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
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η∆值中减去一个修正值ζ=1.3则可求得效率修正值η∆=1.6%得原型水轮机在最优工况和限制工况下的效率为 %6.1%92max max +=∆+=ηηηM =93.6%
故与上述假定值相同 单位转速的修正值按下式计算
%
92%6.1%4.90=+=∆+=ηηηm %3%87.01max max 101
〈=-=''
∆M M
n n ηη 按规定单位转速可不加修正 同时单位流量Q '1
也可不加修正 有上述可见%92=η'='M Q Q 11'='
M n n 1010是正确的， 那么上述计算及选用结
果1D =4.5m n=100min r 也是正确的。

4)工作范围的检验
在选定1D =4.5m n =100r ／min 后，水轮机的'
max 1Q 及格特征水头相对应的'
1n 可计算出结果。

水轮机在Hr ，Nr 下工作时'
1Q 即为'max 1Q 故
24.1034.1%
9236365.481.940816
D 9.18Nr 2
2max 11〈=⨯⨯⨯⨯=⨯=
'ηHr Hr Q 则水轮机的最大引用流量为：
63.125365.4034.1D 2
2max 1max 1
=⨯⨯==Hr Q Q s m 3
与特征水头max H ，min H ，r H 相对应的单位转速为
00.7338
5
.4100max 1min 1=⨯=⨯='H D n n
min
r
17.7734
5
.4100min 1max 1=⨯=⨯='H D n n m i n
r
7536
5
.41001
1=⨯=
⨯='r
r H D n n m i n
r
在HL240型水轮机模型综合特征曲线图上分别绘出'
max 1Q =1034S L min max 117.77r n ='
和min min 100.73r n ='的直线，如图3-34所示由图可见，由这三根
直线所围成的水轮机工作范围基本上包含了特性曲线的高效率区，所以对于HL240型水轮机方案，所选定的参数1D =4.5m n =100r ／min 是合理的。

5).吸出高度s H 的计算
由水轮机的设计工况参数，'
r n 1=75min r ，'max 1Q =1034S L ，在图3-24
上可查出相应的气蚀系数σ=0.15，并在图2-26上查得气蚀系数的修正值约为
σ∆=0.032，由此可求出水轮机的吸出高度为
H H S )(900
10σσ∆+-∇
-
==m m 0.4281.336)032.015.0(900
150
10-〉=⨯=--
可见，HL240型水轮机方案的吸出高度满足电站要求 6).安装高程∇
10.1542
5.4365.0281.315020=⨯++=+
+∇=b H z S w s m 二）ZZ440水轮机方案的主要参数选择
1).转轮直径1D 计算
由表可知，ZZ440型转轮限制工况的单位流量Q '
1
= 1.65
s m
3
，最优工况
的n '
10=115min r 。

根据本电站的具体条件H s ≥—4，则允许的最大气蚀系数值
为H
H S -∇-=
90010σ—σ∆= 72.0352.0032.0364900150
10〈=-+-
在满足-4m 吸出高度的前提下，从图3-16中科查出选用工况点
（35.0,115min 10=='σr n ）处的单位流量'
1Q =1030
S
L 同时可查的该工况点
的模型效率%2.88=M η并据此假定水轮机的效率为92%将η,,,1'
Q H N r r 各参数
代入式（3-31）可得1D =η2\3181.9Hr Q Nr '=92
.03603.181.940816
2
\3⨯⨯⨯=4.5m 选用标称直径1D =4.5m 2) 转速n 计算 n=
33.1535
.436
1151
10
=⨯=
'D H n av min r 选用与之相近而偏大的同步转速n=166.7min r 3).效率及单位参数修正
对于轴流转浆式水轮机，必须对其模型综合特性曲线图上的每个转角ϕ的效率进行修正。

当叶片转角为ϕ时的原型水轮机最大效率可用下式计算
)H 7.03.0)(1(110M 511max max H D D M M +--=ϕϕηη
根据表3-7知M D 1=0.46m, M H =3.5m,并已知1D =4.5m,H=36m, 代入上式可算得max ϕη=0.651（1-M max ϕη）
叶片在不同转角ϕ时的M max ϕη可由模型综合特征曲线查出，从而可求出相应
ϕ值的原型水轮机的最高效率max ϕη。

当选用效率的制造工艺影响修正值ζ=1%时，即可计算出不同转角ϕ时效率修正值ϕη∆其计算结果表3-8
ZZ440型水轮机效率修正值计算表 叶片转角η
010-
05-
0 05 010 015
η
ϕmax
M 0.849 0.88 0.888 0.883 0.872 0.86 η
ϕmax
0.902
0.922
0.927
0.924
0.917
0.909
η
ϕmax
-η
ϕmax
M 0.053 0.042 0.039 0.041 0.045 0.049 ϕη∆
0.043
0.032
0.029
0.031
0.035
0.039
由表3-7查得ZZ440型水轮机最优工况的模型效率为η
ϕmax
=89%，由于最
优工况接近于ϕ=00 等转角线，故可采用ϕη∆=2.9%作为其修正值，从而可得原型最高效率为
M max η= 89%+2.9%=91.9%
已知在吸出高度-4m 限制的工况点（1030= ,1151min 10'
='Q n r ）处的模型效率
为%2.88=M η，而该工况点处于ϕ=+010和ϕ=+015等转角线之间，用内插法可求得改点的效率修正值为ϕη∆=3.14%，由此可得该工况点的原型水轮机效率为
η=88.2%+3.14%=91.34%（与上述假定的92%相近）
由于''∆M
n n 101=1M max max -ϕϕηη=1899
.91-=1.62〈3.0%，故单位转速可不作修正，
同时单位流量也可以不作修正。

由此可见，以上选用的1D =4.5m, n=166.7min r 是正确 4).工作范围的检验
在选定1D =4.5m, n=166.7min r 后，可求出水轮机的'
max 1Q 及各特征水头相对应的'
1n 值。

s m Hr Hr Q 32
2max 1034.1%
9236365.481.940816
D 9.18Nr 1=⨯⨯⨯⨯=⨯=
'η 则水轮机的最大引用流量为
63.125365.4034.1D 22max 1max 1
=⨯⨯==Hr Q Q s
m 3
与特征水头max H ，min H ，r H 相对应的单位转速为
69.12138
5
.47.166max
1min 1=⨯=
⨯=
'H D n n m i n
r 65.128345
.47.166min 1max 1=⨯=⨯='H D n n m i n
r 03.12536
5
.47.1661
1=⨯=
⨯=
'r
r H D n n m i n r
在440zz 型水轮机模型综合特征曲线图上分别绘出'
max 1Q =1034
S
L
min max 165.128r n ='和min min 169.121r n ='
的直线，如图3-34所示由图可见，由这三
根直线所围成的水轮机工作范围基本上包含了特性曲线的高效率区，所以对于
440zz 型水轮机方案，所选定的参数1D =4.5m n = n=166.7min r 是理的
5）.吸出高度s H 的计算
由水轮机的设计工况参数，'
r n 1= 03
.125min
r ，'
max 1Q =1034S L ，在图25
3-上可查出相应的气蚀系数σ= 34.0并在图2-26上查得气蚀系数的修正值约为
σ∆=0.032，由此可求出水轮机的吸出高度为
H H S )(90010σσ∆+-∇-
==m m 0.456.336)032.034.0(900
15010-〉-=⨯+-- 可见，440zz 型水轮机方案的吸出高度满足电站要求。

6）.安装高程∇
根据《水电站》式（2-36）立轴轴流式水轮机
1s w s Z H xD =∇++=150-3.56+0.3690×4.5=148.1m
三）两种方案的比较分析
技术性能比较
①两水轮机模型的使用水头范围均满足水电站的水头变化范围。

HL240水轮机最高效率为%9.94=η；ZZ440水轮机最高效率为
%7.92=η。

显然HL240水轮机效率较高。

②HL240水轮机的气蚀系数为σ=15.0, 吸出高度为s H =-281.3；
ZZ440水轮机的气蚀系数为=σ34.0, 吸出高度为=S H -3.56； 比较可知HL240气蚀系数小，吸出高度大。

③安装高程∇
HL240安装高程∇=154.10m ； ZZ440安装高程∇=148.10m ； 经综合比较选择HL240型水轮机。