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【摘 要】农村小水电站水轮机选型是一项重要的技术和经济方案比较工作,如何正确选择高效、可靠、性能稳定的水轮机是关系到水电站的建设投资、水能出力和经济运行的关键。本文就小水电站混流式水轮机选型的基本方法和常用的计算公式浅析列举如下。
【关键词】小水电;水力机械;水轮机;选型
Analysis of Small Hydropower Turbine Selection
Li Yu-bao
(Xichuan water conservacy and protection bureau Nanyang Henan 4744500)
【Abstract】Selection of small rural hydropower turbine is an important program of technical and economic comparison, how the correct choice of efficient, reliable and stable performance of the turbine is related to the hydropower station construction investment, and economic operation of hydropower to contribute to the key. In the article, the small hydropower Francis turbine selection of basic methods and formulas commonly used in analysis are listed below.
【Key words】Small hydropower; Hydraulic machinery; Turbine; Selection
1. 选型概述
小水电水轮机选型的优劣直接关系到小电站的经济、安全、高效运行,也关系到水电站的建设投资,从小水电水轮机选型的技术、设计和认识角度来讲,都不象大中型水电站水轮机选型那么复杂和重视,而小水电水轮机选型大都是根据设备厂家提供的产品样本套用选型设备,过于粗略,会给电站的建设投资和今后的经济运行造成影响。在套用设备选型介于2种机型之间时,要对2种机型进行技术参数和经济投资比较,确定选择效率高、运行可靠、投资少、动能技术指标优良的水轮机型号。实践总结,小水电水轮机选型要做到选择设备技术先进、运行安全可靠、建设投资和运行维护费用低等主要经济和技术条件确定时,并通过从以下5个方面对选型设备进行演算和方案比较。
2. 水力机械选型
2.1 台数选择。水轮机台数应在小水电站装机容量已确定的情况下,经过技术经济比较,但有时与水轮机布置型式和主要参数选择同时进行。农村小型水电站,水轮机台数一般选用1-2台机组,最多4-6台机组;容量小于100Kw时,一般选用1台机组;500Kw的选用2台机组为宜;大于500Kw时尽量选择较大的机组,台数不宜少于2台;当容量一定情况下,单机容量较大时,其单位千瓦投资少,配套设备少,土建投资少,具有较大的经济性。反之设备运行维护量增大,操作次数增加,事故率较高,投资增大,建议小水电站水轮机台数选择一般2-3台机组为宜。
2.2 型号选择。水轮机型号选择一般按“水轮机选型图表法”和“水轮机型谱推荐的额定水头与比转速关系”选择水轮机型号。
2.2.1 “水轮机选型图表法”省略。
2.2.2 选择水轮机型号按下式计算:
(1)轴流式水轮机的比转速与水头的关系:Ns=2300/Ha=(m•KW);
(2)混流式水轮机的比转速与水头的关系:Ns=2300/Ha-20=(m•KW)
式中:Ha——水电站平均水头(m)。
2.3 调速器选择
2.3.1 中小型水轮机调速器的调速功是指接力器活塞上的油压作用力与其行程的乘绩(Kg.m)。对反击式水轮机一般可采用以下经验公式进行计算:
A=(20-25)×QHa×D1。
式中:A——调速功(Kg.m,1Kg.m=9.80665J);
Hmax——最大工作水头(m);
Q——最大水头下额定出力的流量(m3/s);
D1——水轮机转轮直径(m)。
2.3.2 对冲击式水轮机调速功A可按下式进行估算:
A=Z0((d30+d0Hmax)/6000)(Kg.m)。
式中:Z0——喷嘴数目;d0——额定流量时的射流直径。
由计算所得的调速功A可从有关资料和调速器产品样本中选择所需的调速器。
2.4 主要参数选择
2.4.1 水轮机额定功率Pr的计算:
Pr=Ngηg=(kW)。
2.4.2 选择转轮直径D1计算: D1=Pr/(9.81×Q11r×H1.5r×η)。
2.4.3 选择标准额定转速n1的计算:
n1=(n110×Ha)D1。
2.4.4 几何吸出高度hS的计算:
HS=10-/900-σPHa。
式中:ηg——发电机效率可取0.96-0.98范围内选取;
Pr——水轮机的额定出力kW;
Hr——水轮机的设计水头m;
Q11r——水轮机的设计单位流量m3/s,由Q11r=f(H)曲线确定;
n1——水轮机额定转速,单位(r/min);
n110——原型水轮机单位最优转速,η110=η110m+Δη110m;
η原型水轮机额定工况效率,参照同类容量的水轮机选取,对于中小型水轮机95%-96%。
上式计算得到的转速亦按规定选用相近的发电机标准同步转速,并使其略大于计算得到的转速,这样可以使发电机具有较小的尺寸和重量。水轮机在不同工况下的汽蚀系数是不同的,在方案比较阶段吸出高度HS初步可按设计工况下的σp计算。
3. 结论
小水电站水轮机选型工作的优劣对小水电站的建设投资和今后运行的经济效益影响至关重要,在满足技术要求的条件下还要满足经济投资的最小化和最优化条件等,对电站安全、可靠、经济、高效提供有效的技术保障和客观的经济效益保障。
参考文献
[1]刘大恺主编,水轮机[M].北京:中国水利水电出版社.
[文章编号]1006-7619(2009)10-13-948
[作者简介]李玉宝(1963-),男,河南南阳人,大专学历,助理工程师,主要从事水利工作。
【关键词】小水电;水力机械;水轮机;选型
Analysis of Small Hydropower Turbine Selection
Li Yu-bao
(Xichuan water conservacy and protection bureau Nanyang Henan 4744500)
【Abstract】Selection of small rural hydropower turbine is an important program of technical and economic comparison, how the correct choice of efficient, reliable and stable performance of the turbine is related to the hydropower station construction investment, and economic operation of hydropower to contribute to the key. In the article, the small hydropower Francis turbine selection of basic methods and formulas commonly used in analysis are listed below.
【Key words】Small hydropower; Hydraulic machinery; Turbine; Selection
1. 选型概述
小水电水轮机选型的优劣直接关系到小电站的经济、安全、高效运行,也关系到水电站的建设投资,从小水电水轮机选型的技术、设计和认识角度来讲,都不象大中型水电站水轮机选型那么复杂和重视,而小水电水轮机选型大都是根据设备厂家提供的产品样本套用选型设备,过于粗略,会给电站的建设投资和今后的经济运行造成影响。在套用设备选型介于2种机型之间时,要对2种机型进行技术参数和经济投资比较,确定选择效率高、运行可靠、投资少、动能技术指标优良的水轮机型号。实践总结,小水电水轮机选型要做到选择设备技术先进、运行安全可靠、建设投资和运行维护费用低等主要经济和技术条件确定时,并通过从以下5个方面对选型设备进行演算和方案比较。
2. 水力机械选型
2.1 台数选择。水轮机台数应在小水电站装机容量已确定的情况下,经过技术经济比较,但有时与水轮机布置型式和主要参数选择同时进行。农村小型水电站,水轮机台数一般选用1-2台机组,最多4-6台机组;容量小于100Kw时,一般选用1台机组;500Kw的选用2台机组为宜;大于500Kw时尽量选择较大的机组,台数不宜少于2台;当容量一定情况下,单机容量较大时,其单位千瓦投资少,配套设备少,土建投资少,具有较大的经济性。反之设备运行维护量增大,操作次数增加,事故率较高,投资增大,建议小水电站水轮机台数选择一般2-3台机组为宜。
2.2 型号选择。水轮机型号选择一般按“水轮机选型图表法”和“水轮机型谱推荐的额定水头与比转速关系”选择水轮机型号。
2.2.1 “水轮机选型图表法”省略。
2.2.2 选择水轮机型号按下式计算:
(1)轴流式水轮机的比转速与水头的关系:Ns=2300/Ha=(m•KW);
(2)混流式水轮机的比转速与水头的关系:Ns=2300/Ha-20=(m•KW)
式中:Ha——水电站平均水头(m)。
2.3 调速器选择
2.3.1 中小型水轮机调速器的调速功是指接力器活塞上的油压作用力与其行程的乘绩(Kg.m)。对反击式水轮机一般可采用以下经验公式进行计算:
A=(20-25)×QHa×D1。
式中:A——调速功(Kg.m,1Kg.m=9.80665J);
Hmax——最大工作水头(m);
Q——最大水头下额定出力的流量(m3/s);
D1——水轮机转轮直径(m)。
2.3.2 对冲击式水轮机调速功A可按下式进行估算:
A=Z0((d30+d0Hmax)/6000)(Kg.m)。
式中:Z0——喷嘴数目;d0——额定流量时的射流直径。
由计算所得的调速功A可从有关资料和调速器产品样本中选择所需的调速器。
2.4 主要参数选择
2.4.1 水轮机额定功率Pr的计算:
Pr=Ngηg=(kW)。
2.4.2 选择转轮直径D1计算: D1=Pr/(9.81×Q11r×H1.5r×η)。
2.4.3 选择标准额定转速n1的计算:
n1=(n110×Ha)D1。
2.4.4 几何吸出高度hS的计算:
HS=10-/900-σPHa。
式中:ηg——发电机效率可取0.96-0.98范围内选取;
Pr——水轮机的额定出力kW;
Hr——水轮机的设计水头m;
Q11r——水轮机的设计单位流量m3/s,由Q11r=f(H)曲线确定;
n1——水轮机额定转速,单位(r/min);
n110——原型水轮机单位最优转速,η110=η110m+Δη110m;
η原型水轮机额定工况效率,参照同类容量的水轮机选取,对于中小型水轮机95%-96%。
上式计算得到的转速亦按规定选用相近的发电机标准同步转速,并使其略大于计算得到的转速,这样可以使发电机具有较小的尺寸和重量。水轮机在不同工况下的汽蚀系数是不同的,在方案比较阶段吸出高度HS初步可按设计工况下的σp计算。
3. 结论
小水电站水轮机选型工作的优劣对小水电站的建设投资和今后运行的经济效益影响至关重要,在满足技术要求的条件下还要满足经济投资的最小化和最优化条件等,对电站安全、可靠、经济、高效提供有效的技术保障和客观的经济效益保障。
参考文献
[1]刘大恺主编,水轮机[M].北京:中国水利水电出版社.
[文章编号]1006-7619(2009)10-13-948
[作者简介]李玉宝(1963-),男,河南南阳人,大专学历,助理工程师,主要从事水利工作。