選型設(shè)計(jì)參考說(shuō)明書(shū)

1、目錄摘要 41刖言 52橙樹(shù)河水電站水輪機(jī)選型設(shè)計(jì) 52.1選型設(shè)計(jì)概述 52.2選型設(shè)計(jì)的一般原則 52.3選型設(shè)計(jì)的內(nèi)容 62.4 橙樹(shù)河水電站原始參數(shù) 62.5水輪機(jī)組臺(tái)數(shù)的選擇 62.6水輪機(jī)的選型 72.7水輪機(jī)的主要參數(shù)的計(jì)算 82.8水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線的繪制 193橙樹(shù)河水電站金屬蝸殼水力設(shè)計(jì) 273.1概述 273.2主要參數(shù)的選擇 273.3金屬蝸殼水力設(shè)計(jì)計(jì)算 273.4蝸殼各斷面尺寸計(jì)算源程序 323.5蝸殼各斷面尺寸 344橙樹(shù)河水電站水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)圖的繪制 354.1導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的基本類型 354.2徑向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)圖的繪制 365橙樹(shù)河水電站尾水管水力設(shè)計(jì) 4

2、15.1概述 415.2尾水管的基本類型 415.3尾水管水力單線圖的繪制 416橙樹(shù)河水電站水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 426.1概述 426.2水輪機(jī)主軸 426.3水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪 436.4活動(dòng)導(dǎo)葉 446.5導(dǎo)葉傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 456.6導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的環(huán)形部件 456.7蝸殼結(jié)構(gòu) 466.8基礎(chǔ)環(huán)結(jié)構(gòu) 476.9尾水管結(jié)構(gòu) 476.10水導(dǎo)軸承 486.11密封裝置 487橙樹(shù)河水電站水輪機(jī)導(dǎo)葉零件圖的繪制 508橙樹(shù)河水電站水輪機(jī)導(dǎo)葉強(qiáng)度計(jì)算及校核 508.1導(dǎo)葉強(qiáng)度計(jì)算基本思想 508.2導(dǎo)葉強(qiáng)度計(jì)算過(guò)程 518.3導(dǎo)葉材料強(qiáng)度校核 588.4水輪機(jī)計(jì)算源程序 599結(jié)論 64總結(jié)與體會(huì) 65謝辭 65參考

3、文獻(xiàn) 66摘 要本文系橙樹(shù)河水電站水輪機(jī)選型及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。對(duì)于選型設(shè)計(jì)，首先根 據(jù)電站提供的原始參數(shù)分析并初步選擇合理的模型轉(zhuǎn)輪型號(hào)。然后通過(guò)對(duì) 不同型號(hào)轉(zhuǎn)輪的效率、強(qiáng)度、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性等各方因素進(jìn)行比較，最終 確定模型轉(zhuǎn)輪型號(hào)為HL260/D74最后根據(jù)模型轉(zhuǎn)輪的相關(guān)資料計(jì)算與電站 真機(jī)相對(duì)應(yīng)的各參數(shù)，繪制水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線及導(dǎo)水機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)圖， 設(shè)計(jì)蝸殼、尾水管水力單線圖；對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，首先根據(jù)流道布置過(guò)流部 件，選擇合理的連接方式將各部件連成一個(gè)有機(jī)整體，然后選擇、設(shè)計(jì)具 體零件，并校核其強(qiáng)度，本設(shè)計(jì)中對(duì)導(dǎo)葉的強(qiáng)度進(jìn)行了校核。關(guān)鍵詞：橙樹(shù)河水電站；水輪機(jī)；選型設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)Abstract

4、This paper refers to turb ine type select ion desig n and structure desig n for Chen gshu River Hydropower Stati on. As to turb ine type select ion desig n, firstly, prelim inary model runner types were selected through an alys ing orig inal information offered by the plant .Then to determine the op

5、timum model among the roughly chosen after weighing up the pros and cons of the different schemes in terms of the efficiency, intensity, stability, economic elements etc comprehe nsively. Here model type: HL260/D74 was of in terest. Fin ally, appl ying the in formatio n related to the model, the cor

6、relative parameters of the prototype were calculated, for which the performa nee comb ined characteristic curve was plotted, the hydraulic n eat lines of the spiral cas ing and draft tube were designed, and the distributor movement drawing was drawn. As to the structure design, firstly the layout of

7、 the water components, namely spiral cas ing, distributor, runner, and draft tube, was determ in ed, and proper conn ecti on style among the comp onents was to make the scheme an effective unity. At last the specific components were chosen among the standard series or redesig ned, and their inten si

8、ties should be checked up. The stre ngth of the vane applied in the structure was checked.Key words: Chengshu River Hydropower Station; Turbine; Type Selectio n Desig n; Structure Desig n/、八1前言本設(shè)計(jì)主要根據(jù)提供的水電站基本參數(shù)完成橙樹(shù)河水電站水輪機(jī)選型及結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)，以此鍛煉綜合運(yùn)用專業(yè)知識(shí)與技能，發(fā)現(xiàn)、分析、解決問(wèn)題的獨(dú)立工作能 力,初步進(jìn)行科學(xué)研究及獲取新知識(shí)的能力。水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)是水電站設(shè)計(jì)中一項(xiàng)

9、重要任務(wù)。這個(gè)問(wèn)題解決得正確與否對(duì)水電站的投資、建設(shè)速度、發(fā)電量及電站 的經(jīng)濟(jì)效益都有很大的影響。目前選型設(shè)計(jì)采用的方法有兩種，一種是根據(jù)比轉(zhuǎn) 速進(jìn)行選型計(jì)算，這種方法對(duì)技術(shù)要求較高，許多問(wèn)題不易掌握；另一種則是本 設(shè)計(jì)中所采用的根據(jù)型譜計(jì)算選擇，這種方法是運(yùn)用較多的一種。但在實(shí)際中也 存在一些問(wèn)題，如由于目前國(guó)內(nèi)各廠家新開(kāi)發(fā)和新引進(jìn)的轉(zhuǎn)輪很多，而型譜資料 沒(méi)有辦法同步更新，這就會(huì)出現(xiàn)資料不夠全面的問(wèn)題。型譜計(jì)算選擇主要是通過(guò) 修正或其它一些方法將型譜中模型機(jī)的相關(guān)參數(shù)換算到真機(jī)上，從而得到真機(jī)參數(shù)。最后對(duì)所得到的設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行分析，判斷選型設(shè)計(jì)是否成功。2橙樹(shù)河水電站水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)2.1選型設(shè)

10、計(jì)概述在水電站的設(shè)計(jì)中，正確、合理地選擇水輪機(jī)，對(duì)于充分利用水流能量，保 證水電機(jī)組的安全運(yùn)行、降低電站造價(jià)以及節(jié)省運(yùn)行管理費(fèi)用等有著直接的影響。根據(jù)電站的特定條件，選擇技術(shù)上合理、經(jīng)濟(jì)上能獲得最大效益的水輪機(jī)機(jī)型， 成為水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)的主要任務(wù)。水輪機(jī)選型還與制造、運(yùn)輸、安裝、電站開(kāi)發(fā) 方式及電站在電力系統(tǒng)中承擔(dān)的任務(wù)有關(guān)。對(duì)于大型水電站，為了獲得優(yōu)良的運(yùn) 行性能，通常根據(jù)特定的電站條件設(shè)計(jì)新型參數(shù)的水輪機(jī)，這是因?yàn)槠溲b機(jī)容量 大，新轉(zhuǎn)輪帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)增值效益往往要比設(shè)計(jì)、制造新轉(zhuǎn)輪附加成本要高很多， 所以這樣是十分有益的；對(duì)于中小型則采用通用機(jī)型，便于解決設(shè)備供應(yīng)和工程 投資問(wèn)題，以提高電站的

11、建設(shè)速度，提高效益。2.2選型設(shè)計(jì)的一般原則1）所選機(jī)組的技術(shù)性應(yīng)能適合電站的水力條件，在設(shè)計(jì)水頭下能發(fā)出額定出 力，平均效率較高；2）所選水輪機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，有良好的抗氣蝕性能；3）所選水輪機(jī)有較高的比轉(zhuǎn)速，使機(jī)組尺寸小、轉(zhuǎn)速高、造價(jià)低；4）機(jī)組臺(tái)數(shù)和單機(jī)容量合適，適應(yīng)水電站枯水流量要求和上下游電站的配合;5) 機(jī)組制造、供貨落實(shí)，滿足運(yùn)輸條件要求，結(jié)構(gòu)先進(jìn)；6) 個(gè)電站通常應(yīng)選擇同規(guī)格的機(jī)組，以利備品備件的通用，便于運(yùn)行、維 護(hù)和管理。2.3選型設(shè)計(jì)的內(nèi)容(1) 根據(jù)水能資料，合理選擇水輪機(jī)的臺(tái)數(shù)；(2) 選擇水輪機(jī)型號(hào)及裝置方式；(3) 計(jì)算水輪機(jī)的標(biāo)稱直徑及同步轉(zhuǎn)速；(4) 計(jì)算水輪機(jī)

12、最大吸出高度和安裝高程；(5) 繪制水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線；(6) 確定蝸殼、尾水管的型號(hào)及主要尺寸。2.4橙樹(shù)河水電站原始參數(shù)設(shè)計(jì)水頭H產(chǎn)54.5m最大水頭Hmax = 68.12m電站高程i =436m電站引用流量Qpi =36m3/s最小水頭H min = 45.17m 加權(quán)平均水頭Hpj = 57.37 m 電站裝機(jī)容量Npl =16000KW電站系徑流式，距離負(fù)荷中心較遠(yuǎn)，在系統(tǒng)中主要承擔(dān)基荷2.5水輪機(jī)組臺(tái)數(shù)的選擇水輪機(jī)裝機(jī)容量確定后，可以裝置不同的機(jī)組臺(tái)數(shù)。機(jī)組臺(tái)數(shù)不同，轉(zhuǎn)輪直 徑和轉(zhuǎn)速也就不同，甚至可以導(dǎo)致水輪機(jī)型號(hào)也不相同，從而使電站的投資、運(yùn) 行效率、運(yùn)行條件、產(chǎn)品供貨等各

13、不相同。因此，機(jī)組臺(tái)數(shù)的選擇是一個(gè)技術(shù)經(jīng) 濟(jì)比較問(wèn)題。選擇機(jī)組臺(tái)數(shù)，有技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證和數(shù)值計(jì)算兩種途徑，本文主要采 用技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證的方法選擇機(jī)組臺(tái)數(shù)。用技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證選擇機(jī)組臺(tái)數(shù)，一般應(yīng)從以下因素進(jìn)行考慮：(1) 臺(tái)數(shù)與投資關(guān)系臺(tái)數(shù)越多投資成本越高。(2) 臺(tái)數(shù)對(duì)運(yùn)行效率的影響機(jī)組臺(tái)數(shù)少，單機(jī)效率高，但當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)調(diào)節(jié)性能差；臺(tái)數(shù)多一些，可以 改變開(kāi)機(jī)方式，調(diào)整機(jī)組負(fù)荷，避開(kāi)低效率區(qū)運(yùn)行。(3) 臺(tái)數(shù)與運(yùn)行維護(hù)的關(guān)系臺(tái)數(shù)多，運(yùn)行方式靈活機(jī)動(dòng)，事故停機(jī)影響小，單機(jī)檢修易于安排，但對(duì)全廠檢修麻煩，同時(shí)開(kāi)停機(jī)頻繁。（4）臺(tái)數(shù)與其他因素的關(guān)系機(jī)組臺(tái)數(shù)的選擇，涉及因素較多，應(yīng)進(jìn)行綜合考慮。一般來(lái)說(shuō)，臺(tái)數(shù)不宜

14、過(guò) 多，對(duì)中小型電站為24臺(tái)，大型水電站一般為48臺(tái)。綜合考慮橙樹(shù)河電站的上述各方面因素最終確定橙樹(shù)河電站機(jī)組臺(tái)數(shù)為兩 臺(tái)。2.6水輪機(jī)的選型水輪機(jī)的型式和型號(hào)的選擇，是在已給定單機(jī)容量及各特征水頭的條件下進(jìn) 行的。所給出的特征水頭，將反映水輪機(jī)投入運(yùn)行后的水頭范圍，以及這些水頭 出現(xiàn)的頻率。水輪機(jī)的型譜，反映了某個(gè)相同水頭段內(nèi)類型上的重疊應(yīng)用區(qū)，有 的是混流式與水斗式的重疊區(qū)，有的是混流式與軸流式的重疊區(qū)。同類型而不同 型號(hào)的水輪機(jī)，也有水頭段的重疊區(qū)。（1）重疊區(qū)內(nèi)不同型式水輪機(jī)的比較根據(jù)本次設(shè)計(jì)電站各水頭特征可以初步確定機(jī)型為HL,ZL或Xb各類水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可歸納如下：1）當(dāng)水電站的

15、水頭和功率變化幅度較小時(shí)，通常選用軸流轉(zhuǎn)槳水輪機(jī)。這種 水輪機(jī)具有雙重調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，其效率變化較小，平均效率較高。2）當(dāng)水電站開(kāi)挖不受限制時(shí)，采用軸流轉(zhuǎn)槳式較好。這種水輪機(jī)雖然氣蝕系 數(shù)較大，但可以通過(guò)降低Hs來(lái)改善水輪機(jī)的氣蝕性能，其比轉(zhuǎn)速較高，有利于縮 小機(jī)組和廠房尺寸。3）當(dāng)尾水管較長(zhǎng)時(shí)，通常選用混流式水輪機(jī)而不選用軸流式水輪機(jī)。因?yàn)檩S 流式水輪機(jī)在甩負(fù)荷時(shí)，易產(chǎn)生抬機(jī)現(xiàn)象。4）當(dāng)推力軸承受限制時(shí)，通常米用混流式而不米用軸流式。因?yàn)檩S流式水輪 機(jī)的水推力系數(shù)較大，即軸向水推力大，因此機(jī)組的軸向負(fù)荷加大。在橙樹(shù)河電站水頭的變幅為：（H/Hmax） 100% =33.7%，變幅較大，另外綜 合考

16、慮電站投資及其他各方面因素，最終確定橙樹(shù)河水電站選用混流式水輪機(jī)。重疊區(qū)內(nèi)相同型式不同型號(hào)水輪機(jī)的比較由Hr = 54.5m，查1P2可以選取轉(zhuǎn)輪型號(hào)為：HL260/A244及HL260/D74對(duì)于HL260/A244型號(hào)轉(zhuǎn)輪，推薦的使用水頭范圍為3560m。但橙樹(shù)河電站 的最大水頭為68.12 m，超出推薦最大水頭8.12 m。無(wú)論從結(jié)構(gòu)和材料上都很難 彌補(bǔ)超出的水頭對(duì)水輪機(jī)強(qiáng)度的影響，因此在這里舍棄HL260/A244方案。對(duì)于HL260/D74型號(hào)轉(zhuǎn)輪，推薦的使用水頭范圍為 5080 m，能夠滿足橙樹(shù) 河電站水頭要求。(3)水輪機(jī)型號(hào)的選擇 綜合上面的考慮，最終確定橙樹(shù)河電站的水輪機(jī)機(jī)型

17、為：HL260/D742.7水輪機(jī)主要參數(shù)的計(jì)算水輪機(jī)主要參數(shù)的計(jì)算指轉(zhuǎn)輪直徑 Di，額定轉(zhuǎn)速n及吸出高度Hs等的計(jì)算。 這些參數(shù)的計(jì)算是以真機(jī)與模型機(jī)滿足相似條件為前提的，利用相似理論將模型 機(jī)的參數(shù)換算、修正得到真機(jī)的參數(shù)。2.7.1初選設(shè)計(jì)工況點(diǎn)口11就等于模型機(jī)的最優(yōu)在設(shè)計(jì)時(shí)可視電站加權(quán)平均水頭所對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速 單位轉(zhuǎn)速n11o,m。則有Di-n 11o,mDi(2.1)而在設(shè)計(jì)水頭H r下n = n11rHrn11o,mHpjD1HrD1n11r二 n11rn 11o,m(2.2)式中：n 11r 設(shè)計(jì)水頭下的單位轉(zhuǎn)速，r. min ；n11o,m 模型轉(zhuǎn)輪的最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速，r/min

18、 ；H pj 加權(quán)平均水頭，m ；H r 設(shè)計(jì)水頭，m。由原始參數(shù)知 Hpj =57.37m，Hr=54.5m，查1P2 得,“口 = 79r/min，故在模型轉(zhuǎn)輪綜合特性曲線上作 niir =81.05r min水平線交功率限制線于點(diǎn) A, 即為初選設(shè)計(jì)工況點(diǎn)。查1P19HL260/D74模型轉(zhuǎn)輪綜合特性曲線得到 A點(diǎn)的單位 流量 Qiir = 1.237 m3 s，即初選設(shè)計(jì)工況點(diǎn)為(Qiir, nr) = (1.237,81.05)2.7.2轉(zhuǎn)輪直徑的確定Nf水輪機(jī)軸功率公式為：(2.3)式中：Nf 發(fā)電機(jī)額定功率，8000KW ；f 發(fā)電機(jī)效率，對(duì)于中小型發(fā)電機(jī)取 0.920.94，本

19、設(shè)計(jì)中取0.94。計(jì) 算得 N =8510.64KW水輪機(jī)效率二mA (2 3%)( 2.4)式中：mA 初選設(shè)計(jì)工況點(diǎn)的效率，查1P19HL260/D74模型轉(zhuǎn)輪綜合特性曲線 得到mA =90%。此設(shè)計(jì)中取 為92%。轉(zhuǎn)輪直徑的計(jì)算公式Di =N 32(2.5)9.81Q11rHr 口式中：N 水輪機(jī)的軸功率，8510.64KW ;Di 轉(zhuǎn)輪直徑，m ；Q11r 初選設(shè)計(jì)工況點(diǎn)的單位流量，1.237m3 s ；H r 設(shè)計(jì)水頭，54.5m ;水輪機(jī)效率，92%。計(jì)算得到 D1 = 1.33m查2P15由表1.3轉(zhuǎn)輪公稱直徑Di尺寸系列對(duì)轉(zhuǎn)輪直徑進(jìn)行圓整，最終取D1 =1.4m 。2.7.3額

20、定轉(zhuǎn)速n的確定計(jì)算轉(zhuǎn)速時(shí)，一般希望加權(quán)平均水頭 日功的單位轉(zhuǎn)速接近于最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速，從 而使水輪機(jī)大部分時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)在高效區(qū)。將已確定的直徑D1代入式(2.1 )計(jì)算得n -427.4r min。查2P15表1.4對(duì) 轉(zhuǎn)速進(jìn)行圓整。由n =427.4r. min處于標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速428.6與375之間。若取n = 428.6r min貝U有最小單位轉(zhuǎn)速 numin 二 nDl= 4286 1.4 =72.70rminVHmax5/68.12'最大單位轉(zhuǎn)速 n11max 二-nD-428.6 1.4 =89.28r minV'HminV45.17同理若取n =375 rm則有最小單位轉(zhuǎn)速n1

21、最大單位轉(zhuǎn)速n11mzxnU 375 1.4'Hmax68.12n0375 1.41 min45.1763.61r minminH=78.11r min兩標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速下水輪機(jī)的運(yùn)行范圍如圖2.1所示圖2.1設(shè)計(jì)水頭下水輪機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下的工作范圍示意圖從此圖中不難發(fā)現(xiàn)當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速n =428.6r. min時(shí)，轉(zhuǎn)輪的運(yùn)行范圍要優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn) 轉(zhuǎn)速n =375rmin時(shí)的運(yùn)行范圍，故綜合考慮后取標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速n =428.6r. min。2.7.4效率及單位參數(shù)的確定2.7.4.1 效率換算及其修正對(duì)于混流式水輪機(jī)，按 Moody公式換算。即(2.6 )式中：max真機(jī)最優(yōu)效率；max,m 模型機(jī)最優(yōu)效率，

22、由1P2查得0.927 ；D1m 模型機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑，由1P2查得0.35m ；D1 真機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑，1.4 m o計(jì)算得到max =0.945 因此，真機(jī)與模型機(jī)因直徑及水頭不同而導(dǎo)致效率不同的修正值為：上 1 二 max - max,m( 2.7 )計(jì)算得1 =0.945 一0.927 =0.018本設(shè)計(jì)中真機(jī)與模型機(jī)的過(guò)流部件型式相同，那么因過(guò)流部件型式不同而引起的效率不同的修正值.: 2=0 o此外還存在因機(jī)械加工工藝質(zhì)量而引起的效率修正值."= 3。由2P19取: 3 - -0.01最后得到真機(jī)的效率修正值為：: ：1 爲(wèi)以.23.3 =0.0180(-0.01) = 0.008

23、(2.8 )那么真機(jī)的最優(yōu)效率為：二 m *( 2.9 )式中：m 模型機(jī)最優(yōu)效率，0.927 ;.:真機(jī)效率修正值，0.008 o計(jì)算得到 二 m 訂-0.9270.008 =0.9352.7.4.2 單位參數(shù)的修正01- Qu - Qn,m(2.10 )(2.11 )上述修正值可在最優(yōu)工況點(diǎn)進(jìn)行選取。上二式中：n 11,m 模型機(jī)最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速，79 r/ min ；Q11,m 模型機(jī)最優(yōu)單位流量，查1P2得1.08m3/s ；真機(jī)最優(yōu)效率，0.935 ;m 模型機(jī)最優(yōu)效率，0.927。計(jì)算得到.汨仆=0.34r. min ； . Qj =0.016m3. s由于込=空 100% =1.5%

24、 ： 3% ；100% =1.5% ： 3% ,ni1,m 79Q11,m1 .°8故可忽略單位轉(zhuǎn)速及單位流量的修正。2.7.5核對(duì)所選擇的D1及n2.7.5.1水輪機(jī)真實(shí)工況點(diǎn)設(shè)計(jì)水頭下水輪機(jī)的單位轉(zhuǎn)速為:nDjHr(2.12)式中：n水輪機(jī)額定轉(zhuǎn)速，345.8r. min ；1.4m ；54.5m。D1 轉(zhuǎn)輪直徑，H r 設(shè)計(jì)水頭, 計(jì)算得：n11r = 81.28 r. min將真機(jī)的單位轉(zhuǎn)速反修正到模型機(jī)上，即n“rm = n11r 一 An =81.28r/min在模型綜合特性曲線上作n 11 =81.28r. min水平線，其與等效率曲線有若干交 點(diǎn)。從功率限制線右邊第一

25、個(gè)交點(diǎn)向左取若干點(diǎn)并記入表2.1。Q11rN9.81Hr32D12(2.13 )表2.1設(shè)計(jì)水頭下真機(jī)的單位流量與其對(duì)應(yīng)的效率nm(%)89909192929190 ，89Hm+3(%)89.890.891.892.892.891.890.889.83Q由公公式：口 s) 0.9630.9941.0261.0631.1541.2021.2371.267式中：N 水輪機(jī)的軸功率， 8510.64KW ；Di 轉(zhuǎn)輪直徑，1.4m;H r 設(shè)計(jì)水頭，54.5m。計(jì)算得到：K =1.1以表2.1中的單位流量Qu為橫坐標(biāo)，效率 為縱坐標(biāo)，繪制曲線 二f(Qii), 如圖2.2所示。圖2.2設(shè)計(jì)水頭下效率

26、與單位流量的關(guān)系曲線由公式(2.13)知真實(shí)工況點(diǎn)一定在設(shè)計(jì)水頭下二f(Qn)關(guān)系曲線上，通過(guò)逐次逼近法(要求誤差小于0.1% )找出其坐標(biāo)。具體做法如下：第一次逼近：K 1 1取 1 =0.918，由式 1.13 得到 Qn(1)=1.198ml s，由圖 2.2 查得110.918Q11 =1.198m s時(shí)對(duì)應(yīng)的2 =0.919，計(jì)算得至V：Q11 (2)二上1.10.919= 1.197 m3 s西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)比較Qii(l)-Qii 1.198一 1.197 “00% =0.08%<0.1%1.198滿足要求，故真實(shí)工況點(diǎn)，其在綜合特性曲線上的位置如圖2.3所示真實(shí)工況

27、點(diǎn)圖2.3 真實(shí)工況點(diǎn)在 HL260/D74模型轉(zhuǎn)輪綜合特性曲線上的位置示意圖2.7.5.2 核對(duì) D1 及 n圖2.1及圖2.3可以說(shuō)明所選擇的參數(shù)D1 =1.4m,n = 428.6 r min是合理的2.7.6確定水輪機(jī)導(dǎo)葉的最大可能開(kāi)度:0k由于在本設(shè)計(jì)中 -D11.4 =4r = D2口54.31 （其中查D1m 0.35 D°m D D1.167.35D0m D1m4P133得D°=1.75m及查1P2得到D°m ），真機(jī)與模型機(jī)的幾何形狀并不相似， 不能直接用相似換算。在此用真機(jī)與模型機(jī)的出流角相等來(lái)求導(dǎo)葉的最大開(kāi)度。 具體的求解方法見(jiàn)水輪機(jī)導(dǎo)水運(yùn)動(dòng)

28、圖的繪制。2.7.7水輪機(jī)的設(shè)計(jì)流量設(shè)計(jì)流量的計(jì)算式為：0“9耗(2.14 )式中：N 水輪機(jī)軸功率，8510.64KW ;真實(shí)工況點(diǎn)的真機(jī)效率，0.918 ;H r 設(shè)計(jì)水頭，54.5m。計(jì)算得到Qr =17.34m3 s。電站裝機(jī)2臺(tái)，總的設(shè)計(jì)流量為 2Qr = 34.68m3 s ： Qpi 滿足要求。2.7.8水輪機(jī)的允許吸出高度水輪機(jī)在不同的工況下的空蝕系數(shù)是不同的。應(yīng)根據(jù)不同的水頭下的軸功率N，即根據(jù)相應(yīng)的nn和Qu值，從綜合特性曲線上查找出相應(yīng)的空蝕參數(shù)二，并按下式計(jì)算允許吸出高度值。Hs =10k=H（2.15）900V或Hs =10（； ：；）H（2.16）s 900式中：i

29、 水電站水輪機(jī)安裝高度，436m ；二一各對(duì)應(yīng)水頭下的工況點(diǎn)的空蝕系數(shù)；空蝕系數(shù)的修正值；k；一空蝕安全系數(shù)。Hs本設(shè)計(jì)中分別計(jì)算出了設(shè)計(jì)水頭和最大水頭下的允許吸出高度2.7.8.1 設(shè)計(jì)水頭 比=54.5m下所對(duì)應(yīng)Hs在設(shè)計(jì)水頭下查3P157 得到 =1.15 1.20，本設(shè)計(jì)中取K.：； = 1.15及查1P19綜合特性曲線得真實(shí)工況點(diǎn)對(duì)應(yīng)的空蝕系數(shù)0.135。計(jì)算得到Hs1 =10k=Hr =10-邀 -1.15 0.135 54.5 =1.05m9009002.7.8.2 最大水頭Hmax = 68.12m下對(duì)應(yīng)的吸出高度與設(shè)計(jì)水頭相似，通過(guò)確定最大水頭下的真實(shí)工況點(diǎn)來(lái)計(jì)算允許吸出高度

30、。1）確定最大水頭下的真實(shí)工況點(diǎn)最大水頭對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速為：nnnDi(2.17)式中：n水輪機(jī)額定轉(zhuǎn)速，428.6rmi n；D1 轉(zhuǎn)輪直徑，1.4m;H max 最大水頭,68.12m。計(jì)算得:n = 72.7 r min將真機(jī)的單位轉(zhuǎn)速反修正到模型機(jī)上，即n 11m = n： n = 72.7 r. min作nn =72.7r min的水平線在模型轉(zhuǎn)輪綜合特性曲線上，與等效率線有交點(diǎn), 將各交點(diǎn)的坐標(biāo)記錄在表2.2中。表2.2最大水頭下真機(jī)的單位流量與其對(duì)應(yīng)的效率nm(%)9192929190898887Hm+(%)91.892.892.891.890.889.888.887.8Q11 =

31、 Q11m (m/ S)1.1171.0461.010.9630.9160.8750.840.805由公式:Q11N_k9.81Hmax32D12-(2.18 )式中：N 水輪機(jī)的軸功率，8510.64KW ;D1 轉(zhuǎn)輪直徑，1.4m;H max 最大水頭，68.12m。計(jì)算得到：K =0.7873以表2.2中的單位Qn數(shù)據(jù)為橫坐標(biāo)，效率 為縱坐標(biāo)，繪制曲線 =f(Qn)如 圖2.4示。與設(shè)計(jì)水頭下的逐次逼近相似，最終得到最大水頭下的真實(shí)工況點(diǎn)為：(Q11, )=(0.8758,0.8982)。2)最大水頭下對(duì)應(yīng)的允許吸出高度在最大水頭下查3P157可得空蝕安全系數(shù)k.：； = 1.15 ；查

32、1P19HL260/D74模 型轉(zhuǎn)輪綜合特性曲線可得該水頭下真實(shí)工況點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的空蝕系數(shù)c =0.142，這樣由公式（2.15 ）計(jì)算得到最大水頭下的允許吸出高度為：P436H s2 =10k H max =101.15 0.142 68.12 - -1.6m900900圖2.4最大水頭下真機(jī)的效率與單位流量的關(guān)系曲線(2.19)(2.20)2.7.8.3電站允許吸出高度的確定為保證電站的運(yùn)行安全取 H s =min ：H j'，在此取H s二-1.6m2.7.9水輪機(jī)安裝高程 ' 裝本設(shè)計(jì)中采用的裝置方式為立式，水輪機(jī)安裝高程:1'裝八 Hs *式中： ' 電站

33、高程，436m ；H s 電站允許吸出高度，-1.6m ；b。一活動(dòng)導(dǎo)葉高度，m。其中活動(dòng)導(dǎo)葉高度的計(jì)算公式：b° =b° D1式中：b。一導(dǎo)葉相對(duì)高度，查1得b。=0.28 ；D1 轉(zhuǎn)輪直徑，1.4m。計(jì)算得:b0 = 0.392m故安裝高程為：LL11''裝二 '、 H sbo = 436 (1.6)0.392 = 434.596m。2 22.7.10水輪機(jī)的飛逸轉(zhuǎn)速nf飛逸轉(zhuǎn)速的計(jì)算公式為：(2.21)式中：n 11f 單位飛逸轉(zhuǎn)速，查1得n11f =150.4 r minH max 最大水頭，68.12m ；D1 轉(zhuǎn)輪直徑，1.4m。計(jì)算得

34、nf = 886.7 r. min。2.7.11軸向水推力Poc對(duì)于混流式轉(zhuǎn)輪有軸向水推力的計(jì)算公式：兀 2Poc = k D1 H max（222）4式中：k軸向水推力系數(shù)，查1P2知k=0.36計(jì)算得到： 2 2巳c =kD1 Hmax =0.36 1.42 68.12 =37.75tf44其中 1tf =9.81KN 。2.7.12估算水輪機(jī)的質(zhì)量水輪機(jī)的質(zhì)量G （不包括調(diào)速器，油壓設(shè)備及其他輔助設(shè)備時(shí)）可按下式計(jì)(2.23)G = kD1aH b式中：k 系數(shù)，查2P23得k =8.1；H 水頭，（這里用設(shè)計(jì)水頭代入）54.5m ；a 與轉(zhuǎn)輪直徑有關(guān)的指數(shù)，查2P23知轉(zhuǎn)輪直徑D1 =

35、1.4m對(duì)應(yīng)的系數(shù):'計(jì)算得到此時(shí)“1.96;b 與水頭有關(guān)的指數(shù)，查2P23得b=0.16 計(jì)算得水輪機(jī)質(zhì)量：G =29.7t2.8水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線的繪制2.8.1等效率曲線的繪制列表計(jì)算：在HminHmax內(nèi)取7個(gè)水頭分別計(jì)算其所對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速，并換 算成模型機(jī)的相應(yīng)單位轉(zhuǎn)速，在模型機(jī)綜合特性曲線上作單位轉(zhuǎn)速的水平線，與 各 二co nst線相交，將各交點(diǎn)的坐標(biāo)列入下表計(jì)算。表2.3等效率曲線的計(jì)算轉(zhuǎn)輪型號(hào)：HL260/D74； D1=1.4m ； n= 428.6r/min ； A n10 ；心耳=0.8% ; nn,m =門(mén)仆；H min = 45.17m ; H r =

36、 54.5m ; H max = 68.12m出=45.17mn 11 =89.3r/min工作特性曲線計(jì)算n =nmN =9.819% 32nm/% /%Q11 /(m3/s)N/KW9090.81.2506625.1559191.81.2206537.3659191.81.1856349.8189090.81.1366020.9418989.81.0985755.4458888.81.0605494.3848787.81.0245248.0108686.80.9804965.3068585.80.9344677.7228484.80.8954430.1578282.80.8103914.8

37、54%/%n /%Q11 /(m'/s)N/KW9090.81.2507715.711H 2 =50m9191.81.2117557.304n 仆=84.9r/min9292.81.1397185.414工作特性曲線計(jì)算9191.81.0806739.7929090.81.0436437.9898989.81.0106165.6359.8ViQ11D12H 328888.80.9785903.8048787.80.9295544.8578686.80.8885239.7778585.80.8414905.275nm/% /%3 f/(m /s)N/KW8989.81.2678801.8

38、26H3 = 54.5m9090.81.2378689.1129191.81.2028536.247n 仆=81.3r/ min9292.81.1548284.640工作特性曲線計(jì)算92.393.11.1138016.129n =m9292.81.0637631.345N =9.819% 329191.81.0267286.3479090.80.9946982.1968989.80.9636689.9448888.80.9186306.3128787.80.8705909.267J/%n /%Q11 /(m3/s)N/KW8989.81.2609453.644H 4 =57 37m9090.8

39、1.2269300.9799191.81.1949157.973n 仆=79.2r / min9292.81.1408839.042工作特性曲線計(jì)算92.693.41.0808427.970n = +小mJ9292.81.0338009.41223 2N =9.8100 H329191.81.0027685.3349090.80.9687343.6678989.80.9326992.6958888.80.8856566.1178787.80.8386147.392nm/%口 /%Q11 /(m'/s)N/KW8989.81.25010030.86H 5 = 60m9090.81.213

40、9842.3459191.81.1789663.622n 仆=77.5r / min9292.81.1189271.323工作特性曲線計(jì)算92.593.31.0618846.042n =nmJ9292.81.0188442.046N =9.8194% 329191.80.9828055.7539090.80.9467675.8938989.80.9107302.4688888.80.8606824.3838787.80.8216441.539J/%n /%Q11 /(m3/s)N/KW8989.81.23010873.68H 6 = 64m9090.81.19310664.039191.81.

41、15210410.95n 仆=75r/min9292.81.0859912.262工作特性曲線計(jì)算92.293.01.0359475.854n = +小mJ9292.81.0009135.725N =9.8194% 329191.80.9658720.9759090.80.9268277.3618989.80.8867832.5858888.80.8457386.9428787.80.8107001.234nm/%口 /%Qn/(ms)N/KW8888.81.25011999.410H7 =68.12m8989.81.21011746.240n“ = 72 7r / min9090.81.16

42、611445.150工作特性曲線計(jì)算n =n9191.81.11711084.9309292.81.03810413.16023 2N =9.8化11。1 H9292.81.01010132.2609191.80.9639556.6579090.80.9168991.2158989.80.8768503.8878888.80.8408063.606以功率N為橫坐標(biāo)，效率 為縱坐標(biāo)，繪制各水頭所對(duì)應(yīng)的二f (N)曲線如圖2.5所示圖2.5各水頭下真機(jī)效率與出力的關(guān)系曲線在上圖中作=88%，89%，90%，91%，92%，93%水平線交各曲線于各點(diǎn)，這樣可以得到r =const上各點(diǎn)的對(duì)應(yīng)的水頭參

43、數(shù) H及功率參數(shù)N。只要將這些參 數(shù)投影到平面N H，就可以得到等效率曲線。等效率曲線的拐點(diǎn)不易求得，可 以借助輔助曲線 max二f(H)來(lái)找，如圖2.6所示。由圖2.6知等效率曲線 =92%的拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的水頭參數(shù)為H = 46.046m，= 93%的兩個(gè)拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的水頭參數(shù)為H = 52.778m，H = 64m。這樣就可以在N H平面上繪制等效率曲線，如圖 CS01所示。2.8.2等吸出高度線的繪制等吸出高度線表示水輪機(jī)在各運(yùn)行工況的最大允許吸出高度Hs ,等Hs線是根據(jù)模型綜合特性曲線的等 二線換算而得到的，計(jì)算與繪制等Hs線的步驟如下：圖2.6不同水頭與其對(duì)應(yīng)的最大效率的關(guān)系曲線1) 計(jì)算

44、各水頭相應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速nn,m，在模型綜合特性曲線上過(guò)各nn,m作水平 線與各等二線相交，記下各交點(diǎn)的匚、Qu及m值，將各數(shù)據(jù)記錄在表2.4中。2) 根據(jù)吸出高度計(jì)算式Hs =10- 900 - ：-)H計(jì)算各點(diǎn)Hs,并計(jì)算各 點(diǎn)出力N ,且記錄數(shù)據(jù)在表2.4中。3) 根據(jù)各點(diǎn)的Hs , N，繪出各水頭下的HS=f(P)曲線,如圖2.7示。4) 在H $二f (N)曲線圖上取某H s值作水平線與各Hs二f (N)曲線相交，記下 各交點(diǎn)的水頭H及出力N，將這些點(diǎn)(N,H)繪到N H坐標(biāo)系內(nèi)，并用光滑曲線 連接即為某Hs值的等吸出高度線,如圖CSH-01所示。表2.4 等吸出高度的計(jì)算表Hi =45

45、.17mm =89.3r / min3 =0.03吸出高度線的計(jì)算9.8Q11D12H 32VHs =10(b+cr)H900n /%Q11 /(m3/s)N/KWCJH s/ m81.60.7633634.2510.180.03082.60.83857.1830.170.48283.60.84334115.1780.160.93384.50.8854365.160.151.38586.20.9484769.9720.141.83791.81.186323.0250.141.83790.81.2426582.7550.151.385續(xù)H 2 =50mn 仆=84.9m/min3 =0.027吸出高度線的計(jì)算N =9.8104% 32VAHs =10 9+佝H900” /%Q11 /(m3/s)N/KWCJH s /m82.10.7123973.7750.18-0.83483.20.7424196.6940.17-0.33484.30.7814475.6770.160.16685.50.81854746.2190.150.66686.40.8665086.4140.141.16689.20.9515766.6750.131.66692.71.1337139.8610.131.66691.91.2127571.7840.141.166續(xù)H 3 = 54.5mn 仆=8