(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：▽=850m
3 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。
轴流式水轮机的比转速与使用水头关系 中国： s n =H
2300 （m ·KW ）
日本： s n =
5020
20000
++H （m ·KW ）
原苏联： s n =
H
2500 （m ·KW ）
将设计水头r H =14.5m 代入上述各式 中国： s n =H
2300=
5
.142300=604 （m ·KW ）
日本： s n =502020000++H =5020
5.1420000
++=630 （m ·KW ） 原苏联： s n =
H
2500=
5
.142500=657 （m ·KW ）
以上计算可见，我国生产的水轮机转轮的参数较低。
本电站为一普通的中小型水电站，没有别的特殊的任务和要求（比如兼顾试验），不准备考虑使用进口机组，使用国产机组即可。故本电站选择比转速为600m ·KW 左右的水轮机。 2 水轮机型式的选择
根据水电站的实际情况正确地选择水轮机的型式是水轮机选型设计的一个重要环节。虽然各类水轮机有明确的适用水头范围，但由于它们的适用范围存在着交叉水头段，因此，必须根据水电站的具体条件对可供选择的水轮机进行分析比较，才能选择出最适合的机型。 适合本电站比转速的水轮机有贯流式和轴流式两种，因此，必须要对这两种水轮机进行分析比较。 贯流式与轴流式的比较：
（1） 贯流式的水流条件好，同样过流面积时，贯流式水流通过容易，单位流量大，无蜗壳和肘形尾水管，流道水力损失小，运行效率比轴流式高。
（2） 贯流式水轮机可布置在坝体或闸墩内，可以不要专门的厂
房，土建工程量小且适于狭窄的地形条件。
（3） 贯流式水轮机为了满足安装高程的要求，需从引水室入口至尾水管全部开挖到相应的深度。而轴流式只需对尾水管部分进行深开挖，因此，贯流式的相应开挖量大。
（4） 灯泡贯流式水轮发电机组全部处于水下，要求有严密的封闭结构及良好的通风防潮措施，维护、检修较困难。
从水电站开挖量这一重要因素考虑，贯流式机组的相应开挖量大，而且贯流式机组技术要求较高，维护、检修较困难，故本电站选择使用轴流式机组。
3水轮机转轮型号的选择
在水轮机型谱中，适合本电站比转速的有ZZ600和ZZ560两种转轮可供选择，适合本电站使用水头的有ZZ560和ZZ460两种转轮可供选择，其中ZZ560模型效率较高。
由参考资料[1]第379~381页
ZZ600使用水头3~8m ，本电站设计工况下（取最优单位转速
110n =135r /min ，水轮机限制吸出高度[s H ]=0.5m 时对应的装置空化
系数z σ=0.60，110n 与等空化系数线σ=z σ=0.60交点）比转速为
s n =65.311n η11Q =65.3×135×80.075.1⨯=521 （m ·KW ） ZZ560使用水头10~22m ，本电站设计工况下（取最优单位转速
110n =130r /min 与等空化系数线σ=z σ=0.60交点）比转速为
s n =65.311n η11Q =65.3×130×84.075.1⨯=527 （m ·KW ） ZZ460使用水头15~30m ，本电站设计工况下（取最优单位转速
110n =117r /与等空化系数线σ=z σ=0.50交点）比转速为
s n =65.311n η11Q =65.3×117×81.058.1⨯=435 （m ·KW ） 经过分析比较，在设计工况下以ZZ560转轮的s n 与本电站的计算比转速最接近，且效率较高，故本电站决定选用ZZ560转轮。
四 水轮机基本参数的计算 １ 计算转轮直径1D 水轮机的额定出力 r P =
G
G
N η=
95
.08150
=8579 KW 取最优单位转速110n =130r /min 与等空化系数线σ=z σ=0.60交点的单位流量为设计工况点单位流量，则r Q 11=1.75s m /3，对应的模型效率M η=0.841，暂取效率修正值η∆=3%，则设计工况原型水轮机效率η=M η+η∆=0.841+0.03=0.871，水轮机转轮直径1D 为
1D =
η
5
.11181.9r r r H Q P =871.05.1475.181.98579
5.1⨯⨯⨯=23.3 m 按我国规定的转轮直径系列，计算值处于标准值3.0m 和3.3m 之间，计算直径更加接近3.3m ，故可取转轮直径1D =3.3m 。
2 效率η的计算
m ax η=)1(10M η--5
1
1D D M
=)900.01(1--5
3
.346
.0=933.0 η∆=m ax η0M η-=900.0933.0-=033.0
限制工况原型水轮机效率为
η=M η+η∆=841.0+033.0=874.0
3 转速n 的计算 n =
1
110D H n a
=
3
.31
.16130⨯=12.158 min /r 其中a H =r H /9.0=1.16m 。（参考资料[2]第169页）
转速计算值介于发电机同步转速150min /r 和166.7min /r 之间，需要对两个转速都进行检验。 4 水轮机设计流量r Q 的计算
r Q =r Q 1121D r H =5.143.375.12⨯⨯=57.72 s m /3 5 几何吸出高度s H 的计算
在设计工况下，模型水轮机的空化系数M σ=0.60，根据技术规范，对于转桨式水轮机，水轮机的空化安全系数取σK =1.1（参考资料[2]第67页），吸出高度为
s H =-∇-900/10σK M σr H =5.1460.01.1900/85010⨯⨯--=51
.0-m
取s H =55.0-m 。 6 飞逸转速R n 的计算
由ZZ560水轮机模型飞逸特性曲线查得，在协联工况导叶开度
0a =28.5mm ，ϕ=-5°时有最大单位飞逸转速R n 11=370min /r ，故水轮
机的飞逸转速为
R n =R
n 111
max D H =3
.38
.18370⨯
=16.486 min /r 7 转轮轴向水推力t F 的计算
ZZ560水轮机模型综合特性曲线图中未给出转轮轴向水推力系数
t K 的值，但ZZ460水轮机模型综合特性曲线图中给出的转轮轴向水推
力系数t K =0.69，ZZ600水轮机模型综合特性曲线图中给出的转轮轴向水推力系数t K =0.67。本电站取中间值t K =0.68。水轮机转轮轴向水推力为
t F =9810t
K 4
π2
1D max H =8.183.3414.368.098102⨯⨯⨯⨯=61007.1⨯N
五 检验水轮机的工作范围 设计工况的单位流量r Q 11 r Q 11=
5.12181.9r r H D P η=5
.125
.143.3874.081.98579
⨯⨯⨯=664.1 s m /3 当n =150min /r 时，最大、最小、平均水头所对应的单位转速 min 11n =max
1H nD =
8
.183.3150⨯=16.114 min /r
a n 11=
a
H nD 1=
1
.163.3150⨯=37.123 min /r m ax 11n =
min
1H nD =
3
.83.3150⨯=82.171 min /r
当n =166.7min /r 时，最大、最小、平均水头所对应的单位转速 min 11n =max
1H nD =
8
.183
.37.166⨯=87.126 min /r
a n 11=
a
H nD 1=
1
.163
.37.166⨯=01.137 min /r m ax 11n =
min
1H nD =
3
.83
.37.166⨯=95.190 min /r
把由上述参数绘制在ZZ560综合特性曲线图上，以检验水轮机运
行区域的效率高低。可以看出，单位转速的变化范围包含高效区第一个方案比第二个方案多，水轮机的平均效率较高。因此，选择工作范围较优的第一种方案。
六 水轮机综合特性曲线绘制 1 等效率曲线的绘制
（1） 对转轮叶片的每一个转角ϕ求出一个效率修正值（表1-1）η∆（ϕ）
。若各ϕ角下模型水轮机的最高效率为0M η（ϕ），原型水轮机各ϕ角下最高效率为0T η（ϕ），则 0T η（ϕ）=[])7
.03.0()(1110
1
10T
M
M
M H H D D +--ϕη η∆（ϕ）= 0T η（ϕ）-0M η（ϕ）
表1-1 转桨式水轮机效率修正值
（2） 在min H ～max H 间取若干水头，计算各水头对应的M n 11，其中
M n 11=
-H
nD 111n ∆， 11n ∆=M n 11（
10
max
-M ηη）。 过各M n 11作水平线与水轮机模型综合特性曲线的各等ϕ线相交，找出各交点的11Q 、M η，其中M η由内插确定；一般情况下单位流量修正值较小，可不作修正。然后，计算个点的原型水轮机效率与出力
T η=M η+η∆（ϕ） P =T Q H D η115.12181.9
根据计算结果（表1-2）绘出各水头下的T η=)(P f 曲线（图1-1），同时绘出各水头下的11Q ～P 辅助曲线（辅助曲线图1-1）。
表1-2 转桨式水轮机等效率线计算表 单位：Q 11 （L/s ）， P （KW ）
2 出力限制线的绘制
原型水轮机的出力限制线表示水轮机在不同水头下可以发出或允许发出的最大出力。在水轮机与发电机配套的情况下，水轮机的出力受发电机额定出力的限制，因此，实际的出力限制线以设计水头r H 分为两个部分。在max H 与r H 之间，水轮机的出力受发电机额定容量的限制，是一条P =r P 的垂直线；在r H ～min H 之间，对于转桨式水轮机，水轮机的出力限制线一般由模型综合特性曲线中通过额定工况点的等开度线换算得到。
在模型综合特性曲线图中确定为出力限制线的等开度线上取系列
工况点，记下各个工况点的11Q 、11n 、M η，由相似换算公式（11n =
η
H nD 1，
11Q =
η
H D
Q 2
1
，P =ηQH 81.9）（参考资料[2]第41页）计算出各点对应
的水头H 及出力P ，将这些点绘在H ～P 坐标系中，连接各点即得到原型水轮机的出力限制线。
为了计算简便，一般是求出与min H 和r H 相对应的水轮机的出力
m in P 、r P ，将A 点（r H 、r P ），B 点（min H 、m in P ）在图上连成一条斜
线，此为H 由模型综合特性曲线图中0a =38.5mm 等开度线换算得： r H =14.5m ， r P =8579KW min H =8.3m ， 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H H=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。 （2）装机容量P 和增加装机容量△P 由于同一组内流量不等，故应先按下列公式计算增加装机容量△P （Kw ）: △P=AQ △H …………………………………（2-2） 式中 A ——A=9.81*α*β=8.2, α=95%,β=88%(α为发电机效率,β为水轮机效率)； Q —— 水轮机通过流量，s /m 3 ; △H ——水电站相邻两组组末（工作）水头之差，m 。 将计算结果录入表2-1第⑬列中 第一组流量的装机容量为1P =AQH=1271Kw 。其后流量组的装机容量P （Kw ）按下 式计算： i P =+j P +△i P …………………………………（2-3） 式中i ——i=2,3,4……n(n ∈N+)； j —— j=i-1。 将计算所得P 值录入表2-1第⑫列中。 （3）发电量E 和累积发电量∑E 发电量E （万Kw.h ）按下列公式计算： E=PT*24/10000……………………………（2-4） 式中 P ——装机容量，Kw ； T ——该组流量的出现天数，天。 中小型水电站水轮机选型与优化的探讨 一、前言 水力发电是一种利用水能转化为电能的清洁可再生能源，在全球范围内具有广泛的应 用前景。中小型水电站是水力发电系统的重要组成部分，其投资成本低、建设周期短、生 产稳定可靠等优点，使得其在中国乃至全球水力发电市场上具有较大的发展潜力。水轮机 是中小型水电站的核心设备，其选型与优化对于水电站的运行效率、经济性和可靠性具有 重要影响。本文就中小型水电站水轮机选型与优化进行探讨，并提出一些相关的技术建 议。 二、水轮机选型与分类 1. 水轮机选型 在中小型水电站的水轮机选型过程中，需要考虑到水轮机的流量、水头、装机容量等 因素，以确保水轮机可以在水电站的运行条件下实现最佳的发电效率。选择合适的水轮机 型号和参数是确保水电站正常运行的基础。 根据水轮机的结构和工作原理，可以将水轮机分为内嵌式水轮机和外控式水轮机两大类。内嵌式水轮机直接受到水流作用，其转动部件与水流接触，适用于水流比较稳定的小 型水电站；外控式水轮机则通过导流装置调节水流作用力，可以适应水流波动较大的水电站。 三、水轮机优化 1. 流道优化 水轮机的流道是保证水轮机高效运行的关键部位。通过对水轮机流道进行优化设计， 可以减小流体的能量损失，提高水轮机的效率。常见的流道优化措施包括改善流道内部的 曲率、加装导流板、增加水流的扰流装置等。 2. 叶轮优化 叶片是水轮机的动力转换部件，其叶片的设计与优化对于水轮机的性能具有重要影响。采用现代流体动力学的分析方法，结合流场模拟和试验验证，可以实现叶轮的优化设计， 提高水轮机的效率和稳定性。 3. 轴系优化 水轮机的轴系部分包括轴承、密封装置、联轴器等组件，其设计与选型对于水轮机的安全可靠运行至关重要。通过优化轴系的设计，可以减小机械损耗，提高水轮机的传动效率。 2. 运用现代流体动力学的分析方法，对水轮机的流道和叶轮进行优化设计，提高水轮机的效率和稳定性。 3. 注意水轮机轴系的设计与选型，确保水轮机的安全可靠运行。 4. 在水轮机的运行过程中，定期检查和维护水轮机的各个部件，及时发现和排除故障，保证水轮机正常运行。 五、结论 中小型水电站水轮机的选型与优化是保证水电站安全、高效运行的关键技朧。通过运用现代流体动力学的分析方法，结合工程实践，可以实现水轮机的优化设计，提高水轮机的效率和可靠性，进而推动中小型水电站的健康发展。希望随着技术的不断进步，中小型水电站水轮机的选型与优化能够得到更好的完善和发展。 该枢纽工程位西北某省A河上游干流上，其布置和工程参数如附件所示， 该水电站拟定主要设计参数 序号项目单位数值 1 最大水头m 125 2 最小水头m 86 3 多年平均水头m 92.5 4 设计水头m 88 5 总装机容量MW 360 （一）水轮机型号选型 1 根据该水电站的水头变化范围86~125m，在水轮机系列谱表3-3，表3-4中查出适合的机型有HL180和HL200两种。 2 主要参数选择 2.1 选取4台机组 2.2 转轮直径D1计算 单机容量：36万kw/4=9万kw （一)HL180水轮机 2.2.1查文献HL180转轮综合特性曲线可知机组效率M=90%;g =96% Nr=Ny/zg=360000/4*0.96=93750kw 查表3-6可得HL180型水轮机在限制工况下的单位流量'1M Q =860L/s=0.86m 3/S ，效率m=89.5%，由此可 初步假定原型水轮机在该工况下的单位流量'1 Q =' 1M Q =0.86m 3/S ，效率=92%。 上述的Q1’，和Nr=单机容量：36万kw/4=9万kw ；g=96% Nr=Py/zg=360000/4*0.96=93750kw ，Hr=88m 带入式 η r r 11'81.9r H H Q N D = 可得=3.83m ，选用与之接近而偏大的 标称直径=3.9m 。 2.2.2转速n 计算 查表3-4可得HL180型水轮机在最优工况下单位转速10M n'=67r/min,初步假定M 1010'n ' n = ，将已知的和av H =92.5m ，1 D =3.9m 代入式1 1 ' n n D H =可得n=165.2r/min ， 选用与之接近而偏大的同步转速n=166.7r/min 。（上式中'n 选用原型最优单位转速10 'n ，H 选用加权平均水头 Hav ） 2.2.3 效率级单位参数修正 ηηη1 D 1 D 10 'n ? ? ? ???--=-=?)5/1()^(1)1(11Mmax Mmax max D D K K M ηηηη）（ 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：▽=850m 3 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。 轴流式水轮机的比转速与使用水头关系 中国： s n =H 2300 （m ·KW ） 日本： s n = 5020 20000 ++H （m ·KW ） 小型水电站水轮发电机组选型设计及重 点问题分析 摘要：水轮发电机机组的选型设计作为小型水电站建设工程中的重要投资，不过在实际的建设过程中，很容易因为水轮发电机组选型设计不当等问题出现发电站效益不理想的情况，因此本文对小型水电站水轮发电机组选型设计过程中的注意事项和问题进行了分析，以供小型水电站建设时作为水轮发电机组选型设计的参考。 关键词：小型水电站；水轮发电机组；选型设计 在水力发电站建设的过程中，对于水轮发电机组的设计关乎着整个工程的经济效益和生产效率，同时也对水电站的经营质量有着非常大的影响。因此水电站必须根据相关参数来选择合理的水轮发电机组，以确保水电站能够顺利运行。 1. 小型水电站水轮发电机组选型设计概述 由于水电站建设受到了地区因素的影响，各个水电站的水力资源和开发应用情况必然存在一定的不同，加上工作水头、引用流量范围等等，都需要根据实地的状况进行设定。而水轮发电机在自身能量和汽蚀特性以及强度条件的限制下，其适用的水头和流量范围相对较窄，因此水轮发电机只能够在合适的区域正常运行。为了保障水电站的运行能够满足经济安全需求以及高效率，设计工作人员应当对不同类型水轮发电机的技术参数、性能特点等等进行全面了解，进而根据水电站的基础资料和工程的总体布置以及水轮机特性等进行结合，并且综合比较其技术方案，选择出利用了最高、成本最优、收益最好的水轮发电机组选型设计方案。 小型水电站水轮发电机组的选择在具体设计过程中，必须要根据当地情况以及水轮机各项参数进行比较后再进行确定，当前常用的水轮发电机主要有如下类型： 1、灯泡贯流式水轮发电机。近几年来我国在灯泡贯流式水轮发电机的研究成果非常显著，在大量工程的实践运用中现实，在水头低于二十五米的情况下，灯泡管流式水轮发电机和同轴流转桨式水轮发电机相比有着更好的技术和经济优势。灯泡管流式机组的结构形式和常规立轴机组有着非常大的差距，尤其是在运行、维修和管理方面都有着很大的不同，因此在采用的选择上也需要根据实际情况，并根据业主单位的意见来使用。 2、轴流式水轮发电机。轴流式水轮机主要分为转桨式和定桨式两种，轴流定桨式水轮机在小型水电站中的应用相对较广，主要原因是因为其结构相对简单，便于维护，而且造价低，能够有效控制成本，同时还不存在漏油等问题。 3、混流式水轮发电机。在低水头的中小型水电站中，混流式水轮发电机的使用相对广泛，虽然混流式水轮发电机机组相对来说成本较高，不过其空化性能和安装高程较好，因此也能有效控制土建成本。 4、水斗式水轮发电机。早期由于因为设计、制造技术和材料等方面的原因，我国的高水头混流式水轮发电机依然存在一些问题，因此水斗式水轮发电机依然是我国高水头中小型水电站的首要选择。 1. 小型水电站水轮发电机组选型设计的原则和方法 在小型水电站选择水轮发电机组的过程中，一定要贯彻如下选型原则： 1、首先要预先对设计水头下所发出的额定出力进行检测，若是实际设计低 于设计水头的话，目标设计的发电机组受阻容量应当减小，以保障水轮发电机能 够充分发挥其最大效率。 2、在针对机组参数进行选择时，一定要确保能够和水电站的基本参数相适应，毕竟各个型号的水轮发电机所能够适应的水头范围也是不一样的，其水头上 中小型水电站水轮机选型与优化的探讨 一、中小型水电站的发展现状 中小型水电站是指装机容量在10MW以下的水电站，它们通常建设于山区、丘陵地带，利用山间溪流、小河流等水资源进行发电。我国拥有丰富的水资源，中小型水电站在我国 的能源结构中占据着重要的地位。根据《中国水电规划纲要（2016-2020）》，我国中小型水电站的装机容量将超过6000万千瓦，其中以云南、贵州、四川、湖南等省份为主要发展地区。中小型水电站具有建设周期短、投资少、环境友好等特点，是我国水电产业中的重 要组成部分。 二、水轮机的选型原则 1. 资源条件：中小型水电站的水资源条件多种多样，有的水流充沛、水头较大，适 合选择斜流水轮机；有的水流较小、水头较低，适合选择横流水轮机。在选型时需结合实 际的水资源条件，选择适合的水轮机类型。 2. 经济性：水轮机的选型应充分考虑其造价和运行成本，以确保建设和运营的经济 效益。一般来说，对于水头较低的水电站，应选用效率较高的水轮机，使得发电成本更低，经济效益更好。 3. 可靠性：水轮机作为水电站的核心设备，其可靠性和稳定性对水电站的正常运行 和发电效率具有重要影响。在选型时需要考虑水轮机的品牌、技术和质量等因素，以确保 其长期可靠运行。 4. 适应性：水轮机的选型还需要考虑其在不同水流条件下的适应性。部分水电站可 能会受到季节性水流的影响，因此需要选择具有一定适应性的水轮机，以确保在不同水流 条件下都能够正常运行。 三、水轮机的优化设计 1. 流道设计优化：水轮机的流道设计对其能效和稳定性具有重要影响。通过采用先 进的流道设计理论和仿真技术，可以对水轮机的流道形式和参数进行优化，提高水轮机的 整体效率和性能。 3. 装置布置优化：水轮机的装置布置对整个水电站的运行效率和安全稳定性有影响。通过合理布置水轮机和相关设备，可以减少水流损失和能量损失，提高水电站的整体发电 效率。 四、中小型水电站水轮机选型与优化案例分析 浅析水轮机的选型设计 作者：张强 来源：《科学与财富》2019年第16期 摘要：水轮发电机时指以水轮机为原动机将水能转化为电能的发电机。水流经过水轮机时，将水能转换成机械能，水轮机的转轴又带动发电机的转子，将机械能转换成电能而输出。本文以对X水电站调节系统设计与分析为例。从初步选择，对各项指标进行综合比较，到选定最优方案，确定水轮机型号HLA511-LJ-410、选择4台机组，来介绍水轮机选型方法。 一、水轮机类型的确定 由所给出的原始数据克制水轮机的运行水头范围为52-76米，则可供选择的水轮机型式有混流式、斜流式以及轴流转浆式三种。斜流式水轮机适用于水头变幅大的电站，转轮叶片可以转动而实现双重调节，处于高效率区的流量和出力范围大，效率曲线比较平坦。但目前由于其制造工艺复杂，技术要求高，故很少使用。而混流式水轮机具有结构紧凑、运行可靠、效率高，能适应很宽的水头范围等特点，技术十分成熟，是目前国际国内应用最广泛的水轮机机型，安装检修均具有强有力的技术保障，且由于本次设计的电站水头变化范围较小，且负荷变化较大，故决定采用混流式水轮机。 根据原始资料中的最高水头76米，查《混流式水轮机转轮型谱参数表》，经过初步比较判断选择6个型号的转轮，其详细参数见下表 经过对这几个机型的参数的初步比较，可以看出A511-35型、HL220.46型及A248-35型模型水轮机在最优工况下的单位转速、单位流量、最高效率以及限制工况点的单位流量均比较高，且高效率区较宽，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较小，有利于电站的稳定运行，故选取上述三个水轮机机型进行计算. 二、机组台数的确定 由原始资料可知，该水电站的装机容量为280MW，根据实践经验，在合理要求的情况下，可采用3 台、4台、5 台机组的设计方案进行计算比较。 三、水轮及装置方式的确定 设计电站的最大水头是76米，且装机容量属于大机组，故应按立式布置方式。 四、水轮机选型计算 第三章水轮机选型 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，使水电站充分利用水能，安全可靠运行。 水轮机选型设计是水电站设计中的一项重要工作。它不仅包括水轮机型号的选择和有关参数的确定，还应认真分析与选型设计有关的各种因素，如水轮发电机的制造、安装、运输、运行维护，电力用户的要求以及水电站枢纽布置、土建施工、工期安排等。因此，在选型设计过程中应广泛征集水工、机电和施工等多方面的意见，列出可能的待选方案，进行各方案之间的动能经济比较和综合分析，以力求选出技术上先进可靠、经济上合理的水轮机。 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教材。 二、水轮机转轮标称直径系列(cm) 三、水轮发电机标准同步转速 四、水轮机系列应用范围图 第二节水轮机选择 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、H s、Z a；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。 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 混流式水轮机选型的有关问题 1、混流式水轮机的适用范围 在我所1992年编制的水轮机转轮系列型谱中，H=20～400米，共推荐了11个转轮型号。 转轮比转速n s0=84~249m.KW（模型转轮最优点）。 随着研究水平的提高，转轮特性最优区向大单位流量Q1’，高单位转速n1’发展，模型效率提高，而且要求转轮有良好的空蚀性能和压力脉动值缩小，机组稳定性好。 东方电机厂研究出最高使用水头H max=500米的转轮有： D361a-F19 n110=59 Q110=183 ηM=91.08% n s=3.13*59*(0.183*0.9108)0.5=75.4 m.KW D372-F19 n110=61.3 Q110=182.5 ηM=91.28% n s=78.3 m.KW D356-F2×15 n110=59.5 Q110=163 ηM=90.56% n s=71.6 m.KW D381-F19 n110=60 Q110=162.5 ηM=92.65% n s=72.9 m.KW D381-F17 n110=59.8 Q110=152 ηM=93.41% n s=70.5 m.KW D403-F19 n110=60.5 Q110=152 ηM=93.1% n s=71.2 m.KW 一般来说，Q110小一些，ηM高一些。 哈电使用H max=400m的转轮有： A351-53 n110=66 Q110=209 ηM=92.9% n s=91 m.KW A179-40 n110=62 Q110=184 ηM=91.3% n s=79.5 m.KW A542-50 n110=61 Q110=181 ηM=92.5% n s=78.1 m.KW A543-50 n110=62.5 Q110=195 ηM=92.7% n s=83.2 m.KW 随着我国三峡电站的兴建，大型混流式水轮机水利开发技术得到很大提高。通过引进技术，二次创新和实际应用，东方的水力开发技术发生了质的飞跃。巨型混流式机组的水力开发达到了世界先进水平。 东电开发用于三峡右岸机组的转轮D399、瀑布沟水电站D416A、锦屏一级电站D438C. 三峡D399转轮参数：700MW、ηmax=94.59%、ηw=92.56% 模型额定ηM=89.02% σmc=0.109 σmi=0.146 尾水管最大压力脉动8% 无叶区最大压力脉动4% 瀑布沟水电站D416A转轮参数（模型）：550MW、ηmax=94.82%、ηw=93.01%、ηr=91.23% 临界空化系数σc=0.07 σi=0.094 尾水管最大压力脉动7.2% 无叶 区最大压力脉动4.3% 锦屏一级电站D438C：600MW、ηmax=94.82%、ηw=93.43% 、ηr=92.72%、临界空化系数σc=0.048 σi=0.072 尾水管最大压力脉动5% 无叶区最大压力脉动4.5% 东电在混流式水轮机40～500米水头应用范围内，开发出模型转轮最高效率在93.5～ 95.3%处于国际先进水平；在市场潜力巨大的50～250米水头段，绝大部分转轮模型 最高效率在94.5%以上。空化性能及水力稳定性均优于国外提供的转轮。 哈电A772CηMmax=94.6% A797ηMma x=94.01% 120~150米水头段水轮机性能较优的模型转轮参数： 1、A673（150m）n110=72.5 Q110=730l/s ηM=93.49% 2、A696（150m）n110=72.5 Q110=753l/s ηM=93.79% 二、机电设备的选择 （一）、水轮机的选择 1 、水轮机选择的基本资料 装机容量Nr =0.25MW 设计水头m H m H m H r 64,79,95.69min max === 2、水轮机型号的选择 根据设计水头m H r 95.69=，参照金钟元《水力机械》附表1，可以有两种选220HL 型水轮机。 3、单机容量的选择 水电站的装机容量等于机组台数和单机容量的乘积。根据已确定的装机容量，就可以拟定可能的机组台数方案。在选择机组台数时可从下列方面考虑： （1） 机组台数与机电设备制造的关系 机组台数增多时，机组单机容量减小，尺寸减小，因而制造及运输都有比较容易，这对于制造能力和运输条件较差的地区是有利的。但实际上小机组单位千瓦消耗的材料多，制造也较麻烦，故一般都希望选用较大的机组。 （2） 机组台数与水电站投资的关系 当选用的机组台数较多时，不仅机组本身单位千瓦的造价高，而且随着机组台数的增加。相应的闸门、管道、调速器，辅助设备和电气设备的套数就要增加，电气结线也较复杂，厂房平面尺寸也需加大，机组安装维护的工作量也增加，因此从这些方面来看，水电站单位千瓦的投 资将随台数的增加而增加。但另一方面，采用小机组则厂房的起重能力、 安装场地、机坑开挖量都可缩减，因此又可减小一些水电站投资。 总的来说，机组台数变化要引起水电站投资变化，在大多数情况下，台数增多将增大投资。 （3） 机组台数与水电站运行效率的关系 机组台数增多能够增加水电站的电能，但当增多到一定程度，再增多时对水电站的运行效率就不会有显著的影响了。 当水电站在电力系统中担任基荷工作时，选择机组台数少，可合水轮机在较长时间内以最优工况运行，合水电站保持较高的平均效率。 （4） 机组台数与水电站运行维护工作的关系 机组台数多，单机容量小，运行方式就比较灵活，机组发生事故后所产生的影响小，检修也较容易安排。但因运行操作次数随之增加，发生事故的机率增高了，同时管理人员增多，运行费用也提高了。因此不宜选用过多的机组台数。 在技术经济条件相近时，应尽量采用机组台数较少的方案，但为了水电站运行的可靠性和灵活性，一般应不少于两台。 故综合考虑，采用两台机组，单机容量为KW N f 12500=。 KW N Nr f f 1302196.0/12500=== η 式中 Nr ——水轮机的额定出力 f N ——发电机的额定出力 f η——发电机效率 4 水轮机主要参数的确定 水轮机结构设计方案 1绪论 1.1罗洲坝水电站的概况 罗洲坝水电站坐落在市武隆县的江口镇，地理位置优越，交通便利。其供电目标主要是电网，在电网担任调峰、调频和事故备用的作用，该电站利用江口水电站的水库，正常蓄水位为300米，相应的库容为5.4亿立方米；死水位为260米，相应库容为2.7亿立方米，调节库容为3.4亿立方米，为季调节型水库。设计洪水位为300.1米，校核洪水位304.1米，相应水库总库容5.8亿立方米，装机容量10万千瓦，额定水头106米。 1.2设计的基本参数 水轮机额定出力：102Mw 额定转速：214.3r/min 额定流量：104.3m3/s 最大允许吸出高度：-5.5m 最大水头：120m 额定水头：106m 最小水头：73m 安装高程：175.70m 1.3 毕业设计的具体容 （一）根据给定的罗洲坝水电站水轮机基本参数进行水轮机总体结构设计： 1.根据参数选择水轮机型号和转轮直径等基本参数，确定水轮机的主要特征尺寸，对水轮机主要部件进行结构设计； 2.根据机组型式和电站基本条件设计主轴密封和水导轴承； 3.绘制水轮机总装配图。 （二）导水机构传动系统设计 1.根据机组的型式进行导水机构传动系统设计； 2.绘制导水机构装配图及导叶布置图； （三）绘制控制环零件图 （四）外文翻译 2.水轮机选型设计 2.1基本参数 水轮机额定出力：102Mw 额定转速：214.3r/min 额定流量：104.3m3/s 最大允许吸出高度：-5.5m 最大水头：120m 额定水头：106m 最小水头：73m 安装高程：175.70m 2.2方案初选 作为一种水力原动机，水轮机的作用是将水流的能量转化为水力机械的机械能，进而带动发电机转子进行水力发电。水轮机分为两种：分别是冲击式水轮机和反击式水轮机，冲击式水轮机又分为切击式、斜击式和双击式；反击式水轮机则可分为混流式、斜流式、轴流式以及贯流式水轮机。 混流式水轮机能适应的水头围很宽，是目前最受欢迎也是最常用的一种水轮机。混流式水轮机的特点是运行可靠，结构紧凑，运行效率高，大型的混流式水轮机一般应用的水头围为50~700米之间。 轴流式水轮机又称为卡普兰式水轮机，由于叶片和导叶之间形成的一种相互协联关系，其稳定性和水利效率较高，高效率区的运行围相对较大，比较适用于出力和水头变化较大的水电站。轴流式水轮机目前广泛应用于水头低，容量大的水电站，一般应用的水头为3~70米。 斜流式水轮机一般应用于水头在40~200米的围，适用于水头变化幅度相对而言比较大的水电站。但是由于斜流时水轮机现阶段存在制造工艺复杂，技术要求较高的问题，因此，斜流式水轮 水轮机型号选择 根据已知的水能参数初选水轮机型号 最大工作水头：H max=Z 上max -Z 下min-△h=609.86-573.12-1.732=35 m 最小工作水头：H min=Z 上min-Z 下max-△h=607.78-574.27-1.732=31.77m 平均水头： 1 1 H a= (H max+H min)= X (35.85+31.35)=33.4 m 2 2 查水电站机电设备手册根据我国小型反击式水轮机适应范围参考表初选水 轮机型号。 初选水轮机型号：HL240-LJ-140 水轮机类型混流式 转轮型号HL240 最大水头35m 最小水头31.77m 设计水头33m 出力3400kw 校核机组的稳定性 水轮机主要参数的计算： HL240-LJ-140型水轮机方案主要参数的计算 转轮直径计算 Nr=3400/0.95=3368.42kw Hr=33.4m D i=,——Nr—（1-3） .9.81Q i Hr 2M 式中： Nr-为水轮机的额定出力（kw） D 1 -为水轮机的转轮直径（m n M-为水轮机的效率 Hr-为设计水头（m） Q 1'--为水轮机的单位流量（m/s） 由水力机械课本附表1中查得Q'=12.4 L/s=1.24m3/s,同时在附表1中查得 水轮机模型在限制工况下的效率 n 沪90.4%,由此可初步假定水轮机在该工况的 效率为92.0% 将 Nr=3400kw, Q i '=1.24 m 3/s, Hr=33.4m, n M =92%# 3368.42 9.81 1.24 33.432 0.92 选择与之接近而偏大的标准直径 D=1.40m 效率的修正值计算 由水力机械课本附表1查得水轮机模型在最优工况下的效率 型转轮直径Di M =0.46m,则原型水轮机的最高效率n max ，即： 式中: n max --为原型水轮机的最高效率 n Mma --为水轮机模型在最优工况下的效率 D 1M --为模型转轮直径 (m D 1 --为原型转轮直径 (m 将 n Mma =91.0% , Di M =0.46m, D 1=1.4m 带入得: n Mma =1- ( 1- n max ) 5 n D 1 =92.8% 考虑到制造工艺水平的情况取 & 1=1%由于水轮机所应用的蜗壳和尾水管的 型式与模型基本相似，故认为& 2=0,则效率修正值△ n 为： △ n = n ma - n Mmax - £ 1 式中： △ n -- 为效率修正值 n max -- 为原型水轮机的最咼效率 n Mma -- 为水轮机模型在最优工况下的效率 将 n max=0.928, n Mmax=0.91 £ 1= 0.01 带入上式得: = 1.12m n Mma =89.6%,模 n ma =1- (1-4) D 1M =1- (1-0.91 ) 0.46 1.4 (1- n Mma ) D 1 M D 1 第六节 水轮机的选型 水轮机选型设计是水电站设计中的一项重要工作。它不仅包括水轮机型号的选择和有关参数的确定，还应认真分析与选型设计有关的各种因素，如水轮发电机的制造、安装、运输、运行维护，电力用户的要求以及水电站枢纽布置、土建施工、工期安排等。因此，在选型设计过程中应广泛征集水工、机电和施工等多方面的意见，列出可能的待选方案，进行各方案之间的动能经济比较和综合分析，力求选出技术上先进可靠、经济上合理的水轮机。 一、水轮机选型设计的内容及基本资料 1．水轮机选型设计的内容 （1）确定单机容量及机组台数； （2）确定机型和装置形式； （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）确定蜗壳和尾水管的型式及尺寸； （6）估算水轮机的外形尺寸、重量和价格； （7）提出在特性或结构上的某些特殊要求进行设备投资总概算等。 2．水轮机选型设计所必需的基本资料。 水轮机的型式及参数的选择是否合理，是否与电站建成后的实际相吻合，在很大程度上取决于以原始资料的调查、汇集和校核。初步设计时，通常应具备上述的基本资料。 （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。还应包括经过严格分析与核准的水能基本参数，诸如电站的最大水头max H ， 最小水头min H ，加权平均水头a H ，设计水头r H ，各种特征流量a Q Q Q 、、 max min ，典型年（设计平水年、丰水年、枯水年）的水头，流量过程线。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，设计平水年负荷图、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、事故备用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；同类水电站的水轮机参数与运行经验等。 （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 超高水头水电站冲击式水轮机的选型原理及设计 首先，选型原理上，超高水头水电站常采用冲击式水轮机，其工作原 理是通过水流的冲击力来驱动水轮机转动，将水能转化为机械能。冲击式 水轮机可分为两种类型：离心式和衝壓式。离心式水轮机通常适用于较高 的水头，其特点是水流进入转子后形成涡流，推动转子转动。而衝壓式水 轮机则适用于更高的水头，其特点是水流冲击转子，将转子推动起来。 其次，设计方面，超高水头水电站冲击式水轮机的设计需要考虑以下 几个关键点： 1.转速选择：由于水头高，通过冲击力驱动水轮机工作时，转速较高。根据特性曲线，选择转速时需要考虑到转速与效率之间的关系。 2.转子结构设计：转子是水轮机的核心部件，需要采用合适的材料和 结构设计来满足高速水流的冲击。特别是转子叶片的设计需要考虑到叶片 的强度、耐磨性和水力性能。 3.损失和效率优化：由于水头高，水轮机转动时会有较大的能量损失，因此需要通过优化设计减小损失，提高水轮机的效率。这可以通过优化叶 片形状、减小水流分离等方式来实现。 4.涡轮内部流场分析和优化：超高水头水轮机的涡轮内部流场复杂， 需要通过流场分析和优化来改善流线和流速分布，减小损失和提高效率。 5.动态特性分析：超高水头水轮机工作时会受到较大的冲击力和水压 力的影响，需要进行动态特性分析，保证水轮机在各种工况下的稳定工作。 总之，超高水头水电站冲击式水轮机的选型原理和设计需要全面考虑 水头高度、水轮机工作原理、机械强度和水力性能，通过合理的选型和设 计来满足超高水头水电站的要求，提高水能的利用效率。这需要工程师对水轮机的结构、流场和动态特性有深入的了解，并采用现代设计方法和工具进行分析和优化。 院校：河北工程大学水电学院专业班级：水利水电建筑工程01班姓名：苏华 学号： 093520101 指导老师：简新平 水电站水轮机的选型设计 摘要 本说明书共七个章节，主要介绍了大江水电站水轮机选型，水轮机运转综合特性曲线的绘制，蜗壳、尾水管的设计方案和工作原理以及调速设备和油压装置的选择。主要内容包括水电站水轮机、排水装置、油压装置所满足的设计方案及控制要求和设计所需求的相关辅助图和设计图。系统的阐明了水电站相关应用设备和辅助设备的设计方案的步骤和图形绘制的方法。 关键词： 水轮机、综合运转特性曲线图、蜗壳、尾水管、调速器、油压装置。 【abstract】 Curriculum project of hydrostation is a important course and practical process in curriculum provision of water-power engineering major . There are more contents and specialized knowledge in the curriculum project , which make students not to adapt themselves quickly to complete the design . In this paper , characteristic of the curriculum project is analyzed , causes of inadaptation to the curriculum project in students are found , rational guarding method are proposed , and a example of applying the guarding method is given . The results show that using provided method to guard student design is a good method , when teaching mode and time chart are given , students are guarded from mode of thinking and methodology , and design step are discussed and given . After the curriculum project of hydrostation , the capability of students to solve practical engineering problems is improved , and the confidence to engage in design is strengthened . 【Keyword】 Curriculum project of hydrostation ; guarding method ; mode of thinking ; methodology; design step. 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 第1章 水轮发电机组选型设计 1.1、机组台数及型号选择 1.1.1、水轮机型式的选择 已知参数 6.25max =H , 8.22min =H , 3.23av =H , MW 200=N 保证出力：MW 35=b N ，利用小时数：h 2225 取设计水头3.23av r ==H H 按我国水轮机的型谱推荐的设计水头与比转速的关系， 混流式水轮机的比转速s n : ）（kW m H n s ⋅=-=-= 394203 .232000 202000 轴流式水轮机的比转速s n : )(4773 .232300 2300kW m H n s ⋅=== 根据原始资料，适合此水头范围的水轮机类型有轴流式和混流式。 轴流式和混流式水轮机优点： （1）混流式结构紧凑，运行可靠，效率高，能适应很宽的水头范围，是目前应用最广泛的水轮机之一。 （2）轴流式水轮机s n 较高，具有较大的过流能力，轴流转桨式水轮机可在协联方式下运行，在水头、负荷变化时可实现高效率运行 根据表本电站水头变化范围m H 6.25~8.22=查《水电站机电设计手册—水力机械》 因为设计电站是无调节电站，所以工作容量等于保证出力MW 35=b N 选用混流式机组的单机容量不得超过 MW 8.7745.035 = 选用轴流式机组的单机容量不得超过 MW 10035 .035 = 确定机组台数4台和5台 方案列表如下： 转轮型号 HL260/A244 JK503 ZZ500 HL260/A244 JK503 ZZ500 单机容量（MW) 50 50 50 40 40 40 1.2、水轮机方案比较 1.2.1、方案Ⅱ、MW 504⨯ 244/260A HL 1、计算转轮直径 水轮机的额定出力为： W 51020% 9850000 k N P G G r == = η 取最优单位转速min 80110 r/n =与出力限制线的交点的单位流量为设计工况点单 位流量，则）（s /m 29.1Q 3110=,对应的模型效率875.0m =η，暂取效率修正值 %2=∆η，则设计工况原型水轮机效率895.002.0875.0m =+=∆+=ηηη。 故水轮机转轮直径为： ）（m 33.6895 .03.2329.181.951020 81.95 .15 .11101=⨯⨯⨯== η r r H Q P D 我国规定的转轮直径系列，计算值处于标准值m 5.6~0.6 m 之间，考虑到取m 0.6偏小，难于保证设计水头下发生额定出力；若取m 5.6又太大，不经济。本机组属于大型水轮机，故取非标准值m 4.61=D 。 2、转速n 的计算 由244/260A HL 转轮技术资料提供查得min /r 80n 110= min /34.604 .63 .23801110r D H n n av =⨯== 转速计算值介于同步转速min /5.62~min /60r r 之间， 当取min /60r 时，运行区域如下图：水轮机选型设计
中小型水电站水轮机选型与优化的探讨
水电站课程设计
(一)水电站水轮机选型设计方法及案例
小型水电站水轮发电机组选型设计及重点问题分析
中小型水电站水轮机选型与优化的探讨
浅析水轮机的选型设计
第三章水轮机选型
水轮机的选型设计2
水电站枢纽厂房设计及机组选型设计
水轮机结构设计方案
水轮机选型
水轮机设计
超高水头水电站冲击式水轮机的选型原理及设计
水电站水轮机选型设计
水轮机的选型设计
水轮发电机组选型设计设计