水轮机选型计算表
A179混流式水轮机选型计算表的设计
南昌工程学院本科毕业设计目录第一章绪论 (1)1.1课题的背景及意义 (1)1.1.1反击式水轮机选型设计开发的历史背景 (1)上述情况充分说明了本课题有着广泛的应用前景 (1)1.2课题国内外研究现状与发展趋势 (2)1.2.1水轮机选型设计软件开发的国外研究现状 (2)1.2.2水轮机选型设计开发的国内研究现状 (3)1.2.3水轮机选型设计开发的发展趋势 (4)1.3课题设计内容及所需条件 (5)第二章混流式水轮机选型设计的基本理论 (6)2.1水轮机选型设计概述 (6)2.2水轮机选型设计所必需的原始数据和资料 (6)2.3水轮机选型设计计算 (7)2.3.1水轮机型号选定 (7)2.3.2机组台数(单机容量)的确定 (7)2.3.3机组参数的计算 (8)2.3.4 绘制出真机的运转特性曲线 (12)2.3.5机电设备投资 (13)2.3.6 最优方案选择 (14)2.3.7水轮发电机的参数计算 (14)2.3.8水轮发电机计进出流水道的计算 (15)2.4本章小结 (19)第三章中文Excel基本知识 (20)3.1认识中文Excel的计算公式 (20)3.2认识中文Excel的运算符 (20)3.3公式中的数值转换 (22)3.4excel函数应用 (25)3.4.1 excel函数应用之函数简介 (25)3.4.2函数的种类 (25)3.4.3一些函数的应用 (27)3.5本章小结 (36)第四章A179混流式水轮机选型计算表的设计 (37)4.1计算表设计的思路 (37)4.2计算表的设计 (37)4.2.1初选表的设计 (37)4.2.2精算表表的设计 (38)4.2.3等效率曲线计算表的设计 (40)4.2.4等吸出高度曲线计算表的设计 (43)4.2.5蜗壳、尾水管参数计算表的设计 (44)4.3主目录表的设置 (46)4.4格式设置与数据保护 (47)4.4.1格式设置 (47)4.4.2数据保护设置 (48)4.5本章小结 (48)第五章结论 (49)参考文献 (50)致谢 (51)摘要本课题针对人工水轮机选型的需要，设计出了A179混流式水轮机选型计算表.该计算表可实现对水轮机选型参数计算，为绘制出真机工作范围和运转特性曲线提供数据准备. 同时也为其他的转轮选型计算表的设计提供参考.该计算表是在深入研究了混流式水轮机选型设计与excel的基础上，对A179混流式水轮机进行选型参数的计算.A179混流式水轮机选型设计表主要包括：主机和蜗壳、尾水管的参数计算以及等效率曲线、等吸出高度曲线的计算，从而可以提高了人工选型计算的效率与精度.关键词：A179混流式水轮机；选型计算表；excelABSTRACRAbstractThis topic selection for artificial turbine, designed to A179 mixed-flow turbine type. This table calculation of hydraulic turbine type parameters are calculated to map out the real machine working range And running characteristic curve provide data. But also make reference for other runner selection table design.This table is in a deep research on the design and selection of Francis turbine, excel, on the basis of which to make A179 mixed-flow turbine parameters selection. A179 mixed-flow turbine type design mainly include: the host and watch the spiral, tail pipe parameters calculation efficiency curves, such as absorbing height curve calculation thus can improve the efficiency of the artificial selection and precision.Keywords: A179 mixed-flow turbine, Selection of table, Excel南昌工程学院本科毕业设计第一章绪论1.1课题的背景及意义1.1.1反击式水轮机选型设计开发的历史背景我国蕴藏着极其丰富的水力资源，理论蕴藏量为6.76亿千瓦，可开发利用的水电资源的装机容量为3.78亿千瓦w.丰富的水力资源为我国电力建设提供了可持续发展的清洁再生能源.但是，到2001年底，我国的水电装机的总容量仅仅为8300万千瓦，只占可开发容量的22%左右[4];根据我国电力工业的现状和电力市场发展的变化，以及世界日益关注的“能源与环境”主题和我国电力结构重新调整的能源政策，即今后电力发展的方针是:开发与节约并重，优先发展水电，优化发展火电，适当发展核电，积极发展新能源，促进全国联网.由此看来，大力发展水电势在必行.而根据我国水电发展中、长期计划，水电建设将迎来一个十年大发展时期.到2010年，我国的水电装机规模将达到1.25亿kW以上，占可开发装机容量的33.1%以上.由此算来，从2001年到2010年我国平均每年将增加水电装机容t500万千瓦以上，才能完成水电的发展规划.丰富的水力资源和优先大力发展水电的能源结构调整政策与自力更生的建设方针，为我国水电设备制造业的发展带来了广阔的前景.电力是国民经济发展的命脉.目前我国有水力发电、火力发电、核电和风力发电等几种发电形式，其中水力发电不需要燃料，不需运输，运行成本低廉，运转灵活，速动性高，调度性能好，不污染环境，可以成为电力系统中经济可靠的备用负荷和担负尖峰负荷的优质电源.近年来，随着我国工农业事业的蓬勃发展，对电力的需求也随之增大，带动一大批大中型水电站和蓄能电站相继开工和投运.据初步统计，2005年，我国新投产机组约为6840万~7001万kW，全国总装机容量将达到5. 1亿~5. 2亿kW，发电量约为2. 5万亿kW·h.根据2005年经济社会发展的主要预期目标，预计国民生产总值(GDP 将保持8%的增长速度，全国电力消费的增速将相应达到12%左右，全社会用电量将达到24220亿kW·h.随着三峡电站水轮发电机组的投产和龙滩、小湾、向家坝、溪洛渡等一大批700MW机组的开工建设，标志着我国水电建设迎来了一个大发展时期.但是，巨型常规机组、大型蓄能机组和大型贯流机组的大量使用是水电发展的大好机遇，同时也给科研、设计、制造、安装和运行带来许多值得深入研究的课题[4].上述情况充分说明了本课题有着广泛的应用前景.水轮发电机组则是水电站的心脏，是取得水电站经济效益的关键设备.同时，在水第一章绪论电站工程机电部分造价中水轮发电机组占主导地位.因此，合理选择水轮发电机组是水电站设计、建设中的重要一环.水轮发电机组选择的核心问题是水轮机的选型.水轮机的型式与参数的选择是否合理，关系到水电站的运行、管理和经济效益;还关系到水电站的厂房建筑结构等.由于水轮机是不定型产品，且各电站的水头、流量互有差异，工厂不可能为每一个电站设计出适合的水轮机产品.其次，由于水轮机中流体运动的复杂性及其理论的不完善加之技术水平所限，目前尚不能用纯理论计算的方法最终确定最优的水轮机方案.目前只能由设计者通过比较几种不同的方案，确定出较佳的方案.反击式水轮机选型设计的基本理论是相似理论，主要依据是模型转轮型谱参数表和模型转轮综合特性曲线.现在的设计大多数是基于手工方式下的水轮机选型设计.设计师常常利用模型转轮综合特性曲线，采用试凑的办法来确定水轮机的运行区域，往往需要经过多次试凑才能找到一个较佳的工况点，而用户要求至少提供6个工况点.有时，对于一个给定设计水头有几个甚至十几个模型转轮可以适用，要从中选定一个最合适的转轮，设计者需要重复几十遍甚至几百遍手工试凑过程.设计工作相当繁琐，效率也很低，结果精度也较差，企业就难于实现对市场的快速响应[3].在当今时代，计算机和网络技术得到了飞速发展，自然应该用计算机来解决这样繁琐的问题，这样就可以将设计师从复杂的重复劳动中解放出来，充分发挥计算机的优势，缩短设计周期、实现优化设计、提高设计质量和效率.从而使企业能够跟上市场的变化，使企业在电站的招标中能应对自如.本课题应用计算机办公软件 (excel )，旨在开发出有较强实用性、通用性的计算表来满足人工选型的需要.一改以往水轮机选型单纯依靠人工计算，速度慢，不能很好地满足水电站设计的要求，并能大大提高反击式水轮机选型设计的速度和精度及能选出更适合水电站的水轮机，使水电站设计人员能用更多的时间投入到更高层次的技术经济比较中，提高水电站的设计质量和经济效益.1.2课题国内外研究现状与发展趋势1.2.1水轮机选型设计软件开发的国外研究现状水轮机选型设计软件的研究在国外起步较早，现在已经发展得较为成熟.早期阶段主要进行水轮机特性曲线的数据库管理系统方面的研究.这一阶段主要是进行软件开发的基础准备工作，即建立水轮机基本参数和特性参数数据库，将大量的实验特性数据输入数据库中，建立水轮机特性的数据库管理系统.应用水轮机特性数据库管理系统，可以很方便地实现数据的组织、管理、录入和查询，实现水轮机选型设计的半自动化，同南昌工程学院本科毕业设计时也为后期的研究奠定了基础.现阶段的研究已经进入面向水电站建设的实用的水轮机计算机辅助设计软件的开发与研究.目前己经开发出了一些较为综合的设计软件，如TURBNPRO Version 3(美国Hydro Info Systems开发的较为完善的水轮机选型设计软件.此软件能够根据用户输入的电站参数，选择出适当的水轮机的类型和尺寸，并且能够得到所选出的水轮机的综合特性曲线和运转特性曲线;而且还能够通过水轮机内部流场的计算进行水轮机性能的预估.应用该软件还能比较出不同结构和布置形式的机组的优缺点，同时在选择水轮机类型和尺寸的时候也考虑到了空蚀的影响.但是这些软件一般以国外的标准开发的，与我国的标准不统一，这样就造成了在使用上的困难.而且价格通常也很高，国内的水轮机制造和研究单位大都负担不起.1.2.2水轮机选型设计开发的国内研究现状我国从事这方面的研究工作起步较晚，发展速度也比较慢，主要原因是我国的软件产业起步晚，国内软件开发的基础相对国外比较薄弱.直到00年代才有人从事这方面的研究，而且大多数也只停留在国外发展的早期阶段，发表的论文相对较少.随着我国软件行业的发展和专业的融合，跨专业的协作也逐渐增多，一些从事软件开发的专业人员加入了这方面研究的队伍，从而增强了研究的实力，近几年取得了一些研究成果.目前，国内只有几所高校，如江苏大学、河海大学、四川工业学院、武汉大学、华中理工大学和清华大学，正在进行这方面的研究与开发，取得了一些研究成果.如:四川工业学院的张让勇研究和开发过混流式水轮机优化选型系统软件;武汉大学的叶浩亮和漫湾水力发电厂阂经书应用VB6. 0开发的水轮机选型CAD程序;河海大学水利水电工程学院的唐列、云南昆明国家电力公司昆明勘测设计研究院的王晓龙和浙江丽水紧水滩水力发电厂的周普会合作开发出基于objectARX的水轮机选型软件等等.但是开发的软件功能相对简单，有的只能完成综合特性曲线的处理，有的只能完成选型的初步设计，不能达到理想的效果.国内也有少数几个水轮机制造厂和设计研究院也在自己组织力量研究开发这种类型的软件，如:中国水利水电第十工程局勘测设计院的彭贵川应用Delphi开发的中小型水电站水轮机选型设计软件包[4];四川工业学院的宋文武和中国水利水电第十工程局勘测设计院的彭贵川应用Delphi开发的水轮机选型设计软件包;浙江杭州发电设备厂的赵海刚、童建新和刘敏龙开发出基于AutoCAD的水轮机运转特性曲线自动绘制程等等.但大多是面向自己单位的实际情况，功能相对比较单一.由于企业之间的竞争，每个企业都需要对自己的技术资料进行保密.因此，这种由企业自主开发和研究的软件通常没有很好的通用性，也很难在国内的企业中进行推广.第一章绪论1.2.3水轮机选型设计开发的发展趋势1.趋势之一:开发水轮机设计专家系统随着计算机技术的不断进步，在人类社会实践活动的各个领域利用计算机来解决所遇到的各种复杂问题上，已从确定性的科学计算和信息管理等传统的数据处理发展到出现了以人工智能为基础的专家系统(Expert System) .在工程设计中，也已从传统的科学计算、工程制图等计算机辅助设计(CAD)发展到专家系统与智能化CAD技术阶段.研制水轮机设计专家系统，需要把计算机软硬件系统、优化设计、计算流体、固体力学、机械振动、结构设计、制造工艺以及技术管理等学科的专门知识有机地结合在一起，并在科研、设计、工艺和标准化等有关部的通力合作下，经计算机系统开发的知识工程师(Knowledge Engineer)和专业技术部门的领域专家(Domain Expert)的共同努力才能得以实现.传统的CAD只是专家的一种工具，主要用于设计中的计算机绘图及科学计算等.它只能用于设计全过程中的部分工程设计阶段，不能完全代替专家进行设计，更不能用在产品设计的最重要的方案设计阶段.随着设计产品复杂性和多样化，要提高产品设计的效率和质量必须使传统的CAD集成化、一体化和智能化.因此设计型专家系统的建立，应在原有CAD技术的基础上进行集成化、一体化和智能化工作.这一工作的完成将会把老一辈设计专家的经验保存下来，将不同风格、不同流派专家的知识综合起来，利用计算机的快速和准确的特点，提高设计的效率和质量.同时能结合一些新的设计思想和技术(如优化设计、可靠性设计、动态分析设计和系统设计等)，使设计工作达到现代化设计水平. 此外，水轮机还有它自身的特点，即它不同于火电机组的大批量生产，它是单件多品种小批量生产，几乎是每个新的电站都要重新进行设计，且设计任务繁重.据有关资料介绍，采用专家技术系统可使设计周期缩短几倍至几十倍水轮机设计专家系统设计工作.2．趋势之二:开发分布式大型水轮机方案设计系统当前，社会生产已由单一的、地域限制模式走向了跨地域甚至全球协作的生产模式;产品设计将趋向于大型化、复杂化，并由多专业设计人员、设计团队共同完成.因而，局限于一个设计室或一栋办公楼的设计模式己无法适应现代快速、大型的设计要[4].异地设计、分布式设计不仅是未来的发展方向，也是制造企业未来发展的需求.现实的理想是:设计人员在全球任一位置通过互联网络与总部建立连接，发起设计;总设计师在全球任一位置通过互联网络组建设计团队，进行功能分解，完成设计任务.这种物理上的南昌工程学院本科毕业设计分布性要求将来的水轮机设计系统提供分布式的异地设计支持，同时，设计人员和设计团队的多样性要求系统提供对多用户、多角色的协作设计支持将来的大型水轮机设计系统的应用目标.1.3课题设计内容及所需条件A79混流式水轮机选型计算表是针对A179这种转轮选型计算的，它可以完成在不同的电站参数下对转轮基本参数（如直径、同步转速、飞逸转速、轴向水推力、流量、出力等）进行计算。
水轮机选型计算excel程序
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在模型曲线上初步取值 取算 单位 流量 m3/s Q'1 90/D54 A179 A542 160/D46 A253 180/A194 180/D06A A678 220/A153 240/D41 260/D74 0.25 0.23 0.27 0.62 0.75 0.72 0.80 0.78 1.05 1.08 1.22 取算 水轮机 效率 η 's 0.900 0.885 0.880 0.900 0.900 0.910 0.885 0.900 0.900 0.890 0.905
Hmin时计算值 H i 时计算值 单位 转速 r/min n'1
#DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0! #DIV/0!
转轮 型号
水轮 取算 模型 最优 计算 同步 单位 实际 单位 转轮 工艺和 机 转轮 转轮效 单位 模型最 转轮 流量 直径 转速 转速 转速 水轮机 部件修 流量 直径 率修正 转速 高效率 直径 m r/min r/min 正 效率 r/min m3/s 3 r/min m m m /s n'10 η 62.0 62.0 62.0 67.5 63.0 70.0 69.0 71.5 71.0 77.0 79.0
Mmax
空蚀 系数
单位 单位 单位 流量 转速 流量 m3/s r/min m3/s Q'1 0.36 0.33 0.40 0.90 1.10 1.05 1.17 1.15 1.56 1.57 n'1 74.2 66.8 72.1 70.8 64.4 86.9 83.7 83.7 72.1 72.1 Q'1 0.29 0.27 0.32 0.73 0.88 0.85 0.94 0.93 1.26 1.27
轴流式水轮机性能参数表
ZD760-LM/LMY-40型水轮机机组性能参数表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ZD560-LMY/LH-80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：ZD T03-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=9.81QHη=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：ZD T03-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=9.81QHη=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=9.81QHη=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。
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水轮机选型时需由水电勘测设计院提供下列原始数据：1）装机容量、装机台数、单机额定出力Nr、最大出力Nmax和负荷性质；2）水电站的设计水头Hr，最大水头Hmax，最小水头Hmin，加权平均水头Hcp；3）水电站上下游水位与流量关系曲线，水头、流量过程线或保证率曲线，引水管损失等；4）水电站的泥沙资料（含沙量、泥沙类别、特性等），水质资料（水温、化学成分、PH值、硬度、含气量等）；5）水电站厂房形式，引水方式和引水管长度、直径；机组安装高程及允许吸出高度Hs＇；6）制造厂与水电站间的运输条件、水电站的安装条件（允许最大挖深值等）。
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 GGr 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914.0246.0)885.01(1)1(155110max =--=--=D D M M ηη Δη=ηmax-ηM0=0.914-0.885=0.0.029η=ηm +Δη=0.855+0.029=0.8843、同步转速的选择min /18.197295.0/5.2872av 1110r D H n n =⨯==min /223.11855.0884.07210M 0T 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=rr r H D η5.12181.9P =884.05.28281.967.66665.12⨯⨯⨯=1.2633m /s 5、飞逸转速的计算r n =111max D H n r =73.223×28.33=212.851r/min6、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)/609.66223.18.332180.19711max 1min 11r n H nD n =-⨯=∆-=min)/(777.70223.195.0/5.282180.19711av 111r n H nD n a =-⨯=∆-=min)/(713.90223.14.182180.19711min 111r n H nD n a =-⨯=∆-=二．三台1、计算转轮直径水轮机额定出力：kw N P GGr 444.44449.0104.04=⨯==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。
水轮机选型设计
第一章 水轮发机主要参数设计第1节 水轮机台数及型号选择一.已知参数1．水库正常蓄水位：1684米；最低水位1678米；最高水位1686米； 2．尾水位最高尾水位1520米；正常尾水位1509米 ； 3．水头最大水头：174米；加权平均水头；167米；最小水头147米；二.水轮机型式的选择1.按我国水轮机型谱推荐的设计水头与比转速的关系()kW m Hr N s ·8.1382065.1582000202000=-=-=2.水轮机型式的选择水轮机类型及其适用水头范围、比转速范围见表1—1[1]表1—1 水轮机类型及其适用范围根据已知参数，本电站水轮机运行水头范围为：147m —174m ，比转速为：138.8（m·kW ）。
根据表1—1所列参数决定选用混流式水轮机。
三.电站装置方式的确定水轮机装置方式是指水轮机轴的装置方向和机组的连接方式。
水轮机轴的装置分为立式和卧式两种。
立式装置方式安装、拆卸方便，轴与轴承受力情况良好，发电机安装位置较高，不易受潮，管理维护方便，但是开挖量较大。
卧式装置方式不会产生很大的集中荷重，厂房的高度较低，但轴与轴承受力情况不好。
为了缩小厂房面积，高水头大中型电站一般采用立轴布置方式。
该电站最大水头为174m ，故采用立式布置方式。
机组连接方式采用直接连接。
四.初选水轮机转轮型号根据本电站水头变化范围H=147m —174m 选择合适的水轮机转轮：A378、A194、D10、D126和D46,其参数见表1—2[7]。
表1—2 初选水轮机转轮参数表五.拟定机组台数并确定单机容量总装机容量N =65MW ，保证出力：N b =30MW ，年利用小时数：4560h ，取同步发电机效率ηg =97％；通过试算HLA194、HLD46出力不满足要求，最终确定选用HLA378、HLD10和HLD126三个方案。
方案列表如下：表1—3 水轮机组选型及台数汇总表第2节 各方案参数的计算一.HLA378各参数的计算1.计算转轮直径水轮机额定出力为：()kW 3350597.032500===ggr N P η 取最优单位转速n 110=69（r/min ）与出力限制线交点的单位流量为设计工况点的单位流量Q 110=0.72(m 3/s)，对应的模型效率ηm =0.888，暂取效率修正值Δη=2％,则设计工况下原型机效率η=ηm +Δη=0.888+0.02=0.908。
水轮机选型设计
第一章 水轮机的选型设计 第一节 水轮机型号的初步选择一、沙溪水电站的主要参数H max =68.0m H p =50.0m H min =43.0m由《水利机械》P 36设计水头 H r 初算时可近似取（0.9~1.0）H p H r = 0.95×50.0= 47.5m 总装机35万kw二、因为沙溪水电站的水头范围为43.0m~68.0m,根据《水轮机》课本 ，符合此水头范围的要求，分别是 HL220，它的使用水头为30~70m 。
该水电站的水头范围为38-68m ，适合此水头范围水轮机的类型有斜流式和混流式。
又根据混流式水轮机的优点：（1） 比转速范围广，适用水头范围广，可适用30-700m ；、 （2） 结构简单，价格低；（3） 装有尾水管，可减少转轮出口水流损失；故选择混流式水轮机。
二．比转速的选择按我国水轮机的型谱推荐的设计水头与比转速的关系，水轮机的s n 为 )(19.270205.472000202000kw m H n rs ⋅=-=-=因此，选择s n 在260左右的水轮机为宜。
在水轮机型谱中有HL220，故按HL220进行计算三．单机容量第二节 原型水轮机主要参数的选择按电站建成后,在电力系统的作用和供电方式,初步拟定为2台、3台、4台、5台四种方案进行比较。
HL220其主要参数如下：模型转轮直径D 1=46cm,导叶相对高度b 0/D 1=0.25 z 1=14, 最优工况n 10’=70r/min,Q 10’=1.0m 3/s,η=92%,n s0=255,σ=0.115; 限制工况Q 1’=1.150m 3/s,η=89%,σ=0.133. 最大单位飞逸比转速n 1p ’= 133 r/min一．（二台）1、计算转轮直径 水轮机额定出力：kw N P GGr 4.17857198.0105.174=⨯==η式中：G η-----发电机效率,取0.98 G N -----机组的单机容量（KW ） 取最优单位转速n 110=70.0r/min与出力限制线交点的单位流量为设计工况点单位流量，Q 11r =1.14m 3/s ，对应的模型效率ηm =0.886，暂取效率修正值Δη=0.03，则设计工况原型水轮机效率η=ηm +Δη=0.916)(29.7916.05.4714.181.99183781.95.15.1111m H Q P D r r =⨯⨯⨯==η 按我国规定的转轮直径系列，计算值处于标准值7.0m 和7.5m 之间。
轴流式水轮机选型计算表
q11
m3/s
ηm
Q
m3/s
Nt
kw
N
kw
%
q11
m3/s
ηm
Q
m3/s
Nt
kw
N
kw
%
%
%
Hmax m
n11max r/min
q11hmax
ηhmax
Qhmax m3/s
Nhmax kw
Nfhmax kw
%
Hmin m n11min r/min q11hmin m3/s ηhmin Qhmin m3/s Nhmin kw Nfhmin kw
160
160.0
0.9
400
0.8
50
16
16
0.84 0.02 167.7 1.977 1.00
375.0
ZZ T03 L H
167.7 1.977 1.00 1.00 375.0 0.82 0.738 177.8
ZZT03-LH-100 0.85 1.15 1.3 0.348 330 0.7 4 0.7 0.6 15
设计水头最小单位流量 设计水头限制运行点模型效率 设计水头最小需用流量 设计水头水机最小出力 设计水头机组最小出力 设计水头机组出力百分比
最高水头百分比 +10%水头 +10%水头单位转速 +10%水头限制点单位流量 +10%水头限制点模型效率 +10%水头最大引用流量 +10%水头水机最大出力 +10%水头机组最大出力 +10%水头机组出力裕量
1.037
3.690 123.1 110.8 69.2
10.00 5.50 159.9
4.784 216.8 195.1 122.0
水轮机选型
大型调速器的选择
1、主配压阀直径的选择
d 4V m v T s
式中：V— 接力器的总容量（m3） v— 管路中油的流速（m/s）。一般取 v≤4～5m/s。 Ts— 接力器关闭时间（4~6s），准确值 通过调节保证计算得到。 主配压阀直径系列： 80，100，150，200，250mm
V
z
dz
4
2
S z max m
Байду номын сангаас
3
油压装置的选择
在进行初步设计时，一般可按下式估算 油压装置容积大小： 混流和定浆式：Vk=(18～20)VH 转桨式水轮机：Vk=(18～20)VH+(3～4)VR 目前，油压装置标准型号为： HYZ—0.3 HYZ—0.6 HYZ—1.0 HYZ—1.6 HYZ—2.5 HYZ—4.0 YS—8A YS—10A YS—20A
D a
a 1 0.0687 3
H
max
式中：d— 蜗壳进口断面直径（m） a─ 与水头有关的系数，
冲击式机组的选型
1、射流直径的选择 按下式计算：
d 0 0.545 Q Z0 H
中小机组一般取计算值的1.03~1.05倍。 喷嘴数的选择： a 单个喷嘴射流直径一般不大于14cm b 单喷嘴水轮机出力一般不超过5MW c 国内极少使用3喷嘴和5喷嘴机型 d 6喷嘴单机容量一般大于30MW
接力器的最大行程Smax Smax=(1.4～1.8)α0max (mm) α0max =α0M（D1ZOM/D1MZOT） 式中： ZOM— 模型导叶数目 ZOT — 真机导叶数目 D1 — 真机转轮直径（m） D1M— 模型转轮直径（m） α0M— 模型导叶最大开度（m） 双缸接力器的总容积：
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。
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：1 1H a= (H max+H min)= X (35.85+31.35)=33.4 m2 2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=33.4mD i=,——Nr—（1-3）.9.81Q i Hr 2M式中：Nr-为水轮机的额定出力（kw）D 1 -为水轮机的转轮直径（mn M-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/s）由水力机械课本附表1中查得Q'=12.4 L/s=1.24m3/s,同时在附表1中查得水轮机模型在限制工况下的效率 n 沪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 i '=1.24 m 3/s, Hr=33.4m,n M =92%#3368.429.81 1.24 33.4320.92选择与之接近而偏大的标准直径 D=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 型转轮直径Di M =0.46m,则原型水轮机的最高效率n max ，即：式中:n max --为原型水轮机的最高效率n Mma --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 n Mma =91.0% , Di M =0.46m, D 1=1.4m 带入得:n Mma =1- ( 1- n max ) 5 nD 1=92.8%考虑到制造工艺水平的情况取 & 1=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& 2=0,则效率修正值△ n 为：△ n = n ma - n Mmax - £ 1式中：△ n --为效率修正值n max --为原型水轮机的最咼效率 n Mma --为水轮机模型在最优工况下的效率 将 n max=0.928, n Mmax=0.91 £ 1= 0.01 带入上式得:= 1.12mn Mma =89.6%,模n ma =1- (1-4)D 1M =1- (1-0.91 )0.46 1.4(1- n Mma )D 1 MD 1△ n = n max-n Max- & 1=0.928-0・91-0.01=0・008由此求得水轮机在限制工况的效率为：n =n M +^ n =0.904+0.008=0.912 （与原来假定的数值相近） 转速的计算n 。
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∆=--=--=由此求出水轮机在限制工况的效率为：0.8840.020.904M ηηη=+∆=+=（与原来假定的数值相同）3、 转速的计算1n =式中'''10101M n n n =+∆有附表一查得在最优工况下的'1062.5/min M n r =，同时由于'1'10110.0160.03M n n n ∆====<所以'1n ∆可以忽略不计，则以'1062.5n =代入上式得：973.3/min n r ==选用与之接近而偏大的标准同步转速1000/min n r =。
水轮机选型计算..
相应水头下的机组保证功率范围 / %
混流式
45~100
定桨式
75~100
转桨式
35~100
冲击式
25~100
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
定桨式
D
3~70
用于功率及水头变幅不大的电站
调桨式
T
3~70
介于定桨与调桨之间
斜流式 Deriax
X
转桨式
Z
40~200
用于水头变幅大的电站,
但工艺较复杂,技术要求高
定桨式
D
贯流式 Bulb
G
转桨式
Z
2~25
用于低水头电站和潮汐电站
定桨式
D
冲
击
式
水斗式Pelton
CJ
300~1700
用于负荷变化大而水头变化不大的电站
21
142.9
171.5
44
68.2
81.8
7
428.6
514.3
22
136.4
163.7
48
62.5
75.0
8
375.0
450.0
24
125.0
150.0
50
60.0
72.0
9
333.3
400.0
26
115.4
138.5
52
57.7
69.2
10
300.0
360.0
水轮机选型设计
第一章 水轮发机主要参数设计第1节 水轮机台数及型号选择一.已知参数1．水库正常蓄水位：1684米；最低水位1678米；最高水位1686米； 2．尾水位最高尾水位1520米；正常尾水位1509米 ； 3．水头最大水头：174米；加权平均水头；167米；最小水头147米；二.水轮机型式的选择1.按我国水轮机型谱推荐的设计水头与比转速的关系()kW m Hr N s ·8.1382065.1582000202000=-=-=2.水轮机型式的选择水轮机类型及其适用水头范围、比转速范围见表1—1[1]表1—1 水轮机类型及其适用范围根据已知参数，本电站水轮机运行水头范围为：147m —174m ，比转速为：138.8（m·kW ）。
根据表1—1所列参数决定选用混流式水轮机。
三.电站装置方式的确定水轮机装置方式是指水轮机轴的装置方向和机组的连接方式。
水轮机轴的装置分为立式和卧式两种。
立式装置方式安装、拆卸方便，轴与轴承受力情况良好，发电机安装位置较高，不易受潮，管理维护方便，但是开挖量较大。
卧式装置方式不会产生很大的集中荷重，厂房的高度较低，但轴与轴承受力情况不好。
为了缩小厂房面积，高水头大中型电站一般采用立轴布置方式。
该电站最大水头为174m ，故采用立式布置方式。
机组连接方式采用直接连接。
四.初选水轮机转轮型号根据本电站水头变化范围H=147m —174m 选择合适的水轮机转轮：A378、A194、D10、D126和D46,其参数见表1—2[7]。
表1—2 初选水轮机转轮参数表五.拟定机组台数并确定单机容量总装机容量N =65MW ，保证出力：N b =30MW ，年利用小时数：4560h ，取同步发电机效率ηg =97％；通过试算HLA194、HLD46出力不满足要求，最终确定选用HLA378、HLD10和HLD126三个方案。
方案列表如下：表1—3 水轮机组选型及台数汇总表第2节 各方案参数的计算一.HLA378各参数的计算1.计算转轮直径水轮机额定出力为：()kW 3350597.032500===ggr N P η 取最优单位转速n 110=69（r/min ）与出力限制线交点的单位流量为设计工况点的单位流量Q 110=0.72(m 3/s)，对应的模型效率ηm =0.888，暂取效率修正值Δη=2％,则设计工况下原型机效率η=ηm +Δη=0.888+0.02=0.908。
发电机选择计算
第四节 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: 42ps 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 =151300／0.875=172914KVA 。
41821729149⨯⨯=τ=74.92 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=74.92 cm.V K V f f ==1.85⨯74.92=138.6m ／s查参【2】P 160，转子磁轭的材料用低合金高强度钢2、定子内径i D 计算公式：τπpD i 2==92.74182⨯⨯π=858.52 cm 参考【2】P 160公式3-43、定子铁芯长度t l 计算公式：ei 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.716652.85810717291426⨯⨯⨯=-t l =201.05 cmt l ／τ=201.05／74.92=2.68﹤34、定子铁芯外径a D 按下式进行估算：查参考【2】P 160，τ2.1:7.166+=≤i a e D D rpm n 参考【2】P 160故τ2.1+=i a D D =858.52+1.2⨯74.92=948.42cme t i n l D =.7166201.0552.858⨯=0.0256﹤ 0.035，故选择悬式布置是正确的。
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Q'1
1.047247 η模
η水
0.92 △η 0.89
Q=Q'1*D1*D1*SQRT(H)
N水=9.81*Q*H*η水
（2）、当nH'1最=n大*D时1
43.7
/SQRT(H
)
根据n'1查模型综合特性曲线 单位流量
得：
Q'1
0.969168 η模
η水
0.92 △η 0.89
Q=Q'1*D1*D1*SQRT(H)
N水=9.81*Q*H*η水
（3）、当nH'1最=n小*D时1
41.1
/SQRT(H
)
根据n'1查
模型综合
特性曲线
得：
单位流量
Q'1
1.062572 η模
η水
0.92 △η 0.89
Q=Q'1*D1*D1*SQRT(H) N水=9.81*Q*H*η水 5、水轮机的飞逸转速nr=n'r*SQRT(Hmax)/D1
兰头铺电站水机选型计算表（HL220-WJ-60）
参数
D1模 D1
0.46 η'模 0.6
0.92 n'10模
海拔▲
200
70 D1模/D1 开方5次
0.7666 0.9482
额定转速
H设计
41.5
n
750
1、利用（2-26）求出原型水轮机的最高效率η'=1-(1-η'模）*（D1模/D1）^(1/5)
6、水轮机的最大允许吸出高度Hs=10.0-(σ+△σ)*H-▲/900
WJ-60）
最高单位 飞逸转速 n'r 模型汽蚀 系数σ 模型汽蚀 系数修正 △σ 0.924144 0.004144 0.157475 751.5724
69.85355
-0.03
2.428709 880
68.07251
-0.03
2.30644 880
70.19264
-0.03
2.Байду номын сангаас52347 880
1465.349
133 0.13
0.02
3.222778
△η=η'-η'模
2、利用（2-29）求单位转速的修正值△n'1=N'10模*（SQRT（η'/η'模）-1）
3、利用（3-5）求水轮机的转速n=n'10*SQRT(H设）/D1
4、核算
水轮机的
出力 （1）、当H设计时
41.5
n'1=n*D1/SQRT(H)
根据n'1查 模型综合 特性曲线 得：
单位流量