水轮机课程设计样本

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 ）

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 中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

因此转速不用修正。

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

s m H D Q Q r r 32211101.478720.715.1=??==

当n=83.3r/min 时，最大水头、最小水头和平均水头对应的单位转速

min)/(04.649

.820.73.83max 1min 11r H nD n =?== m in)/(14.6743

.750.73.83111r Ha nD n a =?== min)/(87.7507.590.73.83min 1max 11r H nD n ===

? 当n=88.2r/min 时，最大水头、最小水头和平均水头对应的单位转速

min)/(81.679

.820.72.88max 1min 11r H nD n =?== min)/(09.7143

.750.72.88111r H nD n p a =?== m in)/(33.8007.590.72.88m in 1max 11r H nD n =?==

综上所述，参数绘制在HL220综合曲线上以检验水轮机高效率运行区域的高低，选择高效率较高的88.2min r .

5、水轮机计算点出力的校核

计算r H 时的出力：

r P H >?=????==kw 1011.32.907215.10.71.89Q 9.81D P 5.512.51r 1121η

符合要求

6、计算水轮机实际额定流量r Q