水斗式水轮机的水力设计
水轮机结构设计方案
水轮机结构设计方案1绪论1.1罗洲坝水电站的概况罗洲坝水电站坐落在市武隆县的江口镇，地理位置优越，交通便利。
其供电目标主要是电网，在电网担任调峰、调频和事故备用的作用，该电站利用江口水电站的水库，正常蓄水位为300米，相应的库容为5.4亿立方米；死水位为260米，相应库容为2.7亿立方米，调节库容为3.4亿立方米，为季调节型水库。
设计洪水位为300.1米，校核洪水位304.1米，相应水库总库容5.8亿立方米，装机容量10万千瓦，额定水头106米。
1.2设计的基本参数水轮机额定出力：102Mw额定转速：214.3r/min额定流量：104.3m3/s最大允许吸出高度：-5.5m最大水头：120m额定水头：106m最小水头：73m安装高程：175.70m1.3 毕业设计的具体容（一）根据给定的罗洲坝水电站水轮机基本参数进行水轮机总体结构设计：1.根据参数选择水轮机型号和转轮直径等基本参数，确定水轮机的主要特征尺寸，对水轮机主要部件进行结构设计；2.根据机组型式和电站基本条件设计主轴密封和水导轴承；3.绘制水轮机总装配图。
（二）导水机构传动系统设计1.根据机组的型式进行导水机构传动系统设计；2.绘制导水机构装配图及导叶布置图；（三）绘制控制环零件图（四）外文翻译2.水轮机选型设计2.1基本参数水轮机额定出力：102Mw额定转速：214.3r/min额定流量：104.3m3/s最大允许吸出高度：-5.5m最大水头：120m额定水头：106m最小水头：73m安装高程：175.70m2.2方案初选作为一种水力原动机，水轮机的作用是将水流的能量转化为水力机械的机械能，进而带动发电机转子进行水力发电。
水轮机分为两种：分别是冲击式水轮机和反击式水轮机，冲击式水轮机又分为切击式、斜击式和双击式；反击式水轮机则可分为混流式、斜流式、轴流式以及贯流式水轮机。
混流式水轮机能适应的水头围很宽，是目前最受欢迎也是最常用的一种水轮机。
水斗式水轮机水电站
抵达水电站前池，并由此进入压力钢管，到达水电站 并进入水斗式水轮机。
水库内的水面高程随水量的多少而定高低 ， 不受人 为的控制。
ｇｎ
图 ３ 反击式水轮机 的特性曲线
水 电站上游最高水位与最低水位之差 ， 基本上决定 了水轮机工作水头 的波动范 围。因此 ，水轮机工作单
一
个库容很大的水库，水库就是所谓 的前池 （ ２ ， 图 ）
于此类水 电站水轮机工况点 的游动范 围同样是很宽
的。 水
坝
水库的 自由表面高程—— 即所谓的上游水位，是 自然 形成的，不受控制。工作水流经过进水 闸门，进入压 力管道 ，再 由水轮机主阀门导人水轮机 。电站的尾水 面—— 即下游水面高程也是 自然形成的，不受控制。 因此 ，电站 的毛水 头 便是 上 、下游 水 面高程 差 。下游
水斗式水轮机 的毛水头定义为 ：前池水位与喷嘴 口断面中心之间的高程差 日 扣除压力钢管中的水力 。
损失 Ａ ｈ，便是水斗式水轮机的工作水头 日 （ １ ｏ 图
Ｏ
Ｏ
水头无关 。 按此定义水斗式水轮机的水头是不应该的。 至于水 电站下游水位与水轮机的工作更是毫无关系 ， 它更不是确定水轮机工作水头的依据 。
水斗式水轮机不 同于反击式水轮机 ；水斗式水轮 机水 电站 ，当然也有别于反击式水轮机水电站 。作者 仅就此阐述有关个人的观点。
水轮机进 口——喷嘴进 口——水流相对于喷嘴出 口断
面 中心标高的比能。喷嘴口断面 中心与尾水面之间的 高程差 Ｚ ， 为结构所必需 ， 这段位能不为水轮机所利 用 ，所以 ，水斗式水轮机的毛水头不能说成是前池水 位与下游水位之差 。 前 池水 位 ，是水 电站 明渠 之 尾 ，与水库 水位 不能 混 同。 某水 电站 ， 最大 水头 １０ ．ｎ、 ２９６ ｌ 设计 水 头 １７ １５ｍ、 最小水头 １７ 水电站水库坝址与电站相距 １ 。 １１ ｍ。 ４ ｍ ｋ 其间以压力钢管相连 ，最大水头与最小水头之差则是 ３ ．ｉ，水轮机担任调峰任务。 ８ ６ｎ 本设计完全套 用反击式水轮 机水 电站 的设计方 法 ，将水斗式水轮机与反击式水轮机混同。 根本问题是如何认识水斗式水轮机 ，怎样才能最 高效地利用水斗式水轮机 。水斗式水轮机水电站应 以 明渠引水至前池 ， 而保证水电站水头的基本 “ 从 恒定” 。 水库水面高程的变化 ， 对水轮机的工作水头毫无影响， 所 以 ，其 最高 水位 或 最 低水 位与 水 斗式 水 轮机 的设计
水斗式水轮机工作原理
水斗式水轮机工作原理一、水能利用水斗式水轮机的工作原理基于水能的利用。
水能是一种可再生能源，通过水的落差和流速来转化成机械能或电能。
水轮机就是利用水能的一种装置，它通过水流驱动转轮旋转，从而将水能转化为旋转的机械能。
二、导叶调节在水斗式水轮机中，导叶（也称为活动导叶或可调导叶）是一个重要的组成部分。
导叶的主要作用是调节进入水轮机的水流方向和流量，从而控制水轮机的输出功率和转速。
通过改变导叶的角度，可以改变进入转轮的水流方向和流量，从而实现水轮机的调节和控制。
三、转轮作用转轮是水斗式水轮机的核心部件，它由一系列的叶片组成。
当水流冲击转轮的叶片时，转轮受到水流的力矩作用而旋转。
水流通过转轮叶片的角度和形状，将水的动能使转轮旋转，进而将水能转化为机械能。
转轮的设计和制造对水轮机的效率和使用寿命有着重要影响。
四、水斗协同水斗式水轮机的名称来源于其特有的水斗结构。
水斗附着在转轮叶片上，当转轮旋转时，水斗将水引向转轮中心，然后沿切线方向抛出。
这种设计利用了水流的速度和动能，提高了水轮机的效率。
多个水斗协同工作，使水轮机能够充分利用水流能量，产生更大的机械功率。
五、转速控制转速控制是水斗式水轮机的重要技术之一。
通过调节导叶和流量，可以控制水轮机的转速。
在并网运行时，为了保持电网频率稳定，需要采取相应的控制策略来调整水轮机的输入功率，从而控制其转速。
此外，通过调节导叶和活动导叶的角度，可以实现对水轮机工况的快速响应和调整，以满足不同负荷需求的变化。
综上所述，水斗式水轮机的工作原理主要涉及水能的利用、导叶调节、转轮作用、水斗协同和转速控制等方面。
这些原理的运用使得水斗式水轮机能够有效地将水能转化为机械能，为电力生产和其他工业应用提供动力来源。
超大容量水斗式水轮机水力特性数值模拟分析
超大容量水斗式水轮机水力特性数值模拟分析
林云发;程永光;王斌
【期刊名称】《中国农村水利水电》
【年(卷),期】2024()2
【摘要】为满足超高水头、超大容量水电站建设需求,提出了一种额定水头1000 m,单机容量接近800 MW的三转轮立轴串联水斗式水轮机方案。
阐明了这种通过增多转轮来增大容量的设计理念和结构组成,给出了方案的理论设计参数,并应用CFD模拟预测了其水力特性、分析和优化转轮及转轮室流态。
研究表明:三转轮水斗式水轮机的额定工况效率可达87%,工作特性曲线变化平稳。
转轮室溅水干扰是影响效率的主要因素。
通过优化各层转轮相对位置和喷嘴方位,可一定程度提高效率,减小力矩振荡,保证出力稳定。
此初步尝试证明了概念的可行性,也发现溅水优化的重要性,能为后续优化研究提供参考。
【总页数】8页(P192-198)
【作者】林云发;程永光;王斌
【作者单位】武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TV734.1
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大中型水斗式水轮机的关键技术
大中型水斗式水轮机的关键技术高曾江】，冯雪萍2,刘世泽彳，宫让勤昭，高海军j王洪斌"，段伟赞"（1.甘肃电力明珠集团有限公司，兰州730070;2.国网甘肃省电力公司刘家峡水电厂,甘肃永靖731000；3.水力发电设备国家重点实验室（哈尔滨大电机研究所），哈尔滨150040;4.哈尔滨电机厂有限责任公司，哈尔滨150040）［摘要］水斗式水轮发电机组是开发高水头水力资源的理想机组，对环境影响较小，机组功率调节范围宽广，与风、光互补性强，机组在部分负荷运行的效率高且稳定性远优于其他任何水电机组。
以往因我国缺乏对大中型水斗式水轮发电机组的需求，我国企业在大中型水斗式水轮机研制方面投入不足，研制技术落后国外先进厂家。
随着我国水电资源开发向西南高水头地区扩展，大中型水斗式水轮机将迎来较大的应用空间。
本文对大中型水斗式水轮机国内外应用现状、研制参数选择、转轮水力设计、配水环管设计、抗磨蚀技术、转轮制造工艺等进行了综述，指出了大中型水斗式水轮机研制需要突破的难题并提出了相关的建议。
［关键词］水斗式水轮机；效率；飞逸转速；泥沙磨损；转轮制造［中图分类号］TK735［文献标志码］A［文章编号］1000-3983(2021)03-0063-06Key Technologies of Large and Medium-sized Pelton-TurbineGAO Zengjiang1,FENG Xueping2,LIU Shize2,GONG Rangqin3,4,GAO Haijun4,WANG Hongbin4,DUAN Weizan4(1.Gansu Electric Power Mingzhu Group Co.,Ltd.,Lanzhou730070,China;2.Liujiaxia Hydropower Station,State Grid Gansu Electric Power Company,Yongjing731000,China;3.State Key Laboratory of Hydropower Equipment(HILEM),Harbin150040,China;4.Harbin Electric Machinery Company Limited,Harbin150040,China)Abstract:Pelton-turbine generator set is the ideal unit for the development of high water head hydraulic resources,the environmental impact is small,the unit power adjustment range is broad,and the strong complementarity with wind and light,the unit in part of the load operation of high efficiency and stability is far better than any other hydropower unit.In the past,due to the lack of demand for large and mediumsized Pelton-turbine generator units in China,the investment of enterprises in the development of large and medium-sized Pelton-turbine is insufficient,and the development technology lags behind foreign advanced manufacturers.With the development of hydroelectric resource in China expanding to high-head areas in Southwest China,large and medium-sized Pelton-turbine will be used in a larger application space.The application status of large and medium-sized Pelton-turbine at home and abroad,and the key technologies of R&D of large and medium-sized Pelton-turbine such as selection of parameters, runner designing,water distribution ring pipe designing,anti-erosion technology,runner manufacturing process are summarized in this paper.The problems that need to be solved in the development of large and medium-sized Pelton-turbine are pointed out and relevant suggestions are put forward.Key words：Pelton-turbine;efficiency;runaway speed;sand erosion;manufacturing of runner0前言水斗式水轮机适用水头范围为40m到2000m,出力范围可从0.05MW到800MW甚至更高（目前我国正在论证单机容量1000MW的水斗式水轮发电机组），特别是在水头大于800m的高水头区，当其他类型水轮机无法适用时，水斗式水轮机的优势更明显：无须建筑大型水坝，下游尾水系统简单，电站的单位千瓦投资比其他类型机组低，对自然环境影响较小。
DLT 5186—2004 水力发电厂机电设计规范 条文说明
DLT 5186—2004 水力发电厂机电设计规范条文说明中华人民共和国电力行业标准PDL/T5186-2004条文讲明中国电力出版社水力发电厂机电设计规范主编部门：水电水利规划设计总院批准部门：中华人民共和国国家经济贸易委员会2004 北京目次1 范畴52 引用标准53 总则54 水力机械54.1 水轮机选择 54.2 进水阀214.3 调速系统及调剂保证244.4 主厂房起重机304.5 技术供、排水系统及消防给水32 4.6 压缩空气系统414.7 油系统464.8 水力监测系统485. 电气515.1 水电厂接入电力系统515.2 电气主接线 565.3 水轮发电机/发电电动机74 5.4 主变压器815.5 高压配电装置875.6 厂用电及厂坝区供电925.7 过电压爱护和接地装置1015.8 照明 1065.9 电缆选型与敷设1076. 操纵爱护和通信1116.1 总体要求 1116.2 全厂集中监视操纵1156.3 励磁系统 1266.4自动操纵1276.5 运算机监控系统1286.6 继电爱护 1366.7 电测量和电能计量1376.8 二次接线 1376.9 厂用直流及操纵电源1416.10 通信 1457 机电设备布置及对土建和金属结构的要求1477.1 一样要求1477.2 主厂房1507.3 副厂房1537.4 变压器场地 1547.5 高压配电装置布置1587.6 中央操纵室及其它1657.7 直流设备室1717.8 水轮机/水泵水轮机输水系统1727.9 电梯1758 辅助设施1768.1 机械修配厂 1768.2 电气实验室 177附录A 水力机械术语、符号1781 范畴无需讲明。
2 引用标准无需讲明。
3 总则无需讲明。
4 水力机械4.1 水轮机选择4.1.1 水轮机型式及适用水头范畴见表1。
表1 水轮机型式及适用水头范畴混流式30～700 冲击式射流式水斗式300～1700当水电厂的水头段有两种以上机型可供选择时，应从技术特性（D1、nr、t、Hs）、经济指标（机组设备及起重设备造价、厂房土建工程量及其估价、多年平均发电量）、运行可靠性（包括水轮机运行的水力稳固性、设备使用的成熟可靠程度），以及设计制造体会、制造难度等方面，经技术经济比较后选定。
水斗式水轮机的水力设计
2. 水斗式水轮机的水力设计本章对冲击式水轮机水斗内的流动进行了经典的分析，在实验室的测量结果的例子中也提到了，包括现代CFD分析中对水斗内流动的可能出现的不确定性的讨论。
2.1. 水斗式水轮机水斗内流动的图形化分析当下冲击式水轮机水斗的水力设计是基于非平稳自由面的CFD分析。
此方法在不断改进中，但它仍然需要一段很长的路要走来得到正确的解决方案，而且模型试验仍是目前制造高效率的水斗的唯一的办法。
值得感兴趣的是了解到94年前冲击式水轮机式水斗的非平稳流的流动分析是在图形分析方法的基础上进行的，并由挪威科技大学研发成功的。
这是H.Christie在硕士期间开发的方法，他后来任上述的水轮机制造公司KVAERNER首席官。
这个分析的原理是基于一个表面微粒的加速度表面必须垂直于水斗内的水面，然后，此方法的使用者_必须首先绘制水斗内假定的移动表面符合假设的粒子路径，一步一步地及时使用小的增量得射流越过水斗，直至射流所切取的部分冲出水斗。
图7. 取自图形化分析的动态水面在某个时间点“冻结”，还显示出了水面上的粒子径。
此分析的目的是找到水斗的一个最优的水力形状如出口角度和水的射流进口部分，以免产生分流水和击中相邻水斗背面侧的水。
关于冲击式水轮机水斗的CFD流动分析工作在[2]中有提到，但在本文中不会介绍。
2.2 . 冲击式水轮机模型试验测量结果目前CFD分析得到广泛使用，但对受尖端引起的中心尾流和气流损失引起的打开面影响的喷嘴内的速度分布的分析是不正确的[3]。
如图8所示，由挪威科技大学的微型毕托管测量喷嘴内的速度分布。
因为射流的速度分布的改变取决于喷嘴的距离，没有正确的射流速度分布的CFD分析也将是不正确的。
图8上面的入口点到水斗的射流速度分布的测量值（左），首次触摸到射流的9/100秒后，模型水轮机水斗内的水流频闪照片（右）(Hn=100m)出于对CFD分析的控制和改进，水斗的表面压力也已被测量，测量结果表示于图9。
水轮机水力设计10计算机辅助设计及CFD
T gQH
T —转轮扭矩（N m）
Q—流量（m3 s )
H —水头（m）
H = Pt，inflow - Pt，outflow
g
水力损失分析
水力损失：
h
=
Pt，inflow
- Pt，outflow g
固定导叶改进
转轮优化
改进叶轮
输出改进设计CAD
输出至ICEM CFD进行网格划分
新转轮的CFD计算
opt21
gv30 gv30
gv30
gv45 gv45 gv45
gv52 gv52 gv52
Pt(inflow)
61999.
61999. 66999.
6199 66999. 73999.
水力机械传统水力设计法一般流程
1. 根据设 计要求进 行初步设 计
2. 以一元 和二元理 论为主进 行水力设 计
不满足设计要求
3. 以经验 公式进行 水力设计 的修改
4. 进行 水力性 能预估
是否满 足设计 要求
6. 水力 设计完 成 是
不满足设计要求
模型试验
是否满 足设计 要求 是 结束水力设计
基于CFD水轮机水力设计一般过程
Thickness View
Auxiliary View
Blade to Blade View
截面（流面）
Meridional View
Angle View
Auxiliary View Thickness View
如何从木模图 bladegen文件
iges
1. Hub 2. Shroud 3. Blade
水斗式水轮机组成
水斗式水轮机组成嘿，朋友们！今天咱来聊聊水斗式水轮机组呀！这玩意儿可神奇啦，就好比是一个不知疲倦的大力士，一直在那默默地工作着。
水斗式水轮机组啊，主要是由转轮、喷嘴、主轴等等这些部分组成的。
你想想看，那转轮就像是个超级大的轮子，一直在那转呀转的，多有意思。
而喷嘴呢，就像是个会喷水的小能手，不停地把水喷向转轮，给它提供动力。
咱再说说这转轮啊，它上面有好多的水斗呢，就像是一个个小杯子。
当水从喷嘴喷出来，冲击到这些水斗上的时候，哇塞，那力量可大了去了，就能带动转轮飞快地转动起来。
这转轮一转起来，那可就不得了啦，就开始发电啦，或者带动其他的设备工作啦。
还有那主轴啊，它可是连接着转轮和其他设备的重要桥梁呢。
它就像是一条坚固的纽带，把所有的部分都紧紧地联系在一起。
没有它，那可不行呀！水斗式水轮机组在很多地方都能派上大用场呢！比如说在水电站里，它就是个大功臣。
它能把水的能量转化为电能，给我们带来光明和温暖。
你说神奇不神奇？这就好比是把水变成了金子呀！而且哦，水斗式水轮机组还特别耐用呢。
只要好好地维护它，它就能一直工作下去，为我们服务好多年。
这就像是一个忠诚的朋友，一直陪伴在我们身边。
咱再想想，如果没有水斗式水轮机组，那我们的生活会变成啥样呢？没有电，晚上只能点蜡烛；没有机器运转，很多工作都没法做。
哎呀呀，那可真是不敢想象啊！所以说，水斗式水轮机组可真是太重要啦！它就像是一个默默奉献的英雄，虽然不被大家经常提起，但却一直在那里努力工作着。
我们真应该好好感谢它，好好爱护它呀！总之呢，水斗式水轮机组就是这么神奇，这么重要。
它为我们的生活带来了很多便利和好处。
让我们一起珍惜它，爱护它吧！。
水斗式水轮机
工作原理
（1）抛开斜击式水轮机或冲击式水轮机整个族系，而将研究对象仅仅锁定于水斗式水轮机。如此探求冲击式 水轮机或水斗式水轮机的基本规律是不会成功的 。
水斗式水轮机与斜击式水轮机，并无本质的差异。它们的工作原理皆为动量定理;它们的供水机构都是喷嘴， 喷嘴制造射流，后者在大气中对转轮水斗作功。转轮之间的形状差异从外表看来确实很大，尤其是转轮水斗完全 不同。深入研究便会发现，水斗的不同源于射流入射角的不同、来自转轮直径比的差异，只是水斗式水轮机的射 流入射角为0而已。
前苏联也是如此。虽有许多长篇巨著。但论述反击式水轮机的内容居多，而论述冲击式水轮机的章节却很少。
1965年，出版了《水斗式水轮机》，就作者所知，这是冲击式水轮机唯一的专著。国内虽有相关论述，但对 一些核心问题的研究则不多见。
产品组成
其主要结构包括输水管、喷流机构、转轮、折向器和机壳等切击式水轮机工作射流中心线与转轮节圆相切， 故名切击式水轮机。其转轮叶片均由一系列呈双碗状水斗组成，故又称水斗式水轮机。切击式水轮机是冲击式水 轮机中应用最广泛的一种机型。其应用水头一般为300-2000m，最高应用水头已达到1771.3m（澳大利亚的列塞克 -克罗依采克水力蓄能电站，水轮机出力P=22.8MW）。
与河床式水电站相比，水斗式水轮机水电站的运行水头变化很微小。其使用水头超过千米，已不罕见，既便 前池水位有少许波动，相对于水轮机工作水头的变化量也是很微小的。因此，水斗式水轮发电机组的运行是非常 稳定的。
反击式水轮机最高模型效率甚至超过95 %，但这仅仅是个别工况点而已。
能量平衡
水斗式水轮机是由喷嘴和转轮构成，它们的工作是独立的，它们对水轮机效率的影响也是独立的。喷嘴按出 力提供流量，转轮则将其转化为机械能。设计水斗式水轮机就是分别设计喷嘴及转轮，然后将其组合成设计需要 的水斗式水轮机 。
水轮机知识水轮机的主要类型及适用水头
水轮机的主要类型及适用水头水轮机是将水能转换成旋转机械能的一种水力原动机。
根据转轮转换水流能量方式的不同，水轮机分成两大类：反击式水轮机和冲击式水轮机。
反击式水轮机包括混流式、轴流式、斜流式和贯流式水轮机；冲击式水轮机分为水斗式、斜击式和双击式水轮机。
一、反击式水轮机反击式水轮机转轮区内的水流在通过转轮叶片流道时，始终是连续充满整个转轮的有压流动，并在转轮空间曲面型叶片的约束下，连续不断地改变流速的大小和方向，从而对转轮叶片产生一个反作用力，驱动转轮旋转。
当水流通过水轮机后，其动能和势能大部分被转换成转轮的旋转机械能。
1.混流式水轮机如图1-4所示，水流从四周沿径向进入转轮，然后近似以轴向流出转轮。
混流式水轮机应用水头范围较广，约为20～700m，结构简单，运行稳定且效率高，是应用最广泛的一种水轮机。
图1-4 混流式水轮机1—主轴；2—叶片；3—导叶2．轴流式水轮机如图1-5所示，水流在导叶与转轮之间由径向流动转变为轴向流动，而在转轮区内水流保持轴向流动，轴流式水轮机的应用水头约为3～80m。
轴流式水轮机在中低水头、大流量水电站中得到了广泛应用。
根据其转轮叶片在运行中能否转动，又可分为轴流定桨式和轴流转桨式水轮机两种。
轴流定桨式水轮机的转轮叶片是固定不动的，因而结构简单、造价较低，但它在偏离设计工况运行时效率会急剧下降，因此，这种水轮机一般用于水头较低、出力较小以及水头变化幅度较小的水电站。
轴流转桨式水轮机的转轮叶片可以根据运行工况的改变而转动，从而扩大了高效率区的范围，提高了运行的稳定性。
但是，这种水轮机需要有一个操作叶片转动的机构，因而结构较复杂，造价较高，一般用于水头、出力均有较大变化幅度的大中型水电站。
图1-5 轴流式水轮机1—导叶；2—叶片；3—轮毂3．斜流式水轮机如图1-6所示，水流在转轮区内沿着与主轴成某一角度的方向流动。
斜流式水轮机的转轮叶片大多做成可转动的形式。
因此，斜流式水轮机具有较宽的高效率区，适用水头在轴流式与混流式水轮机之间，约为40～200m。
水轮机课程设计(完整版)
课程设计说明书设计题目：水轮机选型学生姓名：学号：班级：完成日期：指导教师（签字）：44一、课程设计的目的和任务1、目的：通过水轮机的课程设计，将各种水轮机的性能参数整理并绘制成不同形式的曲线，它是与水轮机课程教学相辅助的一个理论学习的环节，也是课程教学中一个必不可少的环节。
通过水轮机课本章节的相关理论知识的学习后，再通过课程设计的环节以达到巩固和加强理论知识的目的，进一步培养学生独立思考、严谨工作的能力；此外，通过课程设计更进一步掌握造型、设计、参数等程序内容，提高了学生查阅资料和动手实践的能力。
2、课程设计的任务：通过所给的原始资料，根据要求明确水轮机的基本工作参数（包括水头H、流量Q、转速n、效率 、出力P、吸出高度H S、转轮直径D、水轮机型号、机组台数、装置方式等），整理并绘制成不同形式的曲线，即获得水轮机的特性曲线图。
二、电站基本参数（1）电站总装机容量： 900 MW（2）电站装机台数： 6台（3）电机容量： 150 MW（4）下游尾水位：▽80m（5）水轮机工作水头：最大工作水头(Hmax)： 81.5m最小工作水头(Hmin)： 45.5m设计工作水头(Hd)： 63.5m加全平均工作水头(Hw)： 57.8m(6) 机组运行特点：调峰（7）电站水质良好三、水轮机的简介水轮机是一种将河流中蕴藏的水能转换成旋转机械能的原动机，当水流流过水轮机时，通过主轴带动发电机，将旋转机械能转换成电能。
与发电机连接成的整体称为水轮发电机组，它是水电站的主要设备部分。
水电站是借助水工建筑物和机电设备将水能转换成为电能的企业，在未来，水能资源的开发和利用将成为资源开发利用的主导能源，所以，水轮机的设计开发对我国水能资源的开发起到很大的推进作用。
水轮机大致分为两大类：反击式水轮机和冲击式水轮机；反击式水轮机：转轮利用水流的压力能和动能做工的水轮机称为反击式水轮机。
其特征是：压力水流充满水轮机的整个流道，水流流经转轮叶片时，受叶片的作用面改变压力、流速的大小和方向，同时水流在转轮叶片正反面产生压力差，对转轮产生反作用力，形成旋转力矩使转轮旋转。
水力机组原理及设计水轮机篇
轴伸式贯流机组
竖井贯流式水轮机
(二)、冲击式水轮机(Inpulse water tubine)
定义：利用水流的动能来做功的水轮机 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。在同一时刻内， 水流只冲击着转轮的一部分，而不是全部。不适宜调峰运
HM=EU-ED=ZU-ZD
2. 反击式水轮机的工作水头 毛水头 - 水头损失=净水头
HG=EA- EB=HM - hI-A
3. 冲击式水轮机的水头
HG=ZU- ZZ - hI-A
其中ZU和ZZ分别为上游和水轮机喷嘴处的水头。
4.特征水头(characteristic head) 表示水轮机的运行范围和运行工况。 最大工作水头： Hmax=Z正-Z下min-hI-A 最小工作水头： Hmin=Z死-Z下max-hI-A 设计水头(计算水头) Hr ：
行。
适用：水头高，流量小，多用于400m以上，最高接近 2000m。
水流特点：水流从喷嘴射出，沿转轮圆周切线方向冲击 在斗叶上；转轮区水流压力为大气压。 结构特点：由喷嘴和转轮组成，叶片为水斗式。 优点：安装高度不受空化条件限制；应用水头可很高。 适用范围：适用H 变化不大，负荷变化大的电站。
水力机组原理及设计 （水轮机篇）
水力机械
水轮机+发电机： 功能： 水 泵+电动机： 功能： 水 泵+水轮机： 功能： 水轮发电机组 发电 水泵抽水机组 输水 抽水蓄能机组。 抽水蓄能
水轮机是将水 能转变为旋转机
水 轮 发 电 机 组
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。
水轮机知识水轮机的主要类型及适用水头
水轮机的主要类型及适用水头水轮机是将水能转换成旋转机械能的一种水力原动机。
根据转轮转换水流能量方式的不同，水轮机分成两大类：反击式水轮机和冲击式水轮机。
反击式水轮机包括混流式、轴流式、斜流式和贯流式水轮机；冲击式水轮机分为水斗式、斜击式和双击式水轮机。
一、反击式水轮机反击式水轮机转轮区内的水流在通过转轮叶片流道时，始终是连续充满整个转轮的有压流动，并在转轮空间曲面型叶片的约束下，连续不断地改变流速的大小和方向，从而对转轮叶片产生一个反作用力，驱动转轮旋转。
当水流通过水轮机后，其动能和势能大部分被转换成转轮的旋转机械能。
1.混流式水轮机如图1-4所示，水流从四周沿径向进入转轮，然后近似以轴向流出转轮。
混流式水轮机应用水头范围较广，约为20～700m，结构简单，运行稳定且效率高，是应用最广泛的一种水轮机。
图1-4 混流式水轮机1—主轴；2—叶片；3—导叶2．轴流式水轮机如图1-5所示，水流在导叶与转轮之间由径向流动转变为轴向流动，而在转轮区内水流保持轴向流动，轴流式水轮机的应用水头约为3～80m。
轴流式水轮机在中低水头、大流量水电站中得到了广泛应用。
根据其转轮叶片在运行中能否转动，又可分为轴流定桨式和轴流转桨式水轮机两种。
轴流定桨式水轮机的转轮叶片是固定不动的，因而结构简单、造价较低，但它在偏离设计工况运行时效率会急剧下降，因此，这种水轮机一般用于水头较低、出力较小以及水头变化幅度较小的水电站。
轴流转桨式水轮机的转轮叶片可以根据运行工况的改变而转动，从而扩大了高效率区的范围，提高了运行的稳定性。
但是，这种水轮机需要有一个操作叶片转动的机构，因而结构较复杂，造价较高，一般用于水头、出力均有较大变化幅度的大中型水电站。
图1-5 轴流式水轮机1—导叶；2—叶片；3—轮毂3．斜流式水轮机如图1-6所示，水流在转轮区内沿着与主轴成某一角度的方向流动。
斜流式水轮机的转轮叶片大多做成可转动的形式。
因此，斜流式水轮机具有较宽的高效率区，适用水头在轴流式与混流式水轮机之间，约为40～200m。
水斗冲击式水轮发电机组工作原理
水斗冲击式水轮发电机组工作原理水斗冲击式水轮发电机组，听上去是不是有点高大上？其实它就是利用水流的力量来发电的一种设备，简直就像是把大自然的能量变成电的魔法！你想象一下，河水哗哗流动，那水流就像是一位勤劳的工人，辛苦地推着水轮转动。
这个水轮啊，仿佛是一个旋转的舞者，随着水流的节奏，转得飞快。
当水流冲击到水斗的时候，水斗就像是一个热情的拥抱，把水流的能量紧紧包住。
这种冲击就像是跳水运动员落水的瞬间，水花四溅，力量十足。
水斗的形状设计得非常巧妙，它能把水流的动能转化为机械能，直接推动水轮转动，嘿，这可不是一般的力量啊！水轮在转动的时候，带动了连接在一起的发电机，电就这样乖乖地被生产出来。
你知道吗？这发电的过程其实是很有趣的，就像是把一块美味的蛋糕分给大家吃。
水流的力量越大，蛋糕就越大，电量也就越多。
这个过程又干净又环保，没有任何的污染，真是好得不得了！我们都知道，电是现代生活中必不可少的东西，没电就像没了灵魂，怎么能让人过上好日子呢？说到水斗冲击式水轮发电机组，大家肯定会想起大山大水的地方，那里的河流奔腾而下，仿佛一条巨龙在飞舞。
正因为有了这些天然的水源，才有了这么多聪明的发明。
我们可以把这种发电机放在适合的地方，像是山谷、河边，轻轻松松地就能利用自然的力量发电，简直就是个环保小达人。
在使用过程中，水斗冲击式水轮发电机组的维护也很简单。
定期检查水轮，清理杂物，就像给自己的爱车做个小保养一样。
只要保持良好的状态，它就能持续不断地为我们提供电力。
想象一下，一边享受自然的美景，一边轻松地发电，真是惬意无比！水流的速度会有变化，这时候水斗的设计就显得尤为重要了。
它能根据水流的变化自动调整工作状态，保证发电效率始终如一。
就像是一个能屈能伸的高手，随时应对各种挑战。
水流慢的时候，它不会停下来，而是巧妙地调整，让我们永远享受到源源不断的电。
水斗冲击式水轮发电机组的构造也不复杂，技术上已经相当成熟。
对于那些想要尝试自己发电的朋友来说，这种设备就像是一扇开启新世界的大门。
水力发电站中水轮机的设计原理与优化
水力发电站中水轮机的设计原理与优化随着社会和科技的不断发展，能源问题逐渐成为全球研究的热点之一。
水力发电是一种清洁、可再生、便宜、稳定的能源，被越来越多的国家和地区选择作为主要的能源供应方案。
在水力发电站中，水轮机作为核心设备之一起到了至关重要的作用。
在设计水轮机过程中，需要充分考虑水的特性和水轮机的特点，以保证水能充分转化为机械能并且尽可能地提高水轮机的效率，以最大化发电量。
一、水力发电站中水轮机的设计原理水轮机是将水动能转换为机械能的机器，广泛应用于水电站、水利工程、工业、采矿等领域。
其设计原理是将水的动能转化为机械能，通过水轮机的转动带动发电机转动并产生电能。
水轮机的设计主要包括叶轮、导叶、进口管、出口管、轴承等部分组成，其基本工作原理是通过水的流动将转子转动，达到发电的目的。
在水力发电站中，水轮机的设计需要考虑多方面因素，如流量、水头、水的流速、水的特性等。
需要充分利用水的动能，降低水的损失，减少能量的流失，达到最大化发电效率的目的。
同时，还需要根据水轮机的特性进行优化设计，使其性能更加卓越。
接下来，我们将从叶轮类型、水轮机结构和叶轮径向力三个方面进行探讨。
1.叶轮类型叶轮是水轮机的核心部件，直接影响到水轮机的性能和效率。
根据叶轮的不同形式和结构，可分为斜流式叶轮和直流式叶轮两种类型。
斜流式叶轮主要适用于低水头情况，具有流量大、导流水能力好等优点。
而直流式叶轮则适用于高水头情况，具有转速高、效率大等特点。
在选择叶轮类型时，需要根据具体的场地条件和水的特性来进行选择。
2.水轮机结构水轮机结构也是影响水轮机效率的重要因素之一。
水轮机结构的设计需要充分考虑叶轮和导叶的匹配性，确保导叶与叶轮的配合程度良好，以保证水能充分利用。
同时，进口管和出口管的设计也需要相应地进行匹配和设计，以减少能量的流失和损失。
3.叶轮径向力叶轮径向力是指叶轮所受到的径向弹性力和惯性力的合力，是影响水轮机性能的主要因素之一。
水斗式水轮机基础理论与设计
《水斗式水轮机基础理论与设计》（周文桐，周晓泉主编）的一些结论摘抄1,双击式水轮机已经退出历史舞台，水斗式水轮机就是射流入射角为0的斜击式水轮机，且是所有斜击式水轮机中效率最高者。
2,水斗运动速度U=3.14×D×n/60,喷嘴效率φ2=0.97，射流线速度V12==φ2×2gh,速度比ψ=U/V1,理想ψ=0.5,实际最佳为0.48。
3，水斗式水轮机必须保证在其最优单位转速下运行，所有，n1’=40r/min,速度比ψ=0.48，故Dn=40H1/2,转轮直径与出力和流量无关。
4，水斗式水轮机的直径比m过小，水斗数少，水斗根部强度差，容易裂纹或断斗，效率偏低；m过大，转轮薄，水斗多，水斗尺寸小，制造麻烦。
5,水斗式水轮机没有汽蚀，只有剥蚀，为了避免水斗裂纹和断斗，必须限制水斗式水轮机的直径比m，它不能过小。
6,射流直径d0=0.029751×N/H3/2×η7，水斗式水轮机与相似理论没有关系，原因为（好多啊，有扫描仪就好了）：相似理论的根本条件是几何相似，运动相似和动力相似。
动力相似有三个相似准则，压力相似，重力相似和黏性力相似。
冲击式水轮机的射流运动为恒压流动，故与压力无关；由于射流的高速度，水在水斗做功的过程非常短，重力和黏性力的因数可以忽略不计；因此，在冲击式水轮机中仅剩下几何相似和运行相似了。
（1）冲击式水轮机的工作介质为大气中的射流，并无固定的边界可言，要保证几何相似，水汽分界面也应该相似，这就使得几何相似的条件非常苛刻，因此可能性非常小，而整机的相似就更加渺茫。
（2）运动的相似就是进出口速度三角形的相似，而这已经在水斗设计的时候得到定义，因此运动的相似也是几何相似的一种延伸。
（3）冲击式水轮机的射流是在大气中运行并工作的，其所有能量均表现为动能，射流与水斗的能量交换过程就是碰撞，其原理就是动量定理，就是牛顿第二定律。
（4）射流对水斗的做功状态时刻在变，根本无稳定可言。
水电站水轮机的流动力学与优化设计
水电站水轮机的流动力学与优化设计引言：水电站是一种利用水能转换为机械能，再由机械能转换为电能的发电设备。
其中，水轮机作为水电站的核心部件，直接决定了水电站的发电效率和运行稳定性。
因此，对水轮机的流动力学和优化设计研究具有重要的工程实践意义。
本文将深入探讨水电站水轮机的流动力学特性以及优化设计的关键技术。
1. 水轮机流动力学分析1.1 流场分析水轮机是通过水的冲击力将水能转化为机械能的装置。
在水轮机内部，水流经过流道和叶片的作用，形成复杂的流场分布。
流场的分析可通过数值模拟和实验测量两种途径进行。
数值模拟方法包括有限元分析和计算流体力学方法，可以预测水轮机内的流速、压力和涡旋等参数。
而实验测量方法则采用流水槽实验台和功率试验台等设备，通过直接测量和仪器记录的方式获取各种流场参数。
这些分析手段为水轮机的流动力学特性提供了依据。
1.2 功率特性分析水轮机的功率特性是指在给定的水头、流量条件下，水轮机输出的功率与转速之间的关系。
功率特性分析是评价水轮机性能的重要指标，也是进行优化设计的基础。
通过实验测试和理论分析，可以得到水轮机的功率特性曲线，并从中获取关键参数，如最大功率点和额定工况点等。
这些参数为水轮机的运行控制和优化设计提供了依据。
2. 水轮机优化设计2.1 叶片设计在水轮机中，叶片是转化水能的关键部件。
叶片的设计直接影响到水轮机的效率和输出功率。
优化设计的目标是通过改变叶片的形状和布置方式，使得水轮机在不同运行工况下都能保持较高的效率。
为了实现这一目标，需考虑诸多因素，如水轮机的叶片数目、叶片的弯曲角度、叶片的长度和叶片材料等。
通过数值模拟和实验测试的手段，可以优化设计出性能更佳的水轮机叶片结构。
2.2 流道设计流道是水轮机内部导水和转动水流的通道，对水的转动和能量转换起重要作用。
优化流道设计可实现更好的涡旋控制、水流分布和能量传递效率。
流道的设计涉及到流道的形状、尺寸和流道表面的摩擦阻力等方面。
一种新型斗式水轮
一种新型斗式水轮技术领域[0001] 本实用新型涉及水轮技术领域，具体为一种新型斗式水轮。
背景技术[0002] 水斗式水轮机是一种工作射流中心线与转轮节圆相切、转轮叶片均由一系列呈双碗状水斗组成的水力原动机，按主轴的布置方式分为卧轴和立轴两种，大型水斗式水轮机应用水头约300—1700米，小型的也可达到40—250米；世界上水头高于1000米的电站均采用水斗式水轮机，单机功率可以达到400MW以上，水斗式水轮机是按动量定理工作的水力原动机，它完全不同于反击式水轮机。
[0003] 但是目前在对水轮的叶片进行更换时较为不便，导致了在某一个叶片损坏时水轮会出现无法工作的情况，并且水轮与水接触产生的反冲击力会导致水流冲击产生的动能减少。
实用新型内容[0004] 本实用新型提供一种新型斗式水轮，可以有效解决上述背景技术中提出目前在对水轮的叶片进行更换时较为不便，导致了在某一个叶片损坏时水轮会出现无法工作的情况，并且水轮与水接触产生的反冲击力会导致水流冲击产生的动能减少的问题。
[0005] 为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种新型斗式水轮，包括固定轴，所述固定轴一侧安装有传动组件，所述传动组件包括固定支撑盘；[0006] 所述固定轴侧端对称焊接有固定支撑盘，所述固定支撑盘两端对称等距焊接有若干个匚型固定板，两个所述匚型固定板内侧嵌入安装有冲击板，所述冲击板、匚型固定板和固定支撑盘一端对称开设有连接螺纹孔，所述连接螺纹孔内侧嵌入安装有连接螺杆，所述连接螺杆侧端安装有连接螺母，所述冲击板一端等距开设有若干个进出孔，所述进出孔内侧焊接有扭力弹簧，所述扭力弹簧一端焊接连接有转动阻挡板。
[0007] 优选的，所述冲击板的纵截面为L型，所述冲击板的横截面为匚型。
[0008] 优选的，所述冲击板顶端与固定支撑盘侧端贴合，所述转动阻挡板转动安装于进出孔内侧。
[0009] 优选的，所述固定轴一侧安装有支撑组件，所述支撑组件包括卡接槽；[0010] 所述固定轴侧端对称开设有卡接槽，所述卡接槽内侧嵌入安装有卡接柱，所述卡接柱底端焊接有固定漂浮箱，所述固定漂浮箱顶端铰接有延展漂浮箱，所述固定漂浮箱两端对称焊接有匚型卡接板，所述延展漂浮箱两端靠近匚型卡接板位置处焊接有T型连接板，所述固定轴侧端中部焊接有定位板，所述定位板侧端等距开设有若干个定位孔。
水斗式水轮机配水环管水力性能数值模拟
水斗式水轮机配水环管水力性能数值模拟
陈金凤
【期刊名称】《黑龙江水利科技》
【年(卷),期】2022(50)8
【摘要】应用流体动力学软件FLUENT构建起新疆G水电站水斗式水轮机配水环管水力特性模型,并根据环管流量拟定不同工况,进行了不同工况下该水电站立轴冲击水斗式水轮机配水环管1-6#出口水力损失结果的模拟与分析。
结果表明,从水轮机配水环管进口开始至各出口间的水力损失呈增大趋势,并且这种水力损失量随流量的增大而增加;在综合比较各种工况下不同出口组合开启方式下的水力损失,最终得出较优的配置方案,即单独开启其情况下,1#出口单独开水力损失最小;两两组合工况下,1#和4#出口组合开启水力损失最小;四四组合工况下,1#、2#、4#和5#出口组合开启水力损失最小。
【总页数】3页(P221-223)
【作者】陈金凤
【作者单位】广西水利电业集团新疆克州水利发电有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TV734.1
【相关文献】
1.冲击式水轮机配水环管和厂房结构静动力承载性能研究
2.水平轴潮流水轮机水力性能的数值模拟研究
3.大型水斗式水轮机配水环管水力性能数值模拟
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击式水轮机配水环管的强度计算与水压试验5.轴流定桨式水轮机特型转轮水力设计及数值模拟
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2. 水斗式水轮机的水力设计
本章对冲击式水轮机水斗内的流动进行了经典的分析，在实验室的测量结果的例子中也提到了，包括现代CFD分析中对水斗内流动的可能出现的不确定性的讨论。
2.1. 水斗式水轮机水斗内流动的图形化分析
当下冲击式水轮机水斗的水力设计是基于非平稳自由面的CFD分析。
此方法在不断改进中，但它仍然需要一段很长的路要走来得到正确的解决方案，而且模型试验仍是目前制造高效率的水斗的唯一的办法。
值得感兴趣的是了解到94年前冲击式水轮机式水斗的非平稳流的流动分析是在图形分析方法的基础上进行的，并由挪威科技大学研发成功的。
这是H.Christie在硕士期间开发的方法，他后来任上述的水轮机制造公司KVAERNER首席官。
这个分析的原理是基于一个表面微粒的加速度表面必须垂直于水斗内的水面，然后，此方法的使用者_必须首先绘制水斗内假定的移动表面符合假设的粒子路径，一步一步地及时使用小的增量得射流越过水斗，直至射流所切取的部分冲出水斗。
图7. 取自图形化分析的动态水面在某个时间点“冻结”，还显示出了水面上的粒子径。
此分析的目的是找到水斗的一个最优的水力形状如出口角度和水的射流进口部分，以免产生分流水和击中相邻水斗背面侧的水。
关于冲击式水轮机水斗的CFD流动分析工作在[2]中有提到，但在本文中不会介绍。
2.2 . 冲击式水轮机模型试验测量结果
目前CFD分析得到广泛使用，但对受尖端引起的中心尾流和气流损失引起的打开面影响的喷嘴内的速度分布的分析是不正确的[3]。
如图8所示，由挪威科技大学的微型毕托管测量喷嘴内的速度分布。
因为射流的速度分布的改变取决于喷嘴的距离，没有正确的射流速度分布的CFD分析也将是不正确的。
图8上面的入口点到水斗的射流速度分布的测量值（左），首次触摸到射流的9/100秒后，模型水轮机水斗内的水流频闪照片（右）(Hn=100m)
出于对CFD分析的控制和改进，水斗的表面压力也已被测量，测量结果表示于图9。
/参考.3 /
例如2000年，挪威科技大学做的关于冲击式水轮机水斗中的测量压力的实验，是由当时还是硕士的Anna Luise Martinsen完成的，如图9所示。
为了避免流动扰动，要通过压力传感器在水斗的表面平齐位置进行仔细定位。
应该指出的是第一压力从进入的射流上的点2和接下来预期的点4处上升。
此外有趣的是，点（4），（3），（1）和射流核心附近的点（6）处产生最高压力，与此同时，射流侧的点（5）和（2）处产生了较低的压力。
图9.运行在100 m净水头处测得的模型水轮机的冲击式水斗的表面压力
从实验测试和呈现的图形化分析建立了水斗形状并在实验室进行调整，40年前即实现效率接近92％。
目前仍然需要对模型水轮机进行调整，以期实现模型水轮机的效率高于92.5％，
原型机高于92％以上。
原因是与模型机相比，原型机效率有所降低。
作者认为该模型水轮机是在比原型机低的水头进行实验，由表面破坏和泡沫形成的射流损失在原型机中有所增加。
由于规模效应，对于水斗式水轮机来说，很难建立由模型机到原型机效率的规范。
因为旧规范不正确，国际电工委员会仍在进行工作，制定以降低由模型机到原型机效率的规模的新规范。
3.结论
对于混流式转轮特别是高比转速转轮来说，设计压力平衡式叶片是非常重要的。
而对于低比转速转轮来说，对由叶片通过导叶的压力波的进一步研究是很重要的，这是为了减少压力脉动，避免噪音和叶片开裂。
对于冲击式转轮来说，重要的是要完善建立在正确的射流模型速度分布基础上的CFD 分析。
研究的基础是实验室里对速度和压力分布进一步的工作研究。
参考文献
[1] Brekke He 2006 Safety and Life Time of Hydraulic Turbines 23th IAHR Sympo.Yokohama,
Japan, 2006)
[2]Hana M 1999 Numerical analysis of non-stationary free surface flow in a Pelton bucket PhD
dissertation (NTNU TRONDHEIM, Norway) (Ref. ITEV-rapport) p02
[3]Berntsen G S 2003 Numerical analysis of the two-phase Pelton jet flow using a single-phase
model and analytical discussion of the Pelton jet surface break up phenomenon PhD
dissertation (NTNU TRONDHEIM, Norway) (Ref. ENERGI-OG PROSSESTEKNIKK
Dr.ing.- avhandling) p2。