水轮机课程设计文档格式.doc
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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
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192.1m到最大工作水头220m。
同时:
在水轮机系列型谱表查出合适的机型中选取HL120(7×
600MW),HL110(10×
420MW)和HL160(7×
600MW)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HL160(7×
600MW)
3.1.1计算转轮直径
水轮机额定功率
去最优单位转速与功率限制线交点的单位流量为额定工况的单位流量,则对应的模型效率。
去效率修正值,则额定工况原型水轮机效率
。
水轮机转轮直径为
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=6m。
3.1.2计算水轮机效率
已知:
;
额定工况原型水轮机的效率为
3.1.3水轮机转速的计算与选择
式中
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
n为发电机同步转速,r/min;
p为发电机磁极对数。
磁极对数
3000/163.2=18.38,
则磁极对数取18、20。
分别求出下对应的单位转速,如表3所示:
表3各水头对应单位计算表
转速方案
67.4
68.9
69.9
72.2
60.7
62.0
62.9
64.9
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。
所以确定取第一种方案。
(2)水轮机计算点出力的校核
计算时的出力:
符合要求
3.1.4计算水轮机额定流量
3.1.5计算最大允许吸出高度
在额定工况下,模型水轮机的空化系数。
根据几个装有HL160转轮的电站调查,认为HL160转轮的电站空化系数应大于0.1为好,故空蚀安全系数取K=1.6。
E=2241.5m
3.1.6实际的水轮机额定水头
因不同的D1、n与水能预算Hr有差异
3.1.7计算水轮机实际额定流量
式中Hr采用上述(五)中的计算结果。
3.1.8计算飞逸转速
由HL160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
3.1.9计算轴向水推力
根据表4,HL160的转轮轴向水推力系数,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。
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
HL310
HL240
HL230
HL220
HL200
HL180
HL160
HL120
HL110
HL100
K
0.37~0.45
0.34~0.41
0.18~0.22
0.28~0.34
0.22~0.28
0.20~0.26
0.10~0.13
0.08~0.14
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
HL160(7×
HL120(7×
HL110(10×
420MW)
比转速(r/min)
160
120
110
额定功率(kw)
618557
432990
模型最优单位比转速(r/min)
67.5
62.5
61.5
模型额定工况单位流量()
0.68
0.38
0.28
转轮直径(m)
6
8
7
水轮机效率
0.931
0.924
0.906
转速n(r/min)
166.7
115.0
136.4
出力P(N)
额定流量()
350.5
348.2
196.4
吸出高度(m)
-13.8
-9.7
-3.97
单位飞逸转速(r/min)
127
100.4
93
飞逸转速(r/min)
314.0
186.1
197.1
实际额定水头(m)
198.9
232.7
实际额定流量()
343.7
343.0
209.0
轴向水推力(N)
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,第三种方案出力比额定小,且实际额定水头比最高水头大,故首先排除。
第一二种方案中,第一种方案效率比第二种高,且第一种方案转速比第二种的高,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。
第一种方案的出力也比第二种大。
综上所述,最佳方案为第一种方案。
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6HL160型水轮机等效率曲线计算表
(%)
P
(mw)
82
84
86
88
90
0.370
0.405
0.435
0.465
0.505
0.655
0.695
0.725
0.750
0.765
85.6
87.6
89.6
91.6
93.6
365
409
449
491
545
706
733
748
757
754
0.375
0.410
0.445
0.475
0.510
0.745
346
388
430
469
515
662
687
701
704
707
5%出力限制线上的点
89.4
0.665
93.0
712
89.5
0.666
93.1
669
0.385
0.415
0.450
0.480
0.520
322
355
394
476
608
622
635
642
640
0.395
0.425
0.500
0.535
318
350
392
431
451
552
598
611
613
612
0.667
93.2
607
0.670
586
4.2等吸出高度线的绘制
(1)求出各水头下的值,并在相应的模型综合特性曲线上查出水平线与各等气蚀系数线的所有交点坐标,读出、、的值,并由此计算出、P,填入表7中
(2)利用公式计算出相应于上述各的值,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7HL160型水轮机等吸出高曲线计算表
(m)
220
0.09
0.10
0.11
0.12
0.650
0.715
0.755
0.795
0.900
0.888
0.832
0.782
0.936
0.868
0.818
761
755
749
0.084
0.098
0.112
0.126
18.48
21.56
24.64
27.72
-10.97
-14.05
-17.13
-20.21
210.5
0.640
0.705
0.801
0.904
0.894
0.830
0.779
0.940
0.930
0.866
0.815
649
705
17.68
20.63
23.58
26.52
-10.17
-13.12
-16.07
-19.01
71.2
0.625
0.700
0.805
0.905
0.879
0.829
0.775
0.941
0.915
0.865
0.811
610
664
677
17.22
20.09
22.96
25.83
-9.71
-12.58
-15.45
-18.32
192.1
72.2
0.570
0.685
0.754
0.809
0.886
0.825
0.771
0.942
0.922
0.861
0.807
505
594
614
16.14
18.83
21.52
24.20
-8.6
-11.32
-14.01
-16.70
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192.1—220m,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9
蜗壳的进口流量
为蜗壳包角,对于金属蜗壳一般取,式中取
蜗壳的进口断面面积
进口断面的半径
从轴中心线到蜗壳外缘的半径:
——蜗壳座环外半径,由《混凝土蜗壳座环尺寸系列》(《水力机械》P162)查取座环的外径、内径分别为:
k=175mm;
r=500mm。
则
则当时,采用圆形断面。
定出各计算断面的角度,按下列公式计算各断面的尺寸:
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
2/C
1
5.1
7.422
0.9216
2.550
3.277
10.740
3.415
8.377
11.792
2
7.104
2.486
3.183
10.131
3.325
8.283
11.608
3
6.786
2.422
3.087
9.529
3.233
8.187
11.420
4
6.468
2.355
2.989
8.935
3.140
8.089
11.229
5
6.150
2.286
2.889
8.348
3.051
7.989
11.040
5.832
2.216
2.788
7.770
2.948
7.888
10.836
5.514
2.143
2.683
7.200
2.850
7.783
10.633
5.195
2.067
2.577
6.639
2.750
7.677
10.427
9
4.877
1.989
2.467
6.068
2.644
7.567
10.211
10
4.559
1.907
2.354
5.542
2.542
7.454
9.996
11
4.241
1.822
2.238
5.007
2.435
7.338
9.773
12
3.923
1.732
2.117
4.482
2.325
7.217
9.542
13
3.605
1.638
1.992
3.966
2.211
7.092
9.303
14
3.287
1.537
1.860
3.460
2.093
6.960
9.053
15
2.969
1.430
1.722
2.965
1.971
6.822
8.793
16
2.651
1.315
1.575
2.480
1.844
6.675
8.519
当时,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,按下列公式计算各断面的尺寸:
其中:
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
A
18
0.295
0.021
1.841
1.660
9.298
1.711
1.685
6.486
8.171
19
0.228
0.017
1.658
1.522
7.922
1.486
1.618
6.241
7.859
20
0.203
0.014
1.474
1.422
6.998
1.323
1.569
6.043
7.612
21
0.165
0.009
1.197
1.263
5.565
1.070
1.493
5.735
7.228
22
0.127
0.005
0.921
1.089
4.371
0.804
1.413
5.409
23
0.089
0.003
0.645
0.893
3.150
0.519
1.328
5.062
6.389
24
0.051
0.001
0.368
0.658
3.005
0.212
1.235
4.686
5.922
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。
对于的混流水轮机取;
对于的高水头混流式水轮机则可取。
而则
所以取。
6.2.2进口直锥段
进口直锥管是以垂直的圆锥形扩散管,为直锥管的进口直径。
可近似取转轮出口直径,即,进口锥管的单边锥角对混流式水轮机可取,则取。
6.2.3肘管
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