抽水蓄能电站水泵水轮机设计浅析概要

抽水蓄能电站水泵水轮机设计浅析

王泉龙

（哈尔滨电机厂有限责任公司哈尔滨 150040）

[摘要] 本文根据哈尔滨电机厂有限责任公司近年来抽水蓄能技术引进和技术创新以及在多个项目工程实践经验，简要分析了水泵水轮机与常规水轮机相比从水力设计到机械设计等方面的技术特点。

[关键词] 水泵水轮机水力设计机械设计

1 前言

目前国外投入运行的单级混流式水泵水轮机的最大扬程已经达到778m （日本葛野川），最大单机容量已经达到470MW （日本神流川）。可变速的抽水蓄能机组单机最大容量已经达到412MW （日本葛野川）。我国发电设备制造行业对抽水蓄能技术的开发起步较晚，已陆续建成的300MW 级大型抽水蓄能机组全部为进口设备。为弥补这方面的空白，哈电自1977年起就与清华大学等单位合作进行了部分水头段水泵水轮机的水力研究，取得了一些较好的试验成果。2000年哈电获得了2台60MW 回龙抽水蓄能机组的供货合同，2002年又获得了2台150MW 白山抽水蓄能机组的供货合同。2002年哈电作为GE 公司的分包方承接了2台300MW 韩国青松水泵水轮机、进水阀门及其辅助设备(BOP机械部分的制造任务，两台机组中除转轮和主轴密封外，其余部分均由哈电供货，设计方面GE 公司只提供概念设计，哈电完成施工设计。2003年国家发改委又以惠州、宝泉和白莲河抽水蓄能机组为依托工程，以哈电和东方电机股份有限公司作为技术受让方引进了法国阿尔斯通公司在抽水蓄能机组设计制造方面的关键技术。通过技术引进、消化吸收和技术再创新，以及近期几个项目的工程实践，国内设备制造公司已经具备了300MW 等级的抽水蓄能机组设计、制造、系统集成和现场调试的能力。

2 水力设计技术

水力设计的目的是通过计算机数值分析对水泵水轮机的通流部件进行优化并预估其水力性能。水泵水轮机设计与常规的水轮机区别较大，除常规的能量、空化和稳定性外，S 特性和驼峰区是研究的重点，但均采用CFD 方法和相同的流动计算商业软件包。水泵水轮机通流部件数值分析主要是计算蜗壳、双列叶栅、转轮、尾水管内部的水流流动情况，通过计算出的压力场、速度场、流场等结果对通流部件的水力性能做出评判。数值分析采取各通流部件单独计算。在技术转让过程中，阿尔斯通公司对水力设计所涉及的商业软件进行了全面培训，转让了全部的自开发软件。哈电在引进技术消化吸收基础上，自行开发设计了500m 水头段转轮，通过模型试验其性能与引进的转轮性能相当。自行开发了响水涧蓄能电站水泵水轮机水力模型，并经瑞士洛桑国际中立水力试验台的模型试验验证其性能达到当今世界先进水平。同时还完成了溧阳、仙居项目的水力设计和模型试验工作，其各项性能指标均达到较高水平。

2.1 转轮的数值计算

转轮要兼顾水轮机和水泵工况两种功能，其主要设计步骤为：根据两种运行工况的要求，选定一个可以由一个转轮最大程度满足两种工况要求的设计参数；通常以泵工况为基础进行水力设计，再以水轮机工况的要求来校核，通过CFD 分析结果在一定范围内调整修改。采用专用设计软件进行转轮轴面流线设计、翼型骨线设计和翼型实体设计后生成叶片翼型，应用CFX-Turbogrid 对叶片做单周期结构化网格划分（见图1），生成的计算网格文件采用CFX-TASCflow 进行数值计算（图

2~图4）。

图1 CFX-Turbogrid网格划分图2 压力面压力分布

图3 下环速度分布图4 流线分布

应用CFX-TASCflow 自带宏命令可直接对计算网格结果进行后处理计算，求解效率、扬程、力矩、功率等性能参数。

2.2 双列叶栅的水力设计

水泵水轮机双列叶栅考虑到两种工况运行其翼型与常规水轮机有所不同，经初始翼型设计后，应用ANSYS 软件按转轮高压侧高度拉伸、造型生成单周期双列叶

栅实体，做非结构化周期网格划分，并对导叶固壁面边界层进行三棱柱网格加密，生成双列叶栅三维非结构化网格，导入CFX5做双列叶栅联合数值分析。以下(图5、图

6是部分水泵水轮机双列叶栅网格划分及数值分析结果。

图5 双列叶栅计算网格图6 双列叶栅压力分布

对于水泵水轮机双列叶栅的优化设计主要侧重水轮机工况的数值分析,主要目的是提高水轮机水力性能，而优化转轮的主要目的是提高水泵水力性能。

2.3 蜗壳的数值分析

水轮机工况下，蜗壳使水流能均匀地进入到转轮，并使水流进入导水机构前具有一定的环量；在水泵工况下，蜗壳用来收集从转轮流出的水流，同时把水流动能转换为压力能，减少水流的环量，使出水管道中的水流损失减少。虽然螺旋形蜗壳在作用上能满足水泵水轮机的蜗壳的要求，但是因为两种工况下的工作参数不同，泵工况下蜗壳还要承担水流动能转化为压力能的任务，所要求的蜗壳断面较水轮机工况下所要求的小，所以水泵水轮机的蜗壳设计有一定的难度。在双列叶栅的优化设计基础上进行水泵水轮机蜗壳与双列叶栅的联合数值分析。按面积变化规律确定水泵水轮机蜗壳各断面尺寸，所设计的蜗壳经AutoCAD2002（MDT ）三维实体造型，导入ANSYS ICEM CFD 5作网格划分，生成三维非结构化网格，应用CFX5.7进行流动数值分析（图7、图8）。

图7 蜗壳壁面压力分布图8 蜗壳内部流线分布

2.4 尾水管的数值分析

尾水管的性能好坏直接影响水泵水轮机能量特性、空化特性和运行稳定性。但水泵水轮机尾水管对水轮机工况和水泵工况的影响特点是不同的。主要表现为以下两个方面：

（1）尾水管直锥段起最主要作用。较长的直锥段具有较明显的扩散作用。对水轮机工况而言，肘管及扩散段的形状及断面变化规律的影响相对较小；对水泵工况来说，较长的直锥段更能保证进口水流的均匀性；

（2）尾水管的总高度对水泵工况没有明显的影响，但对水轮机工况的能量恢复有较大影响。水泵水轮机尾水管与常规水轮机尾水管相比较，有以下三个主要特点：

（1）具有相对较长的直锥段；

（2）水泵水轮机通常采用连续扩散型肘管；常规水轮机尾水管中，为防止水流在弯段从壁面脱流，广泛使用一种具有“扩散—收缩—扩散”断面规律的肘管，两者面积变化规律参见；

（3）大部分水泵水轮机尾水管两端均为圆断面，肘管部分可根据“连续扩散”的面积变化律，采用圆断面或椭圆断面。

水泵水轮机尾水管多为圆（或椭圆）断面。尾水管的数值计算与蜗壳相近，需要实体造型、划分网格、再做数值分析。对尾水管的数值分析的进口给定为速度进口条件，将转轮出口速度组成分布加载在尾水管进口，如此计算的尾水管流态较质量进口条件准确（图9、图10）。

图9 CFX5尾水管压力分布图10 CFX5尾水管流线分布

3 模型试验

水泵水轮机模型试验和常规水轮机模型试验类似，因为同属大型动力设备的模拟试验，对测试精度要求很高。除在单位水能和单位流量限定的范围内确定机器的水力性能外，还要重点研究常规运行范围外的覆盖所有运行状态的所有性能。最广义的运行范围还包括由两个流量方向和两个转速方向的水泵和水泵—水轮机工况（四象限运行），即全特性试验。其中，对水泵水轮机的S 特性和驼峰区水力设计研究主要通过模型试验积累经验。

哈电的水泵水轮机水力研究始于二十世纪七十年代，但真正用于工程的模型试验是在回龙和白山抽水蓄能项目。在打捆项目的技术引进过程中，以宝泉电站为研究目标进行水泵水轮机模型水力性能复试试验，即完全按照引进的模型装置转轮的图纸和通道单线图制造模型装置在哈电的试验台上进行全部的性能试验，哈电的试验结果与国外的试验吻合。

哈电完全自主研发了响水涧水泵水轮机，2008年10月中旬完成了预试验和国内模型预验收试验；国外最终验收试验也已于2009年6月末在瑞士洛桑国际中立试验台圆满完成。最终验收试验项目包括：能量、空化、压力脉动、飞逸、四象限特性等全部验收项目的复核试验。最终模型验收试验结果，水轮机工况模型最优效率92.20%，换算至原型值94.60%；水泵工况模型最优效率91.61%，对应原型最高效率93.71%，同时具有优秀的空化和压力脉动性能。，经过哈电的模型验收试验和国外中立台的复核试验水泵水轮机水力性能参数水平满足合同要求，其综合性能指标达到世界先进水平。

4 工况转换及过渡过程计算

水泵水轮机与常规机组相比，其显著特点是工况转换较多，抽水蓄能电站运行中包含5种基本工况：静止、发电、发电方向调相、抽水、抽水方向调相；12种基本工况转换：静止至发电、发电至静止、静止至发电方向调相、发电方向调相静止、静止至抽水、抽水至静止、静止至抽水方向调相、抽水方向调相至静止、发电至发电方向调相、发电方向调相至发电、抽水至抽水方向调相、抽水方向调相至抽

水。此外，还有两种极端转换方式，即抽水到发电的直接转换和发电到抽水的直接转换，为避免转换过程机组受到较大冲击，一般不建议采纳该方式，上述过渡工况均属于操作过程中的过渡工况，在正常情况下均是有控的，但在事故情况下，则可能出现部分是有控的，如水泵失电，导叶紧急关闭；部分是失控的，如水泵失电，导叶拒动；后两种是需要研究的过渡过程工况，机组和引水系统要靠其自身特性来维持他们的安全。

水泵水轮机的过渡过程是对系统的稳定性及危险工况进行预测，为机组及调速系统参数的选择、导叶关闭规律的优化等提供依据。是决定抽水蓄能电站机组运行和工况转换安全稳定性的关键因素，在一定程度上将决定抽水蓄能电站的主要参数和规模。水泵水轮机的过渡过程研究主要有以下几种工况：水轮机工况启动及增负荷、水轮机工况甩负荷、水泵工况启动和水泵工况断电。

5 机械设计

单级混流式水泵水轮机与常规的混流式机组的机械设计有较大差别，其主要影响因素是蓄能机组运行工况复杂、启停频繁，引起机组振动的因素较多，刚强度判别准则不同，同时水泵水轮机的水头/扬程和尾水位往往较高。哈电的水泵水轮机机械设计从回龙项目（最大扬程424.7m ）开始，随后设计了白山项目(转轮直径5.134m ，得用国外的概念设计完成了韩国青松（300MW ）施工设计，在宝泉、惠州和白莲河项目技术引进之后，完成了300MW 级的蒲石河和响水涧项目的设计，其中蒲石河项目得到了国外公司的技术支持。

5.1 总体设计

混流式水泵水轮机的应用水头范围较大，目前从30m 到700m 水头段都有成功运行的机组，不同的水头段其总体布置应研究的侧重点有所不同。但主要研究的内容为；

（1）机组的推力轴承的布置位置

立式蓄能机组通常采用悬式和半伞式结构，综合考虑电站主厂房高度、机组技术经济指标和运行稳定性以及检修维护等多方面因素确定结构型式。推力轴承支架放置在顶盖，可以降低厂房的总高度，节约造价，但机组部件的检修不方便；中高速机组采用悬式结构可以提高机组径向机械稳定性。

（2）机组的装拆方式

机组的装拆方式主要有上拆、中拆和下拆，其各方式的特点和应用见表1，也可以将中拆和下拆方式结合起来，使机组的检修和维护更方便。

（3）底环与尾水锥管的埋入方式

底环与尾水锥管的埋入方式一般有三种方案，各种方案的优缺点比较见表2。

第一种方案：尾水管锥管、底环不埋入，锥管设自由端，可滑动；

第二种方案：底环＋锥管全埋入方案；（传统方法）

第三种方案：锥管＋底环不埋入，锥管与肘管间为刚性连接；

（4）蜗壳埋设方式的选择水泵水轮机蜗壳埋设方式通常有 3 种：直接埋入法、垫层埋入法和保压埋入法。各种埋设方式的优缺点比较见表 3。表3 垫层埋入法优点操作简单工地安装工期短垫层材料变形是非线性的，且可能随时间变化，不能精确地估计传给混凝土的荷载比例蜗壳埋设方式的比较保压埋入法蜗壳内水压高于保压值时，蜗壳与混凝土联合受力，工地安装周期长；需要保压设备；蜗壳内水压低于保压值时，蜗壳与混凝土之间有间隙，可能影响机组运行的稳定性。直接埋入法操作简单工地安装工期短机运噪振小组行音动混凝土受力大，土建设计难度大缺点 5.2 主要部件设计（1）转轮转轮的设计关键主要是结构刚度、强度和动态性能，为了适当减小水推力上下止漏环的位置选择也非常重要。哈电的结构分析采用 ANSYS 软件，同时可以建立子模型对局部应力进行分析，大大提高了应力分析精度。转轮结构分析的主要研究内容：转轮的静应力和动应力分析；转轮动力特性及其模态计算；采用断裂力学方法的计算和分

析，对转轮部分焊透、允许缺陷评估；转轮的疲劳强度计算及疲劳寿命预估。（2）水导轴承和主轴密封水泵水轮机导轴承为稀油润滑轴承，导轴承结构有可调整的分块瓦和筒式结构两种型式，与常规机组不同的是它需要满足两个旋转方向上有相同的特性，必须有足够的强度和刚度，能够承受水泵水轮机运行中可能出现的最大转速、转速变化和最大径向作用力。水泵水轮机稀油润滑筒式轴承，由于要满足双向运转的要求，轴瓦的结构与常规水轮机不同，瓦面上不设斜向的上油槽，油循环一般采用毕托管上油。稀油润滑分块瓦轴承的结构简单，调整方便，运行安全稳定，适用于各种水头下的水泵水轮机。分块瓦轴承通常环绕轴身布置8～12 块浮动轴瓦，为满足主轴双向旋转的需要，轴瓦采用中心支顶；瓦面与轴身间间隙的调整，采用楔子板式或抗重螺丝式结构的较多，也有采用调整垫片调整的。两种结构型式哈电均有设计、制造和运行经验。水泵水轮机主轴密封的运行条件复杂：①水泵水轮机吸出高度较常规水轮机大，有时可达 -70m，抽水蓄能电站运行时上、下库水位变化大而且频繁，这使得主轴密封前的压力较高而且变化较大；②机组运行工况复杂，启动频繁，发电和抽水时密封腔内的介质是水；水泵压水启动和调相运行时密封腔内的介质是气；工况转换时主轴密封前的压力变化大；③机组双向旋转，而且一般主轴密封处的运行切向线速度较高

（30m/s~50m/s）；④高水头水泵水轮机要求无论机组在停机状态或运行状态，主轴密封均应投入。为此一般要求为：应有良好的封水性和封气性，应能保证密封面在各种复杂工况变化时的良好配合；应有较大的结构刚度，以适应各种复杂工况变化时的冲击压力；密封结构应使密封副具有自补偿性；密封副材料应有良好的耐磨性，最好兼有自润滑性能；密封抗磨环表面应具有较高硬度及应可方便更换；密封副的接触面要求通清洁润滑冷却水，水压应满足封水压力较高的要求；检修密封需采用新的结构，如水压式实心橡胶密封圈等。目前常采用的主轴密封型式主要是端面和轴面自补偿面接触密封，也有少量电站采用特殊盘根密封结构。（3）机组轴系的稳定性蓄能机组运行特性决定了轴系的稳定性分析是确保机组稳定安全运行的关键环节，应进行分析研究的主要内容有；轴系临界转速计算分析；水泵工况、水轮机工况及过渡过程时轴系横向及轴向振动响应计算分析；轴系扭转振动的计算和分析；水导轴承刚度及油膜刚度计算和分析及其对轴系

稳定性的影响。（4）导水机构导水机构主要包括顶盖、底环、导叶和操作机构。其结构设计与常规的混流式水轮机比较相近，所不同的是进行刚强度和动态性能分析时所考虑的工况比较复杂：水轮机工况、静水关闭工况、紧急停机工况、升压甩负荷工况、水泵工况和零流量造压工况。哈电通过技术引进和自行创新研究，已经掌握了系统分析在上述各工况时各部件所承受的载荷。（5）蜗壳座环和尾水管蜗壳座环和尾水管的结构设计和刚强度分析与常规混流式水轮机相似，只是计算工况不同，特别是尾水管承受的水压力最大可能达到 70m 水柱。考虑到水泵水轮机的运行工况转换和启停频繁，利用有限元方法对蜗壳座环和固定导叶疲劳强度计算及寿命预估。 6 辅助设备的系统集成设计抽水蓄能机组较常规机组工况转换频繁、复杂，电站设备技术关联度高、系统集成性较强，但目前国内水电站多采用主、辅机设备拆分的单一供货模式，主、辅机各设备厂家间的配合、协调工作难度较大，遗留问题较多，设备系统集成化、概念化程度较低，因此由主机设备制造厂实现电站设备系统集成设计、供货和现场调试势在必行。由于抽水蓄能电站在电网运行中的特殊性，及其水泵水轮机的技术特点表明：尽管我国单机容量达到 700MW 级常规水轮机已经有丰富的设计、制造和运行经验，但国内的制造厂家在抽水蓄能机组方面要达到世界先进水平，还需要投入大量的人力和财力针对水泵水轮机的技术特点进行全方位科研攻关，并在更多的工程实践中快速积累经验。此外，根据我国高水头大容量抽水蓄能项目的发展趋势，为了解决大型蓄能电站水头/扬程变幅过大问题和有效提高机组的运行效率和经济性，研究和应用机组变速技术也应为我国今后抽水蓄能电站新技术的重要研究课题之一。

贯流式水轮机的特点

贯流式水轮机的特点 贯流式水电站是开发低水头水力资源较好的方式,一般应用于25m水头以下。它低水头立轴的轴流式水电站相比,具有如下显著的特点。 1．电站从进水到出水方向基本上是轴向贯通。如灯泡贯流式水电站的进水管和出水管都不拐弯,形状简单,过流通道的水力损失减少,施工方便。 2．贯流式水轮机具有较高的过流能力和大的比转速,所以在水头和功率相同的条件下,贯流式水轮机直径要比转桨式小10%左右。 3．贯流式水电站的机组结构紧凑,与同一规格的转桨式机组相比其尺寸较小,可布置在坝体内,取消了复杂的引水系统,减少厂房的建筑面积,减少电站的开挖量和混凝土量,根据有关资料分析,土建费用可以节省20%一30%。4．贯流式水轮机适合作可逆式水泵水轮机运行,由于进出水流道没有急转弯,使水泵工况和水轮机工况均能获得较好的水力性能。如应用于潮汐电站上可具有双向发电、双向抽水和双向泄水等六种功能。因此,很适合综合开发利用低水头水力资源。 5．贯流式水电站一般比立轴的轴流式水电站建设周期短,,收效快。 贯流式机组布置型式 贯流式水电站的型式一般采用河床式水电站布置，电站厂房是挡水建筑物的一部分，厂房顶有时也布置成泄洪建筑。由于水头较低，挡水建筑大部分采用当地材料，以土石坝为主。广东的白垢贯流式水电站则采用橡胶坝作为挡水建筑物，在洪水期则作为泄洪建筑，降低了工程投资。有的电站由于河流地形、地质条件的特点，也采用引水式布置，如我国四川安居、湖南南津渡水电站则采用明渠引水式的布置。贯流式水电站也常有航运、港口通航的要求，枢纽中设有船闸、升船机等建筑。 贯流式水电站一般处于地形比较平坦，离城镇比较近，水量比较丰富的

水轮机的结构和原理(+笔记)

水轮机 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 水轮发电机组：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。 第一节水轮机的工作参数 水轮发电机组装置原理图 定义：反映水轮机工作状况特性值的一些参数，称水轮机的基本参数。 由水能出力公式：N=9.81ηQH可知，基本参数：工作水头H(m)、流量Q(m3/s)、出力N(kw)、效率η，工作力矩M、机组转速n。 一、水头(head)：作用于水轮机的单位水体所具有的能量，或单位重量的水体所具有的势能，更简单的说就是上下游的水位差，也叫落差。142米 1. 毛水头(nominal productive head) H M=E U-E D=Z U - Z D 2. 反击式水轮机的工作水头

毛水头 - 水头损失=净水头 H G =E A - E B =H M - h I -A 3. 冲击式水轮机的水头 H G =Z U - Z Z - h I-A 其中Z U 和Z Z 分别为上游和水轮机喷嘴处的水位。 4. 特征水头(characteristic head) 表示水轮机的运行范围和运行工况的几个典型水头。 最大工作水头： H max =Z 正-Z 下min -h I-A 最小工作水头： H min =Z 死-Z 下max -h I-A 设计水头(计算水头) H r ：水轮机发额定出力时的最小水头。 平均水头： H av =Z 上av -Z 下av 二、流量(m 3/s)(flow quantity)：单位时间内通过水轮机的水量Q 。单机12.2m 3/s Q 随H 、N 的变化：H 、N 一定时， Q 也一定； 当H =H r 、N =N 额时，Q 为最大。 在H r 、n r 、N r 运行时，所需流量Q 最大，称为设计流量Q r 三、出力 (output and)：水轮机主轴输出的机械效率。N(KW)： 指水轮机轴传给发电机轴的功率。 水轮机的输入功率 (水流传给水轮机的能量),即水流效率，与a.作用于水轮机的有效水头；b.单位时间通过水轮机的水量，即流量Q ；c.水体容重γ成正比。其公式为：QH QH N w 8.9==γ γ指水体容重（即单位容积水所具有的重力，比重）： 水的比重=1000kg/m 3、G=9.8N/Kg γ=9800N/m 3 )(8.9)/(9800)/(9800)()/()/(33kw QH s J QH s m N QH m H s m Q m N N w ==?=??=γ 水轮机的输出功率：ηηQH N N w 8.9== 四、效率(efficiency )：输入水轮机的水能与水轮机主轴输出的机械能之比，又叫水轮机的机械效率、能量转换效率。η

水泵水轮机特点

天荒坪抽水蓄能电站 水泵水轮机特点 华东天荒坪抽水蓄能有限责任公司游光华 浙江安吉313302 摘要天荒坪抽水蓄能电站的水泵水轮机组由挪威KVAERNER公司提供，是我国较早从国外引进的大型可逆式机组，自首台机组投产至今已有7年多。本文总结分析了水泵水轮机7年多的运行中出现了一些问题，以供参考借鉴。 主题词天荒坪抽水蓄能水泵水轮机性能“S”形特性不稳定轴向水推力抬机导叶关闭规律 天荒坪抽水蓄能电站安装有6台300MW水泵水轮机组，为单级、立轴、混流可逆式，额定净水头为526米，运行毛水头（扬程）为526米~610.2米，水轮机安装高程为225米，淹没深度为-70米，是目前国内已投产运行的水头和变幅最大的单级可逆式机组，在国际上也较罕见，为使其达到满意的效率和良好的运行稳定性，设计难度大，没有现成的经验可供借鉴。水泵水轮机的参数如下： 水轮机工况：水泵工况：额定容量：306MW 333MW 最大轴出力（入力）：338MW 333MW 额定流量：67.7m3/s 58.80m3/s（最大） 43.00m3/s（最小） 额定转速：500RPM 500RPM 旋向（俯视）：顺时针逆时针 转轮水轮机进口直径：4030mm 转轮水轮机出口直径：2045mm

最大瞬态飞逸转速：720 r/min 最大稳态飞逸转速：680 r/min 水泵水轮机及其辅助设备由挪威GE 公司提供。水泵水轮机大修拆卸方式采用中拆方式。首台机组于1998年9月30日投入运行，2000年12月25日所有机组投产，投产以来运行情况表明，机组性能良好，效率较高，但也出现了一些问题，在技术人员的努力下，通过采取措施，相关问题已得到了较好的解决。 1水泵水轮机的性能和结构特点 1.1效率 按照合同规定，水泵水轮机的效率按照模型试验来验收，合同要求水轮机工况的最高效率≥92.20％，加权平均效率≥90.41％，水泵工况最高效率≥ 91.70％，加权平均效率≥ 91.52％。根据模型试验报告，水轮机工况的模型最优效率为90.61%，折算为原型其整个运行范围内的最优效率为92.28%，加权平均效率为90.317%，而水泵工况下模型最优效率为89.84%，折算原型最优效率为92.17%，加权平均效率为92.01%，除水轮机工况加权平均效率略低于保证值0.083％外，其余均达到合同要求。为了检验真机效率，我们于2001年5月在5号机组上进行了部分水头（扬程）的热力法效率试验，测得水轮机工况下在试验平均净水头566.23 m时，机组出力为210~304.06 MW,水轮机最高效率为92.11％，相应机组出力272.00 MW；水泵工况试验平均净扬程为542.09 m，水泵平均效率为88.99％。从上述结果可以看出，水轮机工况的最高效率已接近模型推算值，水泵工况效率偏

泵的分类及选型原则

泵的分类及选型原则、用途 第1节泵的分类 泵的种类繁多，结构各异，分类的方法也很多，常见的分类方法有： （1）按泵工作原理分类 1）、叶片泵：叶片泵是将泵中叶轮高速旋转的机械能转化为液体的动能和压能。由于叶轮中有弯曲且扭曲的叶片，故称叶片泵。根据叶轮结构对液体作用力的不同，叶片泵可分为： 1、离心泵：靠叶轮旋转形成的惯性离心力而抽送液体的泵。 2、轴流泵：靠叶轮旋转产生的轴向推力而抽送液体的泵。属于低扬程、大流量泵型，一般的 性能范围：扬程1~12m；流量0.3~65m3/s，比转数500~1600。 3、混流泵：叶轮旋转既产生惯性离心力又产生轴向推力而抽送液体的泵。 2）、容积泵：利用工作室容积周期性的变化来输送液体。有活塞泵、柱塞泵、隔膜泵、齿轮泵、螺杆泵等。 3）、其他类型泵：有射流泵、水锤泵、电磁泵等。 （2）离心泵分类离心泵按结构形式分类： 1、按主轴方位分类：a.卧式泵：主轴水平放置；b.斜式泵：主轴与水平面呈一定角度放置；c.立 式泵：主轴垂直于水平面放置。 2、安叶轮的吸入方式分类： A、单吸泵：液体从一侧流入叶轮，存在轴向力，单吸叶轮； B、双吸泵：液体从两侧流入叶轮，双吸叶轮。不存在轴向力，泵的流量几乎比单吸泵增加 一倍 3、按叶轮级数分类：a.单级泵：泵轴只装一个叶轮；b.多级泵：同一泵轴上装有两个或两个以上 叶轮，液体依次流过每级叶轮。液体依次流过每级叶轮，级数越多，扬程越高 4、按泵壳体剖分方式分类： A、分段式泵：壳体按与主轴垂直的平面剖分； B、节段式泵：在分段式多级泵中，每一段泵体都是分开的； C、中开式泵：壳体从通过泵轴轴心线的平面上分开，按剖分平面的方位又分为： 水平中开式泵：剖分面是水平面，为卧式泵； 垂直中开式泵：剖分面与水平面垂直，为立式泵； 斜中开式泵：剖分面与水平面成一定夹角，为斜式泵。 5、按泵体的形式分类： a.蜗壳泵； b.双蜗壳泵。 6、特殊结构形式的泵： A、潜水电泵：泵和电动机制成一体，能潜入水中工作，泵体一般为单级或多级立式离心泵和 轴流泵。 B、液下泵：属单级或多级立式离心泵，电动机、泵座位于液面上部，泵体淹没在液体中，电 动机通过长传动轴带动叶轮旋转。主要用于食品等行业。

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。

水泵水轮机资料

宁蓄电站水泵水轮机 采用单级、单速、混流可逆式水泵水轮机。由瑞士苏尔寿爱雪维斯（SEWZ）设计、制造和配套供应。 一水泵水轮机主要参数： 转轮直径： 2248 mm 转轮叶片数： 9 最大毛水头： 271 m 最小毛水头： 240 m 极端运行最小毛水头： 236.6 m 额定水头： 240 m 额定流量： 19.6 m3/s 额定转速： 600 r/min 额定出力： 41.5 MW 瞬态飞逸转速： 885 r/min 稳态飞逸转速： 830 r/min 吸出高度： -23 m 水轮机工况最优比转速： 90.3 mkw 水泵工况最优比转速：144.6 mkw 机组俯视旋转方向：水轮机工况逆时针方向；水泵工况顺时针方向 最大轴向水推力： 113t（包括所有转动部分的重量） 二水泵水轮机主要结构特征 1总体布臵形式 1.1 水泵水轮机型式为立轴、单级、混流可逆式水泵水轮机，水轮机轴通过中间轴与发电电动机连接。 1.2 和常规水轮机类似，本电站水泵水轮机也是由可拆卸部件既转轮、主轴、水导轴承、轴承支座、顶盖、导水叶、导水叶操作机构、接力器、主轴密封装臵和预埋部件既蜗壳、座环/底环、尾水管、机坑里衬等组成。其中可拆卸部件可利用厂房内起吊设备及机坑内起吊设备通过水轮机机坑旁侧通道进行拆卸，既能实现“中拆”方式。 下面将介绍上述各组成部件的构造、作用、工作原理、参数、安全监测装臵等内容：2.1 转轮 我厂水泵水轮机是立轴、单级、混流可逆式。它是水能转变为机械能又是将机械能转变为水能的部件。其主要尺寸材料如下： 转轮直径： 2248mm 材料： A743CrCA6NM 叶片数： 9片水轮机工况转向：逆时针方向 重量： 5.25吨上迷宫环间隙: 0.8 mm 下迷宫环间隙: 0.8 mm 转轮采用不锈钢铸焊结构,另外在转轮的上冠和下环设有止漏环,止漏环采用与转轮一同整体铸造的结构,转轮拆装用厂家提供的专用工具。 2.2 主轴 水泵水轮机轴和中间轴的直径均为Ф500mm，用优质锻钢锻制而成。材料为A688CL.D。水轮机轴重量为3.15吨，中间轴重量为3.95吨。 水泵水轮机轴一端联接转轮，另一端联接中间轴；中间轴两端都带有连接发兰，分别与水轮机轴和发电机轴联接。所有连接面均涂有金刚砂以增加摩擦，所有联接螺栓均经预应力处理并用LOCTITE粘接剂固定以防松脱。 水泵水轮机轴与中间轴的接合面高程为34.98m，中间轴与发电机轴的接合面高程为37.05m。水泵水轮机轴与中间轴配有拆装专用工具，可以从水轮机机坑侧道拆出。 2.3主轴密封 主轴密封是水轮机结构中重要组成部分，它的作用是通过顶盖在主轴处设臵主轴密封，以防止水泵水轮机转动部件与固定部件之间的漏水。主轴密封分工作密封和检

水泵水轮机选型(已看)

国产抽水蓄能机组水泵—水轮机选型中 若干问题探讨 高道扬 天津市天发重型水电设备制造有限公司 摘要：本文着重分析了可逆式水泵—水轮机模型转轮及抽水蓄能电站水泵—水轮机主要技术参数的特点，并在此基础上提出根据抽水蓄能电站水泵—水轮机的技术要求初步筛选水泵—水轮机模型转轮及水泵—水轮机方案的方法。 随着我国社会主义建设事业的发展，特别是电力工业的飞速发展，抽水蓄能电站的建设高潮已经到来，在国家有关政策的坚强支持下，抽水蓄能机组国产化、本土化的工作业已全面展开。因此如何根据可逆式水泵—水轮机模型转轮的主要技术特点并在抽水蓄能电站对水泵—水轮机技术要求的基础上优选水泵—水轮机模型转轮及水泵—水轮机方案已成为众多水泵—水轮机选型工作者的首要工作，作者根据多年工作经验对选型工作中的若干问题作一初步探讨。 1 水泵—水轮机模型转轮主要技术参数特点 叶片式水力机械具有可逆性，即它既可以做水轮机运行也可以做水泵运行，但是由于中、高比速的水轮机进口角β1T较大，当它反向旋转做水泵工况运行时，由于出口角太大，导致水流的不稳定，在H-Q曲线上出现多处大驼峰并且泵工况的效率比正常水轮机工况大幅下降，因而中、高比速水轮机显然不适合作为可逆式水泵——水轮机转轮的研究基础（70年代初北京密云电站曾用HL211-LJ-225水轮机做反向旋转的泵工况现场实验未能取得满意效果）。理论分析和实验证明具有较长叶片和缓慢扩散流道的离心泵叶轮，其泵的叶片出口水流角β2P较小，出口相对流速W2P和绝对流速V2P都较小，因而水流进入涡壳后水力损失较小，当离心泵反转做水轮机运行时进口相对流速W1T也比较小，符合常规水轮机要求，因而离心泵叶轮在水泵工况和水轮机工况都有较好的性能，现代可逆式水泵—水轮机转轮就是以离心泵叶轮为基础逐步发展起来的。 1.1水泵—水轮机模型转轮与常规水轮机模型转轮相比具有以下特点：由于混流式水轮机的β1T较大，其（V1u/U1）T约为0.9，而离心泵的β2P较小，（V2u/U2）P约为0.6，由此可以推算出在同样的水头和转速条件下，可逆式水泵—水轮机的转轮直径约为常规水轮机转轮直径的 1.4倍，即：D P/D T=1.4。在同一额定水头下，水泵—水轮机与水轮机模型转轮比转速n s(m kw)相近，但单位转速为水轮机的1.25～1.3倍，而单位流量为水轮机的0.6～0.65倍。 1.2水泵—水轮机模型转轮的水泵工况与水轮机工况相比，在通常条件下，由于高压边速度三角形既不相等亦不相似（泵工况出口因为水流的偏转出口水流角β2p比安放角βd小一些，而水轮机工况进口在无撞击的条件下，进口角βIT与βd相等），因而经实验研究及理论分析证明两种工况具有以下特点： 1.2.1 在最优工况点，水泵工况的单位转速是水轮机工况的单位转速 1.10～1.18倍，即n10P/n10T=1.10～1.18（理论分析为1.12～1.16）。 139

水泵与水泵站的设计说明

第一章设计任务与基本资料 一、设计任务 完成胜利排水泵站的初步设计 二、建站目的 为对某市用水环境进行综合治理，满足全市排污排涝等需求，拟在该市东区建一座排水泵站，将水排入外河，市内有一环卫河自西向东，市内外泄水流可汇入南北流向的外河—上龙河。 三、设计标准 水泵站按《泵站设计规范》和《室外给水排水设计规范》的标准，该站为三级建筑物。 四、基本资料 １、地形资料 环卫河自西向东，河底高程4m，底宽4m，外河为南北流向。防洪堤顶高程14.5m，堤坡底为1:2.5，建站地点高程9m。 ２、地质资料 建站地点地势平坦，地面下向至5.04m为素填土，夹少量碎砖、小石子、植物根，r=190KN/m3，c=17 KN/m2，内磨擦角φ=13°，[R]=80KN/m2；5.04米以下为亚粘土，r=190KN/m3，c=10 KN/m2，内磨擦角φ=18°，[R]=100KN/m2泵站墙后回填土，r=190KN/m3，c=30 KN/m2，φ=15°，外磨擦角取（1/3-2/3）φ。

３、水文资料 环卫河末底面高程：▽4.0m 环卫河河底宽度：4.0m 水组位合： ４、流量资料： ５、交通 外河可以行船，附近有公路通往市区，交通便利。６、电源 站址附近有变电所一座，6KV输电线路经过此站。 ７、排水时最高气温37°，最高水温25°。 五、其它设计依据 1、设计任务与指导书扬州大学2003 2、《泵站设计规范》GB/T50265-97 3、《水泵站设计示例与习题》 4、《中小型泵站设计与改造技术》储训刘复新主编 5、《泵站过流设施与截流闭锁装臵》严登丰著 6、《中小型泵站设计图集》

第三节水轮机模型综合特性曲线

第三节水轮机模型综合特性曲线 水轮机主要综合特性曲线是指以单位转速和单位流量为纵、横坐标而绘制的若干组等值曲线，这些等值线表示出了同系列水轮机的各种主要性能。在图中常绘出下列等值线：①等效率线；②导叶（或喷针）等开度线；③等空化系数线；④混流式水轮机 的出力限制线；⑤转桨式水轮机转轮叶片等转角线。这种主要综合特性曲线一般由模型试验的方法获得，因此，又称为模型综合特性曲线。不同类型的水轮机，其模型综合特性曲线具有不同的特点，掌握它们的特点，对于正确选择水轮机及分析水轮机的性能是很重要的。下面说明几种水轮机模型综合特性曲线的特点。 一、混流式水轮机模型综合特性曲线 图8-6为某混流式水轮机模型综合特性曲线，它由等效率曲线、等开度线、等空化系数线与出力限制线所构成。 图8-6 混流式水轮机模型综合特性曲线 同一条等效率线上各点的效率均等于某常数，这说明等效率线上的各点尽管工况不同，但水轮机中的诸损失之和相等，因此水轮机具有相等的效率。 等开度线则表示模型水轮机导水叶开度为某常数时水轮机的单位流量随单位转速的改变而发生变化的特性。

等空化系数线表示水轮机各工况下空化系数的等值线，等空化系数线上各点尽管工况不同，其空化系数却相同。由于模型水轮机的空化系数大多是通过能量法空化试验而获得的，因此，尽管等空化系数线上的工况点具有相同的空化系数，但它们的空化发生状态可能是不相同的。 混流式水轮机模型综合特性曲线上通常标有5%出力限制线，它是某单位转速下水轮机的出力达到该单位转速下最大出力的95%时各工况点的连线。绘制出力限制线的目的是考虑到水轮机在最大出力下运行时，不可能按正常规律实现功率的调节，而且，在超过95%最大功率运行时，效率随流量的增加而降低，且效率降低的幅度超过流量增加的幅度，因此水轮机的出力反而减小了，从而使调速器对水轮机的调节性能较差。为了避开这些情况，并使水轮机具有一定的出力储备，因此，将水轮机限制在最大出力的95%(有时取97%)范围内运行。 二、转桨式水轮机模型综合特性曲线 轴流定桨式水轮机及其他固定叶片的反击式水轮机，其模型综合特性曲线与混流式水轮机具有相同的形式。 图8-7为某轴流转桨式水轮机模型综合特性曲线。轴流转桨或斜流转桨式水轮机的叶片可以改变角度，当水轮机的工作水头或负荷发生变化时，通过协联机构使叶片角度作相应的改变，从而保持水轮机具有良好的工作效率，这种运行方式称为协联方式。转桨式水轮机模型综合特性曲线上标有等效率线、等开度线、等叶片转角线。 图 8-7轴流转桨式水轮机模型综合特性曲线 转桨式水轮机的等效率线是水轮机在协联方式下工作时的效率等值线。它是水轮机在不同叶片角下各同类水轮机等效率线的包络线。 等开度线则表示在协联方式下，导水叶开度为某常数而叶片角度不同时，水轮机单位流量与单位转速之间的关系，它代表了水轮机在协联方式工作下的过流特性。 等叶片转角线则是同一叶片转角下各所对应的最高效率点的连线。 由等线与等线可以找出导水开度与叶片转角的最佳协联关系。 转桨式水轮机的等空化系数线是各角下的同类水轮机的等线与等线的一系列交点中，相同值的连线。 转桨式水轮机具有宽广的高效率区，在相当大的单位流量下不出现流量增加而出力减少的情况，因此一般不绘出5%出力限制线。而水轮机的最大允许出力常受到空化条件的限制。 三、冲击式水轮机模型综合特性曲线

高水头小容量水轮发电机组的选型设计(一)

高水头小容量水轮发电机组的选型设计(一) 摘要：根据三斗水库电站水轮机组为高水头、小容量的特点，结合溪屯溪水电站群在建瓯市电力系统中为辅助调频电站的情况，走访主要水轮发电机组设备制造厂，在机组订货和施工设计时就采取相应改进措施。投运后，达到设计要求，机组运行状况良好，经济效益可观。关键词：小型水电站水轮发电机组小型水轮机高水头水轮机水轮机选型经济效益１工程简况三斗水库为建瓯市溪屯溪流域水电资源开发规划的龙头水库，总库容５３０万ｍ３，兴利库容４３７万ｍ３，为年调节水库。电站压力引水隧洞长２１６０ｍ，明敷压力钢管长４３８ｍ，最高水头２００．４３ｍ，设计水头１７４．７ｍ，最低发电水头１５２．９ｍ，设计流量１．８４ｍ３／ｓ，装机容量２×１２５０ｋＷ。多年平均发电量８２７．５８万ｋＷ·ｈ，Ｐ＝７５％保证出力６９０ｋＷ，设备年利用小时３３１０ｈ，水库及电站概算总投资２０３７万元。 三斗水库电站及赤坑水电站（装机２０００ｋＷ）为溪屯溪规划开发的第一期工程，１９８６年１２月动工，赤坑电站于１９９８年５月竣工发电，三斗电站于１９９９年９月开始试运行。 ２水轮发电机组的选型设计 三斗水库电站设计水头１７４．７ｍ，单机容量１２５０ｋＷ，为高水头、小容量水轮发电机组，查“中小型反击式水轮机使用范围综合图”，本电站水轮机选择在冲击式水轮机范围。冲击式水轮机具有构造简单、出力变化时对机组效率影响较小等优点，特别是其折向器的作用对调保有利，可节省调压井等水工建筑物的造价，但其转速低，机组体积大；混流式水轮机则其转速高，机组体积小，且运转可靠效率较高，并有适应水头范围宽的优势，还可利用尾水管回收能量，减少厂房开挖工程，但在低负载时机组效率降低较多。经机型选择计算，初选了ＣＪＡ２３７－Ｗ－１２５／１４．５水轮机，配套ＳＦＷ１２５０－１４／１７３０发电机和ＨＬＤ５４－ＷＪ－５５水轮机，配套ＳＦＷ１２５０－４／１１７０发电机两种机型。 走访闽、浙、赣三省主要水轮发电机设备制造厂，厂家表示两种机型均可生产供货，对高转速机组的运行都有所担心，推荐本站采用冲击式机组。初步报价两种机型的水轮机和发电机主设备价格相差悬殊，冲击式１套１４１．２万元，混流式１套只７０万元。初设中经两种机型的辅助设备配套和水工建筑物不同方案的投资对比，在造价上选用混流式机组仍可节省８４．２万元；此外选用ＨＬＤ５４－ＷＪ－５５水轮机在本站的水力条件下，运行区域很理想，溪屯溪水电站群在建瓯市电力系统中为辅助调频电站，对有水库调节的更应发挥顶峰作用，一般时间在较高出力区运行，既使水库水位变化，机组也运行在较高效率区内，为此初设推荐选用ＨＬＤ５４－ＷＪ－５５配ＳＦＷ１２５０－４／１１７０水轮发电机组。３小转轮高转速混流式水轮发电机组的运 行问题和改进措施选用混流式水轮发电机组，其额定转速达到１５００ｒ／ｍｉｎ，其运行状况是我们最为关注的问题，据设备生产厂家介绍，当时浙、赣两省尚没有相近规模高水头小转轮高转速的水电站，仅福建水力发电设备厂制造安装在龙岩大片溪水电站（Ｈ＝１７７．７ｍ，ＨＬＤ５４－ＷＪ－６０，ＳＦＷ１６００－４／１１７０）和漳平岭兜水电站（Ｈ＝１８０ｍ，ＨＬＡ１７９－ＷＪ－６０，ＳＦＷ１６００－４／１１７０）有４台机组水力条件和装机规模相近，机组额定转速为１５００ｒ／ｍｉｎ，并已建成发电。 经现场考察，两站４台机组均已投产１年以上，运行中主要问题为：机组转速高、噪音大，轴承温度偏高（推力轴承６３℃，导轴承５５℃），轴承润滑油为油泵供油外循环水冷却系统，设置了重力油箱、回油箱、油泵及冷却水池等设施，不仅增加投资加大运行维护工作量，而且供油或供水系统发生故障时易发生烧瓦事故或被迫停机维修而影响正常发电。 在机组订货和施工设计时，经与福建水力发电设备厂设计、生产、经营有关人员多次协商探

水泵、水轮机讲义资料

第一章 概述 1．基本概念 （1）什么叫水轮机？ 答：将水能转变为旋转机械能的水力原动机叫做水轮机。 （2）冲击式水轮机与反击式水轮机的区别。 答：工作原理方面： 利用水流的势能与动能做功的水轮机为反击式水轮机；利用水流的动能做功的水轮机为冲击式水轮机。 流动特征方面： 反击式水轮机转轮流道有压、封闭、全周进水；冲击式水轮机转轮流道无压、开放、部分进水。 结构特征方面也显著不同。如转轮的差别，有无喷嘴、尾水管。 （3）反击式水轮机的过流部件及其作用 引水室：作用是引水流进入导水机构。 导水机构：作用是调节水轮机过流量，并使水流能按一定方向进入转轮。 转轮：将水流能量转换为固体旋转机械能量的部件。 尾水管：作用是将水流排下下游，并回收转轮出口的剩余动能。 （4）冲击式水轮机的主要部件 喷嘴：水轮机自由射流的形成装置。 喷针：与喷嘴共同完成流量控制（以行程变化喷嘴控制喷嘴出口过流面积）。 转轮：由轮盘和轮盘外周均匀排列的水斗构成的组件，转换水流能量为固体旋转 机械能。 折向器：自由射流流程内部件，可遮断射流，以防止转轮飞逸。 （5）我国关于水轮机标准直径的定义 混流式：转轮叶片进水边上最大直径。 浆叶式（轴流式、斜流式、贯流式）：浆叶转动轴线与转轮室相交处直径。 冲击式：射流中心线与转轮相切处节圆直径。 （6）水轮机工作参数 工作水头H ：水轮机的进口和出口处单位重量水流的能量差值。 流量Q ：单位时间内通过水轮机的水流体积。 转速n ：水轮机转轮单位时间内旋转的次数。 出力P ：水轮机轴端输出的功率。 效率η：水轮机的输入与输出功率之比。 2．基本计算 （1）水电站的毛水头g H ： d u g Z Z H －= 其中：u Z ，d Z 分别为电站上、下游水位高度。 （2）水电站的工作水头H ：

浅谈扬水泵站如进行水泵选型

浅谈扬水泵站如进行水泵选型

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浅谈扬水泵站如何进行水泵选型-企业管理论文 浅谈扬水泵站如何进行水泵选型 苏俊礼（宁夏红寺堡扬水管理处） 摘要：随着国家西部大开发战略的实施，自治区党委政为了改变南部山区靠天吃饭的历史现状，开展了造福中部干旱带人民群众的扶贫扬黄工程；扬水泵站是解决干旱缺水、人畜饮水的有效工程措施之一，它将要承担着区域性的灌溉、调水和供输水的重任，水泵是扬水泵站的核心设备，它的合理配置和选型是扬水泵站必须优先考虑的选项之一；现结合工作实际就在建扬水泵站的水泵选型做简要分析。 关键词：扬水单位水泵选型 1 水泵选型的影响因素 水泵选型的影响因素很多，但主要有下列几个方面：1.1 水泵类型。水泵类型通常根据地区特点和泵站的性质来选择，一般来说，灌溉泵站扬程较高，多采用离心泵站和混流泵；排水泵站相对来说扬程较低，多采用轴流泵和混流泵。各类型泵又有立式卧式之分。一般来说，立式泵泵房前后尺寸较小，高度较大，水泵叶轮淹于水中，启动比较方便，动力机可安装在水面以上，通风采光较好，但安装要求较高，检修比较麻烦。立式泵适用于水源水位变幅较大的场合，卧式泵泵房平面尺寸较大，安装检修比较容易，荷载分布比较均匀，适应地基应力较弱，但通常水泵叶轮在水面以上，启动水泵时需要充水设备，卧式泵适用于水源水位变幅不大的场合，因此一座泵站选用何种泵型，应综合考虑泵站性质、水源水位变幅、地基条件、开挖深度等条件来确定。 1.2 水泵台数。水泵台数的确定应考虑以下几个问题：

抽水蓄能电站水泵水轮机组选型思考

抽水蓄能电站水泵水轮机组选型思考 发表时间：2019-11-29T09:45:42.000Z 来源：《防护工程》2019年15期作者：王娟娟 [导读] 抽水蓄能电站机组具有启动灵活、调节速度快的优势，是技术成熟、运行可靠且较为经济的调峰电源与储能电源。 江苏国信溧阳抽水蓄能发电有限公司江苏 213334 摘要：水泵水轮机组选型对抽水蓄能电站而言发挥着极为重要的作用。水泵水轮机兼具水轮机和水泵两个功能，但是其属性还是受水轮机比转速和水泵比转数的影响。前期选型方案的制定，设计院的经验很重要，业主方从整体工程的角度考虑对机组参数方案的制定进行决策。 关键词：抽水蓄能电站；水泵；水轮机组选型 引言 抽水蓄能电站机组具有启动灵活、调节速度快的优势，是技术成熟、运行可靠且较为经济的调峰电源与储能电源，在系统中主要承担调峰、填谷、调频、调相和紧急事故备用任务。在特高压电网与新能源快速发展的新时期，抽水蓄能电站也被赋予了更重要的任务，是电力系统重要调节工具，可以为特高压电网大范围优化配置资源、促进清洁能源消纳提供有力支撑。同时，特高压电网发展也为抽水蓄能电站功能发挥提供了更优质平台、更丰富渠道和更广阔空间。“十三五”期间，抽水蓄能产业建设发展规模日益加快。作为抽水蓄能电站的机组，可逆式水泵水轮机的稳定运行越来越受到重视。 1储能技术概述 储能技术已经成为电力系统运行环节中的重要组成部分，在其中起着重要的作用。它可以消除可再生能源的随机性和间歇性，提高电力系统的稳定性；可以替代部分火电机组的工作，达到系统节能减排的目的；可以更好地实现需求侧管理，减少昼夜之间的峰谷差异，提高电能的转换效率，节约电力系统传输的成本消耗，加强系统抵御风险的能力。储能技术的研究发展给电力行业带来了积极的影响。按照电能存储形式的区别，可以将其划分为物理储能、生物储能等，将储能的种类进行综合比较分析，发现抽水储能电站的方式是最具性价比的，它的运行方式灵活，在目前的电力系统中应用广泛，为电力系统的稳定运行提供了可靠地保证，越来越受到各国重视。近些年来，我国的抽水储能技术也迎来了日新月异的发展，建容量已经居于世界首位，投产装机的容量也有望在近期有更大的突破，就抽水储能装机容量的占有比来说，我国较于西方发达国家仍然有着很大的差距。 2抽水蓄能电站水泵水轮机组选型方法 2.1比转速的确定 比转速和比转数是水泵水轮机的两个重要参数，它直接决定着水泵水轮机的机组性能。水轮机的比转速一般由设计点来决定，是设计水头的函数，因此设计水头的选择对比转速有比较大的影响。水轮机工况比转速计算公式为：

双塔泵站水泵选型方案比选

双塔泵站水泵选型方案比选 [摘要] 大伙房水库输水应急入连工程是向大连市供水的长距离供水工程，其中加以泵站水泵选型方案的合理设计对节省工程的一次性投资、运行费用及方便工程运行管理等具有十分重要的意义。本文从技术和经济两方面对水泵选型进行比较，最终选择较优的方案，为大连应急供水工程设计提供参考。 [关键字] 供水工程 水泵选型 方案比选 1 泵站规模 泵站最大供水流量30.31万m 3/d ，平均供水流量23.32万m 3/d 。在引碧入连暗渠工程供水事故时，能提供57.5万m 3/d 。 2泵站设计原则 根据泵站任务和运行条件，确定泵站的设计原则如下： 表1 泵站流量、扬程参数表 正常平均供水量23.32万 m3/d 水库水位（m ） 47 50 55 60 65 69 水泵需要扬程（m ） 98.5 95.5 90.5 85.5 80.5 76.5 正常最大供水量30.31万 m3/d 水库水位（m ） 47 50 55 60 65 69 水泵需要扬程（m ） 102.5 99.5 94.5 89.5 84.5 80.5 事故供水量57.5万m3/d 水库水位（m ） 60 65 69 水泵需要扬程（m ） 115.8 110.8 106.8 3水泵设计方案比选 根据泵站运行工况流量大，扬程高，扬程变化幅度大的特点，为满足水泵在各工况下能够高效、安全运行，水泵选择应考虑一下几种措施：变频调速；增加水泵台数；大小泵搭配。 增加水泵台数和大小泵搭配都不能在最大流量和平均流量间连续调节。一般只能保证在最大流量和平均流量两个工况点运行效率较高，其他工况点只能依靠关阀增加损失调节流量，不仅不能充分利用水库死水位以上的水能，而且偏离额定工况后运行效率降低幅度较大，增大运行费用。 变频调速是通过变频器改变电机的供电频率以改变电机转速来调节水泵运行工况，能使水泵在多种运行工况下，均在较高的效率范围内运行，并能连续调节；能够充分利用水库死水位以上的水能，减少耗电量，节约运行费用。近几年，随着变频技术的不断成熟，产量增大，变频调速装置价格已大幅度降低了，所以目前在大中型泵站，特别是在一些进水侧水

叶片式水力机械的全特性(Q-H)

叶片式水力机械的全特性（Q ~H 坐标） （1）转速为正（n >0）时轴流式机组特性曲线。如图3-3（a ）所示，曲线AB 段的H 、Q 、n 、M 均为正值，则QH >0，ωM P =>0，由工况定义知，AB 为水泵工况。BC 段的Q 、n 、M 为正，H 为负，则QH <0，水流经过转轮后能量减少，ωM P =>0，转轮输入功率，此为制动工况。C 点M =0，亦即P =0，QH <0，为飞逸工况，水流流经转轮减少的能量用于克服飞逸时的机械损耗。C 点以下的Q 、n 为正，H 、M 为负，则QH <0，水流能量减少，ωM P =<0，转轮向外输出功率，此为水轮机工况。不过这时的水流由尾水管流向蜗壳，是倒冲式水轮机工况，一般称为反水轮机工况。A 点以左，Q 为负值，其它参数均为正值，则QH <0，ωM P =>0，亦为制动工况。所以n 为某一正值时，水力机组自左至右经历了制动工况、水泵工况、制动工况及反水轮机工况四个工作状态。 图3-3 三种转速下水力机组的全特性曲线 （2）转速为零（n =0）时轴流式机组的特性曲线。此时水力机组在循环管道上实际上就成为局部阻力，因此，不管流量是正还是负，水流流经转轮后能量总是减少的，也不管扭矩是正还是负，因为转速为零，所以功率也必为零。故当转速为零时，整个特 性曲线上的工况均为制动工况，转轮处的局部损失22 2KQ g v h ==?ζ，所以()Q f H =曲线亦为抛物线，又因QH <0，则H 为正时，Q 必为负，反之亦然，故()Q f H =曲线贯穿于Ⅱ、Ⅳ象限，如图3-3（b ）所示，但此抛物线不是水力机组相似工况点的抛物线。水流对转轮的作用力矩等于水流进出转轮的动量（mv ）的变化量，由此可知，力矩的大小与流量的平方成正比，所以()Q f M =亦是一抛物线，其方向当n =0时，水头为正，

水泵水轮机结构介绍(精)

广州蓄能水电厂水泵水轮机结构介绍 肖苏平 一.简介 广州蓄能水电厂分二期建设,一、二期工程分别安装4×300MW可逆式水泵水轮机,单机容量(发电工况300MW,总装机容量2400 MW。一期(称A厂工程于1994年全部建成。二期(称B厂工程于1999年全部建成。一、二期工程于2000年3月全部投产。8×300MW 机组投产后,已成为当今世界最大的抽水蓄能电厂。 可逆式水泵水轮机在抽水、发电起动,停机操作灵活方便,在电网峰荷时放水发电,在低谷负荷时利用系统多余的电能抽水,在电网中起到了填谷调峰的积极作用,使系统中的所有各种电站的负荷趋于均匀,提高了整个电力系统的经济运行。 本电站两期工程共装设八台可逆式水泵水轮机。每台机组设备包括:水泵水轮机、调速系统、进水球阀、尾水事故闸门以及相应的操作控制系统,各种连接管路、阀门、管件、表计、自动化元件、控制电缆、备品、专用工具、实验设备等。A厂水泵水轮机由法国Neyrpic 公司承制、供货,B厂由德国Voith承制、供货。 电站工程主要特征数据如下: 上库水位:正常蓄水位 816.8 m 最低蓄水位 797.0 m 下库水位:正常蓄水位 287.4 m 最低蓄水位 275.0 m 电站毛水头:最大水头 541.8 m 额定水头 522.0 m

最小水头 509.6 m 二.水泵水轮机基本参数 水泵水轮机为竖轴单级、可逆、法兰西斯式,具有可调导水机构,与电动发电机轴直接连接。A、B厂水泵水轮机主要参数如下: A厂 B厂 额定转速:水轮机工况 500 r/min 500 r/min 水泵工况 500 r/min 500 r/min 旋转方向(俯视:水轮机工况为顺时针 水泵工况为反时针转轮直径:进口直径 3886mm 3802 mm 出口直径 2312mm 2090 mm 额定出力:水轮机工况 306 MW 308 MW 水泵工况 330 MW 330 MW 水轮机最大出力: 306 MW 352 MW 水轮机额定流量: 62.88m/s 65.95m/s 水轮机最大流量: 68.7m/s 72.92m/s 水泵最大流量: 60.03m/s 57.3m/s 水泵最小流量: 53.73m/s 50.6m/s 水泵水轮机总重: 450 t 转动惯量GD2: 3600t.m2 轴向最大水推力:正常运行时,水轮机工况 1500 kN 水泵工况 1500 kN

水泵水轮机型式及比转速选择

水泵水轮机型式及比转速选择 作者：福建省水利水电勘测设计研究院陈绍钢 摘要：长泰抽水蓄能电站装机1 800 MW，最大动扬程896 m，如采用单级混流可逆水泵水轮机并按统计公式计算其水泵比转速为27.59 m．m3／s，显然偏低。当采用2级水泵水轮机时水泵比转速可达37.3 m．m3／s，此时机组的效率可进步、尺寸减小、土建投资也可减少。2级可调导叶混流可逆水泵水轮机比不可调导叶的机组出力可进步15%；水泵起动时可封闭导叶，起动功率只有最大功率的15%，而不可调导叶的将达65%～70%。长泰抽水蓄能电站经综合比较初步推荐2级可调导叶混流可逆式水泵水轮机，单机容量300 MW。该种机组目前国内外尚无实例。在建的韩国一抽水蓄能电站，水头816 m，装机4台，单机容量为250 MW，选用2级可调导叶混流式可逆机组，将于2001年投产。 关键词：水泵水轮机；比转速；超高水头；长泰抽水蓄能电站 1工程概况 长泰抽水蓄能电站位于福建省漳州市长泰县陈港镇，距漳州市35 km，上库位于吴田山顶部，下库利用已建活盘水库，上、下库水平间隔3 887 m，高差871 m，电站一期装机600 MW，二期再装机1 200 MW。 2单机容量选择 电站装机规模大，若采用单机容量200 MW，则总装机需9台，一般情况台数多设备多土建投资也大。目前国内制造高水头大容量的抽水蓄能机组尚有困难，主机设备需从国外引进，这种水头高、单机容量大于300 MW的机组在国外也较少，故一期工程初拟单机容量300 MW，装机2台。 3机组机型选择 电站一期净水头为849～880 m，动扬程871～882 m，最大动扬程与最小净水头之比为882／849＝1.039；二期工程最大动扬程与最小净水头之比为869／847＝1.058。根据电站净水头和动扬程的变幅，初拟机型为单转速混流可逆式水泵水轮机。 采用2级水泵水轮机可以减少转轮沉没深度，可采用较高的比转速以获得较高的效率。2级可调水泵水轮机在国外80年代初已完成模型试验，但由于结构复杂和设备价格较贵，一般要比单级可调贵30%～40%。所以尚未在实际工程中应用。90年代随着科学技术水平的进步及结构的改进，2级可调水泵水轮机在技术上的难度已逐渐减小，设备的差价也逐渐缩小，已进进实用期阶段。 日立公司以为单级转轮的应用水头上限为800～900 m，超过此限度后转轮的结构强度难于保证，但目前超800 m水头的还未实践过。一般水头超过600～700 m 以上时，单级水泵水轮机效率已经较低，但由于高水头综合效率较高，700 m左右仍有采用单级水泵水轮机的。采用2级水泵水轮机主要优点在于把机组每级水头降低，由于每一级水头只是总水头的一半，可以减小脉动压力；转轮圆周速度也大大降低，对转轮强度设计将更有利；转轮直径也可以减小，叶片高度可以增大，更有利于转轮叶片的加工制造；吸出高度Hs值与单级水泵水轮机相比可差15 m左右，即可以进步机组安装高程15 m；由于转轮直径减小，厂房总体尺寸也可减少30%左右，土建投资可大量减少。 选用2级可调水泵水轮机与采用2级不可调固定导叶的水泵水轮机设备相比价格约贵10%，成套机组设备约贵5%，但2级可调水泵水轮机还具有很多优点：在水轮机工况运行时，能根据系统需要调节水轮机的出力；机组可以利用超发来获得