水轮机模型转轮型谱表
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：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n110=115 (r/min ) ,Q110=820 ( l/s)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：n1l=(1.2~1.4)n 110 =138~161 (r/min)n= n.,^ H / D1(1.2 ~ 1.4)n110寸百/ D r 721.3 ~ 841.5 ( r/min)故选定n=750 ( r/min ) 则实际n11= ^D1143.49V HQ11=(1.35~1.6)Q110=1.4 Q110=1148<1650 (l/s)Q Q11D2JH1.4Q110D W H 6.0 m3/s二.确定各断面叶栅稠密度l/t据P213页(-)pj ~ n s关系，当ns=440时，得t 综合考虑一下关系：(二」t "pi3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)(2)(3)(4)(5)(6)(7) 确定计算工况确定各断面叶栅稠密度l/t选定进出口轴面速度Cz沿半径的分布规律，确定各断面的选定进出口环量r沿半径的分布规律，确定各断面的r 计算各断面进出口速度三角形，求知、2第一次近似计算及绘图第二次近似计算Cz1、Cz21、n =91%, a om=18mmD1 a。
_ a0m1m—18 39.13mm0.46(0.85~0.95片)PjK 3(t)n (1.2 ~ 1.25 )n(\ K卩小的打分别选取K1=0.95，K2=1.15, K3=1.21得各断面叶栅稠密度l/t如下表:断面号Ri (l/t)1 255 1.4952 303 1.443 3 351 1.391 (l/t)pj375 1.3 4 399 1.339 5 447 1.287 64951.235选定进出口轴面速度 Cz 沿半径的分布规律， 确定各断面的采用Cz 沿半径线性规律分布，且轮缘处的速度比轮毂处大 转轮，DA 0 78,且 Cz1= Cz2= Cz 。
水利发电水轮机结构件图解说明
本图中隐藏了导水机构
主
轴
转子连 接法兰
推力轴承 配合面
水导轴承 配合面 缸体连 接法兰
作用：
1. 2. 水轮机与发电机的重要连接部件，连接发电机转子和水轮机转轮体； 将水轮机的输出转矩传递给发电机转子。
主 轴 吊 装
装配步骤：
首先在主轴与转子连 接法兰上安装主轴吊具； 用桥机吊起主轴，将主轴 吊入机坑；调整主轴位置， 使得主轴轴心和转轮体轴 心一致；同时保证联轴螺 栓安装孔与转轮体上联轴 螺栓配合正确；安装联轴 螺母，使得二者紧固可靠。 主轴下连接法兰和缸 体的配合面上安装橡皮密 封圈（图中没有表示）。
8.安装镜板；
9.安装推力头；
定
子
串联变出口 出口母线 定子绕组 定子铁芯 空冷器支架
定子机座
空冷器
暖风窗
定
子
安
装
机座分为六瓣，由五层环板及其间盒型筋等支撑，装焊而成，最大直径17.7米，高3.5米 ；定子 铁芯是由0.5mm厚W315-50热轧矽钢片冲制的扇形片叠压而成，整园每层66张扇形片，每张扇形片上 有12个槽，铁芯共分36段，采用高度为8mm通风槽钢，齿压片和端箍均采用无磁性材料；定子绕组采 用条形波绕组，每个线棒由42根双玻璃丝包线360°挨位编织，包绝缘模压而成。绝缘为B级环气粉 云母带。绕组为3路人形接法。
缸体与轮毂之间应该装有 橡皮密封圈（图中没有表 示其安装过程），保证油 缸那中压力油不外漏。
轮叶操作机构
枢轴 转臂 铜瓦
铸铁瓦
连杆
操作架连接处
注：图中尚缺乏轮叶操作架
轮叶操作机构装配
装配步骤：
1. 安装转臂和连杆； 2.安 装枢轴；
轮叶密封装置
中小型混流式、轴流式水轮机模型参数及型谱表
， n1 (r/min)
20
95
22 24 26 28
18
90
62
12
16 14
68
72
76 78 80
30 32
85
10
82
0.04
80
84
75
Ao=8
σ =0.03
86 87 88
89
70
65
0.05
91
91
92 92.8%
90
.5
0.07
60
0.06
55
75
Ao=8
σ =0.03
89
70
90
70
60
55
600
700
800
900
1000
1100
δ =
60
55
600
700
800
900
1000
1100
模型转轮综合特性曲线
90
80
70
η = 60
δ
50
40
100
120
140
160
180
200
A244-35 转轮综合特性曲线
110
7 80 8
100
7 74 2 76
A244-35 转轮综合特性曲线
转轮综合特性曲线
δ =
δ =
δ =
δ =
η =
400
450
500
550
600
650
700
18.0
21.0
24.0
27.0
30.0
33.0
18.0
500
600
水轮机运转特性曲线的绘制
水轮机运转特性曲线的绘制水轮机运转特性曲线的绘制1）基本资料转型式：HL240型及模型综合特性曲线转轮直径1D =4.5m,n=100min r特征水头：m H 0.38max =，m H 0.34min =，r H =36.0m 水轮机安装高程处海拔方程?=150m 效率修正值η?=1.6% 2）等效率曲线计算与绘制由于电站水头变化范围小现取3个水头，即m H 0.38max =，m H 0.34min =，r H =36.0m列表如下HL240型水轮机等效率曲线计算3）出力限制线绘制计算出1、r H H ?时，数值直线2、r H H H ??min 连接（r H r N ）与min H min N 见附图14）等吸出高曲线的计算与绘制：1吸出高度计算公式为H H S )(90010σσ?+-?-= 式中气蚀系数修正值σ?由m H 36=查得032.0=?σ等析出高度计算表2利用表计算结果，作每个水头下的N=)('1Q f 辅助曲线（见附图2）。
将各'1Q 值的出力从图中查出填入表中。
3根据表中对应的s H 和N ，绘制各水头下)(N f H S 的辅助曲线（见附图3）4）绘制等吸出高曲线（见附图4）六、蜗壳的设计1）、蜗壳型式选择由于本水电水头高度小于40m,所以采用混凝土蜗壳 2)、蜗壳主要参数的确定 1 断面形状的确定由于水轮机为中型，因此混凝土蜗壳的断面做成平顶梯形，以便施工见笑其径向尺寸，降低厂房的土建投资根据水电站规模本电站采用平顶梯形断面混凝土蜗壳，由《水力机械》附表以及附表二查得HL240型水轮机D a =6350mm,D b =5550mm b/a 取为1.5 ，γ 取为14°2 蜗壳包角0?的选择混凝土蜗壳包角0?通常采用180°~270°,故选择0?=270° 3蜗壳进口断面的平均速度c Vc V 根据水轮机设计r H ，可从水轮机设计水头从《水电站》图2-8中的经验曲线查取，查得s m V c 5= 3). 蜗壳的水力计算 1 确定进口断面尺寸进口断面的面积为2000max 0084.189.436027063.125360m V Q V Q F c c =??===2 根据几何关系确定进口断面尺寸如下进口断面面积应满足下式且010.365b D =02211)(2b r r tg m ab F b a -+-=δ6.1=ab0m b b =-解上面方程组得6.10=b ，a=3.56m ，b=5.33m ，m=5.73m ，由前面查表已知D a =6350mm,D b =5550mm ，所以2 3.175,2 2.775a a b b r D m r D m ====，故m a r R a 735.656.3175.30=+=+=.3中间断面尺寸的确定顶角的变化规律采用直线轨迹，采用图解法来求得R-?的关系过程见下表及附表7绘制蜗壳平面单线图，选定i ?（每隔30°选一个）有公式i a i R ργ2+= 计算出相应iR 而i cii V Q ?π?ρ15.0360max ==，其进口宽度B=10D R + i a i R ργ2+= 查图得依据上表绘制蜗壳单线图如附图5。
水轮机的型号
水轮机的型号（转）根据我国“水轮机型号编制规则”规定，水轮机的型号由三部分组成，每一部分用短横线“—”隔开。
第一部分由汉语拼音字母与阿拉伯数字组成，其中拼音字母表示水。
轮机型式，阿拉伯数字表示转轮型号，入型谱的转轮的型号为比转速数值，未入型谱的转轮的型号为各单位自己的编号，旧型号为模型转轮的编号；可逆式水轮机在水轮机型式后加“N”表示。
第二部分由两个汉语拼音字母组成，分别表示水轮机主轴布置形式和引水室的特征；第三部分为水轮机转轮的标称直径以及其它必要的数据。
水轮机型号中常见的代表符号如表1-2所示。
对于冲击式水轮机，上述第三部分应表示为：转轮标称直径（cm）/每个转轮上的喷嘴数×射流直径（cm）。
表1-2水轮机型号的代表符号各种型式水轮机的转轮标称直径（简称转轮直径，常用表示）规定如下（参见图1-12所示）：1．混流式水轮机转轮直径是指其转轮叶片进水边的最大直径；2．轴流式、斜流式和贯流式水轮机转轮直径是指与转轮叶片轴线相交处的转轮室内径；3．冲击式水轮机转轮直径是指转轮与射流中心线相切处的节圆直径。
水轮机型号示例：1．HL220-LJ-250，表示转轮型号为220的混流式水轮机，立轴、金属蜗壳，转轮直径为250cm。
2．ZZ560-LH-500，表示转轮型号为560的轴流转桨式水轮机，立轴、混凝土蜗壳，转轮直径为500cm。
3．GD600-WP-300，表示转轮型号为600的贯流定桨式水轮机，卧轴、灯泡式引水，转轮直径为300cm。
4．2CJ20-W-120/2×10，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，射流直径为10cm。
主题：[水力发电设备]水轮发电机[b]一、发电机类型及传力方式[/b][b](一) 悬挂式发电机[/b]推力轴承位于转子上方，支承在上机架上。
发电机的传力方式为：转动部分重量(发电机转子、励磁机转子、水轮机转轮)——推力头——推力轴承——定子外壳——机座；固定部分重量(推力轴承、上机架、发电机定子、励磁机定子)——定子外壳——机座。
9_水轮机转轮设计
7、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：a、间隙 式 b、迷宫式 c、梳齿式 d、阶梯式四种
三、轴面流线的绘制
1、按等速流绘制轴面流线 2、按轴面有势流绘制轴面流线
四、一元设计理论
实质：在平面展开图上，按进出口角画出各条骨线。
五、二元转轮设计理论
在 的二元理论 中，沿叶片轴面上的速 度矩为一常数。
叶片水平截面线绘制
六、转轮叶片木摸图
第三节 轴流式水轮机转轮设计
一、轴流式转轮设计过程 1、确定水轮机
5、转轮的叶片数
转轮叶片数的多少对水力性能和强度有显著的影响， 随比转速的不同叶片数在9~21的范围内。
混流式转轮的叶片数与比转速的关系
叶片数不同时的
6、泄水锥
泄水锥的作用是引导经叶片流道流出的水流迅速而顺畅 的向下渲泄，防止水流相互撞击，以减少水力损失，提高 水轮机效率。其外形呈倒锥体。它的结构型式有铸造和钢 板焊接两种。里面空心，下面开口，以便排除通过止漏环 的漏水及橡胶导轴承的润滑水（有的转轮将泄水孔开在泄 水锥的外侧），还作为主轴的中心补气和有的转轮的顶盖 补气通道之用。
（一）传统的设计方法 避免计算的困难，不得不引入一些 简化条件，以求用简单的方法对流动进行分析 计算，并在此基础上确定通流部件的几何尺寸。 由于这些简化而产生的误差，则通过经验进行 修正或通过试验进行改进。 一般的步骤为：
水轮机型谱
C.0.1 附 录C收集了四 张新模型转 轮参数表： 表C.0.1-1— —轴流转桨 式水轮机新 模型转轮主 要参数表； 表C.0.1-2— —轴流定桨 式水轮机新 模型转轮主 要参数表； 表C.0.1-3— —混流式水 轮机新模型 转轮主要参 数表； 表C.0.1-4— —水斗式水 轮机新模型 转轮主要参 数表。 C.0.2 附录C 各表中转轮 型号及参数 的符号表 示： A——哈尔滨 大电机研究 所研制的转 轮； D——东方电 机厂研究所 研制的转 轮； F——富春江 水电设备总 厂研制的转 轮； JK——中国 水利水电科 学研究院水 力机电研究 所研制的轴 流转桨式转 轮；
~140
35
0.25
14
1.18
24
49
JF2508
~140
35
0.25
14
1.18
24
50
TF13-43.4 ~145
43.4
0.261
13
1.145
24
51
A398-35
~150
35
0.225
17
1.18
24
52
A353-35
~150
35
0.225
14
1.18
24
63
A356-35
~150
35
0.225
14
1.18
24
54
A497-35
~150
35
0.225
15
1.2
20
55
A553-35
~150
35
0.225
16
1.25
20
56
A606-35
水轮机组各部分模型和参数
南方电网负荷图2.1 电力系统数学模型示意图图3.17 水轮发电机组结构框图图2.18 机网接口模型发电机的静态参数三 同步发电机简化模型（三阶模型）0(1)()o J t e qd f qd d d d q qq q d d d dtd T P P D dt dE T E E x x i dt U I x U E I x δωωωω⎫=-⎪⎪⎪=--⎪⎪⎬'⎪'''=---⎪⎪=⋅⎪''=-⎪⎭(2.30) 其中，δ即为某发电机的“绝对功角”， ω0为同步参考电角速度，在额定频率取50Hz 时，ω0便为常数100π。
T J 为发电机组的惯性时间常数，单位为秒(s)。
D 为阻尼作用系数。
式中除t ，T J ，ω0为有名值外，其余均为标幺值。
通过转子运动方程，可将发电机方程与下述原动机及其调速系统方程联系起来。
三阶实用模型的空间矢量图2.7所示：图2.8 三阶实用模型空间矢量三阶实用模型中忽略了定子暂态，即令0d q p p ψ=ψ=，解除了定子绕组磁链不突变的约束，分析计算中也忽略了保证定子磁链不突变的非周期分量及其相应的脉动力矩。
这在转子摇摆稳定问题的研究中一般不会引起较大的误差，却可大大简化计算。
对需要了解定子暂态的瞬时值电量或转子运动的瞬时力矩时，应用更高阶模型，否则会引起很大误差。
龙滩水电站发电机的静态参数如表1所示。
龙滩水电站共有9台相同的机组，每台机组的静态参数都一样。
加上一台外部系统等值机组，共10台机组。
表1 发电机静态参数表Gens_Paras[1-10]2、励磁调节系统的静态参数龙滩水电站发电机的励磁调节器为静止励磁系统，采用模型如图1所示，其静态参数如表2所示。
共10台机组。
表2 励磁调节系统静态参数表 Gen_ex_Paras[1-10]1122301233()R fq F F AA ref fq L fqdV T V dt dE dV T V K dt dtdV T K V V V V dt dET V E dt ⎧=⎪⎪⎪=-+⎪⎪⎨⎪=---⎪⎪⎪=-⎪⎩V[]()⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧--=---=+-=-+='--+'-=''fd L fdL F A A fd F Fy x R d d y x q fd q d E K V dt dE T V V V V K dt dV T dt dE K V dt dV T V V V dt dV T x x I I E E dt E d T )12())(cos sin (3321032212210δδ3、水轮机及调速系统模拟量定义水轮机及其调节系统传递函数框图⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧-=∆--=-=---∆-==011012)(2)]([11ωωωμμζμζμμζωρμββγαdt d P T dtdP T dt d K dt d K K T T dt d T W T ss [][]⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧-------=------=-----=-=--≈--=∆=∆=)()(2)(21)()()()()(2011011010μμξωωμξμμξωωξμμξωωμωωπδωωωωγαβγαβγαK K T P T dt dP T K K T K dt d K K dt d T f dt d D P P D M M M P dtd T N S T W T N S N SN E T E T J表3 水轮机及其调速器系统静态参数表 Gen_Tgoven_Paras[1-10]4、变压器的静态参数龙滩水电站变压器分为主变压器、厂高变、厂低变、厂用变、励磁变、机组自用变、公用变、检修变、照明变、发电机中性点接地变、开关站变等。
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0
0.365 0.315 0.28 0.25 0.225 0.2 0.225 0.16 0.118 0.12 0.12
1.15 1.16 1.16 1.16 1.16 1.18 1.16 1.25 1.17 1.2 1.2
最优工况 Z0 n110 (r/min) 165 16 20 32 32 32 24 148 140 142 140 140 128 120 最优工况 Q110 (m /s) 1.1 1.08 1.08 0.95 0.955 0.65 0.69 0.548 0.313 0.32 0.203
1.175 1.255 1.16 1.16 1.16 1.16
表B.0.2中小型混流式水轮机模型转轮主要参数表 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 转轮型号 HL240 HL260/A244 HL260/D74 HL240/D41 HL220/A153 HL180/A194 HL180/D06A HL160/D46 HL110 HL120 HL90/D54 Z0 24 24 24 24 24 20 24 20 20 18 20 n110 (r/min) 72 80 79 77 71 70 69 67.5 61.5 62.5 62
0.348 Q11
0.393 Q11 0.416 Q11 0.416 Q11 0.57 Q11
180° 180° 180° 225°
对称型 对称型 对称型 对称型
自行设计 自行设计 自行设计 4号
>2.6D1 >2.4D1 >2.42D1 >2.71D1
σ 0.2 0.15 0.143 0.106 0.08 0.078 0.053 0.045 0.055 0.063 0.033
单位飞逸转速
水推力 系数 Ｋ 蜗壳 流速系数α 包角 φ 0 210°
导叶 型线 肘管型号 对称型 ４号 尾水管
制工况 σ
(r/min)
(非协联工况)
高度 h
>3.0D1 >2.338D1
362 0.7 0.83 0.71 0.585 0.54 352 370 370 352 307
0.85 0.85 0.85 0.85 0.87 0.9
3
限制工况 ns0 (m·kW) 621 570 559 417 426 428 375 343 σ
0
Q110 (m3/s) 1.67 1.79 1.96 1.03 1.06 1.08 0.98 0.92
η
0
(%)
Q11 (m3/S)
η
nS (m·Kw)
86.5 84.6 83 85.5 89 88.3 89.5 90.5
导叶型线 正曲率 正曲率 正曲率 正曲率 正曲率 正曲率 正曲率 正曲率 正曲率 正曲率
肘管型号 15号 4号 4号 4号 4号 自行设计 4号 4号 直锥4° 美SMS 弯肘形
模型试验 尾水管 长度 L 4.5D1 3.3D1 4.75D1 4.5D1 4.5D1 4.42D1 能量 3.5 1.5 3 3 3 2 尾水管 肘管型号 15号 4号 4号 4号 4号 自行设计 4号 4号 直锥4° 美SMS 弯肘形 高度 h 2.54D1 2.6 D1 2.6 D1 2.6 D1 2.6 D1 2.6 D1 2.6 D1 2.5 D1 1.12 D1 1.99 D1 2.2 D1 3.36 D1 3.5 D1 长度 L 3.26 D1 4.5 D1 4.5 D1 4.5 D1 4.5 D1 4.5 D1 4.5 D1 4.5 D1 8 6 8 8 模型试验水头(m) 能量 4 3 3 3 3 5 3 3 0.305 4 5 15 10～15 20～25 7～9 7～9 8 30 10 7～10 空化 水头(m) 空化
σ 0.2 0.15 0.143 0.106 0.08 0.078 0.053 0.045 0.055 0.063 0.033
91 91.7 92.7 92 91.5 92.6 91.5 91.6 90.4 90.4 91.7
0.2 0.12 0.123 0.09 0.07～0.075 0.06 0.048 0.039 0.05 0.035
0.99 0.99 1.15 0.32 0.45 0.35 0.295 0.3 2 2 1.9 1.65 1.5 77 84.2 >84.0 86.7 87.3 限制工况 552 569 554 479 430
η
0
(%)
ns0 (m·kW) 225 249 247 225 208 170 172 150 102 105 84
0
3～8
25 19.5 46 46 46 35
0.45 0.488 0.4 0.4 0.4 0.375 流道尺寸 Z1 14 13 14 14 14 14 17 17 17 15 17
4 4 4 4 5 6
0.35(柱) 0.29/0.33 0.33/0.38 0.35/0.4 0.4/0.44 0.45/0.5
中小型轴流式、混流式水轮机 模型转轮型谱参数表(JB/T6310—92)
表B.0.1中小型轴流式水轮机模型转轮主要参数表 推荐使 序号 转轮型号 用水头 H(m) 模型转1
B
0
φ =+5° 1 2 3 4 5 6 ZD760 φ =+10° φ =+15° ZZ600 ZZ560a ZZ560 ZZ500 ZZ450/D32B 推荐使用 水头H(m) 20～45 35～60 50～80 70～105 90～125 110～150 110～150 135～200 180～220 180～250 230～400 3～8 6～15 12～22 18～30 26～40 模型转轮 直径D1(cm) 46 35 35 35 46 35 40 40 54 38 40
σ
0
Q11 (m /S) 1.24 1.275 1.247 1.123 1.08 0.745 0.83 0.639 0.38 0.38 0.266
3
η
(%) 90.4 86.5 89.4 87.6 89 90.5 87.9 89.4 86.8 88.4 87.8
nS (m·Kw) 240 263 261 239 218 180 185 160 110 113 94
单位飞逸转速n11R r/min) 159 158.7 150.4 146.7 136.6 127.8 128.6 122.3 93 100.4 98.6
蜗壳 水推力系数 Ｋ 流速系数 α 包角 φ 0 0.41 0.41 0.36 0.33 0.28～0.34 0.2～0.26 0.26 0.24 0.08 0.1～0.13 0.1 1.84 Q11 2.1 Q11 0.78 Q11 0.753 Q11 0.803 Q11 0.8 Q11 1.0 Q11 0.77 Q11 1.33 Q11 345° 345° 345° 345° 345° 345° 345° 345° 明槽 345° 345°