【文章內容簡介】 頭Hm （m）61151）轉輪直徑D1的計算由上表查得ZZ440型水輪機在限制工況下的單位流量′=,同時該工況的氣蝕系數(shù)=,[]=4時其相應的氣蝕系數(shù)：==式中為氣蝕系數(shù)修正值，由圖226查得=。在滿足4m吸出高度的前提下,從圖可查知(=115 r/min, =′=1000 L/s, M=%,%.D1==選用與之接近的標準直徑D1=2） 轉速：式中 ：n1’——單位轉速，采用n1’=’= r/minH——水頭采用H=Hp=n= (r/min)=采用與其接近的同步轉速n= r/min 磁極對數(shù) p=183）效率及單位參數(shù)的修正軸流轉漿式水輪機的原型最高效率采用效率修正值，對不同裝置角計算結果列表如表24葉片轉角10176。5176。0176。5176。10176。15176。8886表24 ZZ440型水輪機效率修正值計算表 由于最優(yōu)工況接近于=0176。=%作為修正值則原型的最高效率 =+=89%+%=%已知在吸出高程為4m,限制工況點(=115r/min, Q1′=1000L/s)處的模型效率=%而該工況在5176?！?10176。之間，用內差法可求得=%.由此可得該工況點的原型水輪機效率為=%+%=% （與上假定相近）因為==%3%=, n=4）工作范圍校核D1=, n=== m3/s水輪機的最大引用流量為 m3/s各個特征水頭相對應的單位轉速：在HL240型水輪機模型綜合特性曲線圖上分別繪出，的直線，可看出，包括了高效率區(qū)。5）吸出高度及安裝高程的計算由水輪機的設計工況點(= r/min, =10321 L/s,) 在圖3—25可查得相應的氣蝕系數(shù)為=，并可以從圖2—26查得氣蝕修正值=則： =(+)=由此可見ZZ440型水輪機的方案的吸出高程滿足水電站的要求。6）安裝高程的計算ZZ440型水輪機安裝高程的計算ZA=ZDmin+Hs+xD1=+=始終x為高度系數(shù)從《水電站》 HL240型水輪機及ZZ44型水輪機兩種方案的比較表2－5 水輪機方案參數(shù)對照表序號項目HL240ZZ4401模型水輪機參數(shù)推薦使用的水頭范圍25～4520～362最優(yōu)單位轉速721153最優(yōu)單位流量11008004限制工況單位流量124016505最高效率92896氣蝕系數(shù)7原型水輪機參數(shù)工作水頭范圍～～8轉輪直徑9轉速10最高效率11額定出力408164081612最大引用流量13吸出高度14安裝高程由表2－5可見兩種方案中HL240型水輪機運行效率高，安裝高程較高使得其開挖量較ZZ40型水輪機的開挖量要小得多且有利于提高年發(fā)電量，而ZZ440型水輪機機組轉速較高使得其氣蝕系數(shù)較高不利于安全，雖然發(fā)電機尺寸較小但同時使得水輪機調節(jié)系統(tǒng)造價升高綜合以上因素選擇HL240型方案更為有利水輪機運轉特性曲線時表示轉速，轉輪直徑為常數(shù)時水頭，流量，出力，效率，河吸出高度等參數(shù)間的關系曲線包括等效率曲線，出力限制線和等吸出高曲線，它反映了水輪機實際運行中各個參數(shù)間的關系是指導水電站運行的依據。在水輪機的工作水頭范圍以內取三個水頭, 并繪制每個水頭下的工作特性曲線如附圖21（a）,在該圖上以某一效率為常數(shù)作平行線，他與諸曲線相交并可得出各交點上的H,N值，然后依H，N值將各點落在HN的坐標場中，并繪制成一光滑曲線如附圖21(b)，即為該效率的等效率曲線，計算表2－6表2－6 等效率曲線計算表 868686878787888888898989909090919191919191909090898989888888878787868686水輪機最大出力受到發(fā)電機額定出力和水輪機5%出力貯備線的雙重限制，在運轉綜合特性曲線圖上，H≥Hr時的出力線為N=Hr的一段垂直直線，HHr時水輪機出力受5%出力貯備線的限制,A點與B點的連線即為出力線。做法上見圖。發(fā)電機額定出力的限制即為水輪額定出力的限制（=為發(fā)電機的額定效率），因此在運轉綜合特性曲線圖上，時出力限制線的一段垂直直線，如下圖由于是水輪機發(fā)出額定出力的最小水頭，所以當時，水輪機出力受5%出力儲備線的限制。在相應的模型綜合特性曲線圖中的5%出力儲備線上找出相應于的工況點然后求出對應的在圖中把點與點連成直線，即得到時的出力限制線，如附圖22。而相應于的工況點流量 等吸出高度曲線的繪制1）根據等效率曲線計算表中的和N 作不同水頭下N=f()的輔助曲線2）在向相應的模型綜合特性曲線上，佐以各水頭下為常數(shù)的水平線，它與氣蝕系數(shù)線交于許多點，記下各點的和值并將其列入表 其中的值可由Hr查得3）由上述已知的可在N=f()輔助曲線上查得相應的N值并記入表中有公式Hs=10，計算出不同之相應的吸出高Hs并列入表中。4）根據表中對應的Hs和N作各水頭下的的輔助曲線如附圖23(a)。5）在得輔助曲線上，作某一Hs為常數(shù)的水平線它與該輔助曲線交于許多點，并可各點上的H，N值。然后將各點連成光滑曲線即得該吸出高的等吸出高度線如附圖23(b),計算過程見表27表27 吸出高度計算表HN()HHs3224. 蝸殼形式的選擇蝸殼形式有金屬蝸殼和混凝土蝸殼，金屬蝸殼適用于水頭大于40m或小型臥式機組，～，同時考慮為了節(jié)約鋼材,且梯形斷面與圓形斷面相等時，梯形斷面可以沿軸向上下延伸,與圓形相比徑向尺寸較小,可以減少廠房的面積和土建投資,所以本設計采用了混凝土蝸殼,并采用平頂梯形斷面。 斷面形狀及包角的選擇從蝸殼的鼻端至蝸殼進口斷面之間的夾角稱為蝸殼包角,常用來表示,對于混凝土蝸殼由于勘測流量較大,允許的流速減小,允許流速較小,通常采用包角為180176?！?70176。，本設計選擇270176。斷面形式使用平頂梯形，本設計采用了平頂梯形,所以n=0,當n=0時, r= 10176?！?5176。, =～ ,本設計選用r=15176。, =。根據水電站規(guī)模本電站采用平頂梯形斷面混凝土蝸殼由《水力機械》附表以及附表二查得HL240型水輪機 Da=,Db=進口斷面流速 =式中ac查《水電站》進口斷面流量 =設計流量= m/s進口斷面面積F1==根據幾何關系確定進口斷面尺寸如下進口斷面面積應滿足下式解上面方程組得a1=， b1=， m1=在圖5中CH對角線為, k=m/a=當混凝土蝸殼的進水口斷面形狀確定后，其中間斷面形狀可由各斷面頂角點及底角點的變化規(guī)律來確定，本設計采用直線變化規(guī)律。查《水電站設計手冊》(水利機械卷)表1215,可知Da=， Db= 圖的繪制根據《水電站》的公式(23)和(24)式可知中間斷面面積Fi與包角的關系為,所以是直線繪制輔助曲線,在進口斷面做出若干個中間斷面,如圖24。結合及已知數(shù)據可以求出每個斷面的面積Fi, 根據下表28可就可以繪制曲線，見附圖25斷面02701158274320表28查圖得表29表2904590135180225270R6依據上表繪制蝸殼單線圖如附圖26。尾水管是反擊式水輪機的重要過流部件，其形式和尺寸在很大程度上影響到水電站下部土建工程的投資和水輪機運行的效率及穩(wěn)定性。尾水管的形式很多,常用的有直錐形,彎錐形和彎肘形, 大中型反擊式水輪機均采用彎肘形，本設計采用彎肘形，它不但可以減小尾水管開挖深度，而且具有良好的水力性能。彎肘形尾水管由進口直錐段中間肘管段和出口擴散段三部分組成。 彎肘形尾水管部分尺寸的確定由《水電設計手冊》查得HL240型水輪機轉輪流道尺寸 D=。1) 進口直錐段是一段垂直的圓錐形擴散管,進口直徑為D3高度為h3錐管段均設金屬里襯,以防止旋轉水流對管壁的破壞,對混流式水輪機,單邊的擴散角的最優(yōu)值為7176?！?9176。,本設計選用8176。,進口直徑D3= D2==2）中間彎肘段肘管是一段90176。轉角的邊截面彎管,其進口斷面為圓形,出口斷面為矩形,管內一般不設金屬里襯,由于肘管形狀太復雜，所以肘管內一般不設金屬里襯，但當流速很大特別含沙時應設里襯，由于該電站水頭小150，所以不設金屬內襯.3）出口擴散段是一段水平放置,兩側平行,頂板上翹的矩形擴散管, 一般取10176?！?13176。,本設計取12176。當出口斷面寬度過大時,可按水工結構要求加設中間設墩,它的厚度取(～)，出口擴散段內通常不加金屬里襯。彎管段尺寸計算見表210D4B6L1aR6R7R811擴散段尺寸計算見表211D1HLB5D4L11利用以上數(shù)據繪制尾水管如附圖27。 發(fā)電機的選擇 發(fā)電機型式的選擇水輪發(fā)電機的結構型式主要取決于水輪機的型式和轉速，同時要兼顧廠房的布置要求，本設計水輪機的額定轉速n=,故采用傘式水輪發(fā)電機。本設計中水輪發(fā)電機的型號采用推薦型號為SF4556/900，即：立式空冷水輪發(fā)電機，額定容量為45MW，磁極個數(shù)為56個，定子鐵芯外徑9000， SF4556/900型水輪發(fā)電機有關資料如下（查《水電站機電設計手冊》水力機械卷）：定子外徑： Da=900定子內徑： Di=842定子長度： Lt=135定子機座高度： h1=2590上機架高度： h2=838推力軸承高度： h3=870勵磁機高度： h4=2070永磁機及轉速繼電器高度： h6=455定子支撐面至下機架支撐面距離： h8=785轉子磁軛軸向高度： h10=1980發(fā)電機主軸高度： h11=2035（副） h11=7020（主）定子水平中心線至法蘭底面距離： h12= 6120法蘭盤地面至發(fā)電機層地板高度： H=9055定子支承至發(fā)電機層地板高度： h=3428機座外徑： D1=10170風罩內經： D2=12800轉子外徑： D3=8390水輪機機坑直徑： D5=6000下機架最大跨度： D4=7760推力軸承裝置外徑： D6=3200勵磁機外徑： D7=2640/3000布置特點說明：上機架埋入地板內、勵磁機及其機架在其上露出地面，推力軸承在下機架之上。 見附圖28。 調速器設計 調速設備的選擇水輪機調速系統(tǒng)的基本任務是：使水輪發(fā)電機組穩(wěn)定地以額定轉速運行，在機組負荷變化或其他外擾作用下，保證機組的轉速變化不超過一定的范圍，并能迅速地穩(wěn)定與新的工況，從而保證發(fā)電機輸出的交流電頻率滿足用電設備的要求。水輪機調節(jié)是通過調速系統(tǒng)根據機組轉速的不斷地改變水輪機過流量來實現(xiàn)的。調速功 《水力機械》式54式中：H——水輪機的最大水頭 Hmax=Q——最大水頭下發(fā)出額定出力時的流量D1—由得最大水頭下發(fā)出額定出力的流量由繪制的運轉特性曲線圖上查得=%=288463—360579N3000 N選屬大型調速器則接力器,調速柜和油壓裝置應分別為計算和選擇。1）接