水电站大作业

水轮机选型大作业 指导老师：程永光 姓名：陈健华 班级：水电五班 学号：2010301580319 10级水电五班 陈健华

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目录

目录 .............................................................................. 0 一．基本资料及任务 .................................................... 2 二．水轮机比较与选择 ................................................ 3 2.1 水轮机型号初选 ...................................................... 3 2.2水轮机比较 .............................................................. 3 2.2.1混流A253-46型水轮机 ........................................ 3 2.2.2混流A502-35型水轮机 ........................................ 7 2.2.3 两种方案的比较分析 ........................................... 9 2.3 主要结论 ................................................................. 9 三． 蜗壳及尾水管尺寸计算 ......................................... 9 3.1蜗壳断面尺寸计算 ............................................. 10 3.2 尾水管选型及计算 ............................................................................ 12 3.3蜗壳和尾水管的单线图的绘制 ............................................. 13 四．原型运转综合特性曲线的绘制 ................................................... 14

4.1等水头线的绘制.................................................................................... 14 4.2 等效率线的绘制................................................................................... 19 4.3出力限制线的绘制 ............................................................................. 20 4.4等吸出高度线的绘制 ....................................................................... 21 4.5运转综合特性曲线 ............................................................................. 23

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一．基本资料及任务

某坝后式电站，总装机容重为120MW，初拟装四台机组，电站最大水头Hmax=140m，最小水头Hmin=100m，加权平均水头Hav=116m，计算水头Hr＝110m，下游水位-流量曲线如下表所列：

表 1 下游水位-流量关系

要求：

（l）确定水轮机类型及装置方式；

（2）确定水轮机转轮直径D1及转速n，校核水轮机的工作范围和计算水头下的额定出力；

（3）计算在设计水头下，机组发出额定出力时的允许吸出高Hs，并算出此时水轮机的安装高程。问此工况是否是气蚀最危险工况？为什么？

（4）采用圆形断面的金属蜗壳，最大包角φmax＝345°，导水叶高度b0=0.224D1。请计算蜗壳及尾水管轮廓尺寸。并用CAD绘出蜗壳、尾水管单线图。

（5）将模型综合特性曲线转换成原型运转综合特性曲线。

? 本题是一个水轮机选型的综合题，本题的任务要求有： ? 选择水轮机的台数和单机容量；

? 选择水轮机的牌号、型号及装置方式；

? 确定水轮机的直径、转速、吸出高及安装高程； ? 确定蜗壳及尾水管尺寸；

? 绘制水轮机运转综合特性曲线； ? 选型设计已经收集的基本资料： （1） 水能规划资料

? 装机容量：总装机容量为120MW,初拟四台机组；

? 各种代表水头：Hmax=140m, Hmin=100m, Hav=116m, Hr＝110m； ? 下游水位与流量关系曲线（表1）。 （2） 水轮机产品技术资料

? 水轮机的系列型谱：附件中包括轮系的水头适用范围、最优工况和限制

工况下的单位转速、单位流量和模型汽蚀系数。

? 同步转速n：机组的同步转速与发电机的磁极对数有关，磁极对数只能

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是一对一对的，在选择水轮机转速是必须套用同步转速。n=3000/p(r/min)。

? 某一轮系的模型综合特性曲线（包括飞逸特性曲线）。

二．水轮机比较与选择

2.1 水轮机型号初选

在水轮机型号选择中，起主要作用的是水头，每一种水轮机都有一定的水头使用范围。上限是由其结构强度和气蚀条件决定的，一般不允许超出。而下限是由经济条件决定的。Hmax不能超过该轮系的适用水头的上限；Hav、Hr在适用水头范围之内。若两种型号都适用，则需要进行对比分析和计算。问题条件中已经给出了电站的最大水头Hmax=140m，最小水头Hmin=100m，加权平均水头Hav=116m，计算水头H＝110m。于是，可以根据水头数据参考水轮机的系列型谱选择水轮机类型。

查《中小型混流式、轴流式水轮机模型参数表》有多种选择方案，为了便于比较分析本文初步选择水轮机型号为A253-46和A502-35。两种机型均为混流型，装置方式采用立轴布置。

2.2水轮机比较

2.2.1混流A253-46型水轮机

1．转轮直径D1的计算

由公式N?9.81QH??9.81Q1 D12HH?可得到D1的计算公式为：

D1?N(公式1) 3 29.81Q1H?注意几个参数的取值：

? N取水轮机额定出力Nr，Nr?Nf/?f，Nf是发电机的额定出力（机组

容量）；?f是发电机效率，查资料可取为96%；所以求得Nr=31.25MW。 ? H取设计水头Hr=110m。

? Q1'取限制工况下的单位流量Q1'max，查型谱表得Q1'max=0.805m3/s,

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?M=88.6%。

? 效率???M???，这一步需要试算，初步估计???1.4%，则

???M????90%。

由以上参数可以计算出D1=1.95m，对照标准直径去定D1；通常是选用相近而偏大的标准直径，以便使水轮机有一定的富裕容量。所以选择D1=2.0m。

2. 转速的计算

n1'H水轮机转速的计算公式为：n?（公式2）

D1参数取值：

? 已知D1=2.0m。

? H取Hav=116m；即在运行过程中出现最多的水头。

''''? n1'选用原型最优单位转速n10；初步假定n10?n10M= 63(r/min)，n10M为模

型的最优单位转速。

由以上参数，计算出n=339.3(r/min)，按照标准选取转速，选取与之相近且偏大的同步转速333.3(r/min)，p=9。

3. 效率及单位参数修正

查表可得A253-46型水轮机在最优工况下的模型最高效率为?Mmax?92%，模型转轮直径为D1M=0.46m，原型效率

?max?1?(1??Mmax)5D1m（公式3） D1于是，求得?max?94.0%，效率修正值为????max??Mmax=2%。考虑到模型与原型水轮机在制造工艺质量上的差异，常在已求得的??值中再减去一个修正值?。现在取??0.6%，则可得到效率修正值为???1.4%，由此可得原型水轮机在最优工况和限制工况下的效率为

?max?nMmax????92%?1.4%?93.4%

??nM????88.6%?1.4%?90%（与上述假设相同）

单位转速的修正值按下式计算：

'?n1'?n10M(?max/?Mmax?1)（公式4-1）

?n1'则：'?(?max/?Mmax?1)?0.934/0.92?1?0.76%（公式4-2）

n10M?n1'由于'?3.0%，按规定单位转速可不加修正，同时，单位流量Q1'也可以

n10M不加修正。

'''由上可见，原先假定的??90%,Q1'?Q1max,n10?n10M是正确的，所以上述计

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