水輪機的選型設(shè)計說明

1、專業(yè)資料水輪機的選型設(shè)計水輪機選型時水電站設(shè)計的一項重要任務(wù)。水輪機的型式與參數(shù)的選擇是否 合理，對于水電站的功能經(jīng)濟指標及運行穩(wěn)定性，可靠性都有重要影響。水輪機選型過程中，一般是根據(jù)水電站的開發(fā)方式，功能參數(shù)，水工建筑物 的布置等，并考慮國內(nèi)外已生產(chǎn)的水輪機的參數(shù)及制造廠的生產(chǎn)水平，擬選若干個方案進行技術(shù)經(jīng)濟的綜合比較，最終確定水輪機的最佳型式與參數(shù)。 一：水輪機選型的內(nèi)容，要求和所需資料1 1:水輪機選擇的內(nèi)容（1 1）確定單機容量及機組臺數(shù)。（2 2）確定機型和裝置型式。（3 3）確定水輪機的功率，轉(zhuǎn)輪直徑，同步轉(zhuǎn)速，吸出高度及安裝高程，軸向水 推力，飛逸轉(zhuǎn)速等參數(shù)。對于沖擊式水輪機，還

2、包括確定射流直徑與噴嘴數(shù)等。（4 4）繪制水輪機的運轉(zhuǎn)綜合特性曲線。（5 5） 估算水輪機的外形尺寸，重量及價格。 wertyp9wertyp9結(jié)合水輪機在結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、運行 等方面的要求，向制造廠提出制造任務(wù)書。2.2. 水輪機選擇的基本要求水輪機選擇必須要考慮水電站的特點，包括水能、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)以及電 力系統(tǒng)構(gòu)成、樞紐布置等方面對水輪機的要求。在幾個可能的方案中詳細地進行 以下幾方面比較，從中選擇出技術(shù)經(jīng)濟綜合指標最優(yōu)的方案。（1 1）保證在設(shè)計水頭下水輪機能發(fā)生額定出力，在低于設(shè)計水頭時機組的受阻 容量盡可能小。（2 2）根據(jù)水電站水頭的變化， 及電站的運行方式， 選擇適合的水輪機型

3、式及參 數(shù)，使電站運行中平均效率盡可能高。（3 3）水輪機性能及結(jié)構(gòu)要能夠適應(yīng)電站水質(zhì)的要求，運行穩(wěn)定、靈活、可靠，有良好的抗空化性能。在多泥沙河流上的電站，水輪機的參數(shù)及過流部件的材質(zhì) 要保證水輪機具有良好的抗磨損，抗空蝕性能。（4 4）機組的結(jié)構(gòu)先進、合理，易損部件應(yīng)能互換并易于更換，便于操作及安裝 維護。（5 5）機組制造供貨應(yīng)落實，提出的技術(shù)要求要符合制造廠的設(shè)計、試驗與制造 水平。（6 6）機組的最大部件及最重要部件要考慮運輸方式及運輸可行性。3.3. 水輪機選型所需要的原始技術(shù)材料水輪機的型式與參數(shù)的選擇是否合理、是否與水電站建成后的實際情況相吻合， 在很大程度上取決于對原始資料的

4、調(diào)查、匯集和校核。根據(jù)初步設(shè)計的深度和廣 度的要求，通常應(yīng)具備下述的基本技術(shù)資料：（1 1）樞紐資料：包括河流的水能總體規(guī)劃，流域的水文地質(zhì)，水能開發(fā)方式， 水庫的調(diào)節(jié)性能，水利樞紐布置，電站類型及廠房條件，上下游綜合利用的要求， 工程的施工方式和規(guī)劃等情況。還應(yīng)包括嚴格分析與核準的水能基本參數(shù)，諸如 電站的最大水頭 HmaxHmax 最小水頭 Hmin,Hmin,加權(quán)平均水頭 Ha,Ha,設(shè)計水頭 HrHr，各種特 征流量 QminQmin QmaxQmaxQa,Qa,典型年（設(shè)計水平年，豐水年，枯水年）的水頭、流量 過程。此外還應(yīng)有電站的總裝機容量，保證出力以及水電站下游水位流量關(guān)系曲 線

5、。（2 2）電力系統(tǒng)資料：包括電力系統(tǒng)負荷組成，設(shè)計水平年負荷圖，典型日負荷圖，遠景負荷；設(shè)計電廠在系統(tǒng)中的作用與地位，例如調(diào)峰、基荷、調(diào)相、事故專業(yè)資料設(shè)備的要求以及與其他電站并列調(diào)配運行方式等。(3) 水輪機設(shè)備產(chǎn)品技術(shù)資料：包括國內(nèi)外水輪機型譜、產(chǎn)品規(guī)范及其特性；同類水電站的水輪參數(shù)與運行的經(jīng)驗，問題點等。(4) 運輸及安裝條件：應(yīng)了解通向水電站的水陸交通情況，例如公路，水路， 及港口的運載能力(噸位及尺寸)；設(shè)備現(xiàn)場裝配條件，大型專用加工設(shè)備在現(xiàn) 場臨時建造的可能性及經(jīng)濟性；大型部件整件出廠與分塊運輸現(xiàn)場裝配的比價等。除上述資料外，對于水電站的水質(zhì)應(yīng)有詳細地資料， 包括水質(zhì)的化學成分，

6、含 氣量，泥沙含量等。二：水輪機選型的基本方法目前世界上各國在設(shè)計水電站中選擇水輪機的方法不盡相同，其主要方法可以概括為以下幾種。1 1:應(yīng)用統(tǒng)計資料選擇水輪機這種方法以已建水電站的統(tǒng)計資料為基礎(chǔ)，通過匯集、統(tǒng)計國內(nèi)外已建水電站 的水輪機的基本參數(shù)，再把他們按水輪機型式，應(yīng)用水頭，單機容量等參數(shù)進行 分析歸類。在此基礎(chǔ)上，用數(shù)學統(tǒng)計法作出水輪機的比轉(zhuǎn)速、 單位參數(shù)與應(yīng)用水 頭的關(guān)系曲線，ns=f(H)ns=f(H)、n1n1 仁 f(H)f(H)、Q1Q1 仁 f(H)f(H)以及電站空化系數(shù)與比轉(zhuǎn)速的關(guān) 系曲線 qf=f(ns)qf=f(ns)等，或者數(shù)值逼近法得出關(guān)于這些參數(shù)的經(jīng)驗公式。當

7、確定了 水電站的水頭與裝機容量等基本參數(shù)后，可根據(jù)統(tǒng)計曲線或經(jīng)驗公式確定水輪機 的型式與基本參數(shù)。按照選定的水輪機參數(shù)向水輪機生產(chǎn)廠提出制造任務(wù)書，由制造廠生產(chǎn)出符合用戶要求的水輪機。這種方法在國外被廣泛采用。2 2:按水輪機系列型譜選擇水輪機在一些國家，對水輪機設(shè)備進行了系列化，通用化與標準化，制定了水輪機型譜， 為每一水頭段配置了一種或兩種水輪機轉(zhuǎn)輪，并通過模擬實驗獲得了各型號水輪 機的基本參數(shù)與模型綜合特性曲線。這樣設(shè)計者就可以根據(jù)水輪機型譜與模型綜 合特性曲線選擇水輪機的型號與參數(shù)。 我國與原蘇聯(lián)都曾頒布過水輪機型譜。 水 輪機型譜可為水輪機的選型設(shè)計提供了便利，可使選型工作簡化與標準

8、化。但要 注意不能局限于已制定的水輪機型譜，當型譜中的轉(zhuǎn)輪性能不能滿足設(shè)計電站的 要求時，要通過認真分析研究提出新的水輪機方案，與生產(chǎn)廠商協(xié)商設(shè)計、制造出符合要求的水輪機。同時，要不斷完善、更新水輪機型譜。3 3:要套用法選擇水輪機這種方法是直接套用與擬建電站的基本參數(shù) (水頭、容量)相近的已建水電站 的水輪機型號與參數(shù)。這種方法多用于小型水電站的設(shè)計， 它可以使設(shè)計工作大 為簡化。但要注意必須合理套用，要對擬建電站與已建電站的參數(shù)進行詳細的分 析與比較，還要考慮不同年代水輪機的設(shè)計于制造水平的差異，9090 年代設(shè)計的電站若直接套用 6060 年代電站的水輪機，往往會使水輪機的參數(shù)偏低。因此

9、必要 時對已建電站的水輪機參數(shù)作適當修正后再套用。我國過去應(yīng)用較多的方法是按照水輪機型譜來選擇水輪機，但隨著水電開發(fā)的進展，舊的水輪機型譜已不能滿足目前水電站的設(shè)計的要求，設(shè)計者常采用不同的選型方法相互結(jié)合、相互驗證，以保證水輪機選型的科學性與合理性。 三：機組臺數(shù)選擇對于一個確定了總裝機容量的水電站，機組臺數(shù)對的多少將直接影響到電廠的 動能經(jīng)濟指標與運行的靈活性，可靠性，還影響到電廠建設(shè)的投資等，因此確定 機組臺數(shù)時必須考慮以下有關(guān)因素，經(jīng)過充分的技術(shù)經(jīng)濟論證。1 1:機組臺數(shù)對工程建設(shè)費用的影響專業(yè)資料機組臺式的多少直接影響單機容量的大小， 單機容量不同時機組的單位千瓦 造價不同，一般小機

10、組的單位千瓦造價高于大機組， 一方面，小機組的單位千瓦 金屬消耗大于大機組， 另外單位重量的加工費也較大。 除主要機電設(shè)備外機組臺 數(shù)的增加，要求增加配套設(shè)備的臺數(shù)，主副廠的平面尺寸也需增加，因次在同樣 的裝機容量條件下，水電站的土建工程及動力廠房的成本也隨機組的增加而增加。 2 2:機組臺數(shù)對電站運行效率的影響當采用不同的機組臺數(shù)時，電站的平均效率是不同的。較大單機容量達的機組，其單機效率較高，這對于預(yù)計經(jīng)常滿負荷運行的水電站獲得的效益較顯著。但是對于變動負荷的水電站，若采用過少的機組臺數(shù)，雖單機效率高，但在部分負 荷時由于負荷不便在機組之間調(diào)節(jié)， 因而不能避開低效率區(qū)， 這會使電站的平均

11、效率降低。電站的最佳裝機臺數(shù)要通過電廠的經(jīng)濟運行分析來決定。此外，機組類型不同時，臺數(shù)對電站的運行效率的影響不同。 對于固定葉片式 水輪機，尤其是軸流定槳式水輪機，其效率曲線比較陡峭，當出力變化時，效率 變化劇烈。若機組臺數(shù)多一些，則可通過調(diào)整開機臺數(shù)，而避開低負荷運行，從 而使電站的運行效率明顯提高。但是對于轉(zhuǎn)槳式水輪機或多噴嘴的水斗式水輪機， 由于可以通過改變?nèi)~片角度或增減使用噴嘴的數(shù)目而使水輪機保持高效率運行， 因此機組臺數(shù)對電站運行效率的影響較小。3 3:機組臺數(shù)對電廠運行維護的影響機組臺數(shù)較多時，其優(yōu)點是運行方式靈活，發(fā)生事故時對電站及所在系統(tǒng)的影 響較小，檢修也容易安排。但臺數(shù)較多

12、時運行人員增加，運行用的材料、消耗品 增加，因而運行費用高。 同時， 較多的設(shè)備與較頻繁的開停機會使整個電站的事 故發(fā)生率上升。4 4:機組臺數(shù)對設(shè)備制造、運輸及安裝的影響機組臺數(shù)增加時，水輪機和發(fā)電機的單機容量減小，則機組的尺寸，制造、運 輸及現(xiàn)場安裝都較容易。反之，臺數(shù)減少則機組尺寸增大，機組的制造、運輸及 安裝的難度也相應(yīng)增大。 因此最大單機容量的選擇要考慮制造廠家的加工水平，及設(shè)備的運輸，安裝條件。此外從發(fā)電機轉(zhuǎn)子的機械強度方面考慮， 發(fā)電機轉(zhuǎn)子 的直徑必須限制在轉(zhuǎn)子最大線速度的允許值之內(nèi)，機組的最大容量有時也會因此 受到限制。5 5:機組臺數(shù)對電力系統(tǒng)的影響對于占電力系統(tǒng)容量比重大的

13、水電廠及大型機組 ，發(fā)生事故時對電力系統(tǒng)的影 響較大，考慮到電力系統(tǒng)中備用容量的設(shè)置及電力系統(tǒng)的安全性，在確定臺數(shù)時，單機容量不應(yīng)大于系統(tǒng)的備用容量，即使在容量較小的電網(wǎng)中，單機容量也不宜超過系統(tǒng)容量的 1/31/3。6 6:記住臺數(shù)對電廠主接線的影響由于水電廠水輪發(fā)電機組常采用擴大單元主接線方式，超大型機組除外，故機組臺數(shù)多采用偶數(shù)。同時為了運行方式的機動靈活及保證機組檢修時的廠用電可 靠，除了特殊情況和農(nóng)村小電站外，一般都裝兩臺以上機組。對于裝置大型機組的水電廠，由于主變壓器的最大容量受到限制，常采用單 元接線方式，因此機組臺數(shù)的選擇不必受偶數(shù)的限制。以上與機組臺數(shù)有關(guān)的諸因素，許多是既相

14、互聯(lián)系又相互矛盾的，在選擇時應(yīng) 針對主要因素，進行綜合技術(shù)經(jīng)濟比較，選擇出合理地機組臺數(shù)。四、水輪機型式的選擇專業(yè)資料根據(jù)水電站的實際情況正確地選擇水輪機型式是水輪機選型設(shè)計中的一個重 要環(huán)節(jié)。雖然各類水輪機有明確的適用水頭范圍， 但由于他們的適用范圍存在著 交叉水頭段，因此，必須根據(jù)水電站的具體條件對可供選擇的水輪機進行分析比 較，才能選擇出最合適的機型。（一）各類水輪機的適用范圍大中型水輪機的類型及其適用的水頭范圍如圖所示專業(yè)資料各類水輪機的適用范圍除了與使用水頭有關(guān)外， 還與水輪機的容量有關(guān)，同一 類型同一比轉(zhuǎn)速的水輪機，在小容量時使用水頭較低，在容量較大時使用水頭較 高為了便于選擇水輪

15、機的型式，制定了水輪機inwt11晶too . RHi囚 * 一,MW）.十L凰忒輪機的應(yīng)用范舸圖C1卜一:水韭伉荷變牝時f現(xiàn)品液年U !較務(wù)的電站、可以通過調(diào)軽運行機組臺數(shù) 單 可離性好*Jt其在擔鹿荷帕址從表中可以看出各類水輪機的應(yīng)用水頭范圍是交叉的， 其中存在著交界水頭段 在水輪機選擇時若同一水頭段有多種機型可供選擇，則需要認真分析各類水輪機 的特性并進行技術(shù)經(jīng)濟比較以確定最適合的機型。不同類型的水輪機具有不同的適用范圍與特點，各類水輪機的特點可概括如下：1:1:沖擊式水輪機（以切擊式為代表）（1 1）nsns 較低，適用于 250m250m 以上的水頭，最高可達 1700m.1700m

16、.（2 2）轉(zhuǎn)輪周圍的水流是無壓的，不存在密封問題。（3 3）出力變化時效率的變化平緩，對負荷變化適應(yīng)性強。C SHOT ON Ml &Ml DUAL CAMERA專業(yè)資料（4 4）裝置多噴嘴時通過調(diào)整噴嘴適用數(shù)目可獲高效運行。（5 5）可使用折向器防止飛逸，減少緊急關(guān)機時引水管道中水擊壓力的上升（僅 上升 1515 流右）。若使用制動噴嘴可使水輪機迅速剎車。（6 6）易磨損部件更換容易。2 2:混流式水輪機（1 1）比轉(zhuǎn)速范圍廣，適用水頭范圍廣，可適用 30-1700m.30-1700m.（2 2）結(jié)構(gòu)簡單，價格低。（3 3）裝有尾水管，可減少轉(zhuǎn)輪出口水流損失。3 3:軸流式水輪機（

17、1 1）nsns 較高，具有較大的過流能力，適用于 30-80m30-80m 水頭范圍。（2 2）轉(zhuǎn)輪可以分解，加工運輸方便。（3 3）軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機可在協(xié)聯(lián)方式運行， 在水頭、 負荷變化時可實現(xiàn)高效運 行。（4 4）在水頭、負荷變化較小，或裝機臺數(shù)較多的電站，可以通過調(diào)整運行機組臺數(shù)使水輪機在高效區(qū)運行。軸流定槳式水輪機結(jié)構(gòu)簡單，可靠性好，尤其在擔 負基荷的低水頭電站較適用。4 4:斜流式水輪機（1 1）其 nsns 與應(yīng)用水頭范圍介于軸流式和混流式之間。（2 2）葉片可調(diào)，在水頭與負荷變化時可保持高效率。（3 3）轉(zhuǎn)輪可以分解，加工運輸方便。（4 4）中低水頭的抽水蓄能電站，常適用斜流式

18、水輪機。（二）交界水頭區(qū)水輪機型式的選擇（1 1）貫流式與軸流式的比較：1 1）貫流式的水流條件較好，同樣過流面積時，貫流式水流通過容易，單位 流量大，無蝸殼和肘醒尾水管，流道水力損失小，運行效率比軸流式高。2 2）貫流式水輪機可布置在壩體或閘墩內(nèi)， 可以不要專門的廠房，土建工程 量小且適于狹窄的地形條件。3 3）對潮汐電站，貫流式水輪機的適應(yīng)性強，能滿足正反向發(fā)電，正反向抽 水和正反向泄水的需要。4 4）貫流式水輪機為了滿足安裝高程的要求， 需從引水室入口至尾水管全部 開挖到相應(yīng)的深度，而軸流式只需對尾水管部分進行深開挖， 因此，貫流式的相 應(yīng)開挖量大。5 5）燈泡貫流式水輪發(fā)電機組全部處于

19、水下， 要求有嚴密的封閉結(jié)構(gòu)及良好 的通風防潮措施，維護、檢修較困難。（2 2）軸流式與混流式的比較1 1）軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機適用與水頭與負荷較大的電站，能在較寬廣的工作范圍內(nèi)穩(wěn)定、高效率運行，平均效率高于混流式水輪機。2 2）在相同的水頭下，軸流式的 nsns 高于混流式，有利于減小機組的尺寸。3 3）軸流式水輪機的空化系數(shù)大，約為同水頭段混流式水輪機的兩倍， 為保 證空化性能需增加廠房的水下開挖量。4 4）當尾水管較長時，軸流式水輪機比混流式水輪機易產(chǎn)生緊急關(guān)機時的抬 機現(xiàn)象。專業(yè)資料5 5）軸流式水輪機的軸向水推力系數(shù)約為混流式的 2-42-4 倍，推力軸承負荷大。此外軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機的轉(zhuǎn)

20、輪及受油器等部件結(jié)構(gòu)復雜，造價高。專業(yè)資料（3 3）混流式與斜流式比較：1 1）同樣水頭和出力條件下，斜流式水輪機可獲得高于混流式水輪機的比轉(zhuǎn)速，因此，斜流式水輪機的轉(zhuǎn)速可高于混流式， 應(yīng)用斜流式水輪機可以減小發(fā)電機的 尺寸，但同樣條件，混流式水輪機的尺寸要小一些。2 2） 混流式的最高效率要比斜流式高 0.5%-1%0.5%-1%但在部分負荷（50%50%負荷）混流式 的效率要比斜流式低約 5%5%。 兩者比較圖Hr址*3 3）同樣工作參數(shù)下，斜流式水輪機的空化系數(shù)大于混流式，為防止空化，斜流 式需要較低的安裝高程，因此其開挖深度大于混流式。4 4）混流式水輪機的結(jié)構(gòu)比斜流式簡單，造價低，維

21、護方便，運行可靠。但斜流 式轉(zhuǎn)輪可分解，加工，運輸方便。5 5） 混流式水輪機的飛逸轉(zhuǎn)速比斜流式水輪機約高15%15%要求混流式水輪機有較 高的強度。在同樣的水頭與流量的條件下斜流式水輪機與混流式水輪機的技術(shù)經(jīng)濟比較（4 4）斜流式與軸流式的比較：1 1）在應(yīng)用水頭為 60m60m 以上時，斜流式水輪機的最優(yōu)效率高于軸流式，在 40m40m 以 下水頭段應(yīng)用時，軸流式的最優(yōu)效率高于斜流式。在部分負荷時斜流式的效率稍 高一些。豪”h軻電武水輪飢刪豳水輪機口不斷向曰川水匝斟 1*4 滝真TH1411 415 Q出丹kWts&oo15 伽r/nin420it W ifm kW2OZ144餐出

22、和fttil缶-Ou 7%JQ7|(M%801QQ邛目* tl*4囂式it Mmno1sg 贏 liti力ItW輕遽f / huh.18Mzooin - kWtaz29h3 i1minUKIT| -* 監(jiān)乩 5磧| F J圈対創(chuàng)電說代與斜淹式效率的比校-%責哀9丁軒査式水舵犯止史岸怦qi_的土悅專業(yè)資料2 2）在同樣的水頭與出力情況下，軸流式水輪機的 nsns 高于斜流式，因此，軸流式 轉(zhuǎn)速高一些，水輪機與發(fā)電機的尺寸可小一些。 但當水頭高于 60m60m 時，由于強度 與結(jié)構(gòu)的關(guān)系，軸流式轉(zhuǎn)輪的輪廓尺寸變大，會加大水輪機的重量。另外，由于 軸流式的飛逸轉(zhuǎn)速， 較斜流式高， 從強度方面考慮反而

23、使與軸流式水輪機相配的 發(fā)電機更重一些。3 3）兩者的結(jié)構(gòu)都較復雜，斜流式轉(zhuǎn)輪及其他過流部件要更復雜一些。 在同樣的水頭（近 6060 米）和出力條件下，兩者的參數(shù)比較見表 9-7.9-7.（5 5）混流式與水斗式的比較：1 1）一般情況下，混流式水輪機的單位流量比切擊式大，但是當水中含沙量較多 時，因受空化和磨損的限制，混流式水輪機采用的單位流量有時反比水斗式小。2 2）混流式水輪機的最高效率比水斗式高， 在水斗變化時效率的下降比切擊式小。 水斗式水輪機在負荷變化時效率的下降比混流式小，尤其是多噴嘴時可以調(diào)整使 用噴嘴的數(shù)目，有良好的負荷適應(yīng)性。3 3）切擊式安裝在最高尾水位以上，尤其在部分

24、負荷時水頭損失較大，混流式水 輪機通過尾水管回收轉(zhuǎn)輪出口的動能，可提高對水頭的利用率。4 4）切擊式水輪機在大氣壓力下工作，空蝕輕，且多發(fā)生在針閥、噴嘴和水斗部 位，檢修與更換容易。5 5）切擊式水輪機無軸向水推力，可以簡化軸承的結(jié)。6 6）切擊式水輪機裝有折向器或制動噴嘴，可以降低飛逸轉(zhuǎn)速。7 7）切擊式水輪機的 nsns 在 50-5550-55 （m.KVm.KV）以上時其效律會降低，同樣條件下，混 流式水輪機的比轉(zhuǎn)速較大，且效律不會降低?；炝魇降谋绒D(zhuǎn)速比水斗式高 10%-20%10%-20%可以減小機組的尺寸。8 8）當有空蝕及泥沙磨損發(fā)生時經(jīng)過一定運行時間后，由于過流部件的破壞會導

25、致水輪機的效率下 降比混流 式水輪機 少，根據(jù)國 外的實 例，在同樣 運行 5000-10000h5000-10000h之后，切擊式與混流式的比較如圖五：水輪機比轉(zhuǎn)速的選擇水輪機的比轉(zhuǎn)速 nsns 包括了水輪機的轉(zhuǎn)速，出力與水頭三個基本工作參數(shù)，他 綜合地反映了水輪機的特征。掌握比轉(zhuǎn)速與水輪機特性之間的關(guān)系、 正確地選擇 水輪機的比轉(zhuǎn)速，可以保證所選擇的水輪機在實際運行中有良好的能量指標與空 化性能。1 1:水輪機的效率與比轉(zhuǎn)速的關(guān)系不同 nsns 的水輪機具有不同的效率特性，圖 9-139-13 中表示了不同 nsns 的混流式水 輪機的效率出力特性 N=fN=f（P%P%）. .從圖中可知

26、比轉(zhuǎn)速較低的水輪機，其效率曲線較 平緩，比轉(zhuǎn)速較高的水輪機其效率曲線比較陡峭，尤其是超高比轉(zhuǎn)速的混流式水 輪機 :in11.5 駕輕*K切缶式與區(qū)薛但沖*降的it編運行荊刷h祐專業(yè)資料（ns=570m.KVns=570m.KVV, ,其高效率去很狹窄，在偏離設(shè)計工況時，水輪機的效率急 劇下降。專業(yè)資料此外，每一種水輪機都有自己的最佳比轉(zhuǎn)速范圍。圖 9-329-32 表示了不同類型水輪機的最優(yōu)效率與比轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。從該圖中可以 看出水斗式水輪機的比轉(zhuǎn)速在13-1813-18 范圍內(nèi)效率最高，混流式的比轉(zhuǎn)速在150-250150-250 范圍內(nèi)效率最高，軸流定槳式的比轉(zhuǎn)速在 500-600500

27、-600 范圍內(nèi)效率最高。在選擇水輪機時，盡可能將比轉(zhuǎn)速控制在它們的最佳范圍之內(nèi)，以保證水輪 機具有最咼效率。2.2.各類水輪機比轉(zhuǎn)速的選擇各類水輪機的比轉(zhuǎn)速不僅與水輪機的結(jié)構(gòu)和型式有關(guān)， 也與設(shè)計，制造的水平 以及通流部件的材質(zhì)等因素有關(guān)。目前，世界各國根據(jù)各自的實際水平，劃定了 各類水輪機的比轉(zhuǎn)速的界限與范圍， 并根據(jù)已生產(chǎn)的水輪機轉(zhuǎn)輪的參數(shù)，用數(shù)理 統(tǒng)計法得出了關(guān)于水輪機比轉(zhuǎn)速的統(tǒng)計曲線或經(jīng)驗公式。 當已知水電站的水頭時, 可用這些曲線或公式選擇水輪機的比轉(zhuǎn)速。I.I出力9-31不同 z 水輪機的效率様性幗家槍札為優(yōu)效宅烏比棘遺兩簽忌專業(yè)資料/TP21 ijiUJ、?。?L帀仙 kW)斜

28、逛式術(shù)輪機開比轉(zhuǎn)涯簡愜闍木頭英慮HDD J川卩m7SZ-UH s u-A 潔怙妙耳I去tifey(4) 貫流式水輪機的比轉(zhuǎn)速與使用水頭關(guān)系：一般情況下，貫流式水輪機可獲 得比軸流式高約 10%10%勺比轉(zhuǎn)速，但根據(jù)目前國內(nèi)外已生產(chǎn)的貫流式水輪機的統(tǒng)計 資料看，大部分貫流式水輪機的比轉(zhuǎn)速僅與軸流式水輪機相當。(5) 切擊式水輪機比轉(zhuǎn)速與使用水頭關(guān)系：單轉(zhuǎn)輪單噴嘴水斗式水輪機的比轉(zhuǎn) 速主要與射流直徑比 d0/D1d0/D1 有關(guān)。 當切擊式水輪機為多轉(zhuǎn)輪多噴嘴時， 水輪機的 比轉(zhuǎn)速為：ns=ns1ns=ns1 KrZ0KrZ0式中 ns1ns1 單輪單噴嘴的比轉(zhuǎn)速，KrKr 轉(zhuǎn)輪數(shù)，Z0Z0 每個

29、轉(zhuǎn)輪的噴嘴數(shù)。對于單輪單噴嘴切擊式水輪機，我國水電站幾點設(shè)計手冊中推薦的 nsns 仁 f(H)f(H) 曲線如圖9-349-34所示。% pLiJ| L - |護當切擊式水輪機具有多個轉(zhuǎn)輪(僅在橫軸式水輪機上可實現(xiàn))和噴嘴時，從理 論上可按VKrZ0KrZ0 倍增大水輪機的比轉(zhuǎn)速，但實際上選擇多轉(zhuǎn)輪多噴嘴水輪機的 比轉(zhuǎn)速時常受到下面條件的限制。1)1)對于單輪單噴式，為了提高水輪機的轉(zhuǎn)速與出力，可選擇較大的d0/D1d0/D1 值, 即可以選擇較大的比轉(zhuǎn)速。2)2) 對于單輪多噴式，比轉(zhuǎn)速的提高主要靠噴嘴的增加，而最好把相當于單噴嘴 的 nsns1 1限制在最佳比轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。3)3)對于多輪

30、多噴式，對應(yīng)于單輪單噴的 ns1ns1 應(yīng)選擇在最佳比轉(zhuǎn)速范圍，一般取 n ns sfiJ鈾就蟲崟輪虹的比輕fP iM. kW忡肓)im - k：煜)軽疽武水純機的ttMronts皿-理K-:tMTZL二二石學V7f巴泗LiVisni * kW ” k WJVP、7il O；專業(yè)資料仁 10-20(m.KW),10-20(m.KW),整體水輪機的 nsns 也不宜超過 6060，(m.KV)/m.KV)/因為此限速則需在 同一水輪機軸上裝 3 3 個以上的轉(zhuǎn)輪，這是不經(jīng)濟的，這種情況下可考慮使用混流 式水輪機。對于多噴嘴切擊式水輪機比轉(zhuǎn)速的選擇，一般先選擇單輪單噴的比轉(zhuǎn)速nsl,nsl,再根據(jù)

31、轉(zhuǎn)輪數(shù)目 KrKr 與噴嘴數(shù) Z0Z0 計算整個水輪機的 ns.ns.(3 3)多泥沙河流水輪機比轉(zhuǎn)速的選擇上面所介紹的一些經(jīng)驗公式及區(qū)線一般僅適用于水質(zhì)較好的水電站的水輪 機比轉(zhuǎn)速的選擇。對于多泥沙河流上的水電站，為了減輕過機泥沙對比轉(zhuǎn)速的水輪機的過流部件的磨損，同時考慮到空化與泥沙磨損的聯(lián)合作用，選擇水輪機的 比轉(zhuǎn)速時，應(yīng)該比清水電站低一些，降低水輪機比轉(zhuǎn)速的目的是為了降低轉(zhuǎn)輪流 道中的相對流速。國內(nèi)一些資料表明，多泥沙河流上的水電站，水輪機破壞輕微者所采用的 nsns 都較低，ns=1320ns=1320/ /VHr-1360/Hr-1360/VHr(m.KW)Hr(m.KW)之間。因此

32、，在多泥沙河流上的水 電站選擇水輪機的比轉(zhuǎn)速可以根據(jù)水中泥沙含量，參考多泥沙河流上已建電站的經(jīng)驗，確定合適的比轉(zhuǎn)速。應(yīng)用上述的一些經(jīng)驗公式選擇水輪機的比轉(zhuǎn)速時， 要充分考慮設(shè)計電站的具 體情況，還要考慮國內(nèi)水輪機的設(shè)計制造水平， 這樣才能保證所選擇的水輪機既 具有較高的能量指標，又能保證機組的正常運行。此外，在應(yīng)用比轉(zhuǎn)速的經(jīng)驗公式時，還應(yīng)考慮到時代的變遷與技術(shù)的發(fā)展，可考慮采用一種動態(tài)經(jīng)驗公式進行水輪機比轉(zhuǎn)速的估算。動態(tài)比轉(zhuǎn)速的形式為：Ns=a(t)Hrb(t)Ns=a(t)Hrb(t)指數(shù) 經(jīng)驗公式中引入了表示時間因數(shù)的參數(shù) t,t,因此，不僅可以反映當時水輪機 比轉(zhuǎn)速水平，還可以對今后的近

33、期發(fā)展趨勢進行評估。 動態(tài)比轉(zhuǎn)速經(jīng)驗公式可用 數(shù)理統(tǒng)計法獲得。水泵水輪機的選型設(shè)計:水泵水輪機型式的選擇1 1:裝置型式的選擇抽水蓄能水電站的機組可采用多種裝置型式。由水泵、水輪機、電動機、發(fā)電 機或可逆式水泵水輪機、發(fā)電電動機組合，構(gòu)成不同型式的抽水蓄能發(fā)電機組。 大型機組多采用豎軸布置，中小型機組有時采用橫軸布置。如圖 9-139-13 示，抽水蓄能電站的機組組合方式有四機式，三機式與二機式。 最早采用的型式為四機式，即水泵和水輪機分別配置各自的電動機與發(fā)電機，由于設(shè)備多，占地多，投資高，目前已很少米用。三機式，即水泵、水輪機和發(fā)電電動機三者以聯(lián)軸節(jié)相連。發(fā)電時，由水輪 機帶動發(fā)電電動機作

34、發(fā)電機組運行， 抽水時由發(fā)電電動機以電動機方式運行帶動 水泵抽水，兩種方式其旋轉(zhuǎn)方向相同。三機式的優(yōu)點是機組轉(zhuǎn)換運行方式快， 不 必專設(shè)起動設(shè)備。二機式，即水泵水輪機和發(fā)電電動機構(gòu)成。 水泵水輪斤具有水泵和水輪機的 功能，轉(zhuǎn)輪正轉(zhuǎn)為水輪機運行方式，反轉(zhuǎn)為水泵運行方。發(fā)電電動機機，也可以 作為電動機。由于一機兩用，故機組造價低。但水泵水輪機的轉(zhuǎn)輪要兼顧水輪機 和水泵兩種專業(yè)資料工況的性能，故其效率較水泵或水輪機專用機要稍低一些。目前二機專業(yè)資料式用的最廣泛，但在一些超高水頭的抽水蓄能電站，仍不排除采用水斗式水輪機 做動力機和采用多級離心泵作抽水機的組合方式，也可以采用多級水泵水輪機和 雙速發(fā)電電

35、動機的二機式。表*13抽水薔能水力機組組合型式方向主機類播抽I立鈾S S躅機式PAfTGMGJ11畫三機式TMGrM(rPn1,iir1決尸一加泵申呵5 F-水槍機(Turbine) t嚴ff,水K WL (Pdiiip I)*電動St電機(G繃Matxhh 覽申電Mntor-f rprjritr)2 2:水泵水輪機型式的選擇適用于不同水頭段抽水蓄能電站的要求，水泵水輪機具有混流式，斜流式， 軸流式，和貫流式幾種類型，各類水泵水輪機比轉(zhuǎn)速及應(yīng)用水頭范圍如表9-149-14所示。(1)(1) 混流式水泵水輪機?；炝魇剿盟啓C的結(jié)構(gòu)與常規(guī)混流式水輪機相似， 但其轉(zhuǎn)輪一般按水泵工況設(shè)計，用水輪機工況校核。在相同水頭和功率情 條件下，其直徑比常規(guī)水輪機大 30%-40%30%-40%單級混流式水泵水輪機適用水頭可高 達 700700 米，在水頭高于 700700 米的電站，可考慮采用多