轴流式水轮发电机组
水电站发电运行方案的水轮机与发电机组选择
水电站发电运行方案的水轮机与发电机组选择在水电站的发电运行方案中，水轮机和发电机组的选择是至关重要的环节。
水轮机作为水电站发电的核心设备，直接关系到发电效率和稳定性。
发电机组则负责将水轮机产生的机械能转化为电能。
本文将就水电站发电运行方案中水轮机与发电机组的选择进行探讨，并针对不同情况给出建议。
1. 水轮机的选择水轮机是水电站发电的关键装置，其类型的选择应根据水电站的水资源条件、流量、水头和水质等多个因素来决定。
常见的水轮机类型有混流式、轴流式和反击式等。
在水资源条件丰富且水头较高的情况下，轴流式水轮机是较为合适的选择。
这种水轮机的转子直径较大，转速较低，适合于高水头、小流量的情况。
而在水资源条件较差，水头较低的情况下，混流式水轮机的选择更为适宜。
混流式水轮机兼具轴流式和反击式的特点，既适应较高水头的要求，又能适应较小水头的情况。
此外，水轮机的质量和性能也是选择的重要考虑因素。
应选择质量可靠、性能稳定的品牌产品，以保证水电站长期稳定运行。
同时，还应考虑水轮机的维护和维修便利性，以降低运行成本。
2. 发电机组的选择发电机组是将水轮机产生的机械能转化为电能的设备，其性能直接影响到发电效率和电能质量等因素。
在选择发电机组时，应考虑以下几个方面：首先，应根据水轮机的转速和功率确定发电机组的额定转速和容量。
发电机组的转速应与水轮机的转速相匹配，以保证能够高效转化机械能为电能。
同时，发电机组的容量也应与水轮机的功率相适应，以充分利用水资源，提高发电效率。
其次，应考虑发电机组的电压等级和功率因数。
电压等级应根据输电线路的要求和电网接入条件来确定，以保证发电机组能够正常并稳定地向电网输出电能。
功率因数则应根据输电和用户需求来确定，以避免无功功率的浪费，提高电能利用率。
最后，还应考虑发电机组的可靠性和稳定性。
发电机组作为水电站的主要设备之一，应选择质量可靠、性能稳定的产品，以确保长期稳定的发电运行。
此外，发电机组的维护和维修便利性也是需要考虑的因素，以降低运行成本。
轴流式水轮机性能参数表
ZD760-LM/LMY-40型水轮机机组性能参数表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ZD560-LMY/LH-80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：ZD T03-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=9.81QHη=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：ZD T03-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=9.81QHη=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=9.81QHη=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。
水轮机发电机的分类
冲击式：反击式：1、轴流式：轴流式水轮机转轮由转轮体、叶片、泄水锥组成，叶片数少于混流式，叶片轴线与水轮机轴线垂直。
适用于中低水头、大流量的水电站。
在同样的水头下，它的过流能力比混流式大，气蚀性能较混流式差。
根据其转轮叶片在运行之中能否转动，又可分为轴流转桨式和轴流定桨式两种。
轴流定桨式水轮机：其叶片固定在转轮体上，叶片安放角度不能在运行中改变，效率曲线较陡，适用于负荷变化小或可以用调整机组运行台数来适应负荷变化的电站。
优点：结构简单，造价较低。
缺点：在偏离设计工况时效率会急剧下降。
根据其特点，一般用于出力较小，水头较低以及水头变化幅度较小的水电站。
轴流转桨式水轮机：其转轮叶片一般由装在转轮体内的油压接力器操作，可按水头和负荷变化作相应转动，以保持活动导叶转角和叶片转角间的最优配合，从而提高平均效率，这类水轮机的最高效率有的已超过94%。
但是，这种水轮机需要一个操作叶片转动的机构，因而结构较复杂，造价较高，一般用于水头、出力均有较大变化幅度的大中型水电站。
轴流式水轮机转轮主要包含转轮轮叶、转轮轮毂、泄水锥三部分组成。
图1：轴流式混流式：混流式水轮机又称法兰西斯水轮机，水流从四周径向流入转轮，然后近似轴向流出转轮，转轮由上冠，下环和叶片组成。
图2：混流式转轮图3：混流式轴流式与混流式不同之处在于转轮的不同。
如图2与图3。
3、贯流式：贯流式水轮机的引水部件、转轮、排水部件都在一条轴线上，水流一贯平直通过，故称为贯流式水轮机。
贯流式水轮机应用水头范围一般在2~25m，单机出力从几千瓦到几万千瓦。
1）灯泡贯流式：灯泡贯流式水轮机组的发电机密封安装在水轮机上游侧一个灯泡型的金属壳体中，发电机水平方向安装，发动机主轴直接连接水轮机转轮。
灯泡贯流式水轮机组的水轮机部分由转轮室、导叶机构、转轮、尾水管组成；发电机轴直接连接到转轮，一同安装在钢制灯泡外壳上，发电机在灯泡壳内，转轮在灯泡尾端，发电机轴承通过轴承支持环固定在灯泡外壳上，转轮端轴承固定在灯泡尾端外壳上，发电机轴前端连接到电机滑环与转轮变桨控制的油路装置。
轴流式水轮机基本结构
轴流式水轮机基本结构轴流式水轮机与混流式水轮一样属于反击式水轮机，二者结构上最明显的差别是转轮，其次是导叶高度。
根据转轮叶片在运行中能否调节，轴流式水轮机又分为轴流定桨式和轴流转桨式两种型式。
轴流式水轮机用于开发较低水头（3m~55m），较大流量的水能资源。
它的比转速大于混流式水轮机，属于高比转速水轮机。
在低水头条件下，轴流式水轮机与混流式水轮机相比较具有较明显的优点，当它们使用水头和出力相同时，轴流式水轮机由于过流能力大（图5-13），可以采用较小的转轮直径和较高的转速，从而缩小了机组尺寸，降低了投资。
当两者具有相同的直径并使用在同一水头时，轴流式水轮机能发出更多的功率。
但在相对高水头条件下，轴流式水轮机除了空化系数较大，厂房要有较大开挖量外，飞逸转速和轴向水推力较混流式水轮机高。
轴流转桨式水轮机，由于桨叶和导叶随着工况的变化形成最优的协联关系，提高了水轮机的平均效率，扩大了运行范围，获得了稳定的运行特性，是一种值得广泛使用的优良机型。
限制轴流式水轮机最大应用水头的原因是空化和强度两方面的条件。
由于轴流式水轮机的过流能力大。
单位流量和单位转速都比较大，转轮中水流的相对流速比相同直径的混流式转轮中的高，所以它具有较大的空化系数。
在相同水头下，轴流式水轮机由于桨叶数少，桨叶单位面积上所承受的压差较混流式叶片的大，桨叶正背面的平均压差较混流式的大，所以它的空化性能较混流式叶片的差。
因此，在同样水头条件下，轴流式水轮机比混流式水轮机具有更小的吸出高度和更深的开挖量。
随着应用水头的增加，将会使电站的投资大量增加，从而限制了轴流式水轮机的最大应用水头。
另一方面是由于轴流式水轮机桨叶数较少（3~8片），桨叶呈悬臂形式，所以强度条件较差。
当使用水头增高时，为了保证足够的强度，就必须增加桨叶数和桨叶的厚度，为了能够方便地布置下桨叶和转动机构，转轮的轮毂比，亦要随之增大，这些措施将减少转轮流道的过流断面面积，使得单位流量下降。
轴流式水轮发电机组
0.8
400
1000
SCR
ZD760-LM-100 ZD760-LMY-100
3.2
3.22
88.6
322△
手动
SF75-209
75
0.8
400
1500
SCR
=+5°
3.9
3.555
116.5
356
手动
SF100-16/990
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0.8
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750
SCR
4.4
3.776
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378
手动
86
409△
手动
SF75-14/850
75
0.8
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2000
SCR
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115.4
415△
手动
SF105-14/850
105
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400
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SCR
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0.8
400
1000
SCR
6
3.632
178.5
521
手动
SF160-12/850
轴流式水轮发电机组（水轮机的设计水头就是水轮机在最优效率点运行时的净水头。单位米。）
主要技术参数表
水轮机
发电机
型号
设计
水头
(m)
设计
流量
m3/S
出力
KW
转速r/min
调速器
型号
额定
功率
KW
功率
因素
额定
电压
V
飞逸转速r/min
励磁
装置
轴流式水轮机型号
轴流式水轮机型号
适用于开发较低水头（2-30m）较大流量的水力资源, 适用于水头变化大而负荷变化较小的电站, 该机型为立轴装置, 具有结构简单, 维修方便, 设备价格较低, 便于实现直接传动等特点。
从进水流道分：有明槽、有压明槽、混凝土蜗壳; 从尾水流道分：有直锥管和弯肘管两种。
ZDT03 ─LM(Y)
─ 43型水轮机性能配套表LH(J)
ZDT03 ─LM(Y)
─ 60型水轮机性能配套表LH(J)
ZDT03 ─LM(Y)
─ 80型水轮机性能配套表LH(J)
LH(J)
LH(J)
LH(J)
LH(J)
定浆、转浆轴流式系列水轮机组特点
（或整装轴流式水轮机组）
※ 提供转达浆系列水轮机，增加年平均发电量的10%—30%
※ 提供固定座环外调速结构，不断导叶轴
※ 选用自润滑复合材料轴套（国家重点推广产品）
※ 顶盖拉钩处加大加厚，运行更稳定
※ 采用压紧式层叠型橡胶轴瓦，更换易、成本低、运行更稳定。
※ 原梳齿密封必为填料密封
ZDT03 ─LM(Y)
─ 180型水轮机性能配套表LH(J)
ZD560(a)─ LM(Y)
─ 43型水轮机性能配套表
LH(J)
ZD560(a)─ LM(Y)
─ 60型水轮机性能配套表
LH(J)
ZD560(a)─ LM(Y)
─ 80型水轮机性能配套表
LH(J)
ZD560(a)─ LM(Y)
─ 100型水轮机性能配套表
LH(J)
ZDJP502─LH(J)-100型水轮机性能配套表。
水轮发电机结构介绍
导轴 活塞环 活塞 轮毂
枢轴
转臂 连杆 连接体 下盖 放油阀 泄水锥
转轮体内部结构
缸体 护盖
轮叶密封 轮叶
注：
1.图中没有安装轮叶 操作架；
2.图中没有标出所有 的连接螺钉和轴套。
接力器缸体
转轮体外形
轮叶 泄水锥
导轴 护盖 转轮
转轮体吊装
吊装步骤：
1. 安装转轮体吊具，同时安装 转轮悬挂装置；
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. 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； 2. 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。
轮叶操作机构
铜瓦
枢轴
转臂
铸铁瓦
操作架连接处
连杆 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；
密封压板
轮叶密封装置
垫环 V型密封 顶起环
λ型密封
轮叶密封装配
装配步骤：
1.安装顶起环； 2.安装V型密封圈； 3.安装垫环； 4.安装λ型密封圈； 5.安装密封压板； 6.安装固定螺钉，将密 封装置固定在轮毂上。
泄水锥安装
装配步骤：
首先将泄水锥固定在 地面上，基本保证其轴心 与地面垂直；用桥机调起 转轮体与泄水锥进行对接； 调整位置使得二者的轴心 在同一条直线上，然后用 固定螺栓将二者把合在一 起；连接体外部安装封围 板（图中没有表示）。
轴流式水轮机拆装及测量
轴流式水轮机拆装及测量实验目标1.知识目标：认识小型轴流式水轮机的叶片、导叶、主轴、轴承的功能和作用。
2.能力目标: 能够熟练拆解、安装、调试小型轴流式水轮发电机。
轴流式水轮机拆装及测量一、轴流式水轮机的结构、主要部件的功能和作用1、结构2、主要部件的功能和作用①主轴:中间连接、传递转矩、承受机组转动部件的重量及轴向推力。
②叶片:水轮机工作时转换水流的压力能以及动能，形成旋转机械能。
③导叶:在水轮机工作时控制水的流量，并水形成一个环状的量。
④轴承:承受机组转动部分的机械不平衡力和电磁不平衡力，维持机组主轴在轴承间隙范内稳定运行。
二、主要部件绘图1、绘制的尺寸单位为毫米。
2、主要绘制叶轮和导叶的展开图，采用AutoCAD1比1的比例绘制。
导叶展开图叶轮图三、技术参数①型号:ZD760- -LM-(10- -25)型水轮永磁发电机组②相数:单相、三相③电压:交流220伏、380伏④标称功率:0.3KW，0.5KW，0.6KW，1.0KW，1.5KW，2.0KW，3.0KW，5.0KW，8.0KW⑤水头:1-5米⑥流量:0.02- 1.0立方米/秒⑦允许工作环境温度:- 10℃- +60℃⑧工作方式:连续四、拆装及测量1、拆解和组装都比较简单，拆解从外往里依次拆解，需要把部件和螺丝摆放整齐，组装过程则是从里往外，依次组装。
2.测量:利用测量工具测量主要部件的尺寸，单位为毫米。
测量结束后，记录尺寸，收拾好工具并摆放整齐。
3.注意事项:①拆装过程中要注意防止划伤和重物砸伤。
②拆解的部件要摆放整齐。
③测量过程要进行多次测量防止误差偏大。
④实训结束后要打扫卫生，工具摆放整齐。
五、工作原理轴流式水轮机的工作原理主要是利用尾水管形成真空吸管，拉吸上游的来水使其形成射流，冲射水叶旋转，从而由水流动能转换诚机械能。
六、结果讨论①拆解过程要仔细观察各组成部件:有疑问及时向指导老师咨询。
②拆解过程中有的螺丝松动，要注意重物砸伤。
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400
750
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4.891
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237
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=+15°
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YT-1000
SF630-24/1730
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ZD760-LH-180+10°
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SF200-20/990
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433△
手动
SF75-14/850
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SF75-12/850
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0ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ8
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SF100-12/850
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SCR
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手动
SF125-12/850
轴流式水轮发电机组（水轮机的设计水头就是水轮机在最优效率点运行时的净水头。单位米。）
主要技术参数表
水轮机
发电机
型号
设计
水头
(m)
设计
流量
m3/S
出力
KW
转速r/min
调速器
型号
额定
功率
KW
功率
因素
额定
电压
V
飞逸转速r/min
励磁
装置
(可控硅)
ZD760-LM-60
5
1.492
63.2
671△
手动
SF55-10/740
400
0.8
400
600
SCR
=+15°
2.2
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8606
210
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SF75-28P
75
0.8
400
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SCR
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手动
SF100-28P
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0.8
400
900
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SF75-10P
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SF100-8/590
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0.8
400
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SCR
12.3
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SF125-8/590
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SF200-14/990
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400
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6.5
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SF250-14/990
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ZD760-LM-100 ZD760-Lmy-100
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3.337
59.5
252△
手动
SF55-24P
55
0.8
400
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SCR
=+15°
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SCR
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SF125-12/850
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SCR
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=+10°
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手动
SF160-20/990
160
0.8
400
1650
SCR
4.7
5.619
228
325
手动
SF200-20/990
200
0.8
400
600
SCR
5.4
6.0234
271.2
349
手动
SF250-16/990
250
0.8
400
666
SCR
=+10°
2.3
4.433
8601
215
手动
SF75-28P
75
2
120
698
手动
SF100-8/590
100
0.8
400
1650
SCR
ZD560-LMY/LH-60
8.9
2.035
142
746
手动
SF125-8/590
125
0.8
400
1650
SCR
=+15°
10.8
2.211
183.3
810
手动
SF160-8/740
160
0.8
400
1500
SCR
12.5
2.281
86
409△
手动
SF75-14/850
75
0.8
400
2000
SCR
4.5
3.146
115.4
415△
手动
SF105-14/850
105
0.8
400
2000
SCR
5.2
3.381
139.9
485
手动
SF125-12/850
125
0.8
400
1000
SCR
6
3.632
178.5
521
手动
SF160-12/850
1650
SCR
14
1.484
162.1
842
手动
SF160-6/590
160
0.8
400
2000
SCR
=+5°
6
1.199
59.3
621
手动
SF55-10P
55
0.8
400
2000
SCR
6.3
1.229
63.6
636