水轮机选型方法介绍
(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。
水轮机选型说明
埃塞俄比亚GD-3电站水轮机选型说明1.水轮机参数水轮机模型参数表HLA550-LJ-250 转速428.6r/min水轮机运转特性曲线HLA892-LJ-245 转速428.6r/min水轮机运转特性曲线2.选型分析①能量特性水轮机能量特性通常用水轮机的效率来评定，在转轮的选择上，我公司着重考虑：<1>在额定工况具有较高效率；<2>在整个运行范围内其加权平均效率较高；<3>最佳的运行范围。
从上面的效率表和能量特性表可以看出：从上面比较可以看出，HLA550-LJ-250额定点效率较高,而HLA892-LJ-245最高效率较高。
从上面提供的水轮机运转特性曲线可以看出:HLA550-LJ-250的额定点在第一圈效率线以内；而HLA892-LJ-245的额定点在第二圈与第三圈效率线之间,故HLA892-LJ-245的整个运行范围更右边一些。
这点来看,HLA892-LJ-245具有更高的加权效率(由于没有加权因子,只能定性分析)。
②空蚀特性水轮机的空蚀性能好坏直接影响电站的开挖深度以及今后电站的稳定运行，水轮机空蚀性能差将不仅破坏机组，引起噪声、振动和效率的下降，而且还影响水轮机的寿命，严重时将使机组无法安全运行。
从上面的水轮机主要参数表可以看出：对于本电站水轮机，HLA550-LJ-250的额定点吸出高度为-8.66m，而HLA892-LJ-245的额定点吸出高度为-2.65m。
HLA892-LJ-245具有更好的汽蚀性能。
③运行稳定性效率、空化和稳定性是水轮机的三个最重要的指标。
效率关系到水能的利用程度，空化关系到机组的寿命，而水轮机稳定性的重要性在于机组能否安全正常运行。
我们通过上面的水轮机运转特性曲线可以看出，对于本电站，HLA550-LJ-250只包含有很一部分最优区，而HLA892-LJ-245包含了绝大部分最优区。
故从机组的运行稳定性上来说，HLA892-LJ-245具有更好的机组运行稳定性。
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。
冲击式水轮机组选型方法的分析与比较
冲击式水轮机组选型方法的分析与比较冲击式水轮机组是一种利用水流动能转换成机械能的设备。
在选择冲击式水轮机组时，需要考虑多个因素，包括水头、流量、效率、可靠性以及运行成本等。
本文将从以上几个方面进行分析与比较，以帮助读者更好地理解冲击式水轮机组的选型方法。
首先，水头是选择冲击式水轮机组的关键因素之一、水头是指水位差与水流动速度所共同产生的能量，是决定水轮机组输出功率的重要参数。
对于有一定水头但水流速度较小的场合，宜选择高水头、低速度的冲击式水轮机组。
而对于水头较小但水流速度较快的场合，则宜选择低水头、高速度的冲击式水轮机组。
其次，流量是另一个需要考虑的因素。
流量是指单位时间内通过流体的体积。
冲击式水轮机组根据流量的大小，可分为小流量、中流量和大流量冲击式水轮机组。
根据具体的水资源条件和用电需求，选择适当的流量范围的冲击式水轮机组非常重要。
第三，效率也是考虑的重要因素之一、效率是指冲击式水轮机组将水动能转换成机械能的比率。
一般情况下，冲击式水轮机组的效率较高，可达到70%以上。
但在实际应用中，由于灰垢、磨损等因素的存在，效率可能会有所降低。
因此，在选型时应选择高效率的冲击式水轮机组，以提高能源利用效率。
第四，可靠性是选择冲击式水轮机组的另一个关键因素。
可靠性是指冲击式水轮机组在使用过程中的稳定性和安全性。
冲击式水轮机组通常采用耐磨材料制造，能够在恶劣环境下运行，并具有较高的抗磨损性能。
在选择时，应考虑供应商的信誉度和产品的质量保证，以确保冲击式水轮机组的可靠性。
最后，运行成本也是需要考虑的因素之一、运行成本包括运维费用、维修费用和能耗等。
在选择冲击式水轮机组时，应考虑设备的投资成本、运行费用以及长期维护成本等，以降低运行成本并提高经济效益。
总之，选择冲击式水轮机组要考虑多个因素，包括水头、流量、效率、可靠性和运行成本等。
在选型时，应根据具体的水资源条件和用电需求，综合考虑各个因素，选择适合的冲击式水轮机组。
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
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力发电机组的核心组件，对于水电站的发电效率和经济效益具有重要影响。
水轮机选型与优化是建设中小型水电站的关键环节之一。
本文将从水轮机的选型原则、水轮机的优化设计以及水轮机选型与优化实例等方面进行探讨。
一、水轮机选型原则水轮机的选型原则主要包括：水电站的水能资源条件、投资成本和效益、效率和可靠性等。
具体包括以下几个方面：1. 水能资源条件水轮机的选型需要考虑水电站的水能资源条件，包括水头、水流量和水质等因素。
水头决定了水轮机的选型类型，高水头适合采用斜流式和混流式水轮机，低水头适合采用轴流式和螺旋桨式水轮机；水流量决定了水轮机的选型容量，大流量适合采用大容量水轮机，小流量适合采用小容量水轮机；水质决定了水轮机的选型材料，有些水质较腐蚀或含有颗粒物质的场合需要选用耐腐蚀材料或加装过滤装置。
2. 投资成本和效益水轮机的选型还需考虑投资成本和效益的平衡。
一方面，投资成本包括水轮机本体的价格和安装调试费用等，需与水电站的建设和运行费用相匹配。
效益包括水轮机的发电效率和运行可靠性等。
发电效率高的水轮机可以提高水电站的发电量，进而增加经济效益；运行可靠性高的水轮机可以减少维护和故障处理的费用，进一步提高经济效益。
3. 效率和可靠性水轮机的选型需考虑其效率和可靠性。
水轮机的效率是指水能转化为电能的比例，高效率的水轮机可以提高发电量。
水轮机的可靠性是指水轮机长期运行的稳定性和可靠性，高可靠性的水轮机可以减少停机维修的次数和时间，提高发电效益。
二、水轮机优化设计水轮机的优化设计主要包括流道设计、叶片设计和内部流场分析等。
1. 流道设计流道设计是水轮机优化设计的核心内容，它直接影响水轮机的发电效率和水能利用率。
流道设计需要考虑水轮机的水能资源条件，选择合适的流道类型（如斜流式、混流式、轴流式等）；还需考虑流道的流速、压力和转矩等参数的调整，以最大限度地提高水能转化效率。
2. 叶片设计叶片设计是水轮机优化设计的重要环节之一，它直接影响水轮机的水流动力学性能。
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
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。
水轮机的选型设计说明
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。
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。
试论小型水电站水轮机选型的设计要点
试论小型水电站水轮机选型的设计要点摘要：本文一方面介绍了小型水轮机设计选型的方式和方法，另一方面探讨了交界水头段的水轮机的型式选择。
对小型水电站水轮机实际选型设计工作有一定指导意义。
关键词：小型水电站；水轮机；选型设计1 小型水轮机设计选型的方式和方法在对水轮机进行选型时，其核心思想在于能否合理准确的确定出水轮机的一些关键参数。
尽管小型水轮机能够产生的能量有限，但是却影响着由其组成的小型水电站的运行效益，然而水轮机的运行效益在很大程度上受一些参数左右[2]。
水轮机参数的确定方法主要有两种，其一是参照现有水轮机模型相关数据资料或通过对比水轮机型谱来确定应选水轮机，其二是借鉴应用实践经验，并依据比转速，结合统计比较法来选择出应选的水轮机参数。
以上两种水轮机选型方法，其全面性均有所欠缺。
例如参照现有水轮机模型相关数据资料或通过对比水轮机型谱来确定水轮机，经常会因资料不全，无法甄选出参数更佳的机型；而借鉴经验，结合统计比较法来选择参数的水轮机，往往针对性不强，极易造成小型水轮机生产厂家的制造能力无法匹配应用要求[3]。
这种现象产生的根本原因在于市场和生产厂家制造技术能力在很大程度上影响着小型水轮机选型工作。
首先，小型水电站成本投入不大，建设周期相对较短，厂家能够获取的利润空间较小，因此，一般不会针对特定水电站重新设计水轮机；其次，部分大型水轮机生产厂虽然掌握先进机型的制造技术，但却不屑于生产小型机组，而部分专业从事小型水轮机生产的厂家，其制造能力和所掌握的的生产技术也有限。
此外，部分中小水轮机设计院，其所掌握的转轮模型和设计技术较为落后，而小型水电站设计周期短，投入小，致使设备选型时出现厂家代替选型的现象。
针对上述情况，笔者通过查阅相关文献资料，并结合自身多年水轮机选型经验，总结了一些小型水轮机选型的设计要点，其具体如首先下：首先，在对小型水轮机进行选型设计工作时，一般选取技术相对成熟并已经投放过市场的机型，因此，选型设计人员应重点留意不同地质环境下各水头段内已经投放运行的水电站所用的水轮机组，收集这些机组的资料，并有针对性的关注融入新兴技术的机型资料。
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。
第五章 水轮机选型(第四组)
2、原则 (1)、充分考虑电站特点（水文水能、电力 系统技术条件，电站总体布置)。 (2)、有利于降低电站投资、运行费、缩短 工期，提前发电 (3)、提高水电站总效率，多发电 (4)、便于管理、检修、维护，运行安全可 靠，设备经久耐用 (5)、优先考虑套用机组
3、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)、确定水轮机转轮直径D1、n、Hs、Z a；Z0、d0 (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。
4、机组台数与电站运行维护工作的关系 （1）台数多，运行灵活，事故影响小， 但同时增加了事故的几率，也增加了管理 人员、提高了运行费，所以不宜采用过多 的台数。 （2）总之，一般应采用较大的N单，较少 的台数，但一般至少应选2台，少数情况 下可选1台。中大型电站一般选4~6台，根 据机组的制造水平和装机容量也可以选用 更多的台数。
n 1 M nD 1 H n 1
2、在模型综合特性曲线上，作 ，交点一组（η M，Q1）则原型： η =η M+△η ，
3、作曲线η ～N曲线
4、分析： 1)、η =0，N≠0，说明空载时，水轮机消 耗△Nx，维持在额定转速下空转。 2)、c点：η max；d点：Nmax；e点：5% Nmax，出力限制。 ZD：曲线陡，高效率区范围窄。偏离最 优工况后，效率急剧下降； ZZ：高效率区范围宽，η 变化平稳，适 用 承担负荷变化大而频繁； HL：变化较大，η 较ZZ窄。
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。
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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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
一、尾水管型式 直锥形——用于小型水轮机 弯锥形——用于卧轴水轮机 弯肘形——（大中型电站）
常见尾水管的形式 直锥形
常见尾水管的形式
弯锥形
弯肘形
弯肘型尾水管
❖ 减小厂房开挖深度，水力性能好，大中型号水轮 机均采用弯肘型尾水管。 组成：直锥段、肘管、出口扩散段。
❖ 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。
❖ 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。
❖ 结构设计合理，便于安装与操作、检修与维护。 ❖ 选择生产实力强、制造技术水平高、合作信誉好
3、蜗壳进口平均流速： 进口断面流量 Qmax——水轮机的最大引用流量。 Vc↑→Fc↓→hw↑；Vc↓→Fc↑→hw↓；
一般由Hr~VC曲线确定VC
金属蜗壳流速系数 混凝土蜗壳进口断面流速系数
三、蜗壳的水力计算
❖水力计算的目的: 确定蜗壳各中间断面的尺寸， 绘出蜗壳单线图，为厂房设计提供依据。 已知：
水电站有关经济资料：机电设备价格、工程单价、年 运行费等。
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
，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3-3~表3-7。
二、水轮机转轮标称直径系列(cm)
25 30 35 (40) 42 50 60 71 (80) 84 100 120 140 160 180 200 225 250 275 300 330 380 410 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000
轴流式水轮机
混流式水轮机
1. 进口直锥段：
❖ 进口直锥段是一个垂直的圆锥形扩散管，D3为 直锥管进口直径，θ为锥管单边扩散角。
❖ 混流式：直锥管与基础环相接，(转轮出口直径) ， θ=7°~ 9°
❖ 轴流式：与转轮室里衬相连接，D3=0.937D1， θ=8°~ 10°。
❖ h3——直锥段高度，其长度增加将会导致开挖量 增加。一般在直锥段加钢板衬。
说明：括号内的数字表示仅适用于轴流式水轮机。
三、水轮发电机标准同步转速
磁极对数 3
4
同步转速n 1000 750
5
7
8
9
10
600 428.6 375 333.3 300
12 14 250 214.3
磁极对数 16 18
20
22
24
26
28
30 32
同步转速n 187.5 166.7 150 136.4 125 115.4 107.1 100 93.8
混凝土蜗壳和钢蜗壳。
1. 混凝土蜗壳
适用于低水头大流量 的水轮机。 H≦40m, 钢筋混凝土 浇筑，梯形断面。 当H>40m时，可用钢 板衬砌防渗(H 最大达 80m)
2. 金属蜗壳
❖ 当H>40m时采用金属蜗 壳。其断面为圆形，适 用于中高水头的水轮机。
❖ 钢板焊接：H=40~200m， 钢板拼装焊接。
❖ 绘制水轮机运转特性曲线 ❖ 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。
❖ 调速器及油压装置选择 ❖ 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
n1'用最优单位转速n10'， n10'=n'10M+Δn1',水头 H=Ha。 转速n随工况而变，要选发电机转速相近而偏 大的标准同步转速。
4、工作范围的验算
求出水轮机的参数D1、n后，在模型综合特性 曲线上绘出水轮机的相似工作范围，检验是否 包括了高效率区，以验证D1、n的合理性。 方法：根据Nr、D1、Hr求出Q'1max，由Hmax、 Hmin、D1、n求出：n'1min和n'1max，在综合特性 曲线上以Q'1max、n'1min和n'1max作直线，此范围 即为水轮机的相似工作范围
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。
吸出高Hs应满足：防止水轮机汽蚀，开挖深 度合理。
七、 按综合特性曲线选择水轮机的主要参数
水轮机选型方法介绍
第四章 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，目标是使水电站充分利用水能 ，安全可靠运行。
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
2. 肘管：
90°变断面的弯管，进口为圆形断面，出口为 矩形断面。F进/F出=1.3 ❖ 曲率半径R小——离心力大——压力、流速分 布不均匀—hw大。R=(0.6~1.0)D4 ❖ 为减小转弯处的脱 流及涡流损失，肘 管出口收缩断面 (hc)： 高/宽=0.25。
3、出口扩散段： ❖ 矩形扩散管，出口宽度B5， ❖B5很大时，加隔墩d5=(0.1~0.15) B5 ❖顶板 α=10°~13°，底板水平。
五、水轮机型号及主要参数的确定
依据：N单，特征水头(Hmax、Hmin、Hav、Hr)
1、 根据水轮机系列型谱选择 型号的选择主要取决于水头。各种水轮机都有
一定的使用范围，根据电站运行水头的范围，直 接查系列型谱，确定水轮机的型号。
如果两种型号均可采用，应进行方案比较。 这种方法有时难以获得最优设计效果。
蜗壳顶点、底角点的变化规律按直线或抛物线确 定。
蜗壳中间断面
金属蜗壳
混凝土蜗壳
2. 蜗壳包角
❖ 蜗壳末端(鼻端)到蜗壳进口断面之间的中心角φ0 (1) 金属蜗壳：φ0=340°~350°,常取345° (2) 混凝土蜗壳：φ0=180°~270°,一般取180°，一
大部分水流直接进入导叶，为非对称入流，对转 轮不利）
5、HS的计算 计算公式：
水轮机方案确定后，根据水轮机运行条件、 水电站的开挖情况等进行技术经济比较后确定 。
第四节 水轮机蜗壳的形式及尺寸确定
一、蜗壳的功用及型式 (一) 功用
蜗壳是水轮机的进水部件，把水流以较小的水 头损失，均匀对称地引向导水机构，进入转轮。 设置在压力水管末端。 (二) 型式
(2) 混凝土蜗壳的水力计算(半解析法)
(1) 按进口流速求进口断面积；
(2) 根据水电站具体情况选择断面型式，并确定断面 尺寸，使其
(3) 选择顶角与底角点的变化规律(直线或抛物线)， 以虚线表示并画出1、2、3…….等中间断面。
(4) 测算出各断面的面积，绘出：F = f(R)关系曲线。
(5) 按
水流在蜗壳中的运动规律
水流进入蜗壳后，形成一种旋转运动(环流)，之后 进入导叶, 水流速度分解为Vr、Vu。 进入座环时，按照均匀轴对称入流的要求，Vr= 常数。
圆周流速Vu的变化规律，有两种基本假定： (1) 速度矩Vur= C 假定蜗壳中的水流是一种轴对称有势流，忽略粘 性及摩擦力，Vu会随r的增加而减小。 (2) 圆周流速Vu=C：即假定Vu=VC=C