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水輪機(jī)選型計算(已修改)

2026-06-27 01:32 本頁面

　

【正文】淺談水輪機(jī)選型計算張彪(南寧廣發(fā)重工集團(tuán)發(fā)電設(shè)備公司廣西南寧 530031)摘要：簡單介紹了水輪機(jī)的形式、適用范圍、特點、水輪機(jī)選型的步驟、蝸殼、尾水管的尺寸計算及調(diào)速設(shè)備和油壓裝置的選擇方法。闡述水輪機(jī)各種機(jī)型特點及水輪機(jī)技術(shù)參數(shù)之間的相互關(guān)系。關(guān)鍵詞：水輪機(jī)選型、蝸殼、尾水管、進(jìn)水閥門、調(diào)速器、油壓裝置原則選型計算的一般原則概括為以下幾點：①所選定的水輪機(jī)應(yīng)有較高的效率。不僅要選擇效率高的轉(zhuǎn)輪型號，而且還要根據(jù)水輪機(jī)的模型綜合曲線和真機(jī)工作特性曲線選擇工作范圍最好的轉(zhuǎn)輪，以保證水輪機(jī)運行時有較高的工作效能； ②所選定的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑應(yīng)較小。較小的轉(zhuǎn)輪直徑將使機(jī)組獲得較高的轉(zhuǎn)速，從而縮小機(jī)組尺寸，降低機(jī)組造價。 ③所選定的水輪機(jī)應(yīng)有良好的汽蝕性能和工作穩(wěn)定性(壓力脈動小)。 ④優(yōu)先考慮套用已有型號轉(zhuǎn)輪直徑接近的機(jī)組。內(nèi)容(1)、確定機(jī)組臺數(shù)及單機(jī)容量(2)、選擇水輪機(jī)型式（型號）(3)、確定水輪機(jī)參數(shù)DQ、n、Hs、ns、F、Z0、do。(4)、繪制水輪機(jī)運轉(zhuǎn)特性曲線(5)、估算水輪機(jī)的外形尺寸、重量及價格、蝸殼、尾水管的形式、尺寸、調(diào)速器及油壓裝置選擇(6)、根據(jù)選定水輪機(jī)型式和參數(shù)，結(jié)合水輪機(jī)在結(jié)構(gòu)上、材料、運行等方面的要求，擬定并向廠家提出制造任務(wù)書，最終由雙方共同商定機(jī)組的技術(shù)條件，作為進(jìn)一步設(shè)計的依據(jù)。水輪機(jī)選型過程中，根據(jù)水電站所需要的開發(fā)方式、動能參數(shù)、水工建筑物布置等，并考慮已生產(chǎn)的水輪機(jī)的參數(shù)擬選若干方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)的綜合比較，最終確定水輪機(jī)的最佳型式與參數(shù)。水輪機(jī)選型計算內(nèi)容根據(jù)DL51802003《水電樞紐工程等級劃分及設(shè)計安全標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，水電站工程等別根據(jù)其在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的重要性，按照庫容和裝機(jī)容量劃分為五等：水電樞紐工程的分等指標(biāo)工程等別工程規(guī)模水庫總庫容(億m3)裝機(jī)容量MW一大（1）型≥10≥1200MW二大（2）型1~101200～300三中型~1300～50四小（1）型~50～10五小（2）型＜10水電站機(jī)組臺數(shù)的選擇一般是在裝機(jī)容量已定的情況下進(jìn)行的，選擇的過程實際上是一個技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較的過程，有時與水輪機(jī)型式的選擇、甚至與水輪機(jī)主要參數(shù)的選擇同時進(jìn)行。(型號) (1)、根據(jù)《水輪機(jī)設(shè)計手冊》,水輪機(jī)的分類和適用范圍見下表(可逆式水輪機(jī),在型式代號后增加漢語拼音字母”N” 表示)：類型水輪機(jī) 型式適用水頭特點漢字拼音漢字拼音反擊型混流式FrancisHL30~700結(jié)構(gòu)緊湊、運行穩(wěn)定、范圍廣,效率高軸流式KplanZ轉(zhuǎn)槳式Z3~80用于中低水頭,大流量電站定槳式D3~70用于功率及水頭變幅不大的電站調(diào)槳式T3~70介于定槳與調(diào)槳之間斜流式 DeriaxX轉(zhuǎn)槳式Z40~200用于水頭變幅大的電站,但工藝較復(fù)雜,技術(shù)要求高定槳式D貫流式 BulbG轉(zhuǎn)槳式Z2~25用于低水頭電站和潮汐電站定槳式D沖擊式水斗式PeltonCJ300~1700用于負(fù)荷變化大而水頭變化不大的電站斜擊式 TurgoXJ50~400效率較低,適用于中小型電站雙擊式 BankiSJ10~150效率低,僅用于小型電站(2)、水輪機(jī)裝置形式及引水室代號如下表：主軸布置形式引水室型式與代號漢字拼音漢字拼音漢字拼音臥式立式WL明槽M軸伸式Z混凝土蝸殼H豎井式S燈泡式P金屬蝸殼J罐式G罐式引水室G紅吸式X有壓明槽MY(3)、轉(zhuǎn)輪型號含義示意圖：混流式水輪機(jī)示意圖：軸流式水輪機(jī)示意圖：燈泡貫流式水輪機(jī)示意圖：沖擊式水輪機(jī)示意圖：在產(chǎn)品型號中,用轉(zhuǎn)輪名義直徑表示水輪機(jī)尺寸,轉(zhuǎn)輪名義直徑取：(1)對于軸流式水輪機(jī),取轉(zhuǎn)輪室最大直徑。(2)對于混流式水輪機(jī),取轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)口邊的最大直徑。以下對水輪機(jī)產(chǎn)品型號舉例:(1)HLA883LJ220,表示混流式,轉(zhuǎn)輪型號為HLA883,金屬蝸殼,立軸，轉(zhuǎn)輪直徑D1=220cm。 (2)HLA520WJ80,表示混流式,轉(zhuǎn)輪型號為HLA520,金屬蝸殼,臥軸,轉(zhuǎn)輪直徑D1=80cm。(3)ZZ709LH400,表示軸流式,轉(zhuǎn)輪型號為ZZ709,混凝土蝸殼,立軸,轉(zhuǎn)輪直徑D1=400cm。(4)GZ995aWP460,表示貫流式,轉(zhuǎn)輪型號為GZ995a,燈泡式,臥軸,轉(zhuǎn)輪直徑D1=460cm。(5)2CJA475W120/2x10,表示一根軸上有兩個轉(zhuǎn)輪的水斗式水輪機(jī),轉(zhuǎn)輪型號為CJA475,臥軸,轉(zhuǎn)輪直徑為D1=120cm,每個轉(zhuǎn)輪有兩個噴嘴,射流直徑為10cm。根據(jù)《GB/T 154682006水輪機(jī)基本技術(shù)條件》，對水輪機(jī)的穩(wěn)定運行范圍規(guī)定：①在空載情況下應(yīng)能穩(wěn)定運行。②在最大和最小水頭范圍內(nèi)，水輪機(jī)應(yīng)在下表所列功率范圍內(nèi)穩(wěn)定運行:水輪機(jī)型式相應(yīng)水頭下的機(jī)組保證功率范圍 / %混流式45~100定槳式75~100轉(zhuǎn)槳式35~100沖擊式25~100對于混流式水輪機(jī)，如在保證運行范圍內(nèi)出現(xiàn)強(qiáng)振，應(yīng)采取相應(yīng)措施或避振運行。高負(fù)荷短時運行范圍 100h，低負(fù)荷短時運行范圍 500h。③導(dǎo)葉漏水量：不應(yīng)大于水輪機(jī)額定流量的3‰,圓錐式導(dǎo)葉漏水量不應(yīng)大于額定流量4‰。沖擊式水輪機(jī)全關(guān)時不應(yīng)漏水④轉(zhuǎn)輪裂紋保證供貨方應(yīng)在設(shè)計制造過程中采用措施，保證產(chǎn)品質(zhì)量，在合同規(guī)定的保證期和穩(wěn)定運行范圍內(nèi)保證轉(zhuǎn)輪不產(chǎn)生裂紋。⑤噪聲要求水輪機(jī)正常運行時，在水輪機(jī)機(jī)坑地板上方1m處所測得的噪聲不應(yīng)大于90dB(A),在距尾水管進(jìn)入門1m處所測得的噪聲不應(yīng)大于95dB(A),沖擊式水輪機(jī)殼上方1m處所測得的噪聲不應(yīng)大于85dB(A),貫流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪室周圍1m內(nèi)所測得的噪聲不應(yīng)大于90dB(A)⑥可靠性指標(biāo)在一般水質(zhì)條件下,水輪機(jī)應(yīng)具有以下可靠性指標(biāo)：水輪機(jī)大修間隔期不少于5年；無故障連續(xù)運行時間不少于20000小時；水輪機(jī)平均壽命不少于40年。根據(jù)GB/T 反擊式水輪機(jī)空蝕評定(MOD IEC 606091：2008)在規(guī)定的運行范圍和時間內(nèi)運行一時間內(nèi)，任何形式的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪(是指正常選用的轉(zhuǎn)輪材料為不銹鋼或不銹鋼覆面的碳鋼)的最大空蝕深度S(以mm計)、最大空蝕材料剝落體積V(以cm2)和質(zhì)量M(以kg計)。圖中所示各值依據(jù)以下條件確定：a)在不少于兩年運行時間后的合理修補(bǔ)量。b)空蝕深度不削弱機(jī)械強(qiáng)度。這里給出的空蝕體積V、質(zhì)量M值不是指單個葉片，而是指整個轉(zhuǎn)輪。轉(zhuǎn)輪形式材質(zhì)空蝕深度S質(zhì)量M空蝕體積V任何形式轉(zhuǎn)輪不銹鋼S=M=V=20D2碳鋼S=M=V=100D比轉(zhuǎn)速ns、過流量Qr、轉(zhuǎn)輪直徑D吸出高度Hs、軸向水推力F、飛逸轉(zhuǎn)速nr等；沖擊式水輪機(jī)射流直徑do與噴嘴數(shù)Zo。(1) 現(xiàn)代水輪機(jī)一般都直接帶動水輪發(fā)電機(jī),帶動加工機(jī)械的情況較少。我國電網(wǎng)所采用的標(biāo)準(zhǔn)

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