课程设计报告题目：能量转换机械创新综合设计——水轮机课程设计姓名：xxx学号：xxx班级：xxx2014年 6 月24 日目录目录 (1)课程设计任务书 (2)1. 课程设计的目的和要求 (2)2. 基本参数 (2)3. 课程设计的任务 (3)第一章水轮机的选型设计 (3)1.水轮机型号选择 (3)已知参数 (3)2. 水轮机基本参数的计算 (5)一.转轮直径1D的计算 (5)二.效率 的计算 (6)三．转速n的计算。
(6)4. 水轮机设计流量的计算 (7)5. 几何吸出高度Hs的计算 (7)6.飞逸转速nR的计算 (7)7. 转轮轴向水推力Ft的计算 (7)8. 检验水轮机的工作范围 (8)第二章水轮机运转特性曲线的绘制 (9)1.等效率曲线的计算 (10)2. 机组出力限制线的计算 (12)3.等吸出高度线的计算 (12)第三章蜗壳设计 (14)1.蜗壳型式的选择及参数 (14)2.蜗壳进口断面的计算 (16)3.椭圆断面的计算 (20)第四章尾水管设计 (21)第六章参考文献 (24)第七章附录 (25)1. 水轮机的运转综合特性曲线 (25)2. 蜗壳断面图 (25)3. 尾水管单线图 (25)课程设计任务书1. 课程设计的目的和要求课程设计是水轮机课程教学计划中的一个重要环节，是培养学生综合运用所学理论知识解决工程实际问题的一次系统的基本训练。
通过水轮机课本章节的相关理论知识的学习后，再通过课程设计的环节以达到巩固和加强理论知识的目的，进一步培养学生独立思考、严谨工作的能力，使学生学会查阅、收集、整理和分析相关文献资料；熟悉水轮机选型设计阶段的内容，针对给定任务能提出合理的设计方案并得出正确的计算结果。
2. 基本参数电站总装机容量：3000 MW电站装机台数：4台水轮机安装高程：2241.5m最大工作水头H：220mmax最小工作水头H：192.1mmin设计工作水头H：205mr加权平均工作水头H：210.5 ma3. 课程设计的任务根据给定的电站参数来进行反击式水轮机选型设计：（1）确定机型和装置形式；（2）确定水轮机的功率、转轮直径、同步转速、吸出高度及安装高程，轴向水推力，飞逸转速等参数；（3）绘制水轮机的运转综合特性曲线；（4）确定蜗壳的型式及尺寸，绘制蜗壳单线图；（5）确定尾水管的型式及尺寸，绘制尾水管单线图。
第一章水轮机的选型设计1.水轮机型号选择已知参数电站总装机容量3000MW，装机台数4台，单机容量750MW最大工作水头H：220 mmax最小工作水头H：192.1mmin设计工作水头H：205mr加权平均工作水头H：210.5ma水轮机安装高程：2241.5m由所给出的原始数据判断，水轮机的运行水头范围为：192.1-220m，属于中高水头，故可供选择的水轮机形式有混流式水轮机，水斗式水轮机，混流式水轮机有结构紧凑，运行可靠，效率高，能适应很高水头范围等特点，是应用最广泛的水轮机机型，而斜击式使用较少，所以我选择混流式水轮机。
对于单机750MW的HL水轮机，为了缩小厂房面积，采用立轴布置形式，水轮机轴与发电机轴直接对接。
中高水头的水轮机蜗壳采用金属土蜗壳，尾水管为直锥型尾水管。
n 按我国水轮机型谱推荐的设计水头与比转速关系，水轮机的s为：n =s在水轮机型谱中，适合本电站水头段及比转速的转轮的方案有①HL110，②HL120，③HL160以此选定电站设计的三种备用方案。
三种转轮型号水轮机经比较，HL160转轮水轮机最优工况下的参数最高，最优单位参数也是最高的，并且空化系数最低，所以我选择HL160转轮型号水轮机。
缺点是适合水头范围不足。
2. 水轮机基本参数的计算 一.转轮直径1D 的计算水轮机额定出力 R P =gηgN =750000/0.98= 765306（kw)转轮直径 1D =η5.111r 81.9P r H Q =918.0)205(639.081.97653065.1⨯⨯⨯=6.73m 11Q 指水轮机的单位流量，在可能情况下应取最大。
对于混流式水轮机，11Q 可以从模型综合曲线的最高效率区相应的出力限制线上选取（水轮机，郑源编，P151），所以我选择11Q =630L/S ，对应的模型效率m η=89.4%，暂取效率修正值η∆=3%，则设计工况原型水轮机效率η=m η+η∆=92.4%按我国规定的转轮直径系列，计算值介于6.5m 到7m 间，鉴于此水电站采用是大型机组，D1值可根据电站的具体情况来确定机组转轮直径，D1值取定为6.5m，经后续计算的验算，可确定一个理想值。
二.效率η的计算max η=5110)1(1D D M M η--=1-（1-0.924)×55.64.0=93.6% η∆=max η-0M η=0.936-0.924=0.012限制工况原型水轮机效率为：ηηη∆+=M =0.916+0.012=0.928三．转速n 的计算。
1110H D n n a ⨯==5.62055.67⨯=148.68（r/min)水轮机采用的是直联式水轮发电机组，根据发电机同步转速的计算公式f=np/60，可以计算出Pfn 60=(n 为发电机同步转速，r/min ；f 为频率，我国采用50Hz ，P 为发电机磁极对数)。
当P 取20时，同步转速为150r/min 。
当P 取22时，同步转速136.4r/min 。
转速计算值介于发电机同步转速150r/min 和136.4r/min 。
之间，需要对两个转速都进行检验。
4. 水轮机设计流量的计算r Q =r R H D Q 2111=0.639×25.6×205=386.5(m3/s)5. 几何吸出高度Hs 的计算在设计工况下，经过网上查得HL160模型水轮机的空化系数M σ=0.045。
由于没有查得HL160转轮水电站空化系数，我参照水轮机郑源07版173页，取得近似数据水电站P σ=0.105，那么吸出高度为：R P H -/900-10σ∇=S H =10-2241.5/900-0.105×205=-14(m) 取S H =-14m6.飞逸转速nR 的计算由HL160水轮机模型飞逸特性曲线查得，在最大导叶开度下单位飞逸转速R n 11=127r/min,故水轮机的飞逸转速为： 1max 11D H n n RR ==127×5.6220=289.8（r/min)7. 转轮轴向水推力Ft 的计算据HL160转轮技术资料提供的数据，转轮轴向水推力系数t K =0.23。
max 21t49810K H D F t π==9810×0.23×4π×25.6×220=5×710（N)8. 检验水轮机的工作范围设计工况的单位流量R Q 111.5R 21R11H D 9.81P η=R Q = 1.52210.56.50.959.81765306⨯⨯⨯=0.64（m3/s) 第一方案：当n=150r/min 时，最大、最小、平均水头所对应的单位转速：max 1min 11H nD n ==2205.6150⨯=65.7（r/min) a111H nD n a ==5.2105.6150⨯=67.5（r/min) min 1max11H nD n ==1.1925.6150⨯=70.3 （r/min)第二方案：当n=136.4（r/min) 时，最大、最小、平均水头所对应的单位转速：max 1min 11H nD n ==2205.64.136⨯=59.8（r/min) a111H nD n a ==5.2105.64.136⨯=61.9（r/min) min 1max 11H nD n ==1.1925.64.136⨯=63.9（r/min)把由上述参数绘制在HL120综合特性曲线上，以检验水轮机运行区域的效率高低。
可以看出，单位转速的变化范围包含高效区第一方案比第二方案多，水轮机的平均效率较高。
因此选择工作范围较优点第一种方案。
第二章 水轮机运转特性曲线的绘制HnD n n 111m 11==ηηη∆+=M）21max m (ηηηηη∆+∆--=∆M ax 设计中η∆=1.2%η215.11181.9f(Q11)D H Q P ==H EH S )(90010)(f σσσ∆+--==我们可以对4种特定水头下换算的11n 作水平线与模型等效率线相交查得11Q和Mη，然后依上述各式求得η和P。
（n=150r/min ，D1=6.5m）已知4种特定水头为:最大工作水头H：220 mmax最小工作水头H：192.1 mmin设计工作水头H：205 mr加权平均工作水头H：210.5 ma1.等效率曲线的计算通过模型特性曲线换算，同时采用效率修正值，效率修正值Δη=1.2％；为了确定运行曲线的拐点，在78%～91%之间按2%的差值取定各值为最优效率，在模型特性曲线上读得单位流量后，计算出对应的水轮机功率，建立η～H，P～H两个辅助坐标系，求出对应效率的拐点，在“辅助效率线”中注明数值。
如下为等效率曲线计算值表：2. 机组出力限制线的计算原型水轮机的功率限制线表示水轮机在不同水头下可以发出或允许发出的最大功率，为简化计算，选用两个水头（Hr，Hmin），分别算出其最大功率，然后作A（Hr，Pr）,B(Hmin，Pmin)两点连直线，即为H<Hr时的功率限制线。
利用上表中的粗体部分数据，即可在H-P 坐标中画出功率限制线。
3.等吸出高度线的计算等吸出高度线表明水轮机在各运行工况下的最大允许吸出高度，等Hs线是根据模型综合特性曲线的等空化系数σ线换算而来；吸出高度线最低水位为2241.5m综上，即可画出水轮机综合特性曲线第三章蜗壳设计蜗壳既与水电站厂房尺寸造价有关，又与水轮机能量特性有关，蜗壳的设计应满足条件：①、保证水流在导水机构前形成一定的环量，在尽量减少水力损失的同时，又不至于使蜗壳的断面尺寸过大；②、保证水流能轴对称地进入导水机构，流量沿导水机构圆周分配，在水轮机主要工况下水流以不大的冲角绕流导叶；③、有合理的断面尺寸和形状，满足水电站厂房布置和水轮机安装要求；④、具有足够的强度。
1.蜗壳型式的选择及参数该水电站水头变化范围为192.1～220m间，宜采用金属蜗壳（铸钢型），带蝶形边的座环，根据转轮公称直径及电站的水头值，查《金属蜗壳座环尺系列》，金属蜗壳Db=8.0m,Da=9.85m;则金属蜗壳计算的原始数据见下表：金属蜗壳的分节注：在设计中，各节角度采用12度，分为28节2.蜗壳进口断面的计算金属蜗壳的进口断面型式一般都作成圆形，为铸钢型。