某水电站水轮机选型的探讨

在水电建设项目中,水轮机选择具有重要意义：水轮机效率高、抗空蚀性能好、机组运行稳定,则发电效益就高。“水轮机选择”的内容之一,就是水轮机型式、犁号及有关参数的选择,即“水轮机选型”。水轮机选型设计,既是水电站设计的重要内容之一,也是编制设备采购招标文件的依据。

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应用方法论

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某水电站水轮机选型的探讨龙正琼(州省水利电力综合开发经营总站，贵州贵阳 5 0 0 贵 5 0 2)摘要在水电建设项目中，水轮机选择具有重要意义：水轮机效率高、空蚀性能好、机组运行稳定，则发电效益就高。“抗 水轮机选择”的内容之一，就是水轮机型式、犁号及有关参数的选择，即“水轮机选型”。水轮机选型设计，既是水电站设计的重要内容之一， 也是编制设备采购招标文件的依据。 关键词水电站；水轮机选型；原则；参数

中图分类号 T 文献标识码 A M 文章编号 17~6 1(0 0 108— 1 63 97-2 1)6— 110 1

水电水轮机选型的优劣直接关系到水电站的经济、安全、高效运行，也关系到水电站的建设投资。而以前的水轮机选型大都是根据设备厂家提供的产品样本套用选型设备，过于粗略和老化，随着技术的不断进步，以前的老的方法会给电站的建设投资和今后的经济运行造成估算

偏差较大的影响。在套用设备选型介于两种机型之间时，要对两种机型进行技术参数和经济投资比较，确定选择效率高、运行可靠、投资少、 动能技术指标优良的水轮机型号。实践总结，水电站水轮机选型要做到

选择设备技术先进、运行安全可靠、建设投资和运行维护费用低等主要经济和技术条件确定时，并通过从以下几个方面对选型设备进行演算和案比较。

1水轮机选型11水轮机的选型原则 .

水轮机的选型按照技术先进、安全可靠、经济合理的原则，选择和确定水轮机的具体型号和技术参数。通过对可行的不同技术方案进行比较，对水轮发电机组及其附属设备技术性能、制造成本，机组预期的实用性、可靠性、使用寿命等，进行综合比较和分析，寻求资源利用充分、投资省、效益高的最优方案。 12水轮机参数选择 .针对该水电站的特点，在机组参数选择、型号选择、水力1况、 - 结构设计等方面都需要综合考虑各种因素，采取适合于本电站运行的最优方案。

为了减轻空蚀对机组的影响，可采取多种措施： 1)为防止含沙水流对导叶轴径的磨蚀和降低导叶漏水量，水轮机 导叶上、下轴径均镶套不锈钢衬套，并采用耐磨

性材料做的防沙密封环保护结构，导叶与顶盖、底环接触的 E、下端面均采用防漏水的黄铜条 密封结构，不仅有利于导叶本身的抗泥沙磨蚀，也有利于顶盖、底环的抗泥沙磨蚀，具有优良的抗磨蚀性能。 2)轮机导叶采用优质材料整体铸造后经数控机床精确加工，在水相邻导叶关闭位置的整个接触立面上设计有不锈钢焊层，在导叶的上、 下端面设计不锈钢覆盖，不仅提高了导叶本身的抗泥沙磨损性能，也有利于顶盖、底环的抗泥沙磨蚀。 3)轮机转轮的桨叶采用防空蚀、抗泥沙磨损性能较好的不锈钢水材料制造，叶片采用V0或A D D O技术精烁铸造，并进行表面硬化处理， 叶片型线采用五坐标数控机床加工，完全保证叶片过流面质量，使转轮叶片的空蚀、抗泥沙磨损性能进一步的提高。22机组振动

引起相组振动有水力、机械和电气等方面的原因。在水力方面主要有：①尾水管涡带。②卡门涡。③止漏环的结构或间隙不当。④通流部件的水力不平衡等。 这均要求，在水轮机结构设计上采用先进、成熟的设计方案，在制

造上采用先进的制造工艺，整体提升水轮机的总体性能水平。 减轻尾水管涡带及其他水压脉动的有效措施是向水压脉动区补气。23调速器选择 .水轮机调速器的调速功是指接力器活塞上的油压作用力与其行程的

13水轮机转速的选择 .水轮机的转速可以参照现阶段相近水头水轮机的比转速水平，结合某电站实际情况和特殊要求来确定。 1 )空化系数的选择。水轮机空化性能的优劣，是衡量水轮机综合性能的一个重要指标。电站装置空化系数的大小，直接影响电站开挖深度和水轮机运行寿命。在含沙水流中丁作的水轮机除了会发生空化外还经常发生泥沙磨损，泥沙磨损与空化现象相伴发生，从而加剧过流部件的空蚀和磨损破坏。因此，合理地选择空化系数，尽可能减少空蚀现象的发生，防止或减轻空化与泥沙磨损的联合作用，同时也可以最大限度地减少磨蚀破坏。 2)转轮直径的选择。某水电站计划选用同一机型的转桨和定桨两

乘绩 ( g。对反击式水轮机一般可采用以下经验公式进行计算： K. m)A (0 2= 2— 5) XO Ha√ XD1 式中：A调速功 ( gl K . 9 06 J 一 K .,1 g I l m= . 6 5 ); 8

Ha一最

大工作水头 ( m); 最大水头下额定出力的流量 (n s i/); D一水轮机转轮直径 ( 1 m)。一

24主要参数计算 .

1 )水轮机额定功率P的计算： rP= g 1= ( W )。 r N 1g k

个方案，两机型流道部分及水轮发电机组的整体部分外形尺寸相同，以简化了电站的设计、施工难度，所以在选择水轮机转轮的直径时转桨和定桨的机组选了转轮的直径一样大，这样电站设计和施工比较方便。

2)选择转轮直径Dl计算：D1P/ 98×Q1r= r ( .1 l×H1 r q)。 . x- 5 3)选择标准额定转速n的计算： 1n:( l0×H 1 n1 a)D1。

2机组运行稳定性影响机组运行稳老 l生的因素主要有空蚀，振动等方面：21影响机组空蚀量的因素 .

4)几何吸出高度Hs的计算：H s O, O—O PHa =l一 9 O -。

式中： 1g发电机效率可取 0 609范围内选取； 1一 .- 8 9P_水轮机的额定出力 k; r一 I w

影响机组空蚀量的因素很多，主要有以下几点： 1 )转轮叶片的制造技术和加工工艺。制造质量对空蚀量影响很 大，一些电站的水轮机其它条件基本相同，由于叶型制造质量的差别， 汽蚀量可相差数倍至十倍以上，本方案叶片将采用完全的数控加工技

术，可以保证叶片型线误差不超过标准的十分之一。 2)材质。国内外的运行检修统计资料表明材质对汽蚀量的影响十分明显，根据很多电站的统计资料，叶片采用碳钢的材质明显不如采用不锈钢的材质抗汽蚀性能好。 3)运行工况。偏离较优运行工况区运行时，汽蚀量会增加，压力脉动较大，效率较低等。

Hr一水轮机的设计水头m; Qlr冰轮机的设计单位流量m/,fQ l f H)曲线确定； l 3 l 1r ( s 3= n一水轮机额定转速，单位 (/ i l r n); a r n l—原型水轮机单位最优转速， 1l0 1 1m△ 10 1O 1 1=110+ 1m; 原型水轮机额定工况效率，参照同类容量的水轮机选取，对于中小型水轮机9%- 6 5 9%。上式计算得到的转速亦按规定选用相近的发电机标准同步转速，并使其略大于计算得到的转速，这样可以使发电机具

有较小的尺寸和重量。水轮机在不同工况下的汽蚀系数是不同的，在方案比较阶段吸出高 (下转第 23 ) 0页