课程设计任务书及指导书 水利水电工程专业 专科适用 教师：简新平 河北工程大学水电学院 年月日 Ⅰ《水电站》课程设计任务书 1 课程设计的目的 课程设计的目的，是培养学生运用本课程及相关课程基本理论和技术解决实际问题，进一步提高运算、绘图和使用技术资料的能力，通过具体工程实例设计提高设计观念和分析解决工程问题的能力。 2 课程设计成果及要求 2.1 课程设计成果 （1）设计说明书一份，内容包括：
A、封面； B、课程设计任务书； C、中文摘要； D、英文摘要； E、目录； F、正文； G、谢辞； H、参考文献； I、附录（附录为可选内容）。 （2）设计图纸一张，内容为： 设计过程中的辅助图、蜗壳、尾水管单线图。采用大米格纸或1号AutoCAD打印图纸，文字书写必须采用符合制图规范的长仿宋体。 2.2设计成果要求 ※请大家务必按以下要求完成设计成果，否则，审查时不予通过。 2.2.1说明书内容要求 （1）摘要。中文摘要在300字左右，外文摘要以250个左右实词为宜，关键词一般以3～5个为妥。 （2）目录。按三级标题编写（即：1……、1.1……、1.1.1……），附录也应依次列入目录。 （3）量和单位。量和单位必须采用中华人民共和国的国家标准GB3100～GB3102-93，它是以国际单位制（SI）为基础的。非物理量的单位，可用汉字与符号构成组合形式的单位。 （4）正文标题层次。全部标题层次应有条不紊，整齐清晰。相同的层次应采用统一的表示体例，正文中各级标题下的内容应同各自的标题对应，不应有与标题无关的内容。 章节编号方法应采用分级阿拉伯数字编号方法，两级之间用下角圆点隔开，每一级的末尾不加标点。分级阿拉伯数字的编号一般不超过四级。 各层标题均单独占行书写。第一级标题居中书写；第二级标题序数顶格书写，后空一格接写标题，末尾不加标点；第三级和第四级标题均空两格书写序数，后空一格书写标题。第四级以下单独占行的标题顺序采用A.B.C.…和a.b.c.两层，标题均空两格书写序数，后空一格写标题。正文中对总项包括的分项采用⑴、⑵、⑶…单独序号，对分项中的小项采用①、②、③…的序号或数字加半括号，括号后不再加其他标点。 （5）公式。公式号以章分组编号，如（2?4）表示第2章的第4个公式。公式应尽量采用公式编辑程序录入，选择默认格式，公式号右对齐，公式和编号之间不加虚线，公式调整至基本居中。 （6）表格。每个表格应有表序和表题，表序以章分组编号。表序和表题应写在表格上放正中，表序后空一格书写表题。表格允许下页接写，表题可省略，表头应重复写，并在右上方写"续表××"。 （7）插图。插图必须精心制作，线条粗细要合适，图面要整洁美观。每幅插图应有图序和图题，图序以章分组编号，如（图2?4）表示第2章的第4个图，图序和图题应放在图位下方居中处。图应在描图纸或在白纸上用墨线绘成，也可以用计算机绘图。 （8）参考文献。一律放在文后，参考文献的书写格式要按国家标准GB7714－87规定。参考文献按文中出现的先后统一用阿拉伯数字进行自然编号，序码宜用方括号括起。书写格式为：
第一章 一、填空题： 1．水电站生产电能的过程是有压水流通过水轮机，将转变为，水轮机又带动水轮发电机转动， 再将转变为。 2．和是构成水能的两个基本要素，是水电站动力特性的重要表征。 3．我国具有丰富的水能资源，理论蕴藏量为kW，技术开发量为kW。 4．水轮机是将转变为的动力设备。根据水能转换的特征，可将水轮机分为和 两大类。 5．反击式水轮机根据水流流经转轮的方式不同分为、、、几种。 6．反击式水轮机的主要过流部件（沿水流途经从进口到出口）有：，，， ，。 7．冲击式水轮机按射流冲击转轮的方式不同可分为、和三种。 8．混流式水轮机的转轮直径是指；轴流式水轮机的转轮直径是 指。 9．冲击式水轮机的主要过流部件有、、、。 10．水轮机的主要工作参数有、、、、等。 包括、、，其关系是。11．水轮机的总效率 12．水轮机工作过程中的能量损失主要包括、、三部分。 二、简答题 1．水力发电的特点是什么？ 2．我国水能资源的特点？ 3．反击式水轮机主要过流部件有哪些？各有何作用？ 4．当水头H，流量Q不同时，为什么反击式水轮机转轮的外型不相同？ 5．水轮机是根据什么分类的？分成哪些类型？。 6．反击式水轮机有哪几种？根据什么来区分？ 7．冲击式水轮机有哪几种？根据什么来区分？ 三、名词解释 1．HL240—LJ—250： 2．2CJ30—W—150/2×10： 3．设计水头： 4．水轮机出力： 5．水轮机效率： 6．最优工况： 7．水头： 8．转轮的标称直径
第二章 一、填空题 1．水轮机工作过程中的能量损失主要包括、、三部分。 2．根据水轮机汽蚀发生的条件和部位，汽蚀可分为：、、三种主要类型。3．气蚀现象产生的根本原因是水轮机中局部压力下降到以下. 4．水轮机的总效率 包括、、，其关系是。 5．立式水轮机的安装高程是指高程，卧式水轮机的安装高程是指。 6．水轮机的吸出高度是指转轮中到的垂直距离。 7．蜗壳根据材料可分为蜗壳和蜗壳两种。 8．金属蜗壳的断面形状为形，混凝土蜗壳的断面形状为形。 二、名词解释 1．汽化压力： 2．汽蚀现象： 3．水轮机安装高程： 4．吸出高度： 5．气蚀系数： 4．包角φ： 5．尾水管高度： 三、简答题 1．为什么高水头小流量电站一般采用金属蜗壳，低水头大流量电站采用混凝土蜗壳？ 2．水轮机的尾水管有哪些作用？ 3．蜗壳水力计算有哪些假定原则，各种计算方法的精度如何？ 4．汽蚀有哪些危害？ 5．防止和减轻汽蚀的措施一般有哪些？ 6．水轮机安装高程确定的高低各有什么优缺点？ 7．各类水轮机的安装高程如何确定？特别是要注意到哪些因素？ 8．尾水管的作用、工作原理是什么？尾水管有哪几种类型？ 四、计算 1．某水轮机采用金属蜗壳，最大包角为345○，水轮机设计流量Q○=10 m3/s，蜗壳进口断面平均流速v e=4m3/s，试计算蜗壳进口断面的断面半径ρe。 2．某水电站采用混流式水轮机，所在地海拔高程为450.00米，设计水头为100米时的汽蚀系数为0.22，汽蚀系数修正值为0.03，试计算设计水头下水轮机的最大吸出高度H S。
水轮机的选型设计 水轮机选型时水电站设计的一项重要任务。水轮机的型式与参数的选择是否合理，对于水电站的功能经济指标及运行稳定性，可靠性都有重要影响。 水轮机选型过程中，一般是根据水电站的开发方式，功能参数，水工建筑物的布置等，并考虑国内外已生产的水轮机的参数及制造厂的生产水平，拟选若干个方案进行技术经济的综合比较，最终确定水轮机的最佳型式与参数。 一：水轮机选型的内容，要求和所需资料 1：水轮机选择的内容 （1）确定单机容量及机组台数。 （2）确定机型和装置型式。 （3）确定水轮机的功率，转轮直径，同步转速，吸出高度及安装高程，轴向水推力，飞逸转速等参数。对于冲击式水轮机，还包括确定射流直径与喷嘴数等。（4）绘制水轮机的运转综合特性曲线。 （5）估算水轮机的外形尺寸，重量及价格。 wertyp9 ed\结合水轮机在结构、材质、运行等方面的要求，向制造厂提出制造任务书。 2.水轮机选择的基本要求 水轮机选择必须要考虑水电站的特点，包括水能、水文地质、工程地质以及电力系统构成、枢纽布置等方面对水轮机的要求。在几个可能的方案中详细地进行以下几方面比较，从中选择出技术经济综合指标最优的方案。 （1）保证在设计水头下水轮机能发生额定出力，在低于设计水头时机组的受阻容量尽可能小。 （2）根据水电站水头的变化，及电站的运行方式，选择适合的水轮机型式及参数，使电站运行中平均效率尽可能高。 （3）水轮机性能及结构要能够适应电站水质的要求，运行稳定、灵活、可靠，有良好的抗空化性能。在多泥沙河流上的电站，水轮机的参数及过流部件的材质要保证水轮机具有良好的抗磨损，抗空蚀性能。 （4）机组的结构先进、合理，易损部件应能互换并易于更换，便于操作及安装维护。 （5）机组制造供货应落实，提出的技术要求要符合制造厂的设计、试验与制造水平。 （6）机组的最大部件及最重要部件要考虑运输方式及运输可行性。 3.水轮机选型所需要的原始技术材料 水轮机的型式与参数的选择是否合理、是否与水电站建成后的实际情况相吻合，在很大程度上取决于对原始资料的调查、汇集和校核。根据初步设计的深度和广度的要求，通常应具备下述的基本技术资料： （1）枢纽资料：包括河流的水能总体规划，流域的水文地质，水能开发方式，水库的调节性能，水利枢纽布置，电站类型及厂房条件，上下游综合利用的要求，工程的施工方式和规划等情况。还应包括严格分析与核准的水能基本参数，诸如电站的最大水头Hmax、最小水头Hmin,加权平均水头Ha，设计水头Hr，各种特征流量Qmin、Qmax、Qa,典型年（设计水平年，丰水年，枯水年）的水头、流量过程。此外还应有电站的总装机容量，保证出力以及水电站下游水位流量关系曲线。 （2）电力系统资料：包括电力系统负荷组成，设计水平年负荷图，典型日负荷
水电站水轮机结构详解 一、转轮室装配，转轮室装配包括转轮室、基础环、伸缩节。 1、转轮室为钢板焊接结构,上部在桨叶转角范围内90°易汽蚀区域采用不锈钢，与叶片配合面为球面，喉部直径为Φ5277mm，为了便于安装，分上、下两半，用螺栓把合在一起，采用Φ14橡胶条密封。转轮室用螺栓和外导水环把合在一起，把合法兰处密封采用Φ16橡胶条密封。 2、基础环上装有伸缩节，后部焊在尾水管上，它是伸缩节、转轮室的基础与座环具有一定的同轴度及平行度要求。基础环采用钢板焊接结构，在安装调整轴线后，下游端与尾水管里衬焊牢。基础环要承受转轮室传来的水力振动，因而要求与混凝土结合牢固。 3、伸缩节安装在转轮室与基础环之间,采用Φ27橡胶条密封结构,可有效地防止漏水,伸缩节轴向调节间隙15mm，作为消除安装时的间隙误差之用，也可消除因厂房基础变形而对机组结构之影响。 二、座环装配，座环装配分为座环、下游外锥两部分。 1、座环是机组的主要支撑，承受机组大部份重量，水的压力、浮力、正反向推力、发电机扭矩等，并将这些负荷传递到基础混凝土上，因而应具有足够的强度、刚度。座环是整个机组的安装基础，水轮机的导水机构，发电机定子，组合轴承等都固定在其法兰上，并以此为基础顺序安装。座环分为内环两半，外环两半，在水平方向有两个固定导叶，在垂直方向有两个进人筒，既为座环的主要受力构件，也作为安装油、水、气管路和电气线路，更换水轮机导轴承、密封、组合轴承的通道。在座环的外圆布置一些调整螺杆和锚钉，安装调整用。 2、导水机构，灯炮贯流式机组导水机构的主要功能是产生水流进入转轮前环量,并根据机组的功率的需要调节流量,水轮机停止运行时,导叶关 闭切断水流。导水机构装配主要包括：外配水环、内配水环、导叶、控制环、压环、套筒、导叶臂及传动机构等组成。 2.1 外配水环分成两半,两半之间以及与座环法兰把合面间用“O”橡胶条密封。外配水环和导叶配合面为球面，半径SR3782mm,外配水环上设有16只导叶套筒孔，与主轴中心线成65°夹角，并等距分布。为测量导叶后
1．下列四组水轮机属于反击式水轮机的是( ) (A)斜击式、双击式；(B)斜流式、贯流式；(C)混流式、水斗式；(D)斜流式、斜击式。答：B 2．当水电站压力管道的管径较大、水头不高时，通常采用的主阀是( )。 (A)蝴蝶阀；(B)闸阀；(C)球阀；(D其它。 答：A 3．有压进水口事故闸门的工作条件是( )。 (A)动水中关闭，动水中开启；(B)动水中关闭，静水中开启； (C)静水中关闭，动水中开启；(D)静水中关闭，静水中开启。 答：B 4?拦污栅在立面上常布置成倾斜的进水口型式是( )。 (A)塔式和坝式；(B)隧洞式和坝式；(C)压力墙式和塔式；(D)隧洞式和压力墙式。答：D 5 ?选择水电站压力前池的位置时，应特别注意( )。 (A)地基稳定和排污排沙；(B)地基渗漏和水头损失； (C)地基稳定和地基渗漏；(D)排污排沙和水头损失 答：C 6 ?反击式水轮机的主要空化形式为( )。 (A)翼型空化；(B)间隙空化；(C)空腔空化；(D)局部空化。 答：C 7 ?为避免明钢管管壁在环境温度变化及支座不均匀沉陷时产生过大的应力及位移，常在镇 墩的下游侧设置( )。 (A)支承环；(B)伸缩节；(C)加劲环；(D)支墩。 答：B &当压力水管发生直接水锤时，只有在阀门处产生最大水锤压强的关闭时间应为：( ) (A)Ts=O ；(B)L/a
; 小型水电站设计2×15MW的水力发电机组
目录 一选题背景 (3) 原始资料 (3) 设计任务 (3) 二电气主接线设计 (3) 对原始资料的分析计算 (3) 电气主接线设计依据 (4) 主接线设计的一般步骤 (4) 技术经济比较 (4) 发电机电侧电压（主）接线方案 (4) 主接线方案拟定 (4) 三变压器的选择 (7) 3. 1主变压器的选择 (7) 相数的选择 (7) 绕组数量和连接方式的选择 (7) 厂用变压器的选择 (8) 四．短路电流的计算 (9) 电路简化图8： (9) 计算各元件的标么值 (10) 短路电流计算 (11) d1点短路电流计算 (11) d2点短路 (13) 五电气设备选择及校验 (15) 电气设备选择的一般规定 (15) 按正常工作条件选择 (15) 按短路条件校验 (16) 导体、电缆的选择和校验 (16) 断路器和隔离开关的选择和校验 (17) 限流电抗器的选择和校验 (17)
电流、电压互感器的选择和校验 (18) 避雷器的选择和校验 (18) 避雷器的选择 (18) 本水电站接地网的布置 (19) 六.设计体会 (19) 附录 (20) 参考文献 (22)
一选题背景 原始资料 （1）、待设计发电厂为水力发电厂；发电厂一次设计并建成，计划安装2×15MW的水力发电机组，利用小时数4000小时／年； （2）、待设计发电厂接入系统电压等级为110kV，距系统110kV发电厂45km；出线回路数为4回； （3）、电力系统的总装机容量为600MVA、归算后的电抗标幺值为，基准容量Sj＝100MVA; （4）、低压负荷：厂用负荷（厂用电率）%； （5）、高压负荷：110kV电压级，出线4回, Ⅲ级负荷，最大输送容量60MW，cosφ＝； （6）、环境条件：海拔＜1000m；本地区污秽等级2级；地震裂度＜7级；最高气温36℃；最低温度－℃；年平均温度18℃；最热月平均地下温度20℃；年平均雷电日T＝56日／年；其他条件不限。 设计任务 （1）、根据对原始资料的分析和本变电所的性质及其在电力系统中的地位，拟定本水电站的电气主接线方案。经过技术经济比较，确定推荐方案。 （2）、选择变压器台数、容量及型式。 （3）、进行短路电流计算。 （4）、导体和电气主设备（各电压等级断路器、隔离开关、母线、电流互感器、电压互感器、电抗器（如有必要则选）、避雷器）的选择和校验。 （5）、厂用电接线设计。 （6）、绘制电气主接线图。 二电气主接线设计 对原始资料的分析计算 为使发电厂的变压器主接线的选择准确，我们原始资料对分析计算如下； 根据原始资料中的最大有功及功率因数，算出最大无功，可得出以下数据
院校：河北工程大学水电学院专业班级：水利水电建筑工程01班姓名：苏华 学号： 093520101 指导老师：简新平
水电站水轮机的选型设计 摘要 本说明书共七个章节，主要介绍了大江水电站水轮机选型，水轮机运转综合特性曲线的绘制，蜗壳、尾水管的设计方案和工作原理以及调速设备和油压装置的选择。主要内容包括水电站水轮机、排水装置、油压装置所满足的设计方案及控制要求和设计所需求的相关辅助图和设计图。系统的阐明了水电站相关应用设备和辅助设备的设计方案的步骤和图形绘制的方法。 关键词： 水轮机、综合运转特性曲线图、蜗壳、尾水管、调速器、油压装置。 【abstract】 Curriculum project of hydrostation is a important course and practical process in curriculum provision of water-power engineering major . There are more contents and specialized knowledge in the curriculum project , which make students not to adapt themselves quickly to complete the design . In this paper , characteristic of the curriculum project is analyzed , causes of inadaptation to the curriculum project in students are found , rational guarding method are proposed , and a example of applying the guarding method is given . The results show that using provided method to guard student design is a good method , when teaching mode and time chart are given , students are guarded from mode of thinking and methodology , and design step are discussed and given . After the curriculum project of hydrostation , the capability of students to solve practical engineering problems is improved , and the confidence to engage in design is strengthened . 【Keyword】 Curriculum project of hydrostation ; guarding method ; mode of thinking ; methodology; design step.
水电站复习思考题（1） 复习思考题（水轮机部分）（一） 1.水电站的功能是什么，有哪些主要类型？ 2.水电站的装机容量如何计算？ 3.水电站的主要参数有哪些（H、Q、N、N装、P设、N保），说明它们的含义？ 4.我国水能资源的特点是什么？ 5.水力发电有什么优越性？ 复习思考题（水轮机部分）（二） 1.水轮机是如何分为两大类的？组成反击式水轮机的四大部件 是什么？ 水轮机根据转轮内的水流运动和转轮转换水能形式的不同可分为反击式和冲击式水轮机两大类。 组成反击式水轮机的四大部件是：引水部件、导水部件、工作部件、泄水部件 2.反击式和冲击式水轮机各是如何调节流量的？ 反击式水轮机：水流在转轮空间曲面形叶片的约束下，连续不断地改变流速的大小和方向。 冲击式水轮机：轮叶的约束下发生流速的大小和方向的改变，将其大部分的动能传递给轮叶，驱动转轮旋转。
3.什么是同步转速，同步转速与发电机的磁极对数有什么关系？尾水管的作用是什么？ 同步转速：电机转子转速与定子的旋转磁场转速相同(同步)。同步转速与发电机的磁极对数无关。 尾水管的作用：①将通过水轮机的水流泄向下游；②转轮装置在下游水位之上时，能利用转轮出口与下游水位之间的势能H2；③回收利用转轮出口的大部分动能 4.水轮机的型号如何规定？效率怎样计算？ 根据我国“水轮机型号编制规则”规定，水轮机的型号由三部分组成，每一部分用短横线“—”隔开。第一部分由汉语拼音字母与阿拉伯数字组成，其中拼音字母表示水轮机型式。第二部分由两个汉语拼音字母组成，分别表示水轮机主轴布置形式和引水室的特征；第三部分为水轮机转轮的标称直径以及其它必要的数据。 水轮机的效率：水轮机出力（输出功率）与水流出力（输入功率）之比。?=P/Pw 5.什么是比转速？ n s 表示当工作水头H=1m、发出功率N=1kw时，水轮机所具有的转速n称为水轮机的比转速。
小型水电站水轮机的选型设计 摘要：高坪桥水库电站水头运行范围为22.99~57.92m，以统计规律为指导，在容量相近的水轮机参数水平基础上，结合目前国内机组制造水平及转轮特点，通过技术经济比较分析，进行机组选型设计，最终确定合理的水轮机参数。 关键词：卧式混流机组；选型设计 1 引言 浙江省龙游县高坪桥水库工程地处龙游县境内衢江支流社阳溪上，社阳溪流域现有社阳水库调蓄能力有限，且未设置防洪库容，下游地区受衢江洪水顶托，汛期每遇暴雨，易发生洪涝灾害。 2水轮机参数选择 2.1 电站基本参数 高坪桥水库总库容3206万m3，供水调节库容2431万m3，防洪库容560万m3；死库容218万m3；配套电站总装机容量3.6MW。电站为引水式电站，正常蓄水位182.0m，发电死水位150.0m；电站最大毛水头58.42m，最小毛水头26.0m，加权平均水头46.66m。 2.2 水轮机模型参数选择 本电站水头范围为26.00m~58.42m。对于该水头段的机组宜采用卧式混流式机组。参考现有的水轮机模型转轮，供本电站选用的混流机转轮较多，其中A289和A551C模型参数较优，其能量特性和空化性能均较好，具有一定的代表性。 经计算比较，机组选型方案比较表如下 两个方案均能满足运行要求。模型转轮A551c效率较高，选用的转轮直径较小，机组总造价较低。但安装高程较低，主厂房土建造价较高。考虑本阶段预留一定裕度，选取效率略低，单位流量较小的模型转轮，有利获得较好汽蚀性能。 综合考虑，本阶段暂按照A286转轮来选择水轮机参数及机组流道主要控制尺寸，提出本电站水轮机应具有的能量指标及空化指标。 2.3 水轮机机组台数选择 台数的选择应综合考虑满足工程功能要求的技术经济指标。从运行和检修方面来看，机组台数越多，运行调度越灵活，检修工作也越容易安排。但是台数增加将加大机电设备及土建投资。本电站发电厂房距离大坝较远，大坝位置另外设置生态流量泄放装置，不需考虑通过机组泄放生态流量。 根据以上原则要求，选取2台机（2600 kW +1000kW）和3台机（3×1200 kW）两组方案进行比较，对比如下表： 综上，从技术上看，2台机和3台机方案都可以满足本电站发电的要求；从造价上看，3台机方案要高于2台机方案约363万（可比投资）；从运行维护管理上看，三台机组备品备件相同，在运行维护管理上，可增加互换性；综上多方面比较，并考虑业主意愿及运行管理现状和经验，本阶段选择机组台数为3台1200 kW的方案。 2.4 额定水头的选择 本电站为引水式开发，水库正常蓄水位182.00m，发电死水位150.00，消落高度32m，水轮机加权平均水头46.66m，选取水轮机额定水头为40.00m，可使水轮机长期运行在额定水头附近，在较大的范围内能够满负荷和高效运行。 2.5 水轮机安装高程的确定 混流式水轮机的安装高程应同时满足在各种可能出现的运行工况下避免空蚀的要求。同时，卧轴混流式水轮机的安装高程还应满足尾水管出口最小淹没深度的要求。经过计算，1200kW机组允许吸出高度[Hs]=+5.17m，装机吸出高度Hs=2.66m。确定水轮机的安装高程为126.0m。由满足最大水头工况的空蚀条件决定。
水电站水轮发电机组的常见故障与维护研究 伴随着社会的不断进步和提高，机械行业也迎来了自己的发展空间。水电站造福了社会，为人民提供生命之源。它已经摆脱了原来落后的工作模式，进而采取了水轮发电机组的方式。但是在水电站利用水轮发电机组也存在一定的问题。所以本文重点分析水电站水轮发电机组的常见故障与维护措施，进而找到行之有效的维护方式。 标签：水电站; 水轮发电机组; 常见故障; 维护分析 引言 作为水力发电的重要内容，水电站在实际运行过程中具有非常关键的作用。科学优化水电站的整体运行质量，全面优化水电站的运行安全，不仅关系着我国水力发电事业的健康持续发展，也关系着我国电能资源的节约与优化。水电站电力生产水平直接受到水电站发电机组运行能力的影响，在实际发电过程中，发电机组若出现故障或者隐患，势必影响水电站的整体运行成效，同时，也会在某种程度上造成发电机组损毁。因此，在发电机组的运行过程中，应该落实科学的运行方式，全面加强维护管理，综合性提升发电机组的整体运行安全，确保水电站平稳高效运行。 1 水电站水轮发电机组的结构与工作原理 水轮发电机组的主要组成部分就是定子、转子与励磁装置，定子主要有隔震系统、机座、铁芯，转子则主要包含了主轴、轮臂、轮毂、风扇、磁极、制动阀板等部件。水轮发电机组中的导水机构在关闭的过程中需要一定的时间，为了避免在关闭的过程中所造成的电网解列时的转速上升过快、过高的情况，就需要给水轮发电机的转子以更大的转动惯量。这是造成当前转子质量过重的主要原因。发电机同步运行的过程中，水轮发电机组内的励磁绕组会通过直流电流，直接形成正常运行的磁场，此时就需要借助励磁电源、励磁调节器、励磁绕组以及其他的组成设备才能获取给直流电流，如果直接给发电机提供励磁绕组与励磁电源，会使得水轮发电机组的定子与转子结构部分存在一定的气隙，而该气隙也会导致出现旋转磁场，这就称之为水轮发电机组的主磁场。经过分析发现，该磁场的变化呈现出正弦变化规律，在水轮发电机组主磁场与定子绕组实现切割时，定子绕组会伴随着时间的变化而产生正弦交流电动势，这样就能够达到发电的目的，这也是水轮发电机的工作原理。 2水电站水轮发电机组的常见故障 2.1水轮发电机组的温度太高。 水轮发电机组是通过电使得发电机运转起来的，水轮发电机组在转动的过程中因为机器之间的摩擦，会有热量的产生。而这些热量如果得到有效的处理，那
troduction of hydro-electric power and hydraulicturbines Power may be developed from water by three fundamental processes : by action of its weight, of its pressure, or of its velocity, or by a combination of any or all three. In modern practice the Pelton or impulse wheel is the only type which obtains power by a single process the action of one or more high-velocity jets. This type of wheel is usually found in high-head developments. Faraday had shown that when a coil is rotat ed in a magnetic field electricity is generated. Thus, in order to produce electrical ener gy, it is necessary that we should produce mechanical energy, which can be used to rot ate the coil. The mechanical energy is produced by running a prime mover by the ene rgy of fuels or flowing water. This mechanical power is converted into electrical powe r by electric generator which is directly coupled to the shaft of turbine and is thus run by turbine. The electrical power, which is consequently obtaind at the terminals of the generator, is then transited to the area where it is to be used for doing work.he plant or machinery which is required to produce electricity is collectiv ely known as power plant. The building, in the entire machinery along with other aux iliary units is installed, is known as power house. Keywords hydraulic turbines hydro-electric power classification of hydel plants head scheme There has been practically no increase in the efficiency of hydraulic turbines sinc e about 1925, when maximum efficiencies reached 93% or more. As far as maximum efficiency is concerned, the hydraulic turbine has about reached the practicable limit o f development. Nevertheless, in recent years, there has been a rapid and marked increa se in the physical size and horsepower capacity of individual units. In addition, there has been considerable research into the cause and prevention of cavitation, which allows the advantages of higher specific speeds to be obtained at hig her heads than formerly were considered advisable. The net effect of this progress wit h larger units, higher specific speed, and simplification and improvements in design h as been to retain for the hydraulic turbine the important place which it has
斜击式小型水力发电机 斜击式小型水力发电机5KW，需要水头为15－50米左右，水流量为：0.047－0.014立方米/秒。可以选配永磁单相发电机和励磁三相发电机。斜击式小型水力发电机5KW配永磁单相发电机重量约为：150kg。 一、小型水力发电站简介：建微水电站是在有一定水头落差的地方，通过筑坝拦集小溪流水，通过管道等将水引入水力发电机组，推动水轮带动电机发电，然后通过输电线供给用电户。 二、斜击式水力发电原理：在有水落差比较高的地方，用水管将水从高处引往低处，由于水位差高，水产生比较高的压力，在高压力的作用下，水的流速非常快。在水轮机处装有圆形的小喷口，高压高速的水流喷射到斗状的叶片上带动水轮机高速旋转，从而带动发电机发电。在这里主要就是利用水的高压高速能量，因此，高落差非常重要。水位差，或者说水流落差，我们简称为水头。 三、功率计算：水流量和水头就可以决定安装发电机组的功率。水流量一般是指一秒钟内流出的水的体积。以立方米/秒为单位。理想理论上安装功率的计算公式为：水头(m)×流量(m3/s)×9.8＝功率(KW)。实际上机组的效率并不是100%，因此要把机组的效率算上。一般水头我们以H来表示，流量以Q来表示，机组效率为η来表示，一般η取0.7左右。g表示重力加速度，功率以P来表示，那么安装功率的计算公式为：P ＝ HQηg 例如：水流量为0.02m3/s，水头为10米高，那么可以安装的功率为： 0.02×10×9.8×0.7 ＝1.372(KW)，即实际可以安装功率为：1千瓦左右。 流量比较难测量一般以估算法来测。首先估算出水的流速，然后再估算出水流的横截面积大小，即可算出水流量大小。 流量(m3) Q = Sv 其中S为横段面积（m2），v为流速（m/s） ①、首先测量得水沟的横截面积S，比如可量得水沟的宽、高粗略算出横截面积S，如要测得更准确，可对水沟的横截面积进行分割细分测得各小块面积，然后再相加得出总面积。 ②、水流速的测法，可直接丢一漂浮物在水面上，然后看它在一定时间内漂流过的路程，然后再计算出其1秒内流过的路程，即为水的流速。 ③、还可以用一个比较大的水桶来直接接水，然后计算出流量。 估测流量时，要多次测量取平均值，还要考虑到每个季节的水量变化情况。四、斜击式小型水力发电机结构：斜击式小型水力发电机是专门针对高水头设计应用的。一般用在水头为6米－50米之间。典型的应用场合如：高落差的小溪旁、小瀑布边、小山水边等。斜击式小型水力发电机构造非常简单，由两大部分组成：斗式水轮机和发电机同轴构成。详细结构说明参照图“斜击式小型水力发电机结构图”。 五、主要规格及技术参数
第一章绪论 第一节水电站与水轮机 自然界有多种能源，目前已被开发利用的能源中主要有热能、水能、风能和核能。水能是一种可再生能源。地球上江河纵横，湖泊星罗棋布，海洋辽阔，蕴藏着丰富的水力资源。借助太阳的帮助，地球上的水蒸发成水蒸气，在天空中水蒸气又凝聚成雨雪降至大地，通过江河又流入海洋，如此循环不已，永无止境。所以利用水能发电的电能转换方式与火力发电和核能发电相比有许多的优点，例如成本低，运行管理简单，启动快，消耗少，适于调峰和调频，污染少等。 自然界的河流都具有一定的坡降，水流在重力作用下，沿着河床流动，在高处的水蕴藏着丰富的位能，如果没有把这种水能加以利用，当水流向低处流动时，则所有的能量都消耗在克服水流的粘性、摩阻、冲刷河床和夹带泥沙等方面去了。 水轮机是一种将河流中蕴藏的水能转换成旋转机械能的原动机。水流流过水轮机时，通过主轴带动发电机将旋转机械能转换成电能。水轮机与发电机联接成的整体称为水轮发电机组，它是水电站的主要设备之一。 水电站是借助水工建筑物和机电设备将水能转换为电能的企业。为了利用水流发电，就要将天然落差集中起来，并对天然的流量加以控制和调节（如建造水库），形成发电所需要的水头和流量。水电站的型式主要取决于集中水头的方式，根据集中水头的方式的不同， 水电站分为坝后式水电站、引水式水电站和混合式水电站，见图1-1、图1-2、图1-3 所示。 图1-1坝后式水电站厂坝横剖面示意图
图1-2有压引水式水电站示意图 1—水库；2—闸门室；3—进水口；4—坝；5—泄水道；6—调压室 7—有压隧道；8—压力管道；9—厂房；10— 尾水渠 图1-3混合式水电站枢纽布置示意图 第一节 水电站与水轮机 自然界有多种能源，目前已被开发利用的能源中主要有热能、水能、风能和核能。水能是一种可再生能源。地球上江河纵横，湖泊星罗棋布，海洋辽阔，蕴藏着丰富的水力资源。借助太阳的帮助，地球上的水蒸发成水蒸气，在天空中水蒸气又凝聚成雨雪降至大地，通过江河又流入海洋，如此循环不已，永无止境。所以利用水能发电的电能转换方式与火力发电和核能发电相比有许多的优点，例如成本低，运行管理简单，启动快，消耗少，适于调峰和调频，污染少等。 自然界的河流都具有一定的坡降，水流在重力作用下，沿着河床流动，在高处的水蕴藏着丰富的位能，如果没有把这种水能加以利用，当水流向低处流动时，则所有的能量都消耗在克服水流的粘性、摩阻、冲刷河床和夹带泥沙等方面去了。
第11章水能计算及水电站主要参数选择 46．什么是水能计算，它的目的和任务是什么？ 水能开发的主要方式是水力发电。水电是一种清洁的能源。 我国水能资源十分丰富，水能资源理论蕴藏量为6.8亿千瓦，可开发水能资源为3.8亿千瓦，居世界第1位。但目前我国水能资源开发利用程度还比较低，水能资源总开发利用率不足20%。从全国看，我国待开发的水能资源主要集中在西南和西北地区，同时小水电的开发也具有广阔的前景。 水电站的装机容量、出力和发电量等是水电站重要的指标。有关水电站出力、发电量和其他参数的计算称为水能计算。 在规划设计阶段，进行水能计算的目的主要是选择和水电站及其水库有关的参数，如水电站装机容量、正常蓄水位、死水位等。 在运行阶段，水电站的规模已经确定，进行水能计算的目的主要是为了确定水电站在电力系统中最有利的运行方案。 47．什么是电力系统，什么是电力系统负荷图？ 在一个区域中，将各种发电站用输电线路联系起来统一向用电户供电称为电力系统。 电力系统的容量和发电量应满足国民经济各个部门的需要。电力系统的负荷是随时变化的。目前，电力还不能大规模地储存，故系统中各种电站的发电出力需按照负荷的变化而变化。电力系统负荷图即为反映电力系统负荷随时间变化的图线。 （1）电力系统日负荷图 文字教材中的图11.14为电力系统日负荷图及电能累计曲线。该图左边为日负荷图，其纵轴表示电力负荷（单位为万千瓦或者兆瓦），横轴表示时间（单位为小时）。电力系统日负荷图表示在一天之内负荷随时间变化的情况。按照负荷变化的情形，日负荷图可分为峰荷、腰荷、基荷三个区（如文字教材图11.13所示）。图11.14的右边为日电能累计曲线，它表示电力负荷与其相应的日电能的关系。不同负荷在日负荷图中对应的面积即为日电能，在图中以横坐标表示。
目录 1前言 (4) 2水电站的水轮机选型设计 (5) 2.1水轮机的选型设计概述 (5) 2.2水轮机选型的任务 (6) 2.3水轮机选型的原则 (6) 2.4水轮机选型设计的条件及主要参数 (7) 2.5确定电站装机台数及单机功率 (7) 2.6选择机组类型及模型转轮型号 (8) 2.7初选设计（额定）工况点 (11) 2.8确定转轮直径 D (12) 1 2.9确定额定转速n (12) 2.10效率及单位参数的修正 (13) 2.11核对所选择的真机转轮直径 D (14) 1 2.12确定水轮机导叶的最大开度、最大可能开度、最优开度 (18) 2.13计算水轮机额定流量 q (19) ,v r 2.14确定水轮机允许吸出高度 H (20) s 2.15计算水轮机的飞逸转速 (25) 2.16计算轴向水推力 P (25) oc 2.17估算水轮机的质量 (26) 2.18绘制水轮机运转综合特性曲线 (26) 3水轮机导水机构运动图的绘制 (35) 3.1导水机构的基本类型 (35) 3.2导水机构的作用 (36) 3.3导水机构结构设计的基本要求 (36) 3.4导水机构运动图绘制的目的 (37) 3.5导水机构运动图的绘制步骤 (37) 4水轮机金属蜗壳水力设计 (41)
4.1蜗壳类型的选择 (41) 4.2金属蜗壳的水力设计计算 (41) 5尾水管设计 (49) 5.1尾水管概述 (49) 5.2尾水管的基本类型 (49) 5.3弯肘形尾水管中的水流运动 (49) 6水轮机结构设计 (50) 6.1概述 (50) 6.2水轮机主轴的设计 (50) 6.3水轮机金属蜗壳的设计 (51) 6.4水轮机转轮的设计 (52) 6.5导水机构设计 (55) 6.6水轮机导轴承结构设计 (58) 6.7水轮机的辅助装置 (61) 7金属蜗壳强度计算 (63) 7.1金属蜗壳受力分析 (63) 7.2蜗壳强度计算 (63) 7.3计算程序及结果 (66) 8结论 (71) 1 前言 水轮机是水电站的重要设备之一，它是靠自然界水能进行工作的动力机械与其他动力机械相比，它具有效率高、成本低、环境卫生等显著特点。另外，水轮机的好坏直接影响到水电站的能量转换效率，在水轮机生产制造前，我们必须首先根据给定电站的水力条件对水轮机进行
水电站水轮机选型设计总体思路和基本方法 水轮机选型是水电站设计中的一项重要任务。水轮机的型式与参数的选择是否合理，对于水电站的动能经济指标及运行稳定性、可靠性都有重要的影响。 水轮机选型过程中，一般是根据水电站的开发方式、动能参数、水工建筑物的布置等，并考虑国内外已经生产的水轮机的参数及制造厂的生产水平，拟选若干个方案进行技术经济的综合比较，最终确定水轮机的最佳型式与参数。 一 已知参数 1 电站规模：总装机容量：32.6MW 。 2 电站海拔：水轮机安装高程：▽=850m 3 水轮机工作水头： max H =8.18m ，min H =8.3m ，r H =14.5m 。 二 机组台数的选择 对于一个确定了总装机容量的水电站，机组台数的多少将直接影响到电厂的动能经济指标与运行的灵活性、可靠性，还将影响到电厂建设的投资等。因此，确定机组台数时，必须考虑以下有关因素，经过充分的技术经济论证。 1机组台数对工程建设费用的影响。 2机组台数对电站运行效率的影响。
3机组台数对电厂运行维护的影响。 4机组台数对设备制造、运输及安装的影响。 5机组台数对电力系统的影响。 6机组台数对电厂主接线的影响。 综合以上几种因素，兼顾电站运行的可靠性和设备运输安装的因素，本电站选定机组为：4×8.15MW 。 三 水轮机型号选择 1 水轮机比转速s n 的选择 水轮机的比转速s n 包括了水轮机的转速、出力与水头三个基本工作参数，它综合地反映了水轮机的特征，正确的选择水轮机的比转速，可以保证所选择的水轮机在实际运行中有良好的能量指标与空化性能。 各类水轮机的比转速不仅与水轮机的型式与结构有关，也与设计、制造的水平以及通流部件的材质等因素有关。目前，世界各国根据各自的实际水平，划定了各类水轮机的比转速的界限与范围，并根据已生产的水轮机转轮的参数，用数理统计法得出了关于水轮机比转速的统计曲线或经验公式。当已知水电站的水头时，可以用这些曲线或公式选择水轮机的比转速。 轴流式水轮机的比转速与使用水头关系 中国： s n =H 2300 （m ·KW ） 日本： s n = 5020 20000 ++H （m ·KW ）