水轮机型号选择
水轮机型号
水轮机型号1. 导言水轮机是一种利用水流动能转换为机械能的装置，被广泛应用于水力发电和水资源利用的领域。
水轮机的种类繁多，每种型号都有其独特的特点和适用范围。
本文将介绍一些常见的水轮机型号及其特点。
2. 垂直轴水轮机垂直轴水轮机是水轮机的一种常见型号。
它的主要特点是水流与轴线垂直，可以分为斜流式和直流式两种。
2.1 斜流式垂直轴水轮机斜流式垂直轴水轮机是一种高效率的水轮机。
其水流流经引导叶片后，与叶片成45度斜角进入转子，从而减小了水流与叶片的冲击。
斜流式垂直轴水轮机适用于水量较少的场合，并具有低转速、大批量生产等特点。
2.2 直流式垂直轴水轮机直流式垂直轴水轮机是一种低转速、大功率的水轮机。
其与斜流式相比，转子上的直流片更多，使得转子能够承受更大的水力冲击。
直流式垂直轴水轮机适用于水流较大的场合，并具有高效率、稳定性好等特点。
3. 水平轴水轮机水平轴水轮机是另一种常见的水轮机型号。
它的主要特点是水流与轴线平行，可以分为反击式和作用式两种。
3.1 反击式水平轴水轮机反击式水平轴水轮机是一种高压高速水轮机。
其特点是水流从叶片进入转子后产生反击力，转子因反击力而转动。
反击式水平轴水轮机适用于水量较大、水头较高的场合，并具有高效率、节省空间等特点。
3.2 作用式水平轴水轮机作用式水平轴水轮机是一种低压低速水轮机。
其特点是水流与转子叶片的作用力直接作用于转子，使转子转动。
作用式水平轴水轮机适用于水量较大、水头较低的场合，并具有简单结构、可靠性高等特点。
4. 斜板水轮机斜板水轮机是一种特殊的水轮机型号。
其特点是水流经过斜板后产生反作用力，使得转子转动。
斜板水轮机适用于水量较大、水头较小的场合，并具有结构简单、安装方便的特点。
5. 混流水轮机混流水轮机是一种综合了斜流式和直流式水轮机优点的型号。
其特点是水流在流经叶片时既产生径向力也产生轴向力，使得转子得到更好的能量转换。
混流水轮机适用于水量较大、水头较小的场合，并具有高效率、运行稳定等特点。
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。
水轮机型号选择
水轮机型号选择根据水电站的水头变化范围36.0m~38.0m,在水轮机洗力型谱表3-3，表3-4中查出适合的机型有HL240和ZZ440两种，现将这两种水轮机作为初选方案，分别求出有关参数，并进行比较分析。
一）HL240型水轮机方案的主要参数选择 1).转轮直径D1计算查表3-6和图3-12可得HL240型水轮机在限制工况下的单位流量Q '1= 1.24 s m3效率m η=92%，由此可初步假定原型水轮机在该工况下的单位流量Q '1=Q M'1=1.24s m 3 上述的 Q '1，η和额定出力r N =kw kw N gr gr 40816%984==万η r H =36m1D =η2\3181.9Hr Q Nr'= 92.03624.181.9408162\3⨯⨯=4.109 m 选用与之接近而偏大的标称直径 D1=4.5m 2) 转速n 计算查表3-4可得HL240型水轮机在最优工况下单位转速M n 10'=72min r ,初步假定10n '=M n 10'将已知的10n '和加权平均水头av H =36m, 1D =4.2m代入 n=965.4367211=⨯='D H n min r 故选用与之接近而偏大的用步转速n=100min r3) 效率及单位参数修正查表3-6可得HL240型水轮机在最优工况下的模型最高效率为M m a x η=92% 模型转轮直径为M D 1=0.46m 根据式（3-14），求得原型效率 %9.945.446.0)92.01(1)1(15511max max =--=--=D D M M ηη则效率修正值为 %9.2%92%9.94max max =-=-=∆M ηηη 考到模型与原型水轮机在制造工艺质量上的差异， 常在已求得η∆值中减去一个修正值ζ=1.3则可求得效率修正值η∆=1.6%得原型水轮机在最优工况和限制工况下的效率为 %6.1%92max max +=∆+=ηηηM =93.6%故与上述假定值相同 单位转速的修正值按下式计算%92%6.1%4.90=+=∆+=ηηηm %3%87.01max max 101〈=-=''∆M Mn n ηη 按规定单位转速可不加修正 同时单位流量Q '1也可不加修正 有上述可见%92=η'='M Q Q 11'='M n n 1010是正确的， 那么上述计算及选用结果1D =4.5m n=100min r 也是正确的。
水轮机型号 (2)
水轮机型号1. 引言水轮机是一种将水能转换成机械能的设备，广泛应用于水电站发电、灌溉和工业生产中。
不同型号的水轮机适用于不同的水力条件和功率要求。
本文将介绍几种常见的水轮机型号及其特点。
2. 斜流式水轮机斜流式水轮机又称为“Kaplan水轮机”，它是一种能够适应较大水头和较小流量的水轮机。
斜流式水轮机的叶片具有可调节的可变导叶，通过改变导叶的角度，可以控制水流进入叶轮的流速和流向。
斜流式水轮机具有高效率、运行稳定和灵活调节的特点。
特点：•适应大水头和小流量的水力条件•可调节叶片和可变导叶，灵活调节水流流速和流向•高效率和运行稳定3. 轴流式水轮机轴流式水轮机是一种适用于大流量和较小水头的水轮机。
它的叶轮和导叶间距小，使得水流通过叶轮时的速度变化较小，因此轴流式水轮机的出口速度与进口速度相差较小，能够更好地利用水能。
轴流式水轮机适用于涡轮发电机组和排灌用途。
特点：•适应大流量和较小水头的水力条件•出口速度与进口速度相差较小，能够更好地利用水能•适用于涡轮发电机组和排灌用途4. 超高速水轮机超高速水轮机是一种转速高达10000转/分钟以上的水轮机。
由于转速很高，超高速水轮机的叶片设计要考虑到离心力的影响，以防止叶片的损坏。
超高速水轮机适用于高压高速发电机组、氢分子制取设备等领域。
特点：•转速高达10000转/分钟以上•叶片设计要考虑离心力的影响，防止叶片损坏•适用于高压高速发电机组、氢分子制取设备等领域5. 混流式水轮机混流式水轮机是一种介于轴流式水轮机和斜流式水轮机之间的一种设计。
它的叶片既有轴流式水轮机叶片的特点，又有斜流式水轮机叶片的特点。
混流式水轮机适用于中水头和中流量的水力条件。
它具有结构简单、效率较高和运行稳定的特点。
特点：•介于轴流式水轮机和斜流式水轮机之间的设计•适应中水头和中流量的水力条件•结构简单、效率较高和运行稳定6. 级联水轮机级联水轮机是将两台或多台水轮机串联起来使用的一种方式。
水轮机的标准与选择
4.2 水轮机的选择
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、Hs、Za；Z0、d0
4.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。
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4.2 水轮机的选择
根据H、N的范围选择水轮机是水电站主要
设计任务之一，目标是使水电站充分利用水 能，安全可靠运行。
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4.1 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 谱参数见表4-1~表4-5。
30 32
同步转速 187. 166.7 150 136.4 125 115.4 107.1 100 93.8
n
5
磁极对数 34 36 38 40 42 44 48 50
同步转速 88.2 83.3 79 n
75 71.4 68.2 62.5 60
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4.1 水轮机的标准系列 四、水轮机系列应用范围图
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4.2 水轮机的选择
三、所需要的有关资料 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；水文资料： 特征 流量及特征水头、下游水位流量关系曲线。 3.水电站有关经济资料：机电设备价格、工程单价、年运行 费等。 4.电力系统资料：系统负荷构成，水电站的作用及运行方式 等。
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。
水轮机选型计算..
浅谈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、油压装置原则选型计算的一般原则概括为以下几点：①所选定的水轮机应有较高的效率。
不仅要选择效率高的转轮型号，而且还要根据水轮机的模型综合曲线和真机工作特性曲线选择工作范围最好的转轮，以保证水轮机运行时有较高的工作效能；②所选定的水轮机转轮直径应较小。
较小的转轮直径将使机组获得较高的转速，从而缩小机组尺寸，降低机组造价。
③所选定的水轮机应有良好的汽蚀性能和工作稳定性(压力脉动小)。
④优先考虑套用已有型号转轮直径接近的机组。
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)、确定水轮机参数D1、Q、n、Hs、ns、F、Z0、do。
(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。
水轮机选型过程中，根据水电站所需要的开发方式、动能参数、水工建筑物布置等，并考虑已生产的水轮机的参数拟选若干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。
水轮机选型计算内容1.确定单机容量及机组台数根据DL5180-2003《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》的规定，水电站工程等别根据其在国民经济建设中的重要性，按照库容和装机容量划分为五等：水电枢纽工程的分等指标水电站机组台数的选择一般是在装机容量已定的情况下进行的，选择的过程实际上是一个技术经济比较的过程，有时与水轮机型式的选择、甚至与水轮机主要参数的选择同时进行。
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。
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电站的水轮机选型与优化是一个关键的环节，它直接影响到水电站的发电效率和经济效益。
本文将从水轮机的选型原则、水轮机的类型与特点、水轮机的优化等方面对中小型水电站水轮机的选型与优化进行探讨。
一、水轮机的选型原则水轮机的选型原则主要包括选择合适的装机容量、符合水头和流量条件、适应水力发电的要求等。
1.选择合适的装机容量中小型水电站通常装机容量较小，因此选择合适的装机容量是非常重要的。
一方面，要根据水资源条件、装机容量与水头的关系等因素进行合理的匹配，避免装机容量过大或过小导致发电效率低下；还要考虑电网需求和发电经济性等因素，选择合适的装机容量。
2.符合水头和流量条件水轮机的工作性能受到水头和流量的限制，因此在选型过程中必须考虑水头和流量条件。
一般来说，根据水轮机的闸门控制方式，可以区分为常规型和调节型：常规型水轮机适用于水头和流量变化较小的情况，而调节型水轮机适用于水头和流量变化较大的情况。
根据实际情况选择符合水头和流量条件的水轮机，可以使水电站的发电效率达到最优化。
3.适应水力发电的要求水轮机在选择时还需要考虑适应水力发电的要求，如安全可靠性、运行稳定性、运行维护便捷性等。
水轮机应具备良好的适应性，能够满足水力发电的需要，并具备较高的经济效益。
二、水轮机的类型与特点根据运行原理和结构特点，水轮机主要分为水轮发电机组和涡轮发电机组两大类。
根据叶轮的形状，又可分为斜流水轮机、径流水轮机和混流水轮机等。
1.水轮发电机组水轮发电机组主要由水轮机、发电机和辅助设备等组成，其主要特点包括结构简单、运行稳定、安全可靠等。
水轮机采用分配器或喷管导水，利用水的能量来驱动水轮机转动，再通过轴向流导叶或斜流导叶的作用，将水能转化为机械能，驱动发电机转动进行发电。
三、水轮机的优化水轮机的优化主要包括叶轮型式的选择、叶轮流道的设计和调整、水轮机性能的优化等方面。
1.叶轮型式的选择根据实际需求和水资源条件，选择合适的叶轮型式非常重要。
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。
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是水电站发电的核心设备之一。
中小型水电站的水轮机的选型与优化是水电站项目建设中一个重要而复杂的问题。
本文将从水轮机类型选择、参数优化以及经济性分析等方面进行探讨。
1. 水轮机类型选择中小型水电站适用的水轮机类型主要有斜流式水轮机、混流式水轮机和轴流式水轮机。
斜流式水轮机适用于水头较高的水电站，转速较高，但效率相对较高；混流式水轮机适用于水头中等的场所，转速较低，但效率相对较高；轴流式水轮机适用于水头较低的场所，转速较低，但输出功率相对较高。
根据具体的水头和流量条件，选取合适的水轮机类型，以提高水电站的发电效率。
2. 水轮机参数优化水轮机参数优化是指在一定的水头和流量条件下，通过调整水轮机的各项参数，使水轮机运行更加稳定和高效。
主要涉及到叶片形状、角度、数量以及导叶和水轮机的流道设计等方面。
通过数值模拟和实际试验，优化水轮机参数，可以提高水轮机的效率和运行的稳定性，进而提高水电站的发电效益。
3. 经济性分析在进行水轮机选型和优化时，还需要进行经济性分析，确定最佳方案。
经济性分析主要包括投资回收期、净现值、内部收益率等指标。
通过对不同水轮机方案的经济性指标进行计算和比较，选取具有较低投资回收期、较高净现值和内部收益率的方案，以保证水电站项目能够盈利并获得较好的经济效益。
中小型水电站的水轮机选型与优化是一个复杂而重要的问题。
通过合理选择水轮机类型，优化水轮机参数，并进行经济性分析，可以提高水电站的发电效率和经济效益。
根据具体情况，还应考虑环境保护和可持续发展等因素，综合考虑各种因素，选择最佳的方案。
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
(精品)水轮机特性及选型
三峡(9.8m,700MW)、水布垭、小湾、龙滩、向家坝、溪洛渡、锦屏二级
2 、机组台数与机电设备制造的关系 台数多→N单↓→尺寸（D1）小→制造运输容易 （相反，大机组制造困难）
3、机组台数与运行效率的关系 单台机组：？ 整个电站：台数多↑→负荷分配灵活→平均效率↑ 担任基荷：可用较少的台数，在较长时间内以最优
1)
n1 n10 n10M n10M (
max M max
1)
❖其他工况时：
Q1 Q1M Q1 n1 n1M n1
在工程实践中，当 n1 0.03n10M 时，单位转速不必修正 单位流量修正值与单位流量的比值较小，一般可不修正
第四节 水轮机的主要综合特性曲线
综合反映参数n、H、 N之间的关系，代表
了水轮机的轮系特征。
❖ns随工况变化，用最优比转速，限制工况下 的比转速比较不同轮系水轮机性能，
❖比转速用来表示水轮机的型号，还用来划分 水轮机的类型。
❖各种类型的水轮机比转速大致范围：
➢贯流式：ns=600-1000 高 高水头小流量
➢轴流式：ns=200-850 高
几何相似的水轮机——轮系，系列，型号。
2、运动相似：
(1) 对应点的速度方向相同。 (2) 对应点的速度大小对成比例， 即速度三角形相似。
同一轮系的水轮机才能建立运动相似和动力相似。 几何相似就运动相似吗？ 同一轮系水轮机，保持运动相似——相似工况
3、动力相似
对应点所受的同名作用力方向相同、大小成比例。
D21M
hH hM H
M
2
P
或
NM
大中小型水轮机分类标准
大中小型水轮机分类标准
水轮机是一种通过水流驱动的装置，将水能转化为机械能或电能。
按照水轮机的容量和规模，可以将其分为大、中、小型水轮机。
不同国家和地区对水轮机的分类标准可能略有不同，以下是一个常见的分类标准：
1. 大型水轮机：装机容量在10兆瓦（MW）及以上的水轮机。
这类水轮机通常用于大型水力发电站，如大坝、水库等，可以产生大量电能，为国家和地区提供稳定的电力供应。
2. 中型水轮机：装机容量在1兆瓦（MW）至10兆瓦（MW）之间的水轮机。
这类水轮机适用于中等规模的水力发电项目，如中小型水库、河流等。
它们在满足当地电力需求的同时，也可以为电网提供一定的支持。
3. 小型水轮机：装机容量在1兆瓦（MW）以下的水轮机。
这类水轮机通常用于小型水力发电项目，如微型水库、农村、山区等。
它们的投资成本相对较低，适合在分散式能源系统中应用。
需要注意的是，不同国家和地区对水轮机的分类标准可能有所差异。
在具体应用中，需要参考当地的标准和规定来选择合适的水轮机类型。
水轮机型号选择
水轮发电机组主要参数设计第一节水轮机型号的选择一、选择水轮机机型及电站装置方式1.水轮机机型的选择：由所给出的原始数据判断，水轮机的运行水头范围为：68-95m，故可供选择的水轮机形式有混流式、斜流式。
混流式水轮机具有结构紧凑、运行可靠、效率高，能适应很高的水头范围等特点，应用最广泛的水轮机机型，斜流式虽然效率高，但运行经验少且使用的厂家也少，同时由于本次设计的电站水头变化范围较宽，且负荷较为稳定，故决定采用混流式（HL）水轮机。
2.水轮机型号的选择：根据该电站的最大水头为95m，查《混流式水轮机转轮型谱参数表》，经过初步比较，同时考虑到单位转速高、单位流量大、转轮直径小、效率高、空蚀系数小等判断选择的九个型号见下表：表1-1-1 初选模型机转轮型谱参数表经过对各机型参数的初步比较，可以看出HL A285-46、HL A248-35及HLD74 -35在最优工况下的效率比较高，且单位流量n10、单位转速Q10以及限制工况点的单位流量Q11均比较高，可使原型机获得较高的转速和较大的通过流量，从而在相同出力的情况下缩小机组的尺寸，同时模型机的气蚀系数бm较小，有利于电站的稳定运行。
故选取上述三个水轮机进行计算，其具体参数如下表：表1-1-2 初选三个水轮机型号参数表3.机组台数的选择：由原始资料可知, 系统总装机容量150.7万kw ，本水电站的装机容量为58.7万kw ，根据规定电站的单机容量不允许超过系统总容量的10%，否则在电站机组发生故障时，会将整个系统拖垮甚至瓦解，故采用4台、5台机组的设计方案进行计算比较。
4.电站装置方式的确定水轮机的装置方式可分为卧轴和立轴两种。
卧轴布置方式布置简单，不需向下开挖但占地面积较大，一般用于小型电站或水头较低的贯流式水电站。
立轴布置方式具有占地面积小的特点，但需向下进行较大的土石开挖，增加土建投资成本。
为缩小厂房面积，高水头大型电站一般均采用立轴布置方式。
水轮机型号选择
水轮机型号选择根据水电站的水头变化范围36.0m~38.0m,在水轮机洗力型谱表3-3，表3-4中查出适合的机型有HL240和ZZ440两种，现将这两种水轮机作为初选方案，分别求出有关参数，并进行比较分析。
一）HL240型水轮机方案的主要参数选择 1).转轮直径D1计算查表3-6和图3-12可得HL240型水轮机在限制工况下的单位流量Q '1= 1.24 s m3效率m η=92%，由此可初步假定原型水轮机在该工况下的单位流量Q '1=Q M'1=1.24s m 3 上述的 Q '1，η和额定出力r N =kw kw N gr gr 40816%984==万η rH =36m 1D =η2\3181.9Hr Q Nr'= 92.03624.181.9408162\3⨯⨯=4.109 m 选用与之接近而偏大的标称直径 D1=4.5m 2) 转速n 计算查表3-4可得HL240型水轮机在最优工况下单位转速M n 10'=72m in r ,初步假定10n '=M n 10'将已知的10n '和加权平均水头av H =36m, 1D =4.2m代入 n=965.4367211=⨯='D H n minr故选用与之接近而偏大的用步转速n=100m in r3) 效率及单位参数修正查表3-6可得HL240型水轮机在最优工况下的模型最高效率为M max η=92% 模型转轮直径为M D 1=0.46m 根据式（3-14），求得原型效率%9.945.446.0)92.01(1)1(15511max max =--=--=D D M M ηη则效率修正值为 %9.2%92%9.94max max =-=-=∆M ηηη 考到模型与原型水轮机在制造工艺质量上的差异， 常在已求得η∆值中减去一个修正值ζ=1.3则可求得效率修正值η∆=1.6%得原型水轮机在最优工况和限制工况下的效率为 %6.1%92max max +=∆+=ηηηM =93.6%%92%6.1%4.90=+=∆+=ηηηm故与上述假定值相同 单位转速的修正值按下式计算%3%87.01max max 101〈=-=''∆M Mn n ηη 按规定单位转速可不加修正 同时单位流量Q '1也可不加修正 有上述可见%92=η'='M Q Q 11'='M n n 1010是正确的， 那么上述计算及选用结果1D =4.5m n=100m in r 也是正确的。
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 。
第四章 水轮机选择
N单↓→D1↓→尾水管高度低→开挖少→投资少
4.2 水轮机的选择
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。
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4.2 水轮机的选择
(4) Q1' 在N= Nr时，取限制工况下的Q1'，并查出限制工况 的ηM 混流水轮机由5%出力限制线得到，轴流式由汽蚀条 件得到，或限制[HS]反推σz，以防止开挖过多。
σz =
10 − ∇ − [H s ] 900 H
σz为水轮机装置的汽蚀系数。
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4.2 水轮机的选择 ZZ440系列水轮机应用范围
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4.2 水轮机的选择
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，得出水轮机各参 数之间的统计关系，再根据本电站的参数选择。
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4.1 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 谱参数见表4-1~表4-5。
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水轮机型号选择根据水电站的水头变化范围36.0m~38.0m,在水轮机洗力型谱表3-3，表3-4中查出适合的机型有HL240和ZZ440两种，现将这两种水轮机作为初选方案，分别求出有关参数，并进行比较分析。
一）HL240型水轮机方案的主要参数选择 1).转轮直径D1计算查表3-6和图3-12可得HL240型水轮机在限制工况下的单位流量Q '1= 1.24 s m3效率m η=92%，由此可初步假定原型水轮机在该工况下的单位流量Q '1=Q M'1=1.24s m 3 上述的 Q '1，η和额定出力r N =kw kw N gr gr 40816%984==万η r H =36m1D =η2\3181.9Hr Q Nr'=92.03624.181.9408162\3⨯⨯=4.109 m 选用与之接近而偏大的标称直径 D1=4.5m 2) 转速n 计算查表3-4可得HL240型水轮机在最优工况下单位转速M n 10'=72min r ,初步假定10n '=M n 10'将已知的10n '和加权平均水头av H =36m, 1D =4.2m代入 n=965.4367211=⨯='D H n min r 故选用与之接近而偏大的用步转速n=100min r3) 效率及单位参数修正查表3-6可得HL240型水轮机在最优工况下的模型最高效率为M m a x η=92% 模型转轮直径为M D 1=0.46m 根据式（3-14），求得原型效率 %9.945.446.0)92.01(1)1(15511max max =--=--=D D M M ηη则效率修正值为 %9.2%92%9.94max max =-=-=∆M ηηη 考到模型与原型水轮机在制造工艺质量上的差异， 常在已求得η∆值中减去一个修正值ζ=1.3则可求得效率修正值η∆=1.6%得原型水轮机在最优工况和限制工况下的效率为 %6.1%92max max +=∆+=ηηηM =93.6%%92%6.1%4.90=+=∆+=ηηηm故与上述假定值相同单位转速的修正值按下式计算%3%87.01max max 101〈=-=''∆M Mn n ηη 按规定单位转速可不加修正 同时单位流量Q '1也可不加修正 有上述可见%92=η'='M Q Q 11'='M n n 1010是正确的， 那么上述计算及选用结果1D =4.5m n=100min r 也是正确的。
4)工作范围的检验在选定1D =4.5m n =100r ／min 后，水轮机的'max 1Q 及格特征水头相对应的'1n 可计算出结果。
水轮机在Hr ，Nr 下工作时'1Q 即为'max 1Q 故24.1034.1%9236365.481.940816D 9.18Nr 22max 11〈=⨯⨯⨯⨯=⨯='ηHr Hr Q 则水轮机的最大引用流量为：63.125365.4034.1D 22max 1max 1=⨯⨯==Hr Q Q s m 3与特征水头max H ，min H ，r H 相对应的单位转速为00.73385.4100max 1min 1=⨯=⨯='H D n n min r17.77345.4100min 1max 1=⨯=⨯='H D n n minr75365.410011=⨯=⨯='r r H D n n min r在HL240型水轮机模型综合特征曲线图上分别绘出'max 1Q =1034S L min max 117.77r n ='和min min 100.73r n ='的直线，如图3-34所示由图可见，由这三根直线所围成的水轮机工作范围基本上包含了特性曲线的高效率区，所以对于HL240型水轮机方案，所选定的参数1D =4.5m n =100r ／min 是合理的。
5).吸出高度s H 的计算由水轮机的设计工况参数，'r n 1=75min r ，'max 1Q =1034S L ，在图3-24上可查出相应的气蚀系数σ=0.15，并在图2-26上查得气蚀系数的修正值约为σ∆=0.032，由此可求出水轮机的吸出高度为H H S )(90010σσ∆+-∇-==m m 0.4281.336)032.015.0(90015010-〉=⨯=--可见，HL240型水轮机方案的吸出高度满足电站要求 6).安装高程∇10.15425.4365.0281.315020=⨯++=++∇=b H z S w s m 二）ZZ440水轮机方案的主要参数选择1).转轮直径1D 计算由表可知，ZZ440型转轮限制工况的单位流量Q '1= 1.65s m3，最优工况的n '10=115min r 。
根据本电站的具体条件H s ≥—4，则允许的最大气蚀系数值为HH S -∇-=90010σ—σ∆= 72.0352.0032.036490015010〈=-+-在满足-4m 吸出高度的前提下，从图3-16中科查出选用工况点（35.0,115min 10=='σr n ）处的单位流量'1Q =1030SL 同时可查的该工况点的模型效率%2.88=M η并据此假定水轮机的效率为92%将η,,,1'Q H N r r 各参数代入式（3-31）可得1D =η2\3181.9Hr Q Nr '=92.03603.181.9408162\3⨯⨯⨯=4.5m 选用标称直径1D =4.5m 2) 转速n 计算 n=33.1535.436115110=⨯='D H n av min r 选用与之相近而偏大的同步转速n=166.7min r 3).效率及单位参数修正对于轴流转浆式水轮机，必须对其模型综合特性曲线图上的每个转角ϕ的效率进行修正。
当叶片转角为ϕ时的原型水轮机最大效率可用下式计算)H 7.03.0)(1(110M 511max max H D D M M +--=ϕϕηη根据表3-7知M D 1=0.46m, M H =3.5m,并已知1D =4.5m,H=36m, 代入上式可算得max ϕη=0.651（1-M max ϕη）叶片在不同转角ϕ时的M max ϕη可由模型综合特征曲线查出，从而可求出相应ϕ值的原型水轮机的最高效率max ϕη。
当选用效率的制造工艺影响修正值ζ=1%时，即可计算出不同转角ϕ时效率修正值ϕη∆其计算结果表3-8ZZ440型水轮机效率修正值计算表由表3-7查得AA440型水轮机最优工况的模型效率为ηϕmax=89%，由于最优工况接近于ϕ=00 等转角线，故可采用ϕη∆=2.9%作为其修正值，从而可得原型最高效率为M max η= 89%+2.9%=91.9%已知在吸出高度-4m 限制的工况点（1030= ,1151min 10'='Q n r ）处的模型效率为%2.88=M η，而该工况点处于ϕ=+010和ϕ=+015等转角线之间，用内插法可求得改点的效率修正值为ϕη∆=3.14%，由此可得该工况点的原型水轮机效率为η=88.2%+3.14%=91.34%（与上述假定的92%相近）由于''∆Mn n 101=1M max max -ϕϕηη=1899.91-=1.62〈3.0%，故单位转速可不作修正，同时单位流量也可以不作修正。
由此可见，以上选用的1D =4.5m, n=166.7min r 是正确 4).工作范围的检验在选定1D =4.5m, n=166.7min r 后，可求出水轮机的'max 1Q 及各特征水头相对应的'1n 值。
s m Hr Hr Q 322max 1034.1%9236365.481.940816D 9.18Nr 1=⨯⨯⨯⨯=⨯='η 则水轮机的最大引用流量为63.125365.4034.1D 22max 1max 1=⨯⨯==Hr Q Q s m 3与特征水头max H ，min H ，r H 相对应的单位转速为69.121385.47.166max 1min 1=⨯=⨯='H D n n min r65.128345.47.166min 1max 1=⨯=⨯='H D n n min r03.125365.47.16611=⨯=⨯='rr H D n n min r在440zz 型水轮机模型综合特征曲线图上分别绘出'max 1Q =1034SLmin max 165.128r n ='和min min 169.121r n ='的直线，如图3-34所示由图可见，由这三根直线所围成的水轮机工作范围基本上包含了特性曲线的高效率区，所以对于440zz 型水轮机方案，所选定的参数1D =4.5m n = n=166.7min r 是理的5）.吸出高度s H 的计算由水轮机的设计工况参数，'r n 1= 03.125min r，'max 1Q =1034S L ，在图253-上可查出相应的气蚀系数σ= 34.0并在图2-26上查得气蚀系数的修正值约为σ∆=0.032，由此可求出水轮机的吸出高度为H H S )(90010σσ∆+-∇-==m m 0.456.336)032.034.0(90015010-〉-=⨯+-- 可见，440zz 型水轮机方案的吸出高度满足电站要求。
6）.安装高程∇根据《水电站》式（2-36）立轴轴流式水轮机1s w s Z H xD =∇++=150-3.56+0.3690×4.5=148.1m三）两种方案的比较分析技术性能比较①两水轮机模型的使用水头范围均满足水电站的水头变化范围。
HL240水轮机最高效率为%9.94=η；ZZ440水轮机最高效率为%7.92=η。
显然HL240水轮机效率较高。
②HL240水轮机的气蚀系数为σ=15.0, 吸出高度为s H =-281.3； ZZ440水轮机的气蚀系数为=σ34.0, 吸出高度为=S H -3.56； 比较可知HL240气蚀系数小，吸出高度大。
③安装高程∇HL240安装高程∇=154.10m；ZZ440安装高程∇=148.10m；经综合比较选择HL240型水轮机。