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。wertyp9

ed\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。根据初步设计的深度和广度的要求，通常应具备下述的基本技术资料：

（1）枢纽资料：包括河流的水能总体规划，流域的水文地质，水能开发方式，水库的调节性能，水利枢纽布置，电站类型及厂房条件，上下游综合利用的要求，工程的施工方式和规划等情况。还应包括严格分析与核准的水能基本参数，诸如电站的最大水头Hmax、最小水头Hmin,加权平均水头Ha，设计水头Hr，各种特征流量Qmin、Qmax、Qa,典型年（设计水平年，丰水年，枯水年）的水头、流量过程。此外还应有电站的总装机容量，保证出力以及水电站下游水位流量关系曲线。

（2）电力系统资料：包括电力系统负荷组成，设计水平年负荷图，典型日负荷图，远景负荷；设计电厂在系统中的作用与地位，例如调峰、基荷、调相、事故设备的要求以及与其他电站并列调配运行方式等。

（3）水轮机设备产品技术资料：包括国内外水轮机型谱、产品规范及其特性；同类水电站的水轮参数与运行的经验，问题点等。

（4）运输及安装条件：应了解通向水电站的水陆交通情况，例如公路，水路，及港口的运载能力（吨位及尺寸）；设备现场装配条件，大型专用加工设备在现场临时建造的可能性及经济性；大型部件整件出厂与分块运输现场装配的比价等。

除上述资料外，对于水电站的水质应有详细地资料，包括水质的化学成分，含气量，泥沙含量等。

二：水轮机选型的基本方法

目前世界上各国在设计水电站中选择水轮机的方法不尽相同，其主要方法可以概括为以下几种。

1：应用统计资料选择水轮机

这种方法以已建水电站的统计资料为基础，，通过汇集、统计国内外已建水电站的水轮机的基本参数，再把他们按水轮机型式，应用水头，单机容量等参数进行分析归类。在此基础上，用数学统计法作出水轮机的比转速、单位参数与应用水

头的关系曲线，ns=f(H)、n11=f(H)、Q11=f(H)以及电站空化系数与比转速的关系曲线qf=f(ns)等，或者数值逼近法得出关于这些参数的经验公式。当确定了水电站的水头与装机容量等基本参数后，可根据统计曲线或经验公式确定水轮机的型式与基本参数。按照选定的水轮机参数向水轮机生产厂提出制造任务书，由制造厂生产出符合用户要求的水轮机。这种方法在国外被广泛采用。

2：按水轮机系列型谱选择水轮机

在一些国家，对水轮机设备进行了系列化，通用化与标准化，制定了水轮机型谱，为每一水头段配置了一种或两种水轮机转轮，并通过模拟实验获得了各型号水轮机的基本参数与模型综合特性曲线。这样设计者就可以根据水轮机型谱与模型综合特性曲线选择水轮机的型号与参数。我国与原苏联都曾颁布过水轮机型谱。水轮机型谱可为水轮机的选型设计提供了便利，可使选型工作简化与标准化。但要注意不能局限于已制定的水轮机型谱，当型谱中的转轮性能不能满足设计电站的要求时，要通过认真分析研究提出新的水轮机方案，与生产厂商协商设计、制造出符合要求的水轮机。同时，要不断完善、更新水轮机型谱。

3：要套用法选择水轮机

这种方法是直接套用与拟建电站的基本参数（水头、容量）相近的已建水电站的水轮机型号与参数。这种方法多用于小型水电站的设计，它可以使设计工作大为简化。但要注意必须合理套用，要对拟建电站与已建电站的参数进行详细的分析与比较，还要考虑不同年代水轮机的设计于制造水平的差异，90年代设计的电站若直接套用60年代电站的水轮机，往往会使水轮机的参数偏低。因此必要时对已建电站的水轮机参数作适当修正后再套用。

我国过去应用较多的方法是按照水轮机型谱来选择水轮机，但随着水电开发的进展，旧的水轮机型谱已不能满足目前水电站的设计的要求，设计者常采用不同的选型方法相互结合、相互验证，以保证水轮机选型的科学性与合理性。

三：机组台数选择

对于一个确定了总装机容量的水电站，机组台数对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

机组台式的多少直接影响单机容量的大小，单机容量不同时机组的单位千瓦造价不同，一般小机组的单位千瓦造价高于大机组，一方面，小机组的单位千瓦金属消耗大于大机组，另外单位重量的加工费也较大。除主要机电设备外机组台数的增加，要求增加配套设备的台数，主副厂的平面尺寸也需增加，因次在同样