《水轮机调节》课程设计题目：水轮机调节保证计算
院系：城南学院
专业：热能与动力工程（水）班级: 水动0901
姓名：曹亚
学号： 200981250418
指导教师：饶洪德
目录
第一章基本数据 (3)
一水电站基本数据 (3)
二水轮发电机估算 (4)
第二章调节保证计算 (5)
一计算和确定有关参数 (5)
第三章调节设备选型 (18)
一调速器计算 (18)
二调速器选择 (21)
三油压装置的选择 (21)
参考文献 (22)
第一章基本数据
一 、水电站基本数据
一、基本资料
D 水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。该电站有关动能指标为：
水库调节性能 日调节 装机容量 140 MW 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
压力钢管长度 120m ，水轮机型号：HL240-LJ-560，水轮机额定出力P=72916.7KW ，额定转速m in /2.78r n r =，飞逸转速min /3.177r n p =，吸出高度
m H s 69.1=，设计流量s m Q p /55.2303=。
二、确定计算标准
在调整保证计算中，根据《水轮机调速器与油压装置技术条件》GBT9652.1-1997，压力升高和转速升高都不能超过允许值。此允许值就是进行调整保证计算的标准。
甩负荷过程机组速率上升为
max n n n -=
β 式中：0n 为甩负荷前机组的转速，min /r ；m ax n 是甩负荷过程中产生的最大转速，min /r 。《水轮机调速器与油压装置技术条件》GBT9652.1-1997中规定机组甩负荷时最大速率上升max β在一般情况下不大于55%，大于此值要论证。
甩负荷过程中最大压力上升为
max H H H -=
ξ
式中：m ax H 为甩负荷过程中产生的最大压力，m ；0H 为甩负荷前水电站静水头，m 。规范中规定甩全负荷时，有压过水系统允许的最大压力上升率一般不应超过表1的数值。
表1 最大压力升高限值表
40 尾水管真空值不超过8—9m 水柱。增负荷时。过水压力系统任何一段不允许发生真空。在没有特殊要求下，调节保证计算只对两个工况进行，即计算设计水头和最高水头甩全负荷时的压力上升和速率上升，并去其大者，一般在前者发生最大速率升高，在后者发生最大水压升高。
三、确定计算工况
①额定水头，额定出力工况，此时甩负荷一般出现最大转速上升。 ②最大水头，额定出力工况，此时甩负荷一般出现最大水压上升。 对两种工况进行调节保证计算，当压力上升值和转速上升值均不超过规定范围时取其大者。
二 、水轮发电机估算
一、确定主要尺寸
（1）极距τ（cm ）和飞逸速度V f 的确定
查[电气一次]p178得：
=???==44
1945
.03827
.7291692ητP S K n 50.8cm 上式中: P 为发电机磁极对数，可从《水轮机原理》P268查得：
P=38;K 1为系数8～10，取9
s m K v f f /52.968.509.1=?==τ
（2）定子内径的确定
cm p D i 56.12298
.503822=??=
=
π
πτ
（3）定子长度l t (cm)的计算
cm n CD S l e
i n t 14.1122.7856.1229105.57
.72916262=???==
- 上式中：C-----发电机利用系数，
见《水电站机电设计手册》P160表3-5取6105.5-?
(4) 定子铁芯外径
当166.7e n rpm ≤时, 1.2a i D D τ=+ 当166.7e n rpm ≥a i D D τ=+
此处rpm n e 7.16679≤=故cm D D i a 52.12908.051.2+56.12292.1=?=+=τ 故：发电机的型号为SF60—40/790
第二章 调节保证计算
一 、计算和确定有关参数
一、各工况下的∑i i V L 和∑i L
（1）尾水管的∑i i V L 和∑i L
根据《水电站机电设计手册》（水力机械）分册表2-17查得混凝土推荐的尾水管尺寸表及混凝土标准肘管尺寸表，并通过该表计算得出尾水管的基本尺寸如表2、表3中所示：
表2 混凝土推荐的尾水管尺寸表
表3 混凝土标准肘管尺寸表
①计算尾水管的当量长度de L
锥管高度m h 55.63=，轴管中心线长度m L 19.101=，扩散管长度m L 2.25=。 尾水管当量管的长度de L
)(94.412.2519.1055.613m L L h L de =++=++=
②计算尾水管的当量过流面积de A
参数 )(26.072
.56.555
.64422131m d d h e =???==
ππ 参数 ???
????????? ??-???? ??+???? ??-=4
21321221212
2
2109.0426.0534.0d L d L d L d L A d
e ??
?????-?+?-?=
43278.1109.078.1426.078.1534.072.519.10718.3214.372.5 )(076.02m =
由212tan tan θθ-=k ，且30.0tan 1
6
51=-=
L h h θ，0tan 2=θ得30.02=K ，则 参数 ()???
? ??+-=
32231ln 1
h L k b B k e ())(083.055.62.2530.01ln 814.112.1530.01)
2m =??
? ???+-?=
尾水管的当量过流面积de A
)(10.100419
.094
.41083.0076.026.094.412321m e e e L A de de ==++=++=
③计算尾水管的平均流速B v
由s m Q /55.2303=得
)/(31.210
.10055.230s m A Q v de B ===
因此，)(88.9631.294.412s m V L B B ?=?=∑ （2）蜗壳的∑i i V L 和∑i L ①计算蜗壳当量管的长度we L
由于该电站采用金属蜗壳，根据《小型水电站机电设计手册》（水力机械）分册P64表1-10立轴混流式水轮机的基本数据表，近似完全蜗壳，取蜗壳包角
3600=?
根据水头m H r 37=查《水轮机原理与运行》P106图6-8金属蜗壳进口流速系数与水头的关系曲线取得:9.0=k ，则
进口断面平均流速 )/(474.5379.00s m H k v r =?== 进口断面半径 )(51.6474
.555.2303603603602
000
m v Q F r
j =?===
?πρ 据《水电站机电设计手册》（水力机械）分册P128表2-16的金属蜗壳尺寸系列，知m D a 0.10=，m K 175.0=，
蝶形边半径 )(1.51.02
0.102m K D r a D =+=+=
进口断面中心到水轮机轴的距离
)(50.1121.151.61.52222
m h r a j D j =-+=-+=ρ
固定导叶外切圆半径 )(0.52
10
2m D r a a ===
蜗壳系数 05.351
.65.115.11916.12
2
2
2
=--=
--=
πρ?j
j j a a C
蜗壳中心线的长度 C
r C
r L a a w 0
02
002322????+
+=
())(90.5605
.320.5232205
.3220.522
m =???+
?+
?=π
πππ
蜗壳当量管的长度 )(45.282
90.562m L L w we === ②计算蜗壳当量管的面积we A
参数 328.005
.311===
C c 参数 45.2200===π?x 参数 811.105
.30
.522=?==
C
r b a
参数 ???
??????
??? ??+--=b cx b b bcx x c c
e 02
02023
1ln 22
β ??
??????? ??+?-??-?=811.145.2328.0811.1ln 811.145.2328.0811.1245.2328.0328.022
223)(072.02m =
参数 ???
??????? ??+++-=b cx b b
cx cx c e 0002
2ln 2
β
)(115.1811.145.2328.0811.1ln 811
.145.2328.045.2328.0328.02
2
2
m =?????
???? ??+?++??-
= 蜗壳当量管的面积we A
)(10.1505
115.1072.045
.284422212m r L A e a e w we =?+??=+=πββπ
③计算蜗壳的平均流速C v
由s m Q /55.2303=得
)/(537.110
.15055.230s m A Q v we C ===
因此，∑?=?=)(73.43537.145.282s m V L C C 2、水流惯性时间常数W T
三台机组的∑LV 一样大，故只计算#1机来计算分叉管的∑LV
表4 ∑LV 计算成果表
)(41.49388.9673.438.352m V L =++=∑
)s 36.137
81.941
.493g （=?=
=∑
r
j i w H V L T
3、机组惯性时间常数a T ①估算2GD
据《水电站机电设计手册》（水力机械）分册P165,表3-11，由水轮机：转速m in /2.78r n r = 和min /3.177r n p =，0P =72916.7KW 查得有 发电机型号为SF72.5-40/854 2GD =350504（2m kN ?） ②计算a T
)s 43.872500
35807935050435802
02
02a （=??==P n GD T
4、水击波速a ① 计算管壁厚度δ
按《水轮机机电设备设计手册》 （水力机械）分册P208对薄壁钢管厚度的要求，薄壁钢管的计算厚度δ等于管壁的真实厚度0δ，通常
D 0δ在501～200
1的范
围内，取
50
1
=
D
δ，有 )(14.0501
70m =?
==δδ
② 计算水击波速a
取240/101.2cm kg E ?=，26/101.2cm kg E ?=，得
)/(51.116350
101.210
1.211435114356
4
0s m E D
E a =???+
=+=
δ
取 )/(1000s m a = 5、初选导叶直线关闭时间f T
（1）按蜗壳允许的最大暂态压力值][C H 计算发生末相水击的最小关闭时间1f T ① 计算按蜗壳允许的最大暂态压力值][C H
取5.0max =ξ，则 ][C H =()()m H r 5.55375.011max =?+=+ζ ② 计算最小关闭时间f1T
[])s 12.439
5.55373
6.135.1-max 2
1f1（=-??==H H H T K T c r w
（2）按允许的机组最大转速上升值][β计算发生末相水击时的最大关闭时间2f T ① 计算允许的机组最大转速上升值][β，取][β=0.55 ② 计算最大关闭时间2f T
[]98.1255.043.88.222=??==βαT K T f
根据1f T 、2f T 的计算结果，可初选s s s s T 12,10,8,6f`= 6、判断水击类型
① 计算压力输水管的平均流速v
)(41.49388.9673.438.352m L =++=∑
)(39.19094.4145.28120m L =++=∑
)
/(59.239
.19041
.493s m L
V L v i
i ==
=
∑∑
② 压力上升值计算
确定压力水管特性系数ρ
81.337
18.9259
.210002=???==
r gH v a ρ
确定水管特性系数σ
f
f w T T T 36
.1==σ 确定水击相长r t
)(24.01000
120
22s a L t r =?=?=
由于采用的导叶直线关闭时间f T 均大于r t ，发生间接水击。对于甩全负荷
10=τ，则5.181.30
>=ρτ，故最大水击出现在末相。
7、进行水击计算 （1）初选s T f 6=，则
水管特性系数σ 227.06
36
.136.1===
f T σ 引水管道内压力升高率m ξ
)4(2
2++=
σσσ
ξm ()
2538.0.04227.0227.02
227
.02=++=
引水管道内压力升高率的修正值max ξ m ξξ2.1max =3046.02538.02.1=?=
蜗壳内压力上升率C ξ
max ξξ∑∑∑+=
LV
V L V L C
C
T
T
C
2448.03046.041
.49373
.438.352=?+=
蜗壳内压力上升值C H ? 0H H C C ξ=?)(0563.9372448.0m =?= 尾水管内的压力降低率B η max ξη∑∑=
LV
V L B
B
B 0596.0.03046.041
.49388
.96=?=
尾水管内的压力降低值B H ? 0H H B B η=?)(2058.2370596.0m =?= 出现压力降低时尾水管的真空值B H
B s B H g
v H H ?++=222)(2376.42058.281.9259.269.12
m =+?+
= （2）初选s T f 8=，则
管特性系数σ 170.08
36
.136.1===
f T σ 引水管道内压力升高率m ξ
)4(2
2++=
σσσ
ξm ()
1851.04170.0170.02
170
.02=++=
引水管道内压力升高率的修正值max ξ m ξξ2.1max =2221.01851.02.1=?= 蜗壳内压力上升率C ξ
max ξξ∑∑∑+=
LV
V
L V L C
C
T
T
C 2448.03046.041
.49373
.438.352=?+=
蜗壳内压力上升值C H ? 0H H C C ξ=?)(6034.6372448.0m =?= 尾水管内的压力降低率B η max ξη∑∑=
LV
V L B
B
B
0435.02221.041
.49388
.96=?=
尾水管内的压力降低值B H ? 0H H B B η=?)(6083.1370435.0m =?= 出现压力降低时尾水管的真空值B H
B s B H g
v H H ?++=222)(6402.36083.181.9259.269.12
m =+?+
= （3）初选s T f 10=，则
管特性系数σ 136.010
36
.136.1===
f T σ 引水管道内压力升高率m ξ
)4(2
2++=
σσσ
ξm ()
1456.04136.0136.02
136
.02=++=
引水管道内压力升高率的修正值max ξ m ξξ2.1max =1747.01456.02.1=?= 蜗壳内压力上升率C ξ
max ξξ∑∑∑+=
LV
V L V L C
C
T
T
C
1404.01747.041
.49373
.438.352=?+=
蜗壳内压力上升值C H ? 0H H C C ξ=?)(1940.5371404.0m =?= 尾水管内的压力降低率B η max ξη∑∑=
LV
V L B
B
B 0342.01747.041
.49388
.96=?=
尾水管内的压力降低值B H ? 0H H B B η=?)(2650.1370342.0m =?= 出现压力降低时尾水管的真空值B H
B s B H g
v H H ?++=222)(2969.32650.181.9259.269.12
m =+?+
= （4）初选s T f 12=，则
管特性系数σ 113.012
36
.136.1===
f T σ 引水管道内压力升高率m ξ
)4(2
2++=
σσσ
ξm ()
1200.04113.0113.02
113
.02=++=
引水管道内压力升高率的修正值max ξ m ξξ2.1max =1440.01200.02.1=?= 蜗壳内压力上升率C ξ
max ξξ∑∑∑+=
LV
V L V L C
C
T
T
C
1157.01440.041
.49373
.438.352=?+=
蜗壳内压力上升值C H ? 0H H C C ξ=?)(2796.4371157.0m =?= 尾水管内的压力降低率B η max ξη∑∑=
LV
V L B
B
B
0282.01440.041
.49388
.96=?=
尾水管内的压力降低值B H ? 0H H B B η=?)(0423.1370282.0m =?= 出现压力降低时尾水管的真空值B H
B s B H g
v H H ?++=222)(0742.30423.181.9259.269.12
m =+?+
= 列出计算结果如下：
表5 压力上升（或下降）值计算成果表
8、计算最大转速上升率
接力器不动时间 s T q 45.0=
机组惯性时间常数 )s 43.872500
35807935050435802
02
02a （=??==P n GD T
参数 24.279
3
.17711110===
r e n n n （1）初选s T f 6=，则
σ+=1f 227.1227.01=+=
由)
5.01(22y a f q y T fT T ββ++=
()
y β5.0143.829
227.145.02+???+?=
，解得4071.0=y β
1
11
-+
=
e y
n C β7529.01
24.24071.011
=-+
=
1)2(1-++
=a
f q T C
fT T β()3182.0143
.87529
.09227.145.021=-??+?+
=
ββ1.1max =3500.03182.01.1=?= （2）初选s T f 8=，则
σ+=1f 170.1170.0.01=+=
由)
5.01(22y a f q y T fT T ββ++=
()
y β5.0143.828
170.145.02+???+?=
，解得4890.0=y β
1
11
-+
=
e y
n C β7172.01
24.24890.011
=-+
=
1)2(1-++
=a
f q T C
fT T β()3685.0143
.87172
.08170.145.021=-??+?+
=
ββ1.1max =4054.03685.01.1=?= （3）初选s T f 10=，则
σ+=1f 136.1136.01=+=
由)
5.01(22y a f q y T fT T ββ++=
()
y β5.0143.8210
136.145.02+???+?=
，解得5666.0=y β
1
11
-+
=
e y
n C β6864.01
24.25666.011
=-+
=
1)2(1-++
=a
f q T C
fT T β()4136.0143
.86864
.010136.145.021=-??+?+
=
ββ1.1max =4549.04136.01.1=?= （4）初选s T f 12=，则
σ+=1f 113.1113.01=+=
由)
5.01(22y a f q y T fT T ββ++=
()
y β5.0143.8212
113.145.02+???+?=
，解得6406.0=y β
1
11
-+
=
e y
n C β6594.01
24.26406.011
=-+
=
1)2(1-++
=a
f q T C
fT T β()4544.0143
.86594
.012133.145.021=-??+?+
=
ββ1.1max =4998.04544.01.1=?=
列出计算结果如下：
表6 转速上升值计算成果表
初步选s T f 12=，此时%98.49max =β。 9、按最大水头计算蜗壳内的最大压力上升值 (1) 计算最大水头下的流量min Q
)/(32.9039
81.970000
81.92max 0min s m H P Q =?==
(2) 计算平均流速v
)(96.19283.3713.1700.138m V L =++=∑
)/(013.194
.4145.2812083.3713.17138s m L LV v =++++==∑∑ (3) 水流惯性时间常数W T
)(504.039
81.996.192max s gH LV T w
=?==∑
(4) 确定在最大水头下相应的直线关闭时间'
f T
)(64.55
.4845
)16(1)
1(1max 00'
s a a T T m f f =?-+=-+= (5) 确定管道特性参数
324.139
81.921000
013.12m ax =???==
gH v a ρ
241.064
.536
.1'
===
f w T T σ (6) 压力上升计算
由51.10=ρτ，查《水轮机调节》P258图6-7水击类型判别图知最大水击压力发生在末相。
2718.0)4241.0241.0(2
241
.0)4(2
22m =++=
++=
σσσ
ξ 3261.02718.02.12.1max =?==m ξξ
2622.03261.096
.19213
.1700.138max =?+=
+=∑∑
∑ξξLV
V L V L C
C T T C
)(2258.10392622.0max m H H C C =?==?ξ )(2258.492258.1039max max m H H H C C =+=?+=
由于[])(87m H C =，m ax C H ＜[]C H ，故此关闭规律符合相关规范标准的要求。 由此选s T f 12=，此时%98.49max =β，m ax C H =49.3m 。 电
第二章 调节设备选型
一 调速器的计算
1、 调速器工作容量的选择 （1） 调节功的计算
中小型反击式水轮机调节功的计算：
200(=A ～11.884463)2501max =
D H Q ～)(88.1105578m N ?＞)(30000m N ? 显然，本电站需大型调速器，故上述中小型水电站调速器调节功估算已不适用，可用下式估算大型调速器调节功：
)(20.995596.53755.23030301m Kg D H Q W r ?=???==
根据《水轮机调速器及油压装置系列型谱标准》JB T 7072-2004，有表7的分类，知此调速器属大型调速器，则要分别选择接力器、调速器、和油压装置。
表7 调速器分类表
对于PID 调速器，由横田浩推导公式得调速器参数为：
96.436
.143
.88.08
.0=?==w a P T T K 09.136.143.824.024
.022
=?==w
a I T T K
28.243.827.027.0=?==a D T K
根据《水轮机调速器与油压装置技术条件》GBT9652.1-2007-T ，微机调速器（并联PID ）的调节参数和调整范围为：
比例增益p K :0.5-20倍；积分增益I K ：0-10(1/s)；微分增益D K ：0-5.0(s)。 由于机组承担基荷任务，且w T 较小，故采用PI 调节规律的调速器，由水电站机电设计手册-水力机械P-286，6-11公式得调速器参数为：
44.536.144W d =?==T T
2904.043
.836
.18.18
.1=?==a w t T T b 根据调速器参数和调节功调范围由水电站机电设计手册-水力机械P-267选择DT-150型调速器。
基本参数：
永态转差系数bp(%) ：0～10 暂态转差系数bt(%) :0～60 缓冲时间常数范围Td(s):2～15 频率整定范围（Hz ）:750± 调速器或飞摆灵敏度：4~6mA/%
主配压行程S （mm ）: 25± 回复轴最大转角: 60 导叶回复行程（mm ）:200 工作油压)/(20cm kg P :25 电源：直流48V （220V ）,永磁机交流110V 凸轮最大转角： 120
凸轮最大轴向位移（mm ）:110 桨叶回复行程（mm ）:160
机械柜尺寸1375950750:))((111??????mm h b l h b l :750×950×1375 基础板尺寸)(mm B L ?: 1200×1500
电气柜尺寸)(mm H N M ??:550×804×2360 调速器尺寸图见附图2 （2）大型调速器容量的计算 ①主配压阀直径的选择
调速器初步选择主配压阀直径时，按下式计算
)(4m vT V
d s
π=
（结果见下节） 按计算结果选取与系列直径相近且偏大的主配压阀直径。 ②导叶接力器的容积计算
取油压装置额定压力为 2.5Mpa ，采用标准导水机构并用两个单缸接力器操作时，每个接力器的直径d c 可近似按下式计算：
m H D b D d c 535.03926.06.503.0max 1
1
=???==λ
其中导叶数z 由《水轮机原理与运行》p123表7-1得z=24，再由《水轮机调节》P240表7.4得：λ=0.03，1
D b 由《水轮机原理与运行》p68,表4-1取0.26。
当油压装置的额定油压为4.0MPa ，则接力器直径'c d 为：
m d d c c 540.045
.205.1'=?
=
所以导叶接力器直径选取550mm 。
接力器最大行程m ax Y 可按经验公式求取：
双直缸接力器的总容积：
3
2
max 2
'sg 0355.00776.02
540.02
m Y d V c =??=
=
ππ
二 调速器的选择
初步选择主配压阀直径时，可按下式计算：
m vT V d s
15367.08
40355
.044sg
=???=
=
ππ
故选取主配压阀直径为150mm ，比油管直径大一个等级,型号为WDT-80-2.5-××A 。
三 油压装置的选择
油压装置分为分离式和组合式，本电站选择分离式，即压力油箱与会油箱分开。额定压力为4.0MPa ，压力槽容积分为两大部分：空气所占的部分，约为2/3，其余为油。 1、 油压装置的选择
本电站油压装置额定油压选取40公斤/厘米2
2、 压力油罐容积的计算 可按下式：
其中：——压力油罐总容积（m 3）； ——调整过程所需容积（m 3）；
——事故停机过程所需容积（m 3）；
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
课题名称水轮机制动系统 系别机电系 专业电气工程与自动化 班级 姓名 学号 指导教师 起讫时间：年月日～年月日（共周）
毕业设计（论文）开题报告
水轮机制动系统 引言：20世纪以来，水电机组一直向高参数、大容量方向发展。随着电力系统中火电容量的增加和核电的发展，为解决合理调峰问题，世界各国除在主要水系大力开发或扩建大型电站外，正在积极兴建抽水蓄能电站，水泵水轮机因而得到迅速发展。 摘要：水电站的有功调节通常是通过调速器实现的，但当水轮机组并入电网运行时，对于单台发电机来说转速反馈几乎不起作用。近年来，随着自动发电控制(AGC)的需要，有功功率在控制系统中的调节品质已成为当前电力系统自动化领域的突出问题。 关键词： 参考文献：200MW混流式水轮机的效率改进，水轮机原理与流体动力学计算基础， 系统工作原理：如图1所示：测量元件把机组转速N（频率F N）、功率、水头、流量等参量测量出来，与给定信号和反馈信号综合后，经放大校正元件控制执行机构，执行机构操纵水轮机导水机构和桨叶机构，同时经反馈元件送回反馈信号 到信号综合点。 图1水轮机调节系统结构图
一、水轮机电气控制设备系统 水轮机制动系统是由水轮机电气控制设备系统和被控制系统（流体控制和PLC 控制）组成的闭环系统。水轮机、引水和泄水系统、装有电压调节的发电机及其所并入的电网称为水轮机调节系统中的被控制系统；用来检测被控参量与给定量的偏差，并将其按一定特性转换成主接力器行程偏差的一些装置组合，称为水轮机控制设备。水轮机调速器则是由实现水轮机调节及相应控制的机构和指示仪表等组成的一个或几个装置的总称。 (一)水轮机的选型： 水轮机按工作原理可分为冲击式水轮机和反击式水轮机两大类。冲击式水轮机的转轮受到水流的冲击而旋转，工作过程中水流的压力不变，主要是动能的转换；反击式水轮机的转轮在水中受到水流的反作用力而旋转，工作过程中水流的压力能和动能均有改变，但主要是压力能的转换。通过查找资料；反击式水轮机中，水流充满整个转轮流道，全部叶片同时受到水流的作用，所以在同样的水头下，转轮直径小于冲击式水轮机。它们的最高效率也高于冲击式水轮机，但当负荷变化时，水轮机的效率受到不同程度的影响，我选择较先进地反冲击式水轮机HLX180转轮，其模型额定点效率ηM=0．94。较通常转轮高出2个百分点，最高效率圈相对扁平，额定和加权平均水头下Q1′跨度达120L/m3，n1r′非常接近最优单位转速，运行区域包括了整个最优效率区，依据效率加权因子，求得的模型加权平均效率达88．4%，额定水头下具有8．3%的超发能力，因此该转轮能量指标较高，水能利用率高。 图2 HLX180型水轮机 （二）控制原理说明： 1.本系统采用分层分布式布局，配置如图3所示。主要由2个机组监控屏、 发 电机保护屏、公用监控屏、主编线路保护屏和电量屏构成。通讯采用高速以太网与上级调度、操作员工作站进行通讯。其中公用监控屏由可编程控制器(由三菱FX2N-80MR和2个FX0N-16EX扩展模块组成)、自动准同期装置、触摸屏、电力测控仪和逆变电源组成，在公用监控屏中实现对发电机的有功调节。
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
目录 前言 (1) 第1 章概述 (2) 第2 章液压缸的设计 (3) 第2.1 节工况分析 (3) 第2.2 节液压缸主要几何尺寸的计算 (5) 第2.3 节液压缸结构参数的计算 (6) 第2.4节液压缸主要零件的结构、材料及技术要求 (11) 第3章液压系统图的拟订和工作原理的确定 (13) 第3.2节制定基本方案 (13) 第3.2节绘制液压系统图 (14) 第3.3节系统工作原理的确定 第4章液压元件的选择 (17) 第4.1节液压泵的选择 (17) 第4.2节电动机的选择 (18) 第4.3节其他元件的选择 (18) 第5章液压系统的性能验算 (22) 第5.1节管路系统压力损失的验算 (22) 第5.2节液压系统的发热与温升计算 (24) 第5.3节油箱的尺寸设计 (26) 第6章液压装置的设计 (27) 第6.1节液压装置总体布局 (28)
第6.2节液压阀的配置形式 (28) 第6.3节集成块设计 (29) 第7章液压系统安装及调试 (27) 第7.1节液压系统安装 (29) 第7.2节调试前准备工作 (29) 第7.3节调试运行 (29) 第7.4节液压系统的用液及对污染的控制 (30) 第7.5节调试运行中应注意的问题 (29) 第8章液压系统的维护及注意事项 (27) 参考文献 (27) 总结 (28) 致谢 (29) 前言 毕业设计和毕业论文是本科生培养方案中的重要环节。学生通过毕业论文，综合性地运用几年内所学知识去分析、解决一个问题，在作毕业论文的过程中，所学知识得到疏理和运用，它既是一次检阅，又是一次锻炼。通过这次检验，不但可以提高学生的综合训练设计能力、科研能力（包括实际动手能力、查阅文献能力，撰写论文能力）、还是一次十分难得的提高创新能力的机会，并从下个方面得到训练： （1）学会进行方案的比较和可行性的论证； （2）了解设计的一般步骤； （3）正确使用各种工具书和查阅各种资料； （4）培养发现和解决实际问题的能力。 利用所学的液压方面的知识，我选择这个课题为我的毕业设计，进行大胆的 尝试。设计中主要以课本和各种参考资料作为依据，从简单入手，循序渐进，逐 步掌握设计的一般方法，把所学的知识形成一个整体，以适应以后的工作需要。 当然，初次设计，知识有限，经验不足，一些问题考虑不周，也可能存在有某些
冲击式水轮机毕业设计任务书、基本资料和指示书 河海大学水电学院动力系 二○○六年三月
冲击式水轮机毕业设计 任务书 一、设计内容 根据给定的原始资料，对指定的电站、指定的原始参数进行该电站的机电初步设计，包括：电站装机机型的比较设计和参数选择，调节保证计算及调速设备选择，该电站的辅助系统设计和电气一次系统初步设计。 二、时间安排 1、电站装机机型比较设计4周 2、调节保证系统1周 3、辅助系统2周 4、专题 1.0周 5、电气部分2周 6、成果整理1周 7、评阅答辩1周 8、机动0.5周 总计12.5周 三、成果要求 1、设计说明书：说明设计思想，方案比较，参考资料及最终结果。 2、设计计算书：设计计算过程，计算公式，参数选取的依据，计算结果。 3、图纸：主机部分厂房纵剖图，配水环管装配图，水系统图，气系统图和油系统图，电气主接线图及专题部分图纸，规格为1号图，其中主机部分厂房纵剖图及配水环管图要求既要画出手工图纸又要CAD图，其他全部CAD图。 冲击式水轮机毕业设计 资本资料 一、田湾河电站 田湾河位于四川甘孜州康定县、雅安市石棉县境内，为大渡河中游的一级支流，发源于贡嘎山西侧，主源莫溪沟由北向南流，在魏石达先后有贡嘎沟和腾增沟分别自左、右岸汇入后始称田湾河。下行至界碑石进入石棉县境内并有环河自右岸汇入，经草科、田湾在两河口注入大渡河。 整个田湾河开发方案规划为干、支流“两库四级”开发。整个梯级从上至下依次由巴王海、仁宗海、金窝和大发四级水电站组成。业主提出整体开发田湾河的思想，计划在2007年内完成仁宗海、金窝、大发三个梯级水电站的建设。 仁宗海水库水电站位于康定县和石棉县交界处，工程为混合式开发。电站龙头水库坝址位于仁宗海口上游约400m处，水库正常蓄水位2930m，总库容1.09亿m3，调节库容0.91亿m3，水库具有年调节性能；引水隧洞长约7.5km；地下厂房厂址位于界碑石下游约650m，距田湾河河口约30km。仁宗海水库电站工程已于2003年开工，第一台机组计划投产日期2007
水轮机 水轮机+ 发电机：水轮发电机组 功能：发电 水泵+ 电动机：水泵抽水机组 功能：输水 水泵+ 水轮机：抽水蓄能机组。 功能：抽水蓄能 水轮发电机组：水轮机是将水能转变为旋转机械能，从而带动发电机发出电能的一种机械，是水电站动力设备之一。 第一节水轮机的工作参数 水轮发电机组装置原理图 定义：反映水轮机工作状况特性值的一些参数，称水轮机的基本参数。 由水能出力公式：N=9.81ηQH可知，基本参数：工作水头H(m)、流量Q(m3/s)、出力N(kw)、效率η，工作力矩M、机组转速n。 一、水头(head)：作用于水轮机的单位水体所具有的能量，或单位重量的水体所具有的势能，更简单的说就是上下游的水位差，也叫落差。142米 1. 毛水头(nominal productive head) H M=E U-E D=Z U - Z D 2. 反击式水轮机的工作水头
毛水头 - 水头损失=净水头 H G =E A - E B =H M - h I -A 3. 冲击式水轮机的水头 H G =Z U - Z Z - h I-A 其中Z U 和Z Z 分别为上游和水轮机喷嘴处的水位。 4. 特征水头(characteristic head) 表示水轮机的运行范围和运行工况的几个典型水头。 最大工作水头： H max =Z 正-Z 下min -h I-A 最小工作水头： H min =Z 死-Z 下max -h I-A 设计水头(计算水头) H r ：水轮机发额定出力时的最小水头。 平均水头： H av =Z 上av -Z 下av 二、流量(m 3/s)(flow quantity)：单位时间内通过水轮机的水量Q 。单机12.2m 3/s Q 随H 、N 的变化：H 、N 一定时， Q 也一定； 当H =H r 、N =N 额时，Q 为最大。 在H r 、n r 、N r 运行时，所需流量Q 最大，称为设计流量Q r 三、出力 (output and)：水轮机主轴输出的机械效率。N(KW)： 指水轮机轴传给发电机轴的功率。 水轮机的输入功率 (水流传给水轮机的能量),即水流效率，与a.作用于水轮机的有效水头；b.单位时间通过水轮机的水量，即流量Q ；c.水体容重γ成正比。其公式为：QH QH N w 8.9==γ γ指水体容重（即单位容积水所具有的重力，比重）： 水的比重=1000kg/m 3、G=9.8N/Kg γ=9800N/m 3 )(8.9)/(9800)/(9800)()/()/(33kw QH s J QH s m N QH m H s m Q m N N w ==?=??=γ 水轮机的输出功率：ηηQH N N w 8.9== 四、效率(efficiency )：输入水轮机的水能与水轮机主轴输出的机械能之比，又叫水轮机的机械效率、能量转换效率。η
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D1 (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D1 (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q v,r (19) 2.14确定水轮机允许吸出高度H s (20) 2.15计算水轮机的飞逸转速 (25) 2.16计算轴向水推力P oc (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) 3.5导水机构运动图的绘制步骤 (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) 7金属蜗壳强度计算 (63) 7.1金属蜗壳受力分析 (63) 7.2蜗壳强度计算 (63) 7.3计算程序及结果 (66) 8结论 (71)
- - - 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
摘要 葛洲坝电站是我国代表性的低水头大流量、径流式水电站，兼具发电、改善航道等综合效益。本次设计主要是通过查阅相关设计手册，对葛洲坝电站型号为ZZ560-LH-1130的轴流转桨式水轮机结构进行设计，主要内容包括水轮机总体结构设计、导水机构及其传动系统设计，水轮机部分零部件，例如主轴，导叶等零件的设计。 通过使用CAD绘图，本次设计过程更加便捷，设计成果更加精确。关键词：葛洲坝水电站，轴流式水轮机，转轮设计，结构设计， ABSTRACT
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
0000101AZ 水轮机安装说明书1/16 目录 1、安装前的准备工作 (2) 2、安装前厂房建筑应具备的主要条件 (2) 3、部件组装 (3) 3.1 尾水管组装 (3) 3.2 座环组装 (4) 3.3 转轮室预装 (4) 3.4 导水机构组装 (5) 3.5 转轮解体组装 (6) 3.6 预装主轴轴承 (7) 3.7 检测受油器 (7) 4、水轮机安装 (7) 4.1 安装尾水管 (7) 4.2 安装座环（整体吊装方案） (8) 4.3 安装座环（土办法安装） (9) 4.4 安装流道盖板基础 (13) 4.5 安装接力器 (13) 4.6 安装导水机构 (13) 4.7 安装主轴－轴承 (14) 4.8 安装转轮室下半部分 (15) 4.9 安装转轮 (15) 4.10 安装主轴密封和组合轴承密封 (15) 4.11 安装受油器 (15) 4.12 安装油、水、气管路及仪表管路 (16) 4.13 安装转轮室上半部分 (16) 4.14 安装地板扶梯及其它 (16)
0000101AZ 水轮机安装说明书2/16此文件仅对XX水轮机安装过程中的主要特点及特殊技术要求作简要说明， 其目的是提醒安装单位在安装水轮机的过程中应注意的事项，不包括为确保质量 所必须执行的全部内容，水轮机的安装还应满足GB8564?88《水轮发电机组安装 技术规范》和DL/T5038?94《灯泡贯流式水轮发电机安装工艺导则》要求。 1安 装 前 的 准 备 工 作 1.1 安装前安装人员应熟悉下列文件及规程： a.《水轮发电机组安装技术规范》GB8564?88及《灯泡贯流式水轮发电机安装工艺导 则》DL/T5038?94； b.本安装说明书； c.随机供给的图纸及图中规定的技术要求； d.水轮机其它技术文件； e.制造厂提供的试验及检查记录。 1.2 安装现场应清洁干净 ； 1.3 认真检查各大件的重量和起重设备能力，预先考虑大 件的起吊搬运方法； 1.4 按各部套的安装工具图纸，检查、熟悉制造厂提供的专用工具。 1.5 检查零部件的X、Y线、标记、编号。 2安装前厂房建筑应具备的主要条件 2.1一期混凝土工程已经完成并符合设计要求。 2.2预埋管件、地脚螺钉孔、各支墩尺寸、标高均符合设计要求。 2.3进水流道及尾水管混凝土应符合设计要求 。 3部件组装 3.1尾水管组装 尾水管分三节，即进口节（小节）、中间节和出口节（大节），每节分 三瓣，三节尾水管正立放置拼装焊接，整体翻身吊装就位。 3.1.1按照图纸制作并埋设一期埋件，包括基础板、锚钩等埋件。 3.1.2尾水管拼装平台制做： ?平台应该水平并且有足够大的面积； ?平台基础支撑应该用型钢； ?平台应该有很好的接地措施。 3.1.3在拼装平台上按照尾水管各节大口的图纸直径尺寸划线。 3.1.4吊装一瓣瓦片，大口朝下，沿着划的线就位，临时固定后，用千斤顶或楔子板调整瓦
一、工程背景及水轮机叶片简介 图1、为某型水轮机叶片的CAD模型。在发电工作工程中水流由进水口流向出水口，叶片承受水流的冲刷从而开始运动，这种运动通过传动轴传递到发电机，从而带动发电机工作发电。但是水轮机在工作仅仅一年多时间以后，就有数片叶片发生了疲劳断裂事故，使得水轮机不能正常工作发电，造成了一定的经济损失，同时也说明水轮机叶片在结构的设计方面确实存在不完善之处。然而，由于水轮机在水下进行工作，很难通过测量得方法获得叶片上应力和位移的分布情况，也就无法知道叶片为何会断裂，无法有效的改善叶片的几何结构。在这种情况下，长江水利委员会陆水枢纽局的委托我们对LS591水轮机叶片的进行Ansys有限元模拟计算，获得叶片的应力场和位移场的分布，从而为叶片断裂事故分析提供技术支持，并对叶片结构的改进提供具体方案。 传动轴 进水口出水口 图1、CAD模型
二、ANSYS简介及解题步骤 1、ANSYS简介 对于大多数工程技术问题，由于物体的几何结构比较复杂或则问题的某些特征是非线性的，我们很难求得其解析解。这类问题的解决通常具有两种途径：一是引入简化假设，但这种方法只是在有限的情况下是可行的。也正是因为这样，有限元数值模拟的技术产生了。有限元方法通过计算机程序在工程中得到了广泛的应用。到80年代初期，国际上较大型的面向工程的有限元通用软件达到了几百种，其中著名的有：ANSYS,NASTRAN,ASKA, ADINA,SAP等。其中，以ANSYS为代表的工程数值模拟软件，即有限元分析软件，不断的吸取计算方法和计算机技术的最新进展，将有限元分析、计算机图形学和优化技术相结合，已成为解决现代工程问题必不可少的有力工具。尤其是在某些环境中，样机试验是不方便的或者不可能的，而利用ANSYS软件，对这个问题有了很好的解决。本文中水轮机叶片是在水下的环境进行工作，测量很难进行，利用有限元软件ANSYS这个问题得到了很好的解决。 2、ANSYS分析步骤 ANSYS分析可以分为三个步骤： a、创建有限元模型
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 = = =
A access door 检修门 accessory 附件、零件 accuracy 准确性、精密度 acting head 有效水头 action turbine 冲击式水输机 action wheel 主动轮、冲击式水轮 active power 有功功率 Adjustable and fixed-blade propeller hydraulic turbine 轴流式水轮机adjustable blade propeller turbine 轴流转浆式水轮机 adjustable bolt 调整螺栓 adjustable clearance 可调间隙 adjustable ring 控制环 adjusting nut 调整螺母 adjusting screw 校正螺丝、调整螺丝 air conduit 通风道、风管 air cooler 空气冷却器 air cooling system 气冷系统 air currant 气流 air cylinder 气缸 air draft 通风道、排气道 air inlet 进气口 air-inlet valve 进气阀门 air-release valve 放气阀门 air valve 空气阀、气阀、气门 annual energy output 年发电量applied hydraulics 实用水力学 applied mechanics 应用力学 assemble 装配 assembler 装配工 assembler drawing 装配图 assembly shop 装配车间 automatic control 自动控制 automatic control valve 自动控制阀 automatic governor 自动调速器 automatic pressure reducing valve自动减压 阀 automatic regulation (autoregulation) 自动 调节 auxiliary apparatus 辅助设备 auxiliary equipment 辅助设备 auxiliary machinery 辅助机械 auxiliary station 辅电厂、辅厂房 available capacity 有效容量 available discharge (flow) 可用流量 available head 可用水头 available hydraulic head 有效水头 available power 可用出力 available storage 有效库容 average flow 平均流量 average head 平均水头 average over-all efficiency 平均总效率 average speed 平均速率、平均转速 average velocity 平均速度 axis 轴线 axial cam 轴向凸轮 axial flow 轴流 axial flow hydraulic turbine轴流式水轮机 axial force 轴向力 axial inflow velocity 轴向流入速度 B Babbitt 巴氏合金 Back view 后视图 Ball bearing 滚珠轴承、球轴承 Banki turbine 双击式水轮、彭基式水轮机 Base 基础、基线 Base flow 基本流量 Base level 基准面 Base line(basic line) 基线、底线 Bearing 轴承 Bearing pad 钨金轴承 Bearing body 轴承体 Bearing flange 轴承法兰 Bearing ring 轴承套圈 Blade 叶片 Blade seal ring 叶片密封装 Bolt 螺栓 Bolt pin 螺栓销 Bottom cover 底盖 Bottom outlet 泄水底孔 Bottom view 底视图 Brake 制动闸、制动器 Brake horse power(B.H.P.) 制动马力 Bucket（浇混凝土的）吊桶、（冲击式水轮 机的）水斗 Bulb tubular turbine 灯泡型贯流式水轮机 Buried depth 埋设深度 Buried penstock 埋藏式压力水管 Butterfly valve 蝴蝶阀 by-pass 支流，溢流渠，旁通管 by-pass tunnel 旁通隧洞 by-pass valve 旁通阀 C Cage screen 笼形拦污栅 Cam 凸轮 Calculated flow rate 计算流量 Capacity 容量，功率 cast-iron 铸铁，生铁 cast-steel 铸钢 cavitation 汽蚀 cavitation coefficient 汽蚀系数 cement 水泥 centrifugal nozzle 离心式喷嘴 centrifuge 离心机 chamber 室 characteristic curve 特性曲线 circulate circulation 循环，环流 circulating current 环流 circulating pipe 循环水管
毕业设计（论文） 开题报告 题目电站水轮机结构设计 专业热能与动力工程 班级 学生 指导教师
一、毕业设计（论文）课题来源、类型 本课题来源于越南DongNai5 水电项目，设计类型为水轮机结构设计。DongNai5电站，位于越南DongNai 省的DongNai 河。它配备了两台75MW混流式水轮发电机组，总装机容量150MW。电站预计2015年投入商业运行，年发电量达616万kW·h。该题目属于工程设计类题目。 二、选题的目的及意义 水轮机对于电站而言，是重中之重。它配合发电机组实现了，机械能转化为电能这一核心任务。因此，使水轮机最优化，对提高电站的效率至关重要。它的性能优劣,结构完善与否,直接涉及到水电事业发展的程度。进行水轮机的结构设计，综合考虑水轮机性能、效率、成本等，对学生个人也是一种总结和学习的过程的。通过水轮机结构设计，使得自己对大学所学的专业知识进一步掌握并运用，将书本知识实用化，为自己以后继续学习专业知识或者就业，有很大的帮助。 三、本课题在国内外的研究状况及发展趋势 电力是现代化工业生产和生活不可或缺的动力能量,水力发电是电力工业的一个门类。建国50多年来,我国的水电事业有了长足的发展,取得了令人瞩目的成绩。水电在我国的兴起是有其深刻的背景的。 我国河流众多,径流丰沛,落差巨大,蕴藏着丰富的水能资源。2000～2004年, 中国水电工程顾问集团公司组织了全国水力资源复查, 水电资源理论蕴藏量为6.94亿kW,年发电量6.08万亿kW·h, 其中技术可开发容量为5.42亿kW, 年发电量2.47万亿kW·h; 经
济可开发容量为4.02亿kW,年发电量1.75万亿kW·h。 首先,我国有大规模利用水能资源的条件和必要性。我国水能资源丰富,不论是水能资源蕴藏量,还是可能开发的水能资源,在世界各国中均居第一位。但是目前我国水能的利用率仅为13%,水力发电前景广阔。随着我国经济的快速增长,能源消耗总量也大幅度增长,煤炭、石油和天然气这些常规能源的消耗量越来越大,甚至需要依靠进口。 水力发电经过一个多世纪的发展,其工程建设技术、水轮发电机组制造技术和输电技术趋于完善,单机容量也不断增大。并且水力发电成本低廉,运行的可靠性高,故其发展极为迅速。近一个世纪,特别是建国以来,经过几代水电建设者的艰苦努力,中国的水电建设从小到大、从弱到强不断发展壮大。改革开放以来,水电建设更是迅猛发展,工程规模不断扩大。 据电工行业统计数据表明，2009年我国发电设备和大中型电机的产量分别为：水轮发电机组2303万kW，汽轮发电机8654万kW，成套发电设备11993万kW，大中型电机约为7500万kW，其中大型电机约为3000万kW（含风电1380万kw的70% ）。 调查表明，全世界发电设备市场的订货量从1991年的70GW 增加到了1996年的100GW，其中水电只占16%。在水电设备订货量方面，亚洲国家的订货量要占一半以上，如1996年的总订货量为18GW，其中中国占23%。 水轮机是一种流体机械。所谓流体机械就是以流体作为工作介质的机器。它是实现流体功能和热能转换的机械。( 热能转换的流体机械在此不作介绍) 。对于功和能转换的流体机械主要分为两大类,一类是流体能量对流体机械作功而提供动力; 另一类则是通过流体机械将原动力传递给流体, 使流体的能量得以提高。当然还有一种液力传动功能的机械( 如液力变矩器、液力耦合器以及流体与流体、流体与固体分离的机械) 也称为流体机械。 水力发电用的水轮机有着100 年以上的历史，一般认为是已
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