水电站选型及结构设计

1、水电站选型及结构设计 水轮机选型及结构设计简介根据电站基本参数进行水轮机选型设计根据电站基本参数进行水轮机选型设计 进行水轮机结构设计及部分过流部件的水力设计进行水轮机结构设计及部分过流部件的水力设计 完成设计计算说明书一份完成设计计算说明书一份 水轮机运转综合特性曲线图水轮机运转综合特性曲线图 (A3)(A3) 蜗壳水力单线图蜗壳水力单线图(A1)(A1) 尾水管水力单线图尾水管水力单线图 (A3)(A3) 导水机构运动图导水机构运动图 (A1)(A1) 水轮机剖面图水轮机剖面图 (A0)(A0) 导叶零件图导叶零件图 (A1)(A1) 导叶强度计算。导叶强度计算。 水轮机选型任务 水轮机选

2、型设计的主要任务是：(1)确定电站装机台数及单机功率。(2)选择水轮机的类型及型号。(3)确定机组的装置方式。(4)确定转轮直径、额定转速、飞逸转速。(5)计算所有运行水头和功率下的水轮机的效率和吸出高度值，绘制出水轮机运转特性曲线。(6)轴向水推力的计算。(7)计算水轮机的外形尺寸，估算重量。 1 水轮机选型设计 青石桥水电站的有关技术参数如下： 该电站远离负荷中心，在系统中担任基荷 。根据以上参数查小型水轮机模型转轮主要参数表知电站水轮机型号可选HL240/D41或HL220/A153两种，由于HL220/A153转轮的真实工况点在功率限制线的右侧，故不合理，应排除。经比较，最后选择了HL

3、240/D41型号的转轮 。 两种型号转轮真实工况点比较图 HL240/D41水轮机基本参数单机功率 单位转速 单位流量 转轮直径 选取标准转轮直径 D1=1.4m转轮额定转速 n=500r/min导叶的最大开度 a0max=153mm 导叶的最大可能开度 a0k=160.65mm单位转速的修正值 ： n11=0轴向水推力水轮机的效率修正值估算水轮机的质量 G=32.17t 水轮机的飞逸转速 吸出高度 Hs=0.028m安装高程 H=246.21mHL240/D41水轮机的真实工况点为 Q11=1.0979m3/s ,=89.76% tfPoc59.45r/min 1175 Rn HL240/

4、D41-LJ-140水轮机运转综合特性曲线2 水轮机蜗壳水力设计 蜗壳有混凝土蜗壳和金属蜗壳2种类型。根据水电站的水头高低进行选择，最大水头在40m以内的机组，通常选用混凝土蜗壳，这类蜗壳的断面形状呈“T”形或“”形, 其包角为135-270；水头超过40m时，一般选用钢板焊接蜗壳，断面形状有圆形和椭圆2种，包角一般为345-360。青石桥水电站的最大水头是89.8m，故采用钢板焊接蜗壳。蜗壳包角为345。 与蝶形边连接的金属蜗壳椭圆形断面尺寸图 与蝶形边相连接的金属蜗壳圆形断面尺寸图 通过程序即可计算出的蜗壳各断面尺寸即可绘制蜗壳的水力单线图，各断面数据如下表所示： 蜗 壳 单 线 图尾水管

5、的作用：（1） 将尾水管做成扩散形，可回收转轮出口处水的部分动能。（2） 当尾水管进口与下游水位的高程差大于零时，可以利用尾水管进口与下游水位的高程差的几何高度所具有的动能；（3） 使水流按要求排至下游。 此次设计采用弯肘形结构的尾水管。尾水管的尺寸是通过模型尺寸相似换算而来。 3 尾水管水力设计尾水管单线图4 导水机构运动图的绘制 水轮机导水机构运动关系图是结构设计中最重要的图纸之一。本设计所选导叶是正曲率导叶，导叶分布圆直径D0=1750mm，导叶数Z0=16，大耳孔所在圆直径Dy=1300mm，小耳孔所在圆直径Dc=1200mm，拐臂长=210mm，连杆长Lc=225mm。 查手册绘制导

6、叶型线图，再根据计算出的真机导叶开度a0,包括最优开度a0y、最大开度a0max、最大可能开度a0k等值 ，即可绘制出导水机构运动图。导叶形状及尺寸 HL240/D41-LJ-140导水机构运动图导叶运动关系值表4.1 转轮 本次设计选用型号为HL240/D41-LJ-140的铸焊转轮，铸焊是指将上冠、叶片和下环分别铸造后，再将们焊接为一体。该转轮主要包括上冠、叶片和下环三部分，上冠和下环材料为ZG30，叶片材料为0Cr13Ni6Mo。 铸焊的优点是易于加工转轮，可以很好的保证叶片型线，使机组达到较高的运行效率。提高电站的经济效益。4 水轮机剖面图的绘制HL240/D41-LJ-140转轮结构

7、简图4.2 主轴 本设计主轴采用厚壁空心轴形式,该形式适用于主轴直径小于600mm时，当主轴直径大于600mm时，就应采用薄壁轴结构。本次设计的主轴直径按照公式 M=97411N/n=2435000kg/cm查水轮机设计手册P319 图12-12，选取主轴外径D=315mm 的带轴裙结构形式主轴。4.3 轴承密封 轴承密封分为工作密封和检修密封两种。本设计采用的工作密封为水压端面密封，检修密封为空气围带式密封空气围带检修密封 1-围带压板；2空气围带；3固定外壳 3214.4 座环 座环是反击式水轮机的基础部件，除了承受水压力作用外，还承受整个机组和机组段混凝土重量，因此要求有足够的强度和刚度

8、。其结构由上环、下环和固定导叶组成。本设计采用与金属蜗壳连接的座环。 4.5 导水机构 和传动机构导叶套筒导叶套筒 导叶套筒是固定导叶上中轴套的部件，一般采用HT21-40铸铁铸造。套筒结构与轴套的材质，密封结构和顶盖的高度有关。目前多采用整体圆筒形式 导叶止推装置导叶止推装置 止推装置的结构形式很多，采用比较多的是在导叶臂上开槽，利用固定于套筒上法兰面的止推压板，卡在导叶臂槽内，使导叶与导叶受轴向限位，从而限制了导叶向上浮动。导叶轴颈密封及其轴套导叶轴颈密封及其轴套 导叶轴颈密封装在导叶套筒下端，采用“L”型密封。该结构封水性能好，结构简单。导叶下轴颈的密封主要是防止泥沙进入、轴颈磨损。导叶

9、轴套材料采用ZGSn6-6-3，它的润滑性能好，耐磨 叉头传动机构叉头传动机构 本设计采用叉头传动机构，其受力情况较好。 叉头传动机构主要由导叶臂、连接板、叉头、叉头销、连接螺杆、螺冒、分半键、剪断销、轴套和补偿环等组成。 4.6 水轮机附属装置 真空破坏阀真空破坏阀 当导水机构因事故而快速关闭时，由于水流的惯性和转轮的水泵作用，在导叶后面的转轮室内，可能产生较高真空，引起下游尾水反冲而产生很大的冲击力或出现抬机现象，严重时可将机组的主要部件损坏。真空破坏阀就是紧急关闭导叶时向顶盖下部补充空气，破坏真空以减少上述有害的冲击力或抬机现象，而起到一定的保护作用。 本次设计采用的是自动开启真空破坏阀

10、，其结构简图如下： 尾水管补气结构有两种，十字架补气和短管补气。本设计采用短管补气形式。其结构如图6.3所示。尾水管补气装置尾水管补气装置水轮机剖面图5 导叶的强度计算 导叶的强度计算采用三支点梁形式，应用马克士-马尔公式计算 。该设计的主要任务就是要找出轴套C处的最优间隙导水机构基本参数和尺寸： 导叶分布圆直径 D0=175cm 导叶体高度 b0=36.5cm 导叶数目 Z=16 导叶体惯性矩 JD=530 导叶体断面模数 WD=138 导叶材料弹性系数 E=2100000kg/cm2 控制环大耳孔中心分布院直径 Dy=130cm 控制环小耳孔中心分布院直径 DC=120cm 连杆中心线与圆

11、周切线间的夹角 =76 连杆与导叶臂间的夹角 =88 接力器导管直径 dm=10cm 接力器直径 dc=25cm 计入升压后的最高水头 H=125.72m 根据以上基本数据，编制程序即可计算出各断面的应力、挠度、惯性矩和断面模数等。绘制导叶应力与挠度关系曲线 ，确定最优挠度值y*=0.085。根据选定的最优挠度值 ，复核若干断面的应力 。程序计算结果 应力与挠度关系曲线6 导叶零件图的绘制 强度计算后，即可确定导叶零件的相关尺寸GB/T4459.5BB2.5/8A( )与导叶臂合钻铰设计成果 毕业设计计算说明书一份（毕业设计计算说明书一份（1500015000字）字） 水轮机运转综合特性曲线图水轮机运转综合特性曲线图 (A3)(A3) 蜗壳