器高压按单母线接线方式；线路的输送容量为220MW，选220KV的电压等级。初步设计时，按发电机变压器单元接线，则主变压器容量应不小于或等于一台发电机的视在功率。按5.0万元/吨计算方案1， NG=200000KW，=0.85，求得Sn=235294KVA。查表变压器重量180t。总价=18025.0=1800万元；方案6，NG=100000万KW，=0.85，求得Sn=117647KVA。查表变压器重量125t。总价=12545.0=2500万元；方案8，NG=66700万KW，=0.85，求得Sn=78470KVA。查表变压器重量100t。总价=10065.0=3000万元；3.开关设备当发电机双绕组变压器单元接线时，发电机出口不装设断路器，因为制造这样大的断路器很困难价格十分昂贵。在初步设计时，考虑到目前普遍使用S6F6型开关，其单台发电机安装总价按100.0万元计算，每台机组装2台开关，由此计算各方案开关设备投资如下：方案1， 总价100.022=400万元；方案6，总价100.024=800万元；方案8，总价100.026=1200万元；4.自动化设备总价估算时以变压器和开关设备总价的10%计算。计算结果如下：方案1， 总价10%（11815.2+1800+400）=1901.52万元；方案6，总价10%（11598.4+2500+800）=1489.84万元；方案8，总价10%（12465.6+3000+1200）=1666.56万元；5.电气部分运输费初步设计时以发电机、变压器、开关设备和电气自动化设备的总价的k%计算，各方案的k%已在前计算水力机械设备安装运输费时查得。方案1， 总价7.5%（11815.2+1800+400+1901.52）=1193.75万元；方案6， 总价8%（11598.4+2500+800+1489.84）=1311.06万元；方案8，总价8.1%（12465.6+3000+1200+1666.56）=1484.9万元；第五节 最优方案选择一、各待选方案的综合比较表1-4水力机械投资估算表168水轮机单重t/台1130445290水轮机总重 t226017801740水轮机单价 万元/t3.5水轮机总价 万元/t7190.0062306090调速器单价 万元/台30调速器总价 万元60120180起重机重量 t456280129起重机总价 万元1003.2402.6283.8辅助设备投资 万元207.22228.6275.88安装运输费 万元688.53558.49553.2总投资 万元9869.957539.697382.88表1-5电气部分投资估算表168发电机单重 t/台1476.9724.9519.4发电机总重 t2953.82899.63116.4发电机单价 万元/t4发电机总价 万元11815.211598.412465.6变压器总价 万元180025003000开关总价 万元4008001200自动化设备总价 万元1901.521489.841666.56设备安装运输费 万元1193.751311.061484.9总投资 万元15716.7218099.319817.06表1-6水轮机方案比较综合表168最大水头Hmax m80最小水头Hmin m45平均水头HA m60装机容量Ny MW400水轮机型号HL260/D74单机容量N kW20000010000066700机组台数246转轮直径D1 m6.54.53.8机组转速n r/min93.8136.4150计算水头Hr m606060水轮机平均效率90.3690.1189.43模型效率最高时的单位转速70r/min总投资 万元25585.6725638.9927199.94单位千瓦投资 元/kW639.64640.97697.99二、确定最优方案经观察比较，方案一的平均效率最高，并且单位千瓦投资最少，故确定方案一为最优方案。三、最优方案主要参数（一）设计流量（1-36）式中：Q11R设计单位流量m3/s；D1转轮原型直径m；HR设计水头m；（二）吸出高度Hs值确定水轮机安装高程的尾水位称为设计尾水位，设计尾水位可根据水轮机的过流量从下游水位与流量关系曲线中查得。电站装机2台，下游尾水位应由一台机的设计流量从表中查得，电站装置2台水轮机的额定流量计算。QR=397.8m3/s，查曲线得尾=149.75m；（1-37）式中：水轮机安装高程m；电站气蚀安全系数=1.15；水轮机模型气蚀系数=0.143；HR设计水头m； 综合考虑多方面的因素，取Hs=-0.46m。（三）飞逸转速（1-39）式中：n11R水轮机模型单位飞逸转速r/min；Hmax最大水头m；D1转轮直径m；表1-7最优方案参数列表转轮型号HL260/D74最大水头Hmax m80最小水头Hmin m45平均水头HA m60单机容量N kW200000水轮机额定出力kW235294机组台数2转轮直径D1 m6.5机组转速n r/min93.8飞逸转速n r/min177.55水轮机平均效率0.9036模型最高效率时的 r/min75水轮机吸出高度Hs m-0.46第六节 最优方案的进出流水道计算一、转轮的计算图1-1 转轮计算示意图表1-8HL具体尺寸 单位：mmD2D3b0D4h11.0861.160.280.7220.069二、蜗壳计算（一）蜗壳型式、断面形状和包角的确定由于本站应用水头在45m80m，水头大于40m，采用金属蜗壳，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接时，采用椭圆形断面，蜗壳的包角为345。（二）座环的确定水轮机的座环是承受水轮发电机组的重量、蜗壳上部部分混凝土重量以及水压力，并将其传递到电站基础上去的部件。与金属蜗壳连接的座环有两种：一种是带蝶形边座环；一种是无蝶形边座环。在此采用带蝶形边座环，其锥角=55。关于h的估计采用经验公式：（1-41）式中：b0导叶高度mm，；r座环蝶形边半径mm；其有关尺寸见下表：表1-9座环参数 单位：mmDaDbKrh1000085001756001326（三）蜗壳参数计算图1-2 蜗壳计算示意图1.蜗壳进口断面(1).进口断面流量（1-42）式中：蜗壳包角；QR设计流量m3/s；(2).进口断面流速（1-43）式中：K金属蜗壳流速系数K=0.91；(3).进口断面半径（1-44）式中：Q0进口断面流量m3/s；v0进口断面流速m/s；(4).进口断面中心距（1-45）式中：Da座环进水边直径m；K座环进水边间隙m；蜗壳进口断面半径m；h座环半高m；(5).由进口断面尺寸求出蜗壳系数和蜗壳常数（1-46）式中：蜗壳包角；a0蜗壳进口断面中心距m；蜗壳进口断面半径m；(6).进口断面外径（1-47）式中：a0蜗壳进口断面中心距m；蜗壳进口断面半径m；2.圆断面计算（1-48）（1-49）（1-50）（1-51）式中：各参数含义见计算示意图；3.椭圆断面的计算椭圆断面的起始角为：（1-52）椭圆短半径（1-53）与圆的同等面积（1-54）（1-55）（1-56）式中：座环蝶形边中心角； C蜗壳系数；其他参数含义见计算示意图；椭圆断面长半径（1-57）