高水头电站水轮机选择应用的发展趋势.docx

高水头电站水轮机选择应用的发展趋势杨锐（云南省丽江市水利水电勘测设计研究院，云南丽江674100）摘要:高水头电站以往均选择冲击式水轮机，目前国内设计开发出较为先进的混流式转轮，可适应高水头机组的运行，为国内高水头电站的选型应用提供了更多选择，通过对冲击式水轮机和混流式水轮机在高水头电站的选择应用进行初步探讨，对高水头电站水轮机的发展应用有所启迪。关键词:高水头；冲击式；混流式为372.5m，位于鲁布格电站，单机容量150MW。该机组是我国与国外厂家在水电机组方面进行的首次技术合作，为我国混流式机组进入高水头电站行业开了先河。而当今世界最具代表性的高水头混流式机组电站为奥地利的劳斯荷克电站，水头为672m，单机容量为58.4MW。随着高水头混流式水轮机的技术不断成熟，我国高水头电站机组选型可跳脱较为单一的局面，在转速、容量和水头相匹配的情况下进行技术经济比较，选择更适合电站特性参数的水轮机。一、高水头电站水轮机的发展概况我国西部地区水力资源十分丰富，其中大部分可开发电站的水头在200～800m之间。由于技术条件的限制，多数较高水头的电站选用的是冲击式机型。冲击式水轮机结构简单，机组安装高程不受空蚀条件的限制，因此在国内外高水头电站中应用较为普遍。但我国冲击式机组技术起步较晚，技术水平落后，尤其是高水头大容量机组。目前国内运行的最高水头电站为1022m的广西天湖电站，单机容量15MW；最大容量的冲击式机组为云南吉沙电站，单机容量60MW，水头485m。这两个电站的冲击式机组均为国内厂家制造。而当今世界最具代表性的冲击式机组为1998年在瑞士Bieudron电站投产的465MW冲击式机组（该冲击式机组单机容量最大、水头最高为1883m，发电机难度系数最高）。近年来，随着国外先进技术的引进，混流式机组也进入高水头电站机组的行列。混流式机组具有能充分利用水头且水力效率高的特点，而且有向高水头方向发展的趋势。目前国内运行的混流式机组最高水头二、冲击式水轮机的发展趋势自1880年美国人佩尔顿发明了冲击式水轮机后，人们为了提高其效率和输出功率又研制出了立式多射流型冲击式水轮机。直至现阶段随着新材料及新技术的应用，已能制造出使用水头在1000～2000m，输出功率高达1000MW，运行安全可靠的高水头大出力冲击式水轮机。1．转轮国内目前适用于高水头电站的冲击式转轮仅有A237、A475、A779等有限的几个型号的转轮，且A779转轮尚无实际运行经验。根据实际运行情况调查，A475转轮运行较为稳定可靠，适应性强。A237收稿日期：2009-03-25作者简介：杨锐（1968-），男，工程师。32规划设计与施工转轮,经对其水斗根部进行加强改型后，可在1000m以上水头运行。而以前使用的CJ20、CJ22和K461等转轮均因其能量指标太低，现已基本淘汰。目前国外的冲击式转轮技术对国内制造厂家的影响日渐增强，如由阿尔斯通公司研究开发的加箍冲击式转轮的设计方案，针对常规铸造冲击式转轮的主要风险，提出了替代方案。与常规的布置不同，加箍保证了结构外部与水斗之间的连接，这使作用在转轮上的力能更好地分配。这一预应力组件产生的阻尼作用，大大地改变了水斗对动态激励的响应。采用这种设计，消除了水斗根部断裂的风险，因此运行安全、使用寿命和安全可靠性得到大大提高。此项技术应对国内冲击式转轮的研究有很好的启发。冲击式水轮机的转轮现在均选用0Cr13Ni4Mo或0Cr16Ni5Mo系列不锈钢材质，因此提高转轮的铸造工艺CAD、AOD精炼技术，并在大型转轮铸造较为困难的情况下，采用铸焊工艺生产能安全地用于高水头大出力电站的冲击式水轮机转轮，是发展趋势之一。2.机组型式冲击式水轮机结构简单，由于传统转轮的效率低，水轮机喷嘴数目少，加工工艺落后，因此机组布置型式多为卧轴型式，这使得冲击式水轮发电机组运行效率处于较低水平。随着转轮设计水平的提高，各种高效转轮的出现，加工行业的新技术、新工艺也被大量应用，许多传统结构及工艺中的技术难点被攻克，冲击式水轮机呈现出良好的发展势头。未来的发展趋势将是在提高效率的同时向高水头、大容量的方向发展，传统的小型卧式机组将逐渐被结构和控制简单、运行安全稳定的立式多喷嘴高转速冲击式水轮机取代。失、空蚀和磨损等诸多难题。1.转轮高水头混流式机组的转轮采用的是其独有的X形叶片，与常规的混流式转轮相比，X叶片转轮均匀的流态和压力分布大大减少了涡流和磨损问题。转轮能在极宽的水头和流量范围内运行而不会产生进口涡流和空蚀，其出口处的特殊几何形状能有效地降低尾水压力脉动。除X叶片设计之外，先进的高水头混流式转轮还会在两个长叶片中间加一个短叶片，短叶片的长度约为长叶片的2/3。目前，典型的长短叶片高水头混流式转轮共有30只叶片，其中有15只长叶片和15只短叶片，而传统