混流式水轮机

第一章 灯泡贯流式水轮机的结构

灯泡贯流式水轮机是贯流式水轮机的主要类型之一。1919年初，美国工程师哈尔扎(Harza)首先提出其设计理念。经过瑞士爱舍维斯公司(Escher Wyss)公司近20年的研究，于1936年研制成功，并开始生产。该水轮机应用水头一般在25m以下，主要应用于潮汐电站，近年来逐渐应用到江河上的低水头电站。贯流式水电站是开发低水头水力资源较好的方式。它与中、高水头水电站和低水头立轴的轴流式水电站相比，具有如下显著的特点。 1．效率高、结构简单、施工方便

贯流式水轮发电机组从进水到出水方向基本上轴向贯通，不拐弯，流道尺寸大而短，过流通道的水力损失少，效率高，结构简单，施工方便。 2．尺寸小

贯流式水轮机有较大的比转速，所以在水头和功率相同的条件下，贯流式水轮机的直径要比转桨式水轮机的小10％左右。 3．土建投资少

贯流式水电站的机组结构紧凑，与同一容量的轴流转桨式机组相比，其尺寸较小，可布置在坝体内，取消了复杂的引水系统，可以减少厂房的建筑面积，减少电站的开挖量和混凝土用量。根据有关资料分析，土建费用可以节省20％～30％。 4．运行方式多

贯流式水轮机适合作可逆

水电站课程设计

一：计算水轮机安装高程

参考教材，立轴混流式水轮机的安装高程Zs的计算方法如下：

Zs????Hs?b0/2

式中??为设计尾水位，取正常高尾水位1581.20m；b0为导叶高度，1.5m；

Hs为吸出高度，m。

其中，Hs?10.0???(?m???)H 900式中，?为水轮机安装位置的海拔高程，在初始计算时可取为下游平均水位的海拔高程，设计取1580m；

?m为模型气蚀系数，从该型号水轮机模型综合特性曲线（教材P69)查得?m=0.20，

??为气蚀系数的修正值，可在教材P52页图2-26中查得??=0.029；

H为水轮机水头，一般取为设计水头，本设计取H=38m。水头Hmax及其对应工况的?m进行校核计算。

Hs?10.0?1580??(?m???)H=10.0--(0.2+0.029)?38=-0.458 900900Zs????Hs?b0/2=1581.20-0.458+1.5/2=1581.49m。

二：绘制水轮机、蜗壳、尾水管和发电机图

2.1水轮机的计算

图1.1 转轮布置图

如图所示，可得HL240具体尺寸：

表1.11 转轮参数表

D1 D2 D3 D4 D5 D6 b0 h1 h2 h3

第1章

概论

（一） 单项选择题

1．水轮机的工作水头是（ ）。

（A）水电站上、下游水位差

（B）水轮机进口断面和出口断面单位重量水流的能量差 2．水轮机的效率是（ ）。

（A）水轮发电机出力与水流出力之比 （B）水轮机出力与水流出力之比 3．反击式水轮机是靠（ ）做功的。

（A）水流的动能 （B）水流的动能与势能 4. 冲击式水轮机转轮是（ ）。

（A）整周进水的 （B）部分圆周进水的 5．喷嘴是（ ）水轮机的部件。

（A）反击式 （B）冲击式 （二）填空题

1．水电站中通过 把水能转变成旋转机械能，再通过 把旋转机械能转变成电能。 2．水轮机分为 和 两大类。 3．轴流式水轮机分为 和 两种。

4．水轮机主轴的布置形式有 和 两种。 5．冲击式水轮机有

ZD760-LM/LMY-40型水轮机机组性能参数表

装置角 Ф0 +50 水头 （m） 3.5 4.5 5.5 3.4 4.3 5.0 3.2 4.2 4.9 水 轮 机 流量 出力 转速 （m3/s） （kW） （rpm） 0.56 16.2 840 0.65 24.1 1000 0.67 30.6 1000 0.62 16.8 784 0.69 23.9 880 0.77 30.7 1000 0.66 16.4 760 0.76 24.7 870 0.87 32 1000 发电机 效率 % 84 84 84 81 82 81 79 79 77 型 号 SF12-6/368 SF18-6/368 SF26-6/423 SF12-6/368 SF18-6/368 SF26-6/423 SF12-6/368 SF18-6/368 SF26-6/423 调速器 手动 自动 传动 方式 间联 直联 直联 间联 间联 直联 间联 间联 直联 +100 手动 TT75 +150 ZDT03-LM/LMY-60型水轮机机组性能参数表

装置角 0Ф 水头 （m） 3.8 4.5 5.3 6.7 7.2 3.5 4.1 4.9 5.8

1、水轮机工作水头：水轮机水头是水轮机进口断面和出口断面之间水流能量的差值（落差）

2、水轮机的效率：由于水流流经水轮机进行能量交换时会产生一定的损耗，因此水流流经水轮机的出力会小于水流出力，水轮机出力和水流出力之比称为水轮机的效率。

3、水轮机蜗壳包角:蜗壳从进口起到鼻端（末端）为止的环绕水轮机座环的总角度。 4、水轮机吸出高度:水轮机叶片背面压力最低点K到下游水面的垂直高度。符号：Hs，单位：m。

5、水轮机单位转速、单位流量、单位功率

单位转速 n11 ：表示D1=1m，Hηs=1m时该水轮机实际转速 单位流量Q11 ：表示D1=1m，Hηs=1m实际有效流量

单位功率N11 ：表示同系列的水轮机D1=1m，有效水头Hηs=1m时水轮机的出力 6、空化现象：当液体温度一定时，降低压力到某一临界压力时，液体也会汽化或溶解于液体中的空气发育形成空穴，这种现象称为空化。空化过程可以发生在 液体内部，也可以发生在固定边界上。

7、空蚀现象：空蚀是指由于空泡的溃灭，引起过流表面的材料损坏。在空泡溃灭过程中伴随着机械、电化、热力、化学等过程的作用。

8、空化和空蚀的关系：空蚀是空化的直接后果，先空化后空蚀，空化可以发生在液体内部，也可以发生在

水 轮 机（Turbine） 型 号 Type 叶片转角 BladeAngle Ф 水头 Head （m） 流量 Discharge （m3/s） 转速 功率 效率 Speed Power Efficency % （rpm） （kW） 发电机 Generator 调速器 Governor +50 5.5 6.2 7.5 5.3 6.5 7.5 5.6 5.8 7.8 5.5 6.2 7.2 5 4.72 5.01 5.48 5.90 6.13 6.86 7.32 7.58 8.07 7.60 8.54 8.93 8.41 375 375 426.8 375 375 426.8 375 375 426.8 300 375 375 300 1 229 276 362 276 353 455 358 451 550 356 452 550 353 90 90.5 90 90 90.5 90.3 89 89.2 89 87 87 87.2 85.5 SFW200-16 SFW250-16 SFW320-14 SFW250-16 SFW320-16 SFW400-14 SFW320-16 SFW400-16 SFW500-14 SFW32

1、水轮机工作水头：水轮机水头是水轮机进口断面和出口断面之间水流能量的差值（落差）

2、水轮机的效率：由于水流流经水轮机进行能量交换时会产生一定的损耗，因此水流流经水轮机的出力会小于水流出力，水轮机出力和水流出力之比称为水轮机的效率。

3、水轮机蜗壳包角:蜗壳从进口起到鼻端（末端）为止的环绕水轮机座环的总角度。 4、水轮机吸出高度:水轮机叶片背面压力最低点K到下游水面的垂直高度。符号：Hs，单位：m。

5、水轮机单位转速、单位流量、单位功率

单位转速 n11 ：表示D1=1m，Hηs=1m时该水轮机实际转速 单位流量Q11 ：表示D1=1m，Hηs=1m实际有效流量

单位功率N11 ：表示同系列的水轮机D1=1m，有效水头Hηs=1m时水轮机的出力 6、空化现象：当液体温度一定时，降低压力到某一临界压力时，液体也会汽化或溶解于液体中的空气发育形成空穴，这种现象称为空化。空化过程可以发生在 液体内部，也可以发生在固定边界上。

7、空蚀现象：空蚀是指由于空泡的溃灭，引起过流表面的材料损坏。在空泡溃灭过程中伴随着机械、电化、热力、化学等过程的作用。

8、空化和空蚀的关系：空蚀是空化的直接后果，先空化后空蚀，空化可以发生在液体内部，也可以发生在

1、水轮机的基本工作参数都有哪些？

答：水头、流量、转速、出力、效率（每写对一个得2分）

2、水轮机的编号规则？

类型 比转速表示水轮型号 主轴布置形式 引水形式 以厘米表示的转轮直径（每写对一个得2分）

3、试简述一元理论，二元理论，三元理论。

一元理论：采用无穷叶片数及轴面速度沿过流断面均匀分布假定，流动状态只是转面流线长度坐标的函数。

二元理论：放弃一元理论中两个基本假设中的一个。

三元理论：完全放弃一元理论的两个基本假设，直接研究三维流场。 4、什么是蜗壳的最大包角、水轮机比转速、单位流量？

答：蜗壳最大包角指蜗壳的进口端面到蜗壳的鼻端所围成的角度。

水轮机比转速是指水轮机在水头为1m，出力为1kw时所具有的转速。

单位流量是指水轮机标称直径为1m，有效水头为1m时所具有的的流量。 5、按水流流经导叶与水轮机轴线的相对位置，导水机构可分为哪几种形式？ （1）径向式导水机构，水流方向与主轴垂直 （2）轴向式导水机构，水流方向与主轴平行 （3）斜向式导水机构，水流方向与主轴相交

6、水轮机的几个典型工作水头如何定义？

最大水头：是允许水轮机运行的最大净水头。

最小水头：是保证水轮机安全、稳定运行的的最小净水

浅谈水轮机选型计算

张 彪

(南宁广发重工集团发电设备公司 广西 南宁 530031)

摘要：简单介绍了水轮机的形式、适用范围、特点、水轮机选型的步骤、蜗壳、尾水管的尺寸计算及调速设备和油压装置的选择方法。阐述水轮机各种机型特点及水轮机技术参数之间的相互关系。 关键词：水轮机选型、蜗壳、尾水管、进水阀门、调速器、油压装置

原则

选型计算的一般原则概括为以下几点：

①所选定的水轮机应有较高的效率。不仅要选择效率高的转轮型号，而且还要根据水轮机的模型综合曲线和真机工作特性曲线选择工作范围最好的转轮，以保证水轮机运行时有较高的工作效能； ②所选定的水轮机转轮直径应较小。较小的转轮直径将使机组获得较高的转速，从而缩小机组尺寸，降低机组造价。 ③所选定的水轮机应有良好的汽蚀性能和工作稳定性(压力脉动小)。

④优先考虑套用已有型号转轮直径接近的机组。 内容

(1)、确定机组台数及单机容量 (2)、选择水轮机型式（型号）

(3)、确定水轮机参数D1、Q、n、Hs、ns、F、Z0、do。 (4)、绘制水轮机运转特性曲线

(5)、估算水轮机的外形尺寸、重量及价格、蜗壳、尾水管的形式、尺寸、调速器及油压装

置选择

(6)、根据选定水

浅谈水轮机选型计算

张 彪

(南宁广发重工集团发电设备公司 广西 南宁 530031)

摘要：简单介绍了水轮机的形式、适用范围、特点、水轮机选型的步骤、蜗壳、尾水管的尺寸计算及调速设备和油压装置的选择方法。阐述水轮机各种机型特点及水轮机技术参数之间的相互关系。 关键词：水轮机选型、蜗壳、尾水管、进水阀门、调速器、油压装置

原则

选型计算的一般原则概括为以下几点：

①所选定的水轮机应有较高的效率。不仅要选择效率高的转轮型号，而且还要根据水轮机的模型综合曲线和真机工作特性曲线选择工作范围最好的转轮，以保证水轮机运行时有较高的工作效能；

②所选定的水轮机转轮直径应较小。较小的转轮直径将使机组获得较高的转速，从而缩小机组尺寸，降低机组造价。

③所选定的水轮机应有良好的汽蚀性能和工作稳定性(压力脉动小)。

④优先考虑套用已有型号转轮直径接近的机组。 内容

(1)、确定机组台数及单机容量 (2)、选择水轮机型式（型号）

(3)、确定水轮机参数D1、Q、n、Hs、ns、F、Z0、do。 (4)、绘制水轮机运转特性曲线

(5)、估算水轮机的外形尺寸、重量及价格、蜗壳、尾水管的形式、尺寸、调速器及油压装

置选择

(6)、根据选定水