轴流式水轮机转轮算例
题目: ZZ440水轮机转轮的水力设计 方法： 奇点分布法 已知参数：
取D1=1000mm ，取6个断面R1~R6依次为255、303、351、399、447、495 水力设计内容： （1） 确定计算工况
（2） 确定各断面叶栅稠密度l/t
（3） 选定进出口轴面速度Cz 沿半径的分布规律，确定各断面的Cz1、Cz2 （4） 选定进出口环量Γ沿半径的分布规律，确定各断面的Γ1、Γ2 （5） 计算各断面进出口速度三角形，求W ∞、β∞ （6） 第一次近似计算及绘图 （7） 第二次近似计算
ZZ440—100转轮水力设计 一.确定计算工况
由模型综合特性曲线得到n 110=115（r/min ）,Q110=820（l/s ），η=91%, a=18mm zz440属于ns=325~875范围，为了使设计的转轮能在预期的最优工况下效率最高，计算工况与最优工况的关系按下式确定：
n=~n =138~161（r/min ）
n=5.841~3.721/)4.1~2.1(/1110111==D H n D H n （r/min ）
故选定n=750（r/min ） 则实际n11=
49.1431
=H
nD Q11=~Q110= Q110=1148<1650（l/s ） ===H D 110Q 4.1H D
11Q Q 22
s m /3
mm a D D a m m 13.391846
.010110=?==
二．确定各断面叶栅稠密度l/t
据P 213页s pj n t l
~）（关系，当ns=440时，得3.1≈pj t
l ）（ 综合考虑一下关系：
pj pj n t
l t l t l ）（）（）（)95.0~85.0(K 1== pj pj b t l
t l t l ）（）（）（)2.1~1.1(K 2==
n n b t
l t l t l ）（）（）（)25.1~2.1(K 3==
分别选取K1=，K2=，K3=得各断面叶栅稠密度l/t 如下表：
断面号 Ri (l/t)
1 255
2 30
3 3 351 (l/t)pj 375
4 399
5 447 6
495
三．选定进出口轴面速度Cz 沿半径的分布规律，确定各断面的Cz1、Cz2
采用Cz 沿半径线性规律分布，且轮缘处的速度比轮毂处大5%zpj C ，对d =的转
轮， ，且Cz1= Cz2= Cz 。 =
按线性分布得其他断面的轴向速度：
断面号 Ri(mm) Cz1= Cz2= Cz （m/s ）
1
255
78.0D 1
=D
pj
）（2
21D 4
Q
C d zpj -=
π
s
m /186.105.014
6
2
2
=-）（π
2 30
3 3 351 D pj 390
4 399
5 447 6
495
四．选定进出口环量Γ沿半径的分布规律，确定各断面的Γ1、Γ2
转轮进出口Γ1、Γ2按图3-11（b ）分布，Γ2n=+(Γ1-Γ2) Γ2b=（Γ1-Γ2），即在轮毂和
轮缘处具有不大的不同方向的环量值，而在某一半径处Γ2=0 。
252.3750
632
.2781.991.06060Z -1121B =????==ΓΓ=
Γn Z gH η 51.196252.321=?=Γ-Γ 9.32=Γn 9.3b 2-=Γ
线性分布得各个断面进出口Γ1、Γ2如下表：同时得到2,1C Cu u
断面
Ri(mm)
Γ1
Γ2
i
1
1u R 2C πΓ=
i
2u2R 2C πΓ=
B Γ
1 255
2 30
3 3 351
4 399
5 447 6
495
五．计算各断面进出口速度三角形，求W 、β∞
相关速度分量之间的关系式如下：
60
2rn
U π=
U C u
u -+=
∞2
C W 21u z z C W =∞
u
z
W W ∞∞∞=
βtan 将对应的数值代入，求出各圆柱面上的U 、WW β∞如下表：
Ri U=2*PI （）*R*n/60 Wu=（C1u+C2u ）-U Wz=Cz
tan β
∞
β∞
1 255
2 30
3 3 351
4 399
5 447
6 495
六．对各断面翼型第一次近似计算及绘图
作为第一次近似，先假定叶栅的翼型为平板翼型，如下图所示：
叶栅中平板的安放角en β根据所选的)(s γ形式来确定。
选择210
)2(1)2(1S
21A )(l s A l
S l s -+-+=）
（
γ 则αββ-∞
=en
冲角α通常在轮毂处取3°~4°，轮缘处取8°~10°，由轮毂到轮缘依次取
??????=?665544，，，，，α°，已求得了各断面上的∞β，则易得en β值。
当绕流有小角度冲角的平板叶栅时，其环量将为：
n n W l L L ∞=Γ=Γ'απ 且近似认为o A l
2
π=Γ'
则有∞=W L A n o α2
其中，n L 为一修正参数，由P58叶曲线图),(L en n t
l
f β=读取。
计算结果如下：
七．对各断面翼型第二次近似计算及绘图
依然选定2
1
)2(1)
2(1S 21A )(l s A l
S l s -+-+=）
（γ
第一次近似计算中求得Ao 后，由式2-27可确定A1值，即 0B 0B 12422
A A l
A l -Γ
=-Γ=ππ）（
叶栅中任一点的合成速度W 等于：
21V V W W ++=∞
投影到坐标轴得：
z
z z z u u u u V V W W V V W W 2121++=++=∞∞
由基本翼型旋涡层引起的诱导速度1V 可近似地按直线翼型计算，亦即
2
sin A sin )
(2sin sin 001
2
2
011e
e l l e e u l s A ds s
s
s V V ββγπ
ββ—=-=
=?+
-
e e l l e
e z l
s
A ds s
s
s V V ββγπ
ββcos 2cos A )
(2cos cos 0102
2
011-=
--=
-=?+-
由除了基本翼型外其他旋涡层引起的诱导速度u V 2和z V 2为：
ds s s s a t
V l
l
u )(),(1
2
2
2γ?=
ds s s s b t
V l
l
z )(),(1
2
2
2γ?=
将给定的)(s γ代入上式，
ds
l s A l
S l s s a t V u
])2(1)2(1S
21A )[,(12
1
2
121
002?+--+-+=）
（
因被积函数在12=???
?
??l s 的点不连续，所以用一般数值积分法就遇到困难，这里采用涅泊米宁氏积分公式，把翼型分成六段来进行计算，得，
)]
3
,(210)6,(120)0,(460)6
,(120)3,(210[2560)]2,(334)3,(630)6
,(180)0,(460)6,(90)3,(126[25600000010000000
2l
s a l s a s a l
s a l s a t lA l s a l s a l
s a s a l s a l s a t lA V u +-+---+++-+---=
ππ
z V 2的计算式只要把上式中的系数a 换成b 即可。
式中),(0s s a 和),(0s s b 分别表示s 点旋涡对所求0s 点速度的影响。它们的计算公式以及利用曲线图查a 和b 值。
根据以上计算公式可算出第一次近似翼型上各点的诱导速度。因翼型等分成六段，故只需要算出其上七个点的速度向量。如前所述，为方便取翼型骨线为曲线坐标，取中点为零点，向着翼型头部的方向为正值方向。
求得翼型上各点的速度分量后，就可以决定这些点的速度方向，设各点的速度向量与栅轴夹角为β，则
u
u u z
z z V V W V V W 2121tan ++++=
∞∞β
按上述公式求得平板上各分点0,1,2,3,4,5,6的角度为0β，1β，2β，3β，4β，5β，6β，并经点0取线段l l 61
01=和)(211010βββ+=-得出点1。再过点1作直线段l l 6
112=，使)(2
1
2121βββ+=
-得2点，依此作出其余各分点，然后将所得折线连成光滑的曲线，即得第二次近似的翼型曲线。
必须注意，在全部近过程中应保持翼型长度不变，这样从一个近似转化为第二个近似计算时，可以不改变环量密度)(s γ的分布，而只改变了旋涡分布点的坐标。 八．各断面翼型第二次近似计算结果
(1)R1=255mm
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
混流式水轮机转轮裂纹原因分析及预防措施
混流式水轮机转轮裂纹原因分析及预防措施 混流式水轮机转轮裂纹原因分析及预防措施 水轮机转轮，尤其是中、高比速混流式水轮机转轮中的裂纹现象，在世界各地普遍存在。国外的例子有埃及的阿斯旺高坝、美国的大古力700 MW机，俄罗斯的布拉茨克等。国内有岩滩、李家峡、小浪底、五强溪、二滩等大型水电站，在投运后水轮机转轮都不同程度的出现了裂纹。转轮裂纹严重影响电站的安全运行和经济效益，引起人们的极大关注。 1转轮裂纹的产生原因 转轮为什么会产生裂纹，人们对此做过许多研究，不时地提出一些假设。笔者把转轮裂纹分为规律性裂纹和非规律性裂纹两类。规律性裂纹是指不同叶片上的裂纹具有大体一致的规律，所有叶片都开裂，裂纹的部位和走向也大致相同。非规律性裂纹或者只在个别叶片上发生，或者不同叶片上裂纹的部位、走向和其他特征各不相同。其产生的一般原因分述如下。 1.1规律性裂纹 失效分析结果表明-绝大多数规律性裂纹是疲劳裂纹，断口呈现明显的贝壳纹。叶片疲劳来源于作用其上的交变载荷，而交变载荷又由转轮的水力自激振动引发，这可能是卡门涡列、水力弹性振动或水压力脉动所诱发。 1.1.1卡门涡列 (1)黄坛口水电站1958年投运的4台HL310-LJ-230水轮机，运行不久转轮叶片出水边根部即发生总计67条裂纹。后来查明，在某些水头下，当机组出力在5～8 MW时，叶片出水边卡门涡列频率与叶片自振频率耦合而引起共振，动应力急剧增加，使叶片疲劳开裂。采取修整叶片出水边厚度和形状，提高卡门涡列频率，避开了共振，转轮安全运行多年，再没有发生问题。(2)小浪底水电站水头范围68～141 m,额定出力306 MW。水轮机转轮上冠和下环为13.5不锈钢铸件，叶片由13.5不锈钢热模压后数控加工，再用309 L奥氏体不锈钢焊丝焊成整体。由于是异种钢焊接，转轮焊后不进行消除应力处理。为适应电站水头变幅大和多泥沙的运行条件，水轮机供应商采取了低比转速，小的出口直径(D 2／D 1＝0.88),较大的导叶相对高度(b 0／D 1＝ 0.236),肥大的叶片头部，较厚的叶片出水边(δ=38 mm),喷涂碳化钨和设置筒形阀等技术措施。结果在机组停机过程中，当导叶全关后，由于叶片出水边太厚，转轮中再循环水流所感生的卡门涡与叶片一、二阶弯曲自振频率耦合发生共振，引起巨大动应力并伴生异常声响。在机组大负荷工况下，叶片后的卡门涡列与叶片高阶(五阶)自振频率耦合而引发水轮机固定部件的振动和噪音，
水电站厂房参数设计计算书
水电站厂房 第一节几种水头的计算(1) H max=Z蓄—Z单机满出力时下游水位 H r= Z蓄—Z全机满出力时下游水位 H min=Z底—Z全机满出力时下游水位 一、H max的计算。 1 假设H max=84m 由公式Nr=K Q H 公式中 Nr为单机出力50000KW K 为出力系数8.5 H 为净水头=H0—ΔH=0.97H0 (ΔH=0.03H0) Q 为该出力下的流量。 故解出Q=70.028m3/s 查下游流量高程表得下游水位为198.8m 上游水位为284m ΔH=0.03 (284—198.8)=2.6m 又因为284—84—2.6= 197.4 2 重新假设Hmax=83m 由公式Nr=K Q H 解出Q=70.87m3/s 查下游流量高程表得下游水位为199.3m 上游水位为284m ΔH=0.03 (284—199.3)=2.5m
又因为284—83—2.5=198.5 故H max=83m 二、H min的计算。 1 假设H min=60m 由公式Nr=K Q H 公式中 Nr为全机出力200000KW K 为出力系数8.5 H 为净水头=H0—ΔH=0.97H0 (ΔH=0.03Ho) Q 为该出力下的流量。 故解出Q=392.16m3/s 查下游流量高程表得下游水位为203.50m 上游水位为264m ΔH=0.03 (264—203.50)=1.80m 又因为264—60—1.80=202.20< 203.50 2 重新假设Hmin=59m 由公式Nr=K Q H 解出Q=398.80m3/s 查下游流量高程表得下游水位为203.58m 上游水位为264m ΔH=0.03 (264—203.58)=1.77m 又因为264—59—1.77=203.23 = 203.58 故H min=59m 三、H r的计算。
水轮机作业
第1章 概论 （一） 单项选择题 1．水轮机的工作水头是（ ）。 （A ）水电站上、下游水位差 （B ）水轮机进口断面和出口断面单位重量水流的能量差 2．水轮机的效率是（ ）。 （A ）水轮发电机出力与水流出力之比 （B ）水轮机出力与水流出力之比 3．反击式水轮机是靠（ ）做功的。 （A ）水流的动能 （B ）水流的动能与势能 4. 冲击式水轮机转轮是（ ）。 （A ）整周进水的 （B ）部分圆周进水的 5．喷嘴是（ ）水轮机的部件。 （A ）反击式 （B ）冲击式 （二）填空题 1．水电站中通过 把水能转变成旋转机械能，再通过 把旋转机械能转变成电能。 2．水轮机分为 和 两大类。 3．轴流式水轮机分为 和 两种。 4．水轮机主轴的布置形式有 和 两种。 5．冲击式水轮机有 、 和 三种。 （三）计算题 1．某水轮机的水头为18.6m ，流量为1130m 3/s ，水轮机的出力为180MW ，若发电机效率97.0=g η，求水轮机的效率和机组的出力g P 。 2．某水轮机蜗壳进口压力表的读数为a P 310650?，压力表中心高程为887m ，压力表所在钢管内径D = 6.0m ，电站下游水位为884m ，水轮机流量Q = 290 m 3/s ，若水轮机的效率%92=η，求水轮机的工作水头与出力。 第2章 水轮机的工作原理 （一） 单项选择题 1．水轮机中水流的绝对速度在轴面上的投影是（ ）。 （A ）轴向分量z v （B ）轴面分量m v 2．水轮机中水流的轴面分量m v 与相对速度的轴面分量m w （ ）。 （A ）相等 （B ）不相等 3．水轮机输出有效功率的必要条件是（ ）。 （A ）进口环量必须大于0 （B ）进口环量必须大于出口环量 4．无撞击进口是指水流的（ ）与叶片进口骨线的切线方向一致。 （A ）绝对速度 （B ）相对速度 5．法向出口是指（ ）。 （A ）出口水流的绝对速度是轴向的 （B ）出口水流的绝对速度与圆周方向垂直 （二）填空题 1．水轮机转轮中的水流运动是 和 的合成。 2．水轮机轴面上所观察到的水流速度分量是 和 。
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 =-?=?-=
论混流式水轮机各部件功能及其安装程序和要求
论混流式水轮机各部件功能及其安装程序和要求 导叶：由导叶体和导叶轴两部分组成。为减轻导叶重量，常做成中空导叶。导叶的断面形状为翼型。导叶轴颈通常比连接处的导叶体厚度大，在连接处采用均匀圆滑过渡形状，以避免应力集中。 导叶轴承：上、中、下轴套，高水头机组为防止导叶上浮力超过导叶自重，保证导叶上端面间隙，在导叶套筒的法兰上一般设有止推装置（止推压板或止推块）。 导叶传动机构：导叶传动机构由控制环、连杆、导叶臂三部分组成，用于传递接力器操作力矩，使导叶转动，调节水轮机流量。该机构形式有叉头式受力情况较好和耳柄式受力情况相对较差。导水叶外围，座环的蝶形边与蜗壳相连，并被蜗壳包围。导轴承位于顶盖上，控制环口通过推拉环与接力器相连。在座环下发布置有基础环，通过锥形环与尾水管相连。混流式水轮机附属装置还有布置在顶盖上的真空破坏阀、吸力补气阀和放水阀等。 水轮机的导水机构是有导叶、传动机构（转臂、连杆、控制环）、接力器、和推拉杆等组成。 水轮机的底环是由上环、下环、和固定导叶三部分组成，它既是水轮机的通水部件，机组安装时的基准部件，又是机组运行的承重部件。要求具有水力损失小，具有一定的强度和刚度。 混流式水轮机的转轮主要由上冠、叶片、下环、止漏环、泄水锥和减
压装置等组成。 水轮机的转轮包括转体、叶片、泄水锥等。 立轴混流式水轮机引水室采用金属焊接蜗壳，其进口与压力水管相连接，其余各节与座环相连。为了便与检修，在蜗壳上开有专门进人孔（蜗壳人孔门），其底部并有排水孔和阀门，以便排出蜗壳积水。 座环位于蜗壳里，布置导水机构，它是水轮机的承重部分，又是过流部件在安装时它还是一个主要基准件，因此它要符合水力，强度和刚强等诸方面的要求。 基础环埋在混凝土内，是转轮室的组成部分，早机组安装和检修拆卸转轮时，用来支撑水轮机转轮。混流式转轮上叶片（24），呈空间扭曲状，断面为流线型，是直接将谁能转换为机械能的最主要部件。止漏装置 止漏装置的作用是用来减小转动部分与固定部分之间的漏水损失。止漏装置分为固定部分和转动部分，为防止水流向上和向下漏出，水轮机上一般装有上、下两道止漏环。上止漏环固定部分装在顶盖上，其转动部分装在上冠上，下止漏环的固定部分一般装在底环上，转动部分装在转轮的下环上。目前广泛采用的止漏环结构型式有间隙式，迷宫式，梳齿式和阶梯式四种，止漏环又称迷宫环，作用是阻止水流从转轮上、下间隙处漏出，分转动和固定部分。 水轮机导轴承的作用：一是承受机组在各种工况下运行时由主轴传来
水轮机转轮吊装方案
水轮机转轮吊装安全技术措施 一、吊装技术措施 1、转轮拆出起吊前准备工作 1．1转轮室上半部已拆除。 1．2转轮泄水锥已拆除。 1．3受油器已解体，操作油管已拔出。 1．4四个叶片均已拆出吊至安装间。 1.5所有妨碍转轮调出的脚手架及其他妨碍物均已拆除绝无有可能被牵扯的物件。 1.6起吊场所照明充足，符合起吊要求。 1.7桥机经全面检查和维护，起吊、行走制动器制动灵活、可靠。 1.8桥机电气过流、过热保护继电器已经短接（禁止过流、过热跳闸失电）， 1.9桥机备用电源已经落实，且保证能按要求及时切入，以保证起吊过程中桥机不会失电。 1.10转轮吊出后的支墩、垫料准备齐全。 2、安装转轮吊装专用吊具。 3、采用一条L=10000，Φ=44的钢丝绳，通过二个破断载荷为125T的卸扣与转轮吊装专用工具连接，钢丝绳悬挂在桥机主钩上，主钩上悬挂一5T葫芦，此葫芦与转轮锥(runner cone)连接，转轮锥上采用M56×4的吊环及破断载荷为90T的卸扣。
4、通过桥机使钢丝绳达到刚受力的状态，并通过手拉葫芦调整转轮的水平。 5、松出转轮与大轴法兰的连接螺栓及定位销钉（拆前各连接螺栓付、位置标志清楚）。 6、桥机往下游方向移动，至转轮止口与大轴法兰脱开为止（须先使桥机受力，然后用千斤顶脱开止口，再移动桥机）。 7、将转轮吊运至安装间放置，转轮应用枕木垫放水平。 8、转轮吊装 8．1安装转轮专用吊具，并按转轮吊出时的要求装配起重设备。 8．2检查清洗大轴法兰面及转轮体法兰面和配合止口，组合面应用刀形样板平尺检查无高点、毛刺。将密封条粘到主轴法兰面的密封槽中，在法兰组合面、销钉和配合止口处涂很薄的一层厂方提供的涂料。 8．3拆除流道内妨碍转轮吊入的脚手架并搭设组合用平台。 8．4吊起转轮，利用手拉葫芦调整转轮的水平。 8．5将转轮吊至流道，旋转主轴来对正销钉位置。 8．6对称用四个联接销钉将转轮均匀地拉入配合止口，直到两者的组合面相接触。再对称装入四个联接螺栓。均匀拧紧联接螺栓，直至桥机吊钩松开后组合面不出现间隙，用0.02mm塞尺检查不能插入。 8．7桥吊松钩，拆掉转轮安装吊具。装入其联接螺栓，用测量螺栓伸长值控制螺栓预紧力。
混流与轴流水轮机转轮流道几何参数
转轮体通常用ZG30或ZG20MnSi 材料 轴流式水轮机转轮流道几何参数 一、设计工况和最优工况的关系： n n f 1111)4.12.1(～= Q Q f 1111)6.135.1(～= 式中－n f 11、Q f 11为设计工况的单位转速、单位流量； n 11、Q 11 为最优工况的单位转速、单位流量； （适当选取较大的单位转速、单位流量作设计工况参数） 二、叶栅稠密度t L （如下图所示）—比转速查算术平均值 栅距t ：Z R t 1 2π=→R-圆柱层面半径 z 1－转轮叶片数 翼型弦长L ：翼形后端点和翼形中线与前端交点的连线的长度 叶栅稠密度t L →是翼型弦长与栅距的比值： ａ.轮毂处的叶栅稠密度：)()()2.11.1(t L t L av B ～= （此时计算栅距ｔ中的R 为轮毂半径） ｂ.轮缘处的叶栅稠密度：)( )()95.085.0(A t L t L av ～= （此时计算栅距ｔ中的R 为转轮半径） ＿式中)(t L av 为叶栅稠密度的算术平均值（在下图取值）
三、转轮叶片数－算术平均值算叶片数 确定Z 1的原则是：不使叶片太长，且平面包角θ不太于90°；所谓平面包角－ 指叶片位于水平位置时，叶片进出水边所对应的中心角 当叶片栅稠密度确定后，Z 1按下式计算取整： )()(1360t L Z av θ= 当θ＝70°～90°时，Z 1与)()( L av 关系见下表： 四、转轮体 转轮体有环形与圆柱形两种外观形式： 球形转轮体（用于ZZ 式水机）时：转轮叶片内表面与转轮体之间的间隙较小，不同转角时间隙可保持不变。 圆柱形转轮体时：一般按最大转角确定转轮叶片与转轮体之间的间隙 附：相同直径下，采用球形转轮体的水机效率高于圆柱形转轮体水机
水电站课程设计计算书
水电站厂房课程设计计算书 1．蜗壳单线图的绘制 1.1 蜗壳的型式 根据给定的基本资料和设计依据，电站设计水头Hp=46.2m ，水轮机型号 ：HL220-LJ-225。可知采用金属蜗壳。又Hp=46.2m>40m ，满足《水电站》（第4版）P32页对于蜗壳型式选择的要求。 1.2 蜗壳主要参数的选择 金属蜗壳的断面形状为圆形，根据《水电站》（第4版）P35页可知：为了获得良好的水力性能及考虑到其结构和加工工艺条件的限制，一般取蜗壳的包角为0345?=。 通过计算得出最大引用流量m ax Q 值，计算如下： ○ 1水轮机额定出力：15000 156250.96 f r f N N KW η= = = 式中：60000150004 f KW N KW = =，0.96f η=。 ○ 2'31max 3 3 2222115625 1.11 1.159.819.81 2.2546.20.904 r p N Q m s D H η = = =
轴流式水轮机转轮算例
题目: ZZ440水轮机转轮的水力设计 方法： 奇点分布法 取D1=1000mm ，取6个断面R1~R6依次为 水力设计内容： （1） 确定计算工况 （2） 确定各断面叶栅稠密度l /t （3） 选定进出口轴面速度Cz 沿半径的分布规律，确定各断面的Cz1、Cz2 （4） 选定进出口环量Γ沿半径的分布规律，确定各断面的Γ1、Γ2 （5） 计算各断面进出口速度三角形，求W ∞、β∞ （6） 第一次近似计算及绘图 （7） 第二次近似计算 ZZ440—100转轮水力设计 一.确定计算工况 由模型综合特性曲线得到n 110=115（r/min ）,Q110=820（l/s ），η=91%, a om =18mm zz440属于ns=325~875范围，为了使设计的转轮能在预期的最优工况下效率最高，计算工况与最优工况的关系按下式确定： n 11=(1.2~1.4)n 110 =138~161（r/min ） n=5.841~3.721/)4.1~2.1(/1110111==D H n D H n （r/min ） 故选定n=750（r/min ） 则实际n11= 49.1431 =H nD Q11=(1.35~1.6)Q110=1.4 Q110=1148<1650（l/s ） ===H D 110Q 4.1H D 11Q Q 22 6.0s m /3 mm a D D a m m 13.391846 .010110=?== 二．确定各断面叶栅稠密度l /t 据P 213页s pj n t l ~）（关系，当ns=440时，得3.1≈pj t l ）（ 综合考虑一下关系： pj pj n t l t l t l ）（）（）（)95.0~85.0(K 1== pj pj b t l t l t l ）（）（）（)2.1~1.1(K 2== n n b t l t l t l ）（）（）（)25.1~2.1(K 3== 分别选取K1=0.95，K2=1.15，K3=1.21得各断面叶栅稠密度l/t 如下表：
水轮机计算
水电站作业 水轮机型号及主要参数的选择： 已知某水电站最大水头H max=245m，加权平均水头H av=242.5m，设计水头H r=240m，最小水头H min=235m，水轮机的额定出力为12500kw，水电站的海拔高程为2030m，最大允许吸出高Hs≥-4.0m。 要求： 1、选择两种机型（HL120-38，HL100-40）进行选择。 2、对选择的机型进一步绘制其运转特性曲线，
` （一）水轮机型号的选择 根据题目条件已知要用HL120-38和HL100-40型水轮机进行选择，对比计算分别如下： （二）水轮机主要参数的计算 HL120-38型水轮机方案主要参数的计算 1、转轮直径的计算 1D = 式中： '3112500;240; 380/0.38/r r N kW H m Q L s m s ==== 同时在附表1中查得水轮机模型在限制工况的效率=88.4%M η，由此可初步假定水轮机在该工况的效率为90.4% 将以上各值代入上式得 10.999D m = = 选用与之接近而偏大的标准直径1 1.00D m =。 2、效率修正值的计算 由附表一查得水轮机模型在最优工况下的max =90.5%M η，模型转轮直径10.38M D m =，则原型水轮机的最高效率max η可依下式计算，即 max max =1M ηη-（1- 1(10.93593.5%=--== 考虑到制造工艺水平的情况取11%ε=；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20ε=，则效率修正值η?为： max max 10.9350.9050.010.02M ηηηε?=--=--=
ZZ560轴流式水轮机结构设计_毕业设计设计说明书
2013届热能与动力工程专业毕业设计（论文） 毕业设计（论文） 题目ZZ560轴流式水轮机 结构设计 专业热能与动力工程 1
摘要 葛洲坝电站是我国代表性的低水头大流量、径流式水电站，兼具发电、改善航道等综合效益。本次设计主要是通过查阅相关设计手册，对葛洲坝电站型号为ZZ560-LH-1130的轴流转桨式水轮机结构进行设计，主要内容包括水轮机总体结构设计、导水机构及其传动系统设计，水轮机部分零部件，例如主轴，导叶等零件的设计。 通过使用CAD绘图，本次设计过程更加便捷，设计成果更加精确。关键词：葛洲坝水电站，轴流式水轮机，转轮设计，结构设计， ABSTRACT
2013届热能与动力工程专业毕业设计（论文） Gezhouba Dam power plant is China's representative low head and largeDischarge,runoff hydropower stations,power generation,wita comprehensive benefits improve navigation etc.This design is mainly through access to relevant design manual,design of the Kaplan turbine structure of Gezhouba Dam power plant model for ZZ560-LH-1130,The main contents include design of water mechanism and its transmission system overall structure design of hydraulic turbine,guide,some parts of hydraulic turbine,such as the spindle,the design of guide vane and other parts. Using the CAD,the process of design is more convenient and the result is more accurate. KEY WORDS:GeZhouBa hydropower station,Kaplan turbine, station,runner,Structural design. 3
轴流式水轮机性能参数表
ZDT03-LM/LMY-60型水轮机机组性能参数表 ZDT03-LM/LMY-80型水轮机机组性能参数表
ZD560-LMY/LH-60型水轮机机组性能参数表
水轮机选型方案 1、水文资料：①、水头Hp ≈7.0米；②、流量Q=1.0~1.5米3/秒； 2、水轮机选型方案一： ①、水轮机型号：ZDT03-LMy-60；转轮角ψ=+100；单价：5.0万元； ②、运行状态参数校核：选型计算水头Hp=6.8米；计算单位转速n=750转/分；计算单机引用流量Q=1.15米3/秒；效率η=87%；水轮机有效出力N 出=9.81QH η=66千瓦；发电机功率N 发=0.9N 出=59千瓦； ③、配套发电机：SF55-8/590（电压400V ）；单价：2.3万元； ④、手动调速器：ST-150；(价格包含在水轮机价格中) ⑤、控制屏、励磁屏、准同期并网装置；单价：1.5万元； 3、水轮机选型方案二： ①、水轮机型号：ZDT03-LMy-60；转轮角ψ=+150；单价：5.0万元； ②、运行状态参数校核：选型计算水头Hp=6.8米；计算单位转速n=750转/分；计算单机引用流量Q=1.5米3/秒；效率η=87%；水轮机有效出力N 出=9.81QH η=86千瓦；发电机功率N 发=0.9N 出=77千瓦； ③、配套发电机：SF75-8/590（电压400V ）；单价：3.2万元； ④、手动调速器：ST-150；(价格包含在水轮机价格中) ⑤、控制屏、励磁屏、准同期并网装置；单价：1.5万元； 4、水轮机选型方案三： ①、水轮机型号：ZD560-LMy-60；转轮角ψ=+50；单价：6.4万元； ②、运行状态参数校核：选型计算水头Hp=6.8米；计算单位转速n=600转/分；计算单机引用流量Q=1.15米3/秒；效率η=87%；水轮机有效出力N 出=9.81QH η=66千瓦；发电机功率N 发=0.9N 出=59千瓦； ③、配套发电机：SF55-10/590（电压400V ）；单价：3.2万元； ④、手动调速器：ST-150；(价格包含在水轮机价格中) ⑤、控制屏、励磁屏、准同期并网装置；单价：1.5万元； 注：1、以上价格均不包含设备运输费用和安装调试费用； 江西省莲花水轮机厂有限公司 2005、06、28
混流式水轮机转轮裂纹原因分析及预防措施
混流式水轮机转轮裂纹原因分析及预防措施 发表时间：2019-10-18T16:27:10.287Z 来源：《知识-力量》2019年11月46期作者：董哲[导读] 近些年，在我国快速发展的背景下，人们的生活水平不断提高，人们对水电厂各项设备安全性的重视度越来越高。转轮是水电厂混流式水轮机的核心部件，其运行的安全性对水电厂的生产运营有着重要的影响。在水电厂混流式水轮机的实际运行过程中，转轮经常会出现一些问题，例如裂纹、泥沙磨损以及气蚀等，这些都给水电厂的生产造成了很大的隐患。本文主要先对水电厂混流式水轮机转轮常见的 破坏问题及产生原因进行分析，进而探讨相应的维修 （华北水利水电大学，河南省郑州市 450045） 摘要：近些年，在我国快速发展的背景下，人们的生活水平不断提高，人们对水电厂各项设备安全性的重视度越来越高。转轮是水电厂混流式水轮机的核心部件，其运行的安全性对水电厂的生产运营有着重要的影响。在水电厂混流式水轮机的实际运行过程中，转轮经常会出现一些问题，例如裂纹、泥沙磨损以及气蚀等，这些都给水电厂的生产造成了很大的隐患。本文主要先对水电厂混流式水轮机转轮常见的破坏问题及产生原因进行分析，进而探讨相应的维修措施。 关键词：混流式水轮机；裂纹原因；维修措施 引言 随着我国经济的不断发展，资源消耗的速度也在不断的加快，水电站的发展越来越普及，成为了社会主义建设中不可或缺的重要组成。转轮是抽水蓄能电站混流式水轮机中的核心部件，在实际的运行过程中，由于机组发电和抽水工况频繁正转和反转，运行工况复杂，混流式水轮机转轮作为混流式水轮机重要受力结构部件，该区域在机组运行中容易发生裂纹，近些年混流式水轮机转轮出现多起裂纹问题，使机组被迫停役。转轮裂纹的出现，不仅为机组的安全稳定运行带来了极大的威胁，为抽蓄电站的正常经营带来了经济损失和社会损失，所以要想确保水电站安全稳定运行，必须通过无损检测技术对混流式水轮机转轮定期探伤，及时发现并有效处理转轮裂纹问题。采取有效的预防控制措施，确保机组运行安全性和稳定性。 1混流式水轮机之转轮概述 转轮是各种类型水轮机正常运行不可缺少的核心部件，其主要功能就是将水能转换为机械能。而且转轮也在一定程度上直接决定着水轮机的过流能力强弱、水力效率高低、运转工况的稳定与否以及汽蚀性能是否良好的关键因素。在实际操作中，转轮的各个部分设计和制造必须要充分满足水力设计的型线要求，必须要具有高强度且具备较强的抗汽蚀的能力以及耐磨损的性能。根据水轮机转轮所转换水流能量的形式不同，可以将水轮机分为反击式和冲击式水轮机两大类。将水流的位能、压能和动能转换成固体机械能的水轮机称为反击式水轮机。根据转轮区域水流运动方向的特征，反击式水轮机又可分为轴流式水轮机、混流式水轮机、斜流式水轮机以及贯流式水轮机。其中混流式水轮机由于水头型号和流量大小的不同，其配备的转轮形状也存在区别。一般而言，水头越高的话转轮的叶片高度就要适当减小且长度要相应增加，水流的流动在转轮中越加趋于幅向流动。随着水头高度的降低，转轮的叶片长度要相应变短且高度要逐渐增加，如此水流流动的方向就越来越趋于轴流方向。然而，不论是什么形状的转轮一般都是由转轮上冠、转轮下环、转轮叶片、上下止漏装置以及泄水锥和减压装置组成。 2水电厂混流式水轮机转轮常见的破坏问题及产生原因分析 2.1裂纹 裂纹是水电厂混流式水轮机转轮常见的破坏现象。调查发现，混流式水轮机在运行一定的时间之后，其转轮都或多或少地会出现一些程度不一的裂纹，其中最容易出现裂纹的地方是转轮叶片与轮毂之间的过渡区，其次还有焊接缝和母材交接的部位、焊接根部受力最为集中的部位等。裂纹的产生不仅会给混流式水轮机的运行带来巨大的隐患，而且还会给水电厂造成严重的损失。裂纹破坏的出现主要有以下几方面的原因。 2.2铸造焊接不足 在转轮的实际运行过程中，当对设备施加一定的外部力量时，砂眼、铸造气孔等的存在会使得转轮产生裂纹。另外，转轮叶片在受冷产生缩孔时会出现松动的情况，这种情况与转轮的上冠及下环的厚度有着重要的关联。在铸造混流式水轮机的转轮时，如果焊接人员没有严格按照焊接工艺的要求进行焊接，或是没有正确应用焊接工艺，都会使得混流式水轮机转轮在焊接缝间或是受热影响区产生裂纹。 3水电厂混流式水轮机转轮裂纹的维修措施 3.1裂纹控制措施 3.1.1制定有效的修复焊接工艺，并对焊接工艺进行评定。在叶片焊接修复过程中严格按照工艺技术要求进行； 3.1.2裂纹修复过程中，严格把控确保裂纹彻底清除，裂纹清除后进行PT或MT检测确认；裂纹清除时碳刨表面必须用 风动砂轮机或椭圆型磨头将气刨表面打磨出金属光泽，以消除表面渗碳层； 3.1.3为了减少焊接后的变形和残余应力，尽量选择低应力的焊材，焊条直径尽量选择小直径焊条；待修复区域及附近应进行焊前预热，预热温度100℃以上；焊接时采用多层多道焊，焊接层间温度控制在100~150℃之间，尽量控制焊接变形量到最小，同时应采用不锈钢风铲锤击的方法消除焊接应力；焊接完成后立刻用石棉布保温补焊区，缓慢冷却，避免冷却速度过快，产生冷裂纹； 3.1.4尽量减少氢的来源和消除气体的来源。选用低氢或碱性焊条，将待焊区域坡口及其附近油污、水等有害杂质清除干净；焊条进行烘干、去水、干燥处理，以便彻底除去水分；考虑在转轮基坑内的湿度较低时施焊；尽量选用低强匹配的焊材，这样可降低焊接接头的拘束应力，降低冷裂纹的形成几率。 3.2焊接修复 3.2.1焊前预热 在焊接前，应对需要焊接区域的相关范围（一般为150mm）内的母材进预热，不可使预热区域骤然升温，应以均匀的方式，直至其温度达到110℃。当温度达到标准温度时，则焊前预热完成，接下来便可开始进行焊接修复工作。但要注意的是，在焊接过程中应使得母材的温度保持在标准温度的水平；在焊接修复完成后，还须做好保温措施（2h以上）。
水轮机作业
第1章 概论 （一） 单项选择题 1．水轮机的工作水头是（ ）。 （A ）水电站上、下游水位差 （B ）水轮机进口断面和出口断面单位重量水流的能量差 2．水轮机的效率是（ ）。 （A ）水轮发电机出力与水流出力之比 （B ）水轮机出力与水流出力之比 3．反击式水轮机是靠（ ）做功的。 （A ）水流的动能 （B ）水流的动能与势能 4. 冲击式水轮机转轮是（ ）。 （A ）整周进水的 （B ）部分圆周进水的 5．喷嘴是（ ）水轮机的部件。 （A ）反击式 （B ）冲击式 （二）填空题 1．水电站中通过 把水能转变成旋转机械能，再通过 把旋转机械能转变成电能。 2．水轮机分为 和 两大类。 3．轴流式水轮机分为 和 两种。 4．水轮机主轴的布置形式有 和 两种。 5．冲击式水轮机有 、 和 三种。 （三）计算题 1．某水轮机的水头为18.6m ，流量为1130m 3/s ，水轮机的出力为180MW ，若发电机效率97 .0=g η， 求水轮机的效率和机组的出力g P 。 2．某水轮机蜗壳进口压力表的读数为a P 3 10650 ?，压力表中心高程为887m ，压力表所在钢管内径D = 6.0m ，电站下游水位为884m ，水轮机流量Q = 290 m 3/s ，若水轮机的效率% 92=η，求水轮机的工 作水头与出力。 第2章 水轮机的工作原理 （一） 单项选择题 1．水轮机中水流的绝对速度在轴面上的投影是（ ）。 （A ）轴向分量z v （B ）轴面分量m v 2．水轮机中水流的轴面分量m v 与相对速度的轴面分量m w （ ）。 （A ）相等 （B ）不相等 3．水轮机输出有效功率的必要条件是（ ）。 （A ）进口环量必须大于0 （B ）进口环量必须大于出口环量 4．无撞击进口是指水流的（ ）与叶片进口骨线的切线方向一致。 （A ）绝对速度 （B ）相对速度 5．法向出口是指（ ）。 （A ）出口水流的绝对速度是轴向的 （B ）出口水流的绝对速度与圆周方向垂直 （二）填空题 1．水轮机转轮中的水流运动是 和 的合成。 2．水轮机轴面上所观察到的水流速度分量是 和 。
课程设计计算书
§1 绘制蜗壳单线图 一、蜗壳的型式： 由水轮机的型式为HL220—LJ —120，可知本水电站采用金属蜗壳。 二、蜗壳主要参数的选择 （参考《水力机械》第二版，水利水电出版社） 断面形状采用圆形断面 为了良好的水力性能一般蜗壳的包角取0345?= 计算max Q ： KW N N f f r 663295 .06300 == = η（95.098.0~95.0，此处取一发电机效率，f η） 查附表1得:单位流量s m Q /15.1'31= 则s m H D Q Q r /09.135.622.115.1'3221m ax 1m ax =??== 则可求得蜗壳进口断面流量：max 0360c Q Q ?= /s m 54.1209.13360 3453=?=? ? c Q , 蜗壳进口断面平均流速c V 由图4—30查得，s m V c /7.6= 由于水轮机转轮直径小于1800mm,则座环尺寸 1)64.1~55.1(D D a = 1)37.1~33.1(D D b = 取mm D D a 19206.11== mm D D b 162035.11== 则mm r a 960= mm r b 810= 其中b D —座环内径；a D —座环外径；b r —座环内半径；a r —座环外半径。 座环示意图如下图所示
三、蜗壳的水力计算 1、对于蜗壳进口断面 断面面积 2c 0max 87.17 .636034509.13360m V Q V Q F c c c =????=?== ? 断面的半径 m V Q F c 17.57 .636034509.13360c 0max max =???? ?=?= = ππ?π ρ 从轴中心线到蜗壳外缘的半径：m r R a 3.1117.5296.02m ax m ax =?+=+=ρ 2、对于中间任一断面： 设i ?为从蜗壳鼻端起算至计算面i 处的包角，则该计算断面处的 max 360 i i Q Q ?= ，max 360i i c Q V ?ρπ= ，2i a i R r ρ=+ 其中：mm r s m V s m Q a c 960,/7.6,/09.133m ax === 表 1 ()i ?? 3 max (/)360 i i Q Q m s ?? = ()2c F m max ()360i i c Q m V ?ρπ?= 2() i a i R r m ρ=+ 0 0.960 15 0.545 0.081 0.161 1.282 30 1.091 0.163 0.228 1.415 45 1.636 0.244 0.279 1.518 R810 R960 座环尺寸（mm ）