小型水電站水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)要點(diǎn)研究

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1、小型水電站水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)要點(diǎn)研究　　摘要：根據(jù)多年對(duì)小型水電站設(shè)計(jì)工作經(jīng)驗(yàn),本文提出了在小型水電站的水輪機(jī)設(shè)計(jì)選型工作中應(yīng)注意的一些問(wèn)題。由于水輪機(jī)汽蝕特性、自身能量特性和強(qiáng)度條件的限制，每種水輪機(jī)流量范圍和適用的水頭比較窄，只有在這窄區(qū)域內(nèi)運(yùn)行，才具備良好的性能。關(guān)鍵詞：小型水電站；水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)；轉(zhuǎn)輪計(jì)算中圖分類號(hào)：TV74文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A近年來(lái),隨著國(guó)家投入的增加,水電發(fā)展又迎來(lái)了一次高潮,各地迅速發(fā)展著小型水電站。小型水輪機(jī)選型與大型水輪機(jī)相比,不易引起工作足夠的重視,且在市場(chǎng)環(huán)境中受到影響較大。在已運(yùn)行的機(jī)組中,因選型造成的問(wèn)題也較多。小型水電站水輪機(jī)的設(shè)計(jì)選型工作在

2、當(dāng)前的形勢(shì)下如何做好,以及如何通過(guò)具體的轉(zhuǎn)輪計(jì)算來(lái)確定水輪機(jī)參數(shù)成為水輪機(jī)選型的關(guān)鍵。一、小型水輪機(jī)設(shè)計(jì)選型的方法和方式7選型工作對(duì)水輪機(jī)最為重要,是對(duì)水輪機(jī)合理參數(shù)確定。雖然容量不大,但小型水電站對(duì)于業(yè)主而言,其運(yùn)行效益仍是至關(guān)重要的。而影響電站運(yùn)行效益的重要因素是水輪機(jī)的性能參數(shù)。有以下兩種方法確定選擇水輪機(jī)的參數(shù):一種是根據(jù)模型資料和已有的水輪機(jī)型選擇水輪機(jī)；另一種是用比轉(zhuǎn)速作為重要依據(jù),以資料和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ),確定水輪機(jī)參數(shù),應(yīng)用統(tǒng)計(jì)比較的方法選擇。運(yùn)用這兩種方法選小型水輪機(jī)時(shí),均有一定的局限性。如選擇水輪機(jī)按照模型資料和已有的型譜,往往因?yàn)檎莆盏馁Y料不夠,對(duì)參數(shù)較優(yōu)

3、的機(jī)型無(wú)法選擇；而選擇水輪機(jī)根據(jù)預(yù)估算的參數(shù),則又容易與小型設(shè)備生產(chǎn)廠家生產(chǎn)制造能力、技術(shù)和掌握的機(jī)型脫節(jié),原因是缺乏針對(duì)性。二、計(jì)算轉(zhuǎn)輪方法有模型特性曲線綜合選擇法和圖表法兩種方法進(jìn)行選型反擊式水輪機(jī),圖表法可以分為應(yīng)用范圍圖法和性能表法。圖表法選擇:（一）、性能表法相關(guān)水輪機(jī)各種型號(hào)的性能,都是來(lái)自生產(chǎn)廠家提供的,將其產(chǎn)品,按額定流量、轉(zhuǎn)輪型號(hào)、額定水頭、轉(zhuǎn)輪直徑及額定轉(zhuǎn)速,每個(gè)廠家都列出水輪機(jī)性能表,如沒(méi)有設(shè)計(jì)水頭參數(shù)在水輪機(jī)性能表中,可進(jìn)行插值計(jì)算用相似定律,進(jìn)行選擇水輪機(jī)。例:水頭為74m的某電站設(shè)計(jì),選用HL-WJ-84型水輪機(jī)。沒(méi)有74m水頭的性能參數(shù)在這種型號(hào)

4、的水輪機(jī)的性能表中,H1=70m的性能為Q1=2.25m3/s,n1=587r/min,N1=1300kw由該型號(hào)水輪機(jī)性能表查出,代如相關(guān)參數(shù)到公式7Q2=Q1×√H2/√H1、n2=n1×√H2/√H1、N2=N1(H2×√H2)/(H1×√H1)分別得到:Q2=2.3m3/s、n2=603r/min、N2=1440kw(二)、應(yīng)用范圍圖法在對(duì)水輪機(jī)的粗選時(shí)該法多數(shù)使用,該法選擇水輪機(jī)主要是對(duì)水輪機(jī)系列應(yīng)用范圍利用,對(duì)水輪機(jī)選型此法僅局限于水電站項(xiàng)目建議書(shū)階段。選擇水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪采用以上兩法,都不夠準(zhǔn)確,選擇水輪機(jī)轉(zhuǎn)時(shí)為了準(zhǔn)確,在一個(gè)良好的工況點(diǎn)使水輪機(jī)能運(yùn)行,選擇水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪

5、只有用模型綜合特性曲線法。選擇反擊式水輪機(jī)利用模型綜合特性曲線的基本原理是:將原型水輪機(jī)的主要參數(shù)(轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)輪直徑等)根據(jù)相似定律計(jì)算公式先定出,再與水輪機(jī)的其他工作條件(流量范圍和水頭)相結(jié)合,把這些主要參數(shù),利用相似定律,反算成模型水輪機(jī)的參數(shù)(單位流量Q1′和單位轉(zhuǎn)速n1′等)。最后在模型水輪機(jī)的綜合特性曲線上把Q1′和n1′等數(shù)值標(biāo)定,以檢驗(yàn)對(duì)高率區(qū)工作所選水輪機(jī)能否滿足,若不能滿足,對(duì)主要參數(shù)應(yīng)重新選定,直至滿足為止。三、沖擊式水輪機(jī)基本規(guī)律研討（一）、沖擊式水輪機(jī)原理模型基本理論，為理論的沖擊式水輪機(jī)總綱，對(duì)一些認(rèn)識(shí)的困惑與混淆進(jìn)行排除，提出了新的觀點(diǎn)。在水斗式水

6、輪機(jī)的科研、結(jié)構(gòu)更新以至設(shè)計(jì)理論等方面給出了新的思路。7（二）、射流入射角相同的斜擊式水輪機(jī)基本原理模型中，同樣有其動(dòng)力性能最佳的方案，這是斜擊式水輪機(jī)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。但是，其最優(yōu)效率是隨射流入射角的加大而有規(guī)律下降，對(duì)應(yīng)之最優(yōu)速度比卻隨射流入射角的加大而增大。所以，實(shí)際斜擊式水輪機(jī)射流的設(shè)計(jì)入射角應(yīng)力求可能最小，而設(shè)計(jì)速度比則應(yīng)隨入射角的加大而相應(yīng)加大。（三）、據(jù)基本原理模型，入射角相同的沖擊式水輪機(jī)，它們的最高效率構(gòu)成一條有序變化的曲線。開(kāi)始時(shí)，隨速度比ψ的增大，效率急劇增高;隨后，速度比接近最優(yōu)速度比時(shí)效率變化平緩;超過(guò)最優(yōu)值之后，效率先是緩慢降低，此后則加快下降速度。最佳

7、速度比周圍，效率變化非常平緩。（四）、水斗式水輪機(jī)基本原理模型，在噴嘴效率為0.97時(shí)，其約為0.332%最高效率。于是，工作效率在原理模型轉(zhuǎn)輪上便是99.31%。而當(dāng)今實(shí)際為95%左右水斗式水輪機(jī)的最高效率。所以，水斗式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的實(shí)際效率約為92.78%，相差6.53%左右與理論極限值。轉(zhuǎn)輪工作中必不可免的諸多阻力若計(jì)及，則是存在提高效率的可能，但提高的空間也很有限。四、沖擊式水輪機(jī)基本原理模型與實(shí)際沖擊式水輪機(jī)7現(xiàn)實(shí)的水斗式水輪機(jī)，與原理模型有很大區(qū)別:轉(zhuǎn)輪直徑、射流直徑、水斗數(shù)均為有限值，水斗圍