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14 水轮机的选型设计 14.1 概述 水轮机的选型设计是水电站设计中的一项重要任务，这个问题解决得正确与否对水电站的投资、建设速度、发电量及预想出力的多少，以及对整个运转期间水能资源利用的程度和水电厂运转的经济性、灵活性都有重要的影响。 选型设计的内容与程序，根据水电厂的规模及其在电力系统中的作用和地位不同而简繁程度也有所不同，通常可依下列程序进行。 （1）原始资料的分析与核定。选型设计的原始资料是赖以进行设计计算的基本依据和已知条件。应对所汇集的或有关部门提供的原始资料作必要的分析校核。设计经验表明，往往在校核中发现资料数据有偏大或偏小两种倾向，这对设计都会产生不合实际结果，造成水能资源不能充分利用或者达不到设计要求。 （2）拟定备选方案。对各个可能的方案计算出前述的项目内容。 （3）经济指标概算。对各方案概算出相应的经济指标（主要指投资及运行费用）及动能指标（主要有水电厂最大出力、最高效率和年平均发电量）。 （4）动能经济分析比较。 （5）最优方案详细计算与审核。 14.2 水轮机选型设计的内容、要求和所需资料 水轮机选型设计分为可行性研究设计、初步设计（或招标设计）以及技术设计（包括施工详图）等几个主要阶段。 初步设计的主要任务是通过技术经济比较选择出水轮机主要参数和技术经济指标。技术设计则是对所优选的方案进行详尽的计算校核与补充，并进行细部的设计。初步设计的计算深度及数据的精确性、完整性虽不如技术设计，但是，水轮机的许多重要参数是由初步设计选定的。对工程投资起决定作用的往往是初步设计的方案。 选型设计的过程基本上是先拟定几个可能的方案，并对各初步拟定的方案分别求出其动能经济指标并进行比较，从而优选出最佳方案。 1．水轮机选型设计的内容 （1）确定水轮发电机组单机容量及机组台数。 （2）水轮机型号与装置型式（包括水轮机的比转速水平）。 （3）水轮机出力、转轮公称直径、同步转速、水轮机最大允许吸出高度及吸出高程、轴向水推力、飞逸转速等。对于冲击式水轮机，还包括确定射流直径、喷嘴数等。 （4）绘制水轮机运转综合特性曲线。 （5）确定蜗壳、尾水管型号及主要尺寸，估算水轮发电机组的外形尺寸、重量和价格。 （6）提出对本设备在特性上结构上的某些特殊要求。向制造厂提出制造任务书。 （7）计算本设备方案在已知的水能资料情况下年平均发电量及各种水头情况下的可能预想出力； 2．水轮机选型设计的基本要求 （1）水轮机的技术特性应适宜本电站的水文地质和水资源的条件，满足电力系统构成和枢纽布置等方面对水轮机的要求，以保证有足够的额定出力及较高的运行效率。近代大型水轮机选型的最高效率应达94%以上，预想运行平均效率应达88%以上，保证的最大出力在发电机额定容量的115%以上，以便有较大的出力储备。 （2）所选设备运行稳定可靠、机动灵活，有好的抗空蚀性能，无过大的振动与噪声。 （3）尽可能短的建设期。所选的设备应考虑水库初期蓄水低水头运行的可能性，特别对大型水库的水电站显得更为重要。 （4）机组供货现实，提出的技术要求应和制造厂的设计、试验和制造水平相适应。运输困难少，现场安装方便。 （5）机组具有适应特殊自然条件的能力。例如在多沙河流上运行的水轮机应有良好的抗磨性及抗磨结构：在腐蚀性河道或海域上水轮机过流部件应有防腐的能力。 （6）设备的选择应适应水电厂计算机监控和无人值班少人职守的要求。 上述的一般原则在具体问题上可能有冲突，此时应根据具体情况抓住主要矛盾合理地进行选型。 3．水轮机选型设计所需的原始技术资料 （1）枢纽资料：包括河流的水利水能总体规划，流域的水文地质、开发方式、水库调节性能、枢纽布置、电站类型及厂房尺寸条件、上下游综合利用部门要求、工程的施工方式和规划等情况。水头、流量变化的特征参数：例如最大水头、最小水头，加权平均水头，额定水头。各种特征流量：例如最大流量、最小流量、额定流量。最好还具有典型年的水头及流量随时间的变化过程线及多年的水头、流量概率曲线。此外还应有电厂的保证出力和装机容量，水电厂下游水位与流量关系曲线等。 （2）电力系统资料。包括电力系统负荷组成、设计水平年年负荷图、典型日负荷图、远景负荷；设计电厂在系统中的作用和地位，例如调峰、基荷、调相运行、备用要求以及与其它电厂并列调配运行方式等；还有电厂的经济输电距离及稳定的输电容量、联网运行的可能性、输电的电压等级、与火电厂的补偿调节等。 （3）水轮机设备产品技术资料。包括国内外水轮机设备型谱、参数及特性；同类水电站的运行经验与问题等。 （4）运输及安装条件。应了解水陆交通情况，例如公路、铁道、水路及港口的运载能力（吨位及极限尺寸）；设备现场装配条件，大型专用加工设备在现场临时建造的可能性及经济性等。 除上述资料外，对水电站的水质也应有较详细的资料，包括水体