1、河北工程大学毕业设计1毕业设计水轮机选型毕业设计及 solidworks 建立转轮模型河北工程大学毕业设计2任务书设计原始资料一、 电站地理位置：位于华北地区。电站所在地海拔高程约 800 m 。二、 枢纽任务：发电为主。三、 总装机容量：P 总=2500MW 保证出力：500MW四、 水轮机工作水头最大水头 Hmax=100m 平均水头 Hav=90m设计水头 Hr=94m 最小水头 Hmin80.0任务与要求一 水轮机部分水轮机型号选择。应用主要综合特性曲线初步拟订待选方案。通过初步分析比较淘汰明显不合理的方案，保留两个较好方案精选。精选过程进行两个方案的动能经济比较。绘制运行特性曲线，进
2、行机电设备的投资估算及土建工程比较5确定最佳方案。并对其进行如下计算：水轮机飞逸转速；轴向力；导叶高程，导叶最大及最优开度；蜗壳水力计算及单线图；尾水管型式选择及单线图和主要剖面图的绘制；对水轮机结构的特殊要求。二、绘制水轮机的运转综合特性曲线；对发电机的型号进行选择；三、进行蜗壳，尾水管的水力计算；四、利用 Solidworks 建立转轮的几何模型。五、计算书和说明书分别编写设计计算书和设计说明书各一分。计算书要求计算准确，层次清晰，公式和系数选择要求正确合理并标明依据。说明书要论证充分正确，结论清楚。书写字迹工整。 ，图纸要符合标准，要求选择一张用计算机绘制。说明书附英文标题与摘要。河北工
3、程大学毕业设计3摘要本设计着重阐述了水轮机型号的选择，电机型号的选择，及利用 Solidworks 建立几何模型。水轮机选型设计部分：依据原始资料初步确定机组的台数和机型，从而形成了四种设计方案，然后对四种方案的技术参数进行计算和比较，精选出两种方案作为备选方案；同过绘制两个方案的综合运转特性曲线和等吸出高度线，进行比较后确定一个方案作为设计的最终方案，然后，算出所确定方案的蜗壳和尾水管参数。第三部分是确定电站发电机的型号，经过第一部分的数据计算发电机各个参数，由所计算的参数进行选型。第四部分是利用 Solidworks 建立几何模型。关键词：水轮机，蜗壳，尾水管，发电机，Solidworks
4、,几何模型。河北工程大学毕业设计4ABSTRACTThis design emphatically expounds the model selection of hydraulic turbine generator auxiliary equipment，and use Solid works to establish the geometric models of the runner. Selection and design of turbine parts ： the original basis for the initial units to determine the num
5、ber and type of Taiwan, thus the four designs, and then the four programs of technical parameters were calculated and compared. namely, the two programs as options; Drawing off with two programs integrated operating characteristic curve and such a high level of absorption lines, After comparing a pr
6、ogram to determine the final design of the program, and then calculated by determining program scroll and a scroll parameters.The third part is to determine the generator system.Calculation of various equipment and choose the generator. The fourth part is use Solid works to establish the geometric m
7、odels of the runner. Keywords: turbine, scroll, draft tube, generator, the geometric mode河北工程大学毕业设计5目录任务书 .1摘要 .2ABSTRACT .3第一章 绪论 .61.1 水轮机 .61.2 发电机 .61.3 Solidworks.7第二章 水轮机选型 .92.1 概述 .92.2 水轮机型号及装机台数的选择 .92.2.1 水轮机型号的选择 .92.2.2 水轮机装机台数的选择 .92.2.3 初选方案的拟定 .102.3 各初选方案原型水轮机参数的计算 .102.3.1 方案一各技术参数
8、的计算 .102.3.2 方案二各技术参数的计算 .132.3.3 方案三各技术参数的计算 .152.3.4 方案四各技术参数的计算 .182.3.5 各方案技术参数列表 .212.4 精选方案的确定及其参数的计算 .212.4.1 精选方案的确定： .212.4.2 精选方案综合特性曲线的绘制 .212.4.3 投资估算 .292.5 蜗壳的水力计算 .322.5.1 蜗壳形式的确定 .322.5.2 金属蜗壳设计 .322.6 尾水管的水力设计 .372.6.1 尾水管型式的选择 .372.6.2 尾水管各部分尺寸的计算 .372.6.3 尾水管单线图 .38第三章 发电机的型号选择 .3
9、93.1 发电机的计算参数 .393.2 选择发电机的型式及冷却方式 .393.3 发电机的主要尺寸 .393.4 发电机外形尺寸计算 .403.4.1 平面尺寸计算 .403.4.2 轴向尺寸计算 .413.5 发电机重量估算 .423.6 发电机计算结果 .42第四章 利用 solidworks 建立转轮模型 .444.1 solidworks 介绍 .444.2 利用 solidworks 建立风扇零件模型 .45河北工程大学毕业设计64.2.1 风扇下盖的建立 .454.2.2 风扇上盖的建立 .474.2.3 风扇叶片的建立 .474.2.4 利用 solidworks 建立风扇装配
10、体模型 .484.3 利用 solidworks 建立水轮机轴流式转轮模型 .494.3.1 转轮叶片的建立 .494.3.2 泄水锥的建立 .504.3.3 利用 solidworks 建立轴流式转轮装配体模型 .50结 论 .51参考文献 .52致 谢 .53河北工程大学毕业设计7第一章 绪论1.1 水轮机水 轮 机 是 一 种 把 河 流 中 蕴 藏 的 能 量 转 换 为 旋 转 机 械 能 的 原 动 机 。 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 。水 轮 机 是 将 水 能 转 换 为 机 械 能 的 机
11、械 ， 它 的 基 本 部 件 即 对 量 的 转 换 有 直 接 的 影响 的 过 流 部 件 ， 是 绝 大 多 数 水 轮 机 普 遍 具 有 的 部 件 。 近 代 水 轮 机 一 般 都 具 有 四 个 基本 过 流 部 分 ， 它 们 分 别 为 ： 引 导 并 集 中 水 流 流 入 转 轮 的 饮 水 部 分 称 为 引 水 部 件 ； 使流 入 转 轮 的 水 具 有 所 需 的 速 度 和 大 小 的 导 向 部 分 称 为 导 水 部 件 ； 把 引 入 水 流 的 水能 转 换 为 转 动 机 械 能 的 能 量 转 换 部 分 称 为 工 作 部 件 （ 转 轮 ）
12、； 将 转 轮 流 出 的 水 引 向下 游 并 利 用 其 余 能 的 泄 水 部 分 称 为 泄 水 部 分 。 对 不 同 类 型 的 水 轮 机 ， 上 述 四 个 重 要部 件 在 形 式 上 都 具 有 各 自 的 特 点 。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
13、 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 。冲 击 式 水 轮 机 按 水 流 的 流 向 可 分 为 切 击 式 (又 称 水 斗 式 )和 斜 击 式 两 类 。 斜 击 式水 轮 机 的 结 构 与 水 斗 式 水 轮 机 基 本 相 同 ， 只 是 射 流 方 向 有 一 个 倾 角 ， 只 用 于 小 型 机组 。反 击 式 水 轮 机 可 分 为 混 流 式 、 轴 流 式 、 斜 流 式 和 贯 流 式 。 在 混 流 式 水 轮 机 中 ，水 流 径 向 进 入 导 水 机 构 ， 轴 向 流
14、 出 转 轮 ； 在 轴 流 式 水 轮 机 中 ， 水 流 径 向 进 入 导 叶 ，轴 向 进 入 和 流 出 转 轮 ； 在 斜 流 式 水 轮 机 中 ， 水 流 径 向 进 入 导 叶 而 以 倾 斜 于 主 轴 某 一角 度 的 方 向 流 进 转 轮 ， 或 以 倾 斜 于 主 轴 的 方 向 流 进 导 叶 和 转 轮 ； 在 贯 流 式 水 轮 机 中 ，水 流 沿 轴 向 流 进 导 叶 和 转 轮 。在 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 ，
15、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 。 反 击 式 水 轮 机 都 设 有 尾 水 管 ， 其 作 用 是 ： 回 收 转 轮 出 口 处 水 流 的 动 能 ； 把 水 流排 向 下 游 ； 当 转 轮 的 安 装 位 置 高 于 下 游 水 位 时 ， 将 此 位 能 转 化 为 压 力 能 予 以 回 收 。对 于 低 水 头 大 流 量 的 水 轮 机 ， 转 轮 的 出 口 动 能 相 对 较 大 ， 尾 水 管
16、 的 回 收 性 能 对 水 轮机 的 效 率 有 显 著 影 响 。1.2 发电机水 轮 发 电 机 是 指 以 水 轮 机 为 原 动 机 将 水 能 转 化 为 电 能 的 发 电 机 。 水 流 经 过 水 轮机 时 ， 将 水 能 转 换 成 机 械 能 ， 水 轮 机 的 转 轴 又 带 动 发 电 机 的 转 子 ， 将 机 械 能 转 换成 电 能 而 输 出 。 是 水 电 站 生 产 电 能 的 主 要 动 力 设 备 。河北工程大学毕业设计8水 轮 发 电 机 由 水 轮 机 驱 动 。 它 的 转 子 短 粗 ， 机 组 的 起 动 、 并 网 所 需 时 间 较 短
17、，运 行 调 度 灵 活 ， 除 一 般 发 电 外 ， 特 别 宜 于 作 为 调 峰 机 组 和 事 故 备 用 机 组 。 水 轮 发电 机 组 的 最 大 容 量 已 达 80 万 千 瓦 。水 轮 发 电 机 按 轴 线 位 置 可 分 为 立 式 与 卧 式 两 类 。 大 中 型 机 组 一 般 采 用 立 式 布 置 ，卧 式 布 置 通 常 用 于 小 型 机 组 和 贯 流 式 机 组 。 立 式 水 轮 发 电 机 按 导 轴 承 支 持 方 式 又分 为 悬 式 和 伞 式 两 种 。 伞 式 水 轮 发 电 机 按 导 轴 承 位 于 上 下 机 架 的 不 同 位
18、置 又 分 为 普通 伞 式 、 半 伞 式 和 全 伞 式 。 悬 式 水 轮 发 电 机 的 稳 定 性 比 伞 式 好 ， 推 力 轴 承 小 ， 损耗 小 ， 安 装 维 护 方 便 ， 但 钢 材 耗 量 多 。 伞 式 机 组 总 高 度 低 ， 可 降 低 水 电 站 厂 房 高度 。 卧 式 水 轮 发 电 机 一 般 用 于 转 速 大 于 375r/min 的 情 况 ， 以 及 一 些 小 容 量 电 站水 轮 发 电 机 由 转 子 、 定 子 、 机 架 、 推 力 轴 承 、 导 轴 承 、 冷 却 器 、 制 动 器 等 主要 部 件 组 成 。 定 子 主 要
19、由 机 座 、 铁 芯 和 绕 组 等 部 件 组 成 。 定 子 铁 芯 用 冷 轧 硅 钢 片叠 成 ， 按 制 造 和 运 输 条 件 可 做 成 整 体 和 分 瓣 结 构 。 水 轮 发 电 机 冷 却 方 式 一 般 采 用 密闭 循 环 空 气 冷 却 。 特 大 容 量 机 组 倾 向 于 以 水 作 为 冷 却 介 质 ， 直 接 冷 却 定 子 。 如 同时 冷 却 定 子 和 转 子 则 为 双 水 内 冷 水 轮 发 电 机 组 。水 轮 发 电 机 如 今 的 发 展 趋 势 主 要 为 提 高 水 轮 发 电 机 的 单 机 容 量 向 巨 型 机 组 发 展 ，为
20、 了 提 高 其 可 靠 性 和 耐 久 性 ， 在 结 构 上 采 用 不 少 新 技 术 。 随 着 发 电 电 动 机 容 量 增 大转 速 增 高 ， 机 组 的 推 力 负 荷 及 起 动 转 矩 也 在 增 加 。 用 了 磁 推 力 轴 承 后 ， 推 力 负 荷 由于 加 上 了 与 重 力 反 方 向 的 磁 吸 引 力 ， 从 而 减 少 了 推 力 轴 承 的 荷 载 ,减 小 了 轴 面 阻 力损 失 ,降 低 了 轴 承 温 度 和 提 高 了 机 组 效 率 ， 起 动 阻 力 矩 也 减 小 。1.3 SolidworksSolidWorks 为 达 索 系 统
21、（ Dassault Systemes S.A） 下 的 子 公 司 ， 专 门 负 责 研 发与 销 售 机 械 设 计 软 件 的 视 窗 产 品 Solidworks 有 功 能 强 大 、 易 学 易 用 和 技 术 创 新 三大 特 点 ， 这 使 得 SolidWorks 成 为 领 先 的 、 主 流 的 三 维 CAD 解 决 方 案 。SolidWorks 能 够 提 供 不 同 的 设 计 方 案 、 减 少 设 计 过 程 中 的 错 误 以 及 提 高 产 品 质 量 。SolidWorks 不 仅 提 供 如 此 强 大 的 功 能 ， 而 且 对 每 个 工 程 师
22、 和 设 计 者 来 说 ， 操 作 简 单方 便 、 易 学 易 用 。在 石 油 、 化 工 、 冶 金 、 矿 山 、 电 站 等 众 多 行 业 中 ， 各 类 机 械 设 备 在 进 行 油 类 介质 的 转 输 、 增 压 、 燃 油 喷 射 以 及 大 型 机 械 设 备 的 润 滑 系 统 在 进 行 稀 油 循 环 和 输 送 润滑 油 的 过 程 中 ， 转 轮 、 不 可 或 缺 的 动 力 元 件 。 齿 轮 泵 具 有 尺 寸 小 ， 重 量 轻 ， 自 吸 性能 好 ， 结 构 简 单 ， 工 艺 性 好 ， 使 用 时 工 作 可 靠 ， 耐 冲 击 性 强 ，
23、维 护 修 理 方 便 和 价 格便 宜 等 优 点 ， 因 此 Solidworks 得 到 了 广 泛 的 应 用 。SolidWorks 是一套基于 Windows 的 CAD/CAM/CAE/PDM 桌面集成系统，是由美国 SolidWorks 公司在总结和继承了大型机械 CAD 软件的基础上，在 Windows 的环境下实现的第一个机械三维设计软件，于 1995 年 11 月研制成功，其技术基于先进的河北工程大学毕业设计9Parasolid 内核34 。SolidWorks 之所以成为领先的、主流的三维 CAD 解决方案，主要是基于如下几方面的突出优点:(1)友好高效的三维 CAD
24、系统SolidWorks 是微机平台上的高级三维 CAD 软件，运行于 Windows 环境中，它提供了强大的设计功能和易学易用的操作方法，使得整个产品成为百分之百可特征造型，百分之百参数化，百分之百可修改。(2)协同工作性能SolidWorks 提供了技术先进的工具，设计者之间可以通过互联网协同合作，可通过 eDrawings 方便的共享 CAD 文件，可用 3D Meeting 通过互联网实时的协同工作，用户可通过 3D Content Central 在线资源库下载自己所需的零部件。(3)全相关的数据管理SolidWorks 包括三部分:零部件设计、装配设计及二维绘图，三部分相互关联，工
25、程师可以在设计的各个阶段修改，部分修改系统会自动的进行全局修改。(4)良好的二次开发性和功能扩充性SolidWorks 具有很好的二次开发性能，其公司与世界许多著名的软件开发公司保持着良好的合作伙伴关系。SolidWorks 支持 COM/OLE 标准，具有良好的扩展性，软件开发人员可根据企业需求编制出相应的应用程序，这也正是本文选用 SolidWorks 作为开发平台的一个重要原因。河北工程大学毕业设计10第二章 水轮机选型2.1 概述（1） 、 电站地理位置：位于华北地区。电站所在地海拔高程约 800 m 。（2） 、 枢纽任务：发电为主。（3） 、 总装机容量：P 总 =2500MW 保
26、证出力：500MW（4） 、 水轮机工作水头最大水头 Hmax=100m 平均水头 Hav=90m设计水头 Hr=94m 最小水头 Hmin80.02.2 水轮机型号及装机台数的选择2.2.1 水轮机型号的选择考虑到本电站的工作水头 Hmax=100,Hr=94,Hmin=80。查水轮机第 157 页知：在此水头范围内可以采用的水轮机类型有斜流式和混流式。经斜流式水轮机和混流式水轮机的比较，查水轮机第 313 页知：符合此水头下的水轮机型号有:HL180/D06A 水头范围 110150m、HL180/A194 水头范围 110150m、HL240/D41 水头范围 70105m、HL220/
27、A153 水头范围 90125 四种。 把两种型号的型谱参数代入比转速公式（水轮机P162，66）式计算水轮机的比转速： )(186209420kwmHnrs 查水轮机P313 附表 1 比较其比转速基本符合 HL180/D06A 和 HL180/A194 两个机型，故最终确定水轮机的型号为 HL180/D06A 和 HL180/A194 型。其基本参数如下表：表 2-1 两种型号水轮机的参数2.2.2 水轮机装机台数的选择由于电站以发电为主平时电站主要担任基荷，枯水期担任峰荷或腰荷。系统里的单机容量不能超过系统总容量的 1/3，且对可靠性要求较高。考虑到机组台数对工程建设费用的影响、机组台数对电厂运行效率的影响、机组台数对电厂运行维护的影响、机组台数对设备制造，运输及安装的影响、机组台数对对电力系统的影响和机组台数参数型号导叶相对高度 10Db最优单位转速 )min(10r最优单位流量 )(10slQ模型空化系数 MHL180/D06A 0.225 69 690 0.048HL180/A194 0.2 70 650 0.06
