目录一、水轮机选型计算的依据及其基本要求 (1)1水轮机选型时需由水电勘测设计院提供下列原始数据 (1)2水轮机选型计算应满足下述基本要求 (1)二、反击式水轮机基本参数的选择计算 (1)1根据最大水头及水头变化范围初步选定水轮机的型号 (1)2 按已选定的水轮机型号的主要综合特性曲线来计算转轮参数 (1)3效率修正 (4)4检查所选水轮机工作范围的合理性 (4)5飞逸转速计算 (5)6轴向推力计算 (5)三、水斗式水轮机基本参数的选择计算 (10)1水轮机流量 (10)2射流直径d0 (10)3确定D1/d0 (10)4水轮机转速n (10)5功率与效率 (11)6飞逸转速 (12)7水轮机的水平中心线至尾水位距离A………………………………………………1 28喷嘴数Z0的确定 (12)9 水斗数目Z1的确定 (12)10 水斗和喷嘴的尺寸与射流直径的关系 (13)11 引水管、导水肘管及其曲率半径 (13)12转轮室的尺寸 (14)A 水机流量 (17)B 射流直径 (17)C 水斗宽度的选择 (17)D D/B的选择 (17)E 水轮机转速的选择 (17)F 单位流量的计算 (17)G 水轮机效率 (18)H 飞逸转速 (18)I 转轮重量的计算 (18)四、调速器的选择 (20)1 反击式水轮机的调速功计算公式 (20)2 冲击式水轮机的调速功计算公式 (20)五、阀门型号、大小的选择 (21)1 球阀的选择 (21)2 蝴蝶阀的选择 (22)水轮机的选型计算一、水轮机选型计算的依据及其基本要求1水轮机选型时需由水电勘测设计院提供下列原始数据：1）装机容量、装机台数、单机额定出力Nr、最大出力Nmax和负荷性质；2）水电站的设计水头Hr，最大水头Hmax，最小水头Hmin，加权平均水头Hcp；3）水电站上下游水位与流量关系曲线，水头、流量过程线或保证率曲线，引水管损失等；4）水电站的泥沙资料（含沙量、泥沙类别、特性等），水质资料（水温、化学成分、PH值、硬度、含气量等）；5）水电站厂房形式，引水方式和引水管长度、直径；机组安装高程及允许吸出高度Hs＇；6）制造厂与水电站间的运输条件、水电站的安装条件（允许最大挖深值等）。
2水轮机选型计算应满足下述基本要求：1）具有优良的能量指标，所选择的水轮机应能经常运转于高效率区；2）具有良好的汽蚀性能及工作稳定性，机组的压力脉动要小，调节灵活，安全可靠；3）尽可能选择较小尺寸的水轮机，如尽量选择比转速较高的水轮机转轮，选择单位转速n11值稍高于最优单位转速n110值，单位流量Q11近于最大单位流量Q11max 值；4）结构要先进合理，易损零部件能拆卸互换，做到因地制宜；5）满员运输、安装、检修的要求。
二、反击式水轮机基本参数的选择计算1根据最大水头及水头变化范围初步选定水轮机的类型和转轮型号。
目前，一般在水头H=3~30m范围内选用贯流式水轮机，H=3~60m范围内选用轴流式水轮机（一般Hmax/Hmin＞2，D≥2.0m时用转桨式），H=20~600m范围内选用混流式水轮机，H=300~1000m范围内选用冲击式水轮机，在相同水头段内可使用不同的机型时，需对它们进行性能、技术经济的初步比较后再选定。
对于只给出设计水头的中小型反击式水轮机，其工作水头范围可参考图2-1-1。
2 按已选定的水轮机型号的主要综合特性曲线来计算转轮标称直径D 1、额定转 速n 、最大吸出高度Hs 。
1） 关于流量的选择、计算：对混流式和轴流转桨式水轮机，一般取综合特性曲线上最优单位转速的（105%~110%）与5%出力限制线的95%~98%交点处所对应的单位流量Q 11值，对轴流定桨式水轮机按相应105%~110%最优单位转速的最优效率点取单位流量；受挖深限制时根据最大允许Hs 选取单位流量Q 11，其所取单位流量应大于最优单位流量。
对轴流转桨式水轮机，选取原则为： a) 按允许的吸出高度Hs 来选取；b) 从平均效率、电能产量、装机台数进行经济分析确定Q 11。
对径流式电站 应考虑在最大水头和最小水头时均能得到电站保证出力；c) 从经济性和运行的稳定性着眼，选用的Q 11一般不宜超出型谱表中推荐的 范围。
流 量Q ：由 H Q N p ***=γη水 ⇒ HN Q p**=γη水 （2-2-1）其中：N P ——水轮机额定功率 γ——水的重度（9.81KN/m 3） η水——水轮机效率 单位流量Q 11： HD Q Q *=2111 （2-2-2）转轮标称直径D 1的计算： 标称直径D 1： ()m H Q N D rD D2/311181.9****=ηη水 （2-2-3）其中：N D ——机组额定功率（发电机额定功率）（千瓦）； η水——水轮机效率（0.88~0.93）； ηD ——发电机效率（0.90~0.97）； Hr ——额定水头（米）。
额定转速n 的计算：利用单位转速n 11j 和水头推算水轮机额定转速： 额定转速n e ： min)/(111r D H n n rj e *=（2-2-4）其中：n 11j ——原型水轮机计算单位转速，其值在综合特性曲线上选定。
为使水轮机能在大部分运转时间内处于高效率区工作，一般希望对应于平均水头的单位转速接近于最优单位转速，故计算单位转速n 11j 值为：对于轴流转桨式水轮机可选取大于其最优单位转速n 110值的1.05~1.15%；对于混流式水轮机可选取大于其最优单位转速n 110值的1.02~1.1%；其中上限适用于较高比转速混流式水轮机。
根据计算所得转速n e ，取略大的相近的发电机同步转速为水轮机的额定转速n 。
发电机同步转速可按下式计算： Pfn ⨯=60 （2-2-5） 其中：f ——周波，我国为50Hz ； P ——发电机磁极对数。
允许吸出高度的计算：)(2)(29001010卧式机组立式机组D b H k Hs c -+**-∇-=σσ （2-2-6）其中：▽——水轮机位于高出海平面的标高； k σ——汽蚀安全系数；σc ——临界汽蚀系数；σY ——装置汽蚀系数（σY = k σ*σc ） 式中汽蚀安全系数k σ值的选用可考虑如下情况确定：水中含沙、含汽量大时，或需延长检修周期时k σ可适当取大些；转轮叶片和下环，或转轮室由不锈钢制造时，取k σ≤1.1~1.2；汽蚀局部部位采取抗汽蚀措施时，可取k σ=1.2~1.4；转轮由碳钢制 造时，一般取k σ=1.4~1.8；对多机组电站k σ值 可取小些；转轮接近其使用水头最大值时k σ 宜取较大值；地下厂房时，可适当取大值。
式中汽蚀系数σ值的选取：一般从模型 综合特性曲线上查取，如果没有则1：可从 图（2-2-1）中查取，对图（2-2-1）亦可用 经验公式（2-2-7）给出：图（2-2-1）满负荷时汽蚀系数与比转速的关系()8.120000030+=s n σ （2-2-7）2：根据70年代前半期统计的国外水电站水轮机装置汽蚀系数平均值，由下式求出： 对混流式水轮机：641.11064-⨯⨯=n s σ （2-2-8） 对轴流式水轮机：641.1104.75-⨯⨯=n s σ （2-2-9） 3 效率修正初设时大致修正如下（含尺寸效应）：真机转轮标称直径在60以下时，修正 -1.5% ~ -2.5%60~70cm 时，修正 -0.5% ~ -1%70~100cm 时，修正 1.0~1.5% ，0.5~1.0%（直径小取大值） 100cm 以上时，修正 -0.5% ~ -1% （卧式） 100cm~130cm 时，修正 0% ~ 0.5% （立式）130cm 以上时，修正 ≥1% （立式） 具体应用公式计算 对混流式水轮机效率的修正值一般按最优工况点计算，其它各工况点一律按此等值修正；而对轴流式水轮机效率的修正值按最优工况点计算，对应各转角ψ的其它各工况点取等值修正。
关于具体的效率问题详见附录一。
4 检查所选水轮机工作范围的合理性由于所选择的水轮机转轮直径D 1和转速n 都是标准值，经常与计算结果稍有不同。
另外，最初计算转轮直径时所取用的效率η也是近似给定的，故必须在综合特性曲线上对所选定水轮机的工作范围是否处于最优效率区进行检查。
首先，按最大水头H max 计算出最小单位转速n 11min ,，按最小水头H min 计算出最大单位转速n 11max 。
其次还应计算出保证最大功率时，对应最大水头、最小水头的单位流量值。
以上计算出的数值在原型综合特性曲线图上可以绘出一个四边形。
若此四边形包括了综合特性曲线图上的最优效率区，则可认为水轮机基本参数选择合理。
若四边形中心偏移最优效率区中心较多，则应重新选择转轮直径，或者水轮机转速，或者两者都重新选择计算。
对高水头轴流转桨式水轮机有时希望选用导叶开度允许条件下较小的单位流量Q 11值，以此方法来降低汽蚀系数σ和保证允许吸出高度H S 。
5 飞逸转速计算在设计工作中计算原型水轮机飞逸转速时，应该考虑其最大工作水头Hmax 和最大可能导叶开口1.05a 0max （即由底环上定位块或导叶套筒处所定的开口）工况点的飞逸转速n 11f ，因此按所选定水轮机型号的模型水轮机飞逸特性曲线图，利用式（2-5-1）计算出原型水轮机的飞逸转速n f 。
飞逸转速： 1max 11maxD H n n f f *= （2-5-1） 工程上经常以在同一水头下飞逸转速与额定转速之比来表征水轮机的飞逸程度，并称之为飞逸系数k f ： 飞逸系数k f ： ef f n n k =（2-5-2）各种水轮机的飞逸系数大致如下： 对混流式或冲击式水轮机k f =1.7~1.9； 对保持协联关系的转桨式水轮机k f =2.0~2.2； 对协联关系破坏的转桨式水轮机k f =2.4~2.8。
6 轴向推力计算立轴水轮机的轴向推力包括：水流对转轮的轴向水推力P OC ；水轮机转动部分重量G Z 。
估算轴向水推力采用下式：轴向水推力P OC ： max 214H D K P ***=π（吨） （2-6-1）式中：K ——与转轮型号及排水方式有关的水推力系数，可通过试验方法获得。
一些混流式水轮机采用转轮上冠排水，泄水孔面积不小于转轮止漏环密封间隙5~6倍的结构,其K 值可由表(2-6-1)中查取。
表2-6-1 转轮型号 HL310HL240HL230HL220HL200HL180HL160HL120HL110HL820HL100K 0.37~0.450.34~0.410.18~0.220.28~0.340.22~0.280.22~0.280.20~0.260.10~0.130.10~0.130.26 0.05~0.11水质含泥沙，密封间隙有磨损，或转轮直径较小，需格外放大止漏环间隙比δ/D 1的结构，取较大的K 值。