水轮机主机选型
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一、前言水力发电是一种利用水能转化为电能的清洁可再生能源，在全球范围内具有广泛的应用前景。
中小型水电站是水力发电系统的重要组成部分，其投资成本低、建设周期短、生产稳定可靠等优点，使得其在中国乃至全球水力发电市场上具有较大的发展潜力。
水轮机是中小型水电站的核心设备，其选型与优化对于水电站的运行效率、经济性和可靠性具有重要影响。
本文就中小型水电站水轮机选型与优化进行探讨，并提出一些相关的技术建议。
二、水轮机选型与分类1. 水轮机选型在中小型水电站的水轮机选型过程中，需要考虑到水轮机的流量、水头、装机容量等因素，以确保水轮机可以在水电站的运行条件下实现最佳的发电效率。
选择合适的水轮机型号和参数是确保水电站正常运行的基础。
根据水轮机的结构和工作原理，可以将水轮机分为内嵌式水轮机和外控式水轮机两大类。
内嵌式水轮机直接受到水流作用，其转动部件与水流接触，适用于水流比较稳定的小型水电站；外控式水轮机则通过导流装置调节水流作用力，可以适应水流波动较大的水电站。
三、水轮机优化1. 流道优化水轮机的流道是保证水轮机高效运行的关键部位。
通过对水轮机流道进行优化设计，可以减小流体的能量损失，提高水轮机的效率。
常见的流道优化措施包括改善流道内部的曲率、加装导流板、增加水流的扰流装置等。
2. 叶轮优化叶片是水轮机的动力转换部件，其叶片的设计与优化对于水轮机的性能具有重要影响。
采用现代流体动力学的分析方法，结合流场模拟和试验验证，可以实现叶轮的优化设计，提高水轮机的效率和稳定性。
3. 轴系优化水轮机的轴系部分包括轴承、密封装置、联轴器等组件，其设计与选型对于水轮机的安全可靠运行至关重要。
通过优化轴系的设计，可以减小机械损耗，提高水轮机的传动效率。
2. 运用现代流体动力学的分析方法，对水轮机的流道和叶轮进行优化设计，提高水轮机的效率和稳定性。
3. 注意水轮机轴系的设计与选型，确保水轮机的安全可靠运行。
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。
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一、中小型水电站的发展现状中小型水电站是指装机容量在10MW以下的水电站，它们通常建设于山区、丘陵地带，利用山间溪流、小河流等水资源进行发电。
我国拥有丰富的水资源，中小型水电站在我国的能源结构中占据着重要的地位。
根据《中国水电规划纲要（2016-2020）》，我国中小型水电站的装机容量将超过6000万千瓦，其中以云南、贵州、四川、湖南等省份为主要发展地区。
中小型水电站具有建设周期短、投资少、环境友好等特点，是我国水电产业中的重要组成部分。
二、水轮机的选型原则1. 资源条件：中小型水电站的水资源条件多种多样，有的水流充沛、水头较大，适合选择斜流水轮机；有的水流较小、水头较低，适合选择横流水轮机。
在选型时需结合实际的水资源条件，选择适合的水轮机类型。
2. 经济性：水轮机的选型应充分考虑其造价和运行成本，以确保建设和运营的经济效益。
一般来说，对于水头较低的水电站，应选用效率较高的水轮机，使得发电成本更低，经济效益更好。
3. 可靠性：水轮机作为水电站的核心设备，其可靠性和稳定性对水电站的正常运行和发电效率具有重要影响。
在选型时需要考虑水轮机的品牌、技术和质量等因素，以确保其长期可靠运行。
4. 适应性：水轮机的选型还需要考虑其在不同水流条件下的适应性。
部分水电站可能会受到季节性水流的影响，因此需要选择具有一定适应性的水轮机，以确保在不同水流条件下都能够正常运行。
三、水轮机的优化设计1. 流道设计优化：水轮机的流道设计对其能效和稳定性具有重要影响。
通过采用先进的流道设计理论和仿真技术，可以对水轮机的流道形式和参数进行优化，提高水轮机的整体效率和性能。
3. 装置布置优化：水轮机的装置布置对整个水电站的运行效率和安全稳定性有影响。
通过合理布置水轮机和相关设备，可以减少水流损失和能量损失，提高水电站的整体发电效率。
四、中小型水电站水轮机选型与优化案例分析以某中小型水电站为例，其水头为45m，流量为20m³/s。
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）。
水轮发电机组中水轮机的选型设计
水轮发电机组中水轮机的选型设计摘要: 在水利水电系统中的建设过程, 怎样合理选择适用的水轮机组的类型对水轮机的性能是否优越十分重要。
因此应本着具体情况具体分析的原则设计相应的实践方案, 以提高其运行的灵活性。
本文着重阐述实践中应如何对水轮机组进行设计。
关键词: 水轮机组；特征；选型设计Abstract: In the water conservancy and hydropower system in the construction process, how to choose suitable hydraulic turbine type on turbine performance is superior is very important. It should be based on concrete analysis of the principles of design and the corresponding practices, in order to improve the operation flexibility. This paper focuses on the practice should be how to design of hydraulic turbine.Key words: turbine selection design; feature;0引言水轮机组的选型设计是水电站水力机械设计的重要组成部分。
发电机由水轮机驱动，它的转子短粗，机组的起动、并网所需时间较短，运行调度灵活。
水轮机组选型设计不仅为以后的电气部分、水工部分设计打下基础，同时也会影响到电站的机电设备投资、厂房投资及发电效益等经济指标。
因此，水轮机组的选型设计必须做到科学、准确、合理、先进，满足技术性能和经济指标的要求。
1水轮机选型设计的任务及内容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。
水轮机选型设计
第一章 水轮发机主要参数设计第1节 水轮机台数及型号选择一.已知参数1．水库正常蓄水位：1684米；最低水位1678米；最高水位1686米； 2．尾水位最高尾水位1520米；正常尾水位1509米 ； 3．水头最大水头：174米；加权平均水头；167米；最小水头147米；二.水轮机型式的选择1.按我国水轮机型谱推荐的设计水头与比转速的关系()kW m Hr N s ·8.1382065.1582000202000=-=-=2.水轮机型式的选择水轮机类型及其适用水头范围、比转速范围见表1—1[1]表1—1 水轮机类型及其适用范围根据已知参数，本电站水轮机运行水头范围为：147m —174m ，比转速为：138.8（m·kW ）。
根据表1—1所列参数决定选用混流式水轮机。
三.电站装置方式的确定水轮机装置方式是指水轮机轴的装置方向和机组的连接方式。
水轮机轴的装置分为立式和卧式两种。
立式装置方式安装、拆卸方便，轴与轴承受力情况良好，发电机安装位置较高，不易受潮，管理维护方便，但是开挖量较大。
卧式装置方式不会产生很大的集中荷重，厂房的高度较低，但轴与轴承受力情况不好。
为了缩小厂房面积，高水头大中型电站一般采用立轴布置方式。
该电站最大水头为174m ，故采用立式布置方式。
机组连接方式采用直接连接。
四.初选水轮机转轮型号根据本电站水头变化范围H=147m —174m 选择合适的水轮机转轮：A378、A194、D10、D126和D46,其参数见表1—2[7]。
表1—2 初选水轮机转轮参数表五.拟定机组台数并确定单机容量总装机容量N =65MW ，保证出力：N b =30MW ，年利用小时数：4560h ，取同步发电机效率ηg =97％；通过试算HLA194、HLD46出力不满足要求，最终确定选用HLA378、HLD10和HLD126三个方案。
方案列表如下：表1—3 水轮机组选型及台数汇总表第2节 各方案参数的计算一.HLA378各参数的计算1.计算转轮直径水轮机额定出力为：()kW 3350597.032500===ggr N P η 取最优单位转速n 110=69（r/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Q 110=0.72(m 3/s)，对应的模型效率ηm =0.888，暂取效率修正值Δη=2％,则设计工况下原型机效率η=ηm +Δη=0.888+0.02=0.908。
第六章 水轮机的选型设计
3、选择水轮机主要参数计算
4、计算各方案的吸出高度 H s
5、绘制各方案的运转综合特性曲线
6、确定各方案的安装高程 安
7、各方案分析比较
8、结论
§6-3 反击式水轮机主要参数计算
主要介绍最常见的用模型综合特性曲线选择 参数的方法，基于几点考虑：
①原、模型水轮机满足相似条件，因此，可 用相似公式计算原、模型水轮机主要参数。
9.81Q11H 2
P 式中: ----水轮机的额定出力，单位kW。P Pf f
其中 Pf 为同步发电机额定容量； f 为发电机效
率，中小型 f 95% ~ 96% ，大中型 f 96% ~ 98%
H ----水轮机的设计水头，单位m。
Q11 ----设计工况下的单位流量
对HL式和ZD式水轮机，采用模型最优单位
转速 n110M 与模型出力限制线交点的单位流量值
；对ZZ式水轮机，由于无出力限制线，出力受
气蚀的限制，故选用小于型谱推荐的 Q11 值。
----水轮机效率，可按单位流量取值点的
模型效率 M ，先初略加上1%---3%的效率修正
值进行计算。待求出 D1 后，再按转轮直径标 准系列取与之接近的标准直径（见课本P17)。
转速所包含的区间，这个区间就是原型水轮机的
工作范围。若这个区间在模型综合特性图上处于
高效率区，则说明原型水轮机工作范围理想，所
选参数配合合理。
初选水轮机基本参数表
台数Z
P Pf Z f
D1
P
3Hale Waihona Puke 9.81Q11H 2标准直径
max
1 1 M max
5
D1M D1
水轮机选型方法介绍
2、专题研究法 对特别重要的工程或特别大型的水电站，为
了获得最优设计效果，根据水电站的具体参数 ，进行专门设计，但所需时间和费用高。
3、查系列范围图法 根据水电站的水头范围和单机出力，在系列
应用范围图中查出适应的型号，以及对应的转 轮直径、转速及吸出高度。当有两种机型可供 选择时，一般选用较大的直径。
3、机组台数与运行效率的关系
Z0↑→平均效率↑ (1) 担任基荷时：出力变化小，流量变化稳定，可
用较少的台数，使水轮机可以在较长时间内以最 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。
σz为水轮机装置的汽蚀系数。
2、η的修正计算 查综合特性曲线得出ηMmax，换算得出ηmax。
△η=ηmax-ηMmax-ε1-ε2
ε1=1%~2%(表示工艺水平)，ε2=1%~3%(表示异 形部件，即原型水轮机和模型水轮机的蜗壳和 尾水管不一样)
如η=ηM+△η，系列水轮机应用范围
4、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 ，优先套用已经生产过的机组，这样可以节省设 计时间、尽早供货、提前发电。
5、直接查产品样本 直接查设备厂家的产品样本，适用于小型电站。
6、统计分析法 对大量已建水电站的参数进行统计，得出水轮机
绘出F = f(Φ)直线。
(6) 根据φi确定Fi、Ri及断面尺寸，绘出平面单线图。
第五节 尾水管的型式及其主要尺寸
混流式水轮机的设计与选型方法
混流式水轮机的设计与选型方法混流式水轮机是一种常见的水轮机类型，广泛应用于水力发电站等场合。
它具有结构简单、效率高、运行稳定等优点，因此在项目建设中选用适合的混流式水轮机对电力的发电效率和运行安全性有重要的影响。
本文将介绍混流式水轮机的设计与选型方法。
一、混流式水轮机的基本结构与工作原理混流式水轮机由转轮、导叶、固定叶片、导水管等组成。
水从导水管中进入转轮的内部，经过导叶的引导后，进入转轮的混流通道，水的能量转化为转动转轮的动能，从而带动发电机发电。
二、混流式水轮机的设计要点1. 水轮机的转速根据水轮机的设计要求和实际工况，确定合适的转速是设计混流式水轮机的重要一步。
通常，转速的选择应该遵循以下原则：（1）保证水轮机的效率；（2）保证水轮机的运行平稳；（3）避免共振和临界转速。
2. 水轮机的喷口直径水轮机的喷口直径直接影响水轮机的水量和功率输出。
选择适当的喷口直径可保证水轮机高效率的运行。
喷口直径的选择需要考虑以下因素：（1）水头；（2）水轮机的效率；（3）水轮机的装置空间限制。
3. 水轮机的导叶角度导叶角度的选择直接影响水轮机的出力特性。
合适的导叶角度可使水轮机在不同负荷下保持高效率的运行。
导叶角度的选择需要考虑以下因素：（1）水轮机的设计工况；（2）水轮机的负荷变化范围。
4. 混流式水轮机的转轮形状混流式水轮机的转轮形状对水轮机的效率和运行特性有重要影响。
适当选择合适的转轮形状，可使水轮机的效率得到最大化。
转轮形状的选择需要考虑以下因素：（1）水流进入转轮的速度；（2）水轮机的出力转速。
5. 水轮机的材料选择水轮机常用的材料有钢、铸铁、不锈钢等。
在选择材料时，需要考虑以下因素：（1）水质的腐蚀性；（2）水流速度对材料的冲击力；（3）材料的成本。
三、混流式水轮机的选型方法混流式水轮机的选型需要考虑以下因素：1. 水头和水量根据水力资源的水头和水量确定所需的装机容量，再根据实际情况选择合适的混流式水轮机。
水轮机的选型设计
水轮机的选型设计
首先，选型设计需要考虑水资源情况。
包括水流量、水头、流速等因素。
确定的水资源情况可以通过多年的水文资料、水文观测和实地调查等
方式获得。
水资源情况的精确测定对于选型设计的准确性具有重要意义。
其次，选型设计需要考虑工程项目的要求。
包括发电容量、发电效率、机组可靠性、运行稳定性、启闭机构、自动调节装置等方面的要求。
在满
足工程项目要求的基础上，尽量提高水轮机的效率和可靠性，减少发电设
备的故障率和停机时间，提高水轮机的经济性。
然后，选型设计需要考虑水轮机的技术指标。
包括水轮机的额定功率、转速、轮径、转矩、效率等参数。
这些指标与水资源情况和工程项目要求
有密切关系。
在确定水轮机的技术指标时，需要平衡各项指标之间的关系，并综合考虑各个方面因素的影响。
最后，选型设计需要进行经济性考虑。
在满足水资源情况、工程项目
要求和技术指标的基础上，要综合考虑水轮机的造价、运维成本、发电收
益等因素，以达到经济合理的选型。
选型设计不仅要考虑现有的水轮机型号和参数，还要根据工程要求和
技术进步的需要，进行改造和创新。
通过采用新材料、新工艺、新技术等
手段，进一步提高水轮机的效率和可靠性，降低水轮机的运维成本，提高
水轮机的经济性。
总之，水轮机的选型设计是一个复杂而重要的工作。
需要综合考虑水
资源情况、工程项目要求、技术指标和经济性等因素，并进行相应的设计
和改进。
只有经过科学合理的选型设计，才能获得满足工程需求和经济效
益的水轮机。
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
单位流量Q11m3/s
汽蚀系数
σm
3~8
0.45
0.34/0.38
3,4
155~170
1.1~1.3
660~760
2.1~2.3
1.2~1.4
6~15
0.45
0.34/0.38
4
142~154
1.0~1.2
580~670
1.9~2.15
0.8~0.95
12~22
0.40
0.35/0.40
4
130~140
斜击式 Turgo
XJ
50~400
效率较低,适用于中小型电站
双击式 Banki
SJ
10~150
效率低,仅用于小型电站
(2)、水轮机装置形式及引水室代号如下表：
主轴布置形式
引水室型式与代号
汉字
拼音
汉字
拼音
汉字
拼音
卧式
立式
W
L
明 槽
M
轴 伸 式
Z
混凝土蜗壳
H
竖 井 式
S
灯 泡 式
P
金属蜗壳
J
罐 式
G
罐式引水室
水轮发电机振动(双幅)允许限值 mm
项目
额定转速,r/min
≤100
100~250
第5章 水轮机选型
三、分类： 分类：
我国1974年颁发《反击式水轮暂行系列型谱》包括： 我国1974年颁发《反击式水轮暂行系列型谱》包括： 1974年颁发 附录1中附表1 附录1中附表1-1 附录1中附表1 附录1中附表1-2 附录1中附表1 附录1中附表1-3
9
水轮机转轮系列型谱是对水轮机转轮型号与其主要参数的一种规定， 水轮机转轮系列型谱是对水轮机转轮型号与其主要参数的一种规定，它 是对水轮机转轮型号与其主要参数的一种规定 列出在一定水头范围内应采用何种转轮型号，和该型号转轮的主要参数； 列出在一定水头范围内应采用何种转轮型号，和该型号转轮的主要参数；
二、意义： 意义：
我国1974年颁发《反击式水轮暂行系列型谱》包括： 我国1974年颁发《反击式水轮暂行系列型谱》包括： 1974年颁发 附录1中附表1 附录1中附表1-1 附录1中附表1 附录1中附表1-2 附录1中附表1 附录1中附表1-3
8
第一章 水轮机概论
§5.2
水轮机选型
一、型谱（标准系列）定义： 型谱（标准系列）定义：
5.1 水轮机系列型谱 5.2 选型设计概述
2
第一章 水轮机概论
§5.1
水轮机系列型谱
一、型谱（标准系列）定义： 型谱（标准系列）定义：
水轮机转轮系列型谱是对水轮机转轮型号与其主要参数的一种规定， 水轮机转轮系列型谱是对水轮机转轮型号与其主要参数的一种规定，它 是对水轮机转轮型号与其主要参数的一种规定 列出在一定水头范围内应采用何种转轮型号，和该型号转轮的主要参数； 列出在一定水头范围内应采用何种转轮型号，和该型号转轮的主要参数；
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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摘要水电站机电部分设计主要根据获得的设计材料中给定的水头范围进行的主机选型，根据选择的三方案中择优进行模型综合特性曲线的绘制，即选出一方案进行绘制，再根据效率，转速等选其一进行蜗壳、尾水管、水轮发电机外形的计算和绘图，最后进行水轮机的调节保证计算和调速器设备选择。
关键字：水轮机主机选型；水电站机电设备初步计算；外形设计；调节保证计算。
前言毕业设计是高等教育教学中的最后一个教学环节，是实践性教育的环节。
毕业设计与其他教学环节构成有机的整体，也是各个教学环节的继续、深化补充和检验，是将分散、局部的知识内容加以全面的结合，这次设计提高了我们运用知识的综合能力，将知识化为能力，巩固和加深所学知识，培养知识，综合了系统化的运用。
目前，我国大陆水力资源理论蕴藏在1万KW以上的河流共3886条，水力资源理论蕴藏年发电量6082.9Tw·h；技术可开发装机容量541.64GW。
经济可开发装机容量401.8GW。
我国水力资源具有三个鲜明特点：第一、在地域上分布极不平衡，西部多，东部少。
西部水利资源开发出了满足西部电力市场的需要，更重要的是考虑东部电力市场。
第二、大多数河流年内、年际经流分布不均。
第三、水力资源集中于大江大河，有利于集中开发和规模外送。
本次设计的主要内容为主机选型、蜗壳、尾水管、发电机确定和调节保证计算。
设计过程中，依据资料水电站水头，单机引水流量，总装机，对水轮机发电进行初选，并根据单位转速，模型综合特性曲线，对水轮机型号，转速，效率出力等进行认真计算，校验，对选择方案的蜗壳水管，水轮机选型和绘图。
对水轮机进行调节保证机算。
通过这次对相关专业知识的课题设计，更加深入的认识知识和实际应用，学会知识与实际结合、与实践结合，得以充分利用知识为以后工作打下了坚实的基础。
编者2012年5月目录摘要 (1)前言 (2)目录 (3)第一章水轮机型号选择 (5)第一节水轮机型的选择 (5)第二节初选水轮机基本参数的计算 (6)第三节水轮机运转综合特性曲线的绘制 (17)第四节待选方案的综合比较和确定 (19)第二章蜗壳计算 (21)第一节蜗壳形式、进口断面参数选择 (21)第二节蜗壳各断面参数计算 (23)第三节金属蜗壳图 (25)第三章尾水管选型 (26)第四章水轮发电机的初步选择计算 (27)第五章调节保证计算及设备的选择 (33)第一节调节保证计算 (33)第二节调速设备选型 (52)结论 (55)总结与体会 (56)谢辞 (57)参考文献 (58)附录第一章水轮机型号选择第一节水轮机机型选择一、确定初选机型根据电站实际水头范围（一般按最大水头定）来进行选择合适的转轮，由最大水头Hmax=119m查转轮模型综合特性曲线得到初选的六个转轮型号，所选机型原始参数如下。
水轮机型号初选参数表表1-1二，确定机组台数在选择机组台数时，应在以下几方面综合考虑⑴成本因素⑵运行效率因素⑶电厂主接线图⑷运行维护的因素⑸电力系统因素⑹制造、运输及安装的因素三，布置方式根据ZSQ水电站设计资料，电站最大水头119m，设计最小水头95m，装机容量220000KW。
当机组台数Z=2时：N单=N电站/Zηf=220000/2×0.98=112245KW当机组台数Z=3时：N单=N电站/Zηf=220000/3×0.98=74830KW—ηf为发电率，一般取0.96～0.98根据装机容量的大小，可以选用立式布置方式。
第二节初选水轮机基本参数计算一，计算参数从初选的六个转轮型号中根据n110越高，机组效率越好等因素选出三个转轮型号进行基本参数计算。
三个转轮型号分别为：A232-35 , A 278-35 , A28-25方案一：转轮型号A232-35 Z=2时；⑴N单=112245 KW⑵水轮机转轮直径D1=3.37m =ηT=η限+（1～3）%=0.9按计算值查《设计手册》P36选标准直径为D 标=3.8m ⑶原型机最大效率maxT η=1-(1-max m η)=1-(1-0.925)=0.942⑷原型效率修正值max max 0.9420.9070.035T m ηηη∆=-=-=⑸判断单位参数是否修正-1=-1=0.019<3% 不修正cp H Hr ≈⑹原机型的转速1=3.8=177.41(r/min) 根据《水轮机》P326表得发电机的同步转速n=187.5r/min ⑺原机型的平均效率η=ηm+Δη=0.884+0.035=0.919 ⑻校核出力 N ′=9.81Q1112D 3/2Hr η=9.81×1.040×23.8×0.919×3/2105=145669.6KW N/N ’145669.6112245==1.30 校核不成功方案二：转轮型号为A232-35 Z=3时 ⑴N 单=74830KW ⑵水轮机转轮直径D1===2.746mηT=η限+（1～3）%=0.904按计算值查《设计手册》P36标准直径为D 标=2.75m ⑶原型机最大效率max T η=1-(1-max T η)=1-(1-0.907) =0.938⑷原型效率修正值max max 0.9380.9070.031T m ηηη∆=-=-=⑸判断单位参数是否修正-1=-1=0.017<3% 不修正 cpH Hr ≈⑹原机型的转速n=标根据《水轮机》P326表得发电机的同步转速n 标=300r/min ⑺原机型的平均效率η=η限+Δη=0.884+0.031=0.915 ⑻校核出力N ′=9.8111Q 12D 3/2r H η=9.81×1.040×22.75×0.915×3/2105=75957.87KW N ′/N=75957.87=1.29 校核不成功方案三：转轮型号为A278-35 Z=2时 ⑴N 单=112245KW ⑵水轮机转轮直径D1=3.18m =ηT=η限+（1～3）%=0.9按计算值查《设计手册》P36标准直径为D 标=3.3m ⑶原型机最大效率max T η=1-(1-max m η)=1-(1-0.918)=0.9476⑷原型效率修正值max max 0.9480.9190.029T M ηηη∆=-=-=⑸判断单位参数是否修正-1=-1=0.016<3% 不修正 cpH Hr ≈⑹原机型的转速n=1=783.3=242.2(r/min) 根据《水轮机》P326表得发电机的同步转速n=250r/min⑺原机型的平均效率η=η限+Δη=0.87+0.029=0.899 ⑻校核出力N ′=9.81Q1112D 3/2r H η=9.81×1.165 ×23.3×0.899×3/2105=1203383.36KWN ′/N=120383.36112245=1.07 校核成功⑼计算原机型的吸出高度90010()S M H H σσ∇=--+∆=10644.6900--（0.135+0.02）×105=-6.991m⑽计算n111175.6nD n ===1180.5nD n ===1184.6n ===查《转轮模型综合性曲线》A378-35模型综合特性曲线。
根据n11得存在最高效率区。
方案四：转轮型号为A278-35 Z=3时 ⑴N 单=112245KW ⑵水轮机转轮直径D1=2.6m =ηT=η限+（1～3）%=0.9按计算值查《设计手册》P36标准直径为D 标=2.75m ⑶原型机最大效率max T η=1-(1-max m η)=1-(1-0.918)=0.946⑷原型效率修正值max max 0.9460.9180.028T M ηηη∆=-=-=⑸判断单位参数是否修正-1=-1=0.0151<3% 不修正 cpH Hr ≈⑹原机型的转速n=1=782.75=290.64(r/min)根据《水轮机》P326表得发电机的同步转速n=300r/min ⑺原机型的平均效率η=η限+Δη=0.87+0.028=0.898 ⑻校核出力N ′=9.81Q1112D 3/2r H η=9.81×1.165 ×23.3×0.899×3/2105=190365.3KW N ′/N=190365.574830=1.043 校核成功 ⑼计算原机型的吸出高度90010()S M H H σσ∇=--+∆ =10644.6900--（0.135+0.02）×105=-6.991m⑽计算n111175.6n ===1180.5n ===1184.6n === 查《转轮模型综合性曲线》A 278-35模型综合特性曲线。
根据n11得存在最高效率区。
方案五：转轮型号为A28-25 Z=2时 ⑴N 单=112245KW ⑵水轮机转轮直径D1=3.63m =ηT=η限+（1～3）%=0.9按计算值查《设计手册》P36标准直径为D 标=3.8m ⑶原型机最大效率max T η=1-(1-max m η)=1-(1-0.878)=0.924⑷原型效率修正值max max 0.9240.8780.046T M ηηη∆=-=-=⑸判断单位参数是否修正-1=-1=0.026<3% 不修正 cpH Hr ≈⑹原机型的转速n=1=713.8根据《水轮机》P326表得发电机的同步转速n=214.3r/min ⑺原机型的平均效率η=η限+Δη=0.87+0.046=0.916 ⑻校核出力N ′=9.81Q1112D 3/2r H η=9.81×0.895 ×23.8×0.913×3/2105=124950.7KW N ′/N=1249507112245=1.113 校核不成功方案六：转轮型号为A28-25 Z=3时 ⑴N 单=74830KW 水轮机转轮直径D1=2.95m =ηT=η限+（1～3）%=0.9按计算值查《设计手册》P36标准直径为D 标=3m⑶原型机最大效率max T η=1-(1-max m η)=1-(1-0.898)=0.9336⑷原型效率修正值max max 0.93360.9240.036T M ηηη∆=-=-=⑸判断单位参数是否修正-1=-1=0.0196<3% 不修正 cpH Hr ≈⑹原机型的转速n=1根据《水轮机》P326表得发电机的同步转速n=250r/min ⑺原机型的平均效率η=η限+Δη=0.87+0.036=0.906 ⑻校核出力N ′=9.81Q1112D 3/2r H η=9.81×0.895×23.3×0.906×3/2105=77027.68KW N ′/N=77027.674830=1.02 校核成功 ⑼计算原机型的吸出高度90010()S M H H σσ∇=--+∆=10644.6900--（0.100+0.02）×105=-3.316m⑽计算n111168.8n===1173.19n===1176.95n===查《转轮模型综合性曲线》A28-25模型综合特性曲线。