水電站課程設(shè)計(jì)1

學(xué) 院： 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)：

摘 要

本說(shuō)明書(shū)共七個(gè)章節(jié)，主要介紹了大江水電站水輪機(jī)選型，水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線的繪制，蝸殼、尾水管的設(shè)計(jì)方案和工作原理以及調(diào)速設(shè)備和油壓裝置的選擇。主要內(nèi)容包括水電站水輪機(jī)、排水裝置、油壓裝置所滿足的設(shè)計(jì)方案及控制要求和設(shè)計(jì)所需求的相關(guān)輔助圖和設(shè)計(jì)圖。系統(tǒng)的闡明了水電站相關(guān)應(yīng)用設(shè)備和輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)方案的步驟和圖形繪制的方法。

關(guān)鍵詞：

水輪機(jī)、綜合運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線圖、蝸殼、尾水管、調(diào)速器、油壓裝置。

【abstract】

Curriculum project of hydrostation is a important course and practical process in curriculum provision of water-power engineering major . There are seven contents and specialized knowledge in the curriculum project , which make students not to adapt themselves quickly to complete the design . In this paper , characteristic of the curriculum project is analyzed , causes of inadaptation to the curriculum project in students are found , rational guarding method are proposed , and a example of applying the guarding method is given . The results show that using provided method to guard student design is a good method , when teaching mode and time chart are given , students are guarded from mode of thinking and methodology , and design step are discussed and given . After the curriculum project of hydrostation , the capability of students to solve practical engineering problems is improved , and the confidence to engage in design is strengthened .

【Keyword】

Curriculum project of hydrostation ; guarding method ; mode of thinking ; methodology; design step.

目 錄

第一節(jié) 基本資料 ……………………………………………………4

1.1基本資料 1.2設(shè)計(jì)內(nèi)容

第二節(jié) 機(jī)組臺(tái)數(shù)與單機(jī)容量的選擇 ……………………………………4

2.1 機(jī)組臺(tái)數(shù)的選擇 2.2www.msguai.com 單位容量的選擇

第 三 節(jié) 水輪機(jī)型號(hào)、裝置方式、轉(zhuǎn)輪直徑、轉(zhuǎn)速、及吸出高度與安

裝高程的確定 ………………………………………………5

3.1 HL240型水輪機(jī) 3.2 ZZ440型水輪機(jī) 3.3 兩種方案的比較分析

第四節(jié) 水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線的繪制 …………………………11

4.1 基本資料

4.2 等效率曲線的計(jì)算與繪制 4.3 出力限制線的繪制 4.4 等吸出高度線的繪制

第五節(jié) 蝸殼設(shè)計(jì) …………………………………………………………13

5.1 蝸殼型式選擇 5.2 主要參數(shù)確定

5.3 蝸殼的水力計(jì)算及單線圖，斷面圖的繪制

第六節(jié) 尾水管設(shè)計(jì) ………………………………………………………16

6.1 尾水管型式的選擇

6.2 尺寸確定及繪制平面剖面單線圖

第七節(jié) 調(diào)速設(shè)備的選擇 ………………………………………………17

7.1 調(diào)速器的計(jì)算 7.2 接力器的選擇 7.3 調(diào)速器的選擇 7.4 油壓裝置的選擇

參考資料 …………………………………………………………………18

注：本設(shè)計(jì)中，所有的輔助圖都在1號(hào)AutoCAD（附圖 水電站水輪機(jī)選型）中。

大江水電站水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)

第一節(jié) 基本資料

1.1 基本資料

大江水電站，最大凈水頭Hmax=35.87m，最小凈水頭Hmin=24.72m，設(shè)計(jì)水頭Hp=28.5m，電站總裝機(jī)容量NHs> -4m。

裝

=68000KW，尾水處海拔高程▽=24.0m，要求吸出高

1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容

水輪機(jī)是水電站中最主要的動(dòng)力設(shè)備之一，它關(guān)系到水電站助工程投資、安全運(yùn)行、動(dòng)能指標(biāo)及經(jīng)濟(jì)效益等重大問(wèn)題，正確地進(jìn)行水輪機(jī)選擇是水電站設(shè)計(jì)中的主要任務(wù)之一。本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容有：

(1) 確定機(jī)組臺(tái)數(shù)與單機(jī)容量。 (2) 確定水輪機(jī)的型號(hào)與裝置方式。 (3) 確定水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪直徑與轉(zhuǎn)速。 (4) 確定水輪機(jī)的吸出高度與安裝高程。 (5) 繪制水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線。 (6) 確定蝸殼、尾水管的型式與尺寸。 (7) 選擇調(diào)速器與油壓裝置。

第二節(jié) 機(jī)組臺(tái)數(shù)與單機(jī)容量的選擇

水電站的裝機(jī)容量等于機(jī)組臺(tái)數(shù)和單機(jī)容量的乘積。根據(jù)已確定的裝機(jī)容量，就可以擬訂可能的機(jī)組臺(tái)數(shù)方案，當(dāng)機(jī)組臺(tái)數(shù)不同時(shí)，則單機(jī)容量不同，水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪直徑、轉(zhuǎn)速也就不同，有時(shí)甚至水輪機(jī)型號(hào)也會(huì)改變，從而影響水電站的工程投資、運(yùn)行效率、運(yùn)行條件以及產(chǎn)品供應(yīng)。選擇機(jī)組臺(tái)數(shù)與單機(jī)容量時(shí)應(yīng)遵守如下原則：

2.1 機(jī)組臺(tái)數(shù)的選擇

2.1.1機(jī)組臺(tái)數(shù)與機(jī)電設(shè)備制造的關(guān)系

機(jī)組臺(tái)數(shù)增多，單機(jī)容量減少，尺寸減小，制造及運(yùn)輸較易，這對(duì)制造能力和運(yùn)輸條件較差的地區(qū)有利的，但實(shí)際上說(shuō)，用小機(jī)組時(shí)單位千瓦消耗的材料多，制造工作量大，所以最好選用較大容量的機(jī)組。 2.1.2機(jī)組臺(tái)數(shù)與水電站投資的關(guān)系

當(dāng)選用機(jī)組臺(tái)數(shù)較多時(shí)，不僅機(jī)組本身單位千瓦的造價(jià)多，而且相應(yīng)的閥門(mén)、管道、調(diào)速設(shè)備、輔助設(shè)備、電氣設(shè)備的套數(shù)增加，電氣結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，廠房平面尺寸增加，機(jī)

組安裝，維護(hù)的工作量增加，因而水電站單位千瓦的投資將隨臺(tái)數(shù)的增加而增加，但采用小機(jī)組時(shí)，廠房的起重能力、安裝場(chǎng)地、機(jī)坑開(kāi)挖量都可以縮減，因而有減小一些水電站的投資，在大多數(shù)情況下，機(jī)組臺(tái)數(shù)增多將增大投資。 2.2.3 機(jī)組臺(tái)數(shù)與水電站運(yùn)行效率的關(guān)系

當(dāng)水電站在電力系統(tǒng)中擔(dān)任基荷工作時(shí)，引用流量較固定，選擇機(jī)組臺(tái)數(shù)較少，可使水輪機(jī)在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)以最大工況運(yùn)行，使水電站保持較高的平均效率，當(dāng)水電站擔(dān)任系統(tǒng)尖峰負(fù)荷時(shí)，由于負(fù)荷經(jīng)常變化，而且幅度較大，為使每臺(tái)機(jī)組都可以高效率工作，需要更多的機(jī)組臺(tái)數(shù)。

2.2.4 機(jī)組臺(tái)數(shù)與水電站運(yùn)行維護(hù)工作的關(guān)系

機(jī)組臺(tái)數(shù)多，單機(jī)容量小。水電站運(yùn)行方式就較靈活，易于調(diào)度，機(jī)組發(fā)生事故產(chǎn)生的影響小，檢修較易安排，但運(yùn)行、檢修、維護(hù)的總工作量及年運(yùn)行費(fèi)用和事故率將隨機(jī)組臺(tái)數(shù)的增多而增大，故機(jī)組臺(tái)數(shù)不宜太多。

上述各種因素互相聯(lián)系而又相互對(duì)立的，不能同時(shí)一一滿足，所以在選擇機(jī)組臺(tái)數(shù)時(shí)應(yīng)針對(duì)具體情況，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。遵循上述原則，該水電站的裝機(jī)容量為6.8萬(wàn)KW，由于1.5萬(wàn)KW

2.2 單位容量的選擇

水輪機(jī)單機(jī)出力為

N6.8NT?Y??1.77萬(wàn)KW (?F—發(fā)電機(jī)效率：0.95~0.98，取0.96)

m?F4?0.96

第三節(jié) 水輪機(jī)型號(hào)、裝置方式、轉(zhuǎn)輪直徑、轉(zhuǎn)速、

及吸出高度與安裝高程的確定

根據(jù)該水電站的水頭變化范圍24.72m～35.87m，參照《水電站》教材附錄中的附表2和附表1的水輪機(jī)系列型普表查出合適的機(jī)型有HL240型水輪機(jī)（適用范圍25~45）和ZZ440型水輪機(jī)（適用范圍20~40）兩種。現(xiàn)將這兩種水輪機(jī)作為初步方案，分別求出其有關(guān)參數(shù)，并進(jìn)行比較分析。

3.1 HL240型水輪機(jī)

3.1.1 轉(zhuǎn)輪直徑D計(jì)算

'

HL240型水輪機(jī)的模型為：最有單位轉(zhuǎn)速n10?72r/min，模型最高效率

?maxM?0.92，模型轉(zhuǎn)輪直徑D1M?0.46m。轉(zhuǎn)輪直徑

D1?

NT

9.81Q1H

'

3/2

p

?

式中：NT——水輪機(jī)額定出力，NT?1.77萬(wàn)KW；

Q1' ——采用最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速與出力限制線交點(diǎn)處單位流量，Q1'?1.24m3/s；

Hp——設(shè)計(jì)水頭，Hp=28.5m；

? ——水輪機(jī)效率，設(shè)?=0.91。 代入式中得

D1?

17700

?3.24m 3/2

9.81?1.24?28.5?0.91

采用與其相近的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)輪直徑D1?3.3m。 3.1.2 轉(zhuǎn)速計(jì)算

n1'H

轉(zhuǎn)速 n?

D1

'

式中： n1' ——單位轉(zhuǎn)速采用最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速n10?72r/min；

H ——采用設(shè)計(jì)水頭Hp=28.5m；

D1 ——采用選用的標(biāo)準(zhǔn)直徑D1=3.3m。

代入式中，則

n?

72?28.5

?116.5 r/min

3.3

采用與其接近的同步轉(zhuǎn)速n?125r/min，磁極對(duì)數(shù)P=16。

3.1.3 效率修正值的計(jì)算

《水電站》教材圖3-6中查得HL240型水輪機(jī)在最優(yōu)工況下最高效率為?Mmax=92.0%，模型轉(zhuǎn)輪直徑D1M=0.46m，所以原型水輪機(jī)的最高效率可采用下式計(jì)算，即

?ma=x1?(1??maxM)5 =1?(1?0.92)=0.946

考慮到制造水平的差異，根據(jù)水輪機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)直徑，憑經(jīng)驗(yàn)?=1%，如果原型水輪機(jī)所使用的蝸殼和尾水管與模型試驗(yàn)時(shí)采用的型式不同，則意味著原型水輪機(jī)使用了異型部件。憑經(jīng)驗(yàn)知，原型水輪機(jī)的實(shí)際效率要比計(jì)算值低，由于使用異型部件的原因，還要減去一個(gè)?'值。在本設(shè)計(jì)中，取?'=0，則效率修正值有下式計(jì)算

????max??min????'

代入數(shù)據(jù)可得

???0.946?0.92?0.01?0?0.016

當(dāng)D1=3.3m，Hp=28.5m，n?125r/min，Q1'?1.24m3/s時(shí)，從水輪機(jī)HL240型模型轉(zhuǎn)輪綜合特性曲線上得?M=0.904，所以水輪機(jī)在限制工況點(diǎn)(即設(shè)計(jì)工況點(diǎn))的效率應(yīng)

D1M

D10.46

3.3

為

???M????0.904+0.016=0.92 與原來(lái)的假設(shè)值相符。

因此選用結(jié)果D1=3.3m和n?125r/min是正確的。

3.1.4 工作范圍校核

'

在選定D1=3.3m和n?125r/min后，水輪機(jī)的最大的Q1max及各特征水頭相對(duì)應(yīng)的n1'即可計(jì)算出來(lái)。

水輪機(jī)在Hp=28.5m、NT?1.77萬(wàn)KW下工作時(shí)，其相應(yīng)的最大單位流量Q1'即為

'

，故: Q1max

Q1'max?

NT17700

??1.19m3/s 23/23/2

9.81D1Hp?9.81?3.3?28.5?0.92

則水輪機(jī)的最大引用流量為

Qmax?Q1'maxD12HP?1.19?3.32?28.5?69.18m3/s

對(duì)n1'值：在設(shè)計(jì)水頭Hp=28.5m時(shí)，

n1'?

nD1125?3.3

??77.3r/min

Hp28.5

在最大水頭Hmax=35.87m時(shí)，

n1'max?

nD1125?3.3

??68.87r/min

Hmax35.87

在最小水頭Hmin=24.72m時(shí)，

n1'min?

nD1125?3.3

??82.96r/min

Hmin24.72

在HL240型水輪機(jī)模型綜合特性曲線圖上，分別繪出Q1'max?1190L/s，

n1'max?68.87r/min和n1'min?82.96r/min為常數(shù)的直線，由圖可見(jiàn)，由這三根直線所圍成的水輪機(jī)工作范圍（圖中陰影部分）基本上包含了該特性曲線的高效率區(qū)。所以對(duì)于HL240型水輪機(jī)方案，所選定的參數(shù)D1=3.3m和n?125r/min是比較滿意的，但是還需要和其他方案作前面的比較。 3.1.5 吸出高度Hs的計(jì)算

由水輪機(jī)的設(shè)計(jì)工況參數(shù)n1'?77.3r/min，Q1'max?1190L/s，在《水電站》教材圖3-6上查得相應(yīng)的氣蝕系數(shù)?=0.195，在《水電站》教材圖2-8查得氣蝕系數(shù)修正值為

??=0.04，由此可求得水輪機(jī)的吸出高為

Hs?10?

?

?(????)Hp 90024?10??(0.195?0.04)?28.5?3.28m>-4m

900

所以，HL240型水輪機(jī)方案的吸出高度滿足電站要求。

3.1.6 裝置方式：采用立軸安裝方式。 3.1.7 安裝高程的確定：

由立軸混流式HL240水輪機(jī)

b

ZA???Hs?0=24.0+3.28+0.365×3.3/2=27.88m (其中b0?0.365D1)

2

3.2 ZZ440型水輪機(jī)

3.2.1 轉(zhuǎn)輪直徑D計(jì)算 轉(zhuǎn)輪直徑D1的計(jì)算公式 D1?

NT

/2

9.81Q1H3p?

'

式中NT和Hp均同前.對(duì)于Q1'值,可由附錄中附表1查得該型水輪機(jī)在限制工況下的

Q1'=1650L/s，同時(shí)還查得氣蝕系數(shù)?=0.72，但在允許的吸出高為-4m時(shí),則相應(yīng)的裝置

氣蝕系數(shù)為

10?

??

?24?[HS]10??4?????0.04?0.44

在滿足-4m吸出高度的前提下，Q1'值可在ZZ440型水輪機(jī)主要綜合特性曲線圖中查'

得初定的設(shè)計(jì)工況點(diǎn)（n10?115rmin，??0.44）處的單位流量Q1'為1205L/s，同時(shí)可查得該工況點(diǎn)的模型效率?M=86.2％，并據(jù)此可以初步假定水輪機(jī)的效率為89.5％。

將以上的各參數(shù)值代入得 D1?

17700

?3.32m

9.81?1.205?28.53/2?0.895

采用與其相近的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)輪直徑D1?3.3m。 3.2.2 轉(zhuǎn)速n計(jì)算

水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速為

n?

n1'Hp

D1

?

115?28.5

?186.04r/min

3.3

選用與之接近而偏大的同步轉(zhuǎn)速n?187.5r/min，磁極對(duì)數(shù)為P=16。

3.2.3 效率及單位參數(shù)修正

對(duì)于軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)，必須對(duì)其模型綜合特性曲線圖上的每個(gè)轉(zhuǎn)角?的效率進(jìn)行修正。

當(dāng)葉片轉(zhuǎn)角為?時(shí)的原型水輪機(jī)最大效率可用下式計(jì)算

D1MD1

HM

) Hp

??max?1?(1???Mmax)(0.3?0.710

已知D1M?0.46、HM?3.5m、D1=3.3m、H=28.5m，帶入上式則得

??max?1?(1???Mmax)(0.3?0.75

0.46103.5

)?1?0.683(1???Mmax)

3.328.5

葉片在不同轉(zhuǎn)角?時(shí)的??Mmax可由模型綜合特性曲線查得，從而可求出相應(yīng)的?值的原型水輪機(jī)的最高效率??max并將計(jì)算結(jié)果列于表3-1。

當(dāng)選用效率的制造工藝影響修正值??1%和不考慮異性部件的影響時(shí)，即可計(jì)算出不同轉(zhuǎn)角?時(shí)的效率修正值??????max???min?1%。其中計(jì)算結(jié)果如下表3-1

由在《水電站》教材附錄中附表1查得ZZ440型水輪機(jī)最優(yōu)工況的模型效率為由于最優(yōu)工況接近于?=0°等轉(zhuǎn)角線，故可采用????2.9%作為其修正值，??max=89％。

從而可得原型最高效率為

?max=0.89+0.026=0.916=91.6%

'已知在吸出高度-4m限制的工況點(diǎn)（n10?115rmin，Q1'=1205L/s）處的模型效率

為?M=86.2％,而該工況點(diǎn)處于?=0°和+15°等轉(zhuǎn)角之間，用內(nèi)插法求得該點(diǎn)的效率修正值為???=3.22%，由此可得該工況點(diǎn)的原型水輪機(jī)效率為

?=0.862+0.0322=0.8942=89.42% (與上述假定的效率?=92％相近。)

?n1'max

?1? 由于：'?

n10M?Mmax

0.916

?1?0.0145?0.03 0.89

故單位轉(zhuǎn)速可不作修正，同時(shí)，單位流量也可不作修正。

由此可見(jiàn)，以上選用D1?3.3m，n?187.5r/min是正確的。 3.2.4 工作范圍的檢驗(yàn)計(jì)算

'

在選定D1?3.3m，n?187.5r/min后，水輪機(jī)的Q1max及各特征水頭相對(duì)應(yīng)的n1'即可

計(jì)算出來(lái)。

'

在選定D1=3.3m和n?125r/min后，水輪機(jī)的最大的Q1max及各特征水頭相對(duì)應(yīng)的n1'即可計(jì)算出來(lái)。

水輪機(jī)在Hp=28.5m、NT?1.77萬(wàn)KW下工作時(shí)，其相應(yīng)的最大單位流量Q1'即為

'

，故： Q1max

Q1'max?

NT177003

??1.22m/s， 23/23/2

9.81D1Hp?9.81?3.3?28.5?0.894

則水輪機(jī)的最大引用流量為

Qmax?Q1'maxD12HP?1.22?3.32?28.5?70.93m3/s

對(duì)n1'值：在設(shè)計(jì)水頭Hp=28.5m時(shí)，

n1'?

nD1187.5?3.3

??115.9r/min

Hp28.5

在最大水頭Hmax=35.87m時(shí)，

n1'max?

nD1187.5?3.3

??103.31r/min

Hmax35.87

在最小水頭Hmin=24.72m時(shí)，

n1'min?

nD1187.5?3.3

??124.45r/min

Hmin24.72

在ZZ440型水輪機(jī)模型綜合特性曲線圖(圖3-2)上分別繪出，Q1'max=1220L/s和

'

n1.31r/min，n1'min?124.45r/min的直線，由圖可見(jiàn)，由這三根直線所圍成的水max?103

輪機(jī)工作范圍（圖中陰影部分）基本上包含了該特性曲線的高效率區(qū)。所以對(duì)于ZZ440型水輪機(jī)方案，所選定的參數(shù)D1?3.3m，n?187.5r/min是合理的。

3.2.5 吸出高度Hs的計(jì)算

'

由水輪機(jī)的設(shè)計(jì)工況參數(shù)n1?115.9r/min，Q1'max=1220L/s，由《水電站》教材圖

1-11可查得其氣蝕系數(shù)約為?=0.42，則可求出水輪機(jī)的吸出高度為

24

Hs?10.0??(0.42?0.04)?28.5??3.14m>-4m

900

所以，ZZ440型水輪機(jī)方案的吸出高度滿足電站要求。

3.2.6 裝置方式：采用立軸安裝方式 3.2.7 安裝高程的確定：

立軸軸流式水輪機(jī)

ZA???Hs?xD1=24.0-3.14+0.376?3.3=22.1m （其中x取0.376）

3.3 兩種方案的比較分析

為了便于分析比較，現(xiàn)將上述兩種方案的有關(guān)參數(shù)列表如下：

從上列對(duì)照表來(lái)看，兩種不同型號(hào)的水輪方案在同樣水頭下的同時(shí)工作滿足額定出力的情況下，兩者比較來(lái)看，HL240包含了較多的高效率區(qū)，氣蝕系數(shù)小，安裝高程較高等優(yōu)點(diǎn)，這可以提高水電站的年發(fā)電量和減少?gòu)S房的開(kāi)挖量；而ZZ440型方案的優(yōu)點(diǎn)僅表現(xiàn)在水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速高，有利于減小發(fā)電機(jī)尺寸，降低發(fā)電造價(jià)，但這種機(jī)型的水輪機(jī)極其調(diào)節(jié)系統(tǒng)的造價(jià)較高。由此看，若在制造供貨方面沒(méi)有問(wèn)題時(shí)，初步選用HL240型方案較為有利。在技術(shù)設(shè)計(jì)階段，尚需要計(jì)算出個(gè)方案的動(dòng)能指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，進(jìn)一步進(jìn)行分析比較，以選出合理的方案。本設(shè)計(jì)就采用HL240型號(hào)的水輪機(jī)。

第四節(jié) 水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線的繪制

4.1 基本資料

轉(zhuǎn)輪的型式HL240型，主要綜合特性曲線由《水電站》教材圖3-6，

轉(zhuǎn)輪的直徑D1=3.3m，額定轉(zhuǎn)速n?125r/min， 特征水頭 Hmax=35.87m，Hp=28.5m，Hmin=24.72m，

水輪機(jī)的額定出力 NT=17700KW

尾水位高程 24.0 m 安裝高程 27.88m

效率修正值為 ????max??min??=0.946?0.92?0.01?0.016

4.2 等效率線的計(jì)算與繪制

由于水電站的水頭變化范圍較小，現(xiàn)取水輪機(jī)工作范圍內(nèi)3個(gè)水頭，列表4-1分別進(jìn)行計(jì)算。依據(jù)表4-1中的數(shù)據(jù)繪制對(duì)應(yīng)每個(gè)H值的效率特性曲線??f(N)，如圖4-1（a）。在該圖上作出某效率值的水平線，它與圖中各等H線相交，繪制H～N坐標(biāo)圖，連成光滑曲線，既得出等效率線，如圖4-1（b）。

4.3 出力限制線的繪制

出力限制線表示水輪機(jī)在不同水頭下實(shí)際允許發(fā)出的最大出力。由于水輪機(jī)與發(fā)電機(jī)配套運(yùn)行，所以水輪機(jī)最大出力受發(fā)電機(jī)額定出力和水輪機(jī)5%出力儲(chǔ)備線的雙重限制。

依據(jù)表4-2繪制出力限制線。

4.4 等吸出高度線的計(jì)算

取3個(gè)水頭，計(jì)算數(shù)據(jù)列表4-3分別進(jìn)行計(jì)算。 1、繪制Q1'?f?N?輔助曲線，如圖4-2（a）所示。

2、求出各水頭下的n1'M值，并在相應(yīng)的模型綜合特性曲線上查出n1'M水平線與各等氣蝕系數(shù)?線的所有交點(diǎn)坐標(biāo)，Q1'，?值，填入下表。

3、在Q1'?f?N?輔助曲線上查出相應(yīng)于上述各Q1'的N值，填入下表。

?

?(????)Hp計(jì)算出相應(yīng)于上述各?的Hs值，填入下表。 4、利用公式Hs?10?9005、根據(jù)表中對(duì)應(yīng)的Hs，N值，做出Hs?f(N)曲線，如圖4-3（b）所示。

6、在Hs?f(N)圖上任取Hs值，做水平線與曲線相交，記下各交點(diǎn)的Hs、N值，繪于H～N坐標(biāo)圖上，將各點(diǎn)連成光滑曲線即為等吸出高度線。

第五節(jié) 蝸殼設(shè)計(jì)

5.1 蝸殼型式選擇

由于本水電站水頭高度小于40m，所以采用混凝土蝸殼。

5.2 主要參數(shù)確定

5.2.1 斷面形狀的確定

由于水輪機(jī)為中型水輪機(jī)，考慮在蝸殼頂部布置調(diào)速接力器的方便選擇平頂梯形斷面，即

bb

?1.50~1.75，選擇?1.6；由《水電站》教

aa

DaDb

材P表1-3座環(huán)直徑與關(guān)系取，座環(huán)內(nèi)直徑，=5.0mD?1.52?1.3，DDb=4.3m，141a

D1D1

即ra?2.5m，rb?2.15m。

當(dāng)n?0時(shí)，??10o~15o選取??15o；

5.2.2 蝸殼包角的選擇

混凝土蝸殼?0?180o~270o，選取?0?270o 5.2.3蝸殼進(jìn)口斷面面積及尺寸

進(jìn)口斷面流速：

v1=acH=0.826528.5=4.41s 進(jìn)口斷面流量：

Q69.18

?270?51.89(m3/s) Q0?T?0?

360360

確定蝸殼進(jìn)口斷面面積：

Q51.89

F1?0??11.77(m2)

v14.41

5.3 蝸殼的水力計(jì)算及單線圖，斷面圖的繪制

5.3.1 根據(jù)以選擇的蝸殼斷面形狀，確定具體尺寸

m1tan??

F?ab??(ra?rb)b011?1

2

?

?b1?1.6?a

?1

?b1?b0?m1?

?b0?0.365??D1

解上式得 a1=2.71m，b1=4.34m，m1=3.14m 。

5.3.2 中間斷面尺寸

頂角的變化規(guī)律采用直線變化規(guī)律，則： nm

K2?1?0 ， K2?1?1.159

a1a1

進(jìn)口斷面的最大半徑R1：

R1=ra?a1=2.5+2.71=5.21m

在R1至ra之間設(shè)不同的Ri，求出ai、mi，計(jì)算見(jiàn)表5-1。

根據(jù)表5-1繪制輔助曲線如圖5-1(a)，根據(jù)需要，選定若干個(gè)?i（每隔30°）由圖5-1查出相應(yīng)的Ri及其斷面尺寸，如表5-2所示。便可繪制蝸殼平面單線圖，如圖5-1(b)。進(jìn)口寬度取B?R1?D1=5.21+3.3=8.51m。

中間斷面尺寸計(jì)算（表5-1）

2) 求積分si

Ri??，列表計(jì)算如表5-2。

rb

r

3) 各斷面的流量Q?及其位置?的計(jì)算：蝸殼常數(shù)K=

0??17.89，Q?=KSi，S12.90

?=

360

Q?,列表計(jì)算如表5-3。 QT

Q、?計(jì)算表（表5-3）

繪出蝸殼平面圖，如圖5-1(b)所示。

R~?關(guān)系（表5-4）

第六節(jié) 尾水管設(shè)計(jì)

6.1 尾水管型式的選擇

尾水管的形式很多，最常用的有直錐形、彎錐形和彎肘型三種型式，本設(shè)計(jì)中尾水管型式采用彎肘形。

彎肘形尾水管由進(jìn)口直錐段、中間肘管段和出口擴(kuò)散管三部分組成。

6.2 尺寸確定及繪制平面剖面單線圖

查看《水電站》教材中尾水管的型式和尺寸部分有：

HL240型混流式水輪機(jī)水頭H

h1?h2?0.13D1=0.43m，錐管半角?=8°。 1）錐管段

進(jìn)口直徑D3?D2?D4?2h3tan8o?3.42m， 高度為h3=h?h1?h2?h4=8.58-0.43-4.46=3.69m 。 2）彎管段

由混凝土標(biāo)準(zhǔn)肘管尺寸確定設(shè)計(jì)的肘管段，標(biāo)準(zhǔn)尺寸如下表6-1，設(shè)計(jì)肘管尺寸如表6-2。

3）擴(kuò)散段

由尾水管尺寸表表6-3得知設(shè)計(jì)表如下表6-4，為了改善頂板的受力條件可加設(shè)中墩，加設(shè)中墩后尾水管出口凈寬應(yīng)保持不變，支墩寬度b=0

.1B5=0.8，R?4b=3.2，

r?0.2b=0.16，支墩頭距水輪機(jī)軸線距離l≥1.4D1=4.62。

尾水管尺寸表（表6-3）

最終： 尾水管設(shè)計(jì)如圖6-1 尾水管平面布置圖。

第七節(jié) 調(diào)速設(shè)備的選擇

8.1 調(diào)速器的計(jì)算

水輪機(jī)的調(diào)速功A為：

A?(200~250)QHmaxD1

其中水輪機(jī)在工況點(diǎn)（Hmax?35.87m，NT?17700KW，Q?56.54m3/s） A?(200~250)?56..87?3.3=12.3~15.34萬(wàn)KW>30000KW

屬大型調(diào)速器，則接力器調(diào)速柜和油壓裝置應(yīng)分別進(jìn)行計(jì)算和選擇。

8.2 接力器的選擇

8.2.1 接力器直徑的計(jì)算

由已知條件判斷，采用兩個(gè)接力器來(lái)操作水輪機(jī)的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，查《水利機(jī)械》得選用額定油壓為2.5Mpa，則每個(gè)接力器的ds??D1

Hmaxb0

m。 D1

已知導(dǎo)葉數(shù)目Z0?24；為標(biāo)準(zhǔn)正曲率導(dǎo)葉，查《水力機(jī)械》表5-3得??0.03；又

b0

?0.365，帶入上式得： 導(dǎo)葉的相對(duì)高度D1

ds?0.03?3.0.365?35.87=0.358m=358mm

選擇與之接近而偏大的ds=375mm的標(biāo)準(zhǔn)接力器。 8.2.2 接力器最大行程的計(jì)算

Smax?(1.4~1.8)a0max(mm)

a0ma導(dǎo)葉最大開(kāi)度（mm）�？捎赡Ｐ偷腶0max求出，以下公式換算求得： x

DZ

a0max?a0Mmax00M

D0MZ0

式中:aomax可由設(shè)計(jì)工況點(diǎn)（n1'?77.3r/min，Q1'max?1190L/s）在模型綜合特性曲線上查得

25mm，同時(shí)可得D0M=534mm，Z0M?24，選用水輪機(jī)的

D0?1.17D1=1.17×3.3=3.86m=3860mm，Z0?24則

3860?24

a0max?25??181mm

534?24

當(dāng)選用計(jì)算系數(shù)為1.8時(shí)，則

Smax=1.8×181=326mm=0.326m

8.2.3 接力器容量的計(jì)算

兩個(gè)接力器的總?cè)莘e ??

Vs?dsSmax??0.375?0.375?0.326?0.072m3

22

8.3 調(diào)速器的選擇

大型調(diào)速器的型號(hào)是以主配壓閥的直徑來(lái)表征的，主配壓閥的直徑

d?1.13

Vs

Tsvm

選Ts?4s，vs?4.5m/s，則：

d?1.0.072

=0.071m=71mm 4?4.5

由此在表中選擇與之相鄰的DT-80型電氣壓型調(diào)速器

8.4 油壓裝置的選擇

此處油壓裝置不考慮放空閥和進(jìn)水閥的用油，則壓力油罐的容積為

Vk?(18~20)Vs=(18~20)×0.072=1.30 ~1.44m?

_

由此在表中選擇與之相鄰而偏大的YZ-1.6型分離式油壓裝置。 說(shuō)明：根據(jù)以上計(jì)算的出的調(diào)速設(shè)備的選擇為：

調(diào)速器型式選用DT-80型電氣壓型調(diào)速器； 油壓裝置型號(hào)選擇YZ-1.6型分離式油壓裝置； 接力器選擇ds=375mm的標(biāo)準(zhǔn)接力器。

參 考 文 獻(xiàn)：

[1] 徐招才、劉申編，水電站（專(zhuān)科適用），中國(guó)水利水電出版社，2006。 [2] 季盛林、劉國(guó)柱編，水輪機(jī)，水利電力出版社，1986。 [3] 西安理工大學(xué) 金鐘元編，水利機(jī)械（第二版），中國(guó)水利水電出版社，2004。 [4] 天津大學(xué)水利系主編，小型水電站（中冊(cè)），水利電力出版社，1979。

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