水轮机课程设计

第一章原始资料与设计任务1.1毕业设计(论文)使用的原始资料(数据)1.1.1工程基本概况HTS电站位于云南德宏傣族景颇族自治州盈江县境内的大盈江干流下游河段。电站厂房距盈江县城42km，距昆明786km。本电站为引水式电站。主体建筑物由首部枢纽、有压引水隧洞、钢管道和厂区枢纽组成。电站引水道系统布置在大盈江左岸，引水道总长约280m，采用一管三机引水方式，由电站进水口、压力引水隧洞、洞内压力管道组成，为有压引水系统。其中压力引水隧洞长202m，直径为8.8m；压力引水总钢管长42m，直径为8.8m；支管42米（至蝶阀止），直径按进水蝶阀直径定。本电站装机有如下方案：1.1.2电站基本参数1、水位（1）上游水位,正常蓄水位788m死水位781m（2）厂房尾水位-流量关系表1-1厂房尾水位-流量关系水位(m)738.2739740．5741741.5742742.5流量(m3/s)04.6562.1100175230330水位(m)743743.5744流量(m3/s)4005206002、流量电站多年平均流量213m3/s3、水头最大静水头54m额定水头46.5m最小水头40m4、泥沙0.47kg／m35、气象年平均气温19.4℃最高温度36.8℃最低气温－8℃年平均相对湿度80％6、电站特性装机容量3×33MW保证出力22.609MW多年平均发电量53198万kW.h年利用小时数5374h第二章水力发电机组的选型及相关设计2.1水轮机的方案选择2.1.1水轮机类型的选择表2-1水轮机类型及适用范围由任务书电站基本参数可知本电站的水头范围为40至54米，结合型谱表初步选用HLA551、HLD74、HLA384三种转轮。采用三台机333MW方案。模型参数如表2-2:表2-2模型参数HLA384HLD74HLA551模型转轮直径D1(cm)303535.2推荐最大使用水头(m)1258060最优单位转速(r/min)77.77979.3最优单位流量(m3/s)0.921.081.08类型型式反击式冲击式HL式ZL式XL式GL式混流可逆式轴流转桨式轴流定桨式斜流式混流式斜流可逆式贯流转桨式贯流定桨式水斗式斜击式双击式适应水头范围（m）40--70080--6003--903--5040--20040--1202--30300--170020--3005--100类型型式反击式冲击式HL式ZL式XL式GL式混流可逆式轴流转桨式轴流定桨式斜流式混流式斜流可逆式贯流转桨式贯流定桨式水斗式斜击式双击式适应水头范围（m）40--70080--6003--903--5040--20040--1202--30300--170020--3005--100HLA384HLD74HLA551模型转轮直径D1(cm)303535.2最优工况点效率%93.192.793.2限制单位流量(m3/s)1.0171.2471.326限制工况点效率%90.489.489.6限制工况汽蚀系数0.10.1430.14续表2-2HLA384HLD74HLA551限制工况比转速(m.kW)233261270.5单位飞逸转速(r/min)137150.4147.2水轮机的额定出力grg33000==34020.6kw0.97PP由于本机组属于中型机组故发电机效率取97%2.1.2各方案的基本参数试算1、方案一、3×HLA551（1）转轮直径取最优单位转速110n=79.3r/min;与出力限制线的交点的单位流量作为设计工况单位流量,则11rQ=1.3243m/s,对应模型的效率为m=0.9,暂取效率修正值=0.02;原型水轮机在设计工况下的效率m==0.9+0.02=0.92r11.51.511rr34020.6==2.996m9.819.811.32446.50.92PDQH取标准值3m（2）原型水轮机的效率1m55maxm010.352=110.9563DD（1-）（1-0.932）其中由模型综合特性曲线查的m0=0.932故效率修正值为=maxm0=0.956-0.932=0.024效率修正采用等效率修正法，统一修正+2.4%（3）转速n的计算与选择以加权平均水头avH作为标准水头计算发电机同步转速rav=48.950.95HH转速110av1n79.348.95n==184.93r/min3HD此值介于发电机同步转速166.7r/min与187.5r/min之间,其运行区间比较如下当取187.5r/min时111minmaxn187.53n==76.55r/min54DH111maxminn187.53n==88.94r/min40DH当取166.7r/min时111minmaxn166.73n==68.05r/min54DH111maxminn166.73n==79.07r/min40DH图2-1HLA551发电机同步转速取187.5r/min模型运行区间图2-2HLA551发电机同步转速取166.7r/min模型运行区间由上图所示的HLA551的模型曲线可知当取166.7r/mi时运行区间已偏离最优效率区,不利于机组稳定高效的运行,综上所述发电机同步转速取187.5r/min（4）流量的计算由21.51119.81rrrPDHQ，rm两公式通过试算可得对应水头下的单位流量和模型效率，从而推算出实际工况下的流量及效率。1）额定水头：设计工况点的模型转速111mrrn187.53n==82.5r/min46.5DH结合模型综合特性曲线进行试算得当模型效率为0.908时流量为1.3043m/s恰在模型曲线故符合要求0.9080.0240.932rm原型水轮机的单位流量223r11r1r==1.304346.580.3m/sQQDH2）最高水头：模型转速：111minmaxn187.53n==76.5r/min54DH结合模型综合特性曲线进行试算得当模型效率为0.926时流量为1.0223m/s恰在模型曲线故符合要求0.9260.0240.95rm原型水轮机最低流量为223min11max1max1.02235467.59/QQDHms（5）比转速的计算rs5/45/4n187.534020.6n===284.8r/min46.5PH(6)吸出高度的计算1）计算maxH，rH，minH所对应得单位转速max11min:76.5/minHnr11:82.5r/minrrHnmin11max:88.9r/minHn2）确定各水头所对应的单位流量3max11:Q1.022/Hms311:Q1.304/rHms最小水头取对应单位转速与5%出力限制线交点处流量为所取点单位流量，则最低水头的单位流量为：3min11:Q1.33/Hms3）确定各点的空化系数由上述计算结果对应模型综合特性曲线找到相应的工况点上分别查出minH、rH、maxH所对应得模型空化系数，分别为0.125,0.113,0.099.查空化系数修正值与水头的关系曲线可知分别为0.033，0.03,0.023。4）水轮机安装高程的确定水轮机的安装高程在初步计算时取下游水位的平均海拔高程.因此电站采用三台机的形式,故设计尾水位的水轮机过流量按1台机的额定流量,结合任务书中水位---流量关系表由差值法得出尾水位高度是E=741740.5740.7410062.1（80.3-62.1）+740.5m5）吸出高度的计算max740.74:10(0.0990.023)542.59m900sHH740.46:10(0.1130.03)46.52.53m900rsHHmin740.46:10(0.1250.033)402.86m900sHH（7）飞逸转速的计算maxr11r154n=n147.2360.63HDr/min（8）轴向水推力3232tt1max=9.8110=9.810.43103541610139.91244FKDHN2、方案二、3×HLD74（1）转轮直径取最优单位转速110n=79r/min;与出力限制线的交点的单位流量作为设计工况单位流量,则11rQ=1.2473m/s,对应模型的效率为m=0.893,暂取效率修正值=0.02;原型水轮机在设计工况下的效率m==0.893+0.02=0.913r11.51.511rr34020.6==3.0999.819.811.24746.50.913PDQHm计算值处于我国标准转轮直径3~3.3m之间,因取3m时转轮直径较小无法保证设计水头下发额定出力;而取3.3m又过大,且本机组为大型机组所以取非标准值3.1m（2）原型水轮机的效率1m55maxm010.35=110.9533.1DD（1-）（1-0.927）其中由模型综合特性曲线查的m0=0.927故效率修正值为=maxm0=0.953-0.927=0.026效率修正采用等效率修正法，统一修正+2.6%（3）转速n的计算与选择以加权平均水头avH作为标准水头计算发电机同步转速rav=48.950.95HH转速110av1n7948.95n==178.33.1HDr/min此值介于发电机同步转速166.7~187.5r/min之间,其运行区间比较如下当取187.5r/min时111minmaxn187.53.1n==79.154DHr/min111maxminn187.53.1n==91.940DHr/min当取166.7r/min时111minmaxn166.73.1n==70.354DHr/min111maxminn166.73.1n==81.740DHr/min图2-3HLD74发电机同步转速取187.5r/min模型运行区间图2-4HLD74发电机同步转速取166.7r/min模型运行区间由上图所示取187.5r/min时覆盖最优效率区面积较大且转速越高尺寸越小发电机极对数越少,比较经济,故选取187.5r/min（4）流量的计算由21.51119.81rrrPDHQ，rm两公式通过试算可得对应水头下的单位流量和模型效率，从而推算出实际工况下的流量及效率。1）额定水头：设计工况点的模型转速111mrrn187.53.1n==85.246.5DHr/min结合模型综合特性曲线进行试算得当模型效率为0.91时流量为1.2153m/s恰在模型曲线故符合要求0.910.0260.936rm原型水轮机的单位流量223r11r1r==1.2153.146.579.6m/sQQDH2）最高水头：模型转速：111minmaxn187.53.1n==79.1r/min54DH结合模型综合特性曲线进行试算得当模型效率为0.902时流量为0.983m/s恰在模型曲线故符合要求0.9020.0260.928rm原型水轮机最低流量为223min11max1max0.983.15469.2/QQDHms（5）比转速的计算rs5/45/4n187.534020.6n===284.8r/min46.5PH(6)吸出高度的计算1）计算maxH，rH，minH所对应得单位转速max11min:79.1/minHnr11:85.2r/minrrHnmin11max:91.9r/minHn4）确定各水头所对应的单位流量3max11:Q0.98/Hms311:Q1.215/rHms最小水头取对应单位转速与5%出力限制线交点处流量为所取点单位流量，则最低水头的单位流量为：3min11:Q1.244/Hms5）确定各点的空化系数由上述计算结果对应模型综合特性曲线找到相应的工况点上分别查出minH、rH、maxH所对应得模型空化系数，分别为0.1