水轮机计算部分

D1
7
转速计算值介于发电机同步转速 107.1r/min 和 100r/min 之间。
（1-4）
2
（《水轮机》P165）
（3）效率 的计算：
查表，得
HL240
型水轮机模型参数：转轮直径
D 1m
=
0.35
m，最优工况下的最高
效率 mo = 0.92。则可求出原型效率为：
max 1 (1mo)5
D1m D1
g
（1-15）
查《水轮机》，得 HL160 的最优单位转速 n110 = 77r/min。取最优单位转速 n110 与出 力限制线交点的单位流量为设计工况点的单位流量，则 Q11r = 1.098 m3/s，对应的模型效 率 m = 0.895。暂取效率修正值△ = 0.03，则设计工况下原型水轮机效率 = m +△ =
（备注：《水轮机》 P371） 1.3.2 对 HL240 型水轮机工作点的检查和修正 I 方案：6 台机组，单机 41.7 万千瓦。水轮机基本参数计算： (1)转轮直径 D1 的计算： 水轮机额定出力
Pt
nG
g
417000 0.98
425510（KW）
（1-2）
查《水轮机》，得 HL160 的最优单位转速 n110 = 77（r/min）。取最优单位转速 n110 与
（1-20）
Qr Q11r D12 Hr 1.0986.52 94 442.4 （m3/s） （5）几何吸出高度 Hs 的计算：
（1-21）
在设计工况下，模型水轮机的空化系数 m = 0.114
(《水轮机》P321)
查《水轮机》图 3-7，得 = 0.02。
则吸出高度 H s 为：
Hs
10.0
0.888 + 0.03 = 0.918，水轮机转轮直径 D1 为：
D1
Pr
9.81Q11
H
1.5
r
364286 9.811.098 941.5
0.918
6.41(m)
（1-16）
计算值处于标准值 6.0m 和 6.5m 之间，计算直径更接近 6.5m，故取转轮直径 D1 = 6.5 （m）。
1 水轮机部分计算书
1.1 机组型式的确定
本水电站的工作水头：
最大水头： H max 100（m）
平均水头： H av 90（m）
设计水头： H r 94(m）
最小水头： H min 80(m)
根据水轮机类型及应用水头范围，本水电站水头变化在 100m～160m 之间，这个范 围内符合的水轮机类型有混流式和斜流式水轮机。
由 HL240 水轮机的模型飞逸特性曲线，查表得在最大导叶开度下单位飞逸转速
n11r 146 .7(r / min) ，故水轮机的飞逸转速为：
n s n11r
Hmax 146.7 100 244.5(r / min)
D1
6
（1-36）
（7）轴向水推力 Ft 的计算
据 HL240 转轮技术资料提供的数据，转轮轴向水推力系数 K t =0.20～0.26。
电站水头变化在 80m～120m 之间，在这个范围内应该选择混流式水轮机。它的优 点是比转速范围广、使用水头范围广，可适用 30m～700m，结构简单、价格低，装有 尾水管，可减少转轮出口水头损失。
斜流式水轮机的结构复杂，加工工艺要求和造价均较高；混流式水轮机结构简单， 运行稳定且效率高，因而其应用广泛。所以选择混流式水轮机作为本水电站水轮机机型。
1 (1 0.92) 5
0.35 7.0
0.956
（1-5）
max m0 0.956 0.92 0.036 所以，限制工况下原型水轮机效率为：
（1-6）
m 0.888 0.036 0.924
（4）设计流量 Qr 的计算：
（1-7）
Qr Q11r D12 Hr 1.09872 94 521.6 （m3/s）
限制线交点的单位流量为设计工况点的单位流量，则 Q11r =1.098 m3/s，对应的模型效率
m
=
0.895。暂取效率修正值△
= 0.03，则设计工况下原型水轮机效率 =
m +△
=
0.888 + 0.03 = 0.918，水轮机转轮直径 D1 为：
D1
Pr
9.81Q11
H
1.5
r
319388
K t =0.33。
Ft
9810Kt
4
D12 H max
9810 0.33 4
62
100 9153250(N)
（1-37）
（8）水轮机工作范围的检验：
n=107.1r/min
n min
nD1 125 6 75(r / min)
H max
100
（1-38）
nav
nD1 H av
125 6 79.0(r / min) 94
根据以上分析情况：
表 1-1 机组台数的初选方案
方案
I
II
III
IV
机组台数（台）
6
7
8
9
单机容量
41.7 （万·千瓦）
35.7
31.3
27.8
1
1.3 初选方案的参数计算 1.3.1 初选方案的各参数计算
ns
2000 H
- 20
2000 94
206.3
（m·kw）
（1-1）
在混流式水轮机型谱中符合本电站水头段的的水轮机为 HL240。在设计工况下，转 轮的 ns 为 206.3m·kw。经比较，HL240 转轮的 ns 与本电站的计算最接近，且空化系数较 小，故决定选用 HL240 转轮。
1.5
r
425510 9.811.098 941.5
0.918
6.93(m)
（1-3）
计算值处于标准值 6.5m 和 7.5m 之间，计算直径更接近 7.0m，故取转轮直径 D1 = 7.0 （m）。
（《水轮机》P11） （2）转速 n 的计算：
n n110 Hav 77 90 104.36(r / min)
（1-34）
在设计工况下，模型水轮机的空化系数 m = 0.114
(《水轮机》P321)
查《水轮机》图 3-7，得 = 0.02。
6
则吸出高度 Hs 为：
Hs
10.0
900
(0.114 0.02) 94
3.84(m)
（1-35）
本电站取 H s 4(m) 。
（6）飞逸转速 nr 的计算
n11r 146 .7(r / min) ，故水轮机的飞逸转速为：
n s n11r
Hmax 146.7 100 209.6(r / min)
D1
7
（1-10）
（7）轴向水推力 Ft 的计算 据 HL240 转轮技术资料提供的数据，转轮轴向水推力系数 K t =0.20～0.26。取 K t =0.33。
900
(0.114
0.02) 94
3.84(m)
（1-22）
本电站取 H s 4(m) 。 （6）飞逸转速 n r 的计算 由 HL240 水轮机的模型飞逸特性曲线，查表得在最大导叶开度下单位飞逸转速
n11r 146 .7(r / min) ，故水轮机的飞逸转速为：
n s n11r
Hmax 146.7 100 209.6(r / min)
n=107.1r/min
n11min
nD1 115.4 6.5 75.01(r / min)
H max
100
（1-25）
nav
nD1 115.4 6.5 79.07(r / min)
Hav
94
（1-26）
nD 115.4 6.5
n11max
1 H min
83.86(r / min) 80
III 方案：8 台机组，单机 31.3 万千瓦。水轮机基本参数计算： (1)转轮直径 D1 的计算：
（1-27）
5
水轮机额定出力
Pt
nG g
313000 0.98
319388（KW）
（1-28）
查《水轮机》，得 HL240 的最优单位转速 n110 = 77r/min。取最优单位转速 n110 与出力
D1m
=
0.35
m，最优工况下的最高效
max 1 (1mo)5
D1m D1
1 (1 0.92)5
0.35 0.955 6.5
（1-18）
4
max m0 0.955 0.92 0.035
（1-19）
所以，限制工况下原型水轮机效率为：
m 0.888 0.035 0.923 （4）设计流量 Qr 的计算：
（1-8）
（5）几何吸出高度 Hs 的计算：
在设计工况下，模型水轮机的空化系数 m = 0.114
（《水轮机》P321）
查《水轮机》图 3-7，得 = 0.02。
则吸出高度 Hs 为：
Hs
10.0
900
(0.114
0.02) 94
3.84(m)
（1-9）
本电站取 H s 4(m) 。 （6）飞逸转速 n r 的计算 由 HL240 水轮机的模型飞逸特性曲线，查表得在最大导叶开度下单位飞逸转速
Ft
9810Kt
4
D12 H max
9810 0.33 4
72
100 124工作范围的检验： n=107.1r/min
3
n11min
nD1 107.1 7 74.97(r / min)
H max