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。根据原始资料，本次设计电站的最大水头达95m ，故应按照立轴布置机组。

二、 确定原型机转轮标准直径D1和机组同步转速n 分别对于A289-46、A329-46及A346-35型水轮机按照4台及5台，共六个方案进行计算，求得原型机转轮标准直径D1和机组同步转速n ，并根据计算结果最终选出两个较好的方案。由前面的计算的水电站的装机容量为Nf=58.7万kw

方案一，型号A285，Z=4台

（1）根据电站的装机容量及所选定的机组台数，确定出单机出力

f f

ηN N =

Z =

7

.904.7

58⨯ =15.13万kw

其中 f N —电站的装机容量

Z —所选定的机组台数

f η—发电机效率， 取f η=96%~97%

（2）转轮直径的确定

1D =

=

2

/38124.1.8901.891300

15⨯⨯⨯=4.38m

其中η—原型机的效率，η=ηm +3%=86%+3%=89% ηm —模型机效率；

Q11—限制工况点上的的单位流量 Hr —电站的设计水头 取水轮机转轮标准直径D 1=4.5m

（3） 根据模型水轮机的最高效率及标准直径计算原型水轮机的最高效率

max max 1(1M ηη=--（1-0.918）5.545.30 =95.1%

D 1M —模型水轮机转轮直径 （4）计算效率修正值

max Tmax -M ηηη=∆=95.1%-91.8%=3.3%

（5）校核单位参数是否需要修正

1-M

T ηη=18.9051

.90-1=1.78%＜3%

单位参数不需要修正

（6）计算原型水轮机最优工况下的单位转速

n M T 1111n ==74 r/min

110m n —模型机型水轮机最优工况下的单位转速

（7）计算原型水轮机的转速

n=

1

r

M

110n

D H =

.5

481

74⨯=148(/min)r

取标准转速n=150(/min)r

8)根据D1校核水轮机的出力是否满足要求 1

11m n

=

Hmax=95m 时 95

.5

4501n n 11⨯==

H D = 69.25 (/min)r

Hr=81m 时， 81

.5

4501n n 12⨯=

=H

D =75 (/min)r

Hmin=69m 时， 69

.5

4501n n 13⨯=

=H

D = 81.26(/min)r

○

1Hr 下的出力计算 由n 2=75 (/min)r 在A278模型综合特性曲线上与出力限制线得交点查得

m η=86.6% Q 11m =1.240m 3/s ηT =ηm +η∆=86.6%+3.3%=89.9% Q 11T =Q 11m =1.240 m 3/s Nr=9.81 Q 11T D 121

3

2

Hr

ηT =9.81×1.240×899.081.542/32⨯⨯=16.14万 (kw)

○

2Hmin=69时的出力 由n 3=81.26(/min)r 在A285模型综合特性曲线上与出力限制线得交点查得

m η=89 % Q 11m =1.165 m 3/s ηT =ηm +η0=89%+3.3%=92.3% Q 11T =Q 11m =1.165m 3/s

N min =9.81 Q 11T D 12ηT 3

2min H =9.81×1.165×4.52×693/2×92.3% = 12.24(kw) 由上述结果得，出力满足Nr > N > N min ，