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。
水轮机选型设计
水轮机的选型设计 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 ⑴确定单机容量及机组台数。 ⑵确定机型和装置形式。 ⑶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。 ⑷绘制水轮机的运转综合特性曲线。 ⑸估算水轮机的外形尺寸、重量和价格。 ⑹根据选定的水轮机型式与参数、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
水轮机选择必须充分考虑水电站的特点，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的比较，从中选择出技术经济综合指标最优的方案。 ⑴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。 ⑵根据水电站水头的变化及电站的运行方式，选择合适的水轮机型式及参数，使电站运行中平均效率尽可能高。 ⑶水轮机的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。 ⑷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。 ⑸机组制造供货应落实，提出的技术要求应符合制造厂的设计、试验与制造水平。 ⑹机组的最大部件和最重部件要考虑运输方式与运输的可行性。 3．水轮机选型所需的原始技术资料 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。 ⑴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、
冲击式水轮机说明书
冲击式水轮机 说 明 书
一、概述 1、冲击型水轮机适合于高水头电站，它的喷咀与转轮分水刃在同一平面上，射流方向为转轮园周的切线方向，来自压力管的水经喷咀转换为高速射流，切向冲击转轮的水斗，推动转轮旋转作功。再通过发电机转化为电能。 该型水轮机的转轮高出尾水面，不存在因汽蚀要求开挖的问题，不用尾水管、蜗壳和复杂的导水机构。因此，具有结构简单、维护管理方便、运行可靠等优点。 2、本机采用弹性联轴器和发电机直联或与发电机同轴，旋转方向从发电机向水轮机看为顺时针方向。 3、本机采用水力性能较好的62°/45°长喷咀和90°喷水弯管及引水弯管。 二、水轮机主要零部件结构和作用 该型水轮机由主机、喷咀机构、引水部分、折向机构等主要部分组成。 1、主机部分包括有：转动部件，轴承部件和机壳部件。 转动部件有转轮、主轴、飞轮、弹性联轴器、甩水环等主要另件。 转轮是水轮机的心脏，转轮的特性对水轮机的性能起着决定性的作用。转轮采用整铸结构。水斗中间有一道分水刃，它使射向水斗的水流均匀地向两边分开，以减少水流碰撞损失，在水斗顶端有一个缺口，以免上一个水斗的射流冲击下一个水斗。 飞轮和弹性联轴器连成一体。装设飞轮的目的在于增加机组的转动惯量和稳定性。甩水环可以止住水流沿着轴向溢出。 轴承采用滑动轴承。在两轴承中间支承着转轮，轴承主要用来承受机组转动部分的重量和径向力。滑动轴承的轴瓦是上下两瓦，装在轴承座里，用46#透平油以主轴旋转带动油环旋转带油润滑。轴承底座的油池内必须随时保持一定的润滑油。必要时，立即补充或更换。 机壳部件有机座与机盖。机座通过轴承来支承机组转动部分的重量。机座前面装有咀嘴机构，在靠近折向器的地方，机座上开有圆孔，供观察水流和折向器工作情况。 2、喷咀机构装在机座前面，包括有喷咀部件和手、电动调器执行部分。 喷咀部件有喷咀、喷针、喷水弯管、导流支架、平衡活塞、封水压环、喷针杆等
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：
第二节 冲击式水轮机和反击式水轮机工作原理的异同点
其次节冲击式水轮机和反击式水轮机工作原理的异同点冲击式水轮机的工作原理与反击式水轮机相同点是，均是采用水流与转轮叶片的作用力和反作用力原理将水流能量传给转轮，使转轮旋转释放出机械能。冲击式水轮机与反击式水轮机工作原理显著的不同点是： 1.在冲击式水轮机中，喷管（相当于反击式水轮机的导水机构）的作用是：引导水流，调整流量，并将液体机械能转变为射流淌能。而反击式水轮机的导水机构，除引导水流，调整流量外，在转轮前形成肯定的旋转水流，以满意不同比转速水轮机对转轮前环量的要求。 2.在冲击式水轮机中，水流自喷嘴出I」直至离开转轮的整个过程，始终在空气中进行。则位于各部分的水流压力保持不变（均等于大气压力）。它不像反击式水轮机那样，在导水机构、工作轮以及转轮后的流道中，水流压力是变化的。故冲击式水轮机又称为无压水轮机, 而反击式水轮机，称之为有压水轮机。 3.在反击式水轮机中，由于各处水流压力不等，并且不等于大气压力。故在导水机构、转轮及转轮后的区域内，均需有密闭的流道。而在冲击式水轮机中，就不需要设置密闭的流道。 4.反击式水轮机必需设置尾水管，以恢复压力，减小转轮出口动能损失和进一步采用转轮至下游水面之间的水流能量。而冲击式水轮机，水流离开转轮时己流速很小，又通常处在大气压力下，因此它不需要尾水管。从另一方面讲，由于没有尾水管，使冲击式水轮机比反击式水轮机少采用了转轮至下游水面之间的这部分水流能量。 5.反击式水轮机的工作转轮沉没在水中工作，而冲击式水轮机的工作轮是暴露在大气中工作，仅部分水斗与射流接触，进行能量交换。并且，为保证水轮机稳定运行和具有较高效率, 工作轮水斗必需距下游水面有足够的距离（即足够的排水高度和通气高度）。 6.在冲击式水轮机中，因工作轮内的水压力不变，故有可能将工作轮番道适当加宽，使水流紧贴转轮叶片正面，并由空气层把水流与叶片的背面隔开。这样，可使水流不沿工作轮的整个圆周进入其内，而仅在一个或几个局部的地方，通过一个或几个喷嘴进入工作轮。由于工作叶片流道仅对着某个喷嘴时被水布满，而当它转到下一个喷嘴之前，该叶片流道中的水已倾尽，故水流沿叶片流淌不会发生紊乱。 7.冲击式水轮机的工作轮仅部分过水，部分水斗工作，故水轮机过流量较小，因而在肯定水头和工作轮直径条件下，冲击式水轮机的出力比较小。此外，充实水轮机的转速相对比较低（这是由于转轮进口肯定速度大，圆周速度小）、出力小，导致了较低的比转速，故冲击式水轮机适用于高水头小流量的场合。
水电站
第一章 水轮机分类：1.反击式水轮机：混流式、轴流式、斜流式、贯流式；2.冲击式水轮机：水斗式、斜击式、双击式。 混流式水轮机：水流从四周沿径向进入转轮，然后近似以轴向流出转轮。 轴流式水轮机：水流在导叶与转轮之间由径向流动转变为轴向流动，而在转轮区内水流保持轴向流动。 斜流式水轮机：水流在转轮区内沿着与主轴成某一角度的方向流动。 贯流式水轮机：贯流式水轮机是一种流道近似为直筒状的卧轴式水轮机。 水轮机的水头，也称作工作水头、净水头，是指单位重量水体通过水轮机时的能量减小值。 设计水头Hr：是水轮机发出额定出力时所需要的最小净水头。 设计流量是水轮机发出额定出力时所需要的最大流量。 水轮机的输出功率为水轮机主轴传递给发电机的功率，常称为水轮机出力，用N表示。 各种形式水轮机的转轮标称直径规定如下： 1、对混流式水轮机是指其转轮叶片进水边的最大直径。 2、对轴流式、斜流式和贯流式水轮机是指与转轮叶片轴线相交处的转轮室内径。 3、对冲击式水轮机是指转轮与射流中心线相切处的节圆直径。 水轮机型号： （1）ZZ560-LH-800，表示转轮型号为560的轴流转浆式水轮机，立轴，混凝土蜗壳，转轮直径为800cm。 （2）GD600-WP-300，表示转轮型号为600的贯流定浆式水轮机，卧轴，灯泡式引水，转轮直径为300cm。 （3）2CJ20-W-120/2X120，表示转轮型号为20的水斗式水轮机，一根轴上装有2个转轮，卧轴，转轮直径为120cm，每个转轮具有2个喷嘴，设计射流直径为10cm。 水轮机的最优工况即效率η最高的工况。 最优工况的两个基本条件：无撞击进口和法向出口。 第二章 蜗壳根据材料可分为金属蜗壳和混凝土蜗壳。当水头小于40m时多采用混凝土蜗壳；当水头大于40m时，常采用金属蜗壳。
水轮机课程设计(完整版)
课程设计说明书设计题目：水轮机选型 学生姓名： 学号： 班级： 完成日期： 指导教师（签字）：44
一、课程设计的目的和任务 1、目的：通过水轮机的课程设计，将各种水轮机的性能参数整理并绘制成不同形式的曲线，它是与水轮机课程教学相辅助的一个理论学习的环节，也是课程教学中一个必不可少的环节。通过水轮机课本章节的相关理论知识的学习后，再通过课程设计的环节以达到巩固和加强理论知识的目的，进一步培养学生独立思考、严谨工作的能力；此外，通过课程设计更进一步掌握造型、设计、参数等程序内容，提高了学生查阅资料和动手实践的能力。 2、课程设计的任务：通过所给的原始资料，根据要求明确水轮机的基本工作参数（包括水头H、流量Q、转速n、效率 、出力P、吸出高度H S、转轮直径D、水轮机型号、机组台数、装置方式等），整理并绘制成不同形式的曲线，即获得水轮机的特性曲线图。 二、电站基本参数 （1）电站总装机容量： 900 MW （2）电站装机台数： 6台 （3）电机容量： 150 MW （4）下游尾水位：▽80m （5）水轮机工作水头： 最大工作水头(Hmax)： 81.5m 最小工作水头(Hmin)： 45.5m 设计工作水头(Hd)： 63.5m 加全平均工作水头(Hw)： 57.8m (6) 机组运行特点：调峰
（7）电站水质良好 三、水轮机的简介 水轮机是一种将河流中蕴藏的水能转换成旋转机械能的原动机，当水流流过水轮机时，通过主轴带动发电机，将旋转机械能转换成电能。与发电机连接成的整体称为水轮发电机组，它是水电站的主要设备部分。水电站是借助水工建筑物和机电设备将水能转换成为电能的企业，在未来，水能资源的开发和利用将成为资源开发利用的主导能源，所以，水轮机的设计开发对我国水能资源的开发起到很大的推进作用。水轮机大致分为两大类：反击式水轮机和冲击式水轮机； 反击式水轮机： 转轮利用水流的压力能和动能做工的水轮机称为反击式水轮机。其特征是：压力水流充满水轮机的整个流道，水流流经转轮叶片时，受叶片的作用面改变压力、流速的大小和方向，同时水流在转轮叶片正反面产生压力差，对转轮产生反作用力，形成旋转力矩使转轮旋转。主要包括混流式、轴流式、斜流式和贯流式四种类型水轮机。 冲击式水轮机： 转轮只利用水流动能作功的水轮机称为冲击式水轮机。其特征是：有压水流先经过喷嘴形成高速自由射流，将压能转换成动能，并冲击转轮旋转。水流只冲击部分转轮，水流是不充满水轮机的整个流道的，转轮只是部分进水，转轮在大气压的作用下工作。所以叶片一般做成斗叶状。主要包括水斗式（切击式）、斜击式和双击式。 水轮机主要类型归纳如下：
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。
第三课 水轮机构造
第三课水轮机构造 符文君 水轮机是将水流的能量转换为旋转的机械能的动力设备，它用来带动发电机工作，产生电能。水轮机和发电机连在一起称为水轮发电机组。 一、水轮机的主要类型 由于水能资源条件的千差万别，水电站所能利用的水头和流量差别也很大，因此需要有各种类型的水轮机来适应不同水能资源条件，以便能充分和有效地利用水能资源。 根据水轮机利用能量的不同可分为反击式和冲击式两大类： 反击式水轮机：转轮在工作过程中全部浸在水中，压力水流流经转轮叶片时，由于反击式水轮机转轮的叶道是弯曲的，受叶片的作用而改变水流压力、流速的大小和方向，同时水流以其压能和动能对转轮产生反作用力，形成旋转力矩使转轮转动。 ①混流式：辐向进，轴向出，结构简单、运行可靠、效率较高，现代应用最为广泛，适用水头：20～450m，目前已达800m，三峡水电站：H=80.6m，N=70万KW，美国－大古力水电站：H=86.9m，N=70万KW，巴西、巴拉圭－伊泰普水电站：H=70～150m，N=71.5万KW。 ②轴流式：轴向进，轴向出。（立式）定桨：制造简单，但水头和流量变化时，效率变化较大，适用水头：3～50m，转桨：能在水头和流量变化时保持较高的效率，适用水头已达88m，南斯拉夫、罗马尼亚－铁门水电站：H=15～35m，N=17.5万KW，葛洲坝水电站：H=8～27m，N=17.5万KW ③斜流式：斜向进出，高效率区较宽，适合水头和流量变化较大的水电站，适用水头：20～200m，苏联－译雅水电站：H=78.5m，N＝21.5万KW，美国－石岛水电站：N＝5.13万KW ④贯流式：轴向进轴向出。（卧式）有良好的过流条件、水轮机效率较高；可降低和简化厂房结构，土建工程量小，适用水头：25m以下。青海－康扬水电站（N=41.25万KW37，）。 冲击式水轮机：有压水流从喷嘴射出后全部转换为动能，利用具有强大动能的水流冲击水轮机的转轮，形成力矩，使之旋转，从而使动能变为机械能。 ①切击式（水斗式）： 喷嘴射流沿转轮圆周切线方向冲击斗叶——应用最广泛，适用于：高水头（1000～2000m）小流量水电站 ②斜击式： 喷嘴射流方向与转轮旋转平面成一约25.5°的夹角，从转轮的一侧进入斗叶，从另一侧流出。适用水头：25～300m ③双击式： 由喷嘴出来的射流首先从转轮上部冲击叶片，接着水流又在转轮下部内缘再一次冲击叶片。适用
水轮机选型设计
2000 20 _ 2000 Hr " 158.65 - 20 =138.8 m kW 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; .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 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 —1⑴ 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 —2⑺。 表1 —2初选水轮机转轮参数表
P r N g _ 32500 g 一 0.97 二 33505 kW D 1 P r 9.81Qn H r .5n 33505 .2 1 5 9.81 0.72 158 .65 . 0.908 = 1.62 m 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n =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： 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： 取最优单位转速nn 0=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Qn o =O.72(m 3/s),对应的模型效率 n m =0.888,暂取效率修正值 △ n =2% ,则设计工况下原型 机效率 n=n m + △n =0.888+0.02=0.908。 故水轮机转轮直径为： 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,
南极洛河水电站转轮开发设计及数值仿真
南极洛河水电站转轮开发设计及数值仿真 摘要：作为国内首台自行设计和生产的千米级水头最大容量的冲击式水轮发电 机组，针对其核心部件转轮，结合公司多年经验，对转轮设计的重点、难点做了 充分考虑，并利用有限元软件、流体仿真软件对其进行流场分析、应力分析和疲 劳寿命预测，利用不锈钢整体锻造及数控加工技术对其加工制造，满足机组出力、效率及安全运行稳定性等指标，该设计方法可为同类型水轮机转轮的设计提供参考。 关键词：千米级水头；冲击式水轮机；转轮设计；数值仿真；不锈钢整体锻造；数控加工 1 引言 南极洛河水电站位于云南省迪庆州维西县巴迪乡，引巴东河和南极洛河的水 发电，是低坝挡水的有压引水式电站。该电站装机2台冲击式水轮发电机组，水 轮机型号为CJC601-L-220/4×10.8，额定水头为1039.9m，最大水头1092m，额定 转速为600r/min，发电机额定出力为44.3MW，是我国目前第二高水头电站，千 米级水头电站单机容量目前国内第一，同时亦是国内首台自行设计和生产的千米 级水头最大容量的冲击式水轮发电机组。 转轮水斗是冲击式水轮机的核心部件，高水头冲击式水轮机研制技术主要体 现在转轮的研制[1]。转轮的几何形状相当复杂，需要制定一套科学、合理、高效 的设计制造工艺方法。因此，针对南极洛河电站水头高、容量大、转速高的特点，我公司在借鉴相关成熟经验及技术的基础上，对转轮水斗进行了水力设计、结构 设计、疲劳寿命预测分析以及制造加工工艺方面的工作，使其满足各项性能指标，确保机组安全稳定运行。 2 转轮选型设计 冲击型水轮机是借助喷嘴引出的具有动能的自由射流，将水能传递给转轮， 使射流动能转化为机械能，带动发电机发电。一般来说，冲击型水轮机是根据电 站条件进行选型计算的，南极洛河水电站选取C601型，布置方式为立式，喷嘴 数Zn取4，射流直径d0取108mm，转轮直径D1取2200mm，额定转速n取 600 r/min，飞逸转速nf取1100r/min，水斗数Z1取24个，转轮材料选取锻 00Cr13Ni5Mo（VOD）材料。 转轮结构设计需注意的有：（1）.水斗数Z1选取，我公司是在满足结构强度 前提下水斗数尽可能布置多；（2）.水斗根部的设计以及与轮毂过渡段的结构设计，直接影响着转轮的强度及铸造缺陷的出现，在不影响水力性能前提条件下， 应适当地对水斗背面及根部加厚，最大限度地增大水斗根部与轮毂的过渡圆弧， 以降低应力集中。 3 流场分析 对于多喷嘴水轮机，射流干涉会直接导致真机的水力性能下降，影响机组安 全稳定运行。为此，运用CFD仿真技术对该机组进行数值仿真分析。冲击式水轮 机属于多相流，其转轮内部流动的非定常及复杂性，当前对于冲击式水轮机数值 仿真方面的研究工作国内外学者很多，笔者在参考及借鉴诸多学者成果的基础上 对南极洛河水电站水轮机进行CFD仿真分析。 3.1 计算方法及边界条件 由于冲击式水轮机内部流动具有强旋度及旋转剪切流等特点，湍流模型采用 双方程模型中的RNG k-epsilon模型，气水两相流模型采用VOF模型；应用有限
冲击式水轮机的工作原理和流程分析
冲击式水轮机的工作原理和流程分析 冲击式水轮机是一种常见的水力发电设备，通过水流的冲击力转换为机械能， 并最终转化为电能。它是利用水流的动能转化为机械能的原理进行工作的。本文将对冲击式水轮机的工作原理和流程进行详细分析。 首先，了解冲击式水轮机的工作原理。冲击式水轮机利用水流的动能转化为机 械能的原理进行工作。水流经过水轮机叶片时，由于水流的高速运动，产生了冲击力。这种冲击力作用在水轮机叶片上，使得叶片发生转动。这个转动的过程就是冲击式水轮机的工作过程。 其次，分析冲击式水轮机的工作流程。冲击式水轮机的工作流程包括进水、转动、水流排出等几个主要环节。 首先是进水环节。当水流经过水轮机时，首先需要通过导水管道将水引入到水 轮机中。导水管道通常将水从远处的水源引入到水轮机的高位处。这样可以最大限度地利用水流的高压力来增加水轮机的转动效果。 接下来是转动环节。当水流经过导水管道进入水轮机后，水流的冲击力作用在 水轮机叶片上，使得叶片发生转动。水轮机的叶片通常由多个叶片组成，这样可以增加叶片的冲击面积，提高水轮机的效率。水轮机的转动过程需要经过调速器的控制，以保持恒定的转速，进一步提高发电效率。 最后是水流排出环节。当水流的冲击力作用在水轮机叶片上，使得叶片转动后，转动的叶片带动轴系转动。最终，水流会从排水管道排出，完成了水轮机的工作。 冲击式水轮机的工作流程可以总结为：水流进入、冲击力作用、叶片转动、轴 系转动、水流排出。这个过程是循环往复的，不断将水流的动能转化为机械能。 此外，冲击式水轮机运行的效率也是一个重要的指标。水轮机的效率是指水流 转化为机械能的能量转换效率。提高水轮机的效率，可以更充分地利用水流的能量，
加拿大ATLIN水电站新型冲击式水轮机介绍-精品文档
加拿大ATLIN水电站新型冲击式水轮机介绍 1、加拿大ATLIN水电站概况 ATLIN水电站位于加拿大BC省ATLIN镇附近，利用SURPRISE 湖水发电，提供ATLIN镇居民生活和工业用电。ATLIN镇位于ATLIN湖畔，常住人口约300人，为印第安人聚集区。水电站总装机容量1×2000kW，孤网运行，电站为无人值守，全自动遥控操作。ATLIN镇以前依靠柴油发电机组为居民供电。 电站基本参数：设计水头91.31m；设计流量2.62m3/s；装机容量1×2000kW 2、机组选型 ATLIN水电站具有无水库、长引水管道（4030米）、孤网运行等特点。孤网运行时机组的负荷出现大的变化时会使得电网频率出现大的波动，为保证电能质量，要求机组必须在短时间内将电网的频率波动控制在规定范围。因此要求机组具有更高的灵敏度、更小的迟缓率和更快的动态响应。 引水式水电站中常见机型包括混流式、冲击式、轴流式三种机型。轴流式机组常用于40～60m水头以下的电站，显然该电站不宜采用轴流式水轮机。故我们在此仅对混流式、冲击式两种机型进行比较。 冲击式水轮机相对于混流式水轮机而言具有以下优点： 1）冲击式水轮机具有更加良好的调节性能。
冲击式水轮机可利用偏流器快速折流和喷针慢关的特点，使其调节灵敏度高，且具有更小的迟缓率和更快的动态响应。尤其对于有长引水管道的电站而言，良好的调节性能可以更好地控制压力上升和速率上升，既节省了电站投资，又能使电站运行更安全可靠。 2）冲击式水轮机运行范围宽，低负荷情况下不仅有较高的效率而且还能稳定运行。 在水电站发生大的负荷变动时，多喷嘴水斗式水轮机能通过改变喷嘴的运行数量，使水轮机能适应较小的流量并始终保持在高效率区运行。而混流式水轮机的效率会随着负荷的降低而迅速下降，可能还将伴随着出现如汽蚀严重、压力脉动增大和机组振动等问题。 3）冲击式水轮机的安装高程不受汽蚀影响，各部件都位于电站尾水位之上，电站开挖量小，维护检修方便。 4）冲击式水轮机的平均效率较混流式水轮机高。 虽然混流式水轮机在额定出力时效率较高（对于卧式小直径混流式水轮机而言，由于流道不相似，其额定出力时的效率不一定高于冲击式水轮机），但通过机组运行范围内平均效率的比较，冲击式水轮机平均效率更高（见附图1）。 混流式水轮机的比转速较水斗式水轮机高，水轮机直径小、转速高，这可使机组及厂房尺寸缩小而降低造价，但在该电站这一优点不太显具，考虑到该站的实际运行情况（要求调节性能好，
冲击式水轮机设计的探讨和发展趋势
冲击式水轮机设计的探讨和发展趋势 摘要：由于冲击式水轮机结构简单，机组安装高程不受空蚀条件的限制，因此 冲击式水轮机的应用越来越广泛。本文详细探讨了冲击式水轮机的设计及其发展 趋势。 关键词：冲击式水轮机；设计；发展趋势 随着社会的快速发展，冲击式水轮机的使用范围会越来越广，特别是在高水 头条件下会体现出其独特的使用价值。因此，必须对冲击式水轮机设计给予高度 重视，通过对其进行深层次探讨发现其存在的问题，具有针对性的处理各项问题，从而为其有更长远的发展奠定基础。 一、冲击式水轮机介绍 1、概述。冲击式水轮机是借助于特殊导水机构引出具有动能的自由射流，冲向转轮水斗，使转轮旋转做功，从而完成将水能转换成机械能的一种水力原动机。冲击式水轮机适用于高水头、小流量的电站，它将来自压力管道的水，经喷嘴后 转换为高速射流，切向冲击转轮，推动转轮旋转，从而带动发电机转子转动发电。在冲击式水轮机中，以工作射流与转轮相对位置和做工次数的不同，可分为切击 式水轮机、斜击式水轮机和双击式水轮机。 2、优点。1）适应流量和水头比值比较小的情况。2）加权平均效率很高，在整个运行区间都有很高的效率。3）对水头变化的适应能力比较强。4）对管道和 水头比值很大的也很适应。5）开挖量小。 二、冲击式水轮机设计的探讨 1、设计选择方面。疲劳问题是影响机组使用期限的关键因素，是冲击式水轮机设计过程中亟待解决的难题。设计上应确保机组使用期限至少为2O年，检修 间隔不超过1年。在设计高水头电站的立轴冲击式时，对高压引水管道的线路铺 设应高度重视，应将机组的布置形式为前提。随着工程施工条件的复杂程度提升，引水管道布置与其他系统结合度越来越高，逐渐走向完整化、规范化、统一化， 使机组使用领域日益增多。 对地下室水电站，尽量减少电站建设时地基的开挖量，在机组种类的选用上 一般倾向于立式多喷嘴水轮机。水轮机喷嘴数目要全面考虑以下问题：①水轮机效率；②转轮的服务年限；③水轮机的实用性；④机组成本与后期维护费用。 2、效率与空蚀 1）从模型到真机的效率换算。对冲击式水轮机，目前还没有统一的从模型到真机的效率换算公式。这是因即使比转速相同，不同的设计水头其效率修正值也 不同。这就需要根据具体的设计条件，以雷诺定律或韦伯定律为基础提出具体的 效率修正公式进行换算。 2）水斗对效率和空蚀的影响。冲击式水轮机水斗的几何形状对效率和空蚀性能有很大的影响。确定水斗几何形状的依据是设计水头，当运行水头偏离设计水 头较大时，水轮机的效率明显下降，同时也将增加产生空蚀的可能性。 ①水斗的射流入口形状是影响冲击式水轮机效率的重要因素之一。多喷嘴水 斗的射流入口呈向上弯曲的形状，以增加射流入口直径，更好地适应射流入射， 并减少射流损失来获得较高的效率和出力；同时，水斗背面的空蚀破坏和根部交 变应力幅值均相应增加，这会给转轮的使用寿命带来负面影响。因而设计水斗射 流入口形状时，需要同时兼顾效率和使用寿命两方面的因素来寻求最佳解决方案。 ②水斗的泄流出口形状对效率和抗空蚀性能也有极大的影响。冲击式水轮机
超高水头水电站冲击式水轮机的选型设计
超高水头水电站冲击式水轮机的选型设计 龙斌;杨珉 【摘要】听命河水电站运行水头范围为875.20～921.50m,已经超过了混流式水轮机的运行范围极限,只能选择冲击式水轮机.冲击式水轮机是按照动量定理进行能量转换的,与反击式水轮机做功方式不同,因此,其选型的计算方法有自身的特点,在保证单位转速的条件下还需考虑转轮直径D1与喷嘴直径d0之比m值的合理性.本文通过对听命河水电站水轮机的选型计算,对超高水头段冲击式水轮机选择进行探讨. 【期刊名称】《中国水能及电气化》 【年(卷),期】2018(000)009 【总页数】4页(P31-34) 【关键词】超高水头;水电站;冲击式;水轮机;选型 【作者】龙斌;杨珉 【作者单位】贵州新中水工程有限公司,贵州贵阳 550001;贵州新中水工程有限公司,贵州贵阳 550001 【正文语种】中文 【中图分类】TV734.1 随着科学研究水平、制造技术的提高，各型水轮机的最高使用水头都在不同程度地提高，从而扩大了各型水轮机的使用范围。从常规各型水轮机的使用范围(见下页
图[1])可以看出，高水头段主要应用的是混流式水轮机和冲击式水轮机，随着水轮机设计技术和转轮材料升级，混流式水轮机的使用水头也进入过去认为只能使用冲击式水轮机的范围内，如水头300～700m，但是在700m以上的基本还是冲击式水轮机领域。 不同型式水轮机选用范围图 1 工程概况 听命河水电站位于云南省怒江州泸水县境内，是一座以发电为单一目标的引水式电站，工程枢纽建筑物由取水坝、引水隧洞、压力前池、压力管道和主、副厂房及开关站组成，电站工程主要任务为发电，装机容量2×20MW，年利用小时数4790h。 2 电站基本参数 a.前池水位。最高运行水位1943.24m，正常水位1942.81m，最低水位 1941.35m。 b.厂房尾水位。校核洪水水位1016.65m，设计洪水位1016.53m。 c.电站水头。最大水头921.5m，加权平均水头895.3m，额定水头893.0m，最 小水头875.2m。 d.发电引用流量5.38m3/s。 3 水轮机机型选择 听命河水电站运行水头范围为875.20～921.50m，已经超过了混流式水轮机的运 行范围极限，只能选择冲击式水轮机。冲击式水轮机是按照动量定理来进行能量转换的，它与反击式水轮机的工作原理截然不同，其结构主要由喷嘴和转轮组成，转轮和喷嘴各司其职，从机构上来说，两者互不干涉。冲击式水轮机通常分为双击式水轮机、斜击式水轮机和水斗式水轮机；它们共同的特点是借助于特殊导水装置(如喷嘴)引出的具有动能的自由射流，将水能传递给转轮。双击式水轮机是一种小型的特殊的冲击式水轮机，国内于20世纪60年代曾进行过大量的研制工作，由
水力机械-《水电站》
第一篇水力机械 水轮机 + 发电机：水轮发电机组 功能：发电 水泵 + 电动机：水泵抽水机组 功能：输水 水泵 + 水轮机：抽水蓄能机组。 功能：抽水蓄能 水轮发电机组：水轮机是将水能转变为旋转机械能，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。 第一章水轮机概述 第一节水轮机的工作参数 水轮发电机组装置原理图 定义：反映水轮机工作状况特性值的一些参数，称水轮机的根本参数。 由水能出力公式：N=9.81ηQH可知，根本参数：工作水头H、流量Q、出力N、效率η，工作力矩M、机组转速n。 一、水头(head) 1. 毛水头(nominal productive head)
H M =E U -E D =Z U -Z D 2. 还击式水轮机的工作水头 毛水头 - 水头损失=净水头 H G =E A - E B =H M - h I -A 3. 冲击式水轮机的水头 H G =Z U - Z Z - h I-A 其中Z U 和Z Z 分别为上游和水轮机喷嘴处的水位。 4.特征水头(characteristic head) 表示水轮机的运行X 围和运行工况的几个典型水头。 最大工作水头： H max =Z 正-Z 下min -h I-A 最小工作水头： H min =Z 死-Z 下max -h I-A 设计水头(计算水头) H r ：水轮机发额定出力时的最小水头。 平均水头： H av =Z 上av -Z 下av 二、流量(m 3/s)(flow quantity) 单位时间内通过水轮机的水量Q 。 Q 随H 、N 的变化：H 、N 一定时， Q 也一定； 当H =H r 、N =N 额时，Q 为最大。 在H r 、n r 、N r 运行时，所需流量Q 最大，称为设计流量Q r 三、出力与效率(output and efficiency) 1. 出力(水轮机的输出功率)N ： 指水轮机轴传给发电机轴的功率。 水轮机的输入功率 (水流传给水轮机的能量)为：QH QH N w 81.9==γ 水轮机的输出功率：ηηQH N N w 81.9== 2. 效率： η=N /N w ，一般η=80%~95% 四、工作力矩和转速 水轮机的出力可以用旋转机械运动公式来表达
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；