水轮机课程设计

课程设计任务书课程设计的目的和要求课程设计是水轮机课程教学计划中的一个重要环节，是培养学生综合运用所学理论知识解决工程实际问题的一次系统的基本训练。通过水轮机课本章节的相关理论知识的学习后，再通过课程设计的环节以达到巩固和加强理论知识的目的，进一步培养学生独立思考、严谨工作的能力，使学生学会查阅、收集、整理和分析相关文献资料；熟悉水轮机选型设计阶段的内容，针对给定任务能提出合理的设计方案并得出正确的计算结果。基本参数电站总装机容量：900MW电站装机台数：5台水轮机安装高程：580m最大工作水头H :320mmax最小工作水头H:250mmin设计工作水头H:290mr加权平均工作水头H:301ma目录TOC\o"1-5"\h\z第一章水轮机的选型设计 31已知参数 32水轮机型号选择 3第三章蜗壳设计 81蜗壳形式，断面形状和包角的确定 82座环尺寸的确定 83蜗壳参数计算 84进口断面量 8第四章尾水管设计 101尾水管高度 102进口直锥段 103肘管型式 104水平长度 10第一章水轮机的选型设计1已知参数电站总装机容量：900MW电站装机台数：5台水轮机安装高程：580m最大工作水头H :320mnmax s最小工作水头H:250mmin设计工作水头H:290mr加权平均工作水头H:301ma2水轮机型号选择水轮机的比转速为：=2000-=2000-20=2000<290-20=97.4m查表满足n=97.4且满足250m<H<320m的水轮机型号为HL90s3水轮机基本参数的计算计算转轮直径D1水轮机的额定出力P=P=180000=183673KWr耳0.98g取最优单位转速Q=0.270篇丿，对应模型效率耳=0.878，取效率TOC\o"1-5"\h\z11r •' M修正系数An=3%，则设计工况原型效率n=n+An=0.908m故水轮机转轮直径为：J PD= r = 4.5m1 9.81QHi.5n' 11r r取标准值D=4.5m

1效率耳的计算1耳 =1-(1-n)Dm=0.95max m0 D效率修正值An=n -n二0.95-0.917二0.023rmax m0限制工况原型水轮机的效率为：n=n+An二0.876+0.029二0.911mD的校核计算1用n二0.911对原先计算的D进行校核1D= r =4.44m1 \;9・81Q11H5故转轮直径以D=3.5m为宜1转速n的计算n=62r.min110■=239.04r/min介于n=214.3r/min与n=250r/min之间取水轮机的转速n=250r/min4水轮机设计流量Qr的计算Q=P=239.04r/min介于n=214.3r/min与n=250r/min之间取水轮机的转速n=250r/min4水轮机设计流量Qr的计算Q=P=11r 9・81nD2H1.5 9.81x0.911x4.52x2901.51r183673=0.21m3sQ=QD2Hr 11r1 r=0.21x4.52^.'290=72.45几何吸出高度H的计算s为使水轮机尽量不发生空化，取H，H，min rH三个水头分别计算max水轮机允许的吸出高度，以其中最小值作为允许最大吸出高度。计算H，H，H 所对应的单位转速nmin r max 11Hmaxn=匕llmin罚'LmaxnD 250^=62.9r；minJ320nD250x4.5n11r匕二 二63.2n11r290rHmin(2)n二11maxHHmin(2)n二11maxHrminTOC\o"1-5"\h\zJ250 '确定各水头所对应的出力限制工况点的单位流量Q11H:取n二71.2r'min与出力限制线交点处的流量,min 11maxQ=0.248m3;is11max 'H:n=63.2rmin，Q=0.265m3；sr 11r 11rH:n=62.9r；min，Q=0.27m3-smax 11min ■ 11min用(1),(2)中计算的对应工况点从模型综合特征曲线上分别查出H，H，H 所对应的模型空化系数分别为0.03min r max0.025,0.035计算H，H，H 对应的吸出高度min r maxEH=10-——-KbHs 900 bm当H>250时K=1b580H:H=10- -1x0.03x250=1.8mTOC\o"1-5"\h\zmin:s 900580H:H=10-——-1x0.025x290=2.07mr: s900580HH=10- -1x0.035x320=-0.91mmax: s从3个吸出高度计算值中取最小值-0.91m,再留一定的余量，取最大吸出高H=-1m度s6飞逸转速ns的计算由HL90水轮机的模型飞逸特征曲线查得在最大导叶开度下（a0=24）单位飞逸转速n11R=98口min，故水轮机的飞逸转速为nR1=389r,；min7转轮轴向水推力Ft的计算HL90转轮轴向水推力系数叭二0.1兀 兀F二9810K D2H 二9810x0.1xx4.52x320二5x106Nt t4 1max 48.检验水轮机的工作范围设计工况的单位流量—0.21m3,s—0.21m3,s:^Q— r 11r 9.81D2H1.5 9.81x0.911x4.52x2901.51r当n=250r/minH:nmax11minnDH:nmax11minnD250x4.5<320—62.9rminn11n11rnD 250x4.5-63.2r/min<290Hminn11maxnD Hminn11maxnD 2^4^-71.2rmin<250 'Hmin当n=214.3r/minH:nmax11minnD214.3x4.5V'320—53.9nminH:nr 11H:nr 11rnDH:nmin11max214.3x4.5—55.6r/minv290nD214.3x4.5—— —61r/minH <250min第二章水轮机运转特性曲线的绘制等效率曲线的计算见附表1机组出力限制线的计算以H.所对应的点为A,以Hr所对应的点为B,则A（PA,Hi）B（PB,H）。其分别对应min Amin Br出力限制点A和出力限制点B。用直线直接连接A点，B点即为原型水轮机的出力限制线H二290，P二228777H二250，P二171369min min3•等吸出高度线的计算等吸出高度表达水轮机在各运行工况的最大允许吸出高度。等线是模型综合特性曲线的等o线换算而求得的。计算与绘制等线的步骤如下：（1）计算各水头相应转速，在模型综合特性曲线上过各作水平线与各等o线相交，记下各点的o、"M、Q]]值。（2） 根据吸出高度计算公式=10-^/900-计算各点的，并计算各点的出力P。（3） 根据各工况点的，P绘出各水头下的=f（P）曲线。（4）在=f（P）曲线上取某的值（例=-0.35m）作水平线与各=f（P）曲线相交，记下各交点的水头H及出力P,将这些点（P,H）点到P-H坐标系内并连成光滑曲线，即得某的等高度吸出线见附表2第三章蜗壳设计1蜗壳形式，断面形状和包角的确定由于本站应用水头为250~320。故采用焊接金属蜗壳，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是。采用椭圆形断面，包角为345°2座环尺寸的确定D取D取1.64m去1.37mD=4.5ma b i・•・D二5.74mD二4.795mk=0.1a br=2.87r=—b=2.45a2 b23蜗壳参数计算蜗壳包角申二345。04进口断面量Q」oQr二345叹72.4二69.4 由H二290mTOC\o"1-5"\h\z0360。 360。 r取K=0.6m，蜗壳进口断面的平均流速v=KjH=0.6^290=10.2ms0 r进口断面面积V =叩2= =6.8m20v0 10.20P （进口断面直径）=1.4m导叶高度b=0.6m00进口断面中心距a=R+Jp2-h2=4.65m00^0b Dh=0.1D+—0=0.75mR=—a+k=3.47mi2 0 2进口断面外径R=a+p=5.05m00分界断面半径S= h=0.75=1.31mcosacos55。由进口断面求蜗壳系数C和蜗壳常数K

3456345C=a = =1568.2a-Ja2-p2 4.65-J4.652-1.4200 0K=-QC=49.5720兀(1)圆断面计算：a二r+xi0R二a+pIII见附表3⑵椭圆断面(s>p)0椭圆短半径p=v1.045A+0.81L2-1.345L2等同圆面积A二兀p2+d2tana■ 2R 1p—―i-(1cot2a+ +C p/Csina椭圆断面上半径p—L+p—pcota122hsina椭圆断面中心距a—R+1.22pa 2椭圆断面外径R—a+p1见附表4第四章尾水管设计1尾水管高度h=2.3D=2.2x4.5=10.35mi2进口直锥段进口直锥管是以垂直的圆锥形扩散管为直锥管的进口直径。可近似取转轮出口直径，即D=D=D=4.5m，进口TOC\o"1-5"\h\z2 1锥管的单边锥角0对混流式水轮机可取0=11°3肘管型式B=2.4D=2.4x4.5=