水電站水輪機(jī)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要5</b></p><p><b>　　1 前言6 </b></p><p>　　2 桂樹林水電站的水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)7</p><p>　　2.1 水輪機(jī)選型的任務(wù)7 </p>

2、;<p>　　2.2 水輪機(jī)選型的原則7</p><p>　　2.3 水輪機(jī)選型的條件及主要參數(shù)8</p><p>　　2.4 水輪機(jī)機(jī)型及模型轉(zhuǎn)輪的選擇8</p><p>　　2.5 機(jī)組臺數(shù)的選擇9</p><p>　　2.6 初選設(shè)計(jì)工況點(diǎn)10</p><p>　　2.7 轉(zhuǎn)輪直

3、徑的確定10</p><p>　　2.8 確定額定轉(zhuǎn)速12</p><p>　　2.9 效率及單位參數(shù)的修正12</p><p>　　2.10 校核所選擇的真機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑14</p><p>　　2.11 確定水輪機(jī)導(dǎo)葉的最大開度19</p><p>　　2.12 計(jì)算水輪機(jī)的設(shè)計(jì)流量19</

4、p><p>　　2.13 確定水輪機(jī)的允許吸出高度20</p><p>　　2.14 確定水輪機(jī)的安裝高程26</p><p>　　2.15 計(jì)算水輪機(jī)的飛逸轉(zhuǎn)速27</p><p>　　2.16 計(jì)算軸向水推力27</p><p>　　2.17 估算水輪機(jī)的質(zhì)量28</p><p>

5、　　3水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)運(yùn)動圖的繪制29</p><p>　　3.1導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的基本類型29</p><p>　　3.2 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的作用29</p><p>　　3.3 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求29</p><p>　　3.4 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)運(yùn)動圖繪制的目的30</p><p>　　3.5 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)運(yùn)動圖的繪制步驟3

6、1</p><p>　　4 水輪機(jī)金屬蝸殼水力設(shè)計(jì)35</p><p>　　4.1 蝸殼類型的選擇35</p><p>　　4.2 金屬蝸殼的水力設(shè)計(jì)計(jì)算35</p><p>　　5 尾水管單線圖的繪制41</p><p>　　5.1 尾水管概述41</p><p>　　5.2 尾水管

7、的基本類型42</p><p>　　5.3 彎肘形尾水管中的水流運(yùn)動42</p><p>　　6混流式水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)43 </p><p>　　6.1 概述43 </p><p>　　6.2 水輪機(jī)主軸的設(shè)計(jì)43</p><p>　　6.3 水輪機(jī)金屬蝸殼的設(shè)計(jì)45</p><p>

8、　　6.4 水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)46</p><p>　　6.5 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)49</p><p>　　6.6 水輪機(jī)導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)52</p><p>　　6.7 水輪機(jī)的輔助裝置55</p><p>　　7結(jié)論.............................................................

9、..................................................57</p><p><b>　　總結(jié)與體會57</b></p><p><b>　　謝 辭58</b></p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)59 </p><p><b>　　摘

10、 要</b></p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是根據(jù)桂樹林水電站的水力參數(shù)和具體要求，確定了水輪機(jī)機(jī)型及型號（HL260/A244-LJ-190）。對于選型設(shè)計(jì)，首先根據(jù)電站提供的原始參數(shù)分析并初步選擇合理的模型轉(zhuǎn)輪型號。然后通過對不同方案轉(zhuǎn)輪進(jìn)效率、強(qiáng)度、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性等各方因素進(jìn)行比較，最終確定模型轉(zhuǎn)輪型號。在滿足選型設(shè)計(jì)要求后進(jìn)行導(dǎo)水機(jī)構(gòu)運(yùn)動圖的繪制，接著進(jìn)行了水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括水輪機(jī)蝸殼

11、水力設(shè)計(jì),尾水管設(shè)計(jì)并繪制出了蝸殼、尾水管水力單線圖、水輪機(jī)總剖面圖及導(dǎo)葉零件圖。</p><p>　　關(guān)鍵詞：水輪機(jī)；選型設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；水力設(shè)計(jì)</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The main process of this graduation project is based on the h

12、ydraulic parameter and specific request of the GuiShuLin hydropower station, selects the hydraulic turbine type and the model(HL260/A244-LJ-190). As to turbine type selection design, firstly, preliminary model runner typ

13、es were selected through analysing original information offered by the plant .Then to determine the optimum solution among the roughly chosen after weighing up the pros and cons of the different schemes in terms of the &

14、lt;/p><p>　　Key words: hydraulic turbine；type selection design；structure design；hydraulic design</p><p><b>　　1 前言</b></p><p>　　水輪機(jī)是水電站的重要設(shè)備之一，它是靠自然界水能進(jìn)行工作的動力機(jī)械與其他動力機(jī)械相比，它具有

15、效率高、成本低、環(huán)境衛(wèi)生等顯著特點(diǎn)。另外，水輪機(jī)的好壞直接影響到水電站的能量轉(zhuǎn)換效率，在水輪機(jī)生產(chǎn)制造前，我們必須首先根據(jù)給定電站的水力條件對水輪機(jī)進(jìn)行選型設(shè)計(jì)、對其零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析以及對部分零部件進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算及校核等。 作為熱能與動力工程專業(yè)的學(xué)生，就必須熟練掌握水輪機(jī)的設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)方法以及設(shè)計(jì)步驟，所以在學(xué)習(xí)各種專業(yè)課程后開始本次畢業(yè)設(shè)計(jì)。</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)是本科教學(xué)計(jì)劃中最后一個綜合性、創(chuàng)造性

16、的教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)，是對學(xué)生在校期間所學(xué)基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識和實(shí)踐技能的全面總結(jié)，是對學(xué)生綜合能力和素質(zhì)的全面檢驗(yàn)，也是教學(xué)、工程實(shí)踐的重要結(jié)合點(diǎn)。它主要是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識和技能去分析和解決本專業(yè)范圍內(nèi)的工程技術(shù)問題，建立正確的設(shè)計(jì)思想，掌握水輪機(jī)設(shè)計(jì)的一般程序和方法，使學(xué)生在進(jìn)行了工程實(shí)踐能力的綜合訓(xùn)練后，在今后的工作崗位上具有應(yīng)用專業(yè)技術(shù)解決工程實(shí)際問題的能力。</p><p>　　2 桂樹林水電站的水輪機(jī)

17、選型設(shè)計(jì)</p><p>　　水輪機(jī)的選型和計(jì)算就是根據(jù)水電站設(shè)計(jì)部門提供的原始資料及參數(shù)，選擇合理的水輪機(jī)型號和計(jì)算水輪機(jī)的各種數(shù)據(jù)。這是一項(xiàng)非常重要的工作，他直接關(guān)系到水電站的機(jī)組能否長期穩(wěn)定運(yùn)行、投資的多少。一般情況下，先根據(jù)水電站的類型、動能計(jì)算以及水工建筑物的布置等初選若干個方案，然后進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，再根據(jù)水輪機(jī)生產(chǎn)情況制造水平，最后確定所需的水輪機(jī)的型號及尺寸。</p><p&g

18、t;　　2.1 水輪機(jī)選型的任務(wù)</p><p>　　水輪機(jī)選型的主要任務(wù)如下：</p><p>　　(1)確定電站裝機(jī)臺數(shù)及單機(jī)功率</p><p>　　(2)選擇機(jī)組類型及模型轉(zhuǎn)輪型號</p><p>　　(3)確定機(jī)組的裝置方式</p><p>　　(4)確定轉(zhuǎn)輪直徑、額定轉(zhuǎn)速、飛逸轉(zhuǎn)速</p>

19、<p>　　(5)計(jì)算所有運(yùn)行水頭和功率下水輪機(jī)的效率和吸出高度值，繪制水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線。</p><p>　　(6)軸向水推力的計(jì)算</p><p>　　(7)調(diào)節(jié)保證計(jì)算（本設(shè)計(jì)不要求）</p><p>　　(8)計(jì)算水輪機(jī)的外形尺寸，估算重量及其價(jià)格</p><p>　　上述內(nèi)容為水電站水輪機(jī)初步設(shè)計(jì)的一部分，水電站初步

20、設(shè)計(jì)還包括水輪機(jī)的通流部件的設(shè)計(jì)、如蝸殼、座環(huán)、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、尾水管等的初步計(jì)算及初步繪制水輪機(jī)剖面圖等。</p><p>　　2.2 水輪機(jī)選型的原則</p><p>　　水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)計(jì)算是水電站設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要任務(wù)，其計(jì)算結(jié)果對水電站的投資、建設(shè)速度和發(fā)電量以及水電站的經(jīng)濟(jì)效益都有很大的影響。水輪機(jī)的選型并不是簡單地查閱產(chǎn)品目錄，從現(xiàn)代水輪機(jī)的選型設(shè)計(jì)計(jì)算來看，它是一門系統(tǒng)工程學(xué)，要在

21、電站水能資源綜合利用、制造、運(yùn)輸、安裝、土建電力用戶、運(yùn)行方式等諸多技術(shù)經(jīng)濟(jì)因素中尋求最佳方案。水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)的一般原則如下：</p><p>　?、偎x水輪機(jī)要具有較高的能量特性。不僅要選擇額定工況下較高的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪型號，而且還要根據(jù)水輪機(jī)的工作特性曲線，即及曲線，選擇平均效率最高的水輪機(jī)型號，使水輪機(jī)在負(fù)荷和水頭變化的情況下具有最高的平均運(yùn)行效率。</p><p>　　②所選水輪機(jī)不僅

22、要具有良好的空蝕性能，還要有較好的工作穩(wěn)定性能，運(yùn)行要靈活、平穩(wěn)、安全和可靠。</p><p>　?、鬯x水輪機(jī)的尺寸應(yīng)較小，結(jié)構(gòu)要合理、先進(jìn)，便于運(yùn)輸、安裝、運(yùn)行及檢修。</p><p>　?、苻D(zhuǎn)輪選擇比較時，應(yīng)盡可能選用較高的水輪機(jī)，這樣轉(zhuǎn)速較高，相應(yīng)的</p><p>　　機(jī)組尺寸就小，并且使所選的水輪機(jī)經(jīng)常在最優(yōu)區(qū)運(yùn)行。選擇轉(zhuǎn)輪參數(shù)時應(yīng)該使</p>

23、;<p>　　值稍高于，而且值應(yīng)接近于值。</p><p>　　2.3 水輪機(jī)選型的條件及主要參數(shù)</p><p><b>　　主要設(shè)計(jì)參數(shù)：</b></p><p><b>　　總裝機(jī)容量 </b></p><p><b>　　工作水頭</b></p>

24、;<p>　　引用流量，電站海拔高程 </p><p>　　2.4 水輪機(jī)機(jī)型及模型轉(zhuǎn)輪的選擇</p><p>　　水輪機(jī)型號的選擇主要是根據(jù)水電站的特征水頭，特別是其最大水頭來選擇的。通常情況下，水輪機(jī)型號是根據(jù)水輪機(jī)的型譜性能參數(shù)進(jìn)行選擇的；若在交界的水頭范圍，也就是某一水頭范圍有2種及其以上的轉(zhuǎn)輪型號可選擇時，就需要進(jìn)行綜合比較分析后才能確定到底選用哪一種型號更合適。

25、桂樹林水電站的最大水頭，根據(jù)最大水頭，查中小型軸流式混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪系列型譜，可得選水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪型號為：HL260/A244。其對應(yīng)的相關(guān)模型轉(zhuǎn)輪參數(shù)如表2.1所示。</p><p>　　表2.1 HL260/A244模型轉(zhuǎn)輪主要參數(shù)</p><p>　　2.5 機(jī)組臺數(shù)的選擇</p><p>　　對于一個確定了總裝機(jī)容量的水電站，機(jī)組臺數(shù)的多少直接影響到電廠

26、的動能經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與運(yùn)行的靈活性、可靠性，還影響到電廠建設(shè)的投資等。因此，確定機(jī)組的臺數(shù)時，必須考慮以下有關(guān)因素，并進(jìn)行充分的技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證。</p><p>　　( 1)機(jī)組臺數(shù)對工程建設(shè)費(fèi)用的影響</p><p>　　機(jī)組臺數(shù)多少直接影響單機(jī)容量的大小，單機(jī)容量不同時，機(jī)組的單位千瓦造價(jià)不同，一般情況下，小機(jī)組的單位千瓦造價(jià)高于大機(jī)組。小機(jī)組的單位千瓦金屬消耗高于大機(jī)組；因此，在同樣的裝機(jī)容

27、量下，水電站的土建工程及動力廠房成本也隨機(jī)組數(shù)的增加而增加。</p><p>　　(2)機(jī)組臺數(shù)對電廠運(yùn)行維護(hù)的影響</p><p>　　機(jī)組臺數(shù)較少時，其優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行方式靈活，發(fā)生事故時對電站及所在系統(tǒng)的影響較小，檢修也容易安排。但臺數(shù)較多時，運(yùn)行人員增加，運(yùn)行用的材料、消耗品增加，因而運(yùn)行費(fèi)用較高。同時，較多的設(shè)備與較頻繁的開停機(jī)會使整個電站的事故發(fā)生率上升。</p>&l

28、t;p>　　(3)機(jī)組臺數(shù)對設(shè)備制造、運(yùn)輸及安裝的影響</p><p>　　機(jī)組臺數(shù)增加時，水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量減小，則機(jī)組的尺寸小，制造、運(yùn)輸及現(xiàn)場安裝都較容易。因此，最大單機(jī)容量的選擇要考慮制造廠家的加工水平及設(shè)備的運(yùn)輸、安裝條件。</p><p>　　(4)機(jī)組臺數(shù)對電力系統(tǒng)的影響</p><p>　　對于占電力系統(tǒng)容量比重較大的水電廠及大型機(jī)組，發(fā)

29、生事故時對電力系統(tǒng)的影響較大，考慮到電力系統(tǒng)中備用容量的設(shè)置及電力系統(tǒng)的安全性，在確定臺數(shù)時，單機(jī)容量不應(yīng)大于系統(tǒng)的備用容量，即使在容量較小的電網(wǎng)中，單機(jī)容量也不宜超過系統(tǒng)容量的1/3。</p><p>　　本次選型對于機(jī)組裝機(jī)臺數(shù)有兩種方案，裝機(jī)一臺為方案一，裝機(jī)兩臺為方案二。</p><p>　　2.6 初選設(shè)計(jì)工況點(diǎn)</p><p>　　水輪機(jī)的選型設(shè)計(jì)工況

30、點(diǎn)是指在額定水頭下發(fā)額定出力時的工況點(diǎn)，即。對已選定的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪型號，查出其模型綜合特性曲線。 </p><p>　　圖2.1 初選設(shè)計(jì)的工況點(diǎn) </p><p>　　式中：——模型的最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速。</p><p&

31、gt;　　在模型綜合特性曲線上，作與5%功率限制線交于A點(diǎn)，此點(diǎn)即為初選設(shè)計(jì)工況點(diǎn)。交點(diǎn)處的流量。 </p><p>　　2.7 轉(zhuǎn)輪直徑的確定</p><p>　　轉(zhuǎn)輪直徑的計(jì)算公式為：</p><p>　　式中：——水輪機(jī)的軸功率，KW。</p><p>

32、<b>　　——轉(zhuǎn)輪直徑，m。</b></p><p>　　——真機(jī)單位流量，。</p><p>　　式中：N——發(fā)電機(jī)額定功率N=P/2,KW。</p><p><b>　　——發(fā)電機(jī)的效率。</b></p><p>　　初步設(shè)計(jì)時：大中型發(fā)電機(jī)=0.96~0.98，中小型發(fā)電機(jī)=0.92~0.9

33、4，功率較大、轉(zhuǎn)速較高時取上限值。本次設(shè)計(jì)取0.94。</p><p>　　計(jì)算得：方案一：=18085.11KW</p><p>　　方案二：=9042.55KW。</p><p>　　η為水輪機(jī)的效率，可根據(jù)水輪機(jī)的型號近似地取值，即HL水輪機(jī)=0.89~0.90，ZZ水輪機(jī)=0.85~0.87。本次設(shè)計(jì)取=0.9。</p><p>　　

34、計(jì)算得：方案一：=2.64m</p><p>　　方案二：=1.87m</p><p>　　查《水力機(jī)械及工程設(shè)計(jì)》書P15頁表1.3轉(zhuǎn)輪公稱直徑尺寸系列表，結(jié)果可選方案一和方案二公稱直徑為2.7m和1.9m。</p><p>　　表2.2 轉(zhuǎn)輪直徑D1</p><p>　　2.8 確定額定轉(zhuǎn)速</p><p>　

35、　計(jì)算額定轉(zhuǎn)速時，一般希望加權(quán)平均水頭的單位轉(zhuǎn)速接近于最優(yōu)轉(zhuǎn)速,從而使水輪機(jī)大部分時間運(yùn)轉(zhuǎn)在高效區(qū)。</p><p>　　額定轉(zhuǎn)速的計(jì)算公式：</p><p>　　式中：——設(shè)計(jì)單位轉(zhuǎn)速,r/min。</p><p>　　——加權(quán)平均水頭，=45.6m。</p><p>　　計(jì)算結(jié)果如表2.3所示。</p><p>　

36、　表2.3 額定轉(zhuǎn)速n的計(jì)算結(jié)果</p><p>　　將轉(zhuǎn)速n經(jīng)過整合，由《水力機(jī)械及工程設(shè)計(jì)》P15表1.4取n=187.5和n=214.3為方案一的整合轉(zhuǎn)速，n=250和n=300為方案二的整合轉(zhuǎn)速。</p><p>　　2.9 效率及單位參數(shù)的修正</p><p>　　2.9.1 效率修正</p><p>　　對混輪流式水輪機(jī)真

37、機(jī)最優(yōu)工況效率按moody公式計(jì)算，即</p><p>　　式中：—模型的轉(zhuǎn)輪直徑，由中小型混流式水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪主要參數(shù)表；</p><p>　　—真機(jī)的轉(zhuǎn)輪直徑。 </p><p>　　因此，真機(jī)與模型機(jī)因直徑及水頭不同而導(dǎo)致效率不同的修正值為：</p><p><b>　　真機(jī)的效率修正：</b&g

38、t;</p><p>　　式中：—主要由尺寸效應(yīng)引起的修正值；</p><p>　　—由翼形過流部件影響引起的修正值，本次設(shè)計(jì)未采取翼形過流部件，取=0；</p><p>　　—由機(jī)械的加工工藝質(zhì)量而引起的修正值，它與水輪機(jī)的尺寸及加工的工藝質(zhì)量有關(guān)，對于大型水輪機(jī)，取=1%~2%；對于中小型水輪機(jī)，參照相應(yīng)規(guī)范取不同的值。 </p><

39、p>　　式中：—真機(jī)的最優(yōu)工況效率；</p><p>　　—模型機(jī)的最優(yōu)工況小蘿卜，由中小型混流式水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪主要參數(shù)表，知=0.917。 </p><p>　　2.9.2 單位參數(shù)的修正值及</p><p>　　上述修正值可在最優(yōu)工況點(diǎn)進(jìn)行選取，其他工況點(diǎn)采用等值修正處理。當(dāng)，時，單位參數(shù)可不予修

40、正。最終計(jì)算結(jié)果見表2.4。</p><p>　　表2.4 效率及單位參數(shù)的修正</p><p><b>　　真機(jī)的效率為：</b></p><p>　　2.10 校核所選擇的真機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑</p><p>　　2.10.1 找出水輪機(jī)的真實(shí)工況點(diǎn)B </p><p><b>

41、　　實(shí)際水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速：</b></p><p>　　故 </p><p>　　式中：n——額定單位轉(zhuǎn)速，r/min；</p><p>　　——真機(jī)的轉(zhuǎn)輪直徑，m；</p><p>　　——設(shè)計(jì)水頭，=76.5；</p><p>　　——單位轉(zhuǎn)速修正值，取=0

42、。</p><p>　　B點(diǎn)在水平線上，在其上查找點(diǎn)，計(jì)算功率，并作輔助曲線，即：</p><p>　　而，在輔助曲線上有一個與之對應(yīng)，從而得到，將的值返回到模型綜合特性曲線圖上與線相交于B點(diǎn)，即為真實(shí)工況點(diǎn)。各種方案計(jì)算結(jié)果如下：</p><p>　　HL260/A244方案一：轉(zhuǎn)輪直徑=270cm，轉(zhuǎn)速n=187.5</p><p>　　

43、表2.5 輔助曲線計(jì)算數(shù)據(jù)表</p><p>　　輔助曲線如圖2.2所示。</p><p>　　圖2.2 輔助曲線</p><p>　　找出B點(diǎn)位置為Q=1.168/S,=0.905</p><p>　　(2)HL260/A244方案二：轉(zhuǎn)輪直徑=190cm，轉(zhuǎn)速n=250</p><p>　　表2.6 輔助曲線計(jì)

44、算數(shù)據(jù)表</p><p>　　輔助曲線如圖2.3所示。</p><p>　　圖2.3 輔助曲線</p><p>　　找出的B點(diǎn)的位置為Q=1.211/S,=0.879</p><p>　　2.10.2 工作范圍的檢查</p><p>　　最大水頭下，對應(yīng)一個；最小水頭下下，對應(yīng)一個。這2條直線之間應(yīng)包含主要綜合特性

45、曲線的優(yōu)效率區(qū)；同時，B點(diǎn)應(yīng)在最優(yōu)工況點(diǎn)的附近，則可認(rèn)為所選擇的和n是合理的、正確的，否則應(yīng)重新選擇和n的值。</p><p>　　模型機(jī)的單位轉(zhuǎn)速為：</p><p>　　式中：n額定轉(zhuǎn)速，r/min；</p><p>　　真機(jī)的轉(zhuǎn)輪直徑，m；</p><p><b>　　單位轉(zhuǎn)速修正值；</b></p>

46、<p><b>　　水頭，分別取和。</b></p><p>　　下面分別求出各種方法下的和大小，計(jì)算結(jié)果見表2.7。</p><p><b>　　表2.7 和大小</b></p><p>　　各方案的工作范圍及真實(shí)工況點(diǎn)B如下：</p><p>　　圖2.4 各方案的工況范圍和真實(shí)工況

47、點(diǎn)</p><p>　　根據(jù)運(yùn)行轉(zhuǎn)速區(qū)間圖可以看出轉(zhuǎn)輪型號HL260裝機(jī)一臺在額定轉(zhuǎn)速187.5r/min和裝機(jī)二臺在額定轉(zhuǎn)速250r/min時最大轉(zhuǎn)速和最小轉(zhuǎn)速所包圍的區(qū)間包含了模型綜合特性曲線的最優(yōu)效率區(qū)，而轉(zhuǎn)輪型號HL260裝機(jī)一臺在額定轉(zhuǎn)速為214.3r/min和裝機(jī)二臺在額定轉(zhuǎn)速300r/min時，最大轉(zhuǎn)速和最小轉(zhuǎn)速所包圍的區(qū)間偏離了模型綜合特性曲線的最優(yōu)效率區(qū)，所以排除轉(zhuǎn)輪型號HL260裝機(jī)一臺額定轉(zhuǎn)

48、速214.3r/min和裝機(jī)二臺額定轉(zhuǎn)速300r/min方案。綜上各種方案的工作范圍和真實(shí)工況點(diǎn)的檢查，可以選擇出HL260/A244裝機(jī)一臺轉(zhuǎn)輪直徑，轉(zhuǎn)速n=187.5r/min和裝機(jī)二臺轉(zhuǎn)輪直徑，轉(zhuǎn)速n=250r/min兩種方案。</p><p>　　2.11 確定水輪機(jī)導(dǎo)葉的最大開度</p><p>　　對于中小型機(jī)組：由于簡化結(jié)構(gòu)的需要，常常使得減少，使得模型與真機(jī)之間的幾何相似

49、關(guān)系遭到破壞，此時不能利用幾何相似關(guān)系進(jìn)行導(dǎo)葉開度的計(jì)算。為了使真機(jī)與模型機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)水流運(yùn)動相似，只有使模型機(jī)與真機(jī)的導(dǎo)葉出流角相等，即保證。</p><p>　　式中： ——導(dǎo)葉出流角</p><p>　　K,——考慮導(dǎo)葉的擠壓、水流的粘性及環(huán)量損失等的影響系數(shù)。通常k=1.07,對于最優(yōu)工況=1.15~1.20，對于限制工況=0.95~1。</p><p>　　

50、——分別帶最優(yōu)工況和限制工況下的流量和轉(zhuǎn)速?？梢缘贸鲎畲箝_度和最優(yōu)開度下的出流角。</p><p><b>　　計(jì)算結(jié)果： </b></p><p>　　2.12 計(jì)算水輪機(jī)的設(shè)計(jì)流量</p><p><b>　　的計(jì)算式</b></p><p>　　式中：——水輪機(jī)的軸功率，kw；</

51、p><p><b>　　——設(shè)計(jì)水頭，m；</b></p><p>　　——設(shè)計(jì)工況點(diǎn)B點(diǎn)的真機(jī)效率。</p><p>　　方案一計(jì)算得：=53.67</p><p>　　方案二計(jì)算得：=27.6</p><p>　　式中： Z ——機(jī)組臺數(shù)，本設(shè)計(jì)中方案一為一臺，方案二為兩臺。</p>

52、<p>　　——電站引用流量，=56。</p><p>　　所以，該設(shè)計(jì)流量滿足要求。</p><p>　　2.13 確定水輪機(jī)的允許吸出高度</p><p>　　水輪機(jī)在不同工況下的空蝕系數(shù)σ是不同的。所以應(yīng)根據(jù)不同水頭的軸功率</p><p>　　即根據(jù)相應(yīng)的值，從綜合特性去線上查找相應(yīng)的空蝕參數(shù)σ，并按下式計(jì)算：</

53、p><p>　　或 </p><p>　　式中：▽——水電站水輪機(jī)安裝海拔高度，m；</p><p>　　σ ——各水頭下的工況點(diǎn)的空蝕系數(shù)；</p><p>　　Δσ——空蝕系數(shù)的修正值；</p><p><b>　　——空蝕安全系數(shù)。</b></p><

54、;p>　　空蝕系數(shù)修正值可通過手冊查找，而在進(jìn)行各水頭的工況點(diǎn)的空蝕系數(shù)查找時，需作輔助曲線，為此列表計(jì)算，結(jié)果見表1.8，并得出各水頭下的輔助曲線。且在各水頭下，為已知，從輔助曲線上即可找到該水頭下的輔助曲線。且在各水頭下付出額定功率的工況點(diǎn)，從而得到其空蝕系數(shù)。列表計(jì)算時，包括了，，，，五個水頭。</p><p>　　方案一： n=187.5r/min </p><p>　　

55、表2.8 各水頭下的輔助曲線</p><p><b>　　續(xù)表2.8</b></p><p>　　根據(jù)查出的數(shù)據(jù)，畫出曲線，見圖2.5：</p><p>　?。╝） (b） </p><p>　　(c) (d) &l

56、t;/p><p><b>　　(e) </b></p><p>　　圖2.5 輔助曲線</p><p>　　各水頭下的曲線，再根據(jù) 值查出對應(yīng)的單位流量 ，再將各水頭下單位流量的和對應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速值查HL260/A244綜合效率特性曲線，依次得出各空蝕系數(shù),空蝕系數(shù)修正值經(jīng)查《水輪機(jī)》取值為0.032：</p><p>　　

57、0.19，0.196 ，0.132 ，0.11 ，0.124</p><p>　　在各水頭下，計(jì)算水輪機(jī)的吸出高度，見表2.9。</p><p>　　表2.9 水輪機(jī)吸出高度</p><p><b>　　則==1.06m</b></p><p>　　方案二： n=250r/min</p><p&g

58、t;　　表2.10 各水頭下的輔助曲線</p><p><b>　　續(xù)表2.10：</b></p><p>　　根據(jù)查出的數(shù)據(jù)，畫出曲線，見圖2.6：</p><p>　　(a) (b) </p><p>　　(c) (d) </

59、p><p><b>　　(e) </b></p><p><b>　　圖2.6 輔助曲線</b></p><p>　　各水頭下的曲線，再根據(jù) 值查出對應(yīng)的單位流量 ，再將各水頭下單位流量的和對應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速值查HL260/A244綜合效率特性曲線，依次得出各空蝕系數(shù),空蝕系數(shù)修正值經(jīng)查《水輪機(jī)》取值為0.032：</p&g

60、t;<p>　　0.196，0.194 ，0.138 ，0.116 ，0.126</p><p>　　在各水頭下，計(jì)算水輪機(jī)的吸出高度，見表2.11。</p><p>　　表2.11 水輪機(jī)吸出高度</p><p><b>　　則==0.95m</b></p><p>　　2.14 確定水輪機(jī)的安裝高程

61、</p><p><b>　　對立式機(jī)組：</b></p><p>　　式中：電站下游水位，已知：=590m；</p><p>　　水輪機(jī)允許吸出高度，方案一Hs=1.06m；方案二Hs=0.95m</p><p><b>　　導(dǎo)葉高度。</b></p><p>　　式中：導(dǎo)

62、葉的相對高度，由[1] 中小型混流式水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪主要參數(shù)表 可知：=0.315。</p><p>　　計(jì)算得：方案一=591.48525m，方案二=591.24925m。</p><p>　　2.15 計(jì)算水輪機(jī)的飛逸轉(zhuǎn)速</p><p>　　混流式水輪機(jī)飛逸轉(zhuǎn)速的計(jì)算公式為：</p><p>　　式中：原型機(jī)的飛逸轉(zhuǎn)速

63、；</p><p>　　模型機(jī)最大可能開度的單位飛逸轉(zhuǎn)速，由[1]中小型混流式水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪主要參數(shù)表，可知：=158.7r/min；</p><p>　　最大水頭，=53.1m。</p><p>　　計(jì)算得，方案一=428.3r/min，方案二=608.6r/min。</p><p>　　2.16 計(jì)算軸向水推力</p>&l

64、t;p><b>　　對于混流式水輪機(jī)：</b></p><p>　　式中：軸向水推力，tf（1tf=9.81kN）；</p><p>　　轉(zhuǎn)輪直徑，方案一=2.7m，方案二=1.9m；</p><p>　　軸向水推力系數(shù)，由[1]中小型混流式水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪主要參數(shù)表，可知：k =0.38。</p><p>　　計(jì)算

65、得：方案一=1133.055kN,方案二=561.132kN。</p><p>　　2.17 估算水輪機(jī)的質(zhì)量G</p><p>　　水輪機(jī)的質(zhì)量G（不包括調(diào)速器、油壓設(shè)備及其他的輔助設(shè)備時）可按下式計(jì)算：</p><p>　　式中：G水輪機(jī)質(zhì)量，t；</p><p>　　H水頭，取H==53.1m；</p><p>

66、　　系數(shù)，由[2]混流式水輪機(jī)的值表，查得：k=8.1；</p><p>　　與直徑有關(guān)的指數(shù)，由[2]混流式水輪機(jī)的值表，查得：=2.6；</p><p>　　b與水頭有關(guān)的指數(shù)，由[2]混流式水輪機(jī)的值表，查得：b=0.16</p><p>　　計(jì)算得：方案一G=202.32t，方案二G=81.14t。</p><p>　　表2.12

67、方案比較</p><p>　　綜合各方面因素和經(jīng)濟(jì)成本上面的考慮，本次選型設(shè)計(jì)選擇方案二，即機(jī)組的型號為HL260/A244-LJ-190，裝機(jī)二臺。</p><p>　　3水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)運(yùn)動圖的繪制</p><p>　　3.1導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的基本類型</p><p>　　按照水流在水輪機(jī)導(dǎo)葉中的流動方向分為：</p><p&g

68、t;　　(1)徑向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)：水流沿著垂直于水輪機(jī)軸線的平面徑向地流過導(dǎo)葉。此時由于導(dǎo)葉軸線均布在水輪機(jī)同心的圓柱面上，故又稱圓柱式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)。其導(dǎo)葉</p><p>　　傳動機(jī)構(gòu)為平面運(yùn)動機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)較簡單。</p><p>　　(2)斜向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)：水流沿著以水輪機(jī)軸為中心線的圓錐面斜向地流過導(dǎo)葉。此時由于導(dǎo)葉軸線均布在水輪機(jī)同心的圓錐面上，故又稱為圓錐式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)。這種導(dǎo)水機(jī)構(gòu)主要用于斜流

69、式水輪機(jī)和燈泡式水輪機(jī)。其導(dǎo)葉傳動機(jī)構(gòu)不是平面運(yùn)動機(jī)構(gòu)，致使機(jī)構(gòu)較復(fù)雜。</p><p>　　(3)軸向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)：水流沿著與水輪機(jī)同心的各個圓柱面軸向地流過導(dǎo)葉。此時由于導(dǎo)葉軸線位于半徑方向上，故又稱圓盤式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)。這種導(dǎo)水機(jī)構(gòu)主要用于全貫流式水輪機(jī)，其功用和缺點(diǎn)與斜向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)較相似，且因?qū)~的排擠使流速大為增加，造成較大的水力損失，性能不如斜向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)優(yōu)越。</p><p>　　本

70、次設(shè)計(jì)采用的是徑向式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)。</p><p>　　3.2 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的作用</p><p><b>　　導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的作用是：</b></p><p>　?、傩纬苫蚋淖冞M(jìn)入轉(zhuǎn)輪的水流環(huán)量。</p><p>　　②協(xié)同引水室向轉(zhuǎn)輪均勻引水。</p><p>　　③按電力系統(tǒng)所需要的功率調(diào)節(jié)通過水輪機(jī)的過

71、流量。</p><p>　?、軐?dǎo)葉在關(guān)閉位置時能停止水輪機(jī)運(yùn)行，并在機(jī)組甩負(fù)荷時防止產(chǎn)生飛逸 。</p><p>　　3.3 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求</p><p>　　在導(dǎo)水機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，許多結(jié)構(gòu)尺寸和傳動關(guān)系必須取決于導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的傳動運(yùn)動關(guān)系，以達(dá)到以上設(shè)計(jì)要求。因此，水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)運(yùn)動關(guān)系圖是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最重要的圖紙。</p><p>

72、;　　在結(jié)構(gòu)上導(dǎo)水機(jī)構(gòu)應(yīng)滿足以下要求：</p><p>　?、賹?dǎo)水機(jī)構(gòu)過流部件應(yīng)與模型水輪機(jī)相應(yīng)部件保持幾何相似。即在所有工況下，水流應(yīng)平滑繞流導(dǎo)葉，導(dǎo)葉尾部不應(yīng)形成旋渦。</p><p>　　②導(dǎo)葉的最大開度和最大可能開度要可靠，以保證水輪機(jī)有足夠的過流能力。</p><p>　　③在關(guān)閉狀態(tài)下，導(dǎo)葉與導(dǎo)葉之間的間隙（立面間隙），導(dǎo)葉上端面與頂蓋的間隙以及導(dǎo)葉下端

73、面與底環(huán)的間隙（端面間隙）要合理，既能保證機(jī)組可靠地停機(jī)和水輪機(jī)的調(diào)相運(yùn)行，又能便于導(dǎo)葉的安裝及調(diào)整。</p><p>　　④導(dǎo)水機(jī)構(gòu)中應(yīng)有安全保護(hù)裝置，如設(shè)置剪斷銷、限位銷等，以防止導(dǎo)葉被異物卡住而引起主要傳動部件破壞。</p><p>　?、輰?dǎo)水機(jī)構(gòu)應(yīng)轉(zhuǎn)動靈活，各部件之間的摩擦面應(yīng)有良好的潤滑。</p><p>　?、迣?dǎo)葉應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度。</p&g

74、t;<p>　?、邔Χ嗄嗌澈恿髦械乃啓C(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，還應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及材料選擇上采取適當(dāng)措施，以防止磨損破壞。</p><p>　　3.4 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)運(yùn)動圖繪制的目的</p><p>　　水輪機(jī)在進(jìn)行負(fù)荷調(diào)節(jié)時，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)各運(yùn)動部件（導(dǎo)葉、連桿、拐臂、控制環(huán)、推拉桿、接力器等）所在位置與導(dǎo)葉開度之間的關(guān)系圖，稱為導(dǎo)水機(jī)構(gòu)運(yùn)動圖。</p><p>　　繪制導(dǎo)水機(jī)

75、構(gòu)運(yùn)動圖有以下目的：</p><p>　?、俅_定最大可能開度下所需的接力器行程，從而最終確定各傳動機(jī)構(gòu)的尺寸參數(shù)；</p><p>　?、诖_定最大可能開度下的接力器行程Smax，繪制接力器行程S與導(dǎo)葉任意開度的關(guān)系曲線，并檢查導(dǎo)水機(jī)構(gòu)運(yùn)行時的均衡性（即各曲線是否連續(xù)光滑）</p><p>　?、鄞_定不同導(dǎo)葉開度下的β，λ值，并繪制β=f(), λ=f()曲線。<

76、;/p><p>　?、艽_定控制環(huán)大耳孔、小耳孔的相對位置及相應(yīng)的推拉桿位置，使得大耳孔在2個極限位置時，推拉桿的偏斜角度為最小。</p><p>　　⑤確定導(dǎo)葉限位塊的位置，檢查傳動件在不同位置下是否相撞，尤其是在剪斷銷（或其他保護(hù)裝置）斷裂時是否會造成連桿與導(dǎo)葉臂相撞。限位塊一般位于底環(huán)上（為了減少水力損失及提高水輪機(jī)的抗空蝕能力，現(xiàn)在更多地把它設(shè)計(jì)在非過流部件上），其位置的確定是在導(dǎo)葉最大

77、可能開度下推一個適當(dāng)?shù)木嚯x△。</p><p>　　a.對于大中型水輪機(jī)：△=2030mm; b.對于小型水輪機(jī)：△=010mm</p><p>　?、薮_定導(dǎo)葉關(guān)閉時，相鄰導(dǎo)葉間的密封位置及導(dǎo)葉端面密封條的分布圓直徑，或端面密封所需的最小平面尺寸。</p><p>　　⑦確定固定導(dǎo)葉的布置位置及進(jìn)、出口角，設(shè)計(jì)固定導(dǎo)葉的形狀。</p><p&g

78、t;　　3.5 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)運(yùn)動圖的繪制步驟</p><p>　　3.5.1 確定真機(jī)基本結(jié)構(gòu)及布置導(dǎo)葉圖</p><p>　?。?）確定真機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)尺寸參數(shù)：及真機(jī)導(dǎo)葉形狀尺寸。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)采用正曲率導(dǎo)葉導(dǎo)葉相關(guān)尺寸見表3.1。</p><p>　　表3.1 導(dǎo)葉葉形斷面尺寸表</p><p>　　由

79、[3]非對稱導(dǎo)葉葉形斷面尺寸系列表可知：，及如圖3.1中所示的導(dǎo)葉葉形斷面尺寸見表3.1：（單位：mm）</p><p>　　真機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的裝配尺寸，由[3]導(dǎo)水機(jī)構(gòu)裝配尺寸系列表得到以下參數(shù)，見表3.2。</p><p>　　表3.2 真機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)裝配尺寸</p><p>　　確定了以上參數(shù)后，即可根據(jù)實(shí)際情況選取合適的比例（本次設(shè)計(jì)選取的比例為：1：2），計(jì)算

80、出對應(yīng)的各個參數(shù)值并繪制導(dǎo)葉斷面型線示意圖，見圖3.1。</p><p>　　圖3.1 導(dǎo)葉斷面型線示意圖</p><p>　　(2) 對于中小型機(jī)組：由于簡化結(jié)構(gòu)的需要，常常使得減少，使得模型與真機(jī)之間的幾何相似關(guān)系遭到破壞，此時不能利用幾何相似關(guān)系進(jìn)行導(dǎo)葉開度的計(jì)算。為了使真機(jī)與模型機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)水流運(yùn)動相似，只有使模型機(jī)與真機(jī)的導(dǎo)葉出流角相等，即保證。</p><p&

81、gt;　　式中： ——導(dǎo)葉出流角</p><p>　　K,——考慮導(dǎo)葉的擠壓、水流的粘性及環(huán)量損失等的影響系數(shù)。通常k=1.07,對于最優(yōu)工況=1.15~1.20，對于限制工況=0.95~1。</p><p>　　——分別帶最優(yōu)工況和限制工況下的流量和轉(zhuǎn)速。</p><p>　　可以得出最大開度和最優(yōu)開度下的出流角。</p><p><

82、b>　　計(jì)算結(jié)果： 。</b></p><p>　　在得出了出流角的大小后，旋轉(zhuǎn)導(dǎo)葉，使導(dǎo)葉的骨線和導(dǎo)葉軸線所在圓的切線成所得的出流角的角度。則此時導(dǎo)葉的開度即分別為導(dǎo)葉的最大開度和導(dǎo)葉的最優(yōu)開度。作最大開度和全關(guān)狀態(tài)下的導(dǎo)葉間的切圓，切圓的直徑即為最大開度。得到最大開度后，分別計(jì)算出。</p><p>　　3.5.2 確定β，λ值</p><p&

83、gt;　　β為連桿與控制環(huán)小耳孔所在圓周切線方向的夾角，λ為連桿與導(dǎo)葉轉(zhuǎn)臂夾角。確定β與λ值的步驟為：</p><p>　　將導(dǎo)葉置于全關(guān)狀態(tài)，此時要求β=70°~ 80°，λ90°~100°，否則可適當(dāng)調(diào)整拐臂與連桿的長度，在全關(guān)時，拐臂中心線與D0圓周切線夾角為φ0=22°，從而可確定出初始位置。所選開度值為： </p><p>　　

84、轉(zhuǎn)動導(dǎo)葉（傳動機(jī)構(gòu)隨之改變位置），讓相鄰導(dǎo)葉間的開度等于上述計(jì)算出的開度值，量取角度β，λ，并填入表3.3中。</p><p>　　根據(jù)表3.3作出β=f(),λ=f()、S=f()曲線及檢查光滑性，如圖3.2。</p><p>　　表3.3 導(dǎo)葉運(yùn)動關(guān)系值</p><p>　　圖2.2 及其光滑性檢查</p><p>　　3.5.3 確定

85、大、小耳孔的相對位置及接力器行程S</p><p>　　首先使導(dǎo)葉處于全關(guān)狀態(tài)，得到小耳孔中心全關(guān)位置點(diǎn)A，使導(dǎo)葉處于時，得到小耳孔中心最大可能開度的位置點(diǎn)B，的一半即是小耳孔的中間位置，將A，B兩點(diǎn)作射線與大耳孔圓的交點(diǎn)為，則的一半即是大耳孔的中間位置，大耳孔移動的弦長即是接力器行程S。</p><p>　　3.5.4 確定限位塊的位置</p><p>　　限位塊

86、在導(dǎo)水機(jī)構(gòu)中的作用是為了減少水力損失及提高水輪機(jī)的抗空蝕能力，現(xiàn)在更多的是把它設(shè)計(jì)在非過流部件上，其位置的確定是在導(dǎo)葉最大可能開度下外推一個適當(dāng)?shù)木嚯x△。對于大中型水輪機(jī)：△=20~30mm; b.對于小型水輪機(jī)：△=0~10mm，本次設(shè)計(jì)取△=20mm 。</p><p>　　導(dǎo)水機(jī)構(gòu)運(yùn)動圖見圖GSL-03。</p><p>　　4 水輪機(jī)金屬蝸殼水力設(shè)計(jì)</p><

87、;p>　　4.1 蝸殼類型的選擇</p><p>　　蝸殼的功用是將水流均勻引入導(dǎo)水機(jī)構(gòu)并形成一定的速度環(huán)量。</p><p>　　蝸殼分為混凝土蝸殼和金屬蝸殼兩種類型。其型式的選擇主要是根據(jù)水電站的水頭進(jìn)行的，最大水頭在40m以內(nèi)的機(jī)組，通常采用混凝土蝸殼，這類蝸殼的斷面形狀呈“T”或“τ”形，其包角為135°270°；當(dāng)水頭超過40m時，一般選用鋼板焊接蝸殼，

88、端面形狀有圓形及橢圓形兩種，包角一般為345°360°。因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的最大水頭為：=100.25m，所以采用金屬蝸殼。</p><p>　　金屬蝸殼斷面形狀為圓形，斷面面積及半徑隨著由進(jìn)口到尾部流量的減少而減小。本次設(shè)計(jì)中在118.07°時，由于圓面積小到不能和座環(huán)蝶形邊連接，因此這部分?jǐn)嗝嫘螤钣蓤A過渡到橢圓。</p><p>　　良好的蝸殼設(shè)計(jì)使蝸殼中水流流

89、動損失最小，同時還要合理地選擇參數(shù)。</p><p>　　4.2 金屬蝸殼的水力設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　金屬蝸殼進(jìn)行水力計(jì)算，就是在給定設(shè)計(jì)水頭，設(shè)計(jì)流量，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)高度及座環(huán)尺寸的條件下，確定蝸殼各斷面的形狀和尺寸，并繪制出蝸殼的單線圖，列出蝸殼斷面尺寸表，以便制造及作為蝸殼強(qiáng)度計(jì)算和水電站廠房設(shè)計(jì)的依據(jù)。</p><p>　　4.2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)</p

90、><p>　　HL260/A244-LJ-190，=1.9m，=38m，=27.6，=0.315。</p><p>　　4.2.2 確定蝸殼包角及進(jìn)口斷面平均流速</p><p>　　取=345°，流速系數(shù)=0.9 ，==5.55 。</p><p>　　4.2.3 根據(jù)座環(huán)結(jié)構(gòu)確定連接尺寸</p><p>　　

91、圖4.1 蝸殼與座環(huán)的連接結(jié)構(gòu)尺寸圖</p><p>　　由、查金屬蝸殼座環(huán)尺寸系列表得：</p><p>　　= 3.25 m、= 2.725 m、= 0.1m、= 0.2 m</p><p>　　= / 2 = 1.625 m</p><p>　　= / 2= 1.3625 m</p><p>　　= + =

92、 1.725 m</p><p>　　= = 0.6 m</p><p>　　= + 0.015 = 0.615 m</p><p>　　= ×(1-cos) = 0.0852847 m </p><p>　　= 0.392785 m &

93、lt;/p><p>　　4.2.4 蝸殼進(jìn)口斷面參數(shù)計(jì)算</p><p>　　= 1.23 m </p><p>　　= 2.9 m </p><p><b>　　= 4.12 m</b></p><p>　　4.2.5 求蝸殼常數(shù)C</p><p&g

94、t;　　= 1252.712</p><p>　　4.2.6 求臨界包角</p><p>　　== 131.25°</p><p>　　4.2.7 當(dāng)時按橢圓斷面公式計(jì)算</p><p>　　圖3.2 橢圓斷面的計(jì)算圖</p><p>　　=0.275 m </p>&l

95、t;p>　　4.2.8 當(dāng)時按圓斷面公式計(jì)算</p><p>　　圖3.3 進(jìn)口斷面及圓形斷面的計(jì)算</p><p>　　4.2.9 編寫VB程序計(jì)算蝸殼斷面尺寸</p><p><b>　　計(jì)算程序如下：</b></p><p>　　Private Sub Command1_Click()</p>

96、<p>　　Dim D1!, Hr!, qvr!, b0_!, Kv!, ρ!, ф0!, α!, Da!, Db!, K!, R!, C0!, h!, RA!, h1!</p><p>　　Dim b0!, B!, ρ0!, a0!, R0!, C!, фs!, r1!, фi!, Xi!, ρi!, Ri!, L!, ρ2i!, ρ1i!, ai1!, raa!, rb!</p>&l

97、t;p><b>　　D1 = 1.9</b></p><p><b>　　Hr = 38</b></p><p>　　qvr = 27.6</p><p>　　b0_ = 0.315</p><p><b>　　Kv = 0.9</b></p><p&

98、gt;<b>　　ф0 = 345</b></p><p><b>　　Da = 3.25</b></p><p>　　Db = 2.725</p><p><b>　　K = 0.1</b></p><p><b>　　R = 0.2</b></p

99、><p>　　α = 55 * 3.1415926 / 180 </p><p>　　C0 = Kv * Sqr(Hr)</p><p>　　raa = Da / 2</p><p>　　rb = Db / 2</p><p>　　RA = raa + K</p><p>　　b0 = b0_ *

100、D1</p><p>　　B = b0 + 0.015</p><p>　　h1 = R * (1 - Cos(α))</p><p>　　h = h1 + B / 2</p><p>　　ρ0 = Sqr((ф0 * qvr) / (360 * 3.1415926 * C0))</p><p>　　a0 = RA +

101、 Sqr(ρ0 ^ 2 - h ^ 2)</p><p>　　R0 = a0 + ρ0</p><p>　　C = ф0 / (a0 - Sqr(a0 ^ 2 - ρ0 ^ 2))</p><p>　　фs = C * (RA + 1.43 * h - Sqr(RA ^ 2 + 2.86 * RA * h - h ^ 2))</p><p>

102、　　r1 = RA - h / Tan(α)</p><p>　　Debug.Print "已知參數(shù)及數(shù)值："</p><p>　　Debug.Print " D1="; D1, " Hr ="; Hr, " qvr ="; qvr, " b0_ ="; b0_; " Kv =&

103、quot;; Kv, " ф0 ="; ф0</p><p>　　Debug.Print " Da ="; Da, " Db ="; Db, " K ="; K, " R ="; R, " α ="; α, "r1="; r1, "B="; B</

104、p><p>　　Debug.Print "蝸殼進(jìn)口斷面參數(shù)及蝸殼系數(shù)："</p><p>　　Debug.Print " C0="; C0, "ρ0="; ρ0, "a0="; a0, "R0="; R0, "C="; C, "фs="; фs</

105、p><p>　　Debug.Print "與座環(huán)連接的蝸殼尺寸："</p><p>　　Debug.Print " ra="; raa, "rb="; rb, "RA="; RA, "h1="; h1, "h="; h</p><p>　　Debug

106、.Print "蝸殼各斷面尺寸："</p><p>　　For фi = 345 To 15 Step -15</p><p>　　If фi >= фs Then</p><p>　　Xi = фi / C + Sqr(2 * RA * фi / C - h ^ 2)</p><p>　　ρi = Sqr(Xi ^

107、 2 + h ^ 2)</p><p>　　ai = RA + Xi</p><p>　　Ri = ai + ρi</p><p>　　Debug.Print "圓斷面："</p><p>　　Debug.Print "фi="; фi, "ai="; CInt(1000 * ai)

108、, " ρi="; CInt(1000 * ρi), " Ri="; CInt(1000 * Ri)</p><p><b>　　Else</b></p><p>　　L = h / Sin(α)</p><p>　　ρi = (фi / C) * (Sqr(0.49 + 2 * r1 / (фi / C

109、)) + 1.221)</p><p>　　ρ2i = Sqr(1.045 * (3.1415926 * ρi ^ 2 + 1.428 * (raa - r1) ^ 2) + 0.81 * L ^ 2) - 1.345 * L</p><p>　　ρ1i = L + 0.3 * ρ2i</p><p>　　ai = r1 + 1.221 * ρ2i</p>

110、;<p>　　Ri = ai + ρ1i</p><p>　　ai1 = ai + (ρ1i - ρ2i) * Cos(α)</p><p>　　Debug.Print "橢圓斷面："</p><p>　　Debug.Print "фi="; фi, " ai="; CInt(1000 * a

111、i), " ai1="; CInt(1000 * ai1), " ρ1i="; CInt(1000 * ρ1i), " ρ2i="; CInt(1000 * ρ2i), " Ri="; CInt(1000 * Ri)</p><p><b>　　End If</b></p><p><

112、;b>　　Next фi</b></p><p><b>　　End</b></p><p><b>　　End Sub</b></p><p><b>　　蝸殼斷面尺寸如下：</b></p><p>　　表4.1 圓形斷面尺寸表</p><

113、;p>　　表4.2 橢圓形斷面尺寸表</p><p>　　4.2.10 繪蝸殼單線圖</p><p>　　根據(jù)蝸殼參數(shù)和斷面尺寸繪制蝸殼單線圖，見圖GSL-01。</p><p>　　5 尾水管單線圖的繪制</p><p><b>　　5.1 尾水管概述</b></p><p>　　尾水管是

114、水輪機(jī)過流通道的一部分。水流流經(jīng)轉(zhuǎn)輪，完成了能量交換后，將從轉(zhuǎn)輪的出口邊流出轉(zhuǎn)輪。這時，水流被引入尾水管再流向下游。尾水管的功用是除了將水流引向下游外，還可以回收一部分水流能量，使轉(zhuǎn)輪能多發(fā)一些電能。也就是說，裝置了尾水管能夠使水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪出口水流能量有所降低，增加了轉(zhuǎn)輪前后的能量差。尾水管的形狀對不同比轉(zhuǎn)速水輪機(jī)的性能存在不同程度的影響，尤其對高比轉(zhuǎn)速水輪機(jī)影響更為明顯。</p><p>　　5.2 尾水管的基本

115、類型</p><p>　　尾水管主要有3種類型：直錐形、彎肘形和彎形尾水管。</p><p>　　(1)直錐形尾水管。當(dāng)尾水管的軸線為直線時，稱為直錐形尾水管。這是一種最簡單的擴(kuò)散形尾水管。這種尾水管廣泛地使用在中小型水電站中（轉(zhuǎn)輪直徑在D1＜0.50.8m）。</p><p>　　(2)彎肘形尾水管。當(dāng)尾水管的中心線具有90°或接近90°的轉(zhuǎn)彎

116、時，則稱為彎肘形尾水管。它由三部分組成：進(jìn)口錐管，肘管段及出口擴(kuò)散管。進(jìn)口錐管是一豎直的圓錐擴(kuò)散管。肘管是一個90°的彎管，它的進(jìn)口斷面為圓形，出口斷面為矩形。出口擴(kuò)散管是一個水平放置的斷面為矩形的擴(kuò)散管。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)采用的就是彎肘形尾水管。幾乎所有大、中型立式水輪機(jī)都使用這種尾水管，因?yàn)閷τ诖笮退啓C(jī)組，如采用直錐形尾水管，將會帶來巨大的挖深，因而是不經(jīng)濟(jì)的。因此，盡管彎肘形尾水管的

117、水力損失大些，水力性能不如直錐形尾水管，但由于挖深較小，大型水輪機(jī)仍全部采用彎肘形尾水管。</p><p><b>　　(3)彎形尾水管</b></p><p>　　這種尾水管一般適用于臥式水輪機(jī)，在這就不做詳細(xì)介紹。</p><p>　　5.3 彎肘形尾水管中的水流運(yùn)動</p><p>　　在彎肘形尾水管中水流由轉(zhuǎn)輪流

118、出后首先進(jìn)入直錐管，然后進(jìn)入肘管，并在肘管中改變流向。水流流經(jīng)彎曲部分時，流場發(fā)生變化，壓強(qiáng)沿離開曲率中心的方向增大而流速則相對降低，亦即水流由直錐段進(jìn)入肘管轉(zhuǎn)彎時，靠近外壁處壓力增大，流速降低，而內(nèi)壁則壓力減小，流速增大。因此，內(nèi)壁處液流收縮而外液流則擴(kuò)散，形成渦流滯水區(qū)。水流經(jīng)肘管流入水平擴(kuò)散段時，由于離心力的作用逐漸消失使斷面壓力分布又趨于均勻。這樣，原在彎管段內(nèi)具有較高壓力的水流進(jìn)入出口段時壓力要降低，液流加速而呈收縮狀。而靠近

119、內(nèi)壁原來壓力較低流速較高的水流在水平擴(kuò)散段會有壓力增加流速降低，使液流呈擴(kuò)散狀而形成另一渦流滯水區(qū)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)按HL260/A244水輪機(jī)尾水管流道尺寸相似換算繪制尾水管單線圖，見圖GSL-02。</p><p>　　6混流式水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　6.1 概述</b></p><p&g

120、t;　　混流式水輪機(jī)是水輪機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種型式。它結(jié)構(gòu)簡單，高效率區(qū)寬，可以在很大的水頭和流量范圍內(nèi)有效而可靠地工作。在我國已建成的水電站中，它亦是應(yīng)用最多的一種型式。</p><p>　　混流式水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)，由于布置方式、單機(jī)容量、應(yīng)用水頭的不同，會有不同程度的差異，但水輪機(jī)作為一種把水能變?yōu)闄C(jī)械能的動力機(jī)械，每一種結(jié)構(gòu)型式都具有把水能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能所必需的四大部分。</p><p>

121、;　　混流式水輪機(jī)的大致結(jié)構(gòu)和組成，見本次設(shè)計(jì)水輪機(jī)結(jié)構(gòu)圖。其主要部件有主軸、轉(zhuǎn)輪、導(dǎo)軸承、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、座環(huán)、基礎(chǔ)環(huán)、蝸殼、尾水管、止漏裝置、減壓裝置、密封裝置以及附屬裝置等。位于水輪機(jī)中心的是轉(zhuǎn)輪及與其直接相連的水輪機(jī)主軸，在轉(zhuǎn)輪四周布置著導(dǎo)水部件的導(dǎo)葉，導(dǎo)葉與其上面的控制機(jī)構(gòu)相連結(jié)。導(dǎo)葉的下軸頸裝在其下面的底環(huán)內(nèi)，而底環(huán)安裝在座環(huán)的下環(huán)上。導(dǎo)葉的上軸頸裝在頂蓋內(nèi)，頂蓋被安裝在座環(huán)的上環(huán)上，它將轉(zhuǎn)輪蓋住。在頂蓋和導(dǎo)水部件控制機(jī)構(gòu)的控制環(huán)

122、之間，裝有支持環(huán)，用來支持控制環(huán)。</p><p>　　6.2 水輪機(jī)主軸的設(shè)計(jì)</p><p>　　水輪機(jī)主軸是水輪機(jī)轉(zhuǎn)動部分的一個重要部件，通過它，將水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的機(jī)械能傳遞給發(fā)電機(jī)，它把水輪機(jī)產(chǎn)生的扭矩傳給發(fā)電機(jī)軸，同時承受轉(zhuǎn)輪的軸向水壓力及轉(zhuǎn)動部件的重力。主軸由上法蘭，軸身和下部法蘭三部分組成。主軸的毛坯通常采用ZG35、45或20MnSi整鍛。根據(jù)生產(chǎn)條件和技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，也可以采用