高水头电站冲击式(pdf 6页)
CCS水电站冲击式水轮机安装工艺概述
CCS水电站冲击式水轮机安装工艺概述摘要本文以厄瓜多尔科卡科多辛克雷水电站为例，讲述了CCS水电站冲击式水轮机的安装工艺。
厄瓜多尔科卡科多辛克雷水电站安装8台套单机容量为187.5MW的立轴冲击式水轮发电机组，总装机容量为1500MW。
该水电站水轮机单机容量目前位居国内已建及在建单机容量最大的冲击式机组首位。
本文针对该电站高水头、大容量立轴冲击式水轮机组的结构特点进行了介绍，对安装施工工艺进行了详细阐述，可供其他同类电站借鉴。
关键词CCS水电站；冲击式水轮机；安装工艺前言厄瓜多尔科卡科多辛克雷水电站（简称CCS水电站）位于厄瓜多尔东部的科卡河流域，电站坝址距首都基多约130km，为引水式电站，共安装8台套单机容量为187.5MW的6喷嘴立轴冲击式水轮发电机组，总装机容量为1500MW。
该电站工程由引水枢纽、输水隧洞、调蓄水库、压力管道、地下厂房、进场交通洞、500kV电缆洞、地面开关站及控制楼等组成。
地下主厂房内安装8台套立轴冲击式水轮发电机组及其附属设备，水轮机型号CJ1176N-L-333.9/6X28；转轮节圆直径3349mm；喷嘴数6个；额定转300r/min；额定功率188.266MW；额定流33.7m3/s；额定水头604.1m；最大水头618.4m；机组转向：俯视顺时针。
1 施工工艺1.1 尾水底板及里衬安装①依据主厂房基准坐标布置基准控制点及坐标控制点。
②依据一期预埋图纸预埋基础板、锚钩等基础埋件，其基础预埋板的高程偏差≤；中心和分布位置偏差≤；水平偏差≤，所有组合缝的内表面错牙≤，过流表面焊缝打磨平顺并按图纸要求进行无损探伤检查。
③按图纸确定其里衬的安装位置，调整里衬的X、Y轴线与机组X、Y轴线偏差≤，中心高程偏差≤。
④尾水里衬整体组装、焊接加固完成，经验收合格后移交工作面进行混凝土浇筑。
1.2 稳水栅安装①按照图纸所示方位和角度在尾水里衬底板预埋的基础板上安装主梁支柱，利用支柱下部螺栓调整其高程。
水电站的水击及调节保证计算
第四章水电站的水击及调节保证计算本章重点内容：水电站有压引水系统非恒定流现象和调节保证计算的任务、单管水击简化计算、复杂管路的水击解析计算及适用条件、机组转速变化的计算方法和改善调节保证的措施。
第一节概述一、水电站的不稳定工况由于负荷的变化而引起导水叶开度、水轮机流量、水电站水头、机组转速的变化，称为水电站的不稳定工况。
其主要表现为：(1) 引起机组转速的较大变化丢弃负荷：剩余能量→机组转动部分动能→机组转速升高增加负荷：与丢弃负荷相反。
(2) 在有压引水管道中发生“水击”现象管道末端关闭→管道末端流量急剧变化→管道中流速和压力随之变化→“水击”。
导时关闭时，在压力管道和蜗壳中将引起压力上升，尾水管中则造成压力下降。
导叶开启时则相反，将在压力管道和蜗壳内引起压力下降，而在尾水管中则引起压力上升。
(3) 在无压引水系统(渠道、压力前池)中产生水位波动现象。
二、调节保证计算的任务(一) 水击的危害(1) 压强升高过大→水管强度不够而破裂；(2) 尾水管中负压过大→尾水管汽蚀，水轮机运行时产生振动；(3) 压强波动→机组运行稳定性和供电质量下降。
(二) 调节保证计算水击和机组转速变化的计算，一般称为调节保证计算。
1．调节保证计算的任务：(1) 计算有压引水系统的最大和最小内水压力。
最大内水压力作为设计或校核压力管道、蜗壳和水轮机强度的依据；最小内水压力作为压力管道线路布置，防止压力管道中产生负压和校核尾水管内真空度的依据；(2) 计算丢弃负荷和增加负荷时转速变化率，并检验其是否在允许的范围内。
(3) 选择调速器合理的调节时间和调节规律，保证压力和转速变化不超过规定的允许值。
(4) 研究减小水击压强及机组转速变化的措施。
2．调节保证计算的目的正确合理地解决导叶启闭时间、水击压力和机组转速上升值三者之间的关系，最后选择适当的导叶启闭时间和方式，使水击压力和转速上升值均在经济合理的允许范围内。
第二节水击现象及其传播速度1、一、水击现象1．定义在水电站运行过程中，为了适应负荷变化或由于事故原因，而突然启闭水轮机导叶时，由于水流具有较大的惯性，进入水轮机的流量迅速改变，流速的突然变化使压力水管、蜗壳及尾水管中的压力随之变化，这种变化是交替升降的一种波动，如同锤击作用于管壁，有时还伴随轰轰的响声和振动，这种现象称为水击。
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、喷针杆等主要另件。
喷咀由喷咀体与喷咀口组成。
冲击式水轮机调速器调节方式探析
就 减 缓 了接 力 器 的 移 动 速 度 ，减 小 了 过 调 节 ，使 调节 达 到平 衡 ，保 机组 稳定 运 行 。 目 前 ， 国内不 同厂 家 生产 的冲 调采 用 的反 馈 形 式 各有 其特 点 ，可 根据 不 同的 机组 的 具体 情 况 ，选择合 适的反馈 形式 。 冲 调 的另一 改进 是 它 的软件 系 统 ，大 多 厂家 的可 编 程逻 辑控 制 器 ，采 用面 向硬 件 仿 真编程 ，采 用模块 结构 ，变参 数并联Ｐ Ｉ Ｄ 调节 原理 ，改变 了以往采 用梯 形 图 、指 令表 等程 序 结构 ，其 测 频环 节 由Ｐ Ｌ Ｃ 本 身 完 成 ，无 须 单独 设置 测 频 电路 ，提 高 了测频 环 节 的可 靠
性。
３ ． 冲击 式水轮 机调速器 的双重 调节方 式 将 现 在 普 遍 采 用 的折 向 器 改 为 在 贫 荷 大波 动工 况 时折 向器 必须 参 与 调节 ，这 一思 路 存 在 两 种 实 施 方 案 ， 一种 是 折 向 器 始 终 与喷 针保 持 协联 并参 与 调节 ；一 种是 只有 当 负荷 大 波 动 时 ． 折 向器 才参 与调 节 ，判 断此 种 工 况 只需 以 电网 （ 或初 组） 的频 率变 化大 于 接人 电网 正 常运 行 的最 大 允许 频 率 偏 差 （ 如 ４ ８ ￣５ ２ Ｈ ｚ ） 即可 ，一 旦出现 大于此 偏差 ，即判 断为机 组 负荷 大波 动 ，据 此 ，将 机组 调速 器 切 换为折 向器协 联参与 调节 的运 行工况 。 折 向器 参 与 协 联 调节 的方 式 ： 首 先折 向 器 的 调节 功 能只 能在 减负 荷 时才 起作 用 ，增 负荷 仍然 依赖 喷 咀 的开启 速度 ，这是 冲击 式 机 组 的 固有特 性 ，这 里 只需集 中研 究折 向器 参 与减 负荷 调节 的规律 。在提 出调节 方式 之 前 ，须 明确折 向器参 与调节 的前题 ： 折 向器 应 作 为 主调 节机 构 ，喷 咀开 度应 与 折 向器保 持 协 联 ，跟 随折 向器 动 作 ，但 需保 持适 量 的开 度差 （ ￣ ｕ ５ ｏ ｏ ） ；折 向器 的开启速 度 只需略低 于 喷 咀 的开 启速 度 ，不 宜太 慢 ；折 向器 快速 关 闭的 开度 应维 持在 空 载开 度 ，仅 事故 保护 时 才 需快速关 闭至全 关 。 由 于 目前 水 电站 绝 大 多 数 都 采 用 微 机 监控 系统 为主 的监 控 方式 ，大 多 能实 现少 人 值 守 ，而水 轮机 调 速器 又普 遍 采用 微机 电液 型 ，机 电设备 的 自动化 水平 已经很 高 ，微机 都 具备 机 组状 态判 别 的能 力 ，为 简化机 组 运 行方 式 ，本 文 重 点研 究第 二种 调节 方案 ，即 只有 当微机 判别机 组处 于负荷 大波动 （ 包括 甩 负荷 ） 状态 ，便将 调速器 切人一 种特殊 运行 方 式 一一 折 向器参 与 调节 ，并 与 喷咀 保持 协 联 关系 。如果 各工 况全 部 按此 种方 式 运行 ，则 变 为第 一种 方案 。无论 那种 方 案 ，折 向器 只 是在 向关 闭侧动 作 时才 参 与调 节 ，这 也是不 言而 喻的 。 冲 击 式 水 轮 机 折 向器 切 水 目前 均 采 用 压切 式 ， 即折 向器 一 旦与 喷咀柱 接 触 ，压 水 偏流 ，其减 少进 人转 轮 的能 量 并不 与切 入 引 程呈 线 性关 系 ，也很 难 准确 计 算这 种关 系 ， 但对 于 自动 调节 而 言 ，采取 相对 开 度控 制 是 能够 达 到 目的 的 。折 向器切 人喷 咀柱 后 ，对 减少 进 人转 轮 的能量 作 用十 分 显著 ，为 减少 调节 波 动次 数 ，应尽 量 减少 折 向器 的动 作 幅 度 ，因此 ，将折 向器 减 负荷 关 闭 的行程 限制
冲击式水轮机演示
4）机壳
机壳通常是多边形壳体结构， 主要是将水斗转轮排出的水（泄 水）引至尾水渠。主要由壳体、 肋板、锚钩等组成。卧轴机组的 机壳还分上盖、下盖、护盖几部 分。 材料通常采用Q235钢板。 受运输限制，可以分片、分 块，工地现场组焊成整体。
立轴机组的机壳
卧轴机组的机壳
5）尾水里衬
尾水里衬通常是多边形桶装 状结构，减少尾水对混凝土的冲 刷。由壳体、肋板、锚钩等组成。 材料通常采用Q235钢板焊接。 受运输限制，可以分片、分 块，工地现场组焊成整体。
直流喷管总成
3）水斗转轮
整铸(锻)的水斗转轮
水斗转轮目前最普遍的是采用整铸结构，随着加 工制造水平的提升，出现了整锻结构的应用。在尺寸 较大的转轮中还有采用铸焊或锻焊结构。 国内一般采用不锈钢0Cr13Ni4~5Mo材料，国外公 司ANDRIZ VATECH采用不锈钢X-3CrNiMo13 4材料。
谢
谢
目
录
一、冲击式水轮机工作原理 二、冲击式水轮机结构形式 三、冲击式水轮机通流部件 四、冲击式水轮机的关键技术 五、冲击式水轮机的业绩
一、冲击式水轮机工作原理
水轮机是一种将水能 转换成旋转机械能的机器。
冲击式水轮机是利用 水流的动能使转轮旋转， 通过主轴传递扭矩，带动 发电机，最终使机械能转 换成电能。
三、冲击式水轮机通流部件
冲击式水轮机通流部件主要包括配水环管、 直流喷管、水斗转轮、机壳、尾水里衬以及平 水栅（稳水栅）。
1）配水环管
配水环管、叉管、支管、支座及法 兰等组成。卧轴机组一般由叉管、 弯管组成。冲击式水轮机运行水 头高，配水环管要有足够的刚强 度。 配水环管材料广泛采用高强 度低合金钢板，如Q345R钢板、 610U钢板。 受运输条件限制，可以分段， 工地组焊。
高水头、多喷嘴冲击式水轮机组机壳现场组装及安装
１ 、工程概述
厄瓜多尔 Ｃ Ｃ Ｓ 水 电站安装 ８ 台套单机容量为 ２ ０ ５ ＭＶ Ａ 的水斗式 水轮发 电机组 及其 附属设备 。水轮机为 ６ 喷嘴立轴冲击式机组 ，型号
为 ：ＣＪ １ １ ７ ６ Ｎ— Ｌ 一 ３ ３ ４ ． ９ ／ ６ ×２ ８ 。
ｘ、Ｙ轴线方位 的调整 。
（ ５ ）在机壳下部侧板整体调整达到以下要求后进行 加固。机
组装支墩过低导致斜板无法组装。 确认机壳上部标记的 Ｘ、Ｙ装配方 向与厂房基准的坐标方 向相
２ 、施工工艺
２１ 施工准备
（ １ ）根据到货清单检查机壳 到货情况 ，根据 图纸检查各部件尺
寸。
（ ２ ）根据业主 ／ 咨询批准 的施工技术措施进行施工技术和安全 交底。 （ ３ ）施 工场地清洁满足施工要求 ，施工 照明、通道满足要求 。
与机壳对接 的环缝 、斜板与斜板 间的径 向对接缝只进行段焊及加 固。 ２ ７ 机壳上部与斜板整体 吊装 、调整
（ ５ ）根据计算的配割余量在尾水里衬侧板上进行划线标记 ，采
用气割配割后对组合缝位置进行打磨处理 。
（ ６ ）根据上部尾水里衬装配尺寸复核机壳下部侧板的高度和宽
度 ，按实际尺寸进行配割和焊接 。 ２ ． ４机壳下部侧板组装
水 能 经 济
高水头、 多喷嘴冲击式水轮机组机 壳现场组装及 安装
陈婉 ’周玉龙
１ 、 中国水 电建设集团国际工程有限公司 北京 １ ０ ０ ０ ４ ８ ２ 、 中国水利水 电第十 四工程局有限公司机 电安装分公司 云南 昆明 ６ ５ ０ ０ ４ １
【 摘要】厄瓜 多尔 Ｃ Ｃ Ｓ水 电站是厄瓜多 尔重点建设项 目，也是该 国 目前最大的水 电站。机组 单机 容量 大、 水头高、转速 高 在安 装过程 中质 量控 制要 求高， 本文章将 机壳现场组装、安装施工 方法做 了详 细阐述，供今后 同类电站借鉴。 【 关键词】 高水头 ；多喷嘴 ：冲击式机组 ：上部机 壳；组装 ：安装
各类型水轮机的型式和适用情况表
各类型水轮机的型式和适用情况表类型名称适用情况
反击式水轮机混流式应用普遍，性能稳定，效率较高（最高达94%），适用水头范围从十几米到六、七百米，单机容量从几个千瓦到几十个
千瓦，可适用于大、中、小型水电站
轴流式
轴流转浆式：适用于低水头（几米到几十米）、大流量，大、
中型水电站，单机容量最大可达二十多万千瓦，性能稳定，
高效率区宽广。
轴流定浆式：适用于低水头、大流量、中小型水电站，单机
容量从几个千瓦到数百千瓦，运行稳定性较差，低负荷运行
时效率低。
斜流式斜流式水轮机是一种新型机型，适用水头较广，最高达二百米，性能稳定，高效率区宽广，亦可适用于抽水蓄能电站。
贯流式过水能力大，水力损失较小，效率较高，结构紧凑，适用水头可达二十多米，单机容量从几个千瓦到几万千瓦，适用于
低水头电站和潮汐电站。
冲击
式水轮机水斗式
适用于高水头（最高达1760米）电站，单机容量从十多千
瓦到二十多万千瓦，性能稳定，效率较反击式水轮机低些，
但结构简单。
斜击式水头适用范围从二十多米到三百米，转轮结构较水斗式简单，制造容易，过水能力较水斗式大些。
冲击式水轮机设计的探讨和发展探究
２ ０ １ ３ 年 第１ ９ 期ｌ 科 技创 新与应 用
Hale Waihona Puke 冲 击 式水轮机设 计 的探 讨 和发展探 究
吴 迪
（ 哈 尔滨电机 厂有 限责任公 司国际经 营部 ， 黑龙江 哈 尔滨 １ ５ ０ ０ ４ ０ ）
摘 要： 随 着 材料 科 学技 术 的 日益创 新 ， 冲击 式 水 轮 机 设 计 的理 论及 方 法越 来越 成 熟 ， 更 多 高性 能的 冲击 式 水轮 机 被 广 泛应 用 于 高水奈 件 下 ， 并 且取 得 了令人 满意 的 效果 。 冲击 式 水轮 机 结 构 简单 ， 机 组使 用环 境 自由 以及 耐 腐 蚀 等优 点 ， 因此 受到 了高水 电 站 的 青昧 。 然 而 ， 冲击 式 水轮 机 在 实 际使 用 中仍 有 不足 ， 作 者 认 为加 强对 其设 计 探 讨 和发 展研 究具 有 现 实意 义 。 关键词： 冲击 式 水轮 机 ； 设计 ； 发展 探 究
超 过 一 千米 水 头 段 的工 作 面要 想 采 用 冲 击式 水 轮 机 ， 一 定严 格 界 定 转 轮 最 大允 许 应 力 幅值 。 设计 期 间 利用 有 限 元法 来 分析 应 力 变化 情 况， 从 而 准 确 预见 最 大应 力 值 ， 而且 要 进 行 实 际 测 量 实 验 来 验 证 预 见 最 大应 力 是 否 满足 需 要 。 由于 转 轮 材料 中存 在允 许 的缺 陷 尺寸 ， 如 果水 轮机 设 计 要求 不 高 可 以忽 略 不 计 ， 但是 在 特 殊 要求 的情 况 下 必 须 给 以其 高 度 重视 ， 例 如 要求 表 面缺 陷 尺寸 不 超 过 最小 允 许 值 条 件下 ， 不 但 需要 技 术条 件 较 高 ， 而且 要 选择 高 质 量 的生 产商 。 ３ ． ４磨 蚀 破 坏方 面 冲击 式水 轮 机 的 的射 流 速 度快 ， 在水 流 中掺 杂 的颗 粒 会 导致 喷 嘴 或 者 水 斗 等 重要 部 件 被 腐 蚀 ， 使得机组不能稳定运行 ， 如 果 不 及 的 自由射流 ， 使转轮水斗受到冲击力 ， 转轮就会 运动 ， 进而实现水能 时 采取 有 效 措施 处 理 ， 甚 至减 少 设备 的服 务年 限。由此 可 见 ， 必须 在 转 换 成机 械 能 的 目标 ， 即水 力原 动机 ， 尤 其 在 高 水 头小 流 量 环境 下 设 计环 节 给予 腐 蚀 破 坏 问题 已高 度 关 注 。作 者 认 为 要 想 理 解 此 问 使用 效 果 更 突 出 。 根据 冲击 式水 轮 机 中 心线 与 转 轮偏 离 的相 对 位 置 题 ， 必 须从 以下 三个 主 要方 面 来 说 明 ： 其一 ， 腐 蚀破 坏 程 度 和颗 粒 相 和做 工次 数 的差 异 ， 一 般分 为切 击 式 水 轮 机 、 斜 击 式 水 轮机 与双 击 互 碰 撞 的速 度 以及 颗粒 大 小 有直 接 关 系关 系 ， 通 常是 腐 蚀破 坏 程 度 式水轮机。其 中切击式水轮机 的应用领域最广 ， 无论哪种类型的冲 与二 者 存在 正 比例 函数 关 系 。其 二 ， 当颗 粒 与 冲击 式 水 轮机 底 板 材 击 式 水 轮 机其 工 作原 理 大 同小 异 ， 都 是 完 成 水 能 到机 械 能 转 化 的一 料 呈 三 十度 角 时 引起 的磨 蚀 最严 重 。其 三 ， 在水 轮 机 水 流 口处 涂 抹 种 特 殊 工具 。 特 殊 的 材料 能 有 效 降低 磨损 破 坏 程度 。 ３ 冲击 式水 轮机 设计 的探 讨 针 对上 述 问题 ，通 过 采 取 妥 善 的 处 理 策 略 能 减 少 磨 蚀 破 坏 程 ３ ． １设计 选 择 方 面 度， 主要 针对 含 颗 粒 较多 的高水 流采 用 以 下措 施 ： 首先 ， 在 满 足 工程 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 需 要 的 前 提 下 ， 应 当尽 量 减 少 水 轮 机 重要 结 构 部 分 的 曲率 ， 这样 有 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 ２ Ｏ 利于降低水流中颗粒的加速度不至于过高 。其次 ， 防止水轮机各结 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 构和来 留方向出现三十度的交角 ， 降低磨蚀破坏程度。 再次 ， 适当调 压引水管道的线路铺设应该高度重视 ， 应当将机组的布置形式为前 整喷嘴数量 、 射流直径以及水斗容量 。避免颗粒在短时间内积聚对 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 水轮结构造成破坏 。最后 ， 在经常出现磨蚀 的结构要尽量选用抗磨 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 蚀 材料 或 涂抹 隔离 层 。 域 日益 增 多 。 ４ 冲击 式 水 轮 机 的发 展方 向探 究 对 于地 下 室 水 电站 ， 尽量减少电站建早时地基的开挖量 ， 在 机 目前 ， 在科 学 技 术 及 新 材 料 开 发 的 驱 动 下 ， 冲击 式 水 轮 机 快 速 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 目是 发 展 ， 运行安全性能显著提高 ， 大功率冲击 式水轮机 已经被广泛应 要全面考虑下面几个问题 ： 第一 ， 水轮机效率。第二 ， 转轮的服务年 用与高水头生产。由于冲击式水轮机的转轮是铸件 ， 如何在大型转 限； 第三 ， 水轮机 的实用性 ； 第 四， 机组成本与后期维护费用 。 轮铸造艰难 的条件下采用有效 的方法保证铸件 的高质量， 这是 冲击 ３ ． ２水 轮 机效 率 方 面 式 水 轮 机 未来 发 展研 究 的重点 课 题 。 目前 ， 还 没 有 计 算 水 轮 机 效 率 的公 式 ， 水 轮 机 其 效 率 计 算 比较 不但要确保大型冲击式转轮机的制造质量 ， 还应该优化设计方 复杂， 即使是相同的参考数据获取 的答案也有很大差异。 因此 ， 要针 案及采取合理的措施切实提 高成产大型冲击式转轮机 的运行性能， 对水 轮 机 实 际 的应用 条 件 ， 采 用各 种 定律 对 其 效率 做 出 修正 。 这 也 是 未 来 发 展 的 必 然 趋 势 。在 此 方 面 的发 展 应 遵 照 以 下 几 条 原 第一， 对 冲 击 式 水 轮 机 重 要结 构 连 接 处 的焊 接 应 力 必 须 严 格 控 水 斗 射 流 入 口处 的形 状 决 定 了冲 击 式 水 轮 机 效 率 。一 般 情 况 则 ： 下， 多 喷 嘴 冲 击 式 水 轮机 的水 斗 流 人 口会 向 上 弯 曲 ， 如 果 对 其 直 径 制 ， 并针对设计 中易于出现焊接缺陷处提前做好处理方案 。 第二 ， 在 适 合 理 调整 能 提 高水 轮 机效 率 ， 并 可 降低 水 量 损失 。 然而 ， 在此 过 程 控制缺陷相关数据确定时， 应该将压力循 环次数及使用寿命作为关 第三 ， 采取最佳 的工艺与检测技术 ， 保证设备调试期 中， 在水 斗 背 面 的交 变应 力 的 数值 会 增 加 ， 减 少 转 轮机 的服 务 年 限 。 键的考虑 因素。 所 以在水轮机设计中要将效率与寿命共 同抓 ， 探索 出最合理 的设计 间快 速 发 现 问题 。 第 四， 开 发新 型 材 料 ， 使得 设 备 机构 自身 宁够 应对 冲击 式 水 轮 机凭 借 优 越性 能在 高 水 头条 件 下 推 广应 用 ， 其在 结 构 方 面相 对 于 传 统 的水 轮 机做 出 了重 大 改进 ， 使 得结 构 简 单但 不 缺 少整体性 ， 机组安装高程将影响因素降到最低 ， 实际运行状态稳定。 尽管我们看到其存在诸多优势 ， 但 我 们 并 不 能 满 足 于此 ， 这 是 因为 冲击 式水 轮 机 设计 中仍 有 问题 ， 要 想 真 正 达 到 高效 生 产 就 必须 在 其 设 计 方 面进 行 研究 。作 者结 合 实 践 经验 ， 对 冲击 式 水 轮 机存 在 的不 足 进行 了简 要 分析 ， 并 针 对其 未 来 的发 展 趋 势展 开 探究 。 ２ 冲 击 式水 轮 机 简述 冲击 式 水 轮 机 的工 作 原 理 是 利 用特 殊 倒 水 喷 管 引 出 具 有 动 能
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图 1.22 高水头水轮机涡壳 （2）水轮机尺寸 水轮机重量 TWT（单位 t）：
图 1.23 高水头水轮机转轮
TWT
=
9
×
⎜⎜⎝⎛
40
× HD0.5 N
+ 1.8 × N 0.5 HD0.75
⎟⎟⎠⎞1.85
转子圆周速率系数 KU：
KU = 0.5445 − 0.0039 × NSJ
水轮机叶轮中心直径 D2（单位 m）：
1.7.4 计算转速 N、极对数 NP 和比转速 NSJ
与中水头水电站相比，由于资料所限，初步确定的比转速 NSJ0（单位 r/min）仅采用 De Siervo 和 Lugares 方法确定，即：
NSJ 0 = 85.49 × HD −0.243 水轮机转速 N（单位 r/min）为：
（1.221）
（1.247）
1.7.8 发电厂房
发电厂房主要尺寸确定的方法与中水头电站相同，经验公式如下：
1、机组中心线距离 W
水轮机中心线距离 W（单位 m）：
W = 0.5× A + B + C + 2 发电机中心线距离 W（单位 m）：
（1.248）
取两者的最大值。
W = PDD + 2
（1.249）
机组中心线至基础左侧宽度 XL、右侧宽度 XR，参见（1.101）～（1.104）式。
厂房最小宽度 GP
GP = YU + YL 3、水轮机、发电机混凝土工程量
（1.254）
为了计算混凝土工程量，首先要计算发电机坑、涡壳、尾水管的实体体积，再减去它们 的空腔体积，可得水轮机、发电机等的混凝土工程量。
进水口流速 VI（单位 m/s）
VI = 0.82 + 0.358 × HD0.5
进水口流量 QD（单位 m3/s）
则进水口直径 A:
QD =
P
0.9 × g × HD
A = ⎜⎛ 4 × QD ⎟⎞ 0.5 ⎝ π ×VI ⎠
进水口轴线到转子轴线的距离 B（单位 m）：
B = 0.595 + 0.694 × L1 平行进水口轴线的转子中心线到涡壳外侧的距离 C（单位 m）：
H = 0.62 + 0.513 × L1 涡壳向叶轮进水通道外壁的高度 I（单位 m）：
（1.241）
I = 1.28 + 0.37 × L1 转子中心线与最高水位的距离 HS（单位 m）：
（1.242）
HS = 1.87 + 2.24 × QD NSJ × JET 0.5
水轮机叶片的宽度 H1（单位 m）：
N = NSJ 0 × HD 1.25 × JET 0.5 P 0.5
式中，JET：水轮机喷嘴数。
（1.222）
发电机磁极对数 NP：
NP = 120 × FQ N
将发电机磁极对数 NP 取为偶数，则水轮机转速 N 为： N = 120 × FQ NP
水轮机比转速 NSJ（单位 r/min）为：
（1.223） （1.224）
1.7.5 效率 根据经验，水轮机效率取值为 90%，发电机效率取值为 95%。
1.7.6 发电机 发电机的额定功率、转子高度、转子直径、转动惯性矩、机坑直径、机坑深度、转子重
量、转子最小重量、单机价格等计算公式与（1.57）～（1.65）式相同。
1.7.7 水轮机 高水头电站水轮机参数和物理尺寸回归方程建立的思路同中水头水电站。由于未收集到
高水头电站水轮机价格方面的资料，故没有这项计算公式。高水头水轮机物理尺寸示意图见 图 1.21、图 1.21、图 1.23。
图 1.21 高水头水轮机涡壳 水轮机主要技术参数和物理尺寸的经验公式如下： （1）水轮机技术参数 水轮机单机设计出力、单机装机容量和水轮机额定功率 P0 与中水头水电站的（1.66）～ （1.68）式相同。
F1 = 1.09 + 0.71× L1 尾水管高度 H（单位 m）：
（1.226） （1.227） （1.228） （1.229） （1.230） （1.231）
（1.232） （1.233） （1.234） （1.235） （1.236） （1.237） （1.238） （1.239） （1.240）
D2
=
60 × KU
× (2 × g × HD )0.5
π×N
叶轮外直径 D3（单位 m）：
D3 = D2 × (1.028 + 0.0137 × NSJ )
喷嘴直径 DJ（单位 m）：
DJ =
NSJ × D2
250.74 −1.796× NSJ
涡壳直径 L1（单位 m）：
L1 = 0.78 + 2.06 × D3 水轮机进水口直径 A（单位 m）：
2、厂房最小宽度 GP
机组水平中心线上侧宽度 YU（单位 m）：
YU = D + 2
如果 PDD/2 > D，则
YU = PDD + 2 2
机组水平中心线下侧宽度 YL（单位 m）：
（1.250） （1.251）
如果 PDD/2 > E，则
YL = E + 2 YL = PDD + 2
2
（1.252） （1.253）
（1.243）
H 1 = 3.2 × DJ 0.96 水轮机叶片的长度 H2（单位 m）：
（1.244）
H 2 = 3.23 × DJ 1.02 水轮机中心线高程 CLU（单位 m）：
（1.245）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
CLU = TWL + HS
（1.246）
厂房底板高程 BOU（单位 m）：
BOU = CLU − F1
NSJ = N × P 0.5 JET 2 × HD 1.25
（1.225）
水轮机单机喷嘴数一般取 1～6 个，世界上已建高水头电站水轮机的喷嘴数最多取 6 个。 当电站装机容量小时，水轮机轴为水平向，一般采用 1～2 个喷嘴；当电站装机容量大时， 水轮机轴为垂直向，一般采用 3～6 个喷嘴。
一般来说，高水头水轮机的体积比较小，若比转速大，则采用的喷嘴数就多。喷嘴数多 时，由于河流泥沙等原因导致某个喷嘴折断，对发电的影响较小。
C = 0.362 + 0.68 × L1 垂直进水口轴线的转子中心线到涡壳大侧的距离 D（单位 m）：
D = −0.219 + 0.7 × L1 垂直进水口轴线的转子中心线到涡壳小侧的距离 E（单位 m）：
E = 0.43 + 0.7 × L1 转子中心线到涡壳顶部的距离 G（单位 m）：
G = 0.196 + 0.376 × D3 转子中心线到厂房底部的距离 F1（单位 m）：