水輪機(jī)選型計(jì)算

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 淺談水輪機(jī)選型計(jì)算張 彪(南寧廣發(fā)重工集團(tuán)發(fā)電設(shè)備公司 廣西 南寧 )摘要：簡(jiǎn)單介紹了水輪機(jī)的形式、適用范圍、特點(diǎn)、水輪機(jī)選型的步驟、蝸殼、尾水管的尺寸計(jì)算及調(diào)速設(shè)備和油壓裝置的選擇方法。闡述水輪機(jī)各種機(jī)型特點(diǎn)及水輪機(jī)技術(shù)參數(shù)之間的相互關(guān)系。關(guān)鍵詞：水輪機(jī)選型、蝸殼、尾水管、進(jìn)水閥門(mén)、調(diào)速器、油壓裝置原則選型計(jì)算的一般原則概括為以下幾點(diǎn)：所選定的水輪機(jī)應(yīng)有較高的效率。不僅要選擇效率高的轉(zhuǎn)輪型號(hào)，而且還要根據(jù)水輪機(jī)的模型綜合曲線(xiàn)和真機(jī)工作特性曲線(xiàn)選擇工作范圍最好的轉(zhuǎn)輪，以保證水輪機(jī)運(yùn)行時(shí)有較高的工作效能；  所選定的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑應(yīng)較小。較小的轉(zhuǎn)輪直徑將使機(jī)

2、組獲得較高的轉(zhuǎn)速，從而縮小機(jī)組尺寸，降低機(jī)組造價(jià)。    所選定的水輪機(jī)應(yīng)有良好的汽蝕性能和工作穩(wěn)定性(壓力脈動(dòng)小)。 優(yōu)先考慮套用已有型號(hào)轉(zhuǎn)輪直徑接近的機(jī)組。內(nèi)容(1)、確定機(jī)組臺(tái)數(shù)及單機(jī)容量(2)、選擇水輪機(jī)型式（型號(hào)）(3)、確定水輪機(jī)參數(shù)D1、Q、n、Hs、ns、F、Z0、do。(4)、繪制水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線(xiàn)(5)、估算水輪機(jī)的外形尺寸、重量及價(jià)格、蝸殼、尾水管的形式、尺寸、調(diào)速器及油壓裝置選擇(6)、根據(jù)選定水輪機(jī)型式和參數(shù)，結(jié)合水輪機(jī)在結(jié)構(gòu)上、材料、運(yùn)行等方面的要求，擬定并向廠(chǎng)家提出制造任務(wù)書(shū)，最終由雙方共同商定機(jī)組的技術(shù)條件，作為進(jìn)一步設(shè)計(jì)的依據(jù)。水輪機(jī)選型過(guò)

3、程中，根據(jù)水電站所需要的開(kāi)發(fā)方式、動(dòng)能參數(shù)、水工建筑物布置等，并考慮已生產(chǎn)的水輪機(jī)的參數(shù)擬選若干方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)的綜合比較，最終確定水輪機(jī)的最佳型式與參數(shù)。水輪機(jī)選型計(jì)算內(nèi)容1.確定單機(jī)容量及機(jī)組臺(tái)數(shù)根據(jù)DL5180-2003水電樞紐工程等級(jí)劃分及設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，水電站工程等別根據(jù)其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的重要性，按照庫(kù)容和裝機(jī)容量劃分為五等：水電樞紐工程的分等指標(biāo)工程等別工程規(guī)模水庫(kù)總庫(kù)容(億m3)裝機(jī)容量MW一大（1）型101200MW二大（2）型1101200300三中 型0.1130050四?。?）型0.010.15010五小（2）型<0.0110水電站機(jī)組臺(tái)數(shù)的選擇一般是在裝機(jī)容

4、量已定的情況下進(jìn)行的，選擇的過(guò)程實(shí)際上是一個(gè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較的過(guò)程，有時(shí)與水輪機(jī)型式的選擇、甚至與水輪機(jī)主要參數(shù)的選擇同時(shí)進(jìn)行。2.選擇水輪機(jī)型式(型號(hào)) (1)、根據(jù)水輪機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè),水輪機(jī)的分類(lèi)和適用范圍見(jiàn)下表(可逆式水輪機(jī),在型式代號(hào)后增加漢語(yǔ)拼音字母”N” 表示)：類(lèi)型水 輪 機(jī) 型 式適用水頭特點(diǎn)漢字拼音漢字拼音反擊型混流式FrancisHL30700結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)行穩(wěn)定、范圍廣,效率高軸流式KplanZ轉(zhuǎn)槳式Z380用于中低水頭,大流量電站定槳式D370用于功率及水頭變幅不大的電站調(diào)槳式T370介于定槳與調(diào)槳之間斜流式 DeriaxX轉(zhuǎn)槳式Z40200用于水頭變幅大的電站,但工藝較復(fù)雜,技

5、術(shù)要求高定槳式D貫流式 BulbG轉(zhuǎn)槳式Z225用于低水頭電站和潮汐電站定槳式D沖擊式水斗式PeltonCJ3001700用于負(fù)荷變化大而水頭變化不大的電站斜擊式 TurgoXJ50400效率較低,適用于中小型電站雙擊式 BankiSJ10150效率低,僅用于小型電站(2)、水輪機(jī)裝置形式及引水室代號(hào)如下表：主軸布置形式引水室型式與代號(hào)漢字拼音漢字拼音漢字拼音臥式立式WL明 槽M軸 伸 式Z混凝土蝸殼H豎 井 式S燈 泡 式P金屬蝸殼J罐 式G罐式引水室G紅 吸 式X有壓明槽MY(3)、轉(zhuǎn)輪型號(hào)含義示意圖：混流式水輪機(jī)示意圖：軸流式水輪機(jī)示意圖：燈泡貫流式水輪機(jī)示意圖：沖擊式水輪機(jī)示意圖：在產(chǎn)

6、品型號(hào)中,用轉(zhuǎn)輪名義直徑表示水輪機(jī)尺寸,轉(zhuǎn)輪名義直徑?。?1)對(duì)于軸流式水輪機(jī),取轉(zhuǎn)輪室最大直徑;(2)對(duì)于混流式水輪機(jī),取轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)口邊的最大直徑。以下對(duì)水輪機(jī)產(chǎn)品型號(hào)舉例:(1)HLA883-LJ-220,表示混流式,轉(zhuǎn)輪型號(hào)為HLA883,金屬蝸殼,立軸，轉(zhuǎn)輪直徑D1=220cm。 (2)HLA520-WJ-80,表示混流式,轉(zhuǎn)輪型號(hào)為HLA520,金屬蝸殼,臥軸,轉(zhuǎn)輪直徑D1=80cm。(3)ZZ709-LH-400,表示軸流式,轉(zhuǎn)輪型號(hào)為ZZ709,混凝土蝸殼,立軸,轉(zhuǎn)輪直徑D1=400cm。(4)GZ995a-WP-460,表示貫流式,轉(zhuǎn)輪型號(hào)為GZ995a,燈泡式,臥軸,轉(zhuǎn)輪直徑

7、D1=460cm。(5)2CJA475-W-120/2x10,表示一根軸上有兩個(gè)轉(zhuǎn)輪的水斗式水輪機(jī),轉(zhuǎn)輪型號(hào)為CJA475,臥軸,轉(zhuǎn)輪直徑為D1=120cm,每個(gè)轉(zhuǎn)輪有兩個(gè)噴嘴,射流直徑為10cm。根據(jù)GB/T 15468-2006水輪機(jī)基本技術(shù)條件，對(duì)水輪機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行范圍規(guī)定：在空載情況下應(yīng)能穩(wěn)定運(yùn)行;在最大和最小水頭范圍內(nèi)，水輪機(jī)應(yīng)在下表所列功率范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行:水輪機(jī)型式相應(yīng)水頭下的機(jī)組保證功率范圍 / %混流式45100定槳式75100轉(zhuǎn)槳式35100沖擊式25100對(duì)于混流式水輪機(jī)，如在保證運(yùn)行范圍內(nèi)出現(xiàn)強(qiáng)振，應(yīng)采取相應(yīng)措施或避振運(yùn)行。高負(fù)荷短時(shí)運(yùn)行范圍 100h，低負(fù)荷短時(shí)運(yùn)行范圍

8、500h。導(dǎo)葉漏水量：不應(yīng)大于水輪機(jī)額定流量的3,圓錐式導(dǎo)葉漏水量不應(yīng)大于額定流量4。沖擊式水輪機(jī)全關(guān)時(shí)不應(yīng)漏水轉(zhuǎn)輪裂紋保證供貨方應(yīng)在設(shè)計(jì)制造過(guò)程中采用措施，保證產(chǎn)品質(zhì)量，在合同規(guī)定的保證期和穩(wěn)定運(yùn)行范圍內(nèi)保證轉(zhuǎn)輪不產(chǎn)生裂紋。噪聲要求水輪機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，在水輪機(jī)機(jī)坑地板上方1m處所測(cè)得的噪聲不應(yīng)大于90dB(A),在距尾水管進(jìn)入門(mén)1m處所測(cè)得的噪聲不應(yīng)大于95dB(A),沖擊式水輪機(jī)殼上方1m處所測(cè)得的噪聲不應(yīng)大于85dB(A),貫流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪室周?chē)?m內(nèi)所測(cè)得的噪聲不應(yīng)大于90dB(A)可靠性指標(biāo)在一般水質(zhì)條件下,水輪機(jī)應(yīng)具有以下可靠性指標(biāo)：水輪機(jī)大修間隔期不少于5年；無(wú)故障連續(xù)運(yùn)行時(shí)間不少

9、于20000小時(shí)；水輪機(jī)平均壽命不少于40年。根據(jù)GB/T 15469.1-2008 反擊式水輪機(jī)空蝕評(píng)定(MOD IEC 60609-1：2008)在規(guī)定的運(yùn)行范圍和時(shí)間內(nèi)運(yùn)行一時(shí)間內(nèi)，任何形式的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪(是指正常選用的轉(zhuǎn)輪材料為不銹鋼或不銹鋼覆面的碳鋼)的最大空蝕深度S(以mm計(jì))、最大空蝕材料剝落體積V(以cm2)和質(zhì)量M(以kg計(jì))。圖中所示各值依據(jù)以下條件確定：a)在不少于兩年運(yùn)行時(shí)間后的合理修補(bǔ)量。b)空蝕深度不削弱機(jī)械強(qiáng)度。這里給出的空蝕體積V、質(zhì)量M值不是指單個(gè)葉片，而是指整個(gè)轉(zhuǎn)輪。轉(zhuǎn)輪形式材質(zhì)空蝕深度S質(zhì)量M空蝕體積V任何形式轉(zhuǎn)輪不銹鋼S=4D0.4M=0.78D2V=20

10、D2碳鋼S=6D0.4M=0.156D2V=100D23.確定水輪機(jī)同步轉(zhuǎn)速n、比轉(zhuǎn)速ns、過(guò)流量Qr、轉(zhuǎn)輪直徑D1、吸出高度Hs、軸向水推力F、飛逸轉(zhuǎn)速nr等；沖擊式水輪機(jī)射流直徑do與噴嘴數(shù)Zo。(1) 現(xiàn)代水輪機(jī)一般都直接帶動(dòng)水輪發(fā)電機(jī),帶動(dòng)加工機(jī)械的情況較少。我國(guó)電網(wǎng)所采用的標(biāo)準(zhǔn)頻率為f=50Hz,一些國(guó)家和地區(qū)也有采用60Hz,為得到標(biāo)準(zhǔn)頻率必須滿(mǎn)足以下條件：np=6000(f=50Hz)或np=7200(f=60Hz) (式中: n發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min)；p發(fā)電機(jī)磁極對(duì)數(shù))。按中國(guó)額定電壓標(biāo)準(zhǔn),不同機(jī)組容量選擇發(fā)電機(jī)額定電壓的參考值如下表所示：選擇發(fā)電機(jī)額定電壓的參考值（查中國(guó)水

11、力發(fā)電工程 機(jī)電卷）機(jī)組容量(MVA)6357.56536200100320320額定電壓(kV)6.310.513.815.7518機(jī)組容量(MVA)<125MVA125<P<350MVAP<350MVA額定功率因數(shù)不低于0.8(滯后)不低于0.85(滯后)不低于0.9(滯后)根據(jù)GB/T 7894-2001水輪發(fā)電機(jī)基本技術(shù)條件及水輪機(jī),水輪發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速優(yōu)先在下列轉(zhuǎn)速(r/min)中選擇：(60Hz轉(zhuǎn)速按優(yōu)先轉(zhuǎn)速所對(duì)應(yīng)的磁極對(duì)數(shù)得出)發(fā)電機(jī)磁極對(duì)數(shù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)電機(jī)磁極對(duì)數(shù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)電機(jī)磁極對(duì)數(shù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速50Hz60Hz50Hz60Hz50Hz60Hz21500.

12、01800.015200.0240.03488.2105.831000.01200.016187.5225.03683.3100.04750.0900.018166.7200.04075.090.05600.0720.020150.0180.04271.485.76500.0600.021142.9171.54468.281.87428.6514.322136.4163.74862.575.08375.0450.024125.0150.05060.072.09333.3400.026115.4138.55257.769.210300.0360.028107.1128.55653.664.312

13、250.0300.030100120.060505014214.3257.23293.8112.6根據(jù)GB/T 7894-2009水輪發(fā)電機(jī)基本技術(shù)條件中規(guī)定,對(duì)裝有推力軸承的導(dǎo)軸承的立式水輪發(fā)電機(jī)的機(jī)架，其垂直方向和水平方向的允許雙幅振動(dòng)值，以及臥式水輪發(fā)電機(jī)軸承在垂直方向的允許雙幅振動(dòng)值,應(yīng)不大于下表的規(guī)定： 水輪發(fā)電機(jī)振動(dòng)(雙幅)允許限值 mm項(xiàng)目額定轉(zhuǎn)速,r/min100100250250375375750>750振動(dòng)允許值(雙振幅), mm立式機(jī)組推力軸承支架的垂直振動(dòng)0.080.070.050.040.03導(dǎo)軸承支架的水平振動(dòng)0.110.090.070.050.04定子鐵芯部

14、位機(jī)座水平振動(dòng)0.040.030.020.020.02定子鐵芯振動(dòng)(100Hz振幅值)0.030.030.030.030.03臥式機(jī)組各部軸承垂直振動(dòng)0.110.090.070.050.04燈泡貫流式機(jī)組推力支架的軸向振動(dòng)0.100.08各導(dǎo)軸承的徑向振動(dòng)0.120.10燈泡頭的徑向振動(dòng)0.120.10注：振動(dòng)值系指機(jī)組在除過(guò)速運(yùn)行以外的各種穩(wěn)定運(yùn)行工況下的雙振幅值在正常運(yùn)行工況下，水輪發(fā)電機(jī)導(dǎo)軸承處測(cè)得軸的相對(duì)運(yùn)行擺度值(雙振幅值)應(yīng)不大于75%的軸軸總間隙值。同時(shí)規(guī)定在水輪發(fā)電機(jī)蓋板外緣上方垂直距離1m處測(cè)量的噪聲水平應(yīng)為下列數(shù)值：a) 額定轉(zhuǎn)速為250r/min及以下者不超過(guò)80dB(A

15、)；b) 額定轉(zhuǎn)速高于250r/min者不超過(guò)85dB(A)。機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分的第一階臨界轉(zhuǎn)速應(yīng)不小于最大飛逸轉(zhuǎn)速的120%。對(duì)于水輪發(fā)電機(jī),不采用3000轉(zhuǎn)速,因?yàn)楫?dāng)發(fā)生事故時(shí),其飛逸轉(zhuǎn)速對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子是很危險(xiǎn)的；轉(zhuǎn)速1500采用于極小的水輪發(fā)電機(jī)；轉(zhuǎn)速1000比較適用于小型水輪發(fā)電機(jī)。在實(shí)際中為使水輪機(jī)能和發(fā)電機(jī)直接傳動(dòng),水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速應(yīng)符合發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。在通過(guò)轉(zhuǎn)速計(jì)算得出n后,先查找同步轉(zhuǎn)速中相近檔次的轉(zhuǎn)速,帶入轉(zhuǎn)速公式反算水頭H對(duì)應(yīng)的單位轉(zhuǎn)速n11。(2)查JB/T6310-1992中小型軸流式、混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪系列型譜，規(guī)定了中小型軸流式和混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪型參數(shù)范圍。在沒(méi)有模型資料數(shù)據(jù)時(shí)可做

16、為初定值。中小型軸流式轉(zhuǎn)輪型譜參數(shù)范圍適用水頭范圍m導(dǎo)葉相對(duì)高度bo輪轂比葉片數(shù)Zo最優(yōu)工況限制工況單位轉(zhuǎn)速n11 r/min單位流量q11 m3/s比轉(zhuǎn)速ns m·kw單位流量Q11 m3/s汽蝕系數(shù)m380.450.34/0.383,41551701.11.36607602.12.31.21.46150.450.34/0.3841421541.01.25806701.92.150.80.9512220.400.35/0.4041301400.951.155005701.71.90.640.7518300.400.40/0.4551221320.901.14005001.51.70

17、.520.6226400.3750.45/0.5061151250.851.054004501.351.550.450.55中小型混流式轉(zhuǎn)輪型譜參數(shù)范圍適用水頭范圍m導(dǎo)葉相對(duì)高度bo最優(yōu)工況限制工況單位轉(zhuǎn)速n11 r/min單位流量Q11 m3/s比轉(zhuǎn)速ns m·kw單位流量Q11 m3/s汽蝕系數(shù)m20450.3580851.151.252703101.31.450.20.2435600.31576831.01.22502901.151.350.120.1750800.2874800.951.12302701.11.250.110.14701050.2570780.91.05210

18、2501.051.20.100.12901250.22568750.80.951952350.951.10.080.111101500.2065720.70.81702100.80.950.060.091352000.1665700.50.651401800.60.750.0450.0651802500.14/0.1663670.350.51201500.450.600.040.0552303200.12/0.1460640.20.3951200.250.350.0350.0453004000.1/0.258620.180.22751000.220.280.0320.04中小型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑尺

19、寸系列規(guī)定為： 轉(zhuǎn)輪直徑系列 單位:：cm25303540425060718084100120140160180200225250275300330(3)水輪機(jī)選型計(jì)算公式如下表：名 稱(chēng)反擊式水輪機(jī)基本參數(shù)計(jì)算備 注單位水輪機(jī)功率計(jì)算Pr：水輪機(jī)額定功率，Pr= Pff;Pf：發(fā)電機(jī)額定功率；f： 發(fā)電機(jī)效率；r：水輪機(jī)效率；中小型：0.950.96大中型：0.960.98；Q11r：水輪機(jī)額定工況單位流量；Hr：水輪機(jī)的額定水頭；n110：模型最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速；n11： 水頭對(duì)應(yīng)單位轉(zhuǎn)速；：正常下游尾水位；bo：導(dǎo)水葉高度；k：汽蝕安全系數(shù)；不銹鋼材料取1.151.3；碳鋼材料取 1.31.5；

20、K:水推力系數(shù)混流式查水輪機(jī)型號(hào)對(duì)應(yīng)值；軸流式水推力系數(shù)：葉片數(shù)45678K0.850.870.90.930.95D2：混流式轉(zhuǎn)輪最大外徑；dh：轉(zhuǎn)槳式轉(zhuǎn)輪輪轂直徑；如果沒(méi)有模型飛逸特性曲線(xiàn)或最大單位飛逸轉(zhuǎn)速,可按統(tǒng)計(jì)的飛逸系數(shù)KR近似估算 nR=KRn沖擊式或混流式：KR=1.72.0；轉(zhuǎn)槳保持協(xié)聯(lián)：KR=2.02.2定槳：KR:2.42.6。KW轉(zhuǎn)速的計(jì)算r/min轉(zhuǎn)輪直徑計(jì)算(m)流量計(jì)算Qr=Q11rD12m3/s比轉(zhuǎn)速計(jì)算或ns=3.13n11m.kw吸出高度的計(jì)算立式機(jī)組：Hs=10-kHr+臥式機(jī)組:：Hs=10-kHr-m汽蝕數(shù) 由模型曲線(xiàn)對(duì)應(yīng)工況點(diǎn)查取汽蝕數(shù)與比轉(zhuǎn)速混流式:=

21、0.319()2軸流式:=0.28+()3m軸向水推力計(jì)算混流式:F=KD2 2Hmax軸流式:F=K(D12-dh2)HmaxKN飛逸轉(zhuǎn)速計(jì)算nR=n11Rr/min沖擊式水輪機(jī)基本參數(shù)計(jì)算轉(zhuǎn)輪直徑計(jì)算Zp：轉(zhuǎn)輪數(shù)Zo：噴嘴數(shù)；流速系數(shù),史振聲版水輪機(jī)推薦值為0.970.98,精確3位數(shù)經(jīng)計(jì)算取0.968能保證精確四位數(shù)D1/do=1020時(shí)，原型效率與模型差別不大do：噴嘴射流直徑, m；沖擊式最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速一般取n11=3741;vo：噴嘴出口射流平均速度 m/s；單位轉(zhuǎn)速n1=84.6Ku；沖擊式水輪機(jī)其它參數(shù)確定：1. 水斗直徑db=1.05do2. 噴嘴口直徑dn=1.228do3.

22、 噴針最大行程 Sn=1.16do沖擊式模型單位飛逸轉(zhuǎn)速,一般取n11R=70；單位流量Q11可表示為射流直徑計(jì)算 或m水斗數(shù)計(jì)算m噴嘴直徑計(jì)算m轉(zhuǎn)速計(jì)算r/min流量計(jì)算m3/s圓周速度系數(shù)K圓周速度u；飛逸轉(zhuǎn)速計(jì)算nR=n11Rr/min比轉(zhuǎn)速計(jì)算m.kw水輪機(jī)效率修正 混流式和定槳式水輪機(jī)效率修正: 轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)效率修正：式中： max模型最高效率; DM、DT模型、真機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑,m； Hm、H模型機(jī)試驗(yàn)水頭、真機(jī)水頭，m。對(duì)于混流式和定槳式水輪機(jī)，=M+；對(duì)于轉(zhuǎn)槳水輪機(jī)：轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)輪葉轉(zhuǎn)角不同時(shí)，最高效率也不一樣，為簡(jiǎn)化計(jì)算,各個(gè)轉(zhuǎn)角取等修正值。2.3在進(jìn)行選型計(jì)算時(shí),選取符合條件的

23、模型曲線(xiàn),按單位流量大的模型為優(yōu)先計(jì)算,得出水輪機(jī)型號(hào)、直徑、轉(zhuǎn)速、效率等進(jìn)行對(duì)比。采用Excel表格進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算、比較、確定直徑等工作非常方便，對(duì)減少工作的時(shí)間，提高工作效率有一定的幫助。水輪機(jī)選型參數(shù)計(jì)算過(guò)程，若采用手工計(jì)算,非常繁復(fù)、費(fèi)時(shí)費(fèi)力、工作效率較低。在此通過(guò)Excel中的公式編輯進(jìn)行選型計(jì)算,填入相應(yīng)已知參數(shù)：水頭、發(fā)電機(jī)出力、發(fā)電機(jī)預(yù)估效率等,即可快速得出計(jì)算結(jié)果,較手工計(jì)算更為方便。在手上無(wú)水輪機(jī)選型電算軟件的情況下，能比較好的提高工作效率；同時(shí)對(duì)于編制、整理、查找模型曲線(xiàn)數(shù)據(jù)有一定幫助(此表格根據(jù)水利網(wǎng)“不惑駒水輪機(jī)選型”稍做修改)。在水輪機(jī)選型中注意如下幾點(diǎn)：(1).選

24、擇各曲線(xiàn)的模型最優(yōu)點(diǎn)流量及1.051.1倍模型最優(yōu)點(diǎn)流量做為試算的流量范圍；(2).選擇模型最優(yōu)點(diǎn)單位轉(zhuǎn)速及“最優(yōu)點(diǎn)單位轉(zhuǎn)速±(510)”做為試算的單位轉(zhuǎn)速范圍；(3).通過(guò)計(jì)算比較,找出在符合條件的模型曲線(xiàn)中額定轉(zhuǎn)速較高、轉(zhuǎn)輪直徑較小、效率較高的水輪機(jī)模型曲線(xiàn)做為最優(yōu)選；(4)將不符合水頭段的模型曲線(xiàn)型號(hào)剃除。(5).考慮按標(biāo)準(zhǔn)直徑系列選擇轉(zhuǎn)輪直徑；考慮已制造的相同型號(hào)、相近轉(zhuǎn)輪直徑的借用。專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)水輪機(jī)選型算例如下：已知Nf=4000KW，f=0.96;水頭分別為:100米，96米，93米，90米；進(jìn)行選型計(jì)算。4.估算水輪機(jī)運(yùn)輸重量、蝸殼、尾水管尺寸、調(diào)速器及油壓裝置的

25、選擇。(1)水輪機(jī)重量計(jì)算不包括調(diào)速器、油壓裝置和其他附近屬設(shè)備的水輪機(jī)重量近似按下面經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算:G=KD1aHb (噸) 式中: K、b與水頭有關(guān)的系數(shù); a與直徑D1有關(guān)的系數(shù)。轉(zhuǎn)槳式混流式水頭<8030200>200直徑1.86.56.511.31.47.57.510a2.14b0.40.160.2K2.458.16.6M=HmaxD13Qi'帶蝸殼混流機(jī)Gs=KD1aHb金屬蝸殼重量Gw=M/(2.5-0.0528LnM)d-輪轂比Qi-單位流量轉(zhuǎn)槳式轉(zhuǎn)輪重量GZZ=1.4dHmax0.1D12.6混流式轉(zhuǎn)輪重量GHL=(0.5+0.025(10-D1)D13(2

26、)蝸殼外形計(jì)算金屬蝸殼采用鋼板焊接，蝸殼斷面為圓形，當(dāng)蝸殼尾部用圓斷面不能和座環(huán)蝶形邊相連接時(shí)，采用橢圓形斷面，蝸殼的包角一般為345度?；炷廖仛こＳ糜诘退^、大流量機(jī)組，為了縮小廠(chǎng)房尺寸，一般采用較小的包角°，包角通常為°=180270°,其中180°包角較常用。連接蝸殼的座環(huán)有兩種：一種是帶蝶形邊座環(huán)；一種是無(wú)蝶形邊座環(huán)。采用帶蝶形邊座環(huán)時(shí)，其錐角為55度。根據(jù)水輪機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)中蝸殼水利計(jì)算公式，及水輪機(jī)中的座環(huán)尺寸設(shè)計(jì)值初定。蝸殼的分節(jié)數(shù)見(jiàn)下表：轉(zhuǎn)輪直徑D1(米)金屬蝸殼分節(jié)數(shù)各節(jié)角度混凝土蝸殼包角與水頭關(guān)系2<2015水頭H蝸殼包角23.3

27、20231315<251352253.34.52328101425402252704.56.52835713一般情況下最小包角為180°混凝土蝸殼設(shè)計(jì)時(shí)角度可按下表范圍選擇：mnm>nn=0蝸殼橫向總寬B值=2035°=1020°=1015°180 =200225 >225=2030°一般取30°=0B=Rb+0.95D1B=Rb+1.1D1按具體條件定 蝸殼如設(shè)有支墩，則支墩出水邊至機(jī)組中心線(xiàn)的距離應(yīng)保持L>1.3D1。(1) 金屬蝸殼計(jì)算示例已知某混流式水輪機(jī)的參數(shù)如下:設(shè)計(jì)水頭Hr=127m;設(shè)計(jì)流量Qr

28、=20.34m3/s;水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑D1=1.42m;水輪機(jī)蝸殼平面尺寸。根據(jù)水輪機(jī)工作水頭Hr=127m,選擇°=345°的金屬蝸殼。查河海大學(xué) 劉大愷水輪機(jī)第三版，金屬蝸殼設(shè)計(jì),固定導(dǎo)葉外切圓直徑Da=1.551.64；固定導(dǎo)葉內(nèi)切圓直徑Db=1.331.37。Da、Db座環(huán)進(jìn)口和出口處直徑與水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪尺寸D1的比值,當(dāng)D1<3.2m時(shí)取上限值。根據(jù) 史振聲主編的水輪機(jī)列表求解金屬蝸殼斷面： 金屬蝸殼簡(jiǎn)單計(jì)算 單位：米進(jìn)口包角°345流量Q20.34水頭H127流速系數(shù)K(查蝸殼進(jìn)口流速系數(shù)與水頭關(guān)系曲線(xiàn)2)0.69蝶形邊半高h(yuǎn)=(bo+0.2D1)/2

29、0.31蝸殼分節(jié)角度15固定導(dǎo)葉蝶形邊K取值0.08固定導(dǎo)葉外圓半徑Ra=1.64D1/21.165座環(huán)外圓半徑1.245進(jìn)口斷面流量19.493進(jìn)口斷面流速7.776進(jìn)口斷面面積2.507進(jìn)口斷面外徑 0.955°錐角頂點(diǎn)半徑 ra=Ro-hctg551.028進(jìn)口斷面中心距 2.09進(jìn)口斷面外徑 =+2.991693.6S=h/cos550.54cos550.5741/sin551.221ctg5520.49ctg550.7tg551.4280.3790.137圓斷面半徑>S 時(shí)斷面形狀改為橢圓形176°小于此角度換成橢圓橢圓斷面長(zhǎng)半徑中心距a1=Ra+1.22*

30、橢圓斷面橢圓短徑橢圓面積當(dāng)量A=i2+d2tg55橢圓斷面長(zhǎng)徑橢圓斷面短半徑中心距橢圓斷面外徑 金屬蝸殼計(jì)算 單位：米斷面號(hào)ii/C2R0i/C2R0i/C-h2(2R0i/C-h2)0.5XiXi2圓形i圓形ai外徑Ri13450.2037 0.5070 0.4109 0.6410 0.8447 0.7136 0.899 2.090 2.989 23300.1949 0.4853 0.3892 0.6239 0.8188 0.6705 0.875 2.064 2.939 33150.1860 0.4631 0.3670 0.6058 0.7918 0.6270 0.850 2.037 2.8

31、87 43000.1771 0.4410 0.3449 0.5873 0.7644 0.5844 0.824 2.009 2.833 52850.1683 0.4191 0.3230 0.5683 0.7366 0.5426 0.799 1.982 2.781 62700.1594 0.3969 0.3008 0.5485 0.7079 0.5012 0.772 1.953 2.725 72550.1506 0.3750 0.2789 0.5281 0.6787 0.4607 0.746 1.924 2.670 82400.1417 0.3528 0.2567 0.5067 0.6484 0.

32、4205 0.718 1.893 2.611 92250.1329 0.3309 0.2348 0.4846 0.6175 0.3814 0.691 1.863 2.554 102100.1240 0.3088 0.2127 0.4612 0.5852 0.3425 0.662 1.830 2.492 111950.1151 0.2866 0.1905 0.4365 0.5516 0.3043 0.632 1.797 2.429 121800.1063 0.2647 0.1686 0.4106 0.5169 0.2672 0.602 1.762 2.364 131650.0974 0.2425

33、 0.1464 0.3826 0.4800 0.2304 0.571 1.725 2.296 141500.0886 0.2206 0.1245 0.3528 0.4414 0.1949 0.539<0.541.686 2.225 橢圓當(dāng)量iA短半徑2長(zhǎng)半徑1中心距ai外徑Ri141500.5390 0.940 0.539 0.541 1.687 2.228 151350.5060 0.831 0.483 0.524 1.618 2.142 161200.4720 0.727 0.427 0.508 1.550 2.058 171050.4350 0.621 0.366 0.489 1.

34、475 1.964 18900.3970 0.522 0.304 0.471 1.400 1.871 19750.3570 0.427 0.241 0.452 1.323 1.775 20600.3140 0.337 0.175 0.432 1.242 1.674 21450.2670 0.251 0.106 0.411 1.158 1.569 22300.2130 0.169 0.032 0.389 1.068 1.457 23150.1460 0.094 R2<0R2<0R2<0R2<0 注：(以上計(jì)算數(shù)據(jù)采用Execl表格計(jì)算得出)流速系數(shù)K值按第二條曲線(xiàn)取值 (

35、2) 混凝土蠅殼計(jì)算示例: 已知某電站軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)的參數(shù)如下：設(shè)計(jì)水頭Hr=22.9m;設(shè)計(jì)流量Qr=50.2m3/s;水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑D1=2.8m;計(jì)算水輪機(jī)蝸殼平面尺寸。根據(jù)水輪機(jī)工作水頭Hr=22.9m,選擇°=210°的混凝土蝸殼。為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì),減小廠(chǎng)房布置尺寸，選用“”平頂型式蝸殼；當(dāng)n=0時(shí),b:a=1.51.85，選取1.8。當(dāng)過(guò)流面積與計(jì)算面積之比不大于1.1倍時(shí)，蝸殼內(nèi)的流速與平均流速相差不大,在這里F大：F=1.01。ai根據(jù)Fi區(qū)間試算確定。(填充部分為需要手動(dòng)輸入數(shù)據(jù)單元格)轉(zhuǎn)輪直徑D12.8流量Q50.2Qi=*Q/36029.28bi=ai的倍

36、數(shù),mi=bi-bo，mbo;過(guò)流面積計(jì)算:Fi=aibi-(mi2tg/2)+bo(Ra-Rb);蝸殼外徑Ri=ai+Ra;進(jìn)口B取值:180°: B=Ri+0.95*D1; 225°: B=Ri+1.1*D1;蝸殼進(jìn)口相切圓R跟據(jù)進(jìn)口包角確定。水頭m22.9蝸殼包角(135225)210Fo=Qo/vo=7.327.32分節(jié)角度15Vo查混凝土流速曲線(xiàn)4F大=1.01*F7.393b:a1.8固定導(dǎo)葉高bo1.13F<Fi<F大7.39m夾角(1015)15固定導(dǎo)葉外圓半徑R12.24蝸殼進(jìn)口寬度B7.48tg0.27固定導(dǎo)葉內(nèi)圓半徑R21.955蝸殼進(jìn)口相

37、切圓R1.33方法一：跟據(jù)過(guò)流面積簡(jiǎn)單計(jì)算 混凝土蝸殼斷面簡(jiǎn)單計(jì)算(采用Execl表格計(jì)算得出下表) 單位：米斷面號(hào)iFF大F<Fi<F大aibimi外徑Riai-mi*tg12107.320 7.393 7.390 2.163 3.893 2.763 4.40 1.417 21956.797 6.865 6.859 2.079 3.742 2.612 4.32 1.374 31806.274 6.337 6.334 1.993 3.587 2.457 4.23 1.330 41655.751 5.809 5.802 1.902 3.424 2.294 4.14 1.283 515

38、05.229 5.281 5.280 1.809 3.256 2.126 4.05 1.235 61354.706 4.753 4.751 1.710 3.078 1.948 3.950 1.184 71204.183 4.225 4.224 1.606 2.891 1.761 3.85 1.131 81053.660 3.697 3.694 1.495 2.691 1.561 3.74 1.074 9903.137 3.168 3.168 1.377 2.479 1.349 3.62 1.013 10752.614 2.640 2.639 1.249 2.248 1.118 3.49 0.9

39、47 11602.091 2.112 2.109 1.108 1.994 0.864 3.35 0.875 12451.569 1.585 1.582 0.951 1.712 0.582 3.19 0.794 13301.046 1.056 1.056 0.769 1.384 0.254 3.01 0.700 14150.523 0.528 0.528 0.467 1.130 0.000 2.71 0.467 混凝土進(jìn)口流速根據(jù)流速與設(shè)計(jì)水頭的關(guān)系曲線(xiàn)查出,取中間值：混凝土蝸殼的簡(jiǎn)單計(jì)算方法,主要根據(jù)保證過(guò)流面積Fi不小于計(jì)算過(guò)流面積F為基礎(chǔ)，與半解析法結(jié)果稍有差異。方法二：混凝土蝸殼水力計(jì)算

40、(半解析法)(1) 按Fo=Qmaxo/360Vo,求進(jìn)口斷面積；(2) 根據(jù)水電站具體情況選擇斷面型式，并確定斷面尺寸，使其F=Fo；(3) 選擇頂角與底角點(diǎn)的變化規(guī)律(直線(xiàn)或拋物線(xiàn)),以虛線(xiàn)表示并畫(huà)出1、2、3等中間斷面。(4) 測(cè)算出各斷面的面積，繪出：F=f(R)關(guān)系曲線(xiàn)。(5) 按 ,繪出F=f() 直線(xiàn)。(6)根據(jù)i確定Fi、Ri及斷面尺寸，繪出平面單線(xiàn)圖混凝土蝸殼半解法析示意圖：尾水管尺寸確定最常用的尾水管有彎肘型、直錐型和彎錐形三種。直錐型彎錐形彎肘型組成直錐等直徑彎段+直錐段進(jìn)口直錐斷中間彎肘管出口擴(kuò)散管特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能良好(d可達(dá)80%85%)。下部開(kāi)往工程量大。彎段水力

41、損失大，性能差(d只有40%60%)。下部開(kāi)往工程量小。具有良好的水力性能(d約為75%80%)。可大大減小下部開(kāi)往工程量。適用情況應(yīng)用于小型水輪機(jī)應(yīng)用于小型臥式水輪機(jī)除貫流式外的所有大中型水輪機(jī)都采用。彎肘型尾水管主要尺寸的確定：直錐型和彎錐型尾水管結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其尺寸根據(jù)實(shí)際需要容易定出。而對(duì)于彎肘型，由于水流運(yùn)動(dòng)極為復(fù)雜，大多是通過(guò)模型試驗(yàn)來(lái)定其尺寸?，F(xiàn)在已經(jīng)形成了定型化的資料，可供初步設(shè)計(jì)時(shí)參考下表。推薦尾水管尺寸表h/D1L/D1B5/D1D4/D1h4/D1h6/D1L1/D1h5/D1肘管型式適用范圍2.24.51.8081.101.100.5740.941.30金屬里襯肘管h4/D

42、11.10混流式D1>D22.34.52.4201.201.200.6001.621.27標(biāo)準(zhǔn)混凝土肘管軸流式2.64.52.7201.351.350.6751.821.22標(biāo)準(zhǔn)混凝土肘管混流式D1<D24.進(jìn)水閥門(mén)選擇閥門(mén)序號(hào)編制方法：閥門(mén)類(lèi)型代號(hào)閥軸布置方式操作機(jī)構(gòu)型式漢語(yǔ)拼音鐵餅型蝴蝶閥平板型蝴蝶閥球型閥DFPDFQF臥軸立軸WL油壓操作Y水壓操作C電動(dòng)操作D手動(dòng)操作S根據(jù)水輪機(jī)和輔助設(shè)備，進(jìn)水閥有閘板型、蝴蝶型和球型等幾種，根據(jù)電站水頭高低分別選用： a)水頭在200m以下時(shí)，通常采用閘板閥或蝴蝶閥。 b)水頭在200m以上、800m以下，通常采用球型閥。進(jìn)水閥門(mén)尺寸根據(jù)蝸

43、殼進(jìn)口尺寸放大1.14倍后按閥門(mén)廠(chǎng)樣本尺寸選取偏大直徑的閥門(mén)即可。 調(diào)節(jié)功計(jì)算及接力器的選擇根據(jù)JB/T 2832-2004 水輪機(jī)調(diào)速器及油壓裝置 型號(hào)編制方法調(diào)速器型號(hào)編制方法調(diào)速器基本代號(hào)動(dòng)力特征Y-帶有接力器及壓力缺罐的調(diào)速器T-通流式調(diào)速器調(diào)節(jié)器特征W-微機(jī)電液調(diào)速器對(duì)象類(lèi)別C-沖擊式水輪機(jī)調(diào)速器Z-轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)調(diào)速器產(chǎn)品類(lèi)型T-調(diào)速器C-操作器F-負(fù)荷調(diào)節(jié)器D-電動(dòng)式調(diào)速器產(chǎn)品屬性D-電氣液壓調(diào)速器的電氣柜J-電氣液壓調(diào)速器的機(jī)械柜基本代號(hào)示例YT帶有壓力罐及接力器的機(jī)械液壓調(diào)速器YWT帶有壓力罐及接力器的微機(jī)型電氣液壓調(diào)速器WT微機(jī)型電氣液壓調(diào)速器WZT轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)微機(jī)型電氣液壓

44、調(diào)速器TT通流式機(jī)械液壓調(diào)速器CT沖擊式水輪機(jī)機(jī)械液壓調(diào)速器WCT沖擊式水輪機(jī)機(jī)械液壓調(diào)速器YC帶有壓力罐及接力器的機(jī)械液壓操作器DC電動(dòng)操作器DF電子負(fù)荷調(diào)節(jié)器調(diào)速器規(guī)格代號(hào)：對(duì)于帶有接力器和壓力罐的調(diào)速，表示接力器容量(N·m)對(duì)于不帶有接力器和壓力罐的單調(diào)整水輪機(jī)調(diào)速器，表示導(dǎo)葉主配壓閥直徑(mm)。對(duì)于不帶有接力器和壓力罐的轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)調(diào)速器，表示導(dǎo)葉主配壓閥直徑(mm)/輪葉主配壓閥直徑(mm)；如果導(dǎo)葉和轉(zhuǎn)葉主配壓閥直徑相同，轉(zhuǎn)葉主配壓閥可不表示。對(duì)于沖擊式水輪機(jī)調(diào)速器，表示噴針配壓閥直徑(mm)×噴針配壓閥數(shù)量/折向器配壓閥直徑(mm)×折向器配壓閥

45、數(shù)量。如果噴針配壓閥或折向器配壓閥的數(shù)量為1個(gè)，則數(shù)量省略。型號(hào)示例：YT-6000-2.5帶有壓力罐的機(jī)械液壓調(diào)速器，接力器容量為6000N·m，額定油壓為2.5MPa。YC-10000-4.0帶有壓力罐的液壓操作器，接力器容量為10000N·m，額定油壓為4.0MPa。DC-6000電動(dòng)操作器，輸出最大容量為6000N·m。DF-18/1-XX01配用于機(jī)組功率為18kw，發(fā)電機(jī)為單相的電子負(fù)荷調(diào)節(jié)器，為XX制造廠(chǎng)01型產(chǎn)品。 調(diào)節(jié)功的計(jì)算： (1)、混流式 (N·m)，高水頭取下限，低水頭取上限;(2)、沖擊式水輪機(jī)調(diào)節(jié)功的估算: A= (N

46、83;m)式中:Zo為噴嘴或折向器數(shù)；do為額定流量時(shí)的射流直徑，cm。大型調(diào)速器的導(dǎo)葉接力器容量選擇一般是按經(jīng)驗(yàn)公式算出接力器直徑，選取接近且偏大的系列直徑。每個(gè)接力器的直徑dc可近似按下式計(jì)算： (米)bo/D1-導(dǎo)葉相對(duì)高度；PH調(diào)速系統(tǒng)額定油壓(公斤/厘米2) 常用油壓有25、40、63、160等多個(gè)等級(jí)。值由水輪機(jī)調(diào)節(jié)表8-3?。合禂?shù)表水輪機(jī)水頭范圍混流式軸流式對(duì)稱(chēng)不對(duì)稱(chēng)對(duì)稱(chēng)不對(duì)稱(chēng)低水頭0.1350.150.140.1550.1350.15中水頭0.1450.160.1350.15高水頭0.1350.15注:1.bo/D1數(shù)值相等,而轉(zhuǎn)輪不同時(shí),Q1大時(shí)取大值。l 2.同一轉(zhuǎn)槳式轉(zhuǎn)輪

47、，包角大并用標(biāo)準(zhǔn)對(duì)稱(chēng)形導(dǎo)葉者取大值，但包角大，用非正曲率導(dǎo)葉者取較小值。由水輪機(jī).水泵及輔助設(shè)備可知：導(dǎo)葉的最大開(kāi)度： ；接力器最大行程：Smax=1.4aomax (m)雙直缸接力器總?cè)莘e： (m3) 轉(zhuǎn)輪接力器直徑計(jì)算: (m)轉(zhuǎn)輪接力器最大行程Smax按下式計(jì)算Smax=(0.0360.072)D1 (m)當(dāng)D1大于5m時(shí)，公式中采用較小的系數(shù)。轉(zhuǎn)輪接力器容積主配壓閥直徑： (mm)式中：VD為導(dǎo)水機(jī)構(gòu)或折向器接力器的總?cè)莘e，m3;v為管路中油的流速，m/s。當(dāng)油壓裝置額定工作壓力為2.5MPa時(shí)，取v45m/s;Ts為接力器關(guān)閉時(shí)間(由調(diào)節(jié)保證計(jì)算決定)。油壓裝置油壓裝置型號(hào)編制方法油壓裝置基本代號(hào)YZ-壓力罐與回油箱為分離結(jié)構(gòu)的油壓裝置；HYZ-壓力罐與回油箱組合為一體的油壓裝置。油壓裝置基本代號(hào)表示壓力罐總?cè)莘e(m3)/壓力罐數(shù)量。如為一個(gè)壓力罐，則壓力罐數(shù)量不加表示。油壓裝置型號(hào)示例:HYZ-4-2.5：壓力油罐和回油箱組合為一體的油壓裝置，