水轮机课程设计
水轮机课程设计
目 录
第一章 基本资料 (1)
第二章 机组台数与单机容量的选择 (2)
第三章 水轮机主要参数的选择与计算 (5)
第四章 水轮机运转特性曲线的绘制 (10)
第五章 蜗壳设计 (13)
第六章 尾水管设计 (17)
第七章 心得体会 (20)
参考文献 (20)
第一章基本资料
基本设计资料
水电站以发电为主，兼顾灌溉、旅游和养殖。电站建成后并入系统运行，担任系统基荷，有调峰或调频任务，无近区负荷。以工业用电为主，且多为一、二级负荷。水能开发方式为有压引水方式，采用左岸地下式厂房方式。
水库特征水位
设计洪水位：277.0m 校核洪水位：285.5m
正常蓄水位：277.0m 死水位：265.0m
尾水位：
电站总装机容量660MW，额定水头55 m。
经水能分析，该电站有关动能指标如表1所示：
表1 动能指标
水库调节性能日调节
最大工作水头69m
加权平均水头60 m
最小工作水头47m
平均尾水位214
发电机效率0.98
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，就可以拟定可能的机组台数方案，选择机组台数与单机容量时应遵循如下原则：
2.1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。通常小机组单位千瓦耗材多、造价高，相应的主阀、调速器、附属设备及电气设备的套数增加，投资亦增加，整体设备费用高。另外，机组台数多，厂房所占的平面尺寸也会增大。一般情况下，台数多对成本和投资不利。因此，较少的机组台数有利于降低工程建设费用
2.2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，总希望单机容量制造得大些。
2.3机组台数对水电站运行效率的影响
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，以是电站保持较高的平均效率。但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，机组类型不同，高效率范围大小也不同，台数对电厂平均效率的影响就不同。对于高效率工作区较窄的，机组台数应适当多一些。轴流转浆式水轮机，由于单机的效率曲线平缓且高效区宽，台数多少对电厂的平均效率影响不明显；而混流式、轴流定浆式水轮机其效率曲线较陡，当出力变化时，效率变化较剧烈，适当增加台数可明显改善电厂运行的平均效率。
2.4机组台数与水电站运行维护的关系
机组台数多，单机容量小，水电站运行方式较灵活机动，机组发生事故停机产生的影响小，单机轮换检修易于安排，难度也小。但台数多，机组开、停机操作频繁，操作运行次数随之增多，发生事故的几率也随之增高，对全厂检修很麻烦。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。
2.5机组台数与其他因素的关系
2.5.1机组台数与电网的关系
对于区域电网的单机：装机容量较小≯15%系统最大负荷（不为主导电站）；装机容量较大≯10%系统容量(系统事故备用容量)，因而，单机容量与台数选取不受限制。
2.5.2机组台数与保证出力的关系
根据设计规范要求，机组单机容量应以水轮机单机运行时其出力在机组的稳定运行区域范围内确定为原则。不同型式的水轮机的稳定运行负荷区域如表1。
表2 不同型式的水轮机的稳定运行负荷区域
型式稳定运行负荷区域（%）型式稳定运行负荷区域（%）
混流式40～100 冲击式25～100
轴流定浆式70～100 轴流转浆式30～100
贯流转浆式25～100
2.5.3机组台数与电气主接线的关系
对采用扩大单元的电气主接线方式，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，机组台数的奇、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20万kW，由于2.2万kW＜20万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，确定机组台数选择的原则：对大中型水电站，一般选择6—10台；保证在水头低于额定水头时，机组受阻容量尽量小；在可能的情况下尽量选用单机容量较大的水轮机，以降低设备造价。
第三章 水轮机主要参数的选择与计算
根据水头的变化：最小工作水头47m 到最大工作水头69m 。 同时： r/min 4.2602059
200020-2000n s =-=
=
H
根据表本电站水头变化范围(H=47-69m)查《水电站机电设计手册—水力机械》1-4]选取HL220(2×
330MW),HL240(3×220MW)和HL260/D74(4×165MW)，）三种类型水轮机。现将这三种水轮机作为初选方案，分别求出其有关参数，并进行比较分析。
3.1计算水轮机基本参数
方案一 HL220(2×330MW) 3.1.1计算转轮直径1D 水轮机额定功率 kW P P g
g
r 336734.6997
.0330000
==
=
η 去最优单位转速r/min 70n 110= 与功率限制线交点的单位流量为额定工况的单位流量，则
s Q /m 15.13r 11=对应的模型效率91.0=M η。去效率修正值%2=?η，则额定工况原型水轮机效率
93.002.091.0=+=?+=ηηηM P 。水轮机转轮直径1D 为
m H Q P D r r r
46.893
.05915.181.9336734.69
81.92/32/3111=???=
=
η
.
按我国规定的转轮直径系列，且转轮直径取小了不能保证在额定水头下发出额定功率，取大了，不经济且无必要。根据单机功率和转轮直径，该水轮机属大型机组，故取1D =8.5m 。
3.1.2计算水轮机效率η 已知：m D M 46.01=；91.00=M η
05.905
.86
4.0)1.901(1)1(155
1100=--=--=P M M P D D ηη 04.001.9005.9000=-=-=?M P ηηη
额定工况原型水轮机的效率为
5.904.0019.0=+=?+=ηηηM 3.1.3水轮机转速的计算与选择 min /79.635
.860
701
w
110r D H n n =?=
=
式中 1111M 110n n n ?+=
03.0023.0191
.0950
.01n n 0
011M 11<=-=-=?M P ηη 符合，不需修正 （1）检验水轮机实际工作范围的校核
发电机同步转速的计算公式为 p
3000
n =
n 为发电机同步转速，r/min ；p 为发电机磁极对数。 磁极对数 3000/63.79=47.03 则磁极对数取50、48。
分别求出min r w max H H H H 、、、下对应的单位转速，如表3所示： 表3 各水头对应单位计算表 转速方案
max H
r H min H min /60503000n 1r ==
74.39 65.84 61.40 min /r 5.6248
3000n 2== 78.40
69.39
64.71
检查两方案，在模型综合特性曲线图上，第一种方案包含高效率去，且原则上取相近偏大值。所以确定取第二种方案。
（2）水轮机计算点出力的校核 计算r H 时的出力：
r P H >?=????==kw 1051.350.9059
15.15.81.89Q 9.81D P 5.5
12.51r 1121η 符合要求
3.1.4计算水轮机额定流量s H
s /638.2m 598.515.13
2r 21r 11r =??==H D Q Q
3.1.5计算最大允许吸出高度s H
在额定工况下，模型水轮机的空化系数.080=M σ。根据该电站设计水头取（水轮机原
理及运行P54表3-3） 故空蚀安全系数取K=1.15。 E=208m 4.33m 59.080.151-900
208
-10-900-10r s =??==H K E H M σ
3.1.6实际的水轮机额定水头 因不同的D 1、ｎ与水能预算Hr 有差异
57.80m 5.9015.15.81.89336734.691.893
/22
3
/21121r
r =??
?
?????=?
??? ?
?=ηQ D P H
3.1.7计算水轮机实际额定流量r Q
s /631.64m 3.55908.13
2r 21r 11r =??==H D Q Q
式中Hr 采用上述（五）中的计算结果。 3.1.8计算飞逸转速R n
由HL220模型水轮机飞逸特性曲线查得，在最大导叶开度下单位飞逸转速
为，故水轮机的飞逸转速min /r 133n 11=R
min /r 0.1305
.869
133n n 1
max 11=?
==D H R
R 3.1.9计算轴向水推力t F
根据表4，HL220的转轮轴向水推力系数43.0~8.20K t =，转轮直径较小、止漏环间隙较大时取大值。本电站转轮直径较大，但水中有一定含沙量，止漏环间隙应适当大一些，故取3.0K t =。水轮机转轮轴向水推力为
表4 混流式水轮机的轴向水推力系数表
转轮型号 HL31HL24HL23HL22HL20HL18HL16HL12HL11HL100
0 0 0 0 0 0 0 0 0
K 0.37～0.45 0.34～0.41 0.18～0.22 0.28～0.34 0.22～0.28 0.22～0.28 0.20～0.26 0.10～0.13 0.10～0.13 0.08
～
0.14
N H D 72m a x 21t
t 1051.1695.84
3.098104
9810K F ?=???
?==π
π
3.1.10同理，方案二和方案三的数据也可通过同样的方法和过程查资料计算得出，三种方案所得数据如表5所示：
表5 三种方案数据表格
HL220(2×330MW)
HL240(3×220MW)
HL260/D74(4×
165MW)
比转速 s n (r/min)
220
240
260
额定功率 r P （kw ）
340206.2
226804.1 170103.1
模型最优单位转速 110n (r/min)
70 77
79 模型额定工况单位流量 r 11Q (s /m 3
) 1.15
0.95 1.08 转轮直径 1D (m) 8.5 8 6.5 水轮机效率 η 0.950 0.95
0.955 转速 n (r/min) 63.8
74.55
94.14
出力 P (N)
5105.3?
51057.2?
51094.1?
额定流量 r Q (s /m 3) 638.2 527.2
196.4 吸出高度 s H (m) 4.33 2.57
0.0597 单位飞逸转速R 11n (r/min) 133 159
150.4 飞逸转速R n (r/min) 130 165.1
192.2 实际额定水头 r H (m) 57.8 54.3
54.1 实际额定流量 r Q (s /m 3)
631.6
448.1
335.62
轴向水推力t F (N)
71051.1? 71029.1? 61098.8?
3.1.11确定机组方案
根据上面列举出来的三种方案数据分析，第一二种方案中，第二种方案效率和第一种一样，且第二种方案转速比第一种的高，则其发电机尺寸小，重量轻，一方面可以减少设备的造价，另一方面有利于减小厂房的平面尺寸，降低厂房的土建投资。第二种方案的吸出高度比第一种方案的低。第二种方案比第一种方案好。第二种方案比第三中方案的转轮直径大，转轮造价高，而且效率也比第三种方案小。综上所述，最佳方案为第三种方案。
第四章 水轮机运转特性曲线的绘制
4.1等效率曲线的计算与绘制
现取水电站4个水头，列表计算，计算结果如表6所示。 绘制的等效率线详见设计图纸。
表6 HL260/D74型水轮机等效率曲线计算表
)(69max m H =、η?=0.02
min)/(66.7369
5
.614.9411r n =?=
)(56.237)81.9(11112
/3max 21mw Q Q H D P ηη== )(60w m H =η?=0.02
min)/(99.7860
5
.614.9411r n =?=
)(63.192)81.9(11112
/321mw Q Q H D P W ηη==
M η （%）
11Q
)/(3s m
?
ηηη?+=M （%）
P （mw ）
M η （%）
11
Q ' )/(3s m
?
ηηη?+=M （%）
P （mw ）
80 82 84 86 88 90 92 92 90 88 86 84
0.606 0.660 0.720 0.775 0.840 0.920 1.005 1.050 1.170 1.250 1.320 1.370
82 84 86 88 90 92 94 94 92 90 88 86
118
131.7 147.1
162 179.6 201.1 224.4 234.5
255.7 267.3 276 280
80 82 84 86 88 90 92 92 90 88 86 84
0.620 0.675 0.730 0.795 0.880 0.963 1.030 1.135 1.220 1.290 1.340 1.380
82 84 86 88 90 92 94 94 92 90 88 86
97.9
109.2 120.9 134.8 152.6 170.7 186.5
205.5 216.2 223.6 227.1 228.6
5%出力限制线上的点
87.8
1.255
89.8
150.5 89.5 1.500 93.5 183.3
)(59r m H =η?=0.02
)(47min m H =η?=0.02
min)/(7.7959
5
.614.9411r n =?=
)(8.187)81.9(11112/3r 21mw Q Q H D p ηη== min)/(3.8947
5
.614.9411r n =?=
)(5.133)81.9(11112
/3min 21mw Q Q H D P ηη==
M η （%）
11Q
)/(3s m
?
ηηη?+=M （%）
P （mw ）
M η
（%） 11Q
)/(3s m
?
ηηη?+=M （%）
P （mw ）
80 82 84 86 88 90 92 92 90 88 86 84
0.625
0.680 0.736 0.805 0.895 0.985 1.040 1.150 1.230 1.290 1.340 1.390
82 84 86 88 90 92 94 94 92 90 88 86
96.3 107.3 118.9 133.1 151.3 170.2 183.2 203 212.6 218.1 221.5 224.5
76 78 80 82 84 86 88 90 90 88 86 84
0.640 0.685 0.734 0.800 0.890 0.970 1.050 1.130 1.250 1.300 1.340 1.385
78 80 82 84 86 88 90 92 92 90 88 86
66.7
73.2 80.4 89.7 102.2 114 126.2 138.8 153.6 156.3 157.5 159.1
5%出力限制线上的点
89.6
1.240
91.6
151.7
90.4
1.230
92.4
151.8
4.2等吸出高度线的绘制
（1）求出各水头下的11n 值，并在相应的模型综合特性曲线上查出11n 水平线与各等气蚀系数σ线的所有交点坐标，读出M η、11Q 、σ的值，并由此计算出η、P ，填入表7中
（2）利用公式H K E
H M s σσ--
=900
10计算出相应于上述各σ的s H 值，填入表7中。 计算结果如表7所示，绘制的等吸出高度线详见设计图纸。 表7 HL260/D74型水轮机等吸出高曲线计算表
H
)(m 11n
min)
/(r σ
11Q
)/(3
s m M η
(%) η
(%)
P (mw)
σk
()H
σσ+? s H
(m)
69 73.66 0.14
0.15
0.16
0.17
0.840
1.170
1.250
1.320
88
90
88
86
94
92
90
88
179.6
255.7
267.3
275.9
0.161
0.1725
0.184
0.1955
11.109
11.9025
12.696
13.4895
-1.35
-2.14
-2.93
-3.73
60 78.99 0.14
0.15
0.16
0.17
1.220
1.280
1.330
1.350
90
88.3
86.5
85.6
92
90.3
88.5
87.6
216.2
222.6
226.7
227.8
0.161
0.1725
0.184
0.1955
9.66
10.35
11.04
11.73
0.10
-0.59
-1.28
-1.97
59 79.7 0.14
0.15
0.16
0.17
1.225
1.280
1.330
1.350
90
88.3
86.5
85.7
92
90.3
88.5
87.7
211.7
217.1
221.1
222.4
0.161
0.1725
0.184
0.1955
9.499
10.1775
10.856
11.5345
0.26
-0.42
-1.09
-1.77
47
89.3 0.14
0.15
0.16
0.17
1.180
1.250
1.310
1.340
0.91
90
87.7
86.3
87.2
92
89.7
88.3
146.6
153.6
156.9
158
0.161
0.1725
0.184
0.1955
7.567
8.1075
8.648
9.1885
2.20
1.65
1.11
0.57
第五章 蜗壳设计
5.1蜗壳型式选择
由于本水电站水头高度范围为47—69m ，所以采用金属蜗壳。 5.2主要参数
蜗壳进口断面的计算
金属蜗壳的进口断面型式一般都作成圆形，为钢板制作。(蜗壳是沿座环圆周焊接在上下碟形边上，由于过流量的减小，蜗壳断面也随之减小，为使小断面能和碟形边相接，在某一包角后均采用椭圆断面)
蜗壳进口断面平均速度,根据《水轮机原理与运行》公式（6-5）得 （查图6-8 a=0.9） s H a v /m 9.6599.0r 0=?==
蜗壳的进口流量
s Q Q /m 3.32662.335360
3503603o
o
r o o
o =?==? o ?为蜗壳包角，对于金属蜗壳一般取o o 360345—，式中取o 350 蜗壳的进口断面面积 203.479
.63
.326m v Q F O O ===
进口断面的半径 m 88.347.3
o
o ==
=
π
π
ρF
从轴中心线到蜗壳外缘的半径：
mm 76.1288.3252o max =?+=+=ρa r R
a R ——蜗壳座环外半径，由《金属蜗壳座环尺寸系列》（查取座环的外径、内径分别为：
m D a 10=；m D b 55.8=；m R a 5=；m R b 275.4=；k=175mm ；r=600mm 。 则 .175m 51750.5k r a =+=+=R D .3m 15.6.20.20b 1o =?==D
m 2.12/)5.6*2.03.1(/2）0.2D1+b0（=h =+=
3m 8.81.2-88.3.1755h r a 2222
o =+=-+=O
D ρ 7.3898
8.3-83.8-.838350-a -a c 2
2
o
2o
2
o
o o
==
=
ρ
?
o
2222
D s i 5.1467.38975.152.16.821.2-.1755-2.13.41.1755c
hr 6.82h r -h 3.41r =???+?+=+-+==）（）（）（D D ρ? 则当o s i i 5.146=>=）（ρ??时，采用圆形断面。
定出各计算断面的角度i ?，按下列公式计算各断面的尺寸：
2i
i
i h -c
r 2c
x ??D
+=
22i i h x +=ρ
i i x r a +=D i i i a ρ+=R
为了方便，计算可按表8的格式进行
表8 计算金属蜗壳圆形断面尺寸 断面号 i ?
D
r
i X i ρ i a
i
R
1 o 350 5.175 3.652663 3.877105
8.83 12.7 2 o
335 5.175 3.541058 3.772146
8.72 12.5 3 o 320
5.175 3.4274 3.665661 8.60 12.3 4 o 305 5.175 3.311507 3.557538 8.49 12.0 5 o 290 5.175 3.19316 3.447654 8.37 11.8 6 o 275
5.175 3.072132 3.335865 8.25 11.6 7
o 260
5.175
2.948109
3.22201
8.12
11.3
8 o 245
5.175 2.820749 3.105902 8.00 11.1 9 o 230
5.175 2.689628
2.987323 7.86 10.9 10 o 215 5.175 2.554223
2.866018 7.73 10.6 11 o 200
5.175 2.41388 2.741682 7.59 10.3 12 o 185 5.175 2.267757 2.613948 7.44 10.1 13 o 170 5.175 2.114743 2.482365
7.29 9.77 14
o 155
5.175
1.953315
2.346368
7.13
9.47
当o s i i 5.146=<=）（ρ??时，蜗壳各断面不能在D 点与座环相接，采用圆形断面就不合适了。在这种情况下，蜗壳断面采用椭圆形断面。
定出各计算断面的角度i ?，按下列公式计算各断面的尺寸：
c r 2cot c c sin 1i i 22
i i i ?α??αρ+???
??+=
o 2i 55cos h L A +=πρ
L L A R 48.311.8045.0122-+=
21.30R L R +=
2i i 21.21r a R +=
1i i a R R +=
αtan /h -r r D 1==4.26
其中 ：46.155
sin h
o
==
L o 55=α 为了方便，计算可以按表9的格式进行
表9 计算蜗壳椭圆形断面尺寸 断面号 i ?
i ρ
A 2R 1R i a i R
15
o 140
2.21
16.45
2.25 2.26 7.01 9.27
16 o
125 2.06 14.50 2.01 2.19 6.71 8.90
17 o
110 1.91 12.61 1.76 2.11 6.41 8.53
18 o
95 1.75 10.78 1.51 2.04 6.10 8.14
19 o
80 1.58 9.03 1.25 1.96 5.79 7.75
20 o
65 1.40 7.35 0.98 1.88 5.46 7.34
21 o
50 1.20 5.75 0.70 1.80 5.11 6.91
22 o
350.99 4.24 0.40 1.71 4.76 6.46
23 o
200.72 2.83 0.10 1.62 4.38 6.00 24 o50.35 1.56 -0.22 1.52 3.99 5.51 5.3绘制蜗壳的断面、单线图
祥见设计图纸
第六章尾水管设计
6.1 尾水管的选择
尾水管是水轮机过流通道的一部分。尾水管的形状对不同比转速水轮机的性能存在不同程度的影响，尤其对高比转速水轮机影响更为明显。鉴于本水轮机属于大中型水轮机，则选择弯曲形尾水管。弯曲形尾水管由进口锥管段，肘管段和出口扩散段三部分组成。 6.2尺寸确定
6.2.1尾水管高度
尾水管高度指从水轮机底环平面到尾水管底板的高度，是决定尾水管性能的主要参数。增加高度将提高尾水管效率，但将增加电站建设费用，减少高度不仅会降低水轮机效率，还会影响运行的稳定性。对于21D D <的混流水轮机取16.2h D ≥；对于21D D >的高水头混流式水轮机则可取12.2h D ≥。而
0.9445
00038.096.01
21=+=s n D D 则21D D < 所以取 m 9.166.2h 1==D 。
6.2.2进口直锥段
进口直锥管是以垂直的圆锥形扩散管，3D 错误！未找到引用源。为直锥管的进口直径。可近似取转轮出口直径，即m 88.60588.1D 123===D D ，进口锥管的单边锥角β对混流式水轮机可取
o o 9~7≤β，则取o 8=β。
6.2.3肘管段
肘管是一个90?变断面的弯管，其进口为圆断面，出口为矩形断面。参考《水电站机电设计手册》（水力机械）表2-17，当Vc=5.6m/s <6m/s,可不设金属里衬，采用推荐的尾水管设计，此时错误！未找到引用源。，β与错误！未找到引用源。有下列关系式：
()β
β
tg 21tg h -h 2D 134++=
D
431h h h -h +=
参考《水电站机电设计手册》（水力机械）表2-17得
表6-1 推荐的尾水管尺寸表（单位：m ）
1/h D 1/L D 15/B D 14/D D 14/h D 16/h D 11/L D 15/h D 肘管型式
适用范围
2.6 4.5 2.72 1.35
1.35
0.675 1.82
1.22
混凝土肘管 混流式（21D D <）
由表得
m 78.85.635.135.1h D 144=?===D ；m 68.17B 5=；m 83.11L 1=；m 93.7h 5=；m 388.4h 6=
计算得
m 76.6h 3=；m 36.1h 1=
6.2.4出口扩散段
出口扩散段是一水平放置断面为矩形的扩散管，参考《水电站机电设计手册》（水力机械）132P ,其出口宽度一般与肘管出宽度相等，其顶板向上倾斜，仰角α=10?~13°，取α=12°,底板一般呈水平。出口扩散一般为矩形断面，对混流式水轮机取()13.3~7.2D B =，则取m 68.175.672.2=?=B 。因为
m 12~10>B ，则允许在出口扩散段加单支墩，其他尺寸如下：
()B 15.0~1.0b =；()b 6~3=R ；()b 3.0~2.0r =；11.4D l ≥
则取()m 4.215.0~1.0b ==B ；()m 2.74.23b 6~3=?==R ； ()m 44.12.70.2b 3.0~2.0r =?==；m 13
5.621.4D l 1=?=≥ 水平长度L 是机组中心到尾水管出口的距离。肘管型式一定时，L 决定了水平扩散段的长度，增加L 可使尾水管出口动能下降，提高效率。但太长了将增加沿程水力损失和增大厂房部分尺寸。通常取错误！未找到引用源。。
6.2.5尺寸列表
参考表6-1，计算出尾水管各部分尺寸列于下表
表6-3 尾水管尺寸计算表 项目（m ）
1D 3D 4D
h 4h 1L
L
5h 6h b B 3h
1h
尺寸
6.5
6.88
8..78 16.9 8.78 11.83 29.25 7.93
4.39
2.4
17.68
6.76
1.36
6.3由上述尺寸绘制尾水管单线图（见附图3） 祥见设计图纸
第七章心得体会
经过开展课程设计，针对水轮机做专门的设计，把学习课本的相关知识集中体现在具体的设计实践当中，把理论知识和冻水实践结合在一起。
通过这接近3周的课程设计，是我明白了动手的重要性，往往书上的知识看懂了，但是具体要自己去做的时候却并不能做好，而且水轮机设计要统筹兼顾，有时数据算好了，刚开始没事，但算着算着却发现就是算出来的结果与书本不符；或者数据算出来都是合理的，但画图时却发现不能合理的画出图来，总是有地方不合理，或者是不能达到设计要求。
而设计中同时也要求自己要谨慎小心，往往就是因为一个数据，导致接下来一系列数据都是错的，如果这样的话就得从头开始计算，这样既费时又费力。课程设计时也是我们学习巩固的大好时机，以前课本上没注意或者没懂的知识点，通过课程设计我们就能在实践中掌握这些知识点。最后做好一个课程设计还需要有虚心请教的心态，当遇到不懂的地方，我们就要去虚心向老师或同学请教，同时也不要吝啬自己掌握的设计要点，与同学老师共同交流讨论，共同提高。只有这样，我们才能做好符合要求的课程设计。也才能得到锻炼。
总之，这次课程设计使我获益匪浅，让我从中学到了很多课本上没有的东西，为我以后的学习指明了方向。
参考文献
【1】于波，肖惠民. 水轮机原理与运行. 北京：中国电力出版社，2008
【2】郑源，鞠小明，程云山. 水轮机. 北京：中国水利水电出版社，2007
【3】金钟元. 水力机械（第二版）. 北京：中国水利水电出版社，1992
【4】哈尔滨大电机研究所. 水轮机设计手册.北京:机械工业出版社, 1976
目录 第一章基本资料 (1) 第二章机组台数与单机容量的选择 (2) 第三章水轮机主要参数的选择与计算 (5) 第四章水轮机运转特性曲线的绘制 (10) 第五章蜗壳设计 (13) 第六章尾水管设计 (17) 第七章心得体会 (20) 参考文献 (20) 第一章基本资料 基本设计资料 黄河B水电站是紧接L水电站尾水的黄河上游的一个梯级水电站。水库正常蓄水位2452 m，电站总装机容量4200 MW，额定水头205 m。 经水能分析，该电站有关动能指标如表1所示： 表1 动能指标 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，就可以拟定可能的机组台数方案，选择机组台数与单机容量时应遵循如下原则： 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。通常小机组单位千瓦耗材多、造价高，相应的主阀、调速器、附属设备及电气设备的套数增加，投资亦增加，整体设备费用高。另外，机组台数多，厂房所占的平面尺寸也会增大。一般情况下，台数多对成本和投资不利。因此，较少的机组台数有利于降低工程建设费用
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，总希望单机容量制造得大些。 机组台数对水电站运行效率的影响 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，以是电站保持较高的平均效率。但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着。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，机组类型不同，高效率范围大小也不同，台数对电厂平均效率的影响就不同。对于高效率工作区较窄的，机组台数应适当多一些。轴流转浆式水轮机，由于单机的效率曲线平缓且高效区宽，台数多少对电厂的平均效率影响不明显；而混流式、轴流定浆式水轮机其效率曲线较陡，当出力变化时，效率变化较剧烈，适当增加台数可明显改善电厂运行的平均效率。 机组台数与水电站运行维护的关系 机组台数多，单机容量小，水电站运行方式较灵活机动，机组发生事故停机产生的影响小，单机轮换检修易于安排，难度也小。但台数多，机组开、停机操作频繁，操作运行次数随之增多，发生事故的几率也随之增高，对全厂检修很麻烦。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。 机组台数与其他因素的关系 对于区域电网的单机：装机容量较小≯15%系统最大负荷（不为主导电站）；装机容量较大≯10%系统容量(系统事故备用容量)，因而，单机容量与台数选取不受限制。 根据设计规范要求，机组单机容量应以水轮机单机运行时其出力在机组的稳定运行区域范围内确定为原则。不同型式的水轮机的稳定运行负荷区域如表1。 表2 不同型式的水轮机的稳定运行负荷区域
水电站课程设计——水轮机选型设计说明书 学校： 专业： 班级： 姓名： 学号： 指导老师：
第一节基本资料 (3) 第二节机组台数与单机容量的选择 (4) 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) 第四节水轮机运转特性曲线的绘制 (11) 第五节蜗壳设计 (13) 第六节尾水管设计 (16) 第七节发电机选择 (18) 第八节调速设备的选择 (19) 参考资料 (20)
第一节基本资料 一、水轮机选型设计的基本内容 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。 二、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%
- - - 目录 第一章基本资料 (1) 第二章机组台数与单机容量的选择 (2) 第三章水轮机主要参数的选择与计算 (5) 第四章水轮机运转特性曲线的绘制 (10) 第五章蜗壳设计 (13) 第六章尾水管设计 (17) 第七章心得体会 (20) 参考文献 (20)
第一章基本资料 基本设计资料 黄河B水电站是紧接L水电站尾水的黄河上游的一个梯级水电站。水库正常蓄水位2452 m，电站总装机容量4200 MW，额定水头205 m。 经水能分析，该电站有关动能指标如表1所示： 表1 动能指标
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，就可以拟定可能的机组台数方案，选择机组台数与单机容量时应遵循如下原则： 2.1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。通常小机组单位千瓦耗材多、造价高，相应的主阀、调速器、附属设备及电气设备的套数增加，投资亦增加，整体设备费用高。另外，机组台数多，厂房所占的平面尺寸也会增大。一般情况下，台数多对成本和投资不利。因此，较少的机组台数有利于降低工程建设费用
2.2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，总希望单机容量制造得大些。 2.3机组台数对水电站运行效率的影响 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，以是电站保持较高的平均效率。但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，机组类型不同，高效率范围大小也不同，台数对电厂平均效率的影响就不同。对于高效率工作区较窄的，机组台数应适当多一些。轴流转浆式水轮机，由于单机的效率曲线平缓且高效区宽，台数多少对电厂的平均效率影响不明显；而混流式、轴流定浆式水轮机其效率曲线较陡，当出力变化时，效率变化较剧烈，适当增加台数可明显改善电厂运行的平均效率。 2.4机组台数与水电站运行维护的关系 机组台数多，单机容量小，水电站运行方式较灵活机动，机组发生事故停机产生的影响小，单机轮换检修易于安排，难度也小。但台数多，机组开、停机操作频繁，操作运行次数随之增多，发生事故的几率也随之增高，对全厂检修很麻烦。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。 2.5机组台数与其他因素的关系 2.5.1机组台数与电网的关系
2013届热能与动力工程专业毕业设计（论文） 毕业设计（论文） 题目ZZ560轴流式水轮机 结构设计 专业热能与动力工程 1
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2013届热能与动力工程专业毕业设计（论文） Gezhouba Dam power plant is China's representative low head and largeDischarge,runoff hydropower stations,power generation,wita comprehensive benefits improve navigation etc.This design is mainly through access to relevant design manual,design of the Kaplan turbine structure of Gezhouba Dam power plant model for ZZ560-LH-1130,The main contents include design of water mechanism and its transmission system overall structure design of hydraulic turbine,guide,some parts of hydraulic turbine,such as the spindle,the design of guide vane and other parts. Using the CAD,the process of design is more convenient and the result is more accurate. KEY WORDS:GeZhouBa hydropower station,Kaplan turbine, station,runner,Structural design. 3
水电站厂房课程设计计算书 1．蜗壳单线图的绘制 1.1 蜗壳的型式 根据给定的基本资料和设计依据，电站设计水头Hp=46.2m ，水轮机型号 ：HL220-LJ-225。可知采用金属蜗壳。又Hp=46.2m>40m ，满足《水电站》（第4版）P32页对于蜗壳型式选择的要求。 1.2 蜗壳主要参数的选择 金属蜗壳的断面形状为圆形，根据《水电站》（第4版）P35页可知：为了获得良好的水力性能及考虑到其结构和加工工艺条件的限制，一般取蜗壳的包角为0345?=。 通过计算得出最大引用流量m ax Q 值，计算如下： ○ 1水轮机额定出力：15000 156250.96 f r f N N KW η= = = 式中：60000150004 f KW N KW = =，0.96f η=。 ○ 2'31max 3 3 2222115625 1.11 1.159.819.81 2.2546.20.904 r p N Q m s D H η = = =
水轮机课程设计
第一章 水轮机的选型设计 1.1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59.07-82.9m ，电站总装机容量56万千瓦，拟选2、3、4、5台机组，平均水头为75.43m ，最大水头为82.9m ，最小水头为59.07m 。 水轮机的设计水头估算为m H r 72= 按中国水轮机的型谱推荐的设计水头与比转速的关系， 水轮机的比转速s n : 2162072 2000202000=-=-=H n s m.KW 根据原始资料，适合此水头范围的水轮机类型有斜流式和混流式。 又根据混流式水轮机的优点： （1）比转速范围广，适用水头范围广，可适用30～700m ； （2）结构简单，价格低； （3）装有尾水管，可减少转轮出口水流损失。 故选择混流式水轮机。 因此，选择s n 在216m.kw 左右的混流式水轮机为宜。 根据表本电站水头变化范围(H=59.07-82.9m)查《水电站机电设计手册—水力机械》1-4]
适合此水头范围的有HL220-46。 二、拟订机组台数并确定单机容量 表1-1 机组台数比较表 1.2 原型水轮机各方案主要参数的选择 按电站建成后,在电力系统的作用和供电方式,初步拟定为2台,3台,4台,5台四种方案进行比较。 基本参数， 模型效率：89.0=M η，推荐使用最优单位流量： h m 315.1，最优单位转速：m in 7011r n r =，最优单位流量：s l Q r 115011=。 一、2台机组（方案一） 1、计算转轮直径 装机容量22万千瓦，由《水轮机》325页可知：水轮机额定出力： kw N P G G r 3.28571498 .0280000===η 上式中： G η-----发电机效率,取0.98 G N -----机组的单机容量（KW ）
班级： 08G43 专业：水电站动力设备与管理作者：陈圣锦 学号：2008550243019
目录 ◆水轮机课程设计的目的和任务 ◆水轮机的简介 ◆水轮机设计的原始资料 ◆水轮机设计的要求 ◆水轮机的设计步骤 1）机组台数的选择 2）水轮机型号的选择 3）水轮机主要参数的选择 4）机组安装高度的确定 ◆水轮机设计的参数校核 ◆心得体会 附：水轮机运转特性曲线图
一、课程设计的目的和任务 a、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。 b、课程设计的任务：通过所给的原始资料，根据要求明确水轮机的基本工作参数（包括水头H、流量Q、转速n、效率 、出力P、吸出高度H S、转轮直径D、水轮机型号、机组台数、装置方式等），整理并绘制成不同形式的曲线，即获得水轮机的特性曲线图。 二、水轮机的简介 水轮机是一种将河流中蕴藏的水能转换成旋转机械能的原动机，当水流流过水轮机时，通过主轴带动发电机，将旋转机械能转换成电能。与发电机连接成的整体称为水轮发电机组，它是水电站的主要设备部分。水电站是借助水工建筑物和机电设备设备将水能转换成为电能的企业，在未来，水能资源的开发和利用将成为资源开发利用的主导能源，所以，水轮机的设计开发对我国水能资源的开发起到很大的推进作用。水轮机大致分为两大类：反击式水轮机和冲击式水轮机；反击式水轮机。转轮利用水流的压力能和动能做工的水轮机称为反击式水轮机。其特征是：压力水流充满水轮机的整个流道，水流流经转轮叶片时，受叶片
课程设计报告 题目：能量转换机械创新综合设计——水轮机课程设计 姓名：xxx 学号：xxx 班级：xxx 2014年 6 月24 日
目录 目录 (1) 课程设计任务书 (2) 1. 课程设计的目的和要求 (2) 2. 基本参数 (2) 3. 课程设计的任务 (3) 第一章水轮机的选型设计 (3) 1.水轮机型号选择 (3) 已知参数 (3) 2. 水轮机基本参数的计算 (5) 一.转轮直径1D的计算 (5) 二.效率 的计算 (6) 三．转速n的计算。 (6) 4. 水轮机设计流量的计算 (7) 5. 几何吸出高度Hs的计算 (7) 6.飞逸转速nR的计算 (7) 7. 转轮轴向水推力Ft的计算 (7) 8. 检验水轮机的工作范围 (8) 第二章水轮机运转特性曲线的绘制 (9) 1.等效率曲线的计算 (10) 2. 机组出力限制线的计算 (12) 3.等吸出高度线的计算 (12) 第三章蜗壳设计 (14) 1.蜗壳型式的选择及参数 (14) 2.蜗壳进口断面的计算 (16) 3.椭圆断面的计算 (20) 第四章尾水管设计 (21) 第六章参考文献 (24) 第七章附录 (25) 1. 水轮机的运转综合特性曲线 (25) 2. 蜗壳断面图 (25) 3. 尾水管单线图 (25)
课程设计任务书 1. 课程设计的目的和要求 课程设计是水轮机课程教学计划中的一个重要环节，是培养学生综合运用所学理论知识解决工程实际问题的一次系统的基本训练。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，使学生学会查阅、收集、整理和分析相关文献资料；熟悉水轮机选型设计阶段的内容，针对给定任务能提出合理的设计方案并得出正确的计算结果。 2. 基本参数 电站总装机容量：3000 MW 电站装机台数：4台 水轮机安装高程：2241.5m 最大工作水头 H：220m max 最小工作水头 H：192.1m min 设计工作水头 H：205m r 加权平均工作水头 H：210.5 m a
水轮机课程设计 说明书 姓名： 学号： 学院：水利水电学院 班级： 指导老师：
目录 一、水轮机选型及参数计算 1.已知参数 (1) 2.水轮机型号选择 (1) 3.水轮机基本参数计算 (1) 二、水轮机运转特性曲线的绘制 1.等效率曲线的绘制 (3) 2.等吸出高度线绘制 (4) 3.出力限制线绘制 (5) 三、蜗壳设计 1.蜗壳型式及基本参数的选择 (6) 2.进口断面计算 (6) 3.圆断面计算 (7) 4.椭圆形断面计算 (8) 四、尾水管设计 1.尾水管形式的选择 (9) 2.尾水管高度的确定 (9) 3.尾水管各部分尺寸的计算 (9) 蜗壳平面图 (10) 蜗壳单线图 (11) 尾水管图 (12)
一、水轮机选型及参数计算 1.已知参数 装机容量580.00MW ；装机台数4台；单机容量145MW ； max H =84.5m ； min H =68.00m ； r H =73.00m ； a H =71.2m 水轮机安装高程?580.00m 2.水轮机型号选择 s n = H 2000 -20= 73 2000-20=214.08（m·kw） 可以选择HL220型水轮机 3.水轮机基本参数计算 （1）计算转轮直径1D 。水轮机额定出力： r P == G G N η14795998.0145000=KW 取最优单位转速=110n 71.0r/min 与出力限制线交点的单位流量为设计工况点单位流量，则14.1r 11=Q （s /m 3），对应的模型效率%89=M η暂取效率修正值 % 3=?η，则设计工况原型水轮机效率 92.003.089.0=+=?+=ηηηM ，水轮机转轮直径1D 为 m 80.492 .07314.181.9147959 81.95 .15 .111r 1=???= = η r r H Q P D 取标准值1D =5m 该方案水头高于40m,故应使用金属蜗壳，则使用水轮机型号为 HL220-LJ-500 （2）效率η 的计算 944.05 46.0)91.01(1） -1（-155110max =--==D D M M ηη 024.092.0944.0=-=?η 914.0024.089.0=+=η （3）转速n 的计算
第二节 轴流式水轮机的结构 一、概述 轴流式水轮机与混流式水轮一样属于反击式水轮机，由于水流进入转轮和离开转轮均是轴向的，故称为轴流式水轮机。轴流式水轮机又分为轴流定桨式和轴流转桨式两种。轴流式水轮机用于开发较低水头，较大流量的水利资源。它的比转速大于混流式水轮机，属于高比转速水轮机。在低水头条件下，轴流式水轮机与混流式水轮机相比较具有较明显的优点，当它们使用水头和出力相同时，轴流式水轮机由于过流能力大（图2-15），可以采用较小的转轮直径和较高的转速，从而缩小了机组尺寸，降低了投资。当两者具有相同的直径并使用在同一水头时，轴流式水轮机能发出更多的效率。 特别是轴流转桨式水轮机，由于转轮叶片和导叶随着工况的变化形成最优的协联关系，提高了水轮机的平均效率，扩大了运行范围，获得了稳定的运行特性，更是值得广泛使用的一种机型。 图2-15 轴流式水轮机 1— 1— 1— 转轮接力器活塞；2—转轮体；3—转臂；4—叶片；5—叶片枢轴；6—转 轮室 图2-16所示是轴流转桨式水轮机的结构图。它的工作过程和混流式水轮机基本相同。水流经压力水管、蜗壳、座环、导叶、转轮、尾水管到下游。与混流式水轮机所不同的是负荷变化时，它不但调节导叶转动，同时还调节转轮叶片，使其与导叶转动保持某种协联关系，以保持水轮机在高效区运行。 轴流式水轮机转轮位于转轮室内，轴流式水轮机转轮主要由转轮体、叶片、泄水锥等部件组成。轴流转桨式水轮机转轮还有一套叶片操作机构和密封装置。 转轮体上部与主轴连接，下部连接泄水锥，在转轮体的四周放置悬臂式叶片。在转桨式水轮机的转轮体内部装有叶片转动机构，在叶片与转轮体之间安装着转轮密封装置，用来止油和止水。 轴流式水轮机广泛应用于平原河流上的低水头电站，应用水头范围为3～55m ，目前最大应用水头不超过70m 。限制轴流式水轮机最大应用水头的原因是空化和强度两方面的条件。由于轴流式水轮机的过流能力大。单位流量11Q 和单位转速11n 都比较大，转轮中水流的相对流速比相同直径的混流式转轮中的高，所以它具有较大的空化系数 。在相同水头下，轴流式水轮机转轮由于叶片数少，叶片单位面积上所承受的压差较混流式的大，叶片正背面的平均压差较混流式的大，所以它的空化性能较混流式的差。因此，在同样水头条件下，轴流式水轮机比混流式水轮机具有更小的吸出高度和更深的开挖量。随着应用水头的增加，将会使电站的投资大量增加，从而限制了轴流式水轮机的最大应用水头。另一方面是由于轴流式水轮机叶片数较少，叶片呈悬臂形式，所以强度条件较差。当使用水头增高时，为了保
水轮机课程设计宋嘉城 目录 第一章基本资料 (1) 第二章机组台数与单机容量的选择 (2) 第三章水轮机主要参数的选择与计算 (5) 第四章水轮机运转特性曲线的绘制 (10) 第五章蜗壳设计 (13) 第六章尾水管设计 (17) 第七章心得体会 (20) 参考文献 (20)
第一章基本资料 基本设计资料 黄河B水电站是紧接L水电站尾水的黄河上游的一个梯级水电站。水库正常蓄水位2452 m，电站总装机容量4200 MW，额定水头205 m。 经水能分析，该电站有关动能指标如表1所示： 表1 动能指标
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，就可以拟定可能的机组台数方案，选择机组台数与单机容量时应遵循如下原则： 2.1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。通常小机组单位千瓦耗材多、造价高，相应的主阀、调速器、附属设备及电气设备的套数增加，投资亦增加，整体设备费用高。另外，机组台数多，厂房所占的平面尺寸也会增大。一般情况下，台数多对成本和投资不利。因此，较少的机组台数有利于降低工程建设费用 2.2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，总希望单机容量制造得大些。 2.3机组台数对水电站运行效率的影响 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，以是电站保持较高的平均效率。但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，机组类型不同，高效率范围大小也不同，台数对电厂平均效率的影响就不同。对于高效率工作区较窄的，机组台数应适当多一些。轴流转浆式水轮机，由于单机的效率曲线平缓且高效区宽，台数多少对电厂的平均效率影响不明显；而混流式、轴流定浆式水轮机其效率曲线较陡，当出力变化时，效率变化较剧烈，适当增加台数可明显改善电厂运行的平均效率。 2.4机组台数与水电站运行维护的关系 机组台数多，单机容量小，水电站运行方式较灵活机动，机组发生事故停机产生的影响小，单机轮换检修易于安排，难度也小。但台数多，机组开、停机操作频繁，操作运行次数随之增多，发生事故的几率也随之增高，对全厂检修很麻烦。同时，管理人员多，维护耗材多，运行费用也相应提高。故不能
轴流式水轮机基本结构 轴流式水轮机与混流式水轮一 样属于反击式水轮机，二者结构上 最明显的差别是转轮，其次是导叶 高度。根据转轮叶片在运行中能否 调节，轴流式水轮机又分为轴流定 桨式和轴流转桨式两种型式。轴流 式水轮机用于开发较低水头 （3m~55m），较大流量的水能资源。 它的比转速大于混流式水轮机，属 于高比转速水轮机。在低水头条件 下，轴流式水轮机与混流式水轮机 相比较具有较明显的优点，当它们 使用水头和出力相同时，轴流式水 轮机由于过流能力大（图5-13）， 可以采用较小的转轮直径和较高的 转速，从而缩小了机组尺寸，降低了 投资。当两者具有相同的直径并使用在同一水头时，轴流式水轮机能发出更多的功率。但在相对高水头条件下，轴流式水轮机除了空化系数较大，厂房要有较大开挖量外，飞逸转速和轴向水推力较混流式水轮机高。 轴流转桨式水轮机，由于桨叶和导叶随着工况的变化形成最优的协联关系，提高了水轮机的平均效率，扩大了运行范围，获得了稳定的运行特性，是一种值得广泛使用的优良机型。 限制轴流式水轮机最大应用水头的原因是空化和强度两方面的条件。由于轴流式水轮机的过流能力大。单位流量和单位转速都比较大，转轮中水流的相对流速比相同直径 的混流式转轮中的高，所以它具有较大的空化系数。在相同水头下，轴流式水轮机由于桨叶数少，桨叶单位面积上所承受的压差较混流式叶片的大，桨叶正背面的平均压差较混流式的大，所以它的空化性能较混流式叶片的差。因此，在同样水头条件下，轴流式水轮机比混 流式水轮机具有更小的吸出高度和更深的开挖量。随着应用水头的增加，将会使电站的投资大量增加，从而限制了轴流式水轮机的最大应用水头。另一方面是由于轴流式水轮机桨叶数较少（3~8片），桨叶呈悬臂形式，所以强度条件较差。当使用水头增高时，为了保证足够的强度，就必须增加桨叶数和桨叶的厚度，为了能够方便地布置下桨叶和转动机构，转 轮的轮毂比，亦要随之增大，这些措施将减少转轮流道的过流断面面积，使得单 位流量下降。当达到某一水头时，轴流式水轮机的单位流量甚至比混流式水轮机的还要小。这种情况也限制了轴流式水轮机应用水头的提高。 但是,随着科学技术的发展,通过改进转轮的设计方法,选择更加合理的流道几何参数和桨叶的型线,使得桨叶背面的压力分布更加均匀,降低桨叶正面和背面的平均压差,从而达到
ZDT03-LM/LMY-60型水轮机机组性能参数表 ZDT03-LM/LMY-80型水轮机机组性能参数表
ZD560-LMY/LH-60型水轮机机组性能参数表
水轮机选型方案 1、水文资料：①、水头Hp ≈7.0米；②、流量Q=1.0~1.5米3/秒； 2、水轮机选型方案一： ①、水轮机型号：ZDT03-LMy-60；转轮角ψ=+100；单价：5.0万元； ②、运行状态参数校核：选型计算水头Hp=6.8米；计算单位转速n=750转/分；计算单机引用流量Q=1.15米3/秒；效率η=87%；水轮机有效出力N 出=9.81QH η=66千瓦；发电机功率N 发=0.9N 出=59千瓦； ③、配套发电机：SF55-8/590（电压400V ）；单价：2.3万元； ④、手动调速器：ST-150；(价格包含在水轮机价格中) ⑤、控制屏、励磁屏、准同期并网装置；单价：1.5万元； 3、水轮机选型方案二： ①、水轮机型号：ZDT03-LMy-60；转轮角ψ=+150；单价：5.0万元； ②、运行状态参数校核：选型计算水头Hp=6.8米；计算单位转速n=750转/分；计算单机引用流量Q=1.5米3/秒；效率η=87%；水轮机有效出力N 出=9.81QH η=86千瓦；发电机功率N 发=0.9N 出=77千瓦； ③、配套发电机：SF75-8/590（电压400V ）；单价：3.2万元； ④、手动调速器：ST-150；(价格包含在水轮机价格中) ⑤、控制屏、励磁屏、准同期并网装置；单价：1.5万元； 4、水轮机选型方案三： ①、水轮机型号：ZD560-LMy-60；转轮角ψ=+50；单价：6.4万元； ②、运行状态参数校核：选型计算水头Hp=6.8米；计算单位转速n=600转/分；计算单机引用流量Q=1.15米3/秒；效率η=87%；水轮机有效出力N 出=9.81QH η=66千瓦；发电机功率N 发=0.9N 出=59千瓦； ③、配套发电机：SF55-10/590（电压400V ）；单价：3.2万元； ④、手动调速器：ST-150；(价格包含在水轮机价格中) ⑤、控制屏、励磁屏、准同期并网装置；单价：1.5万元； 注：1、以上价格均不包含设备运输费用和安装调试费用； 江西省莲花水轮机厂有限公司 2005、06、28
第一章 水轮机的选型设计 1.1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59.07-82.9m ，电站总装机容量56万千瓦，拟选2、3、4、5台机组，平均水头为75.43m ，最大水头为82.9m ，最小水头为59.07m 。 水轮机的设计水头估算为m H r 72= 按我国水轮机的型谱推荐的设计水头与比转速的关系， 水轮机的比转速s n : 2162072 2000202000=-=-=H n s m.KW 根据原始资料，适合此水头范围的水轮机类型有斜流式和混流式。 又根据混流式水轮机的优点： （1）比转速范围广，适用水头范围广，可适用30～700m ； （2）结构简单，价格低； （3）装有尾水管，可减少转轮出口水流损失。 故选择混流式水轮机。 因此，选择s n 在216m.kw 左右的混流式水轮机为宜。 根据表本电站水头变化范围(H=59.07-82.9m)查《水电站机电设计手册—水力机械》1-4] 适合此水头范围的有HL220-46。 二、拟订机组台数并确定单机容量 表1-1 机组台数比较表
1.2 原型水轮机各方案主要参数的选择 按电站建成后,在电力系统的作用和供电方式,初步拟定为2台,3台,4台,5台四种方案进行比较。 基本参数， 模型效率：89.0=M η，推荐使用最优单位流量：h m 315.1，最优单位转速：m in 7011r n r =，最优单位流量：s l Q r 115011=。 一、2台机组（方案一） 1、计算转轮直径 装机容量22万千瓦，由《水轮机》325页可知：水轮机额定出力： kw N P G G r 3.28571498 .0280000===η 上式中： G η-----发电机效率,取0.98 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 =1.15m3/s,对应的模型效率ηm =89%，暂取效率修正值 Δη=0.03，η=0.89+0.03=0.92。则设计工况原型水轮机效率为92%。 )(8.698 .092.07215.181.93.28571481.95.15.11101m H Q P D G s r r =????==ηη 我国规定的转轮直径系列（见《水轮机》P9），计算值处于标准值6.5-7.0 m ，并接近7.0m 取直径D1=7.0 m 2、计算原型水轮机的效率 954.00 .746.0)92.01(1)1(155110max =--=--=D D M M ηη Δη=ηmax -ηM0=0.954-0.92=0.034 限制工况原型水轮机效率 η=ηm +Δη=0.89+0.034=0.924 3、同步转速的选择 min /9.860 .743.75701110r D H n n av r =?== M M M M T M n n n n n 11111101103.00189.0)189 .0924.0()1(<=-=-=?ηη 符合要求 所以转速不用修正。 转速介于发电机 同步转速83.3r/min 和88.2r/min 之间， 需要对两个转速都进行修正。 4、计算水轮机的运行范围 水轮机设计流量
水轮机课程设计 水轮机课程设计 目 录 第一章 基本资料 (1) 第二章 机组台数与单机容量的选择 (2) 第三章 水轮机主要参数的选择与计算 (5) 第四章 水轮机运转特性曲线的绘制 (10) 第五章 蜗壳设计 (13) 第六章 尾水管设计 (17) 第七章 心得体会 (20) 参考文献 (20)
第一章基本资料 基本设计资料 水电站以发电为主，兼顾灌溉、旅游和养殖。电站建成后并入系统运行，担任系统基荷，有调峰或调频任务，无近区负荷。以工业用电为主，且多为一、二级负荷。水能开发方式为有压引水方式，采用左岸地下式厂房方式。 水库特征水位 设计洪水位：277.0m 校核洪水位：285.5m 正常蓄水位：277.0m 死水位：265.0m 尾水位： 电站总装机容量660MW，额定水头55 m。 经水能分析，该电站有关动能指标如表1所示： 表1 动能指标 水库调节性能日调节 最大工作水头69m 加权平均水头60 m 最小工作水头47m 平均尾水位214 发电机效率0.98
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，就可以拟定可能的机组台数方案，选择机组台数与单机容量时应遵循如下原则： 2.1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。通常小机组单位千瓦耗材多、造价高，相应的主阀、调速器、附属设备及电气设备的套数增加，投资亦增加，整体设备费用高。另外，机组台数多，厂房所占的平面尺寸也会增大。一般情况下，台数多对成本和投资不利。因此，较少的机组台数有利于降低工程建设费用 2.2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，总希望单机容量制造得大些。 2.3机组台数对水电站运行效率的影响 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，以是电站保持较高的平均效率。但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，机组类型不同，高效率范围大小也不同，台数对电厂平均效率的影响就不同。对于高效率工作区较窄的，机组台数应适当多一些。轴流转浆式水轮机，由于单机的效率曲线平缓且高效区宽，台数多少对电厂的平均效率影响不明显；而混流式、轴流定浆式水轮机其效率曲线较陡，当出力变化时，效率变化较剧烈，适当增加台数可明显改善电厂运行的平均效率。 2.4机组台数与水电站运行维护的关系 机组台数多，单机容量小，水电站运行方式较灵活机动，机组发生事故停机产生的影响小，单机轮换检修易于安排，难度也小。但台数多，机组开、停机操作频繁，操作运行次数随之增多，发生事故的几率也随之增高，对全厂检修很麻烦。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。
摘 要 ............................................................ 2 1 水轮机选型设计 .................................................... 2 1.1已知参数 ......................................................... 2 1.2水轮机型号的选择 ................................................. 2 1.3 水轮机基本参数的计算............................................. 5 1.4检验水轮机的工作范围 ............................................. 6 1.5水轮机综合特性曲线绘制 ........................................... 7 1.5.1 等效率曲线的绘制............................................ 7 1.5.2出力线的绘制 ................................................ 9 1.5.3等吸出高度线的绘制 .......................................... 9 2蜗壳的选择计算 .................................... 错误！未定义书签。 2.1进口断面计算 .................................... 错误！未定义书签。 2.2采用直线绘制蜗壳其余各断面顶角连接线 ............ 错误！未定义书签。 2.3用图解法求出积分? i b r r dr r r b ) (值S 的变化规律 .......... 错误！未定义书签。 2.4绘制i ?=)(r f 曲线................................................. 13 2.5绘制蜗壳各节断面图与平面图 ...................................... 14 3尾水管水力计算 .................................................... 15 3.1尾水管的深度 .................................................... 15 3.2进口锥管的计算 .................................................. 15 3.3肘管型式 ........................................................ 15 3.4水平长度 ........................................................ 15 3.5出口扩散段 ...................................................... 15 4 总结与体会 ....................................................... 16 5附录 .............................................................. 17 参考文献 .. (19)
四川大学 课程设计任务书 学院专业班课程名称 题目 任务起止日期：年月日～年月日 学生姓名学号 指导教师年月日 教研室主任年月日审查院长年月日批准
目录 第一章水轮机的选型设计 (1) 第二章水轮机运转特性曲线的绘制 (11) 第三章蜗壳设计 (14) 第四章尾水管设计 (17) 第四章心得总结 (19) 参考文献 (20)
第一章水轮机的选型设计 1.1 水轮机型号选定 一、水轮机型式的选择 根据原始资料，电站装机容量7MW，平均水头为33m，最大水头为39m，最小水头为28m。 水轮机的额定水头为Hr=0.9Hw=31.35M 根据资料，适合此水头范围的水轮机类型有轴流式和混流式，又根据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。根据装机容量拟选两种型号的水轮机1,2台机组。 二、初步拟订型号机组台数并确定单机容量 根据以上分析初步拟定见表1-1 水轮机型号机组台数单机容量（KW） 1 7000 ZZ440 2 3500 1 7000 HL240 2 3500 表1-1 初步拟定表 1.2 原型水轮机各方案主要参数的选择 按电站建成后,在电力系统的作用和供电方式,初步拟定四种方案后进行比较。
一、ZZ440型水轮机1台机组（方案一） 1、计算转轮直径 装机容量7000千瓦，水轮机的额定功率为 7000 P 7368()0.95 g r g p kw ===η 上式中：g p ——机组单机容量，kw g η——同步发电机的效率，一般取95%-97%，此处取95%。 根据水轮机转轮型普推荐的最大单位流量110Q =1.653 /m s ，为使单位流量有一定的 余量，取3%的储备，则额定工况的单位流量11r Q =1.65?0.97=1.63 /m s ,110115/min n r =，对应的模型效率M η=0.83，暂取效率修正值Δη=0.03，η=0.83+0.03=0.86。则设计工况原型水轮机效率为86%。 m D H Q P r r r 8.186 .035.316.181.97368 81.95 .15.1111=???= = η 根据我国规定的转轮直径系列（见《水轮机》P9），选择转轮公称直径1D =3.3m 。 2、计算原型水轮机的效率 水轮机最高效率 11050 0!1(1)(0.30.7)M M P M P P D H D H η=--η+? 5100.46 3.5 1(10.88)(0.30.7) 1.831.35 =--+?? 0.913 = 水轮机在额定工况（20o ?=+）是的最高效率 5 100.46 3.5 1(10.825)(0.30.7)0.8721.831.35 P ? η=--+??=