水轮机选型
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水轮机组选型
电站下游尾水位流量关系曲线的推求水轮机组选型一、电站参数（一）、康艾孜河1、电站参数前池正常水位=2445.1电站最低尾水位=2340.5m(实测常年枯水位)水头损失近似取1m最大净水头=--1=104.6m最小净水头=-（取两河通过电站设计引用流量之和时的下游尾水位）-1m=2445.1-2341-1=103.1m平均水头=103.8(取上下游加权或算数平均值,本处到算数平均)设计水头=103.8(取等于平均水头)2、装机容量：2×5000kW、1×2000 kW本站主要利用夏季流量较大的月份发电，根据水能计算，在综合分析水流出力和多年平均年发电量及年利用小时的基础上，本着尽量利用来水又能保证投资效益的情况下，决定装机2×5000kW,另考虑到枯水月份流量小，历时长，决定增设装机2000kW一台。
3、水轮机型号选择按我国水轮机型谱额定水头和比转速的关系，水轮机的n s为n s＝－20＝176.3（m.kW）因此选择与计算值最为接近的HL180转轮4、水轮机基本参数的计算（1）计算转轮直径D1水轮机的额定出力：N T===5263（kW）N T===2105（kW）取最优单位转速＝67r/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,则=0.86m3/s,对应的模型效率=89.6％,经试算,5000kW机组取效率修正值＝1.2％，则设计工况下原型水轮机的效率η＝+＝89.6％+1.2％＝90.8％。
2000kW机组取效率修正值＝0.5％。
则设计工况下原型水轮机的效率η＝+＝89.6％+0.5％＝90.1％==0.806m==0.51m按我国规定的转轮直径系列，选择转轮直径分别为0.84m和0.60m。
（2）效率η的计算==0.908 ＝=0.012=1.2％==0.901 ＝=0.005=0.5％（3）转速n的计算5000kW:n===812.6(r/min) 取750r/min2000kW:n===1137.7(r/min) 取1000r/min(4)水轮机设计流量Qr的计算5000kW:Qr==0.86××=6.18（m3/s）2000kW:Qr==0.86×0×=3.15(m3/s)则康艾孜河设计流量Qr=2×6.18+3.15=15.5(m3/s)(5)飞逸转速的计算查HL180转轮模型综合特性曲线限制工况点对应的导叶开度=32，将此值乘以1.05的系数后，查HL180飞逸特性曲线，得其最大单位飞逸转速为=131 r/min5000kW:==131=1588.9 r/min2000kW:==131=2221.2 r/min(由电站的最大净水头算出的飞逸转速不能大于发电机组允许的飞逸转速) (6)轴向水推力的计算5000kW:==12.75(t)2000kW:==6.51(t)5、检验水轮机的工作位置（范围）设计工况的单位流量5000kW:===0.792(m3/s)==61.84(r/min)2000kW:===0.627(m3/s)==58..9(r/min)由计算结果可知，两种水轮机基本接近高效位置（范围）工作，选型结果合适。
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。
水轮机选型设计
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。
中小型水电站水轮机选型与优化的探讨
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。
水轮机选型设计
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
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。
第六章 水轮机的选型设计
② 重叠区内相同型式不同型号转轮的比 较
3、选择水轮机主要参数计算
4、计算各方案的吸出高度 H s
5、绘制各方案的运转综合特性曲线
6、确定各方案的安装高程 安
7、各方案分析比较
8、结论
§6-3 反击式水轮机主要参数计算
主要介绍最常见的用模型综合特性曲线选择 参数的方法，基于几点考虑：
①原、模型水轮机满足相似条件，因此，可 用相似公式计算原、模型水轮机主要参数。
9.81Q11H 2
P 式中: ----水轮机的额定出力，单位kW。P Pf f
其中 Pf 为同步发电机额定容量； f 为发电机效
率，中小型 f 95% ~ 96% ，大中型 f 96% ~ 98%
H ----水轮机的设计水头，单位m。
Q11 ----设计工况下的单位流量
对HL式和ZD式水轮机，采用模型最优单位
转速 n110M 与模型出力限制线交点的单位流量值
；对ZZ式水轮机，由于无出力限制线，出力受
气蚀的限制，故选用小于型谱推荐的 Q11 值。
----水轮机效率，可按单位流量取值点的
模型效率 M ，先初略加上1%---3%的效率修正
值进行计算。待求出 D1 后，再按转轮直径标 准系列取与之接近的标准直径（见课本P17)。
转速所包含的区间，这个区间就是原型水轮机的
工作范围。若这个区间在模型综合特性图上处于
高效率区，则说明原型水轮机工作范围理想，所
选参数配合合理。
初选水轮机基本参数表
台数Z
P Pf Z f
D1
P
3Hale Waihona Puke 9.81Q11H 2标准直径
max
1 1 M max
5
D1M D1
3、选择水轮机主要参数计算
4、计算各方案的吸出高度 H s
5、绘制各方案的运转综合特性曲线
6、确定各方案的安装高程 安
7、各方案分析比较
8、结论
§6-3 反击式水轮机主要参数计算
主要介绍最常见的用模型综合特性曲线选择 参数的方法，基于几点考虑：
①原、模型水轮机满足相似条件，因此，可 用相似公式计算原、模型水轮机主要参数。
9.81Q11H 2
P 式中: ----水轮机的额定出力，单位kW。P Pf f
其中 Pf 为同步发电机额定容量； f 为发电机效
率，中小型 f 95% ~ 96% ，大中型 f 96% ~ 98%
H ----水轮机的设计水头，单位m。
Q11 ----设计工况下的单位流量
对HL式和ZD式水轮机，采用模型最优单位
转速 n110M 与模型出力限制线交点的单位流量值
；对ZZ式水轮机，由于无出力限制线，出力受
气蚀的限制，故选用小于型谱推荐的 Q11 值。
----水轮机效率，可按单位流量取值点的
模型效率 M ，先初略加上1%---3%的效率修正
值进行计算。待求出 D1 后，再按转轮直径标 准系列取与之接近的标准直径（见课本P17)。
转速所包含的区间，这个区间就是原型水轮机的
工作范围。若这个区间在模型综合特性图上处于
高效率区，则说明原型水轮机工作范围理想，所
选参数配合合理。
初选水轮机基本参数表
台数Z
P Pf Z f
D1
P
3Hale Waihona Puke 9.81Q11H 2标准直径
max
1 1 M max
5
D1M D1
(精品)水轮机特性及选型
辐设、电气等增加→厂房尺寸增加。 一般选用较大的N单
三峡(9.8m,700MW)、水布垭、小湾、龙滩、向家坝、溪洛渡、锦屏二级
2 、机组台数与机电设备制造的关系 台数多→N单↓→尺寸（D1）小→制造运输容易 （相反，大机组制造困难）
3、机组台数与运行效率的关系 单台机组：？ 整个电站：台数多↑→负荷分配灵活→平均效率↑ 担任基荷：可用较少的台数，在较长时间内以最优
1)
n1 n10 n10M n10M (
max M max
1)
❖其他工况时：
Q1 Q1M Q1 n1 n1M n1
在工程实践中，当 n1 0.03n10M 时，单位转速不必修正 单位流量修正值与单位流量的比值较小，一般可不修正
第四节 水轮机的主要综合特性曲线
综合反映参数n、H、 N之间的关系，代表
了水轮机的轮系特征。
❖ns随工况变化，用最优比转速，限制工况下 的比转速比较不同轮系水轮机性能，
❖比转速用来表示水轮机的型号，还用来划分 水轮机的类型。
❖各种类型的水轮机比转速大致范围：
➢贯流式：ns=600-1000 高 高水头小流量
➢轴流式：ns=200-850 高
几何相似的水轮机——轮系，系列，型号。
2、运动相似：
(1) 对应点的速度方向相同。 (2) 对应点的速度大小对成比例， 即速度三角形相似。
同一轮系的水轮机才能建立运动相似和动力相似。 几何相似就运动相似吗？ 同一轮系水轮机，保持运动相似——相似工况
3、动力相似
对应点所受的同名作用力方向相同、大小成比例。
D21M
hH hM H
M
2
P
或
NM
三峡(9.8m,700MW)、水布垭、小湾、龙滩、向家坝、溪洛渡、锦屏二级
2 、机组台数与机电设备制造的关系 台数多→N单↓→尺寸（D1）小→制造运输容易 （相反，大机组制造困难）
3、机组台数与运行效率的关系 单台机组：？ 整个电站：台数多↑→负荷分配灵活→平均效率↑ 担任基荷：可用较少的台数，在较长时间内以最优
1)
n1 n10 n10M n10M (
max M max
1)
❖其他工况时：
Q1 Q1M Q1 n1 n1M n1
在工程实践中，当 n1 0.03n10M 时，单位转速不必修正 单位流量修正值与单位流量的比值较小，一般可不修正
第四节 水轮机的主要综合特性曲线
综合反映参数n、H、 N之间的关系，代表
了水轮机的轮系特征。
❖ns随工况变化，用最优比转速，限制工况下 的比转速比较不同轮系水轮机性能，
❖比转速用来表示水轮机的型号，还用来划分 水轮机的类型。
❖各种类型的水轮机比转速大致范围：
➢贯流式：ns=600-1000 高 高水头小流量
➢轴流式：ns=200-850 高
几何相似的水轮机——轮系，系列，型号。
2、运动相似：
(1) 对应点的速度方向相同。 (2) 对应点的速度大小对成比例， 即速度三角形相似。
同一轮系的水轮机才能建立运动相似和动力相似。 几何相似就运动相似吗？ 同一轮系水轮机，保持运动相似——相似工况
3、动力相似
对应点所受的同名作用力方向相同、大小成比例。
D21M
hH hM H
M
2
P
或
NM
中小型水电站水轮机选型与优化的探讨
中小型水电站水轮机选型与优化的探讨水轮机是水力发电机组的核心组件，对于水电站的发电效率和经济效益具有重要影响。
水轮机选型与优化是建设中小型水电站的关键环节之一。
本文将从水轮机的选型原则、水轮机的优化设计以及水轮机选型与优化实例等方面进行探讨。
一、水轮机选型原则水轮机的选型原则主要包括：水电站的水能资源条件、投资成本和效益、效率和可靠性等。
具体包括以下几个方面：1. 水能资源条件水轮机的选型需要考虑水电站的水能资源条件，包括水头、水流量和水质等因素。
水头决定了水轮机的选型类型，高水头适合采用斜流式和混流式水轮机，低水头适合采用轴流式和螺旋桨式水轮机；水流量决定了水轮机的选型容量，大流量适合采用大容量水轮机，小流量适合采用小容量水轮机；水质决定了水轮机的选型材料，有些水质较腐蚀或含有颗粒物质的场合需要选用耐腐蚀材料或加装过滤装置。
2. 投资成本和效益水轮机的选型还需考虑投资成本和效益的平衡。
一方面，投资成本包括水轮机本体的价格和安装调试费用等，需与水电站的建设和运行费用相匹配。
效益包括水轮机的发电效率和运行可靠性等。
发电效率高的水轮机可以提高水电站的发电量，进而增加经济效益；运行可靠性高的水轮机可以减少维护和故障处理的费用，进一步提高经济效益。
3. 效率和可靠性水轮机的选型需考虑其效率和可靠性。
水轮机的效率是指水能转化为电能的比例，高效率的水轮机可以提高发电量。
水轮机的可靠性是指水轮机长期运行的稳定性和可靠性，高可靠性的水轮机可以减少停机维修的次数和时间，提高发电效益。
二、水轮机优化设计水轮机的优化设计主要包括流道设计、叶片设计和内部流场分析等。
1. 流道设计流道设计是水轮机优化设计的核心内容，它直接影响水轮机的发电效率和水能利用率。
流道设计需要考虑水轮机的水能资源条件，选择合适的流道类型（如斜流式、混流式、轴流式等）；还需考虑流道的流速、压力和转矩等参数的调整，以最大限度地提高水能转化效率。
2. 叶片设计叶片设计是水轮机优化设计的重要环节之一，它直接影响水轮机的水流动力学性能。
水轮机选型方法介绍
2、专题研究法 对特别重要的工程或特别大型的水电站，为
了获得最优设计效果，根据水电站的具体参数 ，进行专门设计，但所需时间和费用高。
3、查系列范围图法 根据水电站的水头范围和单机出力，在系列
应用范围图中查出适应的型号，以及对应的转 轮直径、转速及吸出高度。当有两种机型可供 选择时，一般选用较大的直径。
3、机组台数与运行效率的关系
Z0↑→平均效率↑ (1) 担任基荷时：出力变化小，流量变化稳定，可
用较少的台数，使水轮机可以在较长时间内以最 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。
σz为水轮机装置的汽蚀系数。
2、η的修正计算 查综合特性曲线得出ηMmax，换算得出ηmax。
△η=ηmax-ηMmax-ε1-ε2
ε1=1%~2%(表示工艺水平)，ε2=1%~3%(表示异 形部件，即原型水轮机和模型水轮机的蜗壳和 尾水管不一样)
如η=ηM+△η，系列水轮机应用范围
4、采用套用机组 根据目前国内设计、施工和运行的电站资料，
在特征水头相近、N单适当，经济技术指标相近时 ，优先套用已经生产过的机组，这样可以节省设 计时间、尽早供货、提前发电。
5、直接查产品样本 直接查设备厂家的产品样本，适用于小型电站。
6、统计分析法 对大量已建水电站的参数进行统计，得出水轮机
绘出F = f(Φ)直线。
(6) 根据φi确定Fi、Ri及断面尺寸，绘出平面单线图。
第五节 尾水管的型式及其主要尺寸
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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。
4.选择生产实力强、制造技术水平高、合作信誉好的制造厂商。
5.考虑适度合理的经济节省原则。
三、所需要的有关资料1.水轮机产品技术资料：系列型谱、生产厂家、产品目录、模型综合特性曲线。
2.水电站技术资料：河流梯级开发方案、水库的调节性能、水电站布置方案、地形、地质、水质、泥沙情况、总装机容量、水电站运输、安装技术条件；水文资料：特征流量及特征水头、下游水位流量关系曲线。
3.水电站有关经济资料：机电设备价格、工程单价、年运行费等。
4.电力系统资料：系统负荷构成，水电站的作用及运行方式等。
四、机组台数及单机容量的选择已知总装机容量(=Z0×N单)，N单不同，D1、n、H s、η均不同。
1、机组台数与机电设备制造的关系N总一定，Z0多→N单↓→尺寸（D1）小→制造运输容易→造价高(单位千瓦耗材多、制造量大)。
所以一般选用较大的N单。
2、机组台数与电站投资的关系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。
N单↓→D1↓→尾水管高度低→开挖少→投资少3、机组台数与运行效率的关系Z0↑→平均效率↑(1) 担任基荷时：出力变化小，流量变化稳定，可用较少的台数，使水轮机可以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。
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，较少的台数，但一般至少应选2台，少数情况下单可选1台。
中大型电站一般选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，如葛洲坝共21台，装机271.5万千瓦，正在修建的三峡水电站装机26×70=1820万千瓦。
五、水轮机型号及主要参数的确定依据：N，特征水头(H max、H min、H av、H r)单1、根据水轮机系列型谱选择型号的选择主要取决于水头。
各种水轮机都有一定的使用范围，根据电站运行水头的范围，直接查系列型谱，确定水轮机的型号。
如果两种型号均可采用，应进行方案比较。
这种方法有时难以获得最优设计效果。
2、专题研究法对特别重要的工程或特别大型的水电站，为了获得最优设计效果，根据水电站的具体参数，进行专门设计，但所需时间和费用高。
3、查系列范围图法根据水电站的水头范围和单机出力，在系列范围总图中查出适应的型号，以及对应的转轮直径、转速及吸出高度。
当有两种机型可供选择时，一般选用较大的直径。
水轮机应用范围4、采用套用机组根据目前国内设计、施工和运行的电站资料，在特征水头相近、N 单适当，经济技术指标相近时，优先套用已经生产过的机组，这样可以节省设计时间、尽早供货、提前发电。
5、直接查产品样本直接查设备厂家的产品样本，适用于小型电站。
6、统计分析法对大量已建水电站的参数进行统计，得出水轮机各参数之间的统计关系，再根据本电站的参数选择。
六、反击式水轮机主要参数的确定确定了水轮机的型号后，再计算水轮机的主要参数： 转轮直径D 1，转速n 、吸出高H s 。
D 1、n 应该满足：在H r 下，发出N r ；在H av 时，η最高。
吸出高H s 应满足：防止水轮机汽蚀，开挖深度合理。
七、 按综合特性曲线选择水轮机1、D 1的确定由于η2/321181.9r r H D Q N '=，所以：η2/31181.9r rH Q N D '=(1) N r 为水轮机额定出力，N r = N f /ηf ，N f 为发电机功率。
(2) 用H =H r 计算。
(3) η为原型水轮机在限制工况下的效率，在D 1未确定时，一般先取η=ηM +△η (△η=2~3%)，求得D 1后再修正。
(4) Q 1'的取值。
在N = N r 时，取限制工况下的Q 1'，并查出限制工况的ηM 。
对混流水轮机而言，由综合特性曲线上的5%出力限制线和n'1得到，轴流式由汽蚀条件得到，或限制[H S ]反推σz ，以防止开挖过多。
[]HH s z -∇-=90010σ σz 为水轮机装置的汽蚀系数。
2、η的修正计算查综合特性曲线得出ηMmax ，换算得出ηmax 。
△η=ηmax -ηMmax -ε1-ε2ε1=1%~2%(表示工艺水平)，ε2=1%~3%(表示异形部件，即原型水轮机和模型水轮机的蜗壳和尾水管不一样)η=ηM +△η如计算出的η与假定出入太大，应重新计算。
3、转速的选择 按下式计算：11D Hn n =n 1'用最优单位转速n 10'，n 10'=n '10M +Δn 1'，水头H 采用H a 。
转速n 随工况而变，要选发电机转速相近而偏大的标准同步转速。
4、工作范围的验算求出水轮机的参数D 1、n 后，在模型综合特性曲线上绘出水轮机的相似工作范围，检验是否包括了高效率区，以验证D 1、n 的合理性。
方法：根据N r 、D 1、H r 求出Q '1max ，由H max 、H min 、D 1、n 求出：n '1min 和n '1max ，在综合特性曲线上以Q '1max 、n '1min 和n '1max 作直线，此范围即为水轮机的相似工作范围。
5、H S 的计算 计算公式：r s H k H σ-∇-=90010 水轮机方案确定后，根据水轮机运行条件、水电站的开挖情况等进行技术经济比较后确定。
第三节 水轮机运转特性曲线的绘制研究目的：进一步分析比较原型水轮机各方案之间的能量特性，指导水轮机的安全运行。
水轮机运转特性曲线可以综合反映原型水轮机H 、N 、η、H s 等参数之间的关系。
运转特性曲线的组成：N 为横座标，H 为纵座标，绘有η=f (H ,N )，H s =f (H ,N ), 出力限制线。
可以反映出水轮机的能量特性、汽蚀特性、运行限制范围。
绘制方法：根据模型综合特性曲线，通过相似定律换算而来。
水轮机运转特性曲线一、HL水轮机运转特性曲线1、等效率线η=f(H,N)的绘制步骤(1) 在H max, H min之间，取4~6个H，其中包括H max，H min，H r，H a，绘制每个水头下的η=f(N)。
(2) 进行效率修正；(3) 进行单位转速和单位流量的修正；(4) 运转特性曲线的计算；等效率曲线计算表a)为了保证绘制运转综合特性曲线的精确性，在H、N网格上至少绘出三个水头，其中包括H max、H min和H r(或H av)。
对每一个水头，计算出对应的n'1。
b)在轮系综合特性曲线上绘制n'1的水平线，并查出其与等效率线交点的坐标(ηM,Q'1)；c)计算出原型水轮机的效率；d)按照公式N=9.81Q'1D12H3/2η计算水轮机的出力。
(5) 辅助曲线的绘制：以效率η为纵坐标，出力N为横坐标，用表中的数据，对每个水头绘制一条工作特性曲线。
见图。
(6) 运转综合特性曲线的绘制a)以水头为纵坐标，水头为横坐标，绘出坐标系。
见图。
b)在图2上绘出三个水头的水平线。
c)在图1上选取几个整数效率值，画出水平线，与辅助曲线形成一些交点。
d)将上面结点的坐标绘在图2上。
e)将相同效率数值的点用曲线相连。
就绘成了水轮机运转综合特性曲线的等效率曲线。
2、出力限制线的绘制H r是N=N r时的最小水头，当H≥H r时，水轮机限制在N= N r内；即图中的A(N r，H r)点及其以上部分。
当H<H r时，水轮机则受到5%出力限制线的限制，对限制线上各点分别计算，得出B(H min, N min)，连接A和B，即为H<Hr时的出力限制线。
出力限制线的绘制方法：根据表中三个水头下所得到的出力，可以在运转综合特性曲线上绘出三个点。
连接着三个点即可得到斜向阴影线。
在高水头下，水轮机的出力受发电机最大限制出力的限制，作竖向阴影线N=N f。
整个出力限制线由两部分组成：N=N f的竖直线段和三个水头下的斜向阴影线。
这两条直线的交点即为机组的最终设计水头H r。
3. 等吸出高度线的绘制(1) 针对每个水头进行列表计算。
同样取4-6个水头进行计算，其中要包括H max，H min，H r，H a。
(2) 求出每个水头相应的n1'。
(3) 在模型综合特性曲线图上以n1'作水平线，与等空蚀系数线交于一些点，查出这些交点的σ和Q1'，列入计算表中。