水轮机

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