水电站水轮机选型设计

院校:河北工程大学水电学院专业班级:水利水电建筑工程01班姓名:苏华

学号: 093520101

指导老师:简新平

水电站水轮机的选型设计

摘要

本说明书共七个章节,主要介绍了大江水电站水轮机选型,水轮机运转综合特性曲线的绘制,蜗壳、尾水管的设计方案和工作原理以及调速设备和油压装置的选择。主要内容包括水电站水轮机、排水装置、油压装置所满足的设计方案及控制要求和设计所需求的相关辅助图和设计图。系统的阐明了水电站相关应用设备和辅助设备的设计方案的步骤和图形绘制的方法。

关键词:

水轮机、综合运转特性曲线图、蜗壳、尾水管、调速器、油压装置。

【abstract】

Curriculum project of hydrostation is a important course and practical process in curriculum provision of water-power engineering major . There are more contents and specialized knowledge in the curriculum project , which make students not to adapt themselves quickly to complete the design . In this paper , characteristic of the curriculum project is analyzed , causes of inadaptation to the curriculum project in students are found , rational guarding method are proposed , and a example of applying the guarding method is given . The results show that using provided method to guard student design is a good method , when teaching mode and time chart are given , students are guarded from mode of thinking and methodology , and design step are discussed and given . After the curriculum project of hydrostation , the capability of students to solve practical engineering problems is improved , and the confidence to engage in design is strengthened .

【Keyword】

Curriculum project of hydrostation ; guarding method ; mode of thinking ; methodology; design step.

水电站水轮机选型设计

第一节基本资料 (4)

1.1基本资料

1.2设计内容

第二节机组台数与单机容量的选择 (4)

2.1 机组台数与机电设备制造的关系

2.2 机组台数与水电站投资的关系

2.3 机组台数与水电站运行效率的关系

2.4 机组台数与水电站运行维护工作的关系

2.5 单位容量的选择

第三节水轮机型号、装置方式、转轮直径、转速、及吸出高度与安装高程的确定 (5)

3.1 HL240型水轮机

3.2 ZZ440型水轮机

3.3 两种方案的比较分析

第四节水轮机运转特性曲线的绘制 (13)

4.1 基本资料

4.2 等效率曲线的计算与绘制

4.3 出力限制线的绘制

4.4 等吸出高度线的绘制

第五节蜗壳设计 (15)

5.1 蜗壳型式选择

5.2 主要参数确定

5.3 蜗壳的水力计算及单线图,断面图的绘制

第六节尾水管设计 (18)

6.1 尾水管型式的选择

6.2 尺寸确定及绘制平面剖面单线图

第七节调速设备的选择 (19)

8.1 调速器的计算

8.2 接力器的选择

8.3 调速器的选择

8.4 油压装置的选择

参考资料 (21)

大江水电站水轮机选型设计

第一节基本资料

1.1基本资料

大江水电站,最大净水头H max=35.87m,最小净水头H min=24.72m,设计水头H p=28.5m,电站总装机容量N装=68000KW,尾水处海拔高程▽=24.0m,要求吸出高Hs> -4m。

1.2设计内容

水轮机是水电站中最主要的动力设备之一,它关系到水电站助工程投资、安全运行、动能指标及经济效益等重大问题,正确地进行水轮机选择是水电站设计中的主要任务之一。本次设计的内容有:

(1) 确定机组台数与单机容量。

(2) 确定水轮机的型号与装置方式。

(3) 确定水轮机的转轮直径与转速。

(4) 确定水轮机的吸出高度与安装高程。

(5) 绘制水轮机运转特性曲线。

(6) 确定蜗壳、尾水管的型式与尺寸。

(7) 选择调速器与油压装置。

第二节机组台数与单机容量的选择

水电站的装机容量等于机组台数和单机容量的乘积。根据已确定的装机容量,就可以拟订可能的机组台数方案,当机组台数不同时,则单机容量不同,水轮机的转轮直径、转速也就不同,有时甚至水轮机型号也会改变,从而影响水电站的工程投资、运行效率、运行条件以及产品供应。选择机组台数与单机容量时应遵守如下原则:

2.1 机组台数与机电设备制造的关系

机组台数增多,单机容量减少,尺寸减小,制造及运输较易,这对制造能力和运输条件较差的地区有利的,但实际上说,用小机组时单位千瓦消耗的材料多,制造工作量大,所以最好选用较大容量的机组。

2.2 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多,而且相应的阀门、管道、调速设备、辅助设备、电气设备的套数增加,电气结构较复杂,厂房平面尺寸增加,机组安装,维护的工作量增加,因而水电站单位千瓦的投资将随台数的增加而增加,但采用小机组时,厂房的起重能力、安装场地、机坑开挖量

都可以缩减,因而有减小一些水电站的投资,在大多数情况下,机组台数增多将增大投资。

2.3 机组台数与水电站运行效率的关系

当水电站在电力系统中担任基荷工作时,引用流量较固定,选择机组台数较少,可使水轮机在较长时间内以最大工况运行,使水电站保持较高的平均效率,当水电站担任系统尖峰负荷时,由于负荷经常变化,而且幅度较大,为使每台机组都可以高效率工作,需要更多的机组台数。

2.4 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。水电站运行方式就较灵活,易于调度,机组发生事故产生的影响小,检修较易安排,但运行、检修、维护的总工作量及年运行费用和事故率将随机组台数的增多而增大,故机组台数不宜太多。

上述各种因素互相联系而又相互对立的,不能同时一一满足,所以在选择机组台数时应针对具体情况,经技术经济比较确定。遵循上述原则,该水电站的装机容量为6.8万kw ,由于1.5万kw<8.6万kw<25万kw ,该水电站为中型水电站,并担任系统调峰、调相及少量的事故备用容量,同时兼向周边地区供电。且宜选用偶数机组台数(两个合用一个变压器,方便变电和配电):4台。

2.5 单位容量的选择:

单机容量N=6.8÷4=1.7万KW, 水轮机额定出力:F

F

r N N =

η (F η:发电机效率:96%-98%,取96%)

即 r N =N÷96﹪=17000÷96﹪=17708KW 。

第三节 水轮机型号、装置方式、转轮直径、转速、 及吸出高度与安装高程的确定

根据该水电站的水头变化范围24.72m ~35.87m ,参照《水电站》表3-3和表3-4的水轮机系列型普表查出合适的机型有HL240型水轮机(适用范围25~45)和ZZ440型水轮机(适用范围20-40)两种。现将这两种水轮机作为初步方案,分别求出其有关参数,并进行比较分析。

3.1 HL240型水轮机 3.1.1 转轮直径D 计算

查《水电站》表3-6可得HL240型水轮机在限制工况下的单位流量

m S L Q M 3'124.11240==,效率%4.90=M η,由此可初步假定原型水轮机在该工况下的单位流量s m Q Q M 3'1'124.1==,效率 %92=η。

上述的'1Q =1.24m ³/s 、r N =17708KW 、%92=η和Hr=28.5带入 1D =

5

.285.2824.192.081.917708

⨯⨯⨯=3.22m

选用与之接近而偏大的标称直径1D =3.3m.

3.1.2 转速计算 1

'10D H n n av

=

式中: '

1'10'10n n n M ∆+=

由《水电站》表3-6查得在最优工况下的'10M n =72.0,初步假定

1010''m n n =

n=

3

.35

.2872=116.5r/min 上式中: '1n ——单位转速采用最优单位转速 '1072n = r/min

H ——采用设计水头,Hr =28.5m

1D ——采用选用的标准直径1D =3.3m

采用与其接近的偏大的同步转速n= 125r/min

3.1.3 效率修正值的计算

由水利机械附表1查得HL240 在最优工况下最高效率为max M η=92.0%模型转轮直径1M D =0.46m 所以原型水轮机的最高效率可采用下式计算,即

5

1

1max max )1(1D D M

M ηη--= =1-(1-0.92)5

3

.346

.0=0.946=94.6% 则效率修正值为max ηη=∆-min η=94.6%-92%=2.6%

,考虑到制造水平的情况,常

1D =

在以求得的∆η中再减一个修正值,取ε=1%,ε'=0;

则效率修正值为 εηηη--=∆min max -ε'=0.946-0.92-0.01=0.016=1.6% 由此可得原型水轮机在限制工况下的效率为

η=m η+η∆=90.4%+1.6%=92%(与上述假定相同)

单位转速的修正值按下式计算:

192

.0946

.01''m ax max 101-=-=∆M M ηηn n =0.014<0.03 由于'

1'10

n n ∆<0.03, 按规定单位转速可不加修正,同时,单位流量Q 也可不

加修正。

由上可见,原假定的%92=η,''11M Q Q = ,''

1010M n n =是正确的,那么上述

计算及选用结果1D =3.3m 和n=125r/min 也是正确的。

3.1.4 工作范围校核

在选定1D =3.3m ,n =125r/min 后,水轮机的最大的'1max Q 及各特征水头相对

应的'1n 即可计算出来

水轮机在Hr=28.5、Nr=17708下工作时,其相应的最大单位流量'1Q 即为

'

1max

Q ,故: max 1'Q =r r 11H H D 81.9η⨯N D r =5

.285.2892.03.33.381.917708

⨯⨯⨯⨯

=1.19<1.24s

m

3

则水轮机的最大引用流量为

r H D D Q Q 11max m ax 1'⋅==1.19⨯3.3²5.28⨯=69.18(m ³/s) 对'1n 值:在设计水头r H =28.5m 时 min)/(3.775

.283

.3125'11r H nD n r r =⨯==

在最大水头H max =35.87m 时 max 1'n =

max

1

H nD =87.353.3125⨯=68.86(r/min)

在最小水头H min =24.72m 时 min 1'n =

min

1

H nD =72.243.3125⨯=83(r/min)

在HL240型水轮机模型综合特性曲线图(图3-1)上分别绘出

max 1'Q =1.19m ³/s ,'

1max n =68.86r/min 和min 1'n =83(r/min) 为常数的直线,由图可见,

由这三根直线所围成的水轮机工作范围(图中阴影部分)基本上包含了该特性曲线的高效率区。所以对于HL240型水轮机方案,所选定的参数1D =3.3m 和转速n=125r/min 是比较满意的,但是还需要和其他方案作前面的比较。

3.1.5 吸出高度Hs 的计算

由水轮机的设计工况参数'1r n =77.3r/min ,'

1max Q =1190L s ,在图3-1上查得

相应的气蚀系数σ=0.195,在《水电站》图2-26查得气蚀系数修正值为 σ∆=0.04 由此可得水轮机的吸出高度

10()900s H H σσ∇

=-

-+∆ =10-900

24-(0.195+0.04)×28.5=3.28m>-4m

3.1.6 装置方式:采用立轴安装方式 3.1.7 安装高程的确定 由立轴混流式HL240

2

b H Z s W A +

+∇==24+3.28+3.3×0.365/2=27.88m 所以,HL240型水轮机方案的吸出高度满足电站要求H.

3.2 ZZ440型水轮机 3.2.1 转轮直径D 计算 η

r r r

r

H H Q N D '181.9=

式中N r

,H r

均同前.对于'1Q 值,可由附表2查得该型水轮机在限制工况下的

'1Q =1650L/S,同时还查得气蚀系数σ=0.38~0.65但在允许的吸出高为-4m 时,则相

应的装置水轮机的空蚀系数为

[]H H s -∇-

=

90010σ-∆σ=04.05

.2849002410-+-=0.45 在满足-4m 吸出高度的前提下,'

1Q 值可在ZZ440型水轮机主要综合特性曲

线中可查得选用工况点('

10115min n r =,

σ=0.45)处的单位流量'1Q 为1205L S 。同时可查得该工况点的模型效率M η=86.2%,并据此可以初步假定水轮机的效率为89.5%。

将以上的'r 1r N Q η 、H 、 、各参数值代入,

=

5

.285.28895.0205.181.917708

⨯⨯⨯=3.32m

基本符合标准直径,故选用直径1D =3.3m

3.2.2 转速n 计算

水轮机的转速为:

n=1

'10D H n av =3.330

115⨯=190.87r/min

选用与之接近而偏大的同步转速n=214.3r/min.

3.2.3 效率及单位参数修正

对于轴流转浆式水轮机,必须对其模型综合特性曲线图上的每个转角ϕ的效率进行修正。

1D =

当叶片转角为ϕ时的原型水轮机最大效率可用下式计算,根据表3-7知

10.46M D =、 3.5M H m =,并已知1D =3.3m ,r H =28.5m ,带入上式则得:

max ϕη=1-(1-max M ϕη)(0.3+0.75

3

.346.010

5

.285

.3)=1-0.683(1-max M ϕη) 叶片在不同转角ϕ时的max M ϕη可由模型综合特性曲线查得,从而可求出相应的ϕ值的原型水轮机的最高效率max ϕη。

当选用效率的制造工艺影响修正值1%ζ=时,即可计算出不同转角ϕ时的效率修正值ϕη∆

%1max max --=∆M ϕϕϕηηη 其中计算结果如下表(3-1):

max M η=89%。由于最优工况接近于0o ϕ=等转角线,故可采用ϕη∆=2.6%作为其

修正值,-从而可得原型最高效率为:

max ϕη=89%+2.6%=91.6%

已知在吸出高度-4m 限制的工况点('

10

115n =,'

1Q =1205m ³/s )处的模型效

率为M η=86.2%,而该工况点处于︒+=10ϕ和︒+=15ϕ两等角线之间,用内插法求得该点的效率修正值为ϕη∆=3.22%,由此可得该工况点的原型水轮机效率为:

η=86.2%+3.22%=89.42%(与上述假定的效率η=89.5%相近。)

max max 1(1)(0.3M ϕϕηη=--+

由于:'

1'10n n ∆=89.0916.0-1=0.0145<0.03

故单位转速可不作修正,同时,单位流量也可不作修正。

由此可见,以上选用m D 3.31=,n=214.3(r/min)是正确的。

3.2.4 工作范围的检验计算

在选定1D =3.3m ,n =214.3/min 后,水轮机的'

1max Q 及各特征水头相对应的'

1n 即可计算出来水轮机在Hr 、N 下工作时'1max Q ,其'1Q 即为'

1max Q ,故

'

1max Q =

ηr r H H D D N 1181.9⋅=5

.285.28894.03.33.381.917708

⨯⨯⨯⨯=1.223m s

则水轮机的最大引用流量为

r H D Q Q 21'1max ==1.205⨯3.3²5.28⨯=70.07s m /3

与特征水头max min ,H H ,Hr 相对应的单位转速

在设计水头r H =28.5m r

r H nD n 11'=

=5.283

.33.214⨯=132.47(r/min)

在最大水头H max =35.87m 时 max 1'n =

max

1H nD 87.353

.33.214⨯=118.08(r/min)

在最小水头H min =24.72m 时 min 1'n =

min

1

H nD =72.243.33.241⨯=142.24 (r/min)

在ZZ440型水轮机模型综合特性曲线图(图3-2)上分别绘出,

'max 1Q =1220 L/s 和'min 1n =118.08r/min, '

max 1n =142.24r/min 的直线,

由图可见,由这三根直线所围成的水轮机工作范围(图中阴影部分)基本上包含了该特性曲线的高效率区。所以对于ZZ440型水轮机方案,所选定的参数m D 3.31=和n=241.3r/min 是合理的。

3.2.5 吸出高度Hs 的计算

由水轮机的设计工况参数'1r n =132.47r/min ,'

1max Q =1220L s ,由图3-2可

查得其气蚀系数约为σ=0.42,则可求出水轮机的吸出高度为

=10-

900

24

-(0.42+0.04)×28.5=-3.14m>-4m 所以,ZZ440型水轮机方案的吸出高度满足电站要求。

3.2.6 装置方式:采用立轴安装方式 3.2.7 安装高程的确定:

立轴轴流式水轮机

1xD H Z s W A ++∇==24-3.14+0.41⨯3.3=22.21m

3.3 两种方案的比较分析

为了便于分析比较,现将上述两种方案的有关参数列表如下:

表3-2 水轮机方案参数对照表

额定出力的情况下,两者比较来看,HL240包含了较多的高效率区,气蚀系数小,安装高程较高等优点,这可以提高水电站的年发电量和减少厂房的开挖量;而ZZ440

型方案的优点仅表现在水轮机的转速高,有利于减小发电机尺寸,降低发电造价,但这种机型的水轮机极其调节系统的造价较高。由此看,若在制造供货方面没有问题时,初步选用HL240型方案较为有利.在技术设计阶段,尚需要计算出个方案的动能指标和经济指标,进一步进行分析比较,以选出合理的方案. 本设计就采用HL240型号的水轮机.

第四节 水轮机运转特性曲线的绘制

4.1 基本资料

转轮的型式 HL240型,主要综合特性曲线图3-6(《水电站》); 转轮的直径和转速 1D =3.3m,额定转速n=125r/min; 特征水头

max

H =35.87m, min H =24.72m, r H =28.5m,

水轮机的额定出力 r N =17708kw

设计尾水位 ▽=24m

安装高程 A Z =27.88m

效率修正值为 εηηη--=∆min max =0.946-0.92-0.01=0.016=1.6% 表4-1 HL240型水轮机等效率曲线计算表

4.2 等效率线的计算与绘制

由于水电站的水头变化范围较小,现取水轮机工作范围内3个水头,列表4-1分别进行计算.依据表4-1中的数据绘制对应每个H 值的效率特性曲线

)(N f =η,如图4-1(a)所示。在该图上作出某效率值的水平线,它与图中各等H 线相交,绘制H ~N 坐标图,连成光滑曲线,既得出等效率线,如图4-1(b )。

4.3 出力限制线的绘制

出力限制线表示水轮机在不同水头下实际允许发出的最大出力。由于水轮机与发电机配套运行,所以水轮机最大出力受发电机额定出力和水轮机5%出力储备线的双重限制。

依据表4-2绘制出力限制线。

表4-2 5%出力限制线上的点

4.4 等吸出高度线的计算

取3个水头,计算数据列表4-3分别进行计算. 1、绘制()'1Q f N =辅助曲线,如图4-2(a)所示。

2、求出各水头下的'1M n 值,并在相应的模型综合特性曲线上查出'1M n 水平线与各等气蚀系数σ线的所有交点坐标,'1Q ,σ值,填入下表。

3、在()'1Q f N =辅助曲线上查出相应于上述各'1Q 的N 值,填入下表。

4、利用公式()10900

S H H σσ∇

=-

-+∇计算出相应于上述各σ的s H 值,填入下

表。

5、根据表中对应的s H ,N 值,做出()S H f N =曲线,如图4-2(b )所示。

6、在()S H f N =图上任取s H 值,做水平线与曲线相交,记下各交点的s H 、N 值,绘于H ~N 坐标图上,将各点连成光滑曲线即为等吸出高度线。

表4-3 HL240水轮机等吸出高度线计算表

第五节 蜗壳设计

5.1 蜗壳型式选择

由于本水电站水头高度小于40m ,所以采用混凝土蜗壳。

5.2 主要参数确定 5.2.1 断面形状的确定

由于水轮机为中型水轮机,由相关资料确定,考虑在蜗壳顶部布置调速接力器的方便选择平顶梯形断面,即

当0n =时,0015~10=γ选取015=γ;7.1~5.1=a b 选择6.1=a b ;由《水利机械》附录二水轮机标准座环尺寸系列查取:混流式水轮机外径a D =5.0m ,内径b D =4.3m ,转轮直径1D =3.3m ,设计水头r H =28.5m ,设计流量T Q =68.62 m³/s 。

5.2.2 蜗壳包角的选择

混凝土蜗壳000270~180=ϕ,选取0270o ϕ=

5.2.3 蜗壳进口断面面积及尺寸ϕQ

进口断面流速:

H a V c ==0.8245.28=4.40(m/s)

进口断面流量:

00360ϕT Q Q ==270360

62

.68⨯=51.47m ³/s

进口断面面积: =

=

c V Q F 004

.447

.51=11.70m ² 5.3 蜗壳的水力计算及单线图,断面图的绘制 5.3.1 根据以选择的蜗壳断面形状,确定具体尺寸

⎪⎪⎪

⎪⎩⎪⎪⎪

⎪⎨⎧=+==-+-=365.06.1)(2

tan 1

01011

101111

D b m b b a

b b r r m b a F b a δ ⇒

⎪⎪⎩⎪

⎪⎨

⎧====2

.131.351.482

.20b m b a 5.3.2 中间断面尺寸

顶角的变化规律采用抛物线轨迹,则: 01==

n

a

K ==

m

a

K 2 1.55 进口断面的最大半径1R :

1R =a r a +=2.5+2.82=5.32m

在1R 至a r 之间设不同的i R ,求出i a 、i b 、i m 、i F 、i ϕ,计算见表5-1。 根据表5-1绘制辅助曲线5-1(a),根据需要,选定若干个i ϕ(每隔045)由图5-1查出相应的i R 及其断面尺寸,如表5-2所示。便可绘制蜗壳平面单线图,如图

5-1(b)。进口宽度取10D R B +==5.32+3.3=8.62m 。

表5-1 中间断面尺寸相关计算

中间断面尺寸计算

Ri 备注 ai 2.82 2.32 1.82 1.32 0.82 0.32

ai=Ri-ra mi 3.31 2.24 1.47 0.73 0.28 0.04

mi=ai²/k2² bi

4.51 3.44 2.67 1.93 1.48 1.24 1.2 1.2

bi=bo+mi

Si 计算表

1

r Si

b 3.07

b/r

2

r Si b 2.19 b/r 0.56

3

r Si b 1.52

b/r

4

r Si b 0.97

b/r

5

r Si b 0.59

b/r

6

r Si b 0.33

b/r

7

r Si b 0.18

b/r

0.48 0.56

Qψ、ψ计算表

编号 Ri Si Qψ ψ Fi Vi 1

5.32

3.07

51.47

270.00

11.70

4.40

2 4.82 2.19 36.7

3 192.68 7.73 4.75 3 4.32 1.52 25.49 133.73 4.99 5.11

4 3.82 0.97 16.27 85.34 2.90 5.61

5 3.32 0.59 9.89 51.91 1.62 6.11

6 2.82 0.33 5.53 29.03 0.82 6.75 7

2.5

0.18

3.02

15.84

0.42

7.19

表5-2 R ~ϕ关系

编号 1 2 3 4 5 6 7 角度ψ(°) 270 225 180 135 90 45 0 半径R (m )

5.32

5.05

4.63

4.34

3.88

3.19

2.15

第六节 尾水管设计

6.1 尾水管型式的选择

尾水管的形式很多,最常用的有直锥形、弯锥形和弯肘型三种型式,本设计中尾水管型式采用弯肘形。

弯肘形尾水管由进口直锥段、中间肘管段和出口扩散管三部分组成。

6.2 尺寸确定及绘制平面剖面单线图

查看《水电站机电设计手册》第一卷水力机械26页查HL240的转轮流道尺寸图。

1、进口直锥段,采用12304.1D D D ===3.43m ,HL240取单边扩散角8o θ=

2、肘管段:4.4=c V <6m ³/s ,可不设金属里衬,采用推荐的尾水管尺寸,列表6-2。

3、出口扩散段:底板水平,仰角οοα13~10=,设支墩,支墩宽度

55)15.0~10.0(B b =采用551.0B b ==0.90m

4、尾水管高度:由()12D D <12.6o h D ≥,最低不得小于12.3D 。

5、尾水管的水平长度:1)5.4~5.3(D L =

6、查表计算:121)15.0~12.0()(D h h =+,

取12115.0D h h =+=0.50m

3342/)(8h D D Tan -=︒ 可得︒

-=

823

43Tan D D h =4.02m

7、由表6-1和表6-2中尺寸绘制尾水管平面剖面和单线图,如图6-1所示。

表6-1 混凝土推荐的尾水管尺寸表

表6-2 混凝土标准肘管尺寸表

第七节 调速设备的选择

7.1 调速器的计算

水轮机的调速功A 为:

1max )250~200(D H Q A =

其中水轮机在工况点(max H =35.87m, r N =17708KW, Q=56.54m ³/s ) 3.387.3554.56)250~200(⨯⨯=A =12.3~15.34万KW>30000KW 属大型调速器,则接力器调速柜和油压装置应分别进行计算和选择。

7.2 接力器的选择 7.2.1 接力器直径的计算

由已知条件判断,采用两个接力器来操作水轮机的导水机构,查《水利机械》得选用额定油压为2.5Mpa ,则每个接力器的1

max 1

D b H D d s λ=m 已知导叶数目240=Z ;为标准正曲率导叶,查《水力机械》表5-3得03.0=λ;又导叶的相对高度

365.01

=D b ,带入上式得: 87.35365.03.303.0⨯⨯=s d =0.358m=358mm

选择与之接近而偏大的s d =375mm 的标准接力器。

7.2.2 接力器最大行程的计算

max 0max )8.1~4.1(a S =(mm)

max 0a 导叶最大开度(mm )。可由模型的max 0a 求出,以下公式换算求得:

000max

0max 0Z D Z D a a M M

M =

式中:max o a 可由设计工况点('1r n =77.3r/min ,'

1max Q =1190L s )在模型综合特性

曲线上查得25mm ,同时可得0M D =534mm ,240=M Z ,选用水轮机的

1017.1D D ==1.17×3.3=3.86m=3860mm ,240=Z 则

mm a 18124

53424

386025max 0=⨯⨯⨯

=

当选用计算系数为1.8时,则

max S =1.8×181=326mm=0.326m

7.2.3 接力器容量的计算

两个接力器的总容积 072.0326.0375.0375.02

2max =⨯⨯⨯==π

πS d V s s 3m

7.3 调速器的选择

大型调速器的型号是以主配压阀的直径来表征的,主配压阀的直径

d = 选4, 4.5s m T s V m s ==则:

水轮机选型设计

目录 第一章基本资料 (2) 1.1水轮机选择的内容 (2) 第二章水能计算与相关曲线的绘制 (3) 2.1水能计算 (3) 2.2相关曲线的绘制 (7) 第三章机组台数和单机容量的确定 (8) 3.1水轮机选型方案初定 (8) 3.2确定水轮机选型方案 (8) 第四章水轮机基本参数的计算 (13) 4.1水轮机转轮直径的计算 (13) 4.2水轮机效率的计算 (13) 4.3水轮机转速的计算 (13) 4.4水轮机设计流量的计算 (14) 4.5水轮机几何吸出高度的计算 (14) 4.6飞逸转速的计算 (16)

第一章基本资料 水轮机的选型是水电站设计中的一项重要任务。水轮机的型式与参数选择的是否合理,对于水电站的动能经济指标及运行稳定性、可靠性有重要的影响。 水电站水轮机的选择工作,一般是根据水电站的开发方式、动能系数、水工建筑物的布置等,并参照国内已生产的水轮机转轮参数及制造厂的生产水平,拟选出若干个方案进行技术经济的综合比较,最终确定水轮机的最佳型式与参数 1.1水轮机选择的内容 水轮机选型设计包括以下基本内容: (1)根据水能规划推荐的电站总容量确定机组的台数和单机容量; (2)选择水轮机的型号及装置方式; (3)确定水轮机的轮转直径、额定出力、同步转速、安装高程等基本参数; (4)绘制水轮机的运转特性曲线; (5)确定蜗壳、尾水管的型式及它们的主要尺寸,以及估算水轮机的外形尺寸、重量和价格; (6)选择调速设备; (7)结合水电站运行方式和水轮机的技术标准,拟定设备订购技术条件; (8)对电站建成后水轮机的运行、维护提出建议。

第二章水能计算与相关曲线的绘制 2.1水能计算 根据所给原始资料,通过水能计算可以得到相应数据下的装机容量、发电量登各种参数,并将所得数据记录于表2-1中。 (1)水头H H=Hg-△h …………………………………(2-1) 式中 Hg ——水电站毛水头,m ; △h —— 水电站引水建筑物中的水力损失,m 。 将计算结果录入表2-1第⑪列中。 (2)装机容量P 和增加装机容量△P 由于同一组内流量不等,故应先按下列公式计算增加装机容量△P (Kw ): △P=AQ △H …………………………………(2-2) 式中 A ——A=9.81*α*β=8.2, α=95%,β=88%(α为发电机效率,β为水轮机效率); Q —— 水轮机通过流量,s /m 3 ; △H ——水电站相邻两组组末(工作)水头之差,m 。 将计算结果录入表2-1第⑬列中 第一组流量的装机容量为1P =AQH=1271Kw 。其后流量组的装机容量P (Kw )按下 式计算: i P =+j P +△i P …………………………………(2-3) 式中i ——i=2,3,4……n(n ∈N+); j —— j=i-1。 将计算所得P 值录入表2-1第⑫列中。 (3)发电量E 和累积发电量∑E 发电量E (万Kw.h )按下列公式计算: E=PT*24/10000……………………………(2-4) 式中 P ——装机容量,Kw ; T ——该组流量的出现天数,天。

中小型水电站水轮机选型与优化的探讨

中小型水电站水轮机选型与优化的探讨 一、前言 水力发电是一种利用水能转化为电能的清洁可再生能源,在全球范围内具有广泛的应 用前景。中小型水电站是水力发电系统的重要组成部分,其投资成本低、建设周期短、生 产稳定可靠等优点,使得其在中国乃至全球水力发电市场上具有较大的发展潜力。水轮机 是中小型水电站的核心设备,其选型与优化对于水电站的运行效率、经济性和可靠性具有 重要影响。本文就中小型水电站水轮机选型与优化进行探讨,并提出一些相关的技术建 议。 二、水轮机选型与分类 1. 水轮机选型 在中小型水电站的水轮机选型过程中,需要考虑到水轮机的流量、水头、装机容量等 因素,以确保水轮机可以在水电站的运行条件下实现最佳的发电效率。选择合适的水轮机 型号和参数是确保水电站正常运行的基础。 根据水轮机的结构和工作原理,可以将水轮机分为内嵌式水轮机和外控式水轮机两大类。内嵌式水轮机直接受到水流作用,其转动部件与水流接触,适用于水流比较稳定的小 型水电站;外控式水轮机则通过导流装置调节水流作用力,可以适应水流波动较大的水电站。 三、水轮机优化 1. 流道优化 水轮机的流道是保证水轮机高效运行的关键部位。通过对水轮机流道进行优化设计, 可以减小流体的能量损失,提高水轮机的效率。常见的流道优化措施包括改善流道内部的 曲率、加装导流板、增加水流的扰流装置等。 2. 叶轮优化 叶片是水轮机的动力转换部件,其叶片的设计与优化对于水轮机的性能具有重要影响。采用现代流体动力学的分析方法,结合流场模拟和试验验证,可以实现叶轮的优化设计, 提高水轮机的效率和稳定性。 3. 轴系优化

水轮机的轴系部分包括轴承、密封装置、联轴器等组件,其设计与选型对于水轮机的安全可靠运行至关重要。通过优化轴系的设计,可以减小机械损耗,提高水轮机的传动效率。 2. 运用现代流体动力学的分析方法,对水轮机的流道和叶轮进行优化设计,提高水轮机的效率和稳定性。 3. 注意水轮机轴系的设计与选型,确保水轮机的安全可靠运行。 4. 在水轮机的运行过程中,定期检查和维护水轮机的各个部件,及时发现和排除故障,保证水轮机正常运行。 五、结论 中小型水电站水轮机的选型与优化是保证水电站安全、高效运行的关键技朧。通过运用现代流体动力学的分析方法,结合工程实践,可以实现水轮机的优化设计,提高水轮机的效率和可靠性,进而推动中小型水电站的健康发展。希望随着技术的不断进步,中小型水电站水轮机的选型与优化能够得到更好的完善和发展。

(一)水电站水轮机选型设计方法及案例

水电站水轮机选型设计总体思路和基本方法 水轮机选型是水电站设计中的一项重要任务。水轮机的型式与参数的选择是否合理,对于水电站的动能经济指标及运行稳定性、可靠性都有重要的影响。 水轮机选型过程中,一般是根据水电站的开发方式、动能参数、水工建筑物的布置等,并考虑国内外已经生产的水轮机的参数及制造厂的生产水平,拟选若干个方案进行技术经济的综合比较,最终确定水轮机的最佳型式与参数。 一 已知参数 1 电站规模:总装机容量:32.6MW 。 2 电站海拔:水轮机安装高程:▽=850m 3 水轮机工作水头: max H =8.18m ,min H =8.3m ,r H =14.5m 。 二 机组台数的选择 对于一个确定了总装机容量的水电站,机组台数的多少将直接影响到电厂的动能经济指标与运行的灵活性、可靠性,还将影响到电厂建设的投资等。因此,确定机组台数时,必须考虑以下有关因素,经过充分的技术经济论证。 1机组台数对工程建设费用的影响。 2机组台数对电站运行效率的影响。

3机组台数对电厂运行维护的影响。 4机组台数对设备制造、运输及安装的影响。 5机组台数对电力系统的影响。 6机组台数对电厂主接线的影响。 综合以上几种因素,兼顾电站运行的可靠性和设备运输安装的因素,本电站选定机组为:4×8.15MW 。 三 水轮机型号选择 1 水轮机比转速s n 的选择 水轮机的比转速s n 包括了水轮机的转速、出力与水头三个基本工作参数,它综合地反映了水轮机的特征,正确的选择水轮机的比转速,可以保证所选择的水轮机在实际运行中有良好的能量指标与空化性能。 各类水轮机的比转速不仅与水轮机的型式与结构有关,也与设计、制造的水平以及通流部件的材质等因素有关。目前,世界各国根据各自的实际水平,划定了各类水轮机的比转速的界限与范围,并根据已生产的水轮机转轮的参数,用数理统计法得出了关于水轮机比转速的统计曲线或经验公式。当已知水电站的水头时,可以用这些曲线或公式选择水轮机的比转速。 轴流式水轮机的比转速与使用水头关系 中国: s n =H 2300 (m ·KW ) 日本: s n = 5020 20000 ++H (m ·KW )

中小型水电站水轮机选型与优化的探讨

中小型水电站水轮机选型与优化的探讨 一、中小型水电站的发展现状 中小型水电站是指装机容量在10MW以下的水电站,它们通常建设于山区、丘陵地带,利用山间溪流、小河流等水资源进行发电。我国拥有丰富的水资源,中小型水电站在我国 的能源结构中占据着重要的地位。根据《中国水电规划纲要(2016-2020)》,我国中小型水电站的装机容量将超过6000万千瓦,其中以云南、贵州、四川、湖南等省份为主要发展地区。中小型水电站具有建设周期短、投资少、环境友好等特点,是我国水电产业中的重 要组成部分。 二、水轮机的选型原则 1. 资源条件:中小型水电站的水资源条件多种多样,有的水流充沛、水头较大,适 合选择斜流水轮机;有的水流较小、水头较低,适合选择横流水轮机。在选型时需结合实 际的水资源条件,选择适合的水轮机类型。 2. 经济性:水轮机的选型应充分考虑其造价和运行成本,以确保建设和运营的经济 效益。一般来说,对于水头较低的水电站,应选用效率较高的水轮机,使得发电成本更低,经济效益更好。 3. 可靠性:水轮机作为水电站的核心设备,其可靠性和稳定性对水电站的正常运行 和发电效率具有重要影响。在选型时需要考虑水轮机的品牌、技术和质量等因素,以确保 其长期可靠运行。 4. 适应性:水轮机的选型还需要考虑其在不同水流条件下的适应性。部分水电站可 能会受到季节性水流的影响,因此需要选择具有一定适应性的水轮机,以确保在不同水流 条件下都能够正常运行。 三、水轮机的优化设计 1. 流道设计优化:水轮机的流道设计对其能效和稳定性具有重要影响。通过采用先 进的流道设计理论和仿真技术,可以对水轮机的流道形式和参数进行优化,提高水轮机的 整体效率和性能。 3. 装置布置优化:水轮机的装置布置对整个水电站的运行效率和安全稳定性有影响。通过合理布置水轮机和相关设备,可以减少水流损失和能量损失,提高水电站的整体发电 效率。 四、中小型水电站水轮机选型与优化案例分析

水轮发电机组中水轮机的选型设计

水轮发电机组中水轮机的选型设计 摘要: 在水利水电系统中的建设过程, 怎样合理选择适用的水轮机组的类型对水轮机的性能是否优越十分重要。因此应本着具体情况具体分析的原则设计相应的实践方案, 以提高其运行的灵活性。本文着重阐述实践中应如何对水轮机组进行设计。 关键词: 水轮机组;特征;选型设计 Abstract: In the water conservancy and hydropower system in the construction process, how to choose suitable hydraulic turbine type on turbine performance is superior is very important. It should be based on concrete analysis of the principles of design and the corresponding practices, in order to improve the operation flexibility. This paper focuses on the practice should be how to design of hydraulic turbine. Key words: turbine selection design; feature; 0引言 水轮机组的选型设计是水电站水力机械设计的重要组成部分。发电机由水轮机驱动,它的转子短粗,机组的起动、并网所需时间较短,运行调度灵活。水轮机组选型设计不仅为以后的电气部分、水工部分设计打下基础,同时也会影响到电站的机电设备投资、厂房投资及发电效益等经济指标。因此,水轮机组的选型设计必须做到科学、准确、合理、先进,满足技术性能和经济指标的要求。 1水轮机选型设计的任务及内容 水轮机是水电站中最主要动力设备之一,影响电站的投资、制造、运输、安装、安全运行、经济效益,因此根据H、N的范围选择水轮机是水电站中主要设计任务之一,使水电站充分利用水能,安全可靠运行。每一种型号水轮机规定了适用水头范围。水头是根据该型水轮机的强度和汽蚀条件限制的,不允许超出;水轮机出力大小主要是考虑到使水轮机的运行效率不至于过低。 2水轮机选型的基本原则及装机特征设计 水轮机的选型按照技术先进、安全可靠、经济合理的原则,选择和确定水轮机的具体型号和技术参数。通过对可行的不同技术方案进行比较,对水轮发电机组及其附属设备技术性能、制造成本,机组预期的实用性、可靠性、使用寿命等,进行综合比较和分析,寻求资源利用充分、投资省、效益高的最优方案。水轮机选型应遵循以下的基本原则:

浅析水轮机的选型设计

浅析水轮机的选型设计 作者:张强 来源:《科学与财富》2019年第16期 摘要:水轮发电机时指以水轮机为原动机将水能转化为电能的发电机。水流经过水轮机时,将水能转换成机械能,水轮机的转轴又带动发电机的转子,将机械能转换成电能而输出。本文以对X水电站调节系统设计与分析为例。从初步选择,对各项指标进行综合比较,到选定最优方案,确定水轮机型号HLA511-LJ-410、选择4台机组,来介绍水轮机选型方法。 一、水轮机类型的确定 由所给出的原始数据克制水轮机的运行水头范围为52-76米,则可供选择的水轮机型式有混流式、斜流式以及轴流转浆式三种。斜流式水轮机适用于水头变幅大的电站,转轮叶片可以转动而实现双重调节,处于高效率区的流量和出力范围大,效率曲线比较平坦。但目前由于其制造工艺复杂,技术要求高,故很少使用。而混流式水轮机具有结构紧凑、运行可靠、效率高,能适应很宽的水头范围等特点,技术十分成熟,是目前国际国内应用最广泛的水轮机机型,安装检修均具有强有力的技术保障,且由于本次设计的电站水头变化范围较小,且负荷变化较大,故决定采用混流式水轮机。 根据原始资料中的最高水头76米,查《混流式水轮机转轮型谱参数表》,经过初步比较判断选择6个型号的转轮,其详细参数见下表 经过对这几个机型的参数的初步比较,可以看出A511-35型、HL220.46型及A248-35型模型水轮机在最优工况下的单位转速、单位流量、最高效率以及限制工况点的单位流量均比较高,且高效率区较宽,可使原型机获得较高的转速和较大的通过流量,从而在相同出力的情况下缩小机组的尺寸,同时模型机的气蚀系数较小,有利于电站的稳定运行,故选取上述三个水轮机机型进行计算. 二、机组台数的确定 由原始资料可知,该水电站的装机容量为280MW,根据实践经验,在合理要求的情况下,可采用3 台、4台、5 台机组的设计方案进行计算比较。 三、水轮及装置方式的确定 设计电站的最大水头是76米,且装机容量属于大机组,故应按立式布置方式。 四、水轮机选型计算

水轮机选型设计计算书 原稿

第一章 水轮机的选型设计 第一节 水轮机型号选定 一.水轮机型式的选择 根据原始资料,该水电站的水头范围为18-34m , 二.比转速的选择 水轮机的设计水头为m H r 5.28= 适合此水头范围的有HL240和ZZ450/32a 三.单机容量 第二节 原型水轮机主要参数的选择 根据电站建成后,在电力系统的作用和供电方式, 初步拟定为2台,3台,4台三种方案进行比较。 首先选择HL240 n11=72r/min 一.二台 1、计算转轮直径 水轮机额定出力:kw N P G G r 67.66669 .0106.04 =⨯== η 上式中: G η-----发电机效率,取0.9 G N -----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Q 11r =1.155m 3 /s,对应的模型效率ηm =85.5%,暂取效率修正值 Δη=0.03,η

=0.855+0.03=0.885。模型最高效率为88.5%。 m H Q P D r r 09.2885 .05.28155.181.967 .666681.95 .15.1111=⨯⨯⨯== η 按我国规定的转轮直径系列(见《水轮机》课本),计算值处于标准值2m 和2.25m 之间,且接近2m ,暂取D 1=2m 。 2、计算原型水轮机的效率 914.02 46 .0)885.01(1)1(155 110max =--=--=D D M M ηη Δη=η max -ηM0=0.914-0.885=0.0.029 η=ηm +Δη=0.855+0.029=0.884 3、同步转速的选择 min /18.1972 95 .0/5.2872av 1110r D H n n =⨯== min /223.11855 .0884 .07210 M 0 T 11011r n n =-⨯=-=∆)( )( ηηmin /223.73223.172n 1111r 11r n n m =+=∆+= 4、水轮机设计单位流量Q11r 的计算 r Q 11= r r r H D η5 .12181.9P =884.05.28281.967.66665.12⨯⨯⨯=1.2633 m /s 5、飞逸转速的计算 r n = 1 11max D H n r =73.223×28.33=212.851r/min 6、计算水轮机的运行范围 最大水头、平均水头和最小水头对应的单位转速 min)/609.66223.18.332 180.19711max 1min 11r n H nD n =-⨯=∆-= min)/(777.70223.195 .0/5.282180.19711av 111r n H nD n a =-⨯=∆-=

水电站课程设计之水轮机选型设计

水电站课程设计之水轮机选型设计 学校:河北工程大学 系别:水利水电工程 班级:07水工本(5)班 姓名:李啸云 学号:070290515 指导老师:袁吉栋

第一章:基本资料 基本设计资料 某梯级开发电站,电站的主要任务是发电,并结合水库特性、地区要求可发挥水产养殖等综合效益。电站建成后投入东北主网,担任系统调峰、调相及少量的事故备用容量,同时兼向周边地区供电。该电站水库库容小不担任下游防洪任务。经比较分析,该电站坝型采用混凝土重力坝,厂房型式为河床式。经水工模型试验,采用消力戽消能型式。 经水能分析,该电站有关动能指标为: 水库调节性能日调节 保证出力 4万kw 装机容量 16万kw 多年平均发电量 44350 kwh 最大工作水头 39.0 m 加权平均水头 37.0 m 设计水头 37.0 m 最小工作水头 35.0 m 平均尾水位 202.0 m 设计尾水位 200.5 m 发电机效率 98.0% 第二章:机组台数与单机容量的选择 水电站的装机容量等于机组台数和单机容量的乘积。根据已确定的装机容量,就可以拟订可能的机组台数方案,选择机组台数与单机容量时应遵守如下原则: 1、机组台数与工程建设费用的关系 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,单机容量减小。通常大

机组单位千瓦耗材少,整体设备费用低;另外,机组台数少,厂房所占的平面尺寸也会减小。因此,较少的机组台数有利于降低工程建设费用。 2、机组台数与设备制造、运输、安装以及枢纽安装布置的关系 单机容量大,可能会在制造、安装和运输方面增加一定的难度。然而,有些大型或特大型水电站,由于受枢纽平面尺寸的限制,总希望单击容量制造得大些。 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。机组台数不同,水电站平均效率也不同。机组台数越少,平均效率越低。但是机组台数多到一定程度,再增加台数对水电站运行效率增加的效果就不显著。当水电站在电力系统中担任基荷工作时,引用流量较固定,选择机组台数较少,可使水轮机在较长时间内以最大工况运行,使水电站保持较高的平均效率。当水电站担任系统尖峰负荷并且程度调频任务时,由于负荷经常变动,而且幅度较大,为使每台机组都可以在高效率区工作,则需要更多的机组台数。 另外,机型不同,高效率范围大小也不同。对于高效率工作区教窄的,机组台数应适当多一些。 4、组台数与水电站运行维护的关系 机组台数多,单机容量小,水电站运行方式就较灵活,机组发生事故产生的影响小,机组轮换检修较易安排,难度也小。但因操作运行次数随之增多,发生事故的机率也随之增高,同时管理人员多,维护耗材多,运行费用也相应提高。故不能用过多的机组台数。 5、机组台数与电气主接线的关系 对采用扩大单元的电器主接线方式,机组台数为偶数为利。但由于大型机组主变压器受容量限制,采用单元接线方式,机组台数的单、偶数就无所谓了。 上述各种因素互相影响,遵循上述原则,并且该水电站装机容量为16万kw,由于2.2万kw<16万kw<25万kw,该水电站为中型水电站,并担任系统调峰、调相及少量的事故备用容量,同时兼向周边地区供电。 综上所述宜选用偶数机组台数:4台 单机容量选择:单机容量N=16万÷4=4万KW, 水轮机额定出力N?=N÷98﹪=40000÷98﹪=40816KW 第三章:水轮机型号、装置方式、转轮直径、转速、 及吸出高度与安装高程的确定 根据水头变化:最小工作水头35m到最大工作水头39m。在水轮机系列型普表中查出合适的机型有HL240型水轮机和ZZ440型水轮机两种。现将这两种水轮机作为初步方案,分别求出其有关参数,并进行比较分析。 1、HL240型水轮机方案主要参数计算 1.1确定水轮机的转轮直径D 由公式:

水轮机型号选择

水轮机型号选择 根据水电站的水头变化范围36.0m~38.0m,在水轮机洗力型谱表3-3,表3-4中查出适合的机型有HL240和ZZ440两种,现将这两种水轮机作为初选方案,分别求出有关参数,并进行比较分析。 一)HL240型水轮机方案的主要参数选择 1).转轮直径D1计算 查表3-6和图3-12可得HL240型水轮机在限制工况下的单位流量 Q '1 = 1.24 s m 3 效率m η =92%,由此可初步假定原型水轮机在该工况 下的单位流量Q '1=Q M '1=1.24s m 3 上述的 Q '1,η和额定出力r N =kw kw N gr gr 40816% 984==万η r H =36m 1D = η 2\3181.9Hr Q Nr '= 92 .03624.181.940816 2 \3??=4.109 m 选用与之接近而偏大的标称直径 D1=4.5m 2) 转速n 计算 查表3-4可得HL240型水轮机在最优工况下单位转速 M n 10 '=72min r ,初步假定10n '=M n 10'将已知的10n '和加权平均水头av H =36m, 1D =4.2m 代入 n= 965 .4367211 =?='D H n min r 故选用与之接近而偏大的用步转速n=100min r 3) 效率及单位参数修正 查表3-6可得HL240型水轮机在最优工况下的模型最高效率为 M m a x η=92% 模型转轮直径为M D 1=0.46m 根据式(3-14) ,求得原型效率 %9.945 .446.0)92.01(1)1(155 11max max =--=--=D D M M ηη则效率修正值为 %9.2%92%9.94max max =-=-=?M ηηη 考

水轮机设计

第六节 水轮机的选型 水轮机选型设计是水电站设计中的一项重要工作。它不仅包括水轮机型号的选择和有关参数的确定,还应认真分析与选型设计有关的各种因素,如水轮发电机的制造、安装、运输、运行维护,电力用户的要求以及水电站枢纽布置、土建施工、工期安排等。因此,在选型设计过程中应广泛征集水工、机电和施工等多方面的意见,列出可能的待选方案,进行各方案之间的动能经济比较和综合分析,力求选出技术上先进可靠、经济上合理的水轮机。 一、水轮机选型设计的内容及基本资料 1.水轮机选型设计的内容 (1)确定单机容量及机组台数; (2)确定机型和装置形式; (3)确定水轮机的功率、转轮直径、同步转速、吸出高度及安装高程,轴向水推力,飞逸转速等参数。对于冲击式水轮机,还包括确定射流直径与喷嘴数等; (4)绘制水轮机的运转综合特性曲线; (5)确定蜗壳和尾水管的型式及尺寸; (6)估算水轮机的外形尺寸、重量和价格; (7)提出在特性或结构上的某些特殊要求进行设备投资总概算等。 2.水轮机选型设计所必需的基本资料。 水轮机的型式及参数的选择是否合理,是否与电站建成后的实际相吻合,在很大程度上取决于以原始资料的调查、汇集和校核。初步设计时,通常应具备上述的基本资料。 (1)枢纽资料:包括河流的水能总体规划、流域的水文地质、水能开发方式、水库的调节性能、水利枢纽布置、电站类型及厂房条件、上下游综合利用的要求,工程的施工方式和规划等情况。还应包括经过严格分析与核准的水能基本参数,诸如电站的最大水头max H , 最小水头min H ,加权平均水头a H ,设计水头r H ,各种特征流量a Q Q Q 、、 max min ,典型年(设计平水年、丰水年、枯水年)的水头,流量过程线。此外还应有电站的总装机容量、保证出力以及水电站下游水位流量关系曲线。 (2)电力系统资料:包括电力系统负荷组成,设计平水年负荷图、典型日负荷图,远景负荷;设计电厂在系统中的作用与地位,例如调峰、基荷、调相、事故备用的要求以及与其他电站并列调配运行方式等。 (3)水轮机设备产品技术资料:包括国内外水轮机型谱、产品规范及其特性;同类水电站的水轮机参数与运行经验等。 (4)运输及安装条件:应了解通向水电站的水陆交通情况,例如公路、水路及港口的运载能力(吨位及尺寸);设备现场装配条件,大型专用加工设备在现场临时建造的可能性

中小型水电站水轮机选型与优化的探讨

中小型水电站水轮机选型与优化的探讨 首先,水轮机的选型应该根据水电站的具体情况进行综合考虑。水电站的情况包括水源条件、电网接入情况、地形地貌以及经济因素等多方面。例如,水源条件的好坏以及水流量的大小直接影响着水轮机的选型。如果水流量比较大,可以选择斜片型水轮机或者混流型水轮机;如果水流量比较小,则可以选择轴流型水轮机或者反击型水轮机。此外,在电网接入方面,如果电网电压稳定,电网负载能力大,可以选择并网发电的水轮机;如果电网接入条件较差,则需要考虑独立发电的水轮机。对于地形地貌方面,如果水电站落差比较大,可以选择喷嘴型水轮机或斜板型水轮机,这些型号的水轮机能够利用水从高处落差产生的压力,提高水轮机的效率。最后,经济因素也是考虑选型的一个重要方面。不同型号的水轮机价格不同,一些高性价比的水轮机可能会成为比较好的选择。 其次,水轮机的优化设计也是很有必要的。水轮机的性能优化设计可以有多种方式,其中最常用的方式是利用计算机模拟技术对水轮机进行模拟优化,以提高水轮机的转动效率和发电效率。例如,可以利用CFD软件对水轮机进行流场分析和优化设计,通过调整水轮机叶片的形状和角度等参数来改善水轮机的性能。此外,还可以利用MATLAB软件对水轮机的运动轨迹进行分析和优化,通过调整各个零部件的工作状态和参数来提高水轮机的动力性能和机械稳定性。 综上所述,水轮机的选型和优化是中小型水电站设计和运营过程中的核心问题之一。合理的水轮机选型和优化设计可以大大提高水电站的发电效率和经济效益。因此,在实际中,应该根据具体情况,选择合适的水轮机型号,利用现代计算机技术对水轮机进行优化设计,从而实现最优化水轮机的精确选型和更高效的发电效率。

超高水头水电站冲击式水轮机的选型原理及设计

超高水头水电站冲击式水轮机的选型原理及设计 首先,选型原理上,超高水头水电站常采用冲击式水轮机,其工作原 理是通过水流的冲击力来驱动水轮机转动,将水能转化为机械能。冲击式 水轮机可分为两种类型:离心式和衝壓式。离心式水轮机通常适用于较高 的水头,其特点是水流进入转子后形成涡流,推动转子转动。而衝壓式水 轮机则适用于更高的水头,其特点是水流冲击转子,将转子推动起来。 其次,设计方面,超高水头水电站冲击式水轮机的设计需要考虑以下 几个关键点: 1.转速选择:由于水头高,通过冲击力驱动水轮机工作时,转速较高。根据特性曲线,选择转速时需要考虑到转速与效率之间的关系。 2.转子结构设计:转子是水轮机的核心部件,需要采用合适的材料和 结构设计来满足高速水流的冲击。特别是转子叶片的设计需要考虑到叶片 的强度、耐磨性和水力性能。 3.损失和效率优化:由于水头高,水轮机转动时会有较大的能量损失,因此需要通过优化设计减小损失,提高水轮机的效率。这可以通过优化叶 片形状、减小水流分离等方式来实现。 4.涡轮内部流场分析和优化:超高水头水轮机的涡轮内部流场复杂, 需要通过流场分析和优化来改善流线和流速分布,减小损失和提高效率。 5.动态特性分析:超高水头水轮机工作时会受到较大的冲击力和水压 力的影响,需要进行动态特性分析,保证水轮机在各种工况下的稳定工作。 总之,超高水头水电站冲击式水轮机的选型原理和设计需要全面考虑 水头高度、水轮机工作原理、机械强度和水力性能,通过合理的选型和设

计来满足超高水头水电站的要求,提高水能的利用效率。这需要工程师对水轮机的结构、流场和动态特性有深入的了解,并采用现代设计方法和工具进行分析和优化。

水电站水轮机选型设计

院校:河北工程大学水电学院专业班级:水利水电建筑工程01班姓名:苏华 学号: 093520101 指导老师:简新平

水电站水轮机的选型设计 摘要 本说明书共七个章节,主要介绍了大江水电站水轮机选型,水轮机运转综合特性曲线的绘制,蜗壳、尾水管的设计方案和工作原理以及调速设备和油压装置的选择。主要内容包括水电站水轮机、排水装置、油压装置所满足的设计方案及控制要求和设计所需求的相关辅助图和设计图。系统的阐明了水电站相关应用设备和辅助设备的设计方案的步骤和图形绘制的方法。 关键词: 水轮机、综合运转特性曲线图、蜗壳、尾水管、调速器、油压装置。 【abstract】 Curriculum project of hydrostation is a important course and practical process in curriculum provision of water-power engineering major . There are more contents and specialized knowledge in the curriculum project , which make students not to adapt themselves quickly to complete the design . In this paper , characteristic of the curriculum project is analyzed , causes of inadaptation to the curriculum project in students are found , rational guarding method are proposed , and a example of applying the guarding method is given . The results show that using provided method to guard student design is a good method , when teaching mode and time chart are given , students are guarded from mode of thinking and methodology , and design step are discussed and given . After the curriculum project of hydrostation , the capability of students to solve practical engineering problems is improved , and the confidence to engage in design is strengthened . 【Keyword】 Curriculum project of hydrostation ; guarding method ; mode of thinking ; methodology; design step.

水轮机的选型计算

目录 一、水轮机选型计算的依据及其基本要求 (1) 1水轮机选型时需由水电勘测设计院提供下列原始数据 (1) 2水轮机选型计算应满足下述基本要求 (1) 二、反击式水轮机基本参数的选择计算 (1) 1根据最大水头及水头变化范围初步选定水轮机的型号 (1) 2 按已选定的水轮机型号的主要综合特性曲线来计算转轮参数 (1) 3效率修正 (4) 4检查所选水轮机工作范围的合理性 (4) 5飞逸转速计算 (5) 6轴向推力计算 (5) 三、水斗式水轮机基本参数的选择计算 (10) 1水轮机流量 (10) 2射流直径d0 (10) 3确定D1/d0 (10) 4水轮机转速n (10) 5功率与效率 (11) 6飞逸转速 (12) 7水轮机的水平中心线至尾水位距离A………………………………………………1 2 8喷嘴数Z0的确定 (12)

9 水斗数目Z1的确定 (12) 10 水斗和喷嘴的尺寸与射流直径的关系 (13) 11 引水管、导水肘管及其曲率半径 (13) 12转轮室的尺寸 (14) A 水机流量 (17) B 射流直径 (17) C 水斗宽度的选择 (17) D D/B的选择 (17) E 水轮机转速的选择 (17) F 单位流量的计算 (17) G 水轮机效率 (18) H 飞逸转速 (18) I 转轮重量的计算 (18) 四、调速器的选择 (20) 1 反击式水轮机的调速功计算公式 (20) 2 冲击式水轮机的调速功计算公式 (20) 五、阀门型号、大小的选择 (21) 1 球阀的选择 (21) 2 蝴蝶阀的选择 (22) 水轮机的选型计算 一、水轮机选型计算的依据及其基本要求 1水轮机选型时需由水电勘测设计院提供下列原始数据: 1)装机容量、装机台数、单机额定出力Nr、最大出力Nmax和负荷性质; 2)水电站的设计水头Hr,最大水头Hmax,最小水头Hmin,加权平均水头Hcp;3)水电站上下游水位与流量关系曲线,水头、流量过程线或保证率曲线,引水管损失等; 4)水电站的泥沙资料(含沙量、泥沙类别、特性等),水质资料(水温、化学成分、PH值、硬度、含气量等); 5)水电站厂房形式,引水方式和引水管长度、直径;机组安装高程及允许吸出高度Hs'; 6)制造厂与水电站间的运输条件、水电站的安装条件(允许最大挖深值等)。 2水轮机选型计算应满足下述基本要求: 1)具有优良的能量指标,所选择的水轮机应能经常运转于高效率区;

中小型水电站水轮机选型与优化的探讨

中小型水电站水轮机选型与优化的探讨 水轮机是水电站的核心设备,它的选型和优化对于水电站的运行和发电效率具有重要 影响。本文将探讨中小型水电站水轮机的选型和优化问题。 中小型水电站的水轮机选型主要涉及到如下几个方面的因素:流量、落差、装机容量、负荷特性、水轮机类型等。 首先是流量问题。水电站的流量可以通过对水库水位的监测和测算来得到,根据流量 的大小来选择合适的水轮机类型。一般来说,中小型水电站可以选择混流式和轴流式水轮机,这两种水轮机对于泄洪流量和低水位运行有较好的适应性。 其次是落差问题。落差是指水电站下游水位与上游水位之差,也可以通过水库水位的 监测和测算得到。落差越大,水轮机的转速越高,可以选择高速水轮机;落差较小,则可 以选择低速水轮机。 再次是装机容量问题。装机容量是指水轮机的发电能力,一般以兆瓦为单位。水电站 的装机容量既要考虑水资源的利用情况,又要考虑电网负荷需求和经济性。对于中小型水 电站来说,装机容量一般在几十兆瓦到几百兆瓦之间。 负荷特性是指水轮机在不同负荷下的性能特点。水电站在运行过程中,负荷会有所变化,因此水轮机在不同负荷下的效率、功率因数等性能指标都需要考虑。 最后是水轮机类型的选择。常见的水轮机类型有混流式水轮机、轴流式水轮机、斜流 式水轮机等。中小型水电站一般可以选择混流式和轴流式水轮机,这两种类型的水轮机具 有结构简单、效率高等优点。 对于中小型水电站水轮机的优化,可以从以下几个方面考虑。首先是提高水轮机的效率。通过优化水轮机的叶片形状、流道设计等技术手段,来提高水轮机的效率,减少能量 损失。 其次是提高水轮机的可靠性和稳定性。中小型水电站一般是地理条件较为复杂的山区,水轮机的可靠性和稳定性是至关重要的。通过改进水轮机的结构和材料,提高其抗冲蚀性 和耐磨性,来增强水轮机的可靠性和稳定性。 对于中小型水电站的运行和维护管理也需要进行优化。及时进行设备巡检和维护保养,提前发现和解决问题,保证水轮机的正常运行。 中小型水电站水轮机的选型和优化涉及到流量、落差、装机容量、负荷特性、水轮机 类型等因素。通过合理选择水轮机类型,优化水轮机的结构和性能,加强运行和维护管理,可以提高水电站的发电效率和可靠性,实现更好的经济和环境效益。

毕业设计水电站的水轮机设计

毕业设计水电站的水轮机设计 一、引言 水轮机是一种将水流能转化为机械能的装置,广泛运用于水电站等发 电场所。本文旨在对毕业设计中的水轮机进行设计和分析,并对其性能进 行评估。 二、设计原则 在水轮机设计过程中,应考虑以下几个方面的原则: 1.效率原则:水轮机的设计应追求最大化效率,以充分利用水流能。 2.可靠性原则:设计的水轮机应具备良好的可靠性,以确保长期稳定 运行。 3.经济性原则:设计应尽量降低成本,提高生产效益。 三、设计步骤 以下是进行水轮机设计的基本步骤: 1.流量计算:根据就地条件和需求,计算水轮机所需的水流量。 2.水头计算:确定水轮机所处的有效水头,包括高度、压力等。 3.效率计算:根据水头和水流量,计算水轮机的理论效率。 4.选择类型:根据水头和流量要求,选择适合的水轮机类型,如分流式、混流式等。 5.尺寸设计:根据选择的水轮机类型,确定几何尺寸,包括叶轮直径、叶片数目等。

6.材料选择:选择适当的材料,以确保水轮机的结构强度和使用寿命。 7.制造和安装:根据设计图纸,制造和安装水轮机。 8.性能评估:对水轮机的性能进行评估,包括效率、功率输出等。 四、设计要点 以下是进行水轮机设计时需要注意的要点: 1.运行稳定性:设计时应考虑水轮机的运行稳定性,避免产生过大振 动和噪音。 2.叶轮形状:叶轮的形状会影响水轮机的效率,应根据流体力学原理 选择合适的形状。 3.叶轮材料:叶轮需要具备耐腐蚀和高强度的特性,常用材料有铸铁、不锈钢等。 4.沉砂措施:设计时应考虑沉砂措施,以防止沙砾进入水轮机破坏叶 轮和导叶。 五、结论 水轮机的设计是毕业设计中一个重要的环节,本文介绍了水轮机设计 的基本原则和步骤,并指出了设计中需要注意的要点。通过合理的设计和 选材,可以使水轮机达到较高的效率和可靠性,提高水电站的发电效益。 同时,也提醒设计者要考虑环保和可持续性等因素。希望本文对水轮机设 计有所启发,并对毕业设计有所帮助。

水轮机的选型设计

水轮机的选型设计 水轮机选型时水电站设计的一项重要任务。水轮机的型式与参数的选择是否合理,对于水电站的功能经济指标及运行稳定性,可靠性都有重要影响。 水轮机选型过程中,一般是根据水电站的开发方式,功能参数,水工建筑物的布置等,并考虑国内外已生产的水轮机的参数及制造厂的生产水平,拟选若干个方案进行技术经济的综合比较,最终确定水轮机的最佳型式与参数。一:水轮机选型的内容,要求和所需资料1:水轮机选择的内容 (1)确定单机容量及机组台数。 (2)确定机型和装置型式。 (3)确定水轮机的功率,转轮直径,同步转速,吸出高度及安装高程,轴向水推力,飞逸转速等参数。对于冲击式水轮机,还包括确定射流直径与喷嘴数等。(4)绘制水轮机的运转综合特性曲线。 (5)估算水轮机的外形尺寸,重量及价格。wertyp9 ed\结合水轮机在结构、材质、运行等方面的要求,向制造厂提出制造任务书。2.水轮机选择的基本要求 水轮机选择必须要考虑水电站的特点,包括水能、水文地质、工程地质以及电力系统构成、枢纽布置等方面对水轮机的要求。在几个可能的方案中详细地进行以下几方面比较,从中选择出技术经济综合指标最优的方案。 (1)保证在设计水头下水轮机能发生额定出力,在低于设计水头时机组的受阻容量尽可能小。 (2)根据水电站水头的变化,及电站的运行方式,选择适合的水轮机型式及参数,使电站运行中平均效率尽可能高。 (3)水轮机性能及结构要能够适应电站水质的要求,运行稳定、灵活、可靠,有良好的抗空化性能。在多泥沙河流上的电站,水轮机的参数及过流部件的材质要保证水轮机具有良好的抗磨损,抗空蚀性能。 (4)机组的结构先进、合理,易损部件应能互换并易于更换,便于操作及安装维护。 (5)机组制造供货应落实,提出的技术要求要符合制造厂的设计、试验与制造水平。 (6)机组的最大部件及最重要部件要考虑运输方式及运输可行性。 3.水轮机选型所需要的原始技术材料 水轮机的型式与参数的选择是否合理、是否与水电站建成后的实际情况相吻合,在很大程度上取决于对原始资料的调查、汇集和校核。根据初步设计的深度和广度的要求,通常应具备下述的基本技术资料: (1)枢纽资料:包括河流的水能总体规划,流域的水文地质,水能开发方式,水库的调节性能,水利枢纽布置,电站类型及厂房条件,上下游综合利用的要求,工程的施工方式和规划等情况。还应包括严格分析与核准的水能基本参数,诸如电站的最大水头Hmax、最小水头Hmin,加权平均水头Ha,设计水头Hr,各种特征流量Qmin、Qmax、Qa,典型年(设计水平年,丰水年,枯水年)的水头、流量过程。此外还应有电站的总装机容量,保证出力以及水电站下游水位流量关系曲线。(2)电力系统资料:包括电力系统负荷组成,设计水平年负荷图,典型日负荷图,远景负荷;设计电厂在系统中的作用与地位,例如调峰、基荷、调相、事故设备的要求以及与其他电站并列调配运行方式等。 (3)水轮机设备产品技术资料:包括国内外水轮机型谱、产品规范及其特性;同类

毕业设计水电站的水轮机设计概要

1 前言 (4) 2水电站的水轮机选型设计… ……… ………………………… 5 2.1 水轮机的选型设计概述…………………………………………… 5 2.2 水轮机选型的任务………………………………………………… 6 2.3水轮机选型的原则……………………………………………… 6 2.4水轮机选型设计的条件及主要参数……………………………… 7 2.5 确定电站装机台数及单机功率…………………………………… 7 2.6 选择机组类型及模型转轮型号…………………………………… 8 2.7 初选设计(额定工况点………………………………………… 11 2.8 确定转轮直径 1 D ...... ...................................................... 12 2.9 确定额定转速n ............................................................ 12 2.10 效率及单位参数的修正 (13) 2.11 核对所选择的真机转轮直径 1 D ....................................... 14 2.12 确定水轮机导叶的最大开度、最大可能开度、最优开度 (18) 2.13 计算水轮机额定流量 , v r q ... (19) 2.14 确定水轮机允许吸出高度 s H .......................................... 20 2.15 计算水轮机的飞逸转速 (25)

2.16 计算轴向水推力 oc P ...................................................... 25 2.17 估算水轮机的质量 (26) 2.18 绘制水轮机运转综合特性曲线 (26) 3 水轮机导水机构运动图的绘制............................................. 35 3.1导水机构的基本类型...................................................... 35 3.2 导水机构的作用............................................................ 36 3.3 导水机构结构设计的基本要求.......................................... 36 3.4 导水机构运动图绘制的目的 (37) 4 水轮机金属蜗壳水力设计................................................... 41 4.1 蜗壳类型的选择 (41) 4.2 金属蜗壳的水力设计计算 (41) 5尾水管设计…………………………………………………………… 49 5.1 尾水管概述…………………………………………………… 49 5.2 尾水管的基本类型 (49) 5.3 弯肘形尾水管中的水流运动 (49) 6水轮机结构设计……………………………………………………… 50 6.1 概述………………………………………………………………… 50 6.2 水轮机主轴的设计......................................................... 50 6.3 水轮机金属蜗壳的设计................................................ 51 6.4 水轮机转轮的设计......................................................... 52 6.5 导水机构设计............................................................... 55 6.6 水轮机导轴承结构设计 (58) 6.7 水轮机的辅助装置 (61)

相关文档
最新文档