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长沙理工大学水动0901班水轮机课程设计 邓权
第一章 水轮机的选型设计
1.1水轮机型号选定
一、水轮机型式的选择
根据原始资料，该水电站的水头范围为59.07-82.9m，电站总装机容量56万千瓦，拟选2、3、4、5台机组，平均水头为75.43m，最大水头为82.9m，最小水头为59.07m。
水轮机的设计水头估算为Hr?72m
按我国水轮机的型谱推荐的设计水头与比转速的关系，
水轮机的比转速ns:
ns?20002000?20??20?216 m.KW H72根据原始资料，适合此水头范围的水轮机类型有斜流式和混流式。 又根据混流式水轮机的优点：
（1）比转速范围广，适用水头范围广，可适用30～700m； （2）结构简单，价格低；
（3）装有尾水管，可减少转轮出口水流损失。 故选择混流式水轮机。
因此，选择ns在216m.kw左右的混流式水轮机为宜。
根据表本电站水头变化范围(H=59.07-82.9m)查《水电站机电设计手册—水力机械》1-4] 适合此水头范围的有HL220-46。
二、拟订机组台数并确定单机容量
表1-1 机组台数比较表
台数 2 3 4 5 单机容量（万千瓦） 28 18.7 14 11.2
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1.2 原型水轮机各方案主要参数的选择
按电站建成后,在电力系统的作用和供电方式,初步拟定为2台,3台,4台,5台四种方案进行比较。
基本参数， 模型效率：?M?0.89，推荐使用最优单位流量：1.15m速：n11r?70rmin，最优单位流量：Q11r?1150ls。
3h，最优单位转
一、2台机组（方案一） 1、计算转轮直径
装机容量22万千瓦，由《水轮机》325页可知：水轮机额定出力：
Pr?NG?G?280000?285714.3kw
0.98 上式中： ?G-----发电机效率,取0.98
NG -----机组的单机容量（KW）
由型谱可知，与出力限制线交点的单位流量为设计工况点单位流量，则Q11r=1.15m3/s,
对应的模型效率ηm=89%，暂取效率修正值 Δη=0.03，η=0.89+0.03=0.92。则设计工况原型水轮机效率为92%。
D1?Pr285714.3??6.8(m) 1.51.59.81Q110Hr?s?G9.81?1.15?72?0.92?0.98我国规定的转轮直径系列（见《水轮机》P9），计算值处于标准值6.5-7.0 m，并接近7.0m取直径D1=7.0 m
2、计算原型水轮机的效率
?max?1?(1??M0)5D1M0.46?1?(1?0.92)5?0.954 D17.0max
Δη=η-ηM0=0.954-0.92=0.034
限制工况原型水轮机效率 η=ηm+Δη=0.89+0.034=0.924
3、同步转速的选择
nr?n110Hav70?75.43??86.9r/min D17.0?n?n11M(?T00.924?1)?n11M(?1)?0.0189n11M?0.03n11M 符合要求 ?M0.89所以转速不用修正。
转速介于发电机 同步转速83.3r/min和88.2r/min之间， 需要对两个转速都进行修正。
4、计算水轮机的运行范围
水轮机设计流量
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Qr?Q110D12Hr?1.15?7.02?72?478.1m3s
当n=83.3r/min时，最大水头、最小水头和平均水头对应的单位转速
n11min?nD183.3?7.0??64.04(r/min) Hmax82.9nD183.3?7.0??67.14(r/min) Ha75.43nD183.3?7.0??75.87(r/min)
Hmin59.07n11a?n11max?当n=88.2r/min时，最大水头、最小水头和平均水头对应的单位转速
n11min?nD188.2?7.0??67.81(r/min)
Hmax82.9n11anD188.2?7.0???71.09(r/min)
Hp75.43nD188.2?7.0??80.33(r/min)
Hmin59.07n11max?综上所述，参数绘制在HL220综合曲线上以检验水轮机高效率运行区域的高低，选择高效率较高的88.2rmin.
5、水轮机计算点出力的校核
计算Hr时的出力：
2P?9.81D1Q11Hr1.5??9.81?7.02?1.15?721.5?0.92?3.11?105kw?Pr
符合要求
6、计算水轮机实际额定流量Qr
Qr?Q11rD12Hr?1.15?7.02?72?478.1m3/s 7、 计算最大允许吸出高度 Hs
在额定工况下，模型水轮机的空化系数?M?0.083 根据该电站设计水头取
E=887.0m
K=1.08 （水轮机原理及运行P54表3-3）
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Hs?10-E887.0-K?MHr?10--1.08?0.083?72?2.7m
9009008、实际的水轮机额定水头
因不同的D1、ｎ与水能预算Hr有差异
??Pr??Hr??2??9.81D1Q11??2/3285714.3?????29.81?7.0?1.15?0.924??2/3?83.8m
9、计算飞逸转速nR
由HL220模型水轮机飞逸特性曲线查得，在最大导叶开度下单位飞逸转速
n11R?133r/min，故水轮机的飞逸转速为
nR?n11RHmax82.9 ?133??173r/minD17.0bo0.28?887.0?1.3??885.84m 2210、水轮机安装高程 Z?Zw?HS?11、计算轴向水推力Ft
根据表4，HL220的转轮轴向水推力系数Kt?0.28~0.34，转轮直径较小、止漏环间隙较大时取大值。本电站转轮直径较大，故取Kt?0.30。
表4 混流式水轮机的轴向水推力系数表
转轮型号 HL31HL24HL23HL22HL20HL18HL16HL12HL11HL100 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.370.340.180.280.220.220.200.100.100.08K ～～～～～～～～～～0.45 0.41 0.22 0.34 0.28 0.28 0.26 0.13 0.13 0.14
水轮机转轮轴向水推力为：
Ft?9810Kt?4D12Hmax?9810?0.30??4?7.02?82.9?0.93845?107N
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