水輪機(jī)的選型設(shè)計(jì)說明

1、專業(yè)資料水輪機(jī)的選型設(shè)計(jì)水輪機(jī)選型時(shí)水電站設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要任務(wù)。水輪機(jī)的型式與參數(shù)的選擇是否 合理，對(duì)于水電站的功能經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及運(yùn)行穩(wěn)定性，可靠性都有重要影響。水輪機(jī)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(guó)內(nèi)外已生產(chǎn)的水輪機(jī)的參數(shù)及制造廠的生產(chǎn)水平，擬選若干個(gè)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)。 一：水輪機(jī)選型的內(nèi)容，要求和所需資料1 1:水輪機(jī)選擇的內(nèi)容（1 1）確定單機(jī)容量及機(jī)組臺(tái)數(shù)。（2 2）確定機(jī)型和裝置型式。（3 3）確定水輪機(jī)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(duì)于沖擊式水輪機(jī)，還

2、包括確定射流直徑與噴嘴數(shù)等。（4 4）繪制水輪機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線。（5 5） 估算水輪機(jī)的外形尺寸，重量及價(jià)格。 wertyp9wertyp9結(jié)合水輪機(jī)在結(jié)構(gòu)、材質(zhì)、運(yùn)行 等方面的要求，向制造廠提出制造任務(wù)書。2.2. 水輪機(jī)選擇的基本要求水輪機(jī)選擇必須要考慮水電站的特點(diǎn)，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(duì)水輪機(jī)的要求。在幾個(gè)可能的方案中詳細(xì)地進(jìn)行 以下幾方面比較，從中選擇出技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合指標(biāo)最優(yōu)的方案。（1 1）保證在設(shè)計(jì)水頭下水輪機(jī)能發(fā)生額定出力，在低于設(shè)計(jì)水頭時(shí)機(jī)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(yùn)行方式， 選擇適合的水輪機(jī)型

3、式及參 數(shù)，使電站運(yùn)行中平均效率盡可能高。（3 3）水輪機(jī)性能及結(jié)構(gòu)要能夠適應(yīng)電站水質(zhì)的要求，運(yùn)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(jī)的參數(shù)及過流部件的材質(zhì) 要保證水輪機(jī)具有良好的抗磨損，抗空蝕性能。（4 4）機(jī)組的結(jié)構(gòu)先進(jìn)、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(hù)。（5 5）機(jī)組制造供貨應(yīng)落實(shí)，提出的技術(shù)要求要符合制造廠的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)與制造 水平。（6 6）機(jī)組的最大部件及最重要部件要考慮運(yùn)輸方式及運(yùn)輸可行性。3.3. 水輪機(jī)選型所需要的原始技術(shù)材料水輪機(jī)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(shí)際情況相吻合， 在很大程度上取決于對(duì)原始資料的

4、調(diào)查、匯集和校核。根據(jù)初步設(shè)計(jì)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(yán)格分析與核準(zhǔn)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(jì)水頭 HrHr，各種特 征流量 QminQmin QmaxQmaxQa,Qa,典型年（設(shè)計(jì)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(jī)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(fù)荷組成，設(shè)計(jì)水平年負(fù)荷圖，典型日負(fù)荷圖，遠(yuǎn)景負(fù)荷；設(shè)計(jì)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(yùn)行方式等。(3) 水輪機(jī)設(shè)備產(chǎn)品技術(shù)資料：包括國(guó)內(nèi)外水輪機(jī)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(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)，問題點(diǎn)等。(4) 運(yùn)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(yùn)載能力(噸位及尺寸)；設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)裝配條件，大型專用加工設(shè)備在現(xiàn) 場(chǎng)臨時(shí)建造的可能性及經(jīng)濟(jì)性；大型部件整件出廠與分塊運(yùn)輸現(xiàn)場(chǎng)裝配的比價(jià)等。除上述資料外，對(duì)于水電站的水質(zhì)應(yīng)有詳細(xì)地資料， 包括水質(zhì)的化學(xué)成分，

6、含 氣量，泥沙含量等。二：水輪機(jī)選型的基本方法目前世界上各國(guó)在設(shè)計(jì)水電站中選擇水輪機(jī)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(jì)資料選擇水輪機(jī)這種方法以已建水電站的統(tǒng)計(jì)資料為基礎(chǔ)，通過匯集、統(tǒng)計(jì)國(guó)內(nèi)外已建水電站 的水輪機(jī)的基本參數(shù)，再把他們按水輪機(jī)型式，應(yīng)用水頭，單機(jī)容量等參數(shù)進(jìn)行 分析歸類。在此基礎(chǔ)上，用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)法作出水輪機(jī)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(yàn)公式。當(dāng)

7、確定了 水電站的水頭與裝機(jī)容量等基本參數(shù)后，可根據(jù)統(tǒng)計(jì)曲線或經(jīng)驗(yàn)公式確定水輪機(jī) 的型式與基本參數(shù)。按照選定的水輪機(jī)參數(shù)向水輪機(jī)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(jī)。這種方法在國(guó)外被廣泛采用。2 2:按水輪機(jī)系列型譜選擇水輪機(jī)在一些國(guó)家，對(duì)水輪機(jī)設(shè)備進(jìn)行了系列化，通用化與標(biāo)準(zhǔn)化，制定了水輪機(jī)型譜， 為每一水頭段配置了一種或兩種水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，并通過模擬實(shí)驗(yàn)獲得了各型號(hào)水輪 機(jī)的基本參數(shù)與模型綜合特性曲線。這樣設(shè)計(jì)者就可以根據(jù)水輪機(jī)型譜與模型綜 合特性曲線選擇水輪機(jī)的型號(hào)與參數(shù)。 我國(guó)與原蘇聯(lián)都曾頒布過水輪機(jī)型譜。 水 輪機(jī)型譜可為水輪機(jī)的選型設(shè)計(jì)提供了便利，可使選型工作簡(jiǎn)化與標(biāo)準(zhǔn)

8、化。但要 注意不能局限于已制定的水輪機(jī)型譜，當(dāng)型譜中的轉(zhuǎn)輪性能不能滿足設(shè)計(jì)電站的 要求時(shí)，要通過認(rèn)真分析研究提出新的水輪機(jī)方案，與生產(chǎn)廠商協(xié)商設(shè)計(jì)、制造出符合要求的水輪機(jī)。同時(shí)，要不斷完善、更新水輪機(jī)型譜。3 3:要套用法選擇水輪機(jī)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(jī)型號(hào)與參數(shù)。這種方法多用于小型水電站的設(shè)計(jì)， 它可以使設(shè)計(jì)工作大 為簡(jiǎn)化。但要注意必須合理套用，要對(duì)擬建電站與已建電站的參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)的分 析與比較，還要考慮不同年代水輪機(jī)的設(shè)計(jì)于制造水平的差異，9090 年代設(shè)計(jì)的電站若直接套用 6060 年代電站的水輪機(jī)，往往會(huì)使水輪機(jī)的參數(shù)偏低。因此

9、必要 時(shí)對(duì)已建電站的水輪機(jī)參數(shù)作適當(dāng)修正后再套用。我國(guó)過去應(yīng)用較多的方法是按照水輪機(jī)型譜來選擇水輪機(jī)，但隨著水電開發(fā)的進(jìn)展，舊的水輪機(jī)型譜已不能滿足目前水電站的設(shè)計(jì)的要求，設(shè)計(jì)者常采用不同的選型方法相互結(jié)合、相互驗(yàn)證，以保證水輪機(jī)選型的科學(xué)性與合理性。 三：機(jī)組臺(tái)數(shù)選擇對(duì)于一個(gè)確定了總裝機(jī)容量的水電站，機(jī)組臺(tái)數(shù)對(duì)的多少將直接影響到電廠的 動(dòng)能經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與運(yùn)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(jī)組臺(tái)數(shù)時(shí)必須考慮以下有關(guān)因素，經(jīng)過充分的技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證。1 1:機(jī)組臺(tái)數(shù)對(duì)工程建設(shè)費(fèi)用的影響專業(yè)資料機(jī)組臺(tái)式的多少直接影響單機(jī)容量的大小， 單機(jī)容量不同時(shí)機(jī)組的單位千瓦 造價(jià)不同，一般小機(jī)

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

11、效率降低。電站的最佳裝機(jī)臺(tái)數(shù)要通過電廠的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析來決定。此外，機(jī)組類型不同時(shí)，臺(tái)數(shù)對(duì)電站的運(yùn)行效率的影響不同。 對(duì)于固定葉片式 水輪機(jī)，尤其是軸流定槳式水輪機(jī)，其效率曲線比較陡峭，當(dāng)出力變化時(shí)，效率 變化劇烈。若機(jī)組臺(tái)數(shù)多一些，則可通過調(diào)整開機(jī)臺(tái)數(shù)，而避開低負(fù)荷運(yùn)行，從 而使電站的運(yùn)行效率明顯提高。但是對(duì)于轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)或多噴嘴的水斗式水輪機(jī)， 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(jī)保持高效率運(yùn)行， 因此機(jī)組臺(tái)數(shù)對(duì)電站運(yùn)行效率的影響較小。3 3:機(jī)組臺(tái)數(shù)對(duì)電廠運(yùn)行維護(hù)的影響機(jī)組臺(tái)數(shù)較多時(shí)，其優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行方式靈活，發(fā)生事故時(shí)對(duì)電站及所在系統(tǒng)的影 響較小，檢修也容易安排。但臺(tái)數(shù)較多

12、時(shí)運(yùn)行人員增加，運(yùn)行用的材料、消耗品 增加，因而運(yùn)行費(fèi)用高。 同時(shí)， 較多的設(shè)備與較頻繁的開停機(jī)會(huì)使整個(gè)電站的事 故發(fā)生率上升。4 4:機(jī)組臺(tái)數(shù)對(duì)設(shè)備制造、運(yùn)輸及安裝的影響機(jī)組臺(tái)數(shù)增加時(shí)，水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量減小，則機(jī)組的尺寸，制造、運(yùn) 輸及現(xiàn)場(chǎng)安裝都較容易。反之，臺(tái)數(shù)減少則機(jī)組尺寸增大，機(jī)組的制造、運(yùn)輸及 安裝的難度也相應(yīng)增大。 因此最大單機(jī)容量的選擇要考慮制造廠家的加工水平，及設(shè)備的運(yùn)輸，安裝條件。此外從發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的機(jī)械強(qiáng)度方面考慮， 發(fā)電機(jī)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(jī)組的最大容量有時(shí)也會(huì)因此 受到限制。5 5:機(jī)組臺(tái)數(shù)對(duì)電力系統(tǒng)的影響對(duì)于占電力系統(tǒng)容量比重大的

13、水電廠及大型機(jī)組 ，發(fā)生事故時(shí)對(duì)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(tái)數(shù)時(shí)，單機(jī)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(jī)容量也不宜超過系統(tǒng)容量的 1/31/3。6 6:記住臺(tái)數(shù)對(duì)電廠主接線的影響由于水電廠水輪發(fā)電機(jī)組常采用擴(kuò)大單元主接線方式，超大型機(jī)組除外，故機(jī)組臺(tái)數(shù)多采用偶數(shù)。同時(shí)為了運(yùn)行方式的機(jī)動(dòng)靈活及保證機(jī)組檢修時(shí)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(tái)以上機(jī)組。對(duì)于裝置大型機(jī)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(jī)組臺(tái)數(shù)的選擇不必受偶數(shù)的限制。以上與機(jī)組臺(tái)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(shí)應(yīng) 針對(duì)主要因素，進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選擇出合理地機(jī)組臺(tái)數(shù)。四、水輪機(jī)型式的選擇專業(yè)資料根據(jù)水電站的實(shí)際情況正確地選擇水輪機(jī)型式是水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)中的一個(gè)重 要環(huán)節(jié)。雖然各類水輪機(jī)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(duì)可供選擇的水輪機(jī)進(jìn)行分析比 較，才能選擇出最合適的機(jī)型。（一）各類水輪機(jī)的適用范圍大中型水輪機(jī)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(jī)的適用范圍除了與使用水頭有關(guān)外， 還與水輪機(jī)的容量有關(guān)，同一 類型同一比轉(zhuǎn)速的水輪機(jī)，在小容量時(shí)使用水頭較低，在容量較大時(shí)使用水頭較 高為了便于選擇水輪

15、機(jī)的型式，制定了水輪機(jī)inwt11晶too . RHi囚 * 一,MW）.十L凰忒輪機(jī)的應(yīng)用范舸圖C1卜一:水韭伉荷變牝時(shí)f現(xiàn)品液年U !較務(wù)的電站、可以通過調(diào)軽運(yùn)行機(jī)組臺(tái)數(shù) 單 可離性好*Jt其在擔(dān)鹿荷帕址從表中可以看出各類水輪機(jī)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(jī)選擇時(shí)若同一水頭段有多種機(jī)型可供選擇，則需要認(rèn)真分析各類水輪機(jī) 的特性并進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較以確定最適合的機(jī)型。不同類型的水輪機(jī)具有不同的適用范圍與特點(diǎn)，各類水輪機(jī)的特點(diǎn)可概括如下：1:1:沖擊式水輪機(jī)（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(dá) 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(shí)效率的變化平緩，對(duì)負(fù)荷變化適應(yīng)性強(qiáng)。C SHOT ON Ml &Ml DUAL CAMERA專業(yè)資料（4 4）裝置多噴嘴時(shí)通過調(diào)整噴嘴適用數(shù)目可獲高效運(yùn)行。（5 5）可使用折向器防止飛逸，減少緊急關(guān)機(jī)時(shí)引水管道中水擊壓力的上升（僅 上升 1515 流右）。若使用制動(dòng)噴嘴可使水輪機(jī)迅速剎車。（6 6）易磨損部件更換容易。2 2:混流式水輪機(jī)（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(jiǎn)單，價(jià)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(jī)（

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(yùn)輸方便。（3 3）軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)可在協(xié)聯(lián)方式運(yùn)行， 在水頭、 負(fù)荷變化時(shí)可實(shí)現(xiàn)高效運(yùn) 行。（4 4）在水頭、負(fù)荷變化較小，或裝機(jī)臺(tái)數(shù)較多的電站，可以通過調(diào)整運(yùn)行機(jī)組臺(tái)數(shù)使水輪機(jī)在高效區(qū)運(yùn)行。軸流定槳式水輪機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性好，尤其在擔(dān) 負(fù)基荷的低水頭電站較適用。4 4:斜流式水輪機(jī)（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(fù)荷變化時(shí)可保持高效率。（3 3）轉(zhuǎn)輪可以分解，加工運(yùn)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(jī)。（二）交界水頭區(qū)水輪機(jī)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(shí)，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(yùn)行效率比軸流式高。2 2）貫流式水輪機(jī)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(duì)潮汐電站，貫流式水輪機(jī)的適應(yīng)性強(qiáng)，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(jī)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(duì)尾水管部分進(jìn)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(jī)組全部處于

19、水下， 要求有嚴(yán)密的封閉結(jié)構(gòu)及良好 的通風(fēng)防潮措施，維護(hù)、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(jī)適用與水頭與負(fù)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(yùn)行，平均效率高于混流式水輪機(jī)。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(jī)組的尺寸。3 3）軸流式水輪機(jī)的空化系數(shù)大，約為同水頭段混流式水輪機(jī)的兩倍， 為保 證空化性能需增加廠房的水下開挖量。4 4）當(dāng)尾水管較長(zhǎng)時(shí)，軸流式水輪機(jī)比混流式水輪機(jī)易產(chǎn)生緊急關(guān)機(jī)時(shí)的抬 機(jī)現(xiàn)象。專業(yè)資料5 5）軸流式水輪機(jī)的軸向水推力系數(shù)約為混流式的 2-42-4 倍，推力軸承負(fù)荷大。此外軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)

20、輪及受油器等部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)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(jī)可獲得高于混流式水輪機(jī)的比轉(zhuǎn)速，因此，斜流式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速可高于混流式， 應(yīng)用斜流式水輪機(jī)可以減小發(fā)電機(jī)的 尺寸，但同樣條件，混流式水輪機(jī)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(fù)荷（50%50%負(fù)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(jī)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(jī)的結(jié)構(gòu)比斜流式簡(jiǎn)單，造價(jià)低，維

21、護(hù)方便，運(yùn)行可靠。但斜流 式轉(zhuǎn)輪可分解，加工，運(yùn)輸方便。5 5） 混流式水輪機(jī)的飛逸轉(zhuǎn)速比斜流式水輪機(jī)約高15%15%要求混流式水輪機(jī)有較 高的強(qiáng)度。在同樣的水頭與流量的條件下斜流式水輪機(jī)與混流式水輪機(jī)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(shí)，斜流式水輪機(jī)的最優(yōu)效率高于軸流式，在 40m40m 以 下水頭段應(yīng)用時(shí)，軸流式的最優(yōu)效率高于斜流式。在部分負(fù)荷時(shí)斜流式的效率稍 高一些。豪”h軻電武水輪飢刪豳水輪機(jī)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(zé)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(jī)的 nsns 高于斜流式，因此，軸流式 轉(zhuǎn)速高一些，水輪機(jī)與發(fā)電機(jī)的尺寸可小一些。 但當(dāng)水頭高于 60m60m 時(shí)，由于強(qiáng)度 與結(jié)構(gòu)的關(guān)系，軸流式轉(zhuǎn)輪的輪廓尺寸變大，會(huì)加大水輪機(jī)的重量。另外，由于 軸流式的飛逸轉(zhuǎn)速， 較斜流式高， 從強(qiáng)度方面考慮反而

23、使與軸流式水輪機(jī)相配的 發(fā)電機(jī)更重一些。3 3）兩者的結(jié)構(gòu)都較復(fù)雜，斜流式轉(zhuǎn)輪及其他過流部件要更復(fù)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(jī)的單位流量比切擊式大，但是當(dāng)水中含沙量較多 時(shí)，因受空化和磨損的限制，混流式水輪機(jī)采用的單位流量有時(shí)反比水斗式小。2 2）混流式水輪機(jī)的最高效率比水斗式高， 在水斗變化時(shí)效率的下降比切擊式小。 水斗式水輪機(jī)在負(fù)荷變化時(shí)效率的下降比混流式小，尤其是多噴嘴時(shí)可以調(diào)整使 用噴嘴的數(shù)目，有良好的負(fù)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(fù)荷時(shí)水頭損失較大，混流式水 輪機(jī)通過尾水管回收轉(zhuǎn)輪出口的動(dòng)能，可提高對(duì)水頭的利用率。4 4）切擊式水輪機(jī)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(jī)無軸向水推力，可以簡(jiǎn)化軸承的結(jié)。6 6）切擊式水輪機(jī)裝有折向器或制動(dòng)噴嘴，可以降低飛逸轉(zhuǎn)速。7 7）切擊式水輪機(jī)的 nsns 在 50-5550-55 （m.KVm.KV）以上時(shí)其效律會(huì)降低，同樣條件下，混 流式水輪機(jī)的比轉(zhuǎn)速較大，且效律不會(huì)降低?；炝魇降谋绒D(zhuǎn)速比水斗式高 10%-20%10%-20%可以減小機(jī)組的尺寸。8 8）當(dāng)有空蝕及泥沙磨損發(fā)生時(shí)經(jīng)過一定運(yùn)行時(shí)間后，由于過流部件的破壞會(huì)導(dǎo)

25、致水輪機(jī)的效率下 降比混流 式水輪機(jī) 少，根據(jù)國(guó) 外的實(shí) 例，在同樣 運(yùn)行 5000-10000h5000-10000h之后，切擊式與混流式的比較如圖五：水輪機(jī)比轉(zhuǎn)速的選擇水輪機(jī)的比轉(zhuǎn)速 nsns 包括了水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速，出力與水頭三個(gè)基本工作參數(shù)，他 綜合地反映了水輪機(jī)的特征。掌握比轉(zhuǎn)速與水輪機(jī)特性之間的關(guān)系、 正確地選擇 水輪機(jī)的比轉(zhuǎn)速，可以保證所選擇的水輪機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中有良好的能量指標(biāo)與空 化性能。1 1:水輪機(jī)的效率與比轉(zhuǎn)速的關(guān)系不同 nsns 的水輪機(jī)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(jī)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(jī)，其效率曲線較 平緩，比轉(zhuǎn)速較高的水輪機(jī)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(jī) :in11.5 駕輕*K切缶式與區(qū)薛但沖*降的it編運(yùn)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(jì)工況時(shí)，水輪機(jī)的效率急 劇下降。專業(yè)資料此外，每一種水輪機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)時(shí)，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(jī)具有最咼效率。2.2.各類水輪機(jī)比轉(zhuǎn)速的選擇各類水輪機(jī)的比轉(zhuǎn)速不僅與水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)和型式有關(guān)， 也與設(shè)計(jì)，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(guó)根據(jù)各自的實(shí)際水平，劃定了 各類水輪機(jī)的比轉(zhuǎn)速的界限與范圍， 并根據(jù)已生產(chǎn)的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的參數(shù)，用數(shù)理 統(tǒng)計(jì)法得出了關(guān)于水輪機(jī)比轉(zhuǎn)速的統(tǒng)計(jì)曲線或經(jīng)驗(yàn)公式。 當(dāng)已知水電站的水頭時(shí), 可用這些曲線或公式選擇水輪機(jī)的比轉(zhuǎn)速。I.I出力9-31不同 z 水輪機(jī)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、啊； L帀仙 kW)斜

28、逛式術(shù)輪機(jī)開比轉(zhuǎn)涯簡(jiǎn)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(jī)的比轉(zhuǎn)速與使用水頭關(guān)系：一般情況下，貫流式水輪機(jī)可獲 得比軸流式高約 10%10%勺比轉(zhuǎn)速，但根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外已生產(chǎn)的貫流式水輪機(jī)的統(tǒng)計(jì) 資料看，大部分貫流式水輪機(jī)的比轉(zhuǎn)速僅與軸流式水輪機(jī)相當(dāng)。(5) 切擊式水輪機(jī)比轉(zhuǎn)速與使用水頭關(guān)系：?jiǎn)无D(zhuǎn)輪單噴嘴水斗式水輪機(jī)的比轉(zhuǎn) 速主要與射流直徑比 d0/D1d0/D1 有關(guān)。 當(dāng)切擊式水輪機(jī)為多轉(zhuǎn)輪多噴嘴時(shí)， 水輪機(jī)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(gè)

29、轉(zhuǎn)輪的噴嘴數(shù)。對(duì)于單輪單噴嘴切擊式水輪機(jī)，我國(guó)水電站幾點(diǎn)設(shè)計(jì)手冊(cè)中推薦的 nsns 仁 f(H)f(H) 曲線如圖9-349-34所示。% pLiJ| L - |護(hù)當(dāng)切擊式水輪機(jī)具有多個(gè)轉(zhuǎn)輪(僅在橫軸式水輪機(jī)上可實(shí)現(xiàn))和噴嘴時(shí)，從理 論上可按VKrZ0KrZ0 倍增大水輪機(jī)的比轉(zhuǎn)速，但實(shí)際上選擇多轉(zhuǎn)輪多噴嘴水輪機(jī)的 比轉(zhuǎn)速時(shí)常受到下面條件的限制。1)1)對(duì)于單輪單噴式，為了提高水輪機(jī)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(duì)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(dāng)于單噴嘴 的 nsns1 1限制在最佳比轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。3)3)對(duì)于多輪

30、多噴式，對(duì)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(jī)的ttMronts皿-理K-:tMTZL二二石學(xué)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(jī)的 nsns 也不宜超過 6060，(m.KV)/m.KV)/因?yàn)榇讼匏賱t需在 同一水輪機(jī)軸上裝 3 3 個(gè)以上的轉(zhuǎn)輪，這是不經(jīng)濟(jì)的，這種情況下可考慮使用混流 式水輪機(jī)。對(duì)于多噴嘴切擊式水輪機(jī)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(jì)算整個(gè)水輪機(jī)的 ns.ns.(3 3)多泥沙河流水輪機(jī)比轉(zhuǎn)速的選擇上面所介紹的一些經(jīng)驗(yàn)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(jī)比轉(zhuǎn)速的選擇。對(duì)于多泥沙河流上的水電站，為了減輕過機(jī)泥沙對(duì)比轉(zhuǎn)速的水輪機(jī)的過流部件的磨損，同時(shí)考慮到空化與泥沙磨損的聯(lián)合作用，選擇水輪機(jī)的 比轉(zhuǎn)速時(shí)，應(yīng)該比清水電站低一些，降低水輪機(jī)比轉(zhuǎn)速的目的是為了降低轉(zhuǎn)輪流 道中的相對(duì)流速。國(guó)內(nèi)一些資料表明，多泥沙河流上的水電站，水輪機(jī)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(jī)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(yàn)，確定合適的比轉(zhuǎn)速。應(yīng)用上述的一些經(jīng)驗(yàn)公式選擇水輪機(jī)的比轉(zhuǎn)速時(shí)， 要充分考慮設(shè)計(jì)電站的具 體情況，還要考慮國(guó)內(nèi)水輪機(jī)的設(shè)計(jì)制造水平， 這樣才能保證所選擇的水輪機(jī)既 具有較高的能量指標(biāo)，又能保證機(jī)組的正常運(yùn)行。此外，在應(yīng)用比轉(zhuǎn)速的經(jīng)驗(yàn)公式時(shí)，還應(yīng)考慮到時(shí)代的變遷與技術(shù)的發(fā)展，可考慮采用一種動(dòng)態(tài)經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行水輪機(jī)比轉(zhuǎn)速的估算。動(dòng)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(yàn)公式中引入了表示時(shí)間因數(shù)的參數(shù) t,t,因此，不僅可以反映當(dāng)時(shí)水輪機(jī) 比轉(zhuǎn)速水平，還可以對(duì)今后的近

33、期發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行評(píng)估。 動(dòng)態(tài)比轉(zhuǎn)速經(jīng)驗(yàn)公式可用 數(shù)理統(tǒng)計(jì)法獲得。水泵水輪機(jī)的選型設(shè)計(jì):水泵水輪機(jī)型式的選擇1 1:裝置型式的選擇抽水蓄能水電站的機(jī)組可采用多種裝置型式。由水泵、水輪機(jī)、電動(dòng)機(jī)、發(fā)電 機(jī)或可逆式水泵水輪機(jī)、發(fā)電電動(dòng)機(jī)組合，構(gòu)成不同型式的抽水蓄能發(fā)電機(jī)組。 大型機(jī)組多采用豎軸布置，中小型機(jī)組有時(shí)采用橫軸布置。如圖 9-139-13 示，抽水蓄能電站的機(jī)組組合方式有四機(jī)式，三機(jī)式與二機(jī)式。 最早采用的型式為四機(jī)式，即水泵和水輪機(jī)分別配置各自的電動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)，由于設(shè)備多，占地多，投資高，目前已很少米用。三機(jī)式，即水泵、水輪機(jī)和發(fā)電電動(dòng)機(jī)三者以聯(lián)軸節(jié)相連。發(fā)電時(shí)，由水輪 機(jī)帶動(dòng)發(fā)電電動(dòng)機(jī)作

34、發(fā)電機(jī)組運(yùn)行， 抽水時(shí)由發(fā)電電動(dòng)機(jī)以電動(dòng)機(jī)方式運(yùn)行帶動(dòng) 水泵抽水，兩種方式其旋轉(zhuǎn)方向相同。三機(jī)式的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)組轉(zhuǎn)換運(yùn)行方式快， 不 必專設(shè)起動(dòng)設(shè)備。二機(jī)式，即水泵水輪機(jī)和發(fā)電電動(dòng)機(jī)構(gòu)成。 水泵水輪斤具有水泵和水輪機(jī)的 功能，轉(zhuǎn)輪正轉(zhuǎn)為水輪機(jī)運(yùn)行方式，反轉(zhuǎn)為水泵運(yùn)行方。發(fā)電電動(dòng)機(jī)機(jī)，也可以 作為電動(dòng)機(jī)。由于一機(jī)兩用，故機(jī)組造價(jià)低。但水泵水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪要兼顧水輪機(jī) 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(jī)專用機(jī)要稍低一些。目前二機(jī)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(jī) 做動(dòng)力機(jī)和采用多級(jí)離心泵作抽水機(jī)的組合方式，也可以采用多級(jí)水泵水輪機(jī)和 雙速發(fā)電電

35、動(dòng)機(jī)的二機(jī)式。表*13抽水薔能水力機(jī)組組合型式方向主機(jī)類播抽I立鈾S S躅機(jī)式PAfTGMGJ11畫三機(jī)式TMGrM(rPn1,iir1決尸一加泵申呵5 F-水槍機(jī)(Turbine) t嚴(yán)ff,水K WL (Pdiiip I)*電動(dòng)St電機(jī)(G繃Matxhh 覽申電Mntor-f rprjritr)2 2:水泵水輪機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)?；炝魇剿盟啓C(jī)的結(jié)構(gòu)與常規(guī)混流式水輪機(jī)相似， 但其轉(zhuǎn)輪一般按水泵工況設(shè)計(jì)，用水輪機(jī)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(jī)大 30%-40%30%-40%單級(jí)混流式水泵水輪機(jī)適用水頭可高 達(dá) 700700 米，在水頭高于 700700 米的電站，可考慮采用多