小型水电站水轮机选型设计之己见

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79～的范围内，设计水头为，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：

⑴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。

⑵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。

⑶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。

⑷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。

⑸斜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。

⑹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hla550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, 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