最新水轮机课程设计.docx

1、最新水轮机课程设计第一章 课程设计任务及目的一、所需收集的资料及图表1) 中小型混流式水轮机模型转轮主要参数表。2) 水轮机模型综合特性曲线。3) 发电机标准同步转速表。4) 水轮机转轮直径尺寸系列表5) 汽蚀系数修正值与水头H关系曲线6) 各型号水轮机转轮飞逸特性曲线二、课程设计基本任务1) 水能计算并绘制相关曲线2) 拟定四个水轮发电机组装机方案，并从两个方面（即技术方面与经济方面）进行分析，择优选取方案。3) 选择水轮机型号4) 通过所给的原始资料，根据要求计算水轮机的基本工作参数5) 绘制对应机组的运转特性曲线三、课程设计目的 通过水轮机的课程设计，将各种水轮机的性能参数整理并绘制成不

2、同形式的曲线，它是与水轮机课程教学相辅助的一个理论学习的环节，也是课程教学中一个必不可少的环节。通过水轮机课本章节的相关理论知识的学习后，再通过课程设计的环节以达到巩固和加强理论知识的目的，进一步培养学生独立思考、严谨工作的能力；此外，通过课程设计更进一步掌握造型、设计、参数等程序内容，提高了学生查阅资料和动手实践的能力。第二章 水能计算一、水能计算该课程设计水电站为一引水式水电站，电站海拔高程=1773m。1、水电站水文资料 表2-1 电站水文资料2、水能计算相关公式频率： 小于等于相应流量累计天数。净水头： 压力前池水位高程，尾水水位高程， (m)水头损失。增加装机容量： 出力系数，组流量

3、最大值，组流量最少值。出力： 出力系数：假定水轮机效率为，发电机效率为，则出力系数为发电量： 小于等于相应流量累计天数。累计发电量：年装机利用小时数t：3、水能计算所得曲线图2-1 装机容量与年利用小时数关系曲线图2-2 流量频率关系曲线图2-3 装机容量与流量关系曲线图2-4 累计发电量与流量关系曲线图2-5 流量与尾水位关系曲线图2-6 流量与水头关系曲线注：水能计算表见附表一第三章 装机方案的比较与确定一、确定机组台数需要考虑因素1、机组台数与机电设备制造的关系在水电站的装机容量基本已经定下来的情况下，机组台数增多，单机容量减少。机组台数增多时，机组单机容量减小，尺寸减小，因而制造及运输

4、都比较容易，这对于制造能力和运输条件较差的地区是有利的。而实际上选用小机组时，单位千瓦消耗的材料多，制造工作量大，故一般都希望选用较大容量的机组。所以，要综合考虑各个因素。2、机组台数与水电站投资的关系当选用机组台数较多时，不仅机组本身单位千瓦的造价高，而且随着机组台数的增加，相应的阀门、管道、调速设备、辅助设备和电气设备的套数就要增加，电气结线也较复杂，厂房平面尺寸也需增大，机组安装维护的工作量也要增加，因此从这些方面来看水电站单位千瓦的投资将随台数的增加而增加。但另一方面采用小机组时，厂房的起重能力、安装场地、机坑开挖量都可缩减，因而又可减少一些水电站的投资。在大多数情况下，机组台数增多将

5、增大投资。3、机组台数与水电站运行效率的关系水轮机在额定出力或者接近额定出力时，运行效率较高。机组数目不同时，水电站水轮机的平均效率也不同。机组台数较少，平均效率越低。机组台数多，可以灵活改变机组运行方式，调整机组负荷，避开低效率区运行，使水电站保持有较高的平均效率，但当台数增加到一定程度再增多时，对水电站的平均运行效率就不会游显著的影响了。4、机组台数与水电站运行维护工作的关系机组台数多，单机容量小，水电站运行方式就比较灵活，机组发生事故后所产生的影响小，检修也较容易安排。但因运行操作次数随之增加，发生事故的几率增高了，同时管理人员增多，运行费用也提高了，因此不宜选用过多的机组台数。二、装机

6、方案的选择1、总装机容量的确定 依据相关文献1相关介绍，并根据此水电站为小型水电站，所以取年利用小时数为3800h,根据图2-1 年利用小时数与装机容量关系曲线查得总装机容量为30000Kw。2、水轮机组装机方案拟定 将水轮机组方案拟定为以下四种： 方案一：215000kw方案二：310000 kw 方案三：47500 kw方案四：212000kw+16000kw三、装机方案的技术经济比较 技术比较：根据我国现水轮机方面制造水平，各方案在技术方面差别不大，故各忽略。 经济比较：表 3-1 装机方案计算成果表参数方案一方案二方案三方案四台数单机容量（kw）21500031000047500212

7、000+16000最小单机容量（kw）150001000075006000最小单机容量对应额定流量（m/s）22.215119各装机方案可以利用流量最少值（m/s）14.49.757.155.85年不可发电量（万kw.h）429274.86204123装机总投资(万元) 9000120001500013000年不可发电量费用（万）15095.97143注：1、装机总投资中取4000元/Kw 2、各装机方案可以利用流量最小值取最小单机容量对应流量的65% 3、每千瓦时电为0.35元 最小单机容量对应额定流量由各个方案中最小单机容量在图2-3装机容量与流量关系曲线查得。 年不可发电量对应各流量对应

8、各流量段对应天数发电量累计量，具体数值于附表一 水能计算表综合比较：方案三建设初期总投资过于大，可能因为资金无法筹集使项目不能开展，方案一年不可发电量与其他方案比较大，每年小发的电太多，致使效益不好，故这两个方案可以淘汰；方案二与方案四比较，方案四综合投资比方案二大很多，方案二比方案四年不可发电量产生费用每年多40万左右，从减少建设初综合总投资和电站设计、安装以及电气设备选择等各方面方便考虑，我最终选择方案二310000 kw为此水电站的最优装机方案。第四章 水轮机机型的选择一、水电站的特征水头由水能计算表可知相应特征水头如表4-1所示表4-1 水电站特征水头表特征水头最大水头Hmax设计水头

9、Hr最少水头Hmin水头数值（m）81.579.777.5设计水头视为与加权平均水头相同，计算公式： 对应水头天数二、水轮机型号的确定 根据我国水轮机型谱中推荐的设计水头与比转速关系，水轮机的ns为 因此选择ns在204左右的水轮机为宜。图4-1 中小型混流式水轮机模型转轮主要参数表 由图4-1中小型混流式水轮机模型转轮主要参数表可知，在水轮机型谱中，本电站水头在5080m水头段与70105m水头段。两个水头段种可选择的转轮型号有：HL260,HL240两种型号。在设计工况下，三种转轮的比转速分别为：261,239，比较三种转轮，以HL240转轮的比转速与本电站的计算比转速最接近，空化系数较小

10、，故决定用HL240转轮。具体参数如表4-2所示。表4-2 HL240型水轮机模型转轮主要参数表转轮型号D1Mb0最优工况限制工况(m)n110(r/min)Q110(m3/s)(%)n(r/min)Q11(m3/s)M(%)MHL2400.350.25770.95922251.12387.60.106三、水轮机装置形式选择水轮机轴的装置方式可分为立轴和卧轴两种，其中卧轴布置方式布置简单，不需向下开挖但占地面积较大，一般用于小型电站或水头较低的贯流式水电站。立轴布置方式具有占地面积小的特点，但需向下进行较大的土石开挖，增加土建投资成本。为缩小厂房面积，高水头大型电站一般均采用立轴布置方式。同时

11、装机容量超过2500kw时，采取立轴方式布置机组。本次课程设计机组单机装机容量为10000kw，故综合考虑，本电站水轮机采用立式装置直接连接形式。第五章 水轮机基本参数的计算一、水轮机转轮直径的计算水轮机的额定出力为 取最优转速n110=77r/min与出力限制线的交点的单位流量作为设计工况的单位流量，则Q11r=0.95m3/s，对应的模型效率m=0.88，暂取效率修正值=2%，则设计工况原型水轮机效率=m+=0.88+0.02=0.90,故水轮机转轮直径为 表5-1 转轮直径D1尺寸系列 单位cm25303542506071991101 大宝 06/17/72 男 56 4 Memo84【

12、答案】数据库100120SELECT 学号，姓名，总成绩 FROM stud1 WHERE 学号 IN（SELECT 学号FROM stud2 WHERE 选课=”操作系统”）140160180200accept 请输入一串字符串： to w225【答案】A275A、建立连接B、发出请求信息C、发出响应信息D、传输数据300330380410450500550600650【答案】DISTINCT700【答案】GROUP BY750800【答案】6位850set talk off9009501000根据表5-1 我国规定的转轮直径系列数值。计算值介于120cm140cm之间，考虑到120cm偏小

13、，难以保证设计水头下发出额定出力；故取140cm较合理。二、效率r的计算效率修正值=rmax-m0=0.9390.92=0.019限制工况原型水轮机的效率为r=m+=0.876+0.019=0.895|r|=|0.8950.9|=0.005=0.005所以上述水轮机D的计算合理，维持D=140cm。三、转速n的计算 由模型综合特性曲线上查得=77r/min由表5-2 标准同步转速表可知转速计算值介于同步转速428.6500之间，故取水轮机的转速n为500r/min表5-2 发电机标准同步转速表磁极对数p（对）3456789101214同步转速n（r/min）1000750600500428.6

14、375333.3300250214.3磁极对数p（对）16182022242628303234同步转速n（r/min）187.5166.7150136.4125115.4107.110093.888.2磁极对数p（对）36384042444648505254同步转速n（r/min）83.3797571.468.265.262.56057.755.5四、水轮机设计流量Qr的计算设计工况点的单位流量Q11r为=Qr=0.8511.402=14.89（m/s）五、几何吸出高度Hs的计算 为使水轮机不发生汽蚀，取Hmax、Hr、Hmin三个水头分别计算水轮机的允许吸出高度，以其中的最小值作为最大允许吸

15、出高度。为此，进行如下计算。1、计算Hmax，Hr，Hmin所对应的单位转速n11Hmax： Hr： Hmin： 2、确定各水头所对应的出力限制工况点的单位流量Q11Hmin：取n11max与出力限制线交点处单位流量，Q11max=1.18m3/sHr：Q11r=0.851/sHmax ： =0.823 m3/s3、用（1）（2）中计算的对应工况点从模型综合特性曲线上分别查出Hmax，Hr，Hmin所对应的模型汽蚀系数Hmax，Hr，Hmin所对应的模型汽蚀系数分别为0.097，0.085，0.087。4、分别用查到的汽蚀系数计算Hmax，Hr，Hmin对应的吸出高度计算式： Hs=10.0/

16、900(M+)H图5-1 设计水头与空化系数修正值关系曲线查空化系数修正值曲线得水轮机水头为79.7m时对应的=0.02Hmax：Hs=101773/900(0.097+0.02)81.5=-1.51mHr：Hs=101773/900(0.085+0.02)79.7=-0.34mHmin：Hs=101773/900(0.087+0.02)77.5=-0.26m从三个吸出高度计算值中取最小值-0.34m，再留一定的余量，取最大允许吸出高度Hs=-1m。5、飞逸转速nR的计算由HL240转轮的模型水轮机参数表查得在最大导叶开度下n11R=142.5r/min,故水轮机的飞逸转速为6、检验水轮机的工

17、作范围设计工况的单位流量： Q11r=0.851（m/s）最大水头、最小水头所对应的单位转速：平均水头下的单位转速根据上述参数绘出的水轮机实际工作范围如下图所示图5-1 HL240-LJ-500水轮机工作范围图由水轮机的工作范围图可知，水轮机的实际运行范围稍微偏离最高区，但仍处于高效区范围内，与其他可能选择的参数相比，本方案是最优的。第六章 机组的运转特性曲线水轮机在水电站中运行时，是在固定的额定转速n下工作的，但功率和水头变化时，流量、效率和空化系数随着发生变化。在水轮机转速不变的情况下，其各主要工作参数之间的关系，概括地表达在水轮机综合运转特性曲线上。各水轮机运转综合特性曲线一般是由其模型

18、综合特性曲线换算而来。由水轮机相似定律知，当水轮机D1、n为常数时，具有下列关系存在：; 根据上述关系式，可以把以为坐标系的模型综合特性曲线换算为以PH为坐标系的原型水轮机运转综合特性曲线上。一、等效率线的绘制1等效率线的绘制原理混流式水轮机的效率修正采用等值修正法，即原型水轮机所有工况点的效率换算均采用同一修正值。即=max-M0这样，混流式水轮机模型综合特性曲线同一等效率线上的点换算到原型水轮机的运转综合特性曲线上，仍是同一等效率线上的点。2等效率线的绘制过程（1）在水轮机的工作水头范围77.5m81.5m之间取若干个水头值，分别计算出各水头对应的单位转速n11。（2）在图6-1所示模型综

19、合特性曲线上以各n11值作水平线与模型的等效率线相交于一系列点，将各点的M换算成T,同时计算出各点的出力P。表6-1 等效率线绘制计算表注： （r/min）因为n113%n11M ，所以忽略n11。（3）把各点绘到PH坐标中并连成光滑的曲线即原型水轮机的等效率线，见图6-2。图6-2 等效率线二、出力限制线的绘制出力限制线表示水轮机在不同水头下可以发出或允许发出的最大出力，在水轮机与发电机配套的情况下，水轮机的出力受水轮机额定出力的限制。因此，实际的出力线以设计水头为分界分为两部分。在Hr与Hmax之间，水轮机出力受发电机的出力限制，是一条垂直的直线。在Hmin与Hr之间，水轮机的出力限制线一

20、般为模型综合特性曲线的95出力限制线换算而来。为方便计算，通常是计算出Hr，Hmin对应最大允许出力Pr和Pmin然后将两点连接起来得到HHr时的出力限制线。详细计算见表61图6-3 出力限制线三、等吸出高度线的绘制等吸出高度线表达水轮机在各运行工况时的最大允许吸出高度Hs,等Hs线是根据模型特性曲线的等线换算而来得来的，计算与绘制等Hs线的步骤如下：1、计算各水头相应的单位转速n11M,在模型综合特性曲线图6-1上过n11M作水平线与各等线相交，记下各点的、Q11、m值。2、根据吸出高度计算公式计算各点的HS，并计算出各点的出力P。3、根据各工况点的（Hs，P）值绘制出各水头下的Hs=f(p

21、)曲线。4、在Hs=f（p）曲线图上取某Hs值作水平线与各Hs=f(p)曲线相交，记下各交点的（H,P）值，并点绘到HP坐标内，把各点连成光滑曲线即为某Hs值得等吸出高度线。表6-2 等吸出高度线计算表图6-4 等吸出高度线四、水轮机运转综合特性曲线图6-5 水轮机的运转综合特性曲线第七章 课程设计总结 通过本次课设，我对轮机的选型设计过程有了一个较为全面的认识。从水电站原始水能资料的水能计算，到电站装机总容量和装机台数方案的比较确定，再到水轮机基本参数的计算，工作范围的确定，水轮机模型综合特性曲线向运转特性曲线的转化，整个设计过程的每一步都需要认真学习相关知识，查看相关文献，系统地掌握整个设

22、计过程，综合考虑理论与实际的各种情况，综合水机电三方面的内容，考虑技术经济指标的设计，同时要兼顾设备制造、施工和安装便利。这次水轮机课程设计我的收获是课堂中学习的知识，在课程设计中应用，会学得更牢固更深刻。在做课程设计的过程中一定要认真细致，遇到问题细心查看课本、文献，耐心的计算、绘图，通过努力最终会得到一个满意的结果。总的来说这次课程设计通过自己的认真学习，耐心计算，细致画图，解决了很多问题，学到了很多知识，收获非常大。相信自己保持这样一个好的态度，在以后的科研生活中会做的更好。参考文献1李海.小型水电站应重视水情考察和年利用小时数的选取J.小水电,2005,(1):31-32.2 刘大凯主编.水轮机.中国水利水电出版社，19963 水电站机电设计手册编写组.水电站机电设计手册水利机械分册.北京水利水电出版社，19834 哈尔滨大电机研究所编著.水轮机设计手册.北京：机械工业出版社，19765 姚志民等主编反击型水轮机原理北京：清华大学出版社，1993附录附表一 水能计算表附表二 HL240/D41模型转轮综合特性曲线