混流式水泵水轮机基本技术条件

ICS27.140

=K55

中华人民共和国国家标准

GB/T22581—XXXX

代替GB/T22581-2008

混流式水泵水轮机基本技术条件

Fundamentaltechnicalrequirements

forFrancispump-turbines

20xx-xx-xx发布20xx-xx-xx实施

国家市场监督管理总局发布

国家标准化管理委员会

1

目次

前言........................................................................4

1范围.......................................................................5

2规范性引用文件..............................................................5

3术语、定义和符号............................................................6

3.1抽水蓄能电站水库水位.............................................................6

3.2电站毛水头/毛扬程................................................................7

3.3水头和扬程.......................................................................7

3.4流量.............................................................................8

3.5转速.............................................................................9

3.6功率和转矩......................................................................11

3.7效率............................................................................12

3.8转轮公称直径D..................................................................13

3.9空化、空蚀、磨损...............................................................13

3.10水泵水轮机模型试验.............................................................16

3.11压力脉动......................................................................16

3.12S区裕度S-zonemargin........................................................17

3.13驼峰区裕度Humpzonemargin...................................................18

3.14水力激振Flow-inducedPulsationandvibration.................................18

3.15动静干涉Rotor-statorinteraction.............................................18

3.16相位共振Phaseresonance......................................................18

4技术要求..................................................................18

4.1一般要求............................................................................19

4.2主要部件的结构和材料................................................................21

4.2.1结构设计的一般要求.......................................................................................................................21

4.2.2工作应力和安全系数.........................................................................................................................23

4.2.3制造一般要求.....................................................................................................................................24

4.2.4压水回水系统......................................................................................................................................24

4.2.5水泵水轮机的设计、安装应适应各种工况下的下沉量。..............................................................25

5性能保证..................................................................25

5.1频率范围............................................................................25

5.2保证期..............................................................................25

5.3稳态水力性能........................................................................25

5.4水泵水轮机运行稳定性................................................................25

5.5振动................................................................................25

6供货范围和备品备件........................................................26

6.1供货范围............................................................................26

6.2备品、备件..........................................................................27

7资料与图纸................................................................27

7.1交付时间和数量......................................................................27

7.2主要项目............................................................................27

8工厂检验及试验............................................................27

9铭牌、包装、运输及保管....................................................29

9.1水泵水轮机铭牌......................................................................29

9.2包装及运输..........................................................................30

9.3保管................................................................................30

10安装、运行、维护及验收试验...............................................30

10.1安装和试运行.......................................................................30

10.2运行与维护.........................................................................30

10.3验收试验...........................................................................31

附录A资料性水泵水轮机设备的仪表及自动化元件................................32

附录B(资料性附录)水泵水轮机备品备件表......................................34

3

混流式水泵水轮机基本技术条件

1范围

本文件规定了既可作水泵运行又可作水轮机运行的单级混流式水泵水轮机的技术要求、性能保证、

供货范围和备品备件、资料与图纸、工厂检验及试验的基本技术条件，并提出了其铭牌、包装、运输及

保管、安装、运行、维护及验收试验应遵守的一般规则。

多级水泵水轮机和斜流式水泵水轮机可参照使用。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文

件，仅该日期对应的版本适用于本文件，不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用

于本文件。

GB/T150压力容器

GB/T191包装储运图示标志

GB/T2900.45电工术语水电站水力机械设备

GB/T3323.1焊缝无损检测射线检测第1部分：X和伽玛射线的胶片技术

GB/T8564水轮发电机组安装技术规范

GB/T9239.1机械振动恒态(刚性)转子平衡品质要求第1部分：规范与平衡允差的检验

GBT9797金属及其他无机覆盖层镍、镍+铬、铜+镍和铜+镍+铬电镀层

GB/T10969水轮机、蓄能泵和水泵水轮机通流部件技术条件

GB/T11120涡轮机油

GB/T11345焊缝无损检测超声检测技术、检测等级和评定

GB/T11805水轮发电机组自动化元件（装置）及其系统基本技术条件

GB/T15468水轮机基本技术条件

GB/T15469.2水轮机、蓄能泵和水泵水轮机的空蚀评定第2部分：蓄能泵和水泵水轮机的空蚀评定

GB/T15613水轮机、蓄能泵和水泵水轮机模型验收试验

GB/T17189水力机械（水轮机、蓄能泵和水泵水轮机）振动和脉动现场测

GB/T18482可逆式抽水蓄能机组启动试运行规程

GB/T20043水轮机、蓄能泵和水泵水轮机水力性能现场验收试验规程

GB/T28546大中型水电机组包装、运输和保管规范

GB/T32584水力发电厂和蓄能泵站机组机械振动的评定

GB/T32894抽水蓄能机组工况转换技术导则

DL/T1760可逆式水轮发电机组及其附属设备出厂检验导则

DL/T293抽水蓄能可逆式水泵水轮机运行规程

JB/T1270水轮机、水轮发电机大轴锻件技术条件

JB/T7349水轮机不锈钢叶片铸件

JB/T10264混流式水轮机焊接转轮上冠、下环铸件

NB/T47013.2承压设备无损检测第2部分：射线检测

NB/T47013.3承压设备无损检测第3部分：超声检测

NB/T47013.4承压设备无损检测第4部分：磁粉检测

5

NB/T47013.5承压设备无损检测第5部分：渗透检测

NB/T47013.10承压设备无损检测第10部分：衍射时差法超声检测

ASMEVIII锅炉及压力容器规范第VIII卷压力容器建造规则

CCH-70-4水力机械铸钢件检验规范（SpecificationforInspectionofSteelCastingsforHydraulic

Machines）

IEC60041测定水轮机、蓄能泵和水泵-水轮机水力性能的现场验收试验（Fieldacceptanceteststo

determinethehydraulicperformanceofhydraulicturbines,storagepumpsandpump-turbines）

IEC60193水轮机蓄能泵和水泵水轮机.模型验收试验(Hydraulicturbines,storagepumpsandpump-

turbines-Modelacceptancetests)

IEC60545水轮机、水泵水轮机和蓄能泵的调试和运行指南（Guidelinesforcommissioningand

operationofhydraulicturbines,pump-turbinesandstoragepumps）

3术语、定义和符号

GB/T2900.45、GB/T15468和GB/T15613中界定的以及下列术语、定义和符号适用于本文件。

3.1抽水蓄能电站水库水位

3.1.1

上水库设计洪水位Upperreservoirdesignfloodlevel

上水库遇到设计标准洪水时在坝前达到的最高水位。

量的符号:ZupFLd

单位:m

3.1.2

上水库正常蓄水位Upperreservoirnormallevel

上水库在正常运用情况下，为满足储能、发电等兴利要求允许蓄到的最高水位。

量的符号:ZupLn

单位:m

3.1.3

上水库死水位Upperreservoirminimumlevel

上水库在正常运用情况下，为满足储能、发电等兴利要求允许消落的最低水位。

量的符号:ZupLmin

单位:m

3.1.4

下水库设计洪水位Lowerreservoirdesignfloodlevel

下水库遇到设计标准洪水时在坝前达到的最高水位。

量的符号:ZlowFLd

单位:m

3.1.5

下水库正常蓄水位Lowerreservoirnormallevel

下水库正常运用时，满足储能、发电等兴利要求允许蓄到的最高水位。

量的符号:ZlowLn

单位:m

3.1.6

下水库死水位Lowerreservoirminimumlevel

下水库正常运行时，在满足储能、发电等兴利要求允许消落到的最低水位。

量的符号:ZlowLmin

单位:m

3.2电站毛水头/毛扬程

3.2.1

电站最大毛水头/最高毛扬程Maximumgrossheadofplant

上水库正常蓄水位、下水库死水位时，上、下水库进/出水口断面的水位差。

量的符号:Hgmax

单位:m

3.2.2

电站最小毛水头/最低毛扬程Minimumgrossheadofplant

上水库死水位，下水库正常蓄水位时，上、下水库进/出水口断面的水位差。

量的符号:Hgmin

单位:m

3.3水头和扬程

3.3.1

水头Turbinehead

水泵水轮机作水轮机工况运行时的有效水头，为水泵水轮机高、低压基准断面的单位水体的能量

差。

量的符号:Ht

单位:m

3.3.2

最大水头Maximumturbinehead

水泵水轮机作水轮机工况运行时，电站最大毛水头减去一台机空载运行时水头损失最小的输水系统

总水头损失后的水头。

量的符号:Htmax

单位:m

3.3.3

最小水头Minimumturbinehead

水泵水轮机作水轮机工况运行时，电站最小毛水头减去同一水力单元内所有水泵水轮机该水头下允

许最大输出功率时水头损失最大的输水系统总水头损失后的水头。

量的符号:Htmin

单位:m

3.3.4

额定水头Ratedturbinehead

水泵水轮机作水轮机工况运行时，在额定转速下输出额定功率时所需的最小水头。

量的符号:Htr

单位:m

3.3.5

异常低水头Extremelyminimumturbinehead

采用水泵水轮机对上水库进行放空时，允许运行的极限最低水头。

量的符号:Htemin

单位:m

3.3.6

扬程Pumphead

水泵水轮机作水泵工况运行时，其高、低压基准断面的单位水体的能量差。

量的符号:Hp

单位:m

7

3.3.7

最高扬程Maximumpumphead

水泵水轮机作水泵工况运行时，电站最大毛扬程加上同一水力单元的所有水泵水轮机在额定转速下

按照协联关系运行时输水系统总水力损失后的扬程。

量的符号:Hpmax

单位:m

3.3.8

最低扬程Minimumpumphead

水泵水轮机作水泵工况运行时，电站最小毛扬程加上水力损失最小的一台水泵水轮机在额定转速下

按照协联关系运行时输水系统总水力损失后的扬程。

量的符号:Hpmin

单位:m

3.3.9

最优扬程Optimalpumphead

水泵工况最优效率点所对应的扬程。

量的符号:Hpopt

单位:m

3.3.10

零流量扬程Pumpheadatzerodischarge

水泵水轮机转轮在水泵工况下以额定转速在水中运行，输出流量为零时的扬程。

量的符号:Hpzero

单位:m

3.3.11

异常低扬程Extremelyminimumpumphead

水泵水轮机向上水库充水时允许运行的极限最低扬程。

量的符号:Hpemin

单位:m

3.3.12

最高瞬态压力Maximummomentarypressure

系统中指定部位在过渡过程中的最高压力。

量的符号:Pmmax

单位:MPa或kPa

3.3.13

最低瞬态压力Minimummomentarypressure

系统中指定部位在过渡过程中的最低压力。

量的符号:Pmmin

单位:MPa或kPa

3.4流量

3.4.1

单位流量Unitdischarge

在1m水头/扬程下，转轮公称直径为1m的水泵水轮机运行时的流量。

量的符号:Q11

单位:m3/s

3.4.2

水轮机流量Turbinedischarge

水轮机工况运行时，单位时间内通过高压基准断面的水的体积。

量的符号:Qt

单位:m3/s

3.4.3

水轮机额定流量Turbinerateddischarge

水轮机工况运行时，水泵水轮机在额定水头、额定转速下输出额定功率时的流量。

量的符号:Qtr

单位:m3/s

3.4.4

空载流量No-loaddischargeofturbine

水轮机工况运行时，发电电动机在额定转速下输出有功功率为零时的流量。

量的符号:Qt0

单位:m3/s

3.4.5

水泵流量Pumpdischarge

水泵工况运行时，单位时间内通过高压基准断面的水的体积。

量的符号:Qp

单位:m3/s

3.4.6

水泵最小流量Pumpminimumdischarge

水泵工况协联运行时，在额定转速、最高扬程下的流量。

量的符号:Qpmin

单位:m3/s

3.4.7

水泵最大流量Pumpmaximumdischarge

水泵工况协联运行时，在额定转速、最低扬程下的流量。

量的符号:Qpmax

单位:m3/s

3.5转速

3.5.1

单位转速Unitspeed

在1m水头/扬程下，转轮公称直径为1m的水泵水轮机运行时的转速。

量的符号:n11

单位:r/min

3.5.2

额定转速Ratedspeed

水泵水轮机按电站设计选定的同步转速。

量的符号:nr

单位:r/min

3.5.3

水轮机比转速Turbinespecificspeed

水泵水轮机在水轮机工况运行时，水头为1m、输出功率为1kW时的转速。

量的符号:ns

量的单位制：m·kW

水轮机比转速按下式计算：

9

1

×（）2

nrPt

ns=5

4

（H）t

3.5.4

水轮机额定比转速Turbineratedspecificspeed

水泵水轮机在水轮机工况运行，额定水头、额定转速下输出额定功率时的比转速。

量的符号:nsr

3.5.5

水轮机比速系数Turbinespecificspeedcoefficient

水轮机工况比转速与水头开方的乘积。

1

2

Kt=ns×(Ht)

量的符号:Kt

3.5.6

水泵比转速Pumpspecificspeed

水泵水轮机在水泵工况运行时，扬程为1m、流量为1m3/s时的转速。

量的符号：nq

量的单位制：m·m3/s

水泵工况比转速按下式计算：

1

×2

nr(QP)

nq=3

4

(Hp)

3.5.7

水泵最优比转速Pumpoptimumspecificspeed

水泵工况最优点对应的比转速。

量的符号:nqopt

3.5.8

水泵比速系数PumpSpecificspeedcoefficient

水泵工况比转速与扬程3/4次方的乘积。

31

42

Kp=nq×(Hp)=nr×（Qp）

量的符号:Kp

3.5.9

飞逸转速Runawayspeed

在规定水力条件和规定导叶开度下，水泵水轮机轴端输出力矩为零时可能达到的稳态转速值。

量的符号:nrun

单位:r/min

3.5.10

最高飞逸转速Maximumrunawayspeed

在规定的运行范围内，飞逸转速的最大值。

量的符号:nrunmax

单位:r/min

3.5.11

最高瞬态转速Maximummomentaryoverspeed

在过渡工况运行过程中，机组达到的最高转速。

量的符号:nmommax

单位:r/min

3.6功率和转矩

3.6.1

单位功率Unitpower

转轮公称直径为1m的水泵水轮机在1m水头/扬程下运行时，转轮与轴连接处的输出/输入功率

量的符号:P11

单位：MW或kW

3.6.2

单位转矩Unittorque

转轮公称直径为1m的水泵水轮机在1m水头/扬程下运行时，作用于转轮与轴连接处的力矩。

量的符号:T11

单位:Nm

3.6.3

水轮机水力功率Turbinehydraulicpower

水轮机工况运行时，通过水泵水轮机高压基准断面的水流所具有的水力功率。

量的符号:Pth

单位:MW或kW

3.6.4

转轮输出功率Runnermechanicaloutputpower

水轮机工况运行时，转轮与轴连接处传递的机械功率。

量的符号:Ptm

单位:MW或kW

3.6.5

水泵水轮机机械功率损失Pump-turbinemechanicalpowerloss

推力轴承(按推力负荷比例分担的部分)以及水泵水轮机的导轴承、主轴密封中损失的机械功率。

量的符号:Plm

单位:MW或kW

3.6.6

输出功率Turbineoutputpower

水轮机工况水力功率扣除水泵水轮机水力损失（Plh）和机械功率损失(Plm)后的功率(Pt=Pth–Plh-

Plm)。

量的符号:Pt

单位:MW或kW

3.6.7

额定输出功率Turbineratedoutputpower

水轮机工况运行时，在额定水头和额定转速下由设计或合同规定的水轮机输出功率。

量的符号:Ptr

单位:MW或kW

3.6.8

最大输出功率：Maximumturbineoutputpower

在规定的运行水头下，设计或合同规定的水泵水轮机最大输出功率。

量的符号:Ptmax

单位:MW或kW

3.6.9

水轮机调相输入功率：TurbineSCOinputpowerinair

11

转轮在空气中以额定转速在水轮机方向运行时所需的有功功率。

量的符号:Ptair

单位:MW或kW

3.6.10

水泵水力功率Pumphydraulicpower

水泵工况运行时，水流通过水泵水轮机时所需要的功率。

量的符号:Pph

单位:MW或kW

3.6.11

转轮输入功率Runnerinputpower

水泵工况运行时，轴传递给转轮的机械功率。

量的符号:Ppm

单位:MW或kW

3.6.12

输入功率Pumpinputpower

水泵工况运行时，水泵水轮机的轴输入功率。

量的符号:Pp

单位:MW或kW

3.6.13

最大输入功率Maximumpumpinputpower

水泵工况运行时，在规定的运行范围内，所需的最大输入功率。

量的符号:Ppmax

单位:MW或kW

3.6.14

零流量输入功率Pumpinputpoweratzerodischarge

水泵工况运行时，转轮在水中以额定转速旋转，输出流量为零时所需的输入功率。

量的符号:Ppzero

单位:MW或kW

3.6.15

水泵调相输入功率PumpSCOinputpowerinair

转轮在空气中以额定转速在水泵方向运行时所需的输入功率。

量的符号:Ppair

单位:MW或kW

3.7效率

3.7.1

水力效率Hydraulicefficiency

水轮机水力效率：水轮机工况运行时，转轮输出功率与水轮机水力功率之比。

ηth=Ptm/Pth

水泵水力效率：水泵工况运行时，水泵水力功率与转轮输入功率之比。

ηph=Pph/Ppm

量的符号:ηth，ηph

3.7.2

机械效率Mechanicalefficiency

水轮机机械效率：水轮机工况运行时，水轮机输出功率与转轮输出功率之比。

ηtm=Pt/Ptm

水泵机械效率：水泵工况运行时，转轮输入功率与水泵输入功率之比。

ηpm=Ppm/Pp

量的符号:ηtm，ηpm

3.7.3

水泵水轮机效率Pump-turbineefficiency

水轮机效率：水轮机功率与水轮机水力功率之比。

ηt=Ptm/Pth

水泵效率：水泵水力功率与水泵输入功率之比。

ηp=Pph/Ppm

量的符号:ηt，ηp

3.7.4

加权平均效率Meanweightedefficiency

在规定的运行范围内，效率的加权平均值。

计算公式如下：

η=(Wη+Wη+Wη+...+Wη)/(W+W+W+...+W)

w112233ii123i

=(ΣWiηi)/ΣWi

式中：

在规定的运行范围内，水轮机工况不同水头与不同输出功率、水泵工况不同扬程下的水泵水轮

ηi—

机效率，i为正整数；

加权因子；

Wi—

量的符号:ηw

3.7.5

最优效率Optimumefficiency

水轮机最优效率：水轮机工况运行时效率的最大值。

水泵最优效率：水泵工况运行时效率的最大值。

量的符号:ηtopt，ηpopt

3.7.6

原型最高效率Prototypemaximumefficiency

原型水轮机最高效率：水轮机工况运行时，原型水泵水轮机在规定的运行范围内能达到的效率最大

值。

原型水泵最高效率：水泵工况运行时，原型水泵水轮机在规定的运行范围内能达到的效率最大值。

量的符号:ηtmax，ηpmax

3.8转轮公称直径D

混流式水泵水轮机转轮公称直径NominaldiameterofFrancispump-turbinerunner

公称直径定义为“D1”或“D2”，推荐使用“D1”。

D1指转轮叶片高压边与下环相交处的直径。

D2指转轮叶片低压边与下环相交处的直径。

量的符号:D1或D2

单位:m

3.9空化、空蚀、磨损

3.9.1

空化Cavitation

13

在流道中水流局部压力下降到临界压力（一般接近汽化压力）时,水中气核发展成长为空泡。空化为

空泡的积聚、流动、分裂、溃灭过程的总称。

3.9.2

空蚀Cavitationerosion

由于空化造成的过流表面的材料损坏。

3.9.3

磨损Sanderosion

含沙水流对水泵水轮机过流表面所造成的材料损失。

3.9.4

磨蚀Combinederosionbysandandcavitation

在含沙水流条件下,水泵水轮机过流表面受空蚀和泥沙磨损联合作用所造成的材料损失。

3.9.5

空化基准面Cavitationreferencelevel

工程上确定空化系数所采用的基准面，对于立轴混流式水泵水轮机为导叶水平中心线平面高程。

3.9.6

水泵水轮机空化系数Cavitationcoefficientofpump-turbine

表征水泵水轮机空化发生条件和性能的无量纲单位系数。

量的符号:σ

3.9.7

临界空化系数Criticalcavitationcoefficient

与规定的效率下降值相联系的空化系数。σ0为效率开始下降时的空化系数，σ0.5为效率下降0.5%时

的空化系数，见图1。混流式水泵水轮机临界空化系数宜取效率下降0.5%时的空化系数。

量的符号:σc

a)

b)

c)

图1σ0、σ0.5、σi的确定

3.9.8

初生空化系数Incipientcavitationcoefficient

转轮可见空化开始时的空化系数，可见空化通常由观察确定，见图1。

在水泵水轮机模型试验中，观察到转轮三个叶片上同时开始产生稳定附着的气泡时的空化系数。量

的符号:σi

3.9.9

吸出高度Suctionheight

水泵水轮机空化基准面至尾水位的高程差。

量的符号:Hs

单位:m

3.9.10

电站空化系数Plantcavitationcoefficient

在电站运行条件下的空化系数。

量的符号:σp

PP

abs−v−H±h

ρgρgsLS

σ=

pH

式中：

Pabs—电站所在地的大气压，单位为Pa；

Pv—流道水温下的汽化压力，单位为Pa；

ρ—通过水泵水轮机的水的密度，单位为kg/m3；

g—重力加速度，单位为m/s2；

hLS—从低压基准断面到下水库进/出水口断面的水头损失，单位为m，水轮机工况取+，水泵工况取-；

H—水头Ht/扬程Hp，单位为m。

3.9.11

允许吸出高度Permissiblesuctionheight

满足水泵水轮机空化和其它性能要求所需的最大吸出高度。

量的符号:Hsper

单位:m

3.9.12

安装高程Settingelevation

15

水泵水轮机安装时作为基准的某一水平面的海拔高程。立式水泵水轮机安装高程为导叶水平中心线

平面高程。

量的符号:Z

单位:m

3.10水泵水轮机模型试验

3.10.1

模型试验Modeltest

为预测原型水泵水轮机性能而对其模型进行各种特性测试的试验。

3.10.2

模型验收试验Modelacceptancetest

由需方见证、为验证水泵水轮机性能是否达到合同保证值和有关文件而进行的模型试验。

3.10.3

比尺Scaleratio

原型转轮公称直径与模型转轮公称直径的比值。

3.10.4

水轮机综合特性曲线Turbinehillchart

以单位转速和单位流量为纵横坐标，表示模型水泵水轮机的水轮机工况水力效率等性能的等值曲

线。对于特定电站应表示出运行范围。

曲线中应表示出导叶开度、空化系数的等值线。在电站空化系数已确定时，还应表示出蜗壳进口、

转轮与活动导叶之间和尾水锥管的等压力脉动线。

3.10.5

水轮机运转特性曲线Turbineperformancecurve

在额定转速下，以水头和水轮机功率或流量为纵横坐标，表示原型水泵水轮机效率、输出功率、吸

出高度、压力脉动等性能的等值曲线及功率限制线。

3.10.6

水泵特性曲线Pumpcharacteristiccurve

在给定转速下，以流量为横坐标，表示水泵工况不同导叶开度下的扬程、效率和输入功率的性能曲

线以及协联曲线上不同工况点的临界空化系数或初生空化系数性能曲线。

3.10.7

水泵运转特性曲线Pumpperformancecurve

在频率正常变化范围内的不同转速下，以流量为横坐标，表示原型水泵水轮机的水泵工况协联关系

的不同扬程、效率和输入功率的性能曲线以及协联曲线上不同工况点的临界吸出高度或临界空化系数、

初生吸出高度或初生空化系数和电站吸出高度变化范围的空化性能曲线。

3.10.8

四象限特性曲线Fourquadranthillcurve

以单位流量、单位力矩为纵坐标，以单位转速为横坐标，表示水泵水轮机正转、反转，正向流动、

反向流动和正向制动、反向制动组合成的全部特性的曲线。

3.10.9

水泵协联曲线Pumpon-camcurve

水泵工况运行时，在规定的频率下，按稳定高效运行原则确定的扬程与导叶开度的关系曲线。

3.11压力脉动

3.11.1

压力脉动Pressurepulsation

在选定时间间隔∆t内液体压力相对于平均值的往复变化。

单位：mWC

3.11.2

压力脉动峰峰值Peak-peakvalueofpressurepulsation

利用给定概率值的概率分布函数确定压力脉动信号的最大值和最小值之间的差值。水泵水轮

机压力脉动峰峰值宜采用97%概率值。

量的符号:∆H

单位：mWC

图2压力脉动峰峰值的确定

3.11.3

压力脉动相对值Relativevalueofpressurepulsation

流道中某特定测点时域的压力脉动峰峰值与该测量水头之比。

量的符号:∆H/H

3.11.4

压力脉动均方根值Root-mean-squarevalueofpressurepulsation

流道中某特定测点压力脉动相对值平方的平均值的平方根。模型取值按照IEC60193，原型取值按照

GB/T17189。

量的符号:(∆H/H)rms

212

∆H1n∆H

()=i

rms∑

Hni=1H

3.12S区裕度S-zonemargin

在T11~n11四象限特性曲线上，等导叶开度线与n11坐标轴（T11=0）的交点处，其切线与n11的夹角等

于90°时即为进入S特性不稳定区的临界点，S区裕度为该处n11所对应的水头Hszm与最小水头Htmin的

差值。

量的符号:∆Hszm

单位：m

∆Hszm=Hszm-Htmin

17

图3S区裕度

3.13驼峰区裕度Humpzonemargin

在最高扬程协联导叶开度下的扬程-流量曲线上，其正斜率区下端最低起始点对应的原型水泵扬程值

Hh减去最高扬程Hpmax后的差值与最高扬程的百分比，即为驼峰区裕度。

量的符号:∆Hhzm/Hpmax

∆Hhzm/Hpmax=（Hh-Hpmax）/Hpmax×100%

图4驼峰区裕度

3.14水力激振Flow-inducedPulsationandvibration

输水发电系统中由于系统自身或外界扰动引起的水力振荡现象，包括自激振荡和受迫振荡。

3.15动静干涉Rotor-statorinteraction

水泵水轮机转轮与活动导叶之间水流相互作用所引起的周期性水力激振现象。

3.16相位共振Phaseresonance

动静干涉引发的压力波在流道中传播时由于干涉、反射叠加而导致的共振现象。

4技术要求

4.1一般要求

4.1.1混流式水泵水轮机的设计、制造应根据抽水蓄能电站的特点和基本参数优选水泵水轮机的型式和主

要参数，保证水泵水轮机安全、可靠、稳定、高效运行。

4.1.2混流式水泵水轮机的设计应考虑到抽水蓄能电站所在地区电网需求、厂房布置、运行检修、运输条

件、制造能力以及与发电电动机、调速器、进水阀等设备的相互关系。

4.1.3水泵水轮机产品设计宜包括以下基本技术条件：

上水库设计洪水位(m)；

上水库正常蓄水位(m)；

上水库死水位(m)；

下水库设计洪水位(m)；

下水库正常蓄水位(m)；

下水库死水位(m)；

电站最大毛水头/最高毛扬程(m)；

电站最小毛水头/最低毛扬程(m)；

额定水头(m)；

水头/扬程损失计算方法；

水轮机工况/水泵工况计算加权平均效率的加权因子；

过机水质包括含沙量、粒径级配、矿物成份、PH值、水温等；

气象条件包括多年平均气温、极端最高气温、极端最低气温、多年平均相对湿度等；

地震基本烈度及设防条件；

运行特点及要求；

运行工况转换方式及转换时间；

输水系统参数；

水泵水轮机安装高程(m)；

重力加速度(m/s2)；

冷却水的条件；

交通运输条件；

厂房控制尺寸、机组拆装方式和起吊条件；

运行台数和容量与上下游水库水位的关系；

电网频率和变化范围；

额定值和运行限制值；

基本性能要求和性能保证。

4.1.4水泵水轮机设计宜明确以下基本技术参数：

4.1.4.1水轮机工况能量特性

最大水头（m）；

最小水头（m）；

额定水头（m）；

额定转速（r/min）；

最高飞逸转速（r/min）；

最高瞬态转速（r/min）

水轮机额定比转速（m·kW）；

水轮机比速系数；

额定流量（m3/s）；

额定输出功率（MW）；

最大输出功率（MW）（若有）；

加权平均效率；

19

额定点效率；

运行范围内原型水轮机最高效率；

水轮机工况调相输入功率（MW）。

4.1.4.2水泵工况能量特性

最高扬程（m）；

最低扬程（m）；

零流量扬程（m）；

最大输入功率（MW）；

零流量输入功率（MW）；

水泵调相输入功率（MW）

最大流量（m3/s）；

最小流量（m3/s）；

水泵比转速（m·m3/s）；

水泵比速系数；

最高效率；

加权平均效率。

4.1.4.3空化特性

允许吸出高度（m）；

临界空化系数；

初生空化系数；

电站空化系数；

空蚀失重量（kg）。

4.1.4.4稳定性指标

压力脉动幅值和频率；

振动（μm）；

噪声（dBA）；

驼峰区裕度；

S区裕度（m）。

4.1.4.5过渡过程特性

最高瞬态压力（MPa）；

最低瞬态压力（MPa）；

最高瞬态转速（r/min）。

4.1.4.6主要部件特征数据

转轮直径D1和D2（mm）；

导叶高度、导叶分布圆直径、导叶最大开度（mm）或转角（°）；

叶片数、活动导叶数及固定导叶数；

流道控制尺寸（m）；

尾水管压水深度（m）；

水泵水轮机压水最大容积（m3）；

轴向水推力（t）；

水泵水轮机总质量（t）。

4.1.5水泵水轮机设计宜包含以下技术文件和资料

水轮机综合特性曲线和运转特性曲线；

水泵特性曲线、运转特性曲线和协联曲线；

水泵水轮机四象限特性曲线；

水泵水轮机布置图；

水轮机工况水头、空载流量和导叶开度关系曲线；

蜗壳压差/尾水管压差参数；

活动导叶布置图，包括导叶开度与接力器行程关系表；

工况转换方式、流程和时间；

性能保证值，详见第5章；

异常低扬程对应的导叶开度、空化系数、压力脉动、输入功率；

异常低水头对应的导叶开度、压力脉动；

水泵水轮机基础荷载；

过渡过程计算书；

轴系稳定性计算书

与水泵水轮机配套的调速器、油压装置、自动化系统及进水阀的技术规范和要求（若有）；

水泵水轮机各主要部件的结构和材料说明；

主要部件的刚强度、疲劳和动态特性分析计算书；

油、水、气、电用量和要求；

水力、振动和温度监测点布置；

水泵水轮机装拆程序；

水泵水轮机各大件的运输、起重限制尺寸和质量；

其他技术要求。

4.1.6水泵水轮机的真机效率换算应按GB/T15613/IEC60193中的公式进行修正。

4.1.7当上水库无水且采用水泵水轮机对上水库进行充水时，水泵工况启动的最低扬程不应低于异常低扬

程。

4.1.8采用水泵水轮机对上水库进行放空时，允许水轮机工况在异常低水头带负荷或空载运行，以及在更

低水头下空转监视运行。

4.2主要部件的结构和材料

4.2.1结构设计的一般要求

4.2.1.1水泵水轮机通流部件应符合GB/T10969的要求。

4.2.1.2水泵水轮机允许在最高飞逸转速下持续运行时间不应小于配套发电电动机允许的飞逸时间，且不

少于5min，并应保证水泵水轮机不产生有害变形。

4.2.1.3水泵水轮机结构应做到便于拆装、维修，方便易损部件的检查和更换。水泵水轮机应保证在不拆

卸发电电动机转子、定子和水轮机转轮、主轴等部件的情况下更换下列零部件：

a）水泵水轮机导轴承瓦、冷却器和主轴密封。

b）导水机构接力器的密封及活塞环、导水机构的传动部件、导叶轴颈密封件及保护元件。

4.2.1.4水泵水轮机标准零部件应保证通用性。

4.2.1.5在过流部件的适当部位，设置用相对效率法测量相对流量和压力脉动的测点，其位置应与模型相

似。

4.2.1.6立式水泵水轮机轴向间隙应保证在发电电动机顶转子时转动部分能上抬到所需要的高度。水泵水

轮机轴法兰应可以完全与发电电动机脱开。

4.2.1.7水泵水轮机转轮应采用不锈钢材料制造。水泵水轮机的其它易空蚀部件宜采用抗空蚀材料制造或

采用必要的防护措施，若采用堆焊不锈钢作为空蚀防护措施