水輪機(jī)的選型設(shè)計(jì)-預(yù)覽頁
【正文】 考慮不同年代水輪機(jī)的設(shè)計(jì)于制造水平的差異，90年代設(shè)計(jì)的電站若直接套用60年代電站的水輪機(jī)，往往會使水輪機(jī)的參數(shù)偏低。 1：機(jī)組臺數(shù)對工程建設(shè)費(fèi)用的影響機(jī)組臺式的多少直接影響單機(jī)容量的大小，單機(jī)容量不同時(shí)機(jī)組的單位千瓦造價(jià)不同，一般小機(jī)組的單位千瓦造價(jià)高于大機(jī)組，一方面，小機(jī)組的單位千瓦金屬消耗大于大機(jī)組，另外單位重量的加工費(fèi)也較大。但是對于變動(dòng)負(fù)荷的水電站，若采用過少的機(jī)組臺數(shù)，雖單機(jī)效率高，但在部分負(fù)荷時(shí)由于負(fù)荷不便在機(jī)組之間調(diào)節(jié)，因而不能避開低效率區(qū)，這會使電站的平均效率降低。若機(jī)組臺數(shù)多一些，則可通過調(diào)整開機(jī)臺數(shù)，而避開低負(fù)荷運(yùn)行，從而使電站的運(yùn)行效率明顯提高。同時(shí)，較多的設(shè)備與較頻繁的開停機(jī)會使整個(gè)電站的事故發(fā)生率上升。此外從發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的機(jī)械強(qiáng)度方面考慮，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的直徑必須限制在轉(zhuǎn)子最大線速度的允許值之內(nèi)，機(jī)組的最大容量有時(shí)也會因此受到限制。 對于裝置大型機(jī)組的水電廠，由于主變壓器的最大容量受到限制，常采用單元接線方式，因此機(jī)組臺數(shù)的選擇不必受偶數(shù)的限制。（1） 各類水輪機(jī)的適用范圍 大中型水輪機(jī)的類型及其適用的水頭范圍如圖所示 各類水輪機(jī)的適用范圍除了與使用水頭有關(guān)外，還與水輪機(jī)的容量有關(guān)，同一類型同一比轉(zhuǎn)速的水輪機(jī)，在小容量時(shí)使用水頭較低，制定了水輪機(jī) 從表中可以看出各類水輪機(jī)的應(yīng)用水頭范圍是交叉的，其中存在著交界水頭段。（4） 裝置多噴嘴時(shí)通過調(diào)整噴嘴適用數(shù)目可獲高效運(yùn)行。2：混流式水輪機(jī)（1） 比轉(zhuǎn)速范圍廣，適用水頭范圍廣，可適用301700m.（2） 結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格低。（3） 軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)可在協(xié)聯(lián)方式運(yùn)行，在水頭、負(fù)荷變化時(shí)可實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)行。（2） 葉片可調(diào)，在水頭與負(fù)荷變化時(shí)可保持高效率。 2）貫流式水輪機(jī)可布置在壩體或閘墩內(nèi)，可以不要專門的廠房，土建工程量小且適于狹窄的地形條件。（2） 軸流式與混流式的比較 1）軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)適用與水頭與負(fù)荷較大的電站，能在較寬廣的工作范圍內(nèi)穩(wěn)定、高效率運(yùn)行，平均效率高于混流式水輪機(jī)。 5）軸流式水輪機(jī)的軸向水推力系數(shù)約為混流式的24倍，推力軸承負(fù)荷大。兩者比較圖3） 同樣工作參數(shù)下，斜流式水輪機(jī)的空化系數(shù)大于混流式，為防止空化，斜流式需要較低的安裝高程，因此其開挖深度大于混流式。 在同樣的水頭與流量的條件下斜流式水輪機(jī)與混流式水輪機(jī)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較表（4） 斜流式與軸流式的比較：1） 在應(yīng)用水頭為60m以上時(shí)，斜流式水輪機(jī)的最優(yōu)效率高于軸流式，在40m以下水頭段應(yīng)用時(shí)，軸流式的最優(yōu)效率高于斜流式。另外，由于軸流式的飛逸轉(zhuǎn)速，較斜流式高，從強(qiáng)度方面考慮反而使與軸流式水輪機(jī)相配的發(fā)電機(jī)更重一些。水斗式水輪機(jī)在負(fù)荷變化時(shí)效率的下降比混流式小，尤其是多噴嘴時(shí)可以調(diào)整使用噴嘴的數(shù)目，有良好的負(fù)荷適應(yīng)性。6） 切擊式水輪機(jī)裝有折向器或制動(dòng)噴嘴，可以降低飛逸轉(zhuǎn)速。掌握比轉(zhuǎn)速與水輪機(jī)特性之間的關(guān)系、正確地選擇水輪機(jī)的比轉(zhuǎn)速，可以保證所選擇的水輪機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中有良好的能量指標(biāo)與空化性能。從該圖中可以看出水斗式水輪機(jī)的比轉(zhuǎn)速在1318范圍內(nèi)效率最高，混流式的比轉(zhuǎn)速在150250范圍內(nèi)效率最高，軸流定槳式的比轉(zhuǎn)速在500600范圍內(nèi)效率最高。當(dāng)已知水電站的水頭時(shí)，可用這些曲線或公式選擇水輪機(jī)的比轉(zhuǎn)速。對于單輪單噴嘴切擊式水輪機(jī)，我國《水電站幾點(diǎn)設(shè)計(jì)手冊》中推薦的ns1=f(H)曲線如圖934所示。3） 對于多輪多噴式，對應(yīng)于單輪單噴的ns1應(yīng)選擇在最佳比轉(zhuǎn)速范圍，一般取ns1=1020(),整體水輪機(jī)的ns也不宜超過60，（）因?yàn)榇讼匏賱t需在同一水輪機(jī)軸上裝3個(gè)以上的轉(zhuǎn)輪，這是不經(jīng)濟(jì)的，這種情況下可考慮使用混流式水輪機(jī)。因此，在多泥沙河流上的水電站選擇水輪機(jī)的比轉(zhuǎn)速可以根據(jù)水中泥沙含量，參考多泥沙河流上已建電站的經(jīng)驗(yàn)，確定合適的比轉(zhuǎn)速。動(dòng)態(tài)比轉(zhuǎn)速經(jīng)驗(yàn)公式可用數(shù)理統(tǒng)計(jì)法獲得。如圖913示，抽水蓄能電站的機(jī)組組合方式有四機(jī)式，三機(jī)式與二機(jī)式。三機(jī)式的優(yōu)點(diǎn)是機(jī)組轉(zhuǎn)換運(yùn)行方式快，不必專設(shè)起動(dòng)設(shè)備。由于一機(jī)兩用，故機(jī)組造價(jià)低。(1)混流式水泵水輪機(jī)。斜流式水泵水輪機(jī)一般為轉(zhuǎn)槳式，其效率曲線平緩，能適用水頭（揚(yáng)程）及負(fù)荷變化較大的電站，它可應(yīng)用于25200米的水頭，在水頭小于180米的抽水蓄能電站，既可以采用斜流式又可以采用混流式，采用哪種機(jī)型最合適還要看根據(jù)電站的水頭變化及調(diào)節(jié)庫容的大小等經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較而定。軸流式水泵水輪機(jī)應(yīng)用不太多，其原因是水泵運(yùn)行時(shí)揚(yáng)程較低。 第十節(jié)一：計(jì)算機(jī)輔助水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)的原理 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）的發(fā)展，為水輪機(jī)的選型設(shè)計(jì)提供了一種新的手段。為了讓計(jì)算機(jī)能像人一樣有能力去處理設(shè)計(jì)計(jì)算中的各種問題，在水輪機(jī)選型的程序設(shè)計(jì)中要解決下面幾個(gè)
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