毕业设计-丰满三期水电厂初步设计(一)

1、PAGE XXXXXXXXXX TECHNOLOGY毕业设计任务书论文题目： 丰满三期水电厂初步设计 学生姓名： 学院名称： 专业名称： 热能与动力工程（水动方向） 班级名称： 学 号： 指导教师： 教师职称: 学 历： 年 月 日XXXX学院毕业设计任务书 学院 热能与动力工程（水动）专业 届 题 目丰满三期水电厂初步设计专业班级学生姓名指导老师任务书下发日期设计截止日期难度系数毕业设计（论文）的主要内容： 根据丰满三期水电厂原始资料（见附件一），进行电站初步设计，内容包括：水轮机选择；蜗壳水力计算及绘图；尾水管选择及绘图；导水机构及转轮主要参数计算；发电机选择；调保计算及调速设备选择（包括

2、调节规律的确定）；桥式起重机选择；主厂房布置及绘图；辅助系统设计及主要设备的选择。毕业设计（论文）的主要要求:开题报告1份(不少于5000字)；外文翻译1份(3000-5000英文单词)；设计计算说明书1份(不少于3万字)；主厂房布置图2张（1号图纸）；技术供水、排水、油、气系统图各1张（3号图纸）；上述成果中，技术供水系统图要求手绘，其余成果全部要求计算机输出。主要参考文献：1水轮机设计手册；2水轮发电机设计手册；3水电站机电设计手册(水力机械部分)；4水电站动力设备设计手册；5水电站机电设计手册一电气二次部分；6泵的理论及设计；7电力工程设计手册(三)；8电站设计的相关资料及教材。任务书编

3、制教师（签章）： 年 月 日教研室审核意见:教研室主任(签章): 年 月 日学院审核意见:学院院长(签章): 年 月 日备注注：任务书中的数据、图表及其他文字说明可作为附件附在任务书后面，并在主要要求中标明：“见附件”附件一原始资料(一)电站名称：丰满三期水电厂(二)原始资料1. 电站位置：吉林省吉林市东南24公里处2. 电站型式：坝后式3.电站概况丰满水电站位于吉林市内第二松花江中游，属于梯级开发的大型电站之一，其作用是发电、防洪、灌溉，城市及工业用水等综合利用。是东北电网中担任调峰任务的骨干电厂。水库总库容108仁立方米，为真多年调节水库。坝为混凝土重力坝，坝长1080米，最大坝高91米。

4、厂在右岸，进水口高程为222米，进口为平板钢闸门，其尺寸为6.76.47平方米，钢管长度为96，9米，直径为5.5米。(三) 电站所在地自然条件1气温 1) 最高气温：352) 最低气温：-44.53) 多年平均气温：4.32水质情况：良好，多年平均含沙量0.227公斤/立方米(四) 电站设计条件1水位1) 上游水位校核水位：266.5米设计水位：266.2 米正常高水位：263.5米死水位：242.0米2) 下游水位校核水位：197.1米设计水位：194.0米最低尾水位：193.3米2水头最大水头：67.5米最小水头：52.0米设计水头：64.2米3装机容量：280MW 5交通情况：铁路、公

5、路6运行方式：发电、调相毕业设计（论文）丰满三期水电厂初步设计The preliminary design of Third Periods of Fengman Hydropower Station学生姓名学历层次所在系部所学专业所在班级指导教师教师职称完成时间： ： ： ：热能与动力工程（水动方向） ： ： ： ： X X 工 程 学 院摘 要本次设计是对丰满三期水电站的初步设计，根据给定的原始数据查相关资料水轮机设计手册、水轮发电机设计手册、水电站机械设计手册水力机械等进行的一次设计，注意了理论与实践的密切结合，对水电站初步设计的基本理论和实际情况进行了简要的分析和计算。具体内容主要包括

6、以下几个方面：水轮机的选择，主要是根据给定的装机容量和水头来确定的；发电机的选择，主要是确定发电机主要参数和估算发电机重量；调速器的选择，包括调节保证计算、调速器的选择和油压装置选择；厂房布置，主要是确定主厂房基本尺寸；辅助系统的设计，包括油、水、气部分。在本次设计中还运用AutoCAD对厂房布置及油系统、气系统、水系统等系统图进行绘制，它们可以直观的表达厂房和各个辅助设备的布置和构成。关键字：水轮机 发电机 辅助系统 厂房布置AbstractThis design is full of third periods of hydropower station, the preliminary

7、design according to the given primitive data examine relevant material the turbine design manual , the design of hydraulic generator handbook, the mechanical design manual-hydropower station hydraulic machinery and so on. This design attention to the theory and practice of closely combining the basi

8、c theory of the preliminary design hydropower station and the actual situation of the brief analysis and calculation. Specific content mainly includes the following aspects: the choice of turbine, mainly is according to the given the installed capacity and head to determine; The choice of the genera

9、tor, is determining the generator main parameters and estimation generator weight; Governor options, including adjusting ensure the selection and, governor hydraulic device choice; Building layout, is determining the main workshop of basic size; The design of auxiliary system includes oil, water and

10、 gas parts.In this design also use AutoCAD to building layout and oil system, gas system, water system and system graph, they can draw the intuitive expression of auxiliary equipment factory and each layout and composition.Keywords：Turbine，Generator，Auxiliary System，Plant Layout目 录 TOC o 1-2 h z u H

11、YPERLINK l _Toc296284701 前 言 PAGEREF _Toc296284701 h 1 HYPERLINK l _Toc296284702 第一章 水轮机的选择 PAGEREF _Toc296284702 h 2 HYPERLINK l _Toc296284703 1.1 水轮机初选方案的拟定 PAGEREF _Toc296284703 h 2 HYPERLINK l _Toc296284704 1.2 水轮机型号选择 PAGEREF _Toc296284704 h 3 HYPERLINK l _Toc296284705 1.3 水轮机转轮标称直径与转速计算 PAGERE

12、F _Toc296284705 h 4 HYPERLINK l _Toc296284706 1.4 水轮机初选方案比较 PAGEREF _Toc296284706 h 11 HYPERLINK l _Toc296284707 1.5 绘制水轮机运转综合特性曲线 PAGEREF _Toc296284707 h 16 HYPERLINK l _Toc296284708 1.6 确定选定方案的主要参数 PAGEREF _Toc296284708 h 21 HYPERLINK l _Toc296284709 1.7 蜗壳的水力计算 PAGEREF _Toc296284709 h 21 HYPERLIN

13、K l _Toc296284710 1.8 转轮参数的确定 PAGEREF _Toc296284710 h 26 HYPERLINK l _Toc296284711 1.9 尾水管的选择 PAGEREF _Toc296284711 h 27 HYPERLINK l _Toc296284712 1.10 导水机构主要参数的选择 PAGEREF _Toc296284712 h 28 HYPERLINK l _Toc296284713 1.11 主轴和轴承尺寸的确定 PAGEREF _Toc296284713 h 30 HYPERLINK l _Toc296284714 1.12 结构说明 PAGE

14、REF _Toc296284714 h 32 HYPERLINK l _Toc296284715 第二章 水轮发电机选择 PAGEREF _Toc296284715 h 33 HYPERLINK l _Toc296284716 2.1 发电机主要参数 PAGEREF _Toc296284716 h 33 HYPERLINK l _Toc296284717 2.2 主要尺寸的确定 PAGEREF _Toc296284717 h 33 HYPERLINK l _Toc296284718 2.3 发电机结构形式的选择 PAGEREF _Toc296284718 h 34 HYPERLINK l _T

15、oc296284719 2.4 其他外形尺寸估算 PAGEREF _Toc296284719 h 35 HYPERLINK l _Toc296284720 2.5 发电机重量估算 PAGEREF _Toc296284720 h 37 HYPERLINK l _Toc296284721 2.6 计算飞轮力矩的惯性时间常数 PAGEREF _Toc296284721 h 38 HYPERLINK l _Toc296284722 2.7 发电机结构说明 PAGEREF _Toc296284722 h 39 HYPERLINK l _Toc296284723 第三章 调速器选择 PAGEREF _To

16、c296284723 h 40 HYPERLINK l _Toc296284724 3.1 调节保证计算 PAGEREF _Toc296284724 h 40 HYPERLINK l _Toc296284725 3.2 调速器选择 PAGEREF _Toc296284725 h 47 HYPERLINK l _Toc296284726 第四章 厂房的布置 PAGEREF _Toc296284726 h 49 HYPERLINK l _Toc296284727 4.1 厂房起重机的选择 PAGEREF _Toc296284727 h 49 HYPERLINK l _Toc296284728 4.

17、2 厂房布置 PAGEREF _Toc296284728 h 50 HYPERLINK l _Toc296284729 第五章 辅助系统 PAGEREF _Toc296284729 h 57 HYPERLINK l _Toc296284730 5.1 技术供水系统 PAGEREF _Toc296284730 h 57 HYPERLINK l _Toc296284731 5.2 排水系统 PAGEREF _Toc296284731 h 58 HYPERLINK l _Toc296284732 5.3 油系统 PAGEREF _Toc296284732 h 62 HYPERLINK l _Toc2

18、96284733 5.4 压缩空气系统 PAGEREF _Toc296284733 h 64 HYPERLINK l _Toc296284734 5.5 调相压水用气计算 PAGEREF _Toc296284734 h 66 HYPERLINK l _Toc296284735 5.6 空气压缩设备容积计算 PAGEREF _Toc296284735 h 67 HYPERLINK l _Toc296284736 5.7 压缩空气系统 PAGEREF _Toc296284736 h 68 HYPERLINK l _Toc296284737 总 结 PAGEREF _Toc296284737 h 7

19、0 HYPERLINK l _Toc296284738 参考文献 PAGEREF _Toc296284738 h 71 HYPERLINK l _Toc296284748 致 谢 PAGEREF _Toc296284748 h 72 HYPERLINK l _Toc296284749 附 录 PAGEREF _Toc296284749 h 73长春工程学院毕业设计（论文） PAGE 40前 言丰满三期水电站位于第二松花江干流，下游距吉林市约20公里处，与丰满发电厂老厂一江之隔。丰满电厂是中国水电之母，丰满发电厂始建于1937年，是当时的亚洲第一大水电工程。它是中国最早的大型水电厂，国家电网东北

20、电网公司的窗口水电厂，吉林省科普教育基地，拥有70年的历史和专业、经典的水电工业文化资源、秀美的自然景观资源，被誉为“松花江上的明珠”，是吉林市闪亮的城市名片。目前，丰满发电厂已成为总装机容量超100万千瓦的全调峰电厂，具有发电、防洪、旅游、灌溉、养殖、城市及工业用水等综合经济效益，在东北电网占有举足轻重的位置，是东北电网南北联络的枢纽。丰满发电厂是国家二级企业，堪称“中国水电摇篮”，先后为全国二十多个水电厂培养输送了两千多名管理人才和技术骨干。李鹏委员长曾在此工作过5年，周恩来、邓小平、江泽民、朱鎔基、李长春、吴官正等党和国家领导人先后来厂视察，给予亲切关怀。丰满发电厂不仅为国家创造了大量的

21、物质财富，而且为我国水电事业培养了大批人才，贡献较大。为满足东北电网调峰，同时兼顾下游工业及城市供水，并解决能源与供水矛盾及集水土保持与环境美化与一体，建立丰满三期水电厂。丰满水电站属于梯级开发的大型电站之一，其作用是发电、防洪、灌溉，城市及工业用水等综合利用，水库总库容108亿m3，是东北电网中担任调峰任务的骨干电厂。丰满水电站型式为坝后式，坝为混凝土重力坝，坝长1080米，最大坝高91米。厂在右岸，进水口高程为222米，进口为平板钢闸门，其尺寸为6.76.47平方米，钢管长度为96，9米，直径为5.5米。最大水头67.5米，设计水头64.2米，最小水头52.0米，电站可装机280MW，主要

22、承担峰荷和腰荷。本次设计是对丰满三期水电站进行初步设计，本设计报告是依据水轮机设计手册、水轮发电机设计手册、水电站机械设计手册水力机械等国家标准进行设计。注意了理论与实践的密切结合，对水电站初步设计的基本理论和实际情况进行了简要的分析和计算，对水轮机进行选型设计，发电机进行选择设计，对调节保证计算，调速器选择计算，厂房布置的设计，辅助系统设计等问题做了详细的说明和计算。第一章 水轮机的选择1.1 水轮机初选方案的拟定1.1.1机组台数的选择确定机组台数时，必须考虑以下有关因素，经过充分的技术经济论证：台数对工程建设费用的影响机组台数的多少直接影响单机容量的大小，单机容量不同时，机组的单位千瓦的

23、造价不同，一般，单机容量小的机组的单位千瓦造价高于单机容量大的机组。一方面，单机容量小的机组的单位千瓦金属消耗高于单机容量大的机组，另外，单位重量的加工费用也较大。除主要机电设备外，机组台数的增加，要求增加配套设备的台数，主副厂房的平面尺寸也需增加，因此，在同样的装机容量条件下，水电站的土建工程及动力厂房的成本也随机组数的增加而增加。机组台数对电站运行效率的影响当采用不同的机组台数时，电站的平均效率是不同的。较大单机容量的机组，其单机效率较高，这对于预计经常满负荷运行的水电站获得的效率较显著。但是，对于变动负荷的水电站，若采用过少的机组台数，虽单机效率高，但在部分负荷时，由于负荷不便在机组间调

24、节，因而不能避开低效率区，这会使电站的平均效率降低。电站的最佳装机台数，要通过电厂的经济运行分析来确定。机组台数对电厂运行维护的影响机组台数较多时，其优点是运行方式灵活，发生事故时电站及所在系统的影响较小，检修也容易安排。但台数较多时，运行人员增加运行用的料，消耗增加，因而运行费用较高。同时，较多的设备与较频繁的开停机会使整个电站的事故发生率上升。机组台数对设备制造、运输及安装的影响机组台数增加时，水轮机和发电机的单机容量减少，则机组的尺寸小，制造、运输及现场安装都较容易。反之，台数减少则机组尺寸增大，机组的制造、运输和安装的难度也相应加大。因此，最大单机容量的选择要考虑制造厂家的加工水平及设

25、备的运输、安装条件。此外，从发电机转子的机械强度方面考虑，发电机转子的直径必须限制在转子最大线速度的允许值之内，机组的最大容量有时也会因此受到限制。机组台数对电力系统的影响对于占电力系统容量比重较大的水电厂及大型机组，发生事故时对电力系统的影响较大，考虑到电力系统中备用容量的设置及电力系统的安全性，在确定台数时，单机容量不应大于系统的备用容量，即使在容量较小的电网中，单机容量也不宜超过系统容量的1/3。机组台数对电厂主接线的影响由于水电厂水轮发电机组常采用扩大单元主接线方式（超大型机组除外），故机组台数多采用偶数。同时为了运行方式的机动灵活及保证机组检修时的厂用电可靠，除特殊情况外，一般都装两

26、台以上机组。对于装置大型机组的水电厂，由于主变压器的最大容量受到限制，常采用单元接线方式，因此机组台数的选择不必受偶数的限制。以上与机组台数有关的诸因素，许多是既相互联系又相互矛盾的，在选择时应针对主要因素进行综合技术经济比较，选择出合理的机组台数。基于上述原则和因素，初选机组台数为2台，3台和4台。则各种方案的发电机出力为：方案一：2台机，方案二：3台机，方案三：4台机，1.2 水轮机型号选择表11水轮机适用范围水轮机形式适用水头H（m）比转速范围（）轴流式380200850斜流式40180150350混流式3070050300所给电站的原始资料电站装机容量280MW，最大水头67.5米，设

27、计水头64.2米，最小水头52.0米。根据水轮机型谱参数表，结合本电站的水头，选用HL220和HL230进行比较。1.3 水轮机转轮标称直径与转速计算1.3.1 方案一：两台机组，HL220（1）转轮直径D计算水轮机额定出力： P = 式中： P水轮机出力N发电机额定容量发电机效率（在这里取0.98）取最优单位转速n=70与出力限制线交点的单位流量为设计工况点单位流量，则Q=1.145，对应模型的效率为=0.888，暂取效率修正植为=3%，则设计工况点原水轮机的效率=+=0.888+0.03=0.918，水轮机转轮直径D为：D= （1-1）式中：P发电机额定容量；kWQ水轮机额定工况的单位流量

28、，H设计水头原形水轮机效率D= 按我国规定的转轮直径系列，选取D=5.0m。（2）转速n的计算n=70=112.17由于计算所得转速不是发电机同步转速，通过查文献1P326表99发电机标准同步转速表得：上述所得转速112.17位于标准转速107.1和115.4之间。，故可以忽略不计。当n取107.1时：n=65.18n =66.83n=74.26当n取115.4时：n=70.23n = =72.01n=80.02根据文献1pHL220-46特性曲线，经过比较n=107.1时的n=66.83与最优单位转速n=70更接近，且它的nn包含水轮机的最优效率区，所以此方案选择n=107.1，磁极对数为2

29、8。1.3.2 方案二：三台机组，HL220(1) 转轮直径D计算水轮机额定出力： P =95204.08KW式中：P水轮机出力N发电机额定容量 发电机效率取最优单位转速n=70与出力限制线交点的单位流量为设计工况点单位流量，则Q=1.145，对应模型的效率为=0.888，暂取效率修正植为=3%，则设计工况点原水轮机的效率=+=0.888+0.03=0.918，水轮机转轮直径D为：D=4.2m按我国规定的转轮直径系列，选取D=4.1m。式中：P水轮机出力；KWQ水轮机额定工况的单位流量，H设计水头原形水轮机效率 (2)转速n的计算n=70=136.8由于计算所得转速不是发电机同步转速，通过查文

30、献1P326表99发电机标准同步转速表得：上述所得转速136.8位于标准转速136.4和150之间。，故可以忽略不计。当n取136.4时：n=67.87n =69.80n=77.55当n取150时：n=74.86n = =76.76n=85.29根据文献1pHL220-46特性曲线，经过比较n=136.4时的n=69.8与最优单位转速n=70更接近，且它的nn包含水轮机的最优效率区，所以此方案选择n=136.4。1.3.3 方案三：四台机组，HL220（1）转轮直径D计算水轮机额定出力： P = 式中：P水轮机出力N发电机额定容量发电机效率（在这里取0.98）取最优单位转速n=70与出力限制线

31、交点的单位流量为设计工况点单位流量，则Q=1.145，对应模型的效率为=0.888，暂取效率修正植为=3%，则设计工况点原水轮机的效率=+=0.888+0.03=0.918，水轮机转轮直径D为：D= 按我国规定的转轮直径，选取D=3.8m。式中：P发电机额定容量；kWQ水轮机额定工况的单位流量，H设计水头原形水轮机效率（2）转速n的计算 n=70=147.6由于计算所得转速不是发电机同步转速，通过查文献1P326表99发电机标准同步转速表得：上述所得转速147.6位于标准转速136.4和150之间。，故可以忽略不计。当n取136.4时：n=63.09n =64.69n=71.88当n取150时

32、：n=69.38n = =71.14n=79.04根据文献1pHL220-46特性曲线，经过比较n=136.4时的n=64.69与最优单位转速n=70更接近，且它的nn包含水轮机的最优效率区，所以此方案选择n=136.4。1.3.4 方案四：两台机组，HL230（1）转轮直径D计算水轮机额定出力： P = 式中：P水轮机出力 N发电机额定容量 发电机效率（在这里取0.98）取最优单位转速n=71与出力限制线交点的单位流量为设计工况点单位流量，则Q=0.6，对应模型的效率为=0.84，暂取效率修正植为=3%，则设计工况点原水轮机的效率=+=0.84+0.03=0.87，水轮机转轮直径D为：D=

33、按我国规定的转轮直径，选取D=7.5m。式中：P发电机额定容量；kWQ水轮机额定工况的单位流量，H设计水头原形水轮机效率（2）转速n的计算n=71=75.85由于计算所得转速不是发电机同步转速，通过查文献1P326表99发电机标准同步转速表得：上述所得转速75.85位于标准转速75和79之间。，故可以忽略不计。当n取75时：n=68.47n =70.2n=78当n取79时：n=72.12n = =73.95n=82.16根据文献1pHL220-46特性曲线，经过比较n=75时的n=70.2与最优单位转速n=71更接近，且它的nn包含水轮机的最优效率区，所以此方案选择n=75。1.3.5 方案五

34、：三台机组，HL230（1）转轮直径D计算同样方法可以求出转轮直径为6m，水轮机出力为95204.08kW，同步转速为93.8r/min。对以上方案计算结果，可进行比较：表1-2 水轮机初选方案方案机组台数水轮机型号转速n()直径D(m)I2HL220107.15.0II3HL220136.44.1III4HL220136.43.82HL230757.53HL23093.86初步进行比较转轮型号选HL230时相对直径偏大，初步定转轮型号为HL220。因此本次设计选定为下述三个方案，即：方案一（HL220，二台机组），方案二（HL220，三台机组），方案三（HL220，四台机组）。1.4 水轮机

35、初选方案比较对初选的三个方案，从效率，吸出高度，重量等方面进行比较。1.4.1 效率的计算方案一=1-(1-)=1-(1-0.918) =0.95 =-=0.95-0.918=0.032 式中：原形水轮机效率 模型水轮机最高效率D模型水轮机转轮直径限制工况原形水轮机效率：= +=0.888+0.032=0.92方案二 =1-(1-)=1-(1-0.918) =0.947 =-=0.947-0.918=0.029式中：原形水轮机效率模型水轮机最高效率D模型水轮机转轮直径 限制工况原形水轮机效率 ：= -=0.888+0.029=0.917方案三 =1-(1-)=1-(1-0.918) =0.94

36、6 =-=0.946-0.918=0.028式中：原形水轮机效率 模型水轮机最高效率D模型水轮机转轮直径限制工况原形水轮机效率：= +=0.888+0.028=0.9161.4.2 计算各方案出力（1）校核出力Q=QD （1-2）N=9.81HQ （1-3）式中： Q设计流量 Q设计工况点单位流量 N水轮机校核出力方案一 Q=1.1455.0=299.36 N=9.8164.2299.360.92=173454.52 kW方案二 Q=1.1454.1=154.22 N=9.8164.2154.220.917=89066.44kW方案三 Q=1.1453.8=132.48 N=9.8164.21

37、32.480.916=76425.75 kW（2）最小水头的出力N的计算方案一 N=9.81299.3652.00.92=140492.76kW方案二 N=9.81154.2252.00.917=72141.04 kW方案三 N=9.81132.4852.00.916=61903.92 kW（3）受阻容量方案一 N= N- N=173454.52-140492.76=32961.76kW方案二 N= N- N=89066.44-72141.04 =16925.4kW方案三 N= N- N=76425.75-61903.92=14521.83 kW表1-3 出力计算表方案D（m）N（kW）N（k

38、W）N（kW）I5.0173454.52140492.7632961.76II4.189066.4472141.0416925.4III3.876425.7561903.9214521.831.4.3 各方案吸出高度在确定水轮机安装高程时，可以通过选择合适的几何吸出高度来控制转轮出口处的压力值，以防止翼型空化的严重发生。显然，吸出高度越小，则水轮机装的越低，水轮机抗空化性能越好；但水电站的基建投资则愈大。因此，选择合适的吸出高度是水轮机装置参数优化设计和水电站总体设计的技术经济的重要问题之一。=+H+ （1-4）H=10-（+）H （1-5）式中：水轮机安装高程m；最低尾水位m；导叶高度m；H

39、吸出高度m。在转轮型谱中，查得HL220的装置系数=0.133，另外根据空化系数修正值与水头H的关系曲线，查取=0.02，0.02，0.03对于吸出高度的计算，可联立以上两式进行计算。（1）吸出高度方案一： 在这里取。方案二、方案三与方案一的吸出高度相同（2）安装高程方案一：=193.3-0.68+0.25/2=193.25m方案二：=193.3-0.68+=193.13m方案三：=193.3-0.68+=193.1m表1-4 各方案吸出高度计算表方案10-（+）HH(m)I9.790.1350.0210.46-0.68II9.790.1350.0210.46-0.68III9.790.135

40、0.0210.46-0.681.4.4 水轮机重量估算水轮机总重量是指不包括调速器，油压装置和其他辅助设备的水轮机整体重量，从文献3P138和文献2P31中，查的当水头H=3200m时，k=8.1，b=0.16水轮机重量按如下公式计算： a= G=KDH (t) 方案一：D=5.0m G=462.94t方案二：D=4.1m G=288.42t方案三：D=3.8m G=243.36t转轮重量分别为 ：方案一 t由于直径大于4.6m所以方案二 方案三 表1-5 各方案最大效率表方案直径D（m）最大效率（%）型号总重G（t）转轮重（t）(%)I5.00.95HL220462.9478.1250.92

41、II4.10.947HL220288.4244.630.917III3.80.946HL220243.3635.940.9161.4.5确定各方案水轮机工作区（1）各方案水轮机的设计单位流量Q= （1-6）式中：P水轮机额定出力kW 设计工况点原型水轮机效率方案一 Q=1.23 方案二 Q=1.22 方案三 Q=1.07 （2）检验单位转速的范围方案一 n=107.1=74.26 n=107.1=65.18 方案二 n=136.4=77.55 n=136.4=68.07 方案三 n=136.4=71.88 n=136.4=63.09 经过比较，方案一、方案二中，水轮机的实际运行范围处于高效率区

42、，方案三中，水轮机的实际运行范围稍微偏离最高效率区。1.4.6 比较各初选方案表1-6 水轮机方案比较表方案IIIIII装机容量（kW）280000280000280000机组台数234发电机出力（kW）1400009330070000水轮机出力（kW0871428.57水轮机校核出力（kW）173454.5289066.4476425.75水轮机型号HL220HL220HL220转轮直径 （m）5.04.13.8同步转速（）107.1136.8136.8吸出高度 （m）-0.68-0.68-0.68最小水头时出力 （kW）140492.7672141.0461903

43、.92受阻容量 （kW）32961.7616925.414521.83水轮机最大效率0.950.9470.946水轮机单重（t）78.12544.6335.94水轮机总重（t）462.94288.42243.36水轮机工作区高效区高效区偏离高效区备注 从表1-6中可以看出：方案三可以排除，而方案一和方案二还需进一步比较。1.5 绘制水轮机运转综合特性曲线1.5.1 列表计算（1）绘制等效率线计算表（见表1-6，1-8）（2）绘制等吸出高度线计算表（见表1-7，1-9）1.5.2 绘制运转综合特性曲线图（如附录一，附录二）注：绘制功率限制线，功率限制线的垂直段可根据水轮机的额定功率来绘制，斜线段

44、可根据最小水头下的5%功率限制线的功率N来绘制。表1-7 水轮机运转综合特性曲线计算表水头（m）=模型效率原型效率Q(m/s)N（kW）5277.20.90.9321.0351.1188709.595137.80.880.9120.921.1877160.898967.10.860.8920.81.2365624.9100898.30.840.8720.6741.2554049.3100239.90.820.8520.6651.2852104.5100291.45575.10.90.9320.951.1288571.2104887.00.880.9120.8451.1777091.210719

45、7.80.860.8920.761.2267815.9108862.40.840.8720.681.2659316.9109910.70.820.8520.6381.2954376.8109946.76071.90.90.9320.881.1293483.4118978.90.880.9120.81.1783161.2116113.80.860.8920.7351.2274728.8124039.70.840.8720.6651.2666095.8125234.20.820.8520.631.2961180.9125760.864.269.50.900.9320.8551.11100529.5

46、130512.00.880.9120.7851.1790318.4134614.60.860.8920.731.2282148.4137289.20.840.8720.671.2673706.0138611.30.820.8520.6351.3068253.5140269.067.567.790.90.9320.9551.08121055.3137534.10.880.9120.881.16109154.6144505.80.860.8920.7351.2289169.6148009.40.840.8720.6851.2681240.3150027.80.820.8520.651.317532

47、1.3151801.3 注：HL220型；D=5.0m; n=107.1;H=67.5m; H=64.2m; H=52.0m表1-8 混流式水轮机吸出高度线计算表H（m）模型效率原型效率=0.032 （）N(kW)5277.20.100.860.8920.7863984.32.9210.110.880.9120.975483.42.40.120.900.9321.00686224.01.8810.130.910.9421.10695812.01.3610.140.8820.9141.17098343.60.8410.150.8560.8881.226100119.20.3210.160.832

48、0.8641.266100591.5-0.1995575.10.100.8690.9010.872105.42.5250.110.8940.9260.9285222.01.9750.120.920.9521.02297328.71.4250.130.9050.9371.117104700.00.8750.140.8720.9041.187107342.60.3250.150.8480.881.24109158.5-0.2250.160.8280.861.273109516.6-0.7756071.90.100.8840.9160.8285614.11.8650.110.920.9520.941

49、02000.11.2650.120.940.9721.035114668.10.6650.130.8970.9291.127119337.10.0650.140.8710.9031.193122790.3-0.5350.150.8470.8791.24124235.7-1.1350.160.8330.8651.273125510.6-1.73564.269.50.100.8930.9250.8396857.11.310.110.9380.970.953116620.80.6690.120.940.9721.04127529.60.0270.130.8940.9261.127131657.8-0

50、.6150.140.870.9021.187135073.1-1.2570.150.8520.8841.24138288.3-1.8990.160.8340.8661.264138094.5-2.54167.567.790.100.8950.9270.84105906.80.8750.110.9360.9680.957125994.60.20.120.920.9521.025132716.7-0.4750.130.8910.9231.147143989.2-1.150.140.8720.9021.18144761.5-1.8250.150.8520.8841.233148245.0-2.50.

51、160.8330.8651.267149058.7-3.175注：转轮型号HL220， 表1-9 水轮机运转综合特性曲线计算表水头（m）=模型效率原型效率Q(m/s)N（kW）5277.20.90.9291.0351.1159456.363764.70.880.9090.921.1851712.266326.60.860.8890.81.2343977.867615.90.840.8690.6741.2536217.767169.40.820.8490.6651.2834911.767198.55575.10.90.9290.951.12559363.670299.00.880.9090.84

52、51.17551665.671842.70.860.8890.761.2245446.072952.90.840.8690.681.2639747.53649.70.820.8490.6381.2937292.575403.36071.90.90.9290.881.1262655.979743.90.880.9090.81.1755573.681510.40.860.8890.7351.2250078.683123.80.840.8690.6651.2643623.983917.80.820.8490.631.29540993.284263.864.269.50.900.9290.8551.1

53、167378.587473.80.880.9090.7851.1760530.390217.10.860.8890.731.2255050.892002.80.840.8690.671.2649389.492881.60.820.8490.6351.30545732.093984.867.567.790.90.9290.9551.08581135.692180.20.880.9090.881.16573154.196846.10.860.8890.7351.2259756.099186.80.840.8690.6851.26554438.1100531.60.820.8490.651.3150

54、467.7101711.8注：HL220型；D=4.1; n=136.4;H=67.5m; H=64.2m; H=52.0m表1-10 混流式水轮机吸出高度线计算表H（m）模型效率原型效率 （）N(kW)5277.20.100.860.8890.7842878.43.0770.110.880.9090.950588.12.5570.120.900.9291.00657790.42.0370.130.910.9391.10664218.81.5170.140.8820.9111.17065909.20.9970.150.8560.8851.22667092.70.4770.160.8320.86

55、11.26667402.9-0.0435575.10.100.8690.8980.848322.22.690.110.8940.9230.9257117.62.140.120.920.9491.02265237.61.590.130.9050.9341.11770174.71.040.140.8720.9011.18771937.60.490.150.8480.8771.2473147.9-0.060.160.8280.8571.27373382.1-0.616071.90.100.8840.9130.8257378.42.0450.110.920.9490.9468368.81.4450.1

56、20.940.9691.03576864.80.8450.130.8970.9261.12779983.10.2450.140.8710.91.19382289.9-0.3550.150.8470.8761.2483251.0-0.9550.160.8330.8621.27384100.6-1.55564.269.50.100.8930.9220.8364915.51.5030.110.9380.9670.95378173.30.8610.120.940.9691.0485486.30.2190.130.8940.9231.12788240.0-0.4220.140.870.8991.1879

57、0521.1-1.0640.150.8520.8811.2492669.5-1.7060.160.8340.8631.26492533.1-2.34867.567.790.100.8950.9240.8465840.11.0780.110.9360.9650.95778339.10.4030.120.920.9491.02582514.3-0.2720.130.8910.921.14789513.9-0.9470.140.8720.9011.1890187.4-1.6220.150.8520.8811.23392146.4-2.2970.160.8330.8621.26792645.2-2.9

58、72注：转轮型号：HL220 D=4.1 n=136.4 1.6 确定选定方案的主要参数转轮直径： D=5.0m水轮机最大效率： =95%同步转速： n=107.1吸出高度： H=-0.68m安装高程： =+H+=193.3-0.68+0.25/2=193.25m 飞逸转速： 查的HL220的最大单位飞逸转速n=130，故水轮机的飞逸转速为：n= n=130/5.0=213.6 轴向水推力： 从相关资料上可以查的：HL220的轴向水推力系数K=0.280.34。这里取K=0.32。 F=9810KDH=3.9N=400t 转轮重量： G=78.125t1.7 蜗壳的水力计算1.7.1 蜗壳形式

59、和主要参数选择对蜗壳进行水力计算的目的，是为了确定蜗壳各个断面的几何形状和尺寸，绘出蜗壳单线图，蜗壳的水力计算是在已经选择完蜗壳形式和主要参数的情况下进行的，首先确定进口断面的尺寸，然后在求出其它断面的尺寸。（1）形式选择蜗壳的形式主要是根据水电站的水头来选择，当H40米时用钢板焊接蜗壳，金属蜗壳断面一般均为圆形，仅当蜗壳尾部用圆形断面与座环蝶形边相接时，才采用椭圆形断面。故选金属蜗壳。（2）包角选择蜗壳包角的大小将关系到水电站的投资和水轮机的效率，为了获得良好的水力性能，提高水轮机的效率，结合本电站实际，选择包角=345（3）进口流速的选择蜗壳进口断面的平均流速，按机组的设计水头选取，可用经

60、验公式V=K，在这里K为流速系数，查金属蜗壳的流速系数与水头的关系曲线，取K=0.9，则V=0.9=7.2m/s。 （4）确定与座环连接尺寸 (mm)查文献2P22，根据=5.0m，Db=6.6，Da=7.75 ，K=0.15m， R=0.4， Ra=3.88，导叶高度 。座环高度，蝶形边半径，=。S= 1.96m 1.7.2 蜗壳进口断面主要尺寸的确定（1）蜗壳进口断面半径 进口断面流量： 进口断面面积： 蜗壳进口断面半径： （2）蜗壳进口断面中心距（3）蜗壳进口断面外圆到中心距离1.7.3 计算蜗壳系数C和蜗壳常数K 1.7.4 圆形断面各尺寸的计算根据公式：= ； =；=+；=+；通常的