水轮机专业课程设计.docx

目 录

一、水轮机选型及参数计算
1.已知参数………………………………………………………………………1
2.水轮机型号选择………………………………………………………………1
3.水轮机基础参数计算…………………………………………………………1
二、水轮机运转特征曲线绘制
1.等效率曲线绘制……………………………………………………………3
2.等吸出高度线绘制……………………………………………………………4
3.出力限制线绘制………………………………………………………………5
三、蜗壳设计
1.蜗壳型式及基础参数选择…………………………………………………6
2.进口断面计算…………………………………………………………………6
3.圆断面计算……………………………………………………………………7
4.椭圆形断面计算………………………………………………………………8
四、尾水管设计
1.尾水管形式选择……………………………………………………………9
2.尾水管高度确实定……………………………………………………………9
3.尾水管各部分尺寸计算……………………………………………………9
蜗壳平面图…………………………………………………………………………10
蜗壳单线图…………………………………………………………………………11
尾水管图……………………………………………………………………………12

一、水轮机选型及参数计算
1.已知参数
装机容量580.00MW；装机台数4台；单机容量145MW；
=84.5m； =68.00m； =73.00m； =71.2m
水轮机安装高程580.00m
2.水轮机型号选择
=-20=-20=214.08（m·kw）
能够选择HL220型水轮机
3.水轮机基础参数计算
（1）计算转轮直径。水轮机额定出力：
KW
取最优单位转速71.0r/min和出力限制线交点单位流量为设计工况点单位流量，则（），对应模型效率暂取效率修正值，则设计工况原型水轮机效率，水轮机转轮直径为

取标准值=5m
该方案水头高于40m,故应使用金属蜗壳，则使用水轮机型号为
HL220-LJ-500
（2）效率 计算

（3）转速n计算

转速计算值介于发电机同时转速115.4至125（r/min）之间，但和115.4更靠近，故取水轮机转速n为115.4r/min
（4）水轮机设计流量计算

（5）几何吸出高度计算。在设计工况下，模型水轮机空化系数为，取。

则取吸出高度。
（5）水轮机工作范围检验
=1.05 (m/s)
最大、最小水头所对应单位转速

平均水头对应单位转速

在HL220型水轮机模型综合特征曲线图上，分别绘出，和为常数直线，依据图可得，效率在高效率区周围。所以该方案可行。

二、水轮机运转特征曲线绘制
1.等效率曲线绘制
原型水轮机效率

水轮机出力

由附表9（12页）查出并计算出P得到下表

H=68m n=69.97r/min
H=71.2m n=68.38r/min
H=73m n=67.53r/min
H=84.5m n=62.77r/min

P

P

P

P
0.82
0.844
0.63
73123.2
0.64
79588.25
0.65
83916.6
0.68
109331.2
0.84
0.864
0.67
79608.74
0.68
86566.37
0.69
91191.61
0.73
11.5
0.86
0.884
0.73
88745.7
0.73
95082.74
0.73
98711.37
0.78
131352.9
0.88
0.904
0.78
96969.51
0.77
102561.8
0.77
106475.9
0.84
144657.3
0.9
0.924
0.86
109280.5
0.85
115722.4
0.85
18.7
0.95
167220
0.9
0.924
1.11
141048.1
1.1
149758.4
1.09
154060.2
0.95
167220
0.88
0.904
1.17
145454.3
1.17
155840.7
1.16
160405.2
1.13
194598.5
0.86
0.884
1.22
148314.7
1.22
158905.4
1.22
164969.7
1.17
197029.3
0.84
0.864
1.26
149712
1.26
160402.4
1.26
166523.8
1.25
205738.9
0.82
0.844
1.3
150889.1
1.31
162907.2
1.31
169124.2
1.29
207407.7

2.等吸出高度线绘制

由附表9（12页）查出相关数据。
依据各工况点Hs 、P，绘出各水头下Hs=f（P）曲线。

P

H=84.5
n=62.77
0.1
0.89
0.914
0.86
10.14
149740.6
-0.78
0.11
0.9
0.924
0.97
10.985
170741.3
-1.625
0.12
0.88
0.909
1.03
11.83
177378.4
-2.47
0.13
0.885
0.909
1.1
12.675
190481
-3.315
0.14
0.872
0.896
1.15
13.52
196291.2
-4.16
H=73
n=67.53
0.1
0.894
0.918
0.84
8.76
117954.4
0.6
0.11
0.92
0.944
0.96
9.49
138623
-0.13
0.12
0.92
0.944
1.04
10.22
150174.9
-0.86
0.13
0.891
0.915
1.13
10.95
158158.2
-1.59
0.14
0.872
0.896
1.18
11.68
161726.8
-2.32
H=68
n=69.97
0.1
0.891
0.915
0.83
8.16
104441.1
1.2
0.11
0.92
0.944
0.95
8.84
123329.7
0.52
0.12
0.92
0.944
1.04
9.52
135013.6
-0.16
0.13
0.895
0.919
1.13
10.2
142812.5
-0.84
0.14
0.873
0.897
1.19
10.88
146795.1
-1.52

3.出力限制线绘制
求出和和相对应水轮机出力、，将点（，）、点（、）连成一条斜线，此线即为水轮机出力限制线。

η
Q
P
H=73
0.909
1.16
16.13
H=68
0.914
1.147
14.5

三、蜗壳设计
1.蜗壳型式及基础参数选择
本电站水头在40m以上，故选择金属蜗壳，包角选为345°。
取，查表得蜗壳流速系数K=0.87
取，，计算得到，
，得
，取0.2，计算得h=0.83m
2.进口断面计算
进口断面流量
（/s）
进口断面流速
（m/s）
进口断面面积
（）
进口断面半径
（m）
查表得D=7.75，K=0.15
（m）
进口断面中心距
（m）
进口断面外径
（m）

蜗壳系数

蜗壳常数

3.圆断面计算

rb

1
345
0.72
4.03
5.793
0.69
2.259253
2.978
8.869
3.09
7.01
10.1
2
330
0.69
4.03
5.541
0.69
2.202805
2.89
8.354
3.01
6.92
9.927
3
315
0.66
4.03
5.289
0.69
2.144872
2.801
7.846
2.92
6.83
9.753
4
300
0.63
4.03
5.038
0.69
2.08533
2.71
7.346
2.83
6.74
9.575
5
285
0.59
4.03
4.786
0.69
2.024037
2.618
6.853
2.75
6.65
9.394
6
270
0.56
4.03
4.534
0.69
1.960829
2.523
6.367
2.66
6.55
9.21
7
255
0.53
4.03
4.282
0.69
1.895514
2.427
5.889
2.56
6.46
9.022
8
240
0.5
4.03
4.03
0.69
1.827868
2.328
5.419
2.47
6.36
8.829
9
225
0.47
4.03
3.778
0.69
1.757619
2.226
4.957
2.38
6.26
8.632
10
210
0.44
4.03
3.526
0.69
1.684444
2.122
4.503
2.28
6.15
8.43
11
195
0.41
4.03
3.274
0.69
1.607941
2.014
4.057
2.18
6.04
8.223
12
180
0.38
4.03
3.023
0.69
1.527613
1.903
3.62
2.08
5.93
8.008
13
165
0.34
4.03
2.771
0.69
1.442818
1.787
3.192
1.97
5.82
7.787
14
150
0.31
4.03
2.519
0.69
1.352719
1.665
2.773
1.86
5.7
7.556
15
135
0.28
4.03
2.267
0.69
1.256175
1.537
2.364
1.75
5.57
7.315
16
120
0.25
4.03
2.015
0.69
1.151564
1.402
1.964
1.63
5.43
7.06
17
105
0.22
4.03
1.763
0.69
1.036448
1.255
1.576
1.5
5.29
6.79
18
90
0.19
4.03
1.511
0.69
0.906835
1.094
1.198
1.37
5.12
6.498

4.椭圆形断面计算
当计算圆形断面半径 时，蜗壳圆形断面不能和座环蝶形边相切，须由圆断面过渡到椭面断面。圆断面计算中，当= 90时， ，即 = 90时，蜗壳形状已经是椭圆形，即应按椭圆断面计算。
椭圆短半径：

和圆相同面积：

椭圆断面长半径
,
椭圆断面中心距

椭圆断面外径

计算结果以下表

1
90
0.1875
1.353
5.9635
1.40147
1.29491
4.9048
6.3063
2
75
0.1563
1.216
4.8558
1.33322
1.0674
4.6272
5.9605
3
60
0.125
1.068
3.798
1.26146
0.8282
4.3354
5.5969
4
45
0.0938
0.907
2.7944
1.18524
0.57414
4.0255
5.2107
5
30
0.0625
0.722
1.8514
1.10313
0.30042
3.6915
4.7946
6
15
0.0313
0.495
0.9801
1.01284
-0.0005
3.3243
4.3372

蜗壳图绘制于10、11页

四、尾水管设计
1.尾水管形式选择
大中型反击式水轮机组如采取直锥型尾水管，会带来大量挖深，考虑综合考虑经济性等原因，故本方案采取弯肘形尾水管。
2.尾水管高度确实定
依据
3. 尾水管各部分尺寸计算
查《水电站机电设计手册》表2-17得

2.6
4.5
2.72
1.35
1.35
0.675
1.82
1.22
肘管类型：标准混凝土肘管
适用范围：混流式

锥管段尺寸计算
取
肘管计算

出口扩散段

b =（0.1 ~ 0.15） 取b = 0.12 B5 = 1.63 m
R=（3 ~ 6）b 取R = 5b = 8.16 m
r =（0.2 ~ 0.3）b 取r = 0.25b = 0.41 m
取 l = 2.0D1 = 10.0 m

尾水管图绘制于12页