(一)水电站水轮机选型设计方法及案例
水轮机课程设计--水电站水轮机选型设计
课程设计说明书设计题目：大江水电站水轮机选型设计《水轮机》课程设计任务书1 课程设计的目的课程设计的目的，是培养学生运用本课程及相关课程基本理论和技术解决实际问题，进一步提高运算、绘图和使用技术资料的能力，通过具体工程实例设计提高设计观念和分析解决工程问题的能力。
2 课程设计成果及要求2.1 课程设计成果（1）设计说明书一份，内容包括：A、封面；B、课程设计任务书；C、中文摘要；D、英文摘要；E、目录；F、正文；G、谢辞；H、参考文献；I、附录（附录为可选内容）。
（2）设计图纸一张，内容为：设计过程中的辅助图、蜗壳、尾水管单线图。
采用大米格纸或1号AutoCAD打印图纸，文字书写必须采用符合制图规范的长仿宋体。
2.2 设计成果要求※请大家务必按以下要求完成设计成果，否则，审查时不予通过。
2.2.1 说明书内容要求（1）摘要。
中文摘要在300字左右，外文摘要以250个左右实词为宜，关键词一般以3～5个为妥。
（2）目录。
按三级标题编写（即：1 ……、1.1 ……、1.1.1 ……），附录也应依次列入目录。
（3）量和单位。
量和单位必须采用中华人民共和国的国家标准GB3100～GB3102-93，它是以国际单位制（SI）为基础的。
非物理量的单位，可用汉字与符号构成组合形式的单位。
（4）正文标题层次。
全部标题层次应有条不紊，整齐清晰。
相同的层次应采用统一的表示体例，正文中各级标题下的内容应同各自的标题对应，不应有与标题无关的内容。
章节编号方法应采用分级阿拉伯数字编号方法，两级之间用下角圆点隔开，每一级的末尾不加标点。
分级阿拉伯数字的编号一般不超过四级。
各层标题均单独占行书写。
第一级标题居中书写；第二级标题序数顶格书写，后空一格接写标题，末尾不加标点；第三级和第四级标题均空两格书写序数，后空一格书写标题。
第四级以下单独占行的标题顺序采用A.B.C.…和a.b.c.两层，标题均空两格书写序数，后空一格写标题。
水轮机的选型设计
⽔轮机的选型设计⽔轮机的选型设计⽔轮机选型时⽔电站设计的⼀项重要任务。
⽔轮机的型式与参数的选择是否合理，对于⽔电站的功能经济指标及运⾏稳定性，可靠性都有重要影响。
⽔轮机选型过程中，⼀般是根据⽔电站的开发⽅式，功能参数，⽔⼯建筑物的布置等，并考虑国内外已⽣产的⽔轮机的参数及制造⼚的⽣产⽔平，拟选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。
⼀：⽔轮机选型的内容，要求和所需资料1：⽔轮机选择的内容（1）确定单机容量及机组台数。
（2）确定机型和装置型式。
（3）确定⽔轮机的功率，转轮直径，同步转速，吸出⾼度及安装⾼程，轴向⽔推⼒，飞逸转速等参数。
对于冲击式⽔轮机，还包括确定射流直径与喷嘴数等。
（4）绘制⽔轮机的运转综合特性曲线。
（5）估算⽔轮机的外形尺⼨，重量及价格。
wertyp9ed\结合⽔轮机在结构、材质、运⾏等⽅⾯的要求，向制造⼚提出制造任务书。
2.⽔轮机选择的基本要求⽔轮机选择必须要考虑⽔电站的特点，包括⽔能、⽔⽂地质、⼯程地质以及电⼒系统构成、枢纽布置等⽅⾯对⽔轮机的要求。
在⼏个可能的⽅案中详细地进⾏以下⼏⽅⾯⽐较，从中选择出技术经济综合指标最优的⽅案。
（1）保证在设计⽔头下⽔轮机能发⽣额定出⼒，在低于设计⽔头时机组的受阻容量尽可能⼩。
（2）根据⽔电站⽔头的变化，及电站的运⾏⽅式，选择适合的⽔轮机型式及参数，使电站运⾏中平均效率尽可能⾼。
（3）⽔轮机性能及结构要能够适应电站⽔质的要求，运⾏稳定、灵活、可靠，有良好的抗空化性能。
在多泥沙河流上的电站，⽔轮机的参数及过流部件的材质要保证⽔轮机具有良好的抗磨损，抗空蚀性能。
（4）机组的结构先进、合理，易损部件应能互换并易于更换，便于操作及安装维护。
（5）机组制造供货应落实，提出的技术要求要符合制造⼚的设计、试验与制造⽔平。
（6）机组的最⼤部件及最重要部件要考虑运输⽅式及运输可⾏性。
3.⽔轮机选型所需要的原始技术材料⽔轮机的型式与参数的选择是否合理、是否与⽔电站建成后的实际情况相吻合，在很⼤程度上取决于对原始资料的调查、汇集和校核。
生态水电站水轮机的选型
到 出力 限制 线 的距 离有 一定 要求 。其次 ，水 头 变 幅
很 大 ，这样 对 加 权 平 均 水 头 的 测 定 就 显 得 较 为 重
大库 容 ，调节 能力 较差 ，发 电所 需 的流 量 由母 电站 提 供 ，有别 一 般水 电站 所强 调 的那样 对 汛期 转 轮过
流量有 较 大要 求 ，因此 没有 对转 轮 在额定 点 高效 区
量恒 定 （ 为５ ． ２ ｍ ３ ／ ｓ ） ，不 受 季 节 等 其 他 因素 的 影
・
库水位变化的特点 ，可以发现电站在 １ 月中旬到 ７ 月 中旬 ，水 头 变 化 范 围为 ６ ３ ． ６ ８～１ ０ ２ ｍ； ７月 中旬 到次 年 １ 月 中旬 ，水 头变 化 范 围为 １ ０ ２～１ ３ ４ ． ０ １ ｎ ｌ 。 因此 可按 照这 ２种不 同的水 头段 ，分 别选 择 ２个 不 同的转 轮 ，在 低 水 头 段 的 转 轮 最 大 使 用 水 头 高 于 １ ０ ２ Ｉ ｌ ｌ ， 同时在 １ ０ ２ ｍ 和６ ３ ． ６ ８ ｍ效 率 较 高 ；在 高水 头 段的 转 轮 最 大 使 用 水 头 高 于 １ ３ ４ ． ０ １ ｍ， 在１ ０ ２ １ １ １ 和 １ ３ ４ ． ０ １ ｍ 效率较高。经计算选型 ，在高水 头段采用 Ｈ ｌ Ｊ Ａ ５ ７ ５ ｃ — ＷＪ 一９ ８ ，低 水 头 段 采 用 Ｈ ｌ Ｊ Ａ ７ ８ ８ 一 ＷＪ 一 ８ ３ ，保证 水轮 机 能够在 不 同水 头段 都有 较 高 的效 率 及 良好 的稳定 性 。水轮 机 的结 构设 计制 造应 按 高水 头段 转轮 进行 ，低 水头 段 转轮 和流 道 的设计 应 适应 高水 头水 轮机 的结 构 和参 数 ，低 水 头段 运行 时仅更 换转 轮 和补气 接管 （ 见表 １ ） 。 该方 案设 想 电站在 每 年 ７ 月 中旬 以 ＨＩ Ｊ Ａ ５ ７ ５ ｃ — ＷＪ － ＿ ９ ８转 轮 运 行 发 电 ， 次 年 １月 中 旬 更 换 成 Ｈ Ｌ Ａ ７ ８ ８ 一 ｗ卜 一 ８ ３ 转轮 继续 发 电。 由 于 是 卧 式 机
水电站水轮机的设计选型
定 桨 式 转 桨式 冲 击式
（ ４ ） 应 有 利 于 水 电 站 的 运 行 管 理 和 检 修 维 护， 使其运 行 安全可 靠 、 设 备经久 耐用 ； （ ５ ） 应 优 先 选 用 生 产 和 经 过 运 行 检 验 的 机 组， 在技术 上 和性能 上较有 把握 ， 对 存在 的问题 可
合， 在 已有转 轮上 进 行 改 型并 在 模 型试 验 台上 试
验（ 中型机组 的 电站较 多 采 用 ） ； （ ３ ） 全 模 拟 模 型
定 桨式水 轮机 的 高效 率 运行 区很 窄 ， 若 采 用 一 台
机组 ， 当电站 流量不 足而在 低负荷运 行 时 ， 水轮机
・
５ ４・
时， 就应结 合 电站 具体条 件进行 比较来 确定 。
２ 水 轮 机选 型 实例
２ ． １ 海涯寨 电站 水轮机 选型 海 涯寨 水 电站 是利 用墨鱼 尖水 电站工程 尾水 以及 引水渠 末端 与赤水河 的落差 而设计 的引水式 电站 ， 主 要 建筑 物包 括 海水 沟 取水 工 程 、 引水 渠 、 汇水渠 、 引水 埋管 、 观音 山引水 隧洞 、 前池、 压 力管
将 对 电站 的 安 全 造 成 威 胁 。本 文 以 两 个 电站 实 际 选 型 设计 为例 ， 说 明 在 设 计 时要 注 意 的 问题 。
【 关键词 】 水轮机
选型
运行
稳定
中图分类号 ： Ｔ Ｋ ７ ３ ０ ． ７
文献标识码 ： Ｂ
文章编号 ： ２ ０ ９ ５ — １ ８ ０ ９ （ ２ ０ １ ５ ） ０ １ — ０ ０ ５ ３ — ０ ５
表 及转 轮综 合特性 曲线 。这 种方式 多用 于 中小 型
水电站水轮机选型设计1
院校：河北工程大学水电学院专业班级：水利水电建筑工程01班姓名：苏华学号： 093520101指导老师：简新平水电站水轮机的选型设计摘要本说明书共七个章节，主要介绍了大江水电站水轮机选型，水轮机运转综合特性曲线的绘制，蜗壳、尾水管的设计方案和工作原理以及调速设备和油压装置的选择。
主要内容包括水电站水轮机、排水装置、油压装置所满足的设计方案及控制要求和设计所需求的相关辅助图和设计图。
系统的阐明了水电站相关应用设备和辅助设备的设计方案的步骤和图形绘制的方法。
关键词：水轮机、综合运转特性曲线图、蜗壳、尾水管、调速器、油压装置。
【abstract】Curriculum project of hydrostation is a important course and practical process in curriculum provision of water-power engineering major . There are more contents and specialized knowledge in the curriculum project , which make students not to adapt themselves quickly to complete the design . In this paper , characteristic of the curriculum project is analyzed , causes of inadaptation to the curriculum project in students are found , rational guarding method are proposed , and a example of applying the guarding method is given . The results show that using provided method to guard student design is a good method , when teaching mode and time chart are given , students are guarded from mode of thinking and methodology , and design step are discussed and given . After the curriculum project of hydrostation , the capability of students to solve practical engineering problems is improved , and the confidence to engage in design is strengthened .【Keyword】Curriculum project of hydrostation ; guarding method ; mode of thinking ; methodology; design step.水电站水轮机选型设计第一节基本资料 (4)1.1基本资料1.2设计内容第二节机组台数与单机容量的选择 (4)2.1 机组台数与机电设备制造的关系2.2 机组台数与水电站投资的关系2.3 机组台数与水电站运行效率的关系2.4 机组台数与水电站运行维护工作的关系2.5 单位容量的选择第三节水轮机型号、装置方式、转轮直径、转速、及吸出高度与安装高程的确定 (5)3.1 HL240型水轮机3.2 ZZ440型水轮机3.3 两种方案的比较分析第四节水轮机运转特性曲线的绘制 (13)4.1 基本资料4.2 等效率曲线的计算与绘制4.3 出力限制线的绘制4.4 等吸出高度线的绘制第五节蜗壳设计 (15)5.1 蜗壳型式选择5.2 主要参数确定5.3 蜗壳的水力计算及单线图，断面图的绘制第六节尾水管设计 (18)6.1 尾水管型式的选择6.2 尺寸确定及绘制平面剖面单线图第七节调速设备的选择 (19)8.1 调速器的计算8.2 接力器的选择8.3 调速器的选择8.4 油压装置的选择参考资料 (21)大江水电站水轮机选型设计第一节基本资料1.1基本资料大江水电站，最大净水头H max=35.87m，最小净水头H min=24.72m，设计水头H p=28.5m，电站总装机容量N装=68000KW，尾水处海拔高程▽=24.0m，要求吸出高Hs> -4m。
水轮机选择方法及实例
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。
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、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Hr、Nr → 范围→D1，n 。
2、水轮机吸出高度的确定Hs：根据hs~H的关系曲线确定。
1由Hr → hs，Hs＝hs－▽／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、Hs、Z a；Z0、d02(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。
新疆拉斯特水电站水轮机选型设计
以看 出， 案的单位转速都在水轮机转轮高 效 两方
率区运行 ， 两方 案单位转速都符合水轮机选型要
求。
根据求 出的单位流 量和单位转速 ， 查水轮机 综合特性 曲线 ， 以得 出： 可 方案 一水轮 机效 率为 ９ ．％， 案二 水轮 机 效 率为 ９ ． ％。将 发 电 ２１ 方 ３３ 机效率 按 ９ ％计 算， 以计算 出方 案 一和方 案 ３ 可 二水轮机发 电机 实 际发 电能 力分 别 为 １ ６ ｋ ４ Ｗ ０
方案 一 ： 优单 位 转速 ｎｏ ８ ｒｍ ｎ ； 最 ｌ取 ３／ ｉｎ 模 ＂ 型水轮机转轮直径 ＤＭ ０ ３ １取 ．５ ｍ。
根据两方 案的单位转 速查 水轮 机综 合特性 曲线图， 照最大单 位转速 和最 小单位 转速 ， 对 可
方 案二 ： 最优单 位转速 ｎｏ ７ ｒｒｎ模 型 ｌ取 ５／ ｉ； ＂ ａ
摘
要： 本文以拉斯特水 电站水轮机选型为例， 通过对水轮 机转轮直径 Ｄ 转速 ｎ 吸 出高度 、 、
ｔ、 － 飞逸转速 ｎ－ Ｉ ｓ ｆ ， 飞逸 转速 ｎ 、 最大 效率 流量 Ｑ 等参数的确定 ， 出水轮机 的最优方案， 选 阐述
了水 轮 机 选 型 的最 简单 方法 。
关键词 ： 电站 ； 水 水轮机 ； 选型 １ 工程概况及参数选择 拉斯特水 电站为小型引水式水 电站， 电网 在 中所占 比重 不大 ， 担 基荷 运 行。根 据 水头 不 承 大、 流量小等特点 ， 中小型水轮机模 型转轮型 查＜
谱表》 厂家产品样本和有关资料， 、 有两种方案可
供选择 ， 方案一选择 ｔ Ｂ ０型水轮 机、 － ２ Ｉ Ｉ 方案 二选
择 Ｈ Ｄ ６ａ Ｌ ２ ０ 型水轮机 。
机容量 ３ ０ ｋ 年 发 电量 １ ３ ×１ Ｗ ・ ×１ ０ Ｗ， ０ ８ ０ｋ ５ 站设 计水 头 Ｈ ＝３ ．７ｍ， ｒ ３３９ 最大运行水头 Ｈ 均＝ ｎ
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。
水轮发电机组选型设计设计
第1章 水轮发电机组选型设计1.1、机组台数及型号选择1.1.1、水轮机型式的选择已知参数6.25max =H , 8.22min =H , 3.23av =H , MW 200=N保证出力：MW 35=b N ，利用小时数：h 2225 取设计水头3.23av r ==H H按我国水轮机的型谱推荐的设计水头与比转速的关系，混流式水轮机的比转速s n :）（kW m H n s ⋅=-=-=394203.232000202000 轴流式水轮机的比转速s n : )(4773.2323002300kW m H n s ⋅===根据原始资料，适合此水头范围的水轮机类型有轴流式和混流式。
轴流式和混流式水轮机优点：（1）混流式结构紧凑，运行可靠，效率高，能适应很宽的水头范围，是目前应用最广泛的水轮机之一。
（2）轴流式水轮机s n 较高，具有较大的过流能力，轴流转桨式水轮机可在协联方式下运行，在水头、负荷变化时可实现高效率运行根据表本电站水头变化范围m H 6.25~8.22=查《水电站机电设计手册—水力机械》因为设计电站是无调节电站，所以工作容量等于保证出力MW 35=b N选用混流式机组的单机容量不得超过MW 8.7745.035= 选用轴流式机组的单机容量不得超过MW 10035.035= 确定机组台数4台和5台 方案列表如下：转轮型号 HL260/A244JK503 ZZ500 HL260/A244 JK503 ZZ500单机容量（MW) 50 50 50 40 40 401.2、水轮机方案比较1.2.1、方案Ⅱ、MW 504⨯ 244/260A HL1、计算转轮直径水轮机的额定出力为：W 51020%9850000k N P G Gr ===η取最优单位转速min 80110r/n =与出力限制线的交点的单位流量为设计工况点单位流量，则）（s /m 29.1Q 3110=,对应的模型效率875.0m =η，暂取效率修正值%2=∆η，则设计工况原型水轮机效率895.002.0875.0m =+=∆+=ηηη。
某水电站水轮机选型的探讨
乘绩 （ ｇ 。对反击式水轮机一般可采用 以下经验公式进行计算 ： Ｋ． ｍ）
Ａ （０ ２ ＝ ２ — ５） ＸＯ Ｈａ √ ＸＤ１ 式 中 ：Ａ 调 速 功 （ ｇｌ Ｋ ． ９ ０６ Ｊ 一 Ｋ ． ，１ ｇ Ｉ ｌ ｍ＝ ． ６ ５ ）； ８
偏 差较 大 的 影 响 。 在 套用 设 备选 型 介 于两 种 机 型 之 间 时 ，要 对 两 种 机 型 进行技术参数和经济投资 比较 ，确定选择效率高 、运行可靠 、投资少 、 动 能技 术 指 标 优 良的 水轮 机 型 号。 实践 总 结 ，水 电 站水 轮 机 选 型 要 做 到
２３ 调 速 器 选 择 ． 水轮机调速器 的调速功是指接力器活塞上的油压作用力 与其行程的
１３ 水轮机转速的选择 ． 水轮机 的转速可以参照现阶段相近水头水轮机的 比转速水平 ，结合 某 电站实际情况和特殊要求来确定 。 １ ）空化 系数的选择 。水 轮机 空化性 能的优 劣 ，是衡量水轮机综合 性能的一个重要指标。电站装置空化系数的大小 ，直接影响电站 开挖深 度 和水轮机运行寿命 。在含沙水流 中丁作的水轮机除 了会发生空化外还 经常发生泥沙磨损 ，泥沙磨损与空化现象相伴发生 ，从而加剧 过流部件 的空蚀和磨损破坏 。因此 ，合理地选择空化系数 ，尽可能减少空蚀现象 的发生 ，防止或减轻空化与泥沙磨损的联合作用 ，同时也可以最 大限度
中 图分 类号 Ｔ 文 献标 识码 Ａ Ｍ 文 章编 号 １７～６ １（０ ０ １０８ — １ ６３ ９７－２ １）６— １１０ １
水 电水 轮机选型的优 劣直接关系到水 电站的经 济 、安全 、高效 运
水电站水轮机选择设计实例剖析
水电站水轮机选择设计实例剖析郭建伟【摘要】With the development of society and economy,the construction scale and construction technical requirements for hydropower station continue to heighten as an important infrastructure.In the construction of the hydropower station and the design,selection and design of hydraulic turbine is a very important part,reasonable choice has important influence on the long-term operation of hydropower station and the level of economic benefits.Xiangshui Hydropower Station is characteristic of much sediment and the selected and designed turbine unit should be one that is in conformity with the actual situation of Xiangshui Hydropower Station.%随着社会经济的发展，水电站作为一项重要的基础设置其建设规模以及建设技术要求在不断的提高。
在水电站建设和设计中，水轮机的选择设计是非常重要的组成部分，其合理的选择对于水电站机组的长效运行以及经济效益的高低具有重要的影响。
响水水电站水轮机组具有多泥沙的特点，因而在进行水轮机的选择和设计时应该依据这一特征，选择符合响水水电站实际情况的水轮机型号。
水电站水轮机选型设计
院校：河北工程大学水电学院专业班级：水利水电建筑工程01班姓名：苏华学号： 093520101指导老师：简新平水电站水轮机的选型设计摘要本说明书共七个章节，主要介绍了大江水电站水轮机选型，水轮机运转综合特性曲线的绘制，蜗壳、尾水管的设计方案和工作原理以及调速设备和油压装置的选择。
主要内容包括水电站水轮机、排水装置、油压装置所满足的设计方案及控制要求和设计所需求的相关辅助图和设计图。
系统的阐明了水电站相关应用设备和辅助设备的设计方案的步骤和图形绘制的方法。
关键词：水轮机、综合运转特性曲线图、蜗壳、尾水管、调速器、油压装置。
【abstract】Curriculum project of hydrostation is a important course and practical process in curriculum provision of water-power engineering major . There are more contents and specialized knowledge in the curriculum project , which make students not to adapt themselves quickly to complete the design . In this paper , characteristic of the curriculum project is analyzed , causes of inadaptation to the curriculum project in students are found , rational guarding method are proposed , and a example of applying the guarding method is given . The results show that using provided method to guard student design is a good method , when teaching mode and time chart are given , students are guarded from mode of thinking and methodology , and design step are discussed and given . After the curriculum project of hydrostation , the capability of students to solve practical engineering problems is improved , and the confidence to engage in design is strengthened .【Keyword】Curriculum project of hydrostation ; guarding method ; mode of thinking ; methodology; design step.水电站水轮机选型设计第一节基本资料 (4)1.1基本资料1.2设计内容第二节机组台数与单机容量的选择 (4)2.1 机组台数与机电设备制造的关系2.2 机组台数与水电站投资的关系2.3 机组台数与水电站运行效率的关系2.4 机组台数与水电站运行维护工作的关系2.5 单位容量的选择第三节水轮机型号、装置方式、转轮直径、转速、及吸出高度与安装高程的确定 (5)3.1 HL240型水轮机3.2 ZZ440型水轮机3.3 两种方案的比较分析第四节水轮机运转特性曲线的绘制 (13)4.1 基本资料4.2 等效率曲线的计算与绘制4.3 出力限制线的绘制4.4 等吸出高度线的绘制第五节蜗壳设计 (15)5.1 蜗壳型式选择5.2 主要参数确定5.3 蜗壳的水力计算及单线图，断面图的绘制第六节尾水管设计 (18)6.1 尾水管型式的选择6.2 尺寸确定及绘制平面剖面单线图第七节调速设备的选择 (19)8.1 调速器的计算8.2 接力器的选择8.3 调速器的选择8.4 油压装置的选择参考资料 (21)大江水电站水轮机选型设计第一节基本资料1.1基本资料大江水电站，最大净水头H max=35.87m，最小净水头H min=24.72m，设计水头H p=28.5m，电站总装机容量N装=68000KW，尾水处海拔高程▽=24.0m，要求吸出高Hs> -4m。
水电专业级水轮机选型作业
水电专业2020级水轮机选型作业一、资料一、水电站的装机容量为10万千瓦，发电机的效率为%，水电站的最大工作水头为，最小工作水头为，加权平均水头为，设计水头为，水电站海拔高程为445m。
下游设计最低水位为430m。
二、水电站的装机容量为6万千瓦，发电机的效率为96%，水电站的最大工作水头为，最小工作水头为，加权平均水头为，设计水头为，水电站海拔高程为。
下游设计最低水位为。
3、水电站的装机容量为8万千瓦，发电机的效率为98%，水电站的最大工作水头为150m，最小工作水头为120m，加权平均水头为135m，设计水头为130m，水电站海拔高程为220m。
下游设计最低水位为215m。
4、水电站的装机容量为6万千瓦，发电机的效率为%，水电站的最大工作水头为，最小工作水头为，加权平均水头为，设计水头为，水电站海拔高程为180m。
下游设计最低水位为175m。
5、水电站的装机容量为12万千瓦，发电机的效率为%，水电站的最大工作水头为，最小工作水头为，加权平均水头为，设计水头为，水电站海拔高程为320m。
下游设计最低水位为314m。
六、水电站的装机容量为万千瓦，发电机的效率为96%，水电站的最大工作水头为，最小工作水头为，加权平均水头为，设计水头为，水电站海拔高程为24m。
下游设计最低水位为18m。
7、水电站的装机容量为万千瓦，发电机的效率为%，水电站的最大工作水头为，最小工作水头为，加权平均水头为，设计水头为，水电站海拔高程为25m。
下游设计最低水位为20m。
八、水电站的装机容量为万千瓦，发电机的效率为%，水电站的最大工作水头为68m，最小工作水头为，加权平均水头为，设计水头为，水电站海拔高程为300m。
下游设计最低水位为294m。
九、水电站的装机容量为万千瓦，发电机的效率为96%，水电站的最大工作水头为，最小工作水头为，加权平均水头为，设计水头为，水电站海拔高程为。
下游设计最低水位为。
10、水电站的装机容量为8万千瓦，发电机的效率为96%，水电站的最大工作水头为34m，最小工作水头为22m，加权平均水头为28m，设计水头为，水电站海拔高程为。
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HH=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。
高水头水电站水轮机选型设计
分别进 行 冲 击 式 与 混 流 式 进 行 比 较ꎬ 冲 击 式 以
ＣＪＡ４７５ 转轮为例ꎬ 混流式以 ＨＬ( Ｃ) 、 ＨＬ( ＥＦ) 转轮为
例ꎬ 其技术经济比较见表 ２ꎮ
万元
表 ２ 不同机型技术经济比较
序号
项目
数量
１
水轮机
３台
２
水轮发电机
３台
３
调速系统
１６２ ２ ｋｍꎬ 总落差为 １ ２４６ ｍꎬ 坝王河现状水力资源可
开发潜力较大ꎮ 加快坝王河流域水能资源开发利用ꎬ
尽快将资源优势转化为经济优势ꎬ 促进地方经济发展
十分必要ꎮ 根据« 坝王河流域综合规划» 确定的坝王河
干流的开发方案: 平寨(１ ０６５ ｍ) ＋ 杨家湾(９８６ ｍ) ＋
小井(８１２ ９ ｍ) ＋ 柏林(４１５ ｍ) ꎮ 小井水电站的水头最
４
３６９ ００
７６ ８
流域悬移质
０ ３１
力ꎬ 混流式水轮机的稳定运行范围为 ４５％ ~ １００％ 出
力ꎮ 本站若采用冲击式机组ꎬ 则需小机容量为 １３ ＭＷꎻ
若采用混流式机组ꎬ 则需小机容量为 ７ ５ ＭＷꎬ 因此ꎬ
电站要达到 ９０ ＭＷ 装机规模ꎬ 则装机台数较多ꎬ 装机
方案复杂ꎮ 可见ꎬ 若要以保证出力发电ꎬ 则电站装机
第９ 期
２０２０ 年 ９ 月
Ｎｏ ９
Ｓｅｐ. ２０２０
广东水利水电
ＧＵＡＮＧＤＯＮＧ ＷＡＴＥＲ ＲＥＳＯＵＲＣＥＳ ＡＮＤ ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲ
高水头水电站水轮机选型设计
黄正财ꎬ 郑录艳ꎬ 杨 超ꎬ 张建勋
( 贵州省水利水电勘测设计研究院ꎬ 贵州 贵阳 ５５０００２)
水轮机选型设计例题(朱立国)
水轮机选型设计1． 初步选定机组台数1.1 初步选定机组台数根据水电站主要参数（特征水头、装机容量、及电站地位）可知，该电厂在系统中担任调峰、调频任务，起到骨干电厂作用，因为一般情况下，事故备用容量不应小于电站中最大的一台单机容量，事故备用容量为：600万KW×10％＝60万KW 。
此电站装机容量为90万KW ，所以初步确定机组台数应为６台或者12台。
1.2 选定水轮机型号根据电站的水头变化范围（57.0～81.5），因为混流式适用于中高水头比轴流式适用水头高，根据查文献[3] 表1-1，可知应选混流式水轮机。
查文献[3]表：大中型反击式水轮机型谱表，可知选HL220较为合适。
2．两种方案技术经济比较2.1 第一种方案6台机组 2.1.1 计算转轮直径Ｄ1单机容量为：90万KW/6=15万KW查型谱表可知：限制工况下的最优单位流量110Q =1.15（s m 3）；110n =70（min r ） 查文献[3] 附图9 HL220专轮综合特性曲线可知机组效率 M 0η=90%；D M 1=0.46。
近似设ηT=90%，发电机效率为g η=98%，则水轮机额定出力r P =y P /Z*g η=900000/6*0.98=153061.2KWD 1=231181.9/rT r H Q P η =2/35.63*15.81*9.0*81.9/2.153061=5.485m选择标称直径D1=5.52.1.2 计算原型水轮机效率T ηm a x T η=1-(1-maxMη)511/D D M =1-(1-0.9)55.5/46.0=0.938效率修正值038.0max max =-=∆M T ηηη2.1.3 选择水轮发电机同步转速n 单位转速修正值110110110max max 1102.0)19.0/938.0()1/(n n n n M T =-=-=∆ηη＜11003.0n故单位转速不需要修正 又根据单位转速公式得 min /5.1065.5/1.70*70/1110r D H n n a ===根据标准同步转速（《水轮机》表7-1）选n=100min r3.1.4 检验水轮机实际工作范围在不同水头下单位转速变化范围是：H max 时 m i n /9.605.81/5.5*100/*max 111r H D n n ===Hr 时 m i n /695.63/5.5*100/*111r H D n n r === H a 时 m i n /7.651.70/5.5*100/*111r H D n n a ===H min 时 m i n /8.7257/5.5*100/*min 111r H D n n ===对照模型综合特性曲线，平均水头下的单位转速通过最高效率区，最大、最小水头对应的单位转速也通过较高效率区。
中小型水电站水轮机选型与优化的探讨
中小型水电站水轮机选型与优化的探讨水轮机作为水力发电设备的核心部件，其选型与优化直接影响到水电站的发电效率和经济效益。
本文将探讨中小型水电站水轮机的选型和优化设计。
一、水轮机选型水轮机的选型需考虑以下因素：1.水头水头是指水从水库或山里流出后，到水轮机水门前形成的水压。
根据水头的高低不同，分为高、中、低三种水头，不同水头的选择将直接决定水轮机的类型和参数。
2.水量水量是指单位时间内通过水轮机的水量，一般以流量来衡量。
水量的大小决定着水轮机的叶轮直径大小，也直接关系到水轮机的转速和输出功率。
3.水质水质包括水的温度、悬浮物、氧化物等因素，对水轮机的选型和运行稳定性有着直接的影响。
一般来说，当水中含有较多悬浮物时，采用简单结构的水轮机更为合适，而当水质较好时可以采用复杂结构的水轮机，以提高发电效率。
二、水轮机优化水轮机的优化主要包含以下几个方面：1.叶轮优化叶轮是水轮机的主要部件之一，其形状、数量、材料以及叶片的角度对于水轮机整体效率有着重要的影响。
一般来说，采用紧凑型叶轮可提高水轮机效率。
此外，还可以通过优化叶轮进出口流道设计，进一步提高水轮机的效率，减少流阻。
2.转速优化水轮机的转速对于水轮机的效率有着关键的作用。
一般来说，水轮机的最佳转速应该和输电线路的最佳转速保持一致。
在适当的情况下，也可以通过变速调节或者增加水轮机数量来提高水轮机的效率。
3.安装调试水轮机的安装调试工作也对于其运行效率有着密切的关系。
一般来说，在安装水轮机时需要注意水轮机的水平安装、泄水水平角度调节、进水管道长度要求等等。
调试完成后还需要进行负荷测试和效率测试等工作，以验证水轮机的性能。
综上所述，对于中小型水电站的水轮机选型和优化设计，需要从水头、水量、水质等因素出发进行考虑，同时优化叶轮和转速，以及从安装调试等方面提高水轮机整体效率。
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水电站水轮机选型设计总体思路和基本方法水轮机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的选择是否合理，对于水电站的动能经济指标及运行稳定性、可靠性都有重要的影响。
水轮机选型过程中，一般是根据水电站的开发方式、动能参数、水工建筑物的布置等，并考虑国内外已经生产的水轮机的参数及制造厂的生产水平，拟选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。
一 已知参数1 电站规模：总装机容量：32.6MW 。
2 电站海拔：水轮机安装高程：▽=850m3 水轮机工作水头：max H =8.18m ，min H =8.3m ，r H =14.5m 。
二 机组台数的选择对于一个确定了总装机容量的水电站，机组台数的多少将直接影响到电厂的动能经济指标与运行的灵活性、可靠性，还将影响到电厂建设的投资等。
因此，确定机组台数时，必须考虑以下有关因素，经过充分的技术经济论证。
1机组台数对工程建设费用的影响。
2机组台数对电站运行效率的影响。
3机组台数对电厂运行维护的影响。
4机组台数对设备制造、运输及安装的影响。
5机组台数对电力系统的影响。
6机组台数对电厂主接线的影响。
综合以上几种因素，兼顾电站运行的可靠性和设备运输安装的因素，本电站选定机组为：4×8.15MW 。
三 水轮机型号选择 1 水轮机比转速s n 的选择水轮机的比转速s n 包括了水轮机的转速、出力与水头三个基本工作参数，它综合地反映了水轮机的特征，正确的选择水轮机的比转速，可以保证所选择的水轮机在实际运行中有良好的能量指标与空化性能。
各类水轮机的比转速不仅与水轮机的型式与结构有关，也与设计、制造的水平以及通流部件的材质等因素有关。
目前，世界各国根据各自的实际水平，划定了各类水轮机的比转速的界限与范围，并根据已生产的水轮机转轮的参数，用数理统计法得出了关于水轮机比转速的统计曲线或经验公式。
当已知水电站的水头时，可以用这些曲线或公式选择水轮机的比转速。
轴流式水轮机的比转速与使用水头关系 中国： s n =H2300 （m ·KW ）日本： s n =502020000++H （m ·KW ）原苏联： s n =H2500 （m ·KW ）将设计水头r H =14.5m 代入上述各式 中国： s n =H2300=5.142300=604 （m ·KW ）日本： s n =502020000++H =50205.1420000++=630 （m ·KW ） 原苏联： s n =H2500=5.142500=657 （m ·KW ）以上计算可见，我国生产的水轮机转轮的参数较低。
本电站为一普通的中小型水电站，没有别的特殊的任务和要求（比如兼顾试验），不准备考虑使用进口机组，使用国产机组即可。
故本电站选择比转速为600m ·KW 左右的水轮机。
2 水轮机型式的选择根据水电站的实际情况正确地选择水轮机的型式是水轮机选型设计的一个重要环节。
虽然各类水轮机有明确的适用水头范围，但由于它们的适用范围存在着交叉水头段，因此，必须根据水电站的具体条件对可供选择的水轮机进行分析比较，才能选择出最适合的机型。
适合本电站比转速的水轮机有贯流式和轴流式两种，因此，必须要对这两种水轮机进行分析比较。
贯流式与轴流式的比较：（1） 贯流式的水流条件好，同样过流面积时，贯流式水流通过容易，单位流量大，无蜗壳和肘形尾水管，流道水力损失小，运行效率比轴流式高。
（2） 贯流式水轮机可布置在坝体或闸墩内，可以不要专门的厂房，土建工程量小且适于狭窄的地形条件。
（3） 贯流式水轮机为了满足安装高程的要求，需从引水室入口至尾水管全部开挖到相应的深度。
而轴流式只需对尾水管部分进行深开挖，因此，贯流式的相应开挖量大。
（4） 灯泡贯流式水轮发电机组全部处于水下，要求有严密的封闭结构及良好的通风防潮措施，维护、检修较困难。
从水电站开挖量这一重要因素考虑，贯流式机组的相应开挖量大，而且贯流式机组技术要求较高，维护、检修较困难，故本电站选择使用轴流式机组。
3水轮机转轮型号的选择在水轮机型谱中，适合本电站比转速的有ZZ600和ZZ560两种转轮可供选择，适合本电站使用水头的有ZZ560和ZZ460两种转轮可供选择，其中ZZ560模型效率较高。
由参考资料[1]第379~381页ZZ600使用水头3~8m ，本电站设计工况下（取最优单位转速110n =135r /min ，水轮机限制吸出高度[s H ]=0.5m 时对应的装置空化系数z σ=0.60，110n 与等空化系数线σ=z σ=0.60交点）比转速为s n =65.311n η11Q =65.3×135×80.075.1⨯=521 （m ·KW ） ZZ560使用水头10~22m ，本电站设计工况下（取最优单位转速110n =130r /min 与等空化系数线σ=z σ=0.60交点）比转速为s n =65.311n η11Q =65.3×130×84.075.1⨯=527 （m ·KW ） ZZ460使用水头15~30m ，本电站设计工况下（取最优单位转速110n =117r /与等空化系数线σ=z σ=0.50交点）比转速为s n =65.311n η11Q =65.3×117×81.058.1⨯=435 （m ·KW ） 经过分析比较，在设计工况下以ZZ560转轮的s n 与本电站的计算比转速最接近，且效率较高，故本电站决定选用ZZ560转轮。
四 水轮机基本参数的计算 １ 计算转轮直径1D 水轮机的额定出力 r P =GGN η=95.08150=8579 KW 取最优单位转速110n =130r /min 与等空化系数线σ=z σ=0.60交点的单位流量为设计工况点单位流量，则r Q 11=1.75s m /3，对应的模型效率M η=0.841，暂取效率修正值η∆=3%，则设计工况原型水轮机效率η=M η+η∆=0.841+0.03=0.871，水轮机转轮直径1D 为1D =η5.11181.9r r r H Q P =871.05.1475.181.985795.1⨯⨯⨯=23.3 m 按我国规定的转轮直径系列，计算值处于标准值3.0m 和3.3m 之间，计算直径更加接近3.3m ，故可取转轮直径1D =3.3m 。
2 效率η的计算m ax η=)1(10M η--511D D M=)900.01(1--53.346.0=933.0 η∆=m ax η0M η-=900.0933.0-=033.0限制工况原型水轮机效率为η=M η+η∆=841.0+033.0=874.03 转速n 的计算 n =1110D H n a=3.31.16130⨯=12.158 min /r 其中a H =r H /9.0=1.16m 。
（参考资料[2]第169页）转速计算值介于发电机同步转速150min /r 和166.7min /r 之间，需要对两个转速都进行检验。
4 水轮机设计流量r Q 的计算r Q =r Q 1121D r H =5.143.375.12⨯⨯=57.72 s m /3 5 几何吸出高度s H 的计算在设计工况下，模型水轮机的空化系数M σ=0.60，根据技术规范，对于转桨式水轮机，水轮机的空化安全系数取σK =1.1（参考资料[2]第67页），吸出高度为s H =-∇-900/10σK M σr H =5.1460.01.1900/85010⨯⨯--=51.0-m取s H =55.0-m 。
6 飞逸转速R n 的计算由ZZ560水轮机模型飞逸特性曲线查得，在协联工况导叶开度0a =28.5mm ，ϕ=-5°时有最大单位飞逸转速R n 11=370min /r ，故水轮机的飞逸转速为R n =Rn 111max D H =3.38.18370⨯=16.486 min /r 7 转轮轴向水推力t F 的计算ZZ560水轮机模型综合特性曲线图中未给出转轮轴向水推力系数t K 的值，但ZZ460水轮机模型综合特性曲线图中给出的转轮轴向水推力系数t K =0.69，ZZ600水轮机模型综合特性曲线图中给出的转轮轴向水推力系数t K =0.67。
本电站取中间值t K =0.68。
水轮机转轮轴向水推力为t F =9810tK 4π21D max H =8.183.3414.368.098102⨯⨯⨯⨯=61007.1⨯N五 检验水轮机的工作范围 设计工况的单位流量r Q 11 r Q 11=5.12181.9r r H D P η=5.125.143.3874.081.98579⨯⨯⨯=664.1 s m /3 当n =150min /r 时，最大、最小、平均水头所对应的单位转速 min 11n =max1H nD =8.183.3150⨯=16.114 min /ra n 11=aH nD 1=1.163.3150⨯=37.123 min /r m ax 11n =min1H nD =3.83.3150⨯=82.171 min /r当n =166.7min /r 时，最大、最小、平均水头所对应的单位转速 min 11n =max1H nD =8.183.37.166⨯=87.126 min /ra n 11=aH nD 1=1.163.37.166⨯=01.137 min /r m ax 11n =min1H nD =3.83.37.166⨯=95.190 min /r把由上述参数绘制在ZZ560综合特性曲线图上，以检验水轮机运行区域的效率高低。
可以看出，单位转速的变化范围包含高效区第一个方案比第二个方案多，水轮机的平均效率较高。
因此，选择工作范围较优的第一种方案。
六 水轮机综合特性曲线绘制 1 等效率曲线的绘制（1） 对转轮叶片的每一个转角ϕ求出一个效率修正值（表1-1）η∆（ϕ）。
若各ϕ角下模型水轮机的最高效率为0M η（ϕ），原型水轮机各ϕ角下最高效率为0T η（ϕ），则 0T η（ϕ）=[])7.03.0()(1110110TMMM H H D D +--ϕη η∆（ϕ）= 0T η（ϕ）-0M η（ϕ）表1-1 转桨式水轮机效率修正值（2） 在min H ～max H 间取若干水头，计算各水头对应的M n 11，其中M n 11=-HnD 111n ∆， 11n ∆=M n 11（10max-M ηη）。
过各M n 11作水平线与水轮机模型综合特性曲线的各等ϕ线相交，找出各交点的11Q 、M η，其中M η由内插确定；一般情况下单位流量修正值较小，可不作修正。