摘要： 本文一方面介紹了小型水輪機(jī)設(shè)計(jì)選型的方式和方法，另一方面探討了交界水頭段的水輪機(jī)的型式選擇。對(duì)小型水電站水輪機(jī)實(shí)際選型設(shè)計(jì)工作有一定指導(dǎo)意義。 

　　關(guān)鍵詞： 小型水電站；水輪機(jī)；選型設(shè)計(jì)  

　　中圖分類號(hào)：TK73 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2013）26-0080-02 

　　1 小型水輪機(jī)設(shè)計(jì)選型的方式和方法 

　　在對(duì)水輪機(jī)進(jìn)行選型時(shí)，其核心思想在于能否合理準(zhǔn)確的確定出水輪機(jī)的一些關(guān)鍵參數(shù)。盡管小型水輪機(jī)能夠產(chǎn)生的能量有限，但是卻影響著由其組成的小型水電站的運(yùn)行效益，然而水輪機(jī)的運(yùn)行效益在很大程度上受一些參數(shù)左右[2]。水輪機(jī)參數(shù)的確定方法主要有兩種，其一是參照現(xiàn)有水輪機(jī)模型相關(guān)數(shù)據(jù)資料或通過(guò)對(duì)比水輪機(jī)型譜來(lái)確定應(yīng)選水輪機(jī)，其二是借鑒應(yīng)用實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，并依據(jù)比轉(zhuǎn)速，結(jié)合統(tǒng)計(jì)比較法來(lái)選擇出應(yīng)選的水輪機(jī)參數(shù)。以上兩種水輪機(jī)選型方法，其全面性均有所欠缺。例如參照現(xiàn)有水輪機(jī)模型相關(guān)數(shù)據(jù)資料或通過(guò)對(duì)比水輪機(jī)型譜來(lái)確定水輪機(jī)，經(jīng)常會(huì)因資料不全，無(wú)法甄選出參數(shù)更佳的機(jī)型；而借鑒經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合統(tǒng)計(jì)比較法來(lái)選擇參數(shù)的水輪機(jī)，往往針對(duì)性不強(qiáng)，極易造成小型水輪機(jī)生產(chǎn)廠家的制造能力無(wú)法匹配應(yīng)用要求[3]。 

　　這種現(xiàn)象產(chǎn)生的根本原因在于市場(chǎng)和生產(chǎn)廠家制造技術(shù)能力在很大程度上影響著小型水輪機(jī)選型工作。首先，小型水電站成本投入不大，建設(shè)周期相對(duì)較短，廠家能夠獲取的利潤(rùn)空間較小，因此，一般不會(huì)針對(duì)特定水電站重新設(shè)計(jì)水輪機(jī)；其次，部分大型水輪機(jī)生產(chǎn)廠雖然掌握先進(jìn)機(jī)型的制造技術(shù)，但卻不屑于生產(chǎn)小型機(jī)組，而部分專業(yè)從事小型水輪機(jī)生產(chǎn)的廠家，其制造能力和所掌握的的生產(chǎn)技術(shù)也有限。此外，部分中小水輪機(jī)設(shè)計(jì)院，其所掌握的轉(zhuǎn)輪模型和設(shè)計(jì)技術(shù)較為落后，而小型水電站設(shè)計(jì)周期短，投入小，致使設(shè)備選型時(shí)出現(xiàn)廠家代替選型的現(xiàn)象。針對(duì)上述情況，筆者通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，并結(jié)合自身多年水輪機(jī)選型經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了一些小型水輪機(jī)選型的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，其具體如首先下： 

　　首先，在對(duì)小型水輪機(jī)進(jìn)行選型設(shè)計(jì)工作時(shí)，一般選取技術(shù)相對(duì)成熟并已經(jīng)投放過(guò)市場(chǎng)的機(jī)型，因此，選型設(shè)計(jì)人員應(yīng)重點(diǎn)留意不同地質(zhì)環(huán)境下各水頭段內(nèi)已經(jīng)投放運(yùn)行的水電站所用的水輪機(jī)組，收集這些機(jī)組的資料，并有針對(duì)性的關(guān)注融入新興技術(shù)的機(jī)型資料。其次，與小型水輪機(jī)生產(chǎn)商建立長(zhǎng)期的溝通交流關(guān)系，以便能夠充分了解其生產(chǎn)技術(shù)與生產(chǎn)能力。最后，優(yōu)化選型設(shè)計(jì)思路。在項(xiàng)目可行性評(píng)估過(guò)程中，應(yīng)結(jié)合水電站的基本參數(shù)，收集生產(chǎn)廠家的資料，在經(jīng)過(guò)生產(chǎn)制造能力摸底的基礎(chǔ)上，預(yù)估出能夠使水輪機(jī)保持良好運(yùn)行狀態(tài)的參數(shù)范圍，同時(shí)篩選出候選生產(chǎn)廠家及機(jī)型；招標(biāo)過(guò)程中，應(yīng)與水電站項(xiàng)目業(yè)主互相配合，對(duì)各種水輪機(jī)組招標(biāo)方案進(jìn)行探討，以確定出技術(shù)經(jīng)濟(jì)相對(duì)符合期望的機(jī)型。此外，在小型水電站水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)所具備的條件挑選出參數(shù)性能相對(duì)優(yōu)越、經(jīng)濟(jì)性相對(duì)較好的方案，不可一味追求高參數(shù)，投入運(yùn)行的水輪機(jī)組還應(yīng)對(duì)其進(jìn)行后期跟蹤，以了解其穩(wěn)定性情況。 

　　2 交界水頭段的水輪機(jī)的型式選擇 

　　不同于大型水輪機(jī)，交界水頭段的小型水輪機(jī)在選型時(shí)需綜合考慮水電站周圍地質(zhì)地貌、技術(shù)要求、經(jīng)濟(jì)能力等。 

　　2.1 燈泡貫流式水輪機(jī)和軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī) 近10年來(lái)，燈泡貫流式水輪機(jī)在我國(guó)被大量應(yīng)用，實(shí)踐證明，相比于傳統(tǒng)軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)，燈泡貫流式水輪機(jī)在25米以下水頭端擁有較好的經(jīng)濟(jì)性。其中，燈泡貫流式水輪機(jī)應(yīng)用過(guò)程中有以下幾方面需要注意： 

　�、偃绻�在一些峽谷或深山中建設(shè)水電站，因水電站所處的河道很窄，導(dǎo)致洪峰流量相對(duì)較大，在很大程度上增大了水電站下游尾水位變幅，因此要求洪水位需設(shè)計(jì)得較高。而如若仍選擇燈泡貫流式水輪機(jī)，即便采取臥軸布置方式，也無(wú)法避免因水電站下部開挖程度較大而大量增加 防洪土建成本的情況。 

　　②燈泡貫流式水輪機(jī)制造起來(lái)比較困難，目前國(guó)內(nèi)大部分中小水輪機(jī)生產(chǎn)廠家未能掌握較好的轉(zhuǎn)輪模型，且受設(shè)計(jì)水平、生產(chǎn)能力制約。在進(jìn)行招標(biāo)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格限制實(shí)力不允許的廠家參與。 

　�、鄄糠忠�水式小型水電站，燈泡貫流式水輪機(jī)組GD2不夠大，無(wú)法滿足調(diào)保要求。 

　�、懿煌�于傳統(tǒng)軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)，燈泡貫流式水輪機(jī)組在運(yùn)行和檢修方面均不同。 

　　2.2 軸流式水輪機(jī)和混流式水輪機(jī) 軸流式水輪機(jī)通常分為兩種，分別是轉(zhuǎn)槳式和定槳式。其中定槳式水輪機(jī)主要應(yīng)用于小型水電站中。其結(jié)構(gòu)不復(fù)雜、造價(jià)成本低，并且不會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)輪漏油問(wèn)題，但是因其結(jié)構(gòu)問(wèn)題，其運(yùn)行效率較低，穩(wěn)定性有待提高。此外，一些高海拔地區(qū)的徑流式低水頭電站，因其流量變化大，會(huì)直接影響定槳式水輪機(jī)的運(yùn)行效益，造成水輪機(jī)空載運(yùn)行或小負(fù)荷運(yùn)行時(shí)振動(dòng)較為劇烈，使實(shí)際流量大于初始設(shè)計(jì)流量，增大了水頭損失，即便在水輪機(jī)導(dǎo)葉全開的情況下，仍然不能以額定功率做功。因此，軸流定槳式水輪機(jī)應(yīng)盡量應(yīng)用于轉(zhuǎn)輪直徑小于2米的情況下。 

　　混流式水輪機(jī)主要應(yīng)用于低水頭小型水電站中，其機(jī)組選價(jià)相對(duì)較高，但是空化性能優(yōu)越，Hs值也比較大，安裝機(jī)組時(shí)高度較高，因此土建成本較低。相比于軸流定槳式水輪機(jī)，混流式水輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的穩(wěn)定性較好。同時(shí)當(dāng)其處于高尾水位工作環(huán)境下，不會(huì)出現(xiàn)定槳式水輪機(jī)的抬機(jī)問(wèn)題。 

　　近些年，軸流式水輪機(jī)經(jīng)過(guò)不斷研發(fā)與創(chuàng)新，大大提高了其運(yùn)行效率和穩(wěn)定性，并且因其負(fù)荷調(diào)節(jié)具有較大的范圍，可以有效縮減機(jī)組數(shù)量，降低了機(jī)組選價(jià)，雖然其做功受空化條件影響，但不可否認(rèn)的是在汛期下游尾水較高時(shí)，其出力裕度仍然比混流式水輪機(jī)出色。此外，軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)通過(guò)合理增大轉(zhuǎn)輪直徑和抬高水輪機(jī)組安裝高程，能夠使其應(yīng)用于小型水電站時(shí)增強(qiáng)其空化性能，雖然其Hs值較小，土建成本較高，但是其發(fā)電機(jī)的造價(jià)相比混流式而言極低，且能保持較大的出力裕度。綜合比較，軸流式水輪機(jī)相比混流式水輪機(jī)具有投資成本小的優(yōu)勢(shì)。 

　　2.3 水斗式水輪機(jī)與混流式水輪機(jī) 由于我國(guó)高水頭混流式水輪機(jī)受設(shè)計(jì)水平、制造能力、原材料加工技術(shù)制約，使得上世紀(jì)80年代以前小型水電站主要應(yīng)用水斗式水輪機(jī)。而隨著我國(guó)設(shè)計(jì)制造水平的提升，高水頭混流式水輪機(jī)已經(jīng)逐漸應(yīng)用于高水頭水電站中。相比于水斗式水輪機(jī)，混流式水輪機(jī)因其采用了大軸頸導(dǎo)師葉、高剛度頂蓋以及長(zhǎng)、短葉片轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)，提升了抗磨蝕性和運(yùn)行穩(wěn)定性，并且其機(jī)組造價(jià)低相對(duì)較低，運(yùn)行水頭可達(dá)500m，但將其應(yīng)用于小型水電站時(shí)，還需注意以下問(wèn)題： 

　�、俑咚�頭混流式水輪機(jī)Hs值通常為負(fù)值，機(jī)組安裝高程極低，遇到深山峽谷，土建成本很高。 

　�、诟咚�頭混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)速很高，當(dāng)機(jī)組容量設(shè)計(jì)不夠大時(shí)，極易出現(xiàn)轉(zhuǎn)速超出額定范圍，需要重新增大轉(zhuǎn)輪直徑以降低轉(zhuǎn)速。加大經(jīng)濟(jì)投入的同時(shí)，還會(huì)降低運(yùn)行效率與穩(wěn)定性。 

　　3 結(jié)束語(yǔ) 

　　隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)家現(xiàn)代化進(jìn)程的迅猛發(fā)展，使得在城市化建設(shè)中需要越來(lái)越多的水電工程，通過(guò)掌握小型水輪機(jī)設(shè)計(jì)選型的方式和方法，并了解一些常見各類交界水頭段水輪機(jī)性能的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)于提升小型水電站運(yùn)行效率和經(jīng)濟(jì)效益而言至關(guān)重要。 

　　參考文獻(xiàn)： 

　　[1]李佳新，王國(guó)偉.淺談混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的設(shè)計(jì)方法及其設(shè)計(jì)細(xì)則[J].中國(guó)水利水電技術(shù)應(yīng)用，2011（8）；187-188. 

　　[2]傅文杰.試談水輪機(jī)組的選型設(shè)計(jì)實(shí)踐[J].吉林廣播電視大學(xué)學(xué)報(bào)，2011（01）：33-35. 

　　[3]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（02）：15-17.