水轮机型号及主要参数的选择
水轮机的标准与选择
2021年7月17日星期六
第四章 水轮机选择
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。
根据H、N的范围选择水轮机是水电站主要
设计任务之一，目标是使水电站充分利用水 能，安全可靠运行。
4.1 水轮机的标准系列
一、水轮机的系列型谱 我国在1974年编制了反击式水轮机暂行系列型谱， 其中所列出的转轮，是经过长期实践验证在某 一水头段的性能优异的转轮。
2.水电站技术资料：河流梯级开发方案、水库的调节性 能、水电站布置方案、地形、地质、水质、泥沙情况、 总装机容量、水电站运输、安装技术条件；水文资料： 特征流量及特征水头、下游水位流量关系曲线。
3.水电站有关经济资料：机电设备价格、工程单价、年 运行费等。
4.电力系统资料：系统负荷构成，水电站的作用及运行 方式等。
4.1 水轮机的标准系列 四、水轮机系列应用范围图
4.2 水轮机的选择
一、水轮机选型设计的内容 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.确定水轮机参数D1、n、Hs、Za；Z0、d0
4.绘制水轮机运转特性曲线 5.确定蜗壳、尾水管的形式及其尺寸，估算水轮
机的重量和价格。
330 380 410 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000
说明：括号内的数字表示仅适用于轴流式水轮机。
4.1 水轮机的标准系列
三、水轮发电机标准同步转速
磁极对数 3 4 同步转速 1000 750
n 磁极对数 16 18
5
7
8
9
10
600 428.6 375 333.3 300
水轮机类型及工作参数
第一节水轮机的主要类型自然界有多种能源，其中有很多式可以开发利用的，目前已被利用的能源中主要有热能、水能、风能和核能。
其中水能是一种最经济的能源，水能的开发利用已受到越来越多的关注。
我国有着丰富的水力资源，对水能的开发利用已受到社会的广泛关注，对水能最重要的开发形式就是兴建各种各样的水电站。
水轮机作为将水能转换成旋转机械能的一种水力原动机，是水电站中最重要的组成部分。
根据转轮转换水流能量方式的不同，水轮机分成两大类：反击式水轮机和冲击式水轮机。
反击式水轮机包括混流式、轴流式、斜流式和贯流式水轮机；冲击式水轮机分为水斗式、斜击式和双击式水轮机。
一、反击式水轮机反击式水轮机转轮区内的水流在通过转轮叶片流道时，始终是连续充满整个转轮的有压流动，并在转轮空间曲面型叶片的约束下，连续不断地改变流速的大小和方向，从而对转轮叶片产生一个反作用力，驱动转轮旋转。
当水流通过水轮机后，其动能和势能大部分被转换成转轮的旋转机械能。
1.混流式水轮机如图1-1所示，水流从四周沿径向进入转轮，然后近似以轴向流出转轮。
混流式水轮机应用水头范围较广，约为20～700m，结构简单，运行稳定且效率高，是现代应用最广泛的一种水轮机。
图1-1 混流式水轮机1—主轴；2—叶片；3—导叶2．轴流式水轮机如图1-2所示，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，轴流式水轮机的应用水头约为3～80m。
轴流式水轮机在中低水头、大流量水电站中得到了广泛应用。
根据其转轮叶片在运行中能否转动，又可分为轴流定桨式和轴流转桨式水轮机两种。
轴流定桨式水轮机的转轮叶片是固定不动的，因而结构简单、造价较低，但它在偏离设计工况运行时效率会急剧下降，因此，这种水轮机一般用于水头较低、出力较小以及水头变化幅度较小的水电站。
轴流转桨式水轮机的转轮叶片可以根据运行工况的改变而转动，从而扩大了高效率区的范围，提高了运行的稳定性。
但是，这种水轮机需要有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。
水轮发电机选择
水轮发电机的选择计算一、 发电机型式的选择水轮发电机按其轴线位置可分为立式布置和卧式布置两类，大中型机组一般采用立式布置，卧式布置通常用于中小型机组及贯流式机组。
本电站采用立式布置，立式布置又分为悬式和伞式两种。
悬式布置和伞式布置的适用条件，查参考【2】P 149表3-1，悬式适用于转速大于150/min r ，伞式适用于转速小于150/min r 。
因为水轮机的标准转速为166.7r/min ，所以水轮发电机选用悬式布置。
水轮发电机的冷却方式采用径向通风密闭式空气循环冷却。
二、 主要尺寸估算待选水轮发电机的有关参数如下：发电机型式：悬式 标准转速：166.7r/min 磁极对数：18外形尺寸计算如下：1、极距τ根据统计资料分析,极距与每极的容量关系如下: 42ps K f j =τ cm 参考【2】P 159公式3-2式中9,,,10~8,:18;:);(:本设计中取线速度高的取上限容量大一般为系数磁极对数发电机额定容量j f K P p KVA s =f s =N f ／cos ＆, cos ＆为功率因数角，取cos ＆取0.875。
f s =247423／0.875=282769KV A 。
418*2282769*9=τ=84.73 cm由上求出τ后,尚应校核发电机在飞逸状态下,转子飞逸线速度V f 是否在转子材料允许范围内。
V K V f f = 参考【2】P 160公式3-3式中飞逸线速度秒时在数值上等于极距周当频率转子额定线速度的比值确定与额定转速机组的飞逸转速与水轮机型式有关或按飞逸系数:;/50,:;,:f e f f V f V n n K τ= f K = f n ／e n =308.4／166.7=1.85; V =τ=84.73 cm.V K V f f ==1.85*84.73=156.75m ／s查参【2】P 160，转子磁轭的材料用整圆叠片。
2、定子内径i D 计算公式： τπpD i 2==3.784*18*2π=971.43 cm 参考【2】P 160公式3-43、定子铁芯长度t l 计算公式： ei f t n CD S l 2= cm 参考【2】P 160公式3-5式中：冷却方式为空冷取表见参考系数定子内径额定转速发电机额定容量,107,53]2[,:);(:);(:);(:6160-⨯=-C P C cm D rpm n KVA S i e f.7166*3.4971*10728276926-⨯=t l =256.79 cmt l ／τ=256.79／84.73=3.03＞3 ，通风较困难。
5-5水轮机主要参数计算选择
§5.5 水轮机主要参数选择 反击式水轮机基本参数计算（用模型综合特性曲线计算）一、水轮机转轮标称直径D 1的确定r r r r H Q P D η2/311181.9'= (m) P r ---水轮机额定出力，P r = N f ／ηf ；N f ---发电机额定出力（机组容量）；η f --发电机的效率，大中型：ηf =0.95～0.97； Q 11---水轮机额定工况的单位流量；混流式水轮机由5%出力限制线得到Q 11；轴流式由汽蚀条件得到，或型谱表中推荐值； H r ---水轮机的额定水头；若取H=H max 进行计算，则求出的D 1太小，除H=H max 以外，均不能发出额定出力。
若取H=H min 进行计算，则求出的D 1太大，增加设备投资。
η：原型水轮机额定工况下的效率，在D 1未确定时，不能得出确切的η。
一般先取η=ηM +△η (△η=2～3%)，求得D 1后再修正。
计算出D 1计算值，按国家标准圆整为系列选择标称直径。
二、转速的选择1110D H n n a = n101---为原型水轮机的最优单位转速； Hr---为水电站的设计水头或平均水头；计算值按一般原则选择最接近的同步转速nr ，一般取大。
三、工作范围的验算求出水轮机的参数D 1、n 后，在模型综合特性曲线上绘出水轮机的相似工作范围，检验是否包括了高效率区，以验证D 1、n 的合理性。
四、最大吸出高度HS 的计算H H s )(90010σσ∆+-∇-≤ 计算时，选择H max 、H min 、H a 、H r 若干水头，分别计算出不工况下的吸出高度，从中选取最小值作为最大允许高度。
注意：计算H S 时，要用各水头下限制工况下空化系数。
五、安装高程计算▽▽=Z 下游水位+Hs(2) 用比转速和统计资料推算水轮机的基本参数 D 1的确定 r r r r H Q P D η2/311181.9'= 转速的选择 rrs P H n n 45= H S 的计算 H H z s σ-∇-≤90010。
东川水电站水轮机主要参数的选择
行 比较 。方 案 一 、方 案 二 机 组 台 数 和 单 机 容 量 相 同 ，均 为 ２台 ７５０ｋ ，方 案 一 为 灯 泡 贯 流 式 机 ０ Ｗ 组 ，转 轮 直 径 为 ３８ｉ，转 速 为 １５ｒｍｎ ． ｎ ２ ／ ｉ，额 定 效 率为 ９ ．％；方 案 二 为轴 流 转 桨 式 机 组 ，转 轮 直 ３９
天然河 流 多 年 平 均 悬 移 质 含 砂 量 ４ １ ｇｍ ， ．９ｋ／ ３ 汛 期平 均含 砂 量９ ５ ｇ ｍ 。 ． ｋ／ ３ ４
５ ）动 能参数
电站 装 机 容 量 １ Ｗ ，保 证 出力 ３３ ０ ｋ ５Ｍ １ Ｗ， 装机 利 用 小 时 数 ４０ ３ｈ ０ Hale Waihona Puke 年 平 均 发 电量 ６０４万 ０
ｋ ・ Ｗ ｈ。
技 术 经 济 优 势。方 案 三、 方 案 四 均 为 ３ 台
收 稿 日期 ：２ １ —０ ０２ ４—１ ２
５００ｋ ０ Ｗ，方案 三 为灯泡 贯 流式 机组 ，转 轮 直径 为
３ ０ｉ，转 速 为 １６７ｒｍｎ ． ｎ ６ ． ｉ ，额 定 效 率 为 ９ ． ％； ／ ３４ 与 方案 一 比较 ，转轮 直径较 小 ，转速 较高 ，但是 增
的主要参数 。表 ２个。
【 关键词 】水电站
１ 概
述
２ 水轮 机主要参数 的选择
２ １ 水 轮 机 额 定 水 头 的 确 定 ．
东 川水 电站 位 于青海 省 海东地 区民和 回族 土族 自治 县境 内 （ 流左 岸为 甘肃 省 兰州 市红古 区红古 河 乡王 家 口村 ，右 岸为 青海 民和 自治 县 马场垣 乡 下东
低水量高功率水轮发电机型号及参数表
低水量高功率水轮发电机型号及参数表一、引言水力发电是一种利用水流能量转化为电能的技术，常见的水力发电机主要分为水轮发电机和水电发电机。
而水轮发电机中，低水量高功率水轮发电机是一种特殊的发电机型号。
本文将介绍几种常见的低水量高功率水轮发电机型号及其参数表。
二、发电机型号及参数表1. 型号：DL-1550- 额定水流量：10 m³/s- 额定水头：50 m- 额定功率：1550 kW- 发电效率：90%- 转速：750 rpm2. 型号：GL-2000- 额定水流量：8 m³/s- 额定水头：60 m- 额定功率：2000 kW- 发电效率：92%- 转速：1000 rpm3. 型号：SL-2500- 额定水流量：6 m³/s- 额定水头：70 m- 额定功率：2500 kW- 发电效率：95%- 转速：1200 rpm4. 型号：XL-3000- 额定水流量：5 m³/s- 额定水头：80 m- 额定功率：3000 kW- 发电效率：96%- 转速：1500 rpm5. 型号：WL-3500- 额定水流量：4 m³/s- 额定水头：90 m- 额定功率：3500 kW- 发电效率：97%- 转速：1800 rpm三、低水量高功率水轮发电机的特点及应用低水量高功率水轮发电机具有以下特点：1. 高功率密度：相较于传统水轮发电机，低水量高功率水轮发电机在相同的水流量下能够提供更高的功率输出，这得益于其优化的结构设计和高效的转子。
2. 适应低水头：低水量高功率水轮发电机适用于水头较低的水流条件，能够有效利用水流能量，实现高效发电。
3. 环保节能：水力发电是一种清洁能源，低水量高功率水轮发电机通过最大限度地提高发电效率，减少能量损失，实现了对水资源的有效利用。
低水量高功率水轮发电机广泛应用于以下场景：1. 山区小型水电站：由于山区水资源相对较为有限，低水量高功率水轮发电机能够充分利用山区水流资源，满足当地电力需求。
水轮机选型设计
⽔轮机选型设计第⼀章⽔轮机的选型设计第⼀节⽔轮机型号的初步选择⼀、沙溪⽔电站的主要参数H max =68.0m H p =50.0m H min =43.0m由《⽔利机械》P 36设计⽔头 H r 初算时可近似取（0.9~1.0）H p H r = 0.95×50.0= 47.5m 总装机35万kw⼆、因为沙溪⽔电站的⽔头范围为43.0m~68.0m,根据《⽔轮机》课本，符合此⽔头范围的要求，分别是 HL220，它的使⽤⽔头为30~70m 。
该⽔电站的⽔头范围为38-68m ，适合此⽔头范围⽔轮机的类型有斜流式和混流式。
⼜根据混流式⽔轮机的优点：（1）⽐转速范围⼴，适⽤⽔头范围⼴，可适⽤30-700m ；、（2）结构简单，价格低；（3）装有尾⽔管，可减少转轮出⼝⽔流损失；故选择混流式⽔轮机。
⼆．⽐转速的选择按我国⽔轮机的型谱推荐的设计⽔头与⽐转速的关系，⽔轮机的s n 为 )(19.270205.472000202000kw m H n rs ?=-=-=因此，选择s n 在260左右的⽔轮机为宜。
在⽔轮机型谱中有HL220，故按HL220进⾏计算三．单机容量第⼆节原型⽔轮机主要参数的选择按电站建成后,在电⼒系统的作⽤和供电⽅式,初步拟定为2台、3台、4台、5台四种⽅案进⾏⽐较。
HL220其主要参数如下：模型转轮直径D 1=46cm,导叶相对⾼度b 0/D 1=0.25 z 1=14, 最优⼯况n 10’=70r/min,Q 10’=1.0m 3/s,η=92%,ns0=255,σ=0.115; 限制⼯况Q 1’=1.150m 3/s,η=89%,σ=0.133. 最⼤单位飞逸⽐转速n 1p ’= 133 r/min⼀．（⼆台）1、计算转轮直径⽔轮机额定出⼒：kw N P GGr 4.17857198.0105.174=?==η式中：G η-----发电机效率,取0.98 G N -----机组的单机容量（KW ）取最优单位转速流量，Q 11r =1.14m 3/s ，对应的模型效率ηm=0.886，暂取效率修正值Δη=0.03，则设计⼯况原型⽔轮机效率η=ηm +Δη=0.916)(29.7916.05.4714.181.99183781.95.15.1111m H Q P D r r ===η按我国规定的转轮直径系列，计算值处于标准值7.0m 和7.5m 之间。
全国水轮机标准
全国水轮机标准一、水轮机分类与型号水轮机按照工作原理可分为冲击式水轮机和反击式水轮机两大类。
冲击式水轮机根据喷嘴数量和布置方式又分为单喷嘴、双喷嘴和多喷嘴几种，反击式水轮机则根据转轮叶片形状和布置方式分为轴流式、混流式、斜流式和贯流式四种。
型号是水轮机在标准额定工况下的性能参数和尺寸规格的简称，由机组的额定转速、额定流量、额定功率、吸出高度等参数组合而成。
如冲击式水轮机的型号是“HLI36-L21/1000”，其中H表示水轮机，L表示立式，I表示单喷嘴，36表示设计序号，L2表示转轮叶片进口位置相对于下止水面高度为2米，1000表示额定转速为1000转/分钟。
反击式水轮机型号是“HL123-L7.7/2250”，其中H表示水轮机，L表示立式，123表示设计序号，L7.7表示转轮叶片进口位置相对于下止水面高度为7.7米，2250表示额定转速为2250转/分钟。
二、水轮机设计规范设计规范是进行水轮机设计的准则和基础，包括水轮机的结构形式选择、过流通道设计、转轮叶片设计、导水机构设计、接力器设计、调速器设计等方面。
在设计中应充分考虑设备的适用性、高效性、可靠性和经济性，以满足不同工况下的性能要求。
三、水轮机材料标准水轮机材料应具有足够的强度、耐腐蚀性和耐磨性，以保证在运行过程中不发生断裂、变形和磨损等现象。
常用的材料包括铸钢、铸铁、合金钢、不锈钢等。
对于不同材料的使用范围和使用条件应严格执行相应的标准规范。
四、水轮机制造与装配标准制造与装配标准是保证水轮机产品质量的关键环节，包括制造工艺流程、装配工艺流程、质量检验等方面的规定。
在制造过程中应严格控制材料的质量和加工精度，保证转轮叶片与导叶的配合精度以及各部件之间的连接牢固可靠。
在装配过程中应按照规定的顺序和步骤进行组装，确保设备的正确性和可靠性。
五、水轮机性能试验与评价方法性能试验与评价是对水轮机性能的全面检测和评估，包括效率试验、空化试验、动平衡试验等方面。