【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 m ? 11Q P （ 3）當(dāng) H = pjH =，由上面的公式 11mn ? ： 表 16H = )(pf?? 曲線數(shù)據(jù)表 ?m ? 11Q P （ 4）當(dāng) H =，由上面的公式 11mn ? 75r/min： 表 17H = )(pf?? 曲線數(shù)據(jù)表 ?m ? 11Q P 16 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 據(jù)以上表 14至表 17參數(shù)繪制η =f(P)曲線，如 圖 12： 圖 12η =f(P)曲線 ( , )f H P?? 等效率曲線 在 HP 坐標(biāo)圖上，作各水頭的水平線，如 1H ， 2H ， 3H ，?在η =(P)曲線圖上每隔 1%～ 2%作η =const 水平線，交各曲線于各點(diǎn)，將各點(diǎn)投影到 HP坐標(biāo)圖上，再將各η相等的點(diǎn)連成光滑的曲線，即為等效率曲線。 水輪機(jī)出力限制線由 2 部分組成。在設(shè)計(jì)水頭 rH 到最大水頭 maxH 范圍內(nèi)，水輪機(jī)出力受發(fā)電機(jī)額定容量 fP 的限制，所以這一段出力限制線為一條垂直線；在設(shè)計(jì)水頭 rH 到最小水頭 minH 范圍內(nèi)，水輪機(jī)出力受水輪機(jī)的最大過(guò)流能力的限制 ，出力限制線為一段斜線 。此時(shí)，導(dǎo)葉開(kāi)度已達(dá)最大值，所以出力限制線就是 5%出力儲(chǔ)備線 。 （ 1）垂線部分： 先確定點(diǎn)（ ,rrHP）， rH =130m， 24 / 0. 98 24 .4 9r g gP P M W M W? ? ? ?， 由 17 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 該點(diǎn)引垂線至 max ? 線。 （ 2） 斜線部分： 先確定點(diǎn) （ minH ， minP ） ， （ minH =， 2 3 / 2m in 11 1 m 1N Q D H??） ， 由 文獻(xiàn) ［ 1］查 取 m in 11 mn cons t??時(shí) 線與 0(max)a 交點(diǎn)處 11( , ) ( 0 .7 2 3 , 0 .9 2 1)Q ? ? ， 其中效率為修正后的， 可求得 min MW? ， 該點(diǎn)為（ ， ）， 由其引 直 線至點(diǎn)（ ,rrHP） 得斜線。繪制功率限制線如附 圖 SK01。 ()fP?? 曲線 由于 HL180/A194 的 模型特性曲線上有些參數(shù)不確定 則 不做空化空蝕 ? 與功率的曲線。 ()sH f P? 曲線 由于 HL180/A194 的 模型特性曲線上有些參數(shù)不確定 則 不做 吸出高度 sH 與功率的曲線。 水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線由 兩個(gè) 部分組成：等效率曲線 與 功率限制線。 見(jiàn)附圖 SK01。 2 水輪機(jī)蝸殼水力設(shè)計(jì) 蝸殼類(lèi)型及主要參數(shù)的選擇 水輪機(jī)蝸殼應(yīng)該滿足以下要求： （ 1）保證水流在導(dǎo)水機(jī)構(gòu)內(nèi)形成一定的速度環(huán)量，在蝸殼內(nèi)的平均流量和局部流速不超過(guò)水力損失所允許的流速范圍，同時(shí)不應(yīng)使蝸殼斷面尺寸過(guò)大。 （ 2）保證水流軸對(duì)稱地進(jìn)入導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，流量沿導(dǎo)水機(jī)構(gòu)均勻分布，在主要工況下，水流均以不大的沖角繞流導(dǎo)葉。 （ 3）蝸殼的外形尺寸、斷面尺寸以及機(jī)構(gòu)等，應(yīng)滿足水電站廠房布置和水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)要求。 （ 4）保證蝸殼具有足夠的強(qiáng)度。 水輪機(jī)蝸殼水力設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是：選擇蝸殼形式、計(jì)算和選擇蝸殼主要參數(shù)等。 18 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 選擇 蝸殼類(lèi)型 蝸殼分為混凝土蝸殼和金屬蝸殼兩種類(lèi)型。當(dāng)水電站的最大水頭在 40米以內(nèi)的機(jī)組，通常采用混凝土蝸殼，當(dāng)水電站的最大水頭超過(guò) 40米時(shí)，一般選用鋼板焊接蝸殼，斷面形狀有圓形和橢圓形兩種，包角大小一般為 345176?！?360176。 由上面的條件 選擇 ，最后決定水輪機(jī)蝸殼選用金屬蝸殼。 確定 金屬蝸殼主要參數(shù) 蝸殼包角 ? 選擇 蝸殼包角 ? 是指從蝸殼尾端到進(jìn)口斷面的角度，它是蝸殼的主要參數(shù)之一，反映了蝸殼包圍導(dǎo) 水機(jī)構(gòu)的程度，它將會(huì)影響電站的投資及水輪機(jī)的效率。通常取座環(huán) 固定導(dǎo)葉出口邊作為蝸殼包角的起始斷面，取垂直于引水管道軸線的 X? 方向斷面作為蝸殼的進(jìn)口斷面。 本機(jī)組采用包角為 345? ?? 的金屬蝸殼 。 蝸殼進(jìn)口流速 選擇 蝸殼進(jìn)口斷面的平均流速 0v 與蝸殼尺寸及蝸殼水力損失等因素有關(guān)。若 0v 較大，則蝸殼和導(dǎo)水機(jī)構(gòu)中的水力損失相應(yīng)增大，反之亦然。在流量相同的條件下，0v 越大，則斷面尺寸可減小，從而減小對(duì)電站的投資。 通常情況下， 0v 是由水輪機(jī)的設(shè)計(jì)水頭來(lái)決定的，即： 0 vrv K H? 式中： vK —— 流速系數(shù)。 由 [2]37P 知： 對(duì)混凝土蝸殼，取 vK =～ ；對(duì)金屬蝸殼，取 vK =～ 。 本設(shè)計(jì) 取 vK =； rH —— 水電站設(shè)計(jì)水頭， rH =130m。 因此， 進(jìn)口流速 0v = 金屬蝸殼的水力計(jì)算 對(duì)金屬蝸殼進(jìn)行水力計(jì)算，就是在給定設(shè)計(jì)水頭 rH ，設(shè)計(jì)流量 rQ ，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)0b 及座環(huán)尺寸的條件下，確定蝸殼各斷面的形狀和尺寸，列出蝸殼斷面尺寸表，以便制造及作為蝸殼強(qiáng)度計(jì)算和水電站廠房設(shè)計(jì)的依據(jù)。 有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)如下： 已知參數(shù)：水頭 130Hm? 流量 /rQ m s? 轉(zhuǎn)輪直徑 1 ? 蝸殼包角 φ＝ 345176。 19 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 固定參數(shù)： 0 ? ? α＝ 55176。 查表參數(shù)： 3150aD mm? 2600bD mm? 100K mm? 200R mm? 為方便處理數(shù)據(jù)，金屬蝸殼水力計(jì)算采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。 計(jì)算 進(jìn)口斷面 水流沿圓周均勻地向?qū)畽C(jī)構(gòu)供水，蝸殼任意斷面的流量為： 360iir? ?? 式中： iQ —— 流過(guò)任意斷面的流量， 3/ms； i? —— 任意斷面至蝸殼鼻端的包角； rQ —— 水輪機(jī)的設(shè)計(jì)流量， /rQ m s? 。 因此，進(jìn)口斷面流量為： 30 /Q m s? 進(jìn)口斷面的半徑： 000Qv? ?? 式中： 0? —— 進(jìn)口斷面半徑， m； 0Q —— 進(jìn)口斷面流量， 3/ms； 0v —— 進(jìn)口斷面流速， m/s。 因此， 0? = 蝸殼計(jì)算 VB輔助 程序 程序見(jiàn)附錄 。 （ 5）計(jì)算結(jié)果如下 已知參數(shù)及數(shù)值： D1= Hr = 130 qvr = b0_ =0 .2 Kv = ф0 = 345 Da = Db = K = R = α = r1= B= 蝸殼進(jìn)口斷面參數(shù)及蝸殼系數(shù)： C0= ρ0= .867177 a0= 2 R0= C= фs= 與座環(huán)連接的蝸殼尺寸： 20 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) ra= rb= = h1= h=0 .2517847 蝸殼各斷面尺寸： 圓斷面： ф i= 345 ai= 2505 ρi= 867 Ri= 3372 圓斷面： ф i= 330 ai= 2481 ρi= 845 Ri= 3326 圓斷面： ф i= 315 ai= 2457 ρi= 822 Ri= 3279 圓斷面： ф i= 300 ai= 2432 ρi= 798 Ri= 3231 圓斷面： ф i= 285 ai= 2407 ρi= 774 Ri= 3182 圓斷面： ф i= 270 ai= 2382 ρi= 750 Ri= 3132 圓斷面： ф i= 255 ai= 2355 ρi= 725 Ri= 3081 圓斷面： ф i= 240 ai= 2328 ρi= 700 Ri= 3028 圓斷面： ф i= 225 ai= 2300 ρi= 674 Ri= 2975 圓斷面： ф i= 210 ai= 2272 ρi= 648 Ri= 2919 圓斷面： ф i= 195 ai= 2242 ρi= 6 20 Ri= 2862 圓斷面： ф i= 180 ai= 2211 ρi= 592 Ri= 2804 圓斷面： ф i= 165 ai= 2179 ρi= 563 Ri= 2742 圓斷面： ф i= 150 ai= 2145 ρi= 533 Ri= 2678 圓斷面： ф i= 135 ai= 2109 ρi= 502 Ri= 2611 圓斷面： 21 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) ф i= 120 ai= 2071 ρi= 469 Ri= 2540 橢圓斷面： ф i= 105 ai= 2020 ai1= 2025 ρ1i= 435 ρ2i= 427 Ri= 2455 橢圓斷面： ф i= 90 ai= 1945 ai1= 1974 ρ1i= 417 ρ2i= 365 Ri= 2362 橢圓斷面： ф i= 75 ai= 1866 ai1= 1921 ρ1i= 398 ρ2i= 301 Ri= 2263 橢圓斷面： ф i= 60 ai= 1782 ai1= 1865 ρ1i= 377 ρ2i= 232 Ri= 2159 橢圓斷面： ф i= 45 ai= 1692 ai1= 1805 ρ1i= 355 ρ2i= 158 Ri= 2047 橢圓斷面： ф i= 30 ai= 1593 ai1= 1738 ρ1i= 331 ρ2i= 77 Ri= 1923 橢圓斷面： ф i= 15 ai= 1481 ai1= 1663 ρ1i= 303 ρ2i= 14 Ri= 1785 3 水輪機(jī) 尾水管水力 設(shè)計(jì) 尾水管 的水力設(shè)計(jì) 尾水管是水輪機(jī)重要 的通流 部件 之一 ， 其型式和尺寸對(duì)水輪機(jī)的效率和運(yùn)行的穩(wěn)定性有很大的影響。本次設(shè)計(jì)采用彎肘形尾水管。彎肘形尾水管由進(jìn)口錐段、肘段和出口擴(kuò)散段三部分組成。尾水管各部分尺寸均由模型轉(zhuǎn)輪（ 1 1Dm? ）按比例 換算而來(lái)（真機(jī) 1 ? ）。 繪制尾水管 單線圖 在 文獻(xiàn) [1]上查取模型機(jī)轉(zhuǎn)輪型號(hào)為 HL180/A194 的尾水管單線圖，其轉(zhuǎn)輪直徑D1=1m， 而 此次 機(jī)組轉(zhuǎn)輪直徑為 D1=，按相似理論原則，等比例放大尾水管單線圖尺寸，且每一尺寸都放大 倍。 HL180/194LJ159水輪機(jī)尾水管單線圖見(jiàn)附圖 SK02。 4 水輪機(jī)進(jìn)水閥 選 型設(shè)計(jì) 22 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 進(jìn)水閥設(shè)置在水輪機(jī)蝸殼的進(jìn)口處，亦即位于壓力鋼管的末端，其主要作用有以下三點(diǎn)： （ 1）停機(jī)檢查或檢修水輪機(jī)時(shí)，在靜水中關(guān)閉閥門(mén)，截?cái)嗨鳌? （ 2）機(jī)組較長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)時(shí)截?cái)嗨?，以減少導(dǎo)葉漏水及因漏水造成的間隙空蝕損壞，還可避免機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行后，因?qū)~漏水量增大而不能停機(jī)的問(wèn)題。 （ 3）事故狀態(tài)下，在動(dòng)水中緊急關(guān)閉閥門(mén)截?cái)嗨?，防止事故擴(kuò)大。 Hmax==200，所以本次設(shè)計(jì)選擇蝴蝶閥。 fD ODa? 式中： OD —— 蝸殼進(jìn)口斷面直徑； a —— 與水頭有關(guān)的系數(shù) ， 1 / 3m ax1 ?? ， maH 為電站最大水體 因此， fD = 由文獻(xiàn) [4]選取 標(biāo)準(zhǔn)值 , 250 200DF ??型 蝶 閥 。 5 發(fā)電機(jī)選型設(shè)計(jì) 發(fā)電機(jī) 類(lèi) 型 因本電站選用的是立式水輪機(jī)機(jī)組，故發(fā)電機(jī)也為立式布置方式。立式水輪發(fā)電機(jī)可分為懸式布置和傘式布置兩種方式，其適用條件及主要 特點(diǎn) 點(diǎn)如下： 傘式發(fā)電機(jī)的特點(diǎn) 它的轉(zhuǎn)速一般小于 150 /minr ，水輪機(jī)機(jī)坑及發(fā)電機(jī)定子直徑較大，推力軸承支架布置在定子下部下機(jī)架內(nèi)或水輪機(jī)頂蓋上，軸向推力通過(guò)發(fā)電機(jī)機(jī)墩或頂蓋傳至基礎(chǔ)，其優(yōu)點(diǎn)在于機(jī)組高度小，材料消耗少，造價(jià)低；缺點(diǎn)在于 其 推力軸承直徑損耗大，安裝維修不方便，上機(jī)架剛度大，運(yùn)行穩(wěn)定性差。 懸式發(fā)電機(jī)的特點(diǎn) 它的轉(zhuǎn)速一般大于 150 /minr ，水輪機(jī)機(jī)坑及發(fā)電機(jī)定子直徑較小，推力軸承支架布置在定子上部上機(jī)架內(nèi)，軸向推力通過(guò)定子機(jī)座傳至基礎(chǔ)，其優(yōu)點(diǎn)在于推力軸承直徑較小，損耗小，安裝維修方便，上機(jī)架剛度大，運(yùn)行穩(wěn)定性好；缺點(diǎn)