冲击式水轮机的选择

冲击式水轮机的选择


:

能源
关键词
:
选择
轮机
水轮机


[摘要
]主要介绍冲击式水轮机
'>轮机及其辅助设备的选型方法及计算程
序..并提出用最优直径比检查选型及效率修正方面的一些看法..内容的
重点在中小型机组。表
5个。


[关键词
]冲击式水轮机
'>轮机选型最优直径比


1引言

众所周知..冲击式水轮机适用于高水头、小流量的水力条件..其应用的
最高水头已接近
1800m。与混流式水轮机相比..特别是在水头大于
200m
的场合..其优势不容忽视。由于早期选择
'>选择的冲击式机组出现的问
题不少..目前关于冲击式机组的选型资料又相对较少..因此..冲击式机
组的选型受到不少专业人员的关注。

冲击式水轮机主要分为水斗式和斜击式..斜击式的比转速
ns=30.
70m·kW..是介于混流式和水斗式之间的品种..目前中小型范围内已做
到转轮直径
D1=100cm、发电机容量
Ng=2500kW..虽斜击式效率相对偏低
些..但设备价格优势不能忽视..所以仍得到广泛应用。


2装置型式的选择
'>选择


2..1转轮及喷嘴数目的选择


按水头和出力查水轮机应用范围图..小机组一般均用单轮单喷嘴..小型
卧式双喷嘴一般卧式双喷嘴一般在
D1=90..140cm..射流直径
d0在
7..14m中使用..斜击
双喷嘴目前还没有使用。


2..2布置方式的选择

大中型机组立式、卧式均有使用..小型机组一般用卧式。卧式布置拆卸
方便..但每个转轮只能布置
1..2个喷嘴..当喷嘴数目多时..必须增加
转轮数..立式布置可在同一转轮上布置
2..6个喷嘴..但当喷嘴数多如
用
3个以上时..转速不宜选得太高..以避免各射流间相互影响..而降低
水轮机的效率。


3改变比速法选择冲击式水轮机

冲击式水轮机的选择方法..有固定比速法和改变比速法二种。

由于这些年来各制造厂开发的新品种越来越多..可选择的
D1和
d0也越来
越多..选型者可不必受固定比速法关于
D1..d0的限制..不同的
D1可以搭
配不同的
d0..喷针机构已成系列可以装在不同的
D1的机体上..因此这种
选择方法已经代替固定比速法..越来越被广泛使用。改变比速法选择的
程序和方法如下所述。


3..1转速
n的确定


式中.
ns为比转速
(m·kW)..Hr为设计水头
(m)..Nr为出力
(kW)。

比转速可在有关手册中方便查得。框算时..对水斗式单喷嘴暂取
25(多
喷嘴
ns=25√Z0..Z0为喷嘴数
)..对斜击式取
50。计算出转速
n后..向上
取发电机同期转速。


3..2确定转轮直径
D1


式中.
u为转轮节圆周速
(m..s)..φ为转轮周速系数..按比转速
ns值从

2

表
1查取.
g为重力加速度
9..8m..s

。
表
1ns..φ值表


2)求出转轮直径
D1..并取规格值
D1=60u..π
n(m)
现在可供选择的规格值越来越多..并且还有增加的趋势..表
2列出目前
的规格值。
表
2D1规格值


其中..卧式单喷嘴
D1=45..140..
卧式双喷嘴
D1=90..140..
立式双喷嘴
D1=925..275..
立式四喷嘴
D1=140..275。
框算
D1时..可用下式.



3..3确定射流直径
d0并靠取规格值

3

式中.
K为转轮数.
Z0为喷嘴数.
Q为水轮机设计流量
(m ..s)..Hr为设
计水头
(m)

d0规格值列于表
3供选择。

表
3d0规格值



其中..卧式单喷嘴
d0=4..5..14..

卧式双喷嘴
d0=7..16..

立式双喷嘴
d0=9..24..

立式四喷嘴
d0=9..24。


3..4斜击式
D1..d0的配套品种。

用改变比速法选配的斜击式品种由表
4列出..供选择。
表
4斜击式
D1..d0配套值


对小型机组.
D1还有
37..46..53可供选择。


3..5水轮机效率的估算及额定出力的验算


1)大中型机组..原型水轮机的
D1..d0与模型水轮机的相同或
D1..d0=10.
20时..可不作效率修正..如
D1..d0与模型的差别较大时..可参照相应
预期效率表估算原型水轮机效率值。
2)中小型机组..原型水轮机的
D1..d0与模型的相同或
D1..d0=8..10时..
效率可不作修正..如
D1..d0与模型的差别较大时..可参照预期效率表估
算原型水轮机效率值。效率的保证值
=预期效率
-1....如
1个转轮
2个
喷嘴..在
100..的负荷下应增加
0..5..。
3)若计算出来的
d0值不向上靠取规格值..则效率可不作修正..否则需扣
除
1..。
4)斜击机组目前还没有公式计算..只能按预期效率确定..一般可按机型
大小取△
η
=0..005.
0..015..具体数值参见各制造厂提供的保证值。

5)效率及出力验算
①由于射流直径取了标准值..必须重新计算水轮机设计流量..
式中.
Z0为喷嘴数.
Hr为设计水头
(m)。

②由
Q计算单位流量
Q1..并计算参数取标准值后的单位转速
n1..
式中.
dn为喷嘴出口直径
(m)..dnM为模型转轮出口直径
(m)..D1M为模型
转轮直径
(m)。

为应用方便对常用的
2种机型可简化为..


③在综合特性曲线上查取模型效率并修正为原型机效率
η
r。
④验算出力
Nt=9..81HQη
r..额定水头必须能发到额定出力。
4最优直径比
D1..d0的检查

最优直径比
m=D1..d0..是设计水斗式水轮机的重要参数。水斗上的应力
与工作水头成正比..与直径比
m的平方成反比。因此..当直径比
m减小
时..会引起斗叶上的应力急剧增大。一般当水头
H>1000m时..要求直径
比
m≦15..m下限值≦
8..9。根据现有资料..为使水轮机具有较高效
率..应使
m=10..18..高水头取高值、低水头取低值。对

接触较多的中小
型水斗式机组..直径比统计值
m=7..78..15..7..中小型斜击式
m=3..57..7..15..对大中型水斗式
m=10..23..高效区为
10..18..其统
计方程为
m=D1..d0=4 0..01H(H为工作水头
)。

若选出来的
D1..d0过小..会导致效率下降..强度计算难以通过..若选出
来的
D1..d0过大..将使比转速下降..能量指标降低..又会使转轮的风损
等损失增大..也会使效率下降。因此..若选出来的
D1..d0过小或过大..
必须采用改变转速、转轮数及喷嘴数等办法重新选择..使其处于合理的
范围。对小型水斗式水轮机..可选择较小的
m值。这样..水轮机的效率
虽然会下降一些..但比转速增加了..使机组转速
n也增加..使发电机尺
寸相应减小..可降低电站造价。


经样本统计..对常用小型机组..水斗式
m≥7..78..斜击式
m≥3..57..
当
m小于上列数值应重新确定转速来选择
D1。
主阀的选择


5..1直径的确定
主阀的内径一般与喷管内径一致..可由产品样本直接查取。表
5收集了
一部分制造厂的统计资料供选择时参考。
1个品种在表中出现不同的配
套阀门..应以各厂的配套表为准..因为使用的水头段不同。

表
5部分制造厂主阀内径统计资料


注..斜击不带
A、B者.
H≤100m..带
A..H=100..160m..带
B..H≥
160m..球阀直径规格
φ
300..400..500..600..650..800..1000..1200.
1600。表中
Dn为球阀或闸阀的公称直径..即内径.
XJ代表斜击式.
CJ
代表水斗式。


5..2主阀型号的确定

冲击式机组一般配用闸阀..对高水头大中型机组也有选用球阀。

主阀的压力等级关系到价格..因此不宜选得太高。由于冲击式水轮机具
有折向器机构..喷针关闭时间比混流式导叶关闭时间慢得多..升压相对
较小..一般升压≤
0..15(指相对升压≤
15..)..因此对中小型机组可直
接按设计水头选择..等于或略大于设计水头即可。常用闸阀的压力规格

222222

有
6kg/cm 、10kg..cm 、16kg..cm 、25kg..cm 、40kg..cm 、64kg..cm

2

等..选用时应向规格值靠..一般压力≥
16kg..cm 。阀体、阀盖、闸板的
材料需用碳钢..尾部符号为
C..不标
C者为铸铁。同样的直径、阀门的


密封面材料也有不同..关系到造价..因此..应按压力等级选择密封面材

2

料..通常
6..10kg/cm 用铜
(T)..显然选择铜密封面价格要低些。闸阀有
电动或手动之分..电动由
φ
300mm起.
φ
350mm及以上无电动闸阀。闸
阀还有明杆和暗杆的区别.
5为暗杆、
1为明杆。一般暗杆用于
6.


2

10/cm 的压力..直径范围为
φ
300..1600mm。
常用闸阀示例如下.
Z941H..16CDn=800

Z—闸阀.
9—电动.
4—法兰联结.
1—明杆.
H—合金钢密封面.
16—

压力等级.
C—碳钢阀体.
Dn—公称直径.


Z41T-10Dn=250

Z—闸阀.
4—法兰联接.
1—明杆.
T—铜密封面.
10—压力等级.
Dn—
公称直径。
6调速器的初步选择


6..1调速功计算
调速功分喷针调速功和折向器调速功二部分..若二者联动..总调速功为
二者调速功之和..若折向器不联动..则按喷针调速功选择调速器容量。

3

喷针调速功
A1=Z0(d0 d0 Hmax/6000)(kg·m)

式中.
Z0为喷嘴数.
d0为射流直径
(cm)..Hmax为最大水头
(m)

-3

1个折向器调速功
A2=0.11×10 d0Hmax或


3

A2=Z0(d0 d0 Hmax/6000)(kgm)

·
式中.
Z0为折向器数.
d0为射流直径
(cm)..Hmax为最大水头
(m)。
总调速功
A=A1 A2=2A1
6..2调速器容量的选择
AP=(1..3..2)A1..系数
1..3..2是考虑加工装配量及润滑等因素。
6..3调速器类型的选择
一般按下列原则选配调速器..


水斗式.


D1≤70cm..Ng≤800kW..配手动或电动调速器.


D1≥70cm..Ng..800kW..2500kW..配手动或自动调速器.


D1≥125cm..Ng>2500kW..配自动调速器。

斜击式.


D1=40..80cm..Ng≤2500kW..配手动、电动调速器及自动调速器..

大中型斜击机组
(1000kW以上
)..多数配自动调速器。

冲击式机组选配调速器类型无规定..可综合电站实际情况选择。此外..
小型调速器常用非自动调节的操作器来取代..特点是能满足关闭时间的
要求..关闭时间可在
2..12s内整定。若选择自动调速器..由于冲击机
组需快速关闭折向器..缓慢关闭喷针机构..宜选择专用的冲击式
CJ型
自动调速器..它无接力器缸及转臂..调速器本体上设有喷嘴及折向器的
进出油孔。