3.2 模型参数选择
（1）比转速和比速系数。比转速ns是水轮机基本特征参数之一。通常用比转速ns和比速系数K值来表征水轮机的技术水平。它综合反映了水轮机的能量、空化、稳定性等指标，是衡量水轮机能量特性、空化特性的综合指标。在相同水头下，比转速的高低反映了机组的制造水平。
图1中的曲线
是在统计了国内外大量已建大型水电站的基础之上做出的统计回归曲线，具有一定的普遍性和参考价值。另外一条ns=47406/（Hr+108.5）曲线是在考虑了水轮机比转速的发展做出的，位于统计电站的外包络线位置。近年来投入运行的这几座大型水电站，由于年代较近，应该说，在相当程度上反映了水轮机比转速的当前水平。
图1 大型混流式水轮机比转速ns随水头Hr变化关系
1—五强溪；2—三峡；3—天生桥Ⅰ级；4—李家峡；5—小浪底；6—二滩；7—天生桥Ⅱ级；8—罗贡斯克；9—鲁布格；10—大七孔
根据虎跳峡电站水头参数，由图1得到虎跳峡水电站水轮机比转速为：Hr=171m时，ns=150～175 m·kW，相应的比转速系数K=1962～2288。
目前，国内与虎跳峡机组水头或容量相当的二滩水电站的水轮机比速系数为2323；龙滩的为2224；刚投运的三峡电站的机组，水轮机的比速系数已经达到2349。
虎跳峡电站水轮机的单机容量大，提高机组的经济性能指标，是选择比转速ns值必须考虑的主要问题之一，从降低电站建设一次性投资这一目标出发，水轮机应选择较高的比转速ns。但考虑到虎跳峡是龙头水电站，且工程量巨大，水轮机选择应将安全、稳定性放在首位。综合考虑，现阶段推荐水轮机比速系数K值为2220左右，比转速ns为170m·kW左右。
（2）最优单位转速
和限制工况单位流量
。具体如下：
1）最优单位转速
。为确保虎跳峡水电站所使用的模型转轮具有较好的综合性能指标，应根据国内外水轮机行业发展的实际，以及国内外同水头段已运行电站的经验，参考它们的模型转轮单位转速和单位流量，结合本电站机组容量大、水头高、变幅大的特点，在保证机组安全、稳定运行的前提下，选取模型转轮的单位转速和单位流量。
图2是混流式水轮机单位转速与比转速的统计关系曲线。图中，n11=[146.7×104/（4826-ns）]1/2，在额定水头171.00m，比转速为170m·kW时，其对应的单位转速为69r/min左右。
机组制造厂为虎跳峡水电站推荐转轮的最优单位转速为大于65.5r/min。
苏联20世纪80年代型谱中，在该水头段推荐使用的单位转速为62～70r/min。对虎跳峡而言，单位转速的选择还受发电机转速匹配的制约，因此在不提高额定水头的情况下，单位转速不宜太低。因此，本阶段暂采用单位转速n′1为70 r/min。
2）限制工况的单位流量。水轮机限制工况单位流量（简称单位流量）是水轮机的一个重要能量指标。提高单位流量可以减小水轮机转轮直径，减轻水轮机重量，减小厂房尺寸。但是，过大的单位流量会造成流道内流速增加、空化系数增大、水轮机空化性能降低等不利因素。
图3为混流式水轮机最大水头与单位流量关系统计曲线。
从图3的统计曲线中可以看出：对于虎跳峡水电站最大水头206.23m，单位流量可在0.58～0.72m3/s之间选取。
表2为按统计公式计算的模型参数值。从表2可看出，限制工况单位流量
=0.6193～0.7662m3/s。
图2 混流式水轮机n11=f（ns）的统计曲线
1—五强溪；2—三峡；3—大古力Ⅲ；4—三门峡；5—隔河岩；6—克拉斯诺雅尔斯克；7—天生桥Ⅰ；8—伊泰普；9—古里Ⅱ；10—李家峡；11—列维尔斯托克；12—二滩；13—小浪底；14—LG2；15—齐尔凯；16—萨阳舒申斯克；17—天生桥Ⅱ；18—麦卡；19—罗贡斯克；20—努列克；21—鲁布格；22—印古里
图3 混流式水轮机最大水头与单位流量的关系曲线
我国哈尔滨电机厂推荐虎跳峡水电站的最优单位流量为0.467 m3/s，限制工况单位流量为0.663 m3/s。由于虎跳峡水电站水头变幅较大，单机容量及机组尺寸较大，从机组稳定性方面考虑，单位流量不宜选取太大。
综上所述，现阶段推荐虎跳峡水电站水轮机模型转轮的限制工况单位流量为0.65m3/s。
表2 按统计公式计算虎跳峡水电站的Q′1值
（3）水轮机效率。水轮机效率是表征水轮机技术水平的重要指标，也是能量参数的重要指标。对于虎跳峡水电站这样的巨型水轮机，其效率水平的高低对经济效益影响很大。提高水轮机效率，可提高发电效益，对虎跳峡电站有很大的经济意义。
表3为我国大型混流式水轮机计算效率统计表。
表3 我国兴建的大、中型混流式机组计算效率表
对于像虎跳峡水电站这样的巨型电站，水轮机效率的提高，可获得可观的经济效益。但水轮机的模型转轮效率提高，一方面是得益于水力设计水平的提高；另一方面是由于水轮机模型转轮叶片采用数控加工，尾水管和蜗壳中使用了特殊涂层，使尾水管和蜗壳中的水力损失有一定程度的降低，从而使水轮机的效率有一定的提高。同时，从国外最近引进的几个高效率转轮来看，尾水管的压力脉动稍偏大。现阶段虽未发现这与过分追求效率有关，但需进一步开展研究工作。对于虎跳峡水电站这样的巨型机组，在安全稳定运行的前提下，追求水轮机整个运行范围效率、高效率区宽，尽最大可能提高水轮机的加权平均效率。
我国哈尔滨电机厂为虎跳峡水电站推荐的模型转轮，额定点模型效率为89.1%，模型最高效率为93.79%；额定点真机效率为92.59%，真机最高效率为95.53%。
综合分析，本阶段推荐虎跳峡水电站模型水轮机最高效率不应低于93.0%，原型水轮机最高效率不低于95.0%，额定点效率不低于92.0%。