水利水电站大作业.doc

水轮机设计及计算 09级水利水电工程一班 朱成 学号：2009301580110 PAGE \* MERGEFORMAT 1 一．基本资料及任务 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 SEQ 表 \* ARABIC 1 下游水位-流量关系 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＝345°，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。 本题是一个水轮机选型的综合题，本题的任务要求有： 选择水轮机的台数和单机容量； 选择水轮机的牌号、型号及装置方式； 确定水轮机的直径、转速、吸出高及安装高程； 确定蜗壳及尾水管尺寸； 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： 水能规划资料 装机容量：总装机容量为120MW,初拟四台机组； 各种代表水头：Hmax=140m, Hmin=100m, Hav=116m, Hr＝110m； 下游水位与流量关系曲线（表1）。 水轮机产品技术资料 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。 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)。 某一轮系的模型综合特性曲线（包括飞逸特性曲线）。 二．水轮机比较与选择 2.1 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；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。 2.2水轮机比较 2.2.1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： (公式1) 注意几个参数的取值： N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。 H取设计水头Hr=110m。 取限制工况下的单位流量，查型谱表得=0.805m3/s, =88.6%。 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：（公式2） 参数取值： 已知D1=2.0m。 H取Hav=116m；即在运行过程中出现最多的水头。 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，选取与之相近且偏大的同步转速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=0.46m，原型效率 （公式3） 于是，求得，效率修正值为=2%。考虑到模型与原型水轮机在制造工艺质量上的差异，常在已求得的值中再减去一个修正值。现在取，则可得到效率修正值为，由此可得原型水轮机在最优工况和限制工况下的效率为 （与上述假设相同） 单位转速的修正值按下式计算： （公式4-1） 则：（公式4-2） 由于，按规定单位转速可不加修正，同时，单位流量也可以不加修正。 由上可见，原先假定的是正确的，所以上述计算及选用的结果D1=2.0m、n=333.3r/min也是正确的。 4. 工作范围