课程设计

河北工程大学水电站课程设计————大江水电站水轮机选型设计学院：专业班级：姓名：_学号：指导老师：河北工程大学【摘要】本说明书主要介绍了大江水电站水轮机选型，水轮机运转综合特性曲线的绘制，蜗壳、尾水管的设计方案和工作。实际运用水轮机选型和设计的基本原理和过程，查阅相关设计资料，对该水电站的水轮机选择，水轮机参数，蜗壳，尾水管等进行了设计，并绘制了原型水轮机的运转综合特性曲线图。主要内容有水轮机的机组台数和单机容量、水轮机的型号和装置方式、水轮机的主要参数、水轮机运转特性曲线以及蜗壳、尾水管的型式与尺寸。设计过程中利用了autocad和office等实用工具软件，利用各个软件的优势自动处理数据和作图，增强了数据的精确度和效率。大致阐述了水电站水轮机的选择及其蜗壳和尾水管设计基本步骤和方法。【关键字】水电站水轮机参数特性曲线蜗壳尾水管【abstract】ThedesignofhydraulicturbinetypeDajiangHydropowerStation,whichisintroducedinthispaper,isapracticalapplicationofthebasicprinciplesandmethodsofhydraulicturbinetypedesign.Themaincontentsincludedthehydroturbine,thevolute,thedrainagedevice,therelevantauxiliarygraphandthedesigndrawings.Accordingtotheinstructionoftheseparts,Thedesignexpoundedthestepsandmethodsofgraphicdesignandauxiliaryequipmentofhydropowerstation.Theresultsshowthatitisagoodmethodtoguardstudents’designbythewaythatmodeofthinkingandmethodology,anddesignsteparediscussedandgiveninacertainteachingmodeandtimechart.Afterthecurriculumprojectofhydrostation,thecapabilityofstudentstosolvepracticalengineeringproblemsisimproved,andtheconfidencetoengageindesignisstrengthened.【keyword】Hydropowerstationmixed-flowturbinevolutedrafttubecharacteristiccurve河北工程大学目录第一节设计题目第二节基本资料第三节设计内容3.1确定机组台数与单机容量3.1.1机组台数的选择3.1.2单位容量的选择3.2水轮机型号、装置方式、转轮直径、转速、及吸出高度与安装高程的确定3.2.1HL240型水轮机3.2.2ZZ440型水轮机3.2.3两种方案的比较分析3.3水轮机运转特性曲线的绘制3.3.1基本资料3.3.2等效率曲线的计算与绘制3.3.3出力限制线的绘制3.3.4等吸出高度线的绘制3.4蜗壳设计3.4.1蜗壳型式选择3.4.2主要参数确定3.4.3蜗壳的水力计算及单线图，断面图的绘制3.5尾水管设计3.5.1尾水管型式的选择3.5.2尺寸确定及绘制平面剖面单线图河北工程大学第一节设计题目大江水电站水轮机选型设计第二节基本资料大江水电站，最大净水头Hmax=35.87m，最小净水头Hmin=24.72m，设计水头Hp=28.5m，电站总装机容量N装=68000kW，尾水处海拔高程▽=24.0m，要求吸出高Hs-4m.第三节设计内容水轮机是水电站中最主要的动力设备之一，它关系到水电站助工程投资、安全运行、动能指标及经济效益等重大问题，正确地进行水轮机选择是水电站设计中的主要任务之一、本次设计的内容有：(1)确定机组台数与单机容量。(2)确定水轮机的型号与装置方式(3)确定水轮机的转轮直径与转速。(4)确定水轮机的吸出高度与安装高程。(5)绘制水轮机运转特性曲线（等效率曲线）。(6)确定蜗壳、尾水管的型式与尺寸。3.1机组台数与单机容量的选择水电站的装机容量等于机组台数和单机容量的乘积。根据已确定的装机容量，就可以拟订可能的机组台数方案，当机组台数不同时，则单机容量不同，水轮机的转轮直径、转速也就不同，有时甚至水轮机型号也会改变，从而影响水电站的工程投资、运行效率、运行条件以及产品供应。选择机组台数与单机容量时应遵守如下原则：3.1.1机组台数的选择机组台数多，单机容量少，制造和运输方便，运行方式灵活，工作效率高，但消耗的材料多，投资大，运行、检修、维护的总工作量大。综合各种因素和设计资料选择机组台数：4台3.1.2单位容量的选择有资料得知该水电站总装机容量N装=68000kW，且机组台数为4台。河北工程大学单机容量kw17000dN3.2水轮机型号、装置方式、转轮直径、转速、及吸出度与安装高程的确定根据该水电站的水头变化范围24.72m～35.87m，参照设计要求选出合适的机型有HL240型水轮机（适用范围25~45）和ZZ440型水轮机（适用范围20~40）两种。现将这两种水轮机作为初步方案，分别求出其有关参数，并进行比较分析。3.2.1HL240型水轮机3.2.1.1转轮直径D计算水轮机的额定出力ddNN(d—发电机效率：0.95~0.98，取0.96)HL240型水轮机的模型为：最优单位转速min/72'10rn，模型最高效率92.0maxM，模型转轮直径46.01MDm。转轮直径231181.9PHQND式中：N——水轮机额定出力，77.1N万KW；'1Q——采用最优单位转速与出力限制线交点处单位流量，smQ/24.13'1；pH——设计水头，pH=28.5m；——水轮机效率，设=0.91。代入式中得mD24.391.05.2824.181.9177002/31采用与其相近的标准转轮直径1D3.3m。3.2.1.2转速计算转速1'1DHnn式中：'1n——单位转速采用最优单位转速'1072nr/min；H——采用设计水头pH=28.5m；河北工程大学1D——采用选用的标准直径1D=3.3m。代入式中，则3.35.2872n116.5r/min采用与其接近的同步转速min/125rn，磁极对数P=24。3.2.1.3效率修正值的计算由HL240-46转轮综合特性曲线查得HL240型水轮机在最优工况下最高效率为maxM=92.0%，模型转轮直径1MD=0.46m，所以原型水轮机的最高效率可采用下式计算，即max=511max)1(1DDMM=53.346.0)92.01(1=0.946在本设计中，取'=0，则效率修正值有下式计算'minmax代入数据可得001.092.0946.00.016当1D=3.3m，pH=28.5m，min/125rn，smQ/24.13'1时，从水轮机HL240-46转轮综合特性曲线上得M=0.904，所以水轮机在限制工况点(即设计工况点)的效率应为M0.904+0.016=0.92与原来的假设值相符。因此选用结果1D=3.3m和min/125rn是正确的。3.2.1.4工作范围校核在选定1D=3.3m和min/125rn后，水轮机的最大的'1maxQ及各特征水头相对应的'1n即可计算出来。水轮机在pH=28.5m、77.1N万KW下工作时，其相应的最大单位流量'1Q即为河北工程大学'1maxQ，故:smHDNQpT/19.192.05.283.381.91770081.932/32/321'max1则水轮机的最大引用流量为smHDQQP/18.695.283.319.13221'max1max对'1n值：在设计水头pH=28.5m时，min/3.775.283.31251'1rHnDnp在最大水头Hmax=35.87m时，min/87.6887.353.3125max1'max1rHnDn在最小水头Hmin=24.72m时，min/96.8272.243.3125min1'min1rHnDn在HL240-46转轮综合特性曲线图上，分别绘出sLQ/1190'max1，min/87.68'max1rn和min/96.82'min1rn为常数的直线，由这三根直线所围成的水轮机工作范围基本上包含了该特性曲线的高效率区。所以对于HL240型水轮机方案，所选定的参数1D=3.3m和min/125rn是比较满意的，但是还需要和其他方案作前面的比较。3.2.1.5吸出高度Hs的计算由水轮机的设计工况参数min/3.77'1rn，sLQ/1190'max1，由附表1查得相应的气蚀系数=0.195，气蚀系数修正值为=0.04，由此可求得水轮机的吸出高为psHH)(900105.28)04.0195.0(90024103.28m-4m所以，HL240型水轮机方案的吸出高度满足电站要求。3.2.1.6装置方式河北工程大学采用立轴安装方式。3.2.1.7安装高程的确定由立轴混流式HL240水轮机20bHZsA=24.0+3.28+0.365×3.3/2=27.88m(其中10365.0Db)3.2.2ZZ440型水轮机3.2.2.1转轮直径D计算转轮直径1D的计算公式231181.9PHQND式中N和pH均同前.对于'1Q值,可由附录中附表1查得该型水轮机在限制工况下的'1Q=1650L/s，同时还查得气蚀系数=0.72，但在允许的吸出高为-4m时,则相应的装置气蚀系数为44.004.05.2849002410][90010HHS0.72在满足-4m吸出高度的前提下，'1Q值可在ZZ440型水轮机主要综合特性曲线图中查得初定的设计工况点（'10115minnr，44.0）处的单位流量'1Q为sL/1205，同时可查得该工况点的模型效率M=86.2％，并据此可以初步假定水轮机的效率为89.5％。将以上的各参数值代入得mD32.3895.05.28205.181.9177002/31采用与其相近的标准转轮直径1D3.3m。3.2.2.2转速n计算水轮机的转速为min/04.1863.35.281151'1rDHnnp河北工程大学选用与之接近而偏大的同步转速min/5.187rn，磁极对数为P=16。3.2.2.3效率及单位参数修正对于轴流转浆式水轮机，必须对其模型综合特性曲线图上的每个转角的效率进行修正。当叶片转角为时的原型水轮机最大效率可用下式计算)7.03.0)(1(110511maxmaxpMMMHHDD已知10.46MD、3.5MHm、1D=3.3m、H=28.5m，带入上式则得)1(683.01)5.285.33.346.07.03.0)(1(1max105maxmaxMM叶片在不同转角时的maxM可由模型综合特性曲线查得，从而可求出相应的值的原型水轮机的最高效率max并将计算结果列于表3-1。当选用效率的制造工艺影响修正值%1和不考虑异性部件的影响时，即可计算出不同转角时的效率修正值%1minmax。其中计算结果如下表3-1表3-1ZZ440型水轮机效率修正值计算表（%）项目叶片转角-10°-5°0°+5°+10°+15°maxM84.988.088.888.387.286.0max89.791.892.492.091.390.4maxmaxM