貫流水輪機選型及結(jié)構(gòu)設(shè)計開題報告

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）</b></p><p><b>　　開 題 報 告</b></p><p>　　題 目 貫流水輪機 </p><p>　　選型及結(jié)構(gòu)設(shè)計 </p><p>　　專 業(yè) 熱能與動力工程 </p><p&

2、gt;　　班 級 </p><p>　　學(xué) 生 ** </p><p>　　指導(dǎo)教師 *** 教授 </p><p>　　一、畢業(yè)設(shè)計的課題來源、類型</p><p>　　依據(jù)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，且根據(jù)畢業(yè)設(shè)計選題的具體原則，我選擇了畢業(yè)設(shè)計的題目——貫流水輪機選型及結(jié)構(gòu)設(shè)計。

3、貫流式水輪機通常采用臥軸式布置，從流道進口到尾水管出口，水流沿軸向幾乎呈直線流動，避免了水流拐彎形成的流速分布不均導(dǎo)致的水流損失和流態(tài)變壞，水流平順，水力損失小，尾水管恢復(fù)性能好，水力效率高。因此，對于25m以下的低水頭水電開發(fā)，優(yōu)先選擇貫流機組。本課題來源于貫流水輪機電站的資料。本課題根據(jù)實際需要，課題來源為實際工程；課題類型屬于工程設(shè)計類型。</p><p>　　二、選題的目的和意義</p>&

4、lt;p>　　畢業(yè)設(shè)計是學(xué)生綜合應(yīng)用在校所學(xué)知識，結(jié)合工程實際，進行一次系統(tǒng)的解決工程實際問題的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，也是完成工程師基本訓(xùn)練的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。通過對貫流式水輪機選型及結(jié)構(gòu)設(shè)計，以達到以下目的：</p><p>　　鞏固加深所學(xué)專業(yè)知識，擴大專業(yè)知識面，使所學(xué)知識系統(tǒng)化。</p><p>　　培養(yǎng)學(xué)生運用所學(xué)知識解決實際工程問題的能力，要求學(xué)生掌握基本的設(shè)計原則、設(shè)計方法和步驟

5、。</p><p>　　培養(yǎng)學(xué)生獨立思考的工作能力，通過畢業(yè)設(shè)計加強文獻查閱、外文翻譯、設(shè)計計算、繪圖、編寫設(shè)計報告、使用規(guī)范手冊以及計算機應(yīng)用能力的培養(yǎng)。</p><p>　　使學(xué)生熟練掌握工程中常用的輔助設(shè)計軟件：AutoCAD繪圖。</p><p>　　通過設(shè)計對專業(yè)知識有更近一步的理解，同時可以將大學(xué)幾年所學(xué)到的知識融會貫通，理論與實際相結(jié)合，進一步提高設(shè)計

6、能力，為將來去工作崗位打下良好的基礎(chǔ)。</p><p>　　三、本課題在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　水力資源在我國能源組成中占有重要的地位，它不僅是清潔能源，而且是可在生能源。我國的水力資源非常豐富。據(jù)水利水電規(guī)劃設(shè)計總院主編的《中國大中型水電站規(guī)劃圖集》統(tǒng)計，全國可開發(fā)的裝機容量2

7、5MW以上的大中型水電站就有1300多座，總裝機容量達4.0463億千瓦。截止2005年年底，我國已開發(fā)和正在開發(fā)的裝機總?cè)萘繛?.3098億千瓦，約占經(jīng)濟可開發(fā)容量的三分之一?？梢?，我國水電設(shè)備行業(yè)市場發(fā)展前景非常廣闊。目前我國水能開發(fā)利用約占可開發(fā)量的四分之一，低于發(fā)達國家60%的平均水平，我國水電開發(fā)利用還用很大潛力。</p><p>　　我國江河具有豐富的低水頭水利資源，該資源一般均處于江河中下游得經(jīng)濟發(fā)

8、達地區(qū)，20世紀(jì)90年代以后，這些地區(qū)經(jīng)濟迅速發(fā)展，用電需求增速飛快。據(jù)有關(guān)資料的不完全統(tǒng)計，我國江河低水頭的水力資源，僅10m以下貫流式水電機組，規(guī)劃容量就達20000MW，占我國水電資源的5%。此外，我國大陸和島嶼海岸線蘊藏著巨大的海洋潮汐能資源，可開發(fā)量超過21000MW，尚未進行規(guī)模開發(fā)。以上數(shù)據(jù)說明，我國低水頭水能資源蘊藏量巨大，貫流式水輪機應(yīng)用前景廣闊，需求巨大。</p><p>　　貫流式水輪機的結(jié)

9、構(gòu)特點與優(yōu)勢</p><p>　　貫流式水輪機的流道形式和軸流式水輪機不同，為保證向?qū)畽C構(gòu)均勻供水和形成必要的環(huán)量，保證導(dǎo)葉較平滑繞流，軸流式水輪機需設(shè)置蝸殼，其流道由蝸殼、導(dǎo)水機構(gòu)和彎肘型尾水管組成。貫流式水輪機沒有蝸殼，流道由圓錐形導(dǎo)水機構(gòu)和直錐擴散形尾水管組成。通常采用臥軸式布置，從流道進口到尾水管出口，水流沿軸向幾乎呈直線流動，避免了水流拐彎形成的流速分布不均導(dǎo)致的水流損失和流態(tài)變壞，水流平順，水力損失

10、小，尾水管恢復(fù)性能好，水力效率高。大型貫流機組幾乎都是燈泡機組，中小型多采用軸伸式、豎井式等形式。</p><p>　　經(jīng)過40余年的研究與實踐，我國對貫流機組設(shè)備開發(fā)、研制以及貫流水電站設(shè)計和運行技術(shù)都取得了很大的發(fā)展和成就。對于25m以下的低水頭水電開發(fā)，優(yōu)先選擇貫流機組。</p><p>　　貫流式水輪機具有以下優(yōu)點：</p><p>　　電站從進水到出水方向

11、基本上是軸向貫通。燈泡貫流式水電站的進水管和出水管都不拐彎，形狀簡單，過流通道的水力損失減少，水輪機效率高，施工方便。</p><p>　　貫流式水輪機具有較高的過流能力和大的比轉(zhuǎn)速，所以在水頭和功率相同的條件下，貫流式水輪機直徑要比轉(zhuǎn)槳式小10%左右，整個機組的重量可減輕約25％。</p><p>　　貫流式水電站的機組結(jié)構(gòu)緊湊，與同一規(guī)格的轉(zhuǎn)槳式機組相比，其尺寸較小，可布置在壩體內(nèi)，取

12、消了復(fù)雜的引水系統(tǒng)，減少廠房的建筑面積，減少電站的開挖量和混凝土量.貫流式機組設(shè)備運輸和安裝重量較輕，施工和設(shè)備安裝方便，可縮短工期，實現(xiàn)提前發(fā)電。</p><p>　　貫流式水輪機適合作可逆式水泵水輪機運行，由于進出水流道沒有急轉(zhuǎn)彎，使水泵工況和水輪機工況均能獲得較好的水力性能。適合綜合利用低水頭水能資源。</p><p>　　貫流式水電站一般比立軸的軸流式水電站建設(shè)周期短，投資小，收效

13、快，淹沒移民少，電站靠近城鎮(zhèn)，有利于發(fā)揮地方興建電站的積極性。</p><p>　　從電站綜合投資來看，同水頭、同容量的軸流轉(zhuǎn)漿機組與燈泡貫流機組電站相比，軸流轉(zhuǎn)漿機組電站投資要高10%-25%，年發(fā)電量可增加約3%-5%。小型水電站采用貫流式機組與立式軸流機組比較，也可節(jié)省投資約10%-20%.可以說，在開發(fā)低水頭水力資源時采用貫流式水輪發(fā)電機組具有很大的優(yōu)勢和先進性。</p><p>

14、　　國內(nèi)外貫流式水輪機的發(fā)展歷史與應(yīng)用現(xiàn)狀</p><p>　　世界上第一臺貫流式水輪發(fā)電機是全貫流式水輪機，由瑞士愛舍維斯公司于1937年制造，并安裝在德國的萊茵河上。單機容量．為1753kW，轉(zhuǎn)輪直徑為2．05m。</p><p>　　20世紀(jì)60年代，因西方能源危機轉(zhuǎn)而進入重視開發(fā)低水頭電站的時期，燈泡貫流式機組便顯示出了強大的生命力。1966年由法國奈爾皮克公司制造的機組，安裝在法

15、國羅訥河的皮坡爾·貝尼特電站上，單機出力為20MW，轉(zhuǎn)輪直徑為6.25m，水頭為8m，標(biāo)志著燈泡貫流式機組技術(shù)已經(jīng)成熟。貫流機組技術(shù)在1960～1990年的發(fā)展最為迅猛。這一時期投入運行的貫流機組，最大單機容量達65.8MW(燈泡貫流，日本只見)，最大水輪機轉(zhuǎn)輪直徑達8.2m(豎井貫流，美國墨累)，最高工作水頭達22.45m(燈泡貫流，日本新鄉(xiāng)第二)。</p><p>　　我國從20世紀(jì)60年代開始貫流

16、式水輪機的研究和應(yīng)用，到20世紀(jì)80年代，貫流機組技術(shù)及其應(yīng)用取得突破性的進展，1983年引進設(shè)備的第一座大型燈泡貫流機組電站一湖南馬跡塘水電站建成，1984年自主開發(fā)的廣東白垢電站轉(zhuǎn)輪直徑5.5m，單機容量10MW燈泡貫流機組投運，標(biāo)志著具備自行開發(fā)研制大型貫流機組設(shè)備的能力。貫流式水輪機的應(yīng)用研究和運行技術(shù)也獲得了發(fā)展，積累了經(jīng)驗。最近20年來，相繼開發(fā)建成引進設(shè)備、技術(shù)合作或自行裝備的大型燈泡貫流機組電站數(shù)十座。其中洪江水電站最大

17、工作水頭27.3m，單機容量45MW，是目前世界上應(yīng)用水頭最高、國內(nèi)單機容量最大的燈泡貫流機組。。國內(nèi)已運行的燈泡貫流式水輪機最大轉(zhuǎn)輪直徑已達7.5m。目前規(guī)劃或在建的貫流式水電站遍布全國各地，廣西長洲水電站裝機15臺，總裝機容量達621.3MW。。在黃河干流上已建或在建的貫流式電站有青海尼那電站，寧夏沙坡頭電站，甘肅柴家峽電站，青海直崗拉卡電站等。尼那電站是我國海拔最高的大型燈泡貫流機組電站，沙坡頭則是應(yīng)用于高含沙水流的第一座大型燈泡

18、貫流機組電站，各具特色，為貫流式水電站的開發(fā)提供了新的經(jīng)驗。</p><p>　　貫流式水輪機的發(fā)展前景</p><p>　　我國適用于貫流式水輪機開發(fā)的低水頭水能資源蘊藏量巨大，貫流式水輪機應(yīng)用前景廣闊，需求巨大。經(jīng)過40多年的研究與實踐，國內(nèi)貫流式水輪機的設(shè)計制造能力有了巨大的提高。但從目前來說，貫流式水輪機的發(fā)展仍存在一些問題。首先，設(shè)備技術(shù)和機組供給能力不足，許多大型或高技術(shù)含量的

19、機組設(shè)備仍需從外國進口。國內(nèi)產(chǎn)品同進口產(chǎn)品相比，在性能和損耗上仍有明顯差別。其次，已有的性能較好的轉(zhuǎn)輪模型數(shù)較少，同時自主開發(fā)的轉(zhuǎn)輪模型數(shù)量少，其開發(fā)仍處于國外模型轉(zhuǎn)輪的復(fù)制復(fù)試階段，仍需繼續(xù)完善，特別是進行25-35m水頭段模型轉(zhuǎn)輪的開發(fā)。再次，隨著計算機和軟件技術(shù)的發(fā)展，采用各種CFD技術(shù)對貫流式水輪機過流部件進行流場數(shù)值模擬的研究很多，但流場實測數(shù)據(jù)較少。在今后的工作在應(yīng)加強這方面的研究。最后，大型貫流式水輪機的機組結(jié)構(gòu)設(shè)計﹑制造

20、與安裝等方面的一些關(guān)鍵技術(shù)，如水輪機的支撐結(jié)構(gòu)﹑軸系的分析計算﹑機組的剛度及振動特性的評估與優(yōu)化﹑大型機組的安裝技術(shù)﹑制造工藝的研究等，需進一步進行研究和完善。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　劉大愷,水輪機（第三版）.中國水利水電出版社.河海大學(xué).1996.12.</p><p>　　梁章堂,胡斌超.貫流式水

21、輪機的應(yīng)用與技術(shù)發(fā)展探討.中國農(nóng)村水利﹑水電.2005.6.</p><p>　　田樹棠等編著.貫流式水輪發(fā)電機組實用技術(shù)-設(shè)計·施工安裝·檢修-（上下冊）.中國水利水電出版社.2010.8.</p><p>　　李仁年,侯華.貫流式水輪機國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景.水電站機電技術(shù)討論會論文集.2010.</p><p>　　廖偉麗,張海平,梁武科

22、.Auto CAD在水輪機設(shè)計中的應(yīng)用.陜西水力發(fā)電.1995年12月第4期.</p><p>　　劉玉輝.浮動環(huán)式主軸密封在燈泡貫流式水輪機上的應(yīng)用.大電機技術(shù).2008年第三期.</p><p>　　陶紅,姜劍鋒.大中型燈泡貫流式水輪機結(jié)構(gòu)簡介.電站系統(tǒng)工程.2003年11月 第 19卷第16期.</p><p>　　姜茜.日本燈泡貫流式水電機組發(fā)展及技術(shù)特點.

23、東方電氣評論.2009.3.</p><p>　　周斌,萬天虎,李華.燈泡貫流式水輪發(fā)電機組穩(wěn)定性測試與分析.電網(wǎng)與清潔能源.2011.11.</p><p>　　林昌杰,吳沈軍.全貫流水輪發(fā)電機組的輪緣密封.小水電.2005年第一期.</p><p>　　四、本課題的主要研究內(nèi)容。</p><p>　　本次設(shè)計主要內(nèi)容是：</p>

24、;<p>　?。ㄒ唬└鶕?jù)給定基本參數(shù)進行水輪機選型，確定特征尺寸。</p><p>　?。ǘ┩瓿伤x型號水輪機的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計。</p><p>　　1. 根據(jù)水輪機型號和轉(zhuǎn)輪直徑等基本參數(shù)，確定水輪機的主要特征尺寸，對水輪機主要部件進行結(jié)構(gòu)設(shè)計；</p><p>　　2.根據(jù)機組型式和電站基本條件設(shè)計主軸密封和水導(dǎo)軸承；</p><

25、;p>　　3.繪制水輪機總裝配圖及主要部件組裝圖或零件圖。</p><p>　?。ㄈ?dǎo)水機構(gòu)傳動系統(tǒng)設(shè)計。</p><p>　　1.根據(jù)機組的型式進行導(dǎo)水機構(gòu)傳動系統(tǒng)設(shè)計；</p><p>　　2.繪制導(dǎo)水機構(gòu)裝配圖；</p><p>　　（四）對主要零件進行設(shè)計</p><p>　　1.設(shè)計套筒并繪制套筒零件

26、圖</p><p>　　2.設(shè)計主軸并繪制主軸零件圖</p><p><b>　　(五) 外文翻譯</b></p><p>　　五、完成論文的條件和擬采用的手段。</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計論文的完成是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，由學(xué)生獨立完成。本次畢業(yè)設(shè)計中，以學(xué)生為主，導(dǎo)師為輔。導(dǎo)師在一旁指導(dǎo)，學(xué)生獨立的通過查閱各種資料和

27、文獻并結(jié)合自己學(xué)過的專業(yè)課知識完成。在完成過程中由導(dǎo)師監(jiān)督進度，并簽署進度表。首先根據(jù)給定電站基本參數(shù)進行水輪機選型，確定特征尺寸。然后參照《水輪機設(shè)計手冊》將各個部件的尺寸算出來，完成所選型號水輪機的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計。接著進行導(dǎo)水機構(gòu)傳動系統(tǒng)設(shè)計，最終對主要零件進行設(shè)計?？傃b配圖以及其他零件結(jié)構(gòu)圖的繪制都是通過計算機實現(xiàn)的。最后的畢業(yè)設(shè)計論文和獨立翻譯的外文文獻必須根據(jù)要求在電腦中形成電子版，并且打印出來。</p><

28、p>　　六、本課題的進度安排，各階段預(yù)期達到的目標(biāo)</p><p><b>　　七、指導(dǎo)教師意見</b></p><p>　　對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設(shè)計（論文）結(jié)果的預(yù)測：</p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　八、所 在 專 業(yè) 審 查 意 見</p&