水轮机论文

学院

毕业论文（设计）题目： PLC在水轮机中的应用

姓名

系别信息工程系

专业电气自动化技术

班级电气自动化技术08-2

指导教师

2011年 6 月 1 日

毕业论文（设计）成绩评定表

PLC在水轮机中的应用

作者:郑晓燕

内容摘要 :

本文重点讨论了PLC在水轮机系统设计中的应用。且具有很好的控制性能。由于PLC微机调速器具有可靠性高、使用和编程方便、与其它装置接口和通信容易、性能优良标准化、系列化、应用广泛和技术新等特点,在水轮机调速器中得到广泛应用,以PLC 为核心的微机调速器已成为我国当前水轮机微机调速器的主导产品。随着计算机网络技术以及现场总线技术的发展,处于现场控制设备层的PLC水轮机微机调速器与上位机监控系统之间的通信也越来越方便和高效,所以在国内外，有很多公司和生产厂生产这种调节器，他们采用的总体框架、机电转换只要把控制程序调速器作相应的修改，即可实现控制运转目的。

关键词：PLC 调速器测频

目录

1.引言……………………………………………………………..

2.水轮机双调整调节系统………………………………….

（1）PLC水轮机微机调速器的总体结构………………

(2) 典型PLC水轮机微机调速器结构…………………..

(3)本文采用的水轮机微机调速器结构形式………..

3.导叶和桨叶控制…………………………………………

4.微机调节器的自动调节模式………………………………..

5.微机调节器的自动调节模式…………………………………………

（1）测频原理

(2)减少误差的措施

(3) 微机调节器

6.可编程控制在水轮机中的作用…………………………………………

7.参考文献…………………………………………………………………..

8.设计总结…………………………………………………………………….

引言

目1993年以来，以可编程控制器(PLC)作为微机调速器硬件和软件核心的水轮机微机调速器已在国内外600台大、中、小型水轮机组上运行，且具有很好的控制性能。由于PLC微机调速器具有可靠性高、使用和编程方便、与其它装置接口和通信容易、性能优良等优点，深受水电站技术人员、维修人员的欢迎。所以在国内外，有很多公司和生产厂生产这种调节器，他们采用的总体框架、机龟转换装置、机械液压系统各有自己的特点。

PLC在水轮机中的应用

2.1水轮机双调整调节系统

水轮机双调整调节系统是由水轮机控制设备和被控系统组成的闭环系统。转

桨式水轮发电机组、引水及泄水系统及其所并入的电网称为水轮机双调整调节系统中的被控系统：用来检测被控参量与给定值的偏差，并将其按一定特性转换成接力器开度偏差的一些装置组合，称为水轮机控制设备。

为了提高机组效率，采用转桨式双重调节的水轮机，对这类水轮机的调速器

来说，它需要两套控制系统，一套用于控制导叶开度，另一套用于控制桨叶开度，在正常运行时，两者按照一定协联关系协同动作，使系统始终工作在高效率区。而在开机、停机以及甩大负荷时，由于轴向水推力的原因，需要破坏这种协联关系，从而保证系统的安全运行。它与其它调节系统相比较具有以下特点：

(1)调节器的操作功必须足够，所以需要液压系统驱动；

(2)水轮机调节系统易产生过调节，所以不易稳定；

(3)水击的反调效应使系统的动态特性更加恶化，使系统更难以控制：

(4)具有导叶和桨叶两套控制系统，系统控制更加复杂。

本文所设计的基于PLC双调整调速器在控制器、随动系统等方面进行一些改进，使得该调速器具有操作可靠性高，在各种工况下系统易于稳定等特点。

2.1.1 PLC水轮机微机调速器的总体结构

PLC水轮机微机调速器的总体结构框图见图，原则上它也适用于一般的水轮机微机调速器。按照一般的划分，水轮机微机调速器可看成由微机调节器和机械液压系统组成。将电气或数字信号转换成机械液压信号和将机械液压信号转换成

电气或数字信号的装置，称为机电转换装置。它在很大程度上影响到调速器的性能和可靠性。在图中，将机电转换装置单独表示出来，与微机调节器和机械液压系统一起，作为总体结构的3个组成部分之一，双调整调速器具有两套电／机转换装置和机械液压系统，一套用于导叶控制，一套用于桨叶控制。其框图结构特点如下：

(1)前向通道

如图所示，前向通道是图中由左至右的控制信息的传递通道，是任何一种结构的调速器必须具备的主通道，它包括通道u/N、通道yl和通道y。通道u/N是微机(PLC)调节器的输出通道，它的输出可以是电气量u，也可以是数字量N。u/N信号送到电／机转换装置作为其输入信号。通道y堤电／机转换装置的前向输出通道，它输出的主要是机械位移，也可以是液压信号，是机械液压系统的输入控制信号。通道y是机械液压系统的输出通道，它输出的是接力器的位移，也是调速器的输出信号。 o

(2)反馈通道

反馈通道是指与前向通道信息传递方向相反的通道，由图可以清楚地看出，可能的反馈通道有2-1、3一l、2-2、3-2和3-3。例如，反馈通道3-1是接力器位移y经过电／机转换装置转换为电气量或数字量，再送给微机(PLC)调节器作为反馈信号的通道。

(3)综合比较点

综合比较点是系统中前向通道和反馈通道信息的汇合点。图绘出了分别位于微机(PLC)调节器、机／电转换装置和机械液压系统中的3个比点：Al、A2、A3。在一般情况下Al是数字量综合比较点，A2是电气量综合比较点，A3是机械量综合比较点。

(4)微机调节器(PLC)

这部分是实现基本控制和先进控制算法的核心，一般为单片机、PLC、PCC、IPC等，其输出信号为控制机械液压系统的控制量。本文采用以三菱公司的FX：。-64MT型号的PLC为控制核心，输出控制量是伺服电机的旋转方向和控制伺服电机的旋转速度的控制信号。

(5)机电转换装置

机电转换装置主要有以下两种情况：将电气或者数字信号转换成机械液压信号的装置；将机械液压信号转换成电气或者数字信号的装置。本论文主要涉及到的是通过伺服电机将电气和数字信号转换成机械位移量和通过旋转编码器将机械位移量转换成电气信号和数字信号反馈给可编程调节器。

(6)机械液压系统

本文主要讨论电气控制部分和机电转换部分，机械液压系统不是本论文的重点，在此不做详细的介绍，其原理框图见图。

2.1.2典型PLC水轮机微机调速器结构

按照上图所示，采用不同的机电转换装置，可以构成多种调速器。但大体上主要有以下两种经典机构：

(1)电液转换器，电液随动系统型该系统结构图见图，它具有以下几个特点：

1)具有PLC微机调节器输出模拟电压O～lOV（或其它的设计范围），在图中以u表示，u是PLC微机调节器的气接力器的符号。转换驱动环节是数／模转换(D/A)。

2)具有机电转换装置。这种装置可完成电气信号至机械信号的转换，称为电液转换器。常用的有环喷式电液转换器和双锤式电液转换器等。其控制参数为：±IOV和200mA；有专用的交流震荡线圈，介入交流信号后，可使死区减少；可以完成机械液压信号到电气信号的转换。

(2)电液转换器／电液执行机构型

该型号的结构图，该型号的结构图与上一种的结构图最大的区别是：图2.4所示的系统结构图采用数字综合比较点Al作为系统的主要综合比较点。因此，系统的机电转换装置与机械液压系统一起，是电液执行机构。PLC微机调节器中的“放大和教／模转换”环节起着选择放大系数和数模转换作用。当调速器处于稳定状态时，PLC微机调节器输出信号的数值为零。机电转换装置中的“放大器”仅对u信号起功率放大作用。

2.1.3本文采用的水轮机微机调速器结构形式

伺服式水轮机双调整调节系统是一个计算机闭环控制系统，它通过两套步进式自复电液随动系统分别控制导叶和桨叶两个执行机构，从根本上解决了电液转换器发卡引起的控制失灵等问题，简化了液压随动系统与微机调速器的接口，使

调速器整机简单可靠。对转桨式水轮机来说，桨叶调节比导叶调节较慢，桨叶调节随动于导叶调节，因此可先根据被控参量与给定值的偏差，利用控制算法求出导叶输出量，然后利用协联关系输出桨叶开度值，其中协联关系是有生产厂家设定的。其调节模式有3种：频率调节模式、开度调节模式和功率调节模式，运行期间可自动或手动进行切换。基于PID控制算法的伺服式水轮机双调整系统结构图见图所示。

3.导叶和桨叶控制

水轮机调速器是由实现水轮机调节及相应控制的机构和指示仪表等组成的一套装置的总称，当前主要应用和研制的是微机调速器。本课题采用的是转浆式结构，它可以同时控制导叶和桨叶两个机构的动作，并且在数字协联装置的作用下，使水轮机的导叶和桨叶始终工作在高效率区域。

4协联关系

转浆式水轮机采用双重调节，它能使水轮机的导叶开度和桨叶系统外负荷的增减而变化，并使导叶开度和桨叶开度之间形成最优协联关系，使得水轮机内水力损失最小，经常运行在最优工况或最优工况附近，而这种保持导叶和桨叶开度之间最优协联关系工况就称为协联工况。

在双调整调节系统中，协联关系是其主要组成部分之一。转浆式水轮机每个桨叶开度都有与之相配合、较窄的效率曲线高效率区；而且每个桨叶开度的高效率，都有对应的导叶开度，即导叶开度和桨叶开度之间是一个一一对应的协调关系。反映不同的水头下，导叶开度和桨叶开度之间存在不同的协调关系。反映不同水头下导叶开度和桨叶开度之间协调关系的组合，称为协联关系。即：Z=，(Y，H)(Z：桨叶开度；Y:导叶开度；H:水头)。其协联关系曲线如图。

5微机调节器的自动调节模式

水轮机微机调速器有三种主要的调节模式：频率调节模式、开度调节模式和功率调节模式，其功能及其相互之间的转换都是由微机调节器完成的。这就要求对这三种调节模式的之间的转换有比较详细的了解，以便于软件的编程实现它们之间自动转换。

频率调节模式是机械液压调速器和大多数电气液压调速器采用的调节模式，它又称转速调节模式。它适用于机组空载运行、机组并网或孤立电网运行、机组在并入电网以调频方式运行等方式；开度模式是一种在控水轮发电机组并入电网后采用的调节模式，它适用于机组并网运行、带基本负荷的工况：功率调节模式也是一种在被控水轮发电机组并入电网后采用的调节模式，它适用于机组并网运行、受水电站AGC系统控制工况。它们之间的相互转换见图2.11。

机组开关进入“空载”工况运行时，调速器在频率调节模式下工作；机组油压开关投入，并入电网工作时，调速器自动进入功率调节模式工作；机组在并入电网工作的工况下，可以人为的使用调速器工作于三种调节模中的任一模式；调速器工作在功率调节模式时，若检查出机组功率传感器有故障，则自动换至开度调节模式下工作；调速器工作在功率调节模式或开度模式时，若电网频率偏离额定值过大，持续一段时间，则调速器自动切换至频率调节模式工作。

调节模式的约束条件如下：

(1)功率调节模式的功率偏差约束条件。当微机调速器的功率给定值Pc 与机组实际功率Pg之差的绝对值大于某一事先给定的功率偏差APn(一般取额定功率的5%)时，即认为功率超差。当连续超差次数大于实际给定值时，调速器认为出现机组功率传感器故障，并自动切换至开度调节模式运行。

(2)功率调节模式或开度调节模式的频率偏差约束条件。当微机调速器的机组频率fg超差（一般取fg <49,5Hz及f>50.5Hz）时，频率超差计数Cf加一。当连续超差次数大于给定值时，调速器将自动切换到频率调节模式运行。

(3)编程时可以按照表所列内容编写各种模式下的参数跟踪程序，以保证PLC微机调速器在三种调节模式之间切换时，实现平滑无扰动切换。

5PLC测频单元

本文设计的机组频率和电网频率的测量方法，是由一些外部电路和PLC模块共同实现的。该方案不但能准确、实时的测量静态频率和动态频率，而且加了一些防干扰措施，提高了测频单元的环境适应性。

5.1.1 测频原理

基于动态测频和静态测频的原理，可以把机频和网频信号经过整形分频处理后的方波信号和计数脉冲信号相与的结果直接接入PLC的数字量输入端，具体原理图见附图B所示。

(1)机组频率的测量

FX 2.PLC的CPU内置有21个高速计数器，其应答频率可达60kHz。本文采用的4M的晶振，晶振电路产生的计数时钟CLK1与8分频后的机频信号及其反相信号相与，分别从xo，Xl输人PLC．由C235，C236进行计数。4分频的机频信号作为中断源从X2输人PLC，4分频信号的上升沿作为C235和C236的中断信号，使高速计数器C235和C236交替计数。动态频率测量时，X2每来一次中断，即读235、236的计数值N，则动态频率厂=(100000·4)/N。具体原理图。计算静态频率时，将连续的10个动态频率测量周期作为一个静态频率测量周期。设10个连续的动态频率测量周期的计数值为NK、Nk+1Nk，则一个静态频率测量周期的计数值。从原理上看，只需一个高速计数器对计数时钟计数即可，采用两个高速计数器处理是为了减小误差。

5.1.2减少误差的措施

机组频率测量时产生误差的原因，主要在于从收到中断信号到用户程序响应中断这段随机时间，虽然这段时间极短，但它的存在足以影响测频的精度。因此此在硬件设计上作一些相应处理措施，可以调高测频精度。

无论是动态测频还是静态测频，都是机频整形后的方波分频信号作为中断信号，此分频方波信号正相及其反相分别和计数脉冲信号相与获得计数信号，两路计数信号分别输入到各自对应的高速计数器，计数输入端由各自对应的高速计数器独立计数，从而获得每个测量周期的计数值，经过这种处理，一旦有中断信号上升沿出现，正在进行计数的高速计数器马上停止计数，同时启动另外一个计数器工作，从而消除从中断信号产生到响应中断这段时间内的计数误差。PLC在任何时候CPU只能执行一个中断程序，在测频过程中，有时两个中断信号沿同时出现，此时按中断优先级来执行。由于相与后的计数信号一个周期有半个周期的低电平，在这一段高速计数器并没有计数，中断程序执行时间远远小于这半周期低电平时间，所以中断程序执行时间先后对计数值没影响，在中断程序计数值送出参于计算，由于中断程序执行时间非常短，因此对整个程序计算影响非常小，实验结果也证明了此结论。

5.1.3微机调节器

这种水轮机调速器系统结构如图所示，机械液压系统为主控制通道，通过导叶位移反馈信号构成闭环控制，调速器中仅有一级随动系统，微机调节器输出导叶所需开度值，它与当前导叶反馈值之间差值作为电气／位移转换机构输入信号。电气／位移转换机构是将微机输出和反馈信号的差值转换成机械位移，当系统过渡过程结束后，差值信号消失，电气／位移转换装置的输入为0，其输出也将恢复到中位。

采用这种结构的水轮机调速器，基于交流伺服系统的电气／位移转换机构将有如下三种形式：

(1)交流伺服电机速度环控制方式

这种电气／位移转换结构的原理框图与此图相同，二者主要区别在于这种构输入的模拟量信号是对应的导叶应开启或关闭的程度，而并非对应导叶的开度。

(2)交流伺服电机位置环控制方式

这种电气／位移转换结构的原理框图与此图相同，二者主要区别在于这种结构输入的脉冲信号是对应的导叶开启或关闭的程度，而并非对应的导叶开度。

6可编程控制在水轮机中的作用

从1969年美国数字设备公司首先研制成功第一台可编程控制器以来，此项技术发展非常快。进入80年代后，随着大规模和超大规模集成电路的应用，以16位和少数32位微处理器构成的微机化PLC取得惊人发展，使PLC在概念、设计、性能价格比以及应用方面取得了很大的突破。其控制功能增强，功耗，体积减少，成本下降，可靠性提高，编程和故障检测灵活方便，远程I/O和通讯网络，数据处理以及图象显示的发展，已使PLC广泛应用于生产过程控制，成为实现工厂自动化的重要设备。

它具有如下几个特点：

(1)可靠性高、抗干扰能力强。

工业生产，特别是在电厂中，对控制设备的可靠性和抗干扰能力有很高的要求，它能在恶劣的环境中可靠地工作，平均无故障时间长，故障恢复时间比较短。

(2)控制程序可变，具有很好的柔性。

在生产工况改变或生产线设备更新的情况下，不必改变PLC的硬件设备，只需改变程序即可满足要求。

(3)编程简单，使用方便。

目前大多数PLC均采用类似电路图形式的梯形图编程方式，继承了传统控制线路的清晰直观，易于接受。

(4)功能完善、扩充方便、组合灵活。

PLC产品具有各种扩展单元和功能模块，可以方便应用于不同的工业控制场合，可以通过各种模块的组合实现不同控制要求。

(5)减少了控制系统的设计及施工的工作量。

由于PLC采用软件编程来达到控制功能，现场只需更改软件，工作量大为减少，且PLC监视功能很强，模块功能化大大减少了维修量。

(6)体积小、重量轻，是机电一体化的特有产品。

由于PLC是专为工业控制而设计的专用计算机，其结构紧密，坚固，体积小巧，并具备强抗干扰能力，使之易于装入机械设备内部，因而成为实现机电一体化较理想的控制设备。所以在现存的大多数水轮机调速器都是以PLC为其控制核心，尽管有新的控制设备取代PLC，但是在水轮机调速器领域，以PLC为控制核

心的调速器仍将是今后一段时间的主流。在PLC微机调速器中，确定机组（电网）频率转换系数Kf是在编制程序前必须进行的工作。以PLC程序采用整数形式运算为例，Kf的物理概念是：机组（电网）频率fg( fn)变化50Hz时，PLC中与其对应的反映这个频率变化的数值。Kf值的确定既要考虑频率测量环节的实际分辨率和精度，又要考虑有关标准对水轮机调速器和水轮机调节系统的转速死区的要求。《水轮机调速器与油压装置技术条件》中对转速死区的规定值。实际运行中水轮机调速器的转速死区‘主要受到

下列几个因素的影响。

(1)频率测量环节的分辨率和精度；

(2)电机转换装置的死区：

(3)机械液压装置的死区。

因此，对于PLC微机调速器来说，在技术能实现的条件下，应该尽量提高其测频环节对频率的分辨率和精度。转换系数的选择不能造成对频率分辨率的降低。从第三章的分析可以知道，机组动态频率分辨率为0.00625Hz，静态频差采用延长测量周期的方法，分辨率有所提高，机组静态频率分辨率为0.000625Hz。取频率转换系数为Kf=25000/50Hz，可得PLC中计算的分辨率为0.004%，以Hz计，则为0.002Hz，可以看出选用Kf=25000时，没有降低频率分辨率。本章主要介绍了水轮机调速器主题控制框架和一些重要部分具体软件实现方法，其中重点介绍了适合于PLC的PID实现方法和具体的软件编程实例，最后介绍了协联关系在PLC中的实现方法。水轮机调速器是水电站实现自动化的重要设备，它的好坏直接影响整个水电站的控制效果，所以对水轮机调速器的研究具有重要的现实意义和经济价值。

本文是结合长沙星特自控设备有限公司的一个项目一湖南南津渡水电站的设备改造。由于该水电站水头比较低和水力资源受季节波动比较大，再加上原设备的技术比较落后，已经不能满足水电站的控制要求。所以应对以上情况，本文提出采用转浆式水轮机调速器替代原有的设备。

转桨式水轮机在调节导叶机构的基础上，同时可调节转轮桨叶机构，它适用于低水头水力资源开发，有利于提高水力资源的利用率，使水轮机能够运行在较宽高效率区。本文主要针对转桨式水轮机调节的需要，设计一种基于PLC的伺服式双调整调速器。经过一些动态和静态实验，可以看出本设计基本满足设计的要求，并且在一些重要指标上优于国家标准。

该调速器与改造前的调速器相比具有以下优点：

(1)在水轮机微机调速系统中，频率信号是否可靠直接影响到调速器的整体可靠性。本文根据测周法原理开发了测频电路，使用了PLC内部的高速计数器计数，不需要PLC以外的CPU，从而降低了测频外围电路的复杂性，增加了整个系统的可靠性。在软件处理上，充分利用了PID调节各个环节的特点，采用动态频差和静态频差相结合的方法，使调速器的测频环节不但达到精度的要求，而且还具有很好的速动性。

(2)采用伺服电机作为机／电转换部件，与原有的步进电机转换部件相比，该方案克服了原系统容易出现滑步及丢步现象，并且选用的伺服电机和驱动器比原有的步进电机和驱动器，不管在控制精度上，还是抗干扰性能上都有极大的提高，所以总的来说，该方案的机／电转换部件在总体控制精度上与原有的系统相比较有极大的提高。

(3)引入了转桨式水轮机桨叶自适应控制装置，可在线进行桨叶自寻找

较优的协联输出数据，确保了协联关系数据始终保持在较佳的状态，使水轮机运行在较优工况点，与仅控制导叶有很大的提高。

(4)当前，PLC是一种应用非常广泛、发展十分迅速的技术。高可靠性、易于编程、接口方便和优越的性价比等特点，使其在水轮机微机调速器领域得到了广泛的应用。本文采用PLC以及其它辅助功能模块，实现了微机调速器的基本功能，在仿真环境中调试效果良好。程序采用的是模块结构，对于不同的调节对象，只需对对应模块中相应的调节子程序作简单修改即可。

参考文献

1.《可编程控制器原理及应用》

2.《工厂电气控制技术>>

3.<<自动控制原理及其应用>>

4<<电机拖动技术>>

设计总结

本课题设计的水轮机调速器，经过验证，具有很好的静态特性和动态特性。所以对中小型水轮机调速器的改造和替换，具有一定得参考应用价值。但是由于时间紧张和本人的水平的限制，文中难免存在不足，还需要在软件上继续完善，在整体结构上优化，合理应用分配硬件资源。随着自适应控制、模糊控制和智能控制等现代控制策略理论的成熟，以及PLC自身运算功能的不断强大，可以考虑在PLC微机调速器中采用这些先进的策略，改善水轮机调节系统动态品质。在后续工作中，需对电气调节器以及调速器整机进行静态、动态测试，在电站环境中进行调节系统闭环动态试验，对设计研究成果进行最终验证。

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

水轮机制动系统,毕业设计

课题名称水轮机制动系统 系别机电系 专业电气工程与自动化 班级 姓名 学号 指导教师 起讫时间：年月日～年月日（共周）

毕业设计（论文）开题报告

水轮机制动系统 引言：20世纪以来，水电机组一直向高参数、大容量方向发展。随着电力系统中火电容量的增加和核电的发展，为解决合理调峰问题，世界各国除在主要水系大力开发或扩建大型电站外，正在积极兴建抽水蓄能电站，水泵水轮机因而得到迅速发展。 摘要：水电站的有功调节通常是通过调速器实现的，但当水轮机组并入电网运行时，对于单台发电机来说转速反馈几乎不起作用。近年来，随着自动发电控制(AGC)的需要，有功功率在控制系统中的调节品质已成为当前电力系统自动化领域的突出问题。 关键词： 参考文献：200MW混流式水轮机的效率改进，水轮机原理与流体动力学计算基础， 系统工作原理：如图1所示：测量元件把机组转速N（频率F N）、功率、水头、流量等参量测量出来，与给定信号和反馈信号综合后，经放大校正元件控制执行机构，执行机构操纵水轮机导水机构和桨叶机构，同时经反馈元件送回反馈信号 到信号综合点。 图1水轮机调节系统结构图

一、水轮机电气控制设备系统 水轮机制动系统是由水轮机电气控制设备系统和被控制系统（流体控制和PLC 控制）组成的闭环系统。水轮机、引水和泄水系统、装有电压调节的发电机及其所并入的电网称为水轮机调节系统中的被控制系统；用来检测被控参量与给定量的偏差，并将其按一定特性转换成主接力器行程偏差的一些装置组合，称为水轮机控制设备。水轮机调速器则是由实现水轮机调节及相应控制的机构和指示仪表等组成的一个或几个装置的总称。 (一)水轮机的选型： 水轮机按工作原理可分为冲击式水轮机和反击式水轮机两大类。冲击式水轮机的转轮受到水流的冲击而旋转，工作过程中水流的压力不变，主要是动能的转换；反击式水轮机的转轮在水中受到水流的反作用力而旋转，工作过程中水流的压力能和动能均有改变，但主要是压力能的转换。通过查找资料；反击式水轮机中，水流充满整个转轮流道，全部叶片同时受到水流的作用，所以在同样的水头下，转轮直径小于冲击式水轮机。它们的最高效率也高于冲击式水轮机，但当负荷变化时，水轮机的效率受到不同程度的影响，我选择较先进地反冲击式水轮机HLX180转轮，其模型额定点效率ηM=0．94。较通常转轮高出2个百分点，最高效率圈相对扁平，额定和加权平均水头下Q1′跨度达120L/m3，n1r′非常接近最优单位转速，运行区域包括了整个最优效率区，依据效率加权因子，求得的模型加权平均效率达88．4%，额定水头下具有8．3%的超发能力，因此该转轮能量指标较高，水能利用率高。 图2 HLX180型水轮机 （二）控制原理说明： 1.本系统采用分层分布式布局，配置如图3所示。主要由2个机组监控屏、 发 电机保护屏、公用监控屏、主编线路保护屏和电量屏构成。通讯采用高速以太网与上级调度、操作员工作站进行通讯。其中公用监控屏由可编程控制器(由三菱FX2N-80MR和2个FX0N-16EX扩展模块组成)、自动准同期装置、触摸屏、电力测控仪和逆变电源组成，在公用监控屏中实现对发电机的有功调节。

冲击式水轮机“毕业设计”

冲击式水轮机毕业设计任务书、基本资料和指示书 河海大学水电学院动力系 二○○六年三月

冲击式水轮机毕业设计 任务书 一、设计内容 根据给定的原始资料，对指定的电站、指定的原始参数进行该电站的机电初步设计，包括：电站装机机型的比较设计和参数选择，调节保证计算及调速设备选择，该电站的辅助系统设计和电气一次系统初步设计。 二、时间安排 1、电站装机机型比较设计4周 2、调节保证系统1周 3、辅助系统2周 4、专题 1.0周 5、电气部分2周 6、成果整理1周 7、评阅答辩1周 8、机动0.5周 总计12.5周 三、成果要求 1、设计说明书：说明设计思想，方案比较，参考资料及最终结果。 2、设计计算书：设计计算过程，计算公式，参数选取的依据，计算结果。 3、图纸：主机部分厂房纵剖图，配水环管装配图，水系统图，气系统图和油系统图，电气主接线图及专题部分图纸，规格为1号图，其中主机部分厂房纵剖图及配水环管图要求既要画出手工图纸又要CAD图，其他全部CAD图。 冲击式水轮机毕业设计 资本资料 一、田湾河电站 田湾河位于四川甘孜州康定县、雅安市石棉县境内，为大渡河中游的一级支流，发源于贡嘎山西侧，主源莫溪沟由北向南流，在魏石达先后有贡嘎沟和腾增沟分别自左、右岸汇入后始称田湾河。下行至界碑石进入石棉县境内并有环河自右岸汇入，经草科、田湾在两河口注入大渡河。 整个田湾河开发方案规划为干、支流“两库四级”开发。整个梯级从上至下依次由巴王海、仁宗海、金窝和大发四级水电站组成。业主提出整体开发田湾河的思想，计划在2007年内完成仁宗海、金窝、大发三个梯级水电站的建设。 仁宗海水库水电站位于康定县和石棉县交界处，工程为混合式开发。电站龙头水库坝址位于仁宗海口上游约400m处，水库正常蓄水位2930m，总库容1.09亿m3，调节库容0.91亿m3，水库具有年调节性能；引水隧洞长约7.5km；地下厂房厂址位于界碑石下游约650m，距田湾河河口约30km。仁宗海水库电站工程已于2003年开工，第一台机组计划投产日期2007

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

毕业设计水电站的水轮机设计

1前言 (4) 2水电站的水轮机选型设计 (5) 2.1水轮机的选型设计概述 (5) 2.2 水轮机选型的任务 (6) 2.3水轮机选型的原则 (6) 2.4水轮机选型设计的条件及主要参数 (7) 2.5确定电站装机台数及单机功率 (7) 2.6选择机组类型及模型转轮型号 (8) 2.7初选设计（额定）工况点 (11) 2.8 确定转轮直径D1 (12) 2.9 确定额定转速 n (12) 2.10效率及单位参数的修正 (13) 2.11核对所选择的真机转轮直径D1 (14) 2.12确定水轮机导叶的最大开度、最大可能开度、最优开度 (18) 2.13计算水轮机额定流量q v,r (19) 2.14确定水轮机允许吸出高度H s (20) 2.15计算水轮机的飞逸转速 (25) 2.16计算轴向水推力P oc (25) 2.17估算水轮机的质量 (26) 2.18绘制水轮机运转综合特性曲线 (26) 3水轮机导水机构运动图的绘制 (35) 3.1导水机构的基本类型 (35) 3.2导水机构的作用 (36) 3.3导水机构结构设计的基本要求 (36)

3.4导水机构运动图绘制的目的 (37) 3.5导水机构运动图的绘制步骤 (37) 4水轮机金属蜗壳水力设计 (41) 4.1蜗壳类型的选择 (41) 4.2金属蜗壳的水力设计计算 (41) 5尾水管设计 (49) 5.1 尾水管概述 (49) 5.2尾水管的基本类型 (49) 5.3弯肘形尾水管中的水流运动 (49) 6水轮机结构设计 (50) 6.1概述 (50) 6.2水轮机主轴的设计 (50) 6.3水轮机金属蜗壳的设计 (51) 6.4水轮机转轮的设计 (52) 6.5导水机构设计 (55) 6.6水轮机导轴承结构设计 (58) 6.7水轮机的辅助装置 (61) 7金属蜗壳强度计算 (63) 7.1金属蜗壳受力分析 (63) 7.2蜗壳强度计算 (63) 7.3计算程序及结果 (66) 8结论 (71)

水电站课程设计计算书

水电站厂房课程设计计算书 1．蜗壳单线图的绘制 1.1 蜗壳的型式 根据给定的基本资料和设计依据，电站设计水头Hp=46.2m ，水轮机型号 ：HL220-LJ-225。可知采用金属蜗壳。又Hp=46.2m>40m ，满足《水电站》（第4版）P32页对于蜗壳型式选择的要求。 1.2 蜗壳主要参数的选择 金属蜗壳的断面形状为圆形，根据《水电站》（第4版）P35页可知：为了获得良好的水力性能及考虑到其结构和加工工艺条件的限制，一般取蜗壳的包角为0345?=。 通过计算得出最大引用流量m ax Q 值，计算如下： ○ 1水轮机额定出力：15000 156250.96 f r f N N KW η= = = 式中：60000150004 f KW N KW = =，0.96f η=。 ○ 2'31max 3 3 2222115625 1.11 1.159.819.81 2.2546.20.904 r p N Q m s D H η = = =

水轮机叶片毕业设计资料

一、工程背景及水轮机叶片简介 图1、为某型水轮机叶片的CAD模型。在发电工作工程中水流由进水口流向出水口，叶片承受水流的冲刷从而开始运动，这种运动通过传动轴传递到发电机，从而带动发电机工作发电。但是水轮机在工作仅仅一年多时间以后，就有数片叶片发生了疲劳断裂事故，使得水轮机不能正常工作发电，造成了一定的经济损失，同时也说明水轮机叶片在结构的设计方面确实存在不完善之处。然而，由于水轮机在水下进行工作，很难通过测量得方法获得叶片上应力和位移的分布情况，也就无法知道叶片为何会断裂，无法有效的改善叶片的几何结构。在这种情况下，长江水利委员会陆水枢纽局的委托我们对LS591水轮机叶片的进行Ansys有限元模拟计算，获得叶片的应力场和位移场的分布，从而为叶片断裂事故分析提供技术支持，并对叶片结构的改进提供具体方案。 传动轴 进水口出水口 图1、CAD模型

二、ANSYS简介及解题步骤 1、ANSYS简介 对于大多数工程技术问题，由于物体的几何结构比较复杂或则问题的某些特征是非线性的，我们很难求得其解析解。这类问题的解决通常具有两种途径：一是引入简化假设，但这种方法只是在有限的情况下是可行的。也正是因为这样，有限元数值模拟的技术产生了。有限元方法通过计算机程序在工程中得到了广泛的应用。到80年代初期，国际上较大型的面向工程的有限元通用软件达到了几百种，其中著名的有：ANSYS,NASTRAN,ASKA, ADINA,SAP等。其中，以ANSYS为代表的工程数值模拟软件，即有限元分析软件，不断的吸取计算方法和计算机技术的最新进展，将有限元分析、计算机图形学和优化技术相结合，已成为解决现代工程问题必不可少的有力工具。尤其是在某些环境中，样机试验是不方便的或者不可能的，而利用ANSYS软件，对这个问题有了很好的解决。本文中水轮机叶片是在水下的环境进行工作，测量很难进行，利用有限元软件ANSYS这个问题得到了很好的解决。 2、ANSYS分析步骤 ANSYS分析可以分为三个步骤： a、创建有限元模型

水轮机课程设计报告

班级： 08G43 专业：水电站动力设备与管理作者：陈圣锦 学号：2008550243019

目录 ◆水轮机课程设计的目的和任务 ◆水轮机的简介 ◆水轮机设计的原始资料 ◆水轮机设计的要求 ◆水轮机的设计步骤 1）机组台数的选择 2）水轮机型号的选择 3）水轮机主要参数的选择 4）机组安装高度的确定 ◆水轮机设计的参数校核 ◆心得体会 附：水轮机运转特性曲线图

一、课程设计的目的和任务 a、目的：通过水轮机的课程设计，将各种水轮机的性能参数整理并绘制成不同形式的曲线，它是与水轮机课程教学相辅助的一个理论学习的环节，也是课程教学中一个必不可少的环节。通过水轮机课本章节的相关理论知识的学习后，再通过课程设计的环节以达到巩固和加强理论知识的目的，进一步培养学生独立思考、严谨工作的能力；此外，通过课程设计更进一步掌握造型、设计、参数等程序内容，提高了学生查阅资料和动手实践的能力。 b、课程设计的任务：通过所给的原始资料，根据要求明确水轮机的基本工作参数（包括水头H、流量Q、转速n、效率 、出力P、吸出高度H S、转轮直径D、水轮机型号、机组台数、装置方式等），整理并绘制成不同形式的曲线，即获得水轮机的特性曲线图。 二、水轮机的简介 水轮机是一种将河流中蕴藏的水能转换成旋转机械能的原动机，当水流流过水轮机时，通过主轴带动发电机，将旋转机械能转换成电能。与发电机连接成的整体称为水轮发电机组，它是水电站的主要设备部分。水电站是借助水工建筑物和机电设备设备将水能转换成为电能的企业，在未来，水能资源的开发和利用将成为资源开发利用的主导能源，所以，水轮机的设计开发对我国水能资源的开发起到很大的推进作用。水轮机大致分为两大类：反击式水轮机和冲击式水轮机；反击式水轮机。转轮利用水流的压力能和动能做工的水轮机称为反击式水轮机。其特征是：压力水流充满水轮机的整个流道，水流流经转轮叶片时，受叶片

水轮机毕业设计 开题报告

毕业设计（论文） 开题报告 题目电站水轮机结构设计 专业热能与动力工程 班级 学生 指导教师

一、毕业设计（论文）课题来源、类型 本课题来源于越南DongNai5 水电项目，设计类型为水轮机结构设计。DongNai5电站，位于越南DongNai 省的DongNai 河。它配备了两台75MW混流式水轮发电机组，总装机容量150MW。电站预计2015年投入商业运行，年发电量达616万kW·h。该题目属于工程设计类题目。 二、选题的目的及意义 水轮机对于电站而言，是重中之重。它配合发电机组实现了，机械能转化为电能这一核心任务。因此，使水轮机最优化，对提高电站的效率至关重要。它的性能优劣,结构完善与否,直接涉及到水电事业发展的程度。进行水轮机的结构设计，综合考虑水轮机性能、效率、成本等，对学生个人也是一种总结和学习的过程的。通过水轮机结构设计，使得自己对大学所学的专业知识进一步掌握并运用，将书本知识实用化，为自己以后继续学习专业知识或者就业，有很大的帮助。 三、本课题在国内外的研究状况及发展趋势 电力是现代化工业生产和生活不可或缺的动力能量,水力发电是电力工业的一个门类。建国50多年来,我国的水电事业有了长足的发展,取得了令人瞩目的成绩。水电在我国的兴起是有其深刻的背景的。 我国河流众多,径流丰沛,落差巨大,蕴藏着丰富的水能资源。2000～2004年, 中国水电工程顾问集团公司组织了全国水力资源复查, 水电资源理论蕴藏量为6.94亿kW,年发电量6.08万亿kW·h, 其中技术可开发容量为5.42亿kW, 年发电量2.47万亿kW·h; 经

济可开发容量为4.02亿kW,年发电量1.75万亿kW·h。 首先,我国有大规模利用水能资源的条件和必要性。我国水能资源丰富,不论是水能资源蕴藏量,还是可能开发的水能资源,在世界各国中均居第一位。但是目前我国水能的利用率仅为13%,水力发电前景广阔。随着我国经济的快速增长,能源消耗总量也大幅度增长,煤炭、石油和天然气这些常规能源的消耗量越来越大,甚至需要依靠进口。 水力发电经过一个多世纪的发展,其工程建设技术、水轮发电机组制造技术和输电技术趋于完善,单机容量也不断增大。并且水力发电成本低廉,运行的可靠性高,故其发展极为迅速。近一个世纪,特别是建国以来,经过几代水电建设者的艰苦努力,中国的水电建设从小到大、从弱到强不断发展壮大。改革开放以来,水电建设更是迅猛发展,工程规模不断扩大。 据电工行业统计数据表明，2009年我国发电设备和大中型电机的产量分别为：水轮发电机组2303万kW，汽轮发电机8654万kW，成套发电设备11993万kW，大中型电机约为7500万kW，其中大型电机约为3000万kW（含风电1380万kw的70% ）。 调查表明，全世界发电设备市场的订货量从1991年的70GW 增加到了1996年的100GW，其中水电只占16%。在水电设备订货量方面，亚洲国家的订货量要占一半以上，如1996年的总订货量为18GW，其中中国占23%。 水轮机是一种流体机械。所谓流体机械就是以流体作为工作介质的机器。它是实现流体功能和热能转换的机械。( 热能转换的流体机械在此不作介绍) 。对于功和能转换的流体机械主要分为两大类,一类是流体能量对流体机械作功而提供动力; 另一类则是通过流体机械将原动力传递给流体, 使流体的能量得以提高。当然还有一种液力传动功能的机械( 如液力变矩器、液力耦合器以及流体与流体、流体与固体分离的机械) 也称为流体机械。 水力发电用的水轮机有着100 年以上的历史，一般认为是已

水轮机选型结构设计毕业论文

水轮机选型结构设计毕业论文 目录 前言 (1) 概述 (1) 设计容与要求 (2) 1 越南DongNai5电站基本资料 (3) 2 轴面流道图 (4) 3 水轮机真机运转特性曲线 (6) 3.1 等效率线的绘制 (6) 3.2 等开度线的绘制 (10) 3.3 真机运转特性曲线的绘制 (12) 4 埋入部件结构设计 (13) 4.1 座环 (13) 4.1.1 结构型式 (13) 4.1.2 尺寸系列 (13) 4.2 基础环 (13) 4.3 尾水管里衬 (14)

5 导水机构结构设计 (16) 5.1 导水机构总体结构设计 (16) 5.2 导叶布置图的绘制 (16) 5.2.1 导叶翼型的确定 (16) 5.2.2 导叶开度的确定 (18) 5.2.3 导叶布置图以及相关曲线的绘制 (19) 5.3 导叶装置结构设计 (20) 5.3.1 导叶的结构 (20) 5.3.2 导叶轴套结构 (21) 5.3.3 导叶轴颈的密封 (23) 5.3.4 导叶的止推装置 (24) 5.3.5 导叶套筒结构 (25) 5.4 导叶传动机构设计 (26) 5.4.1 导叶臂 (26) 5.4.2 连接板 (27) 5.4.3 叉头 (28) 5.4.4 连接螺杆 (29) 5.4.5 分半键 (29) 5.4.6 剪断销 (30)

5.4.7 叉头销 (31) 5.4.8 端盖 (32) 5.5 导水机构环形部件结构设计 (32) 5.5.1 底环 (33) 5.5.2 控制环 (33) 5.5.3 顶盖 (36) 6 转动部件结构设计 (37) 6.1 转轮结构 (37) 6.2 泄水锥 (37) 6.3 止漏装置 (38) 6.4 主轴结构设计 (39) 7 轴承、主轴密封及其它部件设计 (42) 7.1 轴承 (42) 7.2 主轴密封 (42) 7.3 补气装置 (43) 7.4 其他部件设计 (44) 结论、讨论和建议 (46) 致谢 (47) 参考文献 (48)

轴流式水轮机的结构

第二节 轴流式水轮机的结构 一、概述 轴流式水轮机与混流式水轮一样属于反击式水轮机，由于水流进入转轮和离开转轮均是轴向的，故称为轴流式水轮机。轴流式水轮机又分为轴流定桨式和轴流转桨式两种。轴流式水轮机用于开发较低水头，较大流量的水利资源。它的比转速大于混流式水轮机，属于高比转速水轮机。在低水头条件下，轴流式水轮机与混流式水轮机相比较具有较明显的优点，当它们使用水头和出力相同时，轴流式水轮机由于过流能力大（图2-15），可以采用较小的转轮直径和较高的转速，从而缩小了机组尺寸，降低了投资。当两者具有相同的直径并使用在同一水头时，轴流式水轮机能发出更多的效率。 特别是轴流转桨式水轮机，由于转轮叶片和导叶随着工况的变化形成最优的协联关系，提高了水轮机的平均效率，扩大了运行范围，获得了稳定的运行特性，更是值得广泛使用的一种机型。 图2-15 轴流式水轮机 1— 1— 1— 转轮接力器活塞；2—转轮体；3—转臂；4—叶片；5—叶片枢轴；6—转 轮室 图2-16所示是轴流转桨式水轮机的结构图。它的工作过程和混流式水轮机基本相同。水流经压力水管、蜗壳、座环、导叶、转轮、尾水管到下游。与混流式水轮机所不同的是负荷变化时，它不但调节导叶转动，同时还调节转轮叶片，使其与导叶转动保持某种协联关系，以保持水轮机在高效区运行。 轴流式水轮机转轮位于转轮室内，轴流式水轮机转轮主要由转轮体、叶片、泄水锥等部件组成。轴流转桨式水轮机转轮还有一套叶片操作机构和密封装置。 转轮体上部与主轴连接，下部连接泄水锥，在转轮体的四周放置悬臂式叶片。在转桨式水轮机的转轮体内部装有叶片转动机构，在叶片与转轮体之间安装着转轮密封装置，用来止油和止水。 轴流式水轮机广泛应用于平原河流上的低水头电站，应用水头范围为3～55m ，目前最大应用水头不超过70m 。限制轴流式水轮机最大应用水头的原因是空化和强度两方面的条件。由于轴流式水轮机的过流能力大。单位流量11Q 和单位转速11n 都比较大，转轮中水流的相对流速比相同直径的混流式转轮中的高，所以它具有较大的空化系数 。在相同水头下，轴流式水轮机转轮由于叶片数少，叶片单位面积上所承受的压差较混流式的大，叶片正背面的平均压差较混流式的大，所以它的空化性能较混流式的差。因此，在同样水头条件下，轴流式水轮机比混流式水轮机具有更小的吸出高度和更深的开挖量。随着应用水头的增加，将会使电站的投资大量增加，从而限制了轴流式水轮机的最大应用水头。另一方面是由于轴流式水轮机叶片数较少，叶片呈悬臂形式，所以强度条件较差。当使用水头增高时，为了保

轴流式水轮机基本结构

轴流式水轮机基本结构 轴流式水轮机与混流式水轮一 样属于反击式水轮机，二者结构上 最明显的差别是转轮，其次是导叶 高度。根据转轮叶片在运行中能否 调节，轴流式水轮机又分为轴流定 桨式和轴流转桨式两种型式。轴流 式水轮机用于开发较低水头 （3m~55m），较大流量的水能资源。 它的比转速大于混流式水轮机，属 于高比转速水轮机。在低水头条件 下，轴流式水轮机与混流式水轮机 相比较具有较明显的优点，当它们 使用水头和出力相同时，轴流式水 轮机由于过流能力大（图5-13）， 可以采用较小的转轮直径和较高的 转速，从而缩小了机组尺寸，降低了 投资。当两者具有相同的直径并使用在同一水头时，轴流式水轮机能发出更多的功率。但在相对高水头条件下，轴流式水轮机除了空化系数较大，厂房要有较大开挖量外，飞逸转速和轴向水推力较混流式水轮机高。 轴流转桨式水轮机，由于桨叶和导叶随着工况的变化形成最优的协联关系，提高了水轮机的平均效率，扩大了运行范围，获得了稳定的运行特性，是一种值得广泛使用的优良机型。 限制轴流式水轮机最大应用水头的原因是空化和强度两方面的条件。由于轴流式水轮机的过流能力大。单位流量和单位转速都比较大，转轮中水流的相对流速比相同直径 的混流式转轮中的高，所以它具有较大的空化系数。在相同水头下，轴流式水轮机由于桨叶数少，桨叶单位面积上所承受的压差较混流式叶片的大，桨叶正背面的平均压差较混流式的大，所以它的空化性能较混流式叶片的差。因此，在同样水头条件下，轴流式水轮机比混 流式水轮机具有更小的吸出高度和更深的开挖量。随着应用水头的增加，将会使电站的投资大量增加，从而限制了轴流式水轮机的最大应用水头。另一方面是由于轴流式水轮机桨叶数较少（3~8片），桨叶呈悬臂形式，所以强度条件较差。当使用水头增高时，为了保证足够的强度，就必须增加桨叶数和桨叶的厚度，为了能够方便地布置下桨叶和转动机构，转 轮的轮毂比，亦要随之增大，这些措施将减少转轮流道的过流断面面积，使得单 位流量下降。当达到某一水头时，轴流式水轮机的单位流量甚至比混流式水轮机的还要小。这种情况也限制了轴流式水轮机应用水头的提高。 但是,随着科学技术的发展,通过改进转轮的设计方法,选择更加合理的流道几何参数和桨叶的型线,使得桨叶背面的压力分布更加均匀,降低桨叶正面和背面的平均压差,从而达到

水轮发电机组选型设计_毕业设计

水轮发电机组选型设计 第1章 水轮发电机组选型设计 1.1、机组台数及型号选择 1.1.1、水轮机型式的选择 已知参数 6.25max =H , 8.22min =H , 3.23av =H , MW 200=N 保证出力：MW 35=b N ，利用小时数：h 2225 取设计水头3.23av r ==H H 按我国水轮机的型谱推荐的设计水头与比转速的关系， 混流式水轮机的比转速s n : ）（kW m H n s ?=-=-= 394203 .232000 202000 轴流式水轮机的比转速s n : )(4773 .232300 2300kW m H n s ?=== 根据原始资料，适合此水头范围的水轮机类型有轴流式和混流式。 轴流式和混流式水轮机优点： （1）混流式结构紧凑，运行可靠，效率高，能适应很宽的水头范围，是目前应用最广泛的水轮机之一。 （2）轴流式水轮机s n 较高，具有较大的过流能力，轴流转桨式水轮机可在协联方式下运行，在水头、负荷变化时可实现高效率运行 根据表本电站水头变化范围m H 6.25~8.22=查《水电站机电设计手册—水力机械》 选择适合的水轮机有244/260A HL 、503JK 和500ZZ 。三个水轮机参数如下： 转轮型号 推荐使用水头 H(m) 模型转轮直径 1 D cm 最优工况 限制工况 ' 10 n r/mi n ' 10 Q s m /3 η % ' 10 Q s m /3 η % σ 模型试验水头 H(m) 单位飞逸转速' R n 1 (r/min) 水推力系数K HL260/A244 35~60 35 80 1.08 91.7 1.275 86.5 0.15 3 158.7 0.34~0.41 JK503 26 35 135 903 90.8 1800 87 0.63 10 340 0.87 ZZ500 18~30 46 128 0.98 89.5 1.65 86.7 0.585 3 352 0.87 1.1.2、拟订机组台数并确定单机容量 因为设计电站是无调节电站，所以工作容量等于保证出力MW 35=b N 选用混流式机组的单机容量不得超过 MW 8.7745.035 = 选用轴流式机组的单机容量不得超过 MW 10035 .035 = 确定机组台数4台和5台 方案列表如下： 水轮机组选型及台数汇总表

轴流式水轮机性能参数表

ZDT03-LM/LMY-60型水轮机机组性能参数表 ZDT03-LM/LMY-80型水轮机机组性能参数表

ZD560-LMY/LH-60型水轮机机组性能参数表

水轮机选型方案 1、水文资料：①、水头Hp ≈7.0米；②、流量Q=1.0~1.5米3/秒； 2、水轮机选型方案一： ①、水轮机型号：ZDT03-LMy-60；转轮角ψ=+100；单价：5.0万元； ②、运行状态参数校核：选型计算水头Hp=6.8米；计算单位转速n=750转/分；计算单机引用流量Q=1.15米3/秒；效率η=87%；水轮机有效出力N 出=9.81QH η=66千瓦；发电机功率N 发=0.9N 出=59千瓦； ③、配套发电机：SF55-8/590（电压400V ）；单价：2.3万元； ④、手动调速器：ST-150；(价格包含在水轮机价格中) ⑤、控制屏、励磁屏、准同期并网装置；单价：1.5万元； 3、水轮机选型方案二： ①、水轮机型号：ZDT03-LMy-60；转轮角ψ=+150；单价：5.0万元； ②、运行状态参数校核：选型计算水头Hp=6.8米；计算单位转速n=750转/分；计算单机引用流量Q=1.5米3/秒；效率η=87%；水轮机有效出力N 出=9.81QH η=86千瓦；发电机功率N 发=0.9N 出=77千瓦； ③、配套发电机：SF75-8/590（电压400V ）；单价：3.2万元； ④、手动调速器：ST-150；(价格包含在水轮机价格中) ⑤、控制屏、励磁屏、准同期并网装置；单价：1.5万元； 4、水轮机选型方案三： ①、水轮机型号：ZD560-LMy-60；转轮角ψ=+50；单价：6.4万元； ②、运行状态参数校核：选型计算水头Hp=6.8米；计算单位转速n=600转/分；计算单机引用流量Q=1.15米3/秒；效率η=87%；水轮机有效出力N 出=9.81QH η=66千瓦；发电机功率N 发=0.9N 出=59千瓦； ③、配套发电机：SF55-10/590（电压400V ）；单价：3.2万元； ④、手动调速器：ST-150；(价格包含在水轮机价格中) ⑤、控制屏、励磁屏、准同期并网装置；单价：1.5万元； 注：1、以上价格均不包含设备运输费用和安装调试费用； 江西省莲花水轮机厂有限公司 2005、06、28

水轮发电机组系统毕业设计

水轮发电机组系统设计 目录 第一章.水轮发电机组选型 (3) 第一节水轮机机组台数及型号选择 (3) 原始资料 (3) 机组台数的选择 (3) 机组型号的选择 (3) 第二节水轮机基本参数的计算 (4) 方案一 (4) 方案二 (9) 方案三 (13) 方案四 (17) 方案五 (21) 方案六 (25) 第三节最优方案的选择与比较 (29) 六种方案比较表 (29) 水力机械部分 (31) 水轮发电机比较 (32) 方案经济比较 (34) 最优方案的选择 (35) 第四节配套发电机的选择 (37)

水轮发电机尺寸参数的计算 (37) 水轮发电机外形尺寸计算 (38) 水轮发电机轴向尺寸计算 (39) 水轮发电机重量计算 (40) 第五节尾水管的选择与计算 (42) 蜗壳 (42) 尾水管选择计算 (56) 第二章调速设备的选择 (46) 第一节调速器的选择原则 (56) 第二节调速器工作容量的选择计算 (56) 第三节调速器选择 (47) 第四节油压装置选择计算 (48) 第三章辅助设备设计 (49) 第一节主阀的选择 (49) 进水阀形式的选择 (49) 第二节油系统设计 (51) 供油对象及其油量计算 (51) 第三节压缩气系统设计 (55) 供气对象 (55) 供气方式 (55) 高压气系统的设备选择 (56) 低压气系统设备选择 (56) 第四节供排水系统设计 (60)

技术供水系统 (60) 排水系统设计 (62) 第四章水电厂房的布置设计 (66) 第一节厂房长度的计算 (66) 第二节厂房宽度的计算 (67) 第三节厂房各高程的计算 (68) 第五章结语 (70) 参考资料及文献 (71) 第一章.水轮发电机组选型 第一节：水轮机机组台数及型号的选择 1.1.1 原始资料 最大水头=58m，平均水头=55m，设计水头=54m，最小水头=52m,电站总装机容量22万kW，年利用小时数4500h，保证出力6.5万kW。电站建成后将承担峰荷部分基荷，本电站有调相任务。

水轮机课程设计

摘 要 ............................................................ 2 1 水轮机选型设计 .................................................... 2 1.1已知参数 ......................................................... 2 1.2水轮机型号的选择 ................................................. 2 1.3 水轮机基本参数的计算............................................. 5 1.4检验水轮机的工作范围 ............................................. 6 1.5水轮机综合特性曲线绘制 ........................................... 7 1.5.1 等效率曲线的绘制............................................ 7 1.5.2出力线的绘制 ................................................ 9 1.5.3等吸出高度线的绘制 .......................................... 9 2蜗壳的选择计算 .................................... 错误！未定义书签。 2.1进口断面计算 .................................... 错误！未定义书签。 2.2采用直线绘制蜗壳其余各断面顶角连接线 ............ 错误！未定义书签。 2.3用图解法求出积分? i b r r dr r r b ) (值S 的变化规律 .......... 错误！未定义书签。 2.4绘制i ?=)(r f 曲线................................................. 13 2.5绘制蜗壳各节断面图与平面图 ...................................... 14 3尾水管水力计算 .................................................... 15 3.1尾水管的深度 .................................................... 15 3.2进口锥管的计算 .................................................. 15 3.3肘管型式 ........................................................ 15 3.4水平长度 ........................................................ 15 3.5出口扩散段 ...................................................... 15 4 总结与体会 ....................................................... 16 5附录 .............................................................. 17 参考文献 .. (19)

轴流式水轮机的结构

轴流式水轮机的结构 一、概述 轴流式水轮机与混流式水轮一样属于反击式水轮机，由于水流进入转轮和离开转轮均是轴向的，故称为轴流式水轮机。轴流式水轮机又分为轴流定桨式和轴流转桨式两种。轴流式水轮机用于开发较低水头，较大流量的水利资源。它的比转速大于混流式水轮机，属于高比转速水轮机。在低水头条件下，轴流式水轮机与混流式水轮机相比较具有较明显的优点，当它们使用水头和出力相同时，轴流式水轮机由于过流能力大（图2-15），可以采用较小的转轮直径和较高的转速，从而缩小了机组尺寸，降低了投资。当两者具有相同的直径并使用在同一水头时，轴流式水轮机能发出更多的效率。 特别是轴流转桨式水轮机，由于转轮叶片和导叶随着工况的变化形成最优的协联关系，提高了水轮机的平均效率，扩大了运行范围，获得了稳定的运行特性，更是值得广泛使用的一种机型。 图2-15 轴流式水轮机 1—1— 1—转轮接力器活塞；2—转轮体；3—转臂；4—叶片；5—叶

图2-16所示是轴流转桨式水轮机的结构图。它的工作过程和混流式水轮机基本相同。水流经压力水管、蜗壳、座环、导叶、转轮、尾水管到下游。与混流式水轮机所不同的是负荷变化时，它不但调节导叶转动，同时还调节转轮叶片，使其与导叶转动保持某种协联关系，以保持水轮机在高效区运行。 轴流式水轮机转轮位于转轮室内，轴流式水轮机转轮主要由转轮体、叶片、泄水锥等部件组成。轴流转桨式水轮机转轮还有一套叶片操作机构和密封装置。 转轮体上部与主轴连接，下部连接泄水锥，在转轮体的四周放置悬臂式叶片。在转桨式水轮机的转轮体内部装有叶片转动机构，在叶片与转轮体之间安装着转轮密封装置，用来止油和止水。 轴流式水轮机广泛应用于平原河流上的低水头电站，应用水头范围为3～55m ，目前最大应用水头不超过70m 。限制轴流式水轮机最大应用水头的原因是空化和强度两方面的条件。由于轴流式水轮机的过流能力大。单位流量11Q 和单位转速11n 都比较大，转轮中水流的相对流速比相同直径的混流式转轮中的高，所以它具有较大的空化系数σ。在相同水头下，轴流式水轮机转轮由于叶片数少，叶片单位面积上所承受的压差较混流式的大，叶片正背面的平均压差较混流式的大，所以它的空化性能较混流式的差。因此，在同样水头条件下，轴流式水轮机比混流式水轮机具有更小的吸出高度和更深的开挖量。随着应用水头的增加，将会使电站的投资大量增加，从而限制了轴流式水轮机的最大应用水头。另一方面是由于轴流式水轮机叶片数较少，叶片呈悬臂形式，所以强度条件较差。当使用水头增高时，为了保证足够的强度，就必须增加叶片数和叶片的厚度，为了能够方便地布置下叶片和转动机构，转轮的轮毂比 1D dh d h =，亦要随之增大，这些措施将减少转轮流道的过流断面面积，使得单位流量11Q 下降。当达到某一水头时，轴流式水轮机的单位流量甚至比混流式水轮机的还要小。这种情况也限制了混流式水轮机应用水头的提高。但随着科学技术的发展，相信轴流式水轮机的应用水头会进一步提高。 二、转轮体

水轮机课程设计(完整版)

课程设计说明书设计题目：水轮机选型 学生姓名： 学号： 班级： 完成日期： 指导教师（签字）：44

一、课程设计的目的和任务 1、目的：通过水轮机的课程设计，将各种水轮机的性能参数整理并绘制成不同形式的曲线，它是与水轮机课程教学相辅助的一个理论学习的环节，也是课程教学中一个必不可少的环节。通过水轮机课本章节的相关理论知识的学习后，再通过课程设计的环节以达到巩固和加强理论知识的目的，进一步培养学生独立思考、严谨工作的能力；此外，通过课程设计更进一步掌握造型、设计、参数等程序内容，提高了学生查阅资料和动手实践的能力。 2、课程设计的任务：通过所给的原始资料，根据要求明确水轮机的基本工作参数（包括水头H、流量Q、转速n、效率 、出力P、吸出高度H S、转轮直径D、水轮机型号、机组台数、装置方式等），整理并绘制成不同形式的曲线，即获得水轮机的特性曲线图。 二、电站基本参数 （1）电站总装机容量： 900 MW （2）电站装机台数： 6台 （3）电机容量： 150 MW （4）下游尾水位：▽80m （5）水轮机工作水头： 最大工作水头(Hmax)： 81.5m 最小工作水头(Hmin)： 45.5m 设计工作水头(Hd)： 63.5m 加全平均工作水头(Hw)： 57.8m (6) 机组运行特点：调峰

（7）电站水质良好 三、水轮机的简介 水轮机是一种将河流中蕴藏的水能转换成旋转机械能的原动机，当水流流过水轮机时，通过主轴带动发电机，将旋转机械能转换成电能。与发电机连接成的整体称为水轮发电机组，它是水电站的主要设备部分。水电站是借助水工建筑物和机电设备将水能转换成为电能的企业，在未来，水能资源的开发和利用将成为资源开发利用的主导能源，所以，水轮机的设计开发对我国水能资源的开发起到很大的推进作用。水轮机大致分为两大类：反击式水轮机和冲击式水轮机； 反击式水轮机： 转轮利用水流的压力能和动能做工的水轮机称为反击式水轮机。其特征是：压力水流充满水轮机的整个流道，水流流经转轮叶片时，受叶片的作用面改变压力、流速的大小和方向，同时水流在转轮叶片正反面产生压力差，对转轮产生反作用力，形成旋转力矩使转轮旋转。主要包括混流式、轴流式、斜流式和贯流式四种类型水轮机。 冲击式水轮机： 转轮只利用水流动能作功的水轮机称为冲击式水轮机。其特征是：有压水流先经过喷嘴形成高速自由射流，将压能转换成动能，并冲击转轮旋转。水流只冲击部分转轮，水流是不充满水轮机的整个流道的，转轮只是部分进水，转轮在大气压的作用下工作。所以叶片一般做成斗叶状。主要包括水斗式（切击式）、斜击式和双击式。 水轮机主要类型归纳如下：