水轮机选型设计及振动分析.doc

河北工程大学毕业设计(论文)任务书设计原始资料一、 电站地理位置：位于华北地区。电站所在地海拔高程约930 m 。二、 枢纽任务：发电为主。三、 总装机容量：P总=3000MW 保证出力：400MW四、 水轮机工作水头 最大水头Hmax=150m平均水头Hav=130m 设计水头Hr=120m 最小水头Hmin=110m任务与要求一、水轮机部分1.水轮机型号选择。2.应用主要综合特性曲线初步拟订待选方案。3.通过初步分析比较淘汰明显不合理的方案，保留两个较好方案精选。4.精选过程进行两个方案的动能经济比较。绘制运行特性曲线，进行机电设备的投资估算及土建工程比较5.确定最佳方案。并对其进行如下计算：水轮机飞逸转速；轴向力；导叶高程，导叶最大及最优开度；蜗壳水力计算及单线图；尾水管型式选择及单线图和主要剖面图的绘制；对水轮机结构的特殊要求。二、绘制水轮机的运转综合特性曲线；对发电机的型号进行选择；三、进行蜗壳，尾水管的水力计算；四、利用DASP软件对机组的振动特性进行分析。五、计算书和说明书分别编写设计计算书和设计说明书各一分。计算书要求计算准确，层次清晰，公式和系数选择要求正确合理并标明依据。说明书要论证充分正确，结论清楚。书写字迹工整。，图纸要符合标准，要求选择一张用计算机绘制。说明书附英文标题与摘要。目 录任务书1设计原始资料1任务与要求1目 录2摘要4第一部分 水轮机选型设计及装机初选方案的拟定6绪论6第一节 水轮机6第一章 初选方案的拟定71.1机组型式的确定71.2机组台数确定71.3初选方案的选定71.4精选方案的确定81.4.1 方案的选择计算81.4.2 方案II的选择计算101.4.3方案III基本参数的确定121.4.4初选方案的分析及精选方案的确定13第二章 精选方案的比较142.1 运转综合特性曲线的计算与绘制142.1.1 等效率曲线的绘制142.1.2等吸出高度线的计算与绘制182.2 投资估算212.2.1 机电设备计算比较212.2.2 动能经济比较222.2.3 土建工程比较222.2.4 最优方案的确定及相关参数的确定222.2.5 最优方案的其他参数的确定。23第三章 最优方案的蜗壳和尾水管的设计及其参数计算243.1蜗壳的水力计算243.1.1 蜗壳形式的确定243.1.2 金属蜗壳设计243.2尾水管的水力设计293.2.1尾水管型式的选择293.2.2 尾水管各部分尺寸的计算293.2.3 尾水管单线图和剖面图的绘制30第四章 发电机型号的选择314.1 水轮发电机的主要参数314.1.1发电机的参数计算314.1.2估算定子铁芯的内径及长度314.2发电机外形尺寸估算334.2.1径向尺寸估算334.2.2轴向尺寸估算344.3发电机选择结果354.3.1发电机计算结果354.3.2选择发电机的型式及冷却方式354.3.3发电机型号35第二部分 水轮机组振动类型与特征36绪论36第一章 水轮发电机组振动机理与特征371.1水力振动371.2机械振动401.3电磁振动41第二章 DASP软件简介43第三章 时域分析理论453.1震动分析概述453.2时域分析453.3时域分析示例46第四章 消除振动的措施48结 论50致 谢51参考文献52摘要本设计着重阐述了水轮机型号的选择，对蜗壳和尾水管的设计过程。第一部分是通过已知所给水电站的数据，拟定水轮机的初选方案，经过比较，确定两个精选方案，绘制它们的运转综合特性曲线图，并进行机电设备的投资估算及土建工程比较，最后确定最佳方案。然后对最佳方案的蜗壳和尾水管进行计算与绘制，并对水轮发电机进行选择。第二部分是利用DASP软件对机组的振动特性进行分析。关键词：水轮机，蜗壳，尾水管，发电机选择，DASPAbstractThis design focuses on the selection of turbine type of volute and tail pipe design process. The first part is the data given by hydropower known primaries scheme proposed turbine, by comparison, to determine the selection of the two programs, drawing their integrated operation characteristic curve, and investment estimation and comparison of civil mechanical and electrical equipment, Finally, to determine the best solution. Then the optimal scheme of spiral and tail pipe calculation and rendering. The second part is the use of the vibration characteristics DASP software unit for analysis.Keywords: turbine, volute, tail pipes, generators choice, DASP第一部分 水轮机选型设计及装机初选方案的拟定绪论 第一节 水轮机水轮机是一种把河流中蕴藏的能量转换为旋转机械能的原动机。水流流过水轮机时，通过主轴带动发电机将旋转机械能转换成电能。水轮机按工作原理可分为冲击式水轮机和反击式水轮机两大类。冲击式水轮机的转轮受到水流的冲击而旋转，工作过程中水流的压力不变，主要是动能的转换；反击式水轮机的转轮在水中受到水流的反作用力而旋转，工作过程中水流的压力能和动能均有改变，但主要是压力能的转换。冲击式水轮机按水流的流向可分为切击式(又称水斗式)和斜击式两类。斜击式水轮机的结构与水斗式水轮机基本相同，只是射流方向有一个倾角，只用于小型机组。 反击式水轮机可分为混流式、轴流式、斜流式和贯流式。在混流式水轮机中，水流径向进入导水机构，轴向流出转轮；在轴流式水轮机中，水流径向进入导叶，轴向进入和流出转轮；在斜流式水轮机中，水流径向进入导叶而以倾斜于主轴某一角度的方向流进转轮，或以倾斜于主轴的方向流进导叶和转轮；在贯流式水轮机中，水流沿轴向流进导叶和转轮。 轴流式、贯流式和斜流式水轮机按其结构还可分为定桨式和转桨式。定桨式的转轮叶片是固定的；转桨式的转轮叶片可以在运行中绕叶片轴转动，以适应水头和负荷的变化。 各种类型的反击式水轮机都设有进水装置，大、中型立轴反击式水轮机的进水装置一般由蜗壳、固定导叶和活动导叶组成。蜗壳的作用是把水流均匀分布到转轮周围。当水头在40米以下时，水轮机的蜗壳常用钢筋混凝土在现场浇注而成；水头高于40米时，则常采用拼焊或整铸的金属蜗壳。 在反击式水轮机中，水流充满整个转轮流道，全部叶片同时受到水流的作用，所以在同样的水头下，转轮直径小于冲击式水轮机。它们的最高效率也高于冲击式水轮机，但当负荷变化时，水轮机的效率受到不同程度的影响。 反击式水轮机都设有尾水管，其作用是：回收转轮出口处水流的动能；把水流排向下游；当转轮的安装位置高于下游水位时，将此位能转化为压力能予以回收。对于低水头大流量的水轮机，转轮的出口动能相对较大，尾水管的回收性能对水轮机的效率有显著影响。第一章 初选方案的拟定1.1机组型式的确定本水电站的工作水头：最大水头Hmax=150m平均水头Hav=130m最小水头Hmin=110m 设计水头Hr=120m 根据水轮机类型及应用水头范围，可知，符合本水电站的水轮机类型有混流式和斜流式水轮机。 斜流式水轮机的结构复杂，加工工艺要求和造价均较高；混流式水轮机结构简单，运行稳定且效率高，因而其应用广泛，所以选择混流式水轮机作为本水电站的水轮机机型。1.2机组台数确定在选择机组台数时，应从下面这几个方面的因素确定： 成本。 运行效率。 运行维护。 电厂主接线。 电力系统。 设备制造、运输及安装。1.3初选方案的选定按我国水轮机型谱推荐的设计水头与比转速的关系，水轮机的ns为： （mkw） （1-1） 因此，以选择比转速在170(mkw)左右的水轮机为宜。在水轮机型谱中，本水电站水头段只有HL180/A194和HL180/D06A符合。其中HL180/A194最优工况比转速与ns较为接近，因此，初步拟定3种方案：表1-2初选方案拟定方案IIIIII机组台数（台）456单机容量（万千瓦）756050转轮型号HL180/A194HL180/A194HL180/A1941.4精选方案的确定1.4.1 方案的选择计算（1）转轮直径D1的计算： 水轮机额定出力: （kw） （1-2）查水电站设计手册表1-4，得HL180水轮机的最优单位转速n110 = 69 r/min。取最优单位转速与出力限制线交点的单位流量为设计工况点的单位流量， 则Q11r = 0.745m3/s，对应的模型效率= 0.90。暂取效率修正值= 3%，则设计工况下原型水轮机效率= M+= 0.90 + 0.03 = 0.93水轮机转轮直径D1为：（m）（1-3）按我国规定的转轮直径系列，计算值处于标准值9m和9.5m之间，本机组属于大型机组，故取非标准值D1 = 9.3m。（2）效率的计算：查水轮机附表6，得HL180型水轮机模型参数：转轮直径D1M = 0.35m，最优工况下的最高效率M0 = 0.926。则可求出原型效率为： （1-4） （1-5）故限制工况原型水轮机效率为： （1-6）（3）同步转速的选择： （r/min） （1-7）查水轮机表66发电机标准同步转速，此计算值介于83.3与88.2（r/min）之间，且接近88.2 r/min，故取n=88.2 r/min（4） 水轮机设计流量的计算 设计工况点的单位流量为：（m3/s） （1-8）（m3/s） （1-9）（5） 计算水轮机的运行范围 最大、最小和设计水头所对应的单位转速：（r/min） （1-10） （r/min） （1-11）（r/min） （1-12）（6） 几何吸出高度的计算为使水轮机尽可能不发生空化，取Hmin，Hr，Hmax三个水头分别计算水轮机的允许吸出高度，以其中的最小值作为最大允许吸出高度。用（5）中计算的对应工况点从模型综合特性曲线上分别查得Hmin，Hr，Hmax所对应的模型空化系数分别为0.075，0.068，0.069。 模型空化系数 空化系数修正值，查水轮机图3-7得：=0.02。Hmin：Hs=（m） （1-13）Hr：Hs=（m） （1-14）Hmax：Hs=（m） （1-15）从三个吸出高度计算值中取最小值-4.38m,再留一定的余量，取最大允许吸出高度为Hs=-4.5m1.4.2 方案II的选择计算(1)转轮直径D1的计算：水轮机额定出力： （kw） （1-16）水轮机转轮直径D1为：（m）（1-17）按我国规定的转轮直径系列，计算值处于标准值8m和8.5m之间，计算直径更接近8.5m，故取转轮直径D1 = 8.5m。（2）效率的计算：查水轮机附表6，得HL180型水轮机模型参数：转轮直径D1M = 0.35m，最优工况下的最高效率M0 = 0.926。则可求出原型效率为： （1-18） （1-19）故限制工况原型水轮机效率为： （1-20）（3）同步转速的选择： （r/min） （1-21）查水轮机表66发电机标准同步转速，此计算值介于93.8与100（r/min）之间，且接近93.8 r/min，故取n=93.8 r/min。（4）水轮机设计流量的计算 设计工况点的单位流量为：（m3/s） （1-22）（m3/s） （1-23）（5）计算水轮机的运行范围 最大、最小和设计水头所对应的单位转速：（r/min） （1-24）（r/min） （1-25）（r/min） （1-26）（6）几何吸出高度的计算为使水轮机尽可能不发生空化，取Hmin，Hr，Hmax三个水头分别计算水轮机的允许吸出高度，以其中的最小值作为最大允许吸出高度。用（5）中计算的对应工况点从模型综合特性曲线上分别查得Hmin，Hr，Hmax所对应的模型空化系数分别为0.076，0.069，0.072。Hmin：Hs=（m） （1-27）Hr：Hs=（m） （1-28）Hmax：Hs=（m） （1-29）从三个吸出高度计算值中取最小值-4.83m,再留一定的余量，取最大允许吸出高度为Hs=-5m。1.4.3方案III基本参数的确定(1)转轮直径D1的计算： 水轮机额定出力： （kw） （1-30）水轮机转轮直径D1为：（m）（1-31）按我国规定的转轮直径系列，计算值处于标准值7.5m和8m之间，计算直径更接近7.5m，故取转轮直径D1 = 7.5m。（2）效率的计算： （1-32） （1-33）故限制工况原型水轮机效率为： （1-34）（3）同步转速的选择： （r/min） （1-35）查水轮机表66发电机标准同步转速，此计算值介于100与107.1（r/min）之间，且接近107.1 r/min，故取n=107.1 r/min。（4）水轮机设计流量的计算 设计工况点的单位流量为：（m3/s）（1-36）（m3/s） （1-37）（5）计算水轮机的运行范围 最大、最小和设计水头所对应的单位转速（r/min） （1-38）（r/min） （1-39）（r/min） （1-40）（6）几何吸出高度的计算为使水轮机尽可能不发生空化，取Hmin，Hr，Hmax三个水头分别计算水轮机的允许吸出高度，以其中的最小值作为最大允许吸出高度。用（5）中计算的对应工况点从模型综合特性曲线上分别查得Hmin，Hr，Hmax所对应的模型空化系数分别为0.075，0.069，0.072。Hmin：Hs=（m） （1-41）Hr：Hs=（m） （1-42）Hmax：Hs=（m） （1-43）从三个吸出高度计算值中取最小值-4.83m,再留一定的余量，取最大允许吸出高度为Hs=-5m。1.4.4初选方案的分析及精选方案的确定 查HL220的模型综合特性曲线，可以看出：单位转速的变化范围所包含的高效区中，方案I有一部分处于高效区范围之外，方案II和方案III的大部分都处于高效区范围，这两种水轮机的平均效率都较高。因此，保留方案II和方案III进行精选。第二章 精选方案的比较2.1 运转综合特性曲线的计算与绘制2.1.1 等效率曲线的绘制 绘制等效率曲线的具体步骤为： （1）在水轮机工作水头范围内(HminHmax)内，取若干间隔均匀的水头（一般取45个），计算各水头所对应的单位转速n11M, 以各n11M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、计算出原型水轮机的效率和出力P，然后，作出各水头的=f（P）曲线。 （2）在曲线=f（P）上的以某效率（例如=90%）作为水平线与各=f（P）曲线相交找出各点的H、P值。 （3）作PH坐标系，并在其中绘出计算中所选水头值的水平线，将（2）中所得到的各点按其H、P值点到PH坐标系中，连接各点即得到某效率值的等效率线。方案II和方案III等效率曲线的绘制均按上述步骤进行，计算结果分别计于表2-1和表2-2中。等效率曲线图分别绘制在图2-1和图2-2中，运行特性曲线非别绘制在图2-3和图2-4中。计算公式：1、原型水轮机效率。 （2-1） 2、原型水轮机出力。 （2-2）表2-1 方案II等效率曲线计算表Hmin =110m n11M = 65.1（r/min）Hr = 120m n11M = 72.5（r/min）Q11PQ11P0.84 0.424 0.873 323544 0.84 0.410 0.873 354544 0.86 0.465 0.893 362959 0.86 0.450 0.893 398048 0.880.515 0.913 410990 0.880.495 0.913 447660 0.89 0.540 0.923 435661 0.89 0.520 0.923 475419 0.90 0.570 0.933 464847 0.90 0.550 0.933 508295 0.91 0.610 0.943 502800 0.91 0.580 0.943 541766 0.91 0.733 0.943 604184 0.91 0.730 0.943 681878 0.90 0.756 0.933 616534 0.90 0.750 0.933 693130 0.89 0.778 0.923 627675 0.89 0.770 0.923 703986 0.88 0.793 0.913 632845 0.88 0.785 0.913 709925 0.86 0.817 0.893 637716 0.86 0.810 0.893 716487 0.84 0.843 0.873 643273 0.84 0.837 0.873 723788 5%出力限制线上5%出力限制线上0.900.741 0.938 607540 0.900.745 0.935 689985 Hav = 130m n11M = 69.9（r/min）Hmax = 150m n11M = 65.1（r/min）Q11PQ11P0.84 0.400 0.873 388223 0.84 0.395 0.873 426747 0.86 0.440 0.893 436829 0.86 0.445 0.893 491779 0.880.480 0.913 487214 0.880.478 0.913 540079 0.89 0.505 0.923 518204 0.89 0.500 0.923 571124 0.90 0.530 0.933 549750 0.90 0.525 0.933 606177 0.91 0.560 0.943 587093 0.91 0.640 0.943 746879 0.91 0.710 0.943 744351 0.91 0.695 0.943 811064 0.90 0.735 0.933 762389 0.90 0.720 0.933 831329 0.89 0.755 0.923 774740 0.89 0.744 0.923 849833 0.88 0.776 0.913 787662 0.88 0.764 0.913 863223 0.86 0.803 0.893 797213 0.86 0.815 0.893 900675 0.84 0.850 0.873 824975 0.84 0.843 0.873 910753 5%出力限制线上5%出力限制线上0.890.743 0.928 766557 0.880.742 0.893 820001 单位:P(万千瓦)图2-1方案 II 的等效率曲线图2-3方案II的运转综合特性曲线表2-2方案III的等效率曲线计算表Hmin =110m n11M = 65.1（r/min）Hr = 120m n11M = 72.5（r/min）Q11PQ11P0.84 0.424 0.873 235646 0.84 0.410 0.873 250135 0.86 0.465 0.893 264353 0.86 0.450 0.893 288254 0.880.515 0.913 299336 0.880.495 0.913 316564 0.89 0.540 0.923 317304 0.89 0.520 0.923 334761 0.90 0.570 0.933 338561 0.90 0.550 0.933 355307 0.91 0.610 0.943 366203 0.91 0.580 0.943 437779 0.91 0.733 0.943 440044 0.91 0.730 0.943 475401 0.90 0.756 0.933 449039 0.90 0.750 0.933 487279 0.89 0.778 0.923 457153 0.89 0.770 0.923 498125 0.88 0.793 0.913 460919 0.88 0.785 0.913 505973 0.86 0.817 0.893 464466 0.86 0.810 0.893 527925 0.84 0.843 0.873 468514 0.84 0.837 0.873 533833 5%出力限制线上5%出力限制线上0.900.741 0.938 444847 0.900.745 0.935 496786 Hav = 130m n11M = 69.9（r/min）Hmax = 150m n11M = 65.1（r/min）Q11PQ11P0.84 0.400 0.873 292755 0.84 0.395 0.873 354000 0.86 0.440 0.893 328678 0.86 0.445 0.893 398320 0.880.480 0.913 369643 0.880.478 0.913 444263 0.89 0.505 0.923 392565 0.89 0.500 0.923 472521 0.90 0.530 0.933 419712 0.90 0.525 0.933 501286 0.91 0.560 0.943 447349 0.91 0.640 0.943 535338 0.91 0.710 0.943 563042 0.91 0.695 0.943 678732 0.90 0.735 0.933 572334 0.90 0.720 0.933 695180 0.89 0.755 0.923 581298 0.89 0.744 0.923 706443 0.88 0.776 0.913 586202 0.88 0.764 0.913 718226 0.86 0.803 0.893 591620 0.86 0.815 0.893 726935 0.84 0.850 0.873 597649 0.84 0.843 0.873 752249 5%出力限制线上5%出力限制线上0.890.743 0.928 568518 0.880.742 0.893 710279 单位：P（万千瓦）图2-2方案 III 的等效率曲线图2-4方案 III 的运转综合特性曲线2.1.2等吸出高度线的计算与绘制计算与绘制Hs步骤：（1）计算各水头相应的单位转速n11M，在模型综合特性曲线上过各n11M作水平线与各等线相交，记下各交点的、Q11、M值。（2）根据吸出高度计算式： （2-3） 计算各点Hs，并计算各点出力P。（3）根据各工况点的Hs、P，绘出各水头下的Hs=f（P）曲线。方案II和方案III等吸出高度线的计算和绘制均按上述步骤进行，计算结果分别计于表2-3和表2-4中。等吸出高度线图分别绘制在图2-5和图2-6中。表2-3方案II等吸出高度线计算表HMQ11（+）HPHSHmax=150mn11=76（r/min）0.060.9050.938 0.62812767019 -3.03 0.070.9040.937 0.75313.5918710 -4.53 0.080.8730.906 0.80015943761 -6.03 0.100.8300.863 0.85218957402 -9.03 0.120.7950.828 0.89021959542 -12.03 Hr=120mn11=72.8（r/min）0.060.9200.953 0.6489.6804103 -0.63 0.070.9050.938 0.74510.8909919 -1.83 0.080.8720.905 0.79612938006 -3.03 0.100.8330.866 0.85014.4958475 -5.43 0.120.8060.839 0.88216.8963550 -7.83 Hmin=110mn11=65.1（r/min）0.040.8920.925 0.4806.6578132 2.37 0.050.9080.941 0.5557.7680027 1.27 0.060.9150.948 0.6508.8802353 0.17 0.070.9000.933 0.7089.9860119 -0.93 0.080.8820.915 0.76011905479 -2.03 0.100.8350.868 0.82413.2931302 -4.23 0.120.8090.842 0.85715.4939586 -6.43 单位：P（千瓦）、H（m）、HS（m）图2-5方案 II 的等吸出高度线表2-3方案III等吸出高度线计算表HMQ11（+）HPHSHmax=150mn11=76.6（r/min）0.060.9100.943 0.6201259.2696 -0.03 0.070.9040.937 0.75513.571.7158 -4.53 0.080.8730.906 0.8201575.3131 -6.03 0.100.8300.863 0.8551874.8006 -9.03 0.120.7950.828 0.892174.7048 -12.03 Hr=120mn11=74（r/min）0.060.9150.948 0.6409.661.5059 -0.63 0.070.9040.937 0.75010.871.2409 -1.83 0.080.8730.906 0.8001273.4762 -3.03 0.100.8330.866 0.84014.473.7438 -5.43 0.120.8000.833 0.88816.874.9871 -7.83 Hmin=110mn11=70.4（r/min）0.050.8850.918 0.5007.746.5309 1.27 0.060.9300.963 0.6508.863.4553 0.17 0.070.9050.083 0.7359.969.8906 -0.93 0.080.8750.908 0.7901172.7179 -2.03 0.100.8370.870 0.84613.274.6136 -4.23 0.120.8070.840 0.87615.474.5954 -6.43 单位：P（千瓦）、H（m）、HS（m）图2-6方案 III 的等吸出高度线2.2 投资估算2.2.1 机电设备计算比较方案II：（1）根据水电站设计手册电气一次的发电机部分，推荐使用伞式发电机组。（2）发电机总重估算：查水电站设计手册知 （2-4） GF发电机总重量（t）。 Sn发电机额定容量（kVA）。 nn额定转速（rpm）。 K系数，对伞式发电机取79，本电站取K=8。 方案II发电机重量为：（t） （2-5）（3）水轮机总重量估算： 查水电站设计手册水利机械图2-55，得水轮机总重量GS= 2250t（4）方案II的机电总投资P计算为： 水轮机材料按每吨2.5万计，发电机按每吨4万计。则 (亿元) （2-6）方案III：（1）根据水电站设计手册电气一次的发电机部分，推荐使用伞式发电机组。（2）发电机总重估算：（t） （2-7）（3）水轮机总重量估算： 查水电站设计手册水利机械图2-55，得出水轮机总重量GS= 1600t（4）方案的机电总投资P计算为： (亿元) （2-8）两方案比较：方案II和方案III的机电设备投资相差不多。2.2.2 动能经济比较在设计水头Hr下，水轮机额定功率P为：方案II：（万千瓦） （2-9） PPr=60（万千瓦）方案III：（万千瓦） （2-10） PPr=50（万千瓦）两种方案的设计水头下的功率均大于水轮机的额定功率，符合设计要求。2.2.3 土建工程比较就单台水轮机比较：方案II的水轮机转轮直径较方案III的大1.0m，所以厂房水下部分的开挖量方案II大于方案III。对于方案II的5台机组和方案III的6台机组而言，厂房水下部分的总的开挖量和厂房水上部分主厂房等的总面积比较，方案II比方案III总体来说要少很多。2.2.4 最优方案的确定及相关参数的确定方案II和方案III的机电投资基本相同，动能经济符合要求，但方案II比方案III的土建工程开挖量及厂房面积少，所以将方案II作为最佳选择方案。最优方案的基本参数：（1）转轮直径D1= 8.5 m。（2）转速n= 93.8 r/min。（3）限制工况下水轮机效率=0.934。（4）水轮机设计流量Q r = 554 m3/s。（5）几何吸出高度Hs =5 m。2.2.5 最优方案的其他参数的确定。（1）飞逸转速n r计算。查HL180水轮机模型飞逸特性曲线，得最大导叶开度下单位飞逸转速n11r =127.5 r/min。则n r为：（r/min） （2-11)（2）轴向水推力F t的计算：N （2-12)K = 0.2 0.28。取 K = 0.25。（3）导叶高程。因为HS=3.27m，=930m得 : b0=0.2D1=1.7m （2-13）所以，导叶高程m （2-14）（4）导叶最大及最优开度的确定。查HL180综合特性曲线，得出：模型水轮机导叶的最大开度a0max= 28 mm，最优开度a0= 24 mm。则原型水轮机导叶的最大开度： mm （2-15）最优开度： mm （2-16） 第三章 最优方案的蜗壳和尾水管的设计及其参数计算3.1蜗壳的水力计算3.1.1 蜗壳形式的确定 大中型水轮机的蜗壳，当最大水头在40m以下时，一般用混凝土蜗壳；40m以上时钢板焊接蜗壳。由于本电站水头在40m以上，故选用金属蜗壳，包角选为345o 。3.1.2 金属蜗壳设计 （1）参数的选择。 1、取 2、金属蜗壳座环尺寸的确定 ； D a 座环外环直径。 D b 座环内环直径。 R a 固定导叶外切圆半径。 r a 蝶形边锥角顶点所在的半径。 则 m （3-1） m （3-2） K=0.10.2，这里取K=0.153、， （3-3） K修正系数，K=0.10.2，取K=0.15 得 b0 = 2.975 m。 b0 座环高度，即导叶高度。 h = + 参数，= 0.1 0.2，取=0.15。 h 蝶形边至导水机构水平中心线高度。则 m （3-4）（2）进口断面计算。进口断面流量Q0： （m3/s） （3-5）进口断面流速V0：查水利机械图2-21得蜗壳进口断面的平均流速V0=10.5m/s进口断面面积F： （m2） （3-6）进口断面半径： （m） （3-7）进口断面中心距a0：查表，得 K = 0.15， Da = 13.6 m。所以 （m） （3-8）（m） （3-9）进口断面外径R0： （m） （3-10）蜗壳系数C： （3-11）（3）圆断面计算。相关公式： i取不同的值，计算结果记于表3-1。蜗壳图绘制于附图7和附图8。表3-1 金属蜗壳圆形断面尺寸计算表断面号ir0h2XX2iaiRi13450.788 6.950 10.951 2.6812.876 3.664 13.422 4.013 10.614 14.627 23300.754 6.950 10.475 2.681 2.792 3.545 12.570 3.906 10.495 14.401 33150.719 6.950 9.999 2.681 2.705 3.424 11.727 3.796 10.374 14.170 43000.685 6.950 9.523 2.681 2.616 3.301 10.895 3.684 10.251 13.935 52850.651 6.950 9.047 2.681 2.523 3.174 10.073 3.571 10.124 13.695