水轮机选型计算..
浅谈水轮机选型计算
张彪
(南宁广发重工集团发电设备公司广西南宁530031)
摘要：简单介绍了水轮机的形式、适用范围、特点、水轮机选型的步骤、蜗壳、尾水管的尺寸计算及调速设备和油压装置的选择方法。阐述水轮机各种机型特点及水轮机技术参数之间的相互关系。
关键词：水轮机选型、蜗壳、尾水管、进水阀门、调速器、油压装置
原则
选型计算的一般原则概括为以下几点：
①所选定的水轮机应有较高的效率。不仅要选择效率高的转轮型号，而且还要根据水轮机的模型综合曲线和真机工作特性曲线选择工作范围最好的转轮，以保证水轮机运行时有较高的工作效能；
②所选定的水轮机转轮直径应较小。较小的转轮直径将使机组获得较高的转速，从而缩小机组尺寸，降低机组造价。
③所选定的水轮机应有良好的汽蚀性能和工作稳定性(压力脉动小)。
④优先考虑套用已有型号转轮直径接近的机组。
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)、确定水轮机参数D1、Q、n、Hs、ns、F、Z0、do。
(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。
水轮机选型过程中，根据水电站所需要的开发方式、动能参数、水工建筑物布置等，并考虑已生产的水轮机的参数拟选若干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。
水轮机选型计算内容
1.确定单机容量及机组台数
根据DL5180-2003《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》的规定，水电站工程等别根据其在国民经济建设中的重要性，按照库容和装机容量划分为五等：
水电枢纽工程的分等指标
水电站机组台数的选择一般是在装机容量已定的情况下进行的，选择的过程实际上是一个技术经济比较的过程，有时与水轮机型式的选择、甚至与水轮机主要参数的选择同时进行。
2.选择水轮机型式(型号)
(1)、根据《水轮机设计手册》,水轮机的分类和适用范围见下表(可逆式水轮机,在型式代号后增加汉语拼音字母”N”表示)：
(2)、水轮机装置形式及引水室代号如下表：
(3)、转轮型号含义示意图：
混流式水轮机示意图：
轴流式水轮机示意图：
灯泡贯流式水轮机示意图：
冲击式水轮机示意图：
在产品型号中,用转轮名义直径表示水轮机尺寸,转轮名义直径取：
(1)对于轴流式水轮机,取转轮室最大直径;
(2)对于混流式水轮机,取转轮叶片进口边的最大直径。
以下对水轮机产品型号举例:
(1)HLA883-LJ-220,表示混流式,转轮型号为HLA883,金属蜗壳,立轴，转轮直径D1=220cm。
(2)HLA520-WJ-80,表示混流式,转轮型号为HLA520,金属蜗壳,卧轴,转轮直径D1=80cm。
(3)ZZ709-LH-400,表示轴流式,转轮型号为ZZ709,混凝土蜗壳,立轴,转轮直径D1=400cm。
(4)GZ995a-WP-460,表示贯流式,转轮型号为GZ995a,灯泡式,卧轴,转轮直径D1=460cm。
(5)2CJA475-W-120/2x10,表示一根轴上有两个转轮的水斗式水轮机,转轮型号为CJA475,
卧轴,转轮直径为D1=120cm,每个转轮有两个喷嘴,射流直径为10cm。
根据《GB/T 15468-2006水轮机基本技术条件》，对水轮机的稳定运行范围规定：
①在空载情况下应能稳定运行;
②在最大和最小水头范围内，水轮机应在下表所列功率范围内稳定运行:
对于混流式水轮机，如在保证运行范围内出现强振，应采取相应措施或避振运行。高负荷短时运行范围100h，低负荷短时运行范围500h。
③导叶漏水量：不应大于水轮机额定流量的3‰,圆锥式导叶漏水量不应大于额定流量4‰。冲击式水轮机全关时不应漏水
④转轮裂纹保证
供货方应在设计制造过程中采用措施，保证产品质量，在合同规定的保证期和稳定运行范围内保证转轮不产生裂纹。
⑤噪声要求
水轮机正常运行时，在水轮机机坑地板上方1m处所测得的噪声不应大于90dB(A),在距尾水管进入门1m处所测得的噪声不应大于95dB(A),冲击式水轮机壳上方1m处所测得的噪声不应大于85dB(A),贯流式水轮机转轮室周围1m内所测得的噪声不应大于90dB(A)
⑥可靠性指标
在一般水质条件下,水轮机应具有以下可靠性指标：
水轮机大修间隔期不少于5年；
无故障连续运行时间不少于20000小时；
水轮机平均寿命不少于40年。
根据GB/T 15469.1-2008 反击式水轮机空蚀评定(MOD IEC 60609-1：2008)
在规定的运行范围和时间内运行一时间内，任何形式的水轮机转轮(是指正常选用的转轮材料为不锈钢或不锈钢覆面的碳钢)的最大空蚀深度S(以mm计)、最大空蚀材料剥落体积V(以cm2)和质量M(以kg计)。图中所示各值依据以下条件确定：
a)在不少于两年运行时间后的合理修补量。
b)空蚀深度不削弱机械强度。
这里给出的空蚀体积V、质量M值不是指单个叶片，而是指整个转轮。
3.确定水轮机同步转速n、比转速n s、过流量Qr、转轮直径D1、吸出高度Hs、轴向水推力F、飞逸转速nr等；冲击式水轮机射流直径do与喷嘴数Zo。
(1) 现代水轮机一般都直接带动水轮发电机,带动加工机械的情况较少。我国电网所采用的标准频率为f=50Hz,一些国家和地区也有采用60Hz,为得到标准频率必须满足以下条件：np=6000(f=50Hz)或np=7200(f=60Hz) (式中: n—发电机转速(r/min)；p—发电机磁极对数)。按中国额定电压标准,不同机组容量选择发电机额定电压的参考值如下表所示：
选择发电机额定电压的参考值（查《中国水力发电工程机电卷》）
根据《GB/T 7894-2001水轮发电机基本技术条件》及《水轮机》,水轮发电机额定转速优先在下列转速(r/min)中选择：(60Hz转速按优先转速所对应的磁极对数得出)
根据《GB/T 7894-2009水轮发电机基本技术条件》中规定,对装有推力轴承的导轴承的
立式水轮发电机的机架，其垂直方向和水平方向的允许双幅振动值，以及卧式水轮发电机轴承在垂直方向的允许双幅振动值,应不大于下表的规定：
水轮发电机振动(双幅)允许限值mm
在正常运行工况下，水轮发电机导轴承处测得轴的相对运行摆度值(双振幅值)应不大于75%的轴轴总间隙值。同时规定在水轮发电机盖板外缘上方垂直距离1m处测量的噪声水平应为下列数值：
a) 额定转速为250r/min及以下者不超过80dB(A)；
b) 额定转速高于250r/min者不超过85dB(A)。
机组转动部分的第一阶临界转速应不小于最大飞逸转速的120%。
对于水轮发电机,不采用3000转速,因为当发生事故时,其飞逸转速对发电机转子是很危险的；转速1500采用于极小的水轮发电机；转速1000比较适用于小型水轮发电机。在实
际中为使水轮机能和发电机直接传动,水轮机的转速应符合发电机的转速。在通过转速计算得出n后,先查找同步转速中相近档次的转速,带入转速公式反算水头H对应的单位转速n11。
(2)查JB/T6310-1992《中小型轴流式、混流式水轮机转轮系列型谱》，规定了中小型轴流式和混流式水轮机转轮型参数范围。在没有模型资料数据时可做为初定值。
中小型轴流式转轮型谱参数范围
中小型混流式转轮型谱参数范围
水轮机效率修正
混流式和定桨式水轮机效率修正: 511max )1)(1(32T
M D D --=?ηη 转桨式水轮机效率修正：]7.03.0)[1(105
11T
M T M ax m H H D D +-=?ηη 式中： ηmax —模型最高效率;
D M 、D T —模型、真机转轮直径,m ；
Hm 、H —模型机试验水头、真机水头，m 。
对于混流式和定桨式水轮机，η=ηM +△η；
对于转桨水轮机：转桨式水轮机轮叶转角不同时，最高效率也不一样，为简化计算,各个转
角取等修正值△η。
2.3在进行选型计算时,选取符合条件的模型曲线,按单位流量大的模型为优先计算,得出水轮
机型号、直径、转速、效率等进行对比。采用Excel 表格进行简单的计算、比较、确定直径
等工作非常方便，对减少工作的时间，提高工作效率有一定的帮助。水轮机选型参数计算过
程，若采用手工计算,非常繁复、费时费力、工作效率较低。在此通过Excel 中的公式编辑进
行选型计算,填入相应已知参数：水头、发电机出力、发电机预估效率等,即可快速得出计算
结果,较手工计算更为方便。在手上无水轮机选型电算软件的情况下，能比较好的提高工作
效率；同时对于编制、整理、查找模型曲线数据有一定帮助(此表格根据水利网“不惑驹水
轮机选型”稍做修改)。
在水轮机选型中注意如下几点：
(1).选择各曲线的模型最优点流量及1.05~1.1倍模型最优点流量做为试算的流量范围；
(2).选择模型最优点单位转速及“最优点单位转速±(5~10)”做为试算的单位转速范围；
(3).通过计算比较,找出在符合条件的模型曲线中额定转速较高、转轮直径较小、效率较高
的水轮机模型曲线做为最优选；
(4)将不符合水头段的模型曲线型号剃除。
(5).考虑按标准直径系列选择转轮直径；考虑已制造的相同型号、相近转轮直径的借用。
水轮机选型算例如下：已知Nf=4000KW，ηf=0.96;水头分别为:100米，96米，93米，90米；进行选型计算。
4.估算水轮机运输重量、蜗壳、尾水管尺寸、调速器及油压装置的选择。
(1)水轮机重量计算
不包括调速器、油压装置和其他附近属设备的水轮机重量近似按下面经验公式计算: G=KD1a H b (吨)
式中: K、b—与水头有关的系数;
(2)蜗壳外形计算
金属蜗壳采用钢板焊接，蜗壳断面为圆形，当蜗壳尾部用圆断面不能和座环蝶形边相连接时，采用椭圆形断面，蜗壳的包角一般为345度。
混凝土蜗壳常用于低水头、大流量机组，为了缩小厂房尺寸，一般采用较小的包角φ°，包角通常为?°=180~270°,其中180°包角较常用。
连接蜗壳的座环有两种：一种是带蝶形边座环；一种是无蝶形边座环。采用带蝶形边座环时，其锥角为55度。
根据《水轮机设计手册》中蜗壳水利计算公式，及《水轮机》中的座环尺寸设计值初定。
混凝土蜗壳设计时角度可按下表范围选择：
蜗壳如设有支墩，则支墩出水边至机组中心线的距离应保持L>1.3D。
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 =-?=?-=
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 。
轴流式水轮机转轮算例
题目: ZZ440水轮机转轮的水力设计 方法： 奇点分布法 取D1=1000mm ，取6个断面R1~R6依次为 水力设计内容： （1） 确定计算工况 （2） 确定各断面叶栅稠密度l /t （3） 选定进出口轴面速度Cz 沿半径的分布规律，确定各断面的Cz1、Cz2 （4） 选定进出口环量Γ沿半径的分布规律，确定各断面的Γ1、Γ2 （5） 计算各断面进出口速度三角形，求W ∞、β∞ （6） 第一次近似计算及绘图 （7） 第二次近似计算 ZZ440—100转轮水力设计 一.确定计算工况 由模型综合特性曲线得到n 110=115（r/min ）,Q110=820（l/s ），η=91%, a om =18mm zz440属于ns=325~875范围，为了使设计的转轮能在预期的最优工况下效率最高，计算工况与最优工况的关系按下式确定： n 11=(1.2~1.4)n 110 =138~161（r/min ） n=5.841~3.721/)4.1~2.1(/1110111==D H n D H n （r/min ） 故选定n=750（r/min ） 则实际n11= 49.1431 =H nD Q11=(1.35~1.6)Q110=1.4 Q110=1148<1650（l/s ） ===H D 110Q 4.1H D 11Q Q 22 6.0s m /3 mm a D D a m m 13.391846 .010110=?== 二．确定各断面叶栅稠密度l /t 据P 213页s pj n t l ~）（关系，当ns=440时，得3.1≈pj t l ）（ 综合考虑一下关系： pj pj n t l t l t l ）（）（）（)95.0~85.0(K 1== pj pj b t l t l t l ）（）（）（)2.1~1.1(K 2== n n b t l t l t l ）（）（）（)25.1~2.1(K 3== 分别选取K1=0.95，K2=1.15，K3=1.21得各断面叶栅稠密度l/t 如下表：
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：