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

以H为横座标，N单为纵座标绘制某一系列水轮机应用范围。

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

(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。

4、有关资料

(1)、水轮机产品技术资料：

系列型谱、生产厂家、产品目录、模型综合特性曲线。

(2)、水电站技术资料：

河流梯级开发方案、水库的调节性能、水电站布置方案、地形、地质、水质、泥沙情况、总装机容量、水电站运输、安装技术条件。

(3)、水文情况：

特征流量及特征水头(Qmax、Qmin、Qav、Hmax、Hmin、Hr、Hav) 、下游水位流量关系曲线

(4)、水电站有关经济资料：机电设备价格、工程单价、年运行费等

二、机组台数及单机容量的选择

已知总装机容量(=Z0×N单)，N单不同，D1、n 、Hs、η均不同

1、机组台数与机电设备制造的关系

N总一定，Z0多→N单↓→尺寸（D1）小→制造运输容易→造价高(单位千瓦耗材多、制造量大)。

所以一般选用较大的N单。

2、机组台数与电站投资的关系

Z0多→单位千瓦投资↑→阀门、调速、管道、辐设、电气等增加→厂房尺寸增加。

N单↓→D1↓→尾水管高度低→开挖少→投资少

3、机组台数与运行效率的关系

Z0多→平均效率提高

(1) 担任基荷时：出力变化小，流量变化稳定，可用较少的台数，使水轮机在较长时间内以最优工况运行，其平均效率也比较高。

(2) 担任峰荷时：出力变化幅度大，应该选用较多的台数，以增加其运行灵活性，提高整体运行效率。

(3) 对于轴流定浆和混流式水轮机，可以选用较多的台数，而对于轴流转浆式水轮机因其调节性能好，可以选用较少的机组。

4、机组台数与电站运行维护工作的关系

台数多，运行灵活，事故影响小，但同时增加了事故的几率，也增加了管理人员、提高了运行费，所以不宜采用过多的台数。

总之，一般应采用较大的N单，较少的台数，但一般至少应选2台，少数情况下可选1台。中大型电站一般选4~6台，根据机组的制造水平和装机容量也可以选用更多的台数，如葛洲坝共21台，装机271.5万千瓦，正在修建的三峡水电站装机26×70=1820万千瓦。

三、水轮机型号确定

依据：N单，特征水头(H max、H min、H av、H r)

1 根据水轮机系列型谱选择

型号的选择主要取决于水头。各种水轮机都有一定的使用范围，根据电站运行水头的范围，直接查系列型谱，确定水轮机的型号。如果两种型号均可采用，应进行方案比较。

2 采用套用机组

根据目前国内设计、施工和运行的电站资料，在特征水头相近、N 单适当，经济技术指标相近时，有限套用已经生产国的机组，这样可以节省设计时间、尽早供货、提前发电。

四、反击式水轮机主要参数的确定

确定了水轮机的型号后，再计算水轮机的主要参数：转轮直径D 1，转速n 、吸出高H s ，D 1、n 应该满足：在H r 下，发出N r ；在H av 时，η最高。吸出高H s 应满足：防止水轮机汽蚀，开挖深度合理。

(一)、按综合特性曲线选择

1、D 1的确定

ηr r r H H D Q N 21181.9'= (kW) 1D (m) (4-4)

(1)、N r (水轮机额定出力) N r = N f ／ηf

N f —发电机额定出力（机组容量），ηf —— 发电机的效率，大中型：ηf =0.95～0.98

(2)、1Q '：在N= N r 时，取限制工况下的1Q '(查附表1-2)，并查出限制工况的ηM 。

HL 水轮机由5%出力限制线得到，轴流式由汽蚀条件得到，或限制H S 反推σz ，以防止开挖过多。