（上）培訓課件-水力機械—水電站水輪機

1、水力機械水力機械水電站水輪機水電站水輪機培訓課件培訓課件- -水力水力機械機械水電站水電站水輪機水輪機上上水力機械水力機械n水輪機水輪機+ +發(fā)電機：發(fā)電機： 水輪發(fā)電機組水輪發(fā)電機組 功能：功能： 發(fā)電發(fā)電n水水 泵泵+ +電動機：電動機： 水泵抽水機組。水泵抽水機組。 功能：功能： 輸水輸水n水水 泵泵+ +水輪機：水輪機： 抽水蓄能機組。抽水蓄能機組。 功能：功能： 抽水蓄能抽水蓄能第一篇 水輪機 水輪機是將水輪機是將水能轉(zhuǎn)變?yōu)樾苻D(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)機械能轉(zhuǎn)機械能，從而帶動發(fā)電機從而帶動發(fā)電機發(fā)出電能的一種機械，是水發(fā)出電能的一種機械，是水電站動力設備之一。電站動力設備之一。第一章第一章 水輪

2、機的類型、構(gòu)造及工作原理水輪機的類型、構(gòu)造及工作原理1.1 1.1 水輪機的工作參數(shù)水輪機的工作參數(shù) 水輪發(fā)電機組裝置原理圖水輪發(fā)電機組裝置原理圖 反映水輪機工作狀況特性值的一些參反映水輪機工作狀況特性值的一些參數(shù)，稱水輪機的根本參數(shù)。數(shù)，稱水輪機的根本參數(shù)。 由水能出力公式由水能出力公式: NQH 可知，其根本可知，其根本參數(shù)包括工作水頭參數(shù)包括工作水頭H、流量、流量Q、出力、出力N、效、效率率，此外還有工作力矩，此外還有工作力矩M、機組轉(zhuǎn)速、機組轉(zhuǎn)速n。一、水頭一、水頭( (head)head) 1.1.毛水頭毛水頭( (nominal productive head) nominal p

3、roductive head) H HM M=E=EU U-E-ED D= =Z ZU U- -Z ZD D 2. 2.水輪機的工作水頭水輪機的工作水頭 毛水頭毛水頭 - - 水頭損失水頭損失= =凈水頭凈水頭 H HG G= =E EA A- - E EB B= =H HM M - - h hI-AI-A 3.3.特征水頭特征水頭( (characteristic head)characteristic head)表示水輪機的運行范圍和運行工況。表示水輪機的運行范圍和運行工況。n最大工作水頭：最大工作水頭： H Hmaxmax=Z=Z正正- -Z Z下下minmin-h-hI-AI-An最小

4、工作水頭：最小工作水頭： H Hminmin=Z=Z死死- -Z Z下下maxmax-h-hI-AI-A n設計水頭設計水頭( (計算水頭計算水頭) ) H Hr r： 水輪機發(fā)額定出力時的最小水頭。水輪機發(fā)額定出力時的最小水頭。n平均水頭：平均水頭： H Havav =Z =Z上上avav-Z-Z下下avav二、流量二、流量( (m m3 3/s/s)(flow quantity)(flow quantity) 單位時間內(nèi)通過水輪機的水量單位時間內(nèi)通過水輪機的水量 Q Q隨隨H H、N N的變化而變化，的變化而變化，H H、N N一定一定時，時，Q Q也一定，當也一定，當H H= =HrHr

5、、N N= =N N額額時，時，Q Q為最大為最大 在在H Hr r、n nr r、N Nr r 運行時運行時 Q Qr r三、出力與效率三、出力與效率( (output and efficiencyoutput and efficiency) )1.1.出力出力( (水輪機的輸出功率水輪機的輸出功率) )N N： 指水輪機軸傳給發(fā)電機軸的功率。指水輪機軸傳給發(fā)電機軸的功率。 水輪機的輸入功率水輪機的輸入功率 ( (水流傳給水輪機的能量水流傳給水輪機的能量) )為為： 水輪機的輸出功率：水輪機的輸出功率：2 2. . 效率：效率： =N/Nw 一般一般=80%95%QHQHNw81. 9QHN

6、Nw81. 9四、工作力矩和轉(zhuǎn)速工作力矩和轉(zhuǎn)速n水輪機的出力可以用旋轉(zhuǎn)機械運動公式來表達水輪機的出力可以用旋轉(zhuǎn)機械運動公式來表達 M M主軸力矩主軸力矩; ; 水輪機旋轉(zhuǎn)角速度，水輪機旋轉(zhuǎn)角速度， n n 轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速，n=3000/pn=3000/p p p 發(fā)電機磁極對發(fā)電機磁極對n數(shù)額定轉(zhuǎn)速數(shù)額定轉(zhuǎn)速n n：正常情況下機組的轉(zhuǎn)速保持為固定轉(zhuǎn)：正常情況下機組的轉(zhuǎn)速保持為固定轉(zhuǎn)速，該轉(zhuǎn)速稱為額定轉(zhuǎn)速，并與發(fā)電機的同步轉(zhuǎn)速速，該轉(zhuǎn)速稱為額定轉(zhuǎn)速，并與發(fā)電機的同步轉(zhuǎn)速相等。相等。QHnMMN81. 96021.2 1.2 水輪機的主要類型水輪機的主要類型一、還擊式水輪機一、還擊式水輪機 (reac

7、tion water (reaction water turbine) turbine) 定義：利用水流的勢能和動能做功的水輪定義：利用水流的勢能和動能做功的水輪機稱為還擊式水輪機。機稱為還擊式水輪機。特征：轉(zhuǎn)輪的葉片為空間扭曲面，流過轉(zhuǎn)特征：轉(zhuǎn)輪的葉片為空間扭曲面，流過轉(zhuǎn)輪的水流式連續(xù)的，而且在同一時間內(nèi)輪的水流式連續(xù)的，而且在同一時間內(nèi)，所有轉(zhuǎn)輪葉片之間的流道都由水流通，所有轉(zhuǎn)輪葉片之間的流道都由水流通過，積水流充滿轉(zhuǎn)輪室。過，積水流充滿轉(zhuǎn)輪室。原理：水流通過轉(zhuǎn)輪葉片時，水流流速的原理：水流通過轉(zhuǎn)輪葉片時，水流流速的大小、方向均發(fā)生變化，因此動量也發(fā)大小、方向均發(fā)生變化，因此動量也發(fā)生了改

8、變，水流產(chǎn)生反作用力，作用與生了改變，水流產(chǎn)生反作用力，作用與每個轉(zhuǎn)輪葉片，使轉(zhuǎn)輪產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩，每個轉(zhuǎn)輪葉片，使轉(zhuǎn)輪產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩，從而做功。從而做功。u類型類型1.1.混流式：混流式：水流徑向流入轉(zhuǎn)輪，軸向流出。水流徑向流入轉(zhuǎn)輪，軸向流出。n適用范圍：適用范圍：H=30-700 m , H=30-700 m , 單機容量：幾萬單機容量：幾萬kW-kW-幾十幾十萬萬kWkWn適用范圍廣，結(jié)構(gòu)簡單，運行穩(wěn)定，效率高，適用適用范圍廣，結(jié)構(gòu)簡單，運行穩(wěn)定，效率高，適用高水頭小流量電站高水頭小流量電站。 2. 2. 軸流式：水流沿轉(zhuǎn)輪軸向流入，軸向流出，軸流式：水流沿轉(zhuǎn)輪軸向流入，軸向流出，水流方向始終

9、平行于主軸。水流方向始終平行于主軸。軸流定漿式：葉片不能隨工況的變化而轉(zhuǎn)動。軸流定漿式：葉片不能隨工況的變化而轉(zhuǎn)動。軸流轉(zhuǎn)漿式：葉片能隨工況的變化而轉(zhuǎn)動，進軸流轉(zhuǎn)漿式：葉片能隨工況的變化而轉(zhuǎn)動，進行雙重調(diào)節(jié)導葉開度、葉片角度行雙重調(diào)節(jié)導葉開度、葉片角度) )。n3. 3. 斜流式：斜流式：水流經(jīng)過轉(zhuǎn)輪時是斜向的。轉(zhuǎn)輪葉水流經(jīng)過轉(zhuǎn)輪時是斜向的。轉(zhuǎn)輪葉片隨工況變化而轉(zhuǎn)動，高效率區(qū)廣。片隨工況變化而轉(zhuǎn)動，高效率區(qū)廣。n4. 4. 貫流式：貫流式：水輪機的主軸裝置成水平或傾斜。水輪機的主軸裝置成水平或傾斜。不設蝸殼，水流直貫轉(zhuǎn)輪。水流由管道進口到尾不設蝸殼，水流直貫轉(zhuǎn)輪。水流由管道進口到尾水管出口都是

10、軸向的。水管出口都是軸向的。H20m,H00，葉片開始，葉片開始啟動，啟動，0+200n輪轂：外部連接葉片，內(nèi)部安裝轉(zhuǎn)動機構(gòu)。輪轂：外部連接葉片，內(nèi)部安裝轉(zhuǎn)動機構(gòu)。n轉(zhuǎn)動機構(gòu)：安裝在輪轂內(nèi)，由調(diào)速器控制，調(diào)整轉(zhuǎn)動機構(gòu)：安裝在輪轂內(nèi)，由調(diào)速器控制，調(diào)整導葉角度。導葉角度。三、斜擊式水輪機構(gòu)造三、斜擊式水輪機構(gòu)造主要部件：座環(huán)、主要部件：座環(huán)、轉(zhuǎn)輪及其葉片、導水轉(zhuǎn)輪及其葉片、導水機構(gòu)、尾水管、主軸機構(gòu)、尾水管、主軸、導軸承等。、導軸承等。 與軸流轉(zhuǎn)漿式水輪與軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機不同之處：葉片轉(zhuǎn)機不同之處：葉片轉(zhuǎn)動軸線與主軸成動軸線與主軸成4560的夾角。的夾角。斜擊式水輪機構(gòu)造斜擊式水輪機構(gòu)造四、燈泡

11、貫流式水輪機四、燈泡貫流式水輪機 實際上是實際上是臥軸安裝的臥軸安裝的軸流式水輪軸流式水輪機，發(fā)電機機，發(fā)電機安裝在燈泡安裝在燈泡體內(nèi)。體內(nèi)。 五、沖擊式水輪機構(gòu)造五、沖擊式水輪機構(gòu)造( (水斗式水斗式) ) 1. 水斗式水輪機的組成：水斗式水輪機的組成：噴管、折流板、轉(zhuǎn)噴管、折流板、轉(zhuǎn)輪、機殼、尾水槽輪、機殼、尾水槽u轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)輪組成：輪盤、斗葉沿輪盤均勻分布。組成：輪盤、斗葉沿輪盤均勻分布。連接方式：連接方式： 螺拴、整體鑄造、焊接。螺拴、整體鑄造、焊接。u噴管噴管 組成：組成：噴嘴、噴管體、導水葉柵、針閥、噴桿、噴嘴、噴管體、導水葉柵、針閥、噴桿、 操作機構(gòu)操作機構(gòu)針閥：針閥： 控制水輪機的

12、過水流量，以行程表示?？刂扑啓C的過水流量，以行程表示。n折流板折流板 n 使針閥緩慢關閉，降低水擊壓力，使使針閥緩慢關閉，降低水擊壓力，使水流偏離水斗，防止機組轉(zhuǎn)速升高。水流偏離水斗，防止機組轉(zhuǎn)速升高。n機殼機殼n 把水斗中排出的水引導入尾水槽內(nèi)。把水斗中排出的水引導入尾水槽內(nèi)。一般為鑄鋼件。一般為鑄鋼件。n引水板引水板n 防止水流隨轉(zhuǎn)輪飛濺到上方，造成附防止水流隨轉(zhuǎn)輪飛濺到上方，造成附加損失加損失2 2、水斗水輪機的裝置方式、水斗水輪機的裝置方式(1) 臥軸：中小型水臥軸：中小型水輪機。單噴嘴、雙輪機。單噴嘴、雙噴嘴、單轉(zhuǎn)輪、雙噴嘴、單轉(zhuǎn)輪、雙轉(zhuǎn)輪。轉(zhuǎn)輪。(2) 立軸：大型水輪立軸：大型水

13、輪機。機。1-4 1-4 水輪機的型號及標稱直徑水輪機的型號及標稱直徑n還擊式水輪機的型號還擊式水輪機的型號 由三局部組成由三局部組成n HL240 LJ 410 HL240 LJ 410n 混流式水輪機，型號混流式水輪機，型號240240比轉(zhuǎn)速比轉(zhuǎn)速) )，立軸，金，立軸，金屬蝸殼，轉(zhuǎn)輪直徑為屬蝸殼，轉(zhuǎn)輪直徑為410cm410cmn ZZ440 LH 430 ZZ440 LH 430n 軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機，型號軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機，型號440440，立軸，混凝土蝸，立軸，混凝土蝸殼，轉(zhuǎn)輪直徑殼，轉(zhuǎn)輪直徑430cm 430cm n沖擊式水輪機的型號沖擊式水輪機的型號 2CJ30W 120/210 轉(zhuǎn)

14、輪型號為轉(zhuǎn)輪型號為2020，水斗式水輪機，臥軸，一根軸上，水斗式水輪機，臥軸，一根軸上兩個轉(zhuǎn)輪，轉(zhuǎn)輪直徑為兩個轉(zhuǎn)輪，轉(zhuǎn)輪直徑為120cm,120cm,每個轉(zhuǎn)輪兩個噴嘴每個轉(zhuǎn)輪兩個噴嘴，設計射流直徑為，設計射流直徑為10cm10cm。各種水輪機轉(zhuǎn)輪標稱直徑各種水輪機轉(zhuǎn)輪標稱直徑D D1 1nHLHL：轉(zhuǎn)輪葉片進口邊上最大直徑：轉(zhuǎn)輪葉片進口邊上最大直徑nZLZL、XLXL：轉(zhuǎn)輪葉片軸心線相交處的轉(zhuǎn)輪室直徑：轉(zhuǎn)輪葉片軸心線相交處的轉(zhuǎn)輪室直徑nCJCJ：轉(zhuǎn)輪與射流中心線相切處節(jié)圓直徑：轉(zhuǎn)輪與射流中心線相切處節(jié)圓直徑 第五節(jié)第五節(jié) 水流在還擊式水輪機轉(zhuǎn)輪中的運動水流在還擊式水輪機轉(zhuǎn)輪中的運動 一、復雜的

15、空間非恒定流一、復雜的空間非恒定流n水輪機內(nèi)的水流運動是復雜的空間非恒定流水輪機內(nèi)的水流運動是復雜的空間非恒定流 1) 1) 水頭、流量在不斷變化水頭、流量在不斷變化 2) 2) 葉片形狀為空間扭曲面，水流在兩葉片葉片形狀為空間扭曲面，水流在兩葉片之間的流道內(nèi)為復合運動，流速的大小、方之間的流道內(nèi)為復合運動，流速的大小、方向在不斷地變化，而轉(zhuǎn)輪本身也在運動。向在不斷地變化，而轉(zhuǎn)輪本身也在運動。 二、恒定流狀態(tài)二、恒定流狀態(tài) 水輪機在某一工作狀況時，水輪機在某一工作狀況時，(H(H、Q Q、N N、不變不變) )，水流在水輪機的蝸，水流在水輪機的蝸殼、導水葉及尾水管中的流動是恒定殼、導水葉及尾水

16、管中的流動是恒定流。水流在轉(zhuǎn)輪內(nèi)的流動相對于轉(zhuǎn)輪流。水流在轉(zhuǎn)輪內(nèi)的流動相對于轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)坐標而言，也是恒定流。旋轉(zhuǎn)坐標而言，也是恒定流。 三、水流運動是空間三元流三、水流運動是空間三元流水流運動規(guī)律用速度三角形表達水流運動規(guī)律用速度三角形表達 水流絕對流速相對于地球水流絕對流速相對于地球 水流隨轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)牽連流速水流隨轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)牽連流速 水流沿葉片流動的相對流速水流沿葉片流動的相對流速 用速度三角形分析水流運動的方法是研究轉(zhuǎn)輪用速度三角形分析水流運動的方法是研究轉(zhuǎn)輪流速場的重要方法。流速場的重要方法。 WUVVWUU 第六節(jié)第六節(jié) 水輪機工作的根本方程式水輪機工作的根本方程式 一、動量矩定理一、動量矩

17、定理 單位時間內(nèi)水流對轉(zhuǎn)輪的動量矩改變，應等于作單位時間內(nèi)水流對轉(zhuǎn)輪的動量矩改變，應等于作用在該水流上的外力的力矩總和。即：用在該水流上的外力的力矩總和。即： 其中其中M M為水流對轉(zhuǎn)輪的力矩，方程右端為水流本為水流對轉(zhuǎn)輪的力矩，方程右端為水流本身速度矩的變化。該式表達了水輪機中水流能量身速度矩的變化。該式表達了水輪機中水流能量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機械能的平衡關系。轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機械能的平衡關系。 )(2211rVrVgQMuue 二、水輪機的根本方程二、水輪機的根本方程n在穩(wěn)定工況下在穩(wěn)定工況下(n(n、Q Q、H H均不變均不變) )，轉(zhuǎn)輪內(nèi)的水流運，轉(zhuǎn)輪內(nèi)的水流運動時相對的恒定流，因此轉(zhuǎn)輪的出力為：動

18、時相對的恒定流，因此轉(zhuǎn)輪的出力為：n n所以，水輪機的根本方程為：所以，水輪機的根本方程為： n該方程式對還擊式、沖擊式水輪機均適用。該方程式對還擊式、沖擊式水輪機均適用。 )(2211rVrVgQMNuuee)(2211uueVUVUgQseeHQN2211uusVUVUgHn方程的實質(zhì)方程的實質(zhì)：由水流能量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機械：由水流能量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機械能的平衡方程。能的平衡方程。n水流傳給轉(zhuǎn)輪的能量與水流在轉(zhuǎn)輪進出口水流傳給轉(zhuǎn)輪的能量與水流在轉(zhuǎn)輪進出口之間的動量矩的變化相平衡。沒有這種動之間的動量矩的變化相平衡。沒有這種動量矩的改變，轉(zhuǎn)輪就不可能獲得水流能量量矩的改變，轉(zhuǎn)輪就不可能獲得水流能量而

19、做功。而做功。 第七節(jié)第七節(jié) 水輪機的效率及最優(yōu)工況水輪機的效率及最優(yōu)工況 一、水輪機的效率一、水輪機的效率(efficiency)(efficiency) 水輪機的能量損失導致水輪機的能量損失導致N Ns N Ns ，效率效率140mH40m時，可用時，可用鋼板襯砌防滲鋼板襯砌防滲(H (H 達達80m)80m) 2. 2. 金屬蝸殼金屬蝸殼l 當當H40m時采用金屬蝸殼。時采用金屬蝸殼。其斷面為圓形，適用于其斷面為圓形，適用于中中高水頭高水頭的水輪機。的水輪機。l 鋼板焊接：鋼板焊接：H=40200m，鋼板拼裝焊接。鋼板拼裝焊接。l 鑄鋼蝸殼鑄鋼蝸殼：H200m時，鋼時，鋼板太厚，不易焊接

20、，與座板太厚，不易焊接，與座環(huán)一起鑄造而成的鑄鋼蝸環(huán)一起鑄造而成的鑄鋼蝸殼，其運輸困殼，其運輸困難。難。二、蝸殼的主要參數(shù) 1.1.斷面型式與斷面參數(shù)斷面型式與斷面參數(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、導葉高度、蝸殼徑、導葉高度、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：稱為對稱型時：稱為對稱型式式 (2) mn：下伸式：下伸式 (3) m0時，利用靜力真空。時，利用靜力真空。(3)利用動力真空利用動力真空Hd。522552222hgVVHd 尾水管的動能恢復系數(shù)尾水管的動能恢復系數(shù) 尾

21、水管的靜力真空尾水管的靜力真空HsHs取決于水輪機的安裝高程，與尾水取決于水輪機的安裝高程，與尾水管的性能無關；衡量尾水管性能好壞的標志是恢復動能管的性能無關；衡量尾水管性能好壞的標志是恢復動能的程度與尾水管尺寸有關，一般用動能恢復系數(shù)的程度與尾水管尺寸有關，一般用動能恢復系數(shù)ww表示表示gvhgvvw2/ )2(22252255222gvHd2/222 w時，效果較好；時，效果較好；時，效果較差。時，效果較差。 ww 1二、尾水管型式及其主要尺寸l 尾水管的作用是排水、回收能量。其型式、尺寸尾水管的作用是排水、回收能量。其型式、尺寸影響、廠房根底開挖、下部塊體混凝土尺寸。影響、廠房根底開挖、

22、下部塊體混凝土尺寸。l 尾水管尺寸越大，尾水管尺寸越大，越高，工程量及投資增大。越高，工程量及投資增大。l 型式：型式：l 直錐形直錐形用于小型水輪機用于小型水輪機l 彎錐形彎錐形用于臥軸水輪機用于臥軸水輪機l 彎肘形彎肘形大中型電站大中型電站 彎肘型尾水管彎肘型尾水管l減小廠房開挖深度，水力性能好，大中型減小廠房開挖深度，水力性能好，大中型號水輪機均采用彎肘型尾水管。號水輪機均采用彎肘型尾水管。組成：組成：直錐段、肘管、出口擴散段。直錐段、肘管、出口擴散段。 1. 進口直錐段：進口直錐段：進口直錐段是一個垂直的圓錐形擴散管，進口直錐段是一個垂直的圓錐形擴散管，D3為直錐為直錐管進口直徑，管進

23、口直徑，為錐管單邊擴散角。為錐管單邊擴散角?；炝魇剑褐卞F管與根底環(huán)相接，混流式：直錐管與根底環(huán)相接，(轉(zhuǎn)輪出口直徑轉(zhuǎn)輪出口直徑)， =7 9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，D3D1，=8 10。h3直錐段高度，其長度增加將會導致開挖量增直錐段高度，其長度增加將會導致開挖量增加。一般在直錐段加鋼板襯。加。一般在直錐段加鋼板襯。2. 肘管：肘管： 90變斷面的彎管，進口為圓形斷面，出口變斷面的彎管，進口為圓形斷面，出口為矩形斷面。為矩形斷面。F進進/F出出l曲率半徑曲率半徑R小小離心力大離心力大壓力、流速壓力、流速分布不均勻分布不均勻hw大。大。R=(0.61.0)D4l為

24、減小轉(zhuǎn)彎處的脫流及渦流損失，肘管出為減小轉(zhuǎn)彎處的脫流及渦流損失，肘管出口收縮斷面口收縮斷面(hc)： 高高/寬寬 3、出口擴散段：、出口擴散段：l矩形擴散管，出口寬度矩形擴散管，出口寬度B5，lB5很大時，加隔墩很大時，加隔墩d5=(0.10.15) B5l頂板頂板 =1013，底板水平。，底板水平。 4.尾水管的高度與水平長度尾水管的高度與水平長度l尾水管的總高度和總長度是影響尾水管性能尾水管的總高度和總長度是影響尾水管性能的重要因素。的重要因素。lH=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; h4肘管高度確定，不易變動。肘管高度確定，不易變動。 H取決于取決于h3。

25、h3大大hw小小w大大開挖加大，開挖加大，工程投資大；工程投資大；lL：機組中心到尾水管出口，：機組中心到尾水管出口，L大大F出大出大V出小出小w大大hf大大廠房尺寸加大，一般廠房尺寸加大，一般L4.5) D1。 5.推薦尾水管尺寸：表推薦尾水管尺寸：表2-1 6.尾水管局部尺寸的變更尾水管局部尺寸的變更廠房設計中，由于地形、地質(zhì)條件，布置廠廠房設計中，由于地形、地質(zhì)條件，布置廠房的原因，在不影響尾水管能量指標的前房的原因，在不影響尾水管能量指標的前提下，對選出的尾水管尺寸可作局部變更。提下，對選出的尾水管尺寸可作局部變更。(1) 減小開挖，減小開挖，h不動，擴散段底板向上傾斜不動，擴散段底板

26、向上傾斜612(2) 大型還擊式水輪機，為減小廠房長度，尾大型還擊式水輪機，為減小廠房長度，尾水管不對稱布置水管不對稱布置(3) 地下電站：為使巖石穩(wěn)定，尾水管采用窄地下電站：為使巖石穩(wěn)定，尾水管采用窄深斷面深斷面(4) 加長加長h3、L2第三節(jié)第三節(jié) 水輪機的汽蝕水輪機的汽蝕一、汽蝕的物理過程一、汽蝕的物理過程1.1.空化及汽化壓力的概空化及汽化壓力的概念念l水沸騰為汽化，汽化水沸騰為汽化，汽化是由氣壓和水溫決定是由氣壓和水溫決定的。的。l水在一定壓力下加溫水在一定壓力下加溫的汽化為的汽化為沸騰沸騰；l環(huán)境溫度不變壓力降環(huán)境溫度不變壓力降低引起的汽化叫低引起的汽化叫空化空化。l在給定溫度下，

27、液體在給定溫度下，液體開始汽化的臨界壓力開始汽化的臨界壓力為該溫度下的為該溫度下的汽化壓汽化壓力力( (P Pb b) ) 2. 2. 水輪機的汽蝕水輪機的汽蝕(1) (1) 汽蝕破壞的機理汽蝕破壞的機理由由 可知，當可知，當VP,VP,當當P= PbP= Pb時，水開始汽化時，水開始汽化汽泡水蒸氣汽泡水蒸氣+ +空氣空氣進入高壓區(qū)汽泡進入高壓區(qū)汽泡時蒸氣變成水，汽泡內(nèi)氣體稀薄，出現(xiàn)強大時蒸氣變成水，汽泡內(nèi)氣體稀薄，出現(xiàn)強大真空，汽泡外面的水流質(zhì)點在內(nèi)外壓差的作真空，汽泡外面的水流質(zhì)點在內(nèi)外壓差的作用下急速向汽泡中心壓縮、沖擊在汽泡內(nèi)用下急速向汽泡中心壓縮、沖擊在汽泡內(nèi)形成很大的微觀水擊壓力可

28、達幾百大氣形成很大的微觀水擊壓力可達幾百大氣壓；汽泡產(chǎn)生反作用力向外膨脹，壓力升壓；汽泡產(chǎn)生反作用力向外膨脹，壓力升高，水流質(zhì)點向外沖擊。高，水流質(zhì)點向外沖擊。CgvZpE222l 大量汽泡連續(xù)不斷地產(chǎn)生與潰滅，水流質(zhì)點反大量汽泡連續(xù)不斷地產(chǎn)生與潰滅，水流質(zhì)點反復沖擊，使過流通道的金屬外表遭到嚴重破壞復沖擊，使過流通道的金屬外表遭到嚴重破壞 機械破壞，叫疲勞剝蝕。機械破壞，叫疲勞剝蝕。l 汽泡被壓縮，由于體積縮小，汽化破壞時水流汽泡被壓縮，由于體積縮小，汽化破壞時水流質(zhì)點相互撞擊，引起局部升高質(zhì)點相互撞擊，引起局部升高(300(300度度) )，汽泡的氧，汽泡的氧原子與金屬發(fā)生化學反響，造成腐

29、蝕；同時由于溫原子與金屬發(fā)生化學反響，造成腐蝕；同時由于溫度升高，產(chǎn)生電解作用度升高，產(chǎn)生電解作用化學腐蝕?；瘜W腐蝕。l (2) (2) 水輪機汽蝕定義水輪機汽蝕定義l 汽泡在潰滅過程中，由于汽泡中心壓力發(fā)生周期汽泡在潰滅過程中，由于汽泡中心壓力發(fā)生周期性變化，使周圍的水流質(zhì)點發(fā)生巨大的反復沖擊，性變化，使周圍的水流質(zhì)點發(fā)生巨大的反復沖擊，對水輪機過流金屬外表產(chǎn)生機械剝蝕和化學腐蝕破對水輪機過流金屬外表產(chǎn)生機械剝蝕和化學腐蝕破壞的現(xiàn)象，稱水輪機的汽蝕。壞的現(xiàn)象，稱水輪機的汽蝕。 3. 3. 汽蝕造成的危害汽蝕造成的危害 l使過流部件機械強度降低，嚴重時整個部件破使過流部件機械強度降低，嚴重時整

30、個部件破壞。壞。l增加過流部件的糙率，水頭損失加大，效率降增加過流部件的糙率，水頭損失加大，效率降低，流量減小，出力下降。低，流量減小，出力下降。l機組產(chǎn)生振動，嚴重時造成廠房振動破壞機組產(chǎn)生振動，嚴重時造成廠房振動破壞 。l縮短了機組檢修的周期，增加了檢修的復雜性?？s短了機組檢修的周期，增加了檢修的復雜性。消耗鋼材、延長工期；消耗鋼材、延長工期； 二、水輪機汽蝕類型二、水輪機汽蝕類型l 翼形葉片汽蝕：轉(zhuǎn)輪葉片反面出口處翼形葉片汽蝕：轉(zhuǎn)輪葉片反面出口處產(chǎn)生的汽蝕，與葉片形狀、工況有關。還產(chǎn)生的汽蝕，與葉片形狀、工況有關。還擊式水輪機主要汽蝕形式。擊式水輪機主要汽蝕形式。l 間隙汽蝕：當水流通過

31、間隙和較小的通道間隙汽蝕：當水流通過間隙和較小的通道時，局部流速增大，壓力降低而產(chǎn)生汽蝕。時，局部流速增大，壓力降低而產(chǎn)生汽蝕。l 空腔汽蝕：在非最優(yōu)工況時，水流在尾水空腔汽蝕：在非最優(yōu)工況時，水流在尾水管中發(fā)生旋轉(zhuǎn)形成一種對稱真空渦帶，引管中發(fā)生旋轉(zhuǎn)形成一種對稱真空渦帶，引起尾水管中水流速度和壓力脈動，在尾水起尾水管中水流速度和壓力脈動，在尾水管進口處產(chǎn)生汽蝕破壞，造成尾水管振動。管進口處產(chǎn)生汽蝕破壞，造成尾水管振動。l 局部汽蝕：在過流部件凹凸不平因脫流而局部汽蝕：在過流部件凹凸不平因脫流而產(chǎn)生的汽蝕。產(chǎn)生的汽蝕。 三、水輪機的汽蝕系數(shù)三、水輪機的汽蝕系數(shù) l還擊式水輪機發(fā)生汽蝕破壞的根本

32、原因是還擊式水輪機發(fā)生汽蝕破壞的根本原因是過流通道中出現(xiàn)了過流通道中出現(xiàn)了ppb的情況，因此防止的情況，因此防止汽蝕的措施是限制汽蝕的措施是限制p的降低，使的降低，使ppb。影響。影響水輪機效率的主要原因是翼型汽蝕，所以水輪機效率的主要原因是翼型汽蝕，所以衡量水輪機汽蝕性能好壞一般是針對翼型衡量水輪機汽蝕性能好壞一般是針對翼型汽蝕而言，其標志為汽蝕系數(shù)。汽蝕而言，其標志為汽蝕系數(shù)。l汽蝕系數(shù)汽蝕系數(shù)是水輪機汽蝕特征的一個標志，是水輪機汽蝕特征的一個標志，越大，越容易破壞越大，越容易破壞 通過研究葉片上的壓力分布情況，得到葉片上通過研究葉片上的壓力分布情況，得到葉片上壓力最低點一般為葉片反面靠近

33、轉(zhuǎn)輪葉片出口壓力最低點一般為葉片反面靠近轉(zhuǎn)輪葉片出口處處)K)K點的壓力為：點的壓力為： K K點的真空值點的真空值H H：)22(22222gVgWWHppHwkskakv)22(22222gVgWWHppwksakl 靜力真空靜力真空Hs是吸出高度，取決于水輪機的安裝高程，與水輪機的性能是吸出高度，取決于水輪機的安裝高程，與水輪機的性能無關；無關；l 動力真空動力真空hk與轉(zhuǎn)輪葉型、水輪機工況、尾水管性能有關，因此說明汽與轉(zhuǎn)輪葉型、水輪機工況、尾水管性能有關，因此說明汽蝕性能的只是動力真空：蝕性能的只是動力真空：l 稱水輪機的汽蝕系數(shù)，是動力真空的相對值。稱水輪機的汽蝕系數(shù)，是動力真空的相

34、對值。l 與葉型、工況有關，與葉型、工況有關，Wk大大 W2大大大。大。l 與尾水管的性能有關，與尾水管的性能有關，w，汽蝕性能差。，汽蝕性能差。l 幾何形狀相似的水輪機，工況相似，幾何形狀相似的水輪機，工況相似，相同；對任一水輪機在既定工相同；對任一水輪機在既定工況下，況下，也是定值。也是定值。l 值影響因素復雜，理論難以確定，廣泛使用的方法是進行水輪機模值影響因素復雜，理論難以確定，廣泛使用的方法是進行水輪機模型試驗得出型試驗得出m,并認為并認為=m。 l )(21/22222VWWgHHhwkk四、防止汽蝕措施四、防止汽蝕措施流速和壓力是產(chǎn)生汽蝕最重要的兩流速和壓力是產(chǎn)生汽蝕最重要的兩個

35、原因，因此要控制流速和壓力的個原因，因此要控制流速和壓力的急劇變化。急劇變化。1.設計制造方面：設計制造方面：合理選型，葉型流合理選型，葉型流線設計，外表光滑，抗汽蝕鋼襯線設計，外表光滑，抗汽蝕鋼襯(不不銹鋼銹鋼)。2.工程措施：合理選擇安裝高程，采工程措施：合理選擇安裝高程，采取防沙、排沙措施，防止泥沙進入取防沙、排沙措施，防止泥沙進入水輪機。水輪機。3.運行方面：避開低負荷、低水頭運運行方面：避開低負荷、低水頭運行，合理調(diào)度，必要時在尾水管補行，合理調(diào)度，必要時在尾水管補氣。氣。第四節(jié)第四節(jié) 水輪機的吸出高度和安裝高程水輪機的吸出高度和安裝高程一、水輪機的吸出高度一、水輪機的吸出高度)22

36、(22222gVgWWHppwksakHppHBasHHms)(9000 .10HkHms9000 .10HHpsa保證水輪機內(nèi)不發(fā)生汽蝕的條件：保證水輪機內(nèi)不發(fā)生汽蝕的條件： pkpBl水輪機吸出高度水輪機吸出高度Hs是轉(zhuǎn)輪葉片壓力最低點是轉(zhuǎn)輪葉片壓力最低點到下游水面的垂直高度到下游水面的垂直高度Zk，隨工況而改變，隨工況而改變，規(guī)定如下：規(guī)定如下： (1) 立軸混流式水輪機：立軸混流式水輪機： 導葉下部底環(huán)平面到下游尾水垂直高度導葉下部底環(huán)平面到下游尾水垂直高度 (2) 立軸軸流式水輪機：立軸軸流式水輪機： 轉(zhuǎn)輪葉片軸線到下游尾水垂直高度轉(zhuǎn)輪葉片軸線到下游尾水垂直高度 (3) 臥軸貫流式水

37、輪機：臥軸貫流式水輪機： Hs 葉片出口最高點到下游尾水垂直高葉片出口最高點到下游尾水垂直高度度 (4) 設計尾水位高于上述高程設計尾水位高于上述高程Hs為負，反之為負，反之為正為正 (5) 為保證水輪機在運行中不發(fā)生汽蝕，為保證水輪機在運行中不發(fā)生汽蝕，對各種工況下對各種工況下Hs 進行試驗，取其中較小值進行試驗，取其中較小值。 二、水輪機的安裝高程二、水輪機的安裝高程 1. 立軸立軸HL：導葉中心平面高程：導葉中心平面高程 Za=w+Hs+b0/2 2. 立軸立軸ZL：導葉中心平面高程：導葉中心平面高程 Za=w+Hs+xD1 3. 臥軸臥軸HL和和GL：軸中心高程：軸中心高程 Za=w+

38、Hs-D1/2 注：注： w ：水電站設計尾水位：水電站設計尾水位, 選用水電選用水電站最低尾水位一站最低尾水位一 臺機級組滿負荷運行時臺機級組滿負荷運行時 b0 ： 水輪機導葉高度；水輪機導葉高度； D1 ： 轉(zhuǎn)輪直徑轉(zhuǎn)輪直徑再再見見第三章第三章 水輪機的特性及選型水輪機的特性及選型第一節(jié)第一節(jié) 水輪機的相似原理及單位參數(shù)水輪機的相似原理及單位參數(shù) 一、幾個根本概念一、幾個根本概念 1 1、水輪機特性、水輪機特性 水輪機在不同工況下運行時，各運行參數(shù)水輪機在不同工況下運行時，各運行參數(shù)(H(H，Q Q，n n，N N，)及這些參數(shù)之間的關及這些參數(shù)之間的關系，稱水輪機的特性。系，稱水輪機的特

39、性。 由于水輪機水流條件復雜，研究水輪機特性由于水輪機水流條件復雜，研究水輪機特性靠理論與實驗相結(jié)合?？坷碚撆c實驗相結(jié)合。 2、模型試驗、模型試驗 原型：尺寸大，試驗困難，不經(jīng)濟。原型：尺寸大，試驗困難，不經(jīng)濟。 模型：模型：(D : 250460mm，H ：26m) 3、相似理論、相似理論 研究相似水輪機之間存在的相似規(guī)律，研究相似水輪機之間存在的相似規(guī)律，并確立這些參數(shù)之間的換算關系的理論。并確立這些參數(shù)之間的換算關系的理論。 二、水輪機相似條件二、水輪機相似條件 1、幾何相似：、幾何相似： 過流通道幾何形狀相似過流通道幾何形狀相似 (1) 過流通道的對應角相等：過流通道的對應角相等：e1

40、e1M ；e2e2M ；M (2) 對應尺寸成比例：對應尺寸成比例：D1/D1Mb0/b0Ma0/a0M. (3) 對應部位的相對糙率相等：對應部位的相對糙率相等：/ D1M/D1M 幾何相似的大大小小的一套水輪機系列幾何相似的大大小小的一套水輪機系列輪系輪系 同一輪系的水輪機才能建立運動相似和動力相似。同一輪系的水輪機才能建立運動相似和動力相似。 2 2、運動相似：、運動相似： (1) (1) 過流通道的對應點的速度方向相同過流通道的對應點的速度方向相同 (2) (2) 過流通道的對應點的速度大小對成比例，即速過流通道的對應點的速度大小對成比例，即速度三角形相似。度三角形相似。 同一輪系水輪

41、機，保持運動相似的工作狀況同一輪系水輪機，保持運動相似的工作狀況相相似工況似工況 3 3、動力相似、動力相似 ( (壓力、慣性力、重力、摩擦力等壓力、慣性力、重力、摩擦力等) ) 同一輪系水輪機，水流對應點所受的作用力是同同一輪系水輪機，水流對應點所受的作用力是同名力、方向相同、大小成比例。名力、方向相同、大小成比例。 三、水輪機的相似定律三、水輪機的相似定律 相似定律：相似定律：水輪機在相似工況下運行時，各工作參數(shù)水輪機在相似工況下運行時，各工作參數(shù)(H、n、N、)之間的固定關系。之間的固定關系。 建立模型與原型水輪機各個參數(shù)之間的建立模型與原型水輪機各個參數(shù)之間的關系。關系。 1 1、 轉(zhuǎn)

42、速相似律：即原型和模型水輪機轉(zhuǎn)速之間轉(zhuǎn)速相似律：即原型和模型水輪機轉(zhuǎn)速之間的關系。的關系。 CHnDHDnHHMMMM112 2、流量相似律：幾何相似、相似工況下流量之間的關、流量相似律：幾何相似、相似工況下流量之間的關系。系。(a=aM)(a=aM)3 3、 出力相似律即原型和模型水輪機出力之間的關系。出力相似律即原型和模型水輪機出力之間的關系。 均為固定值，均為固定值，QMQM可以測得，假設可以測得，假設VMVM、HMHM、VV、HH，可求出，可求出Q Q。 CHDQHDQHVHMMMVMM212111,DHDHMMCHDNHDNmHmMHMMMM2/ 3212/ 321)()(四、單位參

43、數(shù)四、單位參數(shù)( (在不同輪系之間進行比較在不同輪系之間進行比較) ) 將模型試驗結(jié)果化成為將模型試驗結(jié)果化成為D1M=1m，HM=1m標準標準情況下的參數(shù)情況下的參數(shù)單位參數(shù)，分別用單位參數(shù)，分別用 表示。表示。 假定：假定： ( (實際上，原型效率實際上，原型效率大于大于模型效率，需修正模型效率，需修正) ) )(111NnQ，sMsrMrjMjM 1 1、 單位流量單位流量 2 2、 單位轉(zhuǎn)速單位轉(zhuǎn)速 3 3、 單位出力單位出力HnDn11HDQQ211HDQQ2111DHnn2/3211HDNN2/3211HDNNn通常用通常用 ， 表示水輪機的運行工況。當幾何相表示水輪機的運行工況。

44、當幾何相似，單位流量和單位轉(zhuǎn)速對應相等時，兩個水輪機工似，單位流量和單位轉(zhuǎn)速對應相等時，兩個水輪機工況相似。況相似。n對同一輪系水輪機在不同的工況下單位參數(shù)分別為一對同一輪系水輪機在不同的工況下單位參數(shù)分別為一常數(shù)常數(shù)( (工況不同，單位參數(shù)不同工況不同，單位參數(shù)不同) )。n單位參數(shù)由模型試驗得出單位參數(shù)由模型試驗得出原形水輪機的參數(shù)原形水輪機的參數(shù)( (相應相應工況工況) )。 n水輪機在最優(yōu)工況下的單位參數(shù)水輪機在最優(yōu)工況下的單位參數(shù)最優(yōu)單位參數(shù)最優(yōu)單位參數(shù) ，用，用 表示。表示。1Q1n1n)(11010oNnQ，第二節(jié)第二節(jié) 水輪機的效率換算與單位參數(shù)修正水輪機的效率換算與單位參數(shù)修

45、正 n單位參數(shù)公式是在假定相似工況下單位參數(shù)公式是在假定相似工況下 ，實際上，實際上 (2%(2%7%)7%)，其原因是：，其原因是： 1 1、最優(yōu)工況下的效率修正、最優(yōu)工況下的效率修正 混流：混流： 軸流：軸流： MM11,DDHHMM11DDMMMwMwHhHh511maxmax)1(1DDMM)()( 7 . 03 . 0)1 (110/15/111maxmaxHHDDMMM2、一般工況、一般工況nHL、ZD：nZZ ： 二、單位參數(shù)的修正二、單位參數(shù)的修正n 最優(yōu)工況時：最優(yōu)工況時： n其他工況時：其他工況時： MmaxmaxM maxmaxMMmaxmax1010MMQQmaxmax

46、1010MMnn111QQQM111nnnMMQQQ10101Mnnn10101第三節(jié)第三節(jié) 水輪機的比轉(zhuǎn)速水輪機的比轉(zhuǎn)速(Specific speed)(Specific speed)n定義：同一輪系水輪機，當其工作水頭定義：同一輪系水輪機，當其工作水頭H=1m，出力，出力N=1kW時時，所具有的轉(zhuǎn)速。，所具有的轉(zhuǎn)速。n表示水輪機特征的一個綜合參數(shù)表示水輪機特征的一個綜合參數(shù)(與與D1無關無關)，能將水輪機的各個，能將水輪機的各個參數(shù)參數(shù)n、H、 N之間的關系綜合反映出來，代表了水輪機的輪系之間的關系綜合反映出來，代表了水輪機的輪系特征。特征。n ns隨工況變化隨工況變化,一般按一般按H設設

47、、N額額、n額額確定該水輪機輪系的特征參確定該水輪機輪系的特征參數(shù)。數(shù)。).(4/5kWmHNnns4/5reesHNnn討論：討論：n相似水輪機，工況相似，相似水輪機，工況相似，ns相同，不同的相同，不同的ns ，反，反映不同輪系水輪機特征。映不同輪系水輪機特征。n當當H一定時：一定時： ns Nn。機組尺寸縮小，投。機組尺寸縮小，投資減少，因此提高比轉(zhuǎn)速可以降低造價。資減少，因此提高比轉(zhuǎn)速可以降低造價。n當當H和和N一定時，一定時，ns越高，汽蝕系數(shù)越大，增加廠越高，汽蝕系數(shù)越大，增加廠房開挖。房開挖。n比轉(zhuǎn)速增加，單位流量增加，比轉(zhuǎn)速增加，單位流量增加，b0/D1增大，葉片數(shù)增大，葉片數(shù)

48、目減少。目減少。第五節(jié)第五節(jié) 水輪機的特性曲線及其繪制水輪機的特性曲線及其繪制一、水輪機參數(shù)及特性曲線一、水輪機參數(shù)及特性曲線 (一一) 水輪機參數(shù)：參數(shù)關系反映水輪機特性。水輪機參數(shù)：參數(shù)關系反映水輪機特性。 (1) 結(jié)構(gòu)參數(shù)：轉(zhuǎn)輪直徑結(jié)構(gòu)參數(shù)：轉(zhuǎn)輪直徑D1，導葉高度，導葉高度b0，導葉開度，導葉開度a0，葉片轉(zhuǎn)角，葉片轉(zhuǎn)角 (2) 工作參數(shù)：工作參數(shù)：H、Q、n 、Hs (3) 綜合參數(shù)：綜合參數(shù)： ，軸功率，軸功率N、 )(111NnQ， (二二) 特性曲線：各參數(shù)之間的關系曲線特性曲線：各參數(shù)之間的關系曲線 (1) 線性特性曲線：反映線性特性曲線：反映23個參數(shù)之間的關系曲線個參數(shù)之間

49、的關系曲線 (2) 綜合特性曲線：表示多個參數(shù)之間的關系，能較綜合特性曲線：表示多個參數(shù)之間的關系，能較完整地描述水輪機各運行工況的特性。完整地描述水輪機各運行工況的特性。 第六節(jié)第六節(jié) 水輪機選型設計水輪機選型設計 水輪機是水電站中最主要動力設備之一，影響電站的投資、制造、運輸、安裝、平安運行、經(jīng)濟效益。 根據(jù)H、N的范圍選擇水輪機是水電站主要設計任務之一，使水電站充分利用水能，平安可靠運行 一、水輪機選型設計的內(nèi)容及根本資料一、水輪機選型設計的內(nèi)容及根本資料(1) 確定機組臺數(shù)及單機容量確定機組臺數(shù)及單機容量(2) 選擇水輪機型式型號及裝置方式選擇水輪機型式型號及裝置方式(3) 確定水輪機

50、轉(zhuǎn)輪直徑確定水輪機轉(zhuǎn)輪直徑D1、n、Hs、Za；Z0、d0(4) 繪制水輪機運轉(zhuǎn)特性曲線繪制水輪機運轉(zhuǎn)特性曲線(5) 估算水輪機的外形尺寸、重量及價格、蝸殼、尾水管的形式、估算水輪機的外形尺寸、重量及價格、蝸殼、尾水管的形式、尺寸、調(diào)速器及油壓裝置選擇尺寸、調(diào)速器及油壓裝置選擇(6) 根據(jù)選定水輪機型式和參數(shù)，結(jié)合水輪機在結(jié)構(gòu)上、材料、運根據(jù)選定水輪機型式和參數(shù)，結(jié)合水輪機在結(jié)構(gòu)上、材料、運行等方面的要求，擬定并向廠家提出制造任務書，最終由雙方行等方面的要求，擬定并向廠家提出制造任務書，最終由雙方共同商定機組的技術條件，作為進一步設計的依據(jù)。共同商定機組的技術條件，作為進一步設計的依據(jù)。 有關

51、資料：有關資料： (1) (1) 水輪機產(chǎn)品技術資料：水輪機產(chǎn)品技術資料：系列型譜、生產(chǎn)廠家、產(chǎn)品目錄、模型綜合特性曲線。系列型譜、生產(chǎn)廠家、產(chǎn)品目錄、模型綜合特性曲線。 (2) 水電站技術資料：水電站技術資料： 河流梯級開發(fā)方案、水庫的調(diào)節(jié)性能、水電站布置方案、地形河流梯級開發(fā)方案、水庫的調(diào)節(jié)性能、水電站布置方案、地形、地質(zhì)、水質(zhì)、泥沙情況、總裝機容量、水電站運輸、安裝技、地質(zhì)、水質(zhì)、泥沙情況、總裝機容量、水電站運輸、安裝技術條件。術條件。 (3) 水文情況：水文情況： 特征流量及特征水頭特征流量及特征水頭(Qmax、Qmin、Qav、Hmax、Hmin、Hr、Hav) 、下游水位流量關系曲

52、線、下游水位流量關系曲線 (4) 水電站有關經(jīng)濟資料：機電設備價格、工程單價、年運行費水電站有關經(jīng)濟資料：機電設備價格、工程單價、年運行費等等二、機組臺數(shù)及單機容量的選擇二、機組臺數(shù)及單機容量的選擇 總裝機容量(=Z0N單)，N單不同，D1、n 、Hs、均不同 1、機組臺數(shù)與機電設備制造的關系 N總一定，Z0多N單尺寸D1小制造運輸容易造價高(單位千瓦耗材多、制造量大)。 所以一般選用較大的N單。2、機組臺數(shù)與電站投資的關系、機組臺數(shù)與電站投資的關系Z0多多單位千瓦投資單位千瓦投資閥門、調(diào)速、管道、輻設、電氣等增加閥門、調(diào)速、管道、輻設、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

53、度低尾水管高度低開挖少開挖少投資少投資少3、機組臺數(shù)與運行效率的關系：、機組臺數(shù)與運行效率的關系：Z0多多平均效率提高平均效率提高(1) 擔任基荷時：出力變化小，流量變化穩(wěn)定，可用較少的臺數(shù)擔任基荷時：出力變化小，流量變化穩(wěn)定，可用較少的臺數(shù)，使水輪機在較長時間內(nèi)以最優(yōu)工況運行，其平均效率也比較，使水輪機在較長時間內(nèi)以最優(yōu)工況運行，其平均效率也比較高。高。(2) 擔任峰荷時：出力變化幅度大，應該選用較多的臺數(shù)，以增擔任峰荷時：出力變化幅度大，應該選用較多的臺數(shù)，以增加其運行靈活性，提高整體運行效率。加其運行靈活性，提高整體運行效率。(3) 對于軸流定漿和混流式水輪機，可以選用較多的臺數(shù)，而對對

54、于軸流定漿和混流式水輪機，可以選用較多的臺數(shù)，而對于軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機因其調(diào)節(jié)性能好，可以選用較少的機組。于軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機因其調(diào)節(jié)性能好，可以選用較少的機組。 4、機組臺數(shù)與電站運行維護工作的關系、機組臺數(shù)與電站運行維護工作的關系n臺數(shù)多，運行靈活，事故影響小，但同時增加了事臺數(shù)多，運行靈活，事故影響小，但同時增加了事故的幾率，也增加了管理人員、提高了運行費，所故的幾率，也增加了管理人員、提高了運行費，所以不宜采用過多的臺數(shù)。以不宜采用過多的臺數(shù)。n總之，一般應采用較大的總之，一般應采用較大的N單，較少的臺數(shù)，但一單，較少的臺數(shù)，但一般至少應選般至少應選2臺，少數(shù)情況下可選臺，少數(shù)情況下可選1

55、臺。中大型電站臺。中大型電站一般選一般選46臺，根據(jù)機組的制造水平和裝機容量也臺，根據(jù)機組的制造水平和裝機容量也可以選用更多的臺數(shù)，如葛洲壩共可以選用更多的臺數(shù)，如葛洲壩共21臺，裝機萬千臺，裝機萬千瓦，正在修建的三峽水電站裝機瓦，正在修建的三峽水電站裝機2670=1820萬千萬千瓦。瓦。 三、水輪機型號確定三、水輪機型號確定依據(jù)：依據(jù)：N N單，特征水頭單，特征水頭(Hmax(Hmax、HminHmin、HavHav、Hr) Hr) 1 1、 根據(jù)水輪機系列型譜選擇根據(jù)水輪機系列型譜選擇 型號的選擇主要取決于水頭。各種水輪機都有一定的使用范圍型號的選擇主要取決于水頭。各種水輪機都有一定的使用

56、范圍，根據(jù)電站運行水頭的范圍，直接查系列型譜，確定水輪機的，根據(jù)電站運行水頭的范圍，直接查系列型譜，確定水輪機的型號。如果兩種型號均可采用，應進行方案比較。型號。如果兩種型號均可采用，應進行方案比較。2 2、 采用套用機組采用套用機組 根據(jù)目前國內(nèi)設計、施工和運行的電站資料，在特征水頭相近根據(jù)目前國內(nèi)設計、施工和運行的電站資料，在特征水頭相近、N N單適當，經(jīng)濟技術指標相近時，有限套用已經(jīng)生產(chǎn)國的機單適當，經(jīng)濟技術指標相近時，有限套用已經(jīng)生產(chǎn)國的機組，這樣可以節(jié)省設計時間、盡早供貨、提前發(fā)電。組，這樣可以節(jié)省設計時間、盡早供貨、提前發(fā)電。 四、還擊式水輪機主要參數(shù)確實定四、還擊式水輪機主要參數(shù)

57、確實定 確定了水輪機的型號后，再計算水輪機的主要參確定了水輪機的型號后，再計算水輪機的主要參數(shù)：數(shù)： 轉(zhuǎn)輪直徑轉(zhuǎn)輪直徑D1，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速n n、吸出高、吸出高HsHs。 D D1 1、n n應該滿足：在應該滿足：在HrHr下，發(fā)出下，發(fā)出NrNr；在；在HavHav時，時，最最高。高。 吸出高吸出高HsHs應滿足：防止水輪機汽蝕，開挖深度合應滿足：防止水輪機汽蝕，開挖深度合理。理。 ( (一一) ) 水輪機系列應用范圍圖水輪機系列應用范圍圖 1、以、以H為橫座標，為橫座標，N單為縱座標繪制某一系列水輪機應用范圍。單為縱座標繪制某一系列水輪機應用范圍。 2、根據(jù)、根據(jù)Hr、Nr 范圍范圍D1，n

58、。 3、水輪機吸出高度確實定、水輪機吸出高度確實定Hs：根據(jù)：根據(jù)hsH的關系曲線確定。的關系曲線確定。 由由Hr hs， Hs hs900 這種方法比較簡單，但精度不夠，多用于小型水電站的初步設計這種方法比較簡單，但精度不夠，多用于小型水電站的初步設計 (二二) 按綜合特性曲線選擇按綜合特性曲線選擇1、D1確實定確實定rrrHHDQN21181. 92/31181.9rrHQND(1) Nr(水輪機額定出力水輪機額定出力) Nr= Nff H=Hr計算。計算。(2)(3) ：原型水輪機在限制工況下的效率，在：原型水輪機在限制工況下的效率，在D1未確未確定時定時 一般先取一般先取=M+ (=2

59、3%)，求得，求得D1后后再修正。再修正。(4) 在在N= Nr時，取限制工況下的時，取限制工況下的 ，并查出限制工況，并查出限制工況的的M HL水輪機由水輪機由5%出力限制線得到，出力限制線得到，ZL式由汽蝕條式由汽蝕條件得到，或限制件得到，或限制HS反推反推z，以防止開挖過多。，以防止開挖過多。 z為水輪機裝置的汽蝕系數(shù)。為水輪機裝置的汽蝕系數(shù)。 HHsz900101Q1Q2、的修正計算的修正計算 求得求得D1后，再查附表得出后，再查附表得出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%(表示異形部表示異形部件件)

60、=M+，與假定出入太大，應重新計算。與假定出入太大，應重新計算。 3、轉(zhuǎn)速的選擇、轉(zhuǎn)速的選擇 用最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速用最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速 ，水頭水頭H=Ha。 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n隨工況而變，要選發(fā)電機轉(zhuǎn)速相近的標準同步隨工況而變，要選發(fā)電機轉(zhuǎn)速相近的標準同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速， 11011DHnnDHnna1n10n11010nnnM4、工作范圍的驗算、工作范圍的驗算 求出水輪機的參數(shù)求出水輪機的參數(shù)D1、n后，在模型綜合特性曲線后，在模型綜合特性曲線上繪出水輪機的相似工作范圍，檢驗是否包括了高上繪出水輪機的相似工作范圍，檢驗是否包括了高效率區(qū)，以驗證效率區(qū)，以驗證D1、n的合理性。的合理性。 方法：根據(jù)方法：根據(jù)Nr、D