水轮机的选型计算

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(二)水轮发电机组及附属设备(冷却、励磁等)选型设计及参数计算

水轮发电机组及附属设备（冷却、励磁等）选型设计及参数计算2.1水轮发电机的工作参数及类型的确定2.1.1发电机工作参数1）额定有功功率：P N =80MW2）额定电压：查《水电站机电设计手册•电气一次》P 156表4-5知U N =13.8KV3）额定功率因数：查《水电站机电设计手册•电气一次》P 157表4-6知Cos N ϕ=0.854）额定视在功率：S N =P N /Cos N ϕ=94.12MV A 5）额定频率:50N f HZ=6）发电机磁极对数：查《水轮机》表8－5知P ＝22对7）额定转速:136.4/mine r n n r ==8）飞逸系数：291/min Rf e n k n r ==，则/ 2.13f R e k n n ==2.1.2发电机类型的确定A.发电机定子铁芯的内径Di 及长度Lt 的计算1）极距τ和飞逸线速度V f确定:1068()k cm τ===式(2.1）上式中：k1―系数取k1=102.1368144.8(/)f f v k m s τ==⨯=式(2.2）2）定子铁芯内径:2/22268/952.49.5i D p cm m τππ==⨯⨯==式(2.3）3)电机常数C1或电机利用系数C 及定子铁芯长度Lt 的确定:查《水电站机电设计手册•电气一次》P 179表4-10，C=6.0⨯10-6；C 1=16.5⨯104则：26294120126.8() 1.276.010952.4136.4NS L cm mt CD n e i -====⨯⨯⨯式(2.4）B.发电机类型由发电机型式的选择条件：9.50.0550.05136.4 1.27i e t D n L ==>⨯式(2.5）因此电站采用伞式机组。

2.2水轮发电机冷却方式及励磁方式的确定2.2.1水轮发电机的冷却方式考虑空冷方式是目前国内大中型机组普遍采用的冷却方式，且空冷发电机结构简单经济、维护方便，适用于各级容量机组，因此本点站决定采用空冷式水轮发电机。

水轮机的选型计算

目录一、水轮机选型计算的依据及其基本要求 (1)1水轮机选型时需由水电勘测设计院提供下列原始数据 (1)2水轮机选型计算应满足下述基本要求 (1)二、反击式水轮机基本参数的选择计算 (1)1根据最大水头及水头变化范围初步选定水轮机的型号 (1)2 按已选定的水轮机型号的主要综合特性曲线来计算转轮参数 (1)3效率修正 (4)4检查所选水轮机工作范围的合理性 (4)5飞逸转速计算 (5)6轴向推力计算 (5)三、水斗式水轮机基本参数的选择计算 (10)1水轮机流量 (10)2射流直径d0 (10)3确定D1/d0 (10)4水轮机转速n (10)5功率与效率 (11)6飞逸转速 (12)7水轮机的水平中心线至尾水位距离A………………………………………………1 28喷嘴数Z0的确定 (12)9 水斗数目Z1的确定 (12)10 水斗和喷嘴的尺寸与射流直径的关系 (13)11 引水管、导水肘管及其曲率半径 (13)12转轮室的尺寸 (14)A 水机流量 (17)B 射流直径 (17)C 水斗宽度的选择 (17)D D/B的选择 (17)E 水轮机转速的选择 (17)F 单位流量的计算 (17)G 水轮机效率 (18)H 飞逸转速 (18)I 转轮重量的计算 (18)四、调速器的选择 (20)1 反击式水轮机的调速功计算公式 (20)2 冲击式水轮机的调速功计算公式 (20)五、阀门型号、大小的选择 (21)1 球阀的选择 (21)2 蝴蝶阀的选择 (22)水轮机的选型计算一、水轮机选型计算的依据及其基本要求1水轮机选型时需由水电勘测设计院提供下列原始数据：1）装机容量、装机台数、单机额定出力Nr、最大出力Nmax和负荷性质；2）水电站的设计水头Hr，最大水头Hmax，最小水头Hmin，加权平均水头Hcp；3）水电站上下游水位与流量关系曲线，水头、流量过程线或保证率曲线，引水管损失等；4）水电站的泥沙资料（含沙量、泥沙类别、特性等），水质资料（水温、化学成分、PH值、硬度、含气量等）；5）水电站厂房形式，引水方式和引水管长度、直径；机组安装高程及允许吸出高度Hs＇；6）制造厂与水电站间的运输条件、水电站的安装条件（允许最大挖深值等）。

(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。

水轮机计算

（一）水轮机型号的选择根据题目条件已知要用HL120-38和HL100-40型水轮机进行选择，对比计算分别如下：（二）水轮机主要参数的计算HL120-38型水轮机方案主要参数的计算1、转轮直径的计算1D =式中：'3112500;240;380/0.38/r r N kW H m Q L s m s====同时在附表1中查得水轮机模型在限制工况的效率=88.4%M η，由此可初步假定水轮机在该工况的效率为90.4%将以上各值代入上式得10.999D m == 选用与之接近而偏大的标准直径1 1.00D m =。

2、效率修正值的计算由附表一查得水轮机模型在最优工况下的max =90.5%M η，模型转轮直径10.38M D m =，则原型水轮机的最高效率max η可依下式计算，即max max =1M ηη-（1-1(10.93593.5%=--== 考虑到制造工艺水平的情况取11%ε=；由于水轮机所应用的蜗壳和尾水管的型式与模型基本相似，故认为20ε=，则效率修正值η∆为：max max 10.9350.9050.010.02M ηηηε∆=--=--=由此求出水轮机在限制工况的效率为：0.8840.020.904M ηηη=+∆=+=（与原来假定的数值相同）1、转速的计算1n =式中'''10101M n n n =+∆有附表一查得在最优工况下的'1062.5/min M n r =，同时由于'1'10110.0160.03M n n n ∆====<所以'1n ∆可以忽略不计，则以'1062.5n =代入上式得：973.3/min n r ==选用与之接近而偏大的标准同步转速1000/min n r =。

2、工作范围的验算在选定的1 1.00D m =、1000/min n r =的情况下，水轮机的'1max Q 和各种特征水头下相应的'1n 值分别为：'31max 3232221125000.3790.38/9.8112400.9049.81rrN Q m s D H η===<⨯⨯⨯/ 则水轮机的最大引用流量max Q 为：'23max 1max 1= 1.0/s Q Q D ⨯对'1n 值：在设计水头240r H m =时'164.5/min r n r === 在最大水头max 245H m =时'1min 63.9/min n r === 在最小水头min 235H m =时'1max 65.2/min n r === 在HL120型水轮机的模型综合特性曲线图上，分别画出'1max 379/,Q L s ='1min 63.9/min n r =和'1m 65.2/min ax n r =的直线，如图所示。

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。

水轮机组选型

电站下游尾水位流量关系曲线的推求水轮机组选型一、电站参数（一）、康艾孜河1、电站参数前池正常水位=2445.1电站最低尾水位=2340.5m(实测常年枯水位)水头损失近似取1m最大净水头=--1=104.6m最小净水头=-（取两河通过电站设计引用流量之和时的下游尾水位）-1m=2445.1-2341-1=103.1m平均水头=103.8(取上下游加权或算数平均值,本处到算数平均)设计水头=103.8(取等于平均水头)2、装机容量：2×5000kW、1×2000 kW本站主要利用夏季流量较大的月份发电，根据水能计算，在综合分析水流出力和多年平均年发电量及年利用小时的基础上，本着尽量利用来水又能保证投资效益的情况下，决定装机2×5000kW,另考虑到枯水月份流量小，历时长，决定增设装机2000kW一台。

3、水轮机型号选择按我国水轮机型谱额定水头和比转速的关系，水轮机的n s为n s＝－20＝176.3（m.kW）因此选择与计算值最为接近的HL180转轮4、水轮机基本参数的计算（1）计算转轮直径D1水轮机的额定出力：N T===5263（kW）N T===2105（kW）取最优单位转速＝67r/min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=0.86m3/s,对应的模型效率=89.6％,经试算,5000kW机组取效率修正值＝1.2％，则设计工况下原型水轮机的效率η＝+＝89.6％+1.2％＝90.8％。

2000kW机组取效率修正值＝0.5％。

则设计工况下原型水轮机的效率η＝+＝89.6％+0.5％＝90.1％==0.806m==0.51m按我国规定的转轮直径系列，选择转轮直径分别为0.84m和0.60m。

（2）效率η的计算==0.908 ＝=0.012=1.2％==0.901 ＝=0.005=0.5％（3）转速n的计算5000kW:n===812.6(r/min) 取750r/min2000kW:n===1137.7(r/min) 取1000r/min(4)水轮机设计流量Qr的计算5000kW:Qr==0.86××=6.18（m3/s）2000kW:Qr==0.86×0×=3.15(m3/s)则康艾孜河设计流量Qr=2×6.18+3.15=15.5(m3/s)(5)飞逸转速的计算查HL180转轮模型综合特性曲线限制工况点对应的导叶开度=32，将此值乘以1.05的系数后，查HL180飞逸特性曲线，得其最大单位飞逸转速为=131 r/min5000kW:==131=1588.9 r/min2000kW:==131=2221.2 r/min(由电站的最大净水头算出的飞逸转速不能大于发电机组允许的飞逸转速) (6)轴向水推力的计算5000kW:==12.75(t)2000kW:==6.51(t)5、检验水轮机的工作位置（范围）设计工况的单位流量5000kW:===0.792(m3/s)==61.84(r/min)2000kW:===0.627(m3/s)==58..9(r/min)由计算结果可知，两种水轮机基本接近高效位置（范围）工作，选型结果合适。

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：

水轮机选型

水轮机型号选择根据已知的水能参数初选水轮机型号最大工作水头：H max =Z 上max -Z 下min -△h=609.86-573.12-1.732=35 m 最小工作水头：H min =Z 上min -Z 下max -△h=607.78-574.27-1.732=31.77m平均水头：H a =12 (H max +H min )= 12×(35.85+31.35)=33.4 m查水电站机电设备手册根据我国小型反击式水轮机适应范围参考表初选水轮机型号。

初选水轮机型号：HL240-LJ-140 水轮机类型混流式转轮型号 HL240 最大水头 35m 最小水头 31.77m 设计水头 33m 出力 3400kw 校核机组的稳定性水轮机主要参数的计算：HL240-LJ-140型水轮机方案主要参数的计算: 转轮直径计算Nr=3400/0.95=3368.42kw Hr=33.4mD 1=MHr Q Nr η23181.9' (1-3)式中：Nr-为水轮机的额定出力（kw ） D 1 -为水轮机的转轮直径（m ） ηM -为水轮机的效率 Hr-为设计水头（m ）Q 1´--为水轮机的单位流量（m 3/s ）由水力机械课本附表1中查得Q 1´=12.4 L/s=1.24m 3/s,同时在附表1中查得水轮机模型在限制工况下的效率ηM =90.4%，由此可初步假定水轮机在该工况的效率为92.0%将Nr=3400kw, Q 1´=1.24 m 3/s, Hr=33.4m, ηM =92%得m D 12.192.04.3324.181.942.3368231=⨯⨯⨯=选择与之接近而偏大的标准直径D 1=1.40m 效率的修正值计算由水力机械课本附表1查得水轮机模型在最优工况下的效率ηMmax =89.6%,模型转轮直径D 1M =0.46m, 则原型水轮机的最高效率ηmax ，即：ηmax =1-（1-ηMmax ）511D D M(1-4)式中：ηmax --为原型水轮机的最高效率 ηMmax --为水轮机模型在最优工况下的效率 D 1M --为模型转轮直径（m ） D 1 --为原型转轮直径（m ）将ηMmax =91.0% ，D 1M =0.46m, D 1=1.4m 带入得:ηMmax =1-（1-ηmax ）511D D M=1-（1-0.91）54.146.0=92.8%考虑到制造工艺水平的情况取ε1=1%由于水轮机所应用的蜗壳和尾水管的型式与模型基本相似，故认为ε2=0，则效率修正值Δη为：Δη=ηmax -ηMmax -ε1 式中：Δη--为效率修正值ηmax --为原型水轮机的最高效率 ηMmax --为水轮机模型在最优工况下的效率将ηmax=0.928，ηMmax=0.91，ε1= 0.01带入上式得：Δη=ηmax-ηMax-ε1=0.928-0.91-0.01=0.008 由此求得水轮机在限制工况的效率为：η=ηM +Δη=0.904+0.008=0.912（与原来假定的数值相近）转速的计算n=110D Ha n ' (1-5) 式中：n --为水轮机的转速（r/min ）'10n --为最优单位转速（r/min ）Ha --为加权平均水头（m ） D1 --为原型转轮直径（m ）'10n ='10M n +Δn ´1式中：'10n --为最优单位转速（r/min ）'10M n --模型水轮机的最优单位转速（r/min ）由水力机械课本附表1查得最优工况下的'10M n =72r/min同时由于Mn n 101、、∆=maxmaxM ηη-1 (1-6) 式中：n ´10M --模型水轮机的最优单位转速（r/min ） ηmax --为原型水轮机的最高效率ηMmax --为水轮机模型在最优工况下的效率将ηmax =0.95，ηMmax =0.92，带入式（2-9）得：192.0/936.01/max max 101-=-=''∆M Mn n ηη=0.0087<0.03所以∆'1n 可以忽略不计，则以10M n =72r/min 代入上式得：选与之接近而偏大的标准同步转速n=300 r/min 工作范围验算在选定的D1=1.4m 、n=300r/min 的情况下，水轮机的Q1´max 和各种特征水头的下的相应的n1´值分别为:Q1´max=η232181.9Hr D Nr (1-7)式中：Nr--为水轮机的额定出力（kw ） D1 --为水轮机的转轮直径（m ） η--为水轮机的效率 Hr--为设计水头（m ）Q1´max--为水轮机最大单位流量（m3/s ）将Nr=3940kw, Q 1´=1.24 m 3/s, Hr=35m, η=92%，D 1=1.4m 带入式（1-10）得：Q 1´max =η232181.9Hr D Nr=32239409.81 1.4350.92⨯⨯⨯=1.07m ³/s<1.24m ³/s则水轮机的最大引用流量Q max 为:Q max = Q 1´max D 1²Hr 式中：Q max --为水轮机的最大引用流量（m 3/s ） Q 1´max --为水轮机最大单位流量（m 3/s ） D 1 --为水轮机的转轮直径（m ） Hr--为设计水头（m ）将Q 1´max =1.07m ³/s ，D 1=1.4m ，Hr=35m 带入式（1-11）得： Q max = Q 1´max D 1²Hr =1.07×1.423/s 对于n 1´值，在设计水头Hr=35m 时，n 1r ´=HrnD 1式中：n 1r ´--为水轮机设计单位转速（r/min ） n --为水轮机的转速（r/min ） D 1 --为水轮机的转轮直径（m ） Hr--为设计水头（m ）将n=300r/min, D 1=1.4m ，Hr=30.71m 带入上式得： n 1r ´=HrnD 1n ´1min =max1H nD式中：n ´1min --为水轮机最小单位转速（r/min ） n --为水轮机的转速（r/min ） D 1 --为水轮机的转轮直径（m ） H max --为最大水头（m ）在最大水头max H =35.85m 时1min 70.1/min n r '=== 在最小水头min H =31.35m 时1max 75/min n r '=== 式中：n ´1max --为水轮机最大单位转速，r/min ； n --为水轮机的转速，r/min ； D 1 --为水轮机的转轮直径，m ； H min --为最小水头，m ；将设计水头H min =35m, n=300r/min, D 1=1.4m 带入式得:n ´1max =m in1H nD 在HL240型水轮机的模型综合特性曲线图（《水力机械》课本图3-7）上，分别画出Q 1´max =1240L/s. 'max 1n =75r/min 和'min 1n =70.1min /r 的直线。

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2水轮机选型计算应满足下述基本要求：1）具有优良的能量指标，所选择的水轮机应能经常运转于高效率区；2）具有良好的汽蚀性能及工作稳定性，机组的压力脉动要小，调节灵活，安全可靠；3）尽可能选择较小尺寸的水轮机，如尽量选择比转速较高的水轮机转轮，选择单位转速n11值稍高于最优单位转速n110值，单位流量Q11近于最大单位流量Q11max 值；4）结构要先进合理，易损零部件能拆卸互换，做到因地制宜；5）满员运输、安装、检修的要求。

二、反击式水轮机基本参数的选择计算1根据最大水头及水头变化范围初步选定水轮机的类型和转轮型号。

目前，一般在水头H=3~30m范围内选用贯流式水轮机，H=3~60m范围内选用轴流式水轮机（一般Hmax/Hmin＞2，D≥2.0m时用转桨式），H=20~600m范围内选用混流式水轮机，H=300~1000m范围内选用冲击式水轮机，在相同水头段内可使用不同的机型时，需对它们进行性能、技术经济的初步比较后再选定。

对于只给出设计水头的中小型反击式水轮机，其工作水头范围可参考图2-1-1。

2 按已选定的水轮机型号的主要综合特性曲线来计算转轮标称直径D 1、额定转速n 、最大吸出高度Hs 。

1）关于流量的选择、计算：对混流式和轴流转桨式水轮机，一般取综合特性曲线上最优单位转速的（105%~110%）与5%出力限制线的95%~98%交点处所对应的单位流量Q 11值，对轴流定桨式水轮机按相应105%~110%最优单位转速的最优效率点取单位流量；受挖深限制时根据最大允许Hs 选取单位流量Q 11，其所取单位流量应大于最优单位流量。

对轴流转桨式水轮机，选取原则为： a) 按允许的吸出高度Hs 来选取；b) 从平均效率、电能产量、装机台数进行经济分析确定Q 11。

对径流式电站应考虑在最大水头和最小水头时均能得到电站保证出力；c) 从经济性和运行的稳定性着眼，选用的Q 11一般不宜超出型谱表中推荐的范围。

流量Q ：由 H Q N p ***=γη水 ⇒ HN Q p**=γη水（2-2-1）其中：N P ——水轮机额定功率 γ——水的重度（9.81KN/m 3） η水——水轮机效率单位流量Q 11： HD Q Q *=2111 （2-2-2）转轮标称直径D 1的计算：标称直径D 1： ()m H Q N D rD D2/311181.9****=ηη水（2-2-3）其中：N D ——机组额定功率（发电机额定功率）（千瓦）； η水——水轮机效率（0.88~0.93）； ηD ——发电机效率（0.90~0.97）； Hr ——额定水头（米）。

额定转速n 的计算：利用单位转速n 11j 和水头推算水轮机额定转速：额定转速n e ： min)/(111r D H n n rj e *=（2-2-4）其中：n 11j ——原型水轮机计算单位转速，其值在综合特性曲线上选定。

为使水轮机能在大部分运转时间内处于高效率区工作，一般希望对应于平均水头的单位转速接近于最优单位转速，故计算单位转速n 11j 值为：对于轴流转桨式水轮机可选取大于其最优单位转速n 110值的1.05~1.15%；对于混流式水轮机可选取大于其最优单位转速n 110值的1.02~1.1%；其中上限适用于较高比转速混流式水轮机。

根据计算所得转速n e ，取略大的相近的发电机同步转速为水轮机的额定转速n 。

发电机同步转速可按下式计算： Pfn ⨯=60 （2-2-5）其中：f ——周波，我国为50Hz ； P ——发电机磁极对数。

允许吸出高度的计算：)(2)(29001010卧式机组立式机组D b H k Hs c -+**-∇-=σσ （2-2-6）其中：▽——水轮机位于高出海平面的标高； k σ——汽蚀安全系数；σc ——临界汽蚀系数；σY ——装置汽蚀系数（σY = k σ*σc ）式中汽蚀安全系数k σ值的选用可考虑如下情况确定：水中含沙、含汽量大时，或需延长检修周期时k σ可适当取大些；转轮叶片和下环，或转轮室由不锈钢制造时，取k σ≤1.1~1.2；汽蚀局部部位采取抗汽蚀措施时，可取k σ=1.2~1.4；转轮由碳钢制造时，一般取k σ=1.4~1.8；对多机组电站k σ值可取小些；转轮接近其使用水头最大值时k σ 宜取较大值；地下厂房时，可适当取大值。

式中汽蚀系数σ值的选取：一般从模型综合特性曲线上查取，如果没有则1：可从图（2-2-1）中查取，对图（2-2-1）亦可用经验公式（2-2-7）给出：图（2-2-1）满负荷时汽蚀系数与比转速的关系()8.120000030+=s n σ （2-2-7）2：根据70年代前半期统计的国外水电站水轮机装置汽蚀系数平均值，由下式求出：对混流式水轮机：641.11064-⨯⨯=n s σ （2-2-8）对轴流式水轮机：641.1104.75-⨯⨯=n s σ （2-2-9） 3 效率修正初设时大致修正如下（含尺寸效应）：真机转轮标称直径在60以下时，修正 -1.5% ~ -2.5%60~70cm 时，修正 -0.5% ~ -1%70~100cm 时，修正 1.0~1.5% ，0.5~1.0%（直径小取大值） 100cm 以上时，修正 -0.5% ~ -1% （卧式） 100cm~130cm 时，修正 0% ~ 0.5% （立式）130cm 以上时，修正 ≥1% （立式）具体应用公式计算对混流式水轮机效率的修正值一般按最优工况点计算，其它各工况点一律按此等值修正；而对轴流式水轮机效率的修正值按最优工况点计算，对应各转角ψ的其它各工况点取等值修正。

关于具体的效率问题详见附录一。

4 检查所选水轮机工作范围的合理性由于所选择的水轮机转轮直径D 1和转速n 都是标准值，经常与计算结果稍有不同。

另外，最初计算转轮直径时所取用的效率η也是近似给定的，故必须在综合特性曲线上对所选定水轮机的工作范围是否处于最优效率区进行检查。

首先，按最大水头H max 计算出最小单位转速n 11min ,，按最小水头H min 计算出最大单位转速n 11max 。

其次还应计算出保证最大功率时，对应最大水头、最小水头的单位流量值。

以上计算出的数值在原型综合特性曲线图上可以绘出一个四边形。

若此四边形包括了综合特性曲线图上的最优效率区，则可认为水轮机基本参数选择合理。

若四边形中心偏移最优效率区中心较多，则应重新选择转轮直径，或者水轮机转速，或者两者都重新选择计算。

对高水头轴流转桨式水轮机有时希望选用导叶开度允许条件下较小的单位流量Q 11值，以此方法来降低汽蚀系数σ和保证允许吸出高度H S 。

5 飞逸转速计算在设计工作中计算原型水轮机飞逸转速时，应该考虑其最大工作水头Hmax 和最大可能导叶开口1.05a 0max （即由底环上定位块或导叶套筒处所定的开口）工况点的飞逸转速n 11f ，因此按所选定水轮机型号的模型水轮机飞逸特性曲线图，利用式（2-5-1）计算出原型水轮机的飞逸转速n f 。

飞逸转速： 1max 11maxD H n n f f *= （2-5-1）工程上经常以在同一水头下飞逸转速与额定转速之比来表征水轮机的飞逸程度，并称之为飞逸系数k f ：飞逸系数k f ： ef f n n k =（2-5-2）各种水轮机的飞逸系数大致如下：对混流式或冲击式水轮机k f =1.7~1.9；对保持协联关系的转桨式水轮机k f =2.0~2.2；对协联关系破坏的转桨式水轮机k f =2.4~2.8。

6 轴向推力计算立轴水轮机的轴向推力包括：水流对转轮的轴向水推力P OC ；水轮机转动部分重量G Z 。

估算轴向水推力采用下式：轴向水推力P OC ： max 214H D K P ***=π（吨）（2-6-1）式中：K ——与转轮型号及排水方式有关的水推力系数，可通过试验方法获得。

一些混流式水轮机采用转轮上冠排水，泄水孔面积不小于转轮止漏环密封间隙5~6倍的结构,其K 值可由表(2-6-1)中查取。

表2-6-1 转轮型号 HL310HL240HL230HL220HL200HL180HL160HL120HL110HL820HL100K 0.37~0.450.34~0.410.18~0.220.28~0.340.22~0.280.22~0.280.20~0.260.10~0.130.10~0.130.26 0.05~0.11水质含泥沙，密封间隙有磨损，或转轮直径较小，需格外放大止漏环间隙比δ/D 1的结构，取较大的K 值。