【正文】 xQ 值。 水輪機選型設計的主要參數(shù) 水輪機的選型是根據水電站設計部門提供的原始資料及數(shù)據，選擇合適的水輪機型號，并計算 水輪機的性能參數(shù)。 設計題目：水電站水輪機選型及結構設計 設計參數(shù)： 總裝機容量： Ppl=40 MW=4 萬 kW （ 2 臺） 最大工作水頭： Hmax= 加權平均水頭： Hpj= 最小工作水頭： Hmin= 設計工作水頭： Hr= 最大引用流量： pivq, =79 m179。/s 電站海拔高程： 1056?? 該電站在電力系統(tǒng)中的地位及作用：本電站距負荷中心較遠，在 系統(tǒng)中擔任基荷。 確定機組的單機容量（功率） 此電站裝機臺數(shù)為 2臺。確定電站的機組臺數(shù)后，就可以求水輪機的單機容量。 單機容量： ZpP pig ? 42021式 中 ： — 電 站 總 裝 機 容 量 , 已 知 ： ；?p l p lP P KW=40MW Z — 電站的裝機臺數(shù) ,Z=2。 計算得： 21000?gP KW20MW。 選擇機組類型及模型轉輪型號 根據水電站的實際情況，正確選擇水輪機型式是水輪機設計的一個重要環(huán)節(jié)。雖然各類水輪機有明確的適用水頭范圍，但由于它們的適用范圍存在著交叉水頭段， 因此，必須 4 畢業(yè)設計說明書 根據水電站的具體條件對可供選擇的水輪機進行具體的分析比較，才能選擇出最合適的水輪機機型。 水輪機型號的選擇是根據水電站的特征水頭，特別是其最大水頭 Hmax選擇的。通常 情況下，水輪機型號是根據水輪機的型譜性能參數(shù)進行選擇的；若設計水頭在交界水頭段范圍內，也就是有 2種及其以上的轉輪型號可選擇時，就需要進行綜合分析比較后才能選出最佳的轉輪型號。 根據本次設計的特征水頭： Hmax =， Hr =。通過中小型混流式水輪機模型轉輪主要參數(shù)表，可確定本次設計所選水輪機的型號為： HL260/D74 和 HL240/D41。兩個水輪機型號對應的相關模型轉輪參數(shù)如表 所示。 表 模型轉輪主要參數(shù)表 轉輪 型號 推薦使 用水頭 H(m) 模型轉 輪直徑 1D (cm) 流道尺寸 最優(yōu)工況 0b 1Z 0D 0Z 110n (r/min) 110Q ( 3m /s) 0? (%) 0? HL260/D74 50~ 80 35 14 24 79 HL240/D41 70~ 105 35 14 24 77 初選設計（額定）工況點 水輪機的選型設計工況點是指水輪機在額定水頭下發(fā)額定出力時的工況點，即（ 11rn ， 11rQ ），如圖 所示。對已選定的水輪機轉輪型號，查出其模型綜 合特性曲線。 圖 初選設計工況點 選擇設計單位轉速 11rn rpjr HHnn 39。1039。1 ? 5 畢業(yè)設計說明書 式中： 1039。n — 模型的最優(yōu)單位轉速。 計算結果如表 所示。 表 設計單位轉速 11rn 計算結果 水輪機型號 HL260/D74 HL240/D41 11rn (r/min) 確定額定工況下的單位流量 11rQ 在模型轉輪綜合特性曲線上作 11rn 的水平線交 5%功率限制線于 A 點， A點即為初選設計工況點，見圖 。 A 點的單位流量即為初選設計工況點下的單位流量，計算結 果如表 所示。 Q 11 ( L/s ) n 11(r/ min )n 11rQ 11r5%功 率限制線O 圖 初選設計工況點 表 額定工況下的單位流量 rQ11 計算結果 水輪機型號 HL260/D74 HL240/D41 rQ11 (m179。/s) 確定轉輪直徑 1D 水輪機的額定出力 rP/FFP ?? 式中： rP — 水輪機額定功率， kW； FP — 發(fā)電機額定功率 , 21000?FP KW20210kW； 初步設計時：大中型發(fā)電機 F? =~，中小型發(fā)電機 F? =~，功率較大、轉速較高時取上限值。本次設計取 。 計算得： rP21875KW? 21270kW。 6 畢業(yè)設計說明書 轉輪直徑 1D r1 3211P ( ) rrDmQH ?? 式中： rP — 水輪機額定功率， kW； 1—D 轉輪直徑， m； 11 — 水 輪 機 額 定 工 況 的 單 位 流 量rQ ， m179。/s。 ? — 為水輪機的效率， ? 也可根據水輪機的型號近似的取值，即 HL 水輪機為 ~ 。由于本次設計為 混流式 水輪機，所以本次設計取 。 計算結果如表 所示。 表 轉輪直徑 1D 的計算結果 水輪機型號 HL260/D74 HL240/D41 1D (cm) 190 查《水力機械及工程設計》書 15頁表 轉輪公稱直徑 1D 尺寸系列表，結果如表 所示。 表 轉輪公稱直徑 1D 水輪機型號 HL260/D74 HL240/D41 1D (cm) 180 200 確定額定轉速 n 額定轉速 nr: 1110 DHnn pjr ? 式中 : n110 — 設計單位轉速 , /minr ； —pjH 加權平均水頭 , pjH =； 1—D 真機的轉輪直徑 , m。 計算結果如表 所示。 表 額定轉速 rn 的計算結果 7 畢業(yè)設計說明書 水輪機型號 HL260/D74 HL240/D41 rn (r/min) 查水輪發(fā)電機額定轉速系列表，接近標準額定轉速可以選擇，選取結果見表 。 表 水輪發(fā)電機標準額定轉速 水輪機型號 HL260/D74 HL240/D41 rn (r/min) 375 效率及單位參數(shù)的修正 效率修正 真機的效率修正： 1 2 3? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? 式中： 1?? — 主要由尺寸效應引起的修正值； 2?? — 由過流部件影響引起的修正值，本次設計未采取翼形過流部件，故取2?? =0； 3?? — 由機械的加工 工藝質量引起的修正值，它與水輪機的尺寸及加工的工藝質量有關，對于大型水輪機，取 3?? =1%~2%；對于中小型水輪機，參照相應規(guī)范取不同的值。 1 0 0 m? ? ??? 式中： 0? — 真機的最優(yōu)工況效率； 0m? — 模型機的最優(yōu)工況，由中小型混流式水輪機模型轉輪主要參數(shù)表確定。 算得 HL260/D74： %??? ； HL240/D41： %2??? ； 單位參數(shù)的修正值 11n? 及 11Q? 8 畢業(yè)設計說明書 1 1 1 11 1 1 139。 39。 39。 39。 ( 1 )39。 39。 39。 39。 ( 1 )tt m mmtt m mmn n n nQ Q Q Q????? ? ? ?? ? ? ? 1039。?mn式 中 : 模 型 機 最 優(yōu) 工 況 下 的 單 位 轉 速 。 上述修正值可在最優(yōu)工況點進行選取，其他工況點采用等值修正處理。當 39。 3%39。? ?11m0nn，39。 3%39。? ?11m 時，單位參數(shù)可不予修正。最終計算結果見表 。 表 效率及單位參數(shù)的修正 水輪機型號 轉輪直徑1D（ cm） 效率 修正值?? 單位參數(shù)修正值 11( /min)nr? 1111mnn? 11( / )QLs? 1111m? 是否修 正 HL260/D74 1D =180 % 1 % 13 % 否 HL240/D41 1D =200 2% % 14 % 否 核對所選擇的真機轉輪直徑 確定水輪機的真實工況點 B 實際水輪機的轉速： rrtr HDnn 139。,1 ? 故 39。139。,139。,1 nnn trmr ??? 式中： rn ——額定單位轉速， r/min； 1D ——真機的轉輪直徑， m； rH ——設計水頭， rH =； 1n? ——單位轉速修正值，取 1n? =0。 9 畢業(yè)設計說明書 B 點在 39。1,mrn 水平線上，在其上查找點 39。1( , )mmQ? ，計算出功率 39。1tN ，并作輔助曲線P1t=f(Q’1t)。 而2/3139。,1 rtr HD PP ?，在輔助曲線上有 11,trQ 與之對應，從而得到 11, 11, 11m r trQ Q Q? ? ?，將11, mrQ 的值返回到模型綜合特性曲線圖上與 11,mrn 線相交于 B 點，即為真實工況點。 兩 種方案計算結果如下： (1) HL260/D74：轉輪直徑 1D =，轉速 n=375 min/r m i n/ 39。 ,1 rHnDnrtr???? 21270 39。,1 ???? rtr HD PP kW 表 HL260/D74 輔助曲線 P39。1ti=f(Q’1t)計算數(shù)據表 Ηm(%) ηt(%) Q39。1m(m179。/s) P39。1ti(kW) 10 畢業(yè)設計說明書 圖 HL260/D74 輔助曲線 P39。1ti=f(Q’1t) 找出 B 點位置為 Q=179。/s, n’1t=。 (2) HL240/D41：轉輪直徑 1D =2m， 單位額定轉速 min/ 39。 ,1 rHDnnrrtr ???? 21270 39。,1 ???? rtr HD NP kW 表 HL240/D41 輔助曲線 P39。1ti=f(Q’1t)計算數(shù)據表 ηm(%) ηt(%) Q39。1m(m179。/s) P39。1t(kW) 11 畢業(yè)設計說明書 圖 HL240/D41 輔助曲線 P39。1ti=f(Q’1t) 找出 B 點位置為 Q=179。/s, n’1t=。 工作范圍的檢查 最大水頭 Hmax下，對應一個 11minn ；最小水頭下 Hmin 下，對應一個 11maxn 。這 2 條直線之間應包含主要綜合特性曲線的優(yōu)效率區(qū)；同時， B 點應在最優(yōu)工況點的附近，則可認為所選擇的 1D 和 n 是合理的、正確的，否則應重新選擇 1D 和 n 的值。 模型機的單位轉速為： 111 11minDnnH? ? ? 式中： rn — 額定轉速， r/min； 1D —真機的轉輪直徑， m； 11—n? 單位轉速修正值； Hi — 水頭，分別取 ax ?? HH i m和 in ?? HH i m。 下面分別求出各種方法下的 11minn 和 11maxn 大小，計算結果見表 。 表 11minn 和 11maxn 大小