【正文】 H 4√H H 4√H 將上述表達(dá)式作變換 ， 可導(dǎo)出用單位參數(shù)表示比轉(zhuǎn)速的關(guān)系式： ns = ’ √ (Q1’ η) (m 最優(yōu)效率對應(yīng)的最優(yōu)工況下的比轉(zhuǎn)速 ， 稱為最優(yōu)比轉(zhuǎn)速 。kW ） 在一定水頭下 ， 提高反擊式水輪機的比轉(zhuǎn)速 ， 可以縮小水輪機尺寸 ， 提高發(fā)電機轉(zhuǎn)速 ， 從而減輕機組重量 ， 提高經(jīng)濟(jì)性 。 我國水輪機型譜推薦的設(shè)計轉(zhuǎn)速與水頭的關(guān)系為： 2300 軸流式水輪機 ns = （ m c) 水電站綜合利用特征 、 運行條件 （ 如調(diào)峰 、 調(diào)相 、 調(diào) 頻運行要求等 ） 和允許最大挖深值 。 2） 水文資料 a) 流量與時間變化的曲線 ， 并表明限制流量 。 e) 水頭變化范圍 （ 最大 、 設(shè)計 、 最小和加權(quán)平均凈 水頭 ） 。 機組容量應(yīng)與電力系統(tǒng)負(fù)荷及其增長速度相適應(yīng) ，在保證電力系統(tǒng)運行安全靈活的條件下 ， 采用單機容量較大 ， 機組臺數(shù)較少的方案 ， 則機組效率高 ， 并可簡化水電站樞紐布置 ， 有利于加快施工進(jìn)度和節(jié)約水電站總投資 ， 但一般不少于兩臺 。但開挖較深 ， 部分負(fù)荷時效率較低 ， 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 。 參數(shù)計算 1） 反擊式水輪機 根據(jù)轉(zhuǎn)輪特性參數(shù)和模型水輪機 綜合特性曲線 ， 可按以下公式計算 水輪機基本工作參數(shù) 。 根據(jù)設(shè)計水頭可采用混流式水輪機 HL160型 ， 由該轉(zhuǎn)輪綜合特性曲線上查出單位流量 Q’ 1 = m3/s ， 單位轉(zhuǎn)速 n’ 1 = 67 r/min， 模型效率 ηm＝ ，氣蝕系數(shù) σ＝ 。試求利用上述計算公式選擇水輪機流量、射流直徑、轉(zhuǎn)輪直徑和轉(zhuǎn)速（拉美系統(tǒng)頻率 60HZ）。 軸流式水輪機綜合特性曲線圖中未表示出力限制線 。 導(dǎo)葉開度按水輪機最大流量的相應(yīng)開度 ， 并留有 5％ 裕度選取 。 計算出的轉(zhuǎn)速應(yīng)取接近的同期轉(zhuǎn)速 ， 若介乎兩同期轉(zhuǎn)速之間 ， 應(yīng)比較機組重量 、 造價 、 效率 ，經(jīng)分析后確定 。 2） 水斗式水輪機參數(shù)選擇 水斗式水輪機有臥軸和立軸兩種結(jié)構(gòu)型式 。 大型水斗式水輪機 ， 當(dāng) Z0 ≥ 2， 一般采用立軸結(jié)構(gòu) 。 2 水輪發(fā)電機 發(fā)電機型式 （ 1）大中型水輪發(fā)電機目前廣泛采用立式結(jié)構(gòu)，而小型水輪發(fā)電機常采用臥式結(jié)構(gòu)。 目前我國水電站中的水輪發(fā)電機大多屬此類 。 傘式發(fā)電機與懸式發(fā)電機比較 ， 它具有下列優(yōu)點： ● 機組高度較小 ， 可以減小吊車的起吊高度 ，因而降低了廠房的高度 。 n)的比值而定 。 n 采用傘式 式中 n為發(fā)電機額定轉(zhuǎn)速 （ 2） 水輪發(fā)電機的冷卻方式分為 空氣冷卻 、 半水冷和全水冷三種 。 半水冷水輪發(fā)電機是定子繞組采用水內(nèi)冷 、 轉(zhuǎn)子繞組及定子鐵芯等采用空氣冷卻 。 我國三峽水電站左岸 14臺 。 水輪發(fā)電機采用水冷卻技術(shù) ， 不僅可以提高發(fā)電機極限容量 ， 使定子 、 轉(zhuǎn)子繞組的運行溫度比空冷的低 ， 而且線圈冷卻較均勻 ， 因而可延長線圈絕緣壽命 。在大中型水輪發(fā)電機中 ， 采用空氣冷卻器的密閉循環(huán)空氣冷卻方式 。 n ≤ 采用懸式 Di／ Lt 178。 ● 發(fā)電機消耗鋼材較少 。 這種發(fā)電機通常有一個導(dǎo)軸承 ， 裝在下機架上 。 圖 5 懸式發(fā)電機斷面圖 圖 6 傘式發(fā)電機斷面圖 懸式水輪發(fā)電機的特點是：推力軸承裝在轉(zhuǎn)子上方的上機架上 。 轉(zhuǎn)輪直徑 D1和射流直徑 d0 的比值 D1 / d0 減小 ， 轉(zhuǎn)論直徑減小 ， 而轉(zhuǎn)速增大 ， 這時可降低機組造價；但轉(zhuǎn)輪的應(yīng)力與 （ D1 / d0） 2成反比增大 。 立軸只裝一個轉(zhuǎn)輪 ， 目前最多可設(shè)置 6個噴嘴 。 ● 水輪機裝置高程 水輪機裝置高程按下式計算 : 水輪機裝置高程＝下游尾水位＋ H s 式中 下游尾水位 —— 電站運行河床被沖刷后的尾水位 H s —— 實際吸出高度 （ m） 對立軸混流式水輪機 b 0 H s ＝ h s + （ b 0 — 導(dǎo)水機構(gòu)的高度 ） 2 對立軸軸流式和斜流式水輪機 H s ＝ h s 對臥軸水輪機 D1 H s ＝ h s－ 2 裝置高程 ， 一般應(yīng)根據(jù)水輪機特性 、 電站運行和下游水位的變化情況 ， 綜合分析比較確定 。 低水頭電站 ， 汛期棄水量大 ， 下游水位抬高 ， 水頭顯著降低 ， 為增大小于設(shè)計水頭時水輪機功率 ， 均需考慮增大導(dǎo)葉開度 。 實際采用時 ， 按允許的吸出高度 hs(相應(yīng)的氣蝕系數(shù) σ) 、 平均效率等因素選定 。 若因基礎(chǔ)開挖所限或建在多泥沙河流上時 ,為了減少水輪機磨損 ， 或電站長期在電力系統(tǒng)承擔(dān)基荷運行 ， 可考慮選取小于 5％ 出力限制線上的單位流量 Q‘ 1值 。 水輪機型號 HL160－ LJ－ 180 （ 2） 水斗式水輪機 按以下公式計算水輪機基本工作參數(shù) Nt Qr = (m3/s) Hrηt Qr d0 = √ (m) Z0 √ Hr D1 = K0 d0 (m)， K0 ＝ 10～ 18， 水頭高時取大值 。 23600kW，設(shè)計水頭，水輪機裝置高程▽＝ 。 ● 貫流式與軸流式相比 ， 前者由于流道通順 ， 過流能力大 ， 效率較高 ， 比轉(zhuǎn)速也高 ， 但適用水頭低 。在某些水頭段 ， 可選用兩種型式水輪機時 ， 需通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定 。 以上這些原始資料 ， 一般都由業(yè)主委托勘測設(shè)計單位提供 。 c) 上游和下游的的極限水位 。 e) 在極限溫度下的水質(zhì)分析和泥沙的濃度 、 成分及硬度 等 。kW） √H 水輪機選擇 水輪機基本參數(shù)選擇的原始資料 選擇水輪機基本參數(shù)的原始資料包括： （ 1） 現(xiàn)場資料 a) 水電站主要水工建筑物 （ 水庫 、 進(jìn)水口 、 引水道 、 廠 房等 ） 的標(biāo)高及位置 ， 并標(biāo)明地質(zhì)條件 。 提高水斗式水輪機的比轉(zhuǎn)速 ， 在于增加噴嘴數(shù)目 。kW ） 混流式水輪機 ns = 50～ 300 （ mkW) 由上述公式看出 ， ns 為單位轉(zhuǎn)速 n′ 1 和單位流量 Q′ 1 的函數(shù) . 對于幾何相似的水輪機 ,在相似工況下的比轉(zhuǎn)速 ns 是相等的 。由相似律的關(guān)系可以得出下列兩個公式： n √Nhp n √Nhp ns = (m 近年來 ，隨著大容量 、 大尺寸水輪機的迅速發(fā)展 ， 為保證水輪機的穩(wěn)定運行 ， 要求測定模型轉(zhuǎn)輪出口尾水管的壓力脈動值 ΔH/H ， 并要求此值小于 10％ 。 圖 4為混流式水輪機模型綜合特性曲線 。 計算公式如下： 單位轉(zhuǎn)速 n｀ 1 = n D1 / √H (r/min) 單位流量 Q′1 = Q / D12 √H (m179。 水輪機單位參數(shù)與比轉(zhuǎn)速 水輪機單位參數(shù) 水輪機運行工況和水流運動情況復(fù)雜 。 k — 氣蝕修正系數(shù) ， 一般取 ～ 。 水輪機氣蝕系數(shù)在實驗室由模型試驗確定 ， 由水輪機模型綜合特性曲線上查取 。 6） 飛逸轉(zhuǎn)速 當(dāng)甩去全負(fù)荷 , 水輪機軸輸出功率為零 ， 導(dǎo)水機構(gòu)不關(guān)閉 ，水流通過轉(zhuǎn)輪產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)速稱為飛逸轉(zhuǎn)速 。 在個別情況下 ， 設(shè)計水輪機時還給出加權(quán)平均凈水頭 （ 表示長時間出現(xiàn)的凈水頭 ） 和初期運行凈水頭 （ 水庫還未蓄滿水時 ， 水輪機初期運行的凈水頭 ） 。 水電站毛水頭減去自上游至水輪機蝸殼入口處管道內(nèi)的水頭損失 ， 稱凈水頭 ， 一般采用單位為 m。2個無因次量：水輪機效率 η 和氣蝕系數(shù) σ 。 斜擊式水輪機過流能力比水斗式大 ， 適用凈水頭 20300 m。 2） 斜擊式水輪機 其高速水流斜向噴射在轉(zhuǎn)輪上 。 圖 2 沖擊式水輪機示意圖 1） 水斗式水輪機 其高速水流垂直噴射在轉(zhuǎn)輪的斗葉上 ， 推動轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)后水流跌落入尾水渠中 。 沖擊式水輪機 沖擊式水輪機是利用水流的動能來做功的 。 這種水輪機在 1952年由當(dāng)時在英國電力公司工作的瑞士人代里阿茲研制成功的 ，國外也稱為 Deriaz式 。 2） 軸流式水輪機 其水流是從垂直方向 （ 軸向 ） 進(jìn)入轉(zhuǎn)輪 ， 經(jīng)過葉片 ， 仍從垂直方向流出 。 由于水流進(jìn)入轉(zhuǎn)輪的方向不同 ， 反擊式水輪機又可分為混流式 、 軸流式 、 斜流式和貫流式四種型式（ 如圖 1） 。 第三章 水輪發(fā)電機組及其選擇 1 水輪機 水輪機類型 由于水流對水輪機轉(zhuǎn)輪的水力作用不同 ， 水輪機可分成反擊式和沖擊式兩大類型 。 如水電站廠房發(fā)電機層余熱量較大 ， 應(yīng)以降溫為主；水輪機層及以下各層濕度較大 ， 應(yīng)以去濕為主 。 一般測量項目有： 全站測量：上 、 下游水位 ， 電站毛水頭 ， 冰凌信號 ， 水庫水溫測量 。 一般 ， 配置機械修配設(shè)備有以下幾點基本要求： ◆ 應(yīng)能滿足機組和其他設(shè)備易損零部件的修配 。 該系統(tǒng)包括：排水管道及所附閉鎖機構(gòu) 、 排水廊道 、 集水井和水泵機組 。油系統(tǒng)內(nèi)汽輪機油和絕緣油的貯油罐和油處理設(shè)備必須分開設(shè)置。 空氣壓縮機的數(shù)量一般不少于兩臺 ， 其中一臺備用 。 為此 ， 應(yīng)設(shè)置專門的濾水器 ， 其濾網(wǎng)必須定期清污 。 它包括水輪機導(dǎo)軸承的水密封裝置 、 水輪發(fā)電機空氣冷卻器 、 推力軸承 、導(dǎo)軸承及變壓器的油冷卻器 。 幾個孔口可共用一套檢修閘門 。 它的主要作用是滿足水工建筑物運行的需要 ， 并保證在任何工作水位下供給電站必需的水量 。 所有最重要的操作和控制機構(gòu)均應(yīng)接通中央控制室 ， 從中央控制室實施電站機組的操縱 。 電氣二次系統(tǒng) 電氣二次系統(tǒng)包括由自動化元件 、 自動裝置 、 繼電器 、儀表等組成的監(jiān)測 、 控制和保護(hù)系統(tǒng) 。在這種情況下 ， 由發(fā)電機輸