水轮机选型设计

目录

第一章基本资料 (2)

1.1水轮机选择的内容 (2)

第二章水能计算与相关曲线的绘制 (3)

2.1水能计算 (3)

2.2相关曲线的绘制 (7)

第三章机组台数和单机容量的确定 (8)

3.1水轮机选型方案初定 (8)

3.2确定水轮机选型方案 (8)

第四章水轮机基本参数的计算 (13)

4.1水轮机转轮直径的计算 (13)

4.2水轮机效率的计算 (13)

4.3水轮机转速的计算 (13)

4.4水轮机设计流量的计算 (14)

4.5水轮机几何吸出高度的计算 (14)

4.6飞逸转速的计算 (16)

第一章基本资料

水轮机的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选择的是否合理，对于水电站的动能经济指标及运行稳定性、可靠性有重要的影响。

水电站水轮机的选择工作，一般是根据水电站的开发方式、动能系数、水工建筑物的布置等，并参照国内已生产的水轮机转轮参数及制造厂的生产水平，拟选出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

1.1水轮机选择的内容

水轮机选型设计包括以下基本内容：

（1）根据水能规划推荐的电站总容量确定机组的台数和单机容量；

（2）选择水轮机的型号及装置方式；

（3）确定水轮机的轮转直径、额定出力、同步转速、安装高程等基本参数；

（4）绘制水轮机的运转特性曲线；

（5）确定蜗壳、尾水管的型式及它们的主要尺寸，以及估算水轮机的外形尺寸、重量和价格；

（6）选择调速设备；

（7）结合水电站运行方式和水轮机的技术标准，拟定设备订购技术条件；

（8）对电站建成后水轮机的运行、维护提出建议。

第二章水能计算与相关曲线的绘制

2.1水能计算

根据所给原始资料，通过水能计算可以得到相应数据下的装机容量、发电量登各种参数，并将所得数据记录于表2-1中。 （1）水头H

H=Hg-△h …………………………………（2-1）

式中 Hg ——水电站毛水头，m ；

△h —— 水电站引水建筑物中的水力损失，m 。 将计算结果录入表2-1第⑪列中。 （2）装机容量P 和增加装机容量△P

由于同一组内流量不等，故应先按下列公式计算增加装机容量△P （Kw ）:

△P=AQ △H …………………………………（2-2）

式中 A ——A=9.81*α*β=8.2, α=95%,β=88%(α为发电机效率,β为水轮机效率)； Q —— 水轮机通过流量，s /m 3

;

△H ——水电站相邻两组组末（工作）水头之差，m 。

将计算结果录入表2-1第⑬列中

第一组流量的装机容量为1P =AQH=1271Kw 。其后流量组的装机容量P （Kw ）按下

式计算：

i P =+j P +△i P …………………………………（2-3）

式中i ——i=2,3,4……n(n ∈N+)； j —— j=i-1。

将计算所得P 值录入表2-1第⑫列中。 （3）发电量E 和累积发电量∑E

发电量E （万Kw.h ）按下列公式计算：

E=PT*24/10000……………………………（2-4）

式中 P ——装机容量，Kw ；

T ——该组流量的出现天数，天。

将所得数据录入表2-1第⑭列。

累积发电量∑E （万Kw.h ）按下式结算：

∑E =i E +j E ………………………………（2-5）

式中i ——i=1，2,3,4……n(n ∈N+)； j —— j=i+1。

将所得数据录入表2-1第⑮列。 （4）年利用小时数T

年利用小时T 数按下式计算：

T=∑E /P*10000…………………………（2-6）

式中∑E ——累积发电量，万Kw.h 。

P ——装机容量，Kw 。

所得数据录入表2-1第⑯列。

这样经过水能计算，就得到了水电站不同流量下的各种参数。

5

6

2.2相关曲线的绘制

根据表2-1所得数据作出下列曲线：

图2-1装机容量-年利用小时数关系曲线

图2-2频率-流量关系曲线

第三章机组台数和单机容量的确定

根据表2-1中所得装机容量，选取水电站装机容量为30000Kw ，查图2-1得到对应的年利用小时数为3600h 。 3.1水轮机选型方案初定

水电站水轮机组台数和单机容量初选为以下四种方案：

3.2确定水轮机选型方案

由于各方案效率相差不大，故只需进行各方案的经济比较即可，包括计算综合投资和年效益。根据表2-1水头数据作下列的特征水头表3-2，查资料得中小型混流式水轮机模型转

轮主要参数表3-3。由于水电站水头范围为77.5~81.5m ，因此选择H240/D41型水轮机。

（1） 转轮直径

1D

水轮机额定出力为：

r P =G P /g η………………………………（3-1）

式中

G P ——发电机单机容量，Kw ；

g η——发电机效率，其值为

95%。

取最优单位转速为77r/min 与出力限制线交点的单位流量作为

设计工况单位流量

11r Q ,对应的模型效率m η为

0.894，暂取效率

修正值△η为0.02，则设计工况原型水轮机效率η=m η+△η，故水轮机的转轮直径为：

η

5

.111r

181.9r r H Q P D =

………………………………（3-2）

式中

G P ——发电机单机容量，Kw ；

g η——发电机效率，其值为

95%。

按照我国规定的转轮直径系列值，转轮直径取值比计算值大，

故进一位作为转轮直径。 将计算结果录入表3-4第③列中。

（2） 效率r η

rmax η=1-（1-m0η）

5

1

1D D m ……………………………（3-3）

式中m0η——模型水轮机效率，查表3-3得0.92； m 1D ——模型水轮机转轮直径，m ；

1D ——原型水轮机直径，m 。

效率修正值=rmax η-m0η；

限制工况原型水轮机的效率为r η=m η+△η。 将计算结果录入表3-4第④列中。

（3） 设计流量r Q

设计工况点的单位流量

11r Q 为：

11r Q =

5

.12181.9r

T r

H D P η……………………………（3-4） 式中r P ——水轮机额定出力，Kw ；