02__水轮机及其选择概论

第二章水轮机及其选择

水力机械

?水轮机+发电机：水轮发电机组?功能：发电

?水泵+电动机：水泵抽水机组。?功能：输水

?水泵+水轮机：抽水蓄能机组。?功能：抽水蓄能

水轮机

水轮机是将水能转变为旋转机械能，从而带动发电机发出电能的一种机械，是水电站动力设备之一。

2.1 水轮机的类型和构造

()()()()()()()()()()()()()()????????

????????????????????????????????????? 双击式

斜击式 切击式水斗式冲击式贯流调桨式贯流定桨式贯流转桨式贯流式 斜流式　轴流调桨式　轴流定桨式　轴流转桨式轴流式 混流式反击式水轮机SJ XJ CJ GT GD GZ GL XL ZT ZD ZZ ZL HL

一、反击式水轮机

?定义：利用水流的势能和动能做功的水轮机称为反击式水轮机。

?特征：转轮的叶片为空间扭曲面，流过转轮的水流是连续的，而且在同一时间内，所有转轮叶片之间的流道都有水流通过，即水流充满转轮室。

反击式水轮机类型

?1.混流式：水流径向流入转轮，轴向流出。

?适用范围：H=30-700 m , 单机容量：几万kW-几十万kW

?适用于高水头小流量电站。

三峡水电站水轮机转轮

?2. 轴流式：水流沿转轮轴向流入，轴向流出，水流方向始终平行于主轴。

?轴流定浆式：叶片不能随工况的变化而转动。

?轴流转浆式：叶片能随工况的变化而转动，进行双

重调节（导叶开度、叶片角度)。

3. 斜流式：水流经过转轮时是斜向的。转轮叶片随工况变化而转动，高效率区广。常用于抽水蓄能水电站。

4. 贯流式：水轮机的主轴装置成水平或倾斜。不设蜗壳，水流直贯转轮。水流由管道进口到尾水管出口都是轴向的。适用于低水头、大流量的河床式和潮汐水电站。

二、冲击式水轮机

?定义：利用水流的动能来做功的水轮机为冲击式水轮机。

?特征：由喷管和转轮组成。水流以自由水流的形式(P=Pa)冲击转轮，利用水流动能(V方向、大小改变)产生旋转力矩使转轮转动。在同一时刻内，水流只冲击着转轮的一部分，而不是全部

冲击式水轮机的类型

?水斗式

?特点是由喷泉嘴出来的射流沿圆周切线方向冲击

转轮上的水斗作功。

?水斗式水轮机是冲击式水轮机中目前应用最广泛

的一种机型。

?斜击式：射流中心线与转轮转动平面呈斜射角度?双击式：水流穿过转轮两次作用到转轮叶片上?斜击、双击水轮机构造简单，效率低，用于小型电站

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

水利工程概论复习资料

《水利工程概论》复习资料 第一章绪论 一、地球上及我国水资源的总量 地球上138.6×108亿m3；我国2.77万亿m3 二、我国水资源的特点 1、水资源总量丰富，人均占有量低 2、水资源在空间上分布不平衡 3、水资源在时间上分布不平衡 4、水资源分布与人口、耕地布局不相适应 三、水利工程的分类 河道整治与防洪工程；农田水利工程；水力发电工程；供水和排水工程；航运工程 四、水力发电工程的两个基本要素 落差、流量 第二章水库、水利枢纽、水工建筑物 一、水库的概念及分类（按库容，径流调节周期） 水库是指在山沟或河流的狭口处建造拦河坝形成的人工湖泊。 按库容大小水库分为：大（1）型水库<库容不小于10×108 m3>； 大（2）型水库<库容为（1.0~10）×108m3>； 中型水库<库容为（0.10~1.0）×108m3>；

小（1）型水库<库容为（0.01~0.10）×108m3>；小（2）型水库<库容为（0.001~0.01）×108m3>。 按径流调节周期长短分为：无调节、日调节、周调节、年调节和多年调节水库。 二、水库的径流调节 水库的径流调节是指利用水库的蓄泄功能有计划地对河川径流在时间上和数量上进行控制和分配。 三、水库的特征水位和特征库容的概念 特征水位：水库工程为完成不同任务，在不同时期和各种水文情况下，需控制达到或允许消落的各种库水位。 特征库容：相应于水库的特征水位以下或两特征水位之间的水库容积。 四、水工建筑物的分类 1、挡水建筑物 2、泄水建筑物 3、输水建筑物 4、取水建筑物 5、整治建筑物 6、专门性水工建筑物 五、水利枢纽布置 水利枢纽布置是水利工程设计研究首要的主要内容。在选择水利枢纽布置方案时，既要满足枢纽的各项任务和功能要求，又要适应枢纽工程区的自然条件，还要便于施工布置，有利于节省投资和缩短工期，因此应在保证运行方便和安全可靠地前提下，力求做到节省工程量、便于施工、缩短工期。一般应进行多方案比较，优选技术经济效益最佳的方案。在

水斗式水轮机选型实例

水斗式水轮机选型实例 水斗式水轮机选型实例(20080710修改) 2006年曾经写过一篇，方法不再累述，这次的就修改一下，简要说说这2年半来选型的趋势，与时俱进吧。 首先更改一下以前的实例5，最后的型号居然是186/4*12.5.，不好意思，东电哈电的业绩确实太难得到了。 下面是摘抄的各个水斗式生产厂家近2年比较典型的对外宣传业绩: 总的说来具有一下趋势: 1、A475被广泛的应用，基本在600米以下开始取代A237了。横比各个厂家的业绩看出A475成了首选，看来A475比A237的优势被广泛认同。 2、在600~800米水头出现了A870，有几个电站的实例了。 3、在1000米水头段出现了105，有5个以上电站的实例运行了。 4、出现了一些新的型线代号，很多是国外进口转轮的代号。如 A1085 244 520 K001 DF01 T5317 等(新型号有些是厂家自己取的名字，真实性不敢肯定) 5、选型出现了追求价格不计性能的趋势。这个不支持。比如325米 4250千瓦选择105/2*12.5 ;210米2500千瓦选择100/2*12 ;370米4000千瓦110/2*10等等。这样选型都不出问题，什么才会出问题呢,大厂都这样了，小厂是一直都有这种趋势。这2年来钢材上涨的价格吓人，而厂家也在增多，行业价不升反降，分蛋糕的越来越多，所以技术含量不高的厂家报的价格基本都是白菜价了～～～大厂也开始饥不择食了，小机器一样也做。 6、单位转速普遍在39.5~41之间。至于原因上文说到的新的理论已经出版了，名字是《水斗式水轮机基础理论与设计》，书里面有说明。至于485米60MW 选217.2/6*18.1有点太偏颇了。

水轮机型号选择

.水轮机型号选择 水电站水头变化：上游最大—下游最小=校核洪水位—下游正常尾水位 上游最小—下游最大=死水位—校核洪水位 在水轮机系列型谱表3-3和3-4，查出合适的机型有HL240 水轮机HL240型水轮机方案的主要参数选择 （1）转轮直径1D 计算 查水轮机型谱表可得HL240型水轮机在限制工况下的单位流量10'Q =1240L/S=1.243m /s,效率m η=90.4%，由此可初步假定原型水轮机在该工况下的单位流量'1m Q =' 1Q =1.243m /s ，效率η=90.4%，水轮机的额定出力 r N =AQH=8.5×37×(447—404.6）=13334.8kw （其中A 一般取6.5-8.5，Q 为发电流量，H 为上游正常高水位-下游正常尾水位） 由于采用坝后式，H r =0.95H v a =0.95× 244.5812.1+=26.923 （H av =28.34m) ,上述的'1Q 、η和r N =13334.8KW 、r H =26.923m 代入式1D = η r r r H H Q N 1'81.9=2.95m 选用与之接近而偏大的标称直径1D =2.95m （2）转速n 的计算 查水轮机型谱表可得HL240水轮机在最优工况下单位转速' 10n =72.0r/min ，初步假定 '10m n ='10n =72.0r/min,将已知的'10n 和av H =28.34m ，1D =2.95m 代入式n=av H D 1 '1n = 2.9528.3472?=129.93r/min ，选用与之接近而偏大的同步转速n=214.3r/min. （3）效率及单位参数修正 HL240型水轮机在 最优工况下的模型最高效率为max M η=92.0%，模型转轮直径为1M D =0.46m ，可得原型效率： max η=95.0% 则效率修正值为η =95.0%-92.0%=3.0%. 考虑到模型与原型水轮机在制造工艺质量上的差异，常在已求得的η?值中再减去一个修正值ξ。先取ξ=1.0%，则可得效率修正值为η?=2.0%，由此可得原型水轮机在最优工况和限制工况下的效率为： max η=max M η+η?=92.0%+2.0%=94.0%

水轮机概论

情景1 水轮机概论 1.1 水轮机基本参数 水轮机是把水流能量转换成旋转机械能的水力机械，是水电厂最主要的动力设备。水轮机主轴带动发电机轴旋转，利用发电机将机械能转换成电能。水轮机一般装在水电站的厂房内，如图1-1所示，当水流经引水道进入水轮机，由于水流和水轮机的相互作用，水流的能量便传给了水轮机，水轮机获得能量后开始旋转而做功。因为水轮机轴和发电机轴相连，水轮机便把它获得的能量传给了发电机，并驱动带有磁场的发电机转子转动而形成旋转磁场，发电机定子绕组切割磁力线而感应出电动势，带上外负荷后便输出了电流。 当水流通过水轮机时，水能即转变成机械能，这一工作过程的特性可用水轮机基 本参数来表征。其基本参数有：水头H 、流量Q 、功率P 、效率η和转速n 等。 1.1.1 水轮机水头H 1．净水头H 净水头是水轮机进口与出口测量断面的总水头差，即水轮机做功用的有效水头，用符号H 表示，单位为m 。图1-2为反击式水电站水轮机装置示意图。 对于反击式水轮机，进口断面取在蜗壳进口处Ⅰ-Ⅰ断面，出口断面取在尾水管出口Ⅱ-Ⅱ断面，则净水头为 ??? ? ??++-???? ??++=I I g g p Z g g p Z H II II II II I I 2222υαρυαρ （1-1） 式中：Z I 、Z II 分别为断面Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ处相对于某基准的位置高度，m ；I p 、II p 分别为断面Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ处的流体压强，Pa ； I υ、II υ分别为Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ处过流断面的平 图1-1 拦河坝式水电站坝后式厂房 1-水轮机；2-发电机；3-尾水管；4-桥机；5-引水道

均流速，m/s ；I α、II α分别为Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ处的过流断面速度分布不均匀系数；ρ为水的密度，kg/m 3；g 为重力加速度。 净水头H 又可表示为： 1-?-=A g h H H （1-2） 式中：H g 为水电站水头（毛水头）；1-?A h 为水电站引水建筑物中的水力损失。 毛水头是水电站上、下游水位的高程差，用符号g H 表示，单位为m 。 2．额定水头H r 额定水头是水轮机在额定转速下，输出额定功率时的最小净水头，单位为m 。 3．设计水头H d 设计水头是水轮机在最高效率点运行时的净水头，单位为m 。 4．最大（最小）水头H max （H min ） 最大（最小）水头是在运行范围内，水轮机水头的最大（最小）值，单位为m 。 5．加权平均水头H w 加权平均水头是在电站运行范围内，考虑负荷和工作历时的水轮机水头的加权平均值，单位为m 。 图1-2 立轴反击式水轮机的工作水头

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

一、简介 （一）、简介 水轮机是水电厂将水轮转换为机械能的重要设备。 1、按能量方式转换的不同，它可分为反击式和冲击式两类。反击型利用水流的压能和动能，冲击型利用水流动能。 2、反击式中又分为混流、轴流、斜流和贯流四种； 3、冲击式中又分为水斗、斜击和双击式三种。 1）、混流式： 水流从四周沿径向进入转轮，近似轴向流出 应用水头范围：30m~700m 特点：结构简单、运行稳定且效率高

水流在导叶与转轮之间由径向运动转变为轴向流动 应用水头：3~80m 特点：适用于中低水头，大流量水电站 分类：轴流定桨、轴流转桨 3）、冲击式 转轮始终处于大气中，来自压力钢管的高压水流在进入水轮机之前已经转变为高速射流，冲击转轮叶片作功。 水头范围：300~1700m 适用于高水头，小流量机组。 （二）、水轮机主要类型归类 二、水轮机主要基本参数 1、水轮机主要基本参数

水头：Hg、H、Hmax、Hmin、Hr（设计水头）流量：Q 转速:f=np/60 出力：N=9.81QHη（Kw） 效率：η 2、水轮机型式代号 混流式：HL 斜流式：XL 轴流转桨式：ZZ 轴流定桨式：ZD 冲击（水斗式）：CJ 双击式：SJ

斜击式：XJ 贯流转桨式：GZ 贯流定桨式：GD 对于可逆式，在其代号后增加N 3、混流式水轮机 型号：HL100—LJ—210 HL：代表混流式水轮机100：转轮型号（也称比转速）LJ：立式金属蜗壳 210：转轮直径（210厘米）4、轴流式水轮机

ZZ560—LH—1130 ZZ：轴流转桨式水轮机 560：转轮型号 LH：立式混凝土蜗壳 1130：表示转轮直径为1130厘米5、冲击式水轮机 CJ47—W—170/2X15.0 CJ：冲击式 W：卧轴 170：转轮直径170cm 2：2个喷嘴

水轮机型号选择

水轮机型号选择 根据水电站的水头变化范围36.0m~38.0m,在水轮机洗力型谱表3-3，表3-4中查出适合的机型有HL240和ZZ440两种，现将这两种水轮机作为初选方案，分别求出有关参数，并进行比较分析。 一）HL240型水轮机方案的主要参数选择 1).转轮直径D1计算 查表3-6和图3-12可得HL240型水轮机在限制工况下的单位流量 Q '1 = 1.24 s m 3 效率m η =92%，由此可初步假定原型水轮机在该工况 下的单位流量Q '1=Q M '1=1.24s m 3 上述的 Q '1，η和额定出力r N =kw kw N gr gr 40816% 984==万η r H =36m 1D = η 2\3181.9Hr Q Nr '= 92 .03624.181.940816 2 \3??=4.109 m 选用与之接近而偏大的标称直径 D1=4.5m 2) 转速n 计算 查表3-4可得HL240型水轮机在最优工况下单位转速 M n 10 '=72min r ,初步假定10n '=M n 10'将已知的10n '和加权平均水头av H =36m, 1D =4.2m 代入 n= 965 .4367211 =?='D H n min r 故选用与之接近而偏大的用步转速n=100min r 3) 效率及单位参数修正 查表3-6可得HL240型水轮机在最优工况下的模型最高效率为 M m a x η=92% 模型转轮直径为M D 1=0.46m 根据式（3-14） ，求得原型效率 %9.945 .446.0)92.01(1)1(155 11max max =--=--=D D M M ηη则效率修正值为 %9.2%92%9.94max max =-=-=?M ηηη 考

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

(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。

水斗式水轮机的水力设计

2. 水斗式水轮机的水力设计 本章对冲击式水轮机水斗内的流动进行了经典的分析，在实验室的测量结果的例子中也提到了，包括现代CFD分析中对水斗内流动的可能出现的不确定性的讨论。 2.1. 水斗式水轮机水斗内流动的图形化分析 当下冲击式水轮机水斗的水力设计是基于非平稳自由面的CFD分析。此方法在不断改进中，但它仍然需要一段很长的路要走来得到正确的解决方案，而且模型试验仍是目前制造高效率的水斗的唯一的办法。值得感兴趣的是了解到94年前冲击式水轮机式水斗的非平稳流的流动分析是在图形分析方法的基础上进行的，并由挪威科技大学研发成功的。这是H.Christie在硕士期间开发的方法，他后来任上述的水轮机制造公司KVAERNER首席官。 这个分析的原理是基于一个表面微粒的加速度表面必须垂直于水斗内的水面，然后，此方法的使用者_必须首先绘制水斗内假定的移动表面符合假设的粒子路径，一步一步地及时使用小的增量得射流越过水斗，直至射流所切取的部分冲出水斗。 图7. 取自图形化分析的动态水面在某个时间点“冻结”，还显示出了水面上的粒子径。 此分析的目的是找到水斗的一个最优的水力形状如出口角度和水的射流进口部分，以免产生分流水和击中相邻水斗背面侧的水。关于冲击式水轮机水斗的CFD流动分析工作在[2]中有提到，但在本文中不会介绍。 2.2 . 冲击式水轮机模型试验测量结果 目前CFD分析得到广泛使用，但对受尖端引起的中心尾流和气流损失引起的打开面影响的喷嘴内的速度分布的分析是不正确的[3]。如图8所示，由挪威科技大学的微型毕托管测量喷嘴内的速度分布。因为射流的速度分布的改变取决于喷嘴的距离，没有正确的射流速度分布的CFD分析也将是不正确的。

水轮机选择(经典)

第四章水轮机选择 §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 以H为横座标，N单为纵座标绘制某一系列水轮机应用范围。 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

§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D 1、n、H s 、Z a ；Z 、d (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。 4、有关资料 (1)、水轮机产品技术资料：

水轮发电机组值班(上册)--复习题答案

水轮发电机组值班(上) 第一篇水电厂辅助设备及厂用电系统 第一章水力发电概论 复习题 一、填空题: 1、河段水能数值的大小取决于水的落下高度和水量的大小。(也就是落差和水量两个要素。) 2、从天然水能到生产电能的过程中,各种损失有蒸发、渗漏损失、水头损失、功率损失。 3、水电厂的开发方式有抬水式开发、引水式开发、混合式开发、潮汐式水电厂、抽水蓄能电厂、梯级水电厂。 4、水电厂的水工建筑物有拦水建筑物—坝、泄水建筑物、闸门、用水建筑物—水电厂进水建筑物和厂房。 5、闸门从其结构来看,其类型有平板闸门和弧形闸门。 6、水库的特征水位有死水位、正常蓄水位、防洪限制水位、防洪高水位、设计洪水位、校核洪水位。 7、水电厂在系统中的运行原则是 8、泄水建筑物的作用是宣泻洪水。 9、泄水建筑物按泄流方式可分为溢洪道和深水泄水道。

10、水电厂的装机容量从设计角度包括最大工作容量、备用容量、重复容量。 二、选择题 1、水电站的出力公式为:( b ) (a)P=9.81QH;(b)P=9.81ηQH;(c)P=KQH;(d)E=0.00272WH 2、抽水蓄能电厂在电力系统中的主要作用是( d ) (a)抽水;(b)发电;(c)蓄能;(d)削峰填谷。 3、按坝的受力情况和结构特点分为( c、d ) (a)溢流坝;(b)混凝土坝;(c)拱坝;(d)重力坝。 4、多年调节水电厂在系统中一般( b、d ) (a)担任基荷;(b)担任峰荷;(c)侒保证出力工作;(d)可担任备用任务。 5、防洪限制水位是指( c ) (a)水库削落的最低水位;(b)允许充蓄并能保持的高水位;(c)汛期防洪要求限制水库兴利允许蓄水的上限水位;(d)水库承担下游防洪任务,在调节下游防护对象的防洪标准洪水时,坝前达到的最高水位。 三、判断题 1、水轮机效率(ηr )和发电机效率(ηc)之积就是水电厂效率。(√) 2、潮汐式水电厂只有在落潮时才能发电。(×)

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：

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