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
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水轮机选型时需由水电勘测设计院提供下列原始数据：
1）装机容量、装机台数、单机额定出力Nr、最大出力Nmax和负荷性质；
2）水电站的设计水头Hr，最大水头Hmax，最小水头Hmin，加权平均水头Hcp；3）水电站上下游水位与流量关系曲线，水头、流量过程线或保证率曲线，引水管损失等；
4）水电站的泥沙资料（含沙量、泥沙类别、特性等），水质资料（水温、化学成分、PH值、硬度、含气量等）；
5）水电站厂房形式，引水方式和引水管长度、直径；机组安装高程及允许吸出高度Hs＇；
6）制造厂与水电站间的运输条件、水电站的安装条件（允许最大挖深值等）。
2水轮机选型计算应满足下述基本要求：
1）具有优良的能量指标，所选择的水轮机应能经常运转于高效率区；
2）具有良好的汽蚀性能及工作稳定性，机组的压力脉动要小，调节灵活，安全可靠；
3）尽可能选择较小尺寸的水轮机，如尽量选择比转速较高的水轮机转轮，选择单位转速n11值稍高于最优单位转速n110值，单位流量Q11近于最大单位流量Q11max 值；
4）结构要先进合理，易损零部件能拆卸互换，做到因地制宜；
5）满员运输、安装、检修的要求。
二、反击式水轮机基本参数的选择计算
1根据最大水头及水头变化范围初步选定水轮机的类型和转轮型号。
目前，一般在水头H=3~30m范围内选用贯流式水轮机，H=3~60m范围内选用轴流式水轮机（一般Hmax/Hmin＞2，D≥2.0m时用转桨式），H=20~600m范围内选用混流式水轮机，H=300~1000m范围内选用冲击式水轮机，在相同水头段内可使用不同的机型时，需对它们进行性能、技术经济的初步比较后再选定。对于只给出设计水头的中小型反击式水轮机，其工作水头范围可参考图2-1-1。
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标称直径D1、额定转
速n 、最大吸出高度Hs 。 1） 关于流量的选择、计算：
对混流式和轴流转桨式水轮机，一般取综合特性曲线上最优单位转速的（105%~110%）与5%出力限制线的95%~98%交点处所对应的单位流量Q 11值，对轴流定桨式水轮机按相应105%~110%最优单位转速的最优效率点取单位流量；受挖深限制时根据最大允许Hs 选取单位流量Q 11，其所取单位流量应大于最优单位流量。 对轴流转桨式水轮机，选取原则为： a) 按允许的吸出高度Hs 来选取；
b) 从平均效率、电能产量、装机台数进行经济分析确定Q 11。对径流式电站 应考虑在最大水头和最小水头时均能得到电站保证出力；
c) 从经济性和运行的稳定性着眼，选用的Q 11一般不宜超出型谱表中推荐的 范围。
流 量Q ：由 H Q N p ***=γη水 ? H
N Q p
**=γη水 （2-2-1）
其中：N P ——水轮机额定功率 γ——水的重度（9.81KN/m 3） η水——水轮机效率 单位流量Q 11： H
D Q Q *=
2
111 （2-2-2）
转轮标称直径D 1的计算： 标称直径D 1： ()m H Q N D r
D D
2
/311181.9****=
ηη水 （2-2-3）
其中：N D ——机组额定功率（发电机额定功率）（千瓦）； η水——水轮机效率（0.88~0.93）； ηD ——发电机效率（0.90~0.97）； Hr ——额定水头（米）。 额定转速n 的计算：
利用单位转速n 11j 和水头推算水轮机额定转速：
额定转速n e ： m i n )/(1
11r D H n n r
j e *=
（2-2-4）
其中：n 11j ——原型水轮机计算单位转速，其值在综合特性曲线上选定。 为使水轮机能在大部分运转时间内处于高效率区工作，一般希望对应于平均水头的单位转速接近于最优单位转速，故计算单位转速n 11j 值为：对于轴流转桨式水轮机可选取大于其最优单位转速n 110值的1.05~1.15%；对于混流式水轮机可选取大于其最优单位转速n 110值的1.02~1.1%；其中上限适用于较高比转速混流式水轮机。 根据计算所得转速n e ，取略大的相近的发电机同步转速为水轮机的额定转速n 。发电机同步转速可按下式计算： P
f
n ?=
60 （2-2-5） 其中：f ——周波，我国为50Hz ； P ——发电机磁极对数。 允许吸出高度的计算：
)(2
)(29001010卧式机组立式机组D b H k Hs c -+**-?
-
=σσ （2-2-6） 其中：▽——水轮机位于高出海平面的标高； k σ——汽蚀安全系数；
σc ——临界汽蚀系数；σY ——装置汽蚀系数（σY = k σ*σc ） 式中汽蚀安全系数k σ值的选用可考虑如下情况确定：水中含沙、含汽量大时，或需延长检修周期时k σ可适当取大些；转轮叶片和下环，或转轮室由不锈钢制造时，取k σ≤1.1~1.2；汽蚀局部部位采取抗汽蚀措施时，可取k σ=1.2~1.4；转轮由碳钢制 造时，一般取k
σ=1.4~1.8；对多机组电站k σ值 可取小些；转轮接近其使用水头最大值时k σ 宜取较大值；地下厂房时，可适当取大值。 式中汽蚀系数σ值的选取：一般从模型 综合特性曲线上查取，如果没有则1：可从 图（2-2-1）中查取，对图（2-2-1）亦可用 经验公式（2-2-7）给出：
图（2-2-1）满负荷时汽蚀系数与比转速的关系
()8
.1200000
30+=
s n σ （2-2-7）
2：根据70年代前半期统计的国外水电站水轮机装置汽蚀系数平均值，由下式求出： 对混流式水轮机：641
.11064-??=n s σ （2-2-8） 对轴流式水轮机：641.1104.75-??=n s σ （2-2-9） 3 效率修正
初设时大致修正如下（含尺寸效应）：
真机转轮标称直径在60以下时，修正 -1.5% ~ -2.5%
60~70cm 时，修正 -0.5% ~ -1%
70~100cm 时，修正 1.0~1.5% ，0.5~1.0%（直径小取大值） 100cm 以上时，修正 -0.5% ~ -1% （卧式） 100cm~130cm 时，修正 0% ~ 0.5% （立式）
130cm 以上时，修正 ≥1% （立式） 具体应用公式计算 对混流式水轮机效率的修正值一般按最优工况点计算，其它各工况点一律按此等值修正；而对轴流式水轮机效率的修正值按最优工况点计算，对应各转角ψ的其它各工况点取等值修正。
关于具体的效率问题详见附录一。 4 检查所选水轮机工作范围的合理性
由于所选择的水轮机转轮直径D 1和转速n 都是标准值，经常与计算结果稍有不同。另外，最初计算转轮直径时所取用的效率η也是近似给定的，故必须在综合特性曲线上对所选定水轮机的工作范围是否处于最优效率区进行检查。首先，按最大水头H max 计算出最小单位转速n 11min ,，按最小水头H min 计算出最大单位转速n 11max 。其次还应计算出保证最大功率时，对应最大水头、最小水头的单位流量值。以上计算出的数值在原型综合特性曲线图上可以绘出一个四边形。若此四边形包括了综合特性曲线图上的最优效率区，则可认为水轮机基本参数选择合理。若四边形中心偏移最优效率区中心较多，则应重新选择转轮直径，或者水轮机转速，或者两者都重新选择计算。
对高水头轴流转桨式水轮机有时希望选用导叶开度允许条件下较小的单位流量Q 11值，以此方法来降低汽蚀系数σ和保证允许吸出高度H S 。
5 飞逸转速计算
在设计工作中计算原型水轮机飞逸转速时，应该考虑其最大工作水头Hmax 和最大可能导叶开口1.05a 0max （即由底环上定位块或导叶套筒处所定的开口）工况点的飞逸转速n 11f ，因此按所选定水轮机型号的模型水轮机飞逸特性曲线图，利用式（2-5-1）计算出原型水轮机的飞逸转速n f 。 飞逸转速： 1
m a x 11max
D H n n f f *
= （2-5-1） 工程上经常以在同一水头下飞逸转速与额定转速之比来表征水轮机的飞逸程度，并称之为飞逸系数k f ： 飞逸系数k f ： e
f f n n k =
（2-5-2）
各种水轮机的飞逸系数大致如下： 对混流式或冲击式水轮机k f =1.7~1.9； 对保持协联关系的转桨式水轮机k f =2.0~2.2； 对协联关系破坏的转桨式水轮机k f =2.4~2.8。 6 轴向推力计算
立轴水轮机的轴向推力包括：
水流对转轮的轴向水推力P OC ；水轮机转动部分重量G Z 。估算轴向水推力采用下式：
轴向水推力P OC ： m a x
214
H D K P ***
=π
（吨） （2-6-1） 式中：K ——与转轮型号及排水方式有关的水推力系数，可通过试验方法获得。 一些混流式水轮机采用转轮上冠排水，泄水孔面积不小于转轮止漏环密封间隙5~6倍的结构,其K 值可由表(2-6-1)中查取。 表2-6-1
水质含泥沙，密封间隙有磨损，或转轮直径较小，需格外放大止漏环间隙比δ/D 1的结构，取较大的K 值。
对于轴流定桨或转桨式水轮机系数K 值取决于转轮叶片数及叶片角度φ。在估算中可按表（2-6-2）选取。 表2-6-2
或按下式计算：)(3.6max 21KN H D P *?= （2-6-2） )(3.7m a x 21KN H D P *?= ——在飞逸工况下 （2-6-3） 2000年以前常用转轮的水推力系数见表2-6-3，2-6-4，2-6-5。 表2-6-3 混流式水轮机水推力系数
表2-6-4浑水混流式水轮机水推力系数
表2-6-5轴流式水轮机水推力系数
轴流式水轮机在甩负荷过渡过程中，当转速上升到最大值时，轴向水推力为零。导叶继续关闭，水轮机进入制动（水泵）工况，轴向力改变方向，成了轴向反水推力P OC。对立轴轴流式水轮机，当P OC大于机组转动部分重量G Z时，将使转动部分
上抬。
水轮机转动部分的重量G Z 包括转轮重量G N 和主轴重量G L ，转轮重量G N 见式（2-6-2）、（2-6-3）和图（2-6-1）、（2-6-2）。轴的重量根据机组布置型式具体计算，近似估算时，对高水头混流式水轮机可取G L ≈G N ；对中水头混流式水轮机可取G L =（0.4~0.5）G N （较小水头或大机组取较小值）；对一根主轴布置的机组，混流式中取G L =（0.7~0.8）G N ，转桨式中取G L =（0.4~0.6）G N （高水头转桨式轮毂比大，取大值）。
混流式转轮的重量估算：()[]31110025.05.0D D G H L *-?+=（吨） （2-6-2） 若转轮是分瓣结构，则按上式计算结果应增加10%重量。混流式转轮的重量曲线见图（2-6-1）。
转桨式转轮的重量估算：6.211
.0max 4.1D H d G ZZ **?=（吨） （2-6-3）
其中：d ——转轮轮毂比； H max ——最高水头（米）； D 1——转轮标称直径（米）。 转桨式转轮的重量曲线见图（2-6-2）。 水轮机总的轴向推力
轴向推力P ： L N OC G G P P ++=（吨） （2-6-4）
三、水斗式水轮机基本参数的选择计算
水斗式水轮机从结构上可以分为横轴和立轴二种形式，横轴又可做成单轮单喷嘴，单轮双喷嘴，双轮双喷嘴等等。中、大型水斗式水轮机一般为立轴布置双喷嘴、四喷嘴，乃至五、六喷嘴。
对于国内水斗式水轮机的选择（以A237为例）可参考如下： 1 水轮机流量： η
p p p H N Q 81.9=
(米3/秒) （3-1-1）
式中N p ——水轮机额定功率，D
D
p N N η=
N D ——机组额定功率；
ηD ——发电机效率0.97~0.98； η——水轮机效率0.86~0.87。 2 射流直径d 0
H
Z Q gH
Z Q d 000545
.024==
?π (米) （3-2-1）
3 确定D 1/d 0
根据水头大小，从图（3-3-1）选取一个喷嘴合适的比转速n s ，然后根据比转速n s 与比值D 1/d 0存在的关系，可从图（3-3-2）选取D 1/d 0值。
4 水轮机转速n
1
0''D H
n n I =(转/分) （3-4-1）
式中'0I n ——由图综合特性曲线选取，初步计算时可取'0I n =40.5~41.5。
计算结果，采用相近的同期转速，同时对节圆直径作相应的修正。如存在两个相近的同期转速可供选择时，则应进行经济比较确定。 5 功率与效率
如真机与模型的D 1/d 0相等，则根 据综合特性曲线按相似关系换算。真 机与模型的D 1/d 0如不相等，由于水 斗损失、风损和进水角度不同而效率 有所差异，但在保证K u 系数不变的 情况下，在一定比转速范围内，效率 变化是不大的，因此近似按原综合特 性曲线计算效率。换算关系可按射水 直径或喷针行程进行，先根据综合特
性曲线作出Q I *='I Q *21D M 和S nM 之间的关系曲线Q I *=f(S M )；不同水头对应的n I ‘
下
的η=(S M )曲线如图（3-5-1）。然后按真机和模型间的行程关系S= S M d n /d nm 在类似图（3-5-1）上求得Q I *和η
M ，这样即可求得流量：
2
*
???
?
??=OM M I d d H H Q Q （3-5-1） 式中d 0M ——模型射流直径（=35毫米）；喷针角45°，喷嘴角62°56’（见图3-5-2） d 0 ——真机射流直径； S M ——模型喷针行程；
S ——真机喷针行程； Q I *——1米水头下的流量。 水轮机的功率：
ηQH N 81.9= （3-5-2） 式中 η——真机保证效率，取η=η
M （模型效率）—Δ
η（修正效率）。
单位流量：
2
00
2111???
?
??**
=
m
M M d d H H D Q Q （3-5-3）
6 飞逸转速：
1
m a x
70D H n p = （3-6-1）
7 水轮机的水平中心线至尾水位距离A ： 对于立式水斗式水轮机，距离 A 可由图（3-7-1）查取，对于 卧式机组可按式（3-7-1）决定。
15.1D A ≥ （3-7-1） 8 喷嘴数Z 0的确定：
水斗式水轮机的比转速与喷嘴数 的0Z 成正比。在一定的水头与功率下，
增加喷嘴数,可以使水轮机结构做得小些,可以提高发电机的转速和机组的运行效率。但是喷嘴增加，会使水轮机结构，分叉管制造，以及电站布置复杂化。因此应进行技术经济比较。在比值D 1/d 0容许的情况下，尽量采用1~2个喷嘴的方案。尤其是在水头很高的情况下，引水管道弯头的损失很大，为减少水力损失，采用单喷嘴方案往往是有利的。 9 水斗数目Z 1的确定：
如图（3-9-1），理论间距
'
'B B B A t n -= （3-9-1）
k
r d y 22
c o s 0
+=
α
（3-9-2）
αk r B A ='
（3-9-3） 射流由A 点运动到B ’所需时间：
v
AB
t '
= （3-9-4）
式中 m i n 2gH v ?=； 2
s i n 2'α
k r AB =； ut B B =' ； p u gH k u 2=。
实际间距还与水斗缺口形状及刃切圆有关。对于CJ20转轮实际间距取为理论间距的0.8倍，大于0.8倍需经过论证。由间距t n ，即可求得水斗数：
n k t r Z *=
π21 或()0
1
15.6~0.6d D Z ?= （3-9-5） 实际采用的水斗数一般要比容积损失为零求得的水斗数多，但水斗数过多往往会增加工艺上的困难。另外，多喷嘴机组一般避免其射流夹角为相邻水斗夹角的倍数。 10 水斗和喷嘴的尺寸与射流直径的关系： 若设计射流直径为d 0，则一般可取： 水半直径 d b =1.05 d 0 喷嘴直径 d n =1.228 d 0 喷针最大行程 s n =1.16 d 0
水斗设计尺寸允许在d b =(0.9~1.02) d 0的范围内通用，效率作相应修正。 11 引水管、导水肘管及其曲率半径： 如图（3-11-1）所示，引水管内流速：
gH K v e 2≤ （3-11-1） 式中K ——流速系数，可由图（3-11-2）上查取。
一个引水管的直径：
4vZ Q
d e π=
（3-11-2）
式中Q——保证功率时的流量（米3/秒）
Z0——喷管数目。
其余尺寸选择参见图（3-11-1）：
α≤60。；R=2.5 d e；L≥2~2.5 d e 。
12转轮室的尺寸：Array卧式机组转轮尺寸可参照
图（3-12-1）和表（3-12-1）
选取，表中d0为保证功率时
的射流直径。
立式机组机壳：
图（3-12-2）中给出了两
种国内外已经使用过的机壳
型线。其转轮节圆直径为1米，直径比D0/D1≈2.5。有的制造厂家采用较大的D0，有的D0/D1比值达3以上。
图（3-12-2a）为铸造机壳，b为焊接机壳。
对于大型机组，机壳对效率影响不显著，焊接结构的形状可尽量简化。
表3-12-1
我厂初选时，基本参数选择过程如下：
可先用下图(3-1)来大致确定转速、出力、转轮直径等等。
图3-1
上图中所示各特征量如喷嘴直径d、引水管直径DN以及阀门直径Dv、单双喷嘴水轮机结构尺寸等等，可见下图：
具体计算过程如下： A. 水机流量： η
p p p H N Q 81.9=
(米3/秒) （3-A-1）
B. 射流直径： H
Z Q
d 00545
.0= （3-B-1）
C. 水斗宽度的选择（B ）：B/d 0=3.1 （单喷嘴）
=3.2 （双喷嘴） =3.3 （四、五喷嘴） =3.4 （六喷嘴或更多）
B/d 0最小值为3。 D. D/B 的选择：
为减少水斗汽蚀，按电站水头查允许的D/B 值。小机组希望D/B ≥3.2~3.5。具体可查图（3-D-1）：
E. 水轮机转速的选择：1
0'D H n n I =(转/分) （3-E-1）
式中：5.41~5.40'0=I n
F. 单位流量的计算： H B Z Q Q **=2
11 （3-F-1）
2
2
11???
? ??**=
Om
O M d
d H D Q
Q （3-F-2）
G. 水轮机效率： ηηη?+=M T （3-G-1） 效率修正可查曲线（3-G-1） D/B<3.5 ηη?-=? D/B=3.5 0=?η D/B>3.5 ηη?+=?
H. 飞逸转速： Hr
H n n P max
8.1*?= （3-H-1） I. 转轮重量的计算：
()2
.02
32
.0346008.01088.160010879.1??
? ??**?-??+?
?
?
??*??=H B B D H B m （Kg ）
（3-I-1）
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
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
水电站厂房参数设计计算书
水电站厂房 第一节几种水头的计算(1) H max=Z蓄—Z单机满出力时下游水位 H r= Z蓄—Z全机满出力时下游水位 H min=Z底—Z全机满出力时下游水位 一、H max的计算。 1 假设H max=84m 由公式Nr=K Q H 公式中 Nr为单机出力50000KW K 为出力系数8.5 H 为净水头=H0—ΔH=0.97H0 (ΔH=0.03H0) Q 为该出力下的流量。 故解出Q=70.028m3/s 查下游流量高程表得下游水位为198.8m 上游水位为284m ΔH=0.03 (284—198.8)=2.6m 又因为284—84—2.6= 197.4 2 重新假设Hmax=83m 由公式Nr=K Q H 解出Q=70.87m3/s 查下游流量高程表得下游水位为199.3m 上游水位为284m ΔH=0.03 (284—199.3)=2.5m
又因为284—83—2.5=198.5 故H max=83m 二、H min的计算。 1 假设H min=60m 由公式Nr=K Q H 公式中 Nr为全机出力200000KW K 为出力系数8.5 H 为净水头=H0—ΔH=0.97H0 (ΔH=0.03Ho) Q 为该出力下的流量。 故解出Q=392.16m3/s 查下游流量高程表得下游水位为203.50m 上游水位为264m ΔH=0.03 (264—203.50)=1.80m 又因为264—60—1.80=202.20< 203.50 2 重新假设Hmin=59m 由公式Nr=K Q H 解出Q=398.80m3/s 查下游流量高程表得下游水位为203.58m 上游水位为264m ΔH=0.03 (264—203.58)=1.77m 又因为264—59—1.77=203.23 = 203.58 故H min=59m 三、H r的计算。
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.
水轮机作业
第1章 概论 （一） 单项选择题 1．水轮机的工作水头是（ ）。 （A ）水电站上、下游水位差 （B ）水轮机进口断面和出口断面单位重量水流的能量差 2．水轮机的效率是（ ）。 （A ）水轮发电机出力与水流出力之比 （B ）水轮机出力与水流出力之比 3．反击式水轮机是靠（ ）做功的。 （A ）水流的动能 （B ）水流的动能与势能 4. 冲击式水轮机转轮是（ ）。 （A ）整周进水的 （B ）部分圆周进水的 5．喷嘴是（ ）水轮机的部件。 （A ）反击式 （B ）冲击式 （二）填空题 1．水电站中通过 把水能转变成旋转机械能，再通过 把旋转机械能转变成电能。 2．水轮机分为 和 两大类。 3．轴流式水轮机分为 和 两种。 4．水轮机主轴的布置形式有 和 两种。 5．冲击式水轮机有 、 和 三种。 （三）计算题 1．某水轮机的水头为18.6m ，流量为1130m 3/s ，水轮机的出力为180MW ，若发电机效率97.0=g η，求水轮机的效率和机组的出力g P 。 2．某水轮机蜗壳进口压力表的读数为a P 310650?，压力表中心高程为887m ，压力表所在钢管内径D = 6.0m ，电站下游水位为884m ，水轮机流量Q = 290 m 3/s ，若水轮机的效率%92=η，求水轮机的工作水头与出力。 第2章 水轮机的工作原理 （一） 单项选择题 1．水轮机中水流的绝对速度在轴面上的投影是（ ）。 （A ）轴向分量z v （B ）轴面分量m v 2．水轮机中水流的轴面分量m v 与相对速度的轴面分量m w （ ）。 （A ）相等 （B ）不相等 3．水轮机输出有效功率的必要条件是（ ）。 （A ）进口环量必须大于0 （B ）进口环量必须大于出口环量 4．无撞击进口是指水流的（ ）与叶片进口骨线的切线方向一致。 （A ）绝对速度 （B ）相对速度 5．法向出口是指（ ）。 （A ）出口水流的绝对速度是轴向的 （B ）出口水流的绝对速度与圆周方向垂直 （二）填空题 1．水轮机转轮中的水流运动是 和 的合成。 2．水轮机轴面上所观察到的水流速度分量是 和 。
水轮机选型设计计算书 原稿
第一章 水轮机的选型设计 第一节 水轮机型号选定 一．水轮机型式的选择 根据原始资料，该水电站的水头范围为18-34m ， 二．比转速的选择 水轮机的设计水头为m H r 5.28= 适合此水头范围的有HL240和ZZ450/32a 三．单机容量 第二节 原型水轮机主要参数的选择 根据电站建成后,在电力系统的作用和供电方式, 初步拟定为2台,3台,4台三种方案进行比较。 首先选择HL240 n11=72r/min 一．二台 1、计算转轮直径 水轮机额定出力：kw N P G G r 67.66669 .0106.04 =?== η 上式中： G η-----发电机效率,取0.9 G N -----机组的单机容量（KW ） 由型谱可知，与出力限制线交点的单位流量为设计工况点单位流量，则Q 11r =1.155m 3 /s,对应的模型效率ηm =85.5%，暂取效率修正值 Δη=0.03，η
=0.855+0.03=0.885。模型最高效率为88.5%。 m H Q P D r r 09.2885 .05.28155.181.967 .666681.95 .15.1111=???== η 按我国规定的转轮直径系列（见《水轮机》课本），计算值处于标准值2m 和2.25m 之间，且接近2m ，暂取D 1=2m 。 2、计算原型水轮机的效率 914.02 46 .0)885.01(1)1(155 110max =--=--=D D M M ηη Δη=η max -ηM0=0.914-0.885=0.0.029 η=ηm +Δη=0.855+0.029=0.884 3、同步转速的选择 min /18.1972 95 .0/5.2872av 1110r D H n n =?== min /223.11855 .0884 .07210 M 0 T 11011r n n =-?=-=?）（ ）（ ηηmin /223.73223.172n 1111r 11r n n m =+=?+= 4、水轮机设计单位流量Q11r 的计算 r Q 11= r r r H D η5 .12181.9P =884.05.28281.967.66665.12???=1.2633 m /s 5、飞逸转速的计算 r n = 1 11max D H n r =73.223×28.33=212.851r/min 6、计算水轮机的运行范围 最大水头、平均水头和最小水头对应的单位转速 min)/609.66223.18.332 180.19711max 1min 11r n H nD n =-?=?-= min)/(777.70223.195 .0/5.282180.19711av 111r n H nD n a =-?=?-=
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)
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。
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 = = =
水轮机计算
水电站作业 水轮机型号及主要参数的选择： 已知某水电站最大水头H max=245m，加权平均水头H av=242.5m，设计水头H r=240m，最小水头H min=235m，水轮机的额定出力为12500kw，水电站的海拔高程为2030m，最大允许吸出高Hs≥-4.0m。 要求： 1、选择两种机型（HL120-38，HL100-40）进行选择。 2、对选择的机型进一步绘制其运转特性曲线，
` （一）水轮机型号的选择 根据题目条件已知要用HL120-38和HL100-40型水轮机进行选择，对比计算分别如下： （二）水轮机主要参数的计算 HL120-38型水轮机方案主要参数的计算 1、转轮直径的计算 1D = 式中： '3112500;240; 380/0.38/r r N kW H m Q L s m s ==== 同时在附表1中查得水轮机模型在限制工况的效率=88.4%M η，由此可初步假定水轮机在该工况的效率为90.4% 将以上各值代入上式得 10.999D m = = 选用与之接近而偏大的标准直径1 1.00D m =。 2、效率修正值的计算 由附表一查得水轮机模型在最优工况下的max =90.5%M η，模型转轮直径10.38M D m =，则原型水轮机的最高效率max η可依下式计算，即 max max =1M ηη-（1- 1(10.93593.5%=--== 考虑到制造工艺水平的情况取11%ε=；由于水轮机所应用的蜗壳和尾水管的型式与模型基本相似，故认为20ε=，则效率修正值η?为： max max 10.9350.9050.010.02M ηηηε?=--=--=
水轮发电机选择
水轮发电机的选择计算 一、 发电机型式的选择 水轮发电机按其轴线位置可分为立式布置和卧式布置两类，大中型机组一般采用立式布置，卧式布置通常用于中小型机组及贯流式机组。本电站采用立式布置，立式布置又分为悬式和伞式两种。悬式布置和伞式布置的适用条件，查参考【2】P 149表3-1，悬式适用于转速大于150/min r ，伞式适用于转速小于150/min r 。因为水轮机的标准转速为166.7r/min ，所以水轮发电机选用悬式布置。水轮发电机的冷却方式采用径向通风密闭式空气循环冷却。 二、 主要尺寸估算 待选水轮发电机的有关参数如下： 发电机型式：悬式 标准转速：166.7r/min 磁极对数：18 外形尺寸计算如下： 1、极距τ 根据统计资料分析,极距与每极的容量关系如下: 42p s K f j =τ cm 参考【2】P 159公式3-2 式中 9 ,,,10~8,:18 ;:); (:本设计中取线速度高的取上限容量大一般为系数磁极对数发电机额定容量j f K P p KVA s = f s =N f ／cos ＆, cos ＆为功率因数角，取cos ＆取0.875。 f s =247423／ 0.875=282769KV A 。 4 18 *2282769 *9=τ=84.73 cm
由上求出τ后,尚应校核发电机在飞逸状态下,转子飞逸线速度V f 是否在转子材料允许范围内。 V K V f f = 参考【2】P 160公式3-3 式中 飞逸线速度 秒时在数值上等于极距周当频率转子额定线速度的比值确定与额定转速机组的飞逸转速与水轮机型式有关或按飞逸系数:;/50,:;,:f e f f V f V n n K τ= f K = f n ／e n =308.4／166.7=1.85; V =τ=84.73 cm. V K V f f ==1.85*84.73=156.75m ／s 查参【2】P 160，转子磁轭的材料用整圆叠片。 2、定子内径i D 计算公式： τπ p D i 2== 3.784*18 *2π =971.43 cm 参考【2】P 160公式3-4 3、定子铁芯长度t l 计算公式： e i f t n CD S l 2= cm 参考【2】P 160公式3-5 式中： 冷却方式为空冷 取表见参考系数定子内径额定转速发电机额定容量,107,53]2[,:); (:);(:); (:6160-?=-C P C cm D rpm n KVA S i e f .7 166*3.4971*107282769 26-?= t l =256.79 cm
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
(一)水电站水轮机选型设计方法及案例
水电站水轮机选型设计总体思路和基本方法 水轮机选型是水电站设计中的一项重要任务。水轮机的型式与参数的选择是否合理，对于水电站的动能经济指标及运行稳定性、可靠性都有重要的影响。 水轮机选型过程中，一般是根据水电站的开发方式、动能参数、水工建筑物的布置等，并考虑国内外已经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 已知参数 1 电站规模：总装机容量：32.6MW 。 2 电站海拔：水轮机安装高程：▽=850m 3 水轮机工作水头： max H =8.18m ，min H =8.3m ，r H =14.5m 。 二 机组台数的选择 对于一个确定了总装机容量的水电站，机组台数的多少将直接影响到电厂的动能经济指标与运行的灵活性、可靠性，还将影响到电厂建设的投资等。因此，确定机组台数时，必须考虑以下有关因素，经过充分的技术经济论证。 1机组台数对工程建设费用的影响。 2机组台数对电站运行效率的影响。
3机组台数对电厂运行维护的影响。 4机组台数对设备制造、运输及安装的影响。 5机组台数对电力系统的影响。 6机组台数对电厂主接线的影响。 综合以上几种因素，兼顾电站运行的可靠性和设备运输安装的因素，本电站选定机组为：4×8.15MW 。 三 水轮机型号选择 1 水轮机比转速s n 的选择 水轮机的比转速s n 包括了水轮机的转速、出力与水头三个基本工作参数，它综合地反映了水轮机的特征，正确的选择水轮机的比转速，可以保证所选择的水轮机在实际运行中有良好的能量指标与空化性能。 各类水轮机的比转速不仅与水轮机的型式与结构有关，也与设计、制造的水平以及通流部件的材质等因素有关。目前，世界各国根据各自的实际水平，划定了各类水轮机的比转速的界限与范围，并根据已生产的水轮机转轮的参数，用数理统计法得出了关于水轮机比转速的统计曲线或经验公式。当已知水电站的水头时，可以用这些曲线或公式选择水轮机的比转速。 轴流式水轮机的比转速与使用水头关系 中国： s n =H 2300 （m ·KW ） 日本： s n = 5020 20000 ++H （m ·KW ）
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
水轮机作业
第1章 概论 （一） 单项选择题 1．水轮机的工作水头是（ ）。 （A ）水电站上、下游水位差 （B ）水轮机进口断面和出口断面单位重量水流的能量差 2．水轮机的效率是（ ）。 （A ）水轮发电机出力与水流出力之比 （B ）水轮机出力与水流出力之比 3．反击式水轮机是靠（ ）做功的。 （A ）水流的动能 （B ）水流的动能与势能 4. 冲击式水轮机转轮是（ ）。 （A ）整周进水的 （B ）部分圆周进水的 5．喷嘴是（ ）水轮机的部件。 （A ）反击式 （B ）冲击式 （二）填空题 1．水电站中通过 把水能转变成旋转机械能，再通过 把旋转机械能转变成电能。 2．水轮机分为 和 两大类。 3．轴流式水轮机分为 和 两种。 4．水轮机主轴的布置形式有 和 两种。 5．冲击式水轮机有 、 和 三种。 （三）计算题 1．某水轮机的水头为18.6m ，流量为1130m 3/s ，水轮机的出力为180MW ，若发电机效率97 .0=g η， 求水轮机的效率和机组的出力g P 。 2．某水轮机蜗壳进口压力表的读数为a P 3 10650 ?，压力表中心高程为887m ，压力表所在钢管内径D = 6.0m ，电站下游水位为884m ，水轮机流量Q = 290 m 3/s ，若水轮机的效率% 92=η，求水轮机的工 作水头与出力。 第2章 水轮机的工作原理 （一） 单项选择题 1．水轮机中水流的绝对速度在轴面上的投影是（ ）。 （A ）轴向分量z v （B ）轴面分量m v 2．水轮机中水流的轴面分量m v 与相对速度的轴面分量m w （ ）。 （A ）相等 （B ）不相等 3．水轮机输出有效功率的必要条件是（ ）。 （A ）进口环量必须大于0 （B ）进口环量必须大于出口环量 4．无撞击进口是指水流的（ ）与叶片进口骨线的切线方向一致。 （A ）绝对速度 （B ）相对速度 5．法向出口是指（ ）。 （A ）出口水流的绝对速度是轴向的 （B ）出口水流的绝对速度与圆周方向垂直 （二）填空题 1．水轮机转轮中的水流运动是 和 的合成。 2．水轮机轴面上所观察到的水流速度分量是 和 。
课程设计计算书
§1 绘制蜗壳单线图 一、蜗壳的型式： 由水轮机的型式为HL220—LJ —120，可知本水电站采用金属蜗壳。 二、蜗壳主要参数的选择 （参考《水力机械》第二版，水利水电出版社） 断面形状采用圆形断面 为了良好的水力性能一般蜗壳的包角取0345?= 计算max Q ： KW N N f f r 663295 .06300 == = η（95.098.0~95.0，此处取一发电机效率，f η） 查附表1得:单位流量s m Q /15.1'31= 则s m H D Q Q r /09.135.622.115.1'3221m ax 1m ax =??== 则可求得蜗壳进口断面流量：max 0360c Q Q ?= /s m 54.1209.13360 3453=?=? ? c Q , 蜗壳进口断面平均流速c V 由图4—30查得，s m V c /7.6= 由于水轮机转轮直径小于1800mm,则座环尺寸 1)64.1~55.1(D D a = 1)37.1~33.1(D D b = 取mm D D a 19206.11== mm D D b 162035.11== 则mm r a 960= mm r b 810= 其中b D —座环内径；a D —座环外径；b r —座环内半径；a r —座环外半径。 座环示意图如下图所示
三、蜗壳的水力计算 1、对于蜗壳进口断面 断面面积 2c 0max 87.17 .636034509.13360m V Q V Q F c c c =????=?== ? 断面的半径 m V Q F c 17.57 .636034509.13360c 0max max =???? ?=?= = ππ?π ρ 从轴中心线到蜗壳外缘的半径：m r R a 3.1117.5296.02m ax m ax =?+=+=ρ 2、对于中间任一断面： 设i ?为从蜗壳鼻端起算至计算面i 处的包角，则该计算断面处的 max 360 i i Q Q ?= ，max 360i i c Q V ?ρπ= ，2i a i R r ρ=+ 其中：mm r s m V s m Q a c 960,/7.6,/09.133m ax === 表 1 ()i ?? 3 max (/)360 i i Q Q m s ?? = ()2c F m max ()360i i c Q m V ?ρπ?= 2() i a i R r m ρ=+ 0 0.960 15 0.545 0.081 0.161 1.282 30 1.091 0.163 0.228 1.415 45 1.636 0.244 0.279 1.518 R810 R960 座环尺寸（mm ）