水轮机特性曲线及选型
第四章 水轮机的特性曲线与选型
第一节 水轮机的相似律
一、水轮机的相似条件
在进行模型试验时，模型与原型水轮机之间应满足的条件称为水轮机的相似条件。模型和原型水轮机之间应满足几何相似、运动相似和动力相似三个相似条件。
1.几何相似（必要非充分）（同轮系）
几何相似是指两个水轮机的过流部件形状相同（即过流部件几何形状的所有对应角相等），尺寸大小成比例。即：
==
=
m
m
m
a a
b b D D 000011
式中 ：01b D 、、0a ——水轮机的转轮直径、导叶高度、导叶开度。
满足几何相似的一系列大小不同的水轮机，称为同轮系（或同型号）水轮机。只有同轮系的水轮机才能建立起运动相似或动力相似。
2.运动相似（等角工作状态）
运动相似是指同一轮系的水轮机，水流在过流通道中对应点的同名流速方向相同，大小成比例，即相应点的速度三角形相似。即
两水轮机运动相似就称此两水轮机为等角工作状态。 3.动力相似
动力相似是指同一轮系水轮机在等角工作状态下，水流在过流部件对应点的作用力（惯性力、重力、粘滞力、摩擦力等），同名力的方向相同，大小成比例。 二、轮机的相似律
在满足相似条件的基础上原型与模型水轮机各参数之间的相互关系称为水轮机的相似律，也称为水轮机的相似公式。
1.转速相似律
s m s
m m
H D H D n n
ηη1
1=
s H D n η1
1∝
2.流量相似律
sm m m
s
vm
m v
H D H D Q Q ηηηη2121=
s V
H D Q ηη21∝
式中：v Q η—有效流量。
称为水轮机的流量相似律，亦称为流量方程式。
在应用中，直径m D 1、1D 、水头m H 、H 为定值，若效率vm η、sm η、v η、s η为已知时，则可由测得的m Q 求得原型水轮机的流量Q 。
3.出力相似律
()()
jm
sm m m j s m
H D H D N N η
ηηη23
2123
2
1
=
2
3
2
1
s H D N η∝
称为水轮机的出力相似律，亦称出力方程式。
同理，在已知其它参数时，也可由测得的模型水轮机出力m N 求得原型水轮机的出力
N 。
假定sm s ηη=、vm v ηη=、jm j ηη=和m ηη=时，得出近似相似律公式如下：
m m m
H D H
D n n 1
1=
1
n 11'==
m
m
m H D n H
nD m m
m
H D H
D Q Q
2121=
1
Q 212
1
'==
m
m
m
H D Q H
D Q 23
212
3
21m
m m
H D H
D N N
=
1
N 2
3
2
12
32
1'==
m m m
H D N H
D N
第二节 水轮机的单位参数及比转速
一、水轮机的单位参数
H
nD n 11
=
' H
D Q Q 2
1
1
=' 2
3
211
H D N
N =
'
由上述表达式可看出：当水轮机转轮直径1D =1m 、水头1=H m 时，1
n '、1Q '、1N '分别等于水轮机的转速、流量和出力，所以1
n '、1Q '、1N '分别被称为单位转速、单位流量和单位出力，统称为单位参数。
对于同轮系水轮机，单位参数随着工作状态（工况）的改变而改变，当工作状态（工况）一定时，则单位参数是不变的三个常数，工作状态（工况）变化时，单位参数则又
是三个对应于工作状态（工况）的常数。显然可知：（1
n '、1Q '、1N '）就代表了同轮系
水轮机的一个工作状态（工况）。水轮机效率最高时的工作状态（工况）称为最优工作状态（最优工况），相应于最优工作状态（最优工况）的单位参数称为最优单位参数，并分
别以10
n '、10Q '、10N '表示。 由流量相似律可知：H D Q Q 2
11'= 则：
1212
1121
21181.9H D H D Q 81.9H D 9.81QH H D N 2
323
2323Q N '='==='ηη
η 显然，1N '并非独立参数，而是由1Q '换算得来，因此，在单位参数中，常用的只有1
n '和1
Q '。由前述可知，单位出力1N '是由单位流量1Q '换算得来，所以，只应用单位转速1n '和单位流量1Q '就可表示水轮机的工作状态（工况）。
二、水轮机的比转速 由 H
nD n 1
'
1
=
，2
321'
1
H
D N
N =
可得：
s n '
1'1N n =4
5H
N n =
4
5H
N n =
可知，当工作水头H =1m ，发出功率N =1kW 时，S n 在数值上等于水轮机所具有的转速
n ，故称s n 为水轮机的比转速。
比转速s n 是与水轮机转轮直径无关的一个重要综合性参数，它反映了水轮机的转速n 、出力N 和H 的相互关系。显然，当工作状态（工况）不同时，单位参数不同，所以，
s n 也不同。对同轮系水轮机而言，如果工作状态一定，则s n 就是唯一的。通常规定以设
计工况（即设计水头、额定转速、额定出力）的比转速s n 值作为水轮机轮系的代表特征参数（也有采用最优工况下的比转速作为代表的）。s n 也可作为水轮机选择的主要依据。
以水轮机比转速的整数值代表水轮机转轮型号，从型号就可定性地估计该水轮机的基本性能和转轮形状。选择水轮机时，如果客观条件允许，采用比转速较高的水轮机是有利的，因为：
(1)在相同水头和相同出力条件下工作的水轮机，比转速越大则转速越高，机组尺寸较小，故厂房尺寸也小，可降低水电站投资。
(2)在水头一定的情况下，水轮机转速相同时，比转速大的水轮机出力也大，其动能效益可增大。但比转速大的水轮机，其汽蚀系数也大，这就限制了比转速的提高。
因此，在满足汽蚀性能要求下，尽可能选比转速较高的水轮机。
第三节 模型水轮机的修正
一、水轮机效率的修正
在实际应用中采用的近似相似律是在假定原型与模型水轮机效率相等的条件下得出
的，然而实际上原型与模型水轮机的效率是不等的，其原因是：
(1)原型与模型水轮机过流部件的加工精度基本相同，糙率不可能按比例加工，因此两水轮机的水力损失是不同的，原型水轮机的水力损失要比模型水轮机的水力损失小。
(2)通过原型和模型水轮机的水流，其粘滞力是相等的，但其对水轮机的相对影响是不同的，对原型的影响要比对模型的应响小的多。
(3)由于制造工艺原因，原型与模型水轮机转轮与固定部件的间隙基本相同，但原型水轮机的相对容积损失和相对机械损失要比模型水轮机小的多。
由于上述原因，原型水轮机的效率总是大于模型水轮机的效率。所以，将模型试验成果换算为原型时必需进行效率修正。水轮机的效率是由水力效率、容积效率和机械效率三部分组成，但模型试验只能测出水轮机总效率，故在进行效率修正时只能对水轮机总效率进行修正。我国目前采用的修正方法是：先对最优工况（最高效率）进行修正，求得效率修正值，然后采用同一修正值对其它工况修正。
原型水轮最高效率计算推荐采用下列公式： 混流式水轮机：
当150≤H m 时：max η =1-（1-max m η）51
1D D m 当150>H
m 时：max η=1-(1-max m η)205
11H
H D D m m
式中 max η、max m η—分别为原型和模型水轮机的最高效率； 1D 、m D 1—分别为原型和模型水轮机的转轮直径； H 、m H —分别为原型和模型水轮机的水头。
考虑制造工艺的影响，计入工艺修正值工η?，则最优工况时的效率修正值为：
max ηη=?-max m η-工η?
大型水轮机工η?=1%～2%，中小型水轮机工η?=2%～4%，其它工况时原型水轮机效率为：
ηηη?+=m
对于转桨式水轮机，因每一个轮叶装置角φ都有一个最高效率max Φη，相应于不
同轮叶装置角φ的最高效率max Φη都有一个效率修正值φη?，故对转桨式水轮机应按不同轮叶装置角φ分别计算。 二、单位转速'
1n 和单位流量'1Q 的修正
原型水轮机在其它工况下的单位转速和单位流量，即
'1'1'1n n n m ?+=
'1'1'1Q Q Q m ?+=
单位转速和单位流量的修正值为：
'
10'1n n =?-'
10m n =max max
(
'10m m n ηη-1)
'10'1Q Q =?-'
10m Q =max
max
(
'10m m Q ηη-1)
一般'
1Q ?与'
1Q 相比很小，可忽略不计，即不再进行单位流量的修正。对单位转速，当
m ax m ax
'10'1(
m m
n n ηη=?-1)
<3%时,'
1n ?亦可忽略不计,不进行单位转速的修正。
第四节 水轮机特性曲线
用来表示水轮机各参数之间相互关系的曲线称为水轮机的特性曲线。水轮机的特性曲线可分为线性特性曲线和综合特性曲线两类。 一、线性特性曲线
当其它参数为常数时，表示两个参数之间关系的特性曲线称为线性特性曲线。线性特性曲线按其所表达的内容不同，又分为转速特性曲线和工作特性曲线。 二.水轮机的综合特性曲线
能反映水轮机各参数变化的曲线称为综合特性曲线。综合特性曲线又分为主要（或转轮）综合特性曲线和运转（或运行）综合特性曲线。
（一） 主要综合特性曲线
在以'1n 为纵坐标和以'
1Q 为横坐标的坐标系中，绘出等效率线η=),('
1'1Q n f 、等导
叶开度线=0a ),('1'1Q n f 、等汽蚀系数线σ=),('
1'1Q n f 及相应出力限制线。该坐标系中的任意一点就表示了该轮系水轮机的一个工况（工作状态）。由这些曲线所组成的图形就可全面反映该轮系水轮机的特性，这个图形就称为水轮机的主要综合特性曲线。主要综合特性曲线是由模型试验得出的，反映的是模型水轮机的全面特性，因此，在换算为原型参数时需进行修正。
（二）运转综合特性曲线
主要综合特性曲线虽然能全面反映水轮机的特性，但未能直观地反映水轮机主要参数之间的关系，查用不便。运转综合特性曲线是表示某一固定水轮机（1D 和n 为定值）
各主要参数H 、N 、η和s H 之间的关系曲线，即在以H 、N 为纵横坐标的坐标系中，绘出等效率曲线),(H N f =η和等吸出高度曲线),(H N f H s =及出力限制线。 运转综合特性曲线一般由水轮机厂家提供，也可由主要综合特性曲线根据相似律换算绘出。图中出力限制线受两方面的影响：水头较高时，水轮机出力较大，此时出力受发电机容量限制，其限制线为一条竖直线；水头较低时，水轮机出力较小，达不到发电机额定容量，此时出力受水轮机最大过流能力和效率的限制，限制线近于一条斜直线。所以在运转综合特性曲线上，出力限制线为一折线，折点处对应的水头即为水轮机达到额定出力的最小水头，也就是水轮机的设计水头。混流式水轮机的出力限制线由5%出力限制线换算而来，而转桨式水轮机则是受汽蚀系数的限制。运转综合特性曲线对水轮机的选择，特别是水轮机的运行管理都有重要用途。
特别需要说明的是：运转综合特性曲线是原型水轮机的特性曲线，曲线上的数据均为原型水轮机数据。
HL240水轮机主要综合曲线
第五节 水轮机的选择
一、水轮机选择的原则和内容 （一）水轮机选择所需资料
在选择水轮机前，除应了解我国水电建设的方针政策外，主要应收集以下资料和参
数：
1.水利水电规划情况及与电站规模有关的参数：了解水电站所在流域的水文、地质、河流开发方式、水库调节性能、电站类型及枢纽布置情况等。
2.所在电力系统的资料：如电力系统的容量、负荷情况、用户性质、设计电站在系统中的作用、地位及系统对设计电站的要求等。
3.水轮机产品技术资料：如水轮机型谱资料、参数及性能，同类电站技术资料等。
4.当地施工和运输条件。 （二）水轮机选择原则
水轮机选择遵循的原则是：在满足水电站出力要求和与水电站参数（水头和流量）相适应的条件下，选用性能好和尺寸小的水轮机。
所谓性能好，包括能量性能好和耐汽蚀性能好两个方面。能量性能好是要求水轮机的效率高，不仅水轮机最高效率高，而且在水头和负荷变化的情况下，其平均效率也高。为此应尽可能在水电站水头变化范围内选择)(N f = 曲线变化平缓的水轮机。耐汽蚀性能好，就是说所选水轮机的汽蚀系数要小，能保证机组运行稳定可靠。
要使水轮机尺寸小，就应尽可能选用比转速高的水轮机，比转速高的水轮机转速高，
转轮直径小。为此，在水轮机选择计算时，应采用'1n 等于或稍高于最优单位转速'10n ，而
'1Q 值则应采用型谱表中推荐使用的最大单位流量'max 1Q ，以充分利用水轮机的过水能力，减小水轮机尺寸。
选择水轮机除考虑上述基本原则外，还应考虑所选择机组易于供货，运输困难小，施工安装方便，以便尽可能缩短水电站建设工期，争取早日发电。 （三）水轮机选择内容
水轮机选择的程序基本上是先拟订几个可能的待选方案，对每一个待选方案来说，水轮机选择的主要内容有：
1．选择机组台数和单机容量； 2．选择水轮机的型号及装置方式； 3．确定水轮机的转轮直径及转速；
4．确定水轮机的最大允许吸出高度和安装高程； 5．绘制水轮机的运转综合特性曲线，（一般由厂家提供） 6．确定蜗壳和尾水管的形式及尺寸； 7．选择调速器及油压装置（在第五章介绍）。 二、机组台数与机型的选择 （一）机组台数的选择
水电站的装机容量等于机组台数和单机容量的乘积，根据已确定的装机容量，就可拟
定出几个机组台数的方案。机组台数的选择通常从下列几个方面考虑。
1.机组台数与水轮机类型的关系
水轮机类型不同，机组台数对水电站平均效率的影响也不同。 2.机组台数与水电站在系统中担负负荷类型的关系 3.机组台数与供电可靠性的关系 4.机组台数与水电站造价的关系
上述各因素中都包含着互相对立又互相联系的两个方面，在选择时应针对主要因素确定合理的机组台数。我国已建成的中型水电站大多采用4～6台，大型水电站采用6～8台，小型水电站以2～4台为宜。 (二)机型选择
水轮机机型选择是在已知装机容量y N 和水电站各种特征水头max H 、min H 、平均H 和P H 的情况下进行的。当已知装机容量y N 和选定机组台数m 后，则水轮机单机出力
电ηm N y
N =，其中
电η为发电机效率，大中型机组电η=96%～98%，中小型机组电η=95%～96%。需要说明的是：尽管人们在习惯上常把单机容量也说成单机出力，但是，
单机容量与单机出力还是有区别的，单机容量是指机组发电机的额定容量，单机出力则是指水轮机的额定出力。由于存在发电机效率问题，故单机出力总大于单机容量。
大中型与中小型水轮机型谱的衔接，以转轮直径1D 为标准，1D ≥1m 的混流式水轮机和1D ≥1.4m 的轴流式水轮机，按大中型水轮机型谱执行，其它按中小型水轮机型谱执行，且大中型与中小型水轮机型谱不能通用。
水轮机机型可根据水轮机型谱选择，也可根据水轮机使用范围综合图选择。 1.根据水轮机型谱选择机型
根据已确定的单机出力及水电站水头范围，从水轮机型谱中选择出适宜的机型。型谱中推荐了各种机型适用的水头范围，其上限水头是由水轮机结构强度和汽蚀特性等条件限制的，下限水头主要是由经济因素定出的。适合电站水头范围的机型即为可选机型。
例1：H min =25m, H max =36m, H p =28.5m ，N=18000kw 求：水轮机选型
解：由单机出力确定为中型，由水轮机转轮型谱表得，ZZ440，HL240 例2：H min =30m, H max =40m, H p =34m ，N=600kw 求：水轮机选型
解：由单机出力确定为小型，由表4-4得，HL260，HL110，HL220 例3：H min =40m, H max =65m, H p =49m ，N=2200kw 求：水轮机选型
解：由单机出力确定为小型，由表4-4得，HL160，HL110，HL220 2.根据水轮机使用范围综合图选择机型（小型反击式）
水轮机使用范围综合图是在以水头为横坐标，出力为纵坐标的坐标系中，绘出每种水轮机使用范围的图形。在水轮机使用范围综合图上，每种水轮机使用范围为一斜方框，方框的两竖线为水头范围，两斜线为该型水轮机最大、最小转轮直径的出力范围选择时，根据设计水头和单机出力查图确定，坐标点所在方框的机型即为可选机型。
例1：H min =30m, H max =40m, H p =34m,N=600kw 求：水轮机选型 解：HL220-84
例2：H min =40m, H max =65m, H p =49m,N=2200kw 求：水轮机选型 解：HL220
三、水轮机主要参数确定
（一）用系列应用范围图确定反击式水轮机主要参数
水轮机厂家对各系列水轮机均绘出了相应系列的应用范围图，应用范围图表明了该系列水轮机在各种转轮直径1D 和转速n 情况下的最优工作范围。
系列应用范围图是在以水轮机单机出力N 为纵坐标，水头H 为横坐标的坐标系中，绘有许多平行斜线，并用短线将其分成许多平行四边形方格，每一小方格内注明水轮发电机的同步转速，最右边的数字是水轮机的标称直径1D 。
根据电站设计水头p H 和单机出力N ，在应用范围图上找出坐标点所在的小方格，则方格内的数字即为该型号水轮机的转速，方格最右边方框内数字就是转轮直径1D 。
为了确定水轮机的吸出高度s H ，在水轮机系列应用范围图旁边还绘有)(H f h s =关系曲线，曲线上s h 是理论吸出高度（假定水轮机安装地点的海拔高程▽=0时，水轮机的最大允许吸出高度）。确定水轮机吸出高度时，根据电站建设地点的海拔高程由理论吸出高度进行修正。 即
s H =s h -
对混流式水轮机，由于H 与N 变化时，汽蚀系数σ变化不大，故 )(H f h s =关系曲线只有一条，对轴流式水轮机，当H 与N 变化时，汽蚀系数σ变化较大，故)(H f h s =关系曲线有两条。上、下两条线相当于同一转轮直径1D 时σ值的上、下限，s h 可根据选择点（H ，N ）在系列应用范围图上方格中的位置选择。若选择点在斜方格的上斜线上，则采用上面的一条)(H f h s =关系曲线；若选择点在斜方格的下斜线上，则采用下面一条)(H f h s =关系曲线；若选择点在斜方格的上下斜线之间，则可按其位置内插查出 s h 。
用系列应用范围图确定水轮机主要参数简便易行，但较粗略，所以，该方法只用于小型水电站，或为节省工作量用于水电站的规划和初设阶段各方案的比较。
（二）按模型主要综合特性曲线确定水轮机主要参数
根据模型主要综合特性曲线选择水轮机主要参数，确定步骤如下： 1.计算转轮直径1D
1
D =
η
23
'
181.9p H Q N
（m ）
式中 N —水轮机单机出力，kW ；
p H ——设计水头，m ；
'1Q ——水轮机单位流量，m 3。
'1Q 按有利于工作稳定性和经济性的原则选取。对混流式水轮机：取过最优单位转速
的水平线与5%出力限制线交点所对应的单位流量'.1k Q 。如图4—14；对于受汽蚀条件限制的转桨式水轮机：则需根据允许的最大吸出高度s H ，反求出允许汽蚀系数σ，即 σ=H H S --10900
?-σ?，取过最优单位转速'
10n 的水平线与允许汽蚀系数σ线交点所对应的单位流量'1k Q 。对于s H 无限制要求的情况，则可采用型谱表中推荐的最大单位流量或设计单位流量。但在任何情况下，都不应超过型谱表中的推荐值。
η
— 原型水轮机效率，取上述计算点处的模型效率m η加效率修正值η?，初步
计算时可假定η?=1%～3%，待1D 确定后再进行效率修正计算，计算的效率修正值η?应与假定值相符，否则，应重新假定η?，重新计算确定1D 。
计算出1D 后，应选取与计算值相近的标称直径，通常取偏大值。我国型谱规定的标称直径（cm ）尺寸系列
2.计算转速n
1
'
1
D H n n =
（r/min ）
计算时：1D —转轮直径，采用选定的标称直径，m ；
H —水头，采用运行中经常出现的水头，可采用加权平均水头或设计水头，m ；
'
1n —单位转速，采用最优单位转速'
10n ，'
10n ='
1'
10n n m
?+。
计算出转速后，应选取与计算值相近的同步转速。水轮发电机的同步转速与其磁极
对数有关
3.检验水轮机实际工作范围
由于所选水轮机的直径和转速都是取标准值，所以与计算结果往往会有差异，这就需要检验所选参数是否符合选型原则，为此，可从以下两方面检验：
(1)据水轮机单机出力N ，设计水头p H 和1D 、η，计算相应的单位流量'1Q ，即
η
23
2
181.9'1p H D N
Q =
检查计算的'
1Q 是否接近而不超过原选择计算点所对应的'1Q 值。若超过，说明1D 太小，不能满足出力要求；若比原计算点的'1Q 小的多，说明1D 偏大，不经济。若符合接近而不超过原则，则将此'
1Q 值代入上式即可求得水轮机设计流量，作为计算蜗壳尺寸的依据。
(2)据最大水头max H 、最小水头min H 和1D 、n ，计算相应模型水轮机的最小单位转速'
min 1m n 和最大单位转速'
max 1m n ，即
'
1'
min 1-m ax
1n n H nD m ?=
'1
'max 1-m in
1n n H nD m ?=
在主要综合特性曲线上绘出对应于'max 1m n 和'
min 1m n 为常数的两条直线，
若这两条直线包括了主要综合特性曲线上的高效率区，则说明所选1D 和n 是合理的。否则，应适当修改1D 和n ，重新计算。
只有以上两方面都能满足，才说明所选1D 和n 在设计水头时能发出额定出力，且水轮机效率高，尺寸小。
1.计算允许吸出高度s H 并确定安装高程
s H =10-900?
-H )(σσ?+； 或s H =10-900?
-H K σσ
式中汽蚀系数σ，应根据p H 、max H 和min H 分别求出的'1n 和'
1Q ，在主要综合特性曲
线上查得，然后代入上式，分别计算p H 、max H 和min H 时的s H ，并取偏于安全的最小值作为采用值。
安装高程根据确定的s H 值和所选机型进行计算确定。
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。
风机特性曲线
用以表示通风机的主要性能参数(如风量L、风压H、功率N及效率η)之间关系的曲线称为风机特性曲线或风机性能曲线。为了使用方便，将H—L曲线、N—L曲线、η—L曲线画在同一图上。下图为4—72 No5离心式通风机在转速2 900r／min时的特性曲线。 4—72No5离心式通风机特性曲线 在通风除尘系统工作的风机，即使在转速相同时，在不同阻力的系统中它所输送的风量也可能不相同。系统的阻力小时，要求风机的风压低，输送的风量就大；反之，系统阻力大，要求的风压高，输送的风量就小。因此，用一种工况下的风量和风压，来评定风机的性能是不够的。例如，风压为1 000Pa时，4—7 2No5风机可输送风量18 000m3／h；但当风压增到3000Pa时，输送的风量就只有1 000m3/h。为了全面评定风机的性能，就必须了解在各种工况下风机的风压和风量，以及功率、效率与风量的关系。这就是为什么要通过风机性能试验做出风机特性曲线的原因所在。
通风机制造工厂对生产的风机，根据实验预先做出其特性曲线，以供用户选择风机时参考。有些风机产品样本，不但列出特性曲线图，而是还提供性能表格。下表列出了4—72离心式通风机的部分性能数据。 从特性曲线图可以看出，在一定转速下，风机的效率随着风量的改变而变化，但其中必有一个最高效率点刁一。相应于最高效率下的风量、风压和轴功率称为风机的最佳工况，在选择风机时，应使其实际运转效率不低于0．9ηmax。此范围称为风机的经济使用范围。下表中列出的8个性能点(工况点)，均在风机的经济使用范围内。 4—72 型离心式通风机性能表(摘录)
正确选择风机，是保证通风系统正常、经济运行的一个重要条件。所谓正确选择风机，主要是指根据被输送气体的性质和用途选择不同用途的风机；选择的风机要满足系统所需要的风量，同时风机的风压要能克服系统的阻力，而且在效率最高或经济使用范围内工作。具体选择方法和步骤如下： 1．根据被输送气体的性质，选用不同用途的风机。例如，输送清洁空气，或含尘气体流经风机时已经过净化，含尘浓度不超过150mg／m3时，可选择一般通风换气用的风机；输送腐蚀性气体，要选用防腐风机；输送易燃、易爆气体或含尘气体时，要选用防爆风机或排尘风机。但在选择具体的风机型号和规格时，还必须根据某种类型风机产品样本上的性能表或特性曲线图才能确定。
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)
水轮机特性曲线
保证出力与额定出力之间有什么关系，他们之间的区别是什么？分别怎样计算？ 保证出力指的是机组在各个运行水头稳定运行的出力范围。有最大保证出力，也有最小保证出力。各种机型的保证出力是不一样的。比如混流式的保证出力定义是：在最小到最大水头范围内水轮机出力是45~100%。那么最大保证出力就是某水头时的100%，最小出力为最大出力的45%。保证出力受能量性能（效率），气蚀等诸多因素的影响。例如，某水轮机出力在设计水头下为8333kw，那么，在这个水头下最大出力就8333kw,最小出力就是8333X45%=3750kw.。以上最大最小出力在行业规范中有具体的规定。额定出力是指机组在最优工况点的出力（既选择的运转特性曲线上效率最大点的水头和流量）。设计出力指的是在设计点的出力（设计水头，设计流量，设计效率）。 出力计算公式：N=9.81QHη（千瓦） 其中：9.81是水的比重常数 Q—通过水轮机的流量（立方米/秒） H—水轮机的工作水头（米） η—水轮机的工作效率（％） 水轮机的线型特性曲线可用转速特性曲线、工作特性曲线及水头特性曲线三种不同形式表示。线型特性曲线具有简单、直观等特点，所以常用来比较不同型式水轮机的特性。 一、转速特性曲线 转速特性曲线表示水轮机在导水叶开度、叶片转角和水头为某常数时，其他参数与转速之间的关系。在水轮机的模型试验中，常规的做法是保持一定的水头，通过改变轴上的负荷（力矩）来改变转速，达到调节工况的目的。故整理模型试验的数据时，以转速特性曲线最为方便，水轮机的其他特性曲线，实际上都是从转速特性曲线换算而得。 如图下图所示。由水轮机转速特性曲线可以看出水轮机在不同转速时的流量、出力与效率，还可以看出水轮机在某开度时的最高效率、最大出力及水轮机的飞逸转速。
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
水轮机选型
水轮机型号选择 根据已知的水能参数初选水轮机型号 最大工作水头：H max =Z 上max -Z 下min -△h=609.86-573.12-1.732=35 m 最小工作水头：H min =Z 上min -Z 下max -△h=607.78-574.27-1.732=31.77m 平 均 水 头：H a =12 (H max +H min )= 1 2 ×(35.85+31.35)=33.4 m 查水电站机电设备手册根据我国小型反击式水轮机适应范围参考表初选水轮机型号。 初选水轮机型号：HL240-LJ-140 水轮机类型 混流式 转轮型号 HL240 最大水头 35m 最小水头 31.77m 设计水头 33m 出力 3400kw 校核机组的稳定性 水轮机主要参数的计算： HL240-LJ-140型水轮机方案主要参数的计算: 转轮直径计算 Nr=3400/0.95=3368.42kw Hr=33.4m D 1= M Hr Q Nr η23 181.9' (1-3) 式中： Nr-为水轮机的额定出力（kw ） D 1 -为水轮机的转轮直径（m ） ηM -为水轮机的效率 Hr-为设计水头（m ） Q 1′--为水轮机的单位流量（m 3/s ） 由水力机械课本附表1中查得Q 1′=12.4 L/s=1.24m 3/s,同时在附表1中查得
水轮机模型在限制工况下的效率ηM =90.4%，由此可初步假定水轮机在该工况的效率为92.0% 将Nr=3400kw, Q 1′=1.24 m 3/s, Hr=33.4m, ηM =92%得 m D 12.192 .04.3324.181.942 .33682 31=???= 选择与之接近而偏大的标准直径D 1=1.40m 效率的修正值计算 由水力机械课本附表1查得水轮机模型在最优工况下的效率ηMmax =89.6%,模 型转轮直径D 1M =0.46m, 则原型水轮机的最高效率η max ，即： η max =1-（1-η Mmax ）5 1 1D D M (1-4) 式中： ηmax --为原型水轮机的最高效率 η Mmax --为水轮机模型在最优工况下的效率 D 1M --为模型转轮直径 （m ） D 1 --为原型转轮直径 （m ） 将η Mmax =91.0% ，D 1M =0.46m, D 1=1.4m 带入得: η Mmax =1-（1-η max ）5 1 1D D M =1-（1-0.91）54 .146.0 =92.8% 考虑到制造工艺水平的情况取ε1=1%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ε2=0，则效率修正值Δη为： Δη=ηmax -η Mmax -ε 1 式中： Δη--为效率修正值 ηmax --为原型水轮机的最高效率 η Mmax --为水轮机模型在最优工况下的效率 将ηmax=0.928，ηMmax=0.91，ε1= 0.01带入上式得：
矿井通风机特性曲线
第四节通风机的实际特性曲线 第四节通风机的实际特性曲线 一、通风机的工作参数 表示通风机性能的主要参数是风压H、风量Q、风机轴功率N、效率 和转速n等。 （一）风机(实际)流量Q 风机的实际流量一般是指实际时间内通过风机入口空气的体积，亦称体积流量（无特殊说明时均指在标准状态下），单位为,或。 （二）风机(实际)全压H f与静压H s 通风机的全压H t是通风机对空气作功，消耗于每1m3空气的能量（N·m/m3或Pa），其值为风机出口风流的全压与入口风流全压之差。在忽略自然风压时，H t用以克服通风管网阻力h R和风机出口动能损失h v，即 H t=h R+h V, 4—4—1 克服管网通风阻力的风压称为通风机的静压H S，Pa H S=h R=RQ24-4-2 因此H t=H S+h V 4-4-3 (三）通风机的功率 通风机的输出功率（又称空气功率）以全压计算时称全压功率N t，用下式计算： N t=H t Q×10-3 4—5—4 用风机静压计算输出功率，称为静压功率N S，即 N S=H S Q×10—3 4-4-5
因此，风机的轴功率，即通风机的输入功率N（kW） , 4—5—6 或 4-4-7 式中ηt、ηS分别为风机折全压和静压效率。 设电动机的效率为ηm,传动效率为ηtr时，电动机的输入功率为N m,则 4-4-8 二、通风系统主要参数关系和风机房水柱计（压差计）示值含义 掌握矿井主要通风机与通风系统参数之间关系，对于矿井通风的科学管理至关重要。 为了指示主要通风机运转以及通风系统的状况，在风硐中靠近风机入口、风流稳定断面上安装测静压探头，通过胶管与风机房中水柱计或压差计（仪）相连接，测得所在断面上风流的相对静压h。在离心式通风机测压探头应安装在立闸门的外侧。水柱计或压差计的示值与通风机压力和矿井阻力之间存在什么关系？它对于通风管理有什么实际意义？下面就此进行讨论。 1、抽出式通风 1）水柱（压差）计示值与矿井通风阻力和风机静压之间关系 如图4-4-1，水柱计示值为4断面相对静压h4，h4（负压）=P4-P04(P4为4断面绝对压力，P04为与4断面同标高的大气压力）。 图4—4—1 沿风流方向，对1、4两断面列伯努力方程
水轮机试题综合
习题一 1．水轮机的基本工作参数通常有哪几个？它们的代表符号和单位是什么？ 2．什么叫水轮机的设计水头、最大水头、最小水头和净水头？ 3．某河床式电站在设计水头下：上游水位Z上=63m，下游水位Z下=44.4m， 通过某台水轮机的流量m2/s,发电机效率, 水轮机效率，如忽略引水建筑物中的水力损失，试求水流出力、水轮机出力和机组出力。 4．现代水轮机的基本类型有哪些？它们的适应水头怎样？ 5．了解我国已建及正在建的大型水电站的机组的单机容量和适用水头。 6．反击式和冲击式水轮机在能量转换上有何区别？ 7．解释水轮机型号： HL160-LJ-520、ZZ560-LH-800、GD600-WP-250、 2CJ30-W-120/2×10。 8. 贯流式机组主轴都采用卧轴布置的优缺点有哪些？ 习题二 1.混流式水轮机的性能如何？ 2.混流式水轮机由哪几大部分组成？其工作过程怎样？ 3.水轮机的类型有几种，各种类型水轮机有何优缺点？ 4.转轮的作用是什么？转轮一般由哪几部分组成？ 5.混流式水轮机转轮与轴流式水轮机在结构上有何异同点？ 6.止漏环有哪几种类型，其作用范围怎样？ 7.什么叫水轮机的轴向水推力？如何估算？ 8.减压装置有几种类型？它们的工作的原理是怎样的 9.引水室的作用是什么？它有几种类型？ 10．金属蜗壳的应用条件、结构类型和一般的受力特点是怎样的？ 11．导水机构的作用是什么，它有几种类型？一般用来调节流量的方法有几种？ 12．导水机构的传动机构有何作用？它有哪几种类型？ 13．导叶的数目、开度、高度及相对高度、偏心距、进口角和出口角等用什么符号代表？基本概念如何？ 14．说明水轮机顶盖和底环的结构以及其和其它部件的装置关系？ 15．尾水管的类型有几种，各有何优缺点，其作用是什么？ 16.试用伯努里推导尾水管回收动能原理。 17．减轻尾水管振动的措施通常有几种方法？ 18．说明补气装置的作用？ 19．尾水管的十字架补气和短管补气装置结构怎样？应用范围如何？ 习题三 1.轴流式和混流式转轮中水流运动各有什么特点？
水轮机选型
第三章水轮机选型 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。 根据H、N的范围选择水轮机是水电站主要设计任务之一，使水电站充分利用水能，安全可靠运行。 水轮机选型设计是水电站设计中的一项重要工作。它不仅包括水轮机型号的选择和有关参数的确定，还应认真分析与选型设计有关的各种因素，如水轮发电机的制造、安装、运输、运行维护，电力用户的要求以及水电站枢纽布置、土建施工、工期安排等。因此，在选型设计过程中应广泛征集水工、机电和施工等多方面的意见，列出可能的待选方案，进行各方案之间的动能经济比较和综合分析，以力求选出技术上先进可靠、经济上合理的水轮机。 第一节水轮机的标准系列 一、水轮机的系列型谱 我国在1974年编制了反击式水轮机暂行系列型谱，其中所列出的转轮，是经过长期实践验证在某一水头段的性能优异的转轮。 型谱中，水轮机转轮型号规定一律用比转速代号。 轴流式、混流式、ZD760型、水斗式水轮机系列型谱参数见教材。 二、水轮机转轮标称直径系列(cm) 三、水轮发电机标准同步转速
四、水轮机系列应用范围图 第二节水轮机选择 一、水轮机选型设计的内容 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.确定水轮机参数D1、n、H s、Z a；Z0、d0 4.绘制水轮机运转特性曲线 5.确定蜗壳、尾水管的形式及其尺寸，估算水轮机的重量和价格。 6.调速器及油压装置选择 7.根据选定的水轮机型式和参数，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，最终双方共同商定机组的技术条件， 作为进一步设计的依据。 二、水轮机选型设计的基本要求 1.有较好的能量特性，在额定水头下能保证发出额定出力，额定水头以下的机
水泵水轮机全特性..
水泵水轮机全特性 1．水泵水轮机全特性曲线 抽水蓄能电站的水泵水轮机均设有活动导叶，通过导叶调节水轮机运行时的流量，故水泵水轮机的特性曲线一般为一组不同导叶开度下的全特性曲线，其区域的划分与水泵的全特性区域划分一样，只是习惯上以正常水轮机运行工况的各参数为正。同时抽水蓄能电站一般H 也总是正值，即在实际工程中实用也就是5个工况区，即水轮机工况、水轮机制动工况、水泵工况、反水泵工况、水泵制动工况。 水泵水轮机全特性曲线表示方法通常采用1111~n Q 和1111~n M 来表示。图3-7和图3-8所示为某抽水蓄能电站水泵水轮机的四象限特性曲线。 图3-7 水泵水轮机流量特性曲线 图3-8 水泵水轮机力矩特性曲线
2．水泵水轮机全特性曲线的特点 通过对不同水泵水轮机的全特性分析可以看出，水泵水轮机全特性有着下述的规律与特点： （1）在水泵工况，大开度等导叶开度曲线汇集成一簇很窄的交叉曲线，说明在此区域水泵扬程与导叶开度的关系不大，开度的改变不会造成单位转速及单位力矩的很大的变化。当导叶开度较小区域时随着导叶开度的减小其流量曲线及力矩曲线则加速分又，说明此时的导水机构可看作是节流装置，水头损失急剧增大，从而对水泵的力矩及流量产生较大的影响。在水泵实际运行中导叶开度将随着扬程的变化而沿各导叶开度特性曲线的外包络线变化，使得水力损失最小，也即使得水泵的效率在此工况最高。此外，随着单位转速的增大，也即水泵扬程的减小，水泵的流量及水力矩将快速增大，所以在水泵及电动机设计时应充分考虑此时水泵的力矩特性，电动机容量应根据可能的正常运行最低扬程工况进行设计，并留有一定的裕量；同时根据导叶小开度区域力矩分散的特性，在异常低扬程起动时（如初次向上水库异常低扬程充水时）可采取关小导叶开度来限制其水力矩，即限制水泵的入力在一定范围以内。
水轮机特性曲线及选型
第四章 水轮机的特性曲线与选型 第一节 水轮机的相似律 一、水轮机的相似条件 在进行模型试验时，模型与原型水轮机之间应满足的条件称为水轮机的相似条件。模型和原型水轮机之间应满足几何相似、运动相似和动力相似三个相似条件。 1.几何相似（必要非充分）（同轮系） 几何相似是指两个水轮机的过流部件形状相同（即过流部件几何形状的所有对应角相等），尺寸大小成比例。即： == = m m m a a b b D D 000011 式中 ：01b D 、、0a ——水轮机的转轮直径、导叶高度、导叶开度。 满足几何相似的一系列大小不同的水轮机，称为同轮系（或同型号）水轮机。只有同轮系的水轮机才能建立起运动相似或动力相似。 2.运动相似（等角工作状态） 运动相似是指同一轮系的水轮机，水流在过流通道中对应点的同名流速方向相同，大小成比例，即相应点的速度三角形相似。即 两水轮机运动相似就称此两水轮机为等角工作状态。 3.动力相似 动力相似是指同一轮系水轮机在等角工作状态下，水流在过流部件对应点的作用力（惯性力、重力、粘滞力、摩擦力等），同名力的方向相同，大小成比例。 二、轮机的相似律 在满足相似条件的基础上原型与模型水轮机各参数之间的相互关系称为水轮机的相似律，也称为水轮机的相似公式。 1.转速相似律 s m s m m H D H D n n ηη1 1= s H D n η1 1∝ 2.流量相似律 sm m m s vm m v H D H D Q Q ηηηη2121= s V H D Q ηη21∝ 式中：v Q η—有效流量。
称为水轮机的流量相似律，亦称为流量方程式。 在应用中，直径m D 1、1D 、水头m H 、H 为定值，若效率vm η、sm η、v η、s η为已知时，则可由测得的m Q 求得原型水轮机的流量Q 。 3.出力相似律 ()() jm sm m m j s m H D H D N N η ηηη23 2123 2 1 = 2 3 2 1 s H D N η∝ 称为水轮机的出力相似律，亦称出力方程式。 同理，在已知其它参数时，也可由测得的模型水轮机出力m N 求得原型水轮机的出力 N 。 假定sm s ηη=、vm v ηη=、jm j ηη=和m ηη=时，得出近似相似律公式如下： m m m H D H D n n 1 1= 1 n 11'== m m m H D n H nD m m m H D H D Q Q 2121= 1 Q 212 1 '== m m m H D Q H D Q 23 212 3 21m m m H D H D N N = 1 N 2 3 2 12 32 1'== m m m H D N H D N 第二节 水轮机的单位参数及比转速 一、水轮机的单位参数 H nD n 11 = ' H D Q Q 2 1 1 =' 2 3 211 H D N N = ' 由上述表达式可看出：当水轮机转轮直径1D =1m 、水头1=H m 时，1 n '、1Q '、1N '分别等于水轮机的转速、流量和出力，所以1 n '、1Q '、1N '分别被称为单位转速、单位流量和单位出力，统称为单位参数。 对于同轮系水轮机，单位参数随着工作状态（工况）的改变而改变，当工作状态（工况）一定时，则单位参数是不变的三个常数，工作状态（工况）变化时，单位参数则又 是三个对应于工作状态（工况）的常数。显然可知：（1 n '、1Q '、1N '）就代表了同轮系
水轮机选型说明
埃塞俄比亚GD-3电站水轮机选型说明 1.水轮机参数 水轮机模型参数表
HLA550-LJ-250 转速428.6r/min水轮机运转特性曲线
HLA892-LJ-245 转速428.6r/min水轮机运转特性曲线
2.选型分析 ①能量特性水轮机能量特性通常用水轮机的效率来评定，在转轮的选择上，我公司着重考虑：<1>在额定工况具有较高效率；<2>在整个运行范围内其加权平均效率较高；<3>最佳的运行范围。 从上面的效率表和能量特性表可以看出： 从上面比较可以看出，HLA550-LJ-250额定点效率较高,而HLA892-LJ-245最高效率较高。从上面提供的水轮机运转特性曲线可以看出:HLA550-LJ-250的额定点在第一圈效率线以内；而HLA892-LJ-245的额定点在第二圈与第三圈效率线之间,故HLA892-LJ-245的整个运行范围更右边一些。这点来看,HLA892-LJ-245具有更高的加权效率(由于没有加权因子,只能定性分析)。 ②空蚀特性水轮机的空蚀性能好坏直接影响电站的开挖深度以及今后电站的稳定运行，水轮机空蚀性能差将不仅破坏机组，引起噪声、振动和效率的下降，而且还影响水轮机的寿命，严重时将使机组无法安全运行。 从上面的水轮机主要参数表可以看出： 对于本电站水轮机，HLA550-LJ-250的额定点吸出高度为-8.66m，而HLA892-LJ-245 的额定点吸出高度为-2.65m。HLA892-LJ-245具有更好的汽蚀性能。 ③运行稳定性效率、空化和稳定性是水轮机的三个最重要的指标。效率关系到水能的利用程度，空化关系到机组的寿命，而水轮机稳定性的重要性在于机组能否安全正常运行。我们通过上面的水轮机运转特性曲线可以看出，对于本电站，HLA550-LJ-250只包含有很一部分最优区，而HLA892-LJ-245包含了绝大部分最优区。故从机组的运行稳定性上来说， HLA892-LJ-245具有更好的机组运行稳定性。。 综上所述，我公司推荐GD-3电站水轮机转轮采用：HLA892-LJ-245（转速428.6r/min）。 3.转轮业绩 HLA892是哈尔滨电气集团公司研发的转轮，曾应用于巴基斯坦马兰Ⅲ电站，该电站机组于2008年6月成功发电。从电站运行情况来看，该转轮性能优良。