第2章：水力机械的选型.

水力机械基本知识（混流式、轴流式、可逆式及水泵）一、水力机械简介液体通过水力机械其本身能量获得增加的称为水力工作机（各类型泵）；液体通过水力机械其本身能量减少的称为水力原动机（各类型水轮机）；液体通过水力机械其本身能量既无增加又无减少的称为液力传动机。

我们工作范围主要是各种水轮机、混流泵及水泵水轮机。

到目前为止我们国内水力发电机组常用机型有以下几种：混流式水轮机：应用水头范围从四十多、五十米水头左右到五百米左右，五十米到三、四百米水头段，我们的水平已经和国外先进水平相近，具有同等的竞争实力，但是在四百多到五百米左右水头段我们现在还没有好的转轮，还有待于我们进一步努力，开发出高水平的转轮。

轴流式水轮机：应用水头从十几米到四十多米左右，我们水平和国外相比还有很大差距，现在我们正在努力，根据我们最近几年研究发现，差距形成的原因不在水力设计而是在模型试验，模型加工方面，我们的间隙要比国外大很多，这是我们效率低的主要原因，之所以间隙大是我们的静压轴成摆动大，另外我们试验台为水不能加压，做周六试验时空化系数小，转轮可能局部发生空化影响效率。

贯流式水轮机：应用水头从几米到十几米，我们到现在已经研制了一套装置正在进行试验，还要摸索、积累经验。

冲击式水轮机：应用水头在五百米以上，最高已经达到一千多米，我们现在虽然做过几次模型试验但还没有真正自己开发的转轮，没有进行自主研发。

可逆式水泵水轮机：我们现在接触的都是混流式水泵水轮机，应用水头在一百米以上，与冲击式水轮机相似，也是做过几次模型试验，虽然尝试过自主开发，但效果不理想，现在通过打捆招标有所进步，已经开始自行设计研究。

混流泵：只针对哈三电厂冷却泵进行过改造效果很好。

核电站循环泵：还没有开展工作核潜艇循环泵：还没有开展工作在水力机械术语中经常用到如下参数：1、水头或扬程H：水力机械进、出口断面处介质单位机械能（每单位重量的介质（如水）的机械能e=p/γ+z+v2/(2g)）之差。

水轮发电机组及附属设备（冷却、励磁等）选型设计及参数计算2.1水轮发电机的工作参数及类型的确定2.1.1发电机工作参数1）额定有功功率：P N =80MW2）额定电压：查《水电站机电设计手册•电气一次》P 156表4-5知U N =13.8KV3）额定功率因数：查《水电站机电设计手册•电气一次》P 157表4-6知Cos N ϕ=0.854）额定视在功率：S N =P N /Cos N ϕ=94.12MV A 5）额定频率:50N f HZ=6）发电机磁极对数：查《水轮机》表8－5知P ＝22对7）额定转速:136.4/mine r n n r ==8）飞逸系数：291/min Rf e n k n r ==，则/ 2.13f R e k n n ==2.1.2发电机类型的确定A.发电机定子铁芯的内径Di 及长度Lt 的计算1）极距τ和飞逸线速度V f确定:1068()k cm τ===式(2.1）上式中：k1―系数取k1=102.1368144.8(/)f f v k m s τ==⨯=式(2.2）2）定子铁芯内径:2/22268/952.49.5i D p cm m τππ==⨯⨯==式(2.3）3)电机常数C1或电机利用系数C 及定子铁芯长度Lt 的确定:查《水电站机电设计手册•电气一次》P 179表4-10，C=6.0⨯10-6；C 1=16.5⨯104则：26294120126.8() 1.276.010952.4136.4NS L cm mt CD n e i -====⨯⨯⨯式(2.4）B.发电机类型由发电机型式的选择条件：9.50.0550.05136.4 1.27i e t D n L ==>⨯式(2.5）因此电站采用伞式机组。

2.2水轮发电机冷却方式及励磁方式的确定2.2.1水轮发电机的冷却方式考虑空冷方式是目前国内大中型机组普遍采用的冷却方式，且空冷发电机结构简单经济、维护方便，适用于各级容量机组，因此本点站决定采用空冷式水轮发电机。

第二章水轮机及其选择水力机械❑水轮机+发电机：水轮发电机组❑功能：发电❑水泵+电动机：水泵抽水机组。

❑功能：输水❑水泵+水轮机：抽水蓄能机组。

❑功能：抽水蓄能水轮机水轮机是将水能转变为旋转机械能，从而带动发电机发出电能的一种机械，是水电站动力设备之一。

2.1 水轮机的类型和构造()()()()()()()()()()()()()()⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧⎪⎩⎪⎨⎧ 双击式 斜击式 切击式水斗式冲击式贯流调桨式贯流定桨式贯流转桨式贯流式 斜流式　轴流调桨式　轴流定桨式　轴流转桨式轴流式 混流式反击式水轮机SJ XJ CJ GT GD GZ GL XL ZT ZD ZZ ZL HL一、反击式水轮机❑定义：利用水流的势能和动能做功的水轮机称为反击式水轮机。

❑特征：转轮的叶片为空间扭曲面，流过转轮的水流是连续的，而且在同一时间内，所有转轮叶片之间的流道都有水流通过，即水流充满转轮室。

反击式水轮机类型❑1.混流式：水流径向流入转轮，轴向流出。

适用范围：H=30-700 m , 单机容量：几万kW-几十万kW适用于高水头小流量电站。

三峡水电站水轮机转轮❑2. 轴流式：水流沿转轮轴向流入，轴向流出，水流方向始终平行于主轴。

轴流定浆式：叶片不能随工况的变化而转动。

轴流转浆式：叶片能随工况的变化而转动，进行双重调节（导叶开度、叶片角度)。

3. 斜流式：水流经过转轮时是斜向的。

转轮叶片随工况变化而转动，高效率区广。

常用于抽水蓄能水电站。

反击式水轮机类型4. 贯流式：水轮机的主轴装置成水平或倾斜。

不设蜗壳，水流直贯转轮。

水流由管道进口到尾水管出口都是轴向的。

适用于低水头、大流量的河床式和潮汐水电站。

二、冲击式水轮机❑定义：利用水流的动能来做功的水轮机为冲击式水轮机。

❑特征：由喷管和转轮组成。

水流以自由水流的形式(P=Pa)冲击转轮，利用水流动能(V方向、大小改变)产生旋转力矩使转轮转动。

水利水电工程施工机械的选择水利水电工程施工机械的选择【摘要】：合理选择施工机械的依据、原则，结合水利水电工程特点及施工经验，重点介绍了水利工程施工机械的选型、配置和组合。

关键词: 水利水电;建筑工程; 施工机械0引言随着科技水平的不断发展，在水利水电建设施工过程中，机械化施工非常广泛。

要想合理、经济、高效发挥工程机械的效能，首先需要解决的问题是施工机械的配备、选型、组合和购置(或租赁)。

施工机械设备的选型配置对于确保水利工程质量、加快工程进度、提高经济效益是至关重要的。

各自又有独特的技术性能和作业范围,对之进行合理选择和组合,使其发挥最大效能是首先要妥善处理的重要问题。

一、施工机械的合理选择一般情况下, 施工量大时应采用大型机械, 施工量小时则应采用中、小型机械, 但这并不是绝对的。

如一个大型项目, 由于受道路、桥梁和电力供应等条件的限制, 大型机械不易通过, 或不能发挥作用, 则应考虑使用较小型的机械进行施工。

1 、与工程的具体情况相适应在水利水电工程中, 由于施工环境复杂, 选用的施工机械一方面要适应工地的气候、地形、土质、运输距离、施工断面形状尺寸等要求; 另一方面, 机械的容量要与工程进度和工程量相符合, 尽量避免因机械工作能力不足而造成延缓工期的现象。

2.具有较好的经济性施工机械的经济性主要与机械固定资产消耗及利用率有关。

固定资产消耗与施工机械的投资成正比, 包括折旧费、大修费投资的利息等费用; 而机械的运行费则与完成的施工量成正比, 包括劳动工资、直接材料费、燃润料费、劳保设施费等。

采用大型机械进行施工, 虽然一次性投资较大, 但它可以分摊到较大的工程量当中, 对工程成本额的影响较小。

因此, 在选择机械时, 必须权衡工程量与机械费用之间的关系, 同时还要考虑机械的先进性和可靠性3、保证工程质量要求和施工安全( 1)对于技术要求较高的作业项目, 应考虑采用性能优良或专用的机械。

( 2)在保证工程质量的前提下, 所用施工机械应与机械的通用性相结合,。

水轮机型号选择根据已知的水能参数初选水轮机型号最大工作水头：H max =Z 上max -Z 下min -△h=609.86-573.12-1.732=35 m 最小工作水头：H min =Z 上min -Z 下max -△h=607.78-574.27-1.732=31.77m平 均 水 头：H a =12 (H max +H min )= 12×(35.85+31.35)=33.4 m查水电站机电设备手册根据我国小型反击式水轮机适应范围参考表初选水轮机型号。

初选水轮机型号：HL240-LJ-140 水轮机类型 混流式 转轮型号 HL240 最大水头 35m 最小水头 31.77m 设计水头 33m 出力 3400kw 校核机组的稳定性 水轮机主要参数的计算：HL240-LJ-140型水轮机方案主要参数的计算: 转轮直径计算Nr=3400/0.95=3368.42kw Hr=33.4mD 1=MHr Q Nr η23181.9' (1-3)式中：Nr-为水轮机的额定出力（kw ） D 1 -为水轮机的转轮直径（m ） ηM -为水轮机的效率 Hr-为设计水头（m ）Q 1´--为水轮机的单位流量（m 3/s ）由水力机械课本附表1中查得Q 1´=12.4 L/s=1.24m 3/s,同时在附表1中查得水轮机模型在限制工况下的效率ηM =90.4%，由此可初步假定水轮机在该工况的效率为92.0%将Nr=3400kw, Q 1´=1.24 m 3/s, Hr=33.4m, ηM =92%得m D 12.192.04.3324.181.942.3368231=⨯⨯⨯=选择与之接近而偏大的标准直径D 1=1.40m 效率的修正值计算由水力机械课本附表1查得水轮机模型在最优工况下的效率ηMmax =89.6%,模型转轮直径D 1M =0.46m, 则原型水轮机的最高效率ηmax ，即：ηmax =1-（1-ηMmax ）511D D M(1-4)式中：ηmax --为原型水轮机的最高效率 ηMmax --为水轮机模型在最优工况下的效率 D 1M --为模型转轮直径 （m ） D 1 --为原型转轮直径 （m ） 将ηMmax =91.0% ，D 1M =0.46m, D 1=1.4m 带入得:ηMmax =1-（1-ηmax ）511D D M=1-（1-0.91）54.146.0=92.8%考虑到制造工艺水平的情况取ε1=1%由于水轮机所应用的蜗壳和尾水管的型式与模型基本相似，故认为ε2=0，则效率修正值Δη为：Δη=ηmax -ηMmax -ε1 式中：Δη--为效率修正值ηmax --为原型水轮机的最高效率 ηMmax --为水轮机模型在最优工况下的效率将ηmax=0.928，ηMmax=0.91，ε1= 0.01带入上式得：Δη=ηmax-ηMax-ε1=0.928-0.91-0.01=0.008 由此求得水轮机在限制工况的效率为：η=ηM +Δη=0.904+0.008=0.912（与原来假定的数值相近） 转速的计算n=110D Ha n ' (1-5) 式中：n --为水轮机的转速 （r/min ）'10n --为最优单位转速 （r/min ）Ha --为加权平均水头 （m ） D1 --为原型转轮直径 （m ）'10n ='10M n +Δn ´1式中：'10n --为最优单位转速 （r/min ）'10M n --模型水轮机的最优单位转速 （r/min ） 由水力机械课本附表1查得最优工况下的'10M n =72r/min同时由于Mn n 101、、∆=maxmaxM ηη-1 (1-6) 式中：n ´10M --模型水轮机的最优单位转速 （r/min ） ηmax --为原型水轮机的最高效率ηMmax --为水轮机模型在最优工况下的效率 将ηmax =0.95，ηMmax =0.92，带入式（2-9）得：192.0/936.01/max max 101-=-=''∆M Mn n ηη=0.0087<0.03所以∆'1n 可以忽略不计，则以10M n =72r/min 代入上式得：选与之接近而偏大的标准同步转速n=300 r/min 工作范围验算在选定的D1=1.4m 、n=300r/min 的情况下，水轮机的Q1´max 和各种特征水头的下的相应的n1´值分别为:Q1´max=η232181.9Hr D Nr (1-7)式中：Nr--为水轮机的额定出力 （kw ） D1 --为水轮机的转轮直径 （m ） η--为水轮机的效率 Hr--为设计水头 （m ）Q1´max--为水轮机最大单位流量 （m3/s ）将Nr=3940kw, Q 1´=1.24 m 3/s, Hr=35m, η=92%，D 1=1.4m 带入式（1-10）得：Q 1´max =η232181.9Hr D Nr=32239409.81 1.4350.92⨯⨯⨯=1.07m ³/s<1.24m ³/s则水轮机的最大引用流量Q max 为:Q max = Q 1´max D 1²Hr 式中：Q max --为水轮机的最大引用流量 （m 3/s ） Q 1´max --为水轮机最大单位流量 （m 3/s ） D 1 --为水轮机的转轮直径 （m ） Hr--为设计水头 （m ）将Q 1´max =1.07m ³/s ，D 1=1.4m ，Hr=35m 带入式（1-11）得： Q max = Q 1´max D 1²Hr =1.07×1.423/s 对于n 1´值，在设计水头Hr=35m 时，n 1r ´=HrnD 1式中：n 1r ´--为水轮机设计单位转速 （r/min ） n --为水轮机的转速 （r/min ） D 1 --为水轮机的转轮直径 （m ） Hr--为设计水头 （m ）将n=300r/min, D 1=1.4m ，Hr=30.71m 带入上式得： n 1r ´=HrnD 1n ´1min =max1H nD式中：n ´1min --为水轮机最小单位转速 （r/min ） n --为水轮机的转速 （r/min ） D 1 --为水轮机的转轮直径 （m ） H max --为最大水头 （m ）在最大水头max H =35.85m 时1min 70.1/min n r '=== 在最小水头min H =31.35m 时1max 75/min n r '=== 式中：n ´1max --为水轮机最大单位转速，r/min ； n --为水轮机的转速，r/min ； D 1 --为水轮机的转轮直径，m ； H min --为最小水头，m ；将设计水头H min =35m, n=300r/min, D 1=1.4m 带入式得:n ´1max =m in1H nD 在HL240型水轮机的模型综合特性曲线图（《水力机械》课本图3-7）上，分别画出Q 1´max =1240L/s. 'max 1n =75r/min 和'min 1n =70.1min /r 的直线。

水电站课程设计之水轮机选型设计学校：河北工程大学系别：水利水电工程班级：07水工本（5）班姓名：李啸云学号：070290515指导老师：袁吉栋第一章：基本资料基本设计资料某梯级开发电站，电站的主要任务是发电，并结合水库特性、地区要求可发挥水产养殖等综合效益。

电站建成后投入东北主网，担任系统调峰、调相及少量的事故备用容量，同时兼向周边地区供电。

该电站水库库容小不担任下游防洪任务。

经比较分析，该电站坝型采用混凝土重力坝，厂房型式为河床式。

经水工模型试验，采用消力戽消能型式。

经水能分析，该电站有关动能指标为：水库调节性能日调节保证出力 4万kw装机容量 16万kw多年平均发电量 44350 kwh最大工作水头 39.0 m加权平均水头 37.0 m设计水头 37.0 m最小工作水头 35.0 m平均尾水位 202.0 m设计尾水位 200.5 m发电机效率 98.0%第二章：机组台数与单机容量的选择水电站的装机容量等于机组台数和单机容量的乘积。

根据已确定的装机容量，就可以拟订可能的机组台数方案，选择机组台数与单机容量时应遵守如下原则：1、机组台数与工程建设费用的关系在水电站的装机容量基本已经定下来的情况下，机组台数增多，单机容量减小。

通常大机组单位千瓦耗材少，整体设备费用低；另外，机组台数少，厂房所占的平面尺寸也会减小。

因此，较少的机组台数有利于降低工程建设费用。

2、机组台数与设备制造、运输、安装以及枢纽安装布置的关系单机容量大，可能会在制造、安装和运输方面增加一定的难度。

然而，有些大型或特大型水电站，由于受枢纽平面尺寸的限制，总希望单击容量制造得大些。

3、机组台数与水电站运行效率的关系水轮机在额定出力或者接近额定出力时，运行效率较高。

机组台数不同，水电站平均效率也不同。

机组台数越少，平均效率越低。

但是机组台数多到一定程度，再增加台数对水电站运行效率增加的效果就不显著。

当水电站在电力系统中担任基荷工作时，引用流量较固定，选择机组台数较少，可使水轮机在较长时间内以最大工况运行，使水电站保持较高的平均效率。