混流式水轮机参数表(92%以上)
轴流式水轮机参数表
贯流式水轮机参数表
冲击式水轮机参数表
双击式水轮机参数表
斜击式水轮机参数表
相关转轮详细资料联系
题目：ZZ440水轮机转轮的水力设计 方法：奇点分布法 已知参数： ZZ440 —100转轮水力设计 一.确定计算工况 由模型综合特性曲线得到n110=115 (r/min ) ,Q110=820 ( l/s) zz440属于ns=325~875范围，为了使设计的转轮能在预期的最优工况下效 率最高，计算工况与最优工况的关系按下式确定： n1l=(1.2~1.4)n 110 =138~161 (r/min) n= n.,^ H / D1(1.2 ~ 1.4)n110寸百/ D r 721.3 ~ 841.5 ( r/min) 故选定n=750 ( r/min ) 则实际n11= ^D1143.49 V H Q11=(1.35~1.6)Q110=1.4 Q110=1148<1650 (l/s) Q Q11D2JH1.4Q110D W H 6.0 m3/s 二.确定各断面叶栅稠密度l/t 据P213页(-)pj ~ n s关系，当ns=440时，得t 综合考虑一下关系： (二」 t "pi3 取D1=1000mm，取6 个断面R1~R6 依次为255、303、351、399、447、495 水力设计内容： (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) 确定计算工况 确定各断面叶栅稠密度l/t 选定进出口轴面速度Cz沿半径的分布规律，确定各断面的选定 进出口环量r沿半径的分布规律，确定各断面的r 计算各断面进 出口速度三角形，求知、2 第一次近似计算及绘图 第二次近似计算 Cz1、Cz2 1、 n =91%, a om=18mm D1 a。 _ a0m 1m —18 39.13mm 0.46 (0.85~0.95片)Pj K 3(t)n (1.2 ~ 1.25 )n (\ K卩小的打
水轮机的选型设计 水轮机选型时水电站设计的一项重要任务。水轮机的型式与参数的选择是否合理，对于水电站的功能经济指标及运行稳定性，可靠性都有重要影响。 水轮机选型过程中，一般是根据水电站的开发方式，功能参数，水工建筑物的布置等，并考虑国内外已生产的水轮机的参数及制造厂的生产水平，拟选若干个方案进行技术经济的综合比较，最终确定水轮机的最佳型式与参数。 一：水轮机选型的内容，要求和所需资料 1：水轮机选择的内容 （1）确定单机容量及机组台数。 （2）确定机型和装置型式。 （3）确定水轮机的功率，转轮直径，同步转速，吸出高度及安装高程，轴向水推力，飞逸转速等参数。对于冲击式水轮机，还包括确定射流直径与喷嘴数等。（4）绘制水轮机的运转综合特性曲线。 （5）估算水轮机的外形尺寸，重量及价格。 wertyp9 ed\结合水轮机在结构、材质、运行等方面的要求，向制造厂提出制造任务书。 2.水轮机选择的基本要求 水轮机选择必须要考虑水电站的特点，包括水能、水文地质、工程地质以及电力系统构成、枢纽布置等方面对水轮机的要求。在几个可能的方案中详细地进行以下几方面比较，从中选择出技术经济综合指标最优的方案。 （1）保证在设计水头下水轮机能发生额定出力，在低于设计水头时机组的受阻容量尽可能小。 （2）根据水电站水头的变化，及电站的运行方式，选择适合的水轮机型式及参数，使电站运行中平均效率尽可能高。 （3）水轮机性能及结构要能够适应电站水质的要求，运行稳定、灵活、可靠，有良好的抗空化性能。在多泥沙河流上的电站，水轮机的参数及过流部件的材质要保证水轮机具有良好的抗磨损，抗空蚀性能。 （4）机组的结构先进、合理，易损部件应能互换并易于更换，便于操作及安装维护。 （5）机组制造供货应落实，提出的技术要求要符合制造厂的设计、试验与制造水平。 （6）机组的最大部件及最重要部件要考虑运输方式及运输可行性。 3.水轮机选型所需要的原始技术材料 水轮机的型式与参数的选择是否合理、是否与水电站建成后的实际情况相吻合，在很大程度上取决于对原始资料的调查、汇集和校核。根据初步设计的深度和广度的要求，通常应具备下述的基本技术资料： （1）枢纽资料：包括河流的水能总体规划，流域的水文地质，水能开发方式，水库的调节性能，水利枢纽布置，电站类型及厂房条件，上下游综合利用的要求，工程的施工方式和规划等情况。还应包括严格分析与核准的水能基本参数，诸如电站的最大水头Hmax、最小水头Hmin,加权平均水头Ha，设计水头Hr，各种特征流量Qmin、Qmax、Qa,典型年（设计水平年，丰水年，枯水年）的水头、流量过程。此外还应有电站的总装机容量，保证出力以及水电站下游水位流量关系曲线。 （2）电力系统资料：包括电力系统负荷组成，设计水平年负荷图，典型日负荷
轴流式水轮机埋件安装工艺导则 Guide for installation technology of embedded components of axial turbine DL/T5037—94 1994-11-14发布1995-03-01实施 中华人民共和国电力工业部发布 1总则 1.1本工艺导则是根据《水轮发电机组安装技术规范》(GB8564—88)，并结合常用典型结构而编制。 1.2本工艺导则适用于大中型轴流式水轮机埋件安装施工，采用分瓣就位组合的安装方式。如起重机起重量足够大时，也可采用分段或整体就位。 2一般规定 2.1设备安装前应进行全面清扫、检查，并复核设备高度尺寸。 2.2设备基础板的埋设，应用钢筋或角钢与混凝土钢筋焊牢，其高程偏差一般不超过－5mm，中心和分布位置偏差一般不大于10mm。水平偏差不大于1mm/m。 2.3调整用楔子板成对使用，搭接长度应在2/3以上。 2.4设备组合面和法兰连接面，应光洁无毛刺，合缝间隙用0.05mm塞尺检查，应不能通过；允许有局部间隙，用0.10mm塞尺检查，深度不应超过合缝宽度的1/3，总长不应超过周长的20%；连接螺栓及销钉周围不应有间隙。组合缝处的安装面错牙一般不超过 0.01mm。为防止漏水过水面组合缝应该封焊。 2.5安装用X、Y基准线标点及高程点，测量误差不应超过±1mm。中心测量所使用的钢琴线直径一般为0.3～0.40mm，其拉应力应不小于1200MPa。 2.6设备过水表面应平滑，焊缝应磨平。埋件与混凝土表面相接，应平滑过渡。 2.7根据设备尺寸选用测量工具和测量方法。 中心及圆度测量，一般选用带千分尺头的测杆，使用电测法(即带耳机的干电池回路。下同)。高程测量选用三级水准仪。 水平测量，尺寸较小时选用水平梁和合象水平仪，大中型支柱式座环选用带铟钢尺的一级水准仪。 2.8根据设备结构和土建施工程序，选择埋件加固方案，并随一期混凝土施工，埋设相应基础板和地锚。 2.9设备安装应在基础混凝土强度达到设计值的70%后进行。 2.10大中型轴流式水轮机埋件结构如图1、图2、图3所示。安装工艺流程如图4所示。若因施工需要，也可选用其他安装工艺流程(见附录A和附录B)。
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
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
浅谈牛栏口水电站轴流式水轮机转桨改定桨运行 摘要：牛栏口水电站实际投产以来，水头、流量、出力较为稳定，其转桨式水轮机受油器串油严重、油泵故障频繁、运行中产生大量的油雾，经常引起非计划停运。为此,电站要求对水轮机转轮由转浆式改为定浆式，重庆水轮机厂经过技术论证、现场试验，通过少量改动实现了水轮机转桨改定桨运行，去掉受油器，使机组长期稳定运行。 关键词：水电站；水轮机；转桨；定桨 1 前言 牛栏口水电站位于重庆市石柱县境内龙河干流河段，坝址距石柱县城约 16km。水库正常蓄水位517.0m,死水位515.0m，为径流式水电站。工程以发电为主，具有防洪、养殖、旅游等功能。电站主要由大坝、引水系统和地面式发电厂房三大部分组成。电站装机二台,总装机容量20MW。多年平均发电 量:6279×104kWh。水轮机采用ZZ450-LH-225型轴流转桨式水轮机，立轴、混凝土蜗壳，Г形平顶断面，包角225度，弯肘型尾水管，与发电机直连，俯视顺时针旋转。发电机型号为SF10-18/3900。调速器油压装置型号HYZ-2.5-4.0.额定压力4.0MPa。 1.1 电站水轮机目前存在的问题 （1）牛栏口电站转桨式水轮机运行时，桨叶开腔与关腔串油严重，检修维护量大，曾经引起非计划停运，对整机的安全运行产生很大的威胁。 （2）受油器操作油管摆度大，受油器密封经常损坏漏油和甩油;溅油盆自流排油不畅，导致油外溢到发电机定转子上，使设备既不清洁又影响安全运行，降低机组运行的可靠性。 （3）受油器两腔串油，油压装置油泵起动频繁，耗电量大。 （4）运行中在受油器的上支座内观察到大量的油雾产生，漫至整个发电机层，严重影响其它电气设备的安全运行。 （5）桨叶接力器活塞严重窜油。 1.2 转轮转桨改定桨的目的 牛栏口电站两台转桨式水轮机受油器两腔串油，油压装置油泵起动频繁, 受油器和油泵电机故障率高,溢油时有发生，油雾严重，严重影响水轮发电机组正常运行,电站年发电量降低。为此电站希望将水轮机转轮由转桨式改为定桨式，减少非计划停运，减少油泵启动次数，保证机组长时间可靠运行。 2 电站水轮机转轮由转桨改定桨技术分析 2.1原水轮机主要技术参数 2.2 水轮机转轮由转桨改定桨分析 （1）转桨与定桨优缺点 轴流转桨式水轮机桨叶由装在转轮体内的操作接力器控制，优点是可按水头和负荷变化作相应调整，可根据不同水头、流量按照最优规律运行，转轮的叶片安放角与活动导叶的开度协联，能在35～100%额定负荷范围内稳定运行，开停机平稳，在整个运行范围内效率较高。缺点是结构复杂，维护量大，易出现漏油、油雾及油泵启动频繁等问题。适用于水头、流量及负荷变化较大的电站。 轴流定桨式水轮机桨叶开度不能改变，优点是结构简单、安装方便、维护量小，不会出
第六章水轮机选型设计 由于各开发河段的水力资源和开发利用的情况不同，水电站的工作水头和引用流量范围也不同，为了使水电站经济安全和高效率的运行，就必须有很多类型和型式的水轮机来适应各种水电站的要求。 水轮机由于它自身能量特性、汽蚀特性和强度条件的限制，每种水轮机适用的水头和流量范围比较窄，要作出很多系列和品种（尺寸）的水轮机，设计、制造任务繁重，生产费用和成本也大。因此有必要使水轮机生产系列化、标准化和通用化，尽可能减少水轮机系列，控制系列品种，以便加速生产、降低成本。在水电站设计中按自己的运行条件和要求选择合适的水轮机。 一、水轮机选型设计的任务及内容 1．任务 水轮机是水电站中最主要动力设备之一，影响电站的投资、制造、运输、安装、安全运行、经济效益，因此根据H、N的范围选择水轮机是水电站中主要设计任务之一，使水电站充分利用水能，安全可靠运行。每一种型号水轮机规定了适用水头范围。水头上限是根据该型水轮机的强度和汽蚀条件限制的，原则上不允许超过；下限主要是考虑到使水轮机的运行效率不至于过低。 2．内容 (1) 确定机组台数及单机容量 (2) 选择水轮机型式（型号）及装置方式 (3) 确定水轮机的额定功率、转轮直径D1、同步转速n、吸出高度H s、安装高程Z a 、飞逸转速、轴向水推力；冲锤式水轮机，还包括喷嘴数目Z0、射流直径d0等。 (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) 根据选定水轮机型式和参数，结合水轮机在结构上、材料、运行等方面的要求，拟定并向厂家提出制造任务书，最终由双方共同商定机组的技术条件，作为进一步设计的依据。 二、选型设计 1．水轮机选型设计一般有三种基本方法 (1) 水轮机系列型谱方法: 中小型水电站水轮机选多此种方法或套用法。
水轮机转轮吊装安全技术措施 一、吊装技术措施 1、转轮拆出起吊前准备工作 1．1转轮室上半部已拆除。 1．2转轮泄水锥已拆除。 1．3受油器已解体，操作油管已拔出。 1．4四个叶片均已拆出吊至安装间。 1.5所有妨碍转轮调出的脚手架及其他妨碍物均已拆除绝无有可能被牵扯的物件。 1.6起吊场所照明充足，符合起吊要求。 1.7桥机经全面检查和维护，起吊、行走制动器制动灵活、可靠。 1.8桥机电气过流、过热保护继电器已经短接（禁止过流、过热跳闸失电）， 1.9桥机备用电源已经落实，且保证能按要求及时切入，以保证起吊过程中桥机不会失电。 1.10转轮吊出后的支墩、垫料准备齐全。 2、安装转轮吊装专用吊具。 3、采用一条L=10000，Φ=44的钢丝绳，通过二个破断载荷为125T的卸扣与转轮吊装专用工具连接，钢丝绳悬挂在桥机主钩上，主钩上悬挂一5T葫芦，此葫芦与转轮锥(runner cone)连接，转轮锥上采用M56×4的吊环及破断载荷为90T的卸扣。
4、通过桥机使钢丝绳达到刚受力的状态，并通过手拉葫芦调整转轮的水平。 5、松出转轮与大轴法兰的连接螺栓及定位销钉（拆前各连接螺栓付、位置标志清楚）。 6、桥机往下游方向移动，至转轮止口与大轴法兰脱开为止（须先使桥机受力，然后用千斤顶脱开止口，再移动桥机）。 7、将转轮吊运至安装间放置，转轮应用枕木垫放水平。 8、转轮吊装 8．1安装转轮专用吊具，并按转轮吊出时的要求装配起重设备。 8．2检查清洗大轴法兰面及转轮体法兰面和配合止口，组合面应用刀形样板平尺检查无高点、毛刺。将密封条粘到主轴法兰面的密封槽中，在法兰组合面、销钉和配合止口处涂很薄的一层厂方提供的涂料。 8．3拆除流道内妨碍转轮吊入的脚手架并搭设组合用平台。 8．4吊起转轮，利用手拉葫芦调整转轮的水平。 8．5将转轮吊至流道，旋转主轴来对正销钉位置。 8．6对称用四个联接销钉将转轮均匀地拉入配合止口，直到两者的组合面相接触。再对称装入四个联接螺栓。均匀拧紧联接螺栓，直至桥机吊钩松开后组合面不出现间隙，用0.02mm塞尺检查不能插入。 8．7桥吊松钩，拆掉转轮安装吊具。装入其联接螺栓，用测量螺栓伸长值控制螺栓预紧力。
转轮体通常用ZG30或ZG20MnSi 材料 轴流式水轮机转轮流道几何参数 一、设计工况和最优工况的关系： n n f 1111)4.12.1(～= Q Q f 1111)6.135.1(～= 式中－n f 11、Q f 11为设计工况的单位转速、单位流量； n 11、Q 11 为最优工况的单位转速、单位流量； （适当选取较大的单位转速、单位流量作设计工况参数） 二、叶栅稠密度t L （如下图所示）—比转速查算术平均值 栅距t ：Z R t 1 2π=→R-圆柱层面半径 z 1－转轮叶片数 翼型弦长L ：翼形后端点和翼形中线与前端交点的连线的长度 叶栅稠密度t L →是翼型弦长与栅距的比值： ａ.轮毂处的叶栅稠密度：)()()2.11.1(t L t L av B ～= （此时计算栅距ｔ中的R 为轮毂半径） ｂ.轮缘处的叶栅稠密度：)( )()95.085.0(A t L t L av ～= （此时计算栅距ｔ中的R 为转轮半径） ＿式中)(t L av 为叶栅稠密度的算术平均值（在下图取值）
三、转轮叶片数－算术平均值算叶片数 确定Z 1的原则是：不使叶片太长，且平面包角θ不太于90°；所谓平面包角－ 指叶片位于水平位置时，叶片进出水边所对应的中心角 当叶片栅稠密度确定后，Z 1按下式计算取整： )()(1360t L Z av θ= 当θ＝70°～90°时，Z 1与)()( L av 关系见下表： 四、转轮体 转轮体有环形与圆柱形两种外观形式： 球形转轮体（用于ZZ 式水机）时：转轮叶片内表面与转轮体之间的间隙较小，不同转角时间隙可保持不变。 圆柱形转轮体时：一般按最大转角确定转轮叶片与转轮体之间的间隙 附：相同直径下，采用球形转轮体的水机效率高于圆柱形转轮体水机
题目: ZZ440水轮机转轮的水力设计 方法： 奇点分布法 取D1=1000mm ，取6个断面R1~R6依次为 水力设计内容： （1） 确定计算工况 （2） 确定各断面叶栅稠密度l /t （3） 选定进出口轴面速度Cz 沿半径的分布规律，确定各断面的Cz1、Cz2 （4） 选定进出口环量Γ沿半径的分布规律，确定各断面的Γ1、Γ2 （5） 计算各断面进出口速度三角形，求W ∞、β∞ （6） 第一次近似计算及绘图 （7） 第二次近似计算 ZZ440—100转轮水力设计 一.确定计算工况 由模型综合特性曲线得到n 110=115（r/min ）,Q110=820（l/s ），η=91%, a om =18mm zz440属于ns=325~875范围，为了使设计的转轮能在预期的最优工况下效率最高，计算工况与最优工况的关系按下式确定： n 11=(1.2~1.4)n 110 =138~161（r/min ） n=5.841~3.721/)4.1~2.1(/1110111==D H n D H n （r/min ） 故选定n=750（r/min ） 则实际n11= 49.1431 =H nD Q11=(1.35~1.6)Q110=1.4 Q110=1148<1650（l/s ） ===H D 110Q 4.1H D 11Q Q 22 6.0s m /3 mm a D D a m m 13.391846 .010110=?== 二．确定各断面叶栅稠密度l /t 据P 213页s pj n t l ~）（关系，当ns=440时，得3.1≈pj t l ）（ 综合考虑一下关系： pj pj n t l t l t l ）（）（）（)95.0~85.0(K 1== pj pj b t l t l t l ）（）（）（)2.1~1.1(K 2== n n b t l t l t l ）（）（）（)25.1~2.1(K 3== 分别选取K1=0.95，K2=1.15，K3=1.21得各断面叶栅稠密度l/t 如下表：
2013届热能与动力工程专业毕业设计（论文） 毕业设计（论文） 题目ZZ560轴流式水轮机 结构设计 专业热能与动力工程 1
摘要 葛洲坝电站是我国代表性的低水头大流量、径流式水电站，兼具发电、改善航道等综合效益。本次设计主要是通过查阅相关设计手册，对葛洲坝电站型号为ZZ560-LH-1130的轴流转桨式水轮机结构进行设计，主要内容包括水轮机总体结构设计、导水机构及其传动系统设计，水轮机部分零部件，例如主轴，导叶等零件的设计。 通过使用CAD绘图，本次设计过程更加便捷，设计成果更加精确。关键词：葛洲坝水电站，轴流式水轮机，转轮设计，结构设计， ABSTRACT
2013届热能与动力工程专业毕业设计（论文） Gezhouba Dam power plant is China's representative low head and largeDischarge,runoff hydropower stations,power generation,wita comprehensive benefits improve navigation etc.This design is mainly through access to relevant design manual,design of the Kaplan turbine structure of Gezhouba Dam power plant model for ZZ560-LH-1130,The main contents include design of water mechanism and its transmission system overall structure design of hydraulic turbine,guide,some parts of hydraulic turbine,such as the spindle,the design of guide vane and other parts. Using the CAD,the process of design is more convenient and the result is more accurate. KEY WORDS:GeZhouBa hydropower station,Kaplan turbine, station,runner,Structural design. 3
第四节水轮机的模型试验 一、水轮机的模型试验的意义 前面讨论了水轮机相似的条件，这就从理论上解决了用较小尺寸的模型水轮机，在较低水头下工作去模拟大尺寸和高水头的原型水轮机。按相似理论，模型水轮机的工作完全能反映任何尺寸的原型水轮机。模型水轮机的运转规模比真机运转规模小的多，费用小，试验方便，可以根据需要随意变动工况。能在较短的时间内测出模型水轮机的全面特性。将模型试 验所得到的工况参数组成单位转速和单位流量后，并分别以它们作为纵坐标及横坐标，按效率相等工况点连线所得到的曲线图称为综合特性曲线。此综合特性曲线不仅表示了模型水轮机的工作性能，同样地反映了与该模型水轮机几何相似的所有不同尺寸，工作在不同水头下的同类型真实水轮机的工作特性。 水轮机制造厂可从通过模型试验来检验原型水力设计计算的结果，优选出性能良好的水轮机，为制造原型水轮机提供依据，向用户提供水轮机的保证参数。水电设计部门可根据模型试验资料，针对所设计的电厂的原始参数，合理地进行选型设计，并运用相似定律利用模型试验所得出的综合特性曲线，绘出水电站的运转特性曲线。为运行部门提供发电依据，水电厂运行部门可根据模型水轮机试验资料，分析水轮机设备的运行特性，合理地拟定水电厂机组的运行方式，提高水电厂运行的经济性和可靠性。当运行中水轮机发生事故时，也可以根据模型的特性分析可能产生事故的原因。 二、水轮机模型试验的方法 水轮机的模型试验主要有能量试验，气蚀试验，飞逸特性试验和轴向水推力特性试验等几种。由于篇幅所限，本教材主要介绍反击式水轮机的能量试验。反击式水轮机的汽蚀试验可参阅有关参考文献。 能量试验台分为开敞式试验台和封闭式试验台，封闭式试验台无需设置测流槽，故平面尺寸要比开敞式试验小，而且水头调节更加方便，但封闭式试验台投资较高。 1. 开敞式能量试验台 （1）开敞式能量试验台 水轮机效率是水轮机能量转换性能的主要综合指标，因此，模型水轮机的能量试验主要是确立模型水轮机在各种工况下的运行效率。水轮机的能量试验台如图3-4所示。它主要由下列装置组成。 1）压力水箱。压力水箱2是一个具有自由水面的大容积储水箱，试验时保持稳定的上游水位。水箱由水泵1供水，通过高度可调节的溢流板4控制一定的水位，多余的水可从溢流板顶部排至集水池14。水流通过静水栅3均匀而稳定地进入模型水轮机7。
DOI：10.16076/https://www.doczj.com/doc/2c15073464.html,ki.cjhd.2016.01.013
陈正寿，等：轴流式水轮机导流罩与叶轮尾流流场仿真研究 91 引言 作为一种清洁可再生能源，潮流能的能量密度大、储量丰富、可预测性强，开发利用前景广阔[1]。潮流能的主要利用方式是发电，水轮机作为一种重要的潮流能换能装置，它在整个潮流能利用过程中起着重要作用。海洋潮流冲击水轮机，使水轮机转动产生机械能，通过机械传动带动发电机发电[2]。由来流总功率的计算公式可知，潮流中蕴含的能量与流速成三次方关系[3]。我国潮流能流速普遍偏低，这样就直接导致了潮流能水轮机发电效率不高[4]。为提高潮流能水轮机发电效率，通常采用方法是在水轮机叶轮外围加装导流聚能装置[5]。 导流罩内流场和叶轮尾流场研究对水轮机的 获能过程以及水动力性能分析具有重要意义，但是 目前国内外的研究为数不多。张亮等[6]应用Fluent 软件计算了导流罩内流场情况，发现导流罩提高了 叶轮所在区域的水流速度，有利于提高水轮机功 率。安佰娜[7]对水轮机模型进行流场实验和数值模 拟，测得单机组潮流能水轮机尾流场中速度变化数 据。沈云等[8]应用Fluent 软件对单个水平轴潮流能 水轮机模型在额定流速条件下进行三维流场的数值模拟，发现不同半径处尾流流场特性有很大差异。韩国Chul-Hee Jo 等[9] 应用CFD 软件，对一额定功率为300 KW 的水平轴潮流能水轮机叶轮尾流速度分布进行研究，发现叶轮尾流流速在下游2D 至8D （D 为叶轮直径）范围内恢复较快。 基于英国SMD Hydrovision 公司设计的锚泊式水轮机TIDEL 的启发，作者研制出一种轴流悬浮式潮流能水轮机发电装置，加装导流罩于叶轮周围，以提高其发电效率，如图1所示。本文采用数值计算（CFD ）方法对该潮流能水轮机导流罩内流场和叶轮尾流场进行研究，计算得到不同流线型导流罩内部流场的压强与速度分布，依据规律得到水动力性能优秀的导流罩线型。通过算例对比，分析有无导流罩工况下水轮机获能效率差异，初步研究了叶轮尾流场速度分布，并通过水池模型实验对数值仿真有效性进行验证。 1 水轮机设计参数 关于导流罩线型设计相关的研究成果比较多，目前被实际采用较多的优秀线型方案有维氏曲线型和双三次曲线型等几种[10]。作者已对导流罩线型设计进行了前期研究，发现对导流罩聚流后的流速、流向、壁面所受阻力影响较大的参数是：导流罩内壁中收缩段和扩散段的进出口曲线前后连接点比例m x [11]。依据该参数，本文共拟定了10种线型：1种维氏曲线与9种双三次曲线。通过改变导流罩内壁线型，对不同导流罩结构进行数值模拟计 算，试图从这10种优秀线型中找出水轮机最优获能时导流罩的线型。借鉴常用的线型设计方案，本文作者提出了内壁为收缩段，直线段和扩散段的三 段式导流罩结构，为了便于实际导流罩的加工制 Through comprehensive comparison among ten kinds of diffusers, it has been found that the flow inside diffuser with 0.3m x = cubic curve is more steady and uniform superior to others. In order to investigate the flow characteristics in the wake behind turbine and the power conversion effect of turbine, the comparison between turbines with and without diffuser has been carried out. Based on the case of 0.3m x = cubic curve diffuser, it has been found that the downstream velocity of the rotor has obviously changed in the distance less than 1.25 times of blade diameter, and the output power of the turbine system surrounded by diffuser is about 29% larger than that relating open water. A model test has been carried out, and the efficiency of the proposed CFD numerical simulation has been verified. Key words: tidal current energy; axial-flow turbine; diffuser; wake flow; computational fluid dynamics
水轮机型号选择 根据已知的水能参数初选水轮机型号 最大工作水头：H max =Z 上max -Z 下min -△h=609.86-573.12-1.732=35 m 最小工作水头：H min =Z 上min -Z 下max -△h=607.78-574.27-1.732=31.77m 平 均 水 头：H a =12 (H max +H min )= 1 2 ×(35.85+31.35)=33.4 m 查水电站机电设备手册根据我国小型反击式水轮机适应范围参考表初选水轮机型号。 初选水轮机型号：HL240-LJ-140 水轮机类型 混流式 转轮型号 HL240 最大水头 35m 最小水头 31.77m 设计水头 33m 出力 3400kw 校核机组的稳定性 水轮机主要参数的计算： HL240-LJ-140型水轮机方案主要参数的计算: 转轮直径计算 Nr=3400/0.95=3368.42kw Hr=33.4m D 1= M Hr Q Nr η23 181.9' (1-3) 式中： Nr-为水轮机的额定出力（kw ） D 1 -为水轮机的转轮直径（m ） ηM -为水轮机的效率 Hr-为设计水头（m ） Q 1′--为水轮机的单位流量（m 3/s ） 由水力机械课本附表1中查得Q 1′=12.4 L/s=1.24m 3/s,同时在附表1中查得
水轮机模型在限制工况下的效率ηM =90.4%，由此可初步假定水轮机在该工况的效率为92.0% 将Nr=3400kw, Q 1′=1.24 m 3/s, Hr=33.4m, ηM =92%得 m D 12.192 .04.3324.181.942 .33682 31=???= 选择与之接近而偏大的标准直径D 1=1.40m 效率的修正值计算 由水力机械课本附表1查得水轮机模型在最优工况下的效率ηMmax =89.6%,模 型转轮直径D 1M =0.46m, 则原型水轮机的最高效率η max ，即： η max =1-（1-η Mmax ）5 1 1D D M (1-4) 式中： ηmax --为原型水轮机的最高效率 η Mmax --为水轮机模型在最优工况下的效率 D 1M --为模型转轮直径 （m ） D 1 --为原型转轮直径 （m ） 将η Mmax =91.0% ，D 1M =0.46m, D 1=1.4m 带入得: η Mmax =1-（1-η max ）5 1 1D D M =1-（1-0.91）54 .146.0 =92.8% 考虑到制造工艺水平的情况取ε1=1%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ε2=0，则效率修正值Δη为： Δη=ηmax -η Mmax -ε 1 式中： Δη--为效率修正值 ηmax --为原型水轮机的最高效率 η Mmax --为水轮机模型在最优工况下的效率 将ηmax=0.928，ηMmax=0.91，ε1= 0.01带入上式得：
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/2c15073464.html, 冲击式水轮机转轮的AutoCAD三维建模 作者：刘凯 来源：《软件导刊》2015年第05期 摘要：在水力机械设计制造和安装检修过程中，需要在计算机中模拟出逼真的三维模型 效果，以解决平面工程图空间形状表现不足的问题。冲击式水轮机主要应用在高水头水电站中，转轮是水轮机的核心部分，详细分析其立体模型是水电站设计制造和安装检修的重要工作。采用AutoCAD软件模拟出冲击式水轮机转轮模型。 关键词：AutoCAD；冲击式水轮机；转轮；三维建模 中图分类号：TP317.4 文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2015）005-0143-02 作者简介：刘凯（1971-），男，重庆开县人，四川水利职业技术学院电力工程系讲师，研究方向为制图、CAD、水轮机。 1 冲击式水轮机转轮投影图 冲击式水轮机又称水斗式水轮机，水斗形状类似于两个瓢并排连在一起，连接处称分水刃，其端部称为分水刃尖，在分水刃尖两侧开有圆形缺口，以利于射流能有效地射到后续水斗上。 喷嘴射出的圆柱形射流轴心线与转轮分水刃应在同一平面内，此平面与主轴垂直，以主轴心为圆心，与射流轴心线相切的圆称节圆，节圆直径规定为冲击式转轮的标称直径，如图1所示。 焊接结构转轮的水斗也是单个或几个铸造，再与轮幅焊接。为增加根部强度，在不影响水斗内射流、出流前提下，在前后水斗根部间加支撑，缩短水斗悬臂长度，加强水斗整体性。焊接转轮保留了组合转轮的优点，强度也可赶上整铸转轮。近年来焊接技术发展很快，可保证焊接质量，因此焊接结构的大中型冲击式转轮得到广泛应用[1]。 2 冲击式水轮机转轮轮幅三维实体生成 冲击式水轮机转轮轮幅的形状整体为圆环形，AutoCAD三维实体创建相对容易，只需要对轮幅的平面视图断面进行面域处理，然后通过模型的旋转命令就能生成圆环形轮幅，如图2所示。