由所給出的原始資料判斷，水輪機的執行水頭範圍為：68-95m，故可供選擇的水輪機形式有混流式、斜流式。混流式水輪機具有結構緊湊、執行可靠、效率高，能適應很高的水頭範圍等特點，應用最廣泛的水輪機機型，斜流式雖然效率高，但執行經驗少且使用的廠家也少，同時由於本次設計的電站水頭變化範圍較寬，且負荷較為穩定，故決定採用混流式（hl）水輪機。
2.水輪機型號的選擇：
根據該電站的最大水頭為95m，查《混流式水輪機轉輪型譜參數列》，經過初步比較，同時考慮到單位轉速高、單位流量大、轉輪直徑小、效率高、空蝕係數小等判斷選擇的九個型號見下表：
表1-1-1 初選模型機轉輪型譜參數列
經過對各機型引數的初步比較，可以看出hl a285-46、hl a248-35及hld74 -35在最優工況下的效率比較高，且單位流量n10、單位轉速q10以及限制工況點的單位流量q11均比較高，可使原型機獲得較高的轉速和較大的通過流量，從而在相同出力的情況下縮小機組的尺寸，同時模型機的氣蝕係數бm較小，有利於電站的穩定執行。故選取上述三個水輪機進行計算，其具體引數如下表：
表1-1-2 初選三個水輪機型號參數列
3.機組台數的選擇：
由原始資料可知, 系統**機容量150.7萬kw，本水電站的裝機容量為58.7萬kw，根據規定電站的單機容量不允許超過系統總容量的10%，否則在電站機組發生故障時，會將整個系統拖垮甚至瓦解，故採用4臺、5臺機組的設計方案進行計算比較。
4.電站裝置方式的確定
水輪機的裝置方式可分為臥軸和立軸兩種。臥軸布置方式布置簡單，不需向下開挖但占地面積較大，一般用於小型電站或水頭較低的貫流式水電站。立軸布置方式具有占地面積小的特點，但需向下進行較大的土石開挖，增加土建投資成本。
為縮小廠房面積，高水頭大型電站一般均採用立軸布置方式。根據原始資料，本次設計電站的最大水頭達95m，故應按照立軸布置機組。
二、 確定原型機轉輪標準直徑d1和機組同步轉速n
分別對於a289-46、a329-46及a346-35型水輪機按照4台及5臺，共六個方案進行計算，求得原型機轉輪標準直徑d1和機組同步轉速n，並根據計算結果最終選出兩個較好的方案。由前面的計算的水電站的裝機容量為nf=58.7萬kw
方案一，型號a285，z=4臺
（1）根據電站的裝機容量及所選定的機組台數，確定出單機出力
= =15.13萬kw
其中 —電站的裝機容量
z—所選定的機組台數
—發電機效率， 取=96%~97
（2）轉輪直徑的確定
4.38m
其中—原型機的效率， =m+3%=86%+3%=89%
m—模型機效率；
q11—限制工況點上的的單位流量
hr—電站的設計水頭
取水輪機轉輪標準直徑d1=4.5m
（3） 根據模型水輪機的最高效率及標準直徑計算原型水輪機的最高效率
= 1-（1-0.918） =95.1%
d1m—模型水輪機轉輪直徑
（4）計算效率修正值
=95.1%-91.8%=3.3
（5）校核單位引數是否需要修正
=-1=1.78%＜3%
單位引數不需要修正
（6）計算原型水輪機最優工況下的單位轉速
n=74 r/min
—模型機型水輪機最優工況下的單位轉速
（7）計算原型水輪機的轉速
n===148
取標準轉速n=150
8)根據d1校核水輪機的出力是否滿足要求
hmax=95m時 = 69.25
hr=81m時， =75
hmin=69m時， = 81.26
hr下的出力計算
由n=75在a278模型綜合特性曲線上與出力限制線得交點查得
=86.6% q11m=1.240m3/s
t =m+=86.6%+3.3%=89.9%
q11t=q11m=1.240 m3/s
nr=9.81 q11td12t =9.81×1.240×=16.14萬 (kw)
hmin=69時的出力
由n=81.26在a285模型綜合特性曲線上與出力限制線得交點查得
=89 % q11m=1.165 m3/s
t =m+0=89%+3.3%=92.3%
q11t=q11m=1.165m3/s
nmin=9.81 q11td12t =9.81×1.165×4.52×693/2×92.3% = 12.24(kw)
由上述結果得，出力滿足nr > n > nmin ，
方案二，型號a285，z=5臺
1）根據電站的裝機容量及所選定的機組台數，確定出單機出力
= =12.10萬kw
其中 —電站的裝機容量
z—所選定的機組台數
—發電機效率， 取=96%~97%
（2）轉輪直徑的確定
3.92m
其中—原型機的效率， =m+3%=86%+3%=89%
m—模型機效率；
q11—限制工況點上的的單位流量
hr—電站的設計水頭
取水輪機轉輪標準直徑=4.1m
（3） 根據模型水輪機的最高效率及標準直徑計算原型水輪機的最高效率
= 1-（1-0.918） =94.9%
d1m—模型水輪機轉輪直徑
（4）計算效率修正值
=94.9%-91.8%=3.1
（5）校核單位引數是否需要修正
=-1=1.67%＜3%
單位引數不需要修正
（6）計算原型水輪機最優工況下的單位轉速
=74—模型機型水輪機最優工況下的單位轉速
（7）計算原型水輪機的轉速
n===162.44
取標準轉速n=166.7
8)根據d1校核水輪機的出力是否滿足要求
hmax=95m時 = 70.12
hr=81m時， =75.94
hmin=69m時， = 82.28
hr下的出力計算
由n=75.94在a285模型綜合特性曲線上與出力限制線得交點查得
=88.4% q11m=1.180m3/s
t =m+=88.4%+3.1%=92.5%
q11t=q11m=1.180 m3/s
nr=9.81 q11td12t =9.81×1.180×=13.12萬 (kw)
hmin=69時的出力
由n=82.28在a285模型綜合特性曲線上與出力限制線得交點查得
=89.2 % q11m=1.150 m3/s
t =m+0=89.2%+3.1%=92.3%
q11t=q11m=1.150m3/s
nmin=9.81 q11td12t =9.81×1.150×4.12×693/2×92.3% = 10.03(kw)
由上述結果得，出力滿足nr > n > nmin ，
方案三，轉輪型號a248-35，z=4時：
（1）根據電站的裝機容量及所選定的機組台數，確定出單機出力
= =15.13萬kw
其中 —電站的裝機容量
z—所選定的機組台數
—發電機效率， 取=96%~97
（2）轉輪直徑的確定
4.52m
其中—原型機的效率， =m+3%=87.9%+3%=90.9%
m—模型機效率；
q11—限制工況點上的的單位流量
hr—電站的設計水頭
取水輪機轉輪標準直徑=5m
（3） 根據模型水輪機的最高效率及標準直徑計算原型水輪機的最高效率
= 1-（1-0.92） =95.3%
d1m—模型水輪機轉輪直徑
（4）計算效率修正值
=95.3%-92%=3.3
（5）校核單位引數是否需要修正
=-1=1.56%＜3%
單位引數不需要修正
（6）計算原型水輪機最優工況下的單位轉速
水輪機知識
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水輪機常識
早在西元前100年前後，中國就出現了水輪機的雛形 水輪，用於提灌和驅動糧食加工器械。現代水輪機則大多數安裝在水電站內，用來驅動發電機發電。在水電站中，上游水庫中的水經引水管引向水輪機，推動水輪機轉輪旋轉，帶動發電機發電。作完功的水則通過尾水管道排向下游。水頭越高 流量越大，水輪機的輸出功率也就越大。...
水輪機試題
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