水电站大作业Word下载.doc
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3.1蜗壳断面尺寸计算 9
3.2尾水管选型及计算 12
3.3蜗壳和尾水管的单线图的绘制 13
四.原型运转综合特性曲线的绘制 14
4.1等水头线的绘制 14
4.2等效率线的绘制 19
4.3出力限制线的绘制 20
4.4等吸出高度线的绘制 21
4.5运转综合特性曲线 23
一.基本资料及任务
某坝后式电站,总装机容重为120MW,初拟装四台机组,电站最大水头Hmax=140m,最小水头Hmin=100m,加权平均水头Hav=116m,计算水头Hr=110m,下游水位-流量曲线如下表所列:
表1下游水位-流量关系
要求:
(l)确定水轮机类型及装置方式;
(2)确定水轮机转轮直径D1及转速n,校核水轮机的工作范围和计算水头下的额定出力;
(3)计算在设计水头下,机组发出额定出力时的允许吸出高Hs,并算出此时水轮机的安装高程。
问此工况是否是气蚀最危险工况?
为什么?
(4)采用圆形断面的金属蜗壳,最大包角φmax=345°
,导水叶高度b0=0.224D1。
请计算蜗壳及尾水管轮廓尺寸。
并用CAD绘出蜗壳、尾水管单线图。
(5)将模型综合特性曲线转换成原型运转综合特性曲线。
Ø
本题是一个水轮机选型的综合题,本题的任务要求有:
l选择水轮机的台数和单机容量;
l选择水轮机的牌号、型号及装置方式;
l确定水轮机的直径、转速、吸出高及安装高程;
l确定蜗壳及尾水管尺寸;
l绘制水轮机运转综合特性曲线;
选型设计已经收集的基本资料:
(1)水能规划资料
l装机容量:
总装机容量为120MW,初拟四台机组;
l各种代表水头:
Hmax=140m,Hmin=100m,Hav=116m,Hr=110m;
l下游水位与流量关系曲线(表1)。
(2)水轮机产品技术资料
l水轮机的系列型谱:
附件中包括轮系的水头适用范围、最优工况和限制工况下的单位转速、单位流量和模型汽蚀系数。
l同步转速n:
机组的同步转速与发电机的磁极对数有关,磁极对数只能是一对一对的,在选择水轮机转速是必须套用同步转速。
n=3000/p(r/min)。
l某一轮系的模型综合特性曲线(包括飞逸特性曲线)。
二.水轮机比较与选择
2.1水轮机型号初选
在水轮机型号选择中,起主要作用的是水头,每一种水轮机都有一定的水头使用范围。
上限是由其结构强度和气蚀条件决定的,一般不允许超出。
而下限是由经济条件决定的。
Hmax不能超过该轮系的适用水头的上限;
Hav、Hr在适用水头范围之内。
若两种型号都适用,则需要进行对比分析和计算。
问题条件中已经给出了电站的最大水头Hmax=140m,最小水头Hmin=100m,加权平均水头Hav=116m,计算水头H=110m。
于是,可以根据水头数据参考水轮机的系列型谱选择水轮机类型。
查《中小型混流式、轴流式水轮机模型参数表》有多种选择方案,为了便于比较分析本文初步选择水轮机型号为A253-46和A502-35。
两种机型均为混流型,装置方式采用立轴布置。
2.2水轮机比较
2.2.1混流A253-46型水轮机
1.转轮直径D1的计算
由公式可得到D1的计算公式为:
(公式1)
注意几个参数的取值:
lN取水轮机额定出力Nr,,是发电机的额定出力(机组容量);
是发电机效率,查资料可取为96%;
所以求得Nr=31.25MW。
lH取设计水头Hr=110m。
l取限制工况下的单位流量,查型谱表得=0.805m3/s,=88.6%。
l效率,这一步需要试算,初步估计,则。
由以上参数可以计算出D1=1.95m,对照标准直径去定D1;
通常是选用相近而偏大的标准直径,以便使水轮机有一定的富裕容量。
所以选择D1=2.0m。
2.转速的计算
水轮机转速的计算公式为:
(公式2)
参数取值:
l已知D1=2.0m。
lH取Hav=116m;
即在运行过程中出现最多的水头。
l选用原型最优单位转速;
初步假定=63(r/min),为模型的最优单位转速。
由以上参数,计算出n=339.3(r/min),按照标准选取转速,选取与之相近且偏大的同步转速333.3(r/min),p=9。
3.效率及单位参数修正
查表可得A253-46型水轮机在最优工况下的模型最高效率为,模型转轮直径为D1M=0.46m,原型效率
(公式3)
于是,求得,效率修正值为=2%。
考虑到模型与原型水轮机在制造工艺质量上的差异,常在已求得的值中再减去一个修正值。
现在取,则可得到效率修正值为,由此可得原型水轮机在最优工况和限制工况下的效率为
(与上述假设相同)
单位转速的修正值按下式计算:
(公式4-1)
则:
(公式4-2)
由于,按规定单位转速可不加修正,同时,单位流量也可以不加修正。
由上可见,原先假定的是正确的,所以上述计算及选用的结果D1=2.0m、n=333.3r/min也是正确的。
4.工作范围检验
在选定D1=2.0m、n=333.3r/min后,水轮机的及各特征水头相对应的即可计算出来。
水轮机在Hr、Nr下工作时,其,故
(公式5)
则水轮机的最大引用流量为
(公式6)
与特征水头Hmax、Hmin、和Hr相对应的单位转速为
(公式7)
在A253-46型水轮机模型综合特性曲线图上分别绘出、
,的直线,如图1所示。
由图可见,有这三根直线所围成的水轮机工作范围(图中阴影部分)基本上包含了该特性曲线的高效率区。
所以对于A253-46型水轮机方案,所选定的参数D1=2.0m、n=333.3r/min是合理的。
图1A253-46型水轮机的工作范围检验
5.吸出高度Hs和安装高程Zs计算
由水轮机的设计工况参数,,,在图1上可查得相应的气蚀系数约为,并在《水电站》图2-26查得气蚀系数的修正值约为,由此可求出水轮机的吸出高度为
(8)
其中是水轮机安装位置的海拔高程,在初始计算时可取为下游平均水位的海拔高程,即,带入公式求得
Hs=2.566(m)。
即转轮中压力最低点在下游水面2.566m以上,水轮机安装位置合理,可见A253-46型水轮机方案的吸出高度满足电站要求。
安装高程按照公式
(9)
其中为设计尾水位。
设计流量,查下游水位-流量曲线表得设计尾水位=452.8m,而bo=0.25D1=0.5m,于是求得Zs=452.8+0.5+2.566=455.87m。
由模型综合特性曲线知,图上还有更高的气蚀工况,比设计工况时的气蚀系数大,因此该工况不是气蚀最危险工况。
2.2.2混流A502-35型水轮机
与混流A253-46型水轮机的参数选择一样,本文从以下4个方面进行分析研究。
1.转轮直径D1计算
查《中小型混流式、轴流式水轮机模型参数表》可得A502-35型水轮机在限制工况下的单位流量,效率,由此可初步假定原型水轮机在该工况下的单位流量,效率。
上述的、、和,代入公式
(1)中可得,选用与之接近而偏大的标称直径。
2.转速n计算
查《参数表》可得A502-35型水轮机在最优工况下单位转速,初步假定,将已知的和,代入式
(2)可得,选用与之接近的同步转速。
3.效率及单位参数的修正
查《参数表》可得A502-35型水轮机在最优工况下的模型最高效率为,模型转轮直径为,根据式(3),可求得原型效率,则效率修正值。
考虑模型与原型水轮机在制造工艺质量上的差异,常在求得的值中减去一个修正值。
现在取,则可得效率修正值为,由此可得原型水轮机在最优工况和限制工况下的效率为
(与上面假设值相同)
单位转速的修正值按公式(4)计算,则
按照规定单位转速可以不加修正。
同时,单位流量也可不加修正。
由以上可见,原假定的,,是正确的,那么上述计算的结果,也是正确的。
4.共作范围的检验
在选定,后,水轮机的及各特征水头相对应的即可以计算出来。
水轮机在Hr、Nr下工作时,其,故由式(5)求解得到
则水轮机的最大引用流量由式(6)有:
在A502-35型水轮机模型综合特性曲线图上分别绘出、和的直线,如图2所示。
所以对于A502-35型水轮机方案,所选定的参数D1=2.0m、n=333.3r/min是合理的。
图2A502-35型水轮机的工作范围检验
5.吸出高度Hs和安装高程计算
由水轮机的设计工况参数,,,在图2上可查得相应的气蚀系数约为,并在《水电站》图2-26查得气蚀系数的修正值约为,水轮机安装位置海拔高程,由水轮机的吸出高度公式(8)计算求解得。
即转轮中压力最低点在下游平均水面以下1.064m,水轮机安装位置合理,可见A253-46型水轮机方案的吸出高度满足电站要求。
安装高程按照公式(9),设计流量,查下游水位-流量曲线表得设计尾水位,而,于是求得。
2.2.3两种方案的比较分析
为了便于比较分析,现将这两种方案的有关参数列入表2中。
序号
项目
A253-46
A502-35
1
模型转轮参数
推荐使用水头范围(m)
——140
2
最优单位转速n`10(r/min)
63
62
3
最优单位流量Q`10(L/s)
655
645
4
最高效率ηMmax(%)
92
92.7
5
气蚀系数б
0.063
0.078
6
原型水轮机参数
工作水头范围(m)
100-140
7
转轮直径D1(m)
2.0
8
转速n(r/min)
333.3
9
最高效率ηmax(%)
93.4
94.7
10
额定出力Nr(kw)
31250
11
最大应用流量Qmax(m3/s)
31.28
32.54
12
吸出高Hs(m)
2.566
-1.064
表2水轮机方案参数对照表
由表2可见,两种机型方案的水轮机直径D1相同,均为2.0m。
但A253-46型水轮机方案的工作范围包含了较多的高效率区域,运行效率较高,气蚀系数较小,安装高程较高,有利于提高年发电量和减小电站厂房的开挖工程量,所以在制造供货方面没有问题时,初步选择A253-46型方案较为有利。
2.3主要结论
u经过初选与比较最终选择的水轮机类型为A253-46型,装置方式采用轴立混流式。
u水轮机直径D1=2.0m,转速n=333.3r/min,水轮机的工作范围100m-140m,计算水头下的额定出力。
u在设计水头Hr=110m下,机组发出的额定出力时的允许吸出高Hs=2.566m,水轮机安装高程为Zs=455.87m,此工况不是气蚀最危险工况。
三.蜗壳及尾水管尺寸计算
采
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