河海大学热能与动力工程毕业设47~72.5水头(6)

沙溪水电站机电设备初步设计

方案 最大水头Hmax(m) 最小水头Hmin(m) 平均水头Hp(m) 装机容量N(万kw) 水轮机型号 单机容量N(万kw) 机组台数 转轮直径D1(m) 机组转速(r/min) 计算水头Hr(m) 水轮机最高效率 水轮机平均效率 模型最高效率时的n1' 总投资(万元) 单位千瓦投资(元/ KW) 总耗钢量(吨) 千瓦耗钢量(公斤/万KW) Ⅰ 72.5 47 55 42 HL226 15.3 3 6.0 100 51.92 93.01% 89.61% 79 28772.72 625.49 5929 12.89 Ⅱ 72.5 47 55 42 HL226 15.3 3 6 93.8 53.15 93.01% 91.1% 79 29506.72 641.45 6084.1 13.23 Ⅲ 72.5 47 55 42 HL226 9.2 5 4.5 125 57.31 92.99% 89.89% 79 28118.45 611.27 5485 11.92 四、最优方案的选择

由方案总表可知，方案2投资高但效率高，所以要进行效率比较。 方案3投资比1少并且效率高，所以方案1淘汰，对2.3进行综合比较。 由电站的原始资料知，电站的年利用小时数为4700h，保证出力为46万kw。则方2和方3的投资差为

?Z?(91.1%?89.86%)?4700?46?0.4?1072.352 回收年限

29506.72?28118.45?1.29

1072.352回收年限n=1.29〉1,所以方案2在经济上比较有利，故方案2为最优方案。

五、最优方案吸出高度Hs的计算

1、 设计水头 Hr?53.15m

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设计水头对应的单位转速与出力限制线的交点的?M?0.883，则

?T??M????0.883?0.03?0.913

设计工况的单位流量

Q11r?Pr1533333??1.23m/s 21.521.59.81?0.913?5.0?53.159.81?TD1Hr 原型水轮机的有效流量 Q?Q11rD12Hr?1.23?6.02?53.15?322.8m3

QT?Q?322.8m3

查原始资料P14，可得?w?95.3m，根据《水轮机》P58得 吸出高度：

??K??Hr 900式中： Hs——水轮机的吸出高度；

Hs?10?σm——模型空化系数，各种工况的σm值可从该型号水轮机的

模型综合特性曲线中查得；

Kσ——水轮机的空化安全系数； H——水轮机的水头，一般取设计水头；

?——水轮机安装位置的海拔高程。

95.8Hs?10??1.15?0.146?53.15?0.97m

900第六节 最优方案的进出流水道计算

一、转轮的计算

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如图所示，由《水电站动力设备设计手册》可查的HL260具体尺寸： D1 1 6 D2 D3 D4 D5 b0 h1 0.57 h2 h3 h4 1.086 1.16 0.87 0.401 0.28 0.095 0.165 0.509 0.415 2.406 1.68 0.99 3.054 2.49 6.516 6.96 5.22 二、蜗壳计算

1、蜗壳型式的确定

当水头小于40m时，多采用混凝土蜗壳，当水头大于40m时。采用金属蜗壳，本电站水头范围47-72.5m，故采用金属蜗壳。金属蜗壳按其制造方法有焊接、铸焊和铸造三种类型，铸焊和铸造一般用于高水头混流式水轮机，尺寸较大的中低水头混流式水轮机一般都应用钢板焊接结构，故本站采用钢板焊接蜗壳。

2、蜗壳的断面形状及座环的确定

金属蜗壳断面一般为圆形，而由于蜗壳尾部用圆断面时不能和座环蝶形边相接，故采用椭圆形断面。采用带蝶形边的座环，锥角为550，其有关尺寸查[《水电站机电设计手册》——水力机械]P128表2-16

座环的有关尺寸见下表： 名称 参数 Da (m) 9.35 Db (m) 8 K (m) 0.175 r (m) 0.5 3、蜗壳的包角：金属蜗壳的包角一般为3450。 4、蜗壳的进口流速

采用[《水电站机电设计手册》——水力机械]P117图2-22中的中间值。 5、金属蜗壳外形尺寸的计算

按?u=常数且蜗壳与座环蝶形边相切进行计算，具体计算如下：

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进口断面尺寸计算 （1）进口断面流量

Q0??0Q3600?345?322.83?309.35(m/s) 0360式中 ?0——蜗壳包角，取3450

Q——水轮机设计流量(m3/s)

（2）进口断面流速 V0?KHr?0.92?53.15?6.71(m3/s) 式中 K——流速系数 查《水轮机》P94图5-46，取0.92 （3）进口断面面积

F0?Q0309.35??46.1(m3/s) V06.71（4）进口断面半径

F046.1?0???3.83(m)

?3.14（5）进口断面中心距

a0?r0??2?h2

式中 h?H1?r(1?cos550)?Ktan?

由《动力设备》P22知H1=b0+（10-20）mm则H1=1.68+0.015=1.695m

h?1.695/2?0.4(1?cos550)?0.15?tan550?1.345(m)

r0?D?9.355?K??0.15?4.825 22a0?4.825?3.832?1.3452=8.53 (m)

（6）进口断面半径

R0??0??0?8.53?3.83?12.36(m)

由进口断面尺寸求出蜗壳系数C和蜗壳常数K

C??0a0?a0??22 ?379.28

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K?QC?54.13 0360?2?3、圆断面计算

由《水轮机》P94图5-47的几何关系，可得下列各计算式：

???iC?2r0?iC?h2

?i??2?h2 ?i?r0??

Ri??i??i

s?h ?cos55由进口断面的C值后即可确定各个圆形断面的尺寸，ψi幅度采用变化150，具体计算见下表:圆形断面:

圆形截面 断面半径 x ρ 3.59 3.83 3.48 3.73 3.36 3.62 3.24 3.51 3.12 3.40 3.00 3.29 2.87 3.17 2.74 3.05 2.61 2.93 2.47 2.81 2.32 2.68 2.17 2.55 2.01 2.42 断面中心距 a 8.53 8.42 8.30 8.18 8.06 7.94 7.81 7.68 7.55 7.41 7.26 7.11 6.95 断面外径 R 12.36 12.14 11.92 11.69 11.46 11.22 10.98 10.73 10.48 10.22 9.95 9.67 9.37 断面号 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 断面角 345 330 315 300 285 270 255 240 225 210 195 180 165

7、椭圆断面的计算

当计算圆形断面半径ρ

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