水轮机选型设计报告书

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 (14)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。

（2）装机容量P 和增加装机容量△P由于同一组内流量不等，故应先按下列公式计算增加装机容量△P （Kw ）:△P=AQ △H …………………………………（2-2）式中 A ——A=9.81*α*β=8.2, α=95%,β=88%(α为发电机效率,β为水轮机效率)； Q —— 水轮机通过流量，s /m 3;△H ——水电站相邻两组组末（工作）水头之差，m 。

将计算结果录入表2-1第⑬列中第一组流量的装机容量为1P =AQH=1271Kw 。

其后流量组的装机容量P （Kw ）按下式计算：i P =+j P +△i P …………………………………（2-3）式中 i ——i=2,3,4……n(n ∈N+)； j —— j=i-1。

将计算所得P 值录入表2-1第⑫列中。

（3）发电量E 和累积发电量∑E发电量E （万Kw.h ）按下列公式计算：E=PT*24/10000……………………………（2-4）式中 P ——装机容量，Kw ；T ——该组流量的出现天数，天。

将所得数据录入表2-1第⑭列。

累积发电量∑E （万Kw.h ）按下式结算：∑E =i E +j E ………………………………（2-5）式中 i ——i=1，2,3,4……n(n ∈N+)； j —— j=i+1。

将所得数据录入表2-1第⑮列。

（4）年利用小时数T年利用小时T 数按下式计算：T=∑E /P*10000…………………………（2-6）式中 ∑E ——累积发电量，万Kw.h 。

P ——装机容量，Kw 。

所得数据录入表2-1第⑯列。

这样经过水能计算，就得到了水电站不同流量下的各种参数。

562.2相关曲线的绘制根据表2-1所得数据作出下列曲线：图2-1装机容量-年利用小时数关系曲线图2-2频率-流量关系曲线第三章 机组台数和单机容量的确定根据表2-1中所得装机容量，选取水电站装机容量为30000Kw ，查图2-1得到对应的年利用小时数为3600h 。

3.1水轮机选型方案初定水电站水轮机组台数和单机容量初选为以下四种方案：3.2确定水轮机选型方案由于各方案效率相差不大，故只需进行各方案的经济比较即可，包括计算综合投资和年效益。

根据表2-1水头数据作下列的特征水头表3-2，查资料得中小型混流式水轮机模型转轮主要参数表3-3。

由于水电站水头范围为77.5~81.5m ，因此选择H240/D41型水轮机。

（1） 转轮直径1D水轮机额定出力为：r P =G P /g η………………………………（3-1）式中G P ——发电机单机容量，Kw ；g η——发电机效率，其值为95%。

取最优单位转速为77r/min 与出力限制线交点的单位流量作为设计工况单位流量11r Q ,对应的模型效率m η为0.894，暂取效率修正值△η为0.02，则设计工况原型水轮机效率η=m η+△η，故水轮机的转轮直径为：η5.111r181.9r r H Q P D =………………………………（3-2）式中G P ——发电机单机容量，Kw ；g η——发电机效率，其值为95%。

按照我国规定的转轮直径系列值，转轮直径取值比计算值大，故进一位作为转轮直径。

将计算结果录入表3-4第③列中。

（2） 效率r ηrmax η=1-（1-m0η）511D D m ……………………………（3-3）式中 m0η——模型水轮机效率，查表3-3得0.92； m 1D ——模型水轮机转轮直径，m ；1D ——原型水轮机直径，m 。

效率修正值=rmax η-m0η；限制工况原型水轮机的效率为r η=m η+△η。

将计算结果录入表3-4第④列中。

（3） 设计流量r Q设计工况点的单位流量11r Q 为：11r Q =5.12181.9rT rH D P η……………………………（3-4） 式中r P ——水轮机额定出力，Kw ；T η——限制工况原型水轮机效率；1D ——原型水轮机直径，m ； rH ——设计水位，m 。

则设计流量r Q 为：r Q =11r Q 21D rH ……………………………（3-5）式中11r Q ——设计工况点的单位流量，s /m 3；1D ——原型水轮机直径，m ； rH ——设计水位，m 。

将计算结果录入表3-4第⑤列中。

（4） 不能利用流量所发电量损E由设计流量可得保证流量e Q 为e Q =r Q *65%……………………………（3-6）式中 r Q ——设计流量，s /m 3。

将计算结果录入表3-4第⑥列中。

查表2-1可得相应流浪组内数据，则每组不能利用流量所发电量i E 损：i 损E =△P*T*24……………………………（3-7）式中 △P ——增加装机容量，Kw ；T ——组内天数，天。

随后，可得不能利用流量（累积）所发电量损E ：损E =i E 损+j E 损…………………………（3-8）式中 i ——i=1,2,3……n （n ∈N+）；j ——j=i+1。

最后采用直线内插法即可求得所选机组不能利用流量（累积）所发电量损E ，并将计算结果录入表3-4第⑦列中。

注意，当组内机组保证流量不一致时，选择小的保证流量作为不可利用临界流量。

（5） 年发电量E已知，水电站不计流量损失的总发电量为0E =11722.9万Kw.h ，则水电站年发电量E 为：E =0E -损E ………………………（3-9）式中0E ——水电站不计流量损失的总发电量，万Kw.h ； 损E ——不能利用流量所发电量, 万Kw.h 。

将计算结果录入表3-4第⑧列中。

（6） 年产生效益W按市场价格，每度电为0.35元。

则水电站年产生效益W 为：W=E *0.35………………………（3-10）式中 E ——年发电量。

所得数据录入表3-4第⑨列中。

（7） 综合投资Z以三台机组为基准，每1Kw 装机容量需投资4000元。

机组台数增加一台，综合投资增加25%；机组台数减少一台，综合投资减少25%。

由此，则有：三台机组综合投资：Z=4000*3200万=12800万元； 两台机组综合投资：Z=12800万*75%=9600万元； 四台机组综合投资：Z=12800万*125%=16000万元； 将所得数据录入表3-4第⑩列中。

（8） 收回投资年数N收回投资年数N 为：N=Z/W ………………………（3-11）式中 Z ——水电站综合投资，万元；W ——年产生效益，万元。

将所得数据录入表3-4第⑪列中。

（9） 方案比较并选择通过比较，可以发现方案二的年产生效益最高，投资也不高。

而且，采用两大一小的机组，水电站调节、调度更加灵活，故采用方案二，水电站装设两台13000Kw 的大机组和一台6000Kw 的小机组，总装机容量为32000Kw 。

第四章 水轮机基本参数的计算4.1水轮机转轮直径的计算水轮机额定出力为：r P =G P /g η………………………………（4-1）式中G P ——发电机单机容量，Kw ；g η——发电机效率，其值为95%。

取最优单位转速为77r/min 与出力限制线交点的单位流量作为设计工况单位流量11r Q ,对应的模型效率m η为0.894，暂取效率修正值△η为0.02，则设计工况原型水轮机效率η=m η+△η，故水轮机的转轮直径为：η5.111r181.9r r H Q P D =………………………………（4-2）式中G P ——发电机单机容量，Kw ；g η——发电机效率，其值为95%。

代入数据计算可得，大机组1D =1.38m ，小机组1D =0.96m 。

按照我国规定的转轮直径系列值，转轮直径取值比计算值大，故转轮直径取为大容量机组1D =1.4m ，小容量机组1D =1.0m 。

4.2水轮机效率的计算rmax η=1-（1-m0η）511D D m ……………………………（4-3）式中 m0η——模型水轮机效率，查表3-3得0.92；m 1D ——模型水轮机转轮直径，m ；1D ——原型水轮机直径，m 。

效率修正值△η=rmax η-m0η，限制工况原型水轮机效率r η=m η+△η。

代入数据计算可得，大容量机组r η=0.94，小容量机组r η=0.94。

4.3水轮机转速的计算由模型综合特性曲线上查得110n =77r/min 。

则水轮机转速为：1110D H n n av=……………………………（4-4）代入数据得，大机组n =490.9 r/min ，小机组n=687.2 r/min 。

实际中转速n=3000/2P （P 为磁极对数），故取大容量机组n =500 r/min ，小容量机组n=750 r/min 。

4.4水轮机设计流量的计算设计工况点的单位流量11r Q 为： 11r Q =5.12181.9rT rH D P η……………………………（4-5） 式中r P ——水轮机额定出力，Kw ；T η——限制工况原型水轮机效率；1D ——原型水轮机直径，m ； rH ——设计水位，m 。