水轮发电机计算单
发电机型号：
设计时间 :2011-10-29 16:01:58
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序号名称变量结果单位
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一. 基本数据
1.1 额定数据
1.101 额定功率 Pn 2000 (kW)
1.102 额定功率因素 cosθn .8
1.103 额定容量 SN 2500 (kVA)
1.104 额定电压 UN 6300 (V)
1.105 相电压 Uθ 3637.307 (V) 1.106 额定电流 IN 229.114 (A) 1.107 相电流 Iθ 229.114 (A) 1.108 额定转速 nN 750 (r/min) 1.109 飞逸转速 nr 4 (r/min)
1.110 额定频率 fN 50 (Hz)
1.111 极数 2p 8
1.112 相数 M 3
1.113 飞轮力矩 GD2 737.895 (kN.m) 1.114 无功功率 Pr 1500.0000 (kW) 1.115 机械时间常数 Tmec 5686.403 (s) 1.115 重量估算 Gr 5.645 (t)
1.2 定子铁芯和转子磁极铁芯尺寸
1.201 定子铁芯外径 Dl 173 (cm)
1.202 定子铁芯内径 Di 132 (cm)
1.203 定子槽宽度 bs 1.68 (cm)
1.204 定子槽高度 hs 7.48 (cm)
1.205 定子槽楔高度 hk .5 (cm)
1.206 定子线圈单边绝缘厚度δi .265 (cm)
1.207 定子铁芯径向通风槽宽度及通风槽数 bvnv 9 (cm)
1.208 无通风槽的定子铁芯长度 l 45 (cm)
1.209 各段铁芯长度不相等时相邻通风槽的平均距离 tv 5.4 (cm)
1.3 定子绕组数据
1.301 定子槽数 Z 108
1.302 每极每相槽数 q 4.5
1.303 每项并联支路数 a 1
1.304 每槽有效导体数 Ns 6
1.305 每支路电流 Ia 229.114 (A)
1.306 定子线圈线规
2.24x4.75
1.307 定子槽电流 Is 1374.684 (A) 1.308 电负荷 A 358.1979 (A/cm) 1.309 绕组节距 Y 11
1.310 短距系数β .815
1.311 每相串联匝数 Wθ 108
1.312 每支路有效导体截面积 Ac 61 (mm)
1.313 定子绕组的电流密度 J 3.756 (A/mm) 1.314 热负荷 AJ 1345.3913 (A/cm.mm) 1.315 定子铁芯总长度 lt 54 (cm)
1.316 定子绕组端部每半匝平均长度 lE 78.0079 (cm) 1.317 定子绕组每匝平均长度 lc 264.016 (cm) 1.318 定子绕组每相电阻 r(15) .082007 (Ω) 1.319 定子绕组每相电阻 r(75) .101689 (Ω)
1.4 励磁绕组数据
1.404 励磁绕组铜线线规 af 3.15 (mm)
1.405 励磁绕组铜线线规 bf 2
2.4 (mm)
1.406 励磁绕组铜线截面积 Af 70.56 (mm)
1.407 励磁绕组每极匝数 Wf 53.5
1.408 励磁绕组每极匝数长度(单排线圈) lcf 199.5 (cm)
1.409 励磁绕组电阻 Rf(15) .2123 (Ω)
1.410 励磁绕组电阻 Rf(75) .2633 (Ω)
1.411 励磁绕组电阻 Rf(120) .3015 (Ω)
1.412 励磁绕组电阻 Rf(130) .31 (Ω)
1.413 极弧半径 Rp 56.7516 (cm)
2.106 极靴宽度 bp 36 (cm)
2.126 极靴高度 hp 5.5 (cm)
2.127 极身宽度 bm 2
3.5 (cm)
2.128 极身高度 hm 21 (cm)
1.5 阻尼绕组数据
1.401 阻尼条节距 t2 3.07 (cm)
1.402 阻尼绕组槽开口宽度 bsh 3 (mm)
1.403 阻尼绕组槽开口高度 hsh 3 (mm)
1.413 每极阻尼条数 nB 7
1.414 阻尼条直径 dB 14 (mm)
1.415 圆阻尼条截面积 AB 1.5386 (cm)
1.416 阻尼条长度 lB 73 (cm)
1.417 阻尼环厚度 aR 10 (mm)
1.418 阻尼环宽度 bR 50 (mm)
1.419 阻尼环截面积 AR 500 (mm)
1.420 阻尼环平均直径 DR 1304 (mm)
1.421 直轴阻尼绕组电阻(标幺值) RDd* .02
1.422 交轴阻尼绕组电阻(标幺值) RDq* .0154
二. 空载磁势计算
2.1 磁路计算
2.101 定子齿顶处齿距 t1
3.8378 (cm) 2.102 极距η 51.836 (cm) 2.103 气隙δ .8 (cm)
2.104 比值δ/η .0154
2.105 比值δmax/δ 1.5
2.107 极弧系数αp .694
2.108 定子1/3齿高处齿距 t1/3
3.9828 (cm) 2.109 定子1/2齿高处齿距 t1/2
4.0553 (cm) 2.110 定子齿顶处齿宽 bt 2.1578 (cm) 2.111 定子1/3齿高处齿宽 bt1/3 2.3028 (cm) 2.112 定子1/2齿高处齿宽 bt1/2 2.3753 (cm) 2.113 定子轭高 hj 12.52 (cm) 2.114 定子轭磁路长 Lj 62.9884 (cm) 2.115 定子铁芯叠压系数 KFE .94
2.116 定子铁芯有效长度 lef 42.3 (cm)
2.117 比值 lt/η 1.0417
2.118 定子铁芯边缘段阶梯形高度 a1 0 (cm)
2.119 定子铁芯边缘段阶梯形宽度 c1 0 (cm)
2.120 定子铁芯计算长度 Lt＇ 54 (cm)
2.121 主极极靴长度 lp 54 (cm)
2.122 主极极身长度 lm 54 (cm)
2.123 主极极靴计算长度 lp＇ 55.6 (cm)
2.124 轴向气隙计算长度 l0 54.8 (cm)
2.125 计算气隙δ＇ .933 (cm) 2.129 磁极压板厚度δp 4.5 (cm)
2.130 磁极铁芯计算长度 lm＇ 58.5 (cm)
2.131 磁极结构尺寸 ap 6.25 (cm)
2.132 磁极结构尺寸 dt
3.8455 (cm) 2.133 磁极结构尺寸 cp 12.8173 (cm) 2.134 磁极结构尺寸ηm 15.148 (cm) 2.135 定子齿重 GFet 633.1094 (kg) 2.136 定子轭重 GFej 216
4.694 (kg) 2.137 磁极压板截面积 Ap 74.025 (cm) 2.138 磁极铁芯截面积 Am 1378.98 (cm)
2.2 空载特性计算
2.201 绕组基波短距系数 Kp1 .9579
2.202 绕组基波分布系数 Kd1 .95626
2.203 绕组基波系数 Kdp1 .916
2.204 基波磁通θ1 .1656 (Wb)
2.205 磁场波形系数 kθ .9858
2.206 极弧磁通系数 kλ .9202
2.207 空载额定电压时的每极磁通θ .1632 (Wb)
2.208 空载额定电压时极靴部分的磁通θλ .1502 (Wb) 2.209 极靴上气隙的平均磁通密度 Bδ .7614 (T)
2.210 定子1/3齿高处的磁通密度 Bt1/3 1.6458 (T)
2.211 定子1/2齿高处的磁通密度 Bt1/2 1.5958 (T)
2.212 定子轭的磁通密度 Bj 1.5408 (T)
2.213 定子齿的气隙系数 kδ1 1.1462
2.214 定子铁芯径向通风槽的气隙系数 kδ2 1.0728
2.215 转子阻尼绕组槽的气隙系数 kδ3 1.0248
2.216 总气隙系数 kδ 1.2601
2.217 定子齿的磁位降 Ft 1092.08 (A)
2.218 定子轭的磁位降 Fj 2519.536 (A) 2.219 磁极漏磁系数ζm 1.1748
2.220 极身根部磁通θm .1917 (Wb)
2.221 极身根部的磁通密度 Bm 1.3902 (T)
2.222 极靴的漏磁系数ζp 1.0576
2.223 极身上部的磁通θp .173 (Wb)
2.224 极身上部的磁通密度 Bp 1.255 (T)
2.225 磁极的平均磁通密度 Bm1/2 1.3564 (T)
2.226 磁极的磁位降 Fm 1139.5 (A)
2.227 转子轭与磁极接缝处的磁位降 Fj2 695.1 (A)
2.228 气隙磁位降 Fδ 14322.5224 (A) 2.229 额定电压下的空载磁位降 Ff0 19768.7384 (A) 2.230 定子绕组漏抗 Xζ .0637
三. 负载磁势计算
3.1 短路和额定千伏安cosθ=0时的磁势计算
3.101 短路电流为额定电流时的磁位降 Fk 13561.8953 (A) 3.102 短路比 Kc 1.4577
3.103 定子绕组总漏抗 Xζt .1082
3.104 cosθ=0时对应额定电压Uθ的每极磁通θ＇ .1736 (Wb)
3.105 气隙平均磁通密度 Bδ＇ .8099 (T)
3.106 空气隙的磁位降 Fδ＇ 1523
4.8449 (A) 3.107 定子轭的磁通密度 Bj＇ 1.6389 (T)
3.108 定子轭的磁位降 Fj＇ 4383.9926 (A) 3.109 定子齿的磁通密度 Bt1/3 1.7506 (T)
3.110 定子齿的磁位降 Ft1/3 1675.52 (a)
3.111 磁极漏磁系数ζm＇ 1.3056
3.112 极靴的漏磁系数ζp＇ 1.1008
3.113 极身根部的磁通密度 Bm＇ 1.6963 (T)
3.114 极身上部的磁通密度 Bp＇ 1.4385 (T)
3.115 磁极的平均磁通密度 Bm1/2 1.6319 (T)
3.116 磁极的磁位降 Fm＇ 2803.7 (A)
3.117 转子轭与磁极接缝处的磁位降 Fj2＇ 848.15 (A)
3.118 额定千伏安.cosθ=0过励时的总磁位降Σ 37595.7581 (A)
3.2 用图解法确定额定负载时的磁势
3.201 额定励磁磁动势 Ffn 33018.0919 (A)
四. 励磁数据
4.01 空载额定电压时的励磁电流 If0 184.7546 (A) 4.02 额定负载时的励磁电流 Ifo 308.5803 (A) 4.03 额定负载时励磁绕组的电流密度 Jf 4.3733 (A/cm) 4.04 空载时励磁绕组的滑环电压 Uf0 39.2234 (V)
4.05 额定负载时励磁绕组的滑环电压 UfN 9
5.6599 (V)
4.06 集电环上的励磁电压增长速度ΔUf 191.3198 (V/s) 4.07 直流励磁机的额定电压 Uf 10
5.2259 (V) 4.08 直流励磁机的额定电流 If 339.4383 (A) 4.09 直流励磁机的额定功率 Pf 35.7177 (kW) 4.10 励磁系统的顶置电压 Ufmax 191.3198 (V) 4.11 直流励磁机的最大励磁电流 Ifmax 877.6251 (A) 4.12 直流励磁机的瞬时最大功率 Pfmax 167.9071 (kW)
五. 损耗和效率
5.1 空载损耗
5.101 空载额定电压时定子齿中铁耗 PFet 3.4261 (kW)
5.102 空载额定电压时定子轭中铁耗 PFej 8.3511 (kW)
5.103 空载额定电压时极靴表面
附加损耗(叠片或实心磁极) PFepo 2.8552 (kW)
5.104 空载时总损耗 PFe 14.6324 (kW)
5.2 短路损耗
5.201 并联股线间的环流系数 Kr .006272
5.202 并联股线间的环流系数ε .37498
5.203 涡流损耗系数 Ks .0105
5.204 定子绕组费立德系数 KF 1.0168
5.205 短路电流为额定电流时磁场三
次谐波在定子齿中的磁通密度 B3 2805.0193 (T) 5.206 短路电流为额定电流时磁场三次
谐波在定子齿中引起的附加损耗 Pt3 1.7286 (kW) 5.207 额定电流时定子绕组铜耗 Pcu 16.014 (kW) 5.208 额定电流时双层定子绕组铜耗 Pcus .2686 (kW) 5.209 短路电流为额定电流时定子磁场中齿谐波
在极靴表面及阻尼绕组中产生的附加损耗 Ppt .1143 (kW) 5.210 短路电流为额定电流时定子绕组磁势中
高次谐波在极靴表面产生的附加损耗 Pkv .0558 (kW) 5.211 短路电流为额定电流时在定
子此压板及端盖上的附加损耗 Pad .2395 (kW) 5.212 短路电流为额定电流时的总损耗 Pk 18.4208 (kW)
5.3 励磁损耗
5.301 额定负载，额定电压
额定功率因数时的励磁损耗 Pcuf 25.6891 (kW)
5.4 机械损耗(摩擦损耗及通风损耗)
5.401 风摩损耗 Pfv 11.4305 (kW) 5.402 总机械损耗(包括风摩损耗) Pmec 51.4305 (kW)
5.5 效率
5.501 总损耗Σ 84.4837 (kW) 5.502 发电机额定负载时的效率η 95.947
六. 温度计算
6.1 定子温度计算
6.101 铁耗在定子内圆产生的单位热负载 W1 .7241 (W/cm) 6.102 铜耗在定子内圆产生的单位热负载 W2 .342 (W/cm) 6.103 铜耗在线圈表面产生的单位热负载 W3 .0679 (W/cm) 6.104 铁芯对空气的温升θFe 33.8543 (K) 6.105 线圈绝缘温度降θi 11.246 (K) 6.106 线圈端部表面对空气的温升θE 24.9225 (K)
6.107 定子有效部分的最高温升θmax 45.1 (K)
6.108 定子线圈对空气的平均温升θcu 39.2131 (K)
6.2 转子温度计算
6.201 励磁损耗在磁极线圈侧表面产生的单位热负载 W2＇ 1.0985 (W/cm) 6.202 转子线圈的电负荷 A2 868.8972 (A/cm) 6.203 转子线圈的表面热系数 W〃 .0195 (W/cm℃) 6.204 转子线圈对空气的温升θf 56.3333 (K)
七.经济指标
7.01 发电机定子有效铁重 GFe 2797.8034 (kg) 7.02 定子绕组铜重 Gcu 464.4031 (kg) 7.03 励磁绕组铜重 Gcuf 536.2104 (kg) 7.04 阻尼条重量 GB 55.9792 (kg) 7.05 阻尼环重量 GR 36.4416 (kg) 7.06 发电机有效铜重 Gcut 1093.0343 (kg) 7.07 发电机单位容量有效铁重量 gfe 1.1191 (kg)
7.08 发电机单位容量有铜铁重量 gcu .1858 (kg)
八. 电抗和时间常数的计算
8.1 电抗的计算
8.101 定子绕组矩形波磁动势 Fa 12012.8686 (At) 8.102 定子绕组直轴电枢反应系数 Kad 1.053
8.103 定子绕组电枢反应直轴磁动势 Fad 12649.550625 (At) 8.104 直轴电枢反应电抗 Xad .883193
8.105 定子交轴与直轴电枢反应基波磁通之比 Kq .49
8.106 交轴电枢反应电抗 Xaq .489046
8.107 定子绕组漏抗 Xζ .0637
8.108 直轴同步电抗 Xd .946893
8.109 交轴同步电抗 Xq .552746
8.110 极靴之间漏磁导λpl .448165
8.111 极身之间漏磁导λml .762477
8.112 磁极端面之间漏磁导λmb .148632
8.113 磁极总漏磁导λm+p 1.359274
8.114 瞬变过程磁极总漏磁导Λ 1.002604
8.115 励磁绕组总电抗 Xζ2 1.006472
8.116 励磁绕组漏抗 Xζf .123279
8.117 直轴瞬变电抗 Xd＇ .171879
8.118 交轴瞬变电抗 Xq＇ .552746
8.119 阻尼绕组直轴漏抗(开口槽) Xζd .079476
8.120 阻尼绕组交轴漏抗 Xζq .059607 8.121 直轴超瞬变电抗 Xd〃 .098062 8.122 交轴超瞬变电抗 Xq〃 .116831 8.123 负序电抗(当短路时) X2 .107036 8.124 负序电抗(外接大电抗时) X2 .005728 8.125 零序电抗 X0 .031276 8.126 定子绕组电阻(标幺值) R* .006405 8.127 励磁绕组电阻(标幺值) Rf* .001416
8.2 时间常数的计算
8.201 定子绕组开路时励磁绕组的时间常数 Tdo＇ 2.2636 (s) 8.202 定子绕组和励磁绕组开路时
直轴阻尼绕组的时间常数 TDdo＇ .1533 (s) 8.203 定子绕组开路时交轴阻尼绕组的时间常数 TDqo＇ .1135 (s) 8.204 定子绕组短路时励磁绕组的时间常数 Td＇ .4109 (s) 8.205 定子绕组开路时，励磁绕组短路时
直轴阻尼绕组的时间常数 Tdo〃 .0299 (s) 8.206 定子绕组及励磁绕组短路时
直轴阻尼绕组的时间常数 Td〃 .0171 (s) 8.207 定子绕组短路时交轴阻尼绕组的时间常数 Tq〃 .024 (s) 8.208 励磁绕组短路时定子绕组的时间常数 Ta .0532 (s) 8.209 机端三相短路时瞬变电流衰减时间常数 Td3＇ .4109 (s) 8.210 机端三相短路时超瞬变电流衰减时间常数 Td3〃 .0171 (s) 8.211 机端三相短路时定子电流
非周期分量衰减时间常数 Ta3 .053 (s) 8.212 机端两相短路时瞬变电流衰减时间常数 Td2＇ .599 (s) 8.213 机端两相短路时超瞬变电流衰减时间常数 Td2〃 .022 (s) 8.214 机端两相短路时非周期分量衰减时间常数 Ta2 .0532 (s) 8.214 机端单相短路时瞬变电流衰减时间 Td1＇ .647 (s) 8.214 机端单相短路时超瞬变电流衰减时间 Td1〃 .0228 (s)
冲击式水轮机毕业设计任务书、基本资料和指示书 河海大学水电学院动力系 二○○六年三月
冲击式水轮机毕业设计 任务书 一、设计内容 根据给定的原始资料，对指定的电站、指定的原始参数进行该电站的机电初步设计，包括：电站装机机型的比较设计和参数选择，调节保证计算及调速设备选择，该电站的辅助系统设计和电气一次系统初步设计。 二、时间安排 1、电站装机机型比较设计4周 2、调节保证系统1周 3、辅助系统2周 4、专题 1.0周 5、电气部分2周 6、成果整理1周 7、评阅答辩1周 8、机动0.5周 总计12.5周 三、成果要求 1、设计说明书：说明设计思想，方案比较，参考资料及最终结果。 2、设计计算书：设计计算过程，计算公式，参数选取的依据，计算结果。 3、图纸：主机部分厂房纵剖图，配水环管装配图，水系统图，气系统图和油系统图，电气主接线图及专题部分图纸，规格为1号图，其中主机部分厂房纵剖图及配水环管图要求既要画出手工图纸又要CAD图，其他全部CAD图。 冲击式水轮机毕业设计 资本资料 一、田湾河电站 田湾河位于四川甘孜州康定县、雅安市石棉县境内，为大渡河中游的一级支流，发源于贡嘎山西侧，主源莫溪沟由北向南流，在魏石达先后有贡嘎沟和腾增沟分别自左、右岸汇入后始称田湾河。下行至界碑石进入石棉县境内并有环河自右岸汇入，经草科、田湾在两河口注入大渡河。 整个田湾河开发方案规划为干、支流“两库四级”开发。整个梯级从上至下依次由巴王海、仁宗海、金窝和大发四级水电站组成。业主提出整体开发田湾河的思想，计划在2007年内完成仁宗海、金窝、大发三个梯级水电站的建设。 仁宗海水库水电站位于康定县和石棉县交界处，工程为混合式开发。电站龙头水库坝址位于仁宗海口上游约400m处，水库正常蓄水位2930m，总库容1.09亿m3，调节库容0.91亿m3，水库具有年调节性能；引水隧洞长约7.5km；地下厂房厂址位于界碑石下游约650m，距田湾河河口约30km。仁宗海水库电站工程已于2003年开工，第一台机组计划投产日期2007
水斗式水轮机选型实例 水斗式水轮机选型实例(20080710修改) 2006年曾经写过一篇，方法不再累述，这次的就修改一下，简要说说这2年半来选型的趋势，与时俱进吧。 首先更改一下以前的实例5，最后的型号居然是186/4*12.5.，不好意思，东电哈电的业绩确实太难得到了。 下面是摘抄的各个水斗式生产厂家近2年比较典型的对外宣传业绩: 总的说来具有一下趋势: 1、A475被广泛的应用，基本在600米以下开始取代A237了。横比各个厂家的业绩看出A475成了首选，看来A475比A237的优势被广泛认同。 2、在600~800米水头出现了A870，有几个电站的实例了。 3、在1000米水头段出现了105，有5个以上电站的实例运行了。 4、出现了一些新的型线代号，很多是国外进口转轮的代号。如 A1085 244 520 K001 DF01 T5317 等(新型号有些是厂家自己取的名字，真实性不敢肯定) 5、选型出现了追求价格不计性能的趋势。这个不支持。比如325米 4250千瓦选择105/2*12.5 ;210米2500千瓦选择100/2*12 ;370米4000千瓦110/2*10等等。这样选型都不出问题，什么才会出问题呢,大厂都这样了，小厂是一直都有这种趋势。这2年来钢材上涨的价格吓人，而厂家也在增多，行业价不升反降，分蛋糕的越来越多，所以技术含量不高的厂家报的价格基本都是白菜价了～～～大厂也开始饥不择食了，小机器一样也做。 6、单位转速普遍在39.5~41之间。至于原因上文说到的新的理论已经出版了，名字是《水斗式水轮机基础理论与设计》，书里面有说明。至于485米60MW 选217.2/6*18.1有点太偏颇了。
水轮发电机基本知识介绍 一. 关于发电机电磁设计 水轮发电机电磁设计的任务是按给定的容量、电压、相数、频率、功率因数、转速等额定值和其他技术要求来确定发电机的有效部分尺寸、电磁负荷、绕组数据及性能参数等。 水轮发电机电气参数的选择，主要依据电力系统对电站电气参数和主接线的要求，同时根据《水轮发电机基本技术条件》、《导体和电器设备选择设计技术规定》等相关规范来选择，当然也要根据具体电站的要求。 在电磁设计过程中考核的几个主要参数：磁密，定、转子线圈温升，短路比，主要电抗，效率，飞轮力矩。 二. 电磁设计需要输入的基本技术数据 （一）额定容量、有功功率、无功功率和功率因数的关系 Φ--发电机输出电流在时间相位上滞后于电压的相位角 额定容量S=√3U N I N =22Q P 有功功率P=√3U N I N cos φ=S ·cos φ 无功功率Q=√3U N I N sin φ=S ·sin φ cos φ= S P （二）发电机的电磁计算需要具备以下基本的额定数据： 功率/容量，功率因数，电压，转速（极数），频率，相数，飞轮力矩（转运惯量） 1. 额定容量（视在功率）或者额定功率（有功功率）
S=φ cos P （kV A / MV A ） P=水轮机额定出力×发电机效率 （kW / MW ） 发电机的容量大小更直接反映发电机的发电能力。有功功率结合功率因数才能完整反映发电机的输出功率能力。 2. 额定功率因数cos φ 发电机有功功率一定时，cos φ的减小，可以提高电力系统稳定运行的功率极限，提高发电机的稳定运行水平；同时由于增大了发电机的容量，发电机造价也增加。相反，提高额定功率因数，可以提高发电机有效材料的利用率，并可提高发电机的效率。近年来由于电力系统容量的增加，系统装设同步调相机和电力电容器来改善其功率因数，以及远距离超高压输电系统使线路对地电容增大，发电机采用快速励磁系统提高稳定性，使发电机额定功率因数有可能提高。 取值：0.8，0.85，0.875，0.9，国内大容量多取0.85~0.9，国外发达国家多取0.9~0.95。 灯泡式水轮发电机由于受结构尺寸限制，功率因数较一般水轮发电机的取值高，以减小气隙长度，提高通风冷却效果。 (1) 一般水轮发电机 GB/T7894-2009 水轮发电机基本技术条件：
一、水轮机选型计算的依据及其基本要求.....................................................................1 1 水轮机选型时需由水电勘测设计院提供下列原始数据.................................1 2 水轮机选型计算应满足下述基本要求......................................................1 二、反击式水轮机基本参数的选择计算..................................................................1 1 根据最大水头及水头变化范围初步选定水轮机的型号.................................1 2 按已选定的水轮机型号的主要综合特性曲线来计算转轮参数.................................1 3 效率修正..........................................................................................4 4 检查所选水轮机工作范围的合理性.........................................................4 5 飞逸转速计算....................................................................................5 6 轴向推力计算....................................................................................5 三、水斗式水轮机基本参数的选择计算......................................................10 1 水轮机流量.......................................................................................10 2 射流直径d 0.......................................................................................10 3 确定D1/d 0.......................................................................................10 4 水轮机转速n ....................................................................................10 5 功率与效率................................................................................................11 6 飞逸转速..........................................................................................12 7 水轮机的水平中心线至尾水位距离A ......................................................12 8 喷嘴数Z 0的确定....................................................................................12 9 水斗数目Z1的确定.................................................................................12 10 水斗和喷嘴的尺寸与射流直径的关系...................................................13 11 引水管、导水肘管及其曲率半径.........................................................13 12 转轮室的尺寸..............................................................................14 A 水机流量..........................................................................................17 B 射流直径.............................................................................................17 C 水斗宽度的选择..........................................................................................17 D D/B 的选择.............................................................................................17 E 水轮机转速的选择.......................................................................................17 F 单位流量的计算..........................................................................................17 G 水轮机效率................................................................................................18 H 飞逸转速................................................................................................18 I 转轮重量的计算..........................................................................................18 四、调速器的选择.............................................................................................20 1 反击式水轮机的调速功计算公式.....................................................................20 2 冲击式水轮机的调速功计算公式.....................................................................20 五、阀门型号、大小的选择.................................................................................21 1 球阀的选择................................................................................................21 2 蝴蝶阀的选择 (22) 目 录
水轮发电机计算单 发电机型号： 设计时间 :2011-10-29 16:01:58 ======================================================================= 序号名称变量结果单位 ======================================================================= 一. 基本数据 1.1 额定数据 1.101 额定功率 Pn 2000 (kW) 1.102 额定功率因素 cosθn .8 1.103 额定容量 SN 2500 (kVA) 1.104 额定电压 UN 6300 (V) 1.105 相电压 Uθ 3637.307 (V) 1.106 额定电流 IN 229.114 (A) 1.107 相电流 Iθ 229.114 (A) 1.108 额定转速 nN 750 (r/min) 1.109 飞逸转速 nr 4 (r/min) 1.110 额定频率 fN 50 (Hz) 1.111 极数 2p 8 1.112 相数 M 3 1.113 飞轮力矩 GD2 737.895 (kN.m) 1.114 无功功率 Pr 1500.0000 (kW) 1.115 机械时间常数 Tmec 5686.403 (s) 1.115 重量估算 Gr 5.645 (t) 1.2 定子铁芯和转子磁极铁芯尺寸 1.201 定子铁芯外径 Dl 173 (cm) 1.202 定子铁芯内径 Di 132 (cm) 1.203 定子槽宽度 bs 1.68 (cm) 1.204 定子槽高度 hs 7.48 (cm) 1.205 定子槽楔高度 hk .5 (cm) 1.206 定子线圈单边绝缘厚度δi .265 (cm) 1.207 定子铁芯径向通风槽宽度及通风槽数 bvnv 9 (cm) 1.208 无通风槽的定子铁芯长度 l 45 (cm) 1.209 各段铁芯长度不相等时相邻通风槽的平均距离 tv 5.4 (cm) 1.3 定子绕组数据 1.301 定子槽数 Z 108 1.302 每极每相槽数 q 4.5 1.303 每项并联支路数 a 1
水轮机 水轮机+ 发电机：水轮发电机组 功能：发电 水泵+ 电动机：水泵抽水机组 功能：输水 水泵+ 水轮机：抽水蓄能机组。 功能：抽水蓄能 水轮发电机组：水轮机是将水能转变为旋转机械能，从而带动发电机发出电能的一种机械，是水电站动力设备之一。 第一节水轮机的工作参数 水轮发电机组装置原理图 定义：反映水轮机工作状况特性值的一些参数，称水轮机的基本参数。 由水能出力公式：N=9.81ηQH可知，基本参数：工作水头H(m)、流量Q(m3/s)、出力N(kw)、效率η，工作力矩M、机组转速n。 一、水头(head)：作用于水轮机的单位水体所具有的能量，或单位重量的水体所具有的势能，更简单的说就是上下游的水位差，也叫落差。142米 1. 毛水头(nominal productive head) H M=E U-E D=Z U - Z D 2. 反击式水轮机的工作水头
毛水头 - 水头损失=净水头 H G =E A - E B =H M - h I -A 3. 冲击式水轮机的水头 H G =Z U - Z Z - h I-A 其中Z U 和Z Z 分别为上游和水轮机喷嘴处的水位。 4. 特征水头(characteristic head) 表示水轮机的运行范围和运行工况的几个典型水头。 最大工作水头： H max =Z 正-Z 下min -h I-A 最小工作水头： H min =Z 死-Z 下max -h I-A 设计水头(计算水头) H r ：水轮机发额定出力时的最小水头。 平均水头： H av =Z 上av -Z 下av 二、流量(m 3/s)(flow quantity)：单位时间内通过水轮机的水量Q 。单机12.2m 3/s Q 随H 、N 的变化：H 、N 一定时， Q 也一定； 当H =H r 、N =N 额时，Q 为最大。 在H r 、n r 、N r 运行时，所需流量Q 最大，称为设计流量Q r 三、出力 (output and)：水轮机主轴输出的机械效率。N(KW)： 指水轮机轴传给发电机轴的功率。 水轮机的输入功率 (水流传给水轮机的能量),即水流效率，与a.作用于水轮机的有效水头；b.单位时间通过水轮机的水量，即流量Q ；c.水体容重γ成正比。其公式为：QH QH N w 8.9==γ γ指水体容重（即单位容积水所具有的重力，比重）： 水的比重=1000kg/m 3、G=9.8N/Kg γ=9800N/m 3 )(8.9)/(9800)/(9800)()/()/(33kw QH s J QH s m N QH m H s m Q m N N w ==?=??=γ 水轮机的输出功率：ηηQH N N w 8.9== 四、效率(efficiency )：输入水轮机的水能与水轮机主轴输出的机械能之比，又叫水轮机的机械效率、能量转换效率。η
冲击式机组水轮机安装概述与流程 冲击式水轮机适用水头100-1000米，是水从压力水管经喷嘴，形成一股射流冲击水轮机转轮旋转作功。水斗式水轮机具有结构紧凑、运行稳定、操作方便等特点。是适合于高水头、小流量的水电站。在冲击式水轮机中，以工作射流与转轮相对位置和做功次数的不同，可分为切击式水轮机、斜击式水轮机和双击式水轮机：1．切击式水轮机，其工作射流中心线与转轮节圆相切，故名切击式水轮机；其转轮叶片均由一系列呈双碗状的水斗组成，故又称水斗式水轮机。切击式水轮机是目前冲击式水轮机中应用最广泛的一种机型。其应用水头一般为300m-2000m，目前最高应用水头已达1771.3m（澳大利亚的列塞克—克罗依采克水力蓄能电站，水轮机出力P=22.8MW），挪威塞马(Sima)水电站新近安装的水轮机刚刚试验完成,已记录出力为31万瓦——奥斯陆的制造商克维诺伯拉杰称之为世界记录。在水头为1126米时机组的额定出力为25.7万瓦,在试验期间,当水头为1136米时,该水轮机获得更高的出力。2．斜击式水轮机，其主要工作部件和切击式水轮机基本相同，只是工作射流与转轮进口平面呈某一个角度α，射流斜着射向转轮。斜击式水轮机适用于水头在35～350m、轴功率为10～500kw、比转速s =18～45的中小型水电站。3. 双击式水轮机，水流先从转轮外周进入部分叶片流道，付出大约70%～80%的动能，然后离开叶道，穿过转轮中心部分的空间，又二次进入转轮另一部分叶道又付出余下的大约20%～30%的动能。这种水轮机效率低，一般只适用于H<60m，N<150kW的小型水电站。综上所述，冲击式水轮机适用于高水头小流量的水力条件。它是19世纪后期，随着水工技术的不断发展，人们已能建造高的水Word 资料
高水头小容量水轮发电机组的选型设计(一) 摘要：根据三斗水库电站水轮机组为高水头、小容量的特点，结合溪屯溪水电站群在建瓯市电力系统中为辅助调频电站的情况，走访主要水轮发电机组设备制造厂，在机组订货和施工设计时就采取相应改进措施。投运后，达到设计要求，机组运行状况良好，经济效益可观。关键词：小型水电站水轮发电机组小型水轮机高水头水轮机水轮机选型经济效益１工程简况三斗水库为建瓯市溪屯溪流域水电资源开发规划的龙头水库，总库容５３０万ｍ３，兴利库容４３７万ｍ３，为年调节水库。电站压力引水隧洞长２１６０ｍ，明敷压力钢管长４３８ｍ，最高水头２００．４３ｍ，设计水头１７４．７ｍ，最低发电水头１５２．９ｍ，设计流量１．８４ｍ３／ｓ，装机容量２×１２５０ｋＷ。多年平均发电量８２７．５８万ｋＷ·ｈ，Ｐ＝７５％保证出力６９０ｋＷ，设备年利用小时３３１０ｈ，水库及电站概算总投资２０３７万元。 三斗水库电站及赤坑水电站（装机２０００ｋＷ）为溪屯溪规划开发的第一期工程，１９８６年１２月动工，赤坑电站于１９９８年５月竣工发电，三斗电站于１９９９年９月开始试运行。 ２水轮发电机组的选型设计 三斗水库电站设计水头１７４．７ｍ，单机容量１２５０ｋＷ，为高水头、小容量水轮发电机组，查“中小型反击式水轮机使用范围综合图”，本电站水轮机选择在冲击式水轮机范围。冲击式水轮机具有构造简单、出力变化时对机组效率影响较小等优点，特别是其折向器的作用对调保有利，可节省调压井等水工建筑物的造价，但其转速低，机组体积大；混流式水轮机则其转速高，机组体积小，且运转可靠效率较高，并有适应水头范围宽的优势，还可利用尾水管回收能量，减少厂房开挖工程，但在低负载时机组效率降低较多。经机型选择计算，初选了ＣＪＡ２３７－Ｗ－１２５／１４．５水轮机，配套ＳＦＷ１２５０－１４／１７３０发电机和ＨＬＤ５４－ＷＪ－５５水轮机，配套ＳＦＷ１２５０－４／１１７０发电机两种机型。 走访闽、浙、赣三省主要水轮发电机设备制造厂，厂家表示两种机型均可生产供货，对高转速机组的运行都有所担心，推荐本站采用冲击式机组。初步报价两种机型的水轮机和发电机主设备价格相差悬殊，冲击式１套１４１．２万元，混流式１套只７０万元。初设中经两种机型的辅助设备配套和水工建筑物不同方案的投资对比，在造价上选用混流式机组仍可节省８４．２万元；此外选用ＨＬＤ５４－ＷＪ－５５水轮机在本站的水力条件下，运行区域很理想，溪屯溪水电站群在建瓯市电力系统中为辅助调频电站，对有水库调节的更应发挥顶峰作用，一般时间在较高出力区运行，既使水库水位变化，机组也运行在较高效率区内，为此初设推荐选用ＨＬＤ５４－ＷＪ－５５配ＳＦＷ１２５０－４／１１７０水轮发电机组。３小转轮高转速混流式水轮发电机组的运 行问题和改进措施选用混流式水轮发电机组，其额定转速达到１５００ｒ／ｍｉｎ，其运行状况是我们最为关注的问题，据设备生产厂家介绍，当时浙、赣两省尚没有相近规模高水头小转轮高转速的水电站，仅福建水力发电设备厂制造安装在龙岩大片溪水电站（Ｈ＝１７７．７ｍ，ＨＬＤ５４－ＷＪ－６０，ＳＦＷ１６００－４／１１７０）和漳平岭兜水电站（Ｈ＝１８０ｍ，ＨＬＡ１７９－ＷＪ－６０，ＳＦＷ１６００－４／１１７０）有４台机组水力条件和装机规模相近，机组额定转速为１５００ｒ／ｍｉｎ，并已建成发电。 经现场考察，两站４台机组均已投产１年以上，运行中主要问题为：机组转速高、噪音大，轴承温度偏高（推力轴承６３℃，导轴承５５℃），轴承润滑油为油泵供油外循环水冷却系统，设置了重力油箱、回油箱、油泵及冷却水池等设施，不仅增加投资加大运行维护工作量，而且供油或供水系统发生故障时易发生烧瓦事故或被迫停机维修而影响正常发电。 在机组订货和施工设计时，经与福建水力发电设备厂设计、生产、经营有关人员多次协商探
附录A （资料性附录） 水轮机实时仿真系统采用的计算公式、计算方法 A.1计算公式 A.1.1水轮机单位流量表达式 （A.1）A.1.2水利局单位力矩表达式 (A.2) A.1.3水轮机单位转速计算表达式 （A.3） A.1.4水轮机流量、力矩计算表达式 （A.4） （A.5）A.1.5相对参数值计算公式 用角标“0”表征稳态性；“r”表征额定值；“”表征偏差值则有： （A.6） (A.7) (A.8) （A.9） （A.10）
（A.11） （A.12） （A.13） （A.14） 在线性化假设条件下导叶相对开度，由以上公式可由水轮机相对单位转速、流速、力矩计算公式： （A.15） （A.16） （A.17） A.1.6差分方程的计算公式（见图A.1） （A.18） 式中： Y——输出信号； X——输入信号； S——拉氏算子。 差分后有： （A.19） 由时刻的输入信号值及时刻的输出信号值可计算出时刻的输出信号值。
图A.1参数的差分计算 A.2水轮机力矩、流量特征矩阵的计算公式 A.2.1水轮机的单位力矩特性及流量单位特性 输入至计算机的水轮机特性原始数据应具有制动工矿区的信息，由此特性（图A.2）可有参数表A.1，并按规定格式输入计算机。 图A.2 混流式水轮机单位力矩及流量特性示例 表A.1水轮机单位力矩及流量表
（A.20）显然各参数是导叶开度的函数，相雷地用n-1次多项式表征，当时，有： (A.21) 由式（A.21）可以归纳出在表格中各结点上的参数和，这些参数构成了求解有关系数的已知条件，并可有矩阵关系式： (A.22) (A.23) (A.24) （A.25） 矩阵称作水轮机流量和力矩的特性矩阵，矩阵中各素和分布规律综合表达了不同类型水轮机的流量和力矩对导叶开度和转速变化的敏感程度。水轮机流量、力矩特性矩阵的表达式为： (A.26)
冲击式水轮机 说 明 书
一、概述 1、冲击型水轮机适合于高水头电站，它的喷咀与转轮分水刃在同一平面上，射流方向为转轮园周的切线方向，来自压力管的水经喷咀转换为高速射流，切向冲击转轮的水斗，推动转轮旋转作功。再通过发电机转化为电能。 该型水轮机的转轮高出尾水面，不存在因汽蚀要求开挖的问题，不用尾水管、蜗壳和复杂的导水机构。因此，具有结构简单、维护管理方便、运行可靠等优点。 2、本机采用弹性联轴器和发电机直联或与发电机同轴，旋转方向从发电机向水轮机看为顺时针方向。 3、本机采用水力性能较好的62°/45°长喷咀和90°喷水弯管及引水弯管。 二、水轮机主要零部件结构和作用 该型水轮机由主机、喷咀机构、引水部分、折向机构等主要部分组成。 1、主机部分包括有：转动部件，轴承部件和机壳部件。 转动部件有转轮、主轴、飞轮、弹性联轴器、甩水环等主要另件。 转轮是水轮机的心脏，转轮的特性对水轮机的性能起着决定性的作用。转轮采用整铸结构。水斗中间有一道分水刃，它使射向水斗的水流均匀地向两边分开，以减少水流碰撞损失，在水斗顶端有一个缺口，以免上一个水斗的射流冲击下一个水斗。 飞轮和弹性联轴器连成一体。装设飞轮的目的在于增加机组的转动惯量和稳定性。甩水环可以止住水流沿着轴向溢出。 轴承采用滑动轴承。在两轴承中间支承着转轮，轴承主要用来承受机组转动部分的重量和径向力。滑动轴承的轴瓦是上下两瓦，装在轴承座里，用46#透平油以主轴旋转带动油环旋转带油润滑。轴承底座的油池内必须随时保持一定的润滑油。必要时，立即补充或更换。 机壳部件有机座与机盖。机座通过轴承来支承机组转动部分的重量。机座前面装有咀嘴机构，在靠近折向器的地方，机座上开有圆孔，供观察水流和折向器工作情况。 2、喷咀机构装在机座前面，包括有喷咀部件和手、电动调器执行部分。 喷咀部件有喷咀、喷针、喷水弯管、导流支架、平衡活塞、封水压环、喷针杆等
三相电机 额定电压U=380V，f=50HZ,机座号Y132，输出P2=8KW， p=4极 1.型号：Y132M 2.输出功率：P N=8KW 3.相数：m1=3 4.接法： 5.相电压：Uφ=380V 6.功电流：I w=P2×103 m1UΦ=8×103 3×380 =7.018A 7.极对数：p=2 8.定子槽数：Z1=36 9.转子槽数：Z2=32 10.定子每极每相槽数：Q p1=Z1 2pm1 =36 2×2×3 =3 11.定子外径：D1=21cm 定子内径：D i1=13.6cm 气隙长度：δ=0.4mm 转子外径：D2=13.52cm 13.6-0.04*2=13.52cm 转子内径：D i2=4.8cm 定子槽型：半闭口圆底槽 定子槽尺寸：b o1=0.35cm b1=0.67cm h o1=0.08cm R1=0.44cm h12=1.45cm
转子槽形：梯形槽 转子槽尺寸：b o2=0.1cm b r1=0.55cm b r2=0.3cm h o2=0.05cm h r12=2.3cm 12.极距：τ=πD i1 2p =3.1415×13.6 4 =10.681cm 13.定子齿距：t1=πD i1 Z1=3.1415×13.6 36 =1.187cm 14.转子齿距：t2=πD2 Z2=3.1415×13.52 32 =1.327cm 15.气隙长度：δ=0.04cm 16.转子斜槽距：b sk=t1=1.187cm 17.铁芯长度：l=16cm 18.铁芯有效长度：无径向通风道：l ef=l+2δ=16.08cm 19.净铁芯长：无径向通风道：l Fe=K Fe l=0.95*16=15.2cm K Fe=0.95（不涂漆）
水轮机甩负荷定义 中文名称： 甩负荷 英文名称： load rejection 定义： 机组在运行中突然失去负荷。由于导叶来不及迅速关闭，导致机组的转速与蜗壳压力升高，而尾水管的压力则降低或真空度加大。应用学科： 电力（一级学科）；水力机械及辅助设备（二级学科） 以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布 甩负荷的英语对应翻译为：load shedding 甩负荷分为两种，一种是主动甩负荷：当电网提供的有功大大小于系统需要的有功，主动甩掉部分不重要的负荷，提高电网供电质量。一种是故障甩负荷，发生这种事故的原因除了电网不正常之外，发电机的主开关跳闸、汽机主汽门脱扣等都是引起该事故的原因。当电站突然甩去大量负荷时，二回路蒸汽流量急剧下降，使一回路冷却剂温度及压力迅速上升。这就是甩负荷事故。 在水电站中甩负荷是一种常见的现象。水轮发电机组发生甩负荷后，巨大的剩余能量使机组转速上升很快，调速器迅速关闭导叶，并
经过一段时间的调整，重新稳定在空载工况下运行。在甩负荷过程中，除了调节保证计算所关心的最大转速上升值和最大水击压力上升值外，还要对甩负荷动态过程品质指标的优劣进行考核。 1.1、转速上升时间:机组甩100%额定负荷后，由于剩余能量巨大，转速上升很快。正常情况下，调速器以最大速度关闭导叶到零开度，转速上升时间tM=tc+tn，其中：tc为调速器迟滞时间，取决于调速器的死区大小、机组转速的上升速率以及运行工况等，调速器在非限制条件下，tc一般大约在0.2s～0.3s。tn为调保计算中的升速时间，被定义为自导叶开始动作到最大转速所经历的时间。升速时间tn取决于水轮机主动力矩和机组惯性力矩之比，即与机组特性有关。采用比转速(ns)统计法有：为相对升速时间，τn=0.9-0.00063·ns。可以看出，相对升速时间τn随比转速的增加而减少，即低比转速、高水头水轮机相对升速时间大，高比转速、低水头水轮机相对升速时间小。T′s为导叶直线关闭时间。由于迟滞时间tc 较升速时间tn小得多，一般情况下，可将转速上升时间tm等同于调保计算中的升速时间tn看待。根据统计资料大多机组的tm=(2～6)s 。 1.2、转速下降时间(tD) 它表示机组甩负荷后，导叶直线关闭到零并一直保持到零开度(相当于机组紧急停机)情况下，自最高转速下降到空载转速区域为止的时间，或称为最快转速下降时间。在最高转速之前，机组处于水轮机工况，之后，进入制动和反水泵工况，转轮
（一）水轮机型号的选择 根据题目条件已知要用HL120-38和HL100-40型水轮机进行选择，对比计算分别如下： （二）水轮机主要参数的计算 HL120-38型水轮机方案主要参数的计算 1、转轮直径的计算 1D = 式中： '3112500;240; 380/0.38/r r N kW H m Q L s m s ==== 同时在附表1中查得水轮机模型在限制工况的效率=88.4%M η，由此可初步假定水轮机在该工况的效率为90.4% 将以上各值代入上式得 10.999D m = = 选用与之接近而偏大的标准直径1 1.00D m =。 2、效率修正值的计算 由附表一查得水轮机模型在最优工况下的max =90.5%M η，模型转轮直径10.38M D m =，则原型水轮机的最高效率max η可依下式计算，即 max max =1M ηη-（1- 1(10.93593.5%=--== 考虑到制造工艺水平的情况取11%ε=；由于水轮机所应用的蜗壳和尾水管的型式与模型基本相似，故认为20ε=，则效率修正值η?为： max max 10.9350.9050.010.02M ηηηε?=--=--= 由此求出水轮机在限制工况的效率为： 0.8840.020.904M ηηη=+?=+=（与原来假定的数值相同） 1、 转速的计算
1 n = 式中''' 10101M n n n =+? 有附表一查得在最优工况下的' 1062.5/min M n r =，同时由于 '1'10110.0160.03M n n n ?====< 所以'1n ?可以忽略不计，则以' 1062.5n =代入上式得： 973.3/min n r = = 选用与之接近而偏大的标准同步转速1000/min n r =。 2、 工作范围的验算 在选定的1 1.00D m =、1000/min n r =的情况下，水轮机的' 1max Q 和各种特征水头下相 应的'1n 值分别为： ' 3 1max 3232 2 21 125000.3790.38/9.8112400.904 9.81r r N Q m s D H η = = =
第二节冲击式水轮机和反击式水轮机工作原理的异同点冲击式水轮机的工作原理与反击式水轮机相同点是，均是利用水流与转轮叶片的作用力和反作用力原理将水流能量传给转轮，使转轮旋转释放出机械能。冲击式水轮机与反击式水轮机工作原理显著的不同点是： 1. 在冲击式水轮机中，喷管（相当于反击式水轮机的导水机构）的作用是：引导水流，调节流量，并将液体机械能转变为射流动能。而反击式水轮机的导水机构，除引导水流，调节流量外，在转轮前形成一定的旋转水流，以满足不同比转速水轮机对转轮前环量的要求。 2. 在冲击式水轮机中，水流自喷嘴出口直至离开转轮的整个过程，始终在空气中进行。则位于各部分的水流压力保持不变（均等于大气压力）。它不像反击式水轮机那样，在导水机构、工作轮以及转轮后的流道中，水流压力是变化的。故冲击式水轮机又称为无压水轮机，而反击式水轮机，称之为有压水轮机。 3. 在反击式水轮机中，由于各处水流压力不等，并且不等于大气压力。故在导水机构、转轮及转轮后的区域内，均需有密闭的流道。而在冲击式水轮机中，就不需要设置密闭的流道。 4. 反击式水轮机必须设置尾水管，以恢复压力，减小转轮出口动能损失和进一步利用转轮至下游水面之间的水流能量。而冲击式水轮机，水流离开转轮时已流速很小，又通常处在大气压力下,因此它不需要尾水管。从另一方面讲，由于没有尾水管，使冲击式水轮机比反击式水轮机少利用了转轮至下游水面之间的这部分水流能量。 5. 反击式水轮机的工作转轮淹没在水中工作，而冲击式水轮机的工作轮是暴露在大气中工作，仅部分水斗与射流接触，进行能量交换。并且，为保证水轮机稳定运行和具有较高效率，工作轮水斗必须距下游水面有足够的距离（即足够的排水高度和通气高度）。 6. 在冲击式水轮机中，因工作轮内的水压力不变，故有可能将工作轮流道适当加宽，使水流紧贴转轮叶片正面，并由空气层把水流与叶片的背面隔开。这样，可使水流不沿工作轮的整个圆周进入其内，而仅在一个或几个局部的地方，通过一个或几个喷嘴进入工作轮。由于工作叶片流道仅对着某个喷嘴时被水充满，而当它转到下一个喷嘴之前，该叶片流道中的水已倾尽，故水流沿叶片流动不会发生紊乱。 7. 冲击式水轮机的工作轮仅部分过水，部分水斗工作，故水轮机过流量较小，因而在一定水头和工作轮直径条件下，冲击式水轮机的出力比较小。另外，充实水轮机的转速相对比较低（这是由于转轮进口绝对速度大，圆周速度小）、出力小，导致了较低的比转速，故冲击式水轮机适用于高水头小流量的场合。
混流式水轮机比转速越高，转轮叶片数越少X 混流式水轮机在部分负荷时尾水管内压力脉动比满负荷时尾水管内压力脉动大√ 轴流转桨式水轮机的最大出力主要受空化条件的限制，因此在模型综合特性曲线上不作出力限制线√ 对于反击式水轮机，高比转速水轮机在偏离最优工况时效率下降比低比转速水轮机慢√水轮机工况相似，则水轮机比转速必然相等，反之，亦然× 水轮机的装置空化系数越大，水轮机越不容易发生汽蚀× ZZ式水轮机保持协联关系时的单位飞逸转速较不保持协联关系时的单位飞逸转速大× 水轮机的比转速越大，导叶的相对高度越小× 吸出高度Hs越小，水轮机的安装位置越低，水轮机的抗汽蚀性能越差X 低比转速混流式转轮有D1>D2，高比转速混流式转轮有D1小于D2 √ 高比转速水轮机导水机构中的相对水力损失比低比转速水轮机导水机构中的相对水力损失大√ 同一个系列的水轮机，它们限制工况点的比转速Ns相同√ 低比转速Ns的混流式水轮机转轮流道狭窄，用一元理论设计比较合理√ 水轮机的相似条件是：除几何相似外，还要同时满足动力相似，因此在水轮机模型试验时，必须满足原模型水轮机的Sh，Re，Fr，Er四个相似准则数相同× 混流式水轮机转轮内的水流轴面流线是近似与水轮机轴线保持平行的直线× 两台水轮机工况相似的充要条件是：两台水轮机的过流部分形状相似，几何尺寸成比例× 由于尾水管能够使水轮机转轮出口处水流能量有所降低，故尾水管能创造能量× 在同样水头条件下，轴流式水轮机比混流式水轮机具有更小的吸出高度√ 冲水轮机比转速越高，其应用水头越低击式水轮机工作轮在与水流进行能量交换时，仅接受了水流的动能√ 水轮机比转速越高，其应用水头越低√ 轴流式水轮机导叶相对高度（b0/D1）随水头的提高而增大× 在反击式水轮机中，混流式水轮机的应用水头范围最为广泛，贯流式水轮机应用水头较低，常用于潮汐电站 水斗式水轮机的过流部件有喷嘴、喷针、转轮、折向器和机壳。 水轮机牌号XLN200-LJ-300表示转轮型号为200的斜流可逆式水泵水轮机，立轴，金属蜗壳，转轮直径为300CM 金属蜗壳按其制造方法有焊接、铸焊和铸造三种类型。 为提高水斗式水轮机的比转速，常采用提高水头高度、增加喷嘴个数、 、增加射流直径途径来实现。 以n11，Q11 为纵、横坐标轴的特性曲线称为模型综合特性曲线，以H,P 为纵、横坐标轴的特性曲线称为运转综合特性曲线。 混流式转轮按制造加工方法的不同可分为、和三种。 冲击式水轮机喷管型式主要有水斗式和斜击式两种。 水轮机的基本工作参数主要有水头H 、流量Q 、出力P、效率η和转速n。 空蚀对金属材料表面的侵蚀破坏有机械作用、化学作用和电化作用三种。 混流式水轮机转轮基本上由上冠、下环、叶片、上下止漏装置、泄水锥和减压装置组成水轮机蜗壳可分为金属蜗壳和混凝土蜗壳两种。 两个水轮机的液流力学相似的三个条件：几何相似、运动相似和动力相似。
85MW高转速水轮发电机转子设计 【摘要】发电机转子是水轮发电机组中的关键部件，对于大容量、高转速转子结构设计更是行业内研究的重点和难点。本文重点介绍GD-3电站转子结构设计特点、关键部件应力分析及结构优化成果，为同类高转速水轮发电机转子结构设计提供参考、借鉴和经验交流。 【关键词】高转速转子；结构特点；应力分析 Design of 85MW High Speed Hydro Generator Rotors HU Jin-xiuHU Xiang-fu （DEC DongFeng Electric Machinery Co.，LTD. Leshan Sichuan，614000，China） 【Abstract】Generator rotor is the key component among the hydro generating unit. The structural design for the rotor with large capacity and high speed is the focus and difficulty of the research in industry. In this paper, the structural design characteristics of generator rotor and the stress analysis and structural optimization result of the key components for GD-3 Project in Ethiopia are presented for the purpose of reference and experience exchange for the structural design of high speed hydro generator rotors of similar kind. 【Key words】High Speed Rotor; Structural Characteristics; Stress Analysis 1电站概述 埃塞俄比亚GD-3水电站位于埃塞俄比亚首都亚的斯南部，装设3台单机容量85MW的立轴混流式水轮发电机组。发电机机型为SF85-14/5000，水轮机型号HLA892-LJ-245，最大水头273m，采用密闭自循环双路径向无风扇端部回风冷却系统。具有上、下两个导轴承，推力轴承与上导轴承合用一个油槽，布置在上机架推力油槽内。该电站单机容量大、转速高，飞逸工况下发电机转动部件的最大线速度高达168.37 m/s。发电机设计时，需确保各主要受力部件满足发电机在各种工况下运行的安全稳定性，同时还需考虑其工艺性和经济性。高转速、大容量水轮发电机的结构设计，特别是转子结构设计一直是行业内研究的重点和难点，它的性能好坏直接影响整个机组的安全稳定运行。 GD-3电站发电机主要技术参数: 额定容量100MV A 额定功率85MW