水轮机课程设计说明书姓名：学号：学院：水利水电学院班级：指导老师：目录一、水轮机选型及参数计算1.已知参数 (1)2.水轮机型号选择 (1)3.水轮机基本参数计算 (1)二、水轮机运转特性曲线的绘制1.等效率曲线的绘制 (3)2.等吸出高度线绘制 (4)3.出力限制线绘制 (5)三、蜗壳设计1.蜗壳型式及基本参数的选择 (6)2.进口断面计算 (6)3.圆断面计算 (7)4.椭圆形断面计算 (8)四、尾水管设计1.尾水管形式的选择 (9)2.尾水管高度的确定 (9)3.尾水管各部分尺寸的计算 (9)蜗壳平面图 (10)蜗壳单线图 (11)尾水管图 (12)一、水轮机选型及参数计算1.已知参数装机容量580.00MW ；装机台数4台；单机容量145MW ；max H =84.5m ； min H =68.00m ； r H =73.00m ； a H =71.2m水轮机安装高程∇580.00m 2.水轮机型号选择s n =H2000-20=732000-20=214.08（m·kw）可以选择HL220型水轮机 3.水轮机基本参数计算（1）计算转轮直径1D 。

水轮机额定出力： r P ==GGN η14795998.0145000=KW 取最优单位转速=110n 71.0r/min 与出力限制线交点的单位流量为设计工况点单位流量，则14.1r 11=Q （s /m 3），对应的模型效率%89=M η暂取效率修正值%3=∆η，则设计工况原型水轮机效率92.003.089.0=+=∆+=ηηηM ，水轮机转轮直径1D 为m 80.492.07314.181.914795981.95.15.111r1=⨯⨯⨯==ηr r H Q P D 取标准值1D =5m该方案水头高于40m,故应使用金属蜗壳，则使用水轮机型号为 HL220-LJ-500 （2）效率η的计算944.0546.0)91.01(1）-1（-155110max =--==D D M M ηη 024.092.0944.0=-=∆η914.0024.089.0=+=η（3）转速n 的计算）r/min （82.11952.7171n n 1a110=⨯==D H 转速计算值介于发电机同步转速115.4至125（r/min ）之间，但与115.4更接近，故取水轮机的转速n 为115.4r/min （4）水轮机设计流量r Q 的计算/s m 5.24373514.132r 2111r =⨯⨯==H D Q Q r（5）几何吸出高度s H 的计算。

在设计工况下，模型水轮机的空化系数为0.133=M σ，取0.02=∆σ。

-0.5m 730.135-900580-10）（-900-10r M s =⨯=∆+∇=H H σσ则取吸出高度m H -1s =。

（5）水轮机工作范围的检验5.122/3r 21r r 1173592.081.914795981.9⨯⨯⨯==ηH D P Q =1.05 (m/s)最大、最小水头所对应的单位转速）r/min （76.625.8454.115n n max1min 11=⨯==H D）r/min （97.696854.115n n min1max 11=⨯==H D平均水头对应的单位转速）r/min (38.682.7154.115n n a111=⨯==H D a在HL220型水轮机模型综合特性曲线图上，分别绘出s L Q /1050r 11=，min /76.62min 11r n =和min /97.69max 11r n =为常数的直线，根据图可得，效率在高效率区附近。

因此该方案可行。

二、水轮机运转特性曲线的绘制1.等效率曲线的绘制 原型水轮机效率ηηη∆+=M水轮机出力115.12181.9Q H D P η=由附表9（12页）查出11Q 并计算出P 得到下表H=68m n=69.97r/minH=71.2m n=68.38r/minH=73m n=67.53r/minH=84.5m n=62.77r/minPPPP0.82 0.844 0.63 73123.2 0.64 79588.25 0.65 83916.6 0.68 109331.2 0.84 0.864 0.67 79608.74 0.68 86566.37 0.69 91191.61 0.73 120151.5 0.86 0.884 0.73 88745.7 0.73 95082.74 0.73 98711.37 0.78 131352.9 0.88 0.904 0.78 96969.51 0.77 102561.8 0.77 106475.9 0.84 144657.3 0.9 0.924 0.86 109280.5 0.85 115722.4 0.85 120138.7 0.95 167220 0.9 0.924 1.11 141048.1 1.1 149758.4 1.09 154060.2 0.95 167220 0.88 0.904 1.17 145454.3 1.17 155840.7 1.16 160405.2 1.13 194598.5 0.86 0.884 1.22 148314.7 1.22 158905.4 1.22 164969.7 1.17 197029.3 0.84 0.864 1.26 149712 1.26 160402.4 1.26 166523.8 1.25 205738.9 0.82 0.844 1.3150889.11.31162907.21.31169124.21.29207407.7r M s ）（-900-10H H σσ∆+∇= 由附表9（12页）查出相关数据。

根据各工况点的Hs 、P ，绘出各水头下的Hs=f （P ）曲线。

PH=84.5 n=62.770.1 0.89 0.914 0.86 10.14 149740.6 -0.78 0.11 0.9 0.924 0.97 10.985 170741.3 -1.625 0.12 0.88 0.909 1.03 11.83 177378.4 -2.47 0.13 0.885 0.909 1.1 12.675 190481 -3.315 0.14 0.872 0.896 1.15 13.52 196291.2 -4.16 H=73 n=67.530.1 0.894 0.918 0.84 8.76 117954.4 0.6 0.11 0.92 0.944 0.96 9.49 138623 -0.13 0.12 0.92 0.944 1.04 10.22 150174.9 -0.86 0.13 0.891 0.915 1.13 10.95 158158.2 -1.59 0.14 0.872 0.896 1.18 11.68 161726.8 -2.32 H=68 n=69.970.1 0.891 0.915 0.83 8.16 104441.1 1.2 0.11 0.92 0.944 0.95 8.84 123329.7 0.52 0.12 0.92 0.944 1.04 9.52 135013.6 -0.16 0.13 0.895 0.919 1.13 10.2 142812.5 -0.84 0.14 0.873 0.897 1.19 10.88146795.1 -1.52求出与min H 和r H 相对应的水轮机出力min P 、r P ，将点（r H ，r P ）、点（min P 、min H ）连成一条斜线，此线即为水轮机出力限制线。

η Q P H=73 0.909 1.16 16.13 H=680.9141.14714.5三、蜗壳设计1.蜗壳型式及基本参数的选择本电站水头在40m 以上，故选用金属蜗壳，包角选为345°。

取︒=55α，查表得蜗壳流速系数K=0.87取55.1a =D ，33.1b =D ，计算得到m R a 325.3=，m 875.3r a =25.01=D b ，得25.10=b ∆+=2h 0b ，∆取0.2，计算得h=0.83m2.进口断面计算 进口断面流量35.2335.243360345360r 00=⨯==Q Q ϕ （3m /s ） 进口断面流速43.77387.00=⨯==r H K v （m/s ）进口断面面积4.3143.735.23300===v Q F （2m ） 进口断面半径16.31415.34.3100===πρF （m ） 查表得D=7.75，K=0.1507.75r 0.15 4.032=+= （m ） 进口断面中心距30.783.016.303.4r 2222000=-+=-+=h a ρ （m ）进口断面外径46.1016.33.7000=+=+=ρa R （m ）蜗壳系数48016.33.73.734522202000=--=--=ρϕa a C蜗壳常数67.517204805.2432360=⨯=⨯=ππCQ K r3.圆断面计算22i x h ρ=+i 0a r x =+i i i R a ρ=+表分别取不同值计算于下ϕi ϕr b1 345 0.72 4.03 5.793 0.69 2.259253 2.978 8.869 3.09 7.01 10.1 2 330 0.69 4.03 5.541 0.69 2.202805 2.89 8.354 3.01 6.92 9.927 3 315 0.66 4.03 5.289 0.69 2.144872 2.801 7.846 2.92 6.83 9.753 4 300 0.63 4.03 5.038 0.69 2.08533 2.71 7.346 2.83 6.74 9.575 5 285 0.59 4.03 4.786 0.69 2.024037 2.618 6.853 2.75 6.65 9.394 6 270 0.56 4.03 4.534 0.69 1.960829 2.523 6.367 2.66 6.55 9.21 7 255 0.53 4.03 4.282 0.69 1.895514 2.427 5.889 2.56 6.46 9.022 8 240 0.5 4.03 4.03 0.69 1.827868 2.328 5.419 2.47 6.36 8.829 9 225 0.47 4.03 3.778 0.69 1.757619 2.226 4.957 2.38 6.26 8.632 10 210 0.44 4.03 3.526 0.69 1.684444 2.122 4.503 2.28 6.15 8.43 11 195 0.41 4.03 3.274 0.69 1.607941 2.014 4.057 2.18 6.04 8.223 12 180 0.38 4.03 3.023 0.69 1.527613 1.903 3.62 2.08 5.93 8.008 13 165 0.34 4.03 2.771 0.69 1.442818 1.787 3.192 1.97 5.82 7.787 14 150 0.31 4.03 2.519 0.69 1.352719 1.665 2.773 1.86 5.7 7.556 15 135 0.28 4.03 2.267 0.69 1.256175 1.537 2.364 1.75 5.57 7.315 16 120 0.25 4.03 2.015 0.69 1.151564 1.402 1.964 1.63 5.43 7.06 17 105 0.22 4.03 1.763 0.69 1.036448 1.255 1.576 1.5 5.29 6.79 1890 0.194.031.511 0.69 0.906835 1.094 1.198 1.37 5.12 6.4984.椭圆形断面计算当计算圆形断面半径 s ＜ρ 时，蜗壳的圆形断面不能与座环蝶形边相切，须由圆断面过渡到椭面断面。