水轮机型号选择

水轮发电机组主要参数设计第一节水轮机型号的选择一、选择水轮机机型及电站装置方式1.水轮机机型的选择：由所给出的原始数据判断，水轮机的运行水头范围为：68-95m，故可供选择的水轮机形式有混流式、斜流式。混流式水轮机具有结构紧凑、运行可靠、效率高，能适应很高的水头范围等特点，应用最广泛的水轮机机型，斜流式虽然效率高，但运行经验少且使用的厂家也少，同时由于本次设计的电站水头变化范围较宽，且负荷较为稳定，故决定采用混流式（HL）水轮机。2.水轮机型号的选择：根据该电站的最大水头为95m，查《混流式水轮机转轮型谱参数表》，经过初步比较，同时考虑到单位转速高、单位流量大、转轮直径小、效率高、空蚀系数小等判断选择的九个型号见下表：表1-1-1初选模型机转轮型谱参数表型号Hmaxm最优工况限制工况n10(r/min)Q10(L/s)η0%бm0Q11限(L/s)η(%)бmNs(m*kwA285-3512074.0101091.80.100124086.00.139239.2D74-351007910800.9270.14312470.8940.143261.08A329-461057498092.10.125112889.30.132232.0A248-3510076.599592.000.098115087.90.130240.7A346-3510078.4103592.10118089.10.132251.6经过对各机型参数的初步比较，可以看出HLA285-46、HLA248-35及HLD74-35在最优工况下的效率比较高，且单位流量n10、单位转速Q10以及限制工况点的单位流量Q11均比较高，可使原型机获得较高的转速和较大的通过流量，从而在相同出力的情况下缩小机组的尺寸，同时模型机的气蚀系数бm较小，有利于电站的稳定运行。故选取上述三个水轮机进行计算，其具体参数如下表：表1-1-2初选三个水轮机型号参数表型号Hmaxm最优工况限制工况飞逸n10(r/min)Q10(L/s)η0%бm0Q11限(L/s)η(%)бmNs(m*kwNpr/minA285-3512074.0101091.80.100124086.00.139239.2141.0D74-351007910800.9270.14312470.8940.143261.08D74-35A248-3510076.599592.000.098115087.90.130240.7A248-353.机组台数的选择：由原始资料可知,系统总装机容量150.7万kw，本水电站的装机容量为58.7万kw，根据规定电站的单机容量不允许超过系统总容量的10%，否则在电站机组发生故障时，会将整个系统拖垮甚至瓦解，故采用4台、5台机组的设计方案进行计算比较。4.电站装置方式的确定水轮机的装置方式可分为卧轴和立轴两种。卧轴布置方式布置简单，不需向下开挖但占地面积较大，一般用于小型电站或水头较低的贯流式水电站。立轴布置方式具有占地面积小的特点，但需向下进行较大的土石开挖，增加土建投资成本。为缩小厂房面积，高水头大型电站一般均采用立轴布置方式。根据原始资料，本次设计电站的最大水头达95m，故应按照立轴布置机组。二、确定原型机转轮标准直径D1和机组同步转速n分别对于A289-46、A329-46及A346-35型水轮机按照4台及5台，共六个方案进行计算，求得原型机转轮标准直径D1和机组同步转速n，并根据计算结果最终选出两个较好的方案。由前面的计算的水电站的装机容量为Nf=58.7万kw方案一，型号A285，Z=4台（1）根据电站的装机容量及所选定的机组台数，确定出单机出力ff=7.904.758=15.13万kw其中f—电站的装机容量Z—所选定的机组台数f—发电机效率，取f=96%~97%（2）转轮直径的确定132119.81rNDQH=2/38124.1.8901.89130015=4.38m其中—原型机的效率，=m+3%=86%+3%=89%m—模型机效率；Q11—限制工况点上的的单位流量Hr—电站的设计水头取水轮机转轮标准直径D1=4.5m（3）根据模型水轮机的最高效率及标准直径计算原型水轮机的最高效率15maxmax11(1)MMDD=1-（1-0.918）5.545.30=95.1%D1M—模型水轮机转轮直径（4）计算效率修正值maxTmax-M=95.1%-91.8%=3.3%（5）校核单位参数是否需要修正1MT=18.9051.90-1=1.78%＜3%单位参数不需要修正（6）计算原型水轮机最优工况下的单位转速nMT1111n=74r/min110mn—模型机型水轮机最优工况下的单位转速（7）计算原型水轮机的转速n=1rM110nDH=.548174=148(/min)r取标准转速n=150(/min)r8)根据D1校核水轮机的出力是否满足要求111mnDnHHmax=95m时95.54501nn11HD=69.25(/min)rHr=81m时，81.54501nn12HD=75(/min)rHmin=69m时，69.54501nn13HD=81.26(/min)r○1Hr下的出力计算由n2=75(/min)r在A278模型综合特性曲线上与出力限制线得交点查得m=86.6%Q11m=1.240m3/sT=m+=86.6%+3.3%=89.9%Q11T=Q11m=1.240m3/sNr=9.81Q11TD12132HrT=9.81×1.240×899.081.542/32=16.14万(kw)○2Hmin=69时的出力由n3=81.26(/min)r在A285模型综合特性曲线上与出力限制线得交点查得m=89%Q11m=1.165m3/sT=m+0=89%+3.3%=92.3%Q11T=Q11m=1.165m3/sNmin=9.81Q11TD12T32minH=9.81×1.165×4.52×693/2×92.3%=12.24(kw)由上述结果得，出力满足NrNNmin，方案二，型号A285，Z=5台1）根据电站的装机容量及所选定的机组台数，确定出单机出力ff=7.905.758=12.10万kw其中f—电站的装机容量Z—所选定的机组台数f—发电机效率，取f=96%~97%（2）转轮直径的确定132119.81rNDQH=2/381240.1.8901.89210001=3.92m其中—原型机的效率，=m+3%=86%+3%=89%m—模型机效率；Q11—限制工况点上的的单位流量Hr—电站的设计水头取水轮机转轮标准直径1D=4.1m（3）根据模型水轮机的最高效率及标准直径计算原型水轮机的最高效率15maxmax11(1)MMDD=1-（1-0.918）5.145.30=94.9%D1M—模型水轮机转轮直径（4）计算效率修正值maxTmax-M=94.9%-91.8%=3.1%（5）校核单位参数是否需要修正1MT=18.9049.90-1=1.67%＜3%单位参数不需要修正（6）计算原型水轮机最优工况下的单位转速110110Mnn=74(/min)r110mn—模型机型水轮机最优工况下的单位转速（7）计算原型水轮机的转速n=1rM110nDH=1.48174=162.44(/min)r取标准转速n=166.7(/min)r8)根据D1校核水轮机的出力是否满足要求111mnDnHHmax=95m时95.1466.71nn11HD=70.12(/min)rHr=81m时，81.14166.7nn12HD=75.94(/min)rHmin=69m时，69.1466.71nn13HD=82.28(/min)r○1Hr下的出力计算由n2=75.94(/min)r在A285模型综合特性曲线上与出力限制线得交点查得m=88.4%Q11m=1.180m3/sT=m+=88.4%+3.1%=92.5%Q11T=Q11m=1.180m3/sNr=9.81Q11TD12132HrT=9.81×1.180×52.9081.142/32=13.12万(kw)○2Hmin=69时的出力由n3=82.28(/min)r在A285模型综合特性曲线上与出力限制线得交点查得m=89.2%Q11m=1.150m3/sT=m+0=89.2%+3.1%=92.3%Q11T=Q11m=1.150m3/sNmin=9.81Q11TD12T32minH=9.81×1.150×4.12×693/2×92.3%=10.03(kw)由上述结果得，出力满足NrNNmin，方案三，转轮型号A248-35，Z=4时：（1）根据电站的装机容量及所选定的机组台数，确定出单机出力ff=7.904.758=15.13万kw其中f—电站的装机容量Z—所选定的机组台数f—发电机效率，取f=96%~97%（2）转轮直径的确定132119.81rNDQH=2/38150.11.90901.89130015=4.52m其中—原型机的效率，=m+3%=87.9%+3%=90.9%m—模型机效率；Q11—限制工况点上的的单位流量Hr—电站的设计水头取水轮机转轮标准直径1D=5m（3）根据模型水轮机的最高效率及标准直径计算原型水轮机的最高效率15maxmax11(1)MMDD=1-（1-0.92）5535.0=95.3%D1M—模型水轮机转轮直径（4）计算效率修正值maxTmax-M=95.3%-92%=3.3%（5）校核单位参数是否需要修正1MT=2.9053.90-1=1.56%＜3%单位参数不需要修正（6）计算原型水轮机最优工况下的单位转速nT11=nM11=76.5(/min)r110mn—模型机型水轮机最优工况下的单位转速（7）计算原型水轮机的转速n=1r11MnDH=581.576=138(/min)r取标准转速n=150(/min)r8)根据D1校核水轮机的出力是否满足要求111mnDnHHmax=95m时955501nn111HD=76.96(/min)rHr=81m时，815501nn111HD=83.33(/min)rHmin=69m时，695501nn111HD=90.28(/min)r○1Hr下的出力计算由n11==83.33(/min)r在A248-35模型综合特性曲线上与出力限制线得交点查得m=89.4%Q11m=1.077m3/sT=m+=89.4%+3.3%=92.7%Q11T=Q11m=1.077m3/sNr=9.81Q11TD12132HrT=9.81×1.077×7.9208152/32=17.85万(kw)○2Hmin=69时的出力由n11=90.28(/min)r在A248-35模型综合特性曲线上与出力限制线得交点查得m=84.5%Q11m=1.110m3/sT=m+=87.2%+3.3%=90.5%Q11T=Q11m=1.110m3/sNmin=9.81Q11TD12T32minH=9.81×1.110×52×693/2×90.5%=14.12万(kw)由上述结果得，出力满足NrNNmin，方案四，转轮型号A248-35，Z=5时：1）根据电站的装机容量及所选定的机组台数，确定出单机出力ff=7.905.758=12.10万kw其中f—电站的装机容量Z—所选定的机组台数f—发电机效率，取f=96%~97%（2）转轮直径的确定132119.81rNDQH=2/381150.1.90901.89210001=4.03m其中—原型机的效率，=m+3%=87.9%+3%=90.9%m—模型机效率；Q11—限制工况点上的的单位流量Hr—电站的设计水头取水轮