【正文】 900 式中： Nt ——— 水輪機(jī)額定功率 （ kW） Ng ——— 發(fā)電機(jī)額定功率 （ kW） η g ——— 發(fā)電機(jī)額定效率 （ 通常在 － ， 大功率取大值 ） D1 ——— 轉(zhuǎn)輪名義直徑 （ m） H r ——— 設(shè)計(jì)凈水頭（ m） η t ——— 水輪機(jī)額定效率 n ——— 水輪機(jī)額定轉(zhuǎn)速（ r/min） Q r ——— 水輪機(jī)在設(shè)計(jì)水頭，發(fā) 出額定功率時(shí)的流量 (m3/s) h s ——— 允許吸出高度 (m) σ ——— 氣蝕系數(shù) k ——— 氣蝕修正系數(shù) ▽ ——— 水輪機(jī)裝置高程 (m) 例：土耳其卡拉喬倫 Ⅱ 水電站裝機(jī)容量 2179。 23600kW，設(shè)計(jì)水頭，水輪機(jī)裝置高程▽＝ 。試求利用上述計(jì)算公式選擇水輪機(jī)型號、轉(zhuǎn)輪直徑、轉(zhuǎn)速、流量及允許吸出高度。 根據(jù)設(shè)計(jì)水頭可采用混流式水輪機(jī) 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＝ 。 在初步計(jì)算中 ， 取 ηt ＝ ηm ， 取 k = ， ηg =， 水輪機(jī)額定功率 Nt = 23600/ = 24255 kW 24255 24255 轉(zhuǎn)輪直徑 D1= √ = √ = √ 67 √ 轉(zhuǎn)速 n= = ,取發(fā)電機(jī)相近的同期轉(zhuǎn)速 375 r/min 額定流量 Qr = √ = m3/s 允許吸出高度 hs ≤ 10－ － = m , 因此取 m。 水輪機(jī)型號 HL160－ LJ－ 180 （ 2） 水斗式水輪機(jī) 按以下公式計(jì)算水輪機(jī)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(shí)取大值 。 n’ 1 √Hr n = (r/min)， D1 通常 n’ 1為 39 r/min 式中 Nt ——— 水輪機(jī)額定功率 （ kW） Hr ——— 設(shè)計(jì)凈水頭 （ m） η t ——— 水輪機(jī)額定效率 Q r ——— 水輪機(jī)在設(shè)計(jì)水頭 ，發(fā)出額定功率時(shí)的流量 (m3/s) D1 ——— 轉(zhuǎn)輪節(jié)圓直徑 (m) d0 ——— 射流直徑 (m) z0 ——— 噴嘴數(shù) n ——— 水輪機(jī)額定轉(zhuǎn)速 (r/min) 例：厄瓜多爾奧卡那水電站設(shè)計(jì)凈水頭 373m，裝機(jī)容量 26000kW，安裝 2臺 13000kW立軸水斗式水輪機(jī)。試求利用上述計(jì)算公式選擇水輪機(jī)流量、射流直徑、轉(zhuǎn)輪直徑和轉(zhuǎn)速（拉美系統(tǒng)頻率 60HZ）。 根據(jù)設(shè)計(jì)水頭可采用水斗式水輪機(jī) CJA237型 ， 由其轉(zhuǎn)輪特性曲線上查得：單位轉(zhuǎn)速 N‘ 1 ＝ 39 r/min， 模型效率η m ＝ ， 在初步計(jì)算中 ， 取 η g = , η t =η m ＝ ，Z0 = 4， K0 = 12 水輪機(jī)額定功率 Nt = 13000/ = 13402 kW 13402 額定流量 Qr = = m3/s 373 射流直徑 d0 = √ = 取 () 4 √373 轉(zhuǎn)輪節(jié)圓直徑 D1 = 12 =(150cm) 39 √ 373 轉(zhuǎn)速 n = = r/min ,取發(fā)電機(jī)相近的 同期轉(zhuǎn)速 水輪機(jī)型號： CJA237－ L－ 150/4 水輪機(jī)參數(shù)選擇 1) 反擊式水輪機(jī)參數(shù)選擇 ● 單位流量 Q’ 1 混流式水輪機(jī)應(yīng)選用相應(yīng)于設(shè)計(jì)水頭的單位轉(zhuǎn)速 n‘ 1與 5%出力限制線相交點(diǎn)處的單位流量 Q‘ 1。 若因基礎(chǔ)開挖所限或建在多泥沙河流上時(shí) ,為了減少水輪機(jī)磨損 ， 或電站長期在電力系統(tǒng)承擔(dān)基荷運(yùn)行 ， 可考慮選取小于 5％ 出力限制線上的單位流量 Q‘ 1值 。 但應(yīng)大于最優(yōu)效率的單位流量 Q‘ 10值 。 軸流式水輪機(jī)綜合特性曲線圖中未表示出力限制線 。理論上 ， 機(jī)組最大功率受單位流量和效率乘積 （ Q‘ 1 η ）最大值限制 。 實(shí)際采用時(shí) ， 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 。 偏離最優(yōu)工況較大時(shí) ， 效率低 、 振動(dòng)大 ， 一般不超過推薦使用最大單位流量Q‘ 1max值 。 導(dǎo)葉開度按水輪機(jī)最大流量的相應(yīng)開度 ， 并留有 5％ 裕度選取 。 水庫調(diào)節(jié)性能差的水電站 ， 在洪水期 ，水頭大于設(shè)計(jì)水頭時(shí) ， 為了多發(fā)電 ， 發(fā)電機(jī)可提高功率因素運(yùn)行 。 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(jì)水頭時(shí)水輪機(jī)功率 ， 均需考慮增大導(dǎo)葉開度 。 ● 單位轉(zhuǎn)速 n‘ 1 單位轉(zhuǎn)速 n‘ 1 按最優(yōu)工況 n‘ 10或稍高于最優(yōu)工況的 n‘ 10 選取 。 計(jì)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(jī)組重量 、 造價(jià) 、 效率 ，經(jīng)分析后確定 。 需分期開發(fā)和提前發(fā)電的電站 ， 如前期或施工期長 ， 應(yīng)選用偏低的轉(zhuǎn)速 。 ● 水輪機(jī)裝置高程 水輪機(jī)裝置高程按下式計(jì)算 : 水輪機(jī)裝置高程＝下游尾水位＋ H s 式中 下游尾水位 —— 電站運(yùn)行河床被沖刷后的尾水位 H s —— 實(shí)際吸出高度 （ m） 對立軸混流式水輪機(jī) b 0 H s ＝ h s + （ b 0 — 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的高度 ） 2 對立軸軸流式和斜流式水輪機(jī) H s ＝ h s 對臥軸水輪機(jī) D1 H s ＝ h s－ 2 裝置高程 ， 一般應(yīng)根據(jù)水輪機(jī)特性 、 電站運(yùn)行和下游水位的變化情況 ， 綜合分析比較確定 。 為留有安全裕度 ， 裝置高程應(yīng)較計(jì)算值低 ～ m 。 2） 水斗式水輪機(jī)參數(shù)選擇 水斗式水輪機(jī)有臥軸和立軸兩種結(jié)構(gòu)型式 。 臥軸可裝兩個(gè)轉(zhuǎn)輪 ， 每個(gè)轉(zhuǎn)輪設(shè)置 1－ 2個(gè)噴嘴 。 立軸只裝一個(gè)轉(zhuǎn)輪 ， 目前最多可設(shè)置 6個(gè)噴嘴 。 立軸結(jié)構(gòu)緊湊 ， 廠房面積小 ， 利用水頭高 。 大型水斗式水輪機(jī) ， 當(dāng) Z0 ≥ 2， 一般采用立軸結(jié)構(gòu) 。 水斗式水輪機(jī)比轉(zhuǎn)速 ns 與噴嘴數(shù)的開方 √Z 0 成正比 ，水頭和功率一定時(shí) ， 增加噴嘴數(shù) Z0 ， 轉(zhuǎn)輪直徑相應(yīng)減小 √Z 0 倍 ， 轉(zhuǎn)速相應(yīng)增加 √Z 0 倍 。 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(shí)可降低機(jī)組造價(jià)；但轉(zhuǎn)輪的應(yīng)力與 （ D1 / d0） 2成反比增大 。 故高水頭電站 ， D1 / d0應(yīng)選用較大值 。 2 水輪發(fā)電機(jī) 發(fā)電機(jī)型式 （ 1）大中型水輪發(fā)電機(jī)目前廣泛采用立式結(jié)構(gòu)，而小型水輪發(fā)電機(jī)常采用臥式結(jié)構(gòu)。在立式水輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)中，根據(jù)推力軸承所在位置的不同，又可分為懸式和傘式發(fā)電機(jī)兩種（如圖 5和圖 6）。 圖 5 懸式發(fā)電機(jī)斷面圖 圖 6 傘式發(fā)電機(jī)斷面圖 懸式水輪發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)是：推力軸承裝在轉(zhuǎn)子上方的上機(jī)架上 。 這種發(fā)電機(jī)通常有兩個(gè)導(dǎo)軸承 ， 一個(gè)在上機(jī)架上 ， 一個(gè)在下機(jī)架上 。 目前我國水電站中的水輪發(fā)電機(jī)大多屬此類 。 傘式水輪發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)是：推力軸承裝在轉(zhuǎn)子下方的下機(jī)架或水輪機(jī)頂蓋上 。 這種發(fā)電機(jī)通常有一個(gè)導(dǎo)軸承 ， 裝在下機(jī)架上 。 如果在傘式發(fā)電機(jī)的上機(jī)架上再裝一個(gè)導(dǎo)軸承 ， 也稱半傘式水輪發(fā)電機(jī) 。 傘式發(fā)電機(jī)與懸式發(fā)電機(jī)比較 ， 它具有下列優(yōu)點(diǎn)： ● 機(jī)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 。 ● 可以只用一個(gè)導(dǎo)軸承 。 ● 發(fā)電機(jī)消耗鋼材較少 。 水輪發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)型式與機(jī)組制造水平 ， 機(jī)組技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 、 機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性和檢修方便等因素有關(guān) ，主要視定子鐵芯直徑 （ Di） 與定子鐵芯高度和機(jī)組轉(zhuǎn)速乘積 (Lt 178。 n)的比值而定 。 一般 Di／ Lt 178。 n ≤ 采用懸式 Di／ Lt 178。 n 采用半傘式或傘式 Di／ Lt 178。 n 采用傘式 式中 n為發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速 （ 2） 水輪發(fā)電機(jī)的冷卻方式分為 空氣冷卻 、 半水冷和全水冷三種 。 目前 ， 利用空氣作為冷卻介質(zhì)對定子 、 轉(zhuǎn)子繞組以及定子鐵芯表面進(jìn)行冷卻 ， 仍然是水輪發(fā)電機(jī)的主要冷卻方式 。在大中型水輪發(fā)電機(jī)中 ， 采用空氣冷卻器的密閉循環(huán)空氣冷卻方式 。 這種冷卻方式具有結(jié)構(gòu)簡單 ， 安全可靠及安裝檢修方便等優(yōu)點(diǎn) 。 半水冷水輪發(fā)電機(jī)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 。 全水冷水輪發(fā)電機(jī)是定子 、 轉(zhuǎn)子繞組和定子鐵芯等均采用水冷卻 。 水輪發(fā)電機(jī)采用水冷卻技術(shù) ， 不僅可以提高發(fā)電機(jī)極限容量 ， 使定子 、 轉(zhuǎn)子繞組的運(yùn)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 。 但是水內(nèi)冷水輪發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)及運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜 ， 并需要裝設(shè)一套水處理設(shè)備 ， 輔助設(shè)備占地面積較大 ， 還有水冷管路元件的銹蝕 、 滲漏等特殊問題 。 我國三峽水電站左岸 14臺