浅谈混流式水轮机的选型

浅谈混流式水轮机的选型

陈书敏1孙安伟2

重庆水轮机厂有限责任公司重庆402260

摘要：混流式水轮机的选型，是大型和中小型水轮机厂面对电力客户第一道面试题，转轮选型适合电站要求与否，关系整个电站能否最高效利用潜在的水能与机组的稳定运行。也是机械设计中的第一步功率参数设计，事关方案全局。

关键词：混流式水轮机；选型；水电站

引言

伴随着黄河，长江，大渡河，乌江，金沙江等河流中的水电站不断开发，一些水头段转轮也被人们开发了好多次，引发了人们对一个个新型转轮的思索，中小型水轮机厂不断套用这些转轮运用到中小型电站中，几多新型高效转轮源源不断地推动小水电滚动向前发展。混流式水轮机选型随着时代变迁，经济发展，也几经人们的思考，大致经历了两个阶段。

1九十年代混流式水轮机的选型

因改革开放刚刚开始，水电开发还是仅处于萌芽状态，国家整策对水电项目特别小水电，不要求招投标。那时客户对水电站经济发展处于懵懵懂懂状态，只是注重出力，对水轮发电机组效率不太敏感。水轮机选型转轮直径通常选型较小，大多数情况是在模型综合特性曲线中出力限制线附近选择转轮直径即可。

22003年后混流式水轮机的选型

改革春风吹遍大江南北，水电开发呈现爆炸式生长，水电设备厂家数量也增加了3到4倍，国家整策要求水电项目进行招投标。竞争很激烈，所有发电机组的转轮性能参数如模型转轮效率，模型转轮气蚀系数，水头范围，应用电站实例等被罗列在投标书上。尤其小水电行业，电力客户一味追求转轮效率高，很多水电设备厂只好把转轮直径选大，把额定工况点直接选在最优工况区内，以便获得客户订单。

现阶段混流式水轮机选型工作面临着两类不同水电站，需要采用不同策略方法选型，才能满足不同客户需求，在众多竞争对手中，才能胜出一筹。

（1）新建水电站选型

首先从电站的水头运行范围和客户要求模型转轮效率筛选出4到5个转轮，额定工况点最好选在最优工况区内最优效率右上方，水头运行范围最好包含最优工况区，安全地避开震动区。如：

最用现在客户大多倾向10年内新开发的大型电站验证过的转轮，甚至是最优效率94%的转轮。选型前一定要广泛的翻阅水头相近的电站资料，然后作出对比方案。如：

对比额定工况点效率，最小水头出力，气蚀系数方面数据，本着额定工况效率高，最小水头出力大，气蚀系数低原则甄别出最优方案。气蚀系数低预示转轮抗空化能力强，最小水头出力大和额定工况效率高都可以增加电站经济效益，这样选出的转轮方能符合标书要求。达到专家评审高分。

（2）改造水电站转轮选型

对于改造电站，客户和设计院最关注两方面；（1）增加出力。改造电站大多情况是水头发生了变化，原来水电站水工部分不做变动，水轮机流道还沿用原电站。（2）电站按装高程不作变动。新机组的转轮能否适合旧机组的高程。

解决第一问题：马上面临着新高效转轮和与旧电站流道匹配难题。20年前用的转轮很多时候难以满足客户不断上升的高效率转轮要求，大多数考虑东电，哈电，水科院近10年开发的电站所用的高效转轮。这几个单位都在低水头，高水头开发一些新转轮。如：HLA240C，HLA551H，HLA1151，HLA904A，HLD307C，HLJF3636。

如果模型新转轮流道和旧电站流道相比过小，小水电设备厂家大多采用不改变原电站流道办法。如果模型新转轮流道和旧电站流道相比过大，需做CFD流体分析，对流场涡流，气蚀，能量等参数重新评价。直到选出合适转轮为止。美国大古力水电站1967年开始扩建，正是采用更换转轮，做CFD流体分析，是当时世界上最大的水电站。

至于第二问题：设计院大多数处于机组运行安全考虑，原水电站的厂房水轮机按装高程比安全吸出高度低1到2m，这就存在更换新转轮的可能性。如果选择的新转轮的吸出高度还在这个范围内，意味着水轮机转轮选型成功。

水轮机选型是项艰苦的工作，一定要左引旁证出很多电站实例，针上述两类型的电站，用不同的侧重，方能做出正确的选型。

3结束语

水轮机选型设计是水电站设计一项重要工作。它不仅包括水轮机型号选择和有关参数确定。还应认真分析和和选型设计相关的各种因素。如水轮机的制造，运输。安装维修，电力用户的要求以及水电站枢纽布置，土建施工，工程期安排。因此在选型设计中应广泛征集施工，机电，水工多方面意见，列出各种可选择的方案，进行各方案动能经济比较和综合分析，以求寻找出技术上先进，经济上合理的方案。

参靠文献：

刘光宁《原型水轮机运行研究》

刘大恺《水轮机》