轴流式水轮机选型计算
β
S
m2
X
m
R
m
V
m/s
Q
m3/s
IEC497 Latitude φ degrees Height z in meters above mean sea level Acceleration g due to gravity
φ
度
Z
m
g
m/s2
60 4000
参考/计算值
5.00 4.420
效率 说明
发电机参数 额定无功功率 Kvar 飞逸转速 r/min 额定功率因数 绝缘等级 额定励磁电压 V 额定励磁电流 A
调速器参数
工作电源 V
操作电源 V 阀门参数
操作方式
2.0 2.1 4.0 70.0 60.0 167.7 2.0 4.7 193.5 174.1 8.8 159.9 4.8 195.1 216.8 176.8 4.5 167.6 150.8
根据水头计算，
根据流量计算
1、发电机转速，2、水轮机转速
ηm-Δη
ηf*ηt
9.81H*Q*ηt
ZZ
比转速、A系列、D系列等
卧轴W、立轴L
金属J、混凝土H、明槽M、压力明槽MY
水轮机参数计算
查综合曲线
查综合曲线
查综合曲线
查综合曲线
查综合曲线
查综合曲线
0.7
4.0----6.0
0.4-0.6
0.4---0.6
V
ZZT03-LH-100
0.85
1.15
1.3
0.348
r/min
330
0.7
s
4
0.7
0.6
15
m2.s
3
5 400 m.kw T kg.m m m T.m r/min m
m kg mm cm2 L r/min
q11 m3/s
ηm
Q
m3/s
Nt
kw
2.1 0.86
设计水头机组最大出力 设计水头机组出力裕量
设计水头最小单位流量 设计水头限制运行点模型效 率 设计水头最小需用流量 设计水头水机最小出力 设计水头机组最小出力 设计水头机组出力百分比
最高水头百分比 +10%水头 +10%水头单位转速 +10%水头限制点单位流量 +10%水头限制点模型效率 +10%水头最大引用流量 +10%水头水机最大出力 +10%水头机组最大出力 +10%水头机组出力裕量
额定容量 KVA 额定电压 V 额定电流 A 额定转速 r/min 额定效率 % 额定频率 Hz
额定油压 Mpa 接力器容量 N·m
公称通径 mm 公称压力 Mpa
水轮机参数 177.8 375.0 737.9 668.3 84.0 82.0 296.5
0.9 3.3 0.9 13.3 1.15 1.3 2.2 1.7 3.0 5.0 400.0 75.0 发电机参数 200.0 400 288.7 375.0 90 50 调速器参数 16
渠道底宽度 渠道水深
Nt*ηf
设计水头最小出力计算 Q/(power(D1,2)*sqrt(H))
查综合曲线
Q11*POWER（D1，2）*SQRT(H) 9.81H*Q*ηt Nt*ηf
默认+5% 1.05H
+10%水头出力计算
查综合曲线 查综合曲线
默认-5% 0.95H
-10%水头出力计算
查综合曲线 查综合曲线
KD2
Kh*D^(2/3)
KA*D^(5/3)
0.003Q
Q/(π*power(Ds/2,2))
设计水头最大出力计算
Q/(power(D1,2)*sqrt(H))
查综合曲线
Q11*POWER（D1，2）*SQRT(H)
9.81H*Q*ηt
符号
H Q
单位
m m3/s
m
输入/实际 值 5
4.42 300
167.7 164.5 0.890 3.854 1.723 0.870
116.1 0.840 2.886 1.291 0.820
+10%水头/+10%水头单位转速 +10%水头水机最大出力 相应出力百分比下的效率 相应出力百分比下的流量 相应出力百分比下的单位流 相应出力百分比下的真机效
5.5 216.8 0.860 4.784 2.040 0.840
修正
160.0
D1 Δη
16
167.7 1.977 1.00 1.00 375.0 0.82 0.738 177.8
≥1 0.9 0.84 0.71 0.6 0.5 0.42 0.35
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07
T03-LH-100
计算时间: 2021/4/1 15:40 水工参数 设计水头 m +10%水头 m
10 4.5
2.13 0.86
Xd” Gn Gf Gz Gd Dia Ln Lz1 Lz2 Lf
MN MD Fj Fd Fq Fh Qk
SF
K
990
3
Y
S1
IP01
V
A
F/F
0.36
T
1.4
T
1.5
T
11
T
5
mm
1400
mm
1000
mm
1450
mm
1350
mm
760
SF-K160-16/990
KVA
发电机参数计算 SF,SFW,SFWE 机械=/，K，W
560,650,740,850,990,1180,1430等 "三相" "只允许Y接"
B/B,F/F
视在功率 按标准，两倍额定转速
b/β
渠道计算
N
kw
%
q11 m3/s
ηm
Q
m3/s
Nt
kw
N
kw
%
1.65
0.7
2.32 77.3 69.6 43.5%
水轮机型号 发电机型号 调速器型号 阀 门型号 励磁屏型号 输出屏型号 测温制动屏 自动化元件
水轮发电机组技术参数表
5 5.5 设备配置 ZZT03-LH-100 SF-K160-16/990 BWT-
400V
BKF-3 CWZD 常规配制，满足无人值班，少人职守要求
75 JB/GB 碳鋼
/不銹鋼
668.3 3.34 297 2.19 1.69 0.9 737.9 1.95 0.88 2.08 3.00 5.00 400.00 13.26 2.88
N
kw
160
ηf
0.9
U
V
400
0.8
f
Hz
50
16
ηm Δη n11 q11 D1
n ηt η Nt
r/min m3/s
m m r/min
kw
0.84 0.02 167.7 1.977 1.00
375.0
ZZ T03
L H
K σ K α nr K Ts βy
KV
K
Kh KA ns PZ W
GD2 nf Ds f Df m hmax A
4.6957 193.5
额定出力 kw 额定转速 r/min 最高飞逸转速 r/min 额定比转速 m.kw 额定模型效率 % 额定水轮机效率 % 最大调速功 kg.m 水推力系数 最大水推力 T 机组最小GD2 T.m 新导叶最大漏水保证量 L 模型汽蚀系数 汽蚀安全系数 允许吸出高度 m（立轴，海拔300m) 允许吸出高度 m（卧轴，海拔300m) 汽蚀失重保证量 kg 汽蚀深度保证量 mm 汽蚀面积保证量 cm2 允许管道∑LV m2.s
Kvar
A
r/min
kg.cm
kg.cm
T
T
T
T
m3/h
b
m
1
h
m
1
边坡系数 坡降 边壁粗糙度 最优宽深比 过水面积 湿周 水力半径 流速 流量 计算时间
纬度
海拔高度
重力加速度
0.001-0.002 0.012-0.015 b/h
过水面积/湿周
2021/4/1 15:40mΒιβλιοθήκη 0i0.003
n
0.012
% Hmax n11max q11hmax ηhmax Qhmax Nhmax Nfhmax
% m r/min
m3/s kw kw %
10 5.5
2.04 0.86
Hmin n11min q11hmin ηhmin Qhmin Nhmin Nfhmin
m r/min m3/s
m3/s kw kw %
5.200E+04 1.444E+05
2.87 3.53 6.80 7.10 15.59
0.50
2.000 1
3.00 0.333 0.502 0.502
9.807
发电机组技术参数表
设计流量 m3/s -10%水头 m 备配置 T03-LH-100 -K160-16/990 400V T-
计算： 曾昌席 校核：
159.9 184.3 0.860 4.067 1.734 0.840
130.1 0.820 3.014 1.285 0.800
-10%水头/-10%水头单位转速 -10%水头水机最大出力 相应出力百分比下的效率 相应出力百分比下的流量 相应出力百分比下的单位流 相应出力百分比下的真机效
10-K*σ*H-E6/900 立轴
水轮机模型转轮型谱表
0
0.365 0.315 0.28 0.25 0.225 0.2 0.225 0.16 0.118 0.12 0.12
1.15 1.16 1.16 1.16 1.16 1.18 1.16 1.25 1.17 1.2 1.2
最优工况 Z0 n110 (r/min) 165 16 20 32 32 32 24 148 140 142 140 140 128 120 最优工况 Q110 (m /s) 1.1 1.08 1.08 0.95 0.955 0.65 0.69 0.548 0.313 0.32 0.203
1.175 1.255 1.16 1.16 1.16 1.16
表B.0.2中小型混流式水轮机模型转轮主要参数表 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 转轮型号 HL240 HL260/A244 HL260/D74 HL240/D41 HL220/A153 HL180/A194 HL180/D06A HL160/D46 HL110 HL120 HL90/D54 Z0 24 24 24 24 24 20 24 20 20 18 20 n110 (r/min) 72 80 79 77 71 70 69 67.5 61.5 62.5 62
0.348 Q11
0.393 Q11 0.416 Q11 0.416 Q11 0.57 Q11
180° 180° 180° 225°
对称型 对称型 对称型 对称型
自行设计 自行设计 自行设计 4号
>2.6D1 >2.4D1 >2.42D1 >2.71D1
σ 0.2 0.15 0.143 0.106 0.08 0.078 0.053 0.045 0.055 0.063 0.033
水轮机选型汇总
轴向水推力计算
真机的轴向水推力Pz按下式计算：
P z max k
4D H
1
2
max
(t )
式中：K── 模型转轮的水推力系数 D1── 转轮公称直径（m） Hmax── 最大水头(m)
发电机机座号的确定
1、 对混流式水轮机，发电机机座号要以顶盖能整体通 过定子铁芯内径为最基本要求，同时满足转动惯量GD2 的要求。 2、 对轴流式水轮机，发电机机座号要以支持盖能整体 通过定子铁芯内径为最基本要求，同时满足转动惯量 GD2的要求。 3、 对冲击式水轮机，新式结构均为转轮下拆形式，故 满足转动惯量GD2的要求即可。 4、 对贯流式水轮机，按灯泡比确定机座号。
反击式水轮机选型
销售部分需要提供的参数： 必须提供的参数：额定水头和装机容量 基本参数： 1、最大水头Hmax、额定水头Hr、最小水头Hmin、 加权平均水头Hav、上下游水位标高、最大流量Qmax、 最小流量Qmin、计算流量Qr；电站初步安装高程。 2、水电站的装机容量，机组台数，输电频率。 3、水质资料，如河流含砂量和砂粒大小及过机含 砂量、砂成分和砂粒大小，水的PH值。 4、允许的最大开挖深度。 5、调节保证值GD2。 6、输水管道尺寸及布置情况。 7、电站的运行情况，如电站在电力系统中担任峰 荷或基荷的情况，是否调相运行等。
中小型调速器的选择
对中小型调速器调速功按下式计算：
A (20 ~ 25) Q
r
(kg.m) H D
max 1
所选调速器的调速功应大于 计算所得的调速功。目前， 中小型调速器型号如下： YT—300 Y(W)T—1800 Y(W)T—5000 Y(W)T—600 Y(W)T—3000 Y(W)T—5500 Y(W)T—1000 Y(W)T—3500 Y (W)T—7500
水轮机的型号
⽔轮机的型号第三节⽔轮机的型号根据我国“⽔轮机型号编制规则”规定，⽔轮机的型号由三部分组成，每⼀部分⽤短横线“—”隔开。
第⼀部分由汉语拼⾳字母与阿拉伯数字组成，其中拼⾳字母表⽰⽔轮机型式，阿拉伯数字表⽰转轮型号，⼊型谱的转轮的型号为⽐转速数值，未⼊型谱的转轮的型号为各单位⾃⼰的编号，旧型号为模型转轮的编号；可逆式⽔轮机在⽔轮机型式后加“N”表⽰。
第⼆部分由两个汉语拼⾳字母组成，分别表⽰⽔轮机主轴布置形式和引⽔室的特征；第三部分为⽔轮机转轮的标称直径以及其它必要的数据。
⽔轮机型号中常见的代表符号如表1-2所⽰。
对于冲击式⽔轮机，上述第三部分应表⽰为：转轮标称直径（cm）/每个转轮上的喷嘴数×射流直径（cm）。
各种型式⽔轮机的转轮标称直径（简称转轮直径，常⽤表⽰）规定如下（参见图1-12所⽰）：1．混流式⽔轮机转轮直径是指其转轮叶⽚进⽔边的最⼤直径；2．轴流式、斜流式和贯流式⽔轮机转轮直径是指与转轮叶⽚轴线相交处的转轮室内径；3．冲击式⽔轮机转轮直径是指转轮与射流中⼼线相切处的节圆直径。
图1-12 各种类型的⽔轮机转轮直径规定⽰意图反击式⽔轮机转轮标称直径的尺⼨系列规定如表1-3。
注：表中括号内的数字仅适⽤于轴流式⽔轮机。
⽔轮机型号⽰例：1．HL220-LJ-250，表⽰转轮型号为220的混流式⽔轮机，⽴轴、⾦属蜗壳，转轮直径为250cm。
2．ZZ560-LH-500，表⽰转轮型号为560的轴流转桨式⽔轮机，⽴轴、混凝⼟蜗壳，转轮直径为500cm。
3．GD600-WP-300，表⽰转轮型号为600的贯流定桨式⽔轮机，卧轴、灯泡式引⽔，转轮直径为300cm。
4．2CJ20-W-120/2×10，表⽰转轮型号为20的⽔⽃式⽔轮机，⼀根轴上装有2个转轮，卧轴、转轮直径为120cm，每个转轮具有2个喷嘴，射流直径为10cm。
编者按：为了⽅便⽔利⽔电设备需求者更好地选择⽔利⽔电设备，本⽹编辑精⼼制作了⽔利⽔电典型设备型号说明专题，专题中将⽔轮机、闸门、启闭机、滴头、微灌管、微喷头、⽔⽂仪器等典型⽔利⽔电设备的普通型号说明⼀⼀列出，希望可以对您选型、购买有所帮助。
轴流式水轮发电机组
400
750
SCR
2.8
4.891
115.7
237
手动
SF100-28P
100
0.8
400
1650
SCR
3.2
5.229
141.3
253
手动
SF125-24P
125
0.8
400
1650
SCR
3.8
5.698
182.9
276
手动
SF160-24P
160
0.8
400
1650
SCR
4.4
6.132
226
225.2
884
手动
SF200-8/740
200
0.8
400
1500
SCR
14
2.223
247.2
935
手动
SF250-8/850
250
0.8
400
1500
SCR
ZD560-LMY/LH-80
6
1.728
87.5
413
手动
SF75-14/850
75
0.8
400
2000
SCR
=+0°
7.2
1.892
115
0.8
400
720
SCR
ZD760-LM/LH-160+15°
5.65
12.4
563
250
YT-1000
SF500-24/1730
500
0.8
400
600
SCR
=+15°
6.1
14.32
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。
水轮机的特性曲线与选型—模型水轮机效率的修正
D1M D1
10
HM H
5.2.1 效率的修正
2、一般工况下的效率修正
• HL、ZD： M
max M max
• ZZ ：
M
m ax M m ax
• 注：轴流式水轮机，每个叶片转角对应一个最优工况。
5.2.1 效率的修正
冲击式水轮机：合理的直径比为D1/d0=10~20。当模型水轮机的射流直
注：运转综合特性曲线是原型水 轮机的特性曲线，曲线上的数据均 为原型水轮机数据。
HL220-LJ-410（n=136.4r/min ）水轮机运转综合特性曲线
1、最优工况下的效率修正
采用1963年国际电工委员会推荐的公式：
混流式水轮机 ：
当H≤150m时： max 1 (1 M max)5
D1M D1
轴流转桨式水轮机 ： 当H>150m时：
max
1 (1 M max ) 5
D1M D1
20
HM H
max
1 0.3(1M max ) 0.7(1M max ) 5
各类型水轮机转速特性的比较
5.2.3 线性特性曲线2、作特性曲线水轮机通常在固定的转速下运转，水头变化也较缓慢，但机组负荷则是经常变化的。为 表示水轮机工作在固定的转速和水头下的特性而绘制的曲线，即为水轮机工作特性曲线。
(a) Q、η、a~P曲线；(b) a、η、P~Q曲线；(c) Q、η、n～a曲线 水轮机工作特性曲线
水轮机的特性曲线与选型
1
水轮机的相似率
2
模型水轮机效率的修正
3
水轮机的选择
任务5 水轮机的特性曲线与选型
5.2模型水轮机效率的修正
5.2.1 效率的修正
水电站
水电站第一章 水轮机的类型、构造及工作原理水轮机的主要类型：反击式（混流式、轴流式、斜流式、贯流式） 冲击式（水斗式、斜击式、双击式）混流式――弗朗西斯水轮机 轴流式――卡普兰水轮机 斜流式――德里亚水轮机 工作水头：也称水头，净水头，是指单位重量水体通过水轮机时的能量减小值，符号H 。
相对高度：导叶相对高度b 0/D 1：HL ：0.1~0.39; ZL ：0.35~0.45水轮机型号：（水轮机型号拼音缩写，阿拉伯数字指转轮型号）－（主轴布置型式和结构特征拼音缩写）－（阿拉伯数字指以cm 为单位的水轮机转轮的标称直径）水轮机效率：水轮机效率ɳ表示水轮机的出力N 与水流输入功率N w 的比值。
水力效率H h ：e H H H =-D å ()e H Q H H H QH Hg h g -D ==å 容积效率V h ：()e e V e Q q H Q q Q QH Q Qg h g --===邋 机械效率m h ：e m m e e N N N N N h -D == 水轮机最优工况：效率ɳ最高的工况。
最优工况即为撞击损失和涡流损失均最小的工况。
第二章 水轮机的蜗壳、尾水管及气蚀尾水管的作用：1.汇集并引导转轮出口水流排往下游。
2.当H 2>0时，利用这一高度水流所具有的位能。
3.回收转轮出口水流的部分动能。
尾水管三段：1.进口直锥段：进口直锥段是一段垂直的圆锥形扩散管，其内壁设金属里衬，以防止旋转水流和涡带脉动压力对管壁的破坏。
2.中间弯肘段：常称为肘管，它是一段90°转弯的变截面弯管，其进口断面为圆形，出口断面为矩形。
3.出口扩散段：出口扩散段是一段水平放置、两侧平行、顶板上翘a 角的矩形扩散管。
气蚀：水轮机流道内流动水体中的微小气泡在形成、发展、溃裂过程中对水轮机过流部件表面所产生的物理化学侵蚀作用。
产生机理和物理过程：水流在水轮机流道中运动时可能发生局部的压力降低，当压力低到汽化压力时，水就开始汽化，溶解的空气开始聚集、逸出，出现大量气泡。
轴流式水轮机
1) 转桨式水轮机的轴向水推力
Do
bo
Vm
Ru
F : 转轮体的水压力、 浮力等力之和； Rz : 叶片升力的轴向分量； Tz : 转轮的轴向水推力。 Tz F Rz
Rz F
R
Pz
轴向水推力的计算
１一般由实验确定水推力系数: 教材P382（水轮机型 谱或模型 特性曲线）例：ZZ440,K=0.71 Tz=KD12Hmax(104)N
等开度线 等叶片转角线
水头不变时，
ao ao
n11
5o...... 0o...... 10o
导叶开度增大
导叶开度不变时，
H H
水 头 增 大
ao 10...... 20....... 30
Q11
三、水轮机的轴向水推力
• 水推力的成因：作用在水轮机转轮上的各种力的 轴向分量之和称作水轮机的轴向水推力。 • 水推力的影响：水轮机推力轴承的主要负荷。 • 水推力的计算: * 用经验公式或经验系数计算； * 用实验参数确定：轴向水推力系数；单位轴向 水推力。
第三讲 轴流式水轮机的 结构与特性
一、轴流式水轮机的结构 二、轴流式水轮机的特性 三、水轮机的轴向水推力 四、轴流式水轮机飞逸转速的计算
一、轴流式水轮机的结构特点
1、流道：蜗壳、座环、顶盖（导叶）、支持盖、 转轮、尾水管。 蜗壳型式（三种） 2、分定桨和转桨两种型式：适用情况 定桨式结构简单，叶片角度固定，高效区窄。 转桨式叶片角度可随工况调整，具有宽广的高 效区。 3、转轮结构复杂，造价高。 4、轴承（低速） 5、机俎重量传递方式
压力油
漏 油 操作油管 水轮机大轴
桨叶接力器
叶片
水轮机的特性曲线与选型
第四章 水轮机的特性曲线与选型第一节 水轮机的相似律一、水轮机的相似条件在进行模型试验时，模型与原型水轮机之间应满足的条件称为水轮机的相似条件。
模型和原型水轮机之间应满足几何相似、运动相似和动力相似三个相似条件。
1.几何相似（必要非充分）（同轮系）几何相似是指两个水轮机的过流部件形状相同（即过流部件几何形状的所有对应角相等），尺寸大小成比例。
即：===m m m a a b b D D 000011式中 ：01b D 、、0a ——水轮机的转轮直径、导叶高度、导叶开度。
满足几何相似的一系列大小不同的水轮机，称为同轮系（或同型号）水轮机。
只有同轮系的水轮机才能建立起运动相似或动力相似。
2.运动相似（等角工作状态）运动相似是指同一轮系的水轮机，水流在过流通道中对应点的同名流速方向相同，大小成比例，即相应点的速度三角形相似。
即两水轮机运动相似就称此两水轮机为等角工作状态。
3.动力相似动力相似是指同一轮系水轮机在等角工作状态下，水流在过流部件对应点的作用力（惯性力、重力、粘滞力、摩擦力等），同名力的方向相同，大小成比例。
二、轮机的相似律在满足相似条件的基础上原型与模型水轮机各参数之间的相互关系称为水轮机的相似律，也称为水轮机的相似公式。
1.转速相似律s m s m m H D H D n nηη11= s H D n η11∝2.流量相似律 sm m m s vm m v H D H D Q Q ηηηη2121= s V H D Q ηη21∝式中：v Q η—有效流量。
称为水轮机的流量相似律，亦称为流量方程式。
在应用中，直径m D 1、1D 、水头m H 、H 为定值，若效率vm η、sm η、v η、s η为已知时，则可由测得的m Q 求得原型水轮机的流量Q 。
3.出力相似律()()jm sm m m js m H D H D N Nηηηη23212321= 2321s H D N η∝ 称为水轮机的出力相似律，亦称出力方程式。
轴流式水轮机
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轴流式水轮机
轴流式水轮机是一种利用水流能量转换为机械能的设备。
它采用轴向流动的水流与转子叶片相对作用的原理，将水
流能量转化为转子轴上的转动能量。
轴流式水轮机的主要组成部分包括水轮机壳体、导流装置
和转子。
水流由导流装置引导进入水轮机壳体内，经过转
子的叶片作用后，使转子产生转动。
转子上的叶片形状和
数量可以根据需要进行设计，以适应不同的水流条件和功
率要求。
轴流式水轮机具有高转速、高效率和适应范围广等特点。
它可根据需要调整导向叶片的角度来调节输出功率，适用
于中小型水电站、水利灌溉和排水等领域。
然而，轴流式水轮机也存在一些问题，如容易因水质问题
产生堵塞、效率受水流条件限制等。
因此，在实际应用中，需要根据具体情况选择合适的水轮机类型。
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