【正文】 計(jì)水頭下的功率均大 于水輪機(jī)的額定功率，符合設(shè)計(jì)要求。 最優(yōu)方案的基本參數(shù)： （ 1）轉(zhuǎn)輪直徑 D1= m。 （ 5）幾何吸出高度 0s ?H m。 則原型水輪機(jī)導(dǎo)葉的最大開度 a x01 1m a x0 ???? MM aDDa mm 最優(yōu)開度 10 ???? MM aDDa mm 蝸殼的水力計(jì)算 蝸殼形式的確定 大中型水輪機(jī)的蝸殼，當(dāng)最大水頭在 40m 以下時(shí)，一般用混凝土蝸殼； 40m 以上時(shí)鋼板焊接蝸殼。 D b—— 座環(huán)內(nèi)環(huán)直徑。 b0 —— 座環(huán)高度，即導(dǎo)葉高度。 進(jìn)口斷面流量 Q0： 0 3 23 6 03 4 53 6 0 r00 ???? ? （ m3/s） 進(jìn)口斷面流速 0? ： ???? rHk? （。 h —— 蝶形邊至導(dǎo)水機(jī)構(gòu)水平中心線 高度。 r a —— 蝶形邊錐角頂點(diǎn)所在的半徑。 金 屬蝸殼設(shè)計(jì) （ 1）參數(shù)的選擇。 因?yàn)?0s ?H m， 800w ?D m， ?Db 查《水輪機(jī)》 218 頁，得 b0 = = 所以，導(dǎo)葉高程 0 028 3 0 020w ????????? bH sm （ 2）導(dǎo)葉最大及最優(yōu)開度的確定。 （ 3）限制工況下水輪機(jī)效率 ?? 。 對(duì)于方案三的 5 臺(tái)機(jī)組和方案四的 4 臺(tái)機(jī)組而言，廠房水下部分的總的開挖量和廠房水上部分主廠房等的總面積比較，方案四比方案三總體來說要少很多。千瓦） 方案四： 3 29 4 ?????? rre HQn ? （萬 （ 3）水輪機(jī)總重量估算： 查《水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)》 139P 圖 255 ，得出 水輪機(jī)總重量 sG = 3300t （ 4）方案四的機(jī)電總投資 P 計(jì)算為： 水輪機(jī)材料按每噸 萬計(jì)，發(fā)電機(jī)按每噸 4 萬計(jì)。 fS ——發(fā)電機(jī)額定容量（ k k ——系數(shù)，對(duì)傘式發(fā)電機(jī)取 7~9，本電站取 K= 8。 （ 2）發(fā)電機(jī)總重估算： 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 圖 28 29 58)7551 02 04(8)( 3232 ????eff nskG (t) fG ——發(fā)電機(jī)總重量（ t）。千瓦） Hmin= 80m ? = Q11min=（萬 千瓦）、 H（ m）、 HS（ m） 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 方案四的吸出高度線如圖 24 所示： 圖 24 三、出力限制線的計(jì)算與繪制 繪制出力限制線的步驟： 求出與 Hmin 和 Hr相對(duì)應(yīng)的水輪機(jī)出力 Pmin、 Pr，將點(diǎn)（ Hr， Pr）、點(diǎn)（ Hmin、 Hmin）連成一條斜線，此線即為水輪機(jī)出力限制線。 方案 Ⅰ 和方案 Ⅱ 等吸出高度線的計(jì)算和繪制均按上述步驟進(jìn)行，計(jì)算結(jié)果分別計(jì)于表 27 和表 28 中。 圖 22 二、等吸出高度線的計(jì)算與繪制 計(jì)算與繪制 Hs 步驟： （ 1）計(jì)算各水頭相應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速 n11M，在模型綜合特性曲線上過各 n11M 作水平線與各等 ? 線相交，記下各交點(diǎn)的 ? 、 Q1 M? 值。 計(jì)算公式： 原型水輪機(jī)效率 M? ? ?? ?? 。 （ 2）在曲線 ? =f（ P）上的以某效率（例如 ? =90%）作為水平線與各 ? =f（ P）曲線相交找出各點(diǎn)的 H、 P 值。 (6)飛逸轉(zhuǎn)速 Rn 的計(jì)算 查《水輪機(jī)》 313P 可知 HL180/A194 的單位飛逸轉(zhuǎn)速為 min/ 11 rR ? 故水輪機(jī)的飛逸轉(zhuǎn)速為： m i n/ 2 0 2 71m a x11 rDHnn RR ???? (7)轉(zhuǎn)輪軸向水推力 tF 的計(jì)算 水輪機(jī)軸向的水推力系數(shù) ?tK ～ 。 (4)水輪機(jī)設(shè)計(jì)流量 Qr 的計(jì)算 設(shè)計(jì)工況點(diǎn)的單位流量 r11Q 為： smHD PQ rrr / ,12111 ???????? ? 則 )/( 322111 smHD rrr ??????? (5)幾何吸出高度 sH 的計(jì)算 為使水輪機(jī)盡可能不發(fā)生空化，取 maxH 、 rH minH 三個(gè)水頭分別計(jì)算水輪機(jī)的允許吸出高度，以其中的最小值作為最大允許吸出高度，為此進(jìn)行如下計(jì)算。 查《水輪機(jī) 》 P323HL180/A194 模型轉(zhuǎn) 輪綜合特 性曲線取 最優(yōu)單位 轉(zhuǎn)速min/ 110 ? 與出力限制線的交點(diǎn)的單位流量作為設(shè)計(jì)工況單位流量，則smQ r / 311 ? ， 對(duì)應(yīng)的模型效率 ?m? ， 暫取效率修正值 %2??? ， 則設(shè)計(jì)工況原型水輪機(jī)效率 ?????? ??? m 。 查《水輪機(jī)》 62P 知： HEH ms )(9 0 0/10 ?? ????? 查《水輪機(jī)》 61P 空化系數(shù)修正值曲線得水輪機(jī)水頭為 80～ 100 時(shí)， ??? maxH ： )(900/80010 ??????sH rH ： ) 7 (9 0 0/8 0 010 ??????sH minH ： 0 0) 6 (9 0 0/8 0 010 ??????sH 從三個(gè)吸出高度計(jì)算值中取最小值 ，再留一定的余量，取最大允許吸出高度mHs 0? 。 (3)轉(zhuǎn)速 n 的計(jì)算 由模型綜合特性曲線上查得 min/ rn ? m in/ 1110 rD Hnn av ???? 查《水輪機(jī)》第 166 頁表 6—6 可知：轉(zhuǎn)速計(jì)算值介于 ～ 75r/min 間，故取水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速為：取水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速為： 75 min/r ，則磁極對(duì)數(shù)為： 40。則水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪軸向水推力為： ?tK )(1 5 9 9 3 14 23m a x213 NHDK t ?????????? ?? (8)檢驗(yàn)水輪機(jī)的工作范圍，并繪制其工作范圍圖 設(shè)計(jì)工況的單位流量 rQ11 =最大、最小及設(shè)計(jì)水頭所對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速： m in/ 00 m a x1m i n11 rH Dnn ????? m in/ m i n1m a x11 rH Dnn ????? 平均水頭下的單位轉(zhuǎn)速： m in/ rH Dnnavav????? 方案三各技術(shù)參數(shù)的計(jì)算 (1)轉(zhuǎn)輪直徑 1D 的計(jì)算 水輪機(jī)額定出力： 51 0 20 4 105003 ????grPP ? （ kw） 式中， 式中， g? ——為發(fā)電機(jī)的效率，通常中小型取 ～ ，大中型取 ～,因?yàn)楸倦娬締螜C(jī)容量比較大，取 ?? 。 ④ 、分別用查到的空化系數(shù)計(jì)算 minH 、 rH 、 maxH 對(duì)應(yīng)的吸出高度。所以選擇水輪機(jī)直徑1D =。則水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪軸向水推力為： ?tK )(25,1 2 8 0 3 3 7 23m a x213 NHDK t ?????????? ?? (8) 檢驗(yàn)水輪機(jī)的工作范圍，并繪制其工作范圍圖 設(shè)計(jì)工況的單位流量 rQ11 =最大、最小及設(shè)計(jì)水頭所對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速： m in/ 0 m a x1m i n11 rH Dnn ????? m in/ m i n1m a x11 rH Dnn ????? 平均水頭下的單位轉(zhuǎn)速： 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 m in/ rH Dnnavav????? 方案二各技術(shù)參數(shù)的計(jì)算 (1)轉(zhuǎn)輪直徑 1D 的計(jì)算 水輪機(jī)額定出力： )(6 3 77 5 5 kwPP gr ??? ? 式中， 式中， g? ——為發(fā)電機(jī)的效率，通常中小型取 ～ ，大中型取 ～,因?yàn)楸倦娬締螜C(jī)容量比較大，取 ?? 。 ④ 、分別用查到的空化系數(shù)計(jì)算 minH 、 rH 、 maxH 對(duì)應(yīng)的吸出高度。 所以選擇水輪機(jī)直徑1D =。其基本參數(shù)見 表 22所示： 表 22 方案的確定以及基本參數(shù) 初選方案（序號(hào)） 水輪機(jī)型號(hào) 裝機(jī)臺(tái)數(shù) 單機(jī)容量（ MW） 一 HL180/D06A 5 500 二 HL180/D06A 4 625 三 HL180/A194 5 500 四 HL180/A194 4 625 各初選方案原型水輪機(jī)參數(shù)的計(jì)算 方案一 各技術(shù)參數(shù)的計(jì)算 (1)轉(zhuǎn)輪直徑 1D 的計(jì)算 水輪機(jī)額定出力： 51 0 20 4 105003 ????grPP ? （ kw） 式中，式中， g? ——為發(fā)電機(jī)的效率，通常中小型取 ～ ，大中型取 ～,因?yàn)楸倦娬締螜C(jī)容量比較大，取 ?? 。 其基本參數(shù)如下表： 表 21 兩種型號(hào)水輪機(jī)的參數(shù) 水輪機(jī)裝機(jī)臺(tái)數(shù)的選擇 由于電站以發(fā)電為主平時(shí)電站主要擔(dān)任基荷，枯水期擔(dān)任峰荷或腰荷。 （ 3）、 總裝機(jī)容量： P 總 =2500MW 保證出力： 500MW （ 4）、 水輪機(jī)工作水頭 最大水頭 Hmax=100m 平均水頭 Hav=90m 設(shè)計(jì)水頭 Hr=94m 最小水頭 水輪機(jī)型號(hào)及裝機(jī)臺(tái)數(shù)的選擇 水輪機(jī)型號(hào)的選擇 考慮到本電站的工作水頭 Hmax=100,Hr=94,Hmin=80。 SolidWorks 支持 COM/OLE 標(biāo)準(zhǔn)，具有良好的擴(kuò)展性，軟件開發(fā)人員可根據(jù)企業(yè)需求編制出相應(yīng)的應(yīng)用程序，這也正是本文選用 SolidWorks 作為開發(fā)平臺(tái)的一個(gè)重要原因。 SolidWorks 之所以成為領(lǐng)先的、主流的三維 CAD 解決方案，主要是基于如下幾方面的突出優(yōu)點(diǎn) : (1)友好高效的三維 CAD 系統(tǒng) SolidWorks 是微機(jī)平臺(tái)上的高級(jí)三維 CAD 軟件，運(yùn)行于 Windows 環(huán)境中，它提供了強(qiáng)大的設(shè)計(jì)功能和易學(xué)易用的操作方法，使得整個(gè)產(chǎn)品成為百分之百可特征造型，百分之百參數(shù)化，百分之百可修改。 SolidWorks 不僅提供如此強(qiáng)大的功能，而且對(duì)每個(gè) 工程師和設(shè)計(jì)者來說，操作簡(jiǎn)單方便、易學(xué)易用。隨著發(fā)電電動(dòng)機(jī)容量增大轉(zhuǎn)速增高，機(jī)組的推力負(fù)荷及起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也在增加。水輪發(fā)電機(jī)冷卻方式一般采用密閉循環(huán)空氣冷卻。傘式機(jī)組總高度低，可降低 水電站廠房 高度。大中型機(jī)組一般采用立式布置，臥式布置通常用于小型機(jī)組和貫流式機(jī)組。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 水輪發(fā)電機(jī)由 水輪機(jī) 驅(qū)動(dòng)。對(duì)于低水頭大流量的水輪機(jī)，轉(zhuǎn)輪的出口動(dòng)能相對(duì)較大，尾水管的回收性能對(duì)水輪機(jī)的效率有顯著影響。在混流式水輪機(jī)中，水流徑向進(jìn)入導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，軸向流出轉(zhuǎn)輪；在軸流式水輪機(jī)中，水流徑向進(jìn)入導(dǎo)葉，軸向進(jìn)入和流出轉(zhuǎn)輪；在斜流式水輪機(jī)中，水流徑向進(jìn)入導(dǎo)葉而以傾斜于主軸某一角度的方向流進(jìn)轉(zhuǎn)輪，或以傾斜于主軸的方向流進(jìn)導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪；在貫流式水輪機(jī)中，水流沿軸向流進(jìn)導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)輪。沖擊式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪受到水流的沖擊而旋轉(zhuǎn)，工作過程中水流的壓力不變，主要是動(dòng)能的轉(zhuǎn)換；反擊式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪在水中受到水流的反作用力而旋轉(zhuǎn)，工作過程中水流的壓力能和動(dòng)能均有改變，但主要是壓力能的轉(zhuǎn)換。 水輪機(jī)是將水能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的機(jī)械，它的基本部件即對(duì)量的轉(zhuǎn)換有直接的影響的過流部件，是絕大多數(shù)水輪機(jī)普遍具有的部件。 關(guān)鍵詞 ： 水輪機(jī) ， 蝸殼 ， 尾水管 ， 發(fā)電機(jī) ， Solidworks,幾何模型 。 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 摘要 本設(shè)計(jì)著重闡述了水輪機(jī)型號(hào)的選擇，電機(jī)型號(hào)的選擇，及利用 Solidworks 建立幾何模型。 ⒊ 說明書要論證充分正確，結(jié)論清楚。并對(duì)其進(jìn)行如下計(jì)算： ⑴ 水輪機(jī)飛逸轉(zhuǎn)速； ⑵ 軸向力； ⑶ 導(dǎo)葉高程，導(dǎo)葉最大及最優(yōu)開度； ⑷ 蝸殼水力計(jì)算及單線圖； ⑸ 尾水管型式選擇及單線圖和主要剖面圖的繪制； ⑹ 對(duì)水輪機(jī)結(jié)構(gòu)的特殊要求。 ⒉ 應(yīng)用主要綜合特性曲線初步擬訂待選方 案。河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 畢業(yè)設(shè)計(jì) 水輪機(jī)選型畢業(yè)設(shè)計(jì)及 solidworks 建立轉(zhuǎn)輪模型 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 任務(wù)書 設(shè)計(jì)原始資料 一、 電站地理位置： 位于華北地區(qū)。 三、 總裝機(jī)容量： P 總 =2500MW 保證出力： 500MW 四、 水輪機(jī)工作水頭 最大水頭 Hmax=100m 平均水頭 Hav=90m 設(shè)計(jì)水頭 Hr=94m 最小水頭 任務(wù)與要求 一． 水輪機(jī)部分 ⒈ 水輪機(jī)型號(hào)選擇。繪制運(yùn)行特性曲線，進(jìn)行機(jī)電設(shè)備的投資估算及土建工程比較 5．確定最佳方案。 ⒉ 計(jì)算書要求計(jì)算準(zhǔn)確，層次清晰，公式和系數(shù)選擇要求正確合理并標(biāo)明依據(jù)。 ⒌ 說明書附英文標(biāo)題與摘要。第四部分是利用 Solidworks 建立幾何模型。水流流過水輪機(jī)時(shí)，通過主軸帶動(dòng)發(fā)電機(jī)將旋轉(zhuǎn)機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。 水輪機(jī)按工作原理可分為沖擊式水輪機(jī)和反擊式水輪機(jī)兩大類。 反擊式水輪機(jī)可分為混流式、軸流式、斜 流式和貫流式。 反擊式水輪機(jī)都設(shè)有尾水管，其作用是 ：回收轉(zhuǎn)輪出口處水流的動(dòng)能；把水流排向下游；當(dāng)轉(zhuǎn)輪的安裝位置高于下游水位時(shí)，將此位能轉(zhuǎn)化為壓力能予以回收。是水電站生產(chǎn)電能的主要?jiǎng)恿υO(shè)備。 水輪發(fā)電機(jī)按軸線位置可分為立式與臥式兩類。 懸式水輪發(fā)電機(jī) 的穩(wěn)定性比傘式好， 推力軸承小，損耗小，安裝維護(hù)方便，但鋼材耗量多。定子鐵芯用冷軋硅鋼片疊成，按制造和運(yùn)輸條件可做成整