水轮机选型毕业设计及solidworks建立转轮模型(编辑修改稿)

水轮机选型毕业设计及solidworks建立转轮模型(编辑修改稿)内容摘要：

河北工程大学毕业设计 10 第 二 章 水轮机选型 概述 （ 1）、 电站地理位置：位于华北地区。 电站所在地海拔高程约 800 m。 （ 2）、 枢纽任务：发电为主。 （ 3）、 总装机容量： P 总 =2500MW 保证出力： 500MW （ 4）、 水轮机工作水头 最大水头 Hmax=100m 平均水头 Hav=90m 设计水头 Hr=94m 最小水头 水轮机型号及装机台数的选择 水轮机型号的选择 考虑到本电站的工作水头 Hmax=100,Hr=94,Hmin=80。 查《水轮机》第 157 页知：在此水头范围内可以采用的水轮机类型有斜流式和混流式。 经斜流式水轮机和混流式水轮机的比较，查《水轮机》第 313 页知：符合此水头下的水轮机型号有 :HL180/D06A 水头范围 110～ 150m、 HL180/A194 水头范围 110～ 150m、 HL240/D41 水头范围 70～ 105m、HL220/A153 水头范围 90～ 125 四种。 把两种型号的型谱参数代入比转速公式（《水轮机》 P162， 6—6）式计算水轮机的比转速： )(1862094200 020200 0 kwmHnrs 查《水轮机》 P313 附表 1 比较其比转速基本符合 HL180/D06A 和 HL180/A194 两个机型，故最终确定水轮机的型号为 HL180/D06A 和 HL180/A194 型。 其基本参数如下表： 表 21 两种型号水轮机的参数 水轮机装机台数的选择 由于电站以发电为主平时电站主要担任基荷，枯水期担任峰荷或腰荷。 系统里的单机容量不能超过系统总容量的 1/3，且对可靠性要求较高。 考虑到机组台数对工程建设费用的影响、机组台数对电厂运行效率的影响、机组台数对电厂运行维护的影响、机组台数对设备制造，运输及安装的影响、机组台数对对电力系统的影响和机组台数对电厂主接线的影响综合考 虑并参照国内相似水电站取机组台数为 5 台或 4 台。 参数 型号 导叶相对高度 10 Db 最优单位转速 )min(110 rn 最优单位流量 )(110 slQ 模型空化系数 M HL180/D06A 69 690 HL180/A194 70 650 河北工程大学毕业设计 11 初选方案的拟定 由水轮机型号方案和水轮机装机台数方案形成 2*2个初选方案。 其基本参数见 表 22所示： 表 22 方案的确定以及基本参数 初选方案（序号） 水轮机型号 装机台数 单机容量（ MW） 一 HL180/D06A 5 500 二 HL180/D06A 4 625 三 HL180/A194 5 500 四 HL180/A194 4 625 各初选方案原型水轮机参数的计算 方案一 各技术参数的计算 (1)转轮直径 1D 的计算 水轮机额定出力： 51 0 20 4 105003 grPP  （ kw） 式中，式中， g ——为发电机的效率，通常中小型取 ～ ，大中型取 ～,因为本电站单机容量比较大，取 。 查《水轮机》 P324HL180/D06A 模型转轮综合特性曲线取最优单位转速min/ 110  与出力限制线的交点的单位流量作为设计工况单位流量，则smQ r / 311  ， 对 应的模型效率 m ， 暂取效率修正值 %2 ， 则设计工况原型水轮机效率   m。 查《水轮机》第 105 页式（ 6—13）可得水轮机转轮直径为： )( r11r1 mHQ PDr  (2) 效率  的计算 )(1)1(1 5511m a x  DD mmor  （最大模型效率  查《水轮机》第 324 页附图 8。 转轮直 径 D 查《水轮机》第 313 页附表 1） 效率修正值： 0 3 1 5 a x  mr  限制工况原型水轮机的效率为： 河北工程大学毕业设计 12 9 1 3   m 1D 的校核计算：用  对原先计算的 1D 进行校核 )( 1 3 5 1 0 2 0 r11r1 mHQ PDrr  按我国规定的准轮直径标准系列（《水轮机》 P165） ,计算值处于标准值 ～ 之间，考虑到 %3%  ， %3% 。 所以选择水轮机直径1D =。 (3) 转速 n 的计算 由模型综合特性曲线上查得 min/ rn  m in/ 1110 rD Hnn av  查《水轮机》第 166 页表 6—6 可知：转速计算值介于 75～ 79r/min 间，故取水轮机的转速为：取水轮机的转速为： 75 min/r ，则磁极对数为： 40。 (4)水轮机设计流量 Qr 的计算 设计工况点的单位流量 r11Q 为： smHD PQ rrr / 5 1 0 2 0 ,12111   则 )/( 322111 smHD rrr  (5)几何吸出高度 sH 的计算 为使水轮机尽可能不发生空化，取 maxH 、 rH minH 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出高度，为此进行如下计算。 ① 、计算 minH 、 rH 、 maxH 所对应的单位转速 11n maxH ： m in/ 0 m a x1m i n11 rH Dnn  rH ： m in/ rHDnnrr minH ： m in/ m i n1m a x11 rH Dnn  ② 、确定个水头所对应的出力限制工况点的单位流量 11Q 河北工程大学毕业设计 13 minH ：取 axm11n 与出力限制线交点处单位流量，查《水轮机》第 324 页附图 8，max11Q = s/m3 rH ： r11Q =0、 836 sm/3 maxH ： smHDPQr / m a x21rm i n11   ③ 、用 ① 、 ② 中计算的对应的工况点从模型综合特性曲线上分别查出 minH 、 rH 、maxH 所对应的模型空化系数，分别为 、 、。 ④ 、分别用查到的空化系数计算 minH 、 rH 、 maxH 对应的吸出高度。 查《水轮机》 62P 知： HEH ms )(9 0 0/10   查《水轮机》 61P 空化系数修正值曲线得水轮机水头为 80～ 100 时，  maxH ： ) 5 (9 0 0/8 0 010 sH rH ： ) 5 (9 0 0/8 0 010 sH minH ： 0 0) 4 (9 0 0/8 0 010 sH 从三个吸出高度计算值中取最小值 ，再留一定的余量，取最大允许吸出高度mHs 2。 (6)飞逸转速 Rn 的计算 查《水轮机》 313P 可知 HL180/D06A 的单位飞逸转速为 min/ 11 rR  故水轮机的 飞逸转速为： m i n/ 5 0 2 81m a x11 rDHnn RR  (7)转轮轴向水推力 tF 的计算 水轮机轴向的水推力系数 tK ～。 本电站转轮直径较大，故 tK。 则水轮机转轮轴向水推力为： tK )(25,1 2 8 0 3 3 7 23m a x213 NHDK t   (8) 检验水轮机的工作范围，并绘制其工作范围图 设计工况的单位流量 rQ11 =最大、最小及设计水头所对应的单位转速： m in/ 0 m a x1m i n11 rH Dnn  m in/ m i n1m a x11 rH Dnn  平均水头下的单位转速： 河北工程大学毕业设计 14 m in/ rH Dnnavav 方案二各技术参数的计算 (1)转轮直径 1D 的计算 水轮机额定出力： )(6 3 77 5 5 kwPP gr   式中， 式中， g ——为发电机的效率，通常中小型取 ～ ，大中型取 ～,因为本电站单机容量比较大，取 。 查《水轮机》 P324HL180/D06A 模型转轮综合特性曲线取最优单位转速min/ 110  与出力限制线的交点的单位流量作为设计工况单位流量，则smQ r / 311  ， 对应的模型效率 m ， 暂取效率修正值 %2 ， 则设计工况原型水轮机效率   m。 查《水轮机》第 105 页式（ 6—13）可得水轮机转 轮直径为： )( r11r1 mHQ PDr  (2) 效率  的计算 )(1)1(1 5511m a x  DD mmor  （最大模型效率  查《水轮机》第 324 页附图 8。 转轮直径 D 查《水轮机》第 313 页附表 1） 效率修正值： 0 4 1 5 a x  mr  限制工况原型水轮机的效率为：   m 1D 的校核计算：用  对原先计算的 1D 进 行校核 )( r11r1 mHQ PDrr  按我国规定的准轮直径标准系列（《水轮机》 P165） ,计算值处于标准值 ～ 10m 之间，考虑到 %3%  ， %3% 。 所以选择水轮机直径1D =。 (3) 转速 n 的计算 由模型综合特性曲线上查得 min/ rn  河北工程大学毕业设计 15 m in/ 1110 rD Hnn av  查《水轮机》第 166 页表 6—6 可知：转速计算值介于 ～ ，故取水轮机的转速为： min/r ，则磁极对数为： 44。 (4)水轮机设计流量 Qr 的计算 设计工况点的单位流量 r11Q 为： smHD PQrrr /8 5 2 6 3 7 7 5 ,12111  则 )/( 322111 smHD rrr  (5)几何吸出高度 sH 的计算 为使水轮机尽可能不发生空化，取 maxH 、 rH minH 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出高度，为此进行如下计算。 ① 、计算 minH 、 rH 、 maxH 所对应的单位转速 11n maxH ： m in/ 00 m a x1m i n11 rH Dnn  rH ： m in/ rHDnnrr minH ： m in/ m i n1m a x11 rH Dnn  ② 、确定个水头所对应的出力限制工况点的单位流量 11Q minH ：取 axm11n 与出力限制线交点处单位流量，查《水轮机》第 324 页附图 8，max11Q = s/m3 rH ： r11Q =0、 835 sm/3 maxH ： smHDPQr / m a x21rm i n11   ③ 、用 ① 、 ② 中计算的对应的工况点 从模型综合特性曲线上分别查出 minH 、 rH 、maxH 所对应的模型空化系数，分别为 、 、。 ④ 、分别用查到的空化系数计算 minH 、 rH 、 maxH 对应的吸出高度。 查《水轮机》 62P 知： HEH ms )(9 0 0/10   查《水轮机》 61P 空化系数修正值曲线得水轮机水头为 80～ 100 时，  maxH ： ) 5 (9 0 0/8 0 010 sH 河北工程大学毕业设计 16 rH ： ) 5 (9 0 0/8 0 010 sH minH ： 0 0) 4 (9 0 0/8 0 010 sH 从三个吸出高度计算值中取最小值 ，再留 一定的余量，取最大允许吸出高度mHs 2。 (6)飞逸转速 Rn 的计算 查《水轮机》 313P 可知 HL180/D06A 的单位飞逸转速为 min/ 11 rR  故水轮机的飞逸转速为： m i n/ 3 0 2 81m a x11 rDHnn RR  (7)转轮轴向水推力 tF 的计算 水轮机轴向的水推力系数 tK ～。 本电站转轮直径较大，故 tK。 则水轮机转轮轴向水推力为： tK )(1 5 9 9 3 14 23m a x213 NHDK t   (8)检验水轮机的工作范围，并绘制其工作范围图 设计工况的单位流量 rQ11 =最大、最小及设计水头所对应的单位转速： m in/ 00 m a x1m。