水轮机课程设计报告书Word文档格式.docx
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一、2台机组（方案一）
1、计算转轮直径
装机容量22万千瓦，由《水轮机》325页可知：
水轮机额定出力：
上式中：
-----发电机效率,取0.98
-----机组的单机容量（KW）
由型谱可知，与出力限制线交点的单位流量为设计工况点单位流量，则Q11r=1.15m3/s,对应的模型效率ηm=89%，暂取效率修正值Δη=0.03，η=0.89+0.03=0.92。
则设计工况原型水轮机效率为92%。
我国规定的转轮直径系列（见《水轮机》P9），计算值处于标准值6.5-7.0m，并接近7.0m取直径D1=7.0m
2、计算原型水轮机的效率
Δη=ηmax-ηM0=0.954-0.92=0.034
限制工况原型水轮机效率η=ηm+Δη=0.89+0.034=0.924
3、同步转速的选择
符合要求
所以转速不用修正。
转速介于发电机同步转速83.3r/min和88.2r/min之间，需要对两个转速都进行修正。
4、计算水轮机的运行范围
水轮机设计流量
当n=83.3r/min时，最大水头、最小水头和平均水头对应的单位转速
当n=88.2r/min时，最大水头、最小水头和平均水头对应的单位转速
综上所述，参数绘制在HL220综合曲线上以检验水轮机高效率运行区域的高低，选择高效率较高的88.2.
5、水轮机计算点出力的校核
计算时的出力：
符合要求
6、计算水轮机实际额定流量
7、计算最大允许吸出高度
在额定工况下，模型水轮机的空化系数
根据该电站设计水头取K=1.08（水轮机原理及运行P54表3-3）
E=887.0m
8、实际的水轮机额定水头
因不同的D1、ｎ与水能预算Hr有差异
9、计算飞逸转速
由HL220模型水轮机飞逸特性曲线查得，在最大导叶开度下单位飞逸转速
10、水轮机安装高程
m
11、计算轴向水推力
根据表4，HL220的转轮轴向水推力系数，转轮直径较小、止漏环间隙较大时取大值。
本电站转轮直径较大，故取。
表4混流式水轮机的轴向水推力系数表
转轮型号
HL310
HL240
HL230
HL220
HL200
HL180
HL160
HL120
HL110
HL100
K
0.37～0.45
0.34～0.41
0.18～0.22
0.28～0.34
0.22～0.28
0.20～0.26
0.10～0.13
0.08～0.14
水轮机转轮轴向水推力为：
同理，方案二、方案三和方案四的数据也可通过同样的方法和过程查资料计算得出，四种方案所得数据如表5所示：
表5四种方案数据表格
HL220（2280MW）
HL220（3186.7MW）
HL220（4140MW）
HL220（5112MW）
比转速（r/min）
220
额定功率（kw）
285714.3
190816.3
142857.1
114285.7
模型最优单位比转速（r/min）
70
模型额定工况单位流量（）
1.15
转轮直径（m）
7.0
6.0
5.0
4.0
水轮机效率
0.924
0.922
0.920
0.918
转速n（r/min）
88.2
107
125
166.7
出力P（N）
3.11
2.29
1.59
1.01
额定流量（）
478.1
351.3
243.95
156.1
吸出高度（m）
2.7
2.9
3.3
3.7
单位飞逸转速（r/min）
133
飞逸转速（r/min）
173
201.8
242.2
302.7
实际额定水头（m）
83.8
65.1
68.6
79.8
实际额定流量（）
244.0
轴向水推力（N）
0.93845
0.68947
0.47880
0.30643
二、确定机组方案
根据上面列举出来的四种方案数据分析，第四种方案出力比额定小，第一种方案实际额定水头比最高水头大，故首先排除。
第二、第三种方案中，第二种方案效率和第三种差不多，但第三种方案转速比第二种的高，最高效率、高效率区比方案二大。
及其吸出高度比方案的大则其发电机尺寸小，重量轻，一方面可以减少设备的造价，另一方面有利于减小厂房的平面尺寸，降低厂房的土建投资。
第三种方案的的额定水头也较接近设计的水头。
比较大综上所述，最佳方案为第三种方案。
三、水轮机运转特性曲线的绘制
等效率曲线的计算与绘制
现取水电站4个水头，列表计算，计算结果如表6所示。
绘制的等效率线详见设计图纸。
表6HL220型水轮机等效率曲线计算表
（%）
P
（mw）
82
86
88
90
91
0.458
0.547
0.578
0.650
0.720
0.931
0.992
1.030
1.090
85
89
93
94
72
97
112
160
155
170
171
0.462
0.548
0.621
0.682
0.740
0.938
0.998
1.032
1.092
63
79
102
139
137
141
143
144
5%出力限制线上的点
89.4
0.950
92.4
162
89.7
0.951
92.7
142
0.470
0.570
0.640
0.712
0.770
0.908
0.935
1.029
1.093
60
76
87
99
109
128
130
136
0.590
0.730
0.820
0.930
1.000
1.025
57
73
84
96
101
98
89.8
0.952
92.8
87.8
0.953
90.8
98
.2等吸出高度线的绘制
（1）求出各水头下的值，并在相应的模型综合特性曲，并由此计算出、P，填入表7中线上查出水平线与各等气蚀系数线的所有交点坐标，读出、、的值
（2）利用公式计算出相应于上述各的值，填入
计算结果如表7所示，绘制的等吸出高度线详见设计图纸。
表7HL220型水轮机等吸出高曲线计算表
（m）
82.9
0.09
0.10
0.11
1.015
1.140
0.868
0.819
0.760
0.898
0.849
0.790
169
167
0.107
0.117
0.127
8.87
9.70
10.53
0.43
-0.52
-1.48
75.43
71.96
0.975
1.100
1.170
0882
0.810
0.912
0.840
0.750
149
0.108
0.118
0.128
8.15
8.90
9.66
1.2
0.34
-0.53
73.7
1.065
1.190
0.900
0.870
134
0.109
0.110
0.129
7.85
7.92
9.29
1.56
0.73
-0.09
59.07
81.3
0.450
0.540
0.800
0.788
0.830
0.818
40
51
0.120
0.130
6.50
7.09
7.68
2.90
2.22
1.54
从《水轮机原理》P53、54查图3-13得个水头下相应的，查表3-3得=1.15
三、蜗壳计算
1、蜗壳型式、断面形状和包角的确定
由于本站应用水头为：
59.07-82.9m<
140m,故采用钢板焊接蜗壳，蜗壳断面为圆形，当蜗壳尾部用圆断面不能和座环蝶形边相连接时，采用椭圆形断面，蜗壳的包角为345度。
2、座环尺寸的确定
连接的座环有两种：
一种是带蝶形边座环；
一种是无蝶形边座环。
我们采用带蝶形边座环，其锥角为55度。
其有关尺寸见下表：
由《水轮机设计手册》P105
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