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第六章 叶片式流体机械的选型
第一节 流体机械产品的标准化与系列化
一个矛盾
用户,
性能参数的多样性
价格低、质量可靠
维修方便
制造商,
满足多样要求,
单件 或 小批量 生
产,价格、质量、
维修难以保证
满足价格、质量、
维修要求,
大批量 生产,参
数难以满足不同
用户要求
解决办法,三化 (标准化、系列化、通用化)
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流体机械的系列型谱
主要考虑因素,流动特性 和 结构 (强度、材料)
型谱的主要内容,
1) 模型的数量
模型,, 系列, 和, 型式,
2) 叶轮的标准直径
,品种,
确定品种数量的依据,
效率降低值
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第二节 中、小型水轮机的系列型谱
一、水轮机型号的编制方法
水轮机型式+转轮型号(比转速) —— 主轴布置型式+引水
室的特征 —— 转轮直径
水轮机型式代表符号
水轮机型式 代表符号 水轮机型式 代表符号
混流式水轮机 HL 切击 (水斗)式水轮机 CJ
轴流转浆水轮机 ZZ 斜击式水轮机 XJ
轴流定浆式水轮机 ZD 双击式水轮机 SJ
斜流式水轮机 XL 可逆混流式水泵水轮机 HL N
贯流转浆式水轮机 GZ 可逆轴流转浆式水泵水轮机 ZZN
贯流定浆式水轮机 GD 可逆斜流式水泵水轮机 X LN
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主轴布置型式和引水室特征代表符号
冲击式水轮机直径表示,
标称直径,
名 称 代表符号 名 称 代表符号
立 轴 L 明 槽 M
卧 轴 W 明 槽 有 压 MY
金属蜗壳 J 罐 式 G
混凝土蜗壳 H 虹吸式 X
灯泡式 P 轴伸式 Z
竖 井 式 S
直径
射流数 × 射流直径
型号示例,HL220- LJ- 550
2CJ30- W- 120 2× 10
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二、中小型轴流式、混流式水轮机转轮的系列型谱
表 6 - 3 轴流式入谱转轮主要参数
最 优 工 况 限 制 工 况 备注
推荐使
用水头
m
转轮
型号
模型转
轮直径
D m
mm
导叶
相对
高度
b 0
轮毂比
d h



单位转

n 11
r / s
单位流
量 Q 11
m
3
/ s
效率
?

比转速
n S
m? kW
单位流
量 Q 11
m
3
/ s
效率
?

空化
系数
? m
6 ~ 1 5 Z Z 5 6 0 a 460 0, 4 0, 3 3 / 0, 3 8 4 140 1, 0 6 8 9, 0 569 2, 0 8 4, 2 0, 8 3 暂用
1 2 ~ 2 2 Z Z 5 6 0 460 0, 4 0, 3 5 / 0, 4 0 4 140 1, 0 8 8 8, 3 554 1, 9 8 4, 0 0, 7 1
表 6-5 混流式入谱转轮主要参数
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最 优 工 况 限 制 工 况 备注
推荐使用
水头
m
转轮型号
模型转
轮直径
D
m
mm
导叶相
对高度
b 0
单位转

n
11
r / s
单位流
量 Q
11
m
3
/ s
效率
?

比转速
n
S
m? kW
单位流
量 Q
11
m
3
/ s
效率
?

空化系

?
m
2 0 ~ 4 5 H L 2 4 0 460 0, 3 6 5 72 1, 1 0 9 1, 0 240 1, 2 4 9 0, 4 0, 2 暂用
3 5 ~ 6 0 H L 2 6 0 / A 2 4 4 350 0, 3 1 5 80 1, 0 8 9 1, 7 263 1, 2 7 5 8 6, 5 0, 1 5
2 3 0 ~ 3 2 0 H L 9 0 / D 5 4 400 0, 1 2 62 0, 2 0 3 9 1, 7 94 0, 2 6 6 8 7, 8 0, 0 3 3 暂用
3 0 0 ~ 4 0 0 H L 9 0 / D 5 4 400 0, 1 2 62 0, 2 0 3 9 1, 7 94 0, 2 6 6 8 7, 8 0, 0 3 3
标准直径系列
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三、中小型轴流式、混流式水轮机产品系列型谱
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第三节 水轮机的选型计算
一、原始资料,选型任务及原则
(一)水轮机选型的原始资料
1) 水电站的水头和流量,
Hmax,Hmin:运行范围内的最大与最小水头;
设计 水头 Hd:最高效率点的净水头;
额定 水头 Hr:能发出 额定 功率的 最小 净水头;
加权 平均 水头 Hw,加权平均值;
最大 流量 qVmax:流经电站的流量的最大值;
额定 流量 qVr:额定水头, 转速, 功率时的流量 。
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2) 上下游水位标高 ( 海拔高程 ) 。
3) 水电站的装机容量, 机组台数, 及初步选择
的水轮机转轮型号, 参数, 直径和转速 。
4) 调节保证要求值 。
5) 水电站的水质资料, 如河流含砂量及砂粒大
小等 。
6) 水轮机输水管道尺寸及布置情况 。
7) 水电站允许的最大挖深值 。
8) 运输及安装条件 。
原始资料,选型任务及原则
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系统的负荷分配
9)水电站的运行情况,如水电站在电力系统中担
任 峰荷 或 基荷 的情况,是否要作 调相 机运行等。
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(二)选型计算的任务
1) 水轮机的类型和 转轮型号 。
2) 水轮机的 结构型式 。
3) 保证发出额定功率的 转轮直径 。
4) 水轮机的 额定转速 和 飞逸转速 。
5) 所有运行水头和功率下水轮机的 效率 和 吸出高度
值, 即绘出水轮机的 运转特性曲线 。
6) 轴向推 力 及叶片 力矩 的计算 。
7) 调节保证 计算 。
8) 辅助设备 的选择 。
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(三)选型的一般原则
电站的水轮机选型是复杂的 系统工程,对工程
的 综合效益 有重大影响
主要的技术经济因素,
工程的综合利用:发电、航运、防洪、灌溉、养殖、旅游
机组:效率、空化、稳定性、尺寸、价格
土建:工程造价、施工难度、工期
制造:设计、毛坯、加工
运输,
安装,
水力角度,
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?max,?av;
NPSH;
D;
n;
成本;
比速系数,
在保证安全的条件下 nS HnK
S?
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二、用系列型谱使用范围图和系列使用范围图选型
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ZZ500系列使用范围图
9 0 0
???
SS hH
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三、根据综合特性曲线进行选型计算
1、选择水轮机的系列(水头段)
2、转轮直径,
参数,
P,单机额定功率(考虑电机效率)
Q11, 混流式 —— 5%功率限制线 or HS
轴流式 —— HS or 效率
?2
3
1181.9 HQ
PD ?
(最小尺寸原则)
混流式水轮机选型时单位流量的确定
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ZZ式水轮机选型时单位流量的确定
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转速计算
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?, 先近似取值,然后修正
H= 额定 水头 Hr( !!! )
化整为标准直径 (通常向大方向)
允许采用非标准直径的情况,大 机组 or 高 转速
3,转速
注意,最优 单位转速 和 加权 平均 水头
D
Hnn w110?
发电机同步转速 (!!!),
pn
3 0 0 0?
检查正确性
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Hmax
Hmin
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7、允许吸出高度 HS的计算
8、飞逸转速计算
单位飞逸转速
H
Dnn R
R ?11
飞逸系数
110
11
n
nK R
R ?
混流式的飞逸特性
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混流及轴流定桨式的最大飞逸转速
D
Hnn
R
m a x
m a x11m a x ?
转桨式的
飞逸特性
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转桨式的最大飞逸转速
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9、轴向水推力及叶片水力矩的计算
离心式轴向水推力的产生
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减压孔与减压板
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轴向水推力的估算
作用于轴流式叶片的力
单位轴向力
m a x
2
4 HDKF h
??
111 zu FFF ??
HD
FF h
h 211 ?
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抬机事故
轴向力特性
防止措施
分段 关闭
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10,水轮机重量估算
四、水轮机运转特性曲线的绘制
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1、工作特性曲线 ?= f( P) 的绘制
选定若干水
头(包括
Hmax,Hmin、
Hr,Hw)
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转向点
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3、功率限制线的绘制
发电机功率限制
水轮机功率限制
定桨式、转桨式
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转桨式的功率限制
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4、等吸出高度线的绘制
辅助曲线 HS= f( P)
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辅助曲线 P= f( Q11)
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运转特性曲线汇总
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检查直径与转速的合理性
H
nDn ?
11
HD
qQ V
211 ?
2
11
???
?
???
??
n
nDH
?? 2/3211 HDgQP ?
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第四节 叶片泵的系列型谱与选型计算
一、离心叶轮的切割
(一)切割定律 ( 经验公式 )
(二)切割抛物线及其应用
2
2
2
2
A
A
D
D
q
q
V
V ????
2
22
b
b
2
2 tg
tg
D
D
H
H
?
? ?
???
?
???
? ???
2
2
D
D
q
q
V
V ???
2
2
2 ??
?
?
???
? ???
D
D
H
H 3
2
2 ??
?
?
???
? ???
D
D
P
P
2VKqH ?
H
HD
q
qDD
V
V
222
?????
A?
A
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切割叶轮的出口速度三角形,
讨论条件,A2,?2不变
u2
w2 c2
u2∝ D2
如果有 cm2 ∝ D2,则三角形 相似
此时有 H ∝ D22,qV ∝ D2 切割定理 对应工况
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(三)最大允许切割量和切割高效区
允许切割量
与 nS 的关系
切割高效区
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二、叶片泵的系列型谱
泵产品的特点:用途广泛、要求各异、批量大
型谱的特点:综合划分 —— 水力, 结构, 用途
(一)农用水泵的分类方法
1、大类 —— 排灌机械
2、小类:混合划分
离心泵、混流泵、轴流泵,井用泵、地表潜水泵、喷灌机
械, 水轮泵、手动泵, 特种泵
3、系列,结构型式, 用途, 材料 相同, 部件 通用,
参数 按 规律 分布
4、品种规格:按 基本参数 划分,不同系列参
数不同。 品种 还可分 规格
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机械产品
大 类
小 类 离 心










排灌机械
系 列




















品 种
型 号
IB50- 32- 125
规 格
IB50- 32- 125A
IB50- 32- 160
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(三) 叶片泵的系列型谱
其他产品系列
泵的, 系列, 概念:更强调 结构, 材料, 零部件 的 通
用化 程度; 不 再以 比转速 作为划分系列的依据。
系列:结构形式、用途、材料相同,除过流部件外,其它
零部件通用 程度高,基本参数按一定规律分布 的产品。
同一系列 中,可由若干 比转速按一定规律变化 的 水力
模型 换算构成系列中的全部产品。不同的系列中,则可能
有相同的水力模型
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泵的系列型谱图
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二 叶片泵的选型计算
(一)原始资料及选型原则
任务的分类,专用 与 通用 产品
1、泵选型的原始资料
排灌泵站,
1) 系统的扬程和流量 Hmax,Hd,Hmin,Hav,qVmax,qVmin,qVd
2) 系统的总容量 ( 功率 )
3) 输送介质资料, 例如水中含砂量及砂粒大小等
4) 管道尺寸及布置情况
5) 系统的运行情况
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2,泵选型的原则
1) 满足流量及扬程要求
2) 效率高, 同时不发生空蚀和动力超载的现象
3) 机电设备和土建投资少
4) 便于操作维修, 运行和管理费用小
5) 尽量选用标准化, 系列化的产品和相同型号的泵
(二)叶片泵选型的计算
1、用系列型谱图或产品特性曲线进行选型( 现有产品 )
注意事项,
专用与通用系列
台数:多方案比较
各扬程时的实际流量
考虑管网特性以后,
平均扬程 对应于泵的 高效范围
设计扬程 保证提供 设计流量
最大最小扬程 时能 安全 运行
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泵的运转特性曲线
补充说明,
使用扬程范围问题
离心、混流与轴流的选用
台数问题
多级泵站的协调
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2、根据水力模型性能参数进行选型计算(新产品)
1、选定水力模型 1、确定转速
2、计算比转速
3、选择模型
4、计算直径
H
HK m
H ?
V
mVq qqK ?2,
q
H
m K
KDD ?
D
D
K
nn m
H
m ??3,
4,计算各扬程下的 qV,HS,P,?
5,不同方案的比较分析
6,配套功率的确定