1、小型水电站水轮机选型设计之己见摘要: 近年来, 我市迎来了又一个水电发展高潮, 各地小型水电站发展很快。文章结合本人从事小型水电站设计工作的经验, 分析小型水电站的水轮机设计选型工作中应注意的一些问题。对提高小型水轮机的应用技术水平, 选用较优秀的机型, 提出了自己的一些观点和看法。关键词: 小型水电站；水轮机；选型；设计；1 前言随着国家投入的增加, 近年来, 我市迎来了又一个水电发展高潮, 各地小型水电站发展很快。与大型水轮机相比, 小型水轮机选型工作不易引起足够的重视,且受市场环境影响较大。在已运行的机组中, 因选型造成的问题也较多。在当前的形势下, 如何做好小型水电站水轮机的设计选型工
2、作, 尤其是在大部分县、乡级电站为孤立运行电站, 如何提高我市小型水轮机的应用技术水平, 增加电站的运行效益,值得从事这项工作的设计人员认真研究、总结。2 小型水轮机设计选型的方式和方法水轮机的选型工作, 最重要的是合理确定水轮机的参数。小型水电站虽然容量不大, 但其对于业主而言, 其运行效益仍是至关重要的。而水轮机的性能参数是影响电站运行效益的重要因素。选择、确定水轮机的参数, 有以下两种方法: 一种是根据已有的水轮机型谱和模型资料选择水轮机; 另一种是以实践经验和资料为基础, 用比转速作为重要依据, 应用统计比较的方法选择, 确定水轮机参数。这两种方法运用于小型水轮机选型时, 均有一定的局
3、限性。如按照已有的型谱和模型资料选择水轮机, 常会因为掌握的资料有限,无法选择参数较优的机型; 而根据预估算的参数选择水轮机, 则又会因为缺乏针对性, 容易与小型设备生产厂家掌握的机型和生产制造技术、能力脱节。造成这种现象的原因, 主要是小型水轮机的设计选型, 受市场和厂家因素制约是很大。首先，小型电站投入少, 建设周期短, 生产厂家一般不会专为某个电站的需要而研发一个新的转轮; 其次, 对于小型机组, 一些掌握较多先进机型的大型设备厂家往往不感兴趣,而一些主要从事小型机组制造工作的中小设备厂家因为掌握的先进机型较少, 技术能力和制造水平也参差不齐。另外, 一些从事设计工作的中小型设计院, 对
4、水轮机的技术发展和优秀转轮模型资料的掌握尚有欠缺,而小型电站设计投入少、时间紧, 也导致在设计选型中, 常出现按产品样本, 甚至委托厂家代为选型的情况等。针对以上情况, 我院在小型水轮机的设计选型上, 摸索、总结了一些方法,以提高选型设计水平。具体方法如下:1）小型水轮机的选择, 通常采用成熟技术和已运行过的机型, 故设计人员平时应注意多收集市内各水头段已运行的一些电站和机型资料, 重点关注引进技术或新开发的一些机型资料和运行情况。2） 加强与中小水轮机生产厂家的沟通与联系,了解这些厂家的技术水平和掌握机型情况。最后, 调整设计思路。在可行性研究和初步设计阶段, 根据电站的基本参数, 重点加强
5、资料的收集, 尤其是对相关厂家资料和收集、摸底, 在此基础上, 估算并确定水轮机的参数范围, 同时初步确定候选的机型和生产厂家; 在招标设计阶段, 结合水轮机组的招标采购, 配合业主对各方案进行详细的技术经济比较, 最终确定机型。在小型水轮机设计选型中, 应根据现有条件尽量选择参数优、经济性好的方案, 但也要避免片面追求高参数的趋向。应重点跟踪、了解候选机型的实际运行情况, 尤其是机组运行的稳定性。3 交界水头段的水轮机的型式选择小型水轮机在交界水头段的选择, 与大型水轮机存在着一定的差异, 在具体设计、选择时, 应注意根据现场实际情况, 通过详细、客观的技术经济比较后确定。现以盘县小河边水电
6、站水轮机选型为例进行说明。根据盘县小河边水电站的使用水头在 7980.8m 的范围内，设计水头为 80.0m，在该水头范围内可适用的水轮机型式有两种：斜击式与混流式。本电站水轮机在混流式水轮机和斜击式水轮机进行选择。斜击式与混流式水轮机的优缺点比较如下： 混流式水轮机的单位流量一般较斜击式水轮大，这利于减小机组尺寸。 混流式水轮机最高效率较斜击式水轮机高，但运行高效区的范围相对斜击式水轮机较小。 混流式水轮机的设计、生产、安装、运行、维护均有着经验丰富、技术成熟的优点。 斜击式水轮机转轮需装在最高尾水以上，不利于提高电站水头利用率，但可简化厂房排水设施和降低厂区防洪要求，改善厂内潮湿程度。 斜
7、击式水轮机转轮在大气中运行，汽蚀磨损较轻，而且多集中在针阀、喷嘴等部位，检修、更换零部件较方便。 斜击式水轮机具有双重调节机构，易将压力上升和转速上升控制在较低的数值，使机组有较好的调节保证参数。从以上的两种机型的分析比较，这两种机型各有优点，但从水轮机的效率、水头利用率等关系到电站的经济效益方面来考虑，混流式水轮机较斜击式水轮机优越，而且混流式水轮机转轮具有结构简单、安装方便、调试简捷、操作维护方便、安全可靠性高、运行费用省、水头利用率高等优点；从国内电站统计资料来看在该水头下使用混流式水轮机较多，在综合考虑各种因素，推荐本电站选用混流式水轮机。根据本电站相关参数资料，现初步拟定 hla55
8、0 型与 hl548 两种水轮机进行比较，其模型参数见表 1。小河边水电站所选机型转轮模型参数比较表表 1表 1 看出，hla550 方案与 hl548 方案的使用水头均可满足本电站的要求。但从单位流量方面看，hla550 方案比 hl548 方案高，在最优工况下 hla550 型水轮机的模型效率高于 hl548 型水轮机模型效率 0.1 个百分点，再从气蚀系数来看，在限制工况下 hla550型水轮机的气蚀系数和 hl548 型水轮机气蚀系数相同。综合比较水轮机的各项模型参数，本阶段拟定选择 hla550 型水轮机作为小河边水电站的装机机型。水轮机型号为 hla550- wj-55，并采用卧式
9、布置，金属蜗壳。水电站拟定装机两台，总装机容量为1000kw。4 水轮机选型设计面临的问题在过去相当长一段时间, 小型水电站在进行初步设计时, 由设计院确定水轮机机型。工程开工后, 业主根据已确定的机型进行招标采购, 其实就是各厂家针对某一个机型进行价格竞争。随着我国技术引进和一些合资厂的建立, 一些有实力的大厂和合资厂, 陆续参与了一些小型水轮机组的设计、制造工作, 这些厂家拥有一批先进的转轮模型, 掌握了较先进的设计、制造技术。因此, 在一些小型水轮机组的招标中, 已不局限于价格竞争, 而更多的是机组性能、生产能力和工艺方面的竞争, 原有的在初设阶段即确定机型的办法已不能适应市场的需要,
10、也不利于业主获得性价比最优的方案。技术的引进和进步, 本应使小型水轮机的选型面临更多的选择, 但在当前的形势下, 仍有一些因素制约着小型水轮机的选型工作, 制约在小型电站中选用较先进的机型。近年来, 随着又一个水电建设高潮的到来, 水轮发电机组制造市场异常火爆, 甚至出现了供不应求的局面。在此情况下, 一些有实力的合资厂商由于大型水电项目都忙不出来, 因此很少参与小型水电项目的建设。而一些参与小型水电站项目的小型水轮机生产厂家, 也同样由于生产饱和, 虽然实际掌握的优秀转轮模型等技术很有限, 但也没有时间和动力去引进并提高生产技术。这是目前在小型水轮机选型和采购中常常遇到的一种尴尬局面。5 结
11、束语小型水轮发电机组中的水轮机, 在加工制造难度和影响力方面不能和大型机水轮机相比, 但却是关系到电站能否长期安全、稳定、经济运行的关键设备, 也关系到业主甚至地方的经济效益。我市水力资源丰富, 小型水电站的建设是我是水电建设发展的重要组成部分, 是地方经济发展和山区脱贫致富的重要举措。因此, 如何更合理地选择水轮机机型, 提高小型水电站运行水平和经济效益, 应引起各方足够重视。作为设计单位, 应本着“对工程负责, 为业主服务”的宗旨, 充分考虑到实际情况,精心设计, 同时各设备生产厂家, 也应放远眼光, 积极参与, 积极引进、消化先进技术, 共同为提高我国小型水轮机的应用技术水平而奋斗。参考文献1水能动力工程新技术.中国水利水电出版社 2005- 08, 第一版2现代水力发电机组工程应用和研究.中国水利水电出版社.2007- 06, 第一版3水电站机电设计手册水力机械.水利电力出版社.1983注：文章内所有公式及图表请以 pdf 形式查看。
