水轮机的选型计算
水轮机的选型计算
目录一、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d0 (10)3确定D1/d0 (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………………………………………………1 28喷嘴数Z0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)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: 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 =247423／0.875=282769KV A 。
418*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： τπpD i 2==3.784*18*2π=971.43 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.7166*3.4971*10728276926-⨯=t l =256.79 cmt l ／τ=256.79／84.73=3.03＞3 ，通风较困难。
水轮机组选型
电站下游尾水位流量关系曲线的推求水轮机组选型一、电站参数（一）、康艾孜河1、电站参数前池正常水位=2445.1电站最低尾水位=2340.5m(实测常年枯水位)水头损失近似取1m最大净水头=--1=104.6m最小净水头=-（取两河通过电站设计引用流量之和时的下游尾水位）-1m=2445.1-2341-1=103.1m平均水头=103.8(取上下游加权或算数平均值,本处到算数平均)设计水头=103.8(取等于平均水头)2、装机容量：2×5000kW、1×2000 kW本站主要利用夏季流量较大的月份发电，根据水能计算，在综合分析水流出力和多年平均年发电量及年利用小时的基础上，本着尽量利用来水又能保证投资效益的情况下，决定装机2×5000kW,另考虑到枯水月份流量小，历时长，决定增设装机2000kW一台。
3、水轮机型号选择按我国水轮机型谱额定水头和比转速的关系，水轮机的n s为n s＝－20＝176.3（m.kW）因此选择与计算值最为接近的HL180转轮4、水轮机基本参数的计算（1）计算转轮直径D1水轮机的额定出力：N T===5263（kW）N T===2105（kW）取最优单位转速＝67r/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,则=0.86m3/s,对应的模型效率=89.6％,经试算,5000kW机组取效率修正值＝1.2％，则设计工况下原型水轮机的效率η＝+＝89.6％+1.2％＝90.8％。
2000kW机组取效率修正值＝0.5％。
则设计工况下原型水轮机的效率η＝+＝89.6％+0.5％＝90.1％==0.806m==0.51m按我国规定的转轮直径系列，选择转轮直径分别为0.84m和0.60m。
（2）效率η的计算==0.908 ＝=0.012=1.2％==0.901 ＝=0.005=0.5％（3）转速n的计算5000kW:n===812.6(r/min) 取750r/min2000kW:n===1137.7(r/min) 取1000r/min(4)水轮机设计流量Qr的计算5000kW:Qr==0.86××=6.18（m3/s）2000kW:Qr==0.86×0×=3.15(m3/s)则康艾孜河设计流量Qr=2×6.18+3.15=15.5(m3/s)(5)飞逸转速的计算查HL180转轮模型综合特性曲线限制工况点对应的导叶开度=32，将此值乘以1.05的系数后，查HL180飞逸特性曲线，得其最大单位飞逸转速为=131 r/min5000kW:==131=1588.9 r/min2000kW:==131=2221.2 r/min(由电站的最大净水头算出的飞逸转速不能大于发电机组允许的飞逸转速) (6)轴向水推力的计算5000kW:==12.75(t)2000kW:==6.51(t)5、检验水轮机的工作位置（范围）设计工况的单位流量5000kW:===0.792(m3/s)==61.84(r/min)2000kW:===0.627(m3/s)==58..9(r/min)由计算结果可知，两种水轮机基本接近高效位置（范围）工作，选型结果合适。
5-5水轮机主要参数计算选择
§5.5 水轮机主要参数选择 反击式水轮机基本参数计算（用模型综合特性曲线计算）一、水轮机转轮标称直径D 1的确定r r r r H Q P D η2/311181.9'= (m) P r ---水轮机额定出力，P r = N f ／ηf ；N f ---发电机额定出力（机组容量）；η f --发电机的效率，大中型：ηf =0.95～0.97； Q 11---水轮机额定工况的单位流量；混流式水轮机由5%出力限制线得到Q 11；轴流式由汽蚀条件得到，或型谱表中推荐值； H r ---水轮机的额定水头；若取H=H max 进行计算，则求出的D 1太小，除H=H max 以外，均不能发出额定出力。
若取H=H min 进行计算，则求出的D 1太大，增加设备投资。
η：原型水轮机额定工况下的效率，在D 1未确定时，不能得出确切的η。
一般先取η=ηM +△η (△η=2～3%)，求得D 1后再修正。
计算出D 1计算值，按国家标准圆整为系列选择标称直径。
二、转速的选择1110D H n n a = n101---为原型水轮机的最优单位转速； Hr---为水电站的设计水头或平均水头；计算值按一般原则选择最接近的同步转速nr ，一般取大。
三、工作范围的验算求出水轮机的参数D 1、n 后，在模型综合特性曲线上绘出水轮机的相似工作范围，检验是否包括了高效率区，以验证D 1、n 的合理性。
四、最大吸出高度HS 的计算H H s )(90010σσ∆+-∇-≤ 计算时，选择H max 、H min 、H a 、H r 若干水头，分别计算出不工况下的吸出高度，从中选取最小值作为最大允许高度。
注意：计算H S 时，要用各水头下限制工况下空化系数。
五、安装高程计算▽▽=Z 下游水位+Hs(2) 用比转速和统计资料推算水轮机的基本参数 D 1的确定 r r r r H Q P D η2/311181.9'= 转速的选择 rrs P H n n 45= H S 的计算 H H z s σ-∇-≤90010。
水轮机选型设计
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%,ns0=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。
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。
(2) 套用方法：用于小型水电站设计。
(3) 统计分析的方法：大型水电站设计，应用较广泛。
2．装机特征设计包括：机组台数、单机容量、水轮机型式与装置方式。
水轮机地选型计算
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。
轴流式水轮机选型计算
β
S
m2
X
m
R
m
V
m/s
Q
m3/s
IEC497 Latitude φ degrees Height z in meters above mean sea level Acceleration g due to gravity
φ
度
Z
m
g
m/s2
60 4000
参考/计算值
5.00 4.420
效率 说明
发电机参数 额定无功功率 Kvar 飞逸转速 r/min 额定功率因数 绝缘等级 额定励磁电压 V 额定励磁电流 A
调速器参数
工作电源 V
操作电源 V 阀门参数
操作方式
2.0 2.1 4.0 70.0 60.0 167.7 2.0 4.7 193.5 174.1 8.8 159.9 4.8 195.1 216.8 176.8 4.5 167.6 150.8
根据水头计算，
根据流量计算
1、发电机转速，2、水轮机转速
ηm-Δη
ηf*ηt
9.81H*Q*ηt
ZZ
比转速、A系列、D系列等
卧轴W、立轴L
金属J、混凝土H、明槽M、压力明槽MY
水轮机参数计算
查综合曲线
查综合曲线
查综合曲线
查综合曲线
查综合曲线
查综合曲线
0.7
4.0----6.0
0.4-0.6
0.4---0.6
V
ZZT03-LH-100
0.85
1.15
1.3
0.348
r/min
330
0.7
s
4
0.7
0.6
15
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 。
水轮机选型设计计算书
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，查[《水电站机电设计手册—水力机械》表1-4]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；、（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；因此，选择混流式水轮机。
二．比转速的选择水轮机的设计水头估算为m H H p r 8.695.7395.095.0≈⨯==适合此水头范围的有HL260/D74和HL240/D41.[根据本电站水头变化范围(H=64-85m)查《水电站机电设计手册—水力机械》表1-4]三．单机容量 台数单机容量（万千瓦） 216 332/3 48 5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,5台,四种方案进行比较。
首先进行HL260/D74水轮机的选择一．二台1、计算转轮直径水轮机额定出力：kw N P G Gr 3.16326598.010164=⨯==η 上式中： G η-----发电机效率,取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 =s,对应的模型效率ηm =894%，暂取效率修正值 Δη=，η=+=。
模型最高效率为924%。
)(98.4924.08.69247.181.93.16326581.95.15.1111m H Q P D r r =⨯⨯⨯==η 按我国规定的转轮直径系列（见《水轮机》课本），计算值处于标准值和5m 之间，且接近5m ，暂取D 1=。
2、计算原型水轮机的效率955.00.535.0)924.01(1)1(155110max =--=--=D D M M ηη 3、Δη=ηmax -ηM0=同步转速的选择min /5.13555.73791110r D H n n p=⨯== 此值介于125r/min 和 r/min 之间，且接近min ，所以取n=min 。
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。
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目录一、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d0 (10)3确定D1/d0 (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………………………………………………1 28喷嘴数Z0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)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）。
2水轮机选型计算应满足下述基本要求：1）具有优良的能量指标，所选择的水轮机应能经常运转于高效率区；2）具有良好的汽蚀性能及工作稳定性，机组的压力脉动要小，调节灵活，安全可靠；3）尽可能选择较小尺寸的水轮机，如尽量选择比转速较高的水轮机转轮，选择单位转速n11值稍高于最优单位转速n110值，单位流量Q11近于最大单位流量Q11max 值；4）结构要先进合理，易损零部件能拆卸互换，做到因地制宜；5）满员运输、安装、检修的要求。
二、反击式水轮机基本参数的选择计算1根据最大水头及水头变化范围初步选定水轮机的类型和转轮型号。
目前，一般在水头H=3~30m范围内选用贯流式水轮机，H=3~60m范围内选用轴流式水轮机（一般Hmax/Hmin＞2，D≥2.0m时用转桨式），H=20~600m范围内选用混流式水轮机，H=300~1000m范围内选用冲击式水轮机，在相同水头段内可使用不同的机型时，需对它们进行性能、技术经济的初步比较后再选定。
对于只给出设计水头的中小型反击式水轮机，其工作水头范围可参考图2-1-1。
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标称直径D 1、额定转 速n 、最大吸出高度Hs 。
1） 关于流量的选择、计算：对混流式和轴流转桨式水轮机，一般取综合特性曲线上最优单位转速的（105%~110%）与5%出力限制线的95%~98%交点处所对应的单位流量Q 11值，对轴流定桨式水轮机按相应105%~110%最优单位转速的最优效率点取单位流量；受挖深限制时根据最大允许Hs 选取单位流量Q 11，其所取单位流量应大于最优单位流量。
对轴流转桨式水轮机，选取原则为： a) 按允许的吸出高度Hs 来选取；b) 从平均效率、电能产量、装机台数进行经济分析确定Q 11。
对径流式电站 应考虑在最大水头和最小水头时均能得到电站保证出力；c) 从经济性和运行的稳定性着眼，选用的Q 11一般不宜超出型谱表中推荐的 范围。
流 量Q ：由 H Q N p ***=γη水 ⇒ HN Q p**=γη水 （2-2-1）其中：N P ——水轮机额定功率 γ——水的重度（9.81KN/m 3） η水——水轮机效率 单位流量Q 11： HD Q Q *=2111 （2-2-2）转轮标称直径D 1的计算： 标称直径D 1： ()m H Q N D rD D2/311181.9****=ηη水 （2-2-3）其中：N D ——机组额定功率（发电机额定功率）（千瓦）； η水——水轮机效率（0.88~0.93）； ηD ——发电机效率（0.90~0.97）； Hr ——额定水头（米）。
额定转速n 的计算：利用单位转速n 11j 和水头推算水轮机额定转速： 额定转速n e ： min)/(111r D H n n rj e *=（2-2-4）其中：n 11j ——原型水轮机计算单位转速，其值在综合特性曲线上选定。
为使水轮机能在大部分运转时间内处于高效率区工作，一般希望对应于平均水头的单位转速接近于最优单位转速，故计算单位转速n 11j 值为：对于轴流转桨式水轮机可选取大于其最优单位转速n 110值的1.05~1.15%；对于混流式水轮机可选取大于其最优单位转速n 110值的1.02~1.1%；其中上限适用于较高比转速混流式水轮机。
根据计算所得转速n e ，取略大的相近的发电机同步转速为水轮机的额定转速n 。
发电机同步转速可按下式计算： Pfn ⨯=60 （2-2-5） 其中：f ——周波，我国为50Hz ； P ——发电机磁极对数。
允许吸出高度的计算：)(2)(29001010卧式机组立式机组D b H k Hs c -+**-∇-=σσ （2-2-6）其中：▽——水轮机位于高出海平面的标高； k σ——汽蚀安全系数；σc ——临界汽蚀系数；σY ——装置汽蚀系数（σY = k σ*σc ） 式中汽蚀安全系数k σ值的选用可考虑如下情况确定：水中含沙、含汽量大时，或需延长检修周期时k σ可适当取大些；转轮叶片和下环，或转轮室由不锈钢制造时，取k σ≤1.1~1.2；汽蚀局部部位采取抗汽蚀措施时，可取k σ=1.2~1.4；转轮由碳钢制 造时，一般取k σ=1.4~1.8；对多机组电站k σ值 可取小些；转轮接近其使用水头最大值时k σ 宜取较大值；地下厂房时，可适当取大值。
式中汽蚀系数σ值的选取：一般从模型 综合特性曲线上查取，如果没有则1：可从 图（2-2-1）中查取，对图（2-2-1）亦可用 经验公式（2-2-7）给出：图（2-2-1）满负荷时汽蚀系数与比转速的关系()8.120000030+=s n σ （2-2-7）2：根据70年代前半期统计的国外水电站水轮机装置汽蚀系数平均值，由下式求出： 对混流式水轮机：641.11064-⨯⨯=n s σ （2-2-8） 对轴流式水轮机：641.1104.75-⨯⨯=n s σ （2-2-9） 3 效率修正初设时大致修正如下（含尺寸效应）：真机转轮标称直径在60以下时，修正 -1.5% ~ -2.5%60~70cm 时，修正 -0.5% ~ -1%70~100cm 时，修正 1.0~1.5% ，0.5~1.0%（直径小取大值） 100cm 以上时，修正 -0.5% ~ -1% （卧式） 100cm~130cm 时，修正 0% ~ 0.5% （立式）130cm 以上时，修正 ≥1% （立式） 具体应用公式计算 对混流式水轮机效率的修正值一般按最优工况点计算，其它各工况点一律按此等值修正；而对轴流式水轮机效率的修正值按最优工况点计算，对应各转角ψ的其它各工况点取等值修正。
关于具体的效率问题详见附录一。
4 检查所选水轮机工作范围的合理性由于所选择的水轮机转轮直径D 1和转速n 都是标准值，经常与计算结果稍有不同。
另外，最初计算转轮直径时所取用的效率η也是近似给定的，故必须在综合特性曲线上对所选定水轮机的工作范围是否处于最优效率区进行检查。
首先，按最大水头H max 计算出最小单位转速n 11min ,，按最小水头H min 计算出最大单位转速n 11max 。
其次还应计算出保证最大功率时，对应最大水头、最小水头的单位流量值。
以上计算出的数值在原型综合特性曲线图上可以绘出一个四边形。
若此四边形包括了综合特性曲线图上的最优效率区，则可认为水轮机基本参数选择合理。
若四边形中心偏移最优效率区中心较多，则应重新选择转轮直径，或者水轮机转速，或者两者都重新选择计算。
对高水头轴流转桨式水轮机有时希望选用导叶开度允许条件下较小的单位流量Q 11值，以此方法来降低汽蚀系数σ和保证允许吸出高度H S 。
5 飞逸转速计算在设计工作中计算原型水轮机飞逸转速时，应该考虑其最大工作水头Hmax 和最大可能导叶开口1.05a 0max （即由底环上定位块或导叶套筒处所定的开口）工况点的飞逸转速n 11f ，因此按所选定水轮机型号的模型水轮机飞逸特性曲线图，利用式（2-5-1）计算出原型水轮机的飞逸转速n f 。
飞逸转速： 1max 11maxD H n n f f *= （2-5-1） 工程上经常以在同一水头下飞逸转速与额定转速之比来表征水轮机的飞逸程度，并称之为飞逸系数k f ： 飞逸系数k f ： ef f n n k =（2-5-2）各种水轮机的飞逸系数大致如下： 对混流式或冲击式水轮机k f =1.7~1.9； 对保持协联关系的转桨式水轮机k f =2.0~2.2； 对协联关系破坏的转桨式水轮机k f =2.4~2.8。
6 轴向推力计算立轴水轮机的轴向推力包括：水流对转轮的轴向水推力P OC ；水轮机转动部分重量G Z 。
估算轴向水推力采用下式：轴向水推力P OC ： max 214H D K P ***=π（吨） （2-6-1）式中：K ——与转轮型号及排水方式有关的水推力系数，可通过试验方法获得。
一些混流式水轮机采用转轮上冠排水，泄水孔面积不小于转轮止漏环密封间隙5~6倍的结构,其K 值可由表(2-6-1)中查取。
表2-6-1 转轮型号 HL310HL240HL230HL220HL200HL180HL160HL120HL110HL820HL100K 0.37~0.450.34~0.410.18~0.220.28~0.340.22~0.280.22~0.280.20~0.260.10~0.130.10~0.130.26 0.05~0.11水质含泥沙，密封间隙有磨损，或转轮直径较小，需格外放大止漏环间隙比δ/D 1的结构，取较大的K 值。