1、河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書(shū)設(shè)計(jì)原始資料一、 電站地理位置：位于華北地區(qū)。電站所在地海拔高程約930 m 。二、 樞紐任務(wù)：發(fā)電為主。三、 總裝機(jī)容量：P總=3000MW 保證出力：400MW四、 水輪機(jī)工作水頭 最大水頭Hmax=150m平均水頭Hav=130m 設(shè)計(jì)水頭Hr=120m 最小水頭Hmin=110m任務(wù)與要求一、水輪機(jī)部分1.水輪機(jī)型號(hào)選擇。2.應(yīng)用主要綜合特性曲線初步擬訂待選方案。3.通過(guò)初步分析比較淘汰明顯不合理的方案，保留兩個(gè)較好方案精選。4.精選過(guò)程進(jìn)行兩個(gè)方案的動(dòng)能經(jīng)濟(jì)比較。繪制運(yùn)行特性曲線，進(jìn)行機(jī)電設(shè)備的投資估算及土建工程比較5.確定最佳方案。并對(duì)其進(jìn)行如下計(jì)

2、算：水輪機(jī)飛逸轉(zhuǎn)速；軸向力；導(dǎo)葉高程，導(dǎo)葉最大及最優(yōu)開(kāi)度；蝸殼水力計(jì)算及單線圖；尾水管型式選擇及單線圖和主要剖面圖的繪制；對(duì)水輪機(jī)結(jié)構(gòu)的特殊要求。二、繪制水輪機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線；對(duì)發(fā)電機(jī)的型號(hào)進(jìn)行選擇；三、進(jìn)行蝸殼，尾水管的水力計(jì)算；四、利用DASP軟件對(duì)機(jī)組的振動(dòng)特性進(jìn)行分析。五、計(jì)算書(shū)和說(shuō)明書(shū)分別編寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算書(shū)和設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)各一分。計(jì)算書(shū)要求計(jì)算準(zhǔn)確，層次清晰，公式和系數(shù)選擇要求正確合理并標(biāo)明依據(jù)。說(shuō)明書(shū)要論證充分正確，結(jié)論清楚。書(shū)寫(xiě)字跡工整。，圖紙要符合標(biāo)準(zhǔn)，要求選擇一張用計(jì)算機(jī)繪制。說(shuō)明書(shū)附英文標(biāo)題與摘要。目 錄任務(wù)書(shū)1設(shè)計(jì)原始資料1任務(wù)與要求1目 錄2摘要4第一部分 水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)及

3、裝機(jī)初選方案的擬定6緒論6第一節(jié) 水輪機(jī)6第一章 初選方案的擬定71.1機(jī)組型式的確定71.2機(jī)組臺(tái)數(shù)確定71.3初選方案的選定71.4精選方案的確定81.4.1 方案的選擇計(jì)算81.4.2 方案II的選擇計(jì)算101.4.3方案III基本參數(shù)的確定121.4.4初選方案的分析及精選方案的確定13第二章 精選方案的比較142.1 運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線的計(jì)算與繪制142.1.1 等效率曲線的繪制142.1.2等吸出高度線的計(jì)算與繪制182.2 投資估算212.2.1 機(jī)電設(shè)備計(jì)算比較212.2.2 動(dòng)能經(jīng)濟(jì)比較222.2.3 土建工程比較222.2.4 最優(yōu)方案的確定及相關(guān)參數(shù)的確定222.2.5 最

4、優(yōu)方案的其他參數(shù)的確定。23第三章 最優(yōu)方案的蝸殼和尾水管的設(shè)計(jì)及其參數(shù)計(jì)算243.1蝸殼的水力計(jì)算243.1.1 蝸殼形式的確定243.1.2 金屬蝸殼設(shè)計(jì)243.2尾水管的水力設(shè)計(jì)293.2.1尾水管型式的選擇293.2.2 尾水管各部分尺寸的計(jì)算293.2.3 尾水管單線圖和剖面圖的繪制30第四章 發(fā)電機(jī)型號(hào)的選擇314.1 水輪發(fā)電機(jī)的主要參數(shù)314.1.1發(fā)電機(jī)的參數(shù)計(jì)算314.1.2估算定子鐵芯的內(nèi)徑及長(zhǎng)度314.2發(fā)電機(jī)外形尺寸估算334.2.1徑向尺寸估算334.2.2軸向尺寸估算344.3發(fā)電機(jī)選擇結(jié)果354.3.1發(fā)電機(jī)計(jì)算結(jié)果354.3.2選擇發(fā)電機(jī)的型式及冷卻方式354

5、.3.3發(fā)電機(jī)型號(hào)35第二部分 水輪機(jī)組振動(dòng)類(lèi)型與特征36緒論36第一章 水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)機(jī)理與特征371.1水力振動(dòng)371.2機(jī)械振動(dòng)401.3電磁振動(dòng)41第二章 DASP軟件簡(jiǎn)介43第三章 時(shí)域分析理論453.1震動(dòng)分析概述453.2時(shí)域分析453.3時(shí)域分析示例46第四章 消除振動(dòng)的措施48結(jié) 論50致 謝51參考文獻(xiàn)52摘要本設(shè)計(jì)著重闡述了水輪機(jī)型號(hào)的選擇，對(duì)蝸殼和尾水管的設(shè)計(jì)過(guò)程。第一部分是通過(guò)已知所給水電站的數(shù)據(jù)，擬定水輪機(jī)的初選方案，經(jīng)過(guò)比較，確定兩個(gè)精選方案，繪制它們的運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線圖，并進(jìn)行機(jī)電設(shè)備的投資估算及土建工程比較，最后確定最佳方案。然后對(duì)最佳方案的蝸殼和尾水管進(jìn)行

6、計(jì)算與繪制，并對(duì)水輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行選擇。第二部分是利用DASP軟件對(duì)機(jī)組的振動(dòng)特性進(jìn)行分析。關(guān)鍵詞：水輪機(jī)，蝸殼，尾水管，發(fā)電機(jī)選擇，DASPAbstractThis design focuses on the selection of turbine type of volute and tail pipe design process. The first part is the data given by hydropower known primaries scheme proposed turbine, by comparison, to determine the selection

7、of the two programs, drawing their integrated operation characteristic curve, and investment estimation and comparison of civil mechanical and electrical equipment, Finally, to determine the best solution. Then the optimal scheme of spiral and tail pipe calculation and rendering. The second part is

8、the use of the vibration characteristics DASP software unit for analysis.Keywords: turbine, volute, tail pipes, generators choice, DASP第一部分 水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)及裝機(jī)初選方案的擬定緒論 第一節(jié) 水輪機(jī)水輪機(jī)是一種把河流中蘊(yùn)藏的能量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的原動(dòng)機(jī)。水流流過(guò)水輪機(jī)時(shí)，通過(guò)主軸帶動(dòng)發(fā)電機(jī)將旋轉(zhuǎn)機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。水輪機(jī)按工作原理可分為沖擊式水輪機(jī)和反擊式水輪機(jī)兩大類(lèi)。沖擊式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪受到水流的沖擊而旋轉(zhuǎn)，工作過(guò)程中水流的壓力不變，主要是動(dòng)能的轉(zhuǎn)換；反擊式水輪

9、機(jī)的轉(zhuǎn)輪在水中受到水流的反作用力而旋轉(zhuǎn)，工作過(guò)程中水流的壓力能和動(dòng)能均有改變，但主要是壓力能的轉(zhuǎn)換。沖擊式水輪機(jī)按水流的流向可分為切擊式(又稱(chēng)水斗式)和斜擊式兩類(lèi)。斜擊式水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)與水斗式水輪機(jī)基本相同，只是射流方向有一個(gè)傾角，只用于小型機(jī)組。 反擊式水輪機(jī)可分為混流式、軸流式、斜流式和貫流式。在混流式水輪機(jī)中，水流徑向進(jìn)入導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，軸向流出轉(zhuǎn)輪；在軸流式水輪機(jī)中，水流徑向進(jìn)入導(dǎo)葉，軸向進(jìn)入和流出轉(zhuǎn)輪；在斜流式水輪機(jī)中，水流徑向進(jìn)入導(dǎo)葉而以傾斜于主軸某一角度的方向流進(jìn)轉(zhuǎn)輪，或以傾斜于主軸的方向流進(jìn)導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪；在貫流式水輪機(jī)中，水流沿軸向流進(jìn)導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪。 軸流式、貫流式和斜流式水輪機(jī)按其結(jié)構(gòu)還

10、可分為定槳式和轉(zhuǎn)槳式。定槳式的轉(zhuǎn)輪葉片是固定的；轉(zhuǎn)槳式的轉(zhuǎn)輪葉片可以在運(yùn)行中繞葉片軸轉(zhuǎn)動(dòng)，以適應(yīng)水頭和負(fù)荷的變化。 各種類(lèi)型的反擊式水輪機(jī)都設(shè)有進(jìn)水裝置，大、中型立軸反擊式水輪機(jī)的進(jìn)水裝置一般由蝸殼、固定導(dǎo)葉和活動(dòng)導(dǎo)葉組成。蝸殼的作用是把水流均勻分布到轉(zhuǎn)輪周?chē)．?dāng)水頭在40米以下時(shí)，水輪機(jī)的蝸殼常用鋼筋混凝土在現(xiàn)場(chǎng)澆注而成；水頭高于40米時(shí)，則常采用拼焊或整鑄的金屬蝸殼。 在反擊式水輪機(jī)中，水流充滿整個(gè)轉(zhuǎn)輪流道，全部葉片同時(shí)受到水流的作用，所以在同樣的水頭下，轉(zhuǎn)輪直徑小于沖擊式水輪機(jī)。它們的最高效率也高于沖擊式水輪機(jī)，但當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，水輪機(jī)的效率受到不同程度的影響。 反擊式水輪機(jī)都設(shè)有尾水管，

11、其作用是：回收轉(zhuǎn)輪出口處水流的動(dòng)能；把水流排向下游；當(dāng)轉(zhuǎn)輪的安裝位置高于下游水位時(shí)，將此位能轉(zhuǎn)化為壓力能予以回收。對(duì)于低水頭大流量的水輪機(jī)，轉(zhuǎn)輪的出口動(dòng)能相對(duì)較大，尾水管的回收性能對(duì)水輪機(jī)的效率有顯著影響。第一章 初選方案的擬定1.1機(jī)組型式的確定本水電站的工作水頭：最大水頭Hmax=150m平均水頭Hav=130m最小水頭Hmin=110m 設(shè)計(jì)水頭Hr=120m 根據(jù)水輪機(jī)類(lèi)型及應(yīng)用水頭范圍，可知，符合本水電站的水輪機(jī)類(lèi)型有混流式和斜流式水輪機(jī)。 斜流式水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工工藝要求和造價(jià)均較高；混流式水輪機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定且效率高，因而其應(yīng)用廣泛，所以選擇混流式水輪機(jī)作為本水電站的水輪

12、機(jī)機(jī)型。1.2機(jī)組臺(tái)數(shù)確定在選擇機(jī)組臺(tái)數(shù)時(shí)，應(yīng)從下面這幾個(gè)方面的因素確定： 成本。 運(yùn)行效率。 運(yùn)行維護(hù)。 電廠主接線。 電力系統(tǒng)。 設(shè)備制造、運(yùn)輸及安裝。1.3初選方案的選定按我國(guó)水輪機(jī)型譜推薦的設(shè)計(jì)水頭與比轉(zhuǎn)速的關(guān)系，水輪機(jī)的ns為： （m·kw） （1-1） 因此，以選擇比轉(zhuǎn)速在170(m·kw)左右的水輪機(jī)為宜。在水輪機(jī)型譜中，本水電站水頭段只有HL180/A194和HL180/D06A符合。其中HL180/A194最優(yōu)工況比轉(zhuǎn)速與ns較為接近，因此，初步擬定3種方案：表1-2初選方案擬定方案IIIIII機(jī)組臺(tái)數(shù)（臺(tái)）456單機(jī)容量（萬(wàn)·千瓦）756050

13、轉(zhuǎn)輪型號(hào)HL180/A194HL180/A194HL180/A1941.4精選方案的確定1.4.1 方案的選擇計(jì)算（1）轉(zhuǎn)輪直徑D1的計(jì)算： 水輪機(jī)額定出力: （kw） （1-2）查水電站設(shè)計(jì)手冊(cè)表1-4，得HL180水輪機(jī)的最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速n110 = 69 r/min。取最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速與出力限制線交點(diǎn)的單位流量為設(shè)計(jì)工況點(diǎn)的單位流量， 則Q11r = 0.745m3/s，對(duì)應(yīng)的模型效率= 0.90。暫取效率修正值= 3%，則設(shè)計(jì)工況下原型水輪機(jī)效率= M+= 0.90 + 0.03 = 0.93水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑D1為：（m）（1-3）按我國(guó)規(guī)定的轉(zhuǎn)輪直徑系列，計(jì)算值處于標(biāo)準(zhǔn)值9m和9.5m之間，本

14、機(jī)組屬于大型機(jī)組，故取非標(biāo)準(zhǔn)值D1 = 9.3m。（2）效率的計(jì)算：查水輪機(jī)附表6，得HL180型水輪機(jī)模型參數(shù)：轉(zhuǎn)輪直徑D1M = 0.35m，最優(yōu)工況下的最高效率M0 = 0.926。則可求出原型效率為： （1-4） （1-5）故限制工況原型水輪機(jī)效率為： （1-6）（3）同步轉(zhuǎn)速的選擇： （r/min） （1-7）查水輪機(jī)表66發(fā)電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)同步轉(zhuǎn)速，此計(jì)算值介于83.3與88.2（r/min）之間，且接近88.2 r/min，故取n=88.2 r/min（4） 水輪機(jī)設(shè)計(jì)流量的計(jì)算 設(shè)計(jì)工況點(diǎn)的單位流量為：（m3/s） （1-8）（m3/s） （1-9）（5） 計(jì)算水輪機(jī)的運(yùn)行范圍 最大、

15、最小和設(shè)計(jì)水頭所對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速：（r/min） （1-10） （r/min） （1-11）（r/min） （1-12）（6） 幾何吸出高度的計(jì)算為使水輪機(jī)盡可能不發(fā)生空化，取Hmin，Hr，Hmax三個(gè)水頭分別計(jì)算水輪機(jī)的允許吸出高度，以其中的最小值作為最大允許吸出高度。用（5）中計(jì)算的對(duì)應(yīng)工況點(diǎn)從模型綜合特性曲線上分別查得Hmin，Hr，Hmax所對(duì)應(yīng)的模型空化系數(shù)分別為0.075，0.068，0.069。 模型空化系數(shù) 空化系數(shù)修正值，查水輪機(jī)圖3-7得：=0.02。Hmin：Hs=（m） （1-13）Hr：Hs=（m） （1-14）Hmax：Hs=（m） （1-15）從三個(gè)吸出高度計(jì)算值

16、中取最小值-4.38m,再留一定的余量，取最大允許吸出高度為Hs=-4.5m1.4.2 方案II的選擇計(jì)算(1)轉(zhuǎn)輪直徑D1的計(jì)算：水輪機(jī)額定出力： （kw） （1-16）水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑D1為：（m）（1-17）按我國(guó)規(guī)定的轉(zhuǎn)輪直徑系列，計(jì)算值處于標(biāo)準(zhǔn)值8m和8.5m之間，計(jì)算直徑更接近8.5m，故取轉(zhuǎn)輪直徑D1 = 8.5m。（2）效率的計(jì)算：查水輪機(jī)附表6，得HL180型水輪機(jī)模型參數(shù)：轉(zhuǎn)輪直徑D1M = 0.35m，最優(yōu)工況下的最高效率M0 = 0.926。則可求出原型效率為： （1-18） （1-19）故限制工況原型水輪機(jī)效率為： （1-20）（3）同步轉(zhuǎn)速的選擇： （r/min） （

17、1-21）查水輪機(jī)表66發(fā)電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)同步轉(zhuǎn)速，此計(jì)算值介于93.8與100（r/min）之間，且接近93.8 r/min，故取n=93.8 r/min。（4）水輪機(jī)設(shè)計(jì)流量的計(jì)算 設(shè)計(jì)工況點(diǎn)的單位流量為：（m3/s） （1-22）（m3/s） （1-23）（5）計(jì)算水輪機(jī)的運(yùn)行范圍 最大、最小和設(shè)計(jì)水頭所對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速：（r/min） （1-24）（r/min） （1-25）（r/min） （1-26）（6）幾何吸出高度的計(jì)算為使水輪機(jī)盡可能不發(fā)生空化，取Hmin，Hr，Hmax三個(gè)水頭分別計(jì)算水輪機(jī)的允許吸出高度，以其中的最小值作為最大允許吸出高度。用（5）中計(jì)算的對(duì)應(yīng)工況點(diǎn)從模型綜合特性曲線

18、上分別查得Hmin，Hr，Hmax所對(duì)應(yīng)的模型空化系數(shù)分別為0.076，0.069，0.072。Hmin：Hs=（m） （1-27）Hr：Hs=（m） （1-28）Hmax：Hs=（m） （1-29）從三個(gè)吸出高度計(jì)算值中取最小值-4.83m,再留一定的余量，取最大允許吸出高度為Hs=-5m。1.4.3方案III基本參數(shù)的確定(1)轉(zhuǎn)輪直徑D1的計(jì)算： 水輪機(jī)額定出力： （kw） （1-30）水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑D1為：（m）（1-31）按我國(guó)規(guī)定的轉(zhuǎn)輪直徑系列，計(jì)算值處于標(biāo)準(zhǔn)值7.5m和8m之間，計(jì)算直徑更接近7.5m，故取轉(zhuǎn)輪直徑D1 = 7.5m。（2）效率的計(jì)算： （1-32） （1-33）

19、故限制工況原型水輪機(jī)效率為： （1-34）（3）同步轉(zhuǎn)速的選擇： （r/min） （1-35）查水輪機(jī)表66發(fā)電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)同步轉(zhuǎn)速，此計(jì)算值介于100與107.1（r/min）之間，且接近107.1 r/min，故取n=107.1 r/min。（4）水輪機(jī)設(shè)計(jì)流量的計(jì)算 設(shè)計(jì)工況點(diǎn)的單位流量為：（m3/s）（1-36）（m3/s） （1-37）（5）計(jì)算水輪機(jī)的運(yùn)行范圍 最大、最小和設(shè)計(jì)水頭所對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速（r/min） （1-38）（r/min） （1-39）（r/min） （1-40）（6）幾何吸出高度的計(jì)算為使水輪機(jī)盡可能不發(fā)生空化，取Hmin，Hr，Hmax三個(gè)水頭分別計(jì)算水輪機(jī)的允許吸出

20、高度，以其中的最小值作為最大允許吸出高度。用（5）中計(jì)算的對(duì)應(yīng)工況點(diǎn)從模型綜合特性曲線上分別查得Hmin，Hr，Hmax所對(duì)應(yīng)的模型空化系數(shù)分別為0.075，0.069，0.072。Hmin：Hs=（m） （1-41）Hr：Hs=（m） （1-42）Hmax：Hs=（m） （1-43）從三個(gè)吸出高度計(jì)算值中取最小值-4.83m,再留一定的余量，取最大允許吸出高度為Hs=-5m。1.4.4初選方案的分析及精選方案的確定 查HL220的模型綜合特性曲線，可以看出：?jiǎn)挝晦D(zhuǎn)速的變化范圍所包含的高效區(qū)中，方案I有一部分處于高效區(qū)范圍之外，方案II和方案III的大部分都處于高效區(qū)范圍，這兩種水輪機(jī)的平均效

21、率都較高。因此，保留方案II和方案III進(jìn)行精選。第二章 精選方案的比較2.1 運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線的計(jì)算與繪制2.1.1 等效率曲線的繪制 繪制等效率曲線的具體步驟為： （1）在水輪機(jī)工作水頭范圍內(nèi)(HminHmax)內(nèi)，取若干間隔均勻的水頭（一般取45個(gè)），計(jì)算各水頭所對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速n11M, 以各n11M值在模型綜合特性曲線上作水平線與其等效率線相交得一系列交點(diǎn)，根據(jù)交點(diǎn)處的Q11、計(jì)算出原型水輪機(jī)的效率和出力P，然后，作出各水頭的=f（P）曲線。 （2）在曲線=f（P）上的以某效率（例如=90%）作為水平線與各=f（P）曲線相交找出各點(diǎn)的H、P值。 （3）作PH坐標(biāo)系，并在其中繪出計(jì)算中所

22、選水頭值的水平線，將（2）中所得到的各點(diǎn)按其H、P值點(diǎn)到PH坐標(biāo)系中，連接各點(diǎn)即得到某效率值的等效率線。方案II和方案III等效率曲線的繪制均按上述步驟進(jìn)行，計(jì)算結(jié)果分別計(jì)于表2-1和表2-2中。等效率曲線圖分別繪制在圖2-1和圖2-2中，運(yùn)行特性曲線非別繪制在圖2-3和圖2-4中。計(jì)算公式：1、原型水輪機(jī)效率。 （2-1） 2、原型水輪機(jī)出力。 （2-2）表2-1 方案II等效率曲線計(jì)算表Hmin =110m n11M = 65.1（r/min）Hr = 120m n11M = 72.5（r/min）Q11PQ11P0.84 0.424 0.873 323544 0.84 0.410 0.8

23、73 354544 0.86 0.465 0.893 362959 0.86 0.450 0.893 398048 0.880.515 0.913 410990 0.880.495 0.913 447660 0.89 0.540 0.923 435661 0.89 0.520 0.923 475419 0.90 0.570 0.933 464847 0.90 0.550 0.933 508295 0.91 0.610 0.943 502800 0.91 0.580 0.943 541766 0.91 0.733 0.943 604184 0.91 0.730 0.943 681878 0.90

24、 0.756 0.933 616534 0.90 0.750 0.933 693130 0.89 0.778 0.923 627675 0.89 0.770 0.923 703986 0.88 0.793 0.913 632845 0.88 0.785 0.913 709925 0.86 0.817 0.893 637716 0.86 0.810 0.893 716487 0.84 0.843 0.873 643273 0.84 0.837 0.873 723788 5%出力限制線上5%出力限制線上0.900.741 0.938 607540 0.900.745 0.935 689985 Ha

25、v = 130m n11M = 69.9（r/min）Hmax = 150m n11M = 65.1（r/min）Q11PQ11P0.84 0.400 0.873 388223 0.84 0.395 0.873 426747 0.86 0.440 0.893 436829 0.86 0.445 0.893 491779 0.880.480 0.913 487214 0.880.478 0.913 540079 0.89 0.505 0.923 518204 0.89 0.500 0.923 571124 0.90 0.530 0.933 549750 0.90 0.525 0.933 6061

26、77 0.91 0.560 0.943 587093 0.91 0.640 0.943 746879 0.91 0.710 0.943 744351 0.91 0.695 0.943 811064 0.90 0.735 0.933 762389 0.90 0.720 0.933 831329 0.89 0.755 0.923 774740 0.89 0.744 0.923 849833 0.88 0.776 0.913 787662 0.88 0.764 0.913 863223 0.86 0.803 0.893 797213 0.86 0.815 0.893 900675 0.84 0.85

27、0 0.873 824975 0.84 0.843 0.873 910753 5%出力限制線上5%出力限制線上0.890.743 0.928 766557 0.880.742 0.893 820001 單位:P(萬(wàn)·千瓦)圖2-1方案 II 的等效率曲線圖2-3方案II的運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線表2-2方案III的等效率曲線計(jì)算表Hmin =110m n11M = 65.1（r/min）Hr = 120m n11M = 72.5（r/min）Q11PQ11P0.84 0.424 0.873 235646 0.84 0.410 0.873 250135 0.86 0.465 0.893 264

28、353 0.86 0.450 0.893 288254 0.880.515 0.913 299336 0.880.495 0.913 316564 0.89 0.540 0.923 317304 0.89 0.520 0.923 334761 0.90 0.570 0.933 338561 0.90 0.550 0.933 355307 0.91 0.610 0.943 366203 0.91 0.580 0.943 437779 0.91 0.733 0.943 440044 0.91 0.730 0.943 475401 0.90 0.756 0.933 449039 0.90 0.750

29、 0.933 487279 0.89 0.778 0.923 457153 0.89 0.770 0.923 498125 0.88 0.793 0.913 460919 0.88 0.785 0.913 505973 0.86 0.817 0.893 464466 0.86 0.810 0.893 527925 0.84 0.843 0.873 468514 0.84 0.837 0.873 533833 5%出力限制線上5%出力限制線上0.900.741 0.938 444847 0.900.745 0.935 496786 Hav = 130m n11M = 69.9（r/min）Hma

30、x = 150m n11M = 65.1（r/min）Q11PQ11P0.84 0.400 0.873 292755 0.84 0.395 0.873 354000 0.86 0.440 0.893 328678 0.86 0.445 0.893 398320 0.880.480 0.913 369643 0.880.478 0.913 444263 0.89 0.505 0.923 392565 0.89 0.500 0.923 472521 0.90 0.530 0.933 419712 0.90 0.525 0.933 501286 0.91 0.560 0.943 447349 0.9

31、1 0.640 0.943 535338 0.91 0.710 0.943 563042 0.91 0.695 0.943 678732 0.90 0.735 0.933 572334 0.90 0.720 0.933 695180 0.89 0.755 0.923 581298 0.89 0.744 0.923 706443 0.88 0.776 0.913 586202 0.88 0.764 0.913 718226 0.86 0.803 0.893 591620 0.86 0.815 0.893 726935 0.84 0.850 0.873 597649 0.84 0.843 0.87

32、3 752249 5%出力限制線上5%出力限制線上0.890.743 0.928 568518 0.880.742 0.893 710279 單位：P（萬(wàn)·千瓦）圖2-2方案 III 的等效率曲線圖2-4方案 III 的運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線2.1.2等吸出高度線的計(jì)算與繪制計(jì)算與繪制Hs步驟：（1）計(jì)算各水頭相應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速n11M，在模型綜合特性曲線上過(guò)各n11M作水平線與各等線相交，記下各交點(diǎn)的、Q11、M值。（2）根據(jù)吸出高度計(jì)算式： （2-3） 計(jì)算各點(diǎn)Hs，并計(jì)算各點(diǎn)出力P。（3）根據(jù)各工況點(diǎn)的Hs、P，繪出各水頭下的Hs=f（P）曲線。方案II和方案III等吸出高度線的計(jì)算和繪

33、制均按上述步驟進(jìn)行，計(jì)算結(jié)果分別計(jì)于表2-3和表2-4中。等吸出高度線圖分別繪制在圖2-5和圖2-6中。表2-3方案II等吸出高度線計(jì)算表HMQ11（+）HPHSHmax=150mn11=76（r/min）0.060.9050.938 0.62812767019 -3.03 0.070.9040.937 0.75313.5918710 -4.53 0.080.8730.906 0.80015943761 -6.03 0.100.8300.863 0.85218957402 -9.03 0.120.7950.828 0.89021959542 -12.03 Hr=120mn11=72.8（r/m

34、in）0.060.9200.953 0.6489.6804103 -0.63 0.070.9050.938 0.74510.8909919 -1.83 0.080.8720.905 0.79612938006 -3.03 0.100.8330.866 0.85014.4958475 -5.43 0.120.8060.839 0.88216.8963550 -7.83 Hmin=110mn11=65.1（r/min）0.040.8920.925 0.4806.6578132 2.37 0.050.9080.941 0.5557.7680027 1.27 0.060.9150.948 0.6508

35、.8802353 0.17 0.070.9000.933 0.7089.9860119 -0.93 0.080.8820.915 0.76011905479 -2.03 0.100.8350.868 0.82413.2931302 -4.23 0.120.8090.842 0.85715.4939586 -6.43 單位：P（千瓦）、H（m）、HS（m）圖2-5方案 II 的等吸出高度線表2-3方案III等吸出高度線計(jì)算表HMQ11（+）HPHSHmax=150mn11=76.6（r/min）0.060.9100.943 0.6201259.2696 -0.03 0.070.9040.937

36、0.75513.571.7158 -4.53 0.080.8730.906 0.8201575.3131 -6.03 0.100.8300.863 0.8551874.8006 -9.03 0.120.7950.828 0.892174.7048 -12.03 Hr=120mn11=74（r/min）0.060.9150.948 0.6409.661.5059 -0.63 0.070.9040.937 0.75010.871.2409 -1.83 0.080.8730.906 0.8001273.4762 -3.03 0.100.8330.866 0.84014.473.7438 -5.43

37、0.120.8000.833 0.88816.874.9871 -7.83 Hmin=110mn11=70.4（r/min）0.050.8850.918 0.5007.746.5309 1.27 0.060.9300.963 0.6508.863.4553 0.17 0.070.9050.083 0.7359.969.8906 -0.93 0.080.8750.908 0.7901172.7179 -2.03 0.100.8370.870 0.84613.274.6136 -4.23 0.120.8070.840 0.87615.474.5954 -6.43 單位：P（千瓦）、H（m）、HS（

38、m）圖2-6方案 III 的等吸出高度線2.2 投資估算2.2.1 機(jī)電設(shè)備計(jì)算比較方案II：（1）根據(jù)水電站設(shè)計(jì)手冊(cè)電氣一次的發(fā)電機(jī)部分，推薦使用傘式發(fā)電機(jī)組。（2）發(fā)電機(jī)總重估算：查水電站設(shè)計(jì)手冊(cè)知 （2-4） GF發(fā)電機(jī)總重量（t）。 Sn發(fā)電機(jī)額定容量（k·VA）。 nn額定轉(zhuǎn)速（rpm）。 K系數(shù)，對(duì)傘式發(fā)電機(jī)取79，本電站取K=8。 方案II發(fā)電機(jī)重量為：（t） （2-5）（3）水輪機(jī)總重量估算： 查水電站設(shè)計(jì)手冊(cè)水利機(jī)械圖2-55，得水輪機(jī)總重量GS= 2250t（4）方案II的機(jī)電總投資P計(jì)算為： 水輪機(jī)材料按每噸2.5萬(wàn)計(jì)，發(fā)電機(jī)按每噸4萬(wàn)計(jì)。則 (億元) （2-6

39、）方案III：（1）根據(jù)水電站設(shè)計(jì)手冊(cè)電氣一次的發(fā)電機(jī)部分，推薦使用傘式發(fā)電機(jī)組。（2）發(fā)電機(jī)總重估算：（t） （2-7）（3）水輪機(jī)總重量估算： 查水電站設(shè)計(jì)手冊(cè)水利機(jī)械圖2-55，得出水輪機(jī)總重量GS= 1600t（4）方案的機(jī)電總投資P計(jì)算為： (億元) （2-8）兩方案比較：方案II和方案III的機(jī)電設(shè)備投資相差不多。2.2.2 動(dòng)能經(jīng)濟(jì)比較在設(shè)計(jì)水頭Hr下，水輪機(jī)額定功率P為：方案II：（萬(wàn)·千瓦） （2-9） PPr=60（萬(wàn)·千瓦）方案III：（萬(wàn)·千瓦） （2-10） PPr=50（萬(wàn)·千瓦）兩種方案的設(shè)計(jì)水頭下的功率均大于水輪機(jī)的額定功

40、率，符合設(shè)計(jì)要求。2.2.3 土建工程比較就單臺(tái)水輪機(jī)比較：方案II的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑較方案III的大1.0m，所以廠房水下部分的開(kāi)挖量方案II大于方案III。對(duì)于方案II的5臺(tái)機(jī)組和方案III的6臺(tái)機(jī)組而言，廠房水下部分的總的開(kāi)挖量和廠房水上部分主廠房等的總面積比較，方案II比方案III總體來(lái)說(shuō)要少很多。2.2.4 最優(yōu)方案的確定及相關(guān)參數(shù)的確定方案II和方案III的機(jī)電投資基本相同，動(dòng)能經(jīng)濟(jì)符合要求，但方案II比方案III的土建工程開(kāi)挖量及廠房面積少，所以將方案II作為最佳選擇方案。最優(yōu)方案的基本參數(shù)：（1）轉(zhuǎn)輪直徑D1= 8.5 m。（2）轉(zhuǎn)速n= 93.8 r/min。（3）限制工況下水

41、輪機(jī)效率=0.934。（4）水輪機(jī)設(shè)計(jì)流量Q r = 554 m3/s。（5）幾何吸出高度Hs =5 m。2.2.5 最優(yōu)方案的其他參數(shù)的確定。（1）飛逸轉(zhuǎn)速n r計(jì)算。查HL180水輪機(jī)模型飛逸特性曲線，得最大導(dǎo)葉開(kāi)度下單位飛逸轉(zhuǎn)速n11r =127.5 r/min。則n r為：（r/min） （2-11)（2）軸向水推力F t的計(jì)算：N （2-12)K = 0.2 0.28。取 K = 0.25。（3）導(dǎo)葉高程。因?yàn)镠S=3.27m，=930m得 : b0=0.2D1=1.7m （2-13）所以，導(dǎo)葉高程m （2-14）（4）導(dǎo)葉最大及最優(yōu)開(kāi)度的確定。查HL180綜合特性曲線，得出：模型水

42、輪機(jī)導(dǎo)葉的最大開(kāi)度a0max= 28 mm，最優(yōu)開(kāi)度a0= 24 mm。則原型水輪機(jī)導(dǎo)葉的最大開(kāi)度： mm （2-15）最優(yōu)開(kāi)度： mm （2-16） 第三章 最優(yōu)方案的蝸殼和尾水管的設(shè)計(jì)及其參數(shù)計(jì)算3.1蝸殼的水力計(jì)算3.1.1 蝸殼形式的確定 大中型水輪機(jī)的蝸殼，當(dāng)最大水頭在40m以下時(shí)，一般用混凝土蝸殼；40m以上時(shí)鋼板焊接蝸殼。由于本電站水頭在40m以上，故選用金屬蝸殼，包角選為345o 。3.1.2 金屬蝸殼設(shè)計(jì) （1）參數(shù)的選擇。 1、取 2、金屬蝸殼座環(huán)尺寸的確定 ； D a 座環(huán)外環(huán)直徑。 D b 座環(huán)內(nèi)環(huán)直徑。 R a 固定導(dǎo)葉外切圓半徑。 r a 蝶形邊錐角頂點(diǎn)所在的半徑。

43、 則 m （3-1） m （3-2） K=0.10.2，這里取K=0.153、， （3-3） K修正系數(shù)，K=0.10.2，取K=0.15 得 b0 = 2.975 m。 b0 座環(huán)高度，即導(dǎo)葉高度。 h = + 參數(shù)，= 0.1 0.2，取=0.15。 h 蝶形邊至導(dǎo)水機(jī)構(gòu)水平中心線高度。則 m （3-4）（2）進(jìn)口斷面計(jì)算。進(jìn)口斷面流量Q0： （m3/s） （3-5）進(jìn)口斷面流速V0：查水利機(jī)械圖2-21得蝸殼進(jìn)口斷面的平均流速V0=10.5m/s進(jìn)口斷面面積F： （m2） （3-6）進(jìn)口斷面半徑： （m） （3-7）進(jìn)口斷面中心距a0：查表，得 K = 0.15， Da = 13.6 m

44、。所以 （m） （3-8）（m） （3-9）進(jìn)口斷面外徑R0： （m） （3-10）蝸殼系數(shù)C： （3-11）（3）圓斷面計(jì)算。相關(guān)公式： i取不同的值，計(jì)算結(jié)果記于表3-1。蝸殼圖繪制于附圖7和附圖8。表3-1 金屬蝸殼圓形斷面尺寸計(jì)算表斷面號(hào)ir0h2XX2iaiRi13450.788 6.950 10.951 2.6812.876 3.664 13.422 4.013 10.614 14.627 23300.754 6.950 10.475 2.681 2.792 3.545 12.570 3.906 10.495 14.401 33150.719 6.950 9.999 2.681 2.705 3.424 11.727 3.796 10.374 14.170 43000.685 6.950 9.523 2.681 2.616 3.301 10.895 3.684 10.251 13.935 52850.651 6.950 9.047 2.681 2.523 3.174 10.073 3.571 10.124 13.695 627