冲击式水轮机转轮水斗UGS NX三维建模与分析

冲击式水轮机转轮水斗UGS NX三维建模与分析摘要：本文以一个冲击式（切击式）水轮机水斗实例造型为基础，阐述了水轮机水斗的造型思路、方法及步骤，明确了造型中的难点及需要注意的事项。使冲击式水轮机实现流体分析计算、强度分析及数控加工成为可能，为冲击式水轮机转轮的数控加工打下基础。

1水轮机水斗造型的基本原则

冲击式水轮机是靠高速射流冲向水轮机旋转做功将水流动能转化为机械能的水力机械，与一般混流式水轮机相比，国外水轮机水斗表面粗糙度要求（见图1-a、图1-b）要远高于混流式叶片（见图1-c）的要求。这就意味着在进行水斗三维造型时首先应把保证真机与理论数据误差最小放在首位，其次在数控编程时由于为简化加工工序缩短加工时间又要求造型时在保证精度的前提下尽量用最少的面来完成。这就要求在保证精度和简化加工之间找到一个平衡，水斗表面合理的造型区域划分及正确设计造型步骤则成为水斗三维造型是否成功的关键。

图 1-a 水斗正面区域图 1-b 水斗背面区域

图 1-c 混流式叶片

2水斗造型数据的前期处理及总体造型思路

此次造型以哈电生产的某切击式水轮机为例，水轮机水斗形状如“双碗状”对称分布，故只需完成水斗对称部分的“一只碗”即可。由于原始理论数据为水斗各个位置的二维断面尺寸，需通过二维设计软件（AutoCAD）进行相应整理，然后将型线数据导入至UGS NX

软件中的建模环境中，按照各个断面型线数据的相对位置关系定位至相应的空间位置，造型前期的数据整理工作就此完成。整理后的水斗数据见图3示。

图 3-a 造型数据正视图

图 3-b 造型数据俯视图

图 3-c 造型数据左视图

水斗型线数据及真机水斗外形（见图-2）对照分析我们知道，冲击式水轮机水斗影响水力性能的关键部位在其分水刃、切水刃及水斗的正面。三维造型时这些位置的精度控制要引起特别注意。通过对水斗正背面外部形状的观察水斗的中间部位外形比较平坦曲率变化不大而切水刃位置形状变化最为复杂，为减少造型难度及保持曲面之间的光滑过渡，把图中水斗的正背面型线数据分为14个区域分别造型。造型时我们先以较简单的第I区为基础造型面，依次将与之相连接的其它表面完成，本文作者的造型次序如下图示（以希腊字母顺序表示先后顺序）。

图 2-a 水斗正面

图 2-b 水斗背面

3 水斗正面底部（I）的造型

由于第I区数据较为完整，可以用NX软件中的构建网格曲面工具来完成。造型方法基本为先将点数据用NX软件中的样条命令连接起来，然后用检查工具检查样条是否光顺，如不满足精度要求需对个别数据进行调整，使之满足精度要求。然后把构建曲面第二个方向上的两个边界用同样的方法找到，最后完成第一区的曲面造型（如图4示）

图 4 造型俯视图

4水斗正面前部（II）的造型

由于第I区造型已经完成，第II区造型曲面的一个边界已经得到，我们从型线数据可以看出第二区曲面只有三个边界，但我们仍可用构建网格曲面工具来完成造型，只不过把其中一个边界简化为一点。造型时为保证第一区造型曲面与第二区的光滑过渡，需设置与

第一区相接边界与第一区曲面相切。完成后的曲面造型见附图5。

图 5 造型俯视图

5水斗分水刃（III）及分水刃前部（IV）造型

第III区由于是水斗分水刃的倒圆形状，外形比较简单，可用NX软件中构建曲面的扫掠工具来完成。第四区为水斗分水刃与切水刃的交接处，这部分造型的好坏对水斗水力性能有直接影响，造型时精度的控制要给予高度关注，造型的方法基本与前几区一致，但需较前几区更加认真细致。完成后的曲面造型见附图6。

图 6 造型俯视图

6水斗背面中部（V）、前部（VI）造型

由于水斗切水刃部位对保证水轮机水力性能比较关键，切水刃部位的造型要考虑到水斗正背面之间的光滑过渡。故首先应把背面第V区及第VI区造型完成。由于水斗背面第五V区及第VI区与正面第I、第II区位置相对应，造型方法可参照第I区和第II区。完成后的曲面造型见附图7。

图 7 造型俯视图

7水斗切水刃部位正（VII）、背面（VIII）造型

至第VI区水斗曲面造型结束，与水斗切水刃部位相连接的曲面造型已全部完成。根据位于第VII区及VIII区位置上的断面型线数据以及相邻的第I区至第VI区水斗曲面的边界位置，同样运用NX软件中的构建网格曲面工具，完成切水刃部位的正背面造型。切水刃部位的造型是整个水斗造型的难点，由于与之相连的其它位置的造型都已完成，这就要求该位置的造型与周围相连的曲面要保证光滑过渡才能保证水斗的水力性能。由于与之相连的

曲面众多且外形变化复杂，切水刃部位的造型尤其要认真细致不能马虎。完成后的曲面造型见附图8。

图 8 造型俯视图

8水斗根部位置应力缺口（第IX区）的造型

水斗应力缺口由于能降低水斗根部的工作应力，改善水斗根部与轮盘连接位置的疲劳破坏，该部位的造型也是一个重点。造型的思路就是首先要把应力缺口的边界找到，然后控制应力缺口造型曲面与分水刃靠近水斗根部位置光滑过渡就可以了。完成后的曲面造型见附图9。

图 9 造型俯视图

9水斗根部正、背面（X～XIV）造型

水轮机水斗最终是要与轮盘连接在一起，根据水轮机选型的需要，水轮机的水斗数是可变的，即使水斗数一样，水轮机转轮直径变化时相邻水斗在轮盘上的过渡连接也是变化的，因此水斗根部造型如果撇开与轮盘的过渡连接是不正确的。由于此次造型只是针对水斗的三维造型探讨而不是具体针对哪个项目，故对水斗尾部进行了简单化处理，但如果是具体针对哪个项目造型，相邻水斗之间、水斗与轮盘之间的过渡连接就必须予以考虑。简单化处理后水斗根部的曲面造型见附图10。

图 10 造型俯视图

10水斗的最终造型

通过上述步骤，就可以得到一个完整的三维水斗造型了。整个造型过程证明了分区造

型、先简单后复杂的造型思路是正确的。由于冲击式水轮机水斗正背面外形变化复杂且造型精度要求高，如果象混流式那样正、背面单独用一个面来表达是不现实的。最终完成的整个水斗造型见附图11。

图 11 造型俯视图

11结语

目前，冲击式水轮机国内厂家还只限于传统的选用铸件以手工铲磨方式加工冲击式水轮机转轮，这种方式加工的转轮由于质量不高容易产生疲劳破坏，已不能满足当今市场的需求。国外公司加工转轮的主要手段是选用锻件以数控加工的方式保证水力型线的精度，由于具有高的抗疲劳能力且水力性能指标优良几乎已垄断了全部国内市场，国内公司与外方企业的竞争中常处于被动地位。冲击式水轮机转轮目前国产化困难主要在与加工制造方面，而加工制造的前提必须有适合加工的三维化造型，目前国内这方面还只停留在起步阶段。

水轮机的选型设计说明

水轮机的选型设计 水轮机选型时水电站设计的一项重要任务。水轮机的型式与参数的选择是否合理，对于水电站的功能经济指标及运行稳定性，可靠性都有重要影响。 水轮机选型过程中，一般是根据水电站的开发方式，功能参数，水工建筑物的布置等，并考虑国内外已生产的水轮机的参数及制造厂的生产水平，拟选若干个方案进行技术经济的综合比较，最终确定水轮机的最佳型式与参数。 一：水轮机选型的内容，要求和所需资料 1：水轮机选择的内容 （1）确定单机容量及机组台数。 （2）确定机型和装置型式。 （3）确定水轮机的功率，转轮直径，同步转速，吸出高度及安装高程，轴向水推力，飞逸转速等参数。对于冲击式水轮机，还包括确定射流直径与喷嘴数等。（4）绘制水轮机的运转综合特性曲线。 （5）估算水轮机的外形尺寸，重量及价格。 wertyp9 ed\结合水轮机在结构、材质、运行等方面的要求，向制造厂提出制造任务书。 2.水轮机选择的基本要求 水轮机选择必须要考虑水电站的特点，包括水能、水文地质、工程地质以及电力系统构成、枢纽布置等方面对水轮机的要求。在几个可能的方案中详细地进行以下几方面比较，从中选择出技术经济综合指标最优的方案。 （1）保证在设计水头下水轮机能发生额定出力，在低于设计水头时机组的受阻容量尽可能小。 （2）根据水电站水头的变化，及电站的运行方式，选择适合的水轮机型式及参数，使电站运行中平均效率尽可能高。 （3）水轮机性能及结构要能够适应电站水质的要求，运行稳定、灵活、可靠，有良好的抗空化性能。在多泥沙河流上的电站，水轮机的参数及过流部件的材质要保证水轮机具有良好的抗磨损，抗空蚀性能。 （4）机组的结构先进、合理，易损部件应能互换并易于更换，便于操作及安装维护。 （5）机组制造供货应落实，提出的技术要求要符合制造厂的设计、试验与制造水平。 （6）机组的最大部件及最重要部件要考虑运输方式及运输可行性。 3.水轮机选型所需要的原始技术材料 水轮机的型式与参数的选择是否合理、是否与水电站建成后的实际情况相吻合，在很大程度上取决于对原始资料的调查、汇集和校核。根据初步设计的深度和广度的要求，通常应具备下述的基本技术资料： （1）枢纽资料：包括河流的水能总体规划，流域的水文地质，水能开发方式，水库的调节性能，水利枢纽布置，电站类型及厂房条件，上下游综合利用的要求，工程的施工方式和规划等情况。还应包括严格分析与核准的水能基本参数，诸如电站的最大水头Hmax、最小水头Hmin,加权平均水头Ha，设计水头Hr，各种特征流量Qmin、Qmax、Qa,典型年（设计水平年，丰水年，枯水年）的水头、流量过程。此外还应有电站的总装机容量，保证出力以及水电站下游水位流量关系曲线。 （2）电力系统资料：包括电力系统负荷组成，设计水平年负荷图，典型日负荷

轴流式水轮机转轮算例

题目：ZZ440水轮机转轮的水力设计 方法：奇点分布法 已知参数： ZZ440 —100转轮水力设计 一.确定计算工况 由模型综合特性曲线得到n110=115 (r/min ) ,Q110=820 ( l/s) zz440属于ns=325~875范围，为了使设计的转轮能在预期的最优工况下效 率最高，计算工况与最优工况的关系按下式确定： n1l=(1.2~1.4)n 110 =138~161 (r/min) n= n.,^ H / D1(1.2 ~ 1.4)n110寸百/ D r 721.3 ~ 841.5 ( r/min) 故选定n=750 ( r/min ) 则实际n11= ^D1143.49 V H Q11=(1.35~1.6)Q110=1.4 Q110=1148<1650 (l/s) Q Q11D2JH1.4Q110D W H 6.0 m3/s 二.确定各断面叶栅稠密度l/t 据P213页(-)pj ~ n s关系，当ns=440时，得t 综合考虑一下关系： (二」 t "pi3 取D1=1000mm，取6 个断面R1~R6 依次为255、303、351、399、447、495 水力设计内容： (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) 确定计算工况 确定各断面叶栅稠密度l/t 选定进出口轴面速度Cz沿半径的分布规律，确定各断面的选定 进出口环量r沿半径的分布规律，确定各断面的r 计算各断面进 出口速度三角形，求知、2 第一次近似计算及绘图 第二次近似计算 Cz1、Cz2 1、 n =91%, a om=18mm D1 a。 _ a0m 1m —18 39.13mm 0.46 (0.85~0.95片)Pj K 3(t)n (1.2 ~ 1.25 )n (\ K卩小的打

混流式水轮机转轮裂纹原因分析及预防措施

混流式水轮机转轮裂纹原因分析及预防措施 混流式水轮机转轮裂纹原因分析及预防措施 水轮机转轮，尤其是中、高比速混流式水轮机转轮中的裂纹现象，在世界各地普遍存在。国外的例子有埃及的阿斯旺高坝、美国的大古力700 MW机，俄罗斯的布拉茨克等。国内有岩滩、李家峡、小浪底、五强溪、二滩等大型水电站，在投运后水轮机转轮都不同程度的出现了裂纹。转轮裂纹严重影响电站的安全运行和经济效益，引起人们的极大关注。 1转轮裂纹的产生原因 转轮为什么会产生裂纹，人们对此做过许多研究，不时地提出一些假设。笔者把转轮裂纹分为规律性裂纹和非规律性裂纹两类。规律性裂纹是指不同叶片上的裂纹具有大体一致的规律，所有叶片都开裂，裂纹的部位和走向也大致相同。非规律性裂纹或者只在个别叶片上发生，或者不同叶片上裂纹的部位、走向和其他特征各不相同。其产生的一般原因分述如下。 1.1规律性裂纹 失效分析结果表明-绝大多数规律性裂纹是疲劳裂纹，断口呈现明显的贝壳纹。叶片疲劳来源于作用其上的交变载荷，而交变载荷又由转轮的水力自激振动引发，这可能是卡门涡列、水力弹性振动或水压力脉动所诱发。 1.1.1卡门涡列 (1)黄坛口水电站1958年投运的4台HL310-LJ-230水轮机，运行不久转轮叶片出水边根部即发生总计67条裂纹。后来查明，在某些水头下，当机组出力在5～8 MW时，叶片出水边卡门涡列频率与叶片自振频率耦合而引起共振，动应力急剧增加，使叶片疲劳开裂。采取修整叶片出水边厚度和形状，提高卡门涡列频率，避开了共振，转轮安全运行多年，再没有发生问题。(2)小浪底水电站水头范围68～141 m,额定出力306 MW。水轮机转轮上冠和下环为13.5不锈钢铸件，叶片由13.5不锈钢热模压后数控加工，再用309 L奥氏体不锈钢焊丝焊成整体。由于是异种钢焊接，转轮焊后不进行消除应力处理。为适应电站水头变幅大和多泥沙的运行条件，水轮机供应商采取了低比转速，小的出口直径(D 2／D 1＝0.88),较大的导叶相对高度(b 0／D 1＝ 0.236),肥大的叶片头部，较厚的叶片出水边(δ=38 mm),喷涂碳化钨和设置筒形阀等技术措施。结果在机组停机过程中，当导叶全关后，由于叶片出水边太厚，转轮中再循环水流所感生的卡门涡与叶片一、二阶弯曲自振频率耦合发生共振，引起巨大动应力并伴生异常声响。在机组大负荷工况下，叶片后的卡门涡列与叶片高阶(五阶)自振频率耦合而引发水轮机固定部件的振动和噪音，

水轮机的选型计算

一、水轮机选型计算的依据及其基本要求.....................................................................1 1 水轮机选型时需由水电勘测设计院提供下列原始数据.................................1 2 水轮机选型计算应满足下述基本要求......................................................1 二、反击式水轮机基本参数的选择计算..................................................................1 1 根据最大水头及水头变化范围初步选定水轮机的型号.................................1 2 按已选定的水轮机型号的主要综合特性曲线来计算转轮参数.................................1 3 效率修正..........................................................................................4 4 检查所选水轮机工作范围的合理性.........................................................4 5 飞逸转速计算....................................................................................5 6 轴向推力计算....................................................................................5 三、水斗式水轮机基本参数的选择计算......................................................10 1 水轮机流量.......................................................................................10 2 射流直径d 0.......................................................................................10 3 确定D1/d 0.......................................................................................10 4 水轮机转速n ....................................................................................10 5 功率与效率................................................................................................11 6 飞逸转速..........................................................................................12 7 水轮机的水平中心线至尾水位距离A ......................................................12 8 喷嘴数Z 0的确定....................................................................................12 9 水斗数目Z1的确定.................................................................................12 10 水斗和喷嘴的尺寸与射流直径的关系...................................................13 11 引水管、导水肘管及其曲率半径.........................................................13 12 转轮室的尺寸..............................................................................14 A 水机流量..........................................................................................17 B 射流直径.............................................................................................17 C 水斗宽度的选择..........................................................................................17 D D/B 的选择.............................................................................................17 E 水轮机转速的选择.......................................................................................17 F 单位流量的计算..........................................................................................17 G 水轮机效率................................................................................................18 H 飞逸转速................................................................................................18 I 转轮重量的计算..........................................................................................18 四、调速器的选择.............................................................................................20 1 反击式水轮机的调速功计算公式.....................................................................20 2 冲击式水轮机的调速功计算公式.....................................................................20 五、阀门型号、大小的选择.................................................................................21 1 球阀的选择................................................................................................21 2 蝴蝶阀的选择 (22) 目 录

轴流式水轮机埋件安装工艺导则

轴流式水轮机埋件安装工艺导则 Guide for installation technology of embedded components of axial turbine DL/T5037—94 1994-11-14发布1995-03-01实施 中华人民共和国电力工业部发布 1总则 1.1本工艺导则是根据《水轮发电机组安装技术规范》(GB8564—88)，并结合常用典型结构而编制。 1.2本工艺导则适用于大中型轴流式水轮机埋件安装施工，采用分瓣就位组合的安装方式。如起重机起重量足够大时，也可采用分段或整体就位。 2一般规定 2.1设备安装前应进行全面清扫、检查，并复核设备高度尺寸。 2.2设备基础板的埋设，应用钢筋或角钢与混凝土钢筋焊牢，其高程偏差一般不超过－5mm，中心和分布位置偏差一般不大于10mm。水平偏差不大于1mm/m。 2.3调整用楔子板成对使用，搭接长度应在2/3以上。 2.4设备组合面和法兰连接面，应光洁无毛刺，合缝间隙用0.05mm塞尺检查，应不能通过；允许有局部间隙，用0.10mm塞尺检查，深度不应超过合缝宽度的1/3，总长不应超过周长的20%；连接螺栓及销钉周围不应有间隙。组合缝处的安装面错牙一般不超过 0.01mm。为防止漏水过水面组合缝应该封焊。 2.5安装用X、Y基准线标点及高程点，测量误差不应超过±1mm。中心测量所使用的钢琴线直径一般为0.3～0.40mm，其拉应力应不小于1200MPa。 2.6设备过水表面应平滑，焊缝应磨平。埋件与混凝土表面相接，应平滑过渡。 2.7根据设备尺寸选用测量工具和测量方法。 中心及圆度测量，一般选用带千分尺头的测杆，使用电测法(即带耳机的干电池回路。下同)。高程测量选用三级水准仪。 水平测量，尺寸较小时选用水平梁和合象水平仪，大中型支柱式座环选用带铟钢尺的一级水准仪。 2.8根据设备结构和土建施工程序，选择埋件加固方案，并随一期混凝土施工，埋设相应基础板和地锚。 2.9设备安装应在基础混凝土强度达到设计值的70%后进行。 2.10大中型轴流式水轮机埋件结构如图1、图2、图3所示。安装工艺流程如图4所示。若因施工需要，也可选用其他安装工艺流程(见附录A和附录B)。

水斗式水轮机选型实例

水斗式水轮机选型实例 水斗式水轮机选型实例(20080710修改) 2006年曾经写过一篇，方法不再累述，这次的就修改一下，简要说说这2年半来选型的趋势，与时俱进吧。 首先更改一下以前的实例5，最后的型号居然是186/4*12.5.，不好意思，东电哈电的业绩确实太难得到了。 下面是摘抄的各个水斗式生产厂家近2年比较典型的对外宣传业绩: 总的说来具有一下趋势: 1、A475被广泛的应用，基本在600米以下开始取代A237了。横比各个厂家的业绩看出A475成了首选，看来A475比A237的优势被广泛认同。 2、在600~800米水头出现了A870，有几个电站的实例了。 3、在1000米水头段出现了105，有5个以上电站的实例运行了。 4、出现了一些新的型线代号，很多是国外进口转轮的代号。如 A1085 244 520 K001 DF01 T5317 等(新型号有些是厂家自己取的名字，真实性不敢肯定) 5、选型出现了追求价格不计性能的趋势。这个不支持。比如325米 4250千瓦选择105/2*12.5 ;210米2500千瓦选择100/2*12 ;370米4000千瓦110/2*10等等。这样选型都不出问题，什么才会出问题呢,大厂都这样了，小厂是一直都有这种趋势。这2年来钢材上涨的价格吓人，而厂家也在增多，行业价不升反降，分蛋糕的越来越多，所以技术含量不高的厂家报的价格基本都是白菜价了～～～大厂也开始饥不择食了，小机器一样也做。 6、单位转速普遍在39.5~41之间。至于原因上文说到的新的理论已经出版了，名字是《水斗式水轮机基础理论与设计》，书里面有说明。至于485米60MW 选217.2/6*18.1有点太偏颇了。

水电站水轮机选型设计1

院校：河北工程大学水电学院专业班级：水利水电建筑工程01班姓名：苏华 学号： 093520101 指导老师：简新平

水电站水轮机的选型设计 摘要 本说明书共七个章节，主要介绍了大江水电站水轮机选型，水轮机运转综合特性曲线的绘制，蜗壳、尾水管的设计方案和工作原理以及调速设备和油压装置的选择。主要内容包括水电站水轮机、排水装置、油压装置所满足的设计方案及控制要求和设计所需求的相关辅助图和设计图。系统的阐明了水电站相关应用设备和辅助设备的设计方案的步骤和图形绘制的方法。 关键词： 水轮机、综合运转特性曲线图、蜗壳、尾水管、调速器、油压装置。 【abstract】 Curriculum project of hydrostation is a important course and practical process in curriculum provision of water-power engineering major . There are more contents and specialized knowledge in the curriculum project , which make students not to adapt themselves quickly to complete the design . In this paper , characteristic of the curriculum project is analyzed , causes of inadaptation to the curriculum project in students are found , rational guarding method are proposed , and a example of applying the guarding method is given . The results show that using provided method to guard student design is a good method , when teaching mode and time chart are given , students are guarded from mode of thinking and methodology , and design step are discussed and given . After the curriculum project of hydrostation , the capability of students to solve practical engineering problems is improved , and the confidence to engage in design is strengthened . 【Keyword】 Curriculum project of hydrostation ; guarding method ; mode of thinking ; methodology; design step.

浅谈牛栏口水电站轴流式水轮机转桨改定桨运行

浅谈牛栏口水电站轴流式水轮机转桨改定桨运行 摘要：牛栏口水电站实际投产以来，水头、流量、出力较为稳定，其转桨式水轮机受油器串油严重、油泵故障频繁、运行中产生大量的油雾，经常引起非计划停运。为此,电站要求对水轮机转轮由转浆式改为定浆式，重庆水轮机厂经过技术论证、现场试验，通过少量改动实现了水轮机转桨改定桨运行，去掉受油器，使机组长期稳定运行。 关键词：水电站；水轮机；转桨；定桨 1 前言 牛栏口水电站位于重庆市石柱县境内龙河干流河段，坝址距石柱县城约 16km。水库正常蓄水位517.0m,死水位515.0m，为径流式水电站。工程以发电为主，具有防洪、养殖、旅游等功能。电站主要由大坝、引水系统和地面式发电厂房三大部分组成。电站装机二台,总装机容量20MW。多年平均发电 量:6279×104kWh。水轮机采用ZZ450-LH-225型轴流转桨式水轮机，立轴、混凝土蜗壳，Г形平顶断面，包角225度，弯肘型尾水管，与发电机直连，俯视顺时针旋转。发电机型号为SF10-18/3900。调速器油压装置型号HYZ-2.5-4.0.额定压力4.0MPa。 1.1 电站水轮机目前存在的问题 （1）牛栏口电站转桨式水轮机运行时，桨叶开腔与关腔串油严重，检修维护量大，曾经引起非计划停运，对整机的安全运行产生很大的威胁。 （2）受油器操作油管摆度大，受油器密封经常损坏漏油和甩油;溅油盆自流排油不畅，导致油外溢到发电机定转子上，使设备既不清洁又影响安全运行，降低机组运行的可靠性。 （3）受油器两腔串油，油压装置油泵起动频繁，耗电量大。 （4）运行中在受油器的上支座内观察到大量的油雾产生，漫至整个发电机层，严重影响其它电气设备的安全运行。 （5）桨叶接力器活塞严重窜油。 1.2 转轮转桨改定桨的目的 牛栏口电站两台转桨式水轮机受油器两腔串油，油压装置油泵起动频繁, 受油器和油泵电机故障率高,溢油时有发生，油雾严重，严重影响水轮发电机组正常运行,电站年发电量降低。为此电站希望将水轮机转轮由转桨式改为定桨式，减少非计划停运，减少油泵启动次数，保证机组长时间可靠运行。 2 电站水轮机转轮由转桨改定桨技术分析 2.1原水轮机主要技术参数 2.2 水轮机转轮由转桨改定桨分析 （1）转桨与定桨优缺点 轴流转桨式水轮机桨叶由装在转轮体内的操作接力器控制，优点是可按水头和负荷变化作相应调整，可根据不同水头、流量按照最优规律运行，转轮的叶片安放角与活动导叶的开度协联，能在35～100%额定负荷范围内稳定运行，开停机平稳，在整个运行范围内效率较高。缺点是结构复杂，维护量大，易出现漏油、油雾及油泵启动频繁等问题。适用于水头、流量及负荷变化较大的电站。 轴流定桨式水轮机桨叶开度不能改变，优点是结构简单、安装方便、维护量小，不会出

论混流式水轮机各部件功能及其安装程序和要求

论混流式水轮机各部件功能及其安装程序和要求 导叶：由导叶体和导叶轴两部分组成。为减轻导叶重量，常做成中空导叶。导叶的断面形状为翼型。导叶轴颈通常比连接处的导叶体厚度大，在连接处采用均匀圆滑过渡形状，以避免应力集中。 导叶轴承：上、中、下轴套，高水头机组为防止导叶上浮力超过导叶自重，保证导叶上端面间隙，在导叶套筒的法兰上一般设有止推装置（止推压板或止推块）。 导叶传动机构：导叶传动机构由控制环、连杆、导叶臂三部分组成，用于传递接力器操作力矩，使导叶转动，调节水轮机流量。该机构形式有叉头式受力情况较好和耳柄式受力情况相对较差。导水叶外围，座环的蝶形边与蜗壳相连，并被蜗壳包围。导轴承位于顶盖上，控制环口通过推拉环与接力器相连。在座环下发布置有基础环，通过锥形环与尾水管相连。混流式水轮机附属装置还有布置在顶盖上的真空破坏阀、吸力补气阀和放水阀等。 水轮机的导水机构是有导叶、传动机构（转臂、连杆、控制环）、接力器、和推拉杆等组成。 水轮机的底环是由上环、下环、和固定导叶三部分组成，它既是水轮机的通水部件，机组安装时的基准部件，又是机组运行的承重部件。要求具有水力损失小，具有一定的强度和刚度。 混流式水轮机的转轮主要由上冠、叶片、下环、止漏环、泄水锥和减

压装置等组成。 水轮机的转轮包括转体、叶片、泄水锥等。 立轴混流式水轮机引水室采用金属焊接蜗壳，其进口与压力水管相连接，其余各节与座环相连。为了便与检修，在蜗壳上开有专门进人孔（蜗壳人孔门），其底部并有排水孔和阀门，以便排出蜗壳积水。 座环位于蜗壳里，布置导水机构，它是水轮机的承重部分，又是过流部件在安装时它还是一个主要基准件，因此它要符合水力，强度和刚强等诸方面的要求。 基础环埋在混凝土内，是转轮室的组成部分，早机组安装和检修拆卸转轮时，用来支撑水轮机转轮。混流式转轮上叶片（24），呈空间扭曲状，断面为流线型，是直接将谁能转换为机械能的最主要部件。止漏装置 止漏装置的作用是用来减小转动部分与固定部分之间的漏水损失。止漏装置分为固定部分和转动部分，为防止水流向上和向下漏出，水轮机上一般装有上、下两道止漏环。上止漏环固定部分装在顶盖上，其转动部分装在上冠上，下止漏环的固定部分一般装在底环上，转动部分装在转轮的下环上。目前广泛采用的止漏环结构型式有间隙式，迷宫式，梳齿式和阶梯式四种，止漏环又称迷宫环，作用是阻止水流从转轮上、下间隙处漏出，分转动和固定部分。 水轮机导轴承的作用：一是承受机组在各种工况下运行时由主轴传来

水轮机主机选型

摘要 水电站机电部分设计主要根据获得的设计材料中给定的水头范围进行的主机选型，根据选择的三方案中择优进行模型综合特性曲线的绘制，即选出一方案进行绘制，再根据效率，转速等选其一进行蜗壳、尾水管、水轮发电机外形的计算和绘图，最后进行水轮机的调节保证计算和调速器设备选择。 关键字：水轮机主机选型；水电站机电设备初步计算；外形设计；调节保证计算。

前言 毕业设计是高等教育教学中的最后一个教学环节，是实践性教育的环节。 毕业设计与其他教学环节构成有机的整体，也是各个教学环节的继续、深化补充和检验，是将分散、局部的知识内容加以全面的结合，这次设计提高了我们运用知识的综合能力，将知识化为能力，巩固和加深所学知识，培养知识，综合了系统化的运用。 目前，我国大陆水力资源理论蕴藏在1万KW以上的河流共3886条，水力资源理论蕴藏年发电量6082.9Tw·h；技术可开发装机容量541.64GW。经济可开发装机容量401.8GW。我国水力资源具有三个鲜明特点：第一、在地域上分布极不平衡，西部多，东部少。西部水利资源开发出了满足西部电力市场的需要，更重要的是考虑东部电力市场。第二、大多数河流年内、年际经流分布不均。第三、水力资源集中于大江大河，有利于集中开发和规模外送。 本次设计的主要内容为主机选型、蜗壳、尾水管、发电机确定和调节保证计算。设计过程中，依据资料水电站水头，单机引水流量，总装机，对水轮机发电进行初选，并根据单位转速，模型综合特性曲线，对水轮机型号，转速，效率出力等进行认真计算，校验，对选择方案的蜗壳水管，水轮机选型和绘图。对水轮机进行调节保证机算。

通过这次对相关专业知识的课题设计，更加深入的认识知识和实际应用，学会知识与实际结合、与实践结合，得以充分利用知识为以后工作打下了坚实的基础。 编者 2012年5月 目录 摘要 (1) 前言 (2) 目录 (3) 第一章水轮机型号选择 (5) 第一节水轮机型的选择 (5) 第二节初选水轮机基本参数的计算 (6) 第三节水轮机运转综合特性曲线的绘制 (17) 第四节待选方案的综合比较和确定 (19) 第二章蜗壳计算 (21) 第一节蜗壳形式、进口断面参数选择 (21) 第二节蜗壳各断面参数计算 (23) 第三节金属蜗壳图 (25) 第三章尾水管选型 (26) 第四章水轮发电机的初步选择计算 (27) 第五章调节保证计算及设备的选择 (33) 第一节调节保证计算 (33)

混流与轴流水轮机转轮流道几何参数

转轮体通常用ZG30或ZG20MnSi 材料 轴流式水轮机转轮流道几何参数 一、设计工况和最优工况的关系： n n f 1111)4.12.1(～= Q Q f 1111)6.135.1(～= 式中－n f 11、Q f 11为设计工况的单位转速、单位流量； n 11、Q 11 为最优工况的单位转速、单位流量； （适当选取较大的单位转速、单位流量作设计工况参数） 二、叶栅稠密度t L （如下图所示）—比转速查算术平均值 栅距t ：Z R t 1 2π=→R-圆柱层面半径 z 1－转轮叶片数 翼型弦长L ：翼形后端点和翼形中线与前端交点的连线的长度 叶栅稠密度t L →是翼型弦长与栅距的比值： ａ.轮毂处的叶栅稠密度：)()()2.11.1(t L t L av B ～= （此时计算栅距ｔ中的R 为轮毂半径） ｂ.轮缘处的叶栅稠密度：)( )()95.085.0(A t L t L av ～= （此时计算栅距ｔ中的R 为转轮半径） ＿式中)(t L av 为叶栅稠密度的算术平均值（在下图取值）

三、转轮叶片数－算术平均值算叶片数 确定Z 1的原则是：不使叶片太长，且平面包角θ不太于90°；所谓平面包角－ 指叶片位于水平位置时，叶片进出水边所对应的中心角 当叶片栅稠密度确定后，Z 1按下式计算取整： )()(1360t L Z av θ= 当θ＝70°～90°时，Z 1与)()( L av 关系见下表： 四、转轮体 转轮体有环形与圆柱形两种外观形式： 球形转轮体（用于ZZ 式水机）时：转轮叶片内表面与转轮体之间的间隙较小，不同转角时间隙可保持不变。 圆柱形转轮体时：一般按最大转角确定转轮叶片与转轮体之间的间隙 附：相同直径下，采用球形转轮体的水机效率高于圆柱形转轮体水机

水轮机选择(经典)

第四章水轮机选择 §4.1 水轮机的标准系列 由于各开发河段的水力资源和开发利用的情况不同，水电站的工作水头和引用流量范围也不同，为了使水电站经济安全和高效率的运行，就必须有很多类型和型式的水轮机来适应各种水电站的要求。 一、反击式水轮机的系列型谱 表4—1、4—2、4—3、4—4中给出了轴流式、混流式水轮机转轮的参数。 1)、水轮机的使用型号规定一律采用统一的比转速代号。 2)、每一种型号水轮机规定了适用水头范围。水头上限是根据该型水轮机的强度和汽蚀条件限制的，原则上不允许超过；下限主要是考虑到使水轮机的运行效率不至于过低。 二、水斗式水轮机转轮参数 表4—5，系列型谱尚未形成 三、水轮机转轮尺寸系列表（表4—6） 四、水轮发电机标准同步转速（表4—7） 五、水轮机系列应用范围图 为纵座标绘制某一系列水轮机应用范围。 以H为横座标，N 单 1、根据H r、N r→范围→D1，n。 2、水轮机吸出高度的确定H s：根据h s~H的关系曲线确定。 由H r→h s，H s＝h s－▽／900

§4.2水轮机的选择 一、水轮机选择的意义、原则、内容 1、意义 水轮机是水电站中最主要动力设备之一，影响电站的投资、制造、运输、安装、安全运行、经济效益，因此根据H、N的范围选择水轮机是水电站中主要设计任务之一，使水电站充分利用水能，安全可靠运行。 2、原则 (1)、充分考虑电站特点（水文水能、电力系统技术条件，电站总体布置)。 (2)、有利于降低电站投资、运行费、缩短工期，提前发电 (3)、提高水电站总效率，多发电 (4)、便于管理、检修、维护，运行安全可靠，设备经久耐用 (5)、优先考虑套用机组 3、内容 (1)、确定机组台数及单机容量 (2)、选择水轮机型式（型号） (3)、确定水轮机转轮直径D1、n、H s、Z a；Z0、d0 (4)、绘制水轮机运转特性曲线

水轮机选型设计

第六章水轮机选型设计 由于各开发河段的水力资源和开发利用的情况不同，水电站的工作水头和引用流量范围也不同，为了使水电站经济安全和高效率的运行，就必须有很多类型和型式的水轮机来适应各种水电站的要求。 水轮机由于它自身能量特性、汽蚀特性和强度条件的限制，每种水轮机适用的水头和流量范围比较窄，要作出很多系列和品种（尺寸）的水轮机，设计、制造任务繁重，生产费用和成本也大。因此有必要使水轮机生产系列化、标准化和通用化，尽可能减少水轮机系列，控制系列品种，以便加速生产、降低成本。在水电站设计中按自己的运行条件和要求选择合适的水轮机。 一、水轮机选型设计的任务及内容 1．任务 水轮机是水电站中最主要动力设备之一，影响电站的投资、制造、运输、安装、安全运行、经济效益，因此根据H、N的范围选择水轮机是水电站中主要设计任务之一，使水电站充分利用水能，安全可靠运行。每一种型号水轮机规定了适用水头范围。水头上限是根据该型水轮机的强度和汽蚀条件限制的，原则上不允许超过；下限主要是考虑到使水轮机的运行效率不至于过低。 2．内容 (1) 确定机组台数及单机容量 (2) 选择水轮机型式（型号）及装置方式 (3) 确定水轮机的额定功率、转轮直径D1、同步转速n、吸出高度H s、安装高程Z a 、飞逸转速、轴向水推力；冲锤式水轮机，还包括喷嘴数目Z0、射流直径d0等。 (4) 绘制水轮机运转特性曲线 (5) 估算水轮机的外形尺寸、重量及价格、蜗壳、尾水管的形式、尺寸、调速器及油压装置选择 (6) 根据选定水轮机型式和参数，结合水轮机在结构上、材料、运行等方面的要求，拟定并向厂家提出制造任务书，最终由双方共同商定机组的技术条件，作为进一步设计的依据。 二、选型设计 1．水轮机选型设计一般有三种基本方法 (1) 水轮机系列型谱方法: 中小型水电站水轮机选多此种方法或套用法。

水斗式水轮机的水力设计

2. 水斗式水轮机的水力设计 本章对冲击式水轮机水斗内的流动进行了经典的分析，在实验室的测量结果的例子中也提到了，包括现代CFD分析中对水斗内流动的可能出现的不确定性的讨论。 2.1. 水斗式水轮机水斗内流动的图形化分析 当下冲击式水轮机水斗的水力设计是基于非平稳自由面的CFD分析。此方法在不断改进中，但它仍然需要一段很长的路要走来得到正确的解决方案，而且模型试验仍是目前制造高效率的水斗的唯一的办法。值得感兴趣的是了解到94年前冲击式水轮机式水斗的非平稳流的流动分析是在图形分析方法的基础上进行的，并由挪威科技大学研发成功的。这是H.Christie在硕士期间开发的方法，他后来任上述的水轮机制造公司KVAERNER首席官。 这个分析的原理是基于一个表面微粒的加速度表面必须垂直于水斗内的水面，然后，此方法的使用者_必须首先绘制水斗内假定的移动表面符合假设的粒子路径，一步一步地及时使用小的增量得射流越过水斗，直至射流所切取的部分冲出水斗。 图7. 取自图形化分析的动态水面在某个时间点“冻结”，还显示出了水面上的粒子径。 此分析的目的是找到水斗的一个最优的水力形状如出口角度和水的射流进口部分，以免产生分流水和击中相邻水斗背面侧的水。关于冲击式水轮机水斗的CFD流动分析工作在[2]中有提到，但在本文中不会介绍。 2.2 . 冲击式水轮机模型试验测量结果 目前CFD分析得到广泛使用，但对受尖端引起的中心尾流和气流损失引起的打开面影响的喷嘴内的速度分布的分析是不正确的[3]。如图8所示，由挪威科技大学的微型毕托管测量喷嘴内的速度分布。因为射流的速度分布的改变取决于喷嘴的距离，没有正确的射流速度分布的CFD分析也将是不正确的。

水轮机的选型设计资料

水轮机的选型设计

水轮机的选型设计 水轮机选型时水电站设计的一项重要任务。水轮机的型式与参数的选择是否合理，对于水电站的功能经济指标及运行稳定性，可靠性都有重要影响。 水轮机选型过程中，一般是根据水电站的开发方式，功能参数，水工建筑物的布置等，并考虑国内外已生产的水轮机的参数及制造厂的生产水平，拟选若干个方案进行技术经济的综合比较，最终确定水轮机的最佳型式与参数。 一：水轮机选型的内容，要求和所需资料 1：水轮机选择的内容 （1）确定单机容量及机组台数。 （2）确定机型和装置型式。 （3）确定水轮机的功率，转轮直径，同步转速，吸出高度及安装高程，轴向水推力，飞逸转速等参数。对于冲击式水轮机，还包括确定射流直径与喷嘴数等。 （4）绘制水轮机的运转综合特性曲线。 （5）估算水轮机的外形尺寸，重量及价格。 wertyp9 ed\结合水轮机在结构、材质、运行等方面的要求，向制造厂提出制造任务书。 2.水轮机选择的基本要求 水轮机选择必须要考虑水电站的特点，包括水能、水文地质、工程地质以及电力系统构成、枢纽布置等方面对水轮机的要求。在几个可能的方案中详细地进行以下几方面比较，从中选择出技术经济综合指标最优的方案。 （1）保证在设计水头下水轮机能发生额定出力，在低于设计水头时机组的受阻容量尽可能小。 （2）根据水电站水头的变化，及电站的运行方式，选择适合的水轮机型式及参数，使电站运行中平均效率尽可能高。 （3）水轮机性能及结构要能够适应电站水质的要求，运行稳定、灵活、可靠，有良好的抗空化性能。在多泥沙河流上的电站，水轮机的参数及过流部件的材质要保证水轮机具有良好的抗磨损，抗空蚀性能。 （4）机组的结构先进、合理，易损部件应能互换并易于更换，便于操作及安装维护。 （5）机组制造供货应落实，提出的技术要求要符合制造厂的设计、试验与制造水平。 （6）机组的最大部件及最重要部件要考虑运输方式及运输可行性。 3.水轮机选型所需要的原始技术材料 水轮机的型式与参数的选择是否合理、是否与水电站建成后的实际情况相吻合，在很大程度上取决于对原始资料的调查、汇集和校核。根据初步设计的深度和广度的要求，通常应具备下述的基本技术资料： （1）枢纽资料：包括河流的水能总体规划，流域的水文地质，水能开发方式，水库的调节性能，水利枢纽布置，电站类型及厂房条件，上下游综合利用的要求，工程的施工方式和规划等情况。还应包括严格分析与核准的水能基本参数，诸如电站的最大水头Hmax、最小水头Hmin,加权平均水头Ha，设计水头Hr，各种特征流量Qmin、Qmax、Qa,典型年（设计水平年，丰水年，枯水年）的水头、流量过程。此外还应有电站的总装机容量，保证出力以及水电站下游水位流量关系曲线。

ZZ560轴流式水轮机结构设计_毕业设计设计说明书

2013届热能与动力工程专业毕业设计（论文） 毕业设计（论文） 题目ZZ560轴流式水轮机 结构设计 专业热能与动力工程 1

摘要 葛洲坝电站是我国代表性的低水头大流量、径流式水电站，兼具发电、改善航道等综合效益。本次设计主要是通过查阅相关设计手册，对葛洲坝电站型号为ZZ560-LH-1130的轴流转桨式水轮机结构进行设计，主要内容包括水轮机总体结构设计、导水机构及其传动系统设计，水轮机部分零部件，例如主轴，导叶等零件的设计。 通过使用CAD绘图，本次设计过程更加便捷，设计成果更加精确。关键词：葛洲坝水电站，轴流式水轮机，转轮设计，结构设计， ABSTRACT

2013届热能与动力工程专业毕业设计（论文） Gezhouba Dam power plant is China's representative low head and largeDischarge,runoff hydropower stations,power generation,wita comprehensive benefits improve navigation etc.This design is mainly through access to relevant design manual,design of the Kaplan turbine structure of Gezhouba Dam power plant model for ZZ560-LH-1130,The main contents include design of water mechanism and its transmission system overall structure design of hydraulic turbine,guide,some parts of hydraulic turbine,such as the spindle,the design of guide vane and other parts. Using the CAD,the process of design is more convenient and the result is more accurate. KEY WORDS:GeZhouBa hydropower station,Kaplan turbine, station,runner,Structural design. 3

第四节 水轮机的模型试验

第四节水轮机的模型试验 一、水轮机的模型试验的意义 前面讨论了水轮机相似的条件，这就从理论上解决了用较小尺寸的模型水轮机，在较低水头下工作去模拟大尺寸和高水头的原型水轮机。按相似理论，模型水轮机的工作完全能反映任何尺寸的原型水轮机。模型水轮机的运转规模比真机运转规模小的多，费用小，试验方便，可以根据需要随意变动工况。能在较短的时间内测出模型水轮机的全面特性。将模型试 验所得到的工况参数组成单位转速和单位流量后，并分别以它们作为纵坐标及横坐标，按效率相等工况点连线所得到的曲线图称为综合特性曲线。此综合特性曲线不仅表示了模型水轮机的工作性能，同样地反映了与该模型水轮机几何相似的所有不同尺寸，工作在不同水头下的同类型真实水轮机的工作特性。 水轮机制造厂可从通过模型试验来检验原型水力设计计算的结果，优选出性能良好的水轮机，为制造原型水轮机提供依据，向用户提供水轮机的保证参数。水电设计部门可根据模型试验资料，针对所设计的电厂的原始参数，合理地进行选型设计，并运用相似定律利用模型试验所得出的综合特性曲线，绘出水电站的运转特性曲线。为运行部门提供发电依据，水电厂运行部门可根据模型水轮机试验资料，分析水轮机设备的运行特性，合理地拟定水电厂机组的运行方式，提高水电厂运行的经济性和可靠性。当运行中水轮机发生事故时，也可以根据模型的特性分析可能产生事故的原因。 二、水轮机模型试验的方法 水轮机的模型试验主要有能量试验，气蚀试验，飞逸特性试验和轴向水推力特性试验等几种。由于篇幅所限，本教材主要介绍反击式水轮机的能量试验。反击式水轮机的汽蚀试验可参阅有关参考文献。 能量试验台分为开敞式试验台和封闭式试验台，封闭式试验台无需设置测流槽，故平面尺寸要比开敞式试验小，而且水头调节更加方便，但封闭式试验台投资较高。 1. 开敞式能量试验台 （1）开敞式能量试验台 水轮机效率是水轮机能量转换性能的主要综合指标，因此，模型水轮机的能量试验主要是确立模型水轮机在各种工况下的运行效率。水轮机的能量试验台如图3-4所示。它主要由下列装置组成。 1）压力水箱。压力水箱2是一个具有自由水面的大容积储水箱，试验时保持稳定的上游水位。水箱由水泵1供水，通过高度可调节的溢流板4控制一定的水位，多余的水可从溢流板顶部排至集水池14。水流通过静水栅3均匀而稳定地进入模型水轮机7。