水電站ZSDZ-5

1、水水 電電 站站第四章第四章 水輪機(jī)選型水輪機(jī)選型 水輪機(jī)是水電站中最主要?jiǎng)恿υO(shè)備之一，影水輪機(jī)是水電站中最主要?jiǎng)恿υO(shè)備之一，影響電站的投資、制造、運(yùn)輸、安裝、安全運(yùn)行、響電站的投資、制造、運(yùn)輸、安裝、安全運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)濟(jì)效益。 根據(jù)根據(jù)H、N的范圍選擇水輪機(jī)的范圍選擇水輪機(jī)是水電站主要是水電站主要設(shè)計(jì)任務(wù)之一，目標(biāo)是使水電站設(shè)計(jì)任務(wù)之一，目標(biāo)是使水電站充分利用水能，充分利用水能，安全可靠運(yùn)行。安全可靠運(yùn)行。 第一節(jié)第一節(jié) 水輪機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)系列水輪機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)系列一、水輪機(jī)的系列型譜一、水輪機(jī)的系列型譜v我國(guó)在我國(guó)在1974年編制了反擊式水輪機(jī)暫行系列型譜，年編制了反擊式水輪機(jī)暫行系列型譜，其中所

2、列出的轉(zhuǎn)輪，是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐驗(yàn)證在某一其中所列出的轉(zhuǎn)輪，是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐驗(yàn)證在某一水頭段的性能優(yōu)異的轉(zhuǎn)輪。水頭段的性能優(yōu)異的轉(zhuǎn)輪。v型譜中，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪型號(hào)規(guī)定一律用比轉(zhuǎn)速代號(hào)。型譜中，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪型號(hào)規(guī)定一律用比轉(zhuǎn)速代號(hào)。v軸流式、混流式、軸流式、混流式、ZD760型、水斗式水輪機(jī)系列型、水斗式水輪機(jī)系列型譜參數(shù)見(jiàn)表型譜參數(shù)見(jiàn)表4-1表表4-5。二、水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱直徑系列二、水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱直徑系列(cm)253035(40)42506071(80)84100120140160180200225250275300330380410450500550600650700750800850900950100

3、0說(shuō)明：括號(hào)內(nèi)的數(shù)字表示僅適用于軸流式水輪機(jī)。說(shuō)明：括號(hào)內(nèi)的數(shù)字表示僅適用于軸流式水輪機(jī)。三、水輪發(fā)電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)同步轉(zhuǎn)速三、水輪發(fā)電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)同步轉(zhuǎn)速磁極對(duì)數(shù)磁極對(duì)數(shù)345789101214同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速n1000750600428.6375333.3300250214.3磁極對(duì)數(shù)磁極對(duì)數(shù)161820222426283032同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速n187.5166.7150136.4125115.4107.110093.8磁極對(duì)數(shù)磁極對(duì)數(shù)3436384042444850同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速n88.283.3797571.468.262.560四、水輪機(jī)系列應(yīng)用范圍圖四、水輪機(jī)系列應(yīng)用范圍圖第二節(jié)第二節(jié) 水輪機(jī)

4、選擇水輪機(jī)選擇一、水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)的內(nèi)容一、水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)的內(nèi)容v 確定機(jī)組臺(tái)數(shù)及單機(jī)容量確定機(jī)組臺(tái)數(shù)及單機(jī)容量v 選擇水輪機(jī)型式（型號(hào)）及裝置方式選擇水輪機(jī)型式（型號(hào)）及裝置方式v 確定水輪機(jī)參數(shù)確定水輪機(jī)參數(shù)D1、n、Hs、Za；Z0、d0v 繪制水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線繪制水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線1. 確定蝸殼、尾水管的形式及其尺寸，估算水輪機(jī)確定蝸殼、尾水管的形式及其尺寸，估算水輪機(jī)的重量和價(jià)格。的重量和價(jià)格。v 調(diào)速器及油壓裝置選擇調(diào)速器及油壓裝置選擇v 根據(jù)選定的水輪機(jī)根據(jù)選定的水輪機(jī)型式和參數(shù)型式和參數(shù)，結(jié)合水輪機(jī)在，結(jié)合水輪機(jī)在結(jié)構(gòu)上、材料、運(yùn)行等方面的要求，擬定并向結(jié)構(gòu)上、材料、運(yùn)行等方面

5、的要求，擬定并向廠家提出廠家提出制造任務(wù)書(shū)制造任務(wù)書(shū)，最終雙方，最終雙方共同共同商定機(jī)組商定機(jī)組的技術(shù)條件，作為進(jìn)一步設(shè)計(jì)的依據(jù)。的技術(shù)條件，作為進(jìn)一步設(shè)計(jì)的依據(jù)。 二、水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)的基本要求二、水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)的基本要求v 有較好的能量特性，在額定水頭下能保證發(fā)出額有較好的能量特性，在額定水頭下能保證發(fā)出額定出力，額定水頭以下的機(jī)組受阻容量小，水電定出力，額定水頭以下的機(jī)組受阻容量小，水電站全廠機(jī)組平均效率高。站全廠機(jī)組平均效率高。v 性能要與水電站的整體運(yùn)行方式和諧一致，運(yùn)行性能要與水電站的整體運(yùn)行方式和諧一致，運(yùn)行穩(wěn)定，可靠靈活。有良好的抗空蝕和抗磨損性能，穩(wěn)定，可靠靈活。有良好的抗空蝕

6、和抗磨損性能，對(duì)多泥沙河流的電站更應(yīng)如此。對(duì)多泥沙河流的電站更應(yīng)如此。v 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，便于安裝與操作、檢修與維護(hù)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，便于安裝與操作、檢修與維護(hù)。v 選擇生產(chǎn)實(shí)力強(qiáng)、制造技術(shù)水平高、合作信譽(yù)好選擇生產(chǎn)實(shí)力強(qiáng)、制造技術(shù)水平高、合作信譽(yù)好的制造廠商。的制造廠商。v 考慮適度合理的經(jīng)濟(jì)節(jié)省原則?？紤]適度合理的經(jīng)濟(jì)節(jié)省原則。n水輪機(jī)產(chǎn)品技術(shù)資料：系列型譜、生產(chǎn)廠家、產(chǎn)品目水輪機(jī)產(chǎn)品技術(shù)資料：系列型譜、生產(chǎn)廠家、產(chǎn)品目錄、模型綜合特性曲線。錄、模型綜合特性曲線。n水電站技術(shù)資料：河流梯級(jí)開(kāi)發(fā)方案、水庫(kù)的調(diào)節(jié)性水電站技術(shù)資料：河流梯級(jí)開(kāi)發(fā)方案、水庫(kù)的調(diào)節(jié)性能、水電站布置方案、地形、地質(zhì)、水質(zhì)、

7、泥沙情況、能、水電站布置方案、地形、地質(zhì)、水質(zhì)、泥沙情況、總裝機(jī)容量、水電站運(yùn)輸、安裝技術(shù)條件；水文資料：總裝機(jī)容量、水電站運(yùn)輸、安裝技術(shù)條件；水文資料： 特征流量及特征水頭、下游水位流量關(guān)系曲線。特征流量及特征水頭、下游水位流量關(guān)系曲線。n水電站有關(guān)經(jīng)濟(jì)資料：機(jī)電設(shè)備價(jià)格、工程單價(jià)、年水電站有關(guān)經(jīng)濟(jì)資料：機(jī)電設(shè)備價(jià)格、工程單價(jià)、年運(yùn)行費(fèi)等。運(yùn)行費(fèi)等。n電力系統(tǒng)資料：系統(tǒng)負(fù)荷構(gòu)成，水電站的作用及運(yùn)行電力系統(tǒng)資料：系統(tǒng)負(fù)荷構(gòu)成，水電站的作用及運(yùn)行方式等。方式等。三、所需要的有關(guān)資料三、所需要的有關(guān)資料四、機(jī)組臺(tái)數(shù)及單機(jī)容量的選擇四、機(jī)組臺(tái)數(shù)及單機(jī)容量的選擇 已知總裝機(jī)容量已知總裝機(jī)容量(=Z0N

8、單單)，N單單不同，不同，D1、n 、Hs、均不同。均不同。 1、機(jī)組臺(tái)數(shù)與機(jī)電設(shè)備制造的關(guān)系、機(jī)組臺(tái)數(shù)與機(jī)電設(shè)備制造的關(guān)系 N總總一定，一定，Z0多多N單單尺寸（尺寸（D1）?。┬≈圃爝\(yùn)輸容制造運(yùn)輸容易易造價(jià)高造價(jià)高(單位千瓦耗材多、制造量大單位千瓦耗材多、制造量大)。 所以一般選用較大的所以一般選用較大的N單單。 2、機(jī)組臺(tái)數(shù)與電站投資的關(guān)系、機(jī)組臺(tái)數(shù)與電站投資的關(guān)系 Z0多多單位千瓦投資單位千瓦投資閥門(mén)、調(diào)速、管道、輻設(shè)、閥門(mén)、調(diào)速、管道、輻設(shè)、電氣等增加電氣等增加廠房尺寸增加。廠房尺寸增加。 N單單D1尾水管高度低尾水管高度低開(kāi)挖少開(kāi)挖少投資少投資少3、機(jī)組臺(tái)數(shù)與運(yùn)行效率的關(guān)系、機(jī)組臺(tái)

9、數(shù)與運(yùn)行效率的關(guān)系 Z0平均效率平均效率(1) 擔(dān)任基荷時(shí)：出力變化小，流量變化穩(wěn)定，可用擔(dān)任基荷時(shí)：出力變化小，流量變化穩(wěn)定，可用較少的臺(tái)數(shù)，使水輪機(jī)可以在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)以最優(yōu)較少的臺(tái)數(shù)，使水輪機(jī)可以在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)以最優(yōu)工況運(yùn)行，其平均效率也比較高。工況運(yùn)行，其平均效率也比較高。(2) 擔(dān)任峰荷時(shí)：出力變化幅度大，應(yīng)該選用較多的擔(dān)任峰荷時(shí)：出力變化幅度大，應(yīng)該選用較多的臺(tái)數(shù)，以增加其運(yùn)行靈活性，提高整體運(yùn)行效率。臺(tái)數(shù)，以增加其運(yùn)行靈活性，提高整體運(yùn)行效率。(3) 對(duì)于軸流定漿和混流式水輪機(jī)，可以選用較多的對(duì)于軸流定漿和混流式水輪機(jī)，可以選用較多的臺(tái)數(shù)，而對(duì)于軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)因其調(diào)節(jié)性能好，臺(tái)數(shù)，而

10、對(duì)于軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)因其調(diào)節(jié)性能好，可以選用較少的機(jī)組?？梢赃x用較少的機(jī)組。 4、機(jī)組臺(tái)數(shù)與電站運(yùn)行維護(hù)工作的關(guān)系、機(jī)組臺(tái)數(shù)與電站運(yùn)行維護(hù)工作的關(guān)系v臺(tái)數(shù)多，運(yùn)行靈活，事故影響小，但同時(shí)增加了臺(tái)數(shù)多，運(yùn)行靈活，事故影響小，但同時(shí)增加了事故的幾率，也增加了管理人員、提高了運(yùn)行費(fèi)，事故的幾率，也增加了管理人員、提高了運(yùn)行費(fèi)，所以不宜采用過(guò)多的臺(tái)數(shù)。所以不宜采用過(guò)多的臺(tái)數(shù)。v總之總之，一般應(yīng)采用較大的，一般應(yīng)采用較大的N單單，較少的臺(tái)數(shù)，但，較少的臺(tái)數(shù)，但一般至少應(yīng)選一般至少應(yīng)選2臺(tái)，少數(shù)情況下可選臺(tái)，少數(shù)情況下可選1臺(tái)。中大型臺(tái)。中大型電站一般選電站一般選46臺(tái)，根據(jù)機(jī)組的制造水平和裝機(jī)臺(tái)，根據(jù)機(jī)

11、組的制造水平和裝機(jī)容量也可以選用更多的臺(tái)數(shù)，如葛洲壩共容量也可以選用更多的臺(tái)數(shù)，如葛洲壩共21臺(tái)，臺(tái)，裝機(jī)裝機(jī)2715MW，三峽，三峽26700共裝機(jī)共裝機(jī)18200MW。 五、水輪機(jī)型號(hào)及主要參數(shù)的確定五、水輪機(jī)型號(hào)及主要參數(shù)的確定 依據(jù)：依據(jù)：N單單，特征水頭，特征水頭(Hmax、Hmin、Hav、Hr) 1、 根據(jù)水輪機(jī)系列型譜選擇根據(jù)水輪機(jī)系列型譜選擇 型號(hào)的選擇主要取決于水頭。各種水輪機(jī)都有型號(hào)的選擇主要取決于水頭。各種水輪機(jī)都有一定的使用范圍，根據(jù)電站運(yùn)行水頭的范圍，直接一定的使用范圍，根據(jù)電站運(yùn)行水頭的范圍，直接查系列型譜，確定水輪機(jī)的型號(hào)。查系列型譜，確定水輪機(jī)的型號(hào)。 如果兩

12、種型號(hào)均可采用，應(yīng)進(jìn)行方案比較。如果兩種型號(hào)均可采用，應(yīng)進(jìn)行方案比較。 這種方法有時(shí)難以獲得最優(yōu)設(shè)計(jì)效果。這種方法有時(shí)難以獲得最優(yōu)設(shè)計(jì)效果。2、專題研究法、專題研究法 對(duì)特別重要的工程或特別大型的水電站，為對(duì)特別重要的工程或特別大型的水電站，為了獲得最優(yōu)設(shè)計(jì)效果，根據(jù)水電站的具體參數(shù)，了獲得最優(yōu)設(shè)計(jì)效果，根據(jù)水電站的具體參數(shù)，進(jìn)行專門(mén)設(shè)計(jì)，但所需時(shí)間和費(fèi)用高。進(jìn)行專門(mén)設(shè)計(jì)，但所需時(shí)間和費(fèi)用高。3、查系列范圍圖法、查系列范圍圖法 根據(jù)水電站的水頭范圍和單機(jī)出力，在系列根據(jù)水電站的水頭范圍和單機(jī)出力，在系列范圍總圖中查出適應(yīng)的型號(hào)，以及對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)輪直范圍總圖中查出適應(yīng)的型號(hào)，以及對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)輪直徑、轉(zhuǎn)速

13、及吸出高度。當(dāng)有兩種機(jī)型可供選擇時(shí)，徑、轉(zhuǎn)速及吸出高度。當(dāng)有兩種機(jī)型可供選擇時(shí)，一般選用較大的直徑。一般選用較大的直徑。ZZ440系列水輪機(jī)應(yīng)用范圍系列水輪機(jī)應(yīng)用范圍4、采用套用機(jī)組、采用套用機(jī)組 根據(jù)目前國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行的電站資料，在根據(jù)目前國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行的電站資料，在特征水頭相近、特征水頭相近、N單單適當(dāng)，經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)相近時(shí)，優(yōu)適當(dāng)，經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)相近時(shí)，優(yōu)先套用已經(jīng)生產(chǎn)過(guò)的機(jī)組，這樣可以節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間、先套用已經(jīng)生產(chǎn)過(guò)的機(jī)組，這樣可以節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間、盡早供貨、提前發(fā)電。盡早供貨、提前發(fā)電。 5、直接查產(chǎn)品樣本、直接查產(chǎn)品樣本 直接查設(shè)備廠家的產(chǎn)品樣本，適用于小型電站。直接查設(shè)備廠家的

14、產(chǎn)品樣本，適用于小型電站。6、統(tǒng)計(jì)分析法、統(tǒng)計(jì)分析法 對(duì)大量已建水電站的參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出水輪機(jī)對(duì)大量已建水電站的參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出水輪機(jī)各參數(shù)之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，再根據(jù)本電站的參數(shù)選擇。各參數(shù)之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，再根據(jù)本電站的參數(shù)選擇。六、反擊式水輪機(jī)主要參數(shù)的確定六、反擊式水輪機(jī)主要參數(shù)的確定 確定了水輪機(jī)的型號(hào)后，再計(jì)算水輪機(jī)的主確定了水輪機(jī)的型號(hào)后，再計(jì)算水輪機(jī)的主要參數(shù)：要參數(shù)： 轉(zhuǎn)輪直徑轉(zhuǎn)輪直徑D1，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速n、吸出高、吸出高Hs。 D1、n應(yīng)該滿足：在應(yīng)該滿足：在Hr下，發(fā)出下，發(fā)出Nr；在；在Hav時(shí)，時(shí)，最高。最高。 吸出高吸出高Hs應(yīng)滿足：防止水輪機(jī)汽蝕，開(kāi)挖深應(yīng)滿足：防止水輪機(jī)

15、汽蝕，開(kāi)挖深度合理。度合理。 七、 按綜合特性曲線選擇水輪機(jī)按綜合特性曲線選擇水輪機(jī)1、D1的確定的確定rrrHHDQN21181. 92/31181.9rrHQND Nr(水輪機(jī)額定出力水輪機(jī)額定出力) Nr= Nf /f 用用 H=Hr計(jì)算。計(jì)算。：原型水輪機(jī)在限制工況下的效率，在：原型水輪機(jī)在限制工況下的效率，在D1未確定時(shí)未確定時(shí) 一般先取一般先取=M+ (=23%)，求得，求得D1后再修正。后再修正。(4) Q1 在在N= Nr時(shí)，取限制工況下的時(shí)，取限制工況下的Q1，并查出限制工況，并查出限制工況的的M 混流水輪機(jī)由混流水輪機(jī)由5%出力限制線得到，出力限制線得到，軸流軸流式由汽蝕式

16、由汽蝕條件得到，或限制條件得到，或限制HS反推反推z，以防止開(kāi)挖過(guò)多。，以防止開(kāi)挖過(guò)多。 z為水輪機(jī)裝置的汽蝕系數(shù)。為水輪機(jī)裝置的汽蝕系數(shù)。HHsz900102、的修正計(jì)算的修正計(jì)算 查查綜合特性曲線綜合特性曲線得出得出Mmax，換算得出，換算得出max。 =max-Mmax-1-2 1=1%2%(表示工藝水平表示工藝水平)，2=1%3%(表示異表示異形部件，即原型水輪機(jī)和模型水輪機(jī)的蝸殼和尾形部件，即原型水輪機(jī)和模型水輪機(jī)的蝸殼和尾水管不一樣水管不一樣) 如如=M+，與假定出入太大，應(yīng)重新計(jì)算。，與假定出入太大，應(yīng)重新計(jì)算。 3、轉(zhuǎn)速的選擇、轉(zhuǎn)速的選擇 n1用最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速用最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速n10

17、， n10=n10M+n1,水頭水頭H=Ha。 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n隨工況而變，要選發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速相近而偏大隨工況而變，要選發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速相近而偏大的標(biāo)準(zhǔn)同步轉(zhuǎn)速。的標(biāo)準(zhǔn)同步轉(zhuǎn)速。11011DHnnDHnna4、工作范圍的驗(yàn)算、工作范圍的驗(yàn)算 求出水輪機(jī)的參數(shù)求出水輪機(jī)的參數(shù)D1、n后，在模型綜合特性曲后，在模型綜合特性曲線上繪出水輪機(jī)的相似工作范圍，檢驗(yàn)是否包括線上繪出水輪機(jī)的相似工作范圍，檢驗(yàn)是否包括了高效率區(qū)，以驗(yàn)證了高效率區(qū)，以驗(yàn)證D1、n的合理性。的合理性。 方法方法：根據(jù)：根據(jù)Nr、D1、Hr求出求出Q1max，由，由Hmax、Hmin、D1、n求出：求出：n1min和和n1max，在綜合特性曲，在

18、綜合特性曲線上以線上以Q1max、n1min和和n1max作直線，此范圍即作直線，此范圍即為水輪機(jī)的相似工作范圍為水輪機(jī)的相似工作范圍 5、HS的計(jì)算的計(jì)算 計(jì)算公式：計(jì)算公式： 水輪機(jī)方案確定后，根據(jù)水輪機(jī)運(yùn)行條件、水輪機(jī)方案確定后，根據(jù)水輪機(jī)運(yùn)行條件、水電站的開(kāi)挖情況等進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。水電站的開(kāi)挖情況等進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定。 rsHkH90010第三節(jié)第三節(jié) 水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線的繪制水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線的繪制v研究目的研究目的：進(jìn)一步分析比較原型水輪機(jī)各方案之進(jìn)一步分析比較原型水輪機(jī)各方案之間的能量特性，指導(dǎo)水輪機(jī)的安全運(yùn)行。間的能量特性，指導(dǎo)水輪機(jī)的安全運(yùn)行。v綜合反映原型水輪機(jī)

19、綜合反映原型水輪機(jī)H、N、Hs等參數(shù)之間的等參數(shù)之間的關(guān)系曲線關(guān)系曲線v組成：組成：N為橫座標(biāo)，為橫座標(biāo)，H為縱座標(biāo)，繪有為縱座標(biāo)，繪有=f(H,N) Hs=f(H,N), 出力限制線。反映能量特性、空蝕特出力限制線。反映能量特性、空蝕特性、運(yùn)行限制范圍。性、運(yùn)行限制范圍。v繪制方法：繪制方法：根據(jù)模型綜合特性曲線，通過(guò)相似定根據(jù)模型綜合特性曲線，通過(guò)相似定律換算而來(lái)。律換算而來(lái)。 水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線等效率線等效率線等吸出等吸出高度線高度線一、一、HL水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線v 等效率線等效率線=f(H,N)v 在在Hmax ,Hmin之間，取之間，取46個(gè)特征個(gè)

20、特征H，其中要，其中要包括包括Hmax，Hmin，Hr，Ha，繪制每個(gè)水頭下，繪制每個(gè)水頭下的的=f(N)v 效率修正；效率修正；v 單位轉(zhuǎn)速和單位流量的修正；單位轉(zhuǎn)速和單位流量的修正；v 運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線的計(jì)算；運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線的計(jì)算；HmaxHrHHminH3/2=N=9.81D12H3/2Q1H3/2=N=9.81D12H3/2Q1H3/2=N=9.81D12H3/2Q1H3/2=N=9.81D12H3/2Q1MQ1NMQ1NMQ1NMQ1N5%出力限制線等效率曲線計(jì)算表等效率曲線計(jì)算表111nHnDnM111nHnDnM111nHnDnM111nHnDnMv 為了保證繪制運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線的精確

21、性，在H、N網(wǎng)格上至少繪出三個(gè)水頭，其中包括Hmax、Hmin和Hr(或Hav)。對(duì)每一個(gè)水頭，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的n1。v 在輪系綜合特性曲線上繪制n1的水平線，并查出其與等效率線交點(diǎn)的坐標(biāo)(M, Q1)；v 計(jì)算出原型水輪機(jī)的效率；v 按照公式N=9.81Q1D12H3/2計(jì)算水輪機(jī)的出力；(5) 輔助曲線的繪制：以效率輔助曲線的繪制：以效率為縱坐標(biāo)，出力為縱坐標(biāo)，出力N為橫為橫坐標(biāo)，用表中的數(shù)據(jù)，對(duì)每個(gè)水頭繪制一條工作坐標(biāo)，用表中的數(shù)據(jù)，對(duì)每個(gè)水頭繪制一條工作特性曲線。見(jiàn)圖特性曲線。見(jiàn)圖1。圖圖1圖圖2(6) 運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線的繪制運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線的繪制 以水頭為縱坐標(biāo)，出力為橫坐標(biāo)，繪出坐標(biāo)系

22、。見(jiàn)圖2。 在圖2上繪出幾個(gè)特征水頭的水平線。 在圖1上選取幾個(gè)整數(shù)效率值，畫(huà)出水平線，與輔助曲線形成一些交點(diǎn)。 將上面結(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)繪在圖2上。 將相同效率數(shù)值的點(diǎn)用曲線相連。就繪成了水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)綜合特性曲線的等效率曲線。v 出力限制線的繪制出力限制線的繪制 Hr是是N= Nr時(shí)的最小水頭，當(dāng)時(shí)的最小水頭，當(dāng)HHr時(shí)，水輪機(jī)限時(shí)，水輪機(jī)限制在制在N= Nr內(nèi)；內(nèi)；A（Nr ，Hr） 當(dāng)當(dāng)HHr時(shí)，水輪機(jī)則受到時(shí)，水輪機(jī)則受到5%出力限制線的限制，對(duì)出力限制線的限制，對(duì)限制線上各點(diǎn)分別計(jì)算，得限制線上各點(diǎn)分別計(jì)算，得出出B(Hmin, Nmin)，連接，連接A和和B，即為，即為HHr時(shí)，水輪機(jī)出力受

23、時(shí)，水輪機(jī)出力受發(fā)電機(jī)額定出力的限制，為垂直線。當(dāng)發(fā)電機(jī)額定出力的限制，為垂直線。當(dāng)H40m時(shí)，可用鋼時(shí)，可用鋼板襯砌防滲板襯砌防滲(H 最大達(dá)最大達(dá)80m)2. 金屬蝸殼金屬蝸殼v當(dāng)當(dāng)H40m時(shí)采用金屬蝸時(shí)采用金屬蝸殼。其斷面為圓形，適殼。其斷面為圓形，適用于用于中高水頭中高水頭的水輪機(jī)。的水輪機(jī)。v鋼板焊接：鋼板焊接：H=40200m，鋼板拼裝焊接。鋼板拼裝焊接。v鑄鋼蝸殼鑄鋼蝸殼：H200m時(shí)，鋼板太厚，不易焊接，與時(shí)，鋼板太厚，不易焊接，與座環(huán)一起鑄造而成的鑄鋼蝸殼，其運(yùn)輸困座環(huán)一起鑄造而成的鑄鋼蝸殼，其運(yùn)輸困難。難。 二、蝸殼的主要參數(shù)二、蝸殼的主要參數(shù) 1.斷面型式與斷面參數(shù)斷面型

24、式與斷面參數(shù) 金屬蝸殼金屬蝸殼：圓形結(jié)構(gòu)：圓形結(jié)構(gòu)參數(shù)參數(shù)：座環(huán)外徑、內(nèi)：座環(huán)外徑、內(nèi)徑、導(dǎo)葉高度、蝸殼徑、導(dǎo)葉高度、蝸殼斷面半徑、蝸殼外緣斷面半徑、蝸殼外緣半徑。半徑。 混凝土蝸殼：混凝土蝸殼：“T”形。形。 (1) m=n時(shí)：稱為對(duì)稱型式時(shí)：稱為對(duì)稱型式 (2) mn：下伸式：下伸式 (3) mn：上伸式：上伸式 (4) n=0：平頂蝸殼：平頂蝸殼v中間斷面：中間斷面： 蝸殼頂點(diǎn)、底角點(diǎn)的變化規(guī)律按直線或拋物線確蝸殼頂點(diǎn)、底角點(diǎn)的變化規(guī)律按直線或拋物線確定。定。 蝸殼中間斷面蝸殼中間斷面金屬蝸殼金屬蝸殼 混凝土蝸殼混凝土蝸殼2. 蝸殼包角蝸殼包角 v蝸殼末端蝸殼末端(鼻端鼻端)到蝸殼進(jìn)口斷

25、面之間的中心角到蝸殼進(jìn)口斷面之間的中心角0(1) 金屬蝸殼：金屬蝸殼：0=340350,常取常取345(2) 混凝土蝸殼：混凝土蝸殼：0=180270,一般取一般取180，一，一大部分水流直接進(jìn)入導(dǎo)葉，為非對(duì)稱入流，對(duì)轉(zhuǎn)輪大部分水流直接進(jìn)入導(dǎo)葉，為非對(duì)稱入流，對(duì)轉(zhuǎn)輪不利）不利） 3、蝸殼進(jìn)口平均流速：、蝸殼進(jìn)口平均流速： 進(jìn)口斷面流量進(jìn)口斷面流量 Qmax水輪機(jī)的最大引用流量。水輪機(jī)的最大引用流量。 VcFchw；VcFchw； 一般由一般由HrVC曲線確定曲線確定VC 0max360QQcrccHV金屬蝸殼流速系數(shù)金屬蝸殼流速系數(shù)混凝土蝸殼進(jìn)口斷面流速系數(shù)混凝土蝸殼進(jìn)口斷面流速系數(shù)三、蝸殼的

26、水力計(jì)算三、蝸殼的水力計(jì)算v 水力計(jì)算的目的水力計(jì)算的目的: 確定蝸殼各中間斷面的尺寸，確定蝸殼各中間斷面的尺寸，繪出蝸殼單線圖，為廠房設(shè)計(jì)提供依據(jù)。繪出蝸殼單線圖，為廠房設(shè)計(jì)提供依據(jù)。 已知：已知：n 水流在蝸殼中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律水流在蝸殼中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 水流進(jìn)入蝸殼后，形成一種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)水流進(jìn)入蝸殼后，形成一種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(環(huán)流環(huán)流)，之后，之后進(jìn)入導(dǎo)葉進(jìn)入導(dǎo)葉, 水流速度分解為水流速度分解為Vr、Vu。 進(jìn)入座環(huán)時(shí)，按照均勻軸對(duì)稱入流的要求，進(jìn)入座環(huán)時(shí)，按照均勻軸對(duì)稱入流的要求，Vr=常常數(shù)。數(shù)。cbarVDDbQH,00max0maxbDQVar 圓周流速圓周流速Vu的變化規(guī)律，有兩種基本假定：的變

27、化規(guī)律，有兩種基本假定： (1) 速度矩速度矩Vur= C 假定蝸殼中的水流是一種軸對(duì)稱有勢(shì)流，忽略粘假定蝸殼中的水流是一種軸對(duì)稱有勢(shì)流，忽略粘 性及摩擦力，性及摩擦力，Vu會(huì)隨會(huì)隨r的增加而減小。的增加而減小。 (2) 圓周流速圓周流速Vu=C：即假定：即假定Vu=VC=C3. 蝸殼的水力計(jì)算按蝸殼的水力計(jì)算按(Vu=VC=C) （1 1）金屬蝸殼水力計(jì)算）金屬蝸殼水力計(jì)算(i) 蝸殼進(jìn)口斷面：蝸殼進(jìn)口斷面：v斷面半徑：斷面半徑： v從軸心線到蝸殼外緣半徑：從軸心線到蝸殼外緣半徑： ccccVQVQF00max360CcVQF00maxmax360maxmax2arR(ii) 中間斷面中間斷

28、面( )由此可以繪出蝸殼平面圖單線圖。其步驟為：由此可以繪出蝸殼平面圖單線圖。其步驟為：(i) 確定確定0 和和VC ；(ii) 求求Fc、max、Rmax；(iii) 由由i確定確定Fi、i、Ri。max0360QQiiciuiiVQVQF0max360CiiVQ0max360iairR2 i(2) 混凝土蝸殼的水力計(jì)算混凝土蝸殼的水力計(jì)算(半解析法半解析法) (1) 按進(jìn)口流速求進(jìn)口斷面積；按進(jìn)口流速求進(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，使其寸，使其(3) 選擇頂角與底角點(diǎn)的變化規(guī)律選擇頂角與底角點(diǎn)的變化規(guī)律(直線

29、或拋物線直線或拋物線)，以，以虛線表示并畫(huà)出虛線表示并畫(huà)出1、2、3.等中間斷面。等中間斷面。(4) 測(cè)算出各斷面的面積，繪出：測(cè)算出各斷面的面積，繪出：F = f(R)關(guān)系曲線。關(guān)系曲線。(5) 按按 繪出繪出F = f()直線。直線。(6) 根據(jù)根據(jù)i確定確定Fi、Ri及斷面尺寸，繪出平面單線圖。及斷面尺寸，繪出平面單線圖。 ciuiiVQVQF0max360cFF第五節(jié)第五節(jié) 尾水管的型式及其主要尺寸尾水管的型式及其主要尺寸一、尾水管型式 直錐形直錐形用于小型水輪機(jī)用于小型水輪機(jī) 彎錐形彎錐形用于臥軸水輪機(jī)用于臥軸水輪機(jī) 彎肘形彎肘形（大中型電站）（大中型電站） 常見(jiàn)尾水管的形式常見(jiàn)尾水

30、管的形式直錐形直錐形常見(jiàn)尾水管的形式常見(jiàn)尾水管的形式彎錐形彎錐形彎肘形彎肘形彎肘型尾水管彎肘型尾水管v減小廠房開(kāi)挖深度，水力性能好，大中型號(hào)水輪減小廠房開(kāi)挖深度，水力性能好，大中型號(hào)水輪機(jī)均采用彎肘型尾水管。機(jī)均采用彎肘型尾水管。組成：組成：直錐段、肘管、出口擴(kuò)散段。直錐段、肘管、出口擴(kuò)散段。軸流式水輪機(jī) 混流式水輪機(jī)1. 進(jìn)口直錐段：進(jìn)口直錐段：v進(jìn)口直錐段是一個(gè)垂直的圓錐形擴(kuò)散管，進(jìn)口直錐段是一個(gè)垂直的圓錐形擴(kuò)散管，D3為為直錐管進(jìn)口直徑，直錐管進(jìn)口直徑，為錐管單邊擴(kuò)散角。為錐管單邊擴(kuò)散角。v混流式：直錐管與基礎(chǔ)環(huán)相接，混流式：直錐管與基礎(chǔ)環(huán)相接，(轉(zhuǎn)輪出口直徑轉(zhuǎn)輪出口直徑)， =7 9v

31、軸流式：與轉(zhuǎn)輪室里襯相連接，軸流式：與轉(zhuǎn)輪室里襯相連接，D3=0.937D1，=8 10。vh3直錐段高度，其長(zhǎng)度增加將會(huì)導(dǎo)致開(kāi)挖直錐段高度，其長(zhǎng)度增加將會(huì)導(dǎo)致開(kāi)挖量增加。一般在直錐段加鋼板襯。量增加。一般在直錐段加鋼板襯。2. 肘管：肘管： 90變斷面的彎管，進(jìn)口為圓形斷面，出口為變斷面的彎管，進(jìn)口為圓形斷面，出口為矩形斷面。矩形斷面。F進(jìn)進(jìn)/F出出=1.3v曲率半徑曲率半徑R小小離心力大離心力大壓力、流速分布?jí)毫?、流速分布不均勻不均勻hw大。大。R=(0.61.0)D4v為減小轉(zhuǎn)彎處的脫為減小轉(zhuǎn)彎處的脫流及渦流損失，肘流及渦流損失，肘管出口收縮斷面管出口收縮斷面(hc)： 高高/寬寬=0.25。3、出口擴(kuò)散段：、出口擴(kuò)散段：v矩形擴(kuò)散管，出口寬度矩形擴(kuò)散管，出口寬度B5，vB5很大時(shí)，加隔墩很大時(shí)，加隔墩d5=(0.10.15) B5v頂板頂板 =1013，底板水平。，底板水平。4.尾水管的高度與水平長(zhǎng)度尾水管的高度與水平長(zhǎng)度v尾水管的總高度和總長(zhǎng)度是影響尾水管性能的重要尾水管的總高度和總長(zhǎng)度是影響尾水管性能的重要因素。因素。vH=h1+h2+h3+h4 h1，h2由轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)確定由轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)確定;