【《某水电站水轮机主要参数的计算案例分析》2100字】

某水电站水轮机主要参数的计算案例分析目录TOC\o"1-3"\h\u29935某水电站水轮机主要参数的计算案例分析 1123091.1司贝尔水电站基本参数 116661.2方案初选 2174871.3水轮机的基本参数计算 2321551.3.1确定转轮直径D1 360971.3.2效率η及单位参数修正值的计算 3236311.3.3水轮机实际工作区域的检验 4258931.3.4设计单位流量的检验及额定流量的计算 4226931.3.5水轮机飞逸转速nR的计算 5249101.3.6估算水轮机的轴向水推力 5138891.4计算结果 6249121.5轴面流道尺寸的计算 6159681.6导叶高度及分布圆直径 7145031.7水轮机主轴直径的计算 71.1司贝尔水电站基本参数表2-1司贝尔水电站基本参数1.2方案初选水轮机的选型是复杂而缜密的工作，但因为实际运行时的水流运动规律至今也没有完全掌握，所以实际情况中，通常根据模型机组的机组特性进行试验，再根据试验结果选择合适的模型机，最后确定实际的水轮机种类与型号。水电站的水轮机结构设计，不应该是止于纸上谈兵的设计，不能只考虑机组的运行好坏，也要同时兼顾电站经济效益，一个好的水电站不能只是能发电的电站，更应该是能创收的电站，只有结合实际效益，才能做出合适的，有价值的设计。根据司贝尔水电站的实际运行情况及比较各种不同水轮机的优劣，可以确定应该选用混流式水轮机。通常在水轮机选型时应该综合计算比转速，在水轮机参数型谱中选择几个较为合适的转轮型号，然后比较分析，选出适合该电站运行的实际型号[9]。根据参考文献[1]P323公式9-29，计算转轮的比转速为：ns=那么根据实际计算，可以发现有三种形式的转轮型号，HL160、HL180以及HL220三种转轮都可以应用于该水电站,它们适用的水头分别为135~200米、110~150米、90~120米。然后根据司贝尔水电站实际运行参数，司贝尔水电站的水头范围为78.3~117.5米，因此采用HL220转轮较为合适[1]。1.3水轮机的基本参数计算1.3.1确定转轮直径D1根据参考文献[1]P325公式9-35，转轮直径计算公式为：D1式中：Pr——𝑄11——水轮机额定工况的单位流量，m³/s；𝐻𝑟——设计水头，m；η——额定工况的原型效率，η=𝜂𝑀+Δ𝜂。查看HL220转轮模型综合特性曲线，可以发现HL220机组最优单位转速n110=71r/min，然后做最优单位转速与出力限制线的交点，交点处为设计工况时所取得的单位流量Q11r=1.125(m3/s)，模型效率ηm=0.887，根据参考文献[1]，可取效率修正值η=将水电站实际运行数据代入公式2-2得D1根据计算结果查询我国水轮机转轮标准直径值。D1应取7.0m。1.3.2效率η及单位参数修正值的计算在混流式水轮机计算真机最优工况效率时，将模型的最优工况效率换算成真机的最优工况效率需要用到如下公式：ηmax式中ηM0——D1M——D1——代入得ηmax所以效率修正值为：Δη=所以，原型水轮机在限制工况运行时的效率计算可得：η=1.3.3水轮机实际工作区域的检验n11r=nn=根据参考文献[1]P326页表9-9，则所计算的转速可以圆整为相应的发电机的同步转速。所以取发电机转速为214.3r/min；则计算可得最大水头，最小水头及平均水头所对应的单位转速分别为：n11maxn11minn11a根据参考文献[1]可以发现最优效率区包含在𝑛11𝑚𝑖𝑛~𝑛11𝑚𝑎𝑥中，则此次检验合格。1.3.4设计单位流量的检验及额定流量的计算Q11r式中N——额定出力，kw；𝜂𝑟——设计工况点的原型效率。ηr=（其中，D1m=46cm，D因此，Δη=∴η∴Q经校验合理。Q1.3.5水轮机飞逸转速nR的计算水轮机飞逸转速的计算公式为：nR式中，n11R表示飞逸转速（查水轮机设计手册综合特性曲线可以查得HL220转轮的n11R=133r/min∴nR1.3.6估算水轮机的轴向水推力混流式水轮机轴向水推力的公式为：FtKt是指轴向水推力系数，根据HL220相关数据，轴向水推力系数Kt∴Ft1.4计算结果1.5轴面流道尺寸的计算根据参考文献[2]P224，制定模型流道尺寸。图2-1HL220标准模型转轮流道尺寸图根据司贝尔水电站所给相关参数以及上述的计算结果，该水轮机转轮标称直径为D1=7.0m=7000mm，换算之后为λ=7000导叶高度b0=0.25×7000=1750mm其余数据计算后为：1.082×7000=7574mm0.504×7000=3528mm0.116×7000=812mm0.87×7000=6090mm0.478×7000=3346mm0.928×7000=6496mm0.445×7000=3115mm0.485×7000=3395mm0.165×7000=1155mm0.309×7000=2163mm本水电站转轮流道尺寸见设计图纸。1.6导叶高度及分布圆直径导叶高度b0已经根据HL220机组转轮流道尺寸计算得出，b0=0.25×7000=1750mm。参考文献[1]P390附图12计算选取分度圆直径，实际分度圆直径计算可得：D0=1.16D1=8120mm。由计算得分度圆直径可查得导叶数Z0=24。查资料发现导叶翼型分为对称型导叶和非对称型导叶两种，那么在这里结合司贝尔水电站的水头大小即蜗壳实际情况，选取非对称型导叶作为本次设计所用导叶的形状[5]。1.7水轮机主轴直径的计算主轴外径尺寸有很多计算方法可以确定，通过扭力矩大小确定尺寸是一种较为常见的方式，本次设计就采用这种方式，首先要计算扭力矩，根据参考公式：M=97400P式中P—主轴传递的功率（KW）n—主轴转速（r/min）由司贝尔水电站原始资料可得P=400MW=400×10得M=97400再根据文献[2]P319图12—12有关主轴外径曲线的图表，可查得D=1800mm，主轴在设计时既可以选择薄壁轴也可以选择厚壁轴。那么如何确定主轴到底该选择薄壁轴还是厚壁轴呢？需要通过计算主轴直径来确定。当主轴直径计算大于600毫米时，应该选择薄壁轴标准；当主轴直径计算小于600毫米时，应该选择厚壁轴标准。根据计算结果本次司贝尔水电站水轮机结构设计选用的应该是薄壁轴。图2-2扭力矩与主轴关系[2]根据主轴内孔直径计算的相关公式：d=式中：