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 r

s ⋅=-=

-=

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%,n s0=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 G

G

r 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

n 110=70.0r/min

与出力限制线交点的单位流量为设计工况点单位

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

.05.4714.181.991837

81.95

.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。 按四分之一选择法，则转轮直径两者都取。 2、计算原型水轮机的效率 （1）、

951.05

.746

.0)915.01(1)1(155

110max =--=--=D D M M ηη Δη=ηmax -ηM0=0.951-0.915=0.036

限制工况原型水轮机效率η=ηm +Δη=0.886+0.036=0.922 3、同步转速的选择

min /0.665

.750

701

110r D H n n p

=⨯=

=

此值介于65.2 r/min 和68.2min 之间，按四分之一选择法，所以两者都取。 4、计算水轮机的运行范围

最大水头、最小水头和平均水头对应的单位转速

（1）、min)/(5.7443

5

.72.65min

1max 11r H nD n =⨯=

=

min)/(2.6950

5

.72.65111r H nD n p

a =⨯=

=

min)/(3.5968

5

.72.65max

1min 11r H nD n =⨯=

=

（2）最大水头、最小水头和平均水头对应的单位转速

min)/(0.7843

5

.72.68min

1max 11r H nD n =⨯=

=

min)/(3.7250

5

.72.68111r H nD n p

a =⨯=

=

min)/(1.6268

5

.72.68max

1min 11r H nD n =⨯=

=

951.00

.746

.0)915.01(1)1(155

110max =--=--=D D M M ηη Δη=ηmax -ηM0=0.951-0.915=0.036 η=ηm +Δη=0.865+0.036=0.922

3、同步转速的选择

min /7.700

.750

701

110r D H n n p

=⨯=

=

此值介于68.2r/min 和71.4min 之间，所以 按照四分之一法则取min /7.70r 。 4、 计算水轮机的运行范围

最大水头、最小水头和平均水头对应的单位转速 min)/(2.7643

.74.71min

1max 11r H nD n =⨯=

=

min)/(7.7055

.74.71111r H nD n p

a =⨯=

=

min)/(6.6068

.74.71max

1min 11r H nD n =⨯=

=

二．（三台）

1、计算转轮直径

由《水轮机》325页可知：水轮机额定出力：

kw N P G

G

r 7.11904798

.010667.114

=⨯==

η

上式中： G η-----发电机效率,取0.98 G N -----机组的单机容量（KW ）

)(96.5916

.05.4714.181.97

.11904781.95

.15.1111m H Q P D r r =⨯⨯⨯==

η 计算值处于标准值5.5m 和6.0m 之间，采用四分之一选择法，所以取D 1=6m 。

2、计算原型水轮机的效率

95.06

46

.0)915.01(1)1(155

110max =--=--=D D M M ηη Δη=ηmax -ηM0=0.95-0.915=0.035 η=ηm +Δη=0.886+0.035=0.921

3、同步转速的选择。