微型水轮机结构设计

毕业设计（论文）

指导书

题 目 专 业 班 级 学 生 指导教师

年

年热能与动力工程专业

水轮机结构设计指导书

一、水轮机型号及参数

水轮机型号及参数详见任务书

二、水轮机总体结构设计

根据给定的水轮机型号、机组布置型式和转轮直径等参数，确定水轮机的主要特征尺寸。

1.确定转轮的流道尺寸； 2.确定导叶高度及分布圆直径； 3.确定座环高度；

4.根据水轮机的出力、转速，估算主轴直径；

5.参照现有资料，分别设计转轮、导叶、座环、顶盖、底环、基础环、主轴等部件的结构；

6.参照现有资料，分析各种主轴密封的结构特点，选择合适的主轴密封； 7.参照现有资料，分析各种水导轴承的结构特点，选择合适的水导轴承； 8.参照现有资料，根据顶盖、主轴密封、水导轴承的结构，合理布置控制环的结构；

9.参

第1章

概论

（一） 单项选择题

1．水轮机的工作水头是（ ）。

（A）水电站上、下游水位差

（B）水轮机进口断面和出口断面单位重量水流的能量差 2．水轮机的效率是（ ）。

（A）水轮发电机出力与水流出力之比 （B）水轮机出力与水流出力之比 3．反击式水轮机是靠（ ）做功的。

（A）水流的动能 （B）水流的动能与势能 4. 冲击式水轮机转轮是（ ）。

（A）整周进水的 （B）部分圆周进水的 5．喷嘴是（ ）水轮机的部件。

（A）反击式 （B）冲击式 （二）填空题

1．水电站中通过 把水能转变成旋转机械能，再通过 把旋转机械能转变成电能。 2．水轮机分为 和 两大类。 3．轴流式水轮机分为 和 两种。

4．水轮机主轴的布置形式有 和 两种。 5．冲击式水轮机有

第一章 原始资料与设计任务

1.1毕业设计(论文)使用的原始资料(数据)

1.1.1工程基本概况

HTS电站位于云南德宏傣族景颇族自治州盈江县境内的大盈江干流下游河段。电站厂房距盈江县城42km，距昆明786km。

本电站为引水式电站。主体建筑物由首部枢纽、有压引水隧洞、钢管道和厂区枢纽组成。

电站引水道系统布置在大盈江左岸，引水道总长约280m，采用一管三机引水方式，由电站进水口、压力引水隧洞、洞内压力管道组成，为有压引水系统。其中压力引水隧洞长202m，直径为8.8m；压力引水总钢管长42m，直径为8.8m； 支管42米（至蝶阀止），直径按进水蝶阀直径定。 本电站装机有如下方案： 1.1.2 电站基本参数

1、 水位 （1）上游水位,

正常蓄水位 788m 死水位 781m （2）厂房尾水位-流量关系

表1-1 厂房尾水位-流量关系

水位(m) 738.2 739 4.65 743.5 520 740．5 741 62.1 744 600 100 741.5 175 742 230 742.5 330 流量(m3/s) 0 水位(m) 743 流量(m3/s) 40

1、水轮机工作水头：水轮机水头是水轮机进口断面和出口断面之间水流能量的差值（落差）

2、水轮机的效率：由于水流流经水轮机进行能量交换时会产生一定的损耗，因此水流流经水轮机的出力会小于水流出力，水轮机出力和水流出力之比称为水轮机的效率。

3、水轮机蜗壳包角:蜗壳从进口起到鼻端（末端）为止的环绕水轮机座环的总角度。 4、水轮机吸出高度:水轮机叶片背面压力最低点K到下游水面的垂直高度。符号：Hs，单位：m。

5、水轮机单位转速、单位流量、单位功率

单位转速 n11 ：表示D1=1m，Hηs=1m时该水轮机实际转速 单位流量Q11 ：表示D1=1m，Hηs=1m实际有效流量

单位功率N11 ：表示同系列的水轮机D1=1m，有效水头Hηs=1m时水轮机的出力 6、空化现象：当液体温度一定时，降低压力到某一临界压力时，液体也会汽化或溶解于液体中的空气发育形成空穴，这种现象称为空化。空化过程可以发生在 液体内部，也可以发生在固定边界上。

7、空蚀现象：空蚀是指由于空泡的溃灭，引起过流表面的材料损坏。在空泡溃灭过程中伴随着机械、电化、热力、化学等过程的作用。

8、空化和空蚀的关系：空蚀是空化的直接后果，先空化后空蚀，空化可以发生在液体内部，也可以发生在

1、水轮机工作水头：水轮机水头是水轮机进口断面和出口断面之间水流能量的差值（落差）

2、水轮机的效率：由于水流流经水轮机进行能量交换时会产生一定的损耗，因此水流流经水轮机的出力会小于水流出力，水轮机出力和水流出力之比称为水轮机的效率。

3、水轮机蜗壳包角:蜗壳从进口起到鼻端（末端）为止的环绕水轮机座环的总角度。 4、水轮机吸出高度:水轮机叶片背面压力最低点K到下游水面的垂直高度。符号：Hs，单位：m。

5、水轮机单位转速、单位流量、单位功率

单位转速 n11 ：表示D1=1m，Hηs=1m时该水轮机实际转速 单位流量Q11 ：表示D1=1m，Hηs=1m实际有效流量

单位功率N11 ：表示同系列的水轮机D1=1m，有效水头Hηs=1m时水轮机的出力 6、空化现象：当液体温度一定时，降低压力到某一临界压力时，液体也会汽化或溶解于液体中的空气发育形成空穴，这种现象称为空化。空化过程可以发生在 液体内部，也可以发生在固定边界上。

7、空蚀现象：空蚀是指由于空泡的溃灭，引起过流表面的材料损坏。在空泡溃灭过程中伴随着机械、电化、热力、化学等过程的作用。

8、空化和空蚀的关系：空蚀是空化的直接后果，先空化后空蚀，空化可以发生在液体内部，也可以发生在

1、水轮机的基本工作参数都有哪些？

答：水头、流量、转速、出力、效率（每写对一个得2分）

2、水轮机的编号规则？

类型 比转速表示水轮型号 主轴布置形式 引水形式 以厘米表示的转轮直径（每写对一个得2分）

3、试简述一元理论，二元理论，三元理论。

一元理论：采用无穷叶片数及轴面速度沿过流断面均匀分布假定，流动状态只是转面流线长度坐标的函数。

二元理论：放弃一元理论中两个基本假设中的一个。

三元理论：完全放弃一元理论的两个基本假设，直接研究三维流场。 4、什么是蜗壳的最大包角、水轮机比转速、单位流量？

答：蜗壳最大包角指蜗壳的进口端面到蜗壳的鼻端所围成的角度。

水轮机比转速是指水轮机在水头为1m，出力为1kw时所具有的转速。

单位流量是指水轮机标称直径为1m，有效水头为1m时所具有的的流量。 5、按水流流经导叶与水轮机轴线的相对位置，导水机构可分为哪几种形式？ （1）径向式导水机构，水流方向与主轴垂直 （2）轴向式导水机构，水流方向与主轴平行 （3）斜向式导水机构，水流方向与主轴相交

6、水轮机的几个典型工作水头如何定义？

最大水头：是允许水轮机运行的最大净水头。

最小水头：是保证水轮机安全、稳定运行的的最小净水

浅谈水轮机选型计算

张 彪

(南宁广发重工集团发电设备公司 广西 南宁 530031)

摘要：简单介绍了水轮机的形式、适用范围、特点、水轮机选型的步骤、蜗壳、尾水管的尺寸计算及调速设备和油压装置的选择方法。阐述水轮机各种机型特点及水轮机技术参数之间的相互关系。 关键词：水轮机选型、蜗壳、尾水管、进水阀门、调速器、油压装置

原则

选型计算的一般原则概括为以下几点：

①所选定的水轮机应有较高的效率。不仅要选择效率高的转轮型号，而且还要根据水轮机的模型综合曲线和真机工作特性曲线选择工作范围最好的转轮，以保证水轮机运行时有较高的工作效能； ②所选定的水轮机转轮直径应较小。较小的转轮直径将使机组获得较高的转速，从而缩小机组尺寸，降低机组造价。 ③所选定的水轮机应有良好的汽蚀性能和工作稳定性(压力脉动小)。

④优先考虑套用已有型号转轮直径接近的机组。 内容

(1)、确定机组台数及单机容量 (2)、选择水轮机型式（型号）

(3)、确定水轮机参数D1、Q、n、Hs、ns、F、Z0、do。 (4)、绘制水轮机运转特性曲线

(5)、估算水轮机的外形尺寸、重量及价格、蜗壳、尾水管的形式、尺寸、调速器及油压装

置选择

(6)、根据选定水

浅谈水轮机选型计算

张 彪

(南宁广发重工集团发电设备公司 广西 南宁 530031)

摘要：简单介绍了水轮机的形式、适用范围、特点、水轮机选型的步骤、蜗壳、尾水管的尺寸计算及调速设备和油压装置的选择方法。阐述水轮机各种机型特点及水轮机技术参数之间的相互关系。 关键词：水轮机选型、蜗壳、尾水管、进水阀门、调速器、油压装置

原则

选型计算的一般原则概括为以下几点：

①所选定的水轮机应有较高的效率。不仅要选择效率高的转轮型号，而且还要根据水轮机的模型综合曲线和真机工作特性曲线选择工作范围最好的转轮，以保证水轮机运行时有较高的工作效能；

②所选定的水轮机转轮直径应较小。较小的转轮直径将使机组获得较高的转速，从而缩小机组尺寸，降低机组造价。

③所选定的水轮机应有良好的汽蚀性能和工作稳定性(压力脉动小)。

④优先考虑套用已有型号转轮直径接近的机组。 内容

(1)、确定机组台数及单机容量 (2)、选择水轮机型式（型号）

(3)、确定水轮机参数D1、Q、n、Hs、ns、F、Z0、do。 (4)、绘制水轮机运转特性曲线

(5)、估算水轮机的外形尺寸、重量及价格、蜗壳、尾水管的形式、尺寸、调速器及油压装

置选择

(6)、根据选定水

第二章 水轮机的主要类型及 其构造第一节水轮机的工作参数一.水轮机的工作水头：1 .定义： 水轮机的工作水头是指参与水轮机能量转换的水头。 2 .计算： 根据定义水轮机的工作水头 H ( m )应 为水轮机进口断面(B-B)和尾水管出 口断面(C-C)处单位重量水流能量之 差。(采用下游水面为基准面) H=EB – Ec

H=Hm-hA-B (1-10) Hm:水电站的毛水头，即上下游水位之差(也称为 静水头) (1-10)式表明水轮机工作水头即等于水电站毛水 头扣除压力引水系统中水头损失后的净水头，这也 就是水轮机利用的有效水头。

3.表明水轮机运行工况及运行范围的其他特 征水头：最大水头Hmax、最小水头Hmin、加权平均水头Ha、 设计水头(也称计算水头)Hr 其中：①加权平均水头Ha是指水电站在运行期间出 现次数最多、经历时间最长的水头，通常是指电能 或时间加权的平均水头。可由计算的资料确定： H t H t N 或 H H t t Na

i i

i

a

i

i

i i

i

式中ti,Ni—水头Hi出现时相应的持续时间和出力 ②设计水头Hr是指水轮机在发出额定出力时所需要 的最小水头，它与水轮机的受阻容量有关，经分析 比较确定。

二.流量1.定

摘 要

本次毕业设计的主要内容是对越南DongNai5电站水轮机进行结构设计。设计主要途径是在给定DongNai5电站水轮机型号和转轮标称直径等基本参数的前提下，通过查阅相关资料进行结构设计。以CAD软件为平台，绘制总装配图、导水机构装配图、导叶布置图和控制环零件图。

关键词：DongNai5电站，水轮机结构，CAD

ABSTRACT

The main contents of this graduation adsign are the Vietnam DongNai5 hydropower plant hydraulic turbine structural design.The main way of design is with the basic paramrters of DongNai5 hydropower plant model and runner nominal diameter and accessing relevant information for the structural design.Drew general assembly drawings, water guide mechanism assem