本文是一篇水利工程職稱論文，發(fā)表在《安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)》上，雜志是由安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院主辦的綜合性學(xué)術(shù)刊物。以反映水利水電科研成果為主，其宗旨和任務(wù)是宣傳黨的方針政策和國(guó)家關(guān)于水電工作的要求，及時(shí)報(bào)道和傳遞院內(nèi)外科研成果、科技新動(dòng)態(tài)，推動(dòng)水利水電開發(fā)事業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展�？�物內(nèi)容包括學(xué)術(shù)論著、學(xué)術(shù)討論、新技術(shù)等。主要欄目有：水利土木工程、新興學(xué)科、交叉學(xué)科等。面向的讀者群為廣大水利水電工作者、學(xué)院師生及相關(guān)專業(yè)人員。

　　【摘　要】隨著目前水力資源的大量發(fā)掘，水電站水輪機(jī)的科學(xué)選型設(shè)計(jì)對(duì)于水電站的整體運(yùn)作和發(fā)展，具有極其重要的影響和作用。本文對(duì)中小型水電站水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行具體的介紹和分析。

　　【關(guān)鍵詞】水電站,水輪機(jī),選型,水利工程職稱論文

　　一、引言

　　通常水輪機(jī)的選型是按照水電站的一些基礎(chǔ)資料信息，從工程的整體結(jié)構(gòu)，以及水輪機(jī)自身的特點(diǎn)屬性等方面，在科學(xué)合理的原則基礎(chǔ)之上，對(duì)水輪機(jī)的重要的技術(shù)參考指標(biāo)進(jìn)行確定，然后經(jīng)過嚴(yán)格的比較和分析，選擇投入成本較少，回報(bào)高，以及資源利用率較高的方案。

　　二、水輪機(jī)的選型原則和標(biāo)準(zhǔn)

　　水輪機(jī)的選型必須根據(jù)技術(shù)先進(jìn)，科學(xué)合理的原則和標(biāo)準(zhǔn)，充分考慮和確定水輪機(jī)的具體型號(hào)以及相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)參數(shù)。然后對(duì)一些切實(shí)可行的技術(shù)方案進(jìn)行充分的對(duì)比，對(duì)水輪機(jī)發(fā)電機(jī)，制造成本以及其他方面的因素進(jìn)行全面整體的比較，從中選擇資源利用率高，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的方案。

　　三、中小型水輪機(jī)設(shè)計(jì)選型的方式

　　在水輪機(jī)的選型過程中，其中最關(guān)鍵的因素在于科學(xué)地確定水輪機(jī)的指標(biāo)參數(shù)。盡管中小型水電站容量不是特別大,但是對(duì)于具體的水電站而言，取得足夠的經(jīng)濟(jì)效益非常關(guān)鍵。其中水輪機(jī)的指標(biāo)參數(shù)是限制水電站運(yùn)行效益的關(guān)鍵原因。一般情況下，確定水輪機(jī)的指標(biāo)參數(shù),具有下面一些辦法和措施：首先是按照手頭上擁有的水輪機(jī)型譜以及相關(guān)資料來(lái)確定水輪機(jī)。另外就是根據(jù)自身的經(jīng)驗(yàn)，將比轉(zhuǎn)速作為參考指標(biāo)，使用對(duì)比分析的方法，進(jìn)而來(lái)確定水輪機(jī)參數(shù)。但是這幾種方法都具有自身的缺陷和不足。因?yàn)槿绻�根�?jù)目前掌握的資料信息情況來(lái)選擇水輪機(jī)，很難選擇性能最佳的機(jī)型。但是如果按照自身的經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷的話，又非常容易同中小型設(shè)備生產(chǎn)廠家掌握的機(jī)型以及相關(guān)技術(shù)產(chǎn)生一定程度的差異性[1]。

　　一般情況下，這主要是因?yàn)楫?dāng)前市場(chǎng)以及有關(guān)的生產(chǎn)廠家在制造技術(shù)能力等方面限制了中小型水輪機(jī)選型工作。具體來(lái)說(shuō)，首先因?yàn)橹行⌒退�電站投入成本很小，工程建設(shè)周期時(shí)間較短，生產(chǎn)廠家所獲取的經(jīng)濟(jì)效益較好，所以通常對(duì)于一些中小型水電站不會(huì)特意的設(shè)計(jì)水輪機(jī);其次盡管目前很多大型水輪機(jī)生產(chǎn)廠家具有強(qiáng)大的機(jī)型的制造技術(shù)，但是對(duì)于小型的生產(chǎn)機(jī)組沒有興趣，另外一些進(jìn)行中小型水輪機(jī)生產(chǎn)的廠家，苦于自身的技術(shù)水平偏低，而且其所掌握的轉(zhuǎn)輪模型以及設(shè)計(jì)技術(shù)跟不上時(shí)展的變化。有些中小型水電站設(shè)計(jì)周期時(shí)間較短，成本投入相對(duì)較低，導(dǎo)致設(shè)備在選型的時(shí)候，很多廠家往往使用其他型號(hào)的水輪機(jī)進(jìn)行替代[2]。

　　通常來(lái)說(shuō)，中小型水輪機(jī)選型需要特別注意以下幾個(gè)方面的原則：首先,中小型水輪機(jī)的選擇,一般情況下都是使用技術(shù)比較發(fā)達(dá)，并且實(shí)踐證明良好的機(jī)型。所以設(shè)計(jì)人員必須經(jīng)常多收集地區(qū)范圍內(nèi)的一些成功運(yùn)行的水電站以及機(jī)型詳細(xì)資料，同時(shí)還要特別注意對(duì)于一些新研發(fā)設(shè)計(jì)的機(jī)型詳細(xì)資料和其他一些重要的情況;其次，強(qiáng)化與中小水輪機(jī)生產(chǎn)廠家的聯(lián)系和交流，充分的掌握相關(guān)廠家的技術(shù)水平以及機(jī)型情況;最后優(yōu)化設(shè)計(jì)思路。在開始進(jìn)行研究以及初步設(shè)計(jì)階段,必須按照水電站的基本指標(biāo)參數(shù),不斷加大對(duì)于相關(guān)資料的搜集力度，特別是對(duì)于有關(guān)廠家的詳細(xì)資料，在綜合考慮各方面因素之上，估算和確定水輪機(jī)的指標(biāo)參數(shù)范圍,另外還要著手準(zhǔn)備候選的機(jī)型以及生產(chǎn)廠家。在招標(biāo)設(shè)計(jì)過程中，從水輪機(jī)組的實(shí)際招標(biāo)采購(gòu)進(jìn)行分析,對(duì)不同的方案進(jìn)行嚴(yán)格仔細(xì)的考慮，最終確定機(jī)型。另外在中小型水輪機(jī)設(shè)計(jì)選型要點(diǎn)中,必須按照當(dāng)?shù)氐木唧w條件最大限度地考慮一些指標(biāo)參數(shù)較好，經(jīng)濟(jì)回報(bào)較高的方案，當(dāng)然也不能只是過分的追求高指標(biāo)參數(shù)，必須從充分地考慮機(jī)型的實(shí)際情況，特別是機(jī)器設(shè)備運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。

　　四、不同形式水輪機(jī)的選型

　　中小型水電站的水頭往往較低，所以經(jīng)常使用小型水輪機(jī)。下面就不同形式的水輪機(jī)用于低水頭的情況的應(yīng)用要點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)要的討論。

　　1.燈泡貫流式水輪機(jī)

　　和一些大型水輪機(jī)相比，低水頭的小型水輪機(jī)在選型時(shí)，必須充分地參考水電站的具體地質(zhì)情況，以及其他一些指標(biāo)參數(shù)。近些年來(lái)，燈泡貫流式水輪機(jī)在我國(guó)被普遍地使用，同普通的水輪機(jī)相比較而言，燈泡貫流式水輪機(jī)在30米以下水頭段都可以具備較高的經(jīng)濟(jì)性。一般情況下，燈泡貫流式水輪機(jī)在應(yīng)用過程中必須要注重以下幾點(diǎn)內(nèi)容：首先假如在某些峽谷以及復(fù)雜的地質(zhì)條件下建設(shè)水電站，由于水電站自身的地理位置限制，河道狹窄，使得在短時(shí)間內(nèi)洪峰流量急劇上升，在一定程度上加大了水電站下游尾水位變化量，所以在設(shè)計(jì)洪水位時(shí)，必須從當(dāng)?shù)氐木唧w情況出發(fā)，盡量標(biāo)高。若由于其他條件的限制必須選擇應(yīng)用燈泡貫流式水輪機(jī)，那么可能就會(huì)因?yàn)樗�電站下部開挖程度太大，加重防洪土建投入費(fèi)用;其次相對(duì)而言，燈泡貫流式水輪機(jī)制造程序比較復(fù)雜，難度比較大，從當(dāng)前國(guó)內(nèi)一些中小型水輪機(jī)生產(chǎn)廠家的實(shí)際情況來(lái)看，都沒有能夠充分地掌握轉(zhuǎn)輪模型，而且自身的生產(chǎn)能力以及其他方面的因素偏低，所以必須要提高制造水輪機(jī)廠家的準(zhǔn)入制度;再其次，在一些引水式小型水電站中，燈泡貫流式水輪機(jī)組因?yàn)槿萘科�低，很難滿足水電站的實(shí)際需求;最后對(duì)于燈泡貫流式水輪機(jī)而言，必須按期對(duì)其進(jìn)行維護(hù)和檢修，確保水輪機(jī)保持正常的運(yùn)行狀態(tài)。

　　2.軸流式水輪機(jī)以及混流式水輪機(jī)

　　軸流式水輪機(jī)通常可以分為兩種，分別為轉(zhuǎn)槳式以及定槳式。其中定槳式水輪機(jī)基本都是應(yīng)用在中小型水電站中，而且其結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，投入成本較低，同時(shí)也很難發(fā)生轉(zhuǎn)輪漏油的問題。然而由于自身結(jié)構(gòu)的問題，總體上運(yùn)行效率偏低，穩(wěn)定程度偏低。另外對(duì)于一些高海拔地區(qū)的徑流式低水頭電站而言，由于其流量變化非常大，在很大程度上會(huì)影響定槳式水輪機(jī)的運(yùn)行成本，導(dǎo)致水輪機(jī)空載運(yùn)行以及其他情況的發(fā)生。讓實(shí)際流量超過預(yù)期設(shè)計(jì)流量，加重了水頭經(jīng)濟(jì)損失，就算是在水輪機(jī)導(dǎo)葉全開的情形下，還是無(wú)法使用額定功率做功。所以軸流定槳式水輪機(jī)必須使用在轉(zhuǎn)輪直徑不超過3米的情況下。

　　一般混流式水輪機(jī)基本上使用在低水頭小型水電站中，但是相對(duì)而言，其成本較高，可是其優(yōu)勢(shì)在于空化性能良好，吸出高度值也非常大，安裝機(jī)組時(shí)高度偏高。所以其土建成本偏低，同軸流定槳式水輪機(jī)比較而言，混流式水輪機(jī)在運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性更佳，而且當(dāng)軸流定槳式水輪機(jī)處于高尾水位工作條件下，通常不會(huì)發(fā)生定槳式水輪機(jī)的抬機(jī)故障。通過這些年來(lái)技術(shù)的不斷改進(jìn)和發(fā)展，軸流式水輪機(jī)的整體性能得到了很大的提高，已經(jīng)在很大程度上提升了其運(yùn)行效率以及穩(wěn)定性，同時(shí)由于其負(fù)荷調(diào)節(jié)擁有很大的范圍空間，能夠減少機(jī)組數(shù)量，讓機(jī)組的成本實(shí)現(xiàn)降低。雖然可能還會(huì)受到空化現(xiàn)象的影響，但是總體而言，特別是在汛期下游尾水較高時(shí)，其出力裕度表現(xiàn)非常良好。另外軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)經(jīng)過遞增轉(zhuǎn)輪直徑，以及抬高水輪機(jī)組安裝高程，可以讓其更加地適應(yīng)于小型水電站，加強(qiáng)其空化性能。盡管其投入成本較高，但是發(fā)電機(jī)的造價(jià)相比混流式來(lái)說(shuō)非常低，同時(shí)還可以維持非常大的出力裕度，具有非常全面的優(yōu)勢(shì)。

　　3.水斗式水輪機(jī)以及混流式水輪機(jī)

　　受到各方面因素的影響，早期我國(guó)中小型水電站都是使用水斗式水輪機(jī)。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的不斷提高，高水頭混流式水輪機(jī)逐步在高水頭水電站中普遍應(yīng)用。同水斗式水輪機(jī)相比較而言，混流式水輪機(jī)由于使用了大軸頸導(dǎo)葉，以及其他方面良好結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提高了其抗磨蝕性，以及運(yùn)行穩(wěn)定程度。同時(shí)其機(jī)組整體造價(jià)偏低，運(yùn)行水頭可以達(dá)到500m左右。但是如果使用在中小型水電站中，還應(yīng)該注重以下方面內(nèi)容：首先，高水頭混流式水輪機(jī)吸出高度值一般都是負(fù)值，機(jī)組安裝高程偏低，如果安裝在深山峽谷中，這樣就會(huì)很大程度上加重土建投入成本;其次高水頭混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)速非常高，如果機(jī)組容量在設(shè)計(jì)時(shí)不是特別大的話，非常容易發(fā)生轉(zhuǎn)速超出額定范圍的情況，那么就需要重新加大轉(zhuǎn)輪直徑，以期能夠減少轉(zhuǎn)速。這樣做的缺陷在于不僅加重了經(jīng)濟(jì)投入成本，而且還減少運(yùn)行效率與穩(wěn)定程度[3]。

　　五、選擇水輪機(jī)組必須注意的問題

　　在選擇水輪機(jī)時(shí)，必須在充分考慮上述的一些因素之外，還應(yīng)該要特別注意以下方面的因素。首先，水輪發(fā)電機(jī)組的選擇必須是按照國(guó)家已有產(chǎn)品系列。如果單機(jī)容量低于500kW 的情況下，轉(zhuǎn)輪的選擇必須要選擇標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)輪直徑。如果單機(jī)容量超過500 kW以上的機(jī)組，那么就必須充分的考慮機(jī)組的運(yùn)行工況點(diǎn)，最好選擇在最優(yōu)工況點(diǎn)運(yùn)行;其次對(duì)于單機(jī)容量非常大的水電站，水輪發(fā)電機(jī)組的功能應(yīng)該同水電站的基本指標(biāo)參數(shù)相互吻合，一般主要是指水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速和直徑。必須讓水電站電站基本指標(biāo)參數(shù)所對(duì)應(yīng)的工作范圍，同與所選擇的水輪機(jī)的高效工作區(qū)域相互適應(yīng)。其中最重要的是水輪機(jī)的飛逸轉(zhuǎn)速不能超過配套發(fā)電機(jī)的飛逸轉(zhuǎn)速;再其次機(jī)組臺(tái)數(shù)同裝機(jī)容量、水輪機(jī)類型以及其他一些相關(guān)因素有著非常緊密的聯(lián)系[4]。機(jī)組臺(tái)數(shù)同水輪機(jī)類型有著緊密聯(lián)系，貫流定漿式水輪機(jī)因?yàn)樽陨淼母咝�率區(qū)非常窄，如果使用一臺(tái)的話，當(dāng)電站流量不足時(shí)，就會(huì)低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，通常都會(huì)讓水輪機(jī)組的運(yùn)行效率大幅度下降。因此水電站的流量變化如果非常大的話，那么可以考慮使用兩臺(tái)以及多臺(tái)機(jī)組。在選擇機(jī)組臺(tái)數(shù)時(shí)，還必須注重考慮水電站的特點(diǎn)，如果水電站的年負(fù)荷變化非常大的情況下，選擇一臺(tái)機(jī)組可以會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行效率的過大;最后，選擇的水輪機(jī)的最大適用水頭，必須確保水輪機(jī)的強(qiáng)度需求，水輪機(jī)的最小適用水頭，必須確保水輪機(jī)的運(yùn)行效率，抗振動(dòng)能力等等其他方面的需求。

　　六、結(jié)語(yǔ)

　　綜上所述，中小型水電站水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)的注意要點(diǎn)有很多，水頭、地形情況、吸出高度等等條件都會(huì)對(duì)選型帶來(lái)一定影響，另外在實(shí)際選型過程中還需要考慮到國(guó)家已有水輪機(jī)產(chǎn)品系列以及單機(jī)容量等實(shí)際因素的限制，切實(shí)做到理論聯(lián)系實(shí)際，才能夠找到適合中小型水電站的水輪機(jī)。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]王春暖.中小型水電站水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)評(píng)述[J].水電站機(jī)電技術(shù),2010,4(15)：36-37.

　　[2]劉軍偉,劉曉紅.試論小型水電站水輪機(jī)選型的設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J].價(jià)值工程，2013,9(18)：80-81.

　　[3]唐小林.某水電站水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)闡述[J].科技致富向?qū)?2012，2(25)：360.

　　[4]孔韜.大巖洞水電站水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)[J].珠江現(xiàn)代建設(shè),2014,2(18)：23-24.