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第三章 水轮机选型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、经济效益根据H、N的范围选择水轮机是水电站主要设计任务之一，使水电站充分利用水 能，安全可靠运行水轮机选型设计是水电站设计中的一项重要工作它不仅包括水轮机型号的选择 和有关参数的确定，还应认真分析与选型设计有关的各种因素，如水轮发电机的制造、 安装、运输、运行维护，电力用户的要求以及水电站枢纽布置、土建施工、工期安排 等因此，在选型设计过程中应广泛征集水工、机电和施工等多方面的意见，列出可 能的待选方案，进行各方案之间的动能经济比较和综合分析，以力求选出技术上先进 可靠、经济上合理的水轮机第一节 水轮机的标准系列一、水轮机的系列型谱我国在 1974 年编制了反击式水轮机暂行系列型谱，其中所列出的转轮，是经过长期实践验证在某一水头段的性能优异的转轮型谱中，水轮机转轮型号规定一律用比转速代号轴流式、混流式、 ZD760 型、水斗式水轮机系列型谱参数见教材二、水轮机转轮标称直径系列(cm)253035(40)42506071(80)841001201401601802002252502753003303804104505005506006507007508008509009501000说明：括号内的数字表示仅适用于轴流式水轮机。

三、水轮发电机标准同步转速磁极对数345789101214同步转速n1000750600428.6375333.3300250214.3磁极对数161820222426283032同步转速n187.5166.7150136.4125115.4107.110093・8磁极对数3436384042444850同步转速n88・283.3797571.468.262・560四、水轮机系列应用范围图第二节 水轮机选择一、水轮机选型设计的内容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. 确定水轮机参数 D1、n、Hs、Za；Z0、d04. 绘制水轮机运转特性曲线5. 确定蜗壳、尾水管的形式及其尺寸，估算水轮机的重量和价格6. 调速器及油压装置选择7. 根据选定的水轮机型式和参数，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，最终双方共同商定机组的技术条件， 作为进一步设计的依据二、水轮机选型设计的基本要求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、合作信誉好的制造厂商5. 考虑适度合理的经济节省原则三、所需要的有关资料1. 水轮机产品技术资料：系列型谱、生产厂家、产品目录、模型综合特性曲线2. 水电站技术资料：河流梯级开发方案、水库的调节性能、水电站布置方案、 地形、地质、水质、泥沙情况、总装机容量、水电站运输、安装技术条件； 水文资料： 特征流量及特征水头、下游水位流量关系曲线3. 水电站有关经济资料：机电设备价格、工程单价、年运行费等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（=Z0XN、），N,不同，D「n、H、n均不同0 单 单 1 s1、机组台数与机电设备制造的关系N总一定，Z多一N单尺寸（D］）小f制造运输容易f造价高（单位千瓦耗材多、制造量总 0 单 1大）所以一般选用较大的N单单2、机组台数与电站投资的关系Z0多f单位千瓦投资阀门、调速、管道、辐设、电气等增加f厂房尺寸增加N单|f D1 |f尾水管高度低f开挖少f投资少单13、机组台数与运行效率的关系Z0 ff平均效率f（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4、机组台数与电站运行维护工作的关系 台数多，运行灵活，事故影响小，但同时增加了事故的几率，也增加了管理人员、 提高了运行费，所以不宜采用过多的台数总之，一般应采用较大的 N ，较少的台数，但一般至少应选 2 台，少数情况下 单可选 1 台中大型电站一般选4~6 台，根据机组的制造水平和装机容量也可以选用更 多的台数，如葛洲坝共21台，装机271.5万千瓦，正在修建的三峡水电站装机26X70=1820 万千瓦五、水轮机型号及主要参数的确定依据：N单，特征水头(耳_、Hmm、H" H)1、根据水轮机系列型谱选择 型号的选择主要取决于水头各种水轮机都有一定的使用范围，根据电站运行水 头的范围，直接查系列型谱，确定水轮机的型号如果两种型号均可采用，应进行方案比较 这种方法有时难以获得最优设计效果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，在系列范围总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400003000015000100008000200100 2150304050 60 70 80水头H(m)60 70水头HOn)图3・23 ZZ440系列水轮机的应用范围图水头H(m)(2)<超比已睿^®图3-22 HL220系列水轮机的应用范围图水轮机应用范围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D],转速n、吸出高HsD1、n应该满足：在Hr下，发出Nr；在Hav时，n最高吸出高Hs应满足：防止水轮机汽蚀，开挖深度合理七、 按综合特性曲线选择水轮机| Nr \'9.81Q'H 3/2耳1、D］的确定由于N广9.81Q：Di2H严，所以:⑴Nr为水轮机额定出力，Nr= Nf叫Nf为发电机功率。

⑵用H=Hr计算⑶n为原型水轮机在限制工况下的效率，在D1未确定时，一般先取n=nM+^n（△ n=2〜3%）,求得D］后再修正 ⑷Q「的取值在N= Nr时，取限制工况下的Q1'，并查出限制工况的nM对混流水轮机而言，由综合特性曲线上的5%出力限制线和n'1得到，轴流式由汽 蚀条件得到，或限制［HJ反推役，以防止开挖过多10 -为水轮机装置的汽蚀系数Z2、n的修正计算查综合特性曲线得出nMmax，换算得出nmax△ n=nmax-nMmax「* 严2竹=1%〜2%（表示工艺水平），勺=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）如计算出的 n 与假定出入太大，应重新计算3、转速的选择按下式计算：n n = —1 ——D1n1'用最优单位转速n10'，%'=n'10M+A叫'，水头H采用H1 10 10 10M 1转速 n 随工况而变，要选发电机转速相近而偏大的标准同步转速4、工作范围的验算求出水轮机的参数 D1、n 后，在模型综合特性曲线上绘出水轮机的相似工作范围， 检验是否包括了高效率区，以验证 D1、n 的合理性方法：根据N °、Hr求出Q\max，由Hmax、Hmin、Di、“求出：“呗和川叭， 在综合特性曲线上以Q'imax、n'1min和n'imax作直线，此范围即为水轮机的相似工作范 围。

5、HS的计算计算公式：H二10 - V - kbHs 900 r 水轮机方案确定后，根据水轮机运行条件、水电站的开挖情况等进行技术经济比 较后确定第三节 水轮机运转特性曲线的绘制 研究目的：进一步分析比较原型水轮机各方案之间的能量特性，指导水轮机的安 全运行水轮机运转特性曲线可以综合反映原型水轮机H、N、n、Hs等参数之间的关系 运转特性曲线的组成：N为横座标，H为纵座标，绘有n=f(H,N)，H=f(H,N),出 力限制线可以反映出水轮机的能量特性、汽蚀特性、运行限制范围绘制方法：根据模型综合特性曲线，通过相似定律换算而来水轮机运转特性曲线一、HL水轮机运转特性曲线1、等效率线n=f(H,N)的绘制步骤(1) 在H , H .之间，取4〜6个H,其中包括H , H i , H, H，绘制每个水max min max min r a头下的n=f(N)2) 进行效率修正；(3) 进行单位转速和单位流量的修正；(4) 运转特性曲线的计算；等效率曲线计算表H =max H3/2=/ nD A

对每一个水头，计算出对应的叭max min r av 1b) 在轮系综合特性曲线上绘制n\的水平线，并查出其与等效率线交点的坐标(nM， Q'1)；c) 计算出原型水轮机的效率；d) 按照公式N=9.81Q']D]2H3/2n计算水轮机的出力5) 辅助曲线的绘制：以效率n为纵坐标，出力N为横坐标，用表中的数据，对 每个水头绘制一条工。