浅析水轮机的选型设计

中小型水电站水轮机选型与优化的探讨一、前言水力发电是一种利用水能转化为电能的清洁可再生能源，在全球范围内具有广泛的应用前景。

中小型水电站是水力发电系统的重要组成部分，其投资成本低、建设周期短、生产稳定可靠等优点，使得其在中国乃至全球水力发电市场上具有较大的发展潜力。

水轮机是中小型水电站的核心设备，其选型与优化对于水电站的运行效率、经济性和可靠性具有重要影响。

本文就中小型水电站水轮机选型与优化进行探讨，并提出一些相关的技术建议。

二、水轮机选型与分类1. 水轮机选型在中小型水电站的水轮机选型过程中，需要考虑到水轮机的流量、水头、装机容量等因素，以确保水轮机可以在水电站的运行条件下实现最佳的发电效率。

选择合适的水轮机型号和参数是确保水电站正常运行的基础。

根据水轮机的结构和工作原理，可以将水轮机分为内嵌式水轮机和外控式水轮机两大类。

内嵌式水轮机直接受到水流作用，其转动部件与水流接触，适用于水流比较稳定的小型水电站；外控式水轮机则通过导流装置调节水流作用力，可以适应水流波动较大的水电站。

三、水轮机优化1. 流道优化水轮机的流道是保证水轮机高效运行的关键部位。

通过对水轮机流道进行优化设计，可以减小流体的能量损失，提高水轮机的效率。

常见的流道优化措施包括改善流道内部的曲率、加装导流板、增加水流的扰流装置等。

2. 叶轮优化叶片是水轮机的动力转换部件，其叶片的设计与优化对于水轮机的性能具有重要影响。

采用现代流体动力学的分析方法，结合流场模拟和试验验证，可以实现叶轮的优化设计，提高水轮机的效率和稳定性。

3. 轴系优化水轮机的轴系部分包括轴承、密封装置、联轴器等组件，其设计与选型对于水轮机的安全可靠运行至关重要。

通过优化轴系的设计，可以减小机械损耗，提高水轮机的传动效率。

2. 运用现代流体动力学的分析方法，对水轮机的流道和叶轮进行优化设计，提高水轮机的效率和稳定性。

3. 注意水轮机轴系的设计与选型，确保水轮机的安全可靠运行。

中小型水电站水轮机选型与优化的探讨水轮机是水电站的核心设备，它的选型和优化对于水电站的运行和发电效率具有重要影响。

本文将探讨中小型水电站水轮机的选型和优化问题。

中小型水电站的水轮机选型主要涉及到如下几个方面的因素：流量、落差、装机容量、负荷特性、水轮机类型等。

首先是流量问题。

水电站的流量可以通过对水库水位的监测和测算来得到，根据流量的大小来选择合适的水轮机类型。

一般来说，中小型水电站可以选择混流式和轴流式水轮机，这两种水轮机对于泄洪流量和低水位运行有较好的适应性。

其次是落差问题。

落差是指水电站下游水位与上游水位之差，也可以通过水库水位的监测和测算得到。

落差越大，水轮机的转速越高，可以选择高速水轮机；落差较小，则可以选择低速水轮机。

再次是装机容量问题。

装机容量是指水轮机的发电能力，一般以兆瓦为单位。

水电站的装机容量既要考虑水资源的利用情况，又要考虑电网负荷需求和经济性。

对于中小型水电站来说，装机容量一般在几十兆瓦到几百兆瓦之间。

负荷特性是指水轮机在不同负荷下的性能特点。

水电站在运行过程中，负荷会有所变化，因此水轮机在不同负荷下的效率、功率因数等性能指标都需要考虑。

最后是水轮机类型的选择。

常见的水轮机类型有混流式水轮机、轴流式水轮机、斜流式水轮机等。

中小型水电站一般可以选择混流式和轴流式水轮机，这两种类型的水轮机具有结构简单、效率高等优点。

对于中小型水电站水轮机的优化，可以从以下几个方面考虑。

首先是提高水轮机的效率。

通过优化水轮机的叶片形状、流道设计等技术手段，来提高水轮机的效率，减少能量损失。

其次是提高水轮机的可靠性和稳定性。

中小型水电站一般是地理条件较为复杂的山区，水轮机的可靠性和稳定性是至关重要的。

通过改进水轮机的结构和材料，提高其抗冲蚀性和耐磨性，来增强水轮机的可靠性和稳定性。

对于中小型水电站的运行和维护管理也需要进行优化。

及时进行设备巡检和维护保养，提前发现和解决问题，保证水轮机的正常运行。

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。

中小型水电站水轮机选型与优化的探讨水轮机是一种将水能转化为机械能的设备，被广泛应用于中小型水电站。

水轮机的选型与优化对于水电站的建设和运行具有重要意义。

本文将探讨中小型水电站水轮机选型与优化的相关问题，以期能够为该领域的研究和应用提供一定的参考。

一、中小型水电站水轮机的类型及选型原理中小型水电站的水轮机主要包括水轮式、混流式和斜流式等几种类型。

水轮机的选型需考虑到水轮机的叶轮叶片受流体力和引力作用而呈现的流动状态，并以流体动力学为基础，采用数值模拟或实验研究方法，结合实际工况及设备特性，选取最佳水轮机类型。

水轮机的选型主要受以下几个方面因素的影响：1.水电站的水头、流量和发电需求：水头和流量是水轮机的设计参数，需根据水电站的具体情况确定。

发电需求包括对水轮机的输出功率和效率的要求。

2.水力特性和流体动力学：不同类型的水轮机在不同水头和流量条件下有不同的效率和特性，需要根据水力条件确定最佳的水轮机类型。

3.水电站的地质和地形条件：地质和地形条件直接影响水轮机的安装和维护，需要选择适合实际条件的水轮机类型。

4.经济性和可靠性：水轮机的选型需考虑到其投资和运行成本，以及设备的可靠性和维护便捷性。

在确定了水轮机类型后，还需要进行水轮机参数的优化设计，以最大限度地提高水轮机的效率和性能。

二、中小型水电站水轮机性能的优化设计水轮机的性能优化设计主要包括叶轮、导叶和转子等部件的形状和结构优化，以及水轮机的调速和调节系统等方面。

性能优化设计的目标是提高水轮机的效率、稳定性和可靠性，降低设备成本和维护成本。

1.叶轮和导叶的形状和结构优化：叶轮和导叶是水轮机最关键的部件，其形状和结构对水轮机的性能有着重要影响。

通过数值模拟和实验研究，可以优化叶轮和导叶的外形曲线、叶片倾角和出口角等参数，以提高水轮机的水动力性能。

2.转子的结构优化：转子是水轮机的旋转部件，其结构参数和材料对水轮机的稳定性和可靠性有着决定性的影响。

优化转子的结构设计，可以减小转子的惯性力和扭矩，提高水轮机的响应速度和调速性能，降低设备运行中的振动和噪音。

⽔轮机选型设计第⼀章⽔轮机的选型设计第⼀节⽔轮机型号的初步选择⼀、沙溪⽔电站的主要参数H max =68.0m H p =50.0m H min =43.0m由《⽔利机械》P 36设计⽔头 H r 初算时可近似取（0.9~1.0）H p H r = 0.95×50.0= 47.5m 总装机35万kw⼆、因为沙溪⽔电站的⽔头范围为43.0m~68.0m,根据《⽔轮机》课本，符合此⽔头范围的要求，分别是 HL220，它的使⽤⽔头为30~70m 。

该⽔电站的⽔头范围为38-68m ，适合此⽔头范围⽔轮机的类型有斜流式和混流式。

⼜根据混流式⽔轮机的优点：（1）⽐转速范围⼴，适⽤⽔头范围⼴，可适⽤30-700m ；、（2）结构简单，价格低；（3）装有尾⽔管，可减少转轮出⼝⽔流损失；故选择混流式⽔轮机。

⼆．⽐转速的选择按我国⽔轮机的型谱推荐的设计⽔头与⽐转速的关系，⽔轮机的s n 为 )(19.270205.472000202000kw m H n rs ?=-=-=因此，选择s n 在260左右的⽔轮机为宜。

在⽔轮机型谱中有HL220，故按HL220进⾏计算三．单机容量第⼆节原型⽔轮机主要参数的选择按电站建成后,在电⼒系统的作⽤和供电⽅式,初步拟定为2台、3台、4台、5台四种⽅案进⾏⽐较。

HL220其主要参数如下：模型转轮直径D 1=46cm,导叶相对⾼度b 0/D 1=0.25 z 1=14, 最优⼯况n 10’=70r/min,Q 10’=1.0m 3/s,η=92%,ns0=255,σ=0.115; 限制⼯况Q 1’=1.150m 3/s,η=89%,σ=0.133. 最⼤单位飞逸⽐转速n 1p ’= 133 r/min⼀．（⼆台）1、计算转轮直径⽔轮机额定出⼒：kw N P GGr 4.17857198.0105.174=?==η式中：G η-----发电机效率,取0.98 G N -----机组的单机容量（KW ）取最优单位转速流量，Q 11r =1.14m 3/s ，对应的模型效率ηm=0.886，暂取效率修正值Δη=0.03，则设计⼯况原型⽔轮机效率η=ηm +Δη=0.916)(29.7916.05.4714.181.99183781.95.15.1111m H Q P D r r ===η按我国规定的转轮直径系列，计算值处于标准值7.0m 和7.5m 之间。

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。

中小型水电站水轮机选型与优化的探讨水电站的水轮机选型与优化是一个关键的环节，它直接影响到水电站的发电效率和经济效益。

本文将从水轮机的选型原则、水轮机的类型与特点、水轮机的优化等方面对中小型水电站水轮机的选型与优化进行探讨。

一、水轮机的选型原则水轮机的选型原则主要包括选择合适的装机容量、符合水头和流量条件、适应水力发电的要求等。

1.选择合适的装机容量中小型水电站通常装机容量较小，因此选择合适的装机容量是非常重要的。

一方面，要根据水资源条件、装机容量与水头的关系等因素进行合理的匹配，避免装机容量过大或过小导致发电效率低下；还要考虑电网需求和发电经济性等因素，选择合适的装机容量。

2.符合水头和流量条件水轮机的工作性能受到水头和流量的限制，因此在选型过程中必须考虑水头和流量条件。

一般来说，根据水轮机的闸门控制方式，可以区分为常规型和调节型：常规型水轮机适用于水头和流量变化较小的情况，而调节型水轮机适用于水头和流量变化较大的情况。

根据实际情况选择符合水头和流量条件的水轮机，可以使水电站的发电效率达到最优化。

3.适应水力发电的要求水轮机在选择时还需要考虑适应水力发电的要求，如安全可靠性、运行稳定性、运行维护便捷性等。

水轮机应具备良好的适应性，能够满足水力发电的需要，并具备较高的经济效益。

二、水轮机的类型与特点根据运行原理和结构特点，水轮机主要分为水轮发电机组和涡轮发电机组两大类。

根据叶轮的形状，又可分为斜流水轮机、径流水轮机和混流水轮机等。

1.水轮发电机组水轮发电机组主要由水轮机、发电机和辅助设备等组成，其主要特点包括结构简单、运行稳定、安全可靠等。

水轮机采用分配器或喷管导水，利用水的能量来驱动水轮机转动，再通过轴向流导叶或斜流导叶的作用，将水能转化为机械能，驱动发电机转动进行发电。

三、水轮机的优化水轮机的优化主要包括叶轮型式的选择、叶轮流道的设计和调整、水轮机性能的优化等方面。

1.叶轮型式的选择根据实际需求和水资源条件，选择合适的叶轮型式非常重要。

第一章 水轮发机主要参数设计第1节 水轮机台数及型号选择一.已知参数1．水库正常蓄水位：1684米；最低水位1678米；最高水位1686米； 2．尾水位最高尾水位1520米；正常尾水位1509米 ； 3．水头最大水头：174米；加权平均水头；167米；最小水头147米；二.水轮机型式的选择1.按我国水轮机型谱推荐的设计水头与比转速的关系()kW m Hr N s ·8.1382065.1582000202000=-=-=2.水轮机型式的选择水轮机类型及其适用水头范围、比转速范围见表1—1[1]表1—1 水轮机类型及其适用范围根据已知参数，本电站水轮机运行水头范围为：147m —174m ，比转速为：138.8（m·kW ）。

根据表1—1所列参数决定选用混流式水轮机。

三.电站装置方式的确定水轮机装置方式是指水轮机轴的装置方向和机组的连接方式。

水轮机轴的装置分为立式和卧式两种。

立式装置方式安装、拆卸方便，轴与轴承受力情况良好，发电机安装位置较高，不易受潮，管理维护方便，但是开挖量较大。

卧式装置方式不会产生很大的集中荷重，厂房的高度较低，但轴与轴承受力情况不好。

为了缩小厂房面积，高水头大中型电站一般采用立轴布置方式。

该电站最大水头为174m ，故采用立式布置方式。

机组连接方式采用直接连接。

四.初选水轮机转轮型号根据本电站水头变化范围H=147m —174m 选择合适的水轮机转轮：A378、A194、D10、D126和D46,其参数见表1—2[7]。

表1—2 初选水轮机转轮参数表五.拟定机组台数并确定单机容量总装机容量N =65MW ，保证出力：N b =30MW ，年利用小时数：4560h ，取同步发电机效率ηg =97％；通过试算HLA194、HLD46出力不满足要求，最终确定选用HLA378、HLD10和HLD126三个方案。

方案列表如下：表1—3 水轮机组选型及台数汇总表第2节 各方案参数的计算一.HLA378各参数的计算1.计算转轮直径水轮机额定出力为：()kW 3350597.032500===ggr N P η 取最优单位转速n 110=69（r/min ）与出力限制线交点的单位流量为设计工况点的单位流量Q 110=0.72(m 3/s)，对应的模型效率ηm =0.888，暂取效率修正值Δη=2％,则设计工况下原型机效率η=ηm +Δη=0.888+0.02=0.908。

中小型水电站水轮机选型与优化的探讨水轮机是水电站发电的核心设备之一。

中小型水电站的水轮机的选型与优化是水电站项目建设中一个重要而复杂的问题。

本文将从水轮机类型选择、参数优化以及经济性分析等方面进行探讨。

1. 水轮机类型选择中小型水电站适用的水轮机类型主要有斜流式水轮机、混流式水轮机和轴流式水轮机。

斜流式水轮机适用于水头较高的水电站，转速较高，但效率相对较高；混流式水轮机适用于水头中等的场所，转速较低，但效率相对较高；轴流式水轮机适用于水头较低的场所，转速较低，但输出功率相对较高。

根据具体的水头和流量条件，选取合适的水轮机类型，以提高水电站的发电效率。

2. 水轮机参数优化水轮机参数优化是指在一定的水头和流量条件下，通过调整水轮机的各项参数，使水轮机运行更加稳定和高效。

主要涉及到叶片形状、角度、数量以及导叶和水轮机的流道设计等方面。

通过数值模拟和实际试验，优化水轮机参数，可以提高水轮机的效率和运行的稳定性，进而提高水电站的发电效益。

3. 经济性分析在进行水轮机选型和优化时，还需要进行经济性分析，确定最佳方案。

经济性分析主要包括投资回收期、净现值、内部收益率等指标。

通过对不同水轮机方案的经济性指标进行计算和比较，选取具有较低投资回收期、较高净现值和内部收益率的方案，以保证水电站项目能够盈利并获得较好的经济效益。

中小型水电站的水轮机选型与优化是一个复杂而重要的问题。

通过合理选择水轮机类型，优化水轮机参数，并进行经济性分析，可以提高水电站的发电效率和经济效益。

根据具体情况，还应考虑环境保护和可持续发展等因素，综合考虑各种因素，选择最佳的方案。

第1章 水轮发电机组选型设计1.1、机组台数及型号选择1.1.1、水轮机型式的选择已知参数6.25max =H , 8.22min =H , 3.23av =H , MW 200=N保证出力：MW 35=b N ，利用小时数：h 2225 取设计水头3.23av r ==H H按我国水轮机的型谱推荐的设计水头与比转速的关系，混流式水轮机的比转速s n :）（kW m H n s ⋅=-=-=394203.232000202000 轴流式水轮机的比转速s n : )(4773.2323002300kW m H n s ⋅===根据原始资料，适合此水头范围的水轮机类型有轴流式和混流式。

轴流式和混流式水轮机优点：（1）混流式结构紧凑，运行可靠，效率高，能适应很宽的水头范围，是目前应用最广泛的水轮机之一。

（2）轴流式水轮机s n 较高，具有较大的过流能力，轴流转桨式水轮机可在协联方式下运行，在水头、负荷变化时可实现高效率运行根据表本电站水头变化范围m H 6.25~8.22=查《水电站机电设计手册—水力机械》因为设计电站是无调节电站，所以工作容量等于保证出力MW 35=b N选用混流式机组的单机容量不得超过MW 8.7745.035= 选用轴流式机组的单机容量不得超过MW 10035.035= 确定机组台数4台和5台 方案列表如下：转轮型号 HL260/A244JK503 ZZ500 HL260/A244 JK503 ZZ500单机容量（MW) 50 50 50 40 40 401.2、水轮机方案比较1.2.1、方案Ⅱ、MW 504⨯ 244/260A HL1、计算转轮直径水轮机的额定出力为：W 51020%9850000k N P G Gr ===η取最优单位转速min 80110r/n =与出力限制线的交点的单位流量为设计工况点单位流量，则）（s /m 29.1Q 3110=,对应的模型效率875.0m =η，暂取效率修正值%2=∆η，则设计工况原型水轮机效率895.002.0875.0m =+=∆+=ηηη。