【正文】 則 39。139。10mnn?=? ?m a x m a x 0 . 9 2/ 1 1 0 . 5 5 %0 . 9 1M????? ? ? ????? 由于 39。39。1 10/ %mnn? ? ? ，按規(guī)定單位轉(zhuǎn)速可不加修正， 同時(shí)單位流量 39。1Q 也可不加修正。 由上可見(jiàn)原假定的 ? =%、 39。39。11m? 、 39。39。10 10mnn? 是正確的，那么上述計(jì)算及選用的結(jié)果 1 ? ， 250 / minnr? 是正確的。 4. 工作范圍的檢驗(yàn) 在選定 1 ? ， 250 / minnr? 后，水輪機(jī)的 39。1maxQ 及各特征水頭相對(duì)應(yīng)的 39。1n 即可計(jì)算出來(lái)。水輪機(jī)在 ,rrHN下工作時(shí)，其 39。1Q 即為 39。1maxQ ，故 39。1maxQ =221 123719 . 8 1 9 . 8 1 2 5 0 . 4 5 0 . 4 0 . 9 1rrNrD H H ? ? ? ? ? ?= 3m /s 則水輪機(jī)的最大引用流量為 39。 2 2 31 m a x 1m a x 0 .9 6 8 2 5 0 .4 2 7 .4 9 /rQ Q D H m s? ? ? ? ? 與特征水頭 max min,HH和 rH 相對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速為 39。 11 m inm a x2 5 0 2 6 1 . 6 0 / m in6 5 . 8 9nDnrH ?? ? ? 39。 11 m a xm in2 5 0 2 8 3 . 6 8 / m in3 5 . 7nDH ?? ? ? 39。 11 2 5 0 2 7 0 .4 3 / m in5 0 .4rrnDnrH ?? ? ? 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 在 HL230 型 水 輪 機(jī) 模 型 綜 合 特 性 曲 線 圖 上 分 別 繪 出 39。1max 968 /Q L S? ，39。39。1 m a x 1 m in83 .6 8 / m in, 61 .6 0 / m inn r n r??的直線，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 HL220 型水輪機(jī)方案，所選定的參數(shù) 1 ? ， 250 / minnr? 是合理的。 5. 吸出高度 sH 計(jì)算 由水輪機(jī)的設(shè)計(jì)工況參數(shù) 39。1rn =, 39。1max 968 /Q L S? ,在圖上可查得相應(yīng)的氣蝕系數(shù)約為 ?? ，并在圖《水力機(jī)械》查得氣蝕系數(shù)的修正值約為 ??? ，由此可求出水輪機(jī)的吸出高度為： 5901 0 ( ) 1 0 ( 0 . 1 3 3 0 . 0 2 5 5 0 . 4 1 . 3 8 4 . 09 0 0 9 0 0sH H m m???? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?） 可見(jiàn) HL220 型水輪機(jī)方案的吸出高度滿足電站要求 三、兩種方案的比較分析 表 21 水輪機(jī)方案參照對(duì)照表 序號(hào) 項(xiàng)目 HL230 HL220 1 推薦使用的水頭范圍 35 ~65 50~85 2 最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速? ?39。10 /minnr 71 70 3 模型轉(zhuǎn)輪參數(shù)（最優(yōu)單位流量39。10 /QLS ） 913 1000 4 最高效率 ? ?max %? 5 氣蝕系數(shù) 6 工作水頭范 圍（ m） ~ ~ 7 轉(zhuǎn)輪直徑 ? ?1Dm 8 轉(zhuǎn)速 n(r/min) 300 250 9 最高效率 ? ?max %? 10 額定出力? ?Nr KW 12371 12371 11 最大引用流量? ?3max /Q m s 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 12 吸出高度 ? ?sHm ? 由表可見(jiàn)，兩種機(jī)型方案的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑 D 相同均為 ，但 HL220 型水輪機(jī)方案的工作范圍包含了較多的高效率區(qū)域，運(yùn)行效率較高、氣蝕系數(shù)較小、有利于提高年發(fā)電量，而 HL230 型水輪機(jī)方案的機(jī)組轉(zhuǎn)速較高，有利于減小發(fā)電機(jī)尺寸、降低發(fā)電機(jī)造價(jià)。根據(jù)以上分析，在限制供貨方面沒(méi)有問(wèn)題時(shí)，初步選用 HL220 型水輪機(jī)方案，故水輪機(jī)型號(hào)為 HL220— LJ— 200。 第二節(jié) 水輪發(fā)電機(jī)的型式選擇 本設(shè)計(jì)為大中 型水電站，故采用大中型機(jī)組，采用立式 SF12— 18— 3600 型發(fā)電機(jī) 表 22 發(fā)電機(jī)的主要參數(shù) 單機(jī)容量 (KW) 功率因數(shù)（ COS? ） 額定電壓 額定容量（ KVA） 12021 13333 一、水輪機(jī)主要尺寸估算 1. 極距 ? ； 4 4 133339 4 3 .6 92 2 1 2fj SK c mP? ? ? ? ?? ﹙ ﹚ 式中： fS — 發(fā)電機(jī)額定容量（ 13333KVA） P— 磁極對(duì)數(shù)（ 12） jK — 系數(shù)，一般?。?810）在這里取 jK =9 2. 定子內(nèi)徑 iD 2 2 1 2 4 3 . 6 9 3 3 3 . 9 43 . 1 4i pD c m?? ??? ? ? ﹙ ﹚ 3. 定子鐵芯長(zhǎng)度 tI tI =2fieSCDn 式中 。 en _額定轉(zhuǎn)速（ r/min） ﹙ ﹚ iD _定子內(nèi)徑 C系數(shù)（ 4* 6610 ~ *10??）此處取 5* 610? tI = 2fieSCDn = 6213333 9 5 .6 55 1 0 3 3 3 .9 4 2 5 0 cm? ?? ? ? 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 3 3 3 .9 4 0 .0 1 4 0 .0 3 59 5 .6 5 2 5 0itDIn ? ? ?? 所以采用懸式水輪發(fā)電機(jī) ??9 4. 定子鐵芯外徑 aD （機(jī)座號(hào)） 250 / m i n 166 .7 / m i nen r r?? aD = 333 .94 377 .63iD c m?? ? ? ? 則取 aD =378cm，故發(fā)電機(jī)型號(hào)為 12 12/ 378SF ? 二、外形尺寸估算 1. 平面尺寸估算 （ 1）定子機(jī)座外徑 1D 214 250 / m in 300enr? ? ? 1 1 .2 0 1 .2 0 * 3 7 8 4 5 3 .6aD D c m? ? ? ? （ 2）風(fēng)罩內(nèi)徑 2D 20210fS KVA? 21 453 .6 200 653 .6D D c m? ? ? ? ? ? （ 3）轉(zhuǎn)子外徑 3 2iDD??? ?? 單邊空氣間隙，初步估算時(shí)可忽略不計(jì) 3 D cm? ? ? （ 4）下機(jī)座最大跨度 4D 10 00 0 10 00 00fS K VA?? D m? ? ? 式中 5D 為水輪機(jī)基坑直徑 ??9 5D = D m? ? ? =+==3600cm （ 5） 推力軸承外徑 6D 和勵(lì)磁機(jī)外徑 7D 查《水利機(jī)械》 6D =2400cm， 7D =1500cm 三、軸向尺寸計(jì)算 1．定子機(jī)座高度 1h 250 / m in 214 / m inen r r??, 1 2 2 * 183 .03th I c m?? ? ? ? ? 2． 上機(jī)架高度 2h 對(duì)于懸式承載機(jī)架 2h = 5 5 * 333 .94 83. 48iD c m?? 3． 推力軸承高度 3h ，勵(lì)磁機(jī)高度 4h 和永磁機(jī)高度 6h ??9 3h =1000mm, 4h =1500~1800, 取 1600mm，其中機(jī)架高 500~700 ，在這里取蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 600mm, 5h =600mm, 6h =500mm 4． 下機(jī)架高度 7h 懸式非承載機(jī)架 7h = 333 .94 7iD c m? ? ? 5． 定子支座支承面至下機(jī)架支承面或下?lián)躏L(fēng)板之間 的距離 8h 懸式非承載機(jī)架 8h = 333 .94 9iD cm? ? ? 6． 下機(jī)架支承面至主軸法蘭底面之間的距離 9h 按已生產(chǎn)的發(fā)電機(jī)統(tǒng)計(jì)資料，一般為 700~1500mm,取 9h =800mm 7． 轉(zhuǎn)子磁軌軸向高度 10h 有風(fēng)扇時(shí)， 10 ( 7 0 0 ~ 1 0 0 0 ) 9 5 6 .5 8 0 0 1 7 5 6 .5th I m m m m? ? ? ? ? 8． 發(fā)電機(jī)主軸高度 11h 11 ( ~ )hH? ， H— 發(fā)電機(jī)總高度，即由主軸法蘭盤底面至發(fā)電機(jī)頂部的高度 H= 1h? 2h + 3h + 4h + 5h + 6h + 8h + 9h =++100+160+60+50++80=m 11 0 .8 0 .8 7 6 6 .6 6 1 3 .2 8h H c m? ? ? ? ? 9． 定子鐵芯水平中心線至主軸法蘭盤底面距離 12h 12h = 1h? 10h =? += 四、水輪發(fā)電機(jī)重量估算 1. 發(fā)電機(jī)總重量 fG （ t） fG =2 2331133338 11 3. 35250feSKtn?? ??? ? ??? ?????? ﹙ ﹚ 1K — 系數(shù)，對(duì)懸 式發(fā)電機(jī)取 8~10，在此處取 8 2. 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子重量一般可按發(fā)電機(jī)總重量的 1/2 估算 1 1 3 .3 5 5 6 .6 7 522fGGt? ? ? 3. 發(fā)電機(jī)飛輪力矩 2 3. 5 3. 5 22 5. 2 3. 33 94 0. 95 65 33 3. 47itCD K D I tm? ? ? ? ? ﹙ ﹚ 2K — 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，可按 ??9 選取 , 當(dāng) 100 375en?? 時(shí)， 2 ? iD — 定子鐵芯長(zhǎng)度（ m） tI — 定子鐵芯長(zhǎng)度（ m） 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 第三節(jié) 蝸殼斷面形式及尺寸計(jì)算 本電站最大工作水頭超過(guò) 40m,故采用金屬蝸殼，有線變化結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，水力損失大：拋物線變化結(jié)構(gòu)復(fù)雜，水利損失小。為了改善蝸殼的受力條件使水利損失最大，故采用拋物線變化規(guī)律的圓形斷面，圓形金屬蝸殼斷面包角通常采用 f=345? 一、蝸殼進(jìn)口斷面流量 3m a x 2 7 . 4 9 3 4 5 2 6 . 3 4 /3 6 0 3 6 0ci f m s??? ? ? ? ? ? ﹙ ﹚ maxQ — 水輪機(jī)最大引用流量 1. 蝸殼進(jìn)口平均流速 ??2 蝸殼進(jìn)口斷面平均流速 /cV m s? 則蝸殼進(jìn)口斷面面積 22 6 .3 4 4 .5 45 .8cc cQFmV? ? ? ﹙ ﹚ 斷面半徑 m a xm a x 2 7 . 4 9 3 4 5 1 . 2 03 6 0 3 4 6 3 . 1 4 5 . 8ci cF Q f mV? ?? ?? ? ? ??? 由《水力機(jī)械》可查得金屬蝸殼座環(huán)尺寸，水頭在 70m一下其座環(huán)外徑 ? / 2 / 2 D m? ? ? ? R= 22aiD ??=+2? = 表 23 蝸殼斷面半徑隨角度的變化 蝸殼包角 f 斷面半徑 i? （ m） R(m) 345 300 255 210 165 120 75 30 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 第四節(jié) 尾水管形式及其主要尺寸確定 根據(jù)本電站的總裝機(jī)容量為大中型水電站，為了減少尾水管的開(kāi)挖深度，采用標(biāo)準(zhǔn)彎肘型尾水管。彎肘型尾水管。是由進(jìn)口直錐段，肘管和出口擴(kuò)散段三部分組成，其大致形狀如圖所示，使用推薦的尾水管尺寸 ??2 表 24 本電站尾水管尺寸 參數(shù) 肘管形式 適用范圍 h/ 1D L/ 1D 5/B 1D 4/D1D 6/h 1D 1/L 1D 5/h 1D 標(biāo)準(zhǔn)混凝土肘管 混流式 21DD? 表 25 本電站尾水管尺寸參數(shù) 參數(shù) 1D h L 5B 4D 6h 1L 5h 標(biāo)準(zhǔn) 尾水管肘管是一 90 度變斷面，起出口為矩形，斷面水流由于在 肘管中轉(zhuǎn)彎受到離心力的作用，由于曲率越小，半徑越小，產(chǎn)生的離心力越大。一般推薦使用合理半徑R=（ ~） 4D ， 外壁 6R 用上限，內(nèi)壁 7R 用下限，為了減少水流在 轉(zhuǎn)彎處的脫流及渦流損失，因此將肘管出口做成收縮斷面，并使斷面的高度縮小，寬度增大，高寬比約為 ，肘管進(jìn)出口面積比約為 左右。 所以，外壁半徑 6R =? =2..7m, 內(nèi)壁半徑 7R =? = 圖 31 混流式水輪機(jī)尾水管 蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 第五節(jié) 主廠房主要尺寸的確定