水轮机选型
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。
(一)水电站水轮机选型设计方法及案例
水电站水轮机选型设计总体思路和基本方法水轮机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的选择是否合理，对于水电站的动能经济指标及运行稳定性、可靠性都有重要的影响。
水轮机选型过程中，一般是根据水电站的开发方式、动能参数、水工建筑物的布置等，并考虑国内外已经生产的水轮机的参数及制造厂的生产水平，拟选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。
一 已知参数1 电站规模：总装机容量：32.6MW 。
2 电站海拔：水轮机安装高程：▽=850m3 水轮机工作水头：max H =8.18m ，min H =8.3m ，r H =14.5m 。
二 机组台数的选择对于一个确定了总装机容量的水电站，机组台数的多少将直接影响到电厂的动能经济指标与运行的灵活性、可靠性，还将影响到电厂建设的投资等。
因此，确定机组台数时，必须考虑以下有关因素，经过充分的技术经济论证。
1机组台数对工程建设费用的影响。
2机组台数对电站运行效率的影响。
3机组台数对电厂运行维护的影响。
4机组台数对设备制造、运输及安装的影响。
5机组台数对电力系统的影响。
6机组台数对电厂主接线的影响。
综合以上几种因素，兼顾电站运行的可靠性和设备运输安装的因素，本电站选定机组为：4×8.15MW 。
三 水轮机型号选择 1 水轮机比转速s n 的选择水轮机的比转速s n 包括了水轮机的转速、出力与水头三个基本工作参数，它综合地反映了水轮机的特征，正确的选择水轮机的比转速，可以保证所选择的水轮机在实际运行中有良好的能量指标与空化性能。
各类水轮机的比转速不仅与水轮机的型式与结构有关，也与设计、制造的水平以及通流部件的材质等因素有关。
目前，世界各国根据各自的实际水平，划定了各类水轮机的比转速的界限与范围，并根据已生产的水轮机转轮的参数，用数理统计法得出了关于水轮机比转速的统计曲线或经验公式。
当已知水电站的水头时，可以用这些曲线或公式选择水轮机的比转速。
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
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。
3.结构设计合理，便于安装与操作、检修与维护。
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）。
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。
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
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
水轮机选型手册说明
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。
四、机组台数及单机容量的选择
已知总装机容量(=Z0×N单)，N单不同，D1、n 、Hs、η
均不同。 1、机组台数与机电设备制造的关系
N总一定，Z0多→N单↓→尺寸（D1）小→制造运输容 易→造价高(单位千瓦耗材多、制造量大)。 所以一般选用较大的N单。 2、机组台数与电站投资的关系 Z0多→单位千瓦投资↑→阀门、调速、管道、辐设、 电气等增加→厂房尺寸增加。 N单↓→D1↓→尾水管高度低→开挖少→投资少
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。
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。
3. 结构设计合理，便于安装与操作、检修与维护。 4. 选择生产实力强、制造技术水平高、合作信誉好
各参数之间的统计关系，再根据本电站的参数选择。
六、反击式水轮机主要参数的确定
确定了水轮机的型号后，再计算水轮机的主 要参数： 转轮直径D1，转速n、吸出高Hs。
D1、n应该满足：在Hr下，发出Nr；在Hav时， η最高。
ZZ440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
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。
水轮机选型设计
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 (13)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。
水轮机的选型设计资料
水轮机的选型设计资料水轮机的选型设计水轮机的选型设计水轮机选型时水电站设计的一项重要任务。
水轮机的型式与参数的选择是否合理，对于水电站的功能经济指标及运行稳定性，可靠性都有重要影响。
水轮机选型过程中，一般是根据水电站的开发方式，功能参数，水工建筑物的布置等，并考虑国内外已生产的水轮机的参数及制造厂的生产水平，拟选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。
一：水轮机选型的内容，要求和所需资料1：水轮机选择的内容（1）确定单机容量及机组台数。
（2）确定机型和装置型式。
（3）确定水轮机的功率，转轮直径，同步转速，吸出高度及安装高程，轴向水推力，飞逸转速等参数。
对于冲击式水轮机，还包括确定射流直径与喷嘴数等。
（4）绘制水轮机的运转综合特性曲线。
（5）估算水轮机的外形尺寸，重量及价格。
wertyp9ed\结合水轮机在结构、材质、运行等方面的要求，向制造厂提出制造任务书。
2.水轮机选择的基本要求水轮机选择必须要考虑水电站的特点，包括水能、水文地质、工程地质以及电力系统构成、枢纽布置等方面对水轮机的要求。
在几个可能的方案中详细地进行以下几方面比较，从中选择出技术经济综合指标最优的方案。
（1）保证在设计水头下水轮机能发生额定出力，在低于设计水头时机组的受阻容量尽可能小。
（2）根据水电站水头的变化，及电站的运行方式，选择适合的水轮机型式及参数，使电站运行中平均效率尽可能高。
（3）水轮机性能及结构要能够适应电站水质的要求，运行稳定、灵活、可靠，有良好的抗空化性能。
在多泥沙河流上的电站，水轮机的参数及过流部件的材质要保证水轮机具有良好的抗磨损，抗空蚀性能。
（4）机组的结构先进、合理，易损部件应能互换并易于更换，便于操作及安装维护。
（5）机组制造供货应落实，提出的技术要求要符合制造厂的设计、试验与制造水平。
（6）机组的最大部件及最重要部件要考虑运输方式及运输可行性。
3.水轮机选型所需要的原始技术材料水轮机的型式与参数的选择是否合理、是否与水电站建成后的实际情况相吻合，在很大程度上取决于对原始资料的调查、汇集和校核。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
可以看出这些直线所标出的水轮机相似工作范围基本包括了特性曲线的高效率区，所以对所选定的直径D 1=1.4m ，n=300 r/min 还是比较满意的。
水轮机吸出高计算由水轮机的设计工况在水力机械课本附表1可查得相应的汽蚀系数σ=0.2，则可求得水轮机的吸出高为：H k H s σ-∇-≤90010 式中：Hs--为水轮机的吸出高度（m ）。
▽--为水轮机安装处的海拔高程 （m ）初步计算时采用下游平均水位高程。
K --为安全系数 K 取1.1至1.2。
σ--为水轮机的汽蚀系数。
Hr--为设计水头（m ）。
将▽=571.48m ,K=1.2 ,σ=0.2，Hr=35m 带入式（1-15）得：H k H s σ-∇-≤90010 (1-8) H s =1.39-1=0.39 取最大值Hs=0.39m1.4确定发电机型号、容量、电压、冷却方式本设计中采用N 发=3175.77KW ，功率因数0.8，与水轮机HL240-LH-140配套水轮发电机参数选择如下：型号：TSL325/36-20，容量N=3200KW 。
1.5水轮机安装高程对立轴混流式水轮机，安装高程由下式确定：2b H Z s w s ++∇= (1-9) 式中：()()m b H m s w 导叶高度吸出高度尾水位——————0∇查表知，m b D b 511.04.1365.0,365.001=⨯==故，取m b 511.00= 2b H Z s w s ++∇==571.48+0.39+1+0.511/2=574.28m 故机组安装高程为574.28m 。