第2章：水力機械選型

1、HSJ第二章 葉片式流體機械的選型第一節(jié) 流體機械產(chǎn)品的標準化與系列化一個矛盾用戶：性能參數(shù)的多樣性價格低、質(zhì)量可靠維修方便制造商：滿足多樣要求：單件或小批量生產(chǎn)，價格、質(zhì)量、維修難以保證滿足價格、質(zhì)量、維修要求：大批量生產(chǎn)，參數(shù)難以滿足不同用戶要求解決辦法：三化（標準化、系列化、通用化）流體機械的系列型譜主要考慮因素：流動特性和結(jié)構(gòu)（強度、材料）型譜的主要內(nèi)容：1）模型的數(shù)量模型、“系列” 和 “型式”2）葉輪的標準直徑“品種”確定品種數(shù)量的依據(jù)：效率降低值HSJ第二節(jié) 中、小型水輪機的系列型譜一、水輪機型號的編制方法水輪機型式轉(zhuǎn)輪型號（比轉(zhuǎn)速）水輪機型式轉(zhuǎn)輪型號（比轉(zhuǎn)速）主軸布置型式引水主

2、軸布置型式引水室的特征室的特征轉(zhuǎn)輪直徑轉(zhuǎn)輪直徑水輪機型式代表符號水輪機型式代表符號水輪機型式代表符號混流式水輪機HL切擊（水斗）式水輪機CJ軸流轉(zhuǎn)漿水輪機ZZ斜擊式水輪機XJ軸流定漿式水輪機ZD雙擊式水輪機SJ斜流式水輪機XL可逆混流式水泵水輪機HLN貫流轉(zhuǎn)漿式水輪機GZ可逆軸流轉(zhuǎn)漿式水泵水輪機ZZN貫流定漿式水輪機GD可逆斜流式水泵水輪機XLNHSJ主軸布置型式和引水室特征代表符號 沖擊式水輪機直徑表示：標稱直徑：名 稱 代表符號 名 稱 代表符號 立 軸 L 明 槽 M 臥 軸 W 明 槽 有 壓 MY 金屬蝸殼 J 罐 式 G 混凝土蝸殼 H 虹吸式 X 燈泡式 P 軸伸式 Z 豎 井

3、式 S 直徑射流數(shù)射流直徑型號示例： HL220LJ5502CJ30W120210HSJ二、中小型軸流式、混流式水輪機轉(zhuǎn)輪的系列型譜表 6-3 軸流式入譜轉(zhuǎn)輪主要參數(shù) 最 優(yōu) 工 況 限 制 工 況 備注 推薦使用水頭 m 轉(zhuǎn)輪 型號 模型轉(zhuǎn)輪直徑 Dm mm 導葉相對高度 b0 輪轂比 dh 葉片數(shù) 單位轉(zhuǎn)速 n11 rs 單位流量 Q11 m3s 效率 比轉(zhuǎn)速 nS m? kW 單位流量 Q11 m3s 效率 空化系數(shù) m 615 ZZ560a 460 0.4 0.330.38 4 140 1.06 89.0 569 2.0 84.2 0.83 暫用 1222 ZZ560 460 0.4

4、0.350.40 4 140 1.08 88.3 554 1.9 84.0 0.71 HSJ混流式入譜轉(zhuǎn)輪主要參數(shù) 最 優(yōu) 工 況 限 制 工 況 備注 推薦使用水頭 m 轉(zhuǎn)輪型號 模型轉(zhuǎn)輪直徑 Dm mm 導葉相對高度 b0 單位轉(zhuǎn)速 n11 rs 單位流量 Q11 m3s 效率 比轉(zhuǎn)速 nS m? kW 單位流量 Q11 m3s 效率 空化系數(shù) m 2045 HL240 460 0.365 72 1.10 91.0 240 1.24 90.4 0.2 暫用 3560 HL260A244 350 0.315 80 1.08 91.7 263 1.275 86.5 0.15 230320 HL

5、90D54 400 0.12 62 0.203 91.7 94 0.266 87.8 0.033 暫用 300400 HL90D54 400 0.12 62 0.203 91.7 94 0.266 87.8 0.033 標準直徑系列HSJ三、中小型軸流式、混流式水輪機產(chǎn)品系列型譜HSJ第三節(jié) 水輪機的選型計算一、原始資料，選型任務(wù)及原則（一）水輪機選型的原始資料 1）水電站的水頭和流量：Hmax、Hmin：運行范圍內(nèi)的最大與最小水頭；設(shè)計水頭Hd：最高效率點的凈水頭；額定水頭Hr：能發(fā)出額定功率的最小凈水頭；加權(quán)平均水頭Hw，加權(quán)平均值；最大流量qVmax：流經(jīng)電站的流量的最大值；額定流量qV

6、r：額定水頭、轉(zhuǎn)速，功率時的流量。HSJ2）上下游水位標高（海拔高程）。3）水電站的裝機容量，機組臺數(shù)，及初步選擇的水輪機轉(zhuǎn)輪型號、參數(shù)、直徑和轉(zhuǎn)速。4）調(diào)節(jié)保證要求值。5）水電站的水質(zhì)資料，如河流含砂量及砂粒大小等。6）水輪機輸水管道尺寸及布置情況。7）水電站允許的最大挖深值。8）運輸及安裝條件。原始資料，選型任務(wù)及原則HSJ系統(tǒng)的負荷分配9）水電站的運行情況，如水電站在電力系統(tǒng)中擔任峰荷或基荷的情況，是否要作調(diào)相機運行等。HSJ（二）選型計算的任務(wù)1）水輪機的類型和轉(zhuǎn)輪型號。2）水輪機的結(jié)構(gòu)型式。3）保證發(fā)出額定功率的轉(zhuǎn)輪直徑。4）水輪機的額定轉(zhuǎn)速和飛逸轉(zhuǎn)速。5）所有運行水頭和功率下水輪機

7、的效率和吸出高度值，即繪出水輪機的運轉(zhuǎn)特性曲線。6）軸向推力及葉片力矩的計算。7）調(diào)節(jié)保證計算。8）輔助設(shè)備的選擇。HSJ（三）選型的一般原則電站的水輪機選型是復雜的系統(tǒng)工程，對工程的綜合效益有重大影響主要的技術(shù)經(jīng)濟因素：工程的綜合利用：發(fā)電、航運、防洪、灌溉、養(yǎng)殖、旅游機組：效率、空化、穩(wěn)定性、尺寸、價格土建：工程造價、施工難度、工期制造：設(shè)計、毛坯、加工運輸：安裝：HSJ水力角度：max，av；NPSH；D；n；成本；比速系數(shù)：在保證安全的條件下 nSHnKSHSJ二、用系列型譜使用范圍圖和系列使用范圍圖選型HSJZZ500系列使用范圍圖900SShHHSJ三、根據(jù)綜合特性曲線進行選型計算

8、1、選擇水輪機的系列（水頭段）2、轉(zhuǎn)輪直徑：參數(shù)：P ：單機額定功率（考慮電機效率）Q11 ：混流式5%功率限制線 or HS 軸流式HS or 效率231181. 9HQPD （最小尺寸原則）HSJ混流式水輪機選型時單位流量的確定HSJZZ式水輪機選型時單位流量的確定HSJ轉(zhuǎn)速計算 ：先近似取值，然后修正H額定水頭Hr（?。┗麨闃藴手睆?（通常向大方向）允許采用非標準直徑的情況： 大機組 or 高轉(zhuǎn)速3、轉(zhuǎn)速注意：最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速 和 加權(quán)平均水頭DHnnw110發(fā)電機同步轉(zhuǎn)速（?。?pn3000HSJ檢查正確性HmaxHminHSJ7、允許吸出高度HS的計算8、飛逸轉(zhuǎn)速計算單位飛逸轉(zhuǎn)速HDn

9、nRR11飛逸系數(shù)11011nnKRR混流式的飛逸特性HSJ混流及軸流定槳式的最大飛逸轉(zhuǎn)速DHnnRmaxmax11max轉(zhuǎn)槳式的飛逸特性HSJ轉(zhuǎn)槳式的最大飛逸轉(zhuǎn)速HSJ9、軸向水推力及葉片水力矩的計算離心式軸向水推力的產(chǎn)生HSJ減壓孔與減壓板HSJ軸向水推力的估算作用于軸流式葉片的力單位軸向力max24HDKFh111zuFFFHDFFhh211HSJ抬機事故軸向力特性防止措施分段關(guān)閉HSJ10、水輪機重量估算四、水輪機運轉(zhuǎn)特性曲線的繪制HSJ1、工作特性曲線f（P）的繪制選定若干水頭（包括Hmax、Hmin、Hr、Hw）HSJ轉(zhuǎn)向點HSJ3、功率限制線的繪制發(fā)電機功率限制水輪機功率限制定槳

10、式、轉(zhuǎn)槳式HSJ轉(zhuǎn)槳式的功率限制HSJ4、等吸出高度線的繪制輔助曲線HSf（P）HSJ輔助曲線 Pf（Q11）HSJ運轉(zhuǎn)特性曲線匯總HSJ檢查直徑與轉(zhuǎn)速的合理性HnDn11HDqQV211211nnDH2/3211HDgQP HSJ第四節(jié) 葉片泵的系列型譜與選型計算一、離心葉輪的切割（一）切割定律（經(jīng)驗公式經(jīng)驗公式）（二）切割拋物線及其應(yīng)用2222AADDqqVV222bb22tgtgDDHH22DDqqVV222DDHH322DDPP2VKqH HHDqqDDVV 222AAHSJ切割葉輪的出口速度三角形：討論條件：A2，2不變u2w2c2u2D2如果有cm2 D2，則三角形相似此時有H D

11、22，qV D2切割定理對應(yīng)工況HSJ（三）最大允許切割量和切割高效區(qū)允許切割量 與nS 的關(guān)系切割高效區(qū)HSJ二、葉片泵的系列型譜泵產(chǎn)品的特點：用途廣泛、要求各異、批量大型譜的特點：綜合劃分水力、結(jié)構(gòu)、用途（一）農(nóng)用水泵的分類方法1、大類排灌機械2、小類：混合劃分 離心泵、混流泵、軸流泵、井用泵、地表潛水泵、噴灌機械、水輪泵、手動泵、特種泵3、系列：結(jié)構(gòu)型式、用途、材料相同，部件通用，參數(shù)按規(guī)律分布4、品種規(guī)格：按基本參數(shù)劃分，不同系列參數(shù)不同。品種還可分規(guī)格HSJ機械產(chǎn)品大大 類類小小 類類離 心 泵混 流 泵軸 流 泵井 用 泵排灌機械系系 列列單 級 離 心 泵多 級 離 心 泵單 級

12、 雙 吸 泵自 吸 離 心 泵品品 種種型型 號號IB5032125規(guī)規(guī) 格格IB5032125AIB5032160HSJ（三）葉片泵的系列型譜其他產(chǎn)品系列 泵的 “系列” 概念：更強調(diào)結(jié)構(gòu)、材料、零部件的通用化程度； 不再以比轉(zhuǎn)速作為劃分系列的依據(jù)。 系列：結(jié)構(gòu)形式、用途、材料相同，除過流部件外，其它零部件通用程度高，基本參數(shù)按一定規(guī)律分布的產(chǎn)品。 同一系列中，可由若干比轉(zhuǎn)速按一定規(guī)律變化的水力模型換算構(gòu)成系列中的全部產(chǎn)品。不同的系列中，則可能有相同的水力模型HSJ泵的系列型譜圖HSJ二 葉片泵的選型計算（一）原始資料及選型原則任務(wù)的分類：專用與通用產(chǎn)品1、泵選型的原始資料排灌泵站：1）系統(tǒng)的揚程和流量Hmax、Hd、Hmin、Hav、qVmax、qVmin、qVd2）系統(tǒng)的總?cè)萘浚üβ剩?）輸送介質(zhì)資料，例如水中含砂量及砂粒大小等4）管道尺寸及布置情況5）系統(tǒng)的運行情況HSJ2. 泵選型的原則1）滿足流量及揚程要求2）效率高，同時不發(fā)生空蝕和動力超載的現(xiàn)象3）機電設(shè)備和土建投資少4）便于操作維修，運行和管理費用小5）盡量選用標準化、系列化的產(chǎn)品和相同型號的泵（二）葉片泵選型的計算1、用系列型譜圖或產(chǎn)品特性曲線進行選型（現(xiàn)有產(chǎn)品）注意事項：專用與通用系列臺數(shù)：多方案比較各揚程時的實際流量考慮管網(wǎng)特性以后：平均揚程對應(yīng)于泵的高效范