【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 第 二 章 水輪機(jī)選型 概述 （ 1）、 電站地理位置：位于華北地區(qū)。電站所在地海拔高程約 800 m 。 （ 2）、 樞紐任務(wù)：發(fā)電為主。 （ 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。查《水輪機(jī)》第 157 頁(yè)知：在此水頭范圍內(nèi)可以采用的水輪機(jī)類型有斜流式和混流式。經(jīng)斜流式水輪機(jī)和混流式水輪機(jī)的比較，查《水輪機(jī)》第 313 頁(yè)知：符合此水頭下的水輪機(jī)型號(hào)有 :HL180/D06A 水頭范圍 110～ 150m、 HL180/A194 水頭范圍 110～ 150m、 HL240/D41 水頭范圍 70～ 105m、HL220/A153 水頭范圍 90～ 125 四種。 把兩種型號(hào)的型譜參數(shù)代入比轉(zhuǎn)速公式（《水輪機(jī)》 P162， 6—6）式計(jì)算水輪機(jī)的比轉(zhuǎn)速： )(1862094200 020200 0 kwmHnrs?????? 查《水輪機(jī)》 P313 附表 1 比較其比轉(zhuǎn)速基本符合 HL180/D06A 和 HL180/A194 兩個(gè)機(jī)型，故最終確定水輪機(jī)的型號(hào)為 HL180/D06A 和 HL180/A194 型。 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。系統(tǒng)里的單機(jī)容量不能超過系統(tǒng)總?cè)萘康?1/3，且對(duì)可靠性要求較高。考慮到機(jī)組臺(tái)數(shù)對(duì)工程建設(shè)費(fèi)用的影響、機(jī)組臺(tái)數(shù)對(duì)電廠運(yùn)行效率的影響、機(jī)組臺(tái)數(shù)對(duì)電廠運(yùn)行維護(hù)的影響、機(jī)組臺(tái)數(shù)對(duì)設(shè)備制造，運(yùn)輸及安裝的影響、機(jī)組臺(tái)數(shù)對(duì)對(duì)電力系統(tǒng)的影響和機(jī)組臺(tái)數(shù)對(duì)電廠主接線的影響綜合考 慮并參照國(guó)內(nèi)相似水電站取機(jī)組臺(tái)數(shù)為 5 臺(tái)或 4 臺(tái)。 參數(shù) 型號(hào) 導(dǎo)葉相對(duì)高度 10 Db 最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速 )min(110 rn 最優(yōu)單位流量 )(110 slQ 模型空化系數(shù) M? HL180/D06A 69 690 HL180/A194 70 650 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 初選方案的擬定 由水輪機(jī)型號(hào)方案和水輪機(jī)裝機(jī)臺(tái)數(shù)方案形成 2*2個(gè)初選方案。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 ?? 。 查《水輪機(jī)》 P324HL180/D06A 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)》第 105 頁(yè)式（ 6—13）可得水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑為： )( r11r1 mHQ PDr?????? ? (2) 效率 ? 的計(jì)算 )(1)1(1 5511m a x ???????? DD mmor ?? （最大模型效率 ?? 查《水輪機(jī)》第 324 頁(yè)附圖 8。轉(zhuǎn)輪直 徑 ?D 查《水輪機(jī)》第 313 頁(yè)附表 1） 效率修正值： 0 3 1 5 a x ?????? mr ??? 限制工況原型水輪機(jī)的效率為： 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 9 1 3 ?????? ??? m 1D 的校核計(jì)算：用 ?? 對(duì)原先計(jì)算的 1D 進(jìn)行校核 )( 1 3 5 1 0 2 0 r11r1 mHQ PDrr?????? ? 按我國(guó)規(guī)定的準(zhǔn)輪直徑標(biāo)準(zhǔn)系列（《水輪機(jī)》 P165） ,計(jì)算值處于標(biāo)準(zhǔn)值 ～ 之間，考慮到 %3% ?? ， %3% ?? 。 所以選擇水輪機(jī)直徑1D =。 (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(yè)表 6—6 可知：轉(zhuǎn)速計(jì)算值介于 75～ 79r/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。 (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 / 5 1 0 2 0 ,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。 ① 、計(jì)算 minH 、 rH 、 maxH 所對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速 11n maxH ： m in/ 0 m a x1m i n11 rH Dnn ????? rH ： m in/ rHDnnrr????? minH ： m in/ m i n1m a x11 rH Dnn ????? ② 、確定個(gè)水頭所對(duì)應(yīng)的出力限制工況點(diǎn)的單位流量 11Q 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 minH ：取 axm11n 與出力限制線交點(diǎn)處單位流量，查《水輪機(jī)》第 324 頁(yè)附圖 8，max11Q = s/m3 rH ： r11Q =0、 836 sm/3 maxH ： smHDPQr / m a x21rm i n11 ?????? ? ③ 、用 ① 、 ② 中計(jì)算的對(duì)應(yīng)的工況點(diǎn)從模型綜合特性曲線上分別查出 minH 、 rH 、maxH 所對(duì)應(yīng)的模型空化系數(shù)，分別為 、 、 。 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。 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 ： ) 5 (9 0 0/8 0 010 ??????sH rH ： ) 5 (9 0 0/8 0 010 ??????sH minH ： 0 0) 4 (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 2? 。 (6)飛逸轉(zhuǎn)速 Rn 的計(jì)算 查《水輪機(jī)》 313P 可知 HL180/D06A 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/ 5 0 2 81m 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 ～ 。本電站轉(zhuǎn)輪直徑較大，故 ?tK 。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 ?? 。 查《水輪機(jī)》 P324HL180/D06A 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)》第 105 頁(yè)式（ 6—13）可得水輪機(jī)轉(zhuǎn) 輪直徑為： )( r11r1 mHQ PDr?????? ? (2) 效率 ? 的計(jì)算 )(1)1(1 5511m a x ???????? DD mmor ?? （最大模型效率 ?? 查《水輪機(jī)》第 324 頁(yè)附圖 8。轉(zhuǎn)輪直徑 ?D 查《水輪機(jī)》第 313 頁(yè)附表 1） 效率修正值： 0 4 1 5 a x ?????? mr ??? 限制工況原型水輪機(jī)的效率為： ?????? ??? m 1D 的校核計(jì)算：用 ?? 對(duì)原先計(jì)算的 1D 進(jìn) 行校核 )( r11r1 mHQ PDrr?????? ? 按我國(guó)規(guī)定的準(zhǔn)輪直徑標(biāo)準(zhǔn)系列（《水輪機(jī)》 P165） ,計(jì)算值處于標(biāo)準(zhǔn)值 ～ 10m 之間，考慮到 %3% ?? ， %3% ?? 。所以選擇水輪機(jī)直徑1D =。 (3) 轉(zhuǎn)速 n 的計(jì)算 由模型綜合特性曲線上查得 min/ rn ? 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 m in/ 1110 rD Hnn av ???? 查《水輪機(jī)》第 166 頁(yè)表 6—6 可知：轉(zhuǎn)速計(jì)算值介于 ～ ，故取水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速為： min/r ，則磁極對(duì)數(shù)為： 44。 (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 PQrrr /8 5 2 6 3 7 7 5 ,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。 ① 、計(jì)算 minH 、 rH 、 maxH 所對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速 11n maxH ： m in/ 00 m a x1m i n11 rH Dnn ????? rH ： m in/ rHDnnrr????? minH ： m in/ m i n1m a x11 rH Dnn ????? ② 、確定個(gè)水頭所對(duì)應(yīng)的出力限制工況點(diǎn)的單位流量 11Q minH ：取 axm11n 與出力限制線交點(diǎn)處單位流量，查《水輪機(jī)》第 324 頁(yè)附圖 8，max11Q = s/m3 rH ： r11Q =0、 835 sm/3 maxH ： smHDPQr / m a x21rm i n11 ?????? ? ③ 、用 ① 、 ② 中計(jì)算的對(duì)應(yīng)的工況點(diǎn) 從模型綜合特性曲線上分別查出 minH 、 rH 、maxH 所對(duì)應(yīng)的模型空化系數(shù)，分別為 、 、 。 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。 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 ： ) 5 (9 0 0/8 0 010 ??????sH 河北工程大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 rH ： ) 5 (9 0 0/8 0 010 ??????sH minH ： 0 0) 4 (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 2? 。 (6)飛逸轉(zhuǎn)速 Rn 的計(jì)算 查《水輪機(jī)》 313P 可知 HL180/D06A 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/ 3 0 2 81m 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 ～ 。本電站轉(zhuǎn)輪直徑較大，故 ?tK 。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