当前位置：文档之家 › 第三章水轮机的特性及选型

第三章水轮机的特性及选型

  • 格式：ppt
  • 大小：1.52 MB
  • 文档页数：54

下载文档原格式

  / 54

合集下载

水轮机选型设计

水轮机选型设计

目录第一章基本资料 (2)1.1水轮机选择的内容 (2)第二章水能计算与相关曲线的绘制 (3)2.1水能计算 (3)2.2相关曲线的绘制 (7)第三章机组台数和单机容量的确定 (8)3.1水轮机选型方案初定 (8)3.2确定水轮机选型方案 (8)第四章水轮机基本参数的计算 (13)4.1水轮机转轮直径的计算 (13)4.2水轮机效率的计算 (13)4.3水轮机转速的计算 (13)4.4水轮机设计流量的计算 (14)4.5水轮机几何吸出高度的计算 (14)4.6飞逸转速的计算 (16)第一章基本资料水轮机的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选择的是否合理，对于水电站的动能经济指标及运行稳定性、可靠性有重要的影响。

水电站水轮机的选择工作，一般是根据水电站的开发方式、动能系数、水工建筑物的布置等，并参照国内已生产的水轮机转轮参数及制造厂的生产水平，拟选出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1.1水轮机选择的内容水轮机选型设计包括以下基本内容：（1）根据水能规划推荐的电站总容量确定机组的台数和单机容量；（2）选择水轮机的型号及装置方式；（3）确定水轮机的轮转直径、额定出力、同步转速、安装高程等基本参数；（4）绘制水轮机的运转特性曲线；（5）确定蜗壳、尾水管的型式及它们的主要尺寸，以及估算水轮机的外形尺寸、重量和价格；（6）选择调速设备；（7）结合水电站运行方式和水轮机的技术标准，拟定设备订购技术条件；（8）对电站建成后水轮机的运行、维护提出建议。

第二章水能计算与相关曲线的绘制2.1水能计算根据所给原始资料，通过水能计算可以得到相应数据下的装机容量、发电量登各种参数，并将所得数据记录于表2-1中。

（1）水头HH=Hg-△h …………………………………（2-1）式中 Hg ——水电站毛水头，m ；△h —— 水电站引水建筑物中的水力损失，m 。

将计算结果录入表2-1第⑪列中。

第三章 水轮机的空化与空蚀(10)讲解

第三章 水轮机的空化与空蚀(10)讲解

2g
2

p2 r

w22 2g

u22 2g
hk2
----（1）
Z2

p2 r

v22 2g
Za

pa r

va2 2g
h2a
--、2点很靠近，即
uK u2 , hK2 0 , 且令 Z2 Za Hs
由于
h2a
分析和推导空化系数是以翼型空化为基础， 计算出转轮叶片上最低点的压力值，若不发生 空化，则必须使最低点的压力值大于或等于该 水温下的汽化压力。
如图所示，设k点为转轮叶片背面靠近出水边的 压力最低点，求k点的压力值。
对k-2点，2-a点分别列能量平衡方程式
Zk

pk r

wk2 2g

u
z k
h 但是，用 表示水轮机空化性能还不太 v
合理，因速度与水头成正比，同一水轮机当工
h 作水头不相同时， 也不相同，这不便于用 v 同一标准进行空化性能的比较，为此，采用单
位水头下的动态真空值表示，即，动态真空相
对值
hv H

wk2 w22 2gH
w
v22 2gH
hv H

wk2 w22 2gH
即
pk r

pv r

pa r

pv r
Hs
H
则压力余量的相对值为：
pk

pv

pa r

pv r
Hs

rH
H
令
pa r

pv r H
Hs
p
称电站的空化系数

水轮机特性及选型133页PPT

水轮机特性及选型133页PPT
水轮机特性及选型
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃Fra bibliotekEND

水轮机课程设计

水轮机课程设计

水轮机课程设计
1.引言
水轮机是一种重要的水力发电设备，广泛应用于水电站和水能利用系统中。

本课程设计旨在帮助学生深入了解水轮机的工作原理、性能特点以及设计与选型过程。

2.学习目标
通过本课程设计，学生将达到以下目标：
理解水轮机的基本原理和工作方式；
掌握水轮机的性能参数和性能曲线的分析方法；
学会进行水轮机的选型和设计计算；
熟悉水轮机的运行与维护管理。

3.课程内容安排
第一章：水轮机概述
水轮机的定义和分类
水轮机的主要构成部分和工作原理
第二章：水轮机性能分析
水轮机的性能参数介绍
水轮机性能曲线的绘制与分析方法
第三章：水轮机选型与设计
水轮机的选型原则与方法
水轮机的设计计算步骤和方法
第四章：水轮机的运行与维护
水轮机的运行管理和性能监测
水轮机的维护与故障处理
4.教学方法
本课程设计将采用以下教学方法：
理论讲授：通过课堂讲解介绍水轮机的基本原理、性能分析方法和选型设计过程。

实践操作：学生将进行水轮机的选型和设计计算，并使用专业软件进行性能曲线的绘制和分析。

小组讨论：鼓励学生参与小组讨论，分享经验和解决问题。

5.考核方式
课程设计报告：学生需完成水轮机的选型和设计计算，并撰写课程设计报告。

学习笔记：学生需撰写学习笔记，记录课堂内容和思考。

6.参考资料
《水力发电工程手册》
《水轮机与泵类》（第四版），朱光勇主编
《水轮机》（第三版），王文明编著
以上是水轮机课程设计的一个简要安排，具体的教学内容和安排可以根据实际情况进行调整和补充。

希望对您有所帮助！。

水轮发电机组中水轮机的选型设计

水轮发电机组中水轮机的选型设计

水轮发电机组中水轮机的选型设计摘要: 在水利水电系统中的建设过程, 怎样合理选择适用的水轮机组的类型对水轮机的性能是否优越十分重要。

因此应本着具体情况具体分析的原则设计相应的实践方案, 以提高其运行的灵活性。

本文着重阐述实践中应如何对水轮机组进行设计。

关键词: 水轮机组；特征；选型设计Abstract: In the water conservancy and hydropower system in the construction process, how to choose suitable hydraulic turbine type on turbine performance is superior is very important. It should be based on concrete analysis of the principles of design and the corresponding practices, in order to improve the operation flexibility. This paper focuses on the practice should be how to design of hydraulic turbine.Key words: turbine selection design; feature;0引言水轮机组的选型设计是水电站水力机械设计的重要组成部分。

发电机由水轮机驱动，它的转子短粗，机组的起动、并网所需时间较短，运行调度灵活。

水轮机组选型设计不仅为以后的电气部分、水工部分设计打下基础，同时也会影响到电站的机电设备投资、厂房投资及发电效益等经济指标。

因此，水轮机组的选型设计必须做到科学、准确、合理、先进，满足技术性能和经济指标的要求。

1水轮机选型设计的任务及内容水轮机是水电站中最主要动力设备之一，影响电站的投资、制造、运输、安装、安全运行、经济效益，因此根据H、N的范围选择水轮机是水电站中主要设计任务之一，使水电站充分利用水能，安全可靠运行。

(精品)水轮机特性及选型

(精品)水轮机特性及选型

n1

nD1 H
n n H D1
N1

N D12 H 3/ 2
N N1D12 H 3/ 2
❖ 单位参数是同轮系水轮机的“代表”参数，Q1'，n1' 表示水轮机的运行工况
❖ 同型号的水轮机在相似工况下的单位参数为常数，不 同工况下单位参数分别为一常数(工况不同，单 位参数不同)
❖ 在最优工况下的单位参数——最优单位参数， (Q‘10, n’10, N‘10)，代表该轮系水轮机的工作性能。
容积效率：缝隙 机械效率；部件之间的摩擦 水力效率：粗糙度，水流粘滞力，流场
（沿程损失，局部损失）
第三节 水轮机的效率换算与单位参数修正
二、水轮机效率换算经验公式
1、最优工况下的效率修正
1963年国际电工委员会推荐的公式：
混流：max 1 (1 M max)5
D1M D1
4-33
轴流：max
和出力各为多少？（假定原型与模型效率相 等）
相似率解决的问题： 同轮系水轮机的模型、原型参数换算
未解决的问题： 1. 不同轮系水轮机的性能比较 2. 同轮系水轮机不同工况性能比较？不同尺寸水轮
机性能比较？
需要有一个统一标准
二、单位参数
将模型试验成果按相似率转化为D1M=1m， HM=1m标准情况下的参数—单位参数，
D21M

hH hM H
M

2
P
或
NM
D12M (H MsM )3/2 jM

N
D12 (Hs )3/2 j
C
❖ 效率问题： 效率未知 三个效率怎样分开？
假定：相等 实际: 原型效率大于模型效率，需修正)

水轮机的特性曲线与选型—模型水轮机效率的修正

水轮机的特性曲线与选型—模型水轮机效率的修正

D1M D1
10
HM H
5.2.1 效率的修正
2、一般工况下的效率修正
• HL、ZD： M
max M max
• ZZ ：
M
m ax M m ax
• 注：轴流式水轮机，每个叶片转角对应一个最优工况。
5.2.1 效率的修正
冲击式水轮机：合理的直径比为D1/d0=10~20。当模型水轮机的射流直
注：运转综合特性曲线是原型水 轮机的特性曲线，曲线上的数据均 为原型水轮机数据。
HL220-LJ-410（n=136.4r/min ）水轮机运转综合特性曲线
1、最优工况下的效率修正
采用1963年国际电工委员会推荐的公式：
混流式水轮机 ：
当H≤150m时： max 1 (1 M max)5
D1M D1
轴流转桨式水轮机 ： 当H>150m时：
max
1 (1 M max ) 5
D1M D1
20
HM H
max
1 0.3(1M max ) 0.7(1M max ) 5
各类型水轮机转速特性的比较
5.2.3 线性特性曲线2、作特性曲线水轮机通常在固定的转速下运转，水头变化也较缓慢，但机组负荷则是经常变化的。为 表示水轮机工作在固定的转速和水头下的特性而绘制的曲线，即为水轮机工作特性曲线。
(a) Q、η、a~P曲线；(b) a、η、P~Q曲线；(c) Q、η、n～a曲线 水轮机工作特性曲线
水轮机的特性曲线与选型
1
水轮机的相似率
2
模型水轮机效率的修正
3
水轮机的选择
任务5 水轮机的特性曲线与选型
5.2模型水轮机效率的修正
5.2.1 效率的修正

第三章水轮机的特性及选型

第三章水轮机的特性及选型

2、 运动相似： 同一轮系水轮机、工况相似 (1)、过流通道的对应点的速度方向相同。 (2)、过流通道的对应点的速度大小成比 例，即速度三角形相似。

3、 动力相似： (压力、惯性力、重力、 摩擦力等) 同一轮系水轮机，水流对应点所受的作用 力是同名力、方向相同、大小成比例。 对于水轮机介质为水，所以模型试验主要 保证重力、水流运动惯性力和压力相似， 对于粗糙度、粘滞力等次要因素先不计其 影响，在转换成原型成果时在依据经验修 正。
2、任务：水轮机模型试验是按一定比例 将原形水轮机缩小为模型水轮机，并采用 较低的模型水头HM和较小的QM 进行试验， 测出各工况下的工作参数，然后通过相似 公式换算和修正得出该轮系的综合参数。 能量试验:测定模型水轮机在各种工况下 的运行效率η ，通过测量n 、N 、Q 、H 四个基本参数，绘制水轮机综合特性曲线 和运转特性曲线。

水轮机牌号中的转轮型号 —— 比转速

不同的轮系，有不同的比转速。目前，各种类型的水轮 机比转速的大致范围为： 贯流式：ns=600-1100
轴流式：ns=400-900
斜流式：ns=200-450 混流式：ns=60-350 水斗式：ns=10-70
不同比转速的转轮形状
Z0多→单位千瓦投资↑→阀门、调速、
管道、辐设、电气等增加→厂房尺寸 增加。 机组的安装维护工作量增加，总的来 说，在大多数情况下，水电站的投资 随机组台数增多而增大。
3、机组台数与运行效率的关系
Z0多→平均效率提高 (1) 担任基荷时：出力变化小，流量变化稳定， 可用较少的台数，使水轮机在较长时间内以最 优工况运行，其平均效率也比较高。 (2) 担任峰荷时：出力变化幅度大，应该选用较 多的台数，以增加其运行灵活性，提高整体运 行效率。 (3) 对于轴流定浆和混流式水轮机，可以选用较 多的台数，而对于轴流转浆式水轮机因其调节 性能好，可以选用较少的机组。

混流式水轮机的设计与选型方法

混流式水轮机的设计与选型方法

混流式水轮机的设计与选型方法混流式水轮机是一种常见的水轮机类型，广泛应用于水力发电站等场合。

它具有结构简单、效率高、运行稳定等优点，因此在项目建设中选用适合的混流式水轮机对电力的发电效率和运行安全性有重要的影响。

本文将介绍混流式水轮机的设计与选型方法。

一、混流式水轮机的基本结构与工作原理混流式水轮机由转轮、导叶、固定叶片、导水管等组成。

水从导水管中进入转轮的内部，经过导叶的引导后，进入转轮的混流通道，水的能量转化为转动转轮的动能，从而带动发电机发电。

二、混流式水轮机的设计要点1. 水轮机的转速根据水轮机的设计要求和实际工况，确定合适的转速是设计混流式水轮机的重要一步。

通常，转速的选择应该遵循以下原则：（1）保证水轮机的效率；（2）保证水轮机的运行平稳；（3）避免共振和临界转速。

2. 水轮机的喷口直径水轮机的喷口直径直接影响水轮机的水量和功率输出。

选择适当的喷口直径可保证水轮机高效率的运行。

喷口直径的选择需要考虑以下因素：（1）水头；（2）水轮机的效率；（3）水轮机的装置空间限制。

3. 水轮机的导叶角度导叶角度的选择直接影响水轮机的出力特性。

合适的导叶角度可使水轮机在不同负荷下保持高效率的运行。

导叶角度的选择需要考虑以下因素：（1）水轮机的设计工况；（2）水轮机的负荷变化范围。

4. 混流式水轮机的转轮形状混流式水轮机的转轮形状对水轮机的效率和运行特性有重要影响。

适当选择合适的转轮形状，可使水轮机的效率得到最大化。

转轮形状的选择需要考虑以下因素：（1）水流进入转轮的速度；（2）水轮机的出力转速。

5. 水轮机的材料选择水轮机常用的材料有钢、铸铁、不锈钢等。

在选择材料时，需要考虑以下因素：（1）水质的腐蚀性；（2）水流速度对材料的冲击力；（3）材料的成本。

三、混流式水轮机的选型方法混流式水轮机的选型需要考虑以下因素：1. 水头和水量根据水力资源的水头和水量确定所需的装机容量，再根据实际情况选择合适的混流式水轮机。

第三章水轮机选型

第三章水轮机选型

第三章水轮机选型水轮机是水电站中最主要动力设备之一，影响电站的投资、制造、运输、安装、安全运行、经济效益。

根据H、N的范围选择水轮机是水电站主要设计任务之一，使水电站充分利用水能，安全可靠运行。

水轮机选型设计是水电站设计中的一项重要工作。

它不仅包括水轮机型号的选择和有关参数的确定，还应认真分析与选型设计有关的各种因素，如水轮发电机的制造、安装、运输、运行维护，电力用户的要求以及水电站枢纽布置、土建施工、工期安排等。

因此，在选型设计过程中应广泛征集水工、机电和施工等多方面的意见，列出可能的待选方案，进行各方案之间的动能经济比较和综合分析，以力求选出技术上先进可靠、经济上合理的水轮机。

第一节水轮机的标准系列一、水轮机的系列型谱我国在1974年编制了反击式水轮机暂行系列型谱，其中所列出的转轮，是经过长期实践验证在某一水头段的性能优异的转轮。

型谱中，水轮机转轮型号规定一律用比转速代号。

轴流式、混流式、ZD760型、水斗式水轮机系列型谱参数见教材。

二、水轮机转轮标称直径系列(cm)三、水轮发电机标准同步转速四、水轮机系列应用范围图第二节水轮机选择一、水轮机选型设计的内容1.确定机组台数及单机容量2.选择水轮机型式（型号）及装置方式3.确定水轮机参数D1、n、H s、Z a；Z0、d04.绘制水轮机运转特性曲线5.确定蜗壳、尾水管的形式及其尺寸，估算水轮机的重量和价格。

6.调速器及油压装置选择7.根据选定的水轮机型式和参数，结合水轮机在结构上、材料、运行等方面的要求，拟定并向厂家提出制造任务书，最终双方共同商定机组的技术条件，作为进一步设计的依据。

二、水轮机选型设计的基本要求1.有较好的能量特性，在额定水头下能保证发出额定出力，额定水头以下的机组受阻容量小，水电站全厂机组平均效率高。

2.性能要与水电站的整体运行方式和谐一致，运行稳定，可靠灵活。

有良好的抗空蚀和抗磨损性能，对多泥沙河流的电站更应如此。

3.结构设计合理，便于安装与操作、检修与维护。

第三章(2) 水轮机特性及选型.

第三章(2) 水轮机特性及选型.

*轴流定浆式：等
线是狭而长的椭圆。长轴
坐标轴成相当
与短轴相差较大，且长轴与
大的倾斜角。这反映了效率对
不敏感，而
(水头)变化
(出力)稍有变化，效率急剧降
低。这种水轮机适用于低水头、大流量、水头 变化大而负荷变化较小的水电站。
* 中高比转速混流式：等
轴与短轴相差不大，长轴与
线接近于椭圆。长
坐标轴成某一较
第五节 水轮机的特性曲线及其绘制 水轮机各参数之间的关系称为水轮机的特性，
反映参数之间的关系曲线就是水轮机的特性曲
线。然而水轮机的特性曲线有其独特的特点，
主要是它的参数太多，包括：
结构参数：导叶高度b0，转轮直径D1，导叶开度
和叶片转角
工作参数：
等；
等；
综合参数：
等；
在讲水轮机速度三角形时，我们就知道，上述参 数之间的关系可用函数关系表达： ， , ， 。
指导水电厂运行不方便。所以需将模型综合
特性曲线转换成原型水轮机运转综合特性曲
线。
运转综合特性曲线能更直观、更方便地
指导水电厂运行。
H (m) H
max 80
η =81% 83 85 87 89 90 91 92 92 9190 89
m 5 . 1 HS = 2.0m
m 5 . 2
70 60
Hmin
（二） 综合特性曲线
一、模型综合特性曲线 将坐标系 n 、 Q 换成单位参数 标场里绘制 、 ，在其坐 的等
值线图。该等值线图称为模型综合特性曲线。 对于混流式水轮机还有 95% 的出力限制线。综 合特性曲线的好处在于同一轮系的水轮机就只
有一个综合特性曲线图。水轮机模型综合性曲线+5 °

第三章 水轮机的特性及选型

第三章 水轮机的特性及选型

认为Kvm1＝Kvm1M，由此可得出流量相似率为：
④流量相似律：
QMVM
QV C
D12M H MHM D12 HH
即为几何相似的水轮机在相似工况下流量之间应保持的固定 关系
在应用中，H，D1，HM，D1M均为固定值，QM可以测得，若ηVM 、ηHM、ηV、ηH已知，则可求出原型水轮机的流量Q。
根据相似理论，模型与原型两种工况改变的方法仍能构 成相似工况，从而保证了模型与原型按工况相似的条件下 进行参数换算。
3、试验类型
能量试验、气蚀 试验、飞逸试验、 轴向水推力试验及 过流部件的力试验 等。
说明： 1、一般Q1′不需要修正(因Q1′>> ΔQ1′)。 2、若Δn1′/n10M′<3%，Δn1′可忽略不计。
§3.3 水轮机的比转速
n1

nD1 H
N 1

N D12 H 3 / 2
上两式中消去D1后得：
n1
N1

nN H 5/4
对于几何相似的水轮机，在相似工况下运行时，它们 的单位转速和单位出力分别相等，故：
则有： F1 fb0D12 aD12
(a为系数)
③ 经整理有：
Q V D12 HH
aKvm1
2g
对模型水轮机同样有：
QMVM D12M H M HM
aM Kvm1M
2g
两式右端均为常数项，对同一轮系的水轮机，a=aM；进 口流速系数主要与水流进口角有关，忽略相对糙度时，可
相应地使水轮机的出、进口直径比D2/D1增大(HL)；轮毂 比dg/D1减少(ZL)
§3.4 水轮机的模型试验
一、试验概述
1、目的任务
(1)目的：通过模型试验，研究水轮机在各种工况下的 能量特性、气蚀特性等，以保证水轮机在工作范围内高效 率、稳定运行。

水轮机的选型设计

水轮机的选型设计

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，拟选假设干个方案进展技术经济的综合比拟，最终确定水轮机的最正确型式与参数。

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。

wertyp9ed\结合水轮机在构造、材质、运行等方面的要求，向制造厂提出制造任务书。

2.水轮机选择的根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展以下几方面比拟，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）水轮机性能及构造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）机组的构造先进、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、聚集和校核。

第3章水轮机特性和选型

第3章水轮机特性和选型

QMVM K vm1M 2 g M 同样对模型水轮机有： 2 D1M H M HM
相似 α=αM ,Kvm1=Kvm1M
QV QMVM 2 常数 2 D1 H H D1M H M HM
流量相似定律：它表示相似水轮机在相似工况下其有效 流量与转轮直径成正比，与其有效水头的平方根成正比。
1、转速相似定律
水轮机在转轮进口的圆周速度U1可写成： D1n 60 K u1 2 g nD1
H H

84.6 K u1
U1
60
K u1 2 gH H
忽略粗糙度和粘性等不相似的影响时，相似水轮机在相
似工况下有： K u1 K u1M
即得
nD1 nM D1M 常数 H H H M HM
ηm均较高。
因此，原型水轮机的总效率高于模型水轮机的总
效率。
第三章 水轮机的特性及选型
换算公式：混流式：max 1 ( 1 M max
D1M ) D1
5
轴流式：max 1 ( 1 M max )0.3 0.75
D1M 10 H M D1 H

( 效率修正值） max M max
摩擦力等），而且各同名力方向相同，大小成比例。
必要条件是几何相似+运动相似。
除了上述三个相似条件外，还有边界条件相似、
初始条件相似，糙度相似，一般情况下，仅保证水流
运动惯性力和压力的相似，对于粗糙度、粘滞力等次
要因素，不计其影响，保持近似的力学相似。ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第三章 水轮机的特性及选型
二、相似定律 • 水轮机系列：具有几何相似、尺寸不同的水轮机所
关系。
即：

水电站教学大纲

水电站教学大纲

《水电站》教学大纲(附: 说明书)河海大学水电系水电站教研室《水电站》教学大纲课程名称：水电站，４个学分预修课程：水力学，结构力学水利水电规划水电站电气设备教授对象：水利水电建筑工程专业本科班水电站教研室编１９９５. ５印一、课程内容第一章水轮机类型及组成部分水轮机主要类型(反击式、冲击式、混流式、轴流式、可逆式等)及其特点。

水轮机工作参数：水头、流量、出力、效率、力矩和转速等。

混流式水轮机主要组成部分：转轮、导水机构、蜗壳、尾水管。

轴流式水轮机主要组成部分：转轮(轮毂、叶片、泄水锥)、导水机构、蜗壳、尾水管。

水斗式水轮机主要组成部分：转轮、喷嘴、折流板。

蜗壳的功用和型式：蜗壳主要参数(包角、进口流速)选择。

蜗壳主要尺寸的确定。

尾水管的功用、类型和主要尺寸的确定。

第二章水轮机工作原理水流在转轮中的运动。

水轮机基本方程。

水轮机能量损失及效率：水力损失及水力效率，机械损失及机械效率，流量损失及流量效率。

水轮机汽蚀的物理过程及类型、翼型汽蚀的特性。

水轮机的汽蚀系数、吸出高度及安装高程。

第三章水轮机的特性及选型水轮机的相似条件：几何相似、运动相似和动力相似。

水轮机的相似定律及相似公式：单位转速、单位流量、比转速。

混流式水轮机主要综合特性曲线：等开度线、等效率线、出力限制线、等汽蚀系数线；轴流式水轮机主要综合特性曲线。

水轮机运转特性曲线、运转特性曲线的绘制、效率修正、飞逸转速。

水轮机台数和型号的确定，用图表选择水轮机主要参数的方法，水轮机选型中方案比较概念。

第四章水轮机调速设备水轮机调节的任务、水轮机调速器的基本原理、调速器的动特性和静特性、调速器的类型。

第五章水电站的典型布置及组成建筑物水电站的典型布置：坝式、河床式、引水式。

水电站的组成建筑物：挡水建筑物、泄水建筑物、水电站进水建筑物、水电站引水建筑物、水电站平水建筑物、发电、受电和配电建筑物、其它建筑物。

第六章水电站的进水建筑物水电站的进水建筑物的功用和要求。

水电站教程课件 第三章 水轮机特性及选型

水电站教程课件 第三章 水轮机特性及选型

（3-7）
由式（3-7）可写出模型水轮机的流量表达式，原型与模型水轮机的流量表达式相比，并
令 M ， Kvm1 Kvm1M ，可得流量相似律
Q QM
VM V
D
2 1
D
2 1M
H h HM hM
Q
（3-8）
式中：Q 称为流量比尺（Q =常数）。
3．出力相似律
出力相似律是指原、模型水轮机的出力 P 与原、模型水轮机的直径 D1 及有效水头 H h
式中：V 为容积效率；vm1 为转轮进口处的水流轴面流速，F1 为转轮进口处的过水断面面积。
水轮机流道内任意点的流速与水轮机有效水头的关系为
vm1 Kvm1 2gHh
（3-5）
而 F1 可写成
F1 D12
式中： 为综合系数。
将式（3-5）、式（3-6）代入式（3-4）中，整理得
（3-6）
Q K vm1 D12 2gHh V
(2)相应速度成比例：
v1 w1 u1 v2 …=常数 v1M w1M u1M v2M 式中： v1 、 w1 、u1 分别为转轮进口绝对速度、相对速度和牵连速度（圆周速度）； v2 为转轮
68
出口绝对速度。
同一系列水轮机保持运动相似的工作状况称为水轮机的相似工况。需要说明的是，运动
相似的水轮机前提是几何相似，但几何相似的水轮机由于工况不同可以运动不相似。 3．动力相似 动力相似是指作用在原型与模型水轮机流道相应点的作用力是同名力（压力、惯性力、
效率相应的单位转速称为最优单位转速，用 n10 表示。同型号的水轮机只有一个最优单位转
速。单位转速越高的水轮机，转速也越大。因此，选择水轮机时，尽量采用高单位转速的水
轮机，以缩小发电机直径，降低机组成本。
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

三、水轮机型号及装置方式的选择
（一）型号选择 依据：N单，特征水头(Hmax、Hmin、Hav、 Hr ) 1 根据水轮机系列型谱选择 水轮机生产系列化、标准化和通用化，尽 可能减少水轮机系列，控制系列品种，以 便加速生产、降低成本。在水电站设计中 按自己的运行条件和要求选择合适的水轮 机。

3、内容 (1)、确定机组台数及单机容量 (2)、选择水轮机型式（型号）装置方式。 (3)、确定水轮机转轮直径D1、n、Hs、 Za（安装高程）、 Z0（台数）等。 (4)、绘制水轮机运转特性曲线

(5)、估算水轮机的外形尺寸、重量及价 格、蜗壳、尾水管的形式、尺寸、调速器 及油压装置选择 (6)、根据选定水轮机型式和参数，结合 水轮机在结构上、材料、运行等方面的要 求，拟定并向厂家提出制造任务书，最终 由双方共同商定机组的技术条件，作为进 一步设计的依据。
四、轴流定浆式水轮机的模型综合特性曲线
第六节 水轮机的运转特性曲线

一、水轮机运转特性曲线（由模型综
合特性曲线换算而来的） 组成：N（出力）为横座标，H（水 头）为纵座标，绘有η=f (H 、 N)、 Hs=f (H 、 N)、出力限制线。反映能 量特性、汽蚀特性、运行限制范围。 （课本图3-11)
第四节 水轮机的模型试验
一、模型试验的目的及任务 1、目的 ： 保证水轮机在工作范围内高效率、稳定 运行，研究水轮机在各种工况下的能量特 性、气蚀特性等 必须依靠水轮机模型试 验(因水流在转轮中的运动相当复杂，理 论分析困难，只有在最优工况下，作些假 定后才能进行)

反击式水轮机能量试验台
QM rM D12M H M SM
Q r D
2 1
H S
C
H M , D1M , H , D1 均为固定值，QM可以测得，
若η 、ηsM、ηr（ ηv容积效率）、ηs （ ηH 水力效率）已知，可求出Q。
rM
3. 出力相似律：即几何相似、相似工况下 原型和模型水轮机出力之间的关系。 （课本3-10）
(2) ZZ
M
max M max
二、单位参数的修正
也要加以修正 η不同， Q1 、 n1 1 最优工况时： max max n10 M n10 Q10 M Q10 M max M max

Q1 M Q1 2 其他工况时：

二、水轮机的相似定律
相似定律：建立模型及原型水轮机各个参 数(H、n、N、η)之间的关系。 1. 转速相似律：即原型和模型水轮机转速 之间的关系。（课本3-7）

n M D1M H M SM


nD1 H S
C
ηs (η )（水力效率）
H

2． 流量相似律：几何相似、相似工况下 流量之间的关系。（课本3-9）

M
D1

ZZ：
max
1 (1 M max )[0.3 0.7(
D1M 1 / 5 H M 1 / 10 ) ( ) ] D1 H
2、 一般工况 M (1) HL： 式中：△η为最高效率点效率修正值。

max M max

第七节 水轮机的选型设计
一、水轮机选择的意义、原则、内容 1、意义 水轮机是水电站中最主要动力设备之一， 影响电站的投资、制造、运输、安装、安 全运行、经济效益，因此根据H、N的范 围选择水轮机是水电站中主要设计任务之 一，使水电站充分利用水能，安全可靠运 行。

2、原则 (1)、充分考虑电站特点（水文水能、电力 系统技术条件，电站总体布置)。 (2)、有利于降低电站投资、运行费、缩短 工期，提前发电 (3)、提高水电站总效率，多发电 (4)、便于管理、检修、维护，运行安全可 靠，设备经久耐用 (5)、优先考虑套用机组
1、
等开度线 2、 等效率线 3、 5%出力限制线 4、 等气蚀系数线 例课本图3-12 HL240模型综合曲线
三、轴流式水轮机的模型综合特性曲线
1、
等开度线 2、 等效率线 3、 等叶片转角线 4、 等气蚀系数线 例课本图3-16ZZ440模型综合曲线
第三章 水轮机的特性及选型
第一节 水轮机的相似原理及单位参数 水轮机在不同工况下运行时，各运行参 数(H，Q，n，N，η，б)及这些参数之 间的关系，称水轮机的特性。
水轮机设计、制造、选型、最佳运行方案、限 制条件。由于水轮机水流条件复杂，研究水轮 机特性靠理论与实验相结合。 试验研究：原型：尺寸大，试验困难，不经济。 模型：(D1: 250～460mm，H：2～ 6m)快、方便，易测量数据，较准确。 相似理论：研究相似水轮机之间存在的相似规 律，并确立这些参数之间的换算关系的理论。
4讨论： (１)、相似水轮机，工况相似，ｎｓ相同，不同 的ｎｓ，反映不同轮系水轮机特征。 (２)、当H，Ｎ一定时：ｎｓ↑→n↑。机组尺寸缩 小，投资减少，因此提高比转速可以降低造价。 (３)、比转速增加，单位流量增加（式3-28）， b0/D1增大，叶片数目减少。 （课本3-2图） (４)、当水头和出力一定时，ｎｓ越高（ｎｓ ↑ →n↑Q↑→V2↑ （课本3-3图，汽蚀系数越大（式 3-31） ，增加厂房开挖。
Z0多→单位千瓦投资↑→阀门、调速、
管道、辐设、电气等增加→厂房尺寸 增加。 机组的安装维护工作量增加，总的来 说，在大多数情况下，水电站的投资 随机组台数增多而增大。
3、机组台数与运行效率的关系
Z0多→平均效率提高 (1) 担任基荷时：出力变化小，流量变化稳定， 可用较少的台数，使水轮机在较长时间内以最 优工况运行，其平均效率也比较高。 (2) 担任峰荷时：出力变化幅度大，应该选用较 多的台数，以增加其运行灵活性，提高整体运 行效率。 (3) 对于轴流定浆和混流式水轮机，可以选用较 多的台数，而对于轴流转浆式水轮机因其调节 性能好，可以选用较少的机组。

M
M
M
M
M
能量试验数据记录计算表
第五节 水轮机模型综合特性曲线
一、水轮机参数及特性曲线 1、水轮机参数：参数关系反映水轮机特 性。 (1)、结构参数：转轮直径D1，导叶高度b0， 导叶开度a0，叶片转角Φ (2)、工作参数：H、Q、n 、Hs (3)、综合参数：轴功率N、η、б

4、机组台数与电站运行维护工作的关系
台数多，运行灵活，事故影响小，但同时增加 了事故的几率，也增加了管理人员、提高了运 行费，所以不宜采用过多的台数。 总之，一般应采用较大的N单，较少的台数，但 一般至少应选2台，少数情况下可选1台。大中 型电站为了主结线对称，大多选偶数台数，一 般选4~6台，根据机组的制造水平和装机容量也 可以选用更多的台数，如:三峡装机 26×70=1820万千瓦。
单位参数：将模型试验结果化成为D1M=1m， HM=1m标准情况下的参数。 ，n1 ，N 1 ) 表示。 分别用 (Q1 nD n 1 单位转速： H (r/min) Q Q 2 单位流量： D H (m3/s) N N 3 单位出力： (KW) D H 同一轮系水轮机在不同工况，单位参数不 同)。(最优工况值：n´10、 Q´10 、 N´10)

一、水轮机相似条件


1、 几何相似： 过流通道几何形状相似 (1)、过流通道的对应角相等：βe1＝βe1M ； βe2＝βe2M ；Φ＝ΦM…… (2)、对应尺寸成比例：D1/D1M＝b0/b0M＝a0/a0M ＝……. (3)、对应部位的相对糙率相等：△/ D1＝ △M/D1M(较难) 几何相似: 大大小小的一套水轮机系列——轮 系，同一轮系的水轮机才能建立运动相似和动 力相似。
2、任务：水轮机模型试验是按一定比例 将原形水轮机缩小为模型水轮机，并采用 较低的模型水头HM和较小的QM 进行试验， 测出各工况下的工作参数，然后通过相似 公式换算和修正得出该轮系的综合参数。 能量试验:测定模型水轮机在各种工况下 的运行效率η ，通过测量n 、N 、Q 、H 四个基本参数，绘制水轮机综合特性曲线 和运转特性曲线。
2、 运动相似： 同一轮系水轮机、工况相似 (1)、过流通道的对应点的速度方向相同。 (2)、过流通道的对应点的速度大小成比 例，即速度三角形相似。

3、 动力相似： (压力、惯性力、重力、 摩擦力等) 同一轮系水轮机，水流对应点所受的作用 力是同名力、方向相同、大小成比例。 对于水轮机介质为水，所以模型试验主要 保证重力、水流运动惯性力和压力相似， 对于粗糙度、粘滞力等次要因素先不计其 影响，在转换成原型成果时在依据经验修 正。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
n1 M n1 n1 Q1
Q10 Q10 M Q1
max ) M n10 M( n n10 n Q10 1 10 M (1 M max
第三节、水轮机的比转速



1、定义：同一轮系水轮机H=1m，N=1KW时， 所具有的转速(单位转速与单位出力公式消去D1 得） n N 2、 公式： (m.kW) ns 5 / 4 3、 意义： H (1) 表示水轮机特征的一个综合参数(与D1无关)， 能将水轮机的n、H、 N之间的关系综合反映出来， 代表了水轮机的轮系特征。 (2) 工况相似时，为常数，即随工况变化。 (3) 一般按设计（或最优）工况确定该水轮机轮 系的特征参数。

2、特性曲线：各参数之间的关系曲线。 (1)、线性特性曲线：反映2~3个参数之间的 关系曲线 (2)、综合特性曲线：表示多个参数之间的 关系，反映全面，应用广。 ，n1 ) 坐标场， 模型综合特性曲线：以为 (Q1 绘制了η、a0、б等等值线。

二、混流式水轮机的模型综合特性曲线