高水头小容量水轮发电机组的选型设计(一)
水轮机的选型设计
⽔轮机的选型设计⽔轮机的选型设计⽔轮机选型时⽔电站设计的⼀项重要任务。
⽔轮机的型式与参数的选择是否合理，对于⽔电站的功能经济指标及运⾏稳定性，可靠性都有重要影响。
⽔轮机选型过程中，⼀般是根据⽔电站的开发⽅式，功能参数，⽔⼯建筑物的布置等，并考虑国内外已⽣产的⽔轮机的参数及制造⼚的⽣产⽔平，拟选若⼲个⽅案进⾏技术经济的综合⽐较，最终确定⽔轮机的最佳型式与参数。
⼀：⽔轮机选型的内容，要求和所需资料1：⽔轮机选择的内容（1）确定单机容量及机组台数。
（2）确定机型和装置型式。
（3）确定⽔轮机的功率，转轮直径，同步转速，吸出⾼度及安装⾼程，轴向⽔推⼒，飞逸转速等参数。
对于冲击式⽔轮机，还包括确定射流直径与喷嘴数等。
（4）绘制⽔轮机的运转综合特性曲线。
（5）估算⽔轮机的外形尺⼨，重量及价格。
wertyp9ed\结合⽔轮机在结构、材质、运⾏等⽅⾯的要求，向制造⼚提出制造任务书。
2.⽔轮机选择的基本要求⽔轮机选择必须要考虑⽔电站的特点，包括⽔能、⽔⽂地质、⼯程地质以及电⼒系统构成、枢纽布置等⽅⾯对⽔轮机的要求。
在⼏个可能的⽅案中详细地进⾏以下⼏⽅⾯⽐较，从中选择出技术经济综合指标最优的⽅案。
（1）保证在设计⽔头下⽔轮机能发⽣额定出⼒，在低于设计⽔头时机组的受阻容量尽可能⼩。
（2）根据⽔电站⽔头的变化，及电站的运⾏⽅式，选择适合的⽔轮机型式及参数，使电站运⾏中平均效率尽可能⾼。
（3）⽔轮机性能及结构要能够适应电站⽔质的要求，运⾏稳定、灵活、可靠，有良好的抗空化性能。
在多泥沙河流上的电站，⽔轮机的参数及过流部件的材质要保证⽔轮机具有良好的抗磨损，抗空蚀性能。
（4）机组的结构先进、合理，易损部件应能互换并易于更换，便于操作及安装维护。
（5）机组制造供货应落实，提出的技术要求要符合制造⼚的设计、试验与制造⽔平。
（6）机组的最⼤部件及最重要部件要考虑运输⽅式及运输可⾏性。
3.⽔轮机选型所需要的原始技术材料⽔轮机的型式与参数的选择是否合理、是否与⽔电站建成后的实际情况相吻合，在很⼤程度上取决于对原始资料的调查、汇集和校核。
(一)水电站水轮机选型设计方法及案例
水电站水轮机选型设计总体思路和基本方法水轮机选型是水电站设计中的一项重要任务。
水轮机的型式与参数的选择是否合理，对于水电站的动能经济指标及运行稳定性、可靠性都有重要的影响。
水轮机选型过程中，一般是根据水电站的开发方式、动能参数、水工建筑物的布置等，并考虑国内外已经生产的水轮机的参数及制造厂的生产水平，拟选若干个方案进行技术经济的综合比较，最终确定水轮机的最佳型式与参数。
一 已知参数1 电站规模：总装机容量：32.6MW 。
2 电站海拔：水轮机安装高程：▽=850m3 水轮机工作水头：max H =8.18m ，min H =8.3m ，r H =14.5m 。
二 机组台数的选择对于一个确定了总装机容量的水电站，机组台数的多少将直接影响到电厂的动能经济指标与运行的灵活性、可靠性，还将影响到电厂建设的投资等。
因此，确定机组台数时，必须考虑以下有关因素，经过充分的技术经济论证。
1机组台数对工程建设费用的影响。
2机组台数对电站运行效率的影响。
3机组台数对电厂运行维护的影响。
4机组台数对设备制造、运输及安装的影响。
5机组台数对电力系统的影响。
6机组台数对电厂主接线的影响。
综合以上几种因素，兼顾电站运行的可靠性和设备运输安装的因素，本电站选定机组为：4×8.15MW 。
三 水轮机型号选择 1 水轮机比转速s n 的选择水轮机的比转速s n 包括了水轮机的转速、出力与水头三个基本工作参数，它综合地反映了水轮机的特征，正确的选择水轮机的比转速，可以保证所选择的水轮机在实际运行中有良好的能量指标与空化性能。
各类水轮机的比转速不仅与水轮机的型式与结构有关，也与设计、制造的水平以及通流部件的材质等因素有关。
目前，世界各国根据各自的实际水平，划定了各类水轮机的比转速的界限与范围，并根据已生产的水轮机转轮的参数，用数理统计法得出了关于水轮机比转速的统计曲线或经验公式。
当已知水电站的水头时，可以用这些曲线或公式选择水轮机的比转速。
水电站水轮机选型设计1
院校：河北工程大学水电学院专业班级：水利水电建筑工程01班姓名：苏华学号： 093520101指导老师：简新平水电站水轮机的选型设计摘要本说明书共七个章节，主要介绍了大江水电站水轮机选型，水轮机运转综合特性曲线的绘制，蜗壳、尾水管的设计方案和工作原理以及调速设备和油压装置的选择。
主要内容包括水电站水轮机、排水装置、油压装置所满足的设计方案及控制要求和设计所需求的相关辅助图和设计图。
系统的阐明了水电站相关应用设备和辅助设备的设计方案的步骤和图形绘制的方法。
关键词：水轮机、综合运转特性曲线图、蜗壳、尾水管、调速器、油压装置。
【abstract】Curriculum project of hydrostation is a important course and practical process in curriculum provision of water-power engineering major . There are more contents and specialized knowledge in the curriculum project , which make students not to adapt themselves quickly to complete the design . In this paper , characteristic of the curriculum project is analyzed , causes of inadaptation to the curriculum project in students are found , rational guarding method are proposed , and a example of applying the guarding method is given . The results show that using provided method to guard student design is a good method , when teaching mode and time chart are given , students are guarded from mode of thinking and methodology , and design step are discussed and given . After the curriculum project of hydrostation , the capability of students to solve practical engineering problems is improved , and the confidence to engage in design is strengthened .【Keyword】Curriculum project of hydrostation ; guarding method ; mode of thinking ; methodology; design step.水电站水轮机选型设计第一节基本资料 (4)1.1基本资料1.2设计内容第二节机组台数与单机容量的选择 (4)2.1 机组台数与机电设备制造的关系2.2 机组台数与水电站投资的关系2.3 机组台数与水电站运行效率的关系2.4 机组台数与水电站运行维护工作的关系2.5 单位容量的选择第三节水轮机型号、装置方式、转轮直径、转速、及吸出高度与安装高程的确定 (5)3.1 HL240型水轮机3.2 ZZ440型水轮机3.3 两种方案的比较分析第四节水轮机运转特性曲线的绘制 (13)4.1 基本资料4.2 等效率曲线的计算与绘制4.3 出力限制线的绘制4.4 等吸出高度线的绘制第五节蜗壳设计 (15)5.1 蜗壳型式选择5.2 主要参数确定5.3 蜗壳的水力计算及单线图，断面图的绘制第六节尾水管设计 (18)6.1 尾水管型式的选择6.2 尺寸确定及绘制平面剖面单线图第七节调速设备的选择 (19)8.1 调速器的计算8.2 接力器的选择8.3 调速器的选择8.4 油压装置的选择参考资料 (21)大江水电站水轮机选型设计第一节基本资料1.1基本资料大江水电站，最大净水头H max=35.87m，最小净水头H min=24.72m，设计水头H p=28.5m，电站总装机容量N装=68000KW，尾水处海拔高程▽=24.0m，要求吸出高Hs> -4m。
超高水头水电站冲击式水轮机的选型原理及设计
水轮机是水电站非常重要的设备,在水电站的运行过程中发挥着至关重要的作用,随着科学技术的不断发展,水轮机的制造水平也在逐渐提高,这就在一定程度上提高了水轮机的应用范围。
对于水轮机而言,其非常重要的参数就是最高使用水头,决定着其整体性能的高低。
目前,适用于高水头段的水轮机主要有混流式和冲击式两种不同的类型,而对于超高水头来说,只能采用冲击式水轮机。
因此,对于超高水头水电站而言,需要对冲击式水轮机的型号进行科学合理的优选,进而为水电站的正常运行提供可靠保障。
1工程概况本文中所涉及到的水电站是位于云南省怒江州泸水县境内的听命河水电站,该水电站属于引水式水电站,其所有的工作都是围绕发电这个目标开展的。
整个水电站主要包括:取水坝、引水隧洞、压力前池、压力管道、主副厂房以及开关站等部分。
该水电站的总装机容量为2×20MW,全年的小时利用总数达到4790h,进而能够为周围地区提供充足的电能供应。
2电站基本参数1)前池水位,最低水位为1941.35m,最高水位为1943.24m,正常水位为1942.81m。
2)厂房尾水位,设计的洪水水位为1016.53m,校核的洪水水位为1016.65m。
3)水电站的水头,最小水头为875.2m,最大水头为921.5m,额定水头为893.0m,加权平均水头为895.3m[1]。
4)发电引用流量为5.38m3/s。
3水轮机机型选择和转轮型号选择水斗式水轮机是目前效率最高的,而且具有非常广泛的应用,本文中的水电站将选用水斗式水轮机。
转轮是水轮机非常重要的组成部分,其选型的合理与否对于水轮机的正常工作具有非常重要的影响。
当前,水斗式水轮机的转轮型号主要有A237、A475、A870、105以及C601等。
其中, A237常用于300~600m范围内的水头,并且在其实际的应用过程中还会出现空蚀性能和效率缺陷问题,已经逐渐被A475取代[2]。
当前,国内主要将A475用于150~600m范围内的水头,而在600m以上的由于设计和技术限制,其强度尚不满足应用要求,使用较少。
高水头电站水轮机选型
," 4,*， % 3 $" (* 6! - <。 %&’()* 最高使用水头 1,, 6，（双喷嘴）最优
工况单位转速是 (,"* 5 - 678，效率 4,"19 ，比转速 !< 3 $! 6" ;+，4,9 效 率 时 单 位 流 量 为 ," ,!$ = ," ,() 6! - <，单位转速为 !4 = ($" * 5 - 678（见图 $）。
水斗式水轮机都能使用的情况。合理选用机型，使 体积大。混流式水轮机则转速高，机组体积小，且
电站在运行时实现良好的经济效益，是一个值得研 额定工况运转效率较高，还可利用尾水管回收能
究的课题。
量，但在低负载时机组效率降低较多。
" 电站概况
&6# 水轮机效率比较 经机型选择计算，初步形成两个方案：
逢春岭电站位于红河支流逢春岭河上，该流域 山高坡陡，沟壑纵，落差大，海拔在 #88 9 # $(" + 之间，平均年降雨量# !"" ++，集中在雨季；电站 引水采用渠道和明敷压力钢管相结合的形式，其中 压力钢管长:;" +。上游压力钢管进水口水位(8" +， 下游尾水位!#:6( +，设计水头&#" +，最大发电水头
为吸出高度， "# 为转轮公称直径。
因此，安装高程为尾水面以上 #"* 6。
卧轴冲击式： &!
定负 荷 时 由 ! J ’6$#%$ ! J ; ("" < "6’;( J ; :&( >?，则! J "6 ’&#， % J !6 &$ +& < 5；额定工况 时，吸出高度 $5 J ! +。
水轮发电机组中水轮机的选型设计
水轮发电机组中水轮机的选型设计摘要: 在水利水电系统中的建设过程, 怎样合理选择适用的水轮机组的类型对水轮机的性能是否优越十分重要。
因此应本着具体情况具体分析的原则设计相应的实践方案, 以提高其运行的灵活性。
本文着重阐述实践中应如何对水轮机组进行设计。
关键词: 水轮机组；特征；选型设计Abstract: In the water conservancy and hydropower system in the construction process, how to choose suitable hydraulic turbine type on turbine performance is superior is very important. It should be based on concrete analysis of the principles of design and the corresponding practices, in order to improve the operation flexibility. This paper focuses on the practice should be how to design of hydraulic turbine.Key words: turbine selection design; feature;0引言水轮机组的选型设计是水电站水力机械设计的重要组成部分。
发电机由水轮机驱动，它的转子短粗，机组的起动、并网所需时间较短，运行调度灵活。
水轮机组选型设计不仅为以后的电气部分、水工部分设计打下基础，同时也会影响到电站的机电设备投资、厂房投资及发电效益等经济指标。
因此，水轮机组的选型设计必须做到科学、准确、合理、先进，满足技术性能和经济指标的要求。
1水轮机选型设计的任务及内容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，因此根据H、N的范围选择水轮机是水电站中主要设计任务之一，使水电站充分利用水能，安全可靠运行。
中高水头水轮机机型选择及参数设计
内，国内水轮机制造厂具有成熟的技术经验，设计制造简单， 击式机组少4%。
因 其 转 轮 偏 小 ，转 速 偏 高 ，机 组 整 体 重 量 较 轻 ，机 组 造 价 低 。
（4）由 于 厂 房 开 挖 深 度 大 ，导 致 混 流 式 机 组 可 多 利 用 电
因此，在投资及制造难度方面，混流式水轮发电机组整体优 站水头约7 m，同时还可回收部分尾水管动能。
电 站 枢 纽 主 要 由 底 格 栏 栅 坝、前 池 溢 流 道 、引 水 隧 洞 、压 力 钢 管 、发 电 厂 房 建 筑 物 等 组 成 。 其 中 ，引 水 系 统 采 用 传 统
2.3 机组运行维护分析 对 于 中 低 水 头 段 水 电 站 ，上 述 两 种 机 型 的 水 轮 发 电 机 组
设计与分析◆Sheji yu Fenxi
中高水头水轮机机型选择及参数设计
罗世富
（四川南充水利电力建筑勘察设计研究院，四川 南充 637000）
摘 要：以四川省甘孜州九龙县元根一级水电站的水轮机机型选择及参数设计为例，从投资、制造难度、运行稳定性及维护等各方 面，对冲击式水轮机和混流式水轮机进行了比较。参考目前该水头段内的机型应用情况，最终选择了混流式水轮机，并对选定的最佳水 轮机主要技术参数进行了设计计算。
于冲击式水轮机组。
（5）由于冲击式水轮机冲击受到交变冲击负荷，易产生疲
2.2 机组运行稳定性分析
劳，引起冲击断裂甚至飞斗现象，给电站的安全运行造成隐患。
冲 击 式 机组 具 有 双重 调 节 机构 ，压 力 上 升 值 和 机 组 转 速
综 合 上 述 所 进 行 的 两 种 机 型 的 制 造 难 度 、运 行 稳 定 性 、
表1 元根一级水电站机型选择计算结果比较
水轮发电机组选型设计设计共39页
第 1 页第1章 水轮发电机组选型设计1.1、机组台数及型号选择1.1.1、水轮机型式的选择已知参数保证出力：MW 35=b N ，利用小时数：h 2225 取设计水头3.23av r ==H H按我国水轮机的型谱推荐的设计水头与比转速的关系，混流式水轮机的比转速s n :轴流式水轮机的比转速s n :根据原始资料，适合此水头范围的水轮机类型有轴流式和混流式。
轴流式和混流式水轮机优点：（1）混流式结构紧凑，运行可靠，效率高，能适应很宽的水头范围，是目前应用最广泛的水轮机之一。
（2）轴流式水轮机s n 较高，具有较大的过流能力，轴流转桨式水轮机可在协联方式下运行，在水头、负荷变化时可实现高效率运行根据表本电站水头变化范围m H 6.25~8.22=查《水电站机电设计手册—水力机械》 选择适合的水轮机有244/260A HL 、503JK 和500ZZ 。
三个水轮机参数如下：转轮型号推荐使用水头 H(m) 模型转轮直径1Dcm 最优工况限制工况'10nr/mi n '10Q sm /3η%'10Q sm /3η %σ模型试验水头 H(m)单位飞逸转速'Rn 1(r/min) 水推力系数K HL260/A244 35~60 35 80 1.08 91.7 1.27586.5 0.15 3 158.7 0.34~0.41 JK503 26 35 135 903 90.8 1800 87 0.63 10 340 0.87 ZZ50018~30461280.9889.5 1.65 86.7 0.58533520.871.1.2、拟订机组台数并确定单机容量因为设计电站是无调节电站，所以工作容量等于保证出力MW 35=b N选用混流式机组的单机容量不得超过MW 8.7745.035= 选用轴流式机组的单机容量不得超过MW 10035.035= 确定机组台数4台和5台 方案列表如下：水轮机组选型及台数汇总表台数4 5 转轮型号HL260/A244 JK503 ZZ500 HL260/A244 JK503 ZZ500 单机容量（MW)50 50 50 40 40 40 1.2、水轮机方案比较1.2.1、方案Ⅱ、MW 504⨯ 244/260A HL1、计算转轮直径水轮机的额定出力为：取最优单位转速min 80110r/n =与出力限制线的交点的单位流量为设计工况点单位流量，则）（s /m 29.1Q 3110=,对应的模型效率875.0m =η，暂取效率修正值%2=∆η，则设计工况原型水轮机效率895.002.0875.0m =+=∆+=ηηη。
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高水头小容量水轮发电机组的选型设计(一)
摘要：根据三斗水库电站水轮机组为高水头、小容量的特点，结合溪屯溪水电站群在建瓯市电力系统中为辅助调频电站的情况，走访主要水轮发电机组设备制造厂，在机组订货和施工设计时就采取相应改进措施。
投运后，达到设计要求，机组运行状况良好，经济效益可观。
关键词：小型水电站水轮发电机组小型水轮机高水头水轮机水轮机选型经济效益１工程简况三斗水库为建瓯市溪屯溪流域水电资源开发规划的龙头水库，总库容５３０万ｍ３，兴利库容４３７万ｍ３，为年调节水库。
电站压力引水隧洞长２１６０ｍ，明敷压力钢管长４３８ｍ，最高水头２００．４３ｍ，设计水头１７４．７ｍ，最低发电水头１５２．９ｍ，设计流量１．８４ｍ３／ｓ，装机容量２×１２５０ｋＷ。
多年平均发电量８２７．５８万ｋＷ·ｈ，Ｐ＝７５％保证出力６９０ｋＷ，设备年利用小时３３１０ｈ，水库及电站概算总投资２０３７万元。
三斗水库电站及赤坑水电站（装机２０００ｋＷ）为溪屯溪规划开发的第一期工程，１９８６年１２月动工，赤坑电站于１９９８年５月竣工发电，三斗电站于１９９９年９月开始试运行。
２水轮发电机组的选型设计
三斗水库电站设计水头１７４．７ｍ，单机容量１２５０ｋＷ，为高水头、小容量水轮发电机组，查“中小型反击式水轮机使用范围综合图”，本电站水轮机选择在冲击式水轮机范围。
冲击式水轮机具有构造简单、出力变化时对机组效率影响较小等优点，特别是其折向器的作用对调保有利，可节省调压井等水工建筑物的造价，但其转速低，机组体积大；混流式水轮机则其转速高，机组体积小，且运转可靠效率较高，并有适应水头范围宽的优势，还可利用尾水管回收能量，减少厂房开挖工程，但在低负载时机组效率降低较多。
经机型选择计算，初选了ＣＪＡ２３７－Ｗ－１２５／１４．５水轮机，配套ＳＦＷ１２５０－１４／１７３０发电机和ＨＬＤ５４－ＷＪ－５５水轮机，配套ＳＦＷ１２５０－４／１１７０发电机两种机型。
走访闽、浙、赣三省主要水轮发电机设备制造厂，厂家表示两种机型均可生产供货，对高转速机组的运行都有所担心，推荐本站采用冲击式机组。
初步报价两种机型的水轮机和发电机主设备价格相差悬殊，冲击式１套１４１．２万元，混流式１套只７０万元。
初设中经两种机型的辅助设备配套和水工建筑物不同方案的投资对比，在造价上选用混流式机组仍可节省８４．２万元；此外选用ＨＬＤ５４－ＷＪ－５５水轮机在本站的水力条件下，运行区域很理想，溪屯溪水电站群在建瓯市电力系统中为辅助调频电站，对有水库调节的更应发挥顶峰作用，一般时间在较高出力区运行，既使水库水位变化，机组也运行在较高效率区内，为此初设推荐选用ＨＬＤ５４－ＷＪ－５５配ＳＦＷ１２５０－４／１１７０水轮发电机组。
３小转轮高转速混流式水轮发电机组的运
行问题和改进措施选用混流式水轮发电机组，其额定转速达到１５００ｒ／ｍｉｎ，其运行状况是我们最为关注的问题，据设备生产厂家介绍，当时浙、赣两省尚没有相近规模高水头小转轮高转速的水电站，仅福建水力发电设备厂制造安装在龙岩大片溪水电站（Ｈ＝１７７．７ｍ，ＨＬＤ５４－ＷＪ－６０，ＳＦＷ１６００－４／１１７０）和漳平岭兜水电站（Ｈ＝１８０ｍ，ＨＬＡ１７９－ＷＪ－６０，ＳＦＷ１６００－４／１１７０）有４台机组水力条件和装机规模相近，机组额定转速为１５００ｒ／ｍｉｎ，并已建成发电。
经现场考察，两站４台机组均已投产１年以上，运行中主要问题为：机组转速高、噪音大，轴承温度偏高（推力轴承６３℃，导轴承５５℃），轴承润滑油为油泵供油外循环水冷却系统，设置了重力油箱、回油箱、油泵及冷却水池等设施，不仅增加投资加大运行维护工作量，而且供油或供水系统发生故障时易发生烧瓦事故或被迫停机维修而影响正常发电。
在机组订货和施工设计时，经与福建水力发电设备厂设计、生产、经营有关人员多次协商探
讨，拟定了几项改进措施：
１）推力轴承采用尼龙轴瓦，改进导轴承底瓦冷却装置降低轴承温度，同时润滑油改为自供内循环，取消油泵供油外循环冷却系统。
不仅简化供油供水系统，节省投资节约厂用电，而且减轻运行人员的维修工作量，关键是减少了烧瓦事故和停电损失。
２）技术供水采用顶盖取水，改变初步设计时的水泵供水方案，施工设计时技术供水系统改为以顶盖取水为主，水泵供水为备用的设计方案，并在供水总管设置压力控制器和排水电磁阀等元件，电气自动化回路设计中增加了供水压力过高（超０．３５ＭＰａ）时自动排水降压，过低时（０．２ＭＰａ）自动开启供水泵增加供水压力和水量。
３）发电机采用空冷器密闭循环空气冷却，并采取其他措施降低机组噪音。
在改进措施逐项落实后才签署订货合同，付诸工程实施。