水轮机模型各种型号制作技术参数
水轮机选型设计
目录第一章基本资料 (2)1.1水轮机选择的内容 (2)第二章水能计算与相关曲线的绘制 (3)2.1水能计算 (3)2.2相关曲线的绘制 (7)第三章机组台数和单机容量的确定 (8)3.1水轮机选型方案初定 (8)3.2确定水轮机选型方案 (8)第四章水轮机基本参数的计算 (13)4.1水轮机转轮直径的计算 (13)4.2水轮机效率的计算 (13)4.3水轮机转速的计算 (13)4.4水轮机设计流量的计算 (14)4.5水轮机几何吸出高度的计算 (14)4.6飞逸转速的计算 (16)第一章基本资料水轮机的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选择的是否合理，对于水电站的动能经济指标及运行稳定性、可靠性有重要的影响。
水电站水轮机的选择工作，一般是根据水电站的开发方式、动能系数、水工建筑物的布置等，并参照国内已生产的水轮机转轮参数及制造厂的生产水平，拟选出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1.1水轮机选择的内容水轮机选型设计包括以下基本内容：（1）根据水能规划推荐的电站总容量确定机组的台数和单机容量；（2）选择水轮机的型号及装置方式；（3）确定水轮机的轮转直径、额定出力、同步转速、安装高程等基本参数；（4）绘制水轮机的运转特性曲线；（5）确定蜗壳、尾水管的型式及它们的主要尺寸，以及估算水轮机的外形尺寸、重量和价格；（6）选择调速设备；（7）结合水电站运行方式和水轮机的技术标准，拟定设备订购技术条件；（8）对电站建成后水轮机的运行、维护提出建议。
第二章水能计算与相关曲线的绘制2.1水能计算根据所给原始资料，通过水能计算可以得到相应数据下的装机容量、发电量登各种参数，并将所得数据记录于表2-1中。
（1）水头HH=Hg-△h …………………………………（2-1）式中 Hg ——水电站毛水头，m ；△h —— 水电站引水建筑物中的水力损失，m 。
将计算结果录入表2-1第⑪列中。
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。
水轮机选型设计
⽔轮机选型设计第⼀章⽔轮机的选型设计第⼀节⽔轮机型号的初步选择⼀、沙溪⽔电站的主要参数H max =68.0m H p =50.0m H min =43.0m由《⽔利机械》P 36设计⽔头 H r 初算时可近似取（0.9~1.0）H p H r = 0.95×50.0= 47.5m 总装机35万kw⼆、因为沙溪⽔电站的⽔头范围为43.0m~68.0m,根据《⽔轮机》课本，符合此⽔头范围的要求，分别是 HL220，它的使⽤⽔头为30~70m 。
该⽔电站的⽔头范围为38-68m ，适合此⽔头范围⽔轮机的类型有斜流式和混流式。
⼜根据混流式⽔轮机的优点：（1）⽐转速范围⼴，适⽤⽔头范围⼴，可适⽤30-700m ；、（2）结构简单，价格低；（3）装有尾⽔管，可减少转轮出⼝⽔流损失；故选择混流式⽔轮机。
⼆．⽐转速的选择按我国⽔轮机的型谱推荐的设计⽔头与⽐转速的关系，⽔轮机的s n 为 )(19.270205.472000202000kw m H n rs ?=-=-=因此，选择s n 在260左右的⽔轮机为宜。
在⽔轮机型谱中有HL220，故按HL220进⾏计算三．单机容量第⼆节原型⽔轮机主要参数的选择按电站建成后,在电⼒系统的作⽤和供电⽅式,初步拟定为2台、3台、4台、5台四种⽅案进⾏⽐较。
HL220其主要参数如下：模型转轮直径D 1=46cm,导叶相对⾼度b 0/D 1=0.25 z 1=14, 最优⼯况n 10’=70r/min,Q 10’=1.0m 3/s,η=92%,ns0=255,σ=0.115; 限制⼯况Q 1’=1.150m 3/s,η=89%,σ=0.133. 最⼤单位飞逸⽐转速n 1p ’= 133 r/min⼀．（⼆台）1、计算转轮直径⽔轮机额定出⼒：kw N P GGr 4.17857198.0105.174=?==η式中：G η-----发电机效率,取0.98 G N -----机组的单机容量（KW ）取最优单位转速流量，Q 11r =1.14m 3/s ，对应的模型效率ηm=0.886，暂取效率修正值Δη=0.03，则设计⼯况原型⽔轮机效率η=ηm +Δη=0.916)(29.7916.05.4714.181.99183781.95.15.1111m H Q P D r r ===η按我国规定的转轮直径系列，计算值处于标准值7.0m 和7.5m 之间。
全国水轮机标准
全国水轮机标准一、水轮机分类与型号水轮机按照工作原理可分为冲击式水轮机和反击式水轮机两大类。
冲击式水轮机根据喷嘴数量和布置方式又分为单喷嘴、双喷嘴和多喷嘴几种，反击式水轮机则根据转轮叶片形状和布置方式分为轴流式、混流式、斜流式和贯流式四种。
型号是水轮机在标准额定工况下的性能参数和尺寸规格的简称，由机组的额定转速、额定流量、额定功率、吸出高度等参数组合而成。
如冲击式水轮机的型号是“HLI36-L21/1000”，其中H表示水轮机，L表示立式，I表示单喷嘴，36表示设计序号，L2表示转轮叶片进口位置相对于下止水面高度为2米，1000表示额定转速为1000转/分钟。
反击式水轮机型号是“HL123-L7.7/2250”，其中H表示水轮机，L表示立式，123表示设计序号，L7.7表示转轮叶片进口位置相对于下止水面高度为7.7米，2250表示额定转速为2250转/分钟。
二、水轮机设计规范设计规范是进行水轮机设计的准则和基础，包括水轮机的结构形式选择、过流通道设计、转轮叶片设计、导水机构设计、接力器设计、调速器设计等方面。
在设计中应充分考虑设备的适用性、高效性、可靠性和经济性，以满足不同工况下的性能要求。
三、水轮机材料标准水轮机材料应具有足够的强度、耐腐蚀性和耐磨性，以保证在运行过程中不发生断裂、变形和磨损等现象。
常用的材料包括铸钢、铸铁、合金钢、不锈钢等。
对于不同材料的使用范围和使用条件应严格执行相应的标准规范。
四、水轮机制造与装配标准制造与装配标准是保证水轮机产品质量的关键环节，包括制造工艺流程、装配工艺流程、质量检验等方面的规定。
在制造过程中应严格控制材料的质量和加工精度，保证转轮叶片与导叶的配合精度以及各部件之间的连接牢固可靠。
在装配过程中应按照规定的顺序和步骤进行组装，确保设备的正确性和可靠性。
五、水轮机性能试验与评价方法性能试验与评价是对水轮机性能的全面检测和评估，包括效率试验、空化试验、动平衡试验等方面。
(精品)水轮机特性及选型
三峡(9.8m,700MW)、水布垭、小湾、龙滩、向家坝、溪洛渡、锦屏二级
2 、机组台数与机电设备制造的关系 台数多→N单↓→尺寸（D1）小→制造运输容易 （相反，大机组制造困难）
3、机组台数与运行效率的关系 单台机组：？ 整个电站：台数多↑→负荷分配灵活→平均效率↑ 担任基荷：可用较少的台数，在较长时间内以最优
1)
n1 n10 n10M n10M (
max M max
1)
❖其他工况时：
Q1 Q1M Q1 n1 n1M n1
在工程实践中，当 n1 0.03n10M 时，单位转速不必修正 单位流量修正值与单位流量的比值较小，一般可不修正
第四节 水轮机的主要综合特性曲线
综合反映参数n、H、 N之间的关系，代表
了水轮机的轮系特征。
❖ns随工况变化，用最优比转速，限制工况下 的比转速比较不同轮系水轮机性能，
❖比转速用来表示水轮机的型号，还用来划分 水轮机的类型。
❖各种类型的水轮机比转速大致范围：
➢贯流式：ns=600-1000 高 高水头小流量
➢轴流式：ns=200-850 高
几何相似的水轮机——轮系，系列，型号。
2、运动相似：
(1) 对应点的速度方向相同。 (2) 对应点的速度大小对成比例， 即速度三角形相似。
同一轮系的水轮机才能建立运动相似和动力相似。 几何相似就运动相似吗？ 同一轮系水轮机，保持运动相似——相似工况
3、动力相似
对应点所受的同名作用力方向相同、大小成比例。
D21M
hH hM H
M
2
P
或
NM
水轮机选型方法介绍
2、专题研究法 对特别重要的工程或特别大型的水电站，为
了获得最优设计效果，根据水电站的具体参数 ，进行专门设计，但所需时间和费用高。
3、查系列范围图法 根据水电站的水头范围和单机出力，在系列
应用范围图中查出适应的型号，以及对应的转 轮直径、转速及吸出高度。当有两种机型可供 选择时，一般选用较大的直径。
3、机组台数与运行效率的关系
Z0↑→平均效率↑ (1) 担任基荷时：出力变化小，流量变化稳定，可
用较少的台数，使水轮机可以在较长时间内以最 优工况运行，其平均效率也比较高。
(2) 担任峰荷时：出力变化幅度大，应该选用较多 的台数，以增加其运行灵活性，提高整体运行效 率。
(3) 对于轴流定浆和混流式水轮机，可以选用较多 的台数，而对于轴流转浆式水轮机因其调节性能 好，可以选用较少的机组。
σz为水轮机装置的汽蚀系数。
2、η的修正计算 查综合特性曲线得出ηMmax，换算得出ηmax。
△η=ηmax-ηMmax-ε1-ε2
ε1=1%~2%(表示工艺水平)，ε2=1%~3%(表示异 形部件，即原型水轮机和模型水轮机的蜗壳和 尾水管不一样)
如η=ηM+△η，系列水轮机应用范围
4、采用套用机组 根据目前国内设计、施工和运行的电站资料，
在特征水头相近、N单适当，经济技术指标相近时 ，优先套用已经生产过的机组，这样可以节省设 计时间、尽早供货、提前发电。
5、直接查产品样本 直接查设备厂家的产品样本，适用于小型电站。
6、统计分析法 对大量已建水电站的参数进行统计，得出水轮机
绘出F = f(Φ)直线。
(6) 根据φi确定Fi、Ri及断面尺寸，绘出平面单线图。
第五节 尾水管的型式及其主要尺寸
模型水轮机的数字化制造技术
ｌ ７
为满足 抽水 蓄能模 型水力开 发 的需 要 ， 基 我们 于铸造 随形 毛坯 开发 了抽水 蓄 能模 型 叶片加 工 工 艺 ， 现 了模 型 叶片 的快 速加 工 。 水 蓄能模 型 叶 实 抽 片采取 带分瓣 上冠结 构如 图 ３ 所示 ， 转轮 采用镶 嵌 结构如 图 ４ 示 ， 对 于全分瓣 结构 提高 了上冠 整 所 相 体强 度 ， 有利 于提 高模 型 转 轮制造 质 量 。 叶片 型 在 面加工 中引入 刀轴 光顺技术 ， 高 了五轴 联动 的平 提
顺性 ， 而提 高 了 叶片表 面质 量 。 进
图 ６ 贯 流 式模 型 转轮
３ 模 型 装置 制 造 技 术
模型蜗 壳及尾水 管原一 直采用铆焊 结构 ，９ ８ １９ 年进 行 了玻璃 钢 蜗壳 的 工艺探 索 。２ ０ ０ ０年 ， 为满 足三 峡水力 开发 的需 要 ， 始采用铝合 金铸 件数控 开
高（ 图 ８ 。 如 ）
４ 整 体 叶轮 制 造 技 术
图 ５ 混流式模型转轮
闭式 叶 轮整 体数 控 加工 技术 是数 控加 工 技术
图 ４ 抽 水 蓄 能模 型 转轮 的 镶 嵌 结 构
图 ７ 铝方坯蜗 壳
为有 效提 高模 型 转轮装 配质量 ，制定 了高于 １Ｃ规程 的模 型转 轮制造 内控 标准 ， Ｅ 开展 了转 轮精 细化装 配 技术 创新 活 动 。在 叶片抛 光 、 叶片装 配 、 下环装 配 、 理 等工 序形成 了精细 化操 作 程序 ， 清 转 轮整体 质 量取 得 了长 足 的进 步 （ 图 ５ 图 ６ 。 见 、 ）
片头部与曲面的集成加工 ， 有效提升了叶片整体质
题。 为提高模型叶片加工质量 ， 开发了以工序集 中
水轮机选型手册说明
4. 电力系统资料：系统负荷构成，水电站的作用及运行 方式等。
四、机组台数及单机容量的选择
已知总装机容量(=Z0×N单)，N单不同，D1、n 、Hs、η
均不同。 1、机组台数与机电设备制造的关系
N总一定，Z0多→N单↓→尺寸（D1）小→制造运输容 易→造价高(单位千瓦耗材多、制造量大)。 所以一般选用较大的N单。 2、机组台数与电站投资的关系 Z0多→单位千瓦投资↑→阀门、调速、管道、辐设、 电气等增加→厂房尺寸增加。 N单↓→D1↓→尾水管高度低→开挖少→投资少
2、专题研究法 对特别重要的工程或特别大型的水电站，为
了获得最优设计效果，根据水电站的具体参数， 进行专门设计，但所需时间和费用高。
3、查系列范围图法 根据水电站的水头范围和单机出力，在系列
应用范围图中查出适应的型号，以及对应的转轮 直径、转速及吸出高度。当有两种机型可供选择 时，一般选用较大的直径。
1. 有较好的能量特性，在额定水头下能保证发出额 定出力，额定水头以下的机组受阻容量小，水电 站全厂机组平均效率高。
2. 性能要与水电站的整体运行方式和谐一致，运行 稳定，可靠灵活。有良好的抗空蚀和抗磨损性能， 对多泥沙河流的电站更应如此。
3. 结构设计合理，便于安装与操作、检修与维护。 4. 选择生产实力强、制造技术水平高、合作信誉好
各参数之间的统计关系，再根据本电站的参数选择。
六、反击式水轮机主要参数的确定
确定了水轮机的型号后，再计算水轮机的主 要参数： 转轮直径D1，转速n、吸出高Hs。
D1、n应该满足：在Hr下，发出Nr；在Hav时， η最高。
ZZ440系列水轮机应用范围
4、采用套用机组 根据目前国内设计、施工和运行的电站资料，在
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水轮机模型各种型号制作技术参数
混流式水轮机
是世界上使用最广泛的一种水轮机，由美国工程师弗朗西斯于1849年发明，故又称弗朗西斯水轮机。
与轴流转桨式相比，其结构较简单，运行稳定，最高效率也比轴流式的高，但在水头和负荷变化大时，平均效率比轴流转桨式的低，这类水轮机的最高效率有的已超过95%。
混流式水轮机适用的水头范围很宽，为5~700米，但采用最多的是40~300米。
混流式的转轮一般用低碳钢或低合金钢铸件，或者采用铸焊结构。
为提高抗汽蚀和抗泥沙磨损性能，可在易气蚀部位堆焊不锈钢，或采用不锈钢叶片，有时也可整个转轮采用不锈钢。
采用铸焊结构能降低成本，并使流道尺寸更精确，流道表面更光滑，有利于提高水轮机的效率，还可以分别用不同材料制造叶片、上冠和下环。
典型例子是我国的刘家峡。
轴流式水轮机
适用于较低水头的电站。
在相同水头下，其比转数较混流式水轮机为高。
轴流定桨式水轮机的叶片固定在转轮体上。
一般安装高度在3-50m。
，叶片安放角不能在运行中改变，结构简单，效率较低，适用于负荷变化小或可以用调整机组运行台数来适应负荷变化的电站。
轴流转桨式水轮机是奥地利工程师卡普兰在1920年发明的，故又称卡普兰水轮机。
一般安装高度在3-80m。
其转轮叶片一般由装在转轮体内的油压接力器操作，可按水头和负荷变化作相应转动，以保持活动导叶转角和叶片转角间的最优配合，从而提高平均效率，这类水轮机的最高效率有的已超过94%。
典型例子就是葛洲坝.
冲击式水轮机
冲击式水轮机按水流的流向可分为切击式(又称水斗式)和斜击式两类。
斜击式水水轮机轮机的结构与水斗式水轮机基本相同，只是射流方向有一个倾角，只用于小型机组。
理论分析证明，当水斗节圆处的圆周速度约为射流速度的一半时，效率最高。
这种水轮机在负荷发生变化时，转轮的进水速度方向不变，加之这类水轮机都用于高水头电站，水头变化相对较小，速度变化不大，因而效率受负荷变化的影响较小，效率曲线比较平缓，最高效率超过91%。
.斜流式水轮机
是瑞士工程师德里亚于1956年发明，故又称德里亚水轮机。
其叶片倾斜的装在转轮体水轮机上，随着水头和负荷的变化，转轮体内的油压接力器操作叶片绕其轴线相应转动。
它的最高效率稍低于混流式水轮机，但平均效率大大高于混流式水轮机;与轴流转桨水轮机相比，抗气蚀性能较好，飞逸转速较低，适用于40~120米水头。
由于斜流式水轮机结构复杂、造价高，一般只在不宜使用混流式或轴流式水轮机，或不够理想时才采用。
这种水轮机还可用作可逆式水泵水轮机。
当它在水泵工况启动时，转轮叶片可关闭成近于封闭的圆锥因而能减小电动机的启动负荷。
贯流式水轮机
的导叶和转轮间的水流基本上无变向流动，加上采用直锥形尾水管，排流不必在尾水管中转弯，所以效率高，过流能力大，比转数高，特别适用于水头为3~20米的低水头小型河床电站。
水轮机安装图这种水轮机装在潮汐电站内还可以实现双向发电。
这种水轮机有多种结构，使用最多的是灯泡式水轮机。
灯泡式机组的发电机装在水密的灯泡体内。
其转轮既可以设计成定桨式，也可以设计成转桨式。
其中又可以细分为贯流式和半贯流式。
世界上最大的灯泡式水轮机(转桨式半贯流)装在美国的罗克岛第二电站，水头12.1米，转速为85.7转/分，转轮直径为7.4米，单机
功率为54兆瓦，于1978年投入运行。