第2章：水力机械的选型.
水力机械基本知识
水力机械基本知识（混流式、轴流式、可逆式及水泵）一、水力机械简介液体通过水力机械其本身能量获得增加的称为水力工作机（各类型泵）；液体通过水力机械其本身能量减少的称为水力原动机（各类型水轮机）；液体通过水力机械其本身能量既无增加又无减少的称为液力传动机。
我们工作范围主要是各种水轮机、混流泵及水泵水轮机。
到目前为止我们国内水力发电机组常用机型有以下几种：混流式水轮机：应用水头范围从四十多、五十米水头左右到五百米左右，五十米到三、四百米水头段，我们的水平已经和国外先进水平相近，具有同等的竞争实力，但是在四百多到五百米左右水头段我们现在还没有好的转轮，还有待于我们进一步努力，开发出高水平的转轮。
轴流式水轮机：应用水头从十几米到四十多米左右，我们水平和国外相比还有很大差距，现在我们正在努力，根据我们最近几年研究发现，差距形成的原因不在水力设计而是在模型试验，模型加工方面，我们的间隙要比国外大很多，这是我们效率低的主要原因，之所以间隙大是我们的静压轴成摆动大，另外我们试验台为水不能加压，做周六试验时空化系数小，转轮可能局部发生空化影响效率。
贯流式水轮机：应用水头从几米到十几米，我们到现在已经研制了一套装置正在进行试验，还要摸索、积累经验。
冲击式水轮机：应用水头在五百米以上，最高已经达到一千多米，我们现在虽然做过几次模型试验但还没有真正自己开发的转轮，没有进行自主研发。
可逆式水泵水轮机：我们现在接触的都是混流式水泵水轮机，应用水头在一百米以上，与冲击式水轮机相似，也是做过几次模型试验，虽然尝试过自主开发，但效果不理想，现在通过打捆招标有所进步，已经开始自行设计研究。
混流泵：只针对哈三电厂冷却泵进行过改造效果很好。
核电站循环泵：还没有开展工作核潜艇循环泵：还没有开展工作在水力机械术语中经常用到如下参数：1、水头或扬程H：水力机械进、出口断面处介质单位机械能（每单位重量的介质（如水）的机械能e=p/γ+z+v2/(2g)）之差。
(二)水轮发电机组及附属设备(冷却、励磁等)选型设计及参数计算
水轮发电机组及附属设备（冷却、励磁等）选型设计及参数计算2.1水轮发电机的工作参数及类型的确定2.1.1发电机工作参数1）额定有功功率：P N =80MW2）额定电压：查《水电站机电设计手册•电气一次》P 156表4-5知U N =13.8KV3）额定功率因数：查《水电站机电设计手册•电气一次》P 157表4-6知Cos N ϕ=0.854）额定视在功率：S N =P N /Cos N ϕ=94.12MV A 5）额定频率:50N f HZ=6）发电机磁极对数：查《水轮机》表8－5知P ＝22对7）额定转速:136.4/mine r n n r ==8）飞逸系数：291/min Rf e n k n r ==，则/ 2.13f R e k n n ==2.1.2发电机类型的确定A.发电机定子铁芯的内径Di 及长度Lt 的计算1）极距τ和飞逸线速度V f确定:1068()k cm τ===式(2.1）上式中：k1―系数取k1=102.1368144.8(/)f f v k m s τ==⨯=式(2.2）2）定子铁芯内径:2/22268/952.49.5i D p cm m τππ==⨯⨯==式(2.3）3)电机常数C1或电机利用系数C 及定子铁芯长度Lt 的确定:查《水电站机电设计手册•电气一次》P 179表4-10，C=6.0⨯10-6；C 1=16.5⨯104则：26294120126.8() 1.276.010952.4136.4NS L cm mt CD n e i -====⨯⨯⨯式(2.4）B.发电机类型由发电机型式的选择条件：9.50.0550.05136.4 1.27i e t D n L ==>⨯式(2.5）因此电站采用伞式机组。
2.2水轮发电机冷却方式及励磁方式的确定2.2.1水轮发电机的冷却方式考虑空冷方式是目前国内大中型机组普遍采用的冷却方式，且空冷发电机结构简单经济、维护方便，适用于各级容量机组，因此本点站决定采用空冷式水轮发电机。
第2章：水力机械选型
第一节 流体机械产品的标准化与系列化
一个矛盾
用户：
制造商：
性能参数的多样性 价格低、质量可靠 维修方便
满足多样要求：
单件或小批量生 产，价格、质量、 维修难以保证
满足价格、质量、 维修要求：
大批量生产，参 数难以满足不同 用户要求
解决办法：三化（标准化、系列化、通用化）
HSJ
HSJ
9）水电站的运行情况，如水电站在电力系统中担 任峰荷或基荷的情况，是否要作调相机运行等。
系统的负荷分配
HSJ
（二）选型计算的任务
1）水轮机的类型和转轮型号。 2）水轮机的结构型式。 3）保证发出额定功率的转轮直径。 4）水轮机的额定转速和飞逸转速。 5）所有运行水头和功率下水轮机的效率和吸出高度 值，即绘出水轮机的运转特性曲线。 6）轴向推力及叶片力矩的计算。 7）调节保证计算。 8）辅助设备的选择。
流体机械的系列型谱
主要考虑因素：流动特性和结构（强度、材料） 型谱的主要内容： 1）模型的数量 模型、“系列” 和 “型式” 2）叶轮的标准直径 “品种”
确定品种数量的依据： 效率降低值
HSJ
第二节 中、小型水轮机的系列型谱
一、水轮机型号的编制方法
水轮机型式＋转轮型号（比转速）——主轴布置型式＋引水 室的特征——转轮直径
NPSH；
D；
在保证安全的条件下 nS
n；
成本；
比速系数：
K nS H
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
HSJ
二、用系列型谱使用范围图和系列使用范围图选型
HSJ
ZZ500系列使用范围图
HS hS 900
HSJ
三、根据综合特性曲线进行选型计算
02__水轮机及其选择
第二章水轮机及其选择水力机械❑水轮机+发电机：水轮发电机组❑功能：发电❑水泵+电动机：水泵抽水机组。
❑功能：输水❑水泵+水轮机：抽水蓄能机组。
❑功能：抽水蓄能水轮机水轮机是将水能转变为旋转机械能，从而带动发电机发出电能的一种机械，是水电站动力设备之一。
2.1 水轮机的类型和构造()()()()()()()()()()()()()()⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧ 双击式 斜击式 切击式水斗式冲击式贯流调桨式贯流定桨式贯流转桨式贯流式 斜流式 轴流调桨式 轴流定桨式 轴流转桨式轴流式 混流式反击式水轮机SJ XJ CJ GT GD GZ GL XL ZT ZD ZZ ZL HL一、反击式水轮机❑定义：利用水流的势能和动能做功的水轮机称为反击式水轮机。
❑特征：转轮的叶片为空间扭曲面，流过转轮的水流是连续的，而且在同一时间内，所有转轮叶片之间的流道都有水流通过，即水流充满转轮室。
反击式水轮机类型❑1.混流式：水流径向流入转轮，轴向流出。
适用范围：H=30-700 m , 单机容量：几万kW-几十万kW适用于高水头小流量电站。
三峡水电站水轮机转轮❑2. 轴流式：水流沿转轮轴向流入，轴向流出，水流方向始终平行于主轴。
轴流定浆式：叶片不能随工况的变化而转动。
轴流转浆式：叶片能随工况的变化而转动，进行双重调节（导叶开度、叶片角度)。
3. 斜流式：水流经过转轮时是斜向的。
转轮叶片随工况变化而转动，高效率区广。
常用于抽水蓄能水电站。
反击式水轮机类型4. 贯流式：水轮机的主轴装置成水平或倾斜。
不设蜗壳，水流直贯转轮。
水流由管道进口到尾水管出口都是轴向的。
适用于低水头、大流量的河床式和潮汐水电站。
二、冲击式水轮机❑定义：利用水流的动能来做功的水轮机为冲击式水轮机。
❑特征：由喷管和转轮组成。
水流以自由水流的形式(P=Pa)冲击转轮，利用水流动能(V方向、大小改变)产生旋转力矩使转轮转动。
水利水电工程施工机械的选择
水利水电工程施工机械的选择水利水电工程施工机械的选择【摘要】：合理选择施工机械的依据、原则，结合水利水电工程特点及施工经验，重点介绍了水利工程施工机械的选型、配置和组合。
关键词: 水利水电;建筑工程; 施工机械0引言随着科技水平的不断发展，在水利水电建设施工过程中，机械化施工非常广泛。
要想合理、经济、高效发挥工程机械的效能，首先需要解决的问题是施工机械的配备、选型、组合和购置(或租赁)。
施工机械设备的选型配置对于确保水利工程质量、加快工程进度、提高经济效益是至关重要的。
各自又有独特的技术性能和作业范围,对之进行合理选择和组合,使其发挥最大效能是首先要妥善处理的重要问题。
一、施工机械的合理选择一般情况下, 施工量大时应采用大型机械, 施工量小时则应采用中、小型机械, 但这并不是绝对的。
如一个大型项目, 由于受道路、桥梁和电力供应等条件的限制, 大型机械不易通过, 或不能发挥作用, 则应考虑使用较小型的机械进行施工。
1 、与工程的具体情况相适应在水利水电工程中, 由于施工环境复杂, 选用的施工机械一方面要适应工地的气候、地形、土质、运输距离、施工断面形状尺寸等要求; 另一方面, 机械的容量要与工程进度和工程量相符合, 尽量避免因机械工作能力不足而造成延缓工期的现象。
2.具有较好的经济性施工机械的经济性主要与机械固定资产消耗及利用率有关。
固定资产消耗与施工机械的投资成正比, 包括折旧费、大修费投资的利息等费用; 而机械的运行费则与完成的施工量成正比, 包括劳动工资、直接材料费、燃润料费、劳保设施费等。
采用大型机械进行施工, 虽然一次性投资较大, 但它可以分摊到较大的工程量当中, 对工程成本额的影响较小。
因此, 在选择机械时, 必须权衡工程量与机械费用之间的关系, 同时还要考虑机械的先进性和可靠性3、保证工程质量要求和施工安全( 1)对于技术要求较高的作业项目, 应考虑采用性能优良或专用的机械。
( 2)在保证工程质量的前提下, 所用施工机械应与机械的通用性相结合,。
第二节 水轮机选型设计
反击式水轮机转轮公称直径系列
25 30 35 (40) 42 50 60 71 (80) 84 100 120 140 160 180 200 225 250
275 300 330
380
410 450 500 550 850 900 950 1000
• 五、反击式水轮机的主要参数选择 • 2、转速n的选择
• 3、选择水轮机的型号： • （3）也可根据教材表8-4或图8-25确定水轮机的类型后， 或当用上述方法有两个型号接近的可选方案时，可用下 述方法选择水轮机的型号（比转速） • 轴流式 • 混流式
2300 ns Hr
2000 ns 20 Hr
• 贯流式：查下面曲线
• 2、装置方式选择 • 在大中型水电站中，其水轮发电机组的尺寸一般较大， 安装高程也较低，因此其装置方式多采用立轴式，即水 轮机轴和发电机轴在同一铅垂线上，并通过法兰盘联接。 这样使发电机的安装位置较高不易受潮，机组的传动效 率较高，而且水电站厂房的面积较小，设备布置较方便。 • 对机组转轮直径小于1m，吸出高度Hs为正值的水轮机， 常采用卧轴装置，以降厂房高度。而且卧式机组的安装、 检修及运行维护也较方便。
• 三、机组台数及单机容量的选择 • （2）运行效率 • 较大单机尺寸的机组，效率比较高。这对于预计经常满 负荷运行的水电厂获得的动能效益特别显著。 • 对变动负荷的水电厂，若采用过少的机组台数，虽单机 效率高，但在部分负荷时，由于负荷不便于在机组间调 节，因而不能避开低效率区。因此电厂的平均效率较低。
• 四、水轮机型号及装置方式的选择 • 1、根据电站装机总容量及机组台数，计算单机容量。
PZ P Z
• 2、选择水轮机的型号： • （1）根据水轮机系列应用范围综合图选择转轮型号 • 选型时可用已知的水电站设计水头和单机容量，在水轮 机系列应用范围综合图上找出适当的水轮机型号和装置 方式。有时可能有两种或三种适用的水轮机型号，这时 就需要根据具体情况，对不同机型方案进行全面的分析 比较，最后选用一种最优的机型。 • 常用于中小型机组的选择。
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：H a =12 (H max +H min )= 12×(35.85+31.35)=33.4 m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 1=MHr Q Nr η23181.9' (1-3)式中：Nr-为水轮机的额定出力（kw ） D 1 -为水轮机的转轮直径（m ） ηM -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 3/s ）由水力机械课本附表1中查得Q 1´=12.4 L/s=1.24m 3/s,同时在附表1中查得水轮机模型在限制工况下的效率ηM =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 1´=1.24 m 3/s, Hr=33.4m, ηM =92%得m D 12.192.04.3324.181.942.3368231=⨯⨯⨯=选择与之接近而偏大的标准直径D 1=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ηMmax =89.6%,模型转轮直径D 1M =0.46m, 则原型水轮机的最高效率ηmax ，即：ηmax =1-（1-ηMmax ）511D D M(1-4)式中：ηmax --为原型水轮机的最高效率 ηMmax --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ηMmax =91.0% ，D 1M =0.46m, D 1=1.4m 带入得:ηMmax =1-（1-ηmax ）511D D M=1-（1-0.91）54.146.0=92.8%考虑到制造工艺水平的情况取ε1=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ε2=0，则效率修正值Δη为：Δη=ηmax -ηMmax -ε1 式中：Δη--为效率修正值ηmax --为原型水轮机的最高效率 ηMmax --为水轮机模型在最优工况下的效率将ηmax=0.928，ηMmax=0.91，ε1= 0.01带入上式得：Δη=ηmax-ηMax-ε1=0.928-0.91-0.01=0.008 由此求得水轮机在限制工况的效率为：η=ηM +Δη=0.904+0.008=0.912（与原来假定的数值相近） 转速的计算n=110D Ha n ' (1-5) 式中：n --为水轮机的转速 （r/min ）'10n --为最优单位转速 （r/min ）Ha --为加权平均水头 （m ） D1 --为原型转轮直径 （m ）'10n ='10M n +Δn ´1式中：'10n --为最优单位转速 （r/min ）'10M n --模型水轮机的最优单位转速 （r/min ） 由水力机械课本附表1查得最优工况下的'10M n =72r/min同时由于Mn n 101、、∆=maxmaxM ηη-1 (1-6) 式中：n ´10M --模型水轮机的最优单位转速 （r/min ） ηmax --为原型水轮机的最高效率ηMmax --为水轮机模型在最优工况下的效率 将ηmax =0.95，ηMmax =0.92，带入式（2-9）得：192.0/936.01/max max 101-=-=''∆M Mn n ηη=0.0087<0.03所以∆'1n 可以忽略不计，则以10M n =72r/min 代入上式得：选与之接近而偏大的标准同步转速n=300 r/min 工作范围验算在选定的D1=1.4m 、n=300r/min 的情况下，水轮机的Q1´max 和各种特征水头的下的相应的n1´值分别为:Q1´max=η232181.9Hr D Nr (1-7)式中：Nr--为水轮机的额定出力 （kw ） D1 --为水轮机的转轮直径 （m ） η--为水轮机的效率 Hr--为设计水头 （m ）Q1´max--为水轮机最大单位流量 （m3/s ）将Nr=3940kw, Q 1´=1.24 m 3/s, Hr=35m, η=92%，D 1=1.4m 带入式（1-10）得：Q 1´max =η232181.9Hr D Nr=32239409.81 1.4350.92⨯⨯⨯=1.07m ³/s<1.24m ³/s则水轮机的最大引用流量Q max 为:Q max = Q 1´max D 1²Hr 式中：Q max --为水轮机的最大引用流量 （m 3/s ） Q 1´max --为水轮机最大单位流量 （m 3/s ） D 1 --为水轮机的转轮直径 （m ） Hr--为设计水头 （m ）将Q 1´max =1.07m ³/s ，D 1=1.4m ，Hr=35m 带入式（1-11）得： Q max = Q 1´max D 1²Hr =1.07×1.423/s 对于n 1´值，在设计水头Hr=35m 时，n 1r ´=HrnD 1式中：n 1r ´--为水轮机设计单位转速 （r/min ） n --为水轮机的转速 （r/min ） D 1 --为水轮机的转轮直径 （m ） Hr--为设计水头 （m ）将n=300r/min, D 1=1.4m ，Hr=30.71m 带入上式得： n 1r ´=HrnD 1n ´1min =max1H nD式中：n ´1min --为水轮机最小单位转速 （r/min ） n --为水轮机的转速 （r/min ） D 1 --为水轮机的转轮直径 （m ） H max --为最大水头 （m ）在最大水头max H =35.85m 时1min 70.1/min n r '=== 在最小水头min H =31.35m 时1max 75/min n r '=== 式中：n ´1max --为水轮机最大单位转速，r/min ； n --为水轮机的转速，r/min ； D 1 --为水轮机的转轮直径，m ； H min --为最小水头，m ；将设计水头H min =35m, n=300r/min, D 1=1.4m 带入式得:n ´1max =m in1H nD 在HL240型水轮机的模型综合特性曲线图（《水力机械》课本图3-7）上，分别画出Q 1´max =1240L/s. 'max 1n =75r/min 和'min 1n =70.1min /r 的直线。
水力机械第二章12
式中
v w u
v wu
——绝对流速（相对于大地） ——相对速度（水流质点相对于转轮 叶片从流道进口移动到出口） ——牵连（圆周）速度（水流质点随 转轮一起旋转）
绝对速度 v 与牵连速 度 u 之间的夹角a ，称为 绝对速度的方向角；相对 速度 w 与牵连速度 u 之间 的夹角 b ，称为相对速度 的方向角。
三、转速n
水轮机转速是指水轮机转轮每分钟内旋转的次数， 单位为r/min。 水轮机在稳定运行时的转速是固定不变的，称为水 轮机额定转速，并与发电机的同步转速相等。
机组丢弃全部负荷同时调速系统失灵时，导水叶不 能关闭，水流能量使转轮转速增加达到的最大值， 称为飞逸转速nrun，飞逸转速可达额定转速的1.8~ 3.0倍。 机组发生飞逸时，离心力非常大，它对机组的设计、 制造，对机组支撑结构及水电站厂房的振动都有较 大的影响。
以水流流线为母线绕水轮机主轴轴线旋转所形成的 若干回转面，称之为水流流面。 将流线与转轮叶片相割的流面展开，便可得到由 一系列叶片
翼型（即为
流面切割
叶片所得到
的剖面）所 组成的叶栅
剖面图。
混流式 轴流式
为了便于研究反击式水轮机转轮中复杂的水流运 动，做了如下假定：
（1）水流为理想流体； （2）转轮中水流的相对运动为定常运动（稳定流）； （3）叶片数无穷多，且叶片厚度无限薄（叶片翼型剖 面可以简化成无厚的骨线）；
已知条件
Di n
60
（1）u1和u2的大小和方向
u1 u2
方向：圆周切向方向
式中，Di 为同一流面上的转轮叶片进、出口计算点 所在圆直径，m。
（2）vm1和vm2的大小和方向
水力学第2章.流体静力学
2.1 静止流体中应力的特性
特性一：静压强方向是垂直指向作用面（即沿作用面的内法线方向）.
p fs
N
τ
N
特性二：静止液体中任一点的静压强的大小与作用面方位无关。
pn1 pn 2
证明：
设在静止流体中任取一点O， 围绕O点取微元直角四面体 OABC为隔离体。
px、py、pz、 pn
px
z z
相对压强 p（ relative pressure)
以当地大气压 pa 为基准起算的压强值：
p pabs pa
对于液体，也叫表压强 p ga ge (gage pressure).
在开口通大气容器中，液面的相对压强：
p0 0
深度为h的点相对压强： p gh
真空压强 p （ v vacuum pressure)
p po g ( zo z) po gh
z const
p const
推论四：静止连通的同种液体中，流体质量力仅有重力时，水平面必定是 等压面。
注意：只适用于互相 连通的同一种液体
◇ 压强的作用方向
压强的作用方向，应根据受力面的方位和承受压力的物质系统而定。 静压强的作用方向垂直于作用面的切平面指向受力物质（流体或 固体）系统表面的内法线方向.
2.1 静止流体中压强的性质
2.2 重力作用下静止流体中压强的分布规律
2.3 液体作用在平面壁上的总压力 2.4 液体作用在曲面壁上的总压力
流体质量力只有重力作用的情况下，研究静止流体压强的分布规律 . (X= 0; Y= 0; Z= -g)
2.2.1 流体静力学基本方程式
重力作用下的静止液体中，任取一倾斜放置的微元柱体 受力分析:
水电站课程设计之水轮机选型设计
水电站课程设计之水轮机选型设计学校：河北工程大学系别：水利水电工程班级：07水工本（5）班姓名：李啸云学号：070290515指导老师：袁吉栋第一章：基本资料基本设计资料某梯级开发电站，电站的主要任务是发电，并结合水库特性、地区要求可发挥水产养殖等综合效益。
电站建成后投入东北主网，担任系统调峰、调相及少量的事故备用容量，同时兼向周边地区供电。
该电站水库库容小不担任下游防洪任务。
经比较分析，该电站坝型采用混凝土重力坝，厂房型式为河床式。
经水工模型试验，采用消力戽消能型式。
经水能分析，该电站有关动能指标为：水库调节性能日调节保证出力 4万kw装机容量 16万kw多年平均发电量 44350 kwh最大工作水头 39.0 m加权平均水头 37.0 m设计水头 37.0 m最小工作水头 35.0 m平均尾水位 202.0 m设计尾水位 200.5 m发电机效率 98.0%第二章：机组台数与单机容量的选择水电站的装机容量等于机组台数和单机容量的乘积。
根据已确定的装机容量，就可以拟订可能的机组台数方案，选择机组台数与单机容量时应遵守如下原则：1、机组台数与工程建设费用的关系在水电站的装机容量基本已经定下来的情况下，机组台数增多，单机容量减小。
通常大机组单位千瓦耗材少，整体设备费用低；另外，机组台数少，厂房所占的平面尺寸也会减小。
因此，较少的机组台数有利于降低工程建设费用。
2、机组台数与设备制造、运输、安装以及枢纽安装布置的关系单机容量大，可能会在制造、安装和运输方面增加一定的难度。
然而，有些大型或特大型水电站，由于受枢纽平面尺寸的限制，总希望单击容量制造得大些。
3、机组台数与水电站运行效率的关系水轮机在额定出力或者接近额定出力时，运行效率较高。
机组台数不同，水电站平均效率也不同。
机组台数越少，平均效率越低。
但是机组台数多到一定程度，再增加台数对水电站运行效率增加的效果就不显著。
当水电站在电力系统中担任基荷工作时，引用流量较固定，选择机组台数较少，可使水轮机在较长时间内以最大工况运行，使水电站保持较高的平均效率。
水轮机的选型设计2
混流式水轮机选型的有关问题1、混流式水轮机的适用范围在我所1992年编制的水轮机转轮系列型谱中，H=20～400米，共推荐了11个转轮型号。
转轮比转速n s0=84~249m.KW（模型转轮最优点）。
随着研究水平的提高，转轮特性最优区向大单位流量Q1’，高单位转速n1’发展，模型效率提高，而且要求转轮有良好的空蚀性能和压力脉动值缩小，机组稳定性好。
东方电机厂研究出最高使用水头H max=500米的转轮有：D361a-F19 n110=59 Q110=183 ηM=91.08% n s=3.13*59*(0.183*0.9108)0.5=75.4 m.KW D372-F19 n110=61.3 Q110=182.5 ηM=91.28% n s=78.3 m.KWD356-F2×15 n110=59.5 Q110=163 ηM=90.56% n s=71.6 m.KWD381-F19 n110=60 Q110=162.5 ηM=92.65% n s=72.9 m.KWD381-F17 n110=59.8 Q110=152 ηM=93.41% n s=70.5 m.KWD403-F19 n110=60.5 Q110=152 ηM=93.1% n s=71.2 m.KW一般来说，Q110小一些，ηM高一些。
哈电使用H max=400m的转轮有：A351-53 n110=66 Q110=209 ηM=92.9% n s=91 m.KWA179-40 n110=62 Q110=184 ηM=91.3% n s=79.5 m.KWA542-50 n110=61 Q110=181 ηM=92.5% n s=78.1 m.KWA543-50 n110=62.5 Q110=195 ηM=92.7% n s=83.2 m.KW随着我国三峡电站的兴建，大型混流式水轮机水利开发技术得到很大提高。
通过引进技术，二次创新和实际应用，东方的水力开发技术发生了质的飞跃。
水轮机选型——精选推荐
⽔轮机选型第三章⽔轮机选型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。
根据H、N的范围选择⽔轮机是⽔电站主要设计任务之⼀，使⽔电站充分利⽤⽔能，安全可靠运⾏。
⽔轮机选型设计是⽔电站设计中的⼀项重要⼯作。
它不仅包括⽔轮机型号的选择和有关参数的确定，还应认真分析与选型设计有关的各种因素，如⽔轮发电机的制造、安装、运输、运⾏维护，电⼒⽤户的要求以及⽔电站枢纽布置、⼟建施⼯、⼯期安排等。
因此，在选型设计过程中应⼴泛征集⽔⼯、机电和施⼯等多⽅⾯的意见，列出可能的待选⽅案，进⾏各⽅案之间的动能经济⽐较和综合分析，以⼒求选出技术上先进可靠、经济上合理的⽔轮机。
第⼀节⽔轮机的标准系列⼀、⽔轮机的系列型谱我国在1974年编制了反击式⽔轮机暂⾏系列型谱，其中所列出的转轮，是经过长期实践验证在某⼀⽔头段的性能优异的转轮。
型谱中，⽔轮机转轮型号规定⼀律⽤⽐转速代号。
轴流式、混流式、ZD760型、⽔⽃式⽔轮机系列型谱参数见教材。
⼆、⽔轮机转轮标称直径系列(cm)三、⽔轮发电机标准同步转速四、⽔轮机系列应⽤范围图第⼆节⽔轮机选择⼀、⽔轮机选型设计的内容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.确定⽔轮机参数D1、n、H s、Z a；Z0、d04.绘制⽔轮机运转特性曲线5.确定蜗壳、尾⽔管的形式及其尺⼨，估算⽔轮机的重量和价格。
6.调速器及油压装置选择7.根据选定的⽔轮机型式和参数，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，最终双⽅共同商定机组的技术条件，作为进⼀步设计的依据。
⼆、⽔轮机选型设计的基本要求1.有较好的能量特性，在额定⽔头下能保证发出额定出⼒，额定⽔头以下的机组受阻容量⼩，⽔电站全⼚机组平均效率⾼。
2.性能要与⽔电站的整体运⾏⽅式和谐⼀致，运⾏稳定，可靠灵活。
有良好的抗空蚀和抗磨损性能，对多泥沙河流的电站更应如此。
长沙理工大学水力机械考试题库
长沙理工大学水力机械考试题库第一章1、水轮机根据能量转换特征分为哪几类？反击式水轮机及冲击式水轮机又是如何分类的？答：完全利用水流动能工作的水轮机称为冲击式水轮机；同时利用水流动能和势能工作的水轮机称为反击式水轮机。
反击式水轮机按转轮区水流相对于主轴的方向不同又可分为混流式、轴流式（轴流定浆式和轴流转浆式）、斜流式和贯流式水轮机（全贯流式和半贯流式，其中半贯流式又细化为灯泡式、轴伸式和贯流式）；冲击式水轮机按射流冲击转轮的方式不同又可分为水斗式、斜击式和双击式三种。
2、试说明各型水轮机的特点及其应用范围？答：反击式水轮机：（1）混流式水轮机：水流流经转轮时，以辐向从四周进入转轮而以轴向流出转轮，故称为混流式水轮机。
这种水轮机的适用水头范围为30～700m，由于其适用水头范围广，而且结构简单，运行稳定，效率高，所以是现代应用最广泛的一种水轮机。
（2）轴流式水轮机：这种水轮机的水流在进入转轮之前，流向已经变得与水轮机主轴中心线平行，因此水流在经过转轮时沿轴向进入而又依轴向流出，所以称为轴流式水轮机。
轴流式水轮机按其叶片在运行中能否转动的情况又分为定桨式和转桨式两种：轴流定桨式水轮机在运行时其叶片是固定不动的，因而其结构简单，但当水头和流量变化时，其效率相差较大，所以多应用在负荷变化不大，水头和流量比较固定的小型水电站上，其适用水头范围一般为3～50m；轴流转桨式水轮机在运行时转轮的叶片是可以转动的，并和导叶保持一定的协调关系，以适应水头和流量的变化，使水轮机在不同工况下都能保持有较高的效率，因此轴流转桨式水轮机多应用在大中型水电站上，其应用水头范围为3～80m。
（3）斜流式水轮机：水流流经转轮时倾斜于轴向，故称为斜流式水轮机。
这种水轮机的叶片也是可以转动的，叶片的轴线与主轴轴线斜交，因而与轴流转桨式水轮机相比较就能装置较多的叶片。
适用水头范围有所提高，一般为40～120m。
（4）贯流式水轮机：当轴流式水轮机的主轴装置成水平或倾斜，而且不设置蜗壳，使水流直贯转轮，这种水轮机称为贯流式水轮机，它是开发低水头水力资源的新型机组。
水力学：第2章 叶片式泵和风机
200S63A
200 —— 泵吸入口直径为 200mm；
S—单级双吸离心泵； 63 —— 扬程为63m； A —— 叶轮外径第一次
切割。
S型图
单级双吸中开离心泵
便拆式管道离心泵
DL型立式多级离心泵
IS型单吸离心泵
叶轮
S型双吸离心泵
二、离心泵的主要零件，作用材料和组成
1．叶轮：了解叶轮作用，材料，组成，按吸入 口分类，按盖板情况分类
3、按叶轮进水方式分： 单侧进水式泵：又叫单吸泵，图2－2，即叶 轮上只有一个进水口 双侧进水式泵：又叫双吸泵，即叶轮两侧都 有一个进水口，它的流量比单吸式泵大一倍， 可以近似看作是两个单吸泵叶轮背靠背放在 一起。P101图2－93，图2－5。 4、按泵壳结合缝形式分： 水平中开式泵：即在通过轴心线的水平面上 开有结合缝 垂直结合面缝：即结合面与轴心线相垂直
1、泵壳；2、镶在泵壳上的减漏环； 3、叶轮；4、镶在叶轮上的减漏环
轴封装置
泵轴穿出泵壳时，在轴与壳之间存在 着间隙，如不采取措施，间隙处就会有泄 漏。当间隙处的液体压力大于大气压力(如 单吸式离心泵)时，泵壳内的高压水就会通 过此间隙向外大量泄漏；当间隙处的液体 压力为真空(如双吸式离心泵)时，则大气 就会从间隙处漏入泵内，从而降低泵的吸 水性能。为此，需在轴与壳之间的间隙处 设置密封装置，称之为轴封。目前，应用 较多的轴封装置有填料密封、机械密封。
立 式 轴 流 泵 结 构 图
ZLB型立式轴流泵
叶轮 1、固定式 2、半调节
四、混流泵
1、混流泵的工作原理 混流泵是介于离心泵和轴流泵之间的一种泵，
它是靠叶轮旋转而使水产生的离心力和叶片对水 产生的推力双重作用而工作的。 2、混流泵的构造
刍议水力机械设备选型与水泵布置设计
刍议水力机械设备选型与水泵布置设计摘要：随着我国经济建设的发展，为了满足经济发展和人们生活的需要，我国的泵站建设施工越来越多，泵站在工程中具有重要的作用。
水力机械设备选型和水泵布置作为泵站建设施工中的重要内容，对于泵站的功能实现和运行管理具体非常关键的作用，在泵站设计中如何做好水力机械设备选型与水泵布置已经成为重要的研究课题。
关键词：机械设备；选型；水泵；布置设计近些年，我国经济建设带动了建筑行业的发展，正在工程建设施工中，泵站设计建设越来越多，泵站设计建设对于工程有着重要的影响，它不仅影响整个工程的顺利进行，还关系工程的整体质量和性能，因此泵站设计建设工作越来越重要。
水力机械设备选型与水泵布置作为泵站设计建设中的重要内容，对于泵站的设计建设非常重要，直接影响到泵站的功能实现。
水力机械设备选型与水泵布置设计的重要性在泵站的设计建设、使用过程中，会出现一些问题，有水力机械设备的问题，也有水力机械设备选型与水泵布置不合理的问题，问题的具体影响因素和具体表现如表1。
表1经过对问题的调查对比分析和试验，发现许多问题和水力机械设备选型、水泵布置设计有很大关系。
因此为了避免出现上述问题，必须做好水力机械设备选型与水泵布置设计，它可以保证泵站的安全稳定运行，实现泵站的功能，同时节省泵站的维修费用和运行成本，节约能源，提高经济效益。
水力机械设备选型与水泵布置设计水力机械设备选型水泵的选型在实际应用中，轴流泵操作方便，易于实现遥控和自动控制、安装维修比较方便、噪声低等被广泛的应用在平原地区泵站设计建设中。
图1为普遍使用的立式的轴流泵，水泵在选型时主要考虑下面几个要素。
图1①材料和结构水泵整体和泵盖的材料要具有良好的耐磨性、抗冲击和抗腐蚀性能，壁厚在满足强度的需求基础上，适当的考虑磨蚀量，在含泥比重较大的水中运行的水泵，其叶轮线形要符合含泥沙水质的流态，叶轮要耐磨损抗汽蚀与可修复的性能。
同时使用铸铁铸造的喇叭管作为吸水室，把水以最小损失均匀引向叶轮，使用优质碳素钢制造而成的轴承和泵轴，要提高泵轴刚度；校验零扬程的大流量启动泵轴挠度的增加值，合理的控制口环的间隙，不仅要防止在运行过程中泵体密封环和叶轮接触摩擦，还要保证其容积效率。
第二章 水轮机及其选择
混流式水轮机转轮
转轮的组成
在法兰盘四周开有几个减压孔，以便将经过上冠 外缘渗入冠体上侧的积水排入尾水管。
大型机组在与上冠连接的主轴端常装有补气装置， 以便向泄水锥下侧的水流低压区补气。
泄水锥的作用是引导径向水流平顺地过渡成轴向 流动，以消除径向水流的撞击及漩涡。
练习： （1）HL220-WJ-71 （2）XLP200-LJ-300 （3）GD600-WP-250 （4）CJ22-W-70/1×7
答案： 1混流式水轮机，转轮型号是220，卧轴，金属蜗壳，转轮直径为
71cm 2斜流可逆式水轮机，转轮型号200，立轴，金属蜗壳，转轮直径为
300cm 3惯流定桨式水轮机，转轮型号为600，卧轴，灯泡式水轮机室，转
《水 电 站》
第一篇 水力机械
水轮机+发电机： 水轮发电机组
功能：
发电
水 泵+电动机： 水泵抽水机组
功能：
输水
水 泵+水轮机： 抽水蓄能机组。
功能：
抽水蓄能
水轮机是将水
能转变为旋转机
水பைடு நூலகம்
械能，从而带动
轮
发
发电机发出电能
电
机
的一种机械，是
组
水电站动力设备
之一。
2.1 水轮机的类型及其构造
混流式HL
2．水轮机的型号及公称直径
水轮机型号排列顺序如下：
反击式
水轮机型式 + 转轮型号（比转数）+主轴布置型式 + 水 轮机室特征 + 转轮标称直径（cm） 冲击式
同轴安装的转轮数 + 水轮机型号 + 转轮型号（比转数） + 主轴布置型式 + 转轮标称直径（cm）+ 每个转轮上喷 嘴数 + 设计射流直径（cm）
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设计水头Hd：最高效率点的净水头；
额定水头Hr：能发出额定功率的最小净水头； 加权平均水头Hw，加权平均值； 最大流量qVmax：流经电站的流量的最大值； 额定流量qVr：额定水头、转速，功率时的流量。
HSJ
原始资料，选型任务及原则
2）上下游水位标高（海拔高程）。 3）水电站的装机容量，机组台数，及初步选择 的水轮机转轮型号、参数、直径和转速。 4）调节保证要求值。 5）水电站的水质资料，如河流含砂量及砂粒大 小等。 6）水轮机输水管道尺寸及布置情况。 7）水电站允许的最大挖深值。 8）运输及安装条件。
HSJ
9）水电站的运行情况，如水电站在电力系统中担 任峰荷或基荷的情况，是否要作调相机运行等。
系统的负荷分配
HSJ
（二）选型计算的任务 1）水轮机的类型和转轮型号。
2）水轮机的结构型式。
3）保证发出额定功率的转轮直径。 4）水轮机的额定转速和飞逸转速。 5）所有运行水头和功率下水轮机的效率和吸出高度 值，即绘出水轮机的运转特性曲线。 6）轴向推力及叶片力矩的计算。 7）调节保证计算。 8）辅助设备的选择。
水轮机型式代表符号
水轮机型式 混流式水轮机 轴流转浆水轮机 轴流定浆式水轮机 斜流式水轮机 贯流转浆式水轮机 贯流定浆式水轮机 代表符号 HL ZZ ZD XL GZ GD 水轮机型式 切击（水斗）式水轮机 斜击式水轮机 双击式水轮机 可逆混流式水泵水轮机 可逆轴流转浆式水泵水轮机 可逆斜流式水泵水轮机 代表符号 CJ XJ SJ HLN ZZN XLN
HSJ
二、中小型轴流式、混流式水轮机转轮的系列型谱
表 6-3 轴流式入谱转轮主要参数 最 优 工 况 轮毂比
推荐使 用水头 m
模型转 转轮 轮直径 型号 Dm mm
导叶 相对 高度
b0
限
制
工
况
备注
叶 片 单位转 单位流 效率 比转速 单位流 效率 空化 数 速 量 Q11 量 Q11 系数 nS n11 3 3 kW m ／s ％ m ／s ％ m? m r／s 140 140 1.06 1.08 89.0 88.3 569 554 2.0 1.9 84.2 0.83 暂用 84.0 0.71
HSJ
主轴布置型式和引水室特征代表符号
名 立 卧 称 轴 轴 代表符号 L W J H P S 名 明 称 槽 代表符号 M MY G X Z
明 槽 有 压 罐 式
金属蜗壳 混凝土蜗壳 灯泡式 竖 井 式
虹吸式 轴伸式
标称直径： 冲击式水轮机直径表示： 型号示例：
直径 射流数×射流直径
HL220－LJ－550 120 2CJ30－W－ 2×10
转轮型号
单位流 效率 比转速 单位流 效率 空化系 量 Q11 量 Q11 数 nS 3 3 m ／s ％ m? kW m ／s ％ m 1.10 1.08 0.203 0.203 91.0 91.7 91.7 91.7 240 263 94 94 1.24 1.275 0.266 0.266 90.4 86.5 0.2 0.15 暂用
n110 H w n D
注意：最优单位转速 和 加权平均水头 发电机同步转速（！！！）:
HSJ
3000 n p
20~45 35~60 230~320 300~400
HL240
HL260／A244 350 HL90／D54 HL90／D54 400 400
87.8 0.033 暂用 87.8 0.033
标准直径系列
HSJ
三、中小型轴流式、混流式水轮机产品系列型谱
HSJ
第三节 水轮机的选型计算
一、原始资料，选型任务及原则 （一）水轮机选型的原始资料 1）水电站的水头和流量： Hmax、Hmin：运行范围内的最大与最小水头；
HSJ
（三）选型的一般原则 电站的水轮机选型是复杂的系统工程，对工程 的综合效益有重大影响 主要的技术经济因素： 工程的综合利用：发电、航运、防洪、灌溉、养殖、旅游
机组：效率、空化、稳定性、尺寸、价格
土建：工程造价、施工难度、工期 制造：设计、毛坯、加工 运输： 安装：
HSJ
水力角度：
max，av；
3
P ：单机额定功率（考虑电机效率） Q11 ：混流式——5%功率限制线 or HS 轴流式——HS or 效率
HSJ
（最小尺寸原则）
混流式水轮机选型时单位流量的确定
HSJ
ZZ式水轮机选型时单位流量的确定
HSJ
转速计算
：先近似取值，然后修正
H＝额定水头Hr（！！！） 化整为标准直径 （通常向大方向） 允许采用非标准直径的情况： 大机组 or 高转速 3、转速
第二章 叶片式流体机械的选型
第一节 流体机械产品的标准化与系列化 一个矛盾
用户： 制造商：
性能参数的多样性
价格低、质量可靠 维修方便
满足多样要求：
单件或小批量生 产，价格、质量、 维修难以保证
满足价格、质量、 维修要求：
大批量生产，参 数难以满足不同 用户要求
解决办法：三化（标准化、系列化、通用化）
HSJ
流体机械的系列型谱
主要考虑因素：流动特性和结构（强度、材料） 型谱的主要内容： 1）模型的数量
模型、“系列” 和 “型式”
2）叶轮的标准直径 “品种” 确定品种数量的依据： 效率降低值
HSJ
第二节 中、小型水轮机的系列型谱
一、水轮机型号的编制方法 水轮机型式＋转轮型号（比转速）——主轴布置型式＋引水 室的特征——转轮直径
NPSH；
比速系数：
D；
n； 成本；
在保证安全的条件下 nS
K nS H
HSJ
二、用系列型谱使用范围图和系列使用范围图选型
HSJ
ZZ500系列使用范围图
H S hS 900
HSJ
三、根据综合特性曲线进行选型计算
1、选择水轮机的系列（水头段）
2、转轮直径：
D
参数：
P 9.81Q11 H 2
6~15 ZZ560a 460 12~22 ZZ560 460
0.4 0.33／0.38 4 0.4 0.35／0.40 4
HSJ
混流式入谱转轮主要参数
推荐使用 水头 m 最 模型转 导叶相 单位转 轮直径 对高度 速 Dm b0 mm n11 r／s 460 0.365 0.315 0.12 0.12 72 80 62 62 优 工 况 限 制 工 况 备注