水輪機(jī)的選型設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上水輪機(jī)的選型設(shè)計水輪機(jī)選型時水電站設(shè)計的一項重要任務(wù)。水輪機(jī)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(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：水輪機(jī)選擇的內(nèi)容（1） 確定單機(jī)容量及機(jī)組臺數(shù)。（2） 確定機(jī)型和裝置型式。（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)。對于沖擊式水輪機(jī)，

2、還包括確定射流直徑與噴嘴數(shù)等。（4） 繪制水輪機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線。（5） 估算水輪機(jī)的外形尺寸，重量及價格。 wertyp9ed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. 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，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(jī)的要求。在幾個可能的方案中詳細(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） 保證在設(shè)計水頭下水輪機(jī)能發(fā)生額定出力，在低于設(shè)計水頭時機(jī)組的受阻容量盡可能小。（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)型式及參數(shù)，使電站運(yùn)行中平均效率

3、盡可能高。（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） 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） 機(jī)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） 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. 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際情況相吻合，在很大程度上取決于對原始資料的調(diào)查、匯集和校核。根據(jù)初步設(shè)計的深度和廣度的要求，

4、通常應(yīng)具備下述的基本技術(shù)資料：（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Hmax、最小水頭Hmin,加權(quán)平均水頭Ha，設(shè)計水頭Hr，各種特征流量Qmin、Qmax、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(jī)容量，保證出力以及水電站下游水位流量關(guān)系曲線。（2） 電力系統(tǒng)資料：包括電力系統(tǒng)負(fù)荷組成，設(shè)計水平年負(fù)荷圖，典型日負(fù)荷圖，遠(yuǎn)景負(fù)荷；設(shè)計電廠在系統(tǒng)中的作用與地位，例如調(diào)

5、峰、基荷、調(diào)相、事故設(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，問題點等。（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(jì)性；大型部件整件出廠與分塊運(yùn)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(xì)地資料，包括水質(zhì)的化學(xué)成分，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在設(shè)計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：應(yīng)用統(tǒng)

6、計資料選擇水輪機(jī)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(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)、n11=f(H)、Q11=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)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(dāng)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)計曲線或經(jīng)驗公式確定水輪機(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)。這種方法在國外被廣泛采用。2：按水

7、輪機(jī)系列型譜選擇水輪機(jī)在一些國家，對水輪機(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，并通過模擬實驗獲得了各型號水輪機(jī)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(jī)型譜與模型綜合特性曲線選擇水輪機(jī)的型號與參數(shù)。我國與原蘇聯(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)計提供了便利，可使選型工作簡化與標(biāo)準(zhǔn)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)計電站的要求時，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、制造出符合要求的水輪機(jī)。同時，要不斷完善、更新水輪機(jī)型譜。3：要套用法選擇水輪機(jī)這種方法是

8、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(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)計于制造水平的差異，90年代設(shè)計的電站若直接套用60年代電站的水輪機(jī)，往往會使水輪機(jī)的參數(shù)偏低。因此必要時對已建電站的水輪機(jī)參數(shù)作適當(dāng)修正后再套用。我國過去應(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(jī)選型的科學(xué)性與合理性。三：機(jī)組臺數(shù)選擇

9、 對于一個確定了總裝機(jī)容量的水電站，機(jī)組臺數(shù)對的多少將直接影響到電廠的動能經(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(jì)論證。 1：機(jī)組臺數(shù)對工程建設(shè)費用的影響機(jī)組臺式的多少直接影響單機(jī)容量的大小，單機(jī)容量不同時機(jī)組的單位千瓦造價不同，一般小機(jī)組的單位千瓦造價高于大機(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也較大。除主要機(jī)電設(shè)備外機(jī)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(jī)容量條件下，水電站的土建工程及動力廠房的成本也隨機(jī)組的增加而增加。2：機(jī)組臺數(shù)對電站運(yùn)

10、行效率的影響 當(dāng)采用不同的機(jī)組臺數(shù)時，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，這對于預(yù)計經(jīng)常滿負(fù)荷運(yùn)行的水電站獲得的效益較顯著。但是對于變動負(fù)荷的水電站，若采用過少的機(jī)組臺數(shù)，雖單機(jī)效率高，但在部分負(fù)荷時由于負(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)，這會使電站的平均效率降低。電站的最佳裝機(jī)臺數(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，臺數(shù)對電站的運(yùn)行效率的影響不同。對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，效率變化劇烈。若機(jī)組臺數(shù)多一些，則可通過調(diào)整開機(jī)臺數(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。但是對于轉(zhuǎn)

11、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)組臺數(shù)對電站運(yùn)行效率的影響較小。3：機(jī)組臺數(shù)對電廠運(yùn)行維護(hù)的影響 機(jī)組臺數(shù)較多時，其優(yōu)點是運(yùn)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)較多時運(yùn)行人員增加，運(yùn)行用的材料、消耗品增加，因而運(yùn)行費用高。同時，較多的設(shè)備與較頻繁的開停機(jī)會使整個電站的事故發(fā)生率上升。4：機(jī)組臺數(shù)對設(shè)備制造、運(yùn)輸及安裝的影響 機(jī)組臺數(shù)增加時，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)場安裝都較容易。反之，臺數(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。

12、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)組的最大容量有時也會因此受到限制。5：機(jī)組臺數(shù)對電力系統(tǒng)的影響 對于占電力系統(tǒng)容量比重大的水電廠及大型機(jī)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(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1/3。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(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)組臺數(shù)多采用偶數(shù)。同時為了運(yùn)行方式的機(jī)動

13、靈活及保證機(jī)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(jī)組。 對于裝置大型機(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)組臺數(shù)的選擇不必受偶數(shù)的限制。 以上與機(jī)組臺數(shù)有關(guān)的諸因素，許多是既相互聯(lián)系又相互矛盾的，在選擇時應(yīng)針對主要因素，進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選擇出合理地機(jī)組臺數(shù)。4、 水輪機(jī)型式的選擇 根據(jù)水電站的實際情況正確地選擇水輪機(jī)型式是水輪機(jī)選型設(shè)計中的一個重要環(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。（1） 各類水

14、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 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.為了便于選擇水輪機(jī)的型式，制定了水輪機(jī) 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，各類水輪機(jī)的特點可概括如下: 1:沖擊式水輪機(jī)（以切擊式為代表）（1） ns較低，適用于250m以上的水頭，最高可達(dá)1700m.

15、（2） 轉(zhuǎn)輪周圍的水流是無壓的，不存在密封問題。（3） 出力變化時效率的變化平緩，對負(fù)荷變化適應(yīng)性強(qiáng)。（4） 裝置多噴嘴時通過調(diào)整噴嘴適用數(shù)目可獲高效運(yùn)行。（5） 可使用折向器防止飛逸，減少緊急關(guān)機(jī)時引水管道中水擊壓力的上升（僅上升15%左右）。若使用制動噴嘴可使水輪機(jī)迅速剎車。（6） 易磨損部件更換容易。2：混流式水輪機(jī)（1） 比轉(zhuǎn)速范圍廣，適用水頭范圍廣，可適用30-1700m.（2） 結(jié)構(gòu)簡單，價格低。（3） 裝有尾水管，可減少轉(zhuǎn)輪出口水流損失。3：軸流式水輪機(jī)（1） ns較高，具有較大的過流能力，適用于30-80m水頭范圍。（2） 轉(zhuǎn)輪可以分解，加工運(yùn)輸方便。（3） 軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)可

16、在協(xié)聯(lián)方式運(yùn)行，在水頭、負(fù)荷變化時可實現(xiàn)高效運(yùn)行。（4） 在水頭、負(fù)荷變化較小，或裝機(jī)臺數(shù)較多的電站，可以通過調(diào)整運(yùn)行機(jī)組臺數(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)簡單，可靠性好，尤其在擔(dān)負(fù)基荷的低水頭電站較適用。4：斜流式水輪機(jī)（1） 其ns與應(yīng)用水頭范圍介于軸流式和混流式之間。（2） 葉片可調(diào)，在水頭與負(fù)荷變化時可保持高效率。（3） 轉(zhuǎn)輪可以分解，加工運(yùn)輸方便。（4） 中低水頭的抽水蓄能電站，常適用斜流式水輪機(jī)。（2） 交界水頭區(qū)水輪機(jī)型式的選擇（1） 貫流式與軸流式的比較： 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，

17、運(yùn)行效率比軸流式高。 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）對潮汐電站，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）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）燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組全部處于水下，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） 軸流式與混流式的比較 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)。

18、 2）在相同的水頭下，軸流式的ns高于混流式，有利于減小機(jī)組的尺寸。 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）當(dāng)尾水管較長時，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)時的抬機(jī)現(xiàn)象。 5）軸流式水輪機(jī)的軸向水推力系數(shù)約為混流式的2-4倍，推力軸承負(fù)荷大。此外軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪及受油器等部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價高。(3) 混流式與斜流式比較：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） 混

19、流式的最高效率要比斜流式高0.5%-1%，但在部分負(fù)荷（50%負(fù)荷）混流式的效率要比斜流式低約5%。兩者比較圖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） 混流式水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)比斜流式簡單，造價低，維護(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） 混流式水輪機(jī)的飛逸轉(zhuǎn)速比斜流式水輪機(jī)約高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)比較表（4） 斜流式與軸流式的比較：1） 在應(yīng)用水頭為60m以上時，斜流式水輪機(jī)的最優(yōu)效率高于軸流式，在40m以下水頭段

20、應(yīng)用時，軸流式的最優(yōu)效率高于斜流式。在部分負(fù)荷時斜流式的效率稍高一些。2） 在同樣的水頭與出力情況下，軸流式水輪機(jī)的ns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60m時，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)度方面考慮反而使與軸流式水輪機(jī)相配的發(fā)電機(jī)更重一些。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60米）和出力條件下，兩者的參數(shù)比較見表9-7.（5） 混流式與水斗式的比較：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

21、多時，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反比水斗式小。2） 混流式水輪機(jī)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(jī)在負(fù)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(fù)荷適應(yīng)性。3） 切擊式安裝在最高尾水位以上，尤其在部分負(fù)荷時水頭損失較大，混流式水輪機(jī)通過尾水管回收轉(zhuǎn)輪出口的動能，可提高對水頭的利用率。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） 切擊式水輪機(jī)無軸向水推力，可以簡化軸承的結(jié)。6） 切擊式水輪機(jī)裝有折向器或制動噴嘴，可以降低飛逸轉(zhuǎn)速。7） 切擊式水輪機(jī)的n

22、s在50-55（m.KW）以上時其效律會降低，同樣條件下，混流式水輪機(jī)的比轉(zhuǎn)速較大，且效律不會降低。混流式的比轉(zhuǎn)速比水斗式高10%-20%，可以減小機(jī)組的尺寸。8） 當(dāng)有空蝕及泥沙磨損發(fā)生時經(jīng)過一定運(yùn)行時間后，由于過流部件的破壞會導(dǎo)致水輪機(jī)的效率下降比混流式水輪機(jī)少，根據(jù)國外的實例，在同樣運(yùn)行5000-10000h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ns包括了水輪機(jī)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(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)在實際運(yùn)行中有良好的能量指標(biāo)與空化性能。1：水輪機(jī)的效

23、率與比轉(zhuǎn)速的關(guān)系 不同ns的水輪機(jī)具有不同的效率特性，圖9-13中表示了不同ns的混流式水輪機(jī)的效率出力特性N=f(P%).從圖中可知比轉(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)（ns=570m.KW）,其高效率去很狹窄，在偏離設(shè)計工況時，水輪機(jī)的效率急劇下降。此外，每一種水輪機(jī)都有自己的最佳比轉(zhuǎn)速范圍。圖9-32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13-18范圍內(nèi)效率最高，混流式的比轉(zhuǎn)速在150-250范圍內(nèi)效率最高，軸流定槳式的比轉(zhuǎn)速在500-600范圍內(nèi)效率最高。在選擇水輪機(jī)

24、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(jī)具有最高效率。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，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(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)計法得出了關(guān)于水輪機(jī)比轉(zhuǎn)速的統(tǒng)計曲線或經(jīng)驗公式。當(dāng)已知水電站的水頭時，可用這些曲線或公式選擇水輪機(jī)的比轉(zhuǎn)速。（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%的比轉(zhuǎn)速，但根據(jù)目前國內(nèi)外已生產(chǎn)的貫流式水輪機(jī)的統(tǒng)計資料看，大部分貫流式水輪機(jī)的比轉(zhuǎn)速僅與

25、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：單轉(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/D1有關(guān)。當(dāng)切擊式水輪機(jī)為多轉(zhuǎn)輪多噴嘴時，水輪機(jī)的比轉(zhuǎn)速為：ns=ns1KrZ0式中ns1單輪單噴嘴的比轉(zhuǎn)速，Kr轉(zhuǎn)輪數(shù)，Z0每個轉(zhuǎn)輪的噴嘴數(shù)。對于單輪單噴嘴切擊式水輪機(jī)，我國水電站幾點設(shè)計手冊中推薦的ns1=f(H)曲線如圖9-34所示。 當(dāng)切擊式水輪機(jī)具有多個轉(zhuǎn)輪（僅在橫軸式水輪機(jī)上可實現(xiàn)）和噴嘴時，從理論上可按KrZ0倍增大水輪機(jī)的比轉(zhuǎn)速，但實際上選擇多轉(zhuǎn)輪多噴嘴水輪機(jī)的比轉(zhuǎn)速時常受到下面條件的限制。1） 對于單輪單噴式，為了提高水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速與出力，可選擇較大的d0/D1值，

26、即可以選擇較大的比轉(zhuǎn)速。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(dāng)于單噴嘴的ns1限制在最佳比轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。3） 對于多輪多噴式，對應(yīng)于單輪單噴的ns1應(yīng)選擇在最佳比轉(zhuǎn)速范圍，一般取ns1=10-20(m.KW),整體水輪機(jī)的ns也不宜超過60，（m.KW）因為此限速則需在同一水輪機(jī)軸上裝3個以上的轉(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ns1,再根據(jù)轉(zhuǎn)輪數(shù)目Kr 與噴嘴數(shù)Z0計算整個水輪機(jī)的ns.（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)驗公式及區(qū)線一般僅適用于水質(zhì)較好的水電站的水輪

27、機(jī)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(jī)泥沙對比轉(zhuǎn)速的水輪機(jī)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(jī)的比轉(zhuǎn)速時，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)輪流道中的相對流速。國內(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ns都較低，ns=1320/Hr-1360/Hr(m.KW)之間。因此，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，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(jī)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(jī)的設(shè)計制造水平，這樣才能保證所選擇

28、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(jìn)行水輪機(jī)比轉(zhuǎn)速的估算。動態(tài)比轉(zhuǎn)速的形式為：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,因此，不僅可以反映當(dāng)時水輪機(jī)比轉(zhuǎn)速水平，還可以對今后的近期發(fā)展趨勢進(jìn)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(jī)的選型設(shè)計一：水泵水輪機(jī)型式的選擇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)、電動機(jī)、發(fā)電機(jī)或可逆式水泵水輪機(jī)、發(fā)電電動機(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

29、小型機(jī)組有時采用橫軸布置。如圖9-13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，目前已很少采用。三機(jī)式，即水泵、水輪機(jī)和發(fā)電電動機(jī)三者以聯(lián)軸節(jié)相連。發(fā)電時，由水輪機(jī)帶動發(fā)電電動機(jī)作發(fā)電機(jī)組運(yùn)行，抽水時由發(fā)電電動機(jī)以電動機(jī)方式運(yùn)行帶動水泵抽水，兩種方式其旋轉(zhuǎn)方向相同。三機(jī)式的優(yōu)點是機(jī)組轉(zhuǎn)換運(yùn)行方式快，不必專設(shè)起動設(shè)備。二機(jī)式，即水泵水輪機(jī)和發(fā)電電動機(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)電電動機(jī)機(jī)，也可以作為電動機(jī)。由于一機(jī)兩用，故機(jī)組造價低。但水泵水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪要兼顧水輪機(jī)和水泵兩種工況的性能，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)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)做動力機(jī)和采用多級離心泵作抽水機(jī)的組合方式，也可以采用多級水泵水輪機(jī)和雙速發(fā)電電動機(jī)的二機(jī)式。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9-14所示。(1)混流式水泵水輪機(jī)。混流式水泵水輪機(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，用水輪機(jī)工況校核。在相同水頭和功率情條件下，其