水机专业毕业答辩

西华大学能环学院06级热动本科学生毕业答辩目：仙溪水电站水轮机选型及结构设计姓名：专业：热能与动力指导教师：设计任务 水轮机选型设计 金属蜗壳水力设计 尾水管设计 导水机构运动图的绘制 混流式水轮机结构设计 金属蜗壳强度计算 导叶加工图的绘制一、水轮机选型设计 1、仙溪水电站的原始资料额定水头；平均水头；最大水头；最小水头；水电站海拔高程；电站总装机容量；电站引用流量该电站距负荷中心较远，在系统中主要承担基荷。 2、水轮机台数及型号的选择1）机组台数的选择（1）单机容量与机组台数成反比（2）机组台数与运行效率的关系2）水轮机型号的选择水轮机型号的选择主要是根据水电站的特征水头，特别是其最大水头来选择的。初选水轮机模型转轮型号为：和 3、仙溪水电站选型设计步骤1）初选额定工况点对已选定的水轮机转轮型号，查出其模型综合特性曲线。在[1]中分别查出他们的额定工况点为：：n11r=n11mo=77r/min,与5%功率限制线交点处的流量Q11r=1.098m3/s：n11r=n11mo=71r/min,与5%功率限制线交点处的流量Q11r=1.068m3/s。2）确定转轮标称直径HL220/A153型号转轮直径的计算公式为：式中：—水轮机额定出力；—转轮直径；—真机单位流量。式中：—单机容量；—发电机效率（取0.96）。同理的HL240/D41型号专利直径D1=1.36m。取1.4m3）确定额定转速查取磁极对数P=6时，HL240/D41：计算得：n=547.8r/min查表的n=500r/min或n=600r/min4）效率及单位参数的修正对混流式水轮机，按Moody公式换算。即:计算得：通过对真机与模型机过流部件和加工工艺比较，计算的由转速修正值公式：得Δn11/n11m=ΔQ11/Q11=0.009≤3%不予修正。同理的HL240/D41的单位参数也可不予修正。4）检验水轮机的实际工作区域由实际水轮机的转速：对HL220/A153型号转轮计算得：n11r=73.34r/min进行工作范围检查，Hmax对应的n11min=68.18r/min,Hmin对应的n11max=80.05r/min。此两条直线包含最优效率区。在综合特性曲线上查得相关数据，做出η=f(Q11)曲线。找出真实工况点B为n11r=73.34r/min,Q11r=1.036m3/s,η=90.48%，在最优工况点附近，该D1和n是合理的。对HL240/D41，同上步骤得，当n=500r/min时n11r=73.37r/min,当n=600r/min时n11r=88r/min进行工作范围检查，Hmax对应的n11min=73.94r/min,Hmin对应的n11max=86.81r/min。此两条直线不包含最优效率区，不合理舍去。自此对两种转轮的比较得出HL220/A153—LJ—140更为适合该电站。在模型水轮机和真机之间保持几何相似时有： 式中：D0—真机导叶分布圆直径，1.75m Z0—真机的导叶数，16 D0m—模型机导叶分布圆直径，0.575m Z0m—模型机的导叶数，24 a0max(m)—模型机的导叶最大开度，查【1】得a0max(m)=33.05mm 计算得：aomax=162.06mm 最大可能开度a0k=1.05aomax=170.17mm5）确定导叶开度7）计算额定流量额定流量的计算公式为：计算得：Qtr=19.33m3/s因为ZQtr=38.66m3/s<39.5m3/s=Qpl，所以满足电站所给的条件，此可行8）确定水轮机最大允许吸出高度式中：—水电站海拔高程，600m；—各相应水头下的工况点的空蚀系数；—空蚀安全系数。绘出各水头下的N11t=f(Q11)曲线，根据公式N1i=N/(D12Hi3/2),算出各水头真实对应的N1t值，再在N11t=f(Q11)上找到(N1t,Q11)对应的在型谱上找出对应的空蚀系数:σmax=0.07σr=0.077σw=0.071σj=0.07σmin=0.14带入公式计算对应吸出高度分别为:Hs1=4.54mHs2=1.055mHs3=1.022mHs4=0.412mHs5=-0.232m综上比较，最大水头下的较小，所以该型号水轮机的允许吸出高度为Hs5=-0.232m。附属计算 水轮机飞逸转速：nf=1049.2r/min 估算混流式水轮机轴向水推力：Poc=53.45tf（1tf=9.81kN） 估算水轮机质量：G=39.99t9)绘制水轮机运转综合特性曲线（1）绘制各水头的工作特性曲线在Hmax~H民间取5至6个水头值，计算各水头下n11（m），并在模型综合特性曲线图上作各水头对应线，由这些等水头直线与线交点代入公式计算P。由上面的数据绘制各水头下的工作特性曲线。（2）运转综合特性曲线的绘制绘制等效率曲线；绘制出力限制线（3）绘制等吸出高度线二、蜗壳水力设计及水力单线图绘制1、蜗壳类型的选择蜗壳分为混凝土蜗壳和金属蜗壳两种类型，最大水头在40m以内的机组，通常采用混凝土蜗壳；当水电站的最大水头超过40m时，一般选用金属蜗壳。此次设计的最大水头是115.8m，远大于40m，所以本设计的蜗壳选用金属蜗壳。2、金属蜗壳水力设计计算1）圆形断面尺寸的计算2）椭圆形断面尺寸的计算计算结果如下：三尾水管设计在模型综合特性曲线上查取模型机转轮型号为HL220/A153的尾水管单线图，其转轮直径1m，而本设计中仙溪水电站机组选用的转轮直径为1.4m，按相似理论原则，等比例放大尾水管单线图尺寸，且每一尺寸都放大1.4倍。三、水轮机导水机构运动图的绘制水轮机导水机构的作用，主要是形成和改变进入转轮的水流环量；按电力系统所需的功率调节水轮机流量，导叶在关闭位置时能使水轮机停止运行，并在机组甩负荷时防止产生飞逸。1、计算真机导叶开度2、确定真机导叶的形状及尺寸因为该电站的水头较低，转轮进口环量Γ1要求较小，使得导叶水流角大，则应选用较大δ的宽蜗壳，但为了减小机组的尺寸，应采用较小δ的窄蜗壳，致使Γ蜗>Γ1，此时选用正曲率导叶减环量。在水轮机设计上查取水轮机转轮直径为1.4m的正曲率导叶尺寸，其具体尺寸及形状如下图。正曲率导叶翼形图3、确定β与γ值将导叶置于全关位置状态，此时要求，，否则可适当调整连杆与拐臂的长度，在全关时，拐臂中心线与圆周切线夹角为（已知），从而可确定出初始位置，如图所示。正曲率导叶翼形图四、绘制水轮机结构装配图1、止漏装置止漏装置的作用是减少机组的容积损失。目前常用的形式有间隙式、迷宫式、梳齿式和阶梯式四种。当水头H<200时，混流式转轮一般可采用间隙式或迷宫式止漏环；当水头H>200时，采用梳齿式或阶梯式止漏环。由于本次设计的电站的最大水头为115.8m，所以采用了迷宫式止漏环2、轴承的结构水轮机轴承型式很多，目前比较常用的有水润滑的橡胶轴承；稀油润滑带有转动油盆、斜油槽自循环的筒式轴承和稀油润滑油浸式分块瓦轴承。本设计中采用稀油润滑筒式轴承。这种轴承平面布置紧凑，承载能力大，刚性好，运行可靠。但轴承密封位于下部，维护检修不便；轴承离转轮中心位置也较远。稀油润滑筒式轴承1—油箱盖；2—油箱；3—冷却器；4—轴承体；5—回油管；6—转动油盆；7—浮子信号器；8—温度信号器；9—油盆差3、补气装置补气方式分为两类。一类是自然补气，大部分水轮机均采用此种方式；另一种是强迫补气（即压缩空气或射流泵补气），当尾水管内压力较高时，自然补气不能补入时采用此种方式。本设计采用四根横管的尾水管十字架补气装置，如下图。尾水管十字架补气装置五蜗壳强度计算金属蜗壳在工作的时候主要产生以下几种应力：1）蜗壳在承受内水压力时产生的薄壁应力2）与座环连接处由于座环的限制蜗壳的变形而产生的附加应力3）不同厚度钢板连接处的附加应力所以对金属蜗壳的强度进行校核采用编程序进行强度计算计算结果如下：根据计算结果及强度要求，本次设计选择的蜗壳材料为16Mn。 我的报告完毕，请各位老师和同学批评指正！ 谢谢！！！