3.确定水轮机同步转速n、比转速ns、过流量Qr、转轮直径D1、吸出高度Hs、轴向水推力F、飞逸转速nr等；冲击式水轮机射流直径do与喷嘴数Zo。
(1) 现代水轮机一般都直接带动水轮发电机,带动加工机械的情况较少。我国电网所采用的标准频率为f=50Hz,一些国家和地区也有采用60Hz,为得到标准频率必须满足以下条件：np=6000(f=50Hz)或np=7200(f=60Hz) (式中: n—发电机转速(r/min)；p—发电机磁极对数)。 按中国额定电压标准,不同机组容量选择发电机额定电压的参考值如下表所示： 选择发电机额定电压的参考值（查《中国水力发电工程 机电卷》） 机组容量(MVA) 额定电压(kV) 机组容量(MVA) 额定功率因数 根据《GB/T 7894-2001水轮发电机基本技术条件》及《水轮机》,水轮发电机额定转速优先在下列转速(r/min)中选择：(60Hz转速按优先转速所对应的磁极对数得出) 发电机 磁极对数 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 14 发电机转速 50Hz 60Hz 1500.0 1800.0 1000.0 1200.0 750.0 900.0 600.0 720.0 500.0 600.0 428.6 514.3 375.0 450.0 333.3 400.0 300.0 360.0 250.0 300.0 214.3 257.2 发电机 磁极对数 15 16 18 20 21 22 24 26 28 30 32 发电机转速 50Hz 60Hz 200.0 240.0 187.5 225.0 166.7 200.0 150.0 180.0 142.9 171.5 136.4 163.7 125.0 150.0 115.4 138.5 107.1 128.5 100 120.0 93.8 112.6 发电机 磁极对数 34 36 40 42 44 48 50 52 56 60 发电机转速 50Hz 60Hz 88.2 105.8 83.3 100.0 75.0 90.0 71.4 85.7 68.2 81.8 62.5 75.0 60.0 72.0 57.7 69.2 53.6 64.3 50 50 6~35 6.3 7.5~65 10.5 36~200 13.8 100~320 15.75 320 18 P<350MVA 不低于0.9(滞后) <125MVA 不低于0.8(滞后) 125 立式水轮发电机的机架，其垂直方向和水平方向的允许双幅振动值，以及卧式水轮发电机轴承在垂直方向的允许双幅振动值,应不大于下表的规定： 水轮发电机振动(双幅)允许限值 mm 额定转速,r/min 项目 ≤100 100~250 250~375 375~750 >750 振动允许值(双振幅), mm 推力轴承支架的垂直振动 立式 导轴承支架的水平振动 定子铁芯部位机座水平振动 机组 定子铁芯振动(100Hz振幅值) 0.03 卧式机组 各部轴承垂直振动 推力支架的轴向振动 灯泡贯流各导轴承的径向振动 式机组 灯泡头的径向振动 0.12 0.10 注：振动值系指机组在除过速运行以外的各种稳定运行工况下的双振幅值 在正常运行工况下，水轮发电机导轴承处测得轴的相对运行摆度值(双振幅值)应不大于75%的轴轴总间隙值。同时规定在水轮发电机盖板外缘上方垂直距离1m处测量的噪声水平应为下列数值： a) 额定转速为250r/min及以下者不超过80dB(A)； b) 额定转速高于250r/min者不超过85dB(A)。 机组转动部分的第一阶临界转速应不小于最大飞逸转速的120%。 对于水轮发电机,不采用3000转速,因为当发生事故时,其飞逸转速对发电机转子是很危险的；转速1500采用于极小的水轮发电机；转速1000比较适用于小型水轮发电机。在实 0.12 0.10 0.11 0.10 0.03 0.09 0.03 0.07 0.08 0.03 0.05 0.03 0.04 0.04 0.03 0.02 0.02 0.02 0.11 0.09 0.07 0.05 0.04 0.08 0.07 0.05 0.04 0.03 际中为使水轮机能和发电机直接传动,水轮机的转速应符合发电机的转速。在通过转速计算得出n后,先查找同步转速中相近档次的转速,带入转速公式反算水头H对应的单位转速n11。 (2)查JB/T6310-1992《中小型轴流式、混流式水轮机转轮系列型谱》，规定了中小型轴流式和混流式水轮机转轮型参数范围。在没有模型资料数据时可做为初定值。 中小型轴流式转轮型谱参数范围 适用水头范围m 导叶相对高度bo 轮毂比 叶片数Zo 最优工况 单位转速n11 r/min m3/s 限制工况 汽蚀系数 σm Q11 m3/s 单位流量q11 比转速ns 单位流量m·kw 3~8 6~15 12~22 18~30 26~40 0.45 0.45 0.40 0.40 0.375 0.34/0.38 0.34/0.38 0.35/0.40 0.40/0.45 0.45/0.50 3,4 4 4 5 6 155~170 1.1~1.3 660~760 2.1~2.3 142~154 1.0~1.2 580~670 1.9~2.15 130~140 0.95~1.15 500~570 1.7~1.9 122~132 0.90~1.1 400~500 1.5~1.7 115~125 0.85~1.05 400~450 1.35~1.55 1.2~1.4 0.8~0.95 0.64~0.75 0.52~0.62 0.45~0.55 中小型混流式转轮型谱参数范围 适用水头范围m 导叶相对高度bo 最优工况 单位转速n11 单位流量Q11 比转速ns r/min m3/s m·kw 限制工况 单位流量Q11 m3/s 汽蚀系数 σm 20~45 35~60 50~80 70~105 90~125 110~150 135~200 180~250 230~320 300~400 0.35 0.315 0.28 0.25 0.225 0.20 0.16 0.14/0.16 0.12/0.14 0.1/0.2 80~85 76~83 74~80 70~78 68~75 65~72 65~70 63~67 60~64 58~62 1.15~1.25 1.0~1.2 0.95~1.1 0.9~1.05 0.8~0.95 0.7~0.8 0.5~0.65 0.35~0.5 0.2~0.3 0.18~0.22 270~310 250~290 230~270 210~250 195~235 170~210 140~180 120~150 95~120 75~100 1.3~1.45 1.15~1.35 1.1~1.25 1.05~1.2 0.95~1.1 0.8~0.95 0.6~0.75 0.45~0.60 0.25~0.35 0.22~0.28 0.2~0.24 0.12~0.17 0.11~0.14 0.10~0.12 0.08~0.11 0.06~0.09 0.045~0.065 0.04~0.055 0.035~0.045 0.032~0.04 中小型水轮机转轮直径尺寸系列规定为： 转轮直径系列 单位:：cm 25 30 35 40 42 50 60 71 80 84 100 120 140 160 180 200 225 250 275 300 330 (3)水轮机选型计算公式如下表： 名 称 反击式水轮机基本参数计算 备 注 单位 水轮机功率 计算 Pr?9.81QrHr??Pf/?f Pr：水轮机额定功率，Pr= Pf／ηf; KW Pf：发电机额定功率； 转速的计算 n?n110HrD1 ηf： 发电机效率； ηr：水轮机效率； 中小型：0.95~0.96 大中型：0.96～0.98； Q11r：水轮机额定工况单位流量； Hr：水轮机的额定水头； n110：模型最优单位转速； n11： 水头对应单位转速； r/min 转轮直径计算 D1?Pr 3/2?rHr?r9.81Q11(m) m3/s 流量计算 Qr=Q11rD12Hr ns?nPrH54比转速计算 或ns=3.13n11Q11r? m.kw 吸出高度 的计算 汽蚀数 汽蚀数与 比转速 轴向水推力 计算 b立式机组：Hs=10-?-kσHr+o 2900卧式机组:：Hs=10-?-kσHr-D2 9002m σ 由模型曲线对应工况点查取 ▽：正常下游尾水位； 混流式:σ=0.319(ns)2 100轴流式:σ=0.28+1(ns)3 638100混流式:F=K?D2 2Hmax 4bo：导水叶高度； k：汽蚀安全系数； 不锈钢材料取1.15~1.3； m 轴流式:F=K?(D1-dh2)Hmax 42KN 碳钢材料取 1.3~1.5； HrD1nR=n11R K:水推力系数混流式查水轮机型号对应值； 轴流式水推力系数： 叶片数 4 5 6 7 8 r/min 飞逸转速 计算 K 0.85 0.87 0.9 0.93 0.95 D2：混流式转轮最大外径； dh：转桨式转轮轮毂直径； 如果没有模型飞逸特性曲线或最大单位飞逸转速,可按统计的飞逸系数KR近似估算 nR=KRn 冲击式或混流式：KR=1.7~2.0； 转桨保持协联：KR=2.0~2.2 定桨：KR:2.4~2.6。 转轮直径计算 射流直径计算 冲击式水轮机基本参数计算 Pr9.81Q'1ZpZoHr3/2 m D1??Zp：转轮数 Zo：喷嘴数 φ；流速系数,史振声版《水轮机》推荐值为0.97~0.98,精确3位数 经计算取0.968能保证精确四位数 D1/do=10~20时，原型效率与模型差别不大 do?0.545QZp?ZoHr 或 do?4Q Zo??2gH水斗数计算 喷嘴直径计算 转速计算 流量计算 圆周速度 系数K D1 Z1?6.67dom m r/min m3/s dn?(1.15~1.25)do n?n110HrD1 do：喷嘴射流直径, m； 2Q?KrZo?4do?o 冲击式最优单位转速一般取n11=37~41; vo：喷嘴出口射流平均速度 m/s； 单位转速n1’=84.6Ku； nD1?；u? Ku?602gHu圆周速度u 飞逸转速计算 nR=n11Rns?nPrH54冲击式水轮机其它参数确定： Hr D1r/min 1. 水斗直径db=1.05do 5?nZoPrH4 2. 喷嘴口直径dn=1.228do 3. 喷针最大行程 Sn=1.16do 冲击式模型单位飞逸转速,一般取n11R=70； 单位流量Q11可表示为 m.kw 比转速计算