第五章 水轮机选择

合集下载
  1. 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. 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. 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)。
第五章
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,
其中所列出的转轮,是经过长期实践验证在某一
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 1、D1的确定
N r 9.81Q1D H r H r
n1M
N ηM Q'1
Hmin H3/2= Δη= N=9.81D12H3/2ηQ'1
n1M
N ηM Q'1
nD1 n1 H
η
nD1 n1 H
η
nD1 n1 H
η
nD1 n1 H
η N
Q'1
Q'1
5%出力限制线
① 为了保证绘制运转综合特性曲线的精确性,在H、N 网格上至少绘出三个水头,其中包括Hmax、Hmin和 Hr(或Hav)。对每一个水头,计算出对应的n'1。 ② 在轮系综合特性曲线上绘制n'1的水平线,并查出其 与等效率线交点的坐标(ηM, Q'1); ③ 计算出原型水轮机的效率; ④ 按照公式N=9.81Q'1D12H3/2η计算水轮机的出力;
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
范围总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。
绘制方法:根据模型综合特性曲线,通过相似定 律换算而来。
水轮机运转特性曲线
等效率线
等吸出 高度线
一、HL水轮机运转特性曲线
1. 等效率线η=f(H,N) (1) 在Hmax ,Hmin之间,取4~6个特征H,其中要 包括Hmax,Hmin,Hr,Ha,绘制每个水头下 的η=f(N)
(2) 效率修正;
(4) 由公式计算出不同σ时的Hs。 (5) 在表内计算N、 σ+Δσ、Hs(Δσ由图查出)
(6) 在Hs=f(N)上,作Hs=C线,交点(H, N),在H~N 内绘ຫໍສະໝຸດ Baidu即可。 等吸出高度线给出了水轮机在其工作范围内,各运 行工况下的最大允许吸出高度,以便进行方案比较, 确定水轮机的安装高程。
空蚀系数的修正曲线
(5) 辅助曲线的绘制:以效率η为纵坐标,出力N为横
坐标,用表中的数据,对每个水头绘制一条工作 特性曲线。见图1。
图1
图2
(6) 运转综合特性曲线的绘制
以水头为纵坐标,出力为横坐标,绘出坐标系。
见图2。 在图2上绘出几个特征水头的水平线。 在图1上选取几个整数效率值,画出水平线,与辅 助曲线形成一些交点。
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 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。
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
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。
第三节 水轮机运转特性曲线的绘制
研究目的:进一步分析比较原型水轮机各方案之 间的能量特性,指导水轮机的安全运行。
综合反映原型水轮机H、N、η、Hs等参数之间的 关系曲线
组成:N为横座标,H为纵座标,绘有η=f(H,N) Hs=f(H,N), 出力限制线。反映能量特性、空蚀特 性、运行限制范围。
410
450
500
550
600
650
700
750
800
850
900
950
1000
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
4 750 18 166.7 36 83.3
5 600 20 150 38 79
7 428.6 22 136.4 40 75
8 375 24 125 42 71.4
(3) 单位转速和单位流量的修正;
(4) 运转特性曲线的计算;
等效率曲线计算表
Hmax H3/2= Δη= N=9.81D12H3/2ηQ'1
n1M
ηM
Hr H3/2= Δη= N=9.81D12H3/2ηQ'1
n1M
N ηM
H H3/2= Δη= N=9.81D12H3/2ηQ'1
4. 选择生产实力强、制造技术水平高、合作信誉好 的制造厂商。
5. 考虑适度合理的经济节省原则。
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。
9 333.3 26 115.4 44 68.2
10 300 28 107.1 48 62.5
12 250 30 100 50 60
14 214.3 32 93.8
同步转速n 1000 磁极对数 16
同步转速n 187.5 磁极对数 同步转速n 34 88.2
四、水轮机系列应用范围图
第二节 水轮机选择
将上面结点的坐标绘在图2上。
将相同效率数值的点用曲线相连。就绘成了水轮
机运转综合特性曲线的等效率曲线。
2. 出力限制线的绘制
Hr是N= Nr时的最小水头,当H≥Hr时,水轮机限
制在N= Nr内;A(Nr ,Hr)
当H<Hr时,水轮机则受到 5%出力限制线的限制,对 限制线上各点分别计算,得 出B(Hmin, Nmin),连接A和
3、转速的选择
n1 H n D1 n n10 Ha D1
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
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。
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
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。
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。
z
10 H s 900 H
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,与假定出入太大,应重新计算。
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。
2 1
D1
Nr 9.81Q1 H r3 / 2
(1) Nr(水轮机额定出力) (2) 用 H=Hr计算。
Nr= Nf /ηf
(3) η:原型水轮机在限制工况下的效率,在D1 未确定时 一般先取η=ηM+△η
(△η=2~3%),求得D1后再修正。
(4) Q1' 在N= Nr时,取限制工况下的Q1',并查出限制工况
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。
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。
P52.
图2-16
等吸出高度曲线计算表 Hmax Δη=
n1M nD1 n1 H
Hr
H
Hmin
σ
Q'1 N
σ+Δσ
(σ+Δσ)H
Hs
二、轴流转浆式水轮机运转特性曲线
① 有不同的转角,所以进行效率修正时,应按不同 的转角φ计算效率修正值。即在综合特性曲线上
4、机组台数与电站运行维护工作的关系
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。
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,如葛洲坝共21台, 装机2715MW,三峡26×700共装机18200MW。
B,即为H<Hr时的出力限
制线。
2. 出力限制线的绘制
① 根据表中三个水头下所得到的出力,可以在运转 综合特性曲线上绘出三个点。连接着三个点即可
得到斜向阴影线。
② 在高水头下,水轮机的出力受发电机最大限制出 力的限制,作竖向阴影线N=Nf。 ③ 整个出力限制线由两部分组成:N=Nf的竖直线 段和三个水头下的斜向阴影线。这两条直线的交 点即为机组的最终设计水头Hr。
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
5、HS的计算
计算公式:
H s 10 kH r 900
3. 等吸出高度线的绘制
(1) 根据前面等效率曲线计算表的结果作不同水头 下Q1'= f(N)的辅助曲线。 (2) 在相应的模型综合特性曲线 上,作各水头下 n1’的水平线,它与汽蚀系数线相交于许多点, 记下各点(σ,Q1),列入表,由△σ~Hr曲线查 得△σ,见下页图
(3) 由Q1可在N=f(Q1)辅助曲线上查得相应的N值, 并记入表。
相关文档
最新文档