白俄罗斯维捷布斯克水电站水轮机选型分析
白俄罗斯维捷布斯克水电站水轮机选型
分析
摘要：白俄罗斯维捷布斯克水电站是白俄罗斯最大水电站，该电站机组的选型对投资和工程建设周期有着至关重要的影响，基于此分析说明该电站水轮机选型。
关键词：白俄罗斯维杰布斯克水电站水轮机选型
1水电站概述及主要参数
白俄罗斯维捷布斯克水电站位于维捷布斯克市西德维纳河的上游段，距离该市约8km。维捷布斯克水电站开发目的是以发电为主，兼顾航运。依据水能核算结果水电站的主要技术参数如下：
（1）水电站运行水位
设计水位139.0m
（2）水电站的水头
最大水头 Hmax=12.16m
加权平均水头Hp=10.7m
设计水头Hr=9.1m
最小水头Hmin=7.41m
（3）流量
设计流量Q使用=510m3/s
保证流量Q保证=58.5 m3/s
（4）水电站的设计容量40MW
（5）使用小时数3450H
2选择水轮机型号
依据发电经济分析结果，维捷布斯克水电站的设计功率为40MW。考虑到水电站水头范围在7.41m-12.16m之间，以及白俄罗斯维杰布斯克州能源公司要求，该电站选择的机型有轴流式水轮机和灯泡贯流式水轮机。
可利用下列中国的水轮机制造厂提供的新型模拟转轮的数据将轴流式和灯泡贯流式水轮机进行比较，包括新型模拟转轮：ZZ660，ZZ560a，JP401，GZ995，GZ1250a，Gztf07。
（1）适用于该水电站的轴流式水轮机的模拟参数见表2.1。
表2.1轴流式水轮机模拟转轮的参数
从表2.1可看出，最佳状态和受限状体下三种不同参数的模拟转轮之间的差别不大。ZZ660型转轮的单位转速比较合理，其空化性能优越，模拟转轮的效率好于其它两种型号。因此在该阶段为进行比较选定了ZZ660型转轮作为轴流式水轮机的主要型号。
（2）适合该水电站的灯泡贯流式水轮机的的模拟参数见表2.2。
表2.2灯泡贯流式水轮机转轮的模拟参数
从表2.2可看出，GZ995型转轮的特点是：有效系数高，空化性能好，运行稳定。
（3）两种型号水轮机的比较
在选定的模拟参数基础上可计算出轴流式水轮机和灯泡贯流式水轮机的相应参数。计算结果见表2.3
表2.3轴流式水轮机和贯流式水轮机的参数和指标
上表可看出，灯泡贯流式水轮机具有很大的高速性，发电机直径小、发电机尺寸小、水轮机组的重量小。
轴流式水轮机组要比直流机组贵21.01万元。轴流式水轮机要求的吸出高度大（-4.2m），这样会增加水电站厂房下部的工作量。但另一方面，使用轴流式水轮机时水电站厂房的跨度和长度要比使用灯泡贯流式水轮机组大，因此使用轴流式水轮机组时建造水电站的投资也将比使用灯泡贯流式水轮机组时的投资大。
使用灯泡贯流式水轮机时，其中的水流条件更好，通过水轮机的单位流量也更大。与轴流式水轮的肘形尾水管机比较，泡贯流式水轮机的直通式尾水管可以提高水轮机的有效运行系数。
尽管灯泡贯流式水轮机组比轴流式水轮机组重量轻，灯泡贯流式水轮机组也比较经济，节省了投资并保障水电站的经济效益。
3确定水轮发电机组的数量
现对3台、4台和5台机组的方案进行对比，对比结果见表3.1。
表3.1－安装不同数量水轮机的水电站厂房比较特性
从上表可以看出，水轮机转轮直径的变化范围不大，从4.5m到3.5m。水电
站的水压在12.16m－7.41m之间浮动，最大压头与最小压头的比等于1.64。但是，水电站的流量变化非常明显。在枯水期，河水流量为Qгар＝58.5 m3/s。在流
量小的情况下，安装3台机组将不能满足水电站灵活运行的需求。在河水流量小
的情况下，4台机组和5台机组的安装，可以满足运行需要。在安装3台水轮机时，电站厂房的长度为79.80m，跨度为15.5m。在安装4台机组时，水电站的长
度将为79.44m，跨度为15.5m。在安装5台水轮机组时，水电站厂房的长度为
86.5m，跨度为13.5m。从土石方开挖的深度来讲，安装4台机组和5台机组的水
电站厂房要深于安装3台机组的水电站建筑物，但在厂房工程投资方面的差别不大。与安装4台机组的方案相比，安装5台机组的方案的特点是机组数量多，运
行灵活性更高，但是机组的制造和水电站的建设期限更长，机电装置及其安装工
作方面的支出也更大。除此之外，安装5台机组的水电站的运行及维护工作也更
为复杂。
结束语：上述对两种方案在技术和经济方面、机电设备的投资方面、单位电能方面、运行灵活性方面、机组工作状态方面进行的一些列比较结果显示，对于白俄罗斯维捷布斯克水电站来说4台灯泡贯流式水轮机组的方案是更适合的。
参考文献：
[1] 郑源鞠小明程云山，水轮机[M]，北京：中国水利水电出版社，2007
[2] 水电站机电设计手册编写组，水电站机电设计手册-水力机械[M]，水利电力出版社，1988
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。
(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 ）
水轮机的类型及构造
本篇重要内容：水轮机(The hydraulic turbine) 水轮机是将水能转变成旋转机械能，从而带动发电机发出电能的一种机械，是水电站动力设备之一。研究的目的是充分利用水能资源，为厂房布置设计作准备。 第二章 水轮机类型与构造 第一节水轮机大体类型、特点、适用条件 一、水轮机的大体类型 （一）按主轴装置方式划分 1. 立式水轮机：水轮机主轴竖直安装；大中型水轮机均采用该装置方式。 2. 卧式水轮机：水轮机主轴水平安装；小型或微型水轮机采用。 （二）按能量转换特征 水轮机是水电站的主要动力设备之一。按照能量转换的特征，可将水轮机分为还击式、冲击式两大类。各类类型水轮机依照其水流方向和工作特点不同又有如下不同的形式。 ⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎩ ⎪⎨⎧⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧双击式斜击式水斗式（切击式）冲击式斜流式贯流转桨式）贯流式（贯流定桨式，轴流转桨式）轴流式（轴流定桨式，混流式反击式水轮机 二、水轮机的特点及适用条件 （一）还击式水轮机的特点及适用条件 特点:（1）水流流经转轮时，水流充满整个转轮叶片流道，利用水流对叶片的反作使劲，即叶片正反面的压力差使转轮旋转； （2）主要利用水流的势能和动能，主如果利用水流的势能； （3）水轮机在工作工程中，转轮完全浸没在水中。 还击式水轮机按照水流流经转轮的方式不同分为混流式、轴流式、斜流式、贯流式四种。 1、混流式（法郎西斯式）：水流径向流入转轮，轴向流出。 适用范围：H=30~700 m , 单机容量：几万kW~几十万kW 长处：适用范围广，结构简单，运行稳定，效率高，适用高水头小流量电站。 2、轴流式（卡普兰式）：水流沿转轮轴向流入，轴向流出，水流方向始终平行于主轴。 (a)、轴流定浆式：叶片不能随工况的转变而转动。改变叶片转角时需要停机进行。 结构简单，效率低。适用H 、Q 转变不大的情况（工况较稳定）， H ：3~50m 。 (b)、轴流转浆式：叶片能随工况的转变而转动，进行双重调节（导叶开度、叶片角度）。适用水头流量的转变，高效率区广，大中型电站多采用。 H ：3~80m 。（葛洲坝：17万kW 、万kW ，Hr=27m ）。
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
水轮机的选型计算
一、水轮机选型计算的依据及其基本要求.....................................................................1 1 水轮机选型时需由水电勘测设计院提供下列原始数据.................................1 2 水轮机选型计算应满足下述基本要求......................................................1 二、反击式水轮机基本参数的选择计算..................................................................1 1 根据最大水头及水头变化范围初步选定水轮机的型号.................................1 2 按已选定的水轮机型号的主要综合特性曲线来计算转轮参数.................................1 3 效率修正..........................................................................................4 4 检查所选水轮机工作范围的合理性.........................................................4 5 飞逸转速计算....................................................................................5 6 轴向推力计算....................................................................................5 三、水斗式水轮机基本参数的选择计算......................................................10 1 水轮机流量.......................................................................................10 2 射流直径d 0.......................................................................................10 3 确定D1/d 0.......................................................................................10 4 水轮机转速n ....................................................................................10 5 功率与效率................................................................................................11 6 飞逸转速..........................................................................................12 7 水轮机的水平中心线至尾水位距离A ......................................................12 8 喷嘴数Z 0的确定....................................................................................12 9 水斗数目Z1的确定.................................................................................12 10 水斗和喷嘴的尺寸与射流直径的关系...................................................13 11 引水管、导水肘管及其曲率半径.........................................................13 12 转轮室的尺寸..............................................................................14 A 水机流量..........................................................................................17 B 射流直径.............................................................................................17 C 水斗宽度的选择..........................................................................................17 D D/B 的选择.............................................................................................17 E 水轮机转速的选择.......................................................................................17 F 单位流量的计算..........................................................................................17 G 水轮机效率................................................................................................18 H 飞逸转速................................................................................................18 I 转轮重量的计算..........................................................................................18 四、调速器的选择.............................................................................................20 1 反击式水轮机的调速功计算公式.....................................................................20 2 冲击式水轮机的调速功计算公式.....................................................................20 五、阀门型号、大小的选择.................................................................................21 1 球阀的选择................................................................................................21 2 蝴蝶阀的选择 (22) 目 录
水轮发电机组中水轮机的选型设计
水轮发电机组中水轮机的选型设计 摘要: 在水利水电系统中的建设过程, 怎样合理选择适用的水轮机组的类型对水轮机的性能是否优越十分重要。因此应本着具体情况具体分析的原则设计相应的实践方案, 以提高其运行的灵活性。本文着重阐述实践中应如何对水轮机组进行设计。 关键词: 水轮机组；特征；选型设计 Abstract: In the water conservancy and hydropower system in the construction process, how to choose suitable hydraulic turbine type on turbine performance is superior is very important. It should be based on concrete analysis of the principles of design and the corresponding practices, in order to improve the operation flexibility. This paper focuses on the practice should be how to design of hydraulic turbine. Key words: turbine selection design; feature; 0引言 水轮机组的选型设计是水电站水力机械设计的重要组成部分。发电机由水轮机驱动，它的转子短粗，机组的起动、并网所需时间较短，运行调度灵活。水轮机组选型设计不仅为以后的电气部分、水工部分设计打下基础，同时也会影响到电站的机电设备投资、厂房投资及发电效益等经济指标。因此，水轮机组的选型设计必须做到科学、准确、合理、先进，满足技术性能和经济指标的要求。 1水轮机选型设计的任务及内容 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。水头是根据该型水轮机的强度和汽蚀条件限制的，不允许超出；水轮机出力大小主要是考虑到使水轮机的运行效率不至于过低。 2水轮机选型的基本原则及装机特征设计 水轮机的选型按照技术先进、安全可靠、经济合理的原则，选择和确定水轮机的具体型号和技术参数。通过对可行的不同技术方案进行比较，对水轮发电机组及其附属设备技术性能、制造成本，机组预期的实用性、可靠性、使用寿命等，进行综合比较和分析，寻求资源利用充分、投资省、效益高的最优方案。水轮机选型应遵循以下的基本原则：
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
水轮机选型设计计算书 原稿
第一章 水轮机的选型设计 第一节 水轮机型号选定 一．水轮机型式的选择 根据原始资料，该水电站的水头范围为18-34m ， 二．比转速的选择 水轮机的设计水头为m H r 5.28= 适合此水头范围的有HL240和ZZ450/32a 三．单机容量 第二节 原型水轮机主要参数的选择 根据电站建成后,在电力系统的作用和供电方式, 初步拟定为2台,3台,4台三种方案进行比较。 首先选择HL240 n11=72r/min 一．二台 1、计算转轮直径 水轮机额定出力：kw N P G G r 67.66669 .0106.04 =⨯== η 上式中： G η-----发电机效率,取0.9 G N -----机组的单机容量（KW ） 由型谱可知，与出力限制线交点的单位流量为设计工况点单位流量，则Q 11r =1.155m 3 /s,对应的模型效率ηm =85.5%，暂取效率修正值 Δη=0.03，η
=0.855+0.03=0.885。模型最高效率为88.5%。 m H Q P D r r 09.2885 .05.28155.181.967 .666681.95 .15.1111=⨯⨯⨯== η 按我国规定的转轮直径系列（见《水轮机》课本），计算值处于标准值2m 和2.25m 之间，且接近2m ，暂取D 1=2m 。 2、计算原型水轮机的效率 914.02 46 .0)885.01(1)1(155 110max =--=--=D D M M ηη Δη=η max -ηM0=0.914-0.885=0.0.029 η=ηm +Δη=0.855+0.029=0.884 3、同步转速的选择 min /18.1972 95 .0/5.2872av 1110r D H n n =⨯== min /223.11855 .0884 .07210 M 0 T 11011r n n =-⨯=-=∆）（ ）（ ηηmin /223.73223.172n 1111r 11r n n m =+=∆+= 4、水轮机设计单位流量Q11r 的计算 r Q 11= r r r H D η5 .12181.9P =884.05.28281.967.66665.12⨯⨯⨯=1.2633 m /s 5、飞逸转速的计算 r n = 1 11max D H n r =73.223×28.33=212.851r/min 6、计算水轮机的运行范围 最大水头、平均水头和最小水头对应的单位转速 min)/609.66223.18.332 180.19711max 1min 11r n H nD n =-⨯=∆-= min)/(777.70223.195 .0/5.282180.19711av 111r n H nD n a =-⨯=∆-=
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。
水轮机的选型设计2
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%
水轮机选型计算
浅谈水轮机选型计算 张彪 (南宁广发重工集团发电设备公司广西南宁530031) 摘要：简单介绍了水轮机的形式、适用范围、特点、水轮机选型的步骤、蜗壳、尾水管的尺寸计算及调速设备和油压装置的选择方法。阐述水轮机各种机型特点及水轮机技术参数之间的相互关系。 关键词：水轮机选型、蜗壳、尾水管、进水阀门、调速器、油压装置 原则 选型计算的一般原则概括为以下几点： ①所选定的水轮机应有较高的效率。不仅要选择效率高的转轮型号，而且还要根据水轮机的模型综合曲线和真机工作特性曲线选择工作范围最好的转轮，以保证水轮机运行时有较高的工作效能； ②所选定的水轮机转轮直径应较小。较小的转轮直径将使机组获得较高的转速，从而缩小机组尺寸，降低机组造价。 ③所选定的水轮机应有良好的汽蚀性能和工作稳定性(压力脉动小)。 ④优先考虑套用已有型号转轮直径接近的机组。 内容 (1)、确定机组台数及单机容量 (2)、选择水轮机型式（型号） (3)、确定水轮机参数D1、Q、n、Hs、ns、F、Z0、do。 (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。
水轮机选型过程中，根据水电站所需要的开发方式、动能参数、水工建筑物布置等，并考虑已生产的水轮机的参数拟选若干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。 水轮机选型计算内容 1.确定单机容量及机组台数 根据DL5180-2003《水电枢纽工程等级划分及设计安全标准》的规定，水电站工程等别根据其在国民经济建设中的重要性，按照库容和装机容量划分为五等： 水电枢纽工程的分等指标 水电站机组台数的选择一般是在装机容量已定的情况下进行的，选择的过程实际上是一个技术经济比较的过程，有时与水轮机型式的选择、甚至与水轮机主要参数的选择同时进行。 2.选择水轮机型式(型号) (1)、根据《水轮机设计手册》,水轮机的分类和适用范围见下表(可逆式水轮机,在型式代号后增加汉语拼音字母”N”表示)：
水电站课程设计
目录 前言...................................................... 第一部分水电站厂房....................................... 一、设计资料.............................................. 二、水轮机选型............................................ 2.1水轮机型号选择..................................... 2.2水轮机参数计算..................................... 三、水轮机蜗壳设计........................................ 3.1蜗壳形式的选择..................................... 3.2断面形状及包角的选择............................... 3.3进口断面面积及尺寸的确定........................... 四、尾水管设计............................................ 4.1尾水管的形式....................................... 4.2弯肘型尾水管主要尺寸的确定......................... 五、发电机外形尺寸........................................ 5.1发电机型式的选择................................... 5.2水轮发电机的结构尺寸............................... 六、厂房尺寸确定.......................................... 6.1主厂房长度的确定................................... 6.2主厂房的宽度....................................... 6.3主厂房各层高程的确定............................... 第二部分吊车梁设计.......................................
毕业设计水电站的水轮机设计概要
1 前言 (4) 2水电站的水轮机选型设计… ……… ………………………… 5 2.1 水轮机的选型设计概述…………………………………………… 5 2.2 水轮机选型的任务………………………………………………… 6 2.3水轮机选型的原则……………………………………………… 6 2.4水轮机选型设计的条件及主要参数……………………………… 7 2.5 确定电站装机台数及单机功率…………………………………… 7 2.6 选择机组类型及模型转轮型号…………………………………… 8 2.7 初选设计(额定工况点………………………………………… 11 2.8 确定转轮直径 1 D ...... ...................................................... 12 2.9 确定额定转速n ............................................................ 12 2.10 效率及单位参数的修正 (13) 2.11 核对所选择的真机转轮直径 1 D ....................................... 14 2.12 确定水轮机导叶的最大开度、最大可能开度、最优开度 (18) 2.13 计算水轮机额定流量 , v r q ... (19) 2.14 确定水轮机允许吸出高度 s H .......................................... 20 2.15 计算水轮机的飞逸转速 (25)
2.16 计算轴向水推力 oc P ...................................................... 25 2.17 估算水轮机的质量 (26) 2.18 绘制水轮机运转综合特性曲线 (26) 3 水轮机导水机构运动图的绘制............................................. 35 3.1导水机构的基本类型...................................................... 35 3.2 导水机构的作用............................................................ 36 3.3 导水机构结构设计的基本要求.......................................... 36 3.4 导水机构运动图绘制的目的 (37) 4 水轮机金属蜗壳水力设计................................................... 41 4.1 蜗壳类型的选择 (41) 4.2 金属蜗壳的水力设计计算 (41) 5尾水管设计…………………………………………………………… 49 5.1 尾水管概述…………………………………………………… 49 5.2 尾水管的基本类型 (49) 5.3 弯肘形尾水管中的水流运动 (49) 6水轮机结构设计……………………………………………………… 50 6.1 概述………………………………………………………………… 50 6.2 水轮机主轴的设计......................................................... 50 6.3 水轮机金属蜗壳的设计................................................ 51 6.4 水轮机转轮的设计......................................................... 52 6.5 导水机构设计............................................................... 55 6.6 水轮机导轴承结构设计 (58) 6.7 水轮机的辅助装置 (61)
水轮机的选型计算
目录 一、水轮机选型计算的依据及其基本要求 (1) 1水轮机选型时需由水电勘测设计院提供下列原始数据 (1) 2水轮机选型计算应满足下述基本要求 (1) 二、反击式水轮机基本参数的选择计算 (1) 1根据最大水头及水头变化范围初步选定水轮机的型号 (1) 2 按已选定的水轮机型号的主要综合特性曲线来计算转轮参数 (1) 3效率修正 (4) 4检查所选水轮机工作范围的合理性 (4) 5飞逸转速计算 (5) 6轴向推力计算 (5) 三、水斗式水轮机基本参数的选择计算 (10) 1水轮机流量 (10) 2射流直径d0 (10) 3确定D1/d0 (10) 4水轮机转速n (10) 5功率与效率 (11) 6飞逸转速 (12) 7水轮机的水平中心线至尾水位距离A………………………………………………1 2 8喷嘴数Z0的确定 (12)
9 水斗数目Z1的确定 (12) 10 水斗和喷嘴的尺寸与射流直径的关系 (13) 11 引水管、导水肘管及其曲率半径 (13) 12转轮室的尺寸 (14) A 水机流量 (17) B 射流直径 (17) C 水斗宽度的选择 (17) D D/B的选择 (17) E 水轮机转速的选择 (17) F 单位流量的计算 (17) G 水轮机效率 (18) H 飞逸转速 (18) I 转轮重量的计算 (18) 四、调速器的选择 (20) 1 反击式水轮机的调速功计算公式 (20) 2 冲击式水轮机的调速功计算公式 (20) 五、阀门型号、大小的选择 (21) 1 球阀的选择 (21) 2 蝴蝶阀的选择 (22) 水轮机的选型计算 一、水轮机选型计算的依据及其基本要求 1水轮机选型时需由水电勘测设计院提供下列原始数据： 1）装机容量、装机台数、单机额定出力Nr、最大出力Nmax和负荷性质； 2）水电站的设计水头Hr，最大水头Hmax，最小水头Hmin，加权平均水头Hcp；3）水电站上下游水位与流量关系曲线，水头、流量过程线或保证率曲线，引水管损失等； 4）水电站的泥沙资料（含沙量、泥沙类别、特性等），水质资料（水温、化学成分、PH值、硬度、含气量等）； 5）水电站厂房形式，引水方式和引水管长度、直径；机组安装高程及允许吸出高度Hs＇； 6）制造厂与水电站间的运输条件、水电站的安装条件（允许最大挖深值等）。 2水轮机选型计算应满足下述基本要求： 1）具有优良的能量指标，所选择的水轮机应能经常运转于高效率区；
水轮机调速器选型概论
水轮机调速器选型概论 摘要水轮机调速器是整个水利发电的过程的参与者和执行者,频繁的控制和调节使其成为水利发电系统中故障多发的设备之一。选对水轮机调速器对水利发电系统的稳定性和安全性等起到至关重要的作用。本文将首先根据水轮机组的型式对水轮机调速器进行分类,并对机组的选型做系统的分析。 关键词水轮机调速器;单机容量;频率;水头;油压等级;操作功;主配压阀 1 水轮机组的分类 水利发电机组系统由水轮机组和发电机组构成,是利用水的势能转化为电能的主要设备。目前,绝大多数水轮机组都是用来带动交流发电机组。水轮机组根据工作原理分为反击式和冲击式两大类。目前,世界上单机容量最大的冲击式机组为挪威的悉·西马电站,其单机容量为315mW,水头885m,转速为300转/min。反击式机组则由水流冲击的反作用力使转轮旋转而工作的,目前世界上单机容量最大的反击式机组为中国的向家坝电站,其单机容量为800mW。冲击式机组一般水压保持恒定,主要是动能的转换。反击式机组水压和动能均能变化,主要是压力能的转化。冲击式机组根据水流方向又分为,切击式(水斗式)和斜击式(由瑞士工程师德里亚于1956年发明,故又称德里亚水轮机)两大类,两者射流的倾角不同。反击式机组可分为混流式(由美国工程师弗朗西斯于1849年发明,故又称弗朗西斯水轮机)、轴流式和贯流式。斜击式、轴流式和贯流式根据结构有定桨和转桨式(由奥地利工程师卡普兰在1920年发明的,故又称卡普兰水轮机)。 常用水轮机组特点归结如下: 水斗式:适用于高山丘陵水量不大的高水头地区,水头一般在200m以上; 斜击式:高水头小流量中小型机组,水头一般在40m~120m之间; 混流式:最常见机组,在水头和负荷大时比轴流转桨效率低; 轴流式:适用于平原河道上,水头低于40m,定桨式桨叶固定在转轮体上,适用于水头变化不大的水电站,转桨式水轮机的桨叶在轮体上可以调节,适用于水头及负荷变化较大的水电站; 灯泡贯流式:适用于3m~20m低水头大流量地区,发电机装在水密的灯泡体内,故称灯泡贯流式,转轮既可以设计成定桨式,也可以设计成转桨式。 2 水轮机调速器的主要任务和组成部分 2.1 水轮机调速器的主要任务