中小型混流式、轴流式水轮机模型参数表
水轮机 相似理论
数少。 混流式
b0 D1
0.1 0.00065 ns
轴流式
b0 D1
Байду номын сангаас
0.44 21.47
ns
转轮进、出口直径比D1/D2随比转速的增加而减小:
D1
1
D2 0.96 0.00038 ns
ns
nN H54
使用高比转速水轮机能带来经济效益
水轮机：比转速提高，在相同出力与水头条件下，能
解：模型水轮机单位参数：
n11M
nM D1M HM
282 0.46 64.8r
4
min
Q11M
QM D12M H M
0.38 0.9 m3 0.46 2 4
s
模型水轮机最高效率
M max
NM
9.81QM HM
13.1 0.88 9.81 0.38 4
ns 3.13n11 Q11
比转速：同一系列水轮机在相似工况下运行的综合性能。 作为水轮机系列分类的依据。
采用设计工况或最优工况下的比转速作为水轮机分 类的特征参数。
水斗式： 混流式： 斜流式： 轴流式：
ns=10～70 ns=60～350 ns=200～450 ns=400～900
二、比转速与水轮机性能关系
H MsM
84.6Ku1M
nD1 nM D1M 常数
H s
H MsM
2.流量相似定律
Vx Kvx 2gHs
Q0 Vm1F1
Vm1 K vm1 2gH s
F1 D1b0 f fb0 D12 D12
Q 0 D12 H S
K vm1
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。
中小型水轮机选型和配套手册1
前言我公司除已生产原部颁（JB/T6310-92）中小型轴流式、混流式水轮机转轮系列型谱规定的ZD760、ZZ600、ZZ560a、ZZ560、ZZ500、ZZ450/D32B 和HL240/123、HL260/A244、HL260/D74、HL240/D41、HL220/A153、HL180/A194、HL180/D06A、HL160/D46、HL110/129、HL120/A41、HL90/D54产品外，还能提供近年来国内外大公司、科研院所研制并已经在电站实际运行的一批优秀转轮产品。
这些转轮的特点是：适用水头范围宽、效率高（较传统转轮效率提高2-5%）、过流量大、抗汽蚀性能好、运行稳定、使用寿命长。
公司在材料选用、加工工艺上做了进一步改善，采取了许多强化措施，并购置了一批精度高的大型机械加工设备，为用户提供性能先进、质量可靠的新型产品，现汇总如下：新型转轮基本情况：水轮发电机组及辅助设备说明一、中小型水轮机水轮机是一种将水能转换为旋转机械能的机器。
按其水流作用原理和结构特征可以分为为两类：一类为仅利用水流动能的，称为冲击式水轮机；另一类为同时利用水流动能和势能的，称为反击式水轮机。
属于这两大类的各种型式水轮机有：混流式轴流定桨式轴流式反击式轴流转桨式斜流式全贯流式水轮机贯流式灯泡式半贯流式轴伸式水斗式竖井式冲击式斜击式双击式除了上述各种机型外，随着蓄能、潮汐电站的开发，出现了可逆式水轮机。
常见的可逆式水轮机有混流式、斜流式、轴流式等。
水轮机的型号由三部分代号组成，各部分之间用短横线分开。
第一部分代表水轮机的型式及转轮型号。
水轮机型式用汉语拼音字母表示，转轮型号用阿拉伯数字表示，采用统一按比转速规定的代号。
第二部分表示水轮机主轴的布置形式及引水室特征。
第三部分表示转轮的标称直径（以cm计）。
可逆式水轮机在代号后加“N”表示。
1)型号的第一部分，由水轮机型式及转轮代号组成。
水轮机型号用两个汉语拼音字母表示，其型号及代号规定办法如下：2)型号的第二部分由水轮机主轴的布置形式和结构特征的代号组成。
小型混流式水轮机转轮优化设计及数值模拟
小型混流式水轮机转轮优化设计及数值模拟张洪渠，余波，陈柱(西华大学能源与环境学院，四川I成都610039)摘要：针对某小型混流式水轮发机电组长期受到转轮流道堵塞、出力受阻闻题，提出在基本不改变水轮机原性能参数的条件下．以加大叶片开121为优化目标的转轮流道优化方案，并对优化后的水轮机转轮流道进行数值模拟。
数值模拟及现场运行表明了该转轮优化设计方案的正确性。
关键词：水轮机；转轮；优化设计；数值模拟；水电站O pt i m i z at i on D瞄i和and N um eri cal Si m ul a t i on of Sm a l l Fra nci s T ur bi ne R unn erZ hang H on gqu，Y u B o，C he n Z h u(School of E n er g y a nd E nvi ronm e nt，X i hua U ni ve r s i t y，Che ngdu Si chuan610039)A bs t r a ct：The r u nne r of Fr an ci s t ur bi ne i n a sm al l hydropew er s t at i on i s of t e n bl oc ke d by debr i s．For sol vi ng t he pr obl em，t he r u nne r i s r e des i gne d t o i ncr ease bl a de op e ni ng under t he con di t i on of n o c h a ng e t he basi c per f or m ance and pa r am et er s of t u r bi ne．T h e r u nne r opt i m i zat i on i s als o nu m er i ca l l ysi m ul at ed．T he si m ul at i on a nd f ield oper at i on s ho w s t hat t he r u nne r r e desi g n i sr eas onable．K e y W ords：t ur bi ne；runne r,opt i m a l des i gn；num er i c al si m ul at i on；hydr opow e r s t at i on中图分类号：TK730．2文献标识码：A文章编号：0559-9342(2010)08-0065-03四川I某水电站安装有3台单机容量为1600kW 的卧式混流式水轮发电机组，电站额定水头91．4m，水轮机型号为H L l60娟U--60，单机额定流量2．3m3／s。
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
混流式水轮机
/trade/pay_success.htm?biz_order_id=213979720000462&out_trade_no=T200P213979720000462&dealing=T第一节混流式水轮机结构一、概述混流式水轮机是反击式水轮机的一种，其应用水头范围很广，从20~700m水头均可使用。
它结构简单，制造安装方便，运行可靠，且有较高的效率和较低的空蚀系数。
现以图2-1所示的混流式水轮机为例来介绍这种水轮机结构。
水轮机的进水部件是具有钢板里衬的蜗壳，座环支柱也称固定导叶1，在转轮四周布置着导水机构导叶2。
座环支柱具有坚固的上环a和下环b，蜗壳和上下环焊接在一起。
导叶轴颈用衬套（钢或尼龙材料）支承在底环3和固定于顶盖4的套筒5上。
底环固定于座环的下环上面。
顶盖用螺钉6与座环的上环连接。
导水的传动机构是由安置在导水叶上轴颈的转臂12，连杆13和控制环14组成。
导叶的开度0a（从导叶出口边端到相邻导叶背部的最短距离）的改变是通过导水机构的两个接力器16和控制环连接的推拉杆15传动控制环来实现的。
图2-1 HL200-LJ-550水轮机剖面图（高度单位：m，尺寸单位：mm）1—固定导叶；2—导叶；3—底环；4—顶盖；5—套筒；6—螺钉；7—主轴法兰；8—主轴；9—上冠；10—下环；11—叶片；12—转臂；13—连杆；14—控制环；15—推拉杆；16—接力器；17—导轴承；18—泄水锥；a19,b19—上，下迷宫环；a—坐环上环；b—坐环下环；20—连接螺栓由于混流式水轮机应用水头较高，导叶承受的弯曲载荷大，因此导叶的相对高度0b与轴流式水轮机比较起来做得短一些，以减小跨度。
此外，随着水头增高，相同功率下水轮机的过流量减小，这样有可能减小流道的过流载面。
0b一般随水头增加而减小。
导叶和水轮机顶盖4及底环3之间的间隙及相邻导叶在关机时的接合面都会有漏水现象。
一般采用橡胶的或金属制成的密封件，可使导水机构关闭时的漏水量最小。
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中小型水轮机模型转轮参数表
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；JP——中国水利水电科学研究院水力机电研究所研制的轴流定桨式转轮；JF——中国水利水电科学研究院水力机电研究所研制的混流式转轮；TF——天津发电设备总厂独有的水轮机转轮；CJ01——天津电气传动设计研究所研制的水斗式转轮；
0——水轮机活动导叶相对高度，即0=B 0/D 1；
Z 1——转轮叶片数；
B ——轴流式转轮轮毂比，即B =d
B /D 1；
0——水轮机活动导叶分布圆相对直径，即0=D 0/D 1；
Z 0——水轮机活动导叶数；
n 110——最优单位转速，r/min；Q 110——最优单位流量，m 3/s或L/s；
η0——最优模型效率，%；
n s0——最优工况比转速，即n s0=3.13 n 110
，m·Kw；
σ0——最优工况模型空化系数；
Q 11——限制工况单位流量，m 3/s或L/s；
η——限制工况模型效率，％；
n s ——限制工况比转速，即n s =3.13 n 110
，m·Kw；
σ——限制工况模型空化系数；φ——轴流式转轮叶片转角，（°）；
d 0——水斗式转轮射流直径，mm
Z 1
B 0
Z 01 A324-43~15430.42840.36 1.24242D179A-35~22350.440.34/0.39 1.173243JK4036~22350.440.4 1.167244JK412~23350.440.38 1.1625325
F01-35
~25
35
0.4
5
0.456
1.16
32
流道尺寸
序号转轮型号推荐使用水头H (m)
模型转轮直
径D 1(cm)
6JK50916~28350.450.45 1.178247A146-46~30460.450.40/0.44 1.16328A190-46~30460.450.35/ 1.16329F23-35~30350.450.42 1.163210JK50418~30350.450.45 1.1672411JK50818~30350.450.45 1.1782412F24-35~32350.450.43 1.23213ZZ587-46~36460.37560.45/0.50 1.163214D51-35~40350.37560.45/0.50 1.162415D231-35~40350.450.40/0.49 1.2342416JK601~40350.3560.5 1.192017JK609~40350.3560.5 1.1662418JK801~40350.3580.55 1.1662419JK610~50350.3560.5 1.1662420
A213-46
~60
46
0.35
8
0.50/0.55
1.2
24
Z 1
B 0
φ=5°
0.4
1.178
φ=10°0.4 1.178φ=15°0.4
1.178φ=0°
0.4
1.178
φ=5°0.4 1.178φ=10°0.4
1.178φ=0°
0.4
1.178
φ=5°0.4 1.178φ=10°0.4
1.178φ=0°
0.4
1.178
φ=5°0.4 1.178φ=10°0.4
1.178φ=5°
0.35
1.178
φ=10°0.35 1.178φ=15°
0.35
1.178
推荐使用
模型转轮水头H(m)直径D 1(cm)0
Z 10
Z 0n 110 (r/min)
1A501-33.6~4533.60.36513 1.23824812F12-35~50350.3514 1.2062483.53F13-35~50350.3514 1.2062482.24A208-35~75350.31513 1.1624795A209-35~75350.31513 1.162481.56A286-35~75350.31513 1.162477.57A296-35~75350.31513 1.18824788
A110-46
~80
46
0.25
14
1.16
24
68
序号转轮型号流道尺寸4
JP503
5
JP605
~40
35
18~30
35
5
0.358
5
0.358
6
0.38
2
JP501
18~30
35
5
0.355
3
JP502
18~30
35
序号
转轮型号
推荐使用水头 H(m)
1
JP401
6~22
4
0.375
35
模型转轮直
径D 1(cm)流道尺寸
表C.0.14 水斗式水轮机新模型转轮主要参数表
C.0.3 附录C推荐的模型转轮可供小型水电站技术改造工程中水轮机选型设计选用。
但务请注意所选用的模型转轮，除能量指
143.8 1.13891.14580.35 1.889.55711280.9889.53750.295-1.885.6-497130 1.38894510.43 1.4587457136 1.13590.3431 1.888.4537130.30.99790.743880.28 1.886.5509132.8 1.20391.64360.35 1.889526134 1.1190.5420 1.888.55291160.8893060.29-1.6582.3-423124 1.04903750.31 1.6584.1457125 1.0591.8384 1.53489.84591270.91190.7361<0.30 1.588.14571120.794490.88298<0.30 1.488.5390110.10.875489.87306<0.30 1.3873661100.93390.97317<0.30 1.588.3396107
0.78
89.3
280
0.225
-1.25
86.8
-349
Z 0n 110 (r/min)Q 110 (m 3/s)η0 (%)n s0 (m·kW)
σQ 11 (m 3/S)
η (%)
24
128.8
1.466
90.5
464
0.35
24129.4 1.70588.44970.4524121.5 1.86583.7475
0.5424
126.9
133492.5
441
0.38
24120.6 1.50491.54430.4524120
1.68390.6464
0.5224
127.8
1.344
92.5
446
0.38
24123.6 1.51592.14570.4824120.2 1.67990.84650.5624
122.4
1.338
91.6
424
0.38
24122.8 1.59890.14610.5224118.5 1.71189
4580.57
20
114.1
1.019
91.4
345
20116.6 1.16491.537720
116.9
1.378
91.1410Q 110 (m 3/s)η0 (%)n s0 (m·kW)
σ
Q 11 (m 3/S)
η (%)n S (m·Kw)
σ
1.2990.8274 1.586.72891.2759
2.3284 1.588.53010.181.25592.4277 1.4889.52960.191.0692244 1.2288.32570.1441.22591.5270 1.3888.12810.1811.00592.7234 1.18588.62490.1131.0592.04240345° 1.26787.6257-0.130.93
91.3
196
1.07
88.5
207
-0.104限制工况
最优工况
限制工
最优工况
D1
能量指标和空化特性满足电站要求外，还应使真机转轮在水电站水头范围内处于较高效率区运行，以获得较多的年发
的年发电量，这才是经济合理的。
否则，不宜套用附录C的模型转轮，而需根据水电站的具体条件另行设计新转轮。
轮。