径流式叶轮机设计实验

“叶轮机设计与实验” 教学实验指导书

教学实验名称：叶轮机设计与实验

Turbomachinery Design and Experiment

学分/学时：0.5/16

适用专业：航空发动机设计、交通运输工具

先修课程和环节：航空发动机原理、叶轮机械原理

一、实验目的

1） 2）

掌握离心式压气机和向心式涡轮的基本气动设计方法； 掌握离心式压气机和向心式涡轮的基本性能测量。

二、实验内容及基本原理

实验内容

应用所学过的叶轮机原理基本知识，进行离心式压气机和向心式涡轮的气动设计，包括：压气机和涡轮共同工作参数确定、压气机和涡轮进出口速度三角形设计、叶型（中弧线）设计、转子和静子叶片数目确定等。加工和制作试验用压气机和涡轮，并进行压气机/涡轮的增压比/落压比、流量和转速等叶轮机基本性能参数的测量。

基本原理

1) 基本方程：

Δh=Lu =ω(r2C2u -r1C1u)

方程给出了气流经过以角速度ω旋转的叶栅时的滞止焓的变化,Cu表示气流的周向分速度，该方程基于简单力学原理并且假定流动过程为绝热过程。当气流通过静子叶栅

*

时（ω=0），滞止焓不

热能与动力工程专业毕业设计（论文）

毕业设计（论文）

题 目 炳灵水电站 的设计 专 业 热能与动力工程 班 级 学 生 指导教师

2011 年

1

炳灵水电站的设计

炳灵水电站的设计

摘 要

炳灵水电站是黄河龙羊峡至青铜峡段水电开发规划中的第13个梯级水电站。电站总装机容量24万千瓦，共安装5台4.8万千瓦灯泡贯流式水轮发电机组，年均发电量9.74亿千瓦时。

本次毕业设计通过查阅贯流式水轮机相关资料，首先对炳灵水电站转轮型号为GZHK-1RT-WP-620的贯流式水轮机进行设计，包括水轮机总体结构的设计，并对其中的主要零件进行设计优化。绘制出了总装配图，导水机构装配图，主轴零件图，操作油管装配图和导叶臂零件图。其次进行了电气一次部分的设计，设计选择了电气主接线形式，进行短路电流计算和电气主设备选择，绘制出电气主接线图。

本设计相关知识涉及水轮机结构、水电厂电气部分，机械制图以及贯流式水轮发电机组等部分，此外，还包括其相关的设计思路及方

（19）中华人民共和国国家知识产权局

（12）发明专利申请

（10）申请公布号

CN105688298A

（43）申请公布日 2016.06.22（21）申请号CN201610020923.2

（22）申请日2016.01.13

（71）申请人山东大学

地址250061 山东省济南市历下区经十路17923号

（72）发明人刘淑琴;边忠国

（74）专利代理机构济南圣达知识产权代理有限公司

代理人赵敏玲

（51）Int.CI

A61M1/12;

权利要求说明书说明书幅图

（54）发明名称

新式内叶轮轴流式血泵

（57）摘要

本发明公开了一种新式内叶轮轴流式血

泵，包括一个壳体，在壳体的血液进口端和血液

出口端设有前导叶和后导叶，在前导叶和后导叶

之间轴向设置一个叶轮，在叶轮的径向方向和轴

向方向设有保持叶轮径向和轴向悬浮的轴承；在

壳体的外圈设有电机线圈，在叶轮的外圈设有与

电机线圈相对的电机磁铁；所述前导叶、后导叶

和叶轮的中心形成血液第一流道，为主流道。叶

第一章 灯泡贯流式水轮机的结构

灯泡贯流式水轮机是贯流式水轮机的主要类型之一。1919年初，美国工程师哈尔扎(Harza)首先提出其设计理念。经过瑞士爱舍维斯公司(Escher Wyss)公司近20年的研究，于1936年研制成功，并开始生产。该水轮机应用水头一般在25m以下，主要应用于潮汐电站，近年来逐渐应用到江河上的低水头电站。贯流式水电站是开发低水头水力资源较好的方式。它与中、高水头水电站和低水头立轴的轴流式水电站相比，具有如下显著的特点。 1．效率高、结构简单、施工方便

贯流式水轮发电机组从进水到出水方向基本上轴向贯通，不拐弯，流道尺寸大而短，过流通道的水力损失少，效率高，结构简单，施工方便。 2．尺寸小

贯流式水轮机有较大的比转速，所以在水头和功率相同的条件下，贯流式水轮机的直径要比转桨式水轮机的小10％左右。 3．土建投资少

贯流式水电站的机组结构紧凑，与同一容量的轴流转桨式机组相比，其尺寸较小，可布置在坝体内，取消了复杂的引水系统，可以减少厂房的建筑面积，减少电站的开挖量和混凝土用量。根据有关资料分析，土建费用可以节省20％～30％。 4．运行方式多

贯流式水轮机适合作可逆

17MW凝汽式汽轮机设计任务书

目 录

第一章 17MW凝汽式汽轮机设计任务书…………………………………………2 第二章 多级汽轮机热力计算………………………………………………………3 第三章 通流部分选型及热力计算………………………………………………12 第四章 压力级的计算……………………………………………………………19 第五章 整机校核……………………………………………………………27 参考文献.........................................................28

17MW凝汽式汽轮机设计任务书

第一章 17MW凝汽式汽轮机设计任务书

1.1 设计题目 ： 17MW凝汽式汽轮机热力设计 1.2 设计任务及内容

根据给定条件完成汽轮机各级尺寸的确定及级效率和内功率的计算。在保证运行安全的基础上，力求达到结构紧凑、系统简单、布置合理、使用经济性高。

汽轮机设计的主要内容： 1.确定汽轮机型式及配汽方式；

2.拟定热力过程及原则性热力系统，进行汽耗量于热经济性的初步计算； 3.确定调节级型式、比焓降、叶型及尺寸等； 4.确定压力级级数，进行比焓降分配；

5.各级详细热力计算，确定各级通流部分

第三章

轴流压气机的工作原理

五、超声速进口气流在平面叶栅中的流动特征 现阶段进口气流的相对速度马赫数大于1.0情况只 发生压气机的转子上，即动叶进口气流的相对马赫 数 M w1>1.0。 在目前的轴流压气机技术水平的条件下，动叶进 口气流的轴向速度马赫数 M c1a仍然小于1.0。 这样，叶片对气流的扰动(激波和膨胀波)可以 传播到叶栅进口(额线)以前并影响栅前流场。

第三章

轴流压气机的工作原理

第三章

轴流压气机的工作原理

减少D点以前的型面转折角度数 ，可以降低D点处的 Ma数，从而可有效降低激波造成的流动损失。

方法是将叶型的吸力面进口段设计成： 小转折角(多圆弧叶型) 零转折角(平直进口段叶型) 负转折角的型面(预压缩叶型) Ma1> 1.6 Ma1 < 1.2~ 1.6

第三章

轴流压气机的工作原理

(来流Mw1不变)

反压 p 2 对超声速叶栅流动特征的影响

第三章

轴流压气机的工作原理a、反压降低 b、反压提高

激波脱体后，反压的信息能够前传，滞止流线的位 臵开始下移，激波造成的总压损失增大和槽道激波 处流通面积的减小使得流量开始减小；

第三章

轴流压气机的工作原理

(反压p2不变)

来流Ma数对超声速叶栅流动特征的影响

第三章

轴流压气机的工

17MW凝汽式汽轮机设计任务书

目 录

第一章 17MW凝汽式汽轮机设计任务书…………………………………………2 第二章 多级汽轮机热力计算………………………………………………………3 第三章 通流部分选型及热力计算………………………………………………12 第四章 压力级的计算……………………………………………………………19 第五章 整机校核……………………………………………………………27 参考文献.........................................................28

17MW凝汽式汽轮机设计任务书

第一章 17MW凝汽式汽轮机设计任务书

1.1 设计题目 ： 17MW凝汽式汽轮机热力设计 1.2 设计任务及内容

根据给定条件完成汽轮机各级尺寸的确定及级效率和内功率的计算。在保证运行安全的基础上，力求达到结构紧凑、系统简单、布置合理、使用经济性高。

汽轮机设计的主要内容： 1.确定汽轮机型式及配汽方式；

2.拟定热力过程及原则性热力系统，进行汽耗量于热经济性的初步计算； 3.确定调节级型式、比焓降、叶型及尺寸等； 4.确定压力级级数，进行比焓降分配；

5.各级详细热力计算，确定各级通流部分

水电站课程设计

一：计算水轮机安装高程

参考教材，立轴混流式水轮机的安装高程Zs的计算方法如下：

Zs????Hs?b0/2

式中??为设计尾水位，取正常高尾水位1581.20m；b0为导叶高度，1.5m；

Hs为吸出高度，m。

其中，Hs?10.0???(?m???)H 900式中，?为水轮机安装位置的海拔高程，在初始计算时可取为下游平均水位的海拔高程，设计取1580m；

?m为模型气蚀系数，从该型号水轮机模型综合特性曲线（教材P69)查得?m=0.20，

??为气蚀系数的修正值，可在教材P52页图2-26中查得??=0.029；

H为水轮机水头，一般取为设计水头，本设计取H=38m。水头Hmax及其对应工况的?m进行校核计算。

Hs?10.0?1580??(?m???)H=10.0--(0.2+0.029)?38=-0.458 900900Zs????Hs?b0/2=1581.20-0.458+1.5/2=1581.49m。

二：绘制水轮机、蜗壳、尾水管和发电机图

2.1水轮机的计算

图1.1 转轮布置图

如图所示，可得HL240具体尺寸：

表1.11 转轮参数表

D1 D2 D3 D4 D5 D6 b0 h1 h2 h3

作业条件和要求

设计参数 进气总压 进气总温 质量流量 总增压比 绝热效率 气体常数 定压比热

*=101325.0 Pa P0*=288.15 K T0G=550 kg/s

*=1.5 ?k*=0.90 ?kR= 287.06 J/kg/K

Cp= 1004.7 J/kg/K

比热比 k = 1.4 确定（说明理由）

转速，流道几何，各排叶片参数的展向分布（最少根、中、尖三个截面）：叶片

尾缘半径，D因子，压比，效率，轮缘功，子午速度，相对速度，绝对速度，相对气流角，绝对气流角，静压，静温，总压，总温，密度，各叶片的基元几何（最少根、中、尖三个截面）

叶轮机高等气动力学

大作业

——风扇设计

院（系）名称 专业名称 学

号

学生姓名

一、控制方程

（1）连续性方程

积分形式的连续性方程（对展向计算站而言）

G??VA?KG?FG?2?R??tip?hubFG?Wxd?

sin(???)

cos?（2）运动方程

以焓熵形式描述的展向平衡方程

?Wx?FW1x?F2/Wx ??F1??DlnWxsin??tg??sin?cos??cos(???)cos?

rmcos???dx?vu?(vur)?i*?s? F2?cos?

作业条件和要求

设计参数 进气总压 进气总温 质量流量 总增压比 绝热效率 气体常数 定压比热

*=101325.0 Pa P0*=288.15 K T0G=550 kg/s

*=1.5 ?k*=0.90 ?kR= 287.06 J/kg/K

Cp= 1004.7 J/kg/K

比热比 k = 1.4 确定（说明理由）

转速，流道几何，各排叶片参数的展向分布（最少根、中、尖三个截面）：叶片

尾缘半径，D因子，压比，效率，轮缘功，子午速度，相对速度，绝对速度，相对气流角，绝对气流角，静压，静温，总压，总温，密度，各叶片的基元几何（最少根、中、尖三个截面）

叶轮机高等气动力学

大作业

——风扇设计

院（系）名称 专业名称 学

号

学生姓名

一、控制方程

（1）连续性方程

积分形式的连续性方程（对展向计算站而言）

G??VA?KG?FG?2?R??tip?hubFG?Wxd?

sin(???)

cos?（2）运动方程

以焓熵形式描述的展向平衡方程

?Wx?FW1x?F2/Wx ??F1??DlnWxsin??tg??sin?cos??cos(???)cos?

rmcos???dx?vu?(vur)?i*?s? F2?cos?