水斗式水轮机选型实例.doc

水斗式水轮机选型实例（20080710修改）
2006年曾经写过一篇，方法不再累述，这次的就修改一下，简要说说这2年半来选型的趋势，与时俱进吧。
首先更改一下以前的实例5，最后的型号居然是186/4*12.5.，不好意思，东电哈电的业绩确实太难得到了。
下面是摘抄的各个水斗式生产厂家近2年比较典型的对外宣传业绩：
总的说来具有一下趋势：
1、A475被广泛的应用，基本在600米以下开始取代A237了。横比各个厂家的业绩看出A475成了首选，看来A475比A237的优势被广泛认同。
2、在600~800米水头出现了A870，有几个电站的实例了。
3、在1000米水头段出现了105，有5个以上电站的实例运行了。
4、出现了一些新的型线代号，很多是国外进口转轮的代号。如A1085  244   520   K001 DF01   T5317 等（新型号有些是厂家自己取的名字，真实性不敢肯定）
5、选型出现了追求价格不计性能的趋势。这个不支持。比如325米 4250千瓦选择105/2*12.5 ；210米2500千瓦选择100/2*12 ；370米4000千瓦110/2*10等等。这样选型都不出问题，什么才会出问题呢？大厂都这样了，小厂是一直都有这种趋势。这2年来钢材上涨的价格吓人，而厂家也在增多，行业价不升反降，分蛋糕的越来越多，所以技术含量不高的厂家报的价格基本都是白菜价了！！！大厂也开始饥不择食了，小机器一样也做。
6、单位转速普遍在39.5~41之间。至于原因上文说到的新的理论已经出版了，名字是《水斗式水轮机基础理论与设计》，书里面有说明。至于485米60MW选217.2/6*18.1有点太偏颇了。
7、2000年过后很多厂家都有了4喷嘴的图纸，4喷嘴开始大量生产，国内目前有不少于65个四喷嘴电站。
8、近年国内出现了半国产的6喷嘴，值得庆贺。
最后说下：如果是表面上的选型，按照书上说的n11=39~41 m=8~20（水头低m就小）就好了。要想选的有深度，最好从结构啊性能啊各项的综合平衡点来选取。n11差0.5可能带来很大的变化。水斗式的难度大致可以这么说：水头越高难度越大，机型越少见难度越高。选型越偏，难度越大。

下面是地震版的选型软件的地址。

以下排名不分先后，随意列的顺序。
1
四川甘孜康定梗子水电站    鑫安
设计水头496米，单机出力6300千瓦
CJA237-W-122/2×10.5
n11＝41  m=11.62
基本合适，可以做成120/2*10.5的，不一定非要选择121 、122、 123这种直径。
2
四川拥玛水电站         富源
设计水头425米，单机出力5000千瓦
CJA475-W-135/2×10.5
n11＝39.3  m=12.86
m略微有点大了，但是这个水头段选择750转的，强度稍微有点高。
3
云南昆明小清河七级     云河
设计水头405米，单机出力12000千瓦
CJA475-W-138/4×11.5
n11＝41.14  m=12
n11略高。
4
四川松潘大姓水电站         零陵
设计水头419米，单机出力9000千瓦        
CJA475-L-135/2×14
n11＝39.57  m=9.64  不锈钢的转轮。
个人认为还是选择135/4*10 或者卧式双转轮2-110/2*10比较合适。

5
贵州水城乌图河一级 南平
设计水头368 单机出力12000千瓦
CJA475-L-130/2×13
n11＝40.66  m=10   
个人觉得机器结构上比较勉强，立式的多喷嘴建议m不小于10，且转轮直径不小于130cm。
6
重庆文民电站   力达  
设计水头184米，单机出力1250千瓦
CJA475-W-110/2×10
n11＝40.55  m=11   
以小型水斗式、斜击式见长。出现2喷业绩，不能不说是几十年来的突破和发展。还有很多小型的厂家的业绩没有罗列，看来传统很多小厂都在引进技术，寻求突破。
7
甘孜州康定县三道桥水电站   东风
设计水头485米，单机出力15000千瓦
水机型号：CJA475-L-150/4×11.5
n11＝40.87  m=13  
东风签下了国内设计的单机最大的四喷，印度的玛拉那二级电站5万千瓦的。
8
云南镇康县打窝电站    柳州
设计水头645米，单机出力6300千瓦
CJA475-W-136/2X9
n11＝40.16  m=15.11  
机器选择的很大，这个机型在这个水头下超发能力惊人，水机只要75%不到的效率就可以达到6300. 而且这个水头是目前A475用的比较高的了，不知道电站实际情况如何。
9
湖北五峰土峪河   立崧
设计水头902米，单机出力1600千瓦
CJ105-W-120/1*5
n11＝39.96  m=24   
机器太小了，m太大了，转轮很难做，加上使用直流喷嘴，这个直喷一定是小巧玲珑。建议2台做成一台比较好，902  3200  120/1*7 比较合适。
10
康定拉角沟二水   立崧
设计水头322米，单机出力9000千瓦
2×CJA475-W-120/2×12  
国内早年曾进口过几台卧式双转轮的机器。50年后，国内终于有厂家开始独立设计卧式双转轮机型了。适用于若立式机组有点小，选择HL转速又太高。改机型对我国来说选择的区间在260~350米的 6000~10000千瓦之间吧。
11
四川巴郎口          昆明
设计水头510米，单机出力48000千瓦
CJA237-L-215/6×16.5
n11＝40.8  m=13  
要是进口转轮还是取180/6*16比较好。此型国产的倒是勉强。

12
倮马电站   昆明
设计水头596米，单机出力30000千瓦
CJA870-L-198/4×14       
n11＝40.55  m=14.14
        昆明厂很有几个A870的电站，为A870的实际运用提高依据。可惜无缘得见A870，不知道其性能到底如何。

13
四川烟岗电站   重水
设计水头600米，单机出力60000千瓦
CJX-L-165/6×15.6
n11＝40.42  m=10.58  
进口转轮做这个机型优秀，国产的建议做成500rpm

14
四川凉山昭觉苏巴姑        重水
设计水头1175米，单机出力26000千瓦       
CJ244-L-188/2×11
n11＝41.13  m=17.09  
进口转轮吧，国产的不该是这个机型。目前国内最高水头的电站。取代天湖电站地位。具体可参看我的“关于天湖电站二期的思考”。

15
四川大发  哈电
设计水头482米，单机出力120000千瓦
CJ520-L-295/6*25.6
这个参数，HL是不二之选，为什么做水斗式呢？反正都进口，还不如进口混流的。

                   以上20080710修改

下面是2006年的时候写的选型的东西，由于这次编辑版面有限，所以删除了部分例子。

我的博客里面有很多关于水斗式水轮机的东西。

水斗式水轮机选型实例
介于最近大家对水斗式的讨论比较多，鄙人采用的选型方法与大家的不一样，但是我一直希望能得到CZH-01（估计他是重水的水斗式专家）的回答，但是一直没有等到，现在就我的方法与大家交流。望各位互相讨论。
  我的方法主要基于程良骏的《水轮机》一书的方法。具体过程见附件！
实例一：（云南某电站）
设计水头381米，单机出力6000千瓦
1、        射流直径＝171mm，
当单喷嘴时do=175(建议向上（只能向上）取整为整5或0)（一般射流直径超过14cm就是双了）
当双喷嘴时do=125
（采用那个什么do=545*(  )的那个公式，见附件。水轮机效率按照A237的效率来算，初取88，其实国内除了极少数的少于3个厂家能把A237的真机效率做到88～89，（没有数控来加工整铸转轮））
2、        转轮直径与射流直径的比值m：
查H-m（或者H－ns－m）的曲线（《水轮机手册》和程良骏的《水轮机》等都有的）可以知道m在380米时约为10（不是一个定值）
3、        D1/do=m （取 do=125）
所以D1 可以初步定为1.25米
在D1＝1.25米时的转速为624转，（应在标准转速的5％以内）
则当转速在600转时D1＝1.3米（建议取整5或0，便于三化）
反算m＝10.4处于一个很经济的m值。
反算n11＝40（建议取42以下）
所以该机组为CJA237-L-130/2×12.5 （客户要求取立式机器，其实卧式都好作最最少节省100万的总投资。另外虽然97年的国标谱上有很多天传所的其他的型号，但是没有237的性能稳定，没有得到广泛的采用。237经过数千台真机的检验，信的过。A475也开始广泛的采用。）
  但是该机器的生产厂家实际取了CJA237-L-130/2×13的机型，增大了射流直径，采用16斗的方案。（采用《水轮机手册》的方法计算水斗数）
  水斗数的选取：采用Z＝6.67*（m^0.5）是没有科学依据的（另外还有Z＝（5.2～5.8）*（m^0.5）；Z＝（5～6.5）*（m^0.5）等等）。如果采用这个公式，那么该机器岂不是该有21个以上的水斗了吗？在结构上根本布置不了21斗，就算布置下了那么该机的效率一定非常低。低了就不说了，最要命的是要断斗。其实这个“式子”（不能算公式）的提出还远远不如完全按照20斗的模型水斗数来定，所有的都取20斗，相对来说更为科学。另外也可以说明，由于水斗数的变化，那你还能按照20斗的模型来定“单位流量”吗，很显然，是不行的！这样说吧，众所周知，如果是混流式的水轮机转轮型线，如果你把转轮的叶片数减少1～2片，其他不变，那么转轮的过流量会增加，对效率和强度会有影响，即转轮本身固有的单位流量会变化了！按照习惯的这种思路，水斗式的转轮的水斗数的变化也会引起“单位流量”的变化！（水斗式的水斗数很少会和模型的一样为20斗，绝大多数在15～25斗之间），其中最为关键的一点为混流式是按照反击理论，整个转轮都是泡在水里的，而水斗式只有一部分非完全的泡在水里（约1/3～1/7个转轮）。如果该机选择CJA237-W-155/2*12.5，500转，在性能上是等价的（但是机组的造价贵了，m值偏高，强度比130更好），所发出的电也是一样的多的，转轮直径是不影响水斗式的过流能力的。虽然155时的效率比130时会高一点点，但是是由于其他原因引起的。

实例五：（哈尔滨某电机厂）
额定水头540米，单机出力20000千瓦
1、        射流直径＝240mm，
当单喷嘴时do=240(建议向上（只能向上）取整为整5或0)（一般射流直径超过14cm就是双了）
当双喷嘴时do=170
当三喷嘴时do=140
当四喷嘴时do=120
2、        转轮直径与射流直径的比值m：
m在540米时约为13（不是一个定值）
3、        D1/do=m （取 do=120，140）
所以D1 可以初步定为1.56米 ； 1.82米
在D1＝1.56米时，n11＝40时的转速约为600转，
则当转速在600转时D1＝1.55米（建议取整5或0，便于三化）
m＝12.9，（能计算转轮强度更好）
n11＝40
在D1＝1.82米时，n11＝40时的转速约为510转，
则当转速在500转时D1＝1.85米（建议取整5或0，便于三化）
m＝13.2
n11＝39.8
所以该机器当为CJA237-L-155/4×12
CJA237-L-185/3×14
该厂出于技术等方面的考虑该机器选择了三喷嘴机型，最后将转轮直径定为186cm。
如果仅从理论上来说该机器应该选择CJA237-L-155/4×12  600r/min ，这样整个电站的综合造价会低很多！

实例九：（昆明某电机厂）
额定水头762米，单机出力15000千瓦
（具体步骤同第一个例子）
CJA870-L-185/2×11.5  
m＝16
n11＝40.2
    总结：作为初设来说选出初步机型就可以了。这样说吧，设计院的选型，基本是按照理论来的（除非你有实际的设计经验），而厂家的选型是综合各方面的因素来考虑的（当然垃圾厂家出外）。没有必要对水斗数进行计算。至于转轮的转动惯量啊，最好请教厂家，因为水斗式转轮的重量是很大的，还不到忽略的地步，比如一个2500kw的125/2*13.5的转轮差不多是3吨重！而发电机转子约13吨。希望我的选型方法能为你带来方便。请各位在持有怀疑和交流的心情下共同探讨。该方法经得起“大厂”（重水、哈电、东风、以及重水周围几个私人企业）业绩的验证的。而小的厂家更多的是考虑通用性，能借就借，能将就，就将就。或者是根本就是拿个全国统一设计时的样板来查书！书如果做的好倒不说了，关键是那上面的机器一大半都有问题！很多同样的机器在这个电站发的够，而在另外电站就不够了。发够电，靠的不是效率而基本是“无限制”的增大的过流量！水斗式由于他的特殊，水斗数就算是同样机型也不一样，除非是水头、出力、机型都一样。
最近（2005年）出了一份水斗式水轮机的新理论，各位有兴趣可以找来看看，权作为课外读物吧。