【導讀】電站所在地海拔高程約800m。⒈水輪機型號選擇。⒉應用主要綜合特性曲線初步擬訂待選方案。⒊通過初步分析比較淘汰明顯不合理的方案，保留兩個較好方案精選。繪制運行特性曲線，進行機電設備的投。5．確定最佳方案。并對其進行如下計算：。⑴水輪機飛逸轉速；⑶導葉高程，導葉最大及最優(yōu)開度；⑷蝸殼水力計算及單線圖；⑹對水輪機結構的特殊要求。⒈分別編寫設計計算書和設計說明書各一分。⒊說明書要論證充分正確，結論清楚。⒋圖紙要符合標準，要求選擇一張用計算機繪制。⒌說明書附英文標題與摘要。水輪機選型設計部分：依據(jù)原始資料初步確定機組的臺數(shù)和機型，從而形成了

　　

【正文】 原型水輪機出力 2 1 .51 1 19 .8 1D H QP ?? 。 表 25 方案三等效率曲線計算表 Hmax = 100m n11m = （ r/min） H r= 94m n11m = （ r/min） M? Q11 ? P M? Q11 ? P H = 86m n11M =（ r/min） Hmin = 80m n11M = （ r/min） M? Q11 ? P M? Q11 ? P 河北工程大學畢業(yè)設計 24 單位 :P(萬 千瓦 ) 方案三 效率曲線圖 如圖 21 圖 21 河北工程大學畢業(yè)設計 25 表 26 方案四的等效率曲線計算表 Hmax = 100m n11M =（ r/min） H r= 94m n11M =（ r/min） M? Q11 ? P M? Q11 ? P H = 86m n11M = （ r/min） Hmin = 80m n11M =（ r/min） M? Q11 ? P M? Q11 ? P 河北工程大學畢業(yè)設計 26 單位（萬 .KW） 方案四 效率曲線 圖如圖 22 所示。 圖 22 二、等吸出高度線的計算與繪制 計算與繪制 Hs 步驟： （ 1）計算各水頭相應的單位轉速 n11M，在模型綜合特性曲線上過各 n11M 作水平線與各等 ? 線相交，記下各交點的 ? 、 Q1 M? 值。 （ 2）根據(jù)吸出高度計算式 sH 1 0 H900 ???? ? ? ? ?（ ） 計算各點 Hs，并計 算各點出力 P。 河北工程大學畢業(yè)設計 27 （ 3）根據(jù)各工況點的 Hs 、 P，繪出各水頭下的 Hs=f（ P）曲線。 （ 4）在 Hs=f（ P）曲線圖上取 0s ?H m值作水平線與各 Hs=f（ P）曲線相交，記下各交點的水頭 H 及出力 P，將這些點（ P、 H）繪制到 P~H 坐標系內(nèi)，并用光滑曲線連接即為即為 0s ?H m的等吸出高度線。 方案 Ⅰ 和方案 Ⅱ 等吸出高度線的計算和繪制均按上述步驟進行，計算結果分別計于表 27 和表 28 中。等吸出高度線圖分別繪制在附圖 3 和附圖 4 中。 表 27 方案三 等吸出高度線的計算 H ? M? ? Q11 H????（ ） P HS Hmax=100m n11= （ r/min） 7 8 9 10 12 14 Hr=94m n11= （ r/min） Hmin=80m n11=（ r/min） 8 單位： P（萬 千瓦）、 H（ m）、 HS（ m） 方案三的吸出高度線如圖 23 所示： 河北工程大學畢業(yè)設計 28 圖 23 表 28 方案四等吸出高度線的計算 H ? M? ? Q11 H????（ ） P HS Hmax=100m n11= （ r/min） 7 8 9 10 12 14 Hr=94m n11= （ r/min） Hmin =80m n11= （ r/min） 8 單位： P（萬 千瓦）、 H（ m）、 HS（ m） 河北工程大學畢業(yè)設計 29 方案四的吸出高度線如圖 24 所示： 圖 24 三、出力限制線的計算與繪制 繪制出力限制線的步驟： 求出與 Hmin 和 Hr相對應的水輪機出力 Pmin、 Pr，將點（ Hr， Pr）、點（ Hmin、 Hmin）連成一條斜線，此線即為水輪機出力限制線。 方案三和方案四出力限制線的計算和繪制均按上述步驟進行，計算結果分別計于表29。出力限制線圖分別 如 圖 25 和 圖 26 所示 。 表 29 方案三 和方案四出力限制線的計算表 方案三 Hr = 94m ? = Q11r = m3/s Pr= （萬 千瓦） Hmin= 80m ? = Q11min=（萬 千瓦） 方案四 Hr = 94m ? = Q11r = m3/s Pr= （萬 千瓦 ） Hmin= 80m ? = Q11min= 0,743 m3/s Pmin=（萬 千瓦） 方案三的出力限制線如圖 15 所示；方案四的出力限制線如圖 16 所示： 河北工程大學畢業(yè)設計 30 圖 25 圖 26 綜上可得出方案三和方案四的綜合運轉特性曲線 如圖 27 和 28 所示： 圖 27 投資估算 一、機電設備計算比較 方案三： （ 1）根據(jù)《水電站設計手冊》電氣一次的發(fā)電機部分，推薦 使用傘式發(fā)電機組。 （ 2）發(fā)電機總重估算： 河北工程大學畢業(yè)設計 31 圖 28 29 58)7551 02 04(8)( 3232 ????eff nskG (t) fG ——發(fā)電機總重量（ t）。 fS ——發(fā)電機額定容量（ kVA）。 en ——額定轉速（ rpm）。 k ——系數(shù)，對傘式發(fā)電機取 7~9，本電站取 K= 8。 （ 3）水輪機總重量估算： 查《水電站機電設計手冊》 139P 圖 255 ，得出 水輪機總重量 sG = 2500t （ 4）方案三的機電總投資 P 計算為： 水輪機材料按每噸 萬計，發(fā)電機按每噸 4 萬計。則 )(5 ??????P (億元 ) 方案四： （ 1）根據(jù)《水電站設計手冊》電氣一次的發(fā)電機部分，推薦使用傘式發(fā)電機組。 （ 2）發(fā)電機總重估算： 37 73) 77 5 5(8)( 3232 ????eff nskG (t) 河北工程大學畢業(yè)設計 32 fG ——發(fā)電機總重量（ t）。 fS ——發(fā)電機額定容量（ kVA）。 en ——額定轉速（ rpm）。 K ——系數(shù)，對傘式發(fā)電機取 7~9，本電站取 K= 8。 （ 3）水輪機總重量估算： 查《水電站機電設計手冊》 139P 圖 255 ，得出 水輪機總重量 sG = 3300t （ 4）方案四的機電總投資 P 計算為： 水輪機材料按每噸 萬計，發(fā)電機按每噸 4 萬計。則 )(4 ??????P (億元 ) 兩個方案列表為 210 所示： 表 210 兩方案計算結果 兩方案比較：方案四比方案三的機電設備投資多 億元。 二、 動能經(jīng)濟比較 在設計水頭 Hr 下，水輪機額定功率 ne 為： 方案三： 8 69 4 ?????? rre HQn ? （萬 千瓦） 50?? re Pn （萬 千瓦） 方案四： 3 29 4 ?????? rre HQn ? （萬 千瓦） 50?? re Pn （萬 千瓦） 兩種方案的設計水頭下的功率均大 于水輪機的額定功率，符合設計要求。 三、土建工程比較 就單臺水輪機比較：方案三的水輪機轉輪直徑較方案四的小 ，所以廠房水下部分的開挖量方案三小于方案四。 對于方案三的 5 臺機組和方案四的 4 臺機組而言，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。 四、最優(yōu)方案的確定及相關參數(shù)的確定 參數(shù) 方案 轉輪型號 機 組 臺數(shù) 發(fā)電機總重估算 (t) 水輪機總重量估算 （ t） 機電總投資 P 計算 （億元） 三 HL180/A194 5 2958 2500 四 HL180/A194 4 3773 3300 河北工程大學畢業(yè)設計 33 方案三比方案四的機電投資少 億元，動能經(jīng)濟符合要求，但方案四比方案三的土建工程開挖量及廠房面積少得多，所以將方案四作為最佳選擇方案。 最優(yōu)方案的基本參數(shù)： （ 1）轉輪直徑 D1= m。 （ 2）轉速 n= r/min。 （ 3）限制工況下水輪機效率 ?? 。 （ 4）水輪機設計流量 Q r = m3/s。 （ 5）幾何吸出高度 0s ?H m。 （ 6）飛逸轉速 ?rn min/r （ 7）軸向水推力 ?tF 610? (N) 五、 最優(yōu)方案的其他參數(shù)的確定 （ 1）導葉高程。 因為 0s ?H m， 800w ?D m， ?Db 查《水輪機》 218 頁，得 b0 = = 所以，導葉高程 0 028 3 0 020w ????????? bH sm （ 2）導葉最大及最優(yōu)開度的確定。 查 HL180/A194 綜合特性曲線，得出： 模型水輪機導葉的最大開度 32a max0 ?M mm，最優(yōu)開度 24a0 ?M mm。 則原型水輪機導葉的最大開度 a x01 1m a x0 ???? MM aDDa mm 最優(yōu)開度 10 ???? MM aDDa mm 蝸殼的水力計算 蝸殼形式的確定 大中型水輪機的蝸殼，當最大水頭在 40m 以下時，一般用混凝土蝸殼； 40m 以上時鋼板焊接蝸殼。由于本電站水頭在 40m以上，且 mD 31? 故選用金屬蝸殼，包角選為345 度。 金 屬蝸殼設計 （ 1）參數(shù)的選擇。 河北工程大學畢業(yè)設計 34 采用蝶形邊座環(huán)，其錐角為 55?? 金屬蝸殼座環(huán)尺寸的確定 ?? DDD aa ； ?? DDD bb ； ba DR 2? ； aa Dr 2? D a—— 座環(huán)外環(huán)直徑。 D b—— 座環(huán)內(nèi)環(huán)直徑。 R a—— 固定導葉外切圓半徑。 r a —— 蝶形邊錐角頂點所在的半徑。 則 a ?? bDRm ?? aa Drm 10 ?Db ，得 b0 = m。 b0 —— 座環(huán)高度，即導葉高度。 0bh 2? ? ? ? —— 參數(shù)， ? = ~ ，取 ? =。 h —— 蝶形邊至導水機構水平中心線 高度。 則 0bh 2? ? ? ??? m （ 2）進口斷面計算。 進口斷面流量 Q0： 0 3 23 6 03 4 53 6 0 r00 ???? ? （ m3/s） 進口斷面流速 0? ： ???? rH