水輪機(jī)課程設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)課程設(shè)計(jì)的目的和要求課程設(shè)計(jì)是水輪機(jī)課程教學(xué)計(jì)劃中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)解決工程實(shí)際問(wèn)題的一次系統(tǒng)的基本訓(xùn)練。通過(guò)水輪機(jī)課本章節(jié)的相關(guān)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)后，再通過(guò)課程設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)以達(dá)到鞏固和加強(qiáng)理論知識(shí)的目的，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、嚴(yán)謹(jǐn)工作的能力，使學(xué)生學(xué)會(huì)查閱、收集、整理和分析相關(guān)文獻(xiàn)資料；熟悉水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)階段的內(nèi)容，針對(duì)給定任務(wù)能提出合理的設(shè)計(jì)方案并得出正確的計(jì)算結(jié)果?；緟?shù)電站總裝機(jī)容量：900MW電站裝機(jī)臺(tái)數(shù)：5臺(tái)水輪機(jī)安裝高程：580m最大工作水頭H :320mmax最小工作水頭H:250mmin設(shè)計(jì)工作水頭H:290mr加權(quán)平均工作水頭H:301ma目錄TOC\o"1-5"\h\z第一章水輪機(jī)的選型設(shè)計(jì) 31已知參數(shù) 32水輪機(jī)型號(hào)選擇 3第三章蝸殼設(shè)計(jì) 81蝸殼形式，斷面形狀和包角的確定 82座環(huán)尺寸的確定 83蝸殼參數(shù)計(jì)算 84進(jìn)口斷面量 8第四章尾水管設(shè)計(jì) 101尾水管高度 102進(jìn)口直錐段 103肘管型式 104水平長(zhǎng)度 10第一章水輪機(jī)的選型設(shè)計(jì)1已知參數(shù)電站總裝機(jī)容量：900MW電站裝機(jī)臺(tái)數(shù)：5臺(tái)水輪機(jī)安裝高程：580m最大工作水頭H :320mnmax s最小工作水頭H:250mmin設(shè)計(jì)工作水頭H:290mr加權(quán)平均工作水頭H:301ma2水輪機(jī)型號(hào)選擇水輪機(jī)的比轉(zhuǎn)速為：=2000-=2000-20=2000<290-20=97.4m查表滿足n=97.4且滿足250m<H<320m的水輪機(jī)型號(hào)為HL90s3水輪機(jī)基本參數(shù)的計(jì)算計(jì)算轉(zhuǎn)輪直徑D1水輪機(jī)的額定出力P=P=180000=183673KWr耳0.98g取最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速Q(mào)=0.270篇丿，對(duì)應(yīng)模型效率耳=0.878，取效率TOC\o"1-5"\h\z11r ?' M修正系數(shù)An=3%，則設(shè)計(jì)工況原型效率n=n+An=0.908m故水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑為：J PD= r = 4.5m1 9.81QHi.5n' 11r r取標(biāo)準(zhǔn)值D=4.5m

1效率耳的計(jì)算1耳 =1-(1-n)Dm=0.95max m0 D效率修正值A(chǔ)n=n -n二0.95-0.917二0.023rmax m0限制工況原型水輪機(jī)的效率為：n=n+An二0.876+0.029二0.911mD的校核計(jì)算1用n二0.911對(duì)原先計(jì)算的D進(jìn)行校核1D= r =4.44m1 \;9?81Q11H5故轉(zhuǎn)輪直徑以D=3.5m為宜1轉(zhuǎn)速n的計(jì)算n=62r.min110■=239.04r/min介于n=214.3r/min與n=250r/min之間取水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速n=250r/min4水輪機(jī)設(shè)計(jì)流量Qr的計(jì)算Q=P=239.04r/min介于n=214.3r/min與n=250r/min之間取水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速n=250r/min4水輪機(jī)設(shè)計(jì)流量Qr的計(jì)算Q=P=11r 9?81nD2H1.5 9.81x0.911x4.52x2901.51r183673=0.21m3sQ=QD2Hr 11r1 r=0.21x4.52^.'290=72.45幾何吸出高度H的計(jì)算s為使水輪機(jī)盡量不發(fā)生空化，取H，H，min rH三個(gè)水頭分別計(jì)算max水輪機(jī)允許的吸出高度，以其中最小值作為允許最大吸出高度。計(jì)算H，H，H 所對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速nmin r max 11Hmaxn=匕l(fā)lmin罰'LmaxnD 250^=62.9r；minJ320nD250x4.5n11r匕二 二63.2n11r290rHmin(2)n二11maxHHmin(2)n二11maxHrminTOC\o"1-5"\h\zJ250 '確定各水頭所對(duì)應(yīng)的出力限制工況點(diǎn)的單位流量Q11H:取n二71.2r'min與出力限制線交點(diǎn)處的流量,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)中計(jì)算的對(duì)應(yīng)工況點(diǎn)從模型綜合特征曲線上分別查出H，H，H 所對(duì)應(yīng)的模型空化系數(shù)分別為0.03min r max0.025,0.035計(jì)算H，H，H 對(duì)應(yīng)的吸出高度min r maxEH=10-——-KbHs 900 bm當(dāng)H>250時(shí)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從3個(gè)吸出高度計(jì)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飛逸轉(zhuǎn)速ns的計(jì)算由HL90水輪機(jī)的模型飛逸特征曲線查得在最大導(dǎo)葉開(kāi)度下（a0=24）單位飛逸轉(zhuǎn)速n11R=98口min，故水輪機(jī)的飛逸轉(zhuǎn)速為nR1=389r,；min7轉(zhuǎn)輪軸向水推力Ft的計(jì)算HL90轉(zhuǎn)輪軸向水推力系數(shù)叭二0.1兀 兀F二9810K D2H 二9810x0.1xx4.52x320二5x106Nt t4 1max 48.檢驗(yàn)水輪機(jī)的工作范圍設(shè)計(jì)工況的單位流量—0.21m3,s—0.21m3,s:^Q— r 11r 9.81D2H1.5 9.81x0.911x4.52x2901.51r當(dāng)n=250r/minH:nmax11minnDH:nmax11minnD250x4.5<320—62.9rminn11n11rnD 250x4.5-63.2r/min<290Hminn11maxnD Hminn11maxnD 2^4^-71.2rmin<250 'Hmin當(dāng)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第二章水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線的繪制等效率曲線的計(jì)算見(jiàn)附表1機(jī)組出力限制線的計(jì)算以H.所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)為A,以Hr所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)為B,則A（PA,Hi）B（PB,H）。其分別對(duì)應(yīng)min Amin Br出力限制點(diǎn)A和出力限制點(diǎn)B。用直線直接連接A點(diǎn)，B點(diǎn)即為原型水輪機(jī)的出力限制線H二290，P二228777H二250，P二171369min min3?等吸出高度線的計(jì)算等吸出高度表達(dá)水輪機(jī)在各運(yùn)行工況的最大允許吸出高度。等線是模型綜合特性曲線的等o線換算而求得的。計(jì)算與繪制等線的步驟如下：（1）計(jì)算各水頭相應(yīng)轉(zhuǎn)速，在模型綜合特性曲線上過(guò)各作水平線與各等o線相交，記下各點(diǎn)的o、"M、Q]]值。（2） 根據(jù)吸出高度計(jì)算公式=10-^/900-計(jì)算各點(diǎn)的，并計(jì)算各點(diǎn)的出力P。（3） 根據(jù)各工況點(diǎn)的，P繪出各水頭下的=f（P）曲線。（4）在=f（P）曲線上取某的值（例=-0.35m）作水平線與各=f（P）曲線相交，記下各交點(diǎn)的水頭H及出力P,將這些點(diǎn)（P,H）點(diǎn)到P-H坐標(biāo)系內(nèi)并連成光滑曲線，即得某的等高度吸出線見(jiàn)附表2第三章蝸殼設(shè)計(jì)1蝸殼形式，斷面形狀和包角的確定由于本站應(yīng)用水頭為250~320。故采用焊接金屬蝸殼，蝸殼斷面為圓形,當(dāng)蝸殼尾部用圓斷面不能和座環(huán)蝶形邊相連是。采用橢圓形斷面，包角為345°2座環(huán)尺寸的確定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蝸殼參數(shù)計(jì)算蝸殼包角申二345。04進(jìn)口斷面量Q」oQr二345嘆72.4二69.4 由H二290mTOC\o"1-5"\h\z0360。 360。 r取K=0.6m，蝸殼進(jìn)口斷面的平均流速v=KjH=0.6^290=10.2ms0 r進(jìn)口斷面面積V =叩2= =6.8m20v0 10.20P （進(jìn)口斷面直徑）=1.4m導(dǎo)葉高度b=0.6m00進(jìn)口斷面中心距a=R+Jp2-h2=4.65m00^0b Dh=0.1D+—0=0.75mR=—a+k=3.47mi2 0 2進(jìn)口斷面外徑R=a+p=5.05m00分界斷面半徑S= h=0.75=1.31mcosacos55。由進(jìn)口斷面求蝸殼系數(shù)C和蝸殼常數(shù)K

3456345C=a = =1568.2a-Ja2-p2 4.65-J4.652-1.4200 0K=-QC=49.5720兀(1)圓斷面計(jì)算：a二r+xi0R二a+pIII見(jiàn)附表3⑵橢圓斷面(s>p)0橢圓短半徑p=v1.045A+0.81L2-1.345L2等同圓面積A二兀p2+d2tana■ 2R 1p—―i-(1cot2a+ +C p/Csina橢圓斷面上半徑p—L+p—pcota122hsina橢圓斷面中心距a—R+1.22pa 2橢圓斷面外徑R—a+p1見(jiàn)附表4第四章尾水管設(shè)計(jì)1尾水管高度h=2.3D=2.2x4.5=10.35mi2進(jìn)口直錐段進(jìn)口直錐管是以垂直的圓錐形擴(kuò)散管為直錐管的進(jìn)口直徑?？山迫∞D(zhuǎn)輪出口直徑，即D=D=D=4.5m，進(jìn)口TOC\o"1-5"\h\z2 1錐管的單邊錐角0對(duì)混流式水輪機(jī)可取0=11°3肘管型式B=2.4D=2.4x4.5=