水轮机的直径是设计确定的吗
标准同步转速值。
但当计算值与低一档的同步转速值相差特别小时,
也可以考虑取稍低于计
算值的同步转速值,
这样可以保证水轮机的工作范围不过多偏离最优效率区。
发电机标准同
步转速系列如表
8-5
所示。
如计算得到的转速介于两个同步转速之间,
应进行方案比较确定,
一般也可选略大的同步转速,以降低机组的尺寸。
表
8-5
发电机标准同步转速(对应于
f=50Hz
)
磁极对数
3
4
5
6
7
8
9
10
12
14
同步转速
1000
750
600
500
428。 6
375
333。3
300
250
214。3
磁极对数
16
18
20
22
24
26
28
30...全部
标准同步转速值。
但当计算值与低一档的同步转速值相差特别小时,
也可以考虑取稍低于计
算值的同步转速值,
这样可以保证水轮机的工作范围不过多偏离最优效率区。
发电机标准同
步转速系列如表
8-5
所示。
如计算得到的转速介于两个同步转速之间,
应进行方案比较确定,
一般也可选略大的同步转速,以降低机组的尺寸。
表
8-5
发电机标准同步转速(对应于
f=50Hz
)
磁极对数
3
4
5
6
7
8
9
10
12
14
同步转速
1000
750
600
500
428。
6
375
333。3
300
250
214。3
磁极对数
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
同步转速
187。
5
166。7
150
136。4
125
115。4
107。1
100
93。8
88。2
磁极对数
36
38
40
42
44
46
48
50
52
54
同步转速
83。
3
79
75
71。4
68。2
65。2
62。5
60
57。7
55。5
3
.检验水轮机的工作范围
由于所选的水轮机直径
1
D
和转速
n
都是标准值,与计算值并不相同,有时甚至差别较
大。
另外,中小型水电站往往要套用已使用过的所谓套用机组,将与计算值有较大的差别。
为此,
需要在模型综合特性曲线上绘出水轮机的工作范围,
以检查水轮机是否在大多数情况
下运行在高效率区域内。
具体检验方法如下:
(
1
)水轮机实际运行区域的检验。水轮机实际运行区域的检验是指最大水头和最小水
头求得的模型单位转速,
绘在模型综合特性曲线上,
以检验水轮机运行区域的效率高低。
单
位转速的变化范围包括高效区越多,则水轮机的平均效率越高。
单位转速的变化范围,可根据
n
D
H
H
H
a
,
,
,
,
1
min
max
求得对应的模型单位转速。
11
max
1
min
11
n
H
nD
n
(
8-23
)
11
1
11
n
H
nD
n
a
a
(
8-24
)
11
min
1
max
11
n
H
nD
n
(
8-25
)
计算值
a
n
11
应与模型最优单位转速
110
n
较接近,
max
11
min
11
~
n
n
的范围应包括水轮机的
最优效率区。
根据上述参数可以绘制出水轮机的工作范围图,如图
8-26
所示。
图
8-26
水轮机工作范围图
(
2
)检验水轮机的设计单位流量
r
Q
11
。
r
r
r
r
H
D
P
Q
5
。
1
2
1
11
81
。
9
(m
3
/s)
(
8-26
)
式中,
r
P
——水轮机额定出力,
KW
;
r
——设计工况点的原型效率,
对应设计工况点
)
,
(
11
11
r
r
n
Q
,
需通过试算确定。
在模型特性曲线上检查
r
Q
11
是否超过了出力限制线或型谱中所推荐使用的数值,若超
过说明
1
D
选得太小;若远远小于出力限制线上的值或推荐值则说明
1
D
选得过大。
一般,吸
出高度不超过限制值情况下,尽可能使
r
Q
11
接近出力限制线上的数值或推荐使用值。
4
.水轮机最大允许吸出高度
s
H
的计算
H
H
s
)
(
900
10
(m)
(
8-27
)
H
k
H
s
900
10
(m)
(
8-28
)
初步估算水轮机的允许吸出高度
s
H
时,空化系数
可采用设计工况点
)
,
(
11
11
r
r
n
Q
的
值。
详细计算时,可选择
min
max
,
,
H
H
H
r
等若干水头分别计算
s
H
时,从中选择一个最
小值作为最大允许吸出高度。
计算各水头下的
s
H
时,
所采用的
值应为该水头所对应的水
轮机实际出力限制工况的空化系数,选取
时,先计算各水头对应的限制工况参数
)
,
(
11
11
Q
n
,然后在模型特性曲线上查取对应的
值。
对于
HL310
、
HL230
、
HL110
等水轮机,由于只给出了电站空化系数
p
,故
s
H
的计
算采用下式
H
H
p
s
900
10
(
8-29
)
5
.飞逸转速的计算
水轮机飞逸转速的计算公式为
1
max
11
D
H
n
n
R
R
(r/min)
(
8-29
)
R
n
11
——模型水轮机最大可能开度的单位飞逸转速。
对于未给出飞逸性曲线的水轮机,可按建议的最大单位飞逸转速
max
11
R
n
和最大水头
max
H
计算飞逸转速。
六、常规水轮机选型算例
1
.已知参数
电站装机容量
48
万
kw
,装机台数
4
台;单机容量
12
万
kw
。
2
。
134
max
H
m
,
2
。
94
min
H
m
,
1
。
126
a
H
m
,
120
r
H
m
水轮机安装高程:
5
。
622
m
2
.水轮机型号选择
按我国水轮机型谱推荐的设计水头与比转速关系,水轮机的
s
n
为:
6
。
162
20
120
2000
20
2000
r
s
H
n
(m ·
kw)
因此,以选择
s
n
在
160(m ·
kw)
左右的水轮机为宜。
在水轮机型谱中,本电站的水头段有
HL180
与
HL160
两种转轮可供选择,在设计工况
下两种转轮的
s
n
分别为
186(m ·
kw)
与
164(m ·
kw)
,经比较,以
HL160
转轮的
s
n
与本电站
的计算比转速最接近,且空化系数较小,故决定选用
HL160
转轮。
3
.水轮机基本参数计算
(
1
)转轮直径
1
D
的计算
水轮机的额定出力:
122449
98
。
0
120000
g
g
r
N
P
(
kW
)
取最优单位转速
5
。
67
110
n
r/min
与出力限制线交点的单位流量为设计工况点单位流
量,则
68
。
0
11
r
Q
m
3
/s
,对应的模型效率
895
。
0
M
,暂取效率修正值
%
3
,则设
计工况原型水轮机效率
925
。
0
03
。
0
895
。
0
M
,水轮机转轮直径
1
D
为:
88
。
3
925
。
0
120
68
。
0
81
。
9
122449
81
。
9
Pr
5
。
1
5
。
1
11
1
r
r
H
Q
D
(m)
按我国规定的转轮直径系列,计算值处于标准值
3。
8m
和
4。1m
之间,计算直径更接近
3。8m
,故可取转轮直径
1
D
=
3。8m
。
(
2
)效率
的计算
945
。
0
8
。
3
46
。
0
)
916
。
0
1
(
1
)
1
(
1
5
1
1
5
0
max
D
D
M
M
029
。
0
916
。
0
945
。
0
0
max
M
限制工况原型水轮机效率为:
924
。
0
029
。
0
0895
M
(
3
)转速
n
的计算
47
。
199
8
。
3
1
。
126
5
。
67
1
110
D
H
n
n
a
(r/min)
转速计算值介于发电机同步转速
5
。
187
r/min
和
214。3r/min
之间,需要对两个转速都进
行检验。
(
4
)水轮机设计流量
r
Q
的计算
56
。
107
120
8
。
3
68
。
0
2
2
1
11
r
r
r
H
D
Q
Q
(m
3
/s)
(
5
)几何吸出高度
s
H
的计算
在设计工况下,
模型水轮机的空化系数
065
。
0
M
。
根据几个装有
HL160
转轮的电站
调查,认为
HL160
转轮电站空化系数
p
应大于
0。1
为好,故本电站取
105
。
0
p
,吸出
高度为:
3
。
3
120
105
。
0
900
/
5
。
622
10
900
/
10
r
p
s
H
H
(m)
取
s
H
=-3。
5m
。
(
6
)飞逸转速
R
n
的计算
由
HL160
水
轮
机
模
型
飞
逸
特
性
曲
线
查
得
在
最
大
导
叶
开
度
下
单
位
飞
逸
转
速
127
11
R
n
r/min
,故水轮机的飞逸转速为:
387
8
。
3
2
。
134
127
1
max
11
D
H
n
n
R
R
(r/min)
(
7
)轴向水推力
F
t
的计算
据
HL160
转轮技术资料提供的数据,转轮轴向水推力系数
t
K
=0。
20~0。26
,转轮直径较
小止漏环间隙较大时取大值。本电站水中有一定含沙量,止漏环间隙适当大一些,故取
t
K
=0。203
,水轮机转轮轴向水推力为:
6
2
max
2
1
10
03
。
3
2
。
134
8
。
3
4
203
。
0
9810
4
9810
H
D
K
F
t
t
(N)
4
.检验水轮机的工作范围
设计工况的单位流量
r
Q
11
712
。
0
120
8
。
3
924
。
0
81
。
9
122449
81
。
9
5
。
1
2
5
。
1
2
1
11
r
r
r
H
D
P
Q
(m
3
/s)
当
5
。
187
n
r/min
时,最大、最小平均水头所对应的单位转速
5
。
61
2
。
134
8
。
3
5
。
187
max
1
min
11
H
nD
n
(r/min)
45
。
63
1
。
126
8
。
3
5
。
187
1
11
a
a
H
nD
n
(r/min)
41
。
73
2
。
94
8
。
3
5
。
187
min
1
max
11
H
nD
n
(r/min)
当
3
。
214
n
r/min
时,最大、最小、平均水头所对应的单位转速
3
。
70
2
。
134
8
。
3
3
。
214
max
1
min
11
H
nD
n
(r/min)
52
。
72
1
。
126
8
。
3
3
。
214
1
11
a
a
H
nD
n
(r/min)
9
。
83
2
。
94
8
。
3
3
。
214
min
1
max
11
H
nD
n
(r/min)
把由上述参数绘制在
HL160
综合特性曲线图上,以检验水轮机运行区域的效率高低。
可以看出,
单位转速的变化范围包含高效区第一个方案比第二个方案多,
水轮机的平均效率
较高。因此选择工作范围较优的第一种方案。
。收起