水輪機(jī)的選型計(jì)算

1、目 錄一、水輪機(jī)選型計(jì)算的依據(jù)及其基本要求1 1 水輪機(jī)選型時(shí)需由水電勘測設(shè)計(jì)院提供下列原始數(shù)據(jù)1 2 水輪機(jī)選型計(jì)算應(yīng)滿足下述基本要求1二、反擊式水輪機(jī)基本參數(shù)的選擇計(jì)算1 1 根據(jù)最大水頭及水頭變化范圍初步選定水輪機(jī)的型號(hào)1 2 按已選定的水輪機(jī)型號(hào)的主要綜合特性曲線來計(jì)算轉(zhuǎn)輪參數(shù)1 3 效率修正4 4 檢查所選水輪機(jī)工作范圍的合理性4 5 飛逸轉(zhuǎn)速計(jì)算5 6 軸向推力計(jì)算5三、水斗式水輪機(jī)基本參數(shù)的選擇計(jì)算10 1 水輪機(jī)流量10 2 射流直徑d010 3 確定D1/d010 4 水輪機(jī)轉(zhuǎn)速n10 5 功率與效率11 6 飛逸轉(zhuǎn)速12 7 水輪機(jī)的水平中心線至尾水位距離A12 8 噴嘴數(shù)

2、Z0的確定129 水斗數(shù)目Z1的確定1210 水斗和噴嘴的尺寸與射流直徑的關(guān)系1311 引水管、導(dǎo)水肘管及其曲率半徑1312 轉(zhuǎn)輪室的尺寸14A 水機(jī)流量17B 射流直徑17C 水斗寬度的選擇17D D/B的選擇17E 水輪機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇17F 單位流量的計(jì)算17G 水輪機(jī)效率18H 飛逸轉(zhuǎn)速18I 轉(zhuǎn)輪重量的計(jì)算18四、調(diào)速器的選擇201 反擊式水輪機(jī)的調(diào)速功計(jì)算公式20算機(jī)轉(zhuǎn)112 沖擊式水輪機(jī)的調(diào)速功計(jì)算公式20五、閥門型號(hào)、大小的選擇211 球閥的選擇212 蝴蝶閥的選擇22水輪機(jī)的選型計(jì)算一、水輪機(jī)選型計(jì)算的依據(jù)及其基本要求1 水輪機(jī)選型時(shí)需由水電勘測設(shè)計(jì)院提供下列原始數(shù)據(jù)：1） 裝機(jī)

3、容量、裝機(jī)臺(tái)數(shù)、單機(jī)額定出力Nr、最大出力Nmax和負(fù)荷性質(zhì)；2） 水電站的設(shè)計(jì)水頭Hr，最大水頭Hmax，最小水頭Hmin，加權(quán)平均水頭Hcp；3） 水電站上下游水位與流量關(guān)系曲線，水頭、流量過程線或保證率曲線，引水管損失等；4） 水電站的泥沙資料（含沙量、泥沙類別、特性等），水質(zhì)資料（水溫、化學(xué)成分、PH值、硬度、含氣量等）；5） 水電站廠房形式，引水方式和引水管長度、直徑；機(jī)組安裝高程及允許吸出高度Hs；6） 制造廠與水電站間的運(yùn)輸條件、水電站的安裝條件（允許最大挖深值等）。2 水輪機(jī)選型計(jì)算應(yīng)滿足下述基本要求：1） 具有優(yōu)良的能量指標(biāo)，所選擇的水輪機(jī)應(yīng)能經(jīng)常運(yùn)轉(zhuǎn)于高效率區(qū)；2） 具有良

4、好的汽蝕性能及工作穩(wěn)定性，機(jī)組的壓力脈動(dòng)要小，調(diào)節(jié)靈活，安全可靠；3） 盡可能選擇較小尺寸的水輪機(jī)，如盡量選擇比轉(zhuǎn)速較高的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，選擇單位轉(zhuǎn)速n11值稍高于最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速n110值，單位流量Q11近于最大單位流量Q11max值；4） 結(jié)構(gòu)要先進(jìn)合理，易損零部件能拆卸互換，做到因地制宜；5） 滿員運(yùn)輸、安裝、檢修的要求。二、反擊式水輪機(jī)基本參數(shù)的選擇計(jì)算1 根據(jù)最大水頭及水頭變化范圍初步選定水輪機(jī)的類型和轉(zhuǎn)輪型號(hào)。目前，一般在水頭H=330m范圍內(nèi)選用貫流式水輪機(jī)，H=360m范圍內(nèi)選用軸流式水輪機(jī)（一般Hmax/Hmin2，D2.0m時(shí)用轉(zhuǎn)槳式），H=20600m范圍內(nèi)選用混流式水輪機(jī)，H=

5、3001000m范圍內(nèi)選用沖擊式水輪機(jī)，在相同水頭段內(nèi)可使用不同的機(jī)型時(shí)，需對它們進(jìn)行性能、技術(shù)經(jīng)濟(jì)的初步比較后再選定。對于只給出設(shè)計(jì)水頭的中小型反擊式水輪機(jī)，其工作水頭范圍可參考圖2-1-1。2 按已選定的水輪機(jī)型號(hào)的主要綜合特性曲線來計(jì)算轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱直徑D1、額定轉(zhuǎn)速n、最大吸出高度Hs。1） 關(guān)于流量的選擇、計(jì)算：對混流式和軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)，一般取綜合特性曲線上最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速的（105%110%）與5%出力限制線的95%98%交點(diǎn)處所對應(yīng)的單位流量Q11值，對軸流定槳式水輪機(jī)按相應(yīng)105%110%最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速的最優(yōu)效率點(diǎn)取單位流量；受挖深限制時(shí)根據(jù)最大允許Hs選取單位流量Q11，其所取單位流量

6、應(yīng)大于最優(yōu)單位流量。對軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)，選取原則為：a) 按允許的吸出高度Hs來選??；b) 從平均效率、電能產(chǎn)量、裝機(jī)臺(tái)數(shù)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析確定Q11。對徑流式電站應(yīng)考慮在最大水頭和最小水頭時(shí)均能得到電站保證出力；c) 從經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)行的穩(wěn)定性著眼，選用的Q11一般不宜超出型譜表中推薦的范圍。流 量Q：由 （2-2-1） 其中：NP水輪機(jī)額定功率 水的重度（9.81KN/m3） 水水輪機(jī)效率單位流量Q11： （2-2-2）轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱直徑D1的計(jì)算：標(biāo)稱直徑D1： （2-2-3） 其中：ND機(jī)組額定功率（發(fā)電機(jī)額定功率）（千瓦）； 水水輪機(jī)效率（0.880.93）； D發(fā)電機(jī)效率（0.900.97）； H

7、r額定水頭（米）。額定轉(zhuǎn)速n的計(jì)算：利用單位轉(zhuǎn)速n11j和水頭推算水輪機(jī)額定轉(zhuǎn)速：額定轉(zhuǎn)速ne： （2-2-4） 其中：n11j原型水輪機(jī)計(jì)算單位轉(zhuǎn)速，其值在綜合特性曲線上選定。為使水輪機(jī)能在大部分運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間內(nèi)處于高效率區(qū)工作，一般希望對應(yīng)于平均水頭的單位轉(zhuǎn)速接近于最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速，故計(jì)算單位轉(zhuǎn)速n11j值為：對于軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)可選取大于其最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速n110值的1.051.15%；對于混流式水輪機(jī)可選取大于其最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速n110值的1.021.1%；其中上限適用于較高比轉(zhuǎn)速混流式水輪機(jī)。 根據(jù)計(jì)算所得轉(zhuǎn)速ne，取略大的相近的發(fā)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速為水輪機(jī)的額定轉(zhuǎn)速n。發(fā)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速可按下式計(jì)算： （2-

8、2-5） 其中：f周波，我國為50Hz； P發(fā)電機(jī)磁極對數(shù)。允許吸出高度的計(jì)算： （2-2-6） 其中：水輪機(jī)位于高出海平面的標(biāo)高；k汽蝕安全系數(shù)； c臨界汽蝕系數(shù)；Y裝置汽蝕系數(shù)（Y= k*c）式中汽蝕安全系數(shù)k值的選用可考慮如下情況確定：水中含沙、含汽量大時(shí)，或需延長檢修周期時(shí)k可適當(dāng)取大些；轉(zhuǎn)輪葉片和下環(huán)，或轉(zhuǎn)輪室由不銹鋼制造時(shí)，取k1.11.2；汽蝕局部部位采取抗汽蝕措施時(shí)，可取k=1.21.4；轉(zhuǎn)輪由碳鋼制造時(shí)，一般取k=1.41.8；對多機(jī)組電站k值可取小些；轉(zhuǎn)輪接近其使用水頭最大值時(shí)k宜取較大值；地下廠房時(shí)，可適當(dāng)取大值。式中汽蝕系數(shù)值的選?。阂话銖哪Ｐ途C合特性曲線上查取，如果沒

9、有則1：可從圖（2-2-1）中查取，對圖（2-2-1）亦可用經(jīng)驗(yàn)公式（2-2-7）給出： 圖（2-2-1）滿負(fù)荷時(shí)汽蝕系數(shù)與比轉(zhuǎn)速的關(guān)系 （2-2-7）2：根據(jù)70年代前半期統(tǒng)計(jì)的國外水電站水輪機(jī)裝置汽蝕系數(shù)平均值，由下式求出： 對混流式水輪機(jī)： （2-2-8）對軸流式水輪機(jī)： （2-2-9）3 效率修正初設(shè)時(shí)大致修正如下（含尺寸效應(yīng)）：真機(jī)轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱直徑在60以下時(shí)，修正 -1.5% -2.5%6070cm時(shí)，修正 -0.5% -1% 70100cm時(shí)，修正 1.01.5%，0.51.0%（直徑小取大值） 100cm以上時(shí)，修正 -0.5% -1% （臥式） 100cm130cm時(shí)，修正 0%

10、 0.5% （立式） 130cm以上時(shí)，修正 1% （立式） 具體應(yīng)用公式計(jì)算 對混流式水輪機(jī)效率的修正值一般按最優(yōu)工況點(diǎn)計(jì)算，其它各工況點(diǎn)一律按此等值修正；而對軸流式水輪機(jī)效率的修正值按最優(yōu)工況點(diǎn)計(jì)算，對應(yīng)各轉(zhuǎn)角的其它各工況點(diǎn)取等值修正。 關(guān)于具體的效率問題詳見附錄一。4 檢查所選水輪機(jī)工作范圍的合理性由于所選擇的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑D1和轉(zhuǎn)速n都是標(biāo)準(zhǔn)值，經(jīng)常與計(jì)算結(jié)果稍有不同。另外，最初計(jì)算轉(zhuǎn)輪直徑時(shí)所取用的效率也是近似給定的，故必須在綜合特性曲線上對所選定水輪機(jī)的工作范圍是否處于最優(yōu)效率區(qū)進(jìn)行檢查。首先，按最大水頭Hmax計(jì)算出最小單位轉(zhuǎn)速n11min,，按最小水頭Hmin計(jì)算出最大單位轉(zhuǎn)速

11、n11max。其次還應(yīng)計(jì)算出保證最大功率時(shí)，對應(yīng)最大水頭、最小水頭的單位流量值。以上計(jì)算出的數(shù)值在原型綜合特性曲線圖上可以繪出一個(gè)四邊形。若此四邊形包括了綜合特性曲線圖上的最優(yōu)效率區(qū)，則可認(rèn)為水輪機(jī)基本參數(shù)選擇合理。若四邊形中心偏移最優(yōu)效率區(qū)中心較多，則應(yīng)重新選擇轉(zhuǎn)輪直徑，或者水輪機(jī)轉(zhuǎn)速，或者兩者都重新選擇計(jì)算。對高水頭軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)有時(shí)希望選用導(dǎo)葉開度允許條件下較小的單位流量Q11值，以此方法來降低汽蝕系數(shù)和保證允許吸出高度HS。5 飛逸轉(zhuǎn)速計(jì)算在設(shè)計(jì)工作中計(jì)算原型水輪機(jī)飛逸轉(zhuǎn)速時(shí)，應(yīng)該考慮其最大工作水頭Hmax和最大可能導(dǎo)葉開口1.05a0max（即由底環(huán)上定位塊或?qū)~套筒處所定的開口）

12、工況點(diǎn)的飛逸轉(zhuǎn)速n11f，因此按所選定水輪機(jī)型號(hào)的模型水輪機(jī)飛逸特性曲線圖，利用式（2-5-1）計(jì)算出原型水輪機(jī)的飛逸轉(zhuǎn)速nf 。飛逸轉(zhuǎn)速： （2-5-1） 工程上經(jīng)常以在同一水頭下飛逸轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速之比來表征水輪機(jī)的飛逸程度，并稱之為飛逸系數(shù)kf：飛逸系數(shù)kf： （2-5-2） 各種水輪機(jī)的飛逸系數(shù)大致如下： 對混流式或沖擊式水輪機(jī)kf=1.71.9； 對保持協(xié)聯(lián)關(guān)系的轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)kf=2.02.2； 對協(xié)聯(lián)關(guān)系破壞的轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)kf=2.42.8。6 軸向推力計(jì)算立軸水輪機(jī)的軸向推力包括：水流對轉(zhuǎn)輪的軸向水推力POC；水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分重量GZ。估算軸向水推力采用下式： 軸向水推力POC： （

13、噸） （2-6-1）式中：K與轉(zhuǎn)輪型號(hào)及排水方式有關(guān)的水推力系數(shù)，可通過試驗(yàn)方法獲得。一些混流式水輪機(jī)采用轉(zhuǎn)輪上冠排水，泄水孔面積不小于轉(zhuǎn)輪止漏環(huán)密封間隙56倍的結(jié)構(gòu),其K值可由表(2-6-1)中查取。 表2-6-1轉(zhuǎn)輪型號(hào)HL310HL240HL230HL220HL200HL180HL160HL120HL110HL820HL100K0.370.450.340.410.180.220.280.340.220.280.220.280.200.260.100.130.100.130.260.050.11水質(zhì)含泥沙，密封間隙有磨損，或轉(zhuǎn)輪直徑較小，需格外放大止漏環(huán)間隙比/D1的結(jié)構(gòu)，取較大的K值。對

14、于軸流定槳或轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)系數(shù)K值取決于轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)及葉片角度。在估算中可按表（2-6-2）選取。表2-6-2葉片數(shù)45678K0.850.870.900.930.95 或按下式計(jì)算： （2-6-2） 在飛逸工況下 （2-6-3） 2000年以前常用轉(zhuǎn)輪的水推力系數(shù)見表2-6-3，2-6-4，2-6-5。表2-6-3 混流式水輪機(jī)水推力系數(shù)123456轉(zhuǎn)輪型號(hào)A351-53A179-40A542-50A543-50A34-40A38-40水推力系數(shù)0.08-0.110.08-0.110.08-0.110.08-0.110.08-0.110.08-0.11789101112轉(zhuǎn)輪型號(hào)A45-40(10

15、0)A520-40A546-40A548-40A550-40A41-38(120)水推力系數(shù)0.08-0.110.09-0.130.09-0.130.09-0.130.09-0.130.11-0.13131415161718轉(zhuǎn)輪型號(hào)A332-35A340-35A337-35A334-35A342-35A338-35水推力系數(shù)0.1-0.130.1-0.130.1-0.130.1-0.130.1-0.130.1-0.13192021222324轉(zhuǎn)輪型號(hào)A339-50A32-38(110)A42-38A378-35A379-35A381-35水推力系數(shù)0.1-0.130.1-0.130.12-0.

16、150.2-0.260.2-0.260.2-0.26252627282930轉(zhuǎn)輪型號(hào)A438-35A194-35A195-35A678-37A319-35A215-35水推力系數(shù)0.2-0.260.2-0.260.2-0.260.2-0.260.2-0.260.2-0.26313233343536轉(zhuǎn)輪型號(hào)A73-25A153-46A331-35A353-35A356-35A444-35水推力系數(shù)0.2-0.260.28-0.340.28-0.340.28-0.340.28-0.340.28-0.34373839404142轉(zhuǎn)輪型號(hào)A445-35A446-35A497-35A553-35A398

17、-35A630-36水推力系數(shù)0.28-0.340.28-0.340.28-0.340.28-0.340.28-0.340.28-0.34434445464748轉(zhuǎn)輪型號(hào)A576-35A577-35A579-35A598-35A605-35A606-35水推力系數(shù)0.3-0.360.3-0.360.3-0.360.3-0.360.3-0.360.3-0.36495051525354轉(zhuǎn)輪型號(hào)A521-35A522-35A523-35A384-30.5A464-30.5A466-30.5水推力系數(shù)0.3-0.360.3-0.360.3-0.36(0.286)0.32-0.40.32-0.45556

18、57585960轉(zhuǎn)輪型號(hào)A12-25A28-25A232-35A430a-35A611-35A278-35水推力系數(shù)0.22-0.280.22-0.280.22-0.280.28-0.320.28-0.320.32-0.4616263646566轉(zhuǎn)輪型號(hào)A285-35A329-46A289-46A292-46A309-46A126-25水推力系數(shù)0.32-0.40.32-0.40.32-0.40.32-0.40.32-0.40.32-0.4676869707172轉(zhuǎn)輪型號(hào)A248-35A346-35A110-46A112-35A208-35A209-35水推力系數(shù)0.34-0.410.34-0

19、.410.34-0.410.34-0.410.34-0.410.34-0.41737475767778轉(zhuǎn)輪型號(hào)A244-35A286-35A296-35A295-35A551-35.2A702-35水推力系數(shù)0.34-0.410.34-0.410.34-0.410.34-0.410.45-0.460.32-0.4798081828384轉(zhuǎn)輪型號(hào)A703-35A723-35A500-34A501-34A525-34A253水推力系數(shù)0.32-0.40.32-0.40.45-0.480.45-0.480.45-0.480.3858687888990轉(zhuǎn)輪型號(hào)HL240HL260/A244HL260/

20、D74HL240/D41HL220/A153HL180/A194水推力系數(shù)0.34-0.410.34-0.410.360.330.28-0.340.2-0.26919293949596轉(zhuǎn)輪型號(hào)HL180/D06AHL160/D46HL110HL120HL90/D54水推力系數(shù)0.260.240.080.1-0.130.1979899100101102轉(zhuǎn)輪型號(hào)A575C820D87水推力系數(shù)0.2-0.260.26103104105106107108轉(zhuǎn)輪型號(hào)水推力系數(shù)表2-6-4 渾水混流式水輪機(jī)水推力系數(shù)123456轉(zhuǎn)輪型號(hào)A227-46A253-46A502-35A503-35A537-35

21、A560-35水推力系數(shù)0.28-0.320.28-0.320.28-0.320.28-0.320.28-0.320.28-0.32789101112轉(zhuǎn)輪型號(hào)A561-35A562-35A368-46A511-35A627-35A628-35水推力系數(shù)0.28-0.320.28-0.320.28-0.320.28-0.320.32-0.40.32-0.4131415轉(zhuǎn)輪型號(hào)A658-35A662-35A663-35水推力系數(shù)0.32-0.40.32-0.40.32-0.4表2-6-5 軸流式水輪機(jī)水推力系數(shù)123456轉(zhuǎn)輪型號(hào)A324-43A30a-46A30-46A146-46A190-46

22、ZZ440-46水推力系數(shù)0.850.850.850.870.870.9789101112轉(zhuǎn)輪型號(hào)A79-35A213-35A315-35A76-35水推力系數(shù)0.90.950.90.9131415161718轉(zhuǎn)輪型號(hào)水推力系數(shù)軸流式水輪機(jī)在甩負(fù)荷過渡過程中，當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到最大值時(shí)，軸向水推力為零。導(dǎo)葉繼續(xù)關(guān)閉，水輪機(jī)進(jìn)入制動(dòng)（水泵）工況，軸向力改變方向，成了軸向反水推力POC。對立軸軸流式水輪機(jī)，當(dāng)POC大于機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分重量GZ時(shí)，將使轉(zhuǎn)動(dòng)部分上抬。水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的重量GZ包括轉(zhuǎn)輪重量GN和主軸重量GL，轉(zhuǎn)輪重量GN見式（2-6-2）、（2-6-3）和圖（2-6-1）、（2-6-2）。軸的重量

23、根據(jù)機(jī)組布置型式具體計(jì)算，近似估算時(shí)，對高水頭混流式水輪機(jī)可取GLGN；對中水頭混流式水輪機(jī)可取GL=（0.40.5）GN（較小水頭或大機(jī)組取較小值）；對一根主軸布置的機(jī)組，混流式中取GL=（0.70.8）GN，轉(zhuǎn)槳式中取GL=（0.40.6）GN（高水頭轉(zhuǎn)槳式輪轂比大，取大值）?；炝魇睫D(zhuǎn)輪的重量估算：（噸） （2-6-2）若轉(zhuǎn)輪是分瓣結(jié)構(gòu)，則按上式計(jì)算結(jié)果應(yīng)增加10%重量?；炝魇睫D(zhuǎn)輪的重量曲線見圖（2-6-1）。轉(zhuǎn)槳式轉(zhuǎn)輪的重量估算：（噸） （2-6-3） 其中：d轉(zhuǎn)輪輪轂比； Hmax最高水頭（米）； D1轉(zhuǎn)輪標(biāo)稱直徑（米）。 轉(zhuǎn)槳式轉(zhuǎn)輪的重量曲線見圖（2-6-2）。水輪機(jī)總的軸向推力軸向

24、推力P： （噸） （2-6-4）三、水斗式水輪機(jī)基本參數(shù)的選擇計(jì)算水斗式水輪機(jī)從結(jié)構(gòu)上可以分為橫軸和立軸二種形式，橫軸又可做成單輪單噴嘴，單輪雙噴嘴，雙輪雙噴嘴等等。中、大型水斗式水輪機(jī)一般為立軸布置雙噴嘴、四噴嘴，乃至五、六噴嘴。對于國內(nèi)水斗式水輪機(jī)的選擇（以A237為例）可參考如下：1 水輪機(jī)流量： (米3/秒) （3-1-1）式中Np水輪機(jī)額定功率，ND機(jī)組額定功率；D發(fā)電機(jī)效率0.970.98；水輪機(jī)效率0.860.87。2 射流直徑d0 (米) （3-2-1）3 確定D1/d0根據(jù)水頭大小，從圖（3-3-1）選取一個(gè)噴嘴合適的比轉(zhuǎn)速ns，然后根據(jù)比轉(zhuǎn)速ns與比值D1/d0存在的關(guān)系，

25、可從圖（3-3-2）選取D1/d0值。4 水輪機(jī)轉(zhuǎn)速n (轉(zhuǎn)/分) （3-4-1）式中由圖綜合特性曲線選取，初步計(jì)算時(shí)可取=40.541.5。計(jì)算結(jié)果，采用相近的同期轉(zhuǎn)速，同時(shí)對節(jié)圓直徑作相應(yīng)的修正。如存在兩個(gè)相近的同期轉(zhuǎn)速可供選擇時(shí)，則應(yīng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較確定。5 功率與效率如真機(jī)與模型的D1/d0相等，則根 據(jù)綜合特性曲線按相似關(guān)系換算。真機(jī)與模型的D1/d0如不相等，由于水斗損失、風(fēng)損和進(jìn)水角度不同而效率有所差異，但在保證Ku系數(shù)不變的情況下，在一定比轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，效率變化是不大的，因此近似按原綜合特性曲線計(jì)算效率。換算關(guān)系可按射水直徑或噴針行程進(jìn)行，先根據(jù)綜合特性曲線作出QI*=*M和SnM之

26、間的關(guān)系曲線QI*=f(SM)；不同水頭對應(yīng)的nI下的=(SM)曲線如圖（3-5-1）。然后按真機(jī)和模型間的行程關(guān)系S= SMdn/dnm 在類似圖（3-5-1）上求得QI*和M，這樣即可求得流量： （3-5-1）式中d0M 模型射流直徑（=35毫米）；噴針角45，噴嘴角6256（見圖3-5-2） d0 真機(jī)射流直徑； SM 模型噴針行程； S 真機(jī)噴針行程； QI*1米水頭下的流量。水輪機(jī)的功率： （3-5-2）式中 真機(jī)保證效率，取=M（模型效率）（修正效率）。單位流量： （3-5-3）6 飛逸轉(zhuǎn)速： （3-6-1）7 水輪機(jī)的水平中心線至尾水位距離A：對于立式水斗式水輪機(jī)，距離A可由圖（

27、3-7-1）查取，對于臥式機(jī)組可按式（3-7-1）決定。 （3-7-1）8 噴嘴數(shù)Z0的確定：水斗式水輪機(jī)的比轉(zhuǎn)速與噴嘴數(shù)的成正比。在一定的水頭與功率下，增加噴嘴數(shù),可以使水輪機(jī)結(jié)構(gòu)做得小些,可以提高發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和機(jī)組的運(yùn)行效率。但是噴嘴增加，會(huì)使水輪機(jī)結(jié)構(gòu)，分叉管制造，以及電站布置復(fù)雜化。因此應(yīng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。在比值D1/d0容許的情況下，盡量采用12個(gè)噴嘴的方案。尤其是在水頭很高的情況下，引水管道彎頭的損失很大，為減少水力損失，采用單噴嘴方案往往是有利的。增加1119 水斗數(shù)目Z1的確定：如圖（3-9-1），理論間距 （3-9-1） （3-9-2） （3-9-3）射流由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B所需時(shí)

28、間： （3-9-4）式中 ； ； ； 。 實(shí)際間距還與水斗缺口形狀及刃切圓有關(guān)。對于CJ20轉(zhuǎn)輪實(shí)際間距取為理論間距的0.8倍，大于0.8倍需經(jīng)過論證。由間距tn，即可求得水斗數(shù)： 或 （3-9-5）實(shí)際采用的水斗數(shù)一般要比容積損失為零求得的水斗數(shù)多，但水斗數(shù)過多往往會(huì)增加工藝上的困難。另外，多噴嘴機(jī)組一般避免其射流夾角為相鄰水斗夾角的倍數(shù)。10 水斗和噴嘴的尺寸與射流直徑的關(guān)系：若設(shè)計(jì)射流直徑為d0，則一般可?。核胫睆?db=1.05 d0噴嘴直徑 dn=1.228 d0噴針最大行程 sn=1.16 d0水斗設(shè)計(jì)尺寸允許在db=(0.91.02) d0的范圍內(nèi)通用，效率作相應(yīng)修正。11 引

29、水管、導(dǎo)水肘管及其曲率半徑：如圖（3-11-1）所示，引水管內(nèi)流速： （3-11-1）式中K流速系數(shù)，可由圖（3-11-2）上查取。 一個(gè)引水管的直徑： （3-11-2）式中Q保證功率時(shí)的流量（米3/秒） Z0噴管數(shù)目。 其余尺寸選擇參見圖（3-11-1）： 60。； R=2.5 de； L22.5 de 。12 轉(zhuǎn)輪室的尺寸：臥式機(jī)組轉(zhuǎn)輪尺寸可參照圖（3-12-1）和表（3-12-1）選取，表中d0為保證功率時(shí)的射流直徑。立式機(jī)組機(jī)殼：圖（3-12-2）中給出了兩種國內(nèi)外已經(jīng)使用過的機(jī)殼型線。其轉(zhuǎn)輪節(jié)圓直徑為1米，直徑比D0/D12.5。有的制造廠家采用較大的D0，有的D0/D1比值達(dá)3以上

30、。 圖（3-12-2a）為鑄造機(jī)殼，b為焊接機(jī)殼。對于大型機(jī)組，機(jī)殼對效率影響不顯著，焊接結(jié)構(gòu)的形狀可盡量簡化。 表3-12-1名 稱ns1212ns18ns 18轉(zhuǎn)輪室寬度 B5 d0介于其間59d0機(jī)坑寬度 Z6 d010d0轉(zhuǎn)輪室長度 A5 d0+ D110 d0+ D1機(jī)坑長度 L6.5 d0+ D113 d0+ D1 我廠初選時(shí)，基本參數(shù)選擇過程如下： 可先用下圖(3-1)來大致確定轉(zhuǎn)速、出力、轉(zhuǎn)輪直徑等等。 圖 3-1 上圖中所示各特征量如噴嘴直徑d、引水管直徑DN以及閥門直徑Dv、單雙噴嘴水輪機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸等等，可見下圖： 具體計(jì)算過程如下：A. 水機(jī)流量： (米3/秒) （3-A-

31、1）B. 射流直徑： （3-B-1）C. 水斗寬度的選擇（B）：B/d0=3.1 （單噴嘴） =3.2 （雙噴嘴） =3.3 （四、五噴嘴） =3.4 （六噴嘴或更多）B/d0最小值為3。D. D/B的選擇：為減少水斗汽蝕，按電站水頭查允許的D/B值。小機(jī)組希望D/B3.23.5。具體可查圖（3-D-1）：E. 水輪機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇：(轉(zhuǎn)/分) （3-E-1）式中：F. 單位流量的計(jì)算： （3-F-1） （3-F-2）G. 水輪機(jī)效率： （3-G-1） 效率修正可查曲線（3-G-1） D/B3.5 H. 飛逸轉(zhuǎn)速： （3-H-1）I. 轉(zhuǎn)輪重量的計(jì)算：（Kg）（3-I-1） 關(guān)于噴嘴：內(nèi)接力器噴嘴

32、流道平順，水力效率比外接力器噴嘴高0.3%左右。多用于立式多噴嘴機(jī)組，能縮小廠房平面尺寸。下圖12噴嘴流道常被用于外接力器噴嘴，圖3是適用于內(nèi)接力器的噴嘴流道。四、調(diào)速器的選擇中、小型機(jī)械液壓式自動(dòng)調(diào)速器（BWT型、HFBDT型等）的選擇方法為：根據(jù)水輪機(jī)的出力和水頭等有關(guān)參數(shù)，利用估算公式算出所需要的調(diào)速功（工作容量），以及機(jī)組調(diào)節(jié)保證計(jì)算定出的水輪機(jī)導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)間，結(jié)合產(chǎn)品供應(yīng)情況來選擇調(diào)速器。水輪機(jī)的調(diào)速功與水力、制造和安裝等因素有關(guān)，因此調(diào)速功的公式之間有時(shí)相差較大，應(yīng)根據(jù)具體情況選用合適的計(jì)算公式。1 反擊式水輪機(jī)的調(diào)速功計(jì)算公式： （4-1-1） （4-1-2） （4-1-3）式中 A調(diào)速器工作容量（調(diào)速功）（公斤*米）； K系數(shù)，金屬蝸殼的K=1.4，明槽式的K=2.3； Hmax水輪機(jī)的最大工作水頭（米）； N水輪機(jī)的出力（