水轮机选型设计.docx
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水轮机选型设计
第一章水轮发机主要参数设计
第1节水轮机台数及型号选择
1.已知参数
1水库
正常蓄水位：
1684米；最低水位1678米；最高水位1686米；
2.尾水位
最高尾水位1520米；正常尾水位1509米;
3.水头
最大水头：
174米；加权平均水头；167米；最小水头147米;
.水轮机型式的选择
1.按我国水轮机型谱推荐的设计水头与比转速的关系
200020_2000
Hr"158.65
-20=138.8mkW
2•水轮机型式的选择
水轮机类型及其适用水头范围、比转速范围见表1—1⑴
表1—1水轮机类型及其适用范围
水轮机型式
适用水头范围（m）
比转速范围（m-kw）
反击式
混流式
30—700
50—300
斜流式
40—120
150—350
轴流式
3—80
200—850
贯流式
<20
600—1000
冲击式
射流式
300—1700
10—35
根据已知参数，本电站水轮机运行水头范围为：
147m—174m,比转速为：
138.8（m-kW）。
根据表1—1所列参数决定选用混流式水轮机。
3.电站装置方式的确定
水轮机装置方式是指水轮机轴的装置方向和机组的连接方式。
水轮机轴的装置分为立式
和卧式两种。
立式装置方式安装、拆卸方便，轴与轴承受力情况良好，发电机安装位置较高，
不易受潮，管理维护方便，但是开挖量较大。
卧式装置方式不会产生很大的集中荷重，厂房
的高度较低，但轴与轴承受力情况不好。
为了缩小厂房面积，高水头大中型电站一般采用立轴布置方式。
该电站最大水头为174m,故采用立式布置方式。
机组连接方式采用直接连接。
4.初选水轮机转轮型号
根据本电站水头变化范围H=147m—174m选择合适的水轮机转轮：
A378、A194、D10、
D126和D46,其参数见表1—2⑺。
表1—2初选水轮机转轮参数表
转轮
型号
推荐使用水头
H（m）
模型
转轮直径
D1cm
最优工况
限制工况
单位飞
逸转速
n1r
r/min
水推力系
数K
D1M
导叶
高度
b0
n11
r/min
Q11
3m/s
n
%
Q10
3m/s
n
%
dM
A378
180
0.35
69.00
588.24
92.8
712
89.10
0.073
123.6
0.2-0.26
0.35
0.2
A194
180
0.35
70.00
625.42
91.90
747
90.00
0.086
128
0.35
0.2
D10
200
0.4
66.50
520.00
90.50
584
88.70
0.045
123
0.4
0.16
D126
200
0.4
69.00
660.00
93.00
755
91.30
0.069
128.8
0.4
0.2
D46
200
0.4
67.50
548.00
91.60
639
89.40
0.045
122.3
0.4
0.16
5.拟定机组台数并确定单机容量
总装机容量N=65MW，保证出力：
Nb=30MW，年利用小时数：
4560h，取同步发电机
效率n=97%;通过试算HLA194、HLD46出力不满足要求，最终确定选用HLA378、HLD10
和HLD126三个方案。
方案列表如下：
表1—3水轮机组选型及台数汇总表
、->A»万案
HLA378
HLD10
HLD126
机组台数
一厶
——台
三台
四台
一厶
——台
三台
五台
_厶
——台
三台
五台
单机容量Ng
（kW）
32500
21666.7
16250
32500
21666.7
13000
32500
21666.7
13000
第2节各方案参数的计算
一.HLA378各参数的计算
1.计算转轮直径
水轮机额定出力为：
Pr
Ng_32500g一0.97
二33505kW
取最优单位转速nn0=69（r/min）与出力限制线交点的单位流量为设计工况点的单位流量Qno=O.72（m3/s）,对应的模型效率nm=0.888,暂取效率修正值△n=2%,则设计工况下原型
机效率n=nm+△n=0.888+0.02=0.908。
故水轮机转轮直径为：
D1
Pr
9.81QnHr.5n
33505.2
15
9.810.72158.65.0.908
=1.62m
我国规定的转轮直径系列，计算值处于标准值1.6m—1.8m之间，考虑到取1.6m偏小,
难以保证设计水头下发出额定出力；若取1.8m又太大，不经济。
故取非标准值D1=1.7m。
2•原型机效率n的计算
t=1一1一m5J—1-1-0.9285：
；5"948
效率修正值：
△沪0.948-0.928=0.02
3.判断单位参数是否需要修正
故单位参数无需修正，所以
6=n110=69（r/min）
4.计算原型机设计工况下的转速
n
n110.Hav
D1
69.167
1.7
=524.5r/min
据A378模型综合特性曲线，
取n=500r/min时水轮机的实际运行范围比n=600r/min时的运行
范围好，故取水轮机的转速
n=500r/min。
5.计算设计工况下单位转速
nn
根据标准同步转速圆整转速值，转速计算值介于同步转速
500r/min—600r/min之间.根
nn二=5001.7二67.5r/min
Hra/158.65
设计工况下单位转速与出力限制线交点的单位流量Q11=0.73m3/s,对应的模型效率
nm=0.883，则设计工况下原型机效率n限=nm+△n=0.883+0.02=0.903。
6.校核出力Pr
'215s
Pr二9.81QuD!
Hr'T限
215
=9.810.7251.7158.65.0.903-0.02
二36268kW
Pr
且Pr'—Pr_36268.2—33505.2_0076f10%。
所以出力Pr满足要求。
36268.2'°
7.确定水轮机的工作范围
nD1
5001.7
匚Hmax
v'174"
nD1
5001.7
.Hav
“67
nD1
5001.7
.Hmin
J147
=64.4r/min
65.8r/min
=70.1r/min
n11min
n11av
n11max
8.根据以上方法计算HLD10和HLD126型水轮机的各参数，计算结果见表1—4
表1—4HLA378型水轮机参数计算表
机组台数
2台
3台
4台
单机容量
32.5MW
21.7MW
16.3MW
转轮直径Di（m）
1.7
1.4
1.2
水轮机同步转速n
500r/min
600r/min
750r/min
单位转速nii
67.5r/min
66.7r/min
71.5r/min
最优单位转速niio
69r/min
水轮机效率（%）
0.903
0.897
0.907
水轮机出力Pr
36.3MW
24.5MW
18.0MW
水轮机运行范围
（r/min）
niimin
64.4
niimin
63.7
niimin
68.2
niiav
65.8
niiav
65.0
niiav
70.3
niimax
70.1
niimax
69.0
niimax
74.2
推存的最优方案
HLA378、机组台数2台
.HLD10各参数的计算
表1—5HLD10型水轮机参数计算表
机组台数
2台
3台
5台
单机容量「
32.5MW
21.7MW
16.3MW
转轮直径Di（m）
1.9
1.6
1.2
水轮机同步转速n
428.6r/min
500r/min
750r/min
单位转速nii
64.7r/min
63.5r/min
71.5r/min
最优单位转速nii0
66r/min
水轮机效率（%）
0.913
0.909
0.904
水轮机出力Pr
35.4MW
24.7MW
13.7MW
水轮机运行范围
（r/min）
niimin
61.7
niimin
64.4
niimin
68.2
niiav
63.0
niiav
65.8
niiav
69.6
niimax
67.2
niimax
70.1
niimax
74.2
推存的最优方案
HLD10、机组台数2台
三.HLD126参数的计算
机组台数
2台
3台
5台
单机容量
32.5MW
21.7MW
16.3MW
转轮直径Di（m）
1.6
1.3
1.0
水轮机同步转速n
600r/min
750r/min
1000r/min
单位转速n^
76.2r/min
77.4r/min
79.4r/min
最优单位转速n110
74r/min
水轮机效率（%）
0.932
0.93
0.927
水轮机出力Pr
34.6MW
22.8MW
13.8MW
水轮机运行范围
（r/min）
n11min
72.8
n11min
73.9
n11min
75.8
n11av
74.3
n11av
75.4
n11av
77.4
n11max
79.2
n11max
80.4
n11max
82.5
推存的最优方案
HLD126、机组台数2台
表1—6HLD126型水轮机参数计算表
第3节水轮机运转综合特性曲线的绘制
一.等效率线的绘制
1.在水轮机工作水头范围内取5个间隔均匀的水头（应包括涵漁、Hmax、
Hr对每个水头作等效率曲线qW。
计算每个水头对应的单位转速nii,以各转速在模型综合特性曲线上作一条直线与等效率线交于一序列点。
读出各交点的流量值.iim和效率值
Qm,计算出原型机的效率n和出力P。
然后作出个水头下的0二f（卩丿曲线。
2.在曲线旷丫曽;上以某效率值作水平线与曲线相交，找出个交点的h、p值。
3.作.坐标，并在其中绘制出计算中选取的水头值的水平线，将2中所得到的各交点按其二、值点到Ji''坐标中，连接各点既得到某效率值的等效率线。
4.等效率线的换算。
（1）HLA378等效率线的换算：
见表1—7
表1—7HLA378等效率线计算表
nD[血215„
n1^-=^-^n11、P=9.81QnD1H「"t
Jh
Hi=174m
H2=170m
H3=167m
n仆=64.4r/min
n仆=
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