【正文】 益，盡可能降低水電站造價，做到經(jīng)濟合理。 （ 5）考慮到供貨的現(xiàn)實性，中小型水電站的水輪 機要符合通用化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、的要求。 （ 6）水輪機的制造、運輸、安裝、運行方便。 上述原則應(yīng)根據(jù)水電站的具體條件，權(quán)衡利弊，選出技術(shù)上先進(jìn)可靠、經(jīng)濟上合理的水輪機方案。 （二）水輪機選型的主要任務(wù)是： （ 1）確定水輪機的特征水頭（最大水頭、最小水頭、設(shè)計水頭、加權(quán)平均水頭等）。 （ 2）選擇水輪機的臺數(shù)和型號。 （ 3）選定水輪機的標(biāo)稱直徑、額定轉(zhuǎn)速、吸出高程、安裝高程等參數(shù)。 （ 4）確定水輪機的蝸殼和尾水管的型式和尺寸。 （ 5）確定調(diào)速器、油壓裝置的型式和尺寸。 （ 6）估算發(fā)電機的尺寸和重量等。 機組臺數(shù)的選擇 水電站的裝機容量等于機組臺數(shù)和單機容量的乘積。根據(jù)已確定的裝機容量可以擬定出不同的機組臺數(shù)方案。當(dāng)機組臺數(shù)不同時，單機容量不同，水輪機的轉(zhuǎn)輪直徑、轉(zhuǎn)速也就不同，有時甚至水輪機的型號也會改變，從而引起水電站的工程投資、運行效率、運行條件以及產(chǎn)品供應(yīng)等情況的變化。 目前上不可能從理論計算上求得合理的單機容量，因此在選擇機組臺數(shù)時應(yīng)從下列幾方面綜合考慮： 7 （ 1）機組臺數(shù)與機電設(shè)備制造的關(guān)系 機組臺增多時，機組單機容量減小，尺寸減小，因而制造及運輸都比較容易，這時由于制造能 力和運輸條件較差的地區(qū)是有利的。但實際上小機組單位千瓦消耗的材料多，制造也較麻煩，故一般都希望選擇較大的機組。 （ 2）機組臺數(shù)與水電站投資的關(guān)系 機組臺數(shù)較多時，不僅機組本身的單位千瓦造價較高，而且隨著機組臺數(shù)的增加，相應(yīng)的閥門、管道、調(diào)速器，輔助設(shè)備和電器設(shè)備的套數(shù)就要增加，電器結(jié)線也較復(fù)雜，廠房平面尺寸也需加大，機組的安裝維護(hù)工作量也將增加，因此從這些方面來看，水電站的單位千瓦的投資將隨機組臺數(shù)的增加而增加。但另一方面，采用小機組則廠房的起重能力、安裝場地、基坑開挖量都可縮減，因此又可減少一些水電 站的投資?？偟膩碚f機組臺數(shù)變化要引起水電站投資變化，在大多數(shù)情況下，機組臺數(shù)增多將增大投資。 （ 3）機組臺數(shù)與水電站運行效率的關(guān)系 當(dāng)機組數(shù)目不同時水電站水輪機的平均效率也不同。機組臺數(shù)增多能夠增加水電站的電能，但當(dāng)增多到一定程度，在增多時對水電站的運行效率就不會有顯著的影響了。當(dāng)水電站在電力系統(tǒng)中擔(dān)任基荷工作時， 選擇機組臺數(shù)少，可使水輪機在較長時間內(nèi)以最優(yōu)工況運行，使水電站保持較高的平均效率。 當(dāng)水電站擔(dān)任系統(tǒng)尖峰負(fù)荷時，由于負(fù)荷經(jīng)常變化，而且幅度較大，為使每臺機組都可以高效率工作， 就 需要更多的機組臺數(shù)。 此外，由于水輪機類型的不同，機組臺數(shù)對水電站平均效率的影響也不同。如：軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機，猶豫其高效率區(qū)比較寬廣，單機效率變化比較平穩(wěn)，故機組臺數(shù)的增減對水電站平均效率的影響不大。但對軸流定槳式水輪機，當(dāng)出力變化時效率變化就比較劇烈，因此增加機組臺數(shù)，對于提高水電站的平均效率就比較顯著。 （ 4）機組臺數(shù)與水電站運行維護(hù)工作的關(guān)系 當(dāng)機組臺數(shù)較多時，單機容量就小，水電站的運行方式機動靈活，機組發(fā)生事故后所產(chǎn)生的影響小，檢修也較容易安排。但因運行操作次數(shù)隨之增加，發(fā)生事故的幾率增高了，同時管理人員增多，運行費用 也提高了。因此不宜選用過多的機組臺數(shù)。 上述各種因素既相互聯(lián)系又相互影響，不可能都一一滿足，所以在選擇機組臺數(shù)時應(yīng)針對電站具體情況而定。為了水電站運行的可靠性和靈活性，一般不少于兩臺且大多數(shù)情況下機組臺數(shù)用偶數(shù)。同時為了制造、安裝、運行維護(hù)及設(shè)備供應(yīng)的方便，在一個水電站內(nèi)盡可能的選用同一型號的機組。 本設(shè)計 為 引水式水電站 ，電站 的總裝機容量為 6 萬 千瓦，屬中型水電站（ 萬kwN25 萬 kw），我國建成的中型水電站一般選用 4 6臺機組，由于上述各種因素互相影響，遵循上述原則并結(jié)合電站具體情況 本設(shè)計選用 4臺機組。 8 單機容量的選擇 水輪機的單機容量 N為： ）（萬總 kwnNN ? （ ） 式中： 總N— 總的裝機容量，本設(shè)計為 6 萬 kw； n— 機組臺數(shù)，本設(shè)計為 4臺 將數(shù)據(jù)代入上式得 : N 6N = = 1 .5 k w n4? 總 萬 水輪機的額定出力為：r NN kwn?? 總 （ ） 式中： ? — 水輪機的效率，本設(shè)計取 98% n— 機組臺數(shù)，本設(shè)計為 4臺 將以上數(shù)據(jù)帶入公式得： 4 4r 6 1 0 1 . 5 3 0 6 1 04 9 8 %N K W?? ? ?? 水輪機特征水頭的確定 水輪機型號的選擇中起主要作用的是水頭 。水輪機的任一工作狀況的工作性能可采用水輪機的水頭、流量、效率、出力和轉(zhuǎn)速等工作參數(shù)之間的關(guān)系來描述。 水輪機的水頭也稱工作水頭，指單位重量水體通過水輪機時能量減小值，水輪機水頭隨電站上 、下游水位而變化。為此常用最大水頭，最小水頭，設(shè)計水頭來表征水輪機的運行范圍和工作特性。 最大水頭 maxH 最大水頭 maxH ，是允許水輪機運行的最大凈水頭，通常由水輪機強度所決定?？捎上率竭M(jìn)行估算 水輪機出力： ）（ ?? （ ） 式中： Q — 通過水電站水輪機的流量（ m179。/s）； H— 水電站的凈水頭，為 水電站上、下游水位之差減去各種水頭損失（ m）； η — 水電站效率，小于 1。等于水輪機效率η機、發(fā)電機效率η電及機組傳動效率η傳的乘積。本設(shè)計取 80%。 試算： （ 1）初選定 /s20mQ 3? ,由表 23 查得 /s0mQ 3? 時，相應(yīng)的 ?下 ，/s58mQ 3? 時，相應(yīng)的 ?下 ，用內(nèi)插法計算出 /s20mQ 3? 時，相應(yīng)的9 ?下 。已知 ?上 ， ?? ，考慮沿程等水頭損失，則 1??????）（）（ 下上 （ ） 1N 9 .8 1 0 .8 2 0 5 8 .2 99 1 4 9 k w? ? ? ?? （ 2）選定 /s58mQ 3? ,由表 23查得相應(yīng)的 ?下 。 ? ?? ? 2?????? 下上 2N 1 58 57. 72 = 262 73. 22 kw? ? ? ? 而實際 kw15000N ? ，介于 9149kw 與 之間，所以實際最大水頭介于 與 之間，再用內(nèi)插法算得 max ? ，此時對應(yīng)的 / 3? ， ?下 。 故最大水頭為 max ? 。 最小水頭 minH 最小水頭 minH ，是保證水輪機安全穩(wěn)定運行的最小凈水頭。當(dāng) 4臺機組同時發(fā)電時，所對應(yīng)的流量也同理由試算法求得，負(fù)荷出力應(yīng)與 kw6N 萬? 相接近。 （ 1）令 3Q 106m /s? ,查表 23得 m350Z ?下 ,已知 m405Z ?上 。 ? ?? ?1H 0 .9 7 Z Z0 .9 7 4 0 5 3 5 05 3 .3 5 m??? ? ??下上 1N 9 .8 1 0 .8 1 0 6 5 3 .3 54 4 3 8 1 k w? ? ? ?? （ 2）選定 /s265mQ 3? ，由表 23查 得相應(yīng)的 m351Z ?下 ，已知 m405Z ?上 。 ? ?? ?3 5 14 0 2?????? 上下 2N 9 .8 1 0 .8 2 6 5 5 2 .3 81 0 8 9 3 6 k w? ? ? ?? 同理由內(nèi)差法算出當(dāng) kw60000N ? 時， min ? ,相應(yīng)的 /s146mQ 3? 。故最小10 水頭 min ? 。 設(shè)計水頭 rH 141HHH4H22m inm a xm a xr???????????????）（ () 所以設(shè)計水頭 ? ，相應(yīng)的設(shè)計流量 / 3? 。 加權(quán)平均水頭 avH 加權(quán)平均水頭 avH ,是一定期間所有可能出現(xiàn)的水輪機水頭的加權(quán)平均值，是水輪機在其附近運行時間最長的凈水頭。已知該電站為引水式水電站，所以 rav ?? 水輪機型號的選擇 水輪機型號的選擇是在已知機組單機容量和各種特征水頭的情況下進(jìn)行的，一般有根據(jù)水輪機系列型譜選擇和采用套用機組兩種方法。本設(shè)計根據(jù)水輪機系列型譜進(jìn)行選擇。 每種型號的水輪機都有其適用的水頭范圍，由此根據(jù)水電站的水頭情況，可直接從型譜表中選擇出適合于該水電站的水輪機型號。有時可能選出兩種型號同時都能適用，這樣可將兩種機型均列入比較方案進(jìn)行比較。 根據(jù)該水電站的水頭變化范圍 ～ ，在水輪機系列型譜 表 （《水電站》第三版 河海大學(xué) 劉啟釗主編）中查出合適的機型有 HL220 和 HL230 兩種。現(xiàn)將這兩種水輪機作為初選方案，分別求出其相關(guān)參數(shù)，并進(jìn)行比較分析。 HL220 型水輪機方案的主要參數(shù)選擇 HL220型水輪機適用水頭為 50～ 85m，模型具體參數(shù)如下 表 所示。 11 表 HL220 型水輪機模型轉(zhuǎn)輪主要參數(shù)表 模型轉(zhuǎn)輪 導(dǎo)葉相對高度b0/D1 最優(yōu)工況 限制工況 直徑 D1（ mm） 葉片數(shù)Z1 單位轉(zhuǎn)速 n‘ 10 (r/min) 單位 流量 Q‘10(L/s) 效率η(%) 氣蝕系數(shù)σ 比轉(zhuǎn)速ns 單位 流量 Q‘ 1(L/s) 效率η(%) 氣蝕系數(shù)σ 460 14 1000 255 1150 （ 1） 轉(zhuǎn)輪直徑 1D 的計算 : ?2/3r39。1 r1 NDH? （ ） 式中： 1D — 水輪機標(biāo)稱直徑 ； 39。1Q — 模 型水輪機在限制工況下的單位流量，查 得 / /s1150Q 339。1 ?? ； rH — 設(shè)計水頭 ， ? ； ? — 與 39。1Q 工況點相對應(yīng)的原型 效率 ，假設(shè) 92%?? ； rN — 水輪機額定出力 ， )(15306N r kW? 。 將數(shù)據(jù) 代入 上 式得 : 1 3 / 215306D m? ? ? ?? 查《水電站》（第三版 河海大學(xué) 劉啟釗主編）表 選用與其接近而偏大的標(biāo)稱直徑 ? 。 （ 2）轉(zhuǎn)速 n 的計算 139。1DHnn? （ ） 式中 ： 39。1n — 單位轉(zhuǎn)速采用最優(yōu)工況下單位轉(zhuǎn)速 ， r/39。10 ?n ； H — 采用 加權(quán)平均 水頭 ， ? ； 1D — 采選定的標(biāo)稱直徑 ， ? 。 將數(shù)據(jù) 代入 上 式得 12 70 r/minn??? 查《水電站》（第三版 河海大學(xué) 劉啟釗主編）表 ,選 用與其接近的同步轉(zhuǎn)速min/300rn ? ，磁極對數(shù) 10P? 。 （ 3）效率及單位參數(shù)修正 查表可得 HL220 型水輪機在最優(yōu)工況下的模型最高效率為 % ?? ，模型轉(zhuǎn)輪直徑為 ? 。 ①原型水輪機的 最高效率 15m a x m a x11 (1 ) MM DD??? ? ? （ ） 9 3 4 6 )9 1 (1 5???? ② 效率修正值 考慮原 型與 模型水輪機 在制造 工藝質(zhì)量 上的差異 ，取修正值 %?? 。 M m a xm a x???????? ???? （ ） 原型水輪機 在最優(yōu)工況和限制工況下的效率為： M m axm ax?????? ??? （ ） ?????? ??? （ ） ③單位轉(zhuǎn)速的修正 11m axMm ax39。1039。1?????????nn （ ） 13 由于 39。139。10nn?%，按規(guī)定 單位轉(zhuǎn)速可不 加 修正 ，同時， 單位流量 39。1Q 也可不加修正 。 由上可見 ，原假定的 92%?? , 39。1Q = M39。1Q ， 39。10M39。10 nn ? 是正確的，那么上述計算及選用的結(jié)果 ? 、 r/min300n ? 也是正確的。 （ 4）工作范圍的檢驗 在選定 ? 、 r/min300n ? 后，水輪機的 ‘max1Q 及幾個特 征水頭相對應(yīng)的 39。1n 即可計算出來。 水輪機在 rH 、 rN 下工作時，其即為 ‘max1Q