貫流水輪機選型及結構設計開題報告

1、<p><b>　　畢業(yè)設計（論文）</b></p><p><b>　　開 題 報 告</b></p><p>　　題 目 貫流水輪機 </p><p>　　選型及結構設計 </p><p>　　專 業(yè) 熱能與動力工程 </p><p&

2、gt;　　班 級 </p><p>　　學 生 ** </p><p>　　指導教師 *** 教授 </p><p>　　一、畢業(yè)設計的課題來源、類型</p><p>　　依據(jù)專業(yè)的培養(yǎng)目標，且根據(jù)畢業(yè)設計選題的具體原則，我選擇了畢業(yè)設計的題目——貫流水輪機選型及結構設計。

3、貫流式水輪機通常采用臥軸式布置，從流道進口到尾水管出口，水流沿軸向幾乎呈直線流動，避免了水流拐彎形成的流速分布不均導致的水流損失和流態(tài)變壞，水流平順，水力損失小，尾水管恢復性能好，水力效率高。因此，對于25m以下的低水頭水電開發(fā)，優(yōu)先選擇貫流機組。本課題來源于貫流水輪機電站的資料。本課題根據(jù)實際需要，課題來源為實際工程；課題類型屬于工程設計類型。</p><p>　　二、選題的目的和意義</p>&

4、lt;p>　　畢業(yè)設計是學生綜合應用在校所學知識，結合工程實際，進行一次系統(tǒng)的解決工程實際問題的實踐性教學環(huán)節(jié)，也是完成工程師基本訓練的重要教學環(huán)節(jié)。通過對貫流式水輪機選型及結構設計，以達到以下目的：</p><p>　　鞏固加深所學專業(yè)知識，擴大專業(yè)知識面，使所學知識系統(tǒng)化。</p><p>　　培養(yǎng)學生運用所學知識解決實際工程問題的能力，要求學生掌握基本的設計原則、設計方法和步驟

5、。</p><p>　　培養(yǎng)學生獨立思考的工作能力，通過畢業(yè)設計加強文獻查閱、外文翻譯、設計計算、繪圖、編寫設計報告、使用規(guī)范手冊以及計算機應用能力的培養(yǎng)。</p><p>　　使學生熟練掌握工程中常用的輔助設計軟件：AutoCAD繪圖。</p><p>　　通過設計對專業(yè)知識有更近一步的理解，同時可以將大學幾年所學到的知識融會貫通，理論與實際相結合，進一步提高設計

6、能力，為將來去工作崗位打下良好的基礎。</p><p>　　三、本課題在國內外的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　水力資源在我國能源組成中占有重要的地位，它不僅是清潔能源，而且是可在生能源。我國的水力資源非常豐富。據(jù)水利水電規(guī)劃設計總院主編的《中國大中型水電站規(guī)劃圖集》統(tǒng)計，全國可開發(fā)的裝機容量2

7、5MW以上的大中型水電站就有1300多座，總裝機容量達4.0463億千瓦。截止2005年年底，我國已開發(fā)和正在開發(fā)的裝機總容量為1.3098億千瓦，約占經(jīng)濟可開發(fā)容量的三分之一。可見，我國水電設備行業(yè)市場發(fā)展前景非常廣闊。目前我國水能開發(fā)利用約占可開發(fā)量的四分之一，低于發(fā)達國家60%的平均水平，我國水電開發(fā)利用還用很大潛力。</p><p>　　我國江河具有豐富的低水頭水利資源，該資源一般均處于江河中下游得經(jīng)濟發(fā)

8、達地區(qū)，20世紀90年代以后，這些地區(qū)經(jīng)濟迅速發(fā)展，用電需求增速飛快。據(jù)有關資料的不完全統(tǒng)計，我國江河低水頭的水力資源，僅10m以下貫流式水電機組，規(guī)劃容量就達20000MW，占我國水電資源的5%。此外，我國大陸和島嶼海岸線蘊藏著巨大的海洋潮汐能資源，可開發(fā)量超過21000MW，尚未進行規(guī)模開發(fā)。以上數(shù)據(jù)說明，我國低水頭水能資源蘊藏量巨大，貫流式水輪機應用前景廣闊，需求巨大。</p><p>　　貫流式水輪機的結

9、構特點與優(yōu)勢</p><p>　　貫流式水輪機的流道形式和軸流式水輪機不同，為保證向導水機構均勻供水和形成必要的環(huán)量，保證導葉較平滑繞流，軸流式水輪機需設置蝸殼，其流道由蝸殼、導水機構和彎肘型尾水管組成。貫流式水輪機沒有蝸殼，流道由圓錐形導水機構和直錐擴散形尾水管組成。通常采用臥軸式布置，從流道進口到尾水管出口，水流沿軸向幾乎呈直線流動，避免了水流拐彎形成的流速分布不均導致的水流損失和流態(tài)變壞，水流平順，水力損失

10、小，尾水管恢復性能好，水力效率高。大型貫流機組幾乎都是燈泡機組，中小型多采用軸伸式、豎井式等形式。</p><p>　　經(jīng)過40余年的研究與實踐，我國對貫流機組設備開發(fā)、研制以及貫流水電站設計和運行技術都取得了很大的發(fā)展和成就。對于25m以下的低水頭水電開發(fā)，優(yōu)先選擇貫流機組。</p><p>　　貫流式水輪機具有以下優(yōu)點：</p><p>　　電站從進水到出水方向

11、基本上是軸向貫通。燈泡貫流式水電站的進水管和出水管都不拐彎，形狀簡單，過流通道的水力損失減少，水輪機效率高，施工方便。</p><p>　　貫流式水輪機具有較高的過流能力和大的比轉速，所以在水頭和功率相同的條件下，貫流式水輪機直徑要比轉槳式小10%左右，整個機組的重量可減輕約25％。</p><p>　　貫流式水電站的機組結構緊湊，與同一規(guī)格的轉槳式機組相比，其尺寸較小，可布置在壩體內，取

12、消了復雜的引水系統(tǒng)，減少廠房的建筑面積，減少電站的開挖量和混凝土量.貫流式機組設備運輸和安裝重量較輕，施工和設備安裝方便，可縮短工期，實現(xiàn)提前發(fā)電。</p><p>　　貫流式水輪機適合作可逆式水泵水輪機運行，由于進出水流道沒有急轉彎，使水泵工況和水輪機工況均能獲得較好的水力性能。適合綜合利用低水頭水能資源。</p><p>　　貫流式水電站一般比立軸的軸流式水電站建設周期短，投資小，收效

13、快，淹沒移民少，電站靠近城鎮(zhèn)，有利于發(fā)揮地方興建電站的積極性。</p><p>　　從電站綜合投資來看，同水頭、同容量的軸流轉漿機組與燈泡貫流機組電站相比，軸流轉漿機組電站投資要高10%-25%，年發(fā)電量可增加約3%-5%。小型水電站采用貫流式機組與立式軸流機組比較，也可節(jié)省投資約10%-20%.可以說，在開發(fā)低水頭水力資源時采用貫流式水輪發(fā)電機組具有很大的優(yōu)勢和先進性。</p><p>

14、　　國內外貫流式水輪機的發(fā)展歷史與應用現(xiàn)狀</p><p>　　世界上第一臺貫流式水輪發(fā)電機是全貫流式水輪機，由瑞士愛舍維斯公司于1937年制造，并安裝在德國的萊茵河上。單機容量．為1753kW，轉輪直徑為2．05m。</p><p>　　20世紀60年代，因西方能源危機轉而進入重視開發(fā)低水頭電站的時期，燈泡貫流式機組便顯示出了強大的生命力。1966年由法國奈爾皮克公司制造的機組，安裝在法

15、國羅訥河的皮坡爾·貝尼特電站上，單機出力為20MW，轉輪直徑為6.25m，水頭為8m，標志著燈泡貫流式機組技術已經(jīng)成熟。貫流機組技術在1960～1990年的發(fā)展最為迅猛。這一時期投入運行的貫流機組，最大單機容量達65.8MW(燈泡貫流，日本只見)，最大水輪機轉輪直徑達8.2m(豎井貫流，美國墨累)，最高工作水頭達22.45m(燈泡貫流，日本新鄉(xiāng)第二)。</p><p>　　我國從20世紀60年代開始貫流

16、式水輪機的研究和應用，到20世紀80年代，貫流機組技術及其應用取得突破性的進展，1983年引進設備的第一座大型燈泡貫流機組電站一湖南馬跡塘水電站建成，1984年自主開發(fā)的廣東白垢電站轉輪直徑5.5m，單機容量10MW燈泡貫流機組投運，標志著具備自行開發(fā)研制大型貫流機組設備的能力。貫流式水輪機的應用研究和運行技術也獲得了發(fā)展，積累了經(jīng)驗。最近20年來，相繼開發(fā)建成引進設備、技術合作或自行裝備的大型燈泡貫流機組電站數(shù)十座。其中洪江水電站最大

17、工作水頭27.3m，單機容量45MW，是目前世界上應用水頭最高、國內單機容量最大的燈泡貫流機組。。國內已運行的燈泡貫流式水輪機最大轉輪直徑已達7.5m。目前規(guī)劃或在建的貫流式水電站遍布全國各地，廣西長洲水電站裝機15臺，總裝機容量達621.3MW。。在黃河干流上已建或在建的貫流式電站有青海尼那電站，寧夏沙坡頭電站，甘肅柴家峽電站，青海直崗拉卡電站等。尼那電站是我國海拔最高的大型燈泡貫流機組電站，沙坡頭則是應用于高含沙水流的第一座大型燈泡

18、貫流機組電站，各具特色，為貫流式水電站的開發(fā)提供了新的經(jīng)驗。</p><p>　　貫流式水輪機的發(fā)展前景</p><p>　　我國適用于貫流式水輪機開發(fā)的低水頭水能資源蘊藏量巨大，貫流式水輪機應用前景廣闊，需求巨大。經(jīng)過40多年的研究與實踐，國內貫流式水輪機的設計制造能力有了巨大的提高。但從目前來說，貫流式水輪機的發(fā)展仍存在一些問題。首先，設備技術和機組供給能力不足，許多大型或高技術含量的

19、機組設備仍需從外國進口。國內產(chǎn)品同進口產(chǎn)品相比，在性能和損耗上仍有明顯差別。其次，已有的性能較好的轉輪模型數(shù)較少，同時自主開發(fā)的轉輪模型數(shù)量少，其開發(fā)仍處于國外模型轉輪的復制復試階段，仍需繼續(xù)完善，特別是進行25-35m水頭段模型轉輪的開發(fā)。再次，隨著計算機和軟件技術的發(fā)展，采用各種CFD技術對貫流式水輪機過流部件進行流場數(shù)值模擬的研究很多，但流場實測數(shù)據(jù)較少。在今后的工作在應加強這方面的研究。最后，大型貫流式水輪機的機組結構設計﹑制造

20、與安裝等方面的一些關鍵技術，如水輪機的支撐結構﹑軸系的分析計算﹑機組的剛度及振動特性的評估與優(yōu)化﹑大型機組的安裝技術﹑制造工藝的研究等，需進一步進行研究和完善。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　劉大愷,水輪機（第三版）.中國水利水電出版社.河海大學.1996.12.</p><p>　　梁章堂,胡斌超.貫流式水

21、輪機的應用與技術發(fā)展探討.中國農(nóng)村水利﹑水電.2005.6.</p><p>　　田樹棠等編著.貫流式水輪發(fā)電機組實用技術-設計·施工安裝·檢修-（上下冊）.中國水利水電出版社.2010.8.</p><p>　　李仁年,侯華.貫流式水輪機國內外研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景.水電站機電技術討論會論文集.2010.</p><p>　　廖偉麗,張海平,梁武科

22、.Auto CAD在水輪機設計中的應用.陜西水力發(fā)電.1995年12月第4期.</p><p>　　劉玉輝.浮動環(huán)式主軸密封在燈泡貫流式水輪機上的應用.大電機技術.2008年第三期.</p><p>　　陶紅,姜劍鋒.大中型燈泡貫流式水輪機結構簡介.電站系統(tǒng)工程.2003年11月 第 19卷第16期.</p><p>　　姜茜.日本燈泡貫流式水電機組發(fā)展及技術特點.

23、東方電氣評論.2009.3.</p><p>　　周斌,萬天虎,李華.燈泡貫流式水輪發(fā)電機組穩(wěn)定性測試與分析.電網(wǎng)與清潔能源.2011.11.</p><p>　　林昌杰,吳沈軍.全貫流水輪發(fā)電機組的輪緣密封.小水電.2005年第一期.</p><p>　　四、本課題的主要研究內容。</p><p>　　本次設計主要內容是：</p>

24、;<p>　　（一）根據(jù)給定基本參數(shù)進行水輪機選型，確定特征尺寸。</p><p>　?。ǘ┩瓿伤x型號水輪機的總體結構設計。</p><p>　　1. 根據(jù)水輪機型號和轉輪直徑等基本參數(shù)，確定水輪機的主要特征尺寸，對水輪機主要部件進行結構設計；</p><p>　　2.根據(jù)機組型式和電站基本條件設計主軸密封和水導軸承；</p><

25、;p>　　3.繪制水輪機總裝配圖及主要部件組裝圖或零件圖。</p><p>　?。ㄈ畽C構傳動系統(tǒng)設計。</p><p>　　1.根據(jù)機組的型式進行導水機構傳動系統(tǒng)設計；</p><p>　　2.繪制導水機構裝配圖；</p><p>　?。ㄋ模χ饕慵M行設計</p><p>　　1.設計套筒并繪制套筒零件

26、圖</p><p>　　2.設計主軸并繪制主軸零件圖</p><p><b>　　(五) 外文翻譯</b></p><p>　　五、完成論文的條件和擬采用的手段。</p><p>　　本次畢業(yè)設計論文的完成是在導師的指導下，由學生獨立完成。本次畢業(yè)設計中，以學生為主，導師為輔。導師在一旁指導，學生獨立的通過查閱各種資料和

27、文獻并結合自己學過的專業(yè)課知識完成。在完成過程中由導師監(jiān)督進度，并簽署進度表。首先根據(jù)給定電站基本參數(shù)進行水輪機選型，確定特征尺寸。然后參照《水輪機設計手冊》將各個部件的尺寸算出來，完成所選型號水輪機的總體結構設計。接著進行導水機構傳動系統(tǒng)設計，最終對主要零件進行設計?？傃b配圖以及其他零件結構圖的繪制都是通過計算機實現(xiàn)的。最后的畢業(yè)設計論文和獨立翻譯的外文文獻必須根據(jù)要求在電腦中形成電子版，并且打印出來。</p><

28、p>　　六、本課題的進度安排，各階段預期達到的目標</p><p><b>　　七、指導教師意見</b></p><p>　　對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設計（論文）結果的預測：</p><p>　　指導教師： </p><p>　　八、所 在 專 業(yè) 審 查 意 見</p&