玛河一级水电站水轮机选型

文章编号:1007-2284(2005)09-0110-02

玛河一级水电站水轮机选型

李岁民

(新疆兵团勘测规划设计研究院一分院,新疆石河子832000)

摘要:针对新疆石河子玛纳斯河一级水电站泥沙对水轮机的磨蚀相当严重的情况,介绍了该电站水轮机选型过程中抗磨蚀采用的几种方法,在选题设计中除按基本原则优选机组参数外,还应考虑降低泥沙磨浊的途径,即在选型时适当考虑降低机组转速以减少泥沙磨损。

关键词:泥沙特征;磨蚀;水轮机;选型

中图分类号:T V742文献标识码:B

1概况

玛纳斯河一级水电站为引水式电站,位于新疆石河子玛纳斯河(以下简称玛河)中游,是水能梯级开发规划中的第4级水电站。该电站设计水头104m,总装机容量为50M W(2@16+ 2@9M W)保证出力5.34M W,年发电量1.89亿kW h。

引水系统采用无压明渠、隧洞、渡槽方案,开挖地面式厂房。该电站距石河子45km,距已建成的玛河四级水电站(电站基地)15km。该电站发电尾水由明渠引入玛河二级水电站,是一座引水式的小(Ⅰ)型水电站。

2玛河泥沙特征

玛河的泥沙含量及泥沙成分与水轮机转轮的选取有直接关系,玛河的泥沙特征如下。

(1)泥沙的年际变化大。降水是产生泥沙多少的主导因素,悬移质泥沙实测最大年输沙量1747.5万t,最小年输沙量49.7万t,两者相差35倍之多。

(2)泥沙年内分配集中。6~8月份输沙量占到全年输沙量的94.1%。

(3)含沙量集中。含沙量与降水有关,全年的输沙量主要集中在数日内。如肯斯瓦特站(玛河一水文站)玛河1987年7月14~ 15日2天悬移质输沙量186.2万t,占全年输沙量的30.4%。

(4)悬移质与推移质泥沙。据玛河肯斯瓦特水文站1959~ 1999年实测资料,玛河悬移质泥沙平均输沙量为295.4万t,输沙率为92.4kg/s,同期沙量为2.46kg/s。由于各测站缺少推

收稿日期:2005-04-11

作者简介:李岁民(1959-),男,高级工程师。移质输沙量和泥沙颗粒组成资料,只能用经验公式推算,多年平均推移质输沙量经计算约为59.1万t。泥沙的主要成分为石英沙。表1为玛纳斯河床推移质泥沙颗粒组成分配情况。

表1河床推移质泥沙颗粒组成%项目

粗粒土(>0.0075m m)

>60m m砾砂

细粒土

(<0.0075mm)所占比例56.831.011.1 1.1

3磨蚀

从以上玛河泥沙资料可看出,玛河属多泥沙河流,泥沙的主要成分为石英沙,粗粒土(>0.0075mm)占近99%;在玛纳斯河已运行的电站,对水轮机的磨蚀相当严重,特别是已运行的三级电站,一个洪水期(6~8月)转轮、底环之间手指头都能伸进去,水轮机出力下降许多,转轮、底环要补焊维修好几次,有时仅1周时间转轮就要补焊。很多专家学者(包括国外专家)把自己的理论、办法和材料在玛河电站上做试验,结果都不理想。后来经过摸索,转轮采用钢加热喷金属粉末N i67,再减小负荷,把导叶开度降至85%,磨蚀情况才有所减轻。

4径流

玛河径流年际变化平缓,年内分配集中,6~8月份的水量占全年径流量76.6%,冬季水量仅占全年径流量的7.3%,5月份90%频率的保证流量为5.98m3/s。

5机组选型

5.1选型措施

本电站根据玛河径流的特点,选择了大小机组运行;大

110中国农村水利水电#2005年第9期

机组为16M W,小机组为9M W,以解决电站冬季运行问题。

玛河泥沙中多为石英沙,且为大粒径石英沙,对水轮机的磨损特别严重;要求水轮机具有较高的耐磨性,以减少机组的检修次数和转轮的更换次数。在水轮机转轮的选取上采取了以下措施。

(1)选用高水头转轮用在低水头电站。选用400m水头的转轮(JF2058、JF1606)用在100m左右压力水头的电站,有利于降低泥沙对转轮的磨损。

(2)降低水轮机的转速。16M W机组选择了428.6r/min, 9M W机组选择了375r/min。

(3)降低安装高程。

(4)转轮材料采用了ZG270-500号钢加热喷金属粉末Ni67,保护、减轻转轮的磨损。5.2选型参数

水轮机转轮参数还要根据比转速n s、单位转速n c1、单位流量Q c1、装置汽蚀系数选择。该电站比转速n s为170~190 m#kW,单位转速n c1为66~71r/min,计算出相应的单位流量Q c1为0.6~0.8m3/s。装置气蚀系数与汽蚀系数有直接关系,参照国内已建电站和各种统计经验公式,本电站16M W装置汽蚀系数为0.083~0.116,计算出相应的吸出高度为-0.586 ~-2.914m;9M W装置汽蚀系数为0.063~0.097,计算出相应的吸出高度为-0.93~2.60m,经综合比较,两种机组吸出高度拟定在-1.2m。

根据本电站实际情况,参照国内转轮参数和水轮机模型转轮参数预测值,选择水轮机及参数见表2。

表2水轮机及参数

项目

16M W(H L)

A678-

LJ-160

J F2053D-

LJ-160

JF2052-

LJ-158

J F2058-

LJ-180

9M W(H L)

A575C-

LJ-140

A548-

LJ-140

JF1606-

LJ-155

设计水头/m104104104104104104104最优单位转速/(r#min-1)67.5067.0065.1466.2068.0067.2063.50计算点单位流量/(L#s-1)0.7200.6650.6050.5800.5700.3820.400

计算点单位转速n'1/(r#min-1)68.766.865.666.767.667.063.3

计算点水轮机流量Q'1/(m3#s-1)17.2417.3617.3017.289.739.979.80模型最高效率G max/%94.0093.8093.6094.4093.5692.6093.60计算点效率G/%92.6093.1093.4093.5692.5092.2093.28效率修正值v G/% 1.10 1.10 1.10 1.12 1.11 1.10 1.10转轮直径D1/m 1.60 1.60 1.58 1.80 1.40 1.40 1.55额定转速n/(r#min-1)428.6428.6428.6375.0428.6428.6428.6飞逸转速n/(r#min-1)735737733645735731730比转速n s/(m#kW)171170170169155151145比转速系数K1700~19001700~19001700~19001700~19001700~19001700~19001700~1900装置气蚀系数0.083~0.1160.083~0.1160.083~0.1160.083~0.1160.063~0.0970.063~0.0970.063~0.097水轮机流量Q1/(m3#s-1)19.3019.2419.2319.1611.5010.9510.25设计水头下额定出力/kW1652916534165401649511143100269326计算点气蚀系数R0.0320.0280.0260.0220.0710.0620.023吸出高度(厂家提)/m 3.38 3.00 3.20 4.20 3.20- 4.00

6机型选择理由

16M W的机组选择了H L JF2058转轮。主要理由是HL JF2058转轮的气蚀系数最小,计算点气蚀系数0.022;计算点单位流量Q c1=0.580L/s较小,计算点效率93.56%较高;从工作范围上,H L JF2058转轮适中,其他机型稍偏;从模型最高效率上看,H L JF2058转轮最高。故选此机型。

9M W的机组选择了HL JF1606转轮。主要理由是HL JF1606的转轮气蚀系数最小,计算点气蚀系数0.023;计算点单位流量Q c1=0.400L/s较小;计算点效率93.60%较高;从工作范围上,H L JF1606转轮适中,其他机型稍偏;从模型最高效率上看,H L JF1606转轮最高。故选此机型。

7水轮机主要参数

水轮机主要参数见表3。

(下转第113页)

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玛河一级水电站水轮机选型李岁民

4 集水井PLC 控制系统配置

系统结构及硬件的配置见图2。

图2 系统结构

(1)水位传感器。采用压差式水位传感器,测量范围0~5m,输出为0~20mA 电流。

作用:水位传感器放置于集水井底,随着水压的变化,传感器输出不同的电流值,从而测量出不同的水位。

(2)FX 2O 4AD 。PL C 数模转换模块将模拟量输入信号(电流或电压)转换成数字信号,带光电隔离保护。

作用:将水位传感器传来的模拟信号转换为数字信号,并将数字信号送给FX 系列可编程控制器。

(3)FX 2O 80M T 。PL C 基本控制单元,32位输入32位输出,输入为共阴的光电隔离,输出为继电器输出。

作用:主控制模块,接收F X2O 4AD 传来的数字信号,经过内部数据比较计算等数据采集处理后,输出控制命令,控制继电器输出,从而控制水泵的起停。同时,通过通信传送和接受上位机信息和指令。

(4)上位机。综合自动化的操作员工作站主要完成全厂的自动化运行及其管理,包括设备运行的实时监视与控制,A GC 、AV C 、历史数据存档、归类、检索和管理、运行报表的生成与打印等。

(5)通讯。FX 2O 80M T 承担通讯任务,通过RS232串行通讯与上位机相联,将数据传送给上位机,上位机可实现远方控制。

5 集水井PLC 控制系统控制原理

(1)系统控制原理见图3

。

图3 控制原理

(2)工作原理。水位传感器置放于集水井底,随着集水井水位的变化,传感器压差发生变化,从而传送出4~20mA 的变化电流,通过数模转换模块FX 2O 4A D,将模拟量电流信号转

换成数字信号,传送到主控制模块FX2O 80M T 进行数据处理与控制。当水位高于1.5m 时,启动1号水泵,水位达到2.5m 时,启动2号水泵,水位高于2.8m 时,报警,运行人员及时进行处理。当水位低于0.6m 时,水泵停止运行。

6 结 语

东山电厂集水井PL C 控制系统于2004年6月投入运行,

经过半年多的运行表明,用P LC 实现的集水井控制系统,安全、可靠、使用方便,克服了原有系统的缺陷。该系统投运以来未发生过误动、拒动现象。现2台水泵互为备用,可随时方便地进行两泵间的手动和自动转换。PL C 通过压差式水位传感器传送的精确水位数据,控制水泵的启停操作从而控制集水井水位,并通过通信将水位数据传送到上位机,实现集中控制,为电厂科学安全运行提供了可靠保证。

PL C 是综合继电器、接触器控制的优点及计算机灵活、方便的优点而设计、制造和发展的,它克服了前者控制系统元件数量多,体积大,耗电多,工作效率低,寿命较短,可靠性差的缺点,而具有可靠性高、功能强、通用灵活等其他控制器所无法比拟的特点。因而它应用广泛,前景广阔,并将作为电厂自动控制系统的首选。t

(上接第111页)

表3 水轮机主要参数

机组/M W 16M W 9M W 型号HLJF2058-LJ -180

HLJF1606-LJ -155

设计水头/m 104104额定流量/(m 3#s -1)

17.289.80额定出力/kW 164959326额定转速/(r #min -1)

375.0428.5计算点效率/%93.5693.28限制点气蚀系数0.0220.023飞逸转速/(r #min -1)

654

730

8 结 语

通过以上比较,本电站大机组水轮机采用HL JF2058-L J -180,小机组水轮机采用H L JF 1606-LJ -155较为合适,降低了水轮机的转速,转速428.5r/min 的转轮直径比转速500r/min 转轮直径虽然大了20cm,投资有所增加,但减少了机组的检修次数和转轮的更换次数,总的投资没有多大变化;故大机组水轮机的转速选择了428.5r /min 。

本电站机型虽然采取了一些措施,还要求厂家制作转轮和下迷宫环时采用不锈钢材料,转轮等过流部件加工时要提高精度,座环采用蝶形边,底环采用ZG270-500铸钢上喷凃H P143材料,止漏环材料采用1Cr18N i9T I 等措施,增强转轮的耐磨和

抗磨蚀能力。t

参考文献:

[1] 骆如蕴.水电站动力设备设计手册[M ].北京:水利电力出版社,

1990.

113

电厂集水井控制系统的P LC 改造 范 葵

水轮机的选型设计说明

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

水电站课设要求(水轮机)

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：

水轮机的选型计算

一、水轮机选型计算的依据及其基本要求.....................................................................1 1 水轮机选型时需由水电勘测设计院提供下列原始数据.................................1 2 水轮机选型计算应满足下述基本要求......................................................1 二、反击式水轮机基本参数的选择计算..................................................................1 1 根据最大水头及水头变化范围初步选定水轮机的型号.................................1 2 按已选定的水轮机型号的主要综合特性曲线来计算转轮参数.................................1 3 效率修正..........................................................................................4 4 检查所选水轮机工作范围的合理性.........................................................4 5 飞逸转速计算....................................................................................5 6 轴向推力计算....................................................................................5 三、水斗式水轮机基本参数的选择计算......................................................10 1 水轮机流量.......................................................................................10 2 射流直径d 0.......................................................................................10 3 确定D1/d 0.......................................................................................10 4 水轮机转速n ....................................................................................10 5 功率与效率................................................................................................11 6 飞逸转速..........................................................................................12 7 水轮机的水平中心线至尾水位距离A ......................................................12 8 喷嘴数Z 0的确定....................................................................................12 9 水斗数目Z1的确定.................................................................................12 10 水斗和喷嘴的尺寸与射流直径的关系...................................................13 11 引水管、导水肘管及其曲率半径.........................................................13 12 转轮室的尺寸..............................................................................14 A 水机流量..........................................................................................17 B 射流直径.............................................................................................17 C 水斗宽度的选择..........................................................................................17 D D/B 的选择.............................................................................................17 E 水轮机转速的选择.......................................................................................17 F 单位流量的计算..........................................................................................17 G 水轮机效率................................................................................................18 H 飞逸转速................................................................................................18 I 转轮重量的计算..........................................................................................18 四、调速器的选择.............................................................................................20 1 反击式水轮机的调速功计算公式.....................................................................20 2 冲击式水轮机的调速功计算公式.....................................................................20 五、阀门型号、大小的选择.................................................................................21 1 球阀的选择................................................................................................21 2 蝴蝶阀的选择 (22) 目 录

水电站复习题2014分析

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。

水电站水轮机结构详细解

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

水电站水轮机选型设计1

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.

水轮机主机选型

摘要 水电站机电部分设计主要根据获得的设计材料中给定的水头范围进行的主机选型，根据选择的三方案中择优进行模型综合特性曲线的绘制，即选出一方案进行绘制，再根据效率，转速等选其一进行蜗壳、尾水管、水轮发电机外形的计算和绘图，最后进行水轮机的调节保证计算和调速器设备选择。 关键字：水轮机主机选型；水电站机电设备初步计算；外形设计；调节保证计算。

前言 毕业设计是高等教育教学中的最后一个教学环节，是实践性教育的环节。 毕业设计与其他教学环节构成有机的整体，也是各个教学环节的继续、深化补充和检验，是将分散、局部的知识内容加以全面的结合，这次设计提高了我们运用知识的综合能力，将知识化为能力，巩固和加深所学知识，培养知识，综合了系统化的运用。 目前，我国大陆水力资源理论蕴藏在1万KW以上的河流共3886条，水力资源理论蕴藏年发电量6082.9Tw·h；技术可开发装机容量541.64GW。经济可开发装机容量401.8GW。我国水力资源具有三个鲜明特点：第一、在地域上分布极不平衡，西部多，东部少。西部水利资源开发出了满足西部电力市场的需要，更重要的是考虑东部电力市场。第二、大多数河流年内、年际经流分布不均。第三、水力资源集中于大江大河，有利于集中开发和规模外送。 本次设计的主要内容为主机选型、蜗壳、尾水管、发电机确定和调节保证计算。设计过程中，依据资料水电站水头，单机引水流量，总装机，对水轮机发电进行初选，并根据单位转速，模型综合特性曲线，对水轮机型号，转速，效率出力等进行认真计算，校验，对选择方案的蜗壳水管，水轮机选型和绘图。对水轮机进行调节保证机算。

通过这次对相关专业知识的课题设计，更加深入的认识知识和实际应用，学会知识与实际结合、与实践结合，得以充分利用知识为以后工作打下了坚实的基础。 编者 2012年5月 目录 摘要 (1) 前言 (2) 目录 (3) 第一章水轮机型号选择 (5) 第一节水轮机型的选择 (5) 第二节初选水轮机基本参数的计算 (6) 第三节水轮机运转综合特性曲线的绘制 (17) 第四节待选方案的综合比较和确定 (19) 第二章蜗壳计算 (21) 第一节蜗壳形式、进口断面参数选择 (21) 第二节蜗壳各断面参数计算 (23) 第三节金属蜗壳图 (25) 第三章尾水管选型 (26) 第四章水轮发电机的初步选择计算 (27) 第五章调节保证计算及设备的选择 (33) 第一节调节保证计算 (33)

水轮机选型设计

第六章水轮机选型设计 由于各开发河段的水力资源和开发利用的情况不同，水电站的工作水头和引用流量范围也不同，为了使水电站经济安全和高效率的运行，就必须有很多类型和型式的水轮机来适应各种水电站的要求。 水轮机由于它自身能量特性、汽蚀特性和强度条件的限制，每种水轮机适用的水头和流量范围比较窄，要作出很多系列和品种（尺寸）的水轮机，设计、制造任务繁重，生产费用和成本也大。因此有必要使水轮机生产系列化、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。 一、水轮机选型设计的任务及内容 1．任务 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。每一种型号水轮机规定了适用水头范围。水头上限是根据该型水轮机的强度和汽蚀条件限制的，原则上不允许超过；下限主要是考虑到使水轮机的运行效率不至于过低。 2．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) 确定水轮机的额定功率、转轮直径D1、同步转速n、吸出高度H s、安装高程Z a 、飞逸转速、轴向水推力；冲锤式水轮机，还包括喷嘴数目Z0、射流直径d0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。 二、选型设计 1．水轮机选型设计一般有三种基本方法 (1) 水轮机系列型谱方法: 中小型水电站水轮机选多此种方法或套用法。

小型水电站水轮机的选型设计

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。

水轮机的选型设计资料

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。

水力发电与水轮机简介

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

(一)水电站水轮机选型设计方法及案例

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 ）

水电站的水轮机设计

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

水轮发电机选择

水轮发电机的选择计算 一、 发电机型式的选择 水轮发电机按其轴线位置可分为立式布置和卧式布置两类，大中型机组一般采用立式布置，卧式布置通常用于中小型机组及贯流式机组。本电站采用立式布置，立式布置又分为悬式和伞式两种。悬式布置和伞式布置的适用条件，查参考【2】P 149表3-1，悬式适用于转速大于150/min r ，伞式适用于转速小于150/min r 。因为水轮机的标准转速为166.7r/min ，所以水轮发电机选用悬式布置。水轮发电机的冷却方式采用径向通风密闭式空气循环冷却。 二、 主要尺寸估算 待选水轮发电机的有关参数如下： 发电机型式：悬式 标准转速：166.7r/min 磁极对数：18 外形尺寸计算如下： 1、极距τ 根据统计资料分析,极距与每极的容量关系如下: 42p s K f j =τ cm 参考【2】P 159公式3-2 式中 9 ,,,10~8,:18 ;:); (:本设计中取线速度高的取上限容量大一般为系数磁极对数发电机额定容量j f K P p KVA s = f s =N f ／cos ＆, cos ＆为功率因数角，取cos ＆取0.875。 f s =247423／ 0.875=282769KV A 。 4 18 *2282769 *9=τ=84.73 cm

由上求出τ后,尚应校核发电机在飞逸状态下,转子飞逸线速度V f 是否在转子材料允许范围内。 V K V f f = 参考【2】P 160公式3-3 式中 飞逸线速度 秒时在数值上等于极距周当频率转子额定线速度的比值确定与额定转速机组的飞逸转速与水轮机型式有关或按飞逸系数:;/50,:;,:f e f f V f V n n K τ= f K = f n ／e n =308.4／166.7=1.85; V =τ=84.73 cm. V K V f f ==1.85*84.73=156.75m ／s 查参【2】P 160，转子磁轭的材料用整圆叠片。 2、定子内径i D 计算公式： τπ p D i 2== 3.784*18 *2π =971.43 cm 参考【2】P 160公式3-4 3、定子铁芯长度t l 计算公式： e i f t n CD S l 2= cm 参考【2】P 160公式3-5 式中： 冷却方式为空冷 取表见参考系数定子内径额定转速发电机额定容量,107,53]2[,:); (:);(:); (:6160-?=-C P C cm D rpm n KVA S i e f .7 166*3.4971*107282769 26-?= t l =256.79 cm