当前课程知识点：流体机械基础 > 第7讲 流体机械特性曲线 > 7.5 水轮机的选型计算 > Video
下面我们来学习水轮机的选型计算过程
由于河流自然条件的不同
和综合利用方式变化等要求
每个水电站都有各自的水头和流量参数
因此 需要根据每个水电站的具体参数
选择技术上合理 经济上
能取得最大效益的水轮机组
水轮机的选择对水电站影响较大
它直接影响电气设备的结构
型式和布置
在很大程度上决定着
水电站主厂房的尺寸
特别是水下部分的尺寸
这也直接关系到水电站的经济性指标
如土建投资 机电设备投资
机组效率和发电量等等
水轮机的选型计算
是根据水电站设计部门
提供的原始资料和数据
选择合适的水轮机型号
并对水轮机的性能参数进行计算确定
原始资料主要参数有
水电站的最大水头 最小水头
平均水头 设计水头 上下游水位
最大流量 最小流量 设计流量
水电站的装机容量 机组台数
初步选择的水轮机转轮型号 参数
直径和转速 调节保证要求值
水电站的水质资料
水轮机输水管道尺寸及布置情况
水电站的运行情况
水电站允许的最大挖深值
运输及安装条件等
根据上述原始资料选择水轮机
确定水轮机的基本性能参数
主要有 水轮机的类型和转轮型号
不同类型水轮机的特性曲线
如上节提到的各种性能曲线图
水轮机的结构形式
保证发出额定功率的转轮直径
水轮机的额定转速和飞逸转速
所有运行水头和功率下水轮机的效率
和吸出高度值
即绘出水轮机的运转综合特性曲线
轴向推力的计算
调节保证计算
辅助设备的选择等
根据上述的选型设计依据
开展选型计算
第一步 根据右上公示计算转轮直径
第二步 根据上述直径计算转轮转速
第三步 进行效率修正
第四步 对单位转速和单位流量进行修正
第五步 检查所选水轮机的工作范围的合理性
第六步 计算水轮机重量
飞逸转速 轴向力等
最后 根据上述数据
绘制水轮机运转特性曲线
下面 我们以
长江三峡右岸机组选型计算为例
说明水轮机选型计算的过程和意义
三峡工程投资巨大
水轮机作为其核心设备
性能的好坏和运行可靠性
是该工程的关键因素之一
三峡工程具有水头变幅大的特点
初期要求水轮机运行水头范围在61-113m
后期也要求在71-113m范围内运行
水轮机功率大 额定出力为71万千瓦
机组尺寸大 转轮直径9.5m左右
在左岸机组已经投产的情况下
通过分析计算确定右岸机组运行的
相关参数具有十分重要的意义
在本次选型计算中
主要根据三峡建设总公司
和长江水利委员会提供的
转轮综合特性曲线 分析三峡右岸机组
在使用VGS转轮条件下的运行情况
确定机组的最佳运行水头及有关参数
并分析稳定运行区
以及叶道涡的发生 发展线等
具体计算过程如下
⑴根据VGS转轮模型综合特性曲线
进行选型计算
确定不同设计水头下的关键参数
⑵绘制选用水头分别为
H=80.6m 83m 85m 90m 95m时的
转轮运转特性曲线
⑶在选用的不同额定水头和转速下
分析比较机组
在各自设计工况点的运行特性
⑷提出三峡右岸机组
在使用VGS转轮条件下的额定水头方案
⑸讨论装机高程分别为
57.0m 55.0m 53.0m
对水轮机水力稳定性的影响
对五个待选额定水头下的
运转特性曲线进行分析
认为
第一 水头为80.6米时
高效运行范围较窄
要求的运行范围内
高水头下运行稳定性较差
高负荷区汽蚀性能很好
第二 水头为83米时
高效运行区范围较窄
高负荷区汽蚀性能较好
第三 水头为85米时
高效运行区范围狭窄
稳定运行区域比较大
高负荷区汽蚀性能较好
第四 水头为90米时 选择了两个不同的转速
转速为75r/min时
高水头下高效率稳定运行范围较宽
但在低水头下出力偏低
汽蚀性能差
转速为83.3r/min时
高效运行范围较宽
汽蚀性能较差
高负荷区稳定性较好
第五 当选择水头为95米时
高效运行范围宽 稳定区域大
汽蚀性能差 低水头下运行性能较差
对上述设计水头方案
对额定工况的运行性能进行比较
建议三峡右岸机组额定水头选在85m左右
这样在运行稳定性 汽蚀性能
及高效运行区域方面均是比较理想的
若采用85m左右额定水头方案
机组安装高程采用56m左右的方案更安全
在水轮机的选型计算中
还有一种工程中经常应用的情况
根据相似原理来设计流体机械
将现有性能良好的机械的尺寸放大或缩小
在基本满足机组性能要求前提下
进一步优化设计新的机械
以此方法设计出来的新机械
性能一般比较可靠
被广泛应用于流体机械的设计中
具体的设计过程为
选择某一流体机械的原模型
根据工程实际情况进行相似参数换算
得到相似模型
对相似模型进行数值模拟和模型试验
分析结果是否满足优化设计需求
若满足 则设计完成 若不满足
进一步优化设计并重复上述步骤进行验证
学习了流体机械模型综合特性曲线
以及原型机组的运转特性曲线
同时也比较分析了选用不同水头
不同的转速时候的定转机组的
运转特定曲线的一些变化
下面呢我们准备了三个思考题
1.查文献
总结水轮机模型试验的
主要内容包括哪些
2.水轮机的综合特性曲线形状
与水轮机的比转速有什么关系
各类水轮机适合用于什么类型的电站
3.总结水轮机选型计算思路
本讲内容呢
我们讲到这
谢谢大家
-1.1 流体机械定义
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-1.2 流体机械分类
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-1.3 水轮机工作过程概述
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-1.4 泵与风机工作过程概述
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-1.5 其他流体机械工作过程概述
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-1.6 流体机械工程应用
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-参考文献
--html
-第一讲习题--作业
-2.1 流体机械的主要性能参数
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-2.2 转轮内部的典型流态
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-2.3 速度三角形
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-2.4 工况发生变化时速度三角形分析
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-2.5 欧拉方程
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-参考文献
--html
-第二讲习题--作业
-3.1 水轮机过流部件工作原理
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-3.2 泵与风机过流部件工作原理
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-3.3 机组能量传递过程与效率分析
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-3.4例题分析
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-参考文献
--html
-第三讲习题--作业
-4.1 空化的定义与分类
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-4.2 空化余量与空化系数
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-4.3 吸出高度与安装高程
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-4.4 空蚀现象与类型
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-4.5 空化空蚀的危害及防护
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-参考文献
--html
-第四讲习题--作业
-5.1 泥沙磨损基本概念
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-5.2 泥沙磨蚀基本概念
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-5.3 流体机械磨损磨蚀现象
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-5.4 流体机械常见抗磨措施
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-5.5 腐蚀基本概念
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-5.6 流体机械腐蚀现象及防腐措施
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-参考文献
--html
-第五讲作业--作业
-6.1 流动相似概述
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-6.2 常用相似准则数
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-6.3 流体机械的相似准则分析
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-6.4 流体机械单位参数与相似换算
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-6.5 综合相似判别数——比转速
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-6.6 相似准则的工程应用
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-参考文献
--html
-第六讲作业--作业
-7.1 特性曲线概述
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-7.2 模型试验
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-7.3 典型模型机组综合特性曲线
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-7.4 水轮机运转特性曲线
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-7.5 水轮机的选型计算
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-第七讲作业--作业
-8.1 流体机械多相多组分非定常流动概述
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-8.2 二次流动现象
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-8.3 动静干涉
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-8.4 脱流
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-8.5 间隙流动
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-8.6 叶道涡
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-8.7 卡门涡
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-8.8 尾水管涡带
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-8.9 泵的旋转失速
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-8.10 泵的喘振
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-8.11 压力波传递与叠加
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-参考文献
--html
-第八讲作业--作业
-9.1 流体机械四象限特性概述
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-9.2 水泵水轮机全特性曲线
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-9.3 水泵水轮机典型工况流动现象
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-9.4 水泵水轮机调相运行工况流动现象
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-9.5 双向潮汐机组复杂运行工况认识
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-参考文献
--html
-第九讲作业--作业
-10.1 流体机械在管网系统中的工作特性
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-10.2 流体机械暂态运行过程
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-10.3 调节系统与调速器
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-10.4 改善流体机械暂态运行性能工程措施
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-参考文献
--html
-第十讲作业--作业
-11.1 流体机械多场耦合特性概述
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-11.2 转轮流固耦合特性
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-11.3 轴承热流固耦合特性
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-11.4 轴系多场耦合特性
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-参考文献
--html
-第十一讲作业--作业
-12.1 标准化概述
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-12.2 流体机械行业标准
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-12.3 水轮机型号
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-12.4 泵型号
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-12.5 风机型号
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-12.6 阀门型号
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-12.7 流体机械工业流程
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-12.8 流体机械质量监督
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-参考文献
--html
-第十二讲作业--作业
-13.1 空化、通（补）气、压力脉动与安装高程
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-13.2 压力脉动与水锤
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-13.3 智能流体机械
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-13.4 流体机械及工程学科知识体系与学术交流
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