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

分别对以上九个方案进行计算，并根据计算结果确定各模型转轮型号的最优方案。确定转轮直径和同步转速等参数，步骤如下：

（1）、根据电站的总装机容量及其机组的台数，确定单机的出力Nr，然后计算转轮直径D1，最后根据算出的转轮直径，查水轮机的标准直径D1；

（2）、原型水轮机的最高效率ηT0的计算，计算效率修正值确定△η，最后求出原型机的效率ηT，并判断单位参数是否需要修正；

（3）、计算单位转速的修正值△n并判断其否需要修正，然后计算原型机最优工况下的单位转速（n110）T，并根据其计算值确定标准值（与发电机的同步转速一致）；

（4）、在各水头下计算模型机的转速，画线看转速是否通过高效率区；

（5）、计算水轮机设计水头下的出力pr和最小水头小的出力pmin，判断出力是否满足pmin

（6）、根据以上指标综合考虑，选择方案二，方案五，方案七

五、待选方案的综合比较

结合运转综合特性曲线对各水轮机的各项综合指标进行计算及比较，最终确定水轮机转轮型号。其中，所计算的指标主要有：

1、吸出高度：水轮机的吸出高度Hs是指下游水面至转轮叶片上压力最低点之间的距离，是一个相对值，直接关系着水轮机的气蚀性能

2、比转速：与水轮机的运行工况有着密切的联系，其下限受能量指标（出口动能损失）的限制，上限受到气蚀条件的限制。

3、平均效率：机组平均效率是衡量机组经济性的重要指标，机组的平均效率越高，其经济性就越好，工作在高效率区的机率就越高。

4、飞逸转速：飞逸转速是衡量机组安全性的重要指标。

5、受阻容量：机组受阻容量为单台机组容量与最小水头下机组的最大出力之间的差值。

由运转综合特性曲线可看出，方案七的高效率区明显少于其他两个方案，所以最终只对方案二和方案五进行综合比较。

从表1-5比较看出HL511-LJ-410型的平均效率、最高效率、吸出高度、安装高程和比转速都比HL220-LJ-410型大，且飞逸转数和受阻容量相差不大，所以选择HL511-LJ-410型水轮机。

结束语

电力系统对不同水电站有不同要求，例如基荷、腰荷、调频、调峰、事故备用或几项组合，每个电站机组的实际情况不一样，如机组结构、监控信号、频率、水头、操作要求等，这些都对水轮机的造型要求不同。因此，需要从多方面进行水轮机的选择和使用，在满足“可靠性、灵敏性、稳定性”的基础上考虑水电站发展的需要，包括建设智能化、数字化水电站，满足和适应当前技术及发展的需要，保证水电站的安全、稳定、可靠、经济运行。

參考文献：

[1]沈祖诒，水轮机调节[M]。水利电力出版社，1997

[2]陈乃祥，水利水电工程的水力瞬变仿真与控制[M]。中国水利水电出版社，2005

[3]王划一，自动控制原理[M]。国防工业出版社，2003

[4]刘大恺主编.水轮机[M].北京：中国水利水电出版社.

[5]董毓新.水轮发电机组振动[M].大连：大连理工.

[6]陈国新，杨建设.水轮机、水泵及辅助设备[M].中央电大出版社.2000.

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

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。

(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 ）

小型水电站水轮发电机组选型设计及重点问题分析

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

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

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

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。

水轮机选型设计

第一章水轮发机主要参数设计第1节水轮机台数及型号选择一.已知参数 1．水库正常蓄水位：1684米；最低水位1678米；最高水位1686米； 2．尾水位最高尾水位1520米；正常尾水位1509米； 3．水头最大水头：174米；加权平均水头；167米；最小水头147米；二.水轮机型式的选择 1.按我国水轮机型谱推荐的设计水头与比转速的关系 ()kW m Hr N s ·8.1382065.1582000 202000=-=-= 2.水轮机型式的选择水轮机类型及其适用水头范围、比转速范围见表1—1[1] 表1—1 水轮机类型及其适用范围根据已知参数，本电站水轮机运行水头范围为：147m —174m ，比转速为：138.8（m·kW ）。根据表1—1所列参数决定选用混流式水轮机。三.电站装置方式的确定水轮机装置方式是指水轮机轴的装置方向和机组的连接方式。水轮机轴的装置分为立式和卧式两种。立式装置方式安装、拆卸方便，轴与轴承受力情况良好，发电机安装位置较高，不易受潮，管理维护方便，但是开挖量较大。卧式装置方式不会产生很大的集中荷重，厂房的高度较低，但轴与轴承受力情况不好。为了缩小厂房面积，高水头大中型电站一般采用立轴布置方式。该电站最大水头为174m ，故采用立式布置方式。机组连接方式采用直接连接。四.初选水轮机转轮型号根据本电站水头变化范围H=147m —174m 选择合适的水轮机转轮：A378、A194、D10、D126和D46,其参数见表1—2[7]。表1—2 初选水轮机转轮参数表

五.拟定机组台数并确定单机容量总装机容量N =65MW ，保证出力：N b =30MW ，年利用小时数：4560h ，取同步发电机效率ηg =97％；通过试算HLA194、HLD46出力不满足要求，最终确定选用HLA378、HLD10和HLD126三个方案。方案列表如下：表1—3 水轮机组选型及台数汇总表第2节各方案参数的计算一.HLA378各参数的计算 1.计算转轮直径水轮机额定出力为： ()kW 33505 97 .032500 == = g g r N P η 取最优单位转速n 110=69（r/min ）与出力限制线交点的单位流量为设计工况点的单位流量Q 110=0.72(m 3/s)，对应的模型效率ηm =0.888，暂取效率修正值Δη=2％,则设计工况下原型机效率η=ηm +Δη=0.888+0.02=0.908。故水轮机转轮直径为： ()m 62.1908 .065.15872.081.92 .3350581.95 .15 .1111=???== 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1.6m —1.8m 之间，考虑到取1.6m 偏小，难以保证设计水头下发出额定出力；若取1.8m 又太大，不经济。故取非标准值D 1=1.7m 。

水轮机设计

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

水轮机选型毕业设计及solidworks建立转轮模型

毕业设计水轮机选型毕业设计及solidworks建立转轮模型

任务书设计原始资料一、电站地理位置：位于华北地区。电站所在地海拔高程约800 m 。二、枢纽任务：发电为主。三、总装机容量：P总=2500MW 保证出力：500MW 四、水轮机工作水头最大水头Hmax=100m 平均水头Hav=90m 设计水头Hr=94m 最小水头Hmin80.0 任务与要求一．水轮机部分 ⒈水轮机型号选择。 ⒉应用主要综合特性曲线初步拟订待选方案。 ⒊通过初步分析比较淘汰明显不合理的方案，保留两个较好方案精选。 ⒋精选过程进行两个方案的动能经济比较。绘制运行特性曲线，进行机电设备的投资估算及土建工程比较 5．确定最佳方案。并对其进行如下计算： ⑴水轮机飞逸转速； ⑵轴向力； ⑶导叶高程，导叶最大及最优开度； ⑷蜗壳水力计算及单线图； ⑸尾水管型式选择及单线图和主要剖面图的绘制； ⑹对水轮机结构的特殊要求。二、绘制水轮机的运转综合特性曲线；对发电机的型号进行选择；三、进行蜗壳，尾水管的水力计算；四、利用Solidworks建立转轮的几何模型。五、计算书和说明书 ⒈分别编写设计计算书和设计说明书各一分。 ⒉计算书要求计算准确，层次清晰，公式和系数选择要求正确合理并标明依据。 ⒊说明书要论证充分正确，结论清楚。书写字迹工整。， ⒋图纸要符合标准，要求选择一张用计算机绘制。 ⒌说明书附英文标题与摘要。

摘要本设计着重阐述了水轮机型号的选择，电机型号的选择，及利用Solidworks建立几何模型。水轮机选型设计部分：依据原始资料初步确定机组的台数和机型，从而形成了四种设计方案，然后对四种方案的技术参数进行计算和比较，精选出两种方案作为备选方案；同过绘制两个方案的综合运转特性曲线和等吸出高度线，进行比较后确定一个方案作为设计的最终方案，然后，算出所确定方案的蜗壳和尾水管参数。第三部分是确定电站发电机的型号，经过第一部分的数据计算发电机各个参数，由所计算的参数进行选型。第四部分是利用Solidworks建立几何模型。关键词：水轮机，蜗壳，尾水管，发电机，Solidworks,几何模型。

超高水头水电站冲击式水轮机的选型原理及设计

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。

水电站水轮机选型设计

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

水轮机选型设计

第六章水轮机选型设计由于各开发河段的水力资源和开发利用的情况不同，水电站的工作水头和引用流量范围也不同，为了使水电站经济安全和高效率的运行，就必须有很多类型和型式的水轮机来适应各种水电站的要求。水轮机由于它自身能量特性、汽蚀特性和强度条件的限制，每种水轮机适用的水头和流量范围比较窄，要作出很多系列和品种（尺寸）的水轮机，设计、制造任务繁重，生产费用和成本也大。因此有必要使水轮机生产系列化、标准化和通用化，尽可能减少水轮机系列，控制系列品种，以便加速生产、降低成本。在水电站设计中按自己的运行条件和要求选择合适的水轮机。一、水轮机选型设计的任务及内容 1．任务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，因此根据H、N的范围选择水轮机是水电站中主要设计任务之一，使水电站充分利用水能，安全可靠运行。每一种型号水轮机规定了适用水头范围。水头上限是根据该型水轮机的强度和汽蚀条件限制的，原则上不允许超过；下限主要是考虑到使水轮机的运行效率不至于过低。 2．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) 确定水轮机的额定功率、转轮直径D1、同步转速n、吸出高度H s、安装高程Z a 、飞逸转速、轴向水推力；冲锤式水轮机，还包括喷嘴数目Z0、射流直径d0等。 (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。二、选型设计 1．水轮机选型设计一般有三种基本方法 (1) 水轮机系列型谱方法: 中小型水电站水轮机选多此种方法或套用法。 (2) 套用方法：用于小型水电站设计。 (3) 统计分析的方法：大型水电站设计，应用较广泛。 2．装机特征设计包括：机组台数、单机容量、水轮机型式与装置方式。

水轮发电机组选型设计设计

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：

毕业设计水电站的水轮机设计

毕业设计水电站的水轮机设计一、引言水轮机是一种将水流能转化为机械能的装置，广泛运用于水电站等发电场所。本文旨在对毕业设计中的水轮机进行设计和分析，并对其性能进行评估。二、设计原则在水轮机设计过程中，应考虑以下几个方面的原则： 1.效率原则：水轮机的设计应追求最大化效率，以充分利用水流能。 2.可靠性原则：设计的水轮机应具备良好的可靠性，以确保长期稳定运行。 3.经济性原则：设计应尽量降低成本，提高生产效益。三、设计步骤以下是进行水轮机设计的基本步骤： 1.流量计算：根据就地条件和需求，计算水轮机所需的水流量。 2.水头计算：确定水轮机所处的有效水头，包括高度、压力等。 3.效率计算：根据水头和水流量，计算水轮机的理论效率。 4.选择类型：根据水头和流量要求，选择适合的水轮机类型，如分流式、混流式等。 5.尺寸设计：根据选择的水轮机类型，确定几何尺寸，包括叶轮直径、叶片数目等。

6.材料选择：选择适当的材料，以确保水轮机的结构强度和使用寿命。 7.制造和安装：根据设计图纸，制造和安装水轮机。 8.性能评估：对水轮机的性能进行评估，包括效率、功率输出等。四、设计要点以下是进行水轮机设计时需要注意的要点： 1.运行稳定性：设计时应考虑水轮机的运行稳定性，避免产生过大振动和噪音。 2.叶轮形状：叶轮的形状会影响水轮机的效率，应根据流体力学原理选择合适的形状。 3.叶轮材料：叶轮需要具备耐腐蚀和高强度的特性，常用材料有铸铁、不锈钢等。 4.沉砂措施：设计时应考虑沉砂措施，以防止沙砾进入水轮机破坏叶轮和导叶。五、结论水轮机的设计是毕业设计中一个重要的环节，本文介绍了水轮机设计的基本原则和步骤，并指出了设计中需要注意的要点。通过合理的设计和选材，可以使水轮机达到较高的效率和可靠性，提高水电站的发电效益。同时，也提醒设计者要考虑环保和可持续性等因素。希望本文对水轮机设计有所启发，并对毕业设计有所帮助。

水电站课程设计之水轮机选型设计

水电站课程设计之水轮机选型设计学校：河北工程大学系别：水利水电工程班级：07水工本（5）班姓名：李啸云学号：070290515 指导老师：袁吉栋

第一章：基本资料基本设计资料某梯级开发电站，电站的主要任务是发电，并结合水库特性、地区要求可发挥水产养殖等综合效益。电站建成后投入东北主网，担任系统调峰、调相及少量的事故备用容量，同时兼向周边地区供电。该电站水库库容小不担任下游防洪任务。经比较分析，该电站坝型采用混凝土重力坝，厂房型式为河床式。经水工模型试验，采用消力戽消能型式。经水能分析，该电站有关动能指标为：水库调节性能日调节保证出力 4万kw 装机容量 16万kw 多年平均发电量 44350 kwh 最大工作水头 39.0 m 加权平均水头 37.0 m 设计水头 37.0 m 最小工作水头 35.0 m 平均尾水位 202.0 m 设计尾水位 200.5 m 发电机效率 98.0% 第二章：机组台数与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，就可以拟订可能的机组台数方案，选择机组台数与单机容量时应遵守如下原则： 1、机组台数与工程建设费用的关系在水电站的装机容量基本已经定下来的情况下，机组台数增多，单机容量减小。通常大

机组单位千瓦耗材少，整体设备费用低；另外，机组台数少，厂房所占的平面尺寸也会减小。因此，较少的机组台数有利于降低工程建设费用。 2、机组台数与设备制造、运输、安装以及枢纽安装布置的关系单机容量大，可能会在制造、安装和运输方面增加一定的难度。然而，有些大型或特大型水电站，由于受枢纽平面尺寸的限制，总希望单击容量制造得大些。 3、机组台数与水电站运行效率的关系水轮机在额定出力或者接近额定出力时，运行效率较高。机组台数不同，水电站平均效率也不同。机组台数越少，平均效率越低。但是机组台数多到一定程度，再增加台数对水电站运行效率增加的效果就不显著。当水电站在电力系统中担任基荷工作时，引用流量较固定，选择机组台数较少，可使水轮机在较长时间内以最大工况运行，使水电站保持较高的平均效率。当水电站担任系统尖峰负荷并且程度调频任务时，由于负荷经常变动，而且幅度较大，为使每台机组都可以在高效率区工作，则需要更多的机组台数。另外，机型不同，高效率范围大小也不同。对于高效率工作区教窄的，机组台数应适当多一些。 4、组台数与水电站运行维护的关系机组台数多，单机容量小，水电站运行方式就较灵活，机组发生事故产生的影响小，机组轮换检修较易安排，难度也小。但因操作运行次数随之增多，发生事故的机率也随之增高，同时管理人员多，维护耗材多，运行费用也相应提高。故不能用过多的机组台数。 5、机组台数与电气主接线的关系对采用扩大单元的电器主接线方式，机组台数为偶数为利。但由于大型机组主变压器受容量限制，采用单元接线方式，机组台数的单、偶数就无所谓了。上述各种因素互相影响，遵循上述原则，并且该水电站装机容量为16万kw，由于2.2万kw<16万kw<25万kw，该水电站为中型水电站，并担任系统调峰、调相及少量的事故备用容量，同时兼向周边地区供电。综上所述宜选用偶数机组台数：4台单机容量选择：单机容量N=16万÷4=4万KW, 水轮机额定出力Nґ=N÷98﹪=40000÷98﹪=40816KW 第三章：水轮机型号、装置方式、转轮直径、转速、及吸出高度与安装高程的确定根据水头变化：最小工作水头35m到最大工作水头39m。在水轮机系列型普表中查出合适的机型有HL240型水轮机和ZZ440型水轮机两种。现将这两种水轮机作为初步方案，分别求出其有关参数，并进行比较分析。 1、HL240型水轮机方案主要参数计算 1.1确定水轮机的转轮直径D 由公式：