水轮机选型设计与特性曲线绘制.doc

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1、《水电站课程大作业》19目录1问题提出12问题的分析13水轮机选择与比较23.1水轮机型号初选23.2反击式水轮机的主要参数选择23.2.1混流A253-46型水轮机23.2.2混流A502-35型水轮机53.3两种方案的比较分析73.4主要结论84蜗壳及尾水管尺寸计算与绘图84.1蜗壳断面尺寸计算84.2尾水管型式及尺寸计算104.2.1尾水管型式确定104.2.2尾水管主要尺寸的确定114.2.3尾水管局部尺寸的确定114.3蜗壳以及尾水管单线图绘制125原型运转综合特性曲线的绘制125.1等水头线的绘制125.2等效率线的绘制145.3出力限制线的绘制155.4等吸出

2、高度线的绘制155.5运转综合特性曲线1719191问题提出某坝后式电站，总装机容重为120MW，初拟装四台机组，电站最大水头Hmax=140m，最小水头Hmin=100m，加权平均水头Hav=116m，计算水头Hr＝110m，下游水位-流量曲线如下表所列：表1下游水位-流量关系曲线要求：（l）确定水轮机类型及装置方式；（2）确定水轮机转轮直径D1及转速n，校核水轮机的工作范围和计算水头下的额定出力；（3）计算在设计水头下，机组发出额定出力时的允许吸出高Hs，并算出此时水轮机的安装高程。问此工况是否是气蚀最危险工况？为什么？（4）采用圆形断面的金属蜗壳，最大包角φmax＝3

3、45°，导水叶高度b0=0.224D1。请计算蜗壳及尾水管轮廓尺寸。并用CAD绘出蜗壳、尾水管单线图。（5）将模型综合特性曲线转换成原型运转综合特性曲线。2问题的分析本题是一个水轮机选型的综合题，本题的任务要求有：u选择水轮机的台数和单机容量；u选择水轮机的牌号、型号及装置方式；u确定水轮机的直径、转速、吸出高及安装高程；u确定蜗壳及尾水管尺寸；u绘制水轮机运转综合特性曲线；选型设计已经收集的基本资料：（1）水能规划资料u装机容量：总装机容量为120MW,初拟四台机组；u各种代表水头：Hmax=140m,Hmin=100m,Hav=116m,Hr＝110m；u下游水位与流量

4、关系曲线（表1）。（2）水轮机产品技术资料u水轮机的系列型谱：附件中包括轮系的水头适用范围、最优工况和限制工况下的单位转速、单位流量和模型汽蚀系数。19u同步转速n：机组的同步转速与发电机的磁极对数有关，磁极对数只能是一对一对的，在选择水轮机转速是必须套用同步转速。n=3000/p(r/min)。u某一轮系的模型综合特性曲线（包括飞逸特性曲线）。3水轮机选择与比较3.1水轮机型号初选在水轮机型号选择中，起主要作用的是水头，每一种水轮机都有一定的水头使用范围。上限是由其结构强度和气蚀条件决定的，一般不允许超出。而下限是由经济条件决定的。Hmax不能超过该轮系的适用水头的上限；

5、Hav、Hr在适用水头范围之内。若两种型号都适用，则需要进行对比分析和计算。问题条件中已经给出了电站的最大水头Hmax=140m，最小水头Hmin=100m，加权平均水头Hav=116m，计算水头H＝110m。于是，可以根据水头数据参考水轮机的系列型谱选择水轮机类型。查《中小型混流式、轴流式水轮机模型参数表》有多种选择方案，为了便于比较分析本文初步选择水轮机型号为A253-46和A502-35。两种机型均为混流型，装置方式采用立轴布置。3.2反击式水轮机的主要参数选择利用模型综合特性曲线选择水轮机的主要参数，首先根据模型综合特性曲线，利用相似公式计算出原型水轮机的主要参数，

6、然后把已选定的原型水轮机主要参数换成模型参数，会在模型综合特性曲线图上，以检验所选的参数是否合适，如果合适，则这些参数即为所选参数。3.2.1混流A253-46型水轮机1．转轮直径D1的计算由公式可得到D1的计算公式为：(1)注意几个参数的取值：lN取水轮机额定出力Nr，，是发电机的额定出力（机组容量）；是发电机效率，查资料可取为96%；所以求得Nr=31.25MW。lH取设计水头Hr=110m。l取限制工况下的单位流量，查型谱表得=0.805m3/s,=88.6%。19l效率，这一步需要试算，初步估计，则。由以上参数可以计算出D1=1.95m，对照标准直径去定D1；通常是

7、选用相近而偏大的标准直径，以便使水轮机有一定的富裕容量。所以选择D1=2.0m。2.转速的计算水轮机转速的计算公式为：（2）参数取值：l已知D1=2.0m。lH取Hav=116m；即在运行过程中出现最多的水头。l选用原型最优单位转速；初步假定=63(r/min)，为模型的最优单位转速。由以上参数，计算出n=339.3(r/min)，按照标准选取转速，选取与之相近的同步转速333.3(r/min)，p=9。3.效率及单位参数修正查表可得A253-46型水轮机在最优工况下的模型最高效率为，模型转轮直径为D1M=0.46