冲击式水轮机的选择_Microsoft_Office_Word_文档

冲击式水轮机的选择冲击式水轮机的选择 摘要摘要 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 关键词关键词 冲击式水轮机 轮机选型最优直径比 1 1 引言引言 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 其上风不容忽视 由于早期选择 选择的冲击式机组出现的题目不 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职员的关注 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 价格上风不能忽视 所以仍得到广泛应用 2 2 装置型式的选择装置型式的选择 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 3 改变比速法选择冲击式水轮机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 为转轮周速系数 按比转速 ns 值从表 1 查取 g 为重力加速度 9 8m s2 表表 1ns1ns 值表值表 2 求出转轮直径 D1 并取规格值 D1 60u 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 表表 2D2D1规格值规格值 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 式中 K 为转轮数 Z0 为喷嘴数 Q 为水轮机设计流量 m3 s Hr 为设计水头 m d0规格值列于表 3 供选择 表表 3d3d0 0规格值规格值 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 表表 4 4 斜击式斜击式 D D1 1 d d0 0配套值配套值 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 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 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 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 在综合特性曲线上查取模型效率并修正为原型机效率 r 验算出力 Nt 9 81HQ 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 使其处于公道的范围 对小型水斗式水轮机 可选择较小的 m 值 这样 水轮机的效率固然会下降一些 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 5 5 主阀的选择主阀的选择 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 由于使用的水头段不同 表表 5 5 部分制造厂主阀内径统计资料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 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 喷针封闭时间比 混流式导叶封闭时间慢得多 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 即是或略大于设计水头即可 常用闸阀的压力规格有 6kg cm2 10kg cm2 16kg cm2 25kg cm2 40kg cm2 64kg cm2等 选用时应向规格值靠 一般压力 16kg cm2 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料 通常 6 10kg cm2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 300mm 起 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 10 cm2的压力 直径范围为 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 6 调速器的初步选择调速器的初步选择 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 喷针调速功 A1 Z0 d0 d03Hmax 6000 kg m 式中 Z0为喷嘴数 d0为射流直径 cm Hmax 为最大水头 m 1 个折向器调速功 A2 0 11 10 3d0Hmax 或 A2 Z0 d0 d03Hmax 6000 kg m 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