水电站水轮机选型设计中主要参数的确定
水电站厂房的设计说明
绪论水电站厂房是水电站主要建筑物之一，是将水能转换为电能的综合工程设施。
厂房中安装水轮机、发电机和各种辅助设备。
通过能量转换，水轮发电机发出的电能，经变压器、开关站等输入电网送往用户。
所以说水电站厂房是水、机、电的综合体，又是运行人员进行生产活动的场所。
其任务是满足主、辅设备及其联络的线、缆和管道布置的要求与安装、运行、维修的需要；为运行人员创造良好的工作条件；以美观的建筑造型协调与美化自然环境。
水电站厂区包括：（1）主厂房。
布置着水电站的主要动力设备（水轮发电机组）和各种辅助设备的主机室（主机间），及组装、检修设备的装配场（安装间），是水电站厂房的主要组成部分。
（2）副厂房。
布置着控制设备、电气设备和辅助设备，是水电站的运行、控制、监视、通讯、试验、管理和运行人员工作的房间。
（3）主变压器场。
装设主变压器的地方。
电能经过主变压器升高到规定的电压后引到开关站。
（4）开关站（户外高压配电装置）。
装设高压开关、高压母线和保护措施等高压电气设备的场所，高压输电线由此将电能输往用户，要求占地面积较大。
由于水电站的开发方式、枢纽布置、水头、流量、装机容量、水轮发电机组形式等因素，及水文、地质、地形等条件的不同，加上政治、经济、生态及国防等因素的影响，厂房的布置方式也各不相同，所以厂房的类型有各种不同的划分，例如按机组工作特点可分为立式机组厂房、卧式机组厂房。
根据厂房在水电站枢纽中的位置及其结构特征，水电站厂房可分为以下三种基本类型：1. 坝后式厂房。
厂房位于拦河坝下游坝趾处，厂房与坝直接相连，发电用水直接穿过坝体引人厂房。
2. 河床式厂房。
厂房位于河床中，本身也起挡水作用，如西津水电站厂房。
若厂房机组段还布置有泄水道，则成为泄水式厂房（或称混合式厂房），。
3. 引水式厂房。
厂房与坝不直接相接，发电用水由引水建筑物引人厂房。
当厂房设在河岸处时称为引水式地面厂房。
水电站厂房是专门的水工建筑物,它具有一般水工建筑物的共性,故其设计有以下的特点:（1）厂房安装水轮机发电机组和辅助设备,以及控制操作和进行量测的设备,主要任务是发电,所以厂房设计必须保证机电设备的安全运行和提供良好的维护条件。
小型水电站水轮机的选型设计
小型水电站水轮机的选型设计摘要：高坪桥水库电站水头运行范围为22.99~57.92m，以统计规律为指导，在容量相近的水轮机参数水平基础上，结合目前国内机组制造水平及转轮特点，通过技术经济比较分析，进行机组选型设计，最终确定合理的水轮机参数。
关键词：卧式混流机组；选型设计1 引言浙江省龙游县高坪桥水库工程地处龙游县境内衢江支流社阳溪上，社阳溪流域现有社阳水库调蓄能力有限，且未设置防洪库容，下游地区受衢江洪水顶托，汛期每遇暴雨，易发生洪涝灾害。
2水轮机参数选择2.1 电站基本参数高坪桥水库总库容3206万m3，供水调节库容2431万m3，防洪库容560万m3；死库容218万m3；配套电站总装机容量3.6MW。
电站为引水式电站，正常蓄水位182.0m，发电死水位150.0m；电站最大毛水头58.42m，最小毛水头26.0m，加权平均水头46.66m。
2.2 水轮机模型参数选择本电站水头范围为26.00m~58.42m。
对于该水头段的机组宜采用卧式混流式机组。
参考现有的水轮机模型转轮，供本电站选用的混流机转轮较多，其中A289和A551C模型参数较优，其能量特性和空化性能均较好，具有一定的代表性。
经计算比较，机组选型方案比较表如下两个方案均能满足运行要求。
模型转轮A551c效率较高，选用的转轮直径较小，机组总造价较低。
但安装高程较低，主厂房土建造价较高。
考虑本阶段预留一定裕度，选取效率略低，单位流量较小的模型转轮，有利获得较好汽蚀性能。
综合考虑，本阶段暂按照A286转轮来选择水轮机参数及机组流道主要控制尺寸，提出本电站水轮机应具有的能量指标及空化指标。
2.3 水轮机机组台数选择台数的选择应综合考虑满足工程功能要求的技术经济指标。
从运行和检修方面来看，机组台数越多，运行调度越灵活，检修工作也越容易安排。
但是台数增加将加大机电设备及土建投资。
本电站发电厂房距离大坝较远，大坝位置另外设置生态流量泄放装置，不需考虑通过机组泄放生态流量。
若羌河水电站水轮机主要参数选择
水能经济若羌河水电站水轮机主要参数选择徐富龙【摘要】根据若羌河水电站工程特点，结合国内部分类似电站的水轮机选型设计，通过计算和分析初拟水轮机的主要技术参数，为水电站招标设计奠定良好的基础。
【关键词】水电站；水轮机；参数选择新疆水利水电勘测设计研究院 新疆乌鲁木齐 830000前言若羌河水电站位于新疆巴音郭楞蒙古自治州若羌县境内，距若羌县城约36km。
工程任务为灌溉、防洪、供水，兼顾发电。
主要建筑物包括大坝、泄水建筑物、发电引水系统及电站厂房等。
本电站发电引水系统采用“一洞三机”布置型式。
厂房内安装三台卧轴混流式水轮发电机组。
电站装机容量2.6MW（2×1.0MW+1×0.6MW），年利用小时数3908h，年发电量1016万kW·h，保证出力0.28MW。
最大水头63.0m，加权水头55.25m，额定水头52.0m，最小水头36.0m。
1、水轮机主要参数选择本电站利用水库调节后的下泄水量发电，所以在汛期内水质较好，非汛期内水质较差，泥沙含量较大（多年平均悬移质含沙量4.98kg/ m3）。
因此在水轮机目标参数选择时，应选用空化性能优秀、稳定性能高的转轮，不追求过高的能量指标，适当降低转速的水轮机设计方案，以降低水轮机过流部件中的水流速度，减小泥沙对水轮机过流部件的损害。
1.1比转速及比速系数比转速n s是衡量水轮机综合性能的重要指标，n s直接反映了水轮机的设计制造水平及其能量、空蚀性能的优劣，比速系数K（K=n s×H r0.5）则反映了水轮机的技术发展水平。
一般来说，在水头相同的情况下，选用较高比转速的水轮机，可以提高机组转速、减小机组尺寸以降低机组造价。
但水轮机比转速的提高，往往受到水轮机效率、运行稳定性、空化、磨蚀性能以及强度等许多因素的制约。
通常采用经验或统计公式来表征比转速与水头的关系，并认为比速系数K值是代表比转速的特征参数。
根据国内外制造行业给出的经验公式计算出水轮机比转速为174.73～293.65m·kW，相应比速系数范围为1260～2051.49。
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。
水轮机选型设计
第六章水轮机选型设计由于各开发河段的水力资源和开发利用的情况不同，水电站的工作水头和引用流量范围也不同，为了使水电站经济安全和高效率的运行，就必须有很多类型和型式的水轮机来适应各种水电站的要求。
水轮机由于它自身能量特性、汽蚀特性和强度条件的限制，每种水轮机适用的水头和流量范围比较窄，要作出很多系列和品种（尺寸）的水轮机，设计、制造任务繁重，生产费用和成本也大。
因此有必要使水轮机生产系列化、标准化和通用化，尽可能减少水轮机系列，控制系列品种，以便加速生产、降低成本。
在水电站设计中按自己的运行条件和要求选择合适的水轮机。
一、水轮机选型设计的任务及内容1．任务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。
每一种型号水轮机规定了适用水头范围。
水头上限是根据该型水轮机的强度和汽蚀条件限制的，原则上不允许超过；下限主要是考虑到使水轮机的运行效率不至于过低。
2．内容(1) 确定机组台数及单机容量(2) 选择水轮机型式（型号）及装置方式(3) 确定水轮机的额定功率、转轮直径D1、同步转速n、吸出高度H s、安装高程Z a 、飞逸转速、轴向水推力；冲锤式水轮机，还包括喷嘴数目Z0、射流直径d0等。
(4) 绘制水轮机运转特性曲线(5) 估算水轮机的外形尺寸、重量及价格、蜗壳、尾水管的形式、尺寸、调速器及油压装置选择(6) 根据选定水轮机型式和参数，结合水轮机在结构上、材料、运行等方面的要求，拟定并向厂家提出制造任务书，最终由双方共同商定机组的技术条件，作为进一步设计的依据。
二、选型设计1．水轮机选型设计一般有三种基本方法(1) 水轮机系列型谱方法: 中小型水电站水轮机选多此种方法或套用法。
(2) 套用方法：用于小型水电站设计。
(3) 统计分析的方法：大型水电站设计，应用较广泛。
2．装机特征设计包括：机组台数、单机容量、水轮机型式与装置方式。
遵义市牛角塘水电站水轮机选择及安装高程的确定
—． Ｏ３ ２ ９ １７
０９ ． ２ ３ ２４
Ｈ ａ 按设计最低尾水位 ６０Ｏｍ计算） ｒ ｘ（ ｏ ９． Ｏ
３ ７ｎ ９． Ｉ
Ｈ ｉ 按厂房设计拱水位 ６ ６８ｍ ｍｎ（ ９ ．８ 计算）
Ｈ ｉ 按下游角口电站水库设计洪水位计算） ｍｎ（
Ｈ Ｗ
３ ５ ２． ｍ
３ ５ ６． ｍ
科 学论坛
遵义市牛角塘水 电站水轮机选择及安装高程的确定
李 启 文
（ 庆 市 涪 陵水 电工 程 咨询 公 司 重 ４８０） ０ ０ ０
日 要】 按河流规划 ， 义市牛角塘水 电站需与下游角 口水 电站衔接， 膏 遵 但因下游电站水库运行水位变幅较大 ， 直接 影响牛角塘水电站水轮机选择及
（ Ｈ ９．％ 按 ｗ的 ７ ５计算）
陶泥河水库正常蓄引水位
３ ．Ｏ ６ ｍ
７０ ０ ３ ．８ ｍ
从 工程投 资分析 ， ２台机方案和 ３台机方案 的投 资基本相当 ，但 ３台
机 组 方 案 便 于 分 期 投 产 。因 此 ， 工程 投 资角 度 ， 从 ３台机 方 案 优 于 ２台机 方
水轮 机额定流量 ， ｓ
水轮机额定出力 ｋ ｗ 水轮机转轮直径 ｍ 水轮机额定工况点效率 ／ 最高效率
１ ． ６２
５５ ０３ １４ ． ９／４２ （ １ ９ ． 模型）
１． ０８
３ ０ ４４ ｌ２ ＿ ９ ，３ ２（ ２ ９ ． 模型）
水轮机允许吸出高度 ｍ 静态总投资 （ 含辅机及土建投 资）（ 万元）
案。
设计尾水位 （＝％ ｐ５）
正 常尾水 位ห้องสมุดไป่ตู้ 设 计最低 尾水位
２ 水 轮 机 的选 择 、
(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
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水电站水轮机选型设计中主要参数的确定
发表时间：
2017-12-14T09:43:09.620Z 来源：《电力设备》2017年第24期 作者： 赵壮卿
[导读] 摘要：作为现代生活最为关键的组成部分和基础，电有着无可替代的重要作用。
(
海南海控水利建设有限公司 海南海口 571116)
摘要：作为现代生活最为关键的组成部分和基础，电有着无可替代的重要作用。作为电能重要来源的之一的水电站，在电能日益需求
过大的现代社会，对于现代社会的稳定和发展，起着非常重要的作用。所以说，水电站的设计以及建设是非常重要的，其设计的合理性能
够在很大程度上提高水电站发电的效率性。水轮机作为影响水电站投资效率和经济效益最为重要的一环，研究其选型具有非常重要的意
义。文章主要以如何能够更好提高水电站的运行和发电效率为中心，详细的探讨了水轮机运行的各个方面。
关键词：水电站水轮机；选型设计；主要参数；影响因素
1
前言
俗话说，现代社会如果离开了电，整个社会直接会倒退一百年，虽然这话有那么一点夸张，但是不可否认电能在现代社会的重要作
用。水力发电是电能供给的一个重要来源，所以水电站的设计是一项非常严肃和重要的事情。在水电站中，水轮机是必不可少和非常关键
的一个部件，水轮机选型的选择以及其主要参数的确定，在一定程度上影响着整个发电站的发电效率以及水电站的投资效益和经济、社会
效益。在本文，笔者以水电站水轮机为中心，对于在水电站的安装设计中，如何能够更加高效的发挥水轮机的作用，进而实现更高效率的
水利发电，提出了自己的一些分析和看法。文章首先研究了水轮机如何更好设计所应该遵守的原则，接着阐述了如何进行水轮机选择的一
些系数指标参考以及方法的比较选择，最后稍微谈到了水轮机运转的影响因素。整篇文章的行文非常有逻辑性，都是仅仅围绕水轮机如何
更好的进行设计和确定主要参数来进行描写的。希望本文的描写能够为更多的水电站设计方面提供一定的借鉴。
2
水轮机选型设计原则
水轮机的设计和选型是保证整个水电站进行合理运行的一个关键所在。当一个水电站的选址和装机容量确定之后，这个水电站发电的
效率如何，这就在很大程度上是有水轮机来进行确定。所以水轮机的一个设计原则，即要考虑水电站投资的效益问题。在其他条件已经确
定的条件之后，要考虑使得其投资效率最大。同时还需要考虑建设成本、施工时间等因素，应该尽可能的使得水轮机的安装以及整个电站
的运行达到建设成本最低，这个不仅仅包含金钱成本，还包含时间成本。最后一个原则就是要考虑整个设备安装的稳定性。
3
水轮机选型
在选择确定之后，首先可以明确的是水流的状况。水流状况在一定程度上决定着这个水电站发电量的多少。但是影响整个发电站发电
效率的因素不是只有其一个，水轮机选择的合理性在一定程度上也可以影响着发电量的多少。对于水轮机的设计以及安装，首先需要决定
是水轮机安装的数量以及水轮机安装的型号。我们不能在水力很低的河流来安装大型号的水轮机，在很多时候不会使得水轮机在完整的运
行，这对于投资来说，是一种典型的浪费；同样，我们也不能在大水流的地方安装小型号的水轮机，那样而言不能完全极大化的利用水能
来进行发电，同时也会使得水轮机在很多时候会超负荷的在运行，这样会很容易损坏机子，造成投资过大。所以说，我们要依据所选地址
的水力状况来进行合适水轮机型号的设计和安装，这样才可以保证水轮机最大效率、同时又最好状态的运行。在水轮机台数的选择上，也
要非常的注意。因为水轮机数量的安装，同样需要其他配套设备的安装。在一些中小型的水电站，可以尽可能的减少水轮机安装的数量；
而在一些水流较大，而且水电站建设比较大的大型发电站，可以增加水轮机的建设数量。
4
水轮机选型设计方案比较
上面我们谈论了水轮机选型的选择，下面我们来进行实践操作，进行水轮机机型设计方案的选择。那么该如何才能够更加合理的选择
呢？笔者觉得需要进行一套模拟试验，在实验中进行一些对照比较，最终确定水轮机选型的最优选择。在实验时，我们控制其他条件不
变，这些其他条件包括水能，以及水电站其他设备和建设环境等因素。而唯一的控制变量就是选择不同型号的水轮机。我们备选了多少个
选型的水轮机，进同时进行多少组的对照试验，分别测量这些机型的水轮机在同一条件下的运行状况。之后将所记录的数据进行计算和比
较，我们可以可以进行衡量的一些参数包括水轮机性能比较、技术经济指标比较、技术条件比较，将这些参数通过数值进行精确比较之
后，就可以得到运行状态最为优良的水轮机，而这种型号的水轮机就是我们在这种水能状态下所需要的最有选择。
5
影响因素
水轮机在水电站中安装之后，影响水轮机运行效率高低的因素也非常的多，这些影响因素也应该考虑在水轮机设计之中。下面我们简
单的谈论一下影响水轮机运行的因素。
5.1
水轮机组的过速
水轮机的作用就是提供速度和能量来带动整个发电设备的运行，在其运行的时候，其所承载的负荷是非常大的。但是当水电站进行跳
闸的时候，发电机会停止运转，其他相应的机组设备也会停止运转，而这个时候如何水轮机还在运转的话，那么其的转速肯定会在瞬间加
快，造成过速现象的发生。
5.2
水轮机的振动
水轮机本身自己的振动也是影响水轮机运行状态好坏的因素之一。影响水力发电机组的振动主要是机械振动、电磁振动和水力振动。
机械振动的干扰力来自机械部分的不平衡力、摩擦力和其它力；电磁振动的干扰来自发电机电气部分的电磁力；而水力振动的干扰来自引
水系统和水轮机水力部分的振动。
6
结语
综上所述，作为水电站重要组成部分的水轮机在进行设计选型的时候，对其所影响的因素非常的多，其选择也具有一定的原则。我们
在进行水电站水轮机的安装之前，一定要严格设计好水轮机的尺寸和选型，这样才能够使得水轮机在整个水电站的运行中发挥重要的作
用，进而提高整个水电站的运行效率，进而提高整个水电站的投资效率和社会效率。
参考文献:
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赵国荣.机组选型对于小型水电站改造的重要性研究[J].水利技术监督.2015(04).
[2]
安刚.公格尔水电站水斗式水轮机选型及参数设计[J].小水电,2017(08).