【正文】 1 第 三 章 水輪機(jī)選型 水輪機(jī)是水電站中最主要?jiǎng)恿υO(shè)備之一，影響電站的投資、制造、運(yùn)輸、安裝、安全運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)效益。 根據(jù) H、 N 的范圍選擇水輪機(jī)是水電站主要設(shè)計(jì)任務(wù)之一，使水電站充分利用水能，安全可靠運(yùn)行。 水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)是水電站設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要工作。它不僅包括水輪機(jī)型號(hào)的選擇和有關(guān)參數(shù)的確定，還應(yīng)認(rèn)真分析與選型設(shè)計(jì)有關(guān)的各種因素，如水輪發(fā)電機(jī)的制造、安裝、運(yùn)輸、運(yùn)行維護(hù)，電力用戶的要求以及水電站樞紐布置、土建施工、工期安排等。因此，在選型設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)廣泛征集水工、機(jī)電和施工等多方面的意見(jiàn)，列出可能的待選方案，進(jìn) 行各方案之間的動(dòng)能經(jīng)濟(jì)比較和綜合分析，以力求選出技術(shù)上先進(jìn)可靠、經(jīng)濟(jì)上合理的水輪機(jī)。 第一節(jié) 水輪機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)系列 一、水輪機(jī)的系列型譜 我國(guó)在 1974 年編制了反擊式水輪機(jī)暫行系列型譜，其中所列出的轉(zhuǎn)輪，是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐驗(yàn)證在某一水頭段的性能優(yōu)異的轉(zhuǎn)輪。 型譜中，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪型號(hào)規(guī)定一律用比轉(zhuǎn)速代號(hào)。 軸流式、混流式、 ZD760 型、水斗式水輪機(jī)系列型譜參數(shù)見(jiàn) 教材 。 二、水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱直徑系列 (cm) 25 30 35 (40) 42 50 60 71 (80) 84 100 120 140 160 180 200 225 250 275 300 330 380 410 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 說(shuō)明：括號(hào)內(nèi)的數(shù)字表示僅適用于軸流式水輪機(jī)。 三、水輪發(fā)電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)同步轉(zhuǎn)速 磁極對(duì)數(shù) 3 4 5 7 8 9 10 12 14 同步轉(zhuǎn)速 n 1000 750 600 375 300 250 磁極對(duì)數(shù) 16 18 20 22 24 26 28 30 32 同步轉(zhuǎn)速 n 150 125 100 2 磁極對(duì)數(shù) 34 36 38 40 42 44 48 50 同步轉(zhuǎn)速 n 79 75 60 四、水輪機(jī)系列應(yīng)用范圍圖 第二節(jié) 水輪機(jī)選擇 一、水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)的內(nèi)容 1. 確定機(jī)組臺(tái)數(shù)及單機(jī)容量 2. 選擇水輪機(jī)型式（型號(hào)）及裝置方式 3. 確定水輪機(jī)參數(shù) D n、 Hs、 Za； Z0、 d0 4. 繪制水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線 5. 確定蝸殼、尾水管的形式及其尺寸，估算水輪機(jī)的重量和價(jià)格。 6. 調(diào)速器及油壓裝置選擇 7. 根據(jù) 選定的水輪機(jī)型式和參數(shù)，結(jié)合水輪機(jī)在結(jié)構(gòu)上、材料、運(yùn)行等方面的要求，擬定并向廠家提出制造任務(wù)書，最終雙方共同商定機(jī)組的技術(shù)條件，作為進(jìn)一步設(shè)計(jì)的依據(jù)。 二、水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)的基本要求 1. 有較好的能量特性，在額定水頭下能保證發(fā)出額定出力，額定水頭以下的機(jī) 3 組受阻容量小，水電站全廠機(jī)組平均效率高。 2. 性能要與水電站的整體運(yùn)行方式和諧一致，運(yùn)行穩(wěn)定，可靠靈活。有良好的抗空蝕和抗磨損性能，對(duì)多泥沙河流的電站更應(yīng)如此。 3. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，便于安裝與操作、檢修與維護(hù)。 4. 選擇生產(chǎn)實(shí)力強(qiáng)、制造技術(shù)水平高、合作信譽(yù)好的制造廠商。 5. 考慮 適度合理的經(jīng)濟(jì)節(jié)省原則。 三、所需要的有關(guān)資料 1. 水輪機(jī)產(chǎn)品技術(shù)資料：系列型譜、生產(chǎn)廠家、產(chǎn)品目錄、模型綜合特性曲線。 2. 水電站技術(shù)資料：河流梯級(jí)開發(fā)方案、水庫(kù)的調(diào)節(jié)性能、水電站布置方案、地形、地質(zhì)、水質(zhì)、泥沙情況、總裝機(jī)容量、水電站運(yùn)輸、安裝技術(shù)條件；水文資料： 特征流量及特征水頭、下游水位流量關(guān)系曲線。 3. 水電站有關(guān)經(jīng)濟(jì)資料：機(jī)電設(shè)備價(jià)格、工程單價(jià)、年運(yùn)行費(fèi)等。 4. 電力系統(tǒng)資料：系統(tǒng)負(fù)荷構(gòu)成，水電站的作用及運(yùn)行方式等。 四、機(jī)組臺(tái)數(shù)及單機(jī)容量的選擇 已知總裝機(jī)容量 (=Z0 N 單 )， N 單 不同， D n、 Hs、 η均 不同。 機(jī)組臺(tái)數(shù)與機(jī)電 設(shè)備 制造的關(guān)系 N 總 一定， Z0多→ N 單 ↓→尺寸（ D1）小→制造 運(yùn)輸 容易→造價(jià)高 (單位千瓦耗材多、制造量大 )。 所以一般選用較大的 N 單 。 機(jī)組臺(tái)數(shù)與電站投資的關(guān)系 Z0 多→單位千瓦投資↑→閥門、調(diào)速、管道、輻設(shè)、電氣等增加→廠房尺寸增加。 N 單 ↓→ D1↓→尾水管高度低→開挖少→投資少 機(jī)組臺(tái)數(shù)與運(yùn)行效率的關(guān)系 Z0↑→平均效率↑ (1) 擔(dān)任基荷時(shí)：出力變化小，流量變化穩(wěn)定，可用較少的臺(tái)數(shù)，使水輪機(jī)可以在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)以最優(yōu)工況運(yùn)行，其平均效率也比較高。 4 (2) 擔(dān)任峰荷時(shí)：出 力變化幅度大，應(yīng)該選用較多的臺(tái)數(shù)，以增加其運(yùn)行靈活性，提高整體運(yùn)行效率。 (3) 對(duì)于軸流定漿和混流式水輪機(jī)，可以選用較多的臺(tái)數(shù)，而對(duì)于軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)因其調(diào)節(jié)性能好，可以選用較少的機(jī)組。 機(jī)組臺(tái)數(shù)與電站運(yùn)行維護(hù)工作的關(guān)系 臺(tái)數(shù)多，運(yùn)行靈活，事故影響小，但同時(shí)增加了事故的幾率，也增加了管理人員、提高了運(yùn)行費(fèi)，所以不宜采用過(guò)多的臺(tái)數(shù)。 總之，一般應(yīng)采用較大的 N 單 ，較少的臺(tái)數(shù)，但一般至少應(yīng)選 2 臺(tái)，少數(shù)情況下可選 1 臺(tái)。中大型電站一般選 4~6 臺(tái)，根據(jù)機(jī)組的制造水平和裝機(jī)容量也可以選用更多的臺(tái)數(shù)，如葛洲壩共 21 臺(tái)，裝機(jī) 萬(wàn)千瓦，正在修建的三峽水電站裝機(jī) 26 70=1820萬(wàn)千瓦。 五、水輪機(jī)型號(hào)及主要參數(shù)的確定 依據(jù)： N 單 ，特征水頭 (Hmax、 Hmin、 Hav、 Hr) 根據(jù)水輪機(jī)系列型譜選擇 型號(hào)的選擇主要取決于水頭。各種水輪機(jī)都有一定的使用范圍，根據(jù)電站運(yùn)行水頭的范圍，直接查系列型譜，確定水輪機(jī)的型號(hào)。 如果兩種型號(hào)均可采用，應(yīng)進(jìn)行方案比較。 這種方法有時(shí)難以獲得最優(yōu)設(shè)計(jì)效果。 專題研究法 對(duì)特別重要的工程或特別大型的水電站，為了獲得最優(yōu)設(shè)計(jì)效果，根據(jù)水電站的具體參數(shù)，進(jìn)行專門設(shè)計(jì)，但所需時(shí)間 和費(fèi)用高。 查系列范圍圖法 根據(jù)水電站的水頭范圍和單機(jī)出力，在系列范圍總圖中查出適應(yīng)的型號(hào)，以及對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)輪直徑、轉(zhuǎn)速及吸出高度。當(dāng)有兩種機(jī)型可供選擇時(shí)，一般選用較大的直徑。 5 水輪機(jī)應(yīng)用范圍 采用套用機(jī)組 根據(jù)目前國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行的電站資料，在特征水頭相近、 N 單適當(dāng)，經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)相近時(shí)，優(yōu)先套用已經(jīng)生產(chǎn)過(guò)的機(jī)組，這樣可以節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間、盡早供貨、提前發(fā)電。 直接查產(chǎn)品樣本 直接查設(shè)備廠家的產(chǎn)品樣本，適用于小型電站。 統(tǒng)計(jì)分析法 對(duì)大量已建水電站的參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出水輪機(jī)各參 數(shù)之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，再根據(jù)本電站的參數(shù)選擇。 六、反擊式水輪機(jī)主要參數(shù)的確定 確定了水輪機(jī)的型號(hào)后，再計(jì)算水輪機(jī)的主要參數(shù)： 轉(zhuǎn)輪直徑 D1，轉(zhuǎn)速 n、吸出高 Hs。 D n 應(yīng)該滿足：在 Hr 下，發(fā)出 Nr；在 Hav時(shí)， η最高。 吸出高 Hs 應(yīng)滿足：防止水輪機(jī)汽蝕，開挖深度合理。 七、 按綜合特性曲線選擇水輪機(jī) 6 D1的確定 由 于 ?2/ rr HDQN ?? ，所以：?2/311 rrHQND ?? (1) Nr 為 水輪機(jī)額定出力 ， Nr= Nf /ηf， Nf 為發(fā)電機(jī) 功率。 (2) 用 H=Hr 計(jì)算。 (3) η 為 原型水輪機(jī)在限制工況下的效率，在 D1 未確定時(shí)