调节水电站装机容量的研究与设计毕业论文.doc

调节水电站装机容量的研究与设计毕业论文前言6第一章 年调节水电站装机容量的确定7第一节 年调节水电站下游水位流量关系曲线、库容曲线及无调节水电站下游水位流量关系曲线的绘制7第二节 用时历列表法进行设计枯水年供水期调节计算，8第三节 同一设计枯水年供水期无调节水电站各月平均出力和保证出力计算11第四节 电力系统年负荷曲线，日负荷曲线和分析曲线的绘制12第五节 年调节水电站装机容量的确定14第六节 年调节水电站重复容量计算17第二章 水轮发电机组主要参数设计20第一节 水轮机型号的选择20第二节 机组运转综合特性曲线的计算和绘制26第三节 待选方案的综合比较27第三章 蜗壳计算30第一节 蜗壳形式、进口断面参数选择30第二节 蜗壳各断面参数计算32第三节 蜗壳单线图的绘制32第四章 尾水管选型计算33第一节 尾水管类型选择33第二节 尾水管各部尺寸的选择34第三节 尾水管单线图的绘制37第四章 水轮发电机的选择计算37第一节 发电机型式的选择37第二节 主要尺寸估算37第三节 水轮发电机重量估算37第四节 选取发电机型号38第五节 绘制发电机外形尺寸图39第五章 调节保证计算39第一节 调节保证计算的任务和标准39第二节 调节保证主要参数计算40第三节 调速器及油压设备选择43结论47总结与体会48谢辞49参考文献:50附录一 计算书部分51附录二 外文文献翻译102附图1-1108附图1-2110附图1-3111附图1-4112附图1-5113附图1-6114附图1-7115附图1-8116附图2-1117附图2-2119附图2-3121附图2-4123附图2-5124附图2-6125附图3-1126附图4-1127附图5-1128前言毕业设计是大学本科教育培养目标实现的重要阶段，是毕业前的综合学习阶段,是深化、拓宽、综合教和学的重要过程,是对大学期间所学专业知识的全面总结。此次设计的主要内容是对年调节水电站装机容量的确定和以级主机设备的初步选择。该电站的正常蓄水位为170m，死水位为140m，最大水头95m，最小水头为69m，设计水头为81m。根据新建年调节水电站设计代表年坝址断面流量、水库库容关系、下游水位流量关系以及其它所有条件进行毕业设计。本设计首先是对计划新建的年调节水电站进行水能计算，确定出供水期的平均出力，其次通过对设计代表年得年负荷图以及日负荷分析曲线的绘制等最终确定出计划新建电站的装机容量的大小。在计算出该电站的装机容量的大小后需进一步对水轮发电机组设备进行选型计算，包括水轮机、蜗壳、尾水管和发电机得确定。以上内容完成后，为保证能使发电机组能稳定安全的运行，还要进行调节保证计算。本设计共分为五个章节，第一章节为年调节水电站装机容量的确定，第二章节是水轮机型号的选择，第三章到第五章为分别对蜗壳，尾水管和发电机得选择，最后一章为调节保证计算。由于时间的仓促加之本人知识水平和实践经验有限，设计中的错误和不妥之处在所难免，望各位老师和同学给予批评指正。第一章 年调节水电站装机容量的确定第一节 年调节水电站下游水位流量关系曲线、库容曲线及无调节水电站下游水位流量关系曲线的绘制一、年调节水电站上游水位库容关系及曲线的绘制 由已知条件表2知，由于水位的不同，水库的容积波动较大，因此须分段对其进行拟合，现将其分为两段进行拟合，水位在150-173为一拟合段，水位在120-150为另一拟合段。 1.水位在150-173之间因库容较大，应将库容实际值缩小1000倍再对其进行曲线拟合 ，可得曲线公式 （1-1） 其中：y为水库水位，m x为库容，x=V/1000.2.水位在120-150之间，将库容实际值缩小100倍再对其进行拟合，可得曲线公式 （1-2） 其中：y为水库水位，m x为库容，x=V/100. 根据水库容积，将其值代入曲线关系可得到水库水位。二、年调节水电站下游水位流量关系 在对下游水位流量关系曲线拟合时因流量波动较大，将其分为两段进行曲线拟合，下游水位在94-96.5之间为一段，水位在97-98.5之间为另一段1. 水位在120-150之间，将下游流量水位数据对其进行拟合，可得公式 （1-3） 其中：y为下游水位，m x为下游流量，2。水位在96.5-98.5之间，须将下游流量数值缩小1000倍在对其进行曲线拟合，可得公式 （1-4） 其中：y为下游水位，m x为下游流量，x=Q/1000 , 根据下游流量的值，将其代入下游水位流量关系曲线中就可查出下游水位。三、无调节水电站下游水位流量关系在对下游水位流量关系曲线拟合时因流量波动较大，将其分为两段进行曲线拟合，下游水位在223-224.2之间为一段，水位在224.2-226.5之间为另一段1. 水位在223-224.2之间，将下游流量水位数据对其进行拟合，可得公式 （1-5） 其中：y为下游水位，m x为下游流量，2. 水位在224.2-226.2之间，将下游流量水位数据对其进行拟合，可得公式（1-6） 其中：y为下游水位，m x为下游流量，根据电站下游流量，将其值代入下游水位流量关系曲线中就可得到下游水位。第二节 用时历列表法进行设计枯水年供水期调节计算， 径流调节的任务就是借助水库的调节作用，按用水要求重新分配河川天然径流。调节计算是研究天然来水、各部门的用水和水库库容三者之间的关系，调节计算的实质就是来水和用水的对照和平衡；当来水大于用水时，水库蓄水；当来水小于用水时水库供水。调节所需的库容有供水期缺水量来决定。径流调节计算是在已知天然来水的情况下进行的，其计算方法根据所应用的河川径流特性可分为两大类；第一类是利用径流的时历特性进行计算的方法，叫时历法。第二类是利用径流的统计特性进行计算，叫做数理统计法。现用时历法进行计算，确定出调节流量和供水期起讫月份便可计算求出相应月份的水库存水量、水库水位和弃水量等数值的变化过程。一、调节流量和供水期起讫月份的计算1.正常蓄水位为170m，死水位为10m，根据拟定的水库库容曲线可得调节库容Vn=1198.6-262.6=936m/s月 2.因为水库由已知为年调节类型，因此无须对库容系数进行计算，判断其调节类型。 3. 计算或时，应从假定供水期或蓄水期入手（1）计算供水期调节流量Qf由水库的平衡原理可知，当不计水量损失时，供水期水库能提供的调节水量有两部分组成：一部分时天然来水量，另一部分是全部调节库容补充的水量。在确定供水期时，尚不知供水期，可任意假定，待求得调节流量后，在通过来水，用水对照，判断其是否正确。（2）计算蓄水期调节流量Qf因为在蓄水期应将水库蓄满，以补充供水期天然来水之不足，因此蓄水期的可用流量应是天然来水量与调节库容的水量之差。在确定蓄水期时，首先应先假定蓄水期，计算出蓄水期的调节流量后与天然流量进行对照，判断其是否正确4. 求得供水期和蓄水期Qf后，其余的月份，因为天然流量介于两者之间，即Qi，属不供不蓄期，利用流量就等于天然流量，计算结果可列成下表。 设计枯水年可用流量表见下表1-1月份345678910111212月平均流量m3/s40066018402430950570310150709080130调节后流量m3/s40066016671667950570310291291291291291二、年调节水电站设计枯水年供水期水能计算 为了确定水电站的动力指标，须对水电站进行出力和发电量的计算，称为水能计算。水能计算的目的就是确定水电站的保证出力和多年平均发电量的指标以及水电站的工作情况。其任务时对已运行的水电站，各主要参数已定不变，需要考虑各个实际因数，进行较精确的水能计算，拟定水电站的最优运行方式，以增加系统的经济效益，对新设计水电站进行水能计算，为选最优参数提供依据由表1-1的数据可确定电站的引用流量，出力系数k=8.3，水头损失，上、下游平均水位可由库容曲线和下游水位流量关系曲线查得， ，出力N=8.3Q，年调节水电站设计枯水 年供水期水能计算结果见下表月份天然流量QI(m/s)引用流量Q(m/s)水库蓄水（+）或供水（-）弃水流量Qs(m/s)时段初末水库存水(m/s).月时段平均水库存水(m/s).月上游平均水位Zu下游平均水位Zd平均水头Hd水电站出力N发电量KWh流量QV(m/s)水量10m10150291-141-3.701198.61128168.7595.2972.3617.2612597.671057.41170291-221-5.810947165.2895.2968.8916.6411993.55836.61290291-201-5.290736.1159.9895.2963.5915.1711070.84635.6180291-211-5.550530.1153.2395.2956.8413.569895.68424.62130291-161-4.230344.1144.6795.2948.2811.528405.41263.6经计算可得年调节水电站设计枯水年供水期累积水能=53963.15万kwh第三节 同一设计枯水年供水期无调节水电站各月平均出力和保证出力计算 无调节水电站在电力系统中主要承担基荷作用，对电力系统的稳定起着重要作用。通过计算确定出其保证出力，对确定新建的年调节电站的装机大小有重要的指导作用。无调节水电站的相关数据有已知条件表8和表9可知。根据已计算出的无调节水电站下游水位流量关系曲线可查的各月下游水位的大小，进一步计算出各月的出力。出力系数k=8.3，水头损失，下游平均水位可由无调节水电站下游水位流量关系关系曲线查得，计算结果如下 月份天然流量（）上游水位（m）下游水位（m）平均水头（m）水电站出力N(万kw)10209315223.2990.6115.718116711168315223.3190.5912.63186961258315223.3790.534.3581142176315223.3690.545.71126322162315223.3290.5812.1793868由计算可知，无调节水电站的保证出力4.36万kw第四节 电力系统年负荷曲线，日负荷曲线和分析曲线的绘制电力生产的一个显著特点是电能这种产品难以储存，电的发、送、耗是同时进行的。在任何时期内要求电力系统供应的电力，称为电力系统负荷。系统中各电站的发电量和出力过程必须同系统负荷变化过程相适应，在规划设计、运行管理电站时，必须了解电力用户的用电过程，负荷特性，并通过分析，计算编制系统的电力负荷图。电力系统中的用电过程在年内和日内均随时间发生变化，这种变化过程可用负荷容量与时程关系曲线图来表示，称之为电力负荷图。电力负荷在一昼夜24h内的变化过程图称为日负荷图。在一年内变化过程图称之为年负荷图。一.设计负荷水平年电力系统负荷图的绘制 年负荷图表示一年内负荷的变化过程，通常用日负荷特征值的年内变化来表示，年负荷图的纵坐标为负荷，横坐标为时间，通常以月为单位，绘成阶梯状。在规划设计电站时，必须考虑远景电力系统负荷的发展水平，与此负荷发展水平相适应的年份，称为电站的设计负荷水平年。设计负荷水平年的负荷图是水电站设计的依据。设计负荷水平年电力系统负荷图见附图1-1二设计负荷水平年电力系统典型日负荷曲线和分析曲线的绘制1.12月份设计负荷水平年电力系统典型日负荷曲线和分析曲线的绘制 （1）12月份设计负荷水平年电力系统日负荷图下表时序h123456789101112负荷104kW747270687274808896928884时序h131415161718192021222324负荷104kW8082848690941009894908278（2）12月份典型日电能累积曲线数据如下表4-7负荷范围104kW100-9898-9696-9494-9292-9090-8888-8686-84负荷间距104kW22222222历时h1235681011分段电能104kW.h2461012162022累积电能104kW.h26122234507092负荷范围104kW84-8282-8080-7878-7474-7272-7070-6868-0负荷间距104kW222422268历时h1315171820222324分段电能104kW.h263034724044461632累积电能104kW.h1181481822542943383842016日负荷分析曲线见附图1-41月和2月设计负荷水平年电力系统典型日负荷图可按12月的变化趋势减至基荷1月份得累积电能E=-(100-98)=1968 万kwh2月份得累积电能=1920万kwh 1月份日负荷分析曲线见附图1-52月份日负荷分析曲线见附图1-62.春秋季（3、9月）设计负荷水平年电力系统典型日负荷曲线和分析曲线的计算（1）3、9月份设计负荷水平年电力系统日负荷图下表时序h123456789101112负荷104kW706866646670747886848078时序h131415161718192021222324负荷104kW768082848690949288868074(2)3、9月份典型日电能累积曲线数据如下表负荷范围104kW94-9292-9090-8888-8686-8484-8282-8080-78负荷间距104kW22222222历时h1234791013分段电能104kW.h246814182026累积电能104kW.h26122034527298负荷范围104kW78-7676-7474-7070-6868-6666-6464-6060-0负荷间距104kW224222460历时h1516182021232424分段电能104kW.h303272404246961440累积电能104kW.h12816023227231436045618963月份日负荷分析曲线见附图1-210月和11月设计负荷水平年电力系统典型日负荷图可按3月的变化趋势减至基荷10月份得累积电能=2034万kwh11月份得累积电能=2082万kwh 10月份日负荷分析曲线见附图1-511月份日负荷分析曲线见附图1-4第五节 年调节水电站装机容量的确定 水电站的装机容量是指水电站的所有机组额定容量的总和。它是水电站的主要参数之一，装机容量的大小直接影响到水电站的规模和动能效益，水能资源的利用程度以及水电站的投资和设备的合理利用。水电站的装机容量有最大工作容量，备用容量和重复容量三部分组成。一、最大工作容量的确定由于系统负荷在一年内是变化的，系统的最大工作容量就等于系统的年最大负荷，是由各类电站共同承担的。水电站所分担的满足系统年最大负荷的容量，称为水电站的最大工作容量。 1.取四种进行比较，假设火电站在四种不同的位置工作火电站和年调节水电站共同承担的最大工作容量等于最大负荷与无调节水电站承担的基荷之差方案月份火电站和水电站承担的最大工作容量(万kw)火电站假设承担的最大工作容量（万kw）供水期水电站最大出力(万kw)供水期水电站月电能（万kwh）供水期水电站累计电能（万kwh）相应的水电站最大工作容量(万kw)1192.295438.29159906608841.64283.8229.82100321080.2926.2989371185.3731.37120991295.6441.64190302192.295636.29143405902639.64283.8227.8294241080.2924.2977211185.3729.37103961295.6439.64171453192.295834.29126465374637.64283.8225.8282081080.2922.2968701185.3727.3797281295.6437.64162944192.296032.29117954848635.64283.8223.8276001080.2920.2966571185.3725.3779641295.6435.64144702.根据以上四种方案计算出的相应年调节水电站最大工作容量和供水期水电站累积电能，作以最大工作容量为纵坐标，水电站累积电能为横坐标的曲线图，此图为最大工作容量的确定图，见附图1-7。由设计枯水年供水期累积电能53963万kwh ，由附图1-7可得最大工作容量为=37.7万千瓦二、.电力系统备用容量的确定 电力系统中各电站的总容量值，出了满足分担系统最大负荷的要求外，还要附加一部分容量以保证系统供电的可靠性，这部分容量称为系统的备用容量。备用容量分为负荷备用容量、事故备用容量和检修备用容量。1. 电力系统负荷备用容量的确定由于电力系统的负荷是不断变动的，有时常常会出现冲击负荷。当负荷超过系统的最大负荷时，这时仅有最大工作容量是不够的，因此需要装置一部分负荷备用容量来承担这种短时的突荷，才不致因系统容量不足使周波降低到小于规定的数值，影响供电质量，根据水利动能规范，系统的负荷备用容量可采用系统最大负荷的5%左右。N =1005%=5万kw2.电力系统事故备用容量 系统中已有415的火电机组，系统中的最大单机为15万千瓦。因为系统事故备用容量可采用最大负荷的10左右但不得小于系统内最大单机的容量，系统的最大负荷为100万千瓦，所以系统事故备用容量应为15万千瓦。水电站承担5万千瓦，火电站承担10万千瓦4.检修备用容量因为水电站机组检修安排在枯水季，火电站机组检修安排在丰水季，故不需设置。三、电力系统必需容量保证系统正常工作的最大工作容量和备用容量之和称为必须容量。由以上计算可得必须容量Nne=47.7万kw第六节 年调节水电站重复容量计算对于无调节及调节性能较差的水电站，在丰水季节将产生弃水，为了充分利用水能资源，减少弃水，多发季节性电能，只有加大水电站装机容量。这部分在必须容量以外加大的容量，在枯水期内由于天然来水少，不能当做系统的工作容量以替代火电站工作容量，因而称为重复容量。它在系统中的作用，主要是增发季节性电能，以节省火电燃料。要确定水电站的重复容量首先根据已知数据分别求出三个设计代表年非供水期径流调节，通过径流调节的计算结果绘制出弃水出力线，根据以求出的设计枯水年供水期的累积电能和重复容量的经济年小时数在弃水出力线上就可查得重复容量的大小。一、三个设计代表年非供水期水期径流调节计算结果如下所示1.设计枯水年非供水期径流调节计算月份天然流量引用流量蓄水量(V）弃水流量下游流量V始容V始容+V/2上游平均水位下游平均水位平均水头Q需340040000400262.6262.614095.0343.861298466066000660262.6262.614094.2944.611298518409269140926262.6719.6159.596.2263.289266243081822159024081176.61187.6169.7397.870.83818795079601549501198.61198.617096.873.27968570570005701198.61198.617096.272.77909310310003101198.61198.617095.573.47902.设计中水年非供水期径流调节计算月份天然流量引用流量蓄水量(V）弃水流量下游流量V始容V始容+V/2上游平均水位下游平均水位平均水头Q需345045000450262.6262.614097.241.7139541830100083001000262.6262.615896.960100052140820106121420341092.61145.6169.197.770.3820626308150181526301198.61198.617098.170.881571420845057514201198.61198.617097.371.684588408000408401198.61198.617096.872.18009450450004501198.61198.617095.773.27982.设计丰水年非供水期径流调节计算月份天然流量引用流量蓄水量(V）弃水流量下游流量V始容V始容+V/2上游平均水位下游平均水位平均水头Q需356056000560262.6262.614096.142.81380421009359362291164262.6730.315996.862.2935527308200191027301198.61198.617098.170.8820634008250257534001198.61198.617098.470.5825723808080157223801198.61198.617097.771.280881040797024310401198.61198.617096.872.17979490490004901198.61198.617096.172.8794二、弃水出力 将以上的计算结果按弃水流量的大小由大到小排列，分别计算出弃水出力，结果见下表弃水流量水头弃水出力月数hihi/3257570.5150.6761251729.6243.2191070.8112.2392421459.2486.4181570.8106.6566632188.8729.6159070.8393.47435142918.4972.8157271.292.898912536481216121470.370.83568664377.61459.257571.634.171175107.21702.424372.114.54184985836.81945.622962.211.82235496566.42188.815473.29.35642410729624324072.12.39372118025.62675.2三、弃水出力持续曲线绘制将上面已计算的弃水出力，以累积小时数为横坐标，弃水出力为纵坐标绘制弃水出力持续曲线 见附图1-8四、经济小时数计算经济小时数hd2004.4h由经济小时数根据附图1-8可查的重复容量=11万kw经以上计算可确定水电站的装机容量N =58.7万kw第二章 水轮发电机组主要参数设计第一节 水轮机型号的选择一、选择水轮机机型及电站装置方式1.水轮机机型的选择：由所给出的原始数据判断，水轮机的运行水头范围为：68-95m，故可供选择的水轮机形式有混流式、斜流式。混流式水轮机具有结构紧凑、运行可靠、效率高，能适应很高的水头范围等特点，应用最广泛的水轮机机型，斜流式虽然效率高，但运行经验少且使用的厂家也少，同时由于本次设计的电站水头变化范围较宽，且负荷较为稳定，故决定采用混流式（HL）水轮机。2.水轮机型号的选择：根据该电站的最大水头为95m，查混流式水轮机转轮型谱参数表，经过初步比较，同时考虑到单位转速高、单位流量大、转轮直径小、效率高、空蚀系数小等判断选择的九个型号见下表：表1-1-1 初选模型机转轮型谱参数表 型 号Hmaxm最 优 工 况限 制 工 况n10(r/min)Q10(L/s)0%m0Q11限(L/s)(%)mNs(m*kwA285-3512074.0101091.80.100124086.00.139239.2D74-351007910800.9270.14312470.8940.143261.08A329-461057498092.10.125112889.30.132232.0A248-3510076.599592.000.098115087.90.130240.7A346-3510078.4103592.10118089.10.132251.6经过对各机型参数的初步比较，可以看出HL A285-46、HL A248-35及HLD74 -35在最优工况下的效率比较高，且单位流量n10、单位转速Q10以及限制工况点的单位流量Q11均比较高，可使原型机获得较高的转速和较大的通过流量，从而在相同出力的情况下缩小机组的尺寸，同时模型机的气蚀系数m较小，有利于电站的稳定运行。故选取上述三个水轮机进行计算，其具体参数如下表：表2-1 初选三个水轮机型号参数表型 号Hmaxm最 优 工 况限 制 工 况飞逸n10(r/min)Q10(L/s)0%m0Q11限(L/s)(%)mNs(m*kwNpr/minA285-3512074.0101091.80.100124086.00.139239.2141.0D74-351007910800.9270.14312470.8940.143261.08D74-35A248-3510076.599592.000.098115087.90.130240.7A248-353.机组台数的选择：由原始资料可知, 系统总装机容量150.7万kw，本水电站的装机容量为58.7万kw，根据规定电站的单机容量不允许超过系统总容量的10%，否则在电站机组发生故障时，会将整个系统拖垮甚至瓦解，故采用4台、5台机组的设计方案进行计算比较。4.电站装置方式的确定水轮机的装置方式可分为卧轴和立轴两种。卧轴布置方式布置简单，不需向下开挖但占地面积较大，一般用于小型电站或水头较低的贯流式水电站。立轴布置方式具有占地面积小的特点，但需向下进行较大的土石开挖，增加土建投资成本。为缩小厂房面积，高水头大型电站一般均采用立轴布置方式。根据原始资料，本次设计电站的最大水头达95m，故应按照立轴布置机组。二、 确定原型机转轮标准直径D1和机组同步转速n分别对于A289-46、A329-46及A346-35型水轮机按照4台及5台，共六个方案进行计算，求得原型机转轮标准直径D1和机组同步转速n，并根据计算结果最终选出两个较好的方案。由前面的计算的水电站的装机容量为N=58.7万kw根据各方案的计算结果初步选出三种方案，个方案的结果如下表： A285-35型水轮机基本参数计算表方案一二台数 Z4 5 万kw15.1312.104.383.92D1（m ） 4.54.1 (%)95.194.9(%)3.33.1 (%)1.781.67单位参数是否修正否否7474n(r/min)148162.44标准转速n0（r/min ） 150166.7Hmax69.2570.127575.9481.2682.28Hrm（）86.688.4Q11m（m3/s）1.2401.1807（）89.992.5Q11T（m3/s）1.2401.180Nr（万kw）16.1413.12Hminm（）8989.2Q11m（m3/s）1.1651.1507（）92.392.3Q11T（m3/s）1.1651.150Nmin（万kw）12.2410.03 由上表比较，根据各方案的单位转速，从模型综合特性曲线上看，方案一通过的高效率区较广，所以初选方案一。 A248-35型水轮机基本参数计算表方案三四台数 Z4 5 万kw15.1312.104.524.03D1（m ） 54.1 (%)95.395.1(%)3.33.1 (%)1.561.5单位参数是否修正否否76.576.5n(r/min)138167.9标准转速n0（r/min ） 150187.576.9678.8783.3385.490.2892.5Hrm（）89.488.9Q11m（m3/s）1.0771.0857（）92.793Q11T（m3/s）1.0771.085Nr（万kw）17.8512.13Hminm（）84.584.7Q11m（m3/s）1.1101.1107（）90.587.8Q11T（m3/s）1.1101.110Nmin（万kw）14.129.2 由上表比较，根据各方案的单位转速，从模型综合特性曲线上看，方案三通过的高效率区较广，所以初选方案三。 D74型水轮机基本参数计算表方案五六台数 Z4 5 万kw15.1312.104.283.8D1（m ） 4.54.1 (%)95.6295.54(%)2.92.8 (%)1.71.65单位参数是否修正否否7979n(r/min)158173标准转速n0（r/min ） 166.7187.576.9678.8783.3585.4290.3192.55Hrm（）90.290.5Q11m（m3/s）1.2381.2307（）93.193.3Q11T（m3/s）1.2381.230Nr（万kw）16.6913.79Hminm（）9089.4Q11m（m3/s）1.2401.2507（）2.992.2Q11T（m3/s）1.2401.250Nmin（万kw）13.1110.89 由上表比较，根据各方案的单位转速，从模型综合特性曲线上看，方案五通过的高效率区较广，所以初选方案五。第二节 机组运转综合特性曲线的计算和绘制水轮机综合特性曲线由模型试验获得，根据水轮机模型综合特性曲线，通过相应的计算和转化，可以绘制出原型机的等效率曲线、等吸出高度曲线和5%出力限制线。一、等效率曲线本电站水头范围为：69-95m。在画等效率曲线时，选取4个特征水头，分别为：69m、81m、88m和95m。按工作特性曲线计算各水头栏中原型机的效率T和对应的出力PT值，绘制出T=f(PT)工作特性曲线。在T=f(PT)曲线上每隔1%2%的效率值作水平线交各曲线于f1,f2,f3,将各交点移至H-PT坐标图上并连成光滑曲线即为等效率曲线。在图中而可以在附作各个水头下的最高效率值，作出Tmax=f(HT) 和PTmax=f(HT)所确定的等效率线拐点的辅助曲线，从而可以在图中画出各效率线的拐点。二、出限力限制线 出力限制线由发电机出力限制线与水轮机出力限制线两部分组成。在设计水头以上机组出力受发电机最大出力限制，为一条垂直线；在设计水头以下受水轮机最大导叶开度或汽蚀限制性，最简便的绘制方法可将设计水头下发出额定出力和在最小水头，最大导叶开度下的出力点联成一直线，作为水轮机出力限制线。当水轮机受汽蚀条件限制时，应同时绘出吸出高度限制线。HLA248-35运转综合特性曲线见附图2-1HLA285-35运转综合特性曲线见附图2-2HLD74-35运转综合特性曲线见附图2-3 三等吸出高度线按计算表内吸出高度计算部分各水头栏的PT和HS值,绘制各水头下的HS=f(PT)辅助曲线(附图3) 。为简化计算,在HS=f(NT)曲线图中,每隔HS=1m作水平线,得与各曲线的交点将各交点移至H-PT坐标图上连成光滑曲线即为等吸出高度线。HLA248-35等吸出高度曲线见附图2-4HLA285-35等吸出高度曲线见附图2-5HLD74-35等吸出高度曲线见附图2-6。四、安装高程的计算 吸出高度HS是指下游水面至转轮叶片上压力最低点之间的距离，因而HS是一个相对值，无法反映出绝对高程，因此要确定安装标记基准，就需要计算出水轮机的安装高程。HLA248-35型水轮机： 93.74mHLA285-35型水轮机： 92.79m HLD74-35型水轮机： 91.89m 第三节 待选方案的综合比较 绘制出水轮机的运转综合特性曲线后，需对两机组的各项性能进行比较，并最终确定单一方案。确定最终方案的参数包括：水轮机的比转速ns,机组平均效率cp，水轮机吸出高度HS ，水轮机的飞逸转速np和机组的受阻容量N。一、水轮机的比转速ns 水轮机的比转速与水轮机的运行工况有着密切的联系，其下限受能量指标（出口动能损失）的限制，其上限受气蚀条件的限制。二、机组平均效率cp 机组的平均效率是衡量机组经济性的重要指标，机组的平均效率越高，其经济性越好，工作的高效区的机率越高，三、飞逸转速np 飞逸转速是衡量机组安全性的最要指标,其计算公式如下: r/minKR: 水轮机飞逸转速系数,一本设计中取1.85四、水轮机吸出高度HS 在水轮机设计水头下,计算出水轮机的单位转速n11m,以单位转速为纵坐标在对应的模型综合特性曲线中作直线,与5%出力限制线相交,得出交点对应的空化系数,并计算出对应的吸出高度HS。计算公式如下： r/min m五、机组的受阻容量P计算公式如下：式中：待选方案各项指标综合比较见下表 型号HLA248-35HLA285-35HLD74-35机组台数444机组额定出力（万kw）15.1315.1315.13标准直径54.54.5标准转速150150166.7比转速270.7253.3288.9最高效率95.291.695.3平均效率87.9389.7591.17吸出高度-2.01-2.74-3.15飞逸转速(r/min)277.5277.5308.4受阻容量万kw1.333.32.03水轮机设计水头（m）73.677.676 由表知,HLD74的平均效率和比转速较高。而且各参数也非常好：吸出高度小，标准转速大。所以最终选择HLD74-450、4台机方案。第三章 蜗壳计算第一节 蜗壳形式、进口断面参数选择水轮机的引水室是水流进入水轮机的第一个部件，其作用是尽量的将管道中的水流均匀的分配到转轮前导水叶的四周，在导叶前造成一定的环量，使水流涡旋线形状，均匀的流向导叶 ，然后再流入转轮，保证运行平稳。如果没有引水室，水流仅依靠导叶来改变流动方向，则水流可能以很大的冲角流向导叶造成撞击损失。常见的引水室归纳起来有开敞式引水室，罐式引水室和蜗壳式引水室三大类。因为要保证沿外围圆周均匀的向导水机构和转轮径向进水，同时还造成一定的环量，进水室就必须做成过水断面逐渐减小的蜗壳形状。一、蜗壳形式选择良好的蜗壳形进水室能使水流流动损失最小，同时又能减小厂房尺寸，降低电站的投资。由于应力强度的限制，钢筋混凝土的蜗壳只能在40m水头以下的电站中采用，而对于40m以上水头的电站来说，只能采用金属蜗壳。根据原始资料，本次设计电站的最大水头为95m，故应选择金属蜗壳。二、蜗壳进口断面参数选择1. 包角的选择蜗壳自鼻端到入口断面所包围的角度称为蜗壳的包角。 混凝土蜗壳包角通常选择在之间，而金属蜗壳的包角通常在之间，故选取包角。2.选择进口断面平均流速进口断面平均流速可以选择大一些，这样可以减小蜗壳尺寸，但过大的增加又会增加损失从而降低水轮机效率，减少水轮机的输出功率，故