水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)案例分析目錄TOC\o"1-3"\h\u11798水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)案例分析 11020一、水輪機(jī)型式選擇 125226二、水輪機(jī)裝置形式確定 226507三、水輪機(jī)型號確定 329238四、機(jī)組臺數(shù)選擇 421019五、初選方案 5一、水輪機(jī)型式選擇由課題（論文）任務(wù)書S水電站基本資料裝機(jī)方案表中可得S水電站水頭范圍為50m~80.5m,查參考文獻(xiàn)[1]P12得下表表1-1水輪機(jī)類型及應(yīng)用水頭范圍類型型式適應(yīng)水頭范圍反擊式混流式混流式20m~700m混流可逆式80m~600m軸流式軸流轉(zhuǎn)槳式3m~80m軸流定槳式3m~50m斜流式斜流式40m~200m斜流可逆式40m~120m貫流式貫流轉(zhuǎn)槳式1m~25m貫流定槳式?jīng)_擊式水斗式40m~1700m斜擊式20m~300m雙擊式5m~100m結(jié)合水電站基本資料和表1-1水輪機(jī)類型及應(yīng)用水頭范圍可知道，在50m~80.5m水頭范圍內(nèi)，將適合S水電站水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪類型進(jìn)行列表如下表1-2所示表1-2適合S水電站水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪類型類型型式適應(yīng)水頭范圍反擊式混流式20m~700m斜流式斜流式40m~200m斜流可逆式40m~120m沖擊式水斗式40m~1700m斜擊式20m~300m雙擊式5m~100m（1）混流式水輪機(jī)：對于該類型水輪機(jī)應(yīng)用水頭范圍比較較廣，約為20m~700m，它的結(jié)構(gòu)簡單，同時(shí)運(yùn)行穩(wěn)定且效率高，它的單機(jī)容量由幾十千瓦發(fā)展到幾十萬千瓦，是應(yīng)用最廣泛。此外它的工藝構(gòu)造簡單和經(jīng)濟(jì)效益可觀，在結(jié)構(gòu)上水輪機(jī)輪機(jī)葉片數(shù)較多，而且強(qiáng)度高，比轉(zhuǎn)速范圍大。（2）斜流式水輪機(jī)：在轉(zhuǎn)輪上能比軸流式轉(zhuǎn)輪布置更多的葉片，進(jìn)而降低葉片單位面積上所承受的壓力，提高使用水頭。在斜流式的轉(zhuǎn)輪體內(nèi)布置有葉片轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)，能隨著外負(fù)荷的變化進(jìn)行雙重調(diào)節(jié)。同時(shí)由于在它的軸面投影圖中水流是斜高流進(jìn)轉(zhuǎn)輪又斜向流出的，所以又稱為對角流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)。它的適用水頭在軸流式與混流式水輪機(jī)之間，但由于其傾斜槳葉操作機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特別復(fù)雜，加工工藝面求和造價(jià)均較高，所以一般只在大中型水電站中，目前這種水輪機(jī)應(yīng)用還不普遍。（3）沖擊式水輪機(jī)：沖擊式水輪機(jī)僅利用了水流的動能，沖擊式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪始終處于大氣中，來自壓力鋼管的高壓水流在進(jìn)人水輪機(jī)之前借助特殊的導(dǎo)水裝置(如噴嘴)轉(zhuǎn)變成高速自由射流，該射流沖擊轉(zhuǎn)輪的部分輪葉，并在輪葉的約束下發(fā)生流速大小和方向的急劇改變，從而將其動能大部分傳遞給輪葉，驅(qū)動轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)。在射流沖擊輪葉的整個(gè)過程中，射流內(nèi)的壓力基本不變，近似為大氣。=1\*GB3①水斗式（切擊式）：水輪機(jī)適用于高水頭、小流量水電站。=2\*GB3②斜擊式：過流量較大，但其轉(zhuǎn)輪采用單曲面斗葉，從斗葉流出的水會產(chǎn)生飛濺現(xiàn)象，因此效率較低，這種水輪機(jī)一般多用于中小型水電站。=3\*GB3③雙擊式：水輪機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、制作方便，但效率低、轉(zhuǎn)輪葉片強(qiáng)度差，僅適用于單機(jī)出力不超過1000kw的小型水電站。綜上所述，進(jìn)行比較，選用混流式水輪機(jī)。二、水輪機(jī)裝置形式確定輪機(jī)裝置方式，系指水輪機(jī)軸的裝置方向和機(jī)組的連接方式，它取決于使用水頭、單機(jī)容量和上下游水位等的變化情況。在電站中，水輪機(jī)軸的裝置分為立式和臥式兩種。=1\*GB3①立式裝置方式：此種裝置方式為水輪機(jī)與發(fā)電機(jī)在同一垂直平面內(nèi)。其優(yōu)點(diǎn)是：安裝、拆卸方便，軸與軸承受力情況良好，發(fā)電機(jī)安裝位置較高，不易受潮，管理維護(hù)方面；其缺點(diǎn)是：負(fù)載比較集中，水下部分深度增加，因而使土建投資大。立式裝置方式多應(yīng)用在大中型水輪機(jī)中。按其連接方式又可分為直接連接和間接連接：直接連接不需裝設(shè)復(fù)雜的傳動裝置，機(jī)械損失小，傳動效率高，運(yùn)行維護(hù)方便，因此機(jī)組盡可能采用直接連接方式，特別是大中型水輪機(jī)應(yīng)用最為普遍；間接連接主要應(yīng)用在農(nóng)村小型水電站，因水輪機(jī)轉(zhuǎn)速較低，而發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速一般較高，無法直接連接，在這種情況下，就必須采用間接連接。=2\*GB3②臥式裝置方式：由于機(jī)組支承面積較大，故不致產(chǎn)生很大的集中荷重，廠房的高度較低但軸和軸承受力情況不好。目前在我國水斗式水輪機(jī)、貫流式水輪機(jī)和小型混流式水輪機(jī)多采用臥式裝置方式。它按連接方式不同亦可分為直接連接和間接連接：臥式直接連接主要應(yīng)用于大中型水斗式水輪機(jī)、貫流式水輪機(jī)和中小型混流式水輪機(jī)；臥式間接連接的傳動方式與立式間接傳動基本相同，它主要應(yīng)用于農(nóng)村小型水輪機(jī)。綜上所述，進(jìn)行比較，選用立式裝置方式。三、水輪機(jī)型號確定由于S水電站水頭范圍為50m~80.5m,最大水頭為80.5m根據(jù)推薦最大水頭查找參考文獻(xiàn)[3]，預(yù)選出符合推薦使用水頭的轉(zhuǎn)輪型號，進(jìn)行列表如下表1-3初選五種轉(zhuǎn)輪型號序號轉(zhuǎn)輪型號推薦使用水頭單位飛逸轉(zhuǎn)速最優(yōu)工況限制工況模型轉(zhuǎn)輪直徑導(dǎo)葉高度Hmax(mnR(r/minns0(m?kwn11M0(r/minQ11M0(l/sηM0(%ns(m?kwQ11M(l/sηM(%σD1M(mb0(m一HL220-4685133.00207.8670.001000.0090.00221.661150.0089.000.1330.460.25二HL240/D4170-105146.70225.0077.00950.0092.00239.001123.0087.600.1060.350.25三D74-35100247.41150.4079.001080.0092.70261.081247.0089.400.1430.350.28四D26785.63160227.2878.27910.0094.58245.521087.0092.400.160.36840.285五D75100150.8248.4079.001091.0092.50260.661232.0090.200.1520.350.28經(jīng)對對以上五種轉(zhuǎn)輪型號對比，以及模型綜合特性曲線的考慮，D267與D75型空化系數(shù)較高，對機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行有運(yùn)行，同時(shí)模型綜合特性曲線發(fā)布不是很均勻，對于D267型模型綜合特性曲線上找不到出力限制線，對后面計(jì)算也有影響，此外，水輪機(jī)選擇對水能、水文、電力系統(tǒng)、樞紐布置也會產(chǎn)生影響，所以對曲線、流量、轉(zhuǎn)速、效率、以及安全運(yùn)行條件等因素考慮，擬選定以下轉(zhuǎn)輪型號，如表1-4所示：表1-4選定三種轉(zhuǎn)輪型號序號轉(zhuǎn)輪型號推薦使用水頭單位飛逸轉(zhuǎn)速最優(yōu)工況限制工況模型轉(zhuǎn)輪直徑導(dǎo)葉高度Hmax(mnR(r/minns0(m?kwn11M0(r/minQ11M0(l/sηM0(%ns(m?kwQ11M(l/sηM(%σD1M(mb0(m一HL220-4685133.00207.8670.001000.0090.00221.661150.0089.000.1330.460.25二HL240/D4170-105146.70225.0077.00950.0092.00239.001123.0087.600.1060.350.25三D74-35100247.41150.4079.001080.0092.70261.081247.0089.400.1430.350.28四、機(jī)組臺數(shù)選擇由課題（論文）任務(wù)書S水電站基本資料裝機(jī)方案表中可得S水電站總裝機(jī)45（萬千瓦）、利用小時(shí)數(shù)5100（小時(shí)）、保證出力14（萬千瓦），對于一個(gè)已確定了總裝機(jī)容量的水電廠，機(jī)組臺數(shù)的多少將影響到電廠的動能經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、運(yùn)行的靈活性與可靠性。建設(shè)投資以及電廠對所在電力系統(tǒng)的影響。因此，確定機(jī)組臺數(shù)時(shí)，必須考慮以下的有關(guān)因素，經(jīng)過充分的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析論證。=1\*GB3①機(jī)組臺數(shù)對工程建設(shè)費(fèi)用的影響=2\*GB3②機(jī)組臺數(shù)對電廠運(yùn)行效率的影響=3\*GB3③機(jī)組臺數(shù)對電廠運(yùn)行維護(hù)的影響=4\*GB3④機(jī)組臺數(shù)對設(shè)備制造、運(yùn)輸及安裝的影響=5\*GB3⑤機(jī)組臺數(shù)對電力系統(tǒng)的影響=6\*GB3⑥機(jī)組臺數(shù)對電廠主接線的影響同時(shí)考慮到電站建成后承擔(dān)基荷