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1、小型水电站水轮机选型设计要点研究 摘要：根据多年对小型水电站设计工作经验,本文提出了在小型水电站的水轮机设计选型工作中应注意的一些问题。由于水轮机汽蚀特性、自身能量特性和强度条件的限制，每种水轮机流量范围和适用的水头比较窄，只有在这窄区域内运行，才具备良好的性能。关键词：小型水电站；水轮机选型设计；转轮计算中图分类号：TV74文献标识码：A近年来,随着国家投入的增加,水电发展又迎来了一次高潮,各地迅速发展着小型水电站。小型水轮机选型与大型水轮机相比,不易引起工作足够的重视,且在市场环境中受到影响较大。在已运行的机组中,因选型造成的问题也较多。小型水电站水轮机的设计选型工作在
2、当前的形势下如何做好,以及如何通过具体的转轮计算来确定水轮机参数成为水轮机选型的关键。一、小型水轮机设计选型的方法和方式7选型工作对水轮机最为重要,是对水轮机合理参数确定。虽然容量不大,但小型水电站对于业主而言,其运行效益仍是至关重要的。而影响电站运行效益的重要因素是水轮机的性能参数。有以下两种方法确定选择水轮机的参数:一种是根据模型资料和已有的水轮机型选择水轮机；另一种是用比转速作为重要依据,以资料和实践经验为基础,确定水轮机参数,应用统计比较的方法选择。运用这两种方法选小型水轮机时,均有一定的局限性。如选择水轮机按照模型资料和已有的型谱,往往因为掌握的资料不够,对参数较优
3、的机型无法选择；而选择水轮机根据预估算的参数,则又容易与小型设备生产厂家生产制造能力、技术和掌握的机型脱节,原因是缺乏针对性。二、计算转轮方法有模型特性曲线综合选择法和图表法两种方法进行选型反击式水轮机,图表法可以分为应用范围图法和性能表法。图表法选择:（一）、性能表法相关水轮机各种型号的性能,都是来自生产厂家提供的,将其产品,按额定流量、转轮型号、额定水头、转轮直径及额定转速,每个厂家都列出水轮机性能表,如没有设计水头参数在水轮机性能表中,可进行插值计算用相似定律,进行选择水轮机。例:水头为74m的某电站设计,选用HL-WJ-84型水轮机。没有74m水头的性能参数在这种型号
4、的水轮机的性能表中,H1=70m的性能为Q1=2.25m3/s,n1=587r/min,N1=1300kw由该型号水轮机性能表查出,代如相关参数到公式7Q2=Q1×√H2/√H1、n2=n1×√H2/√H1、N2=N1(H2×√H2)/(H1×√H1)分别得到:Q2=2.3m3/s、n2=603r/min、N2=1440kw(二)、应用范围图法在对水轮机的粗选时该法多数使用,该法选择水轮机主要是对水轮机系列应用范围利用,对水轮机选型此法仅局限于水电站项目建议书阶段。选择水轮机转轮采用以上两法,都不够准确,选择水轮机转时为了准确,在一个良好的工况点使水轮机能运行,选择水轮机转轮
5、只有用模型综合特性曲线法。选择反击式水轮机利用模型综合特性曲线的基本原理是:将原型水轮机的主要参数(转速和转轮直径等)根据相似定律计算公式先定出,再与水轮机的其他工作条件(流量范围和水头)相结合,把这些主要参数,利用相似定律,反算成模型水轮机的参数(单位流量Q1′和单位转速n1′等)。最后在模型水轮机的综合特性曲线上把Q1′和n1′等数值标定,以检验对高率区工作所选水轮机能否满足,若不能满足,对主要参数应重新选定,直至满足为止。三、冲击式水轮机基本规律研讨（一）、冲击式水轮机原理模型基本理论，为理论的冲击式水轮机总纲，对一些认识的困惑与混淆进行排除，提出了新的观点。在水斗式水
6、轮机的科研、结构更新以至设计理论等方面给出了新的思路。7（二）、射流入射角相同的斜击式水轮机基本原理模型中，同样有其动力性能最佳的方案，这是斜击式水轮机设计的基础。但是，其最优效率是随射流入射角的加大而有规律下降，对应之最优速度比却随射流入射角的加大而增大。所以，实际斜击式水轮机射流的设计入射角应力求可能最小，而设计速度比则应随入射角的加大而相应加大。（三）、据基本原理模型，入射角相同的冲击式水轮机，它们的最高效率构成一条有序变化的曲线。开始时，随速度比ψ的增大，效率急剧增高;随后，速度比接近最优速度比时效率变化平缓;超过最优值之后，效率先是缓慢降低，此后则加快下降速度。最佳
7、速度比周围，效率变化非常平缓。（四）、水斗式水轮机基本原理模型，在喷嘴效率为0.97时，其约为0.332%最高效率。于是，工作效率在原理模型转轮上便是99.31%。而当今实际为95%左右水斗式水轮机的最高效率。所以，水斗式水轮机转轮的实际效率约为92.78%，相差6.53%左右与理论极限值。转轮工作中必不可免的诸多阻力若计及，则是存在提高效率的可能，但提高的空间也很有限。四、冲击式水轮机基本原理模型与实际冲击式水轮机7现实的水斗式水轮机，与原理模型有很大区别:转轮直径、射流直径、水斗数均为有限值，水斗围
