貫流式水輪發(fā)電機組

1、貫流式水輪發(fā)電機組貫流式水輪發(fā)電機組的技術優(yōu)勢與關鍵技術的技術優(yōu)勢與關鍵技術 田田 樹樹 棠棠2012.04.15l1. 1. 概述概述l2. 2. 貫流式水輪機的分類與發(fā)展貫流式水輪機的分類與發(fā)展 l3. 3. 貫流式水輪機的技術特點貫流式水輪機的技術特點l4. 4. 貫流式水輪機幾個關鍵技術貫流式水輪機幾個關鍵技術l5. 5. 機組機型與參數(shù)選擇機組機型與參數(shù)選擇l6. 6. 采購招標書中應強調(diào)機組的剛強度與疲采購招標書中應強調(diào)機組的剛強度與疲勞破壞計算勞破壞計算l7. 7. 其它相關的關鍵技術問題其它相關的關鍵技術問題l8. 8. 結束語結束語 摘要；摘要；l貫流式水輪機雖開發(fā)較晚貫流式

2、水輪機雖開發(fā)較晚, ,但近年來發(fā)展較快。一方面是中但近年來發(fā)展較快。一方面是中高水頭水電資源開發(fā)殆盡；另一方面是貫流式水輪機具有十高水頭水電資源開發(fā)殆盡；另一方面是貫流式水輪機具有十分優(yōu)越的技術優(yōu)勢：能量指標與效率都比較高分優(yōu)越的技術優(yōu)勢：能量指標與效率都比較高, ,能節(jié)省建設能節(jié)省建設投資投資, ,又可增發(fā)一定的年發(fā)電量又可增發(fā)一定的年發(fā)電量, ,同時空蝕輕微、檢修工作量同時空蝕輕微、檢修工作量小。當然貫流式水輪機亦有它的不足之處小。當然貫流式水輪機亦有它的不足之處, ,有一些關鍵技術有一些關鍵技術必須正確對待必須正確對待, ,妥善処理。例如妥善処理。例如, ,其槳葉與導葉的最佳協(xié)聯(lián)關其槳葉

3、與導葉的最佳協(xié)聯(lián)關系一定要調(diào)整好系一定要調(diào)整好, ,否則將引發(fā)一系列問題；貫流式水輪機的否則將引發(fā)一系列問題；貫流式水輪機的剛強度與疲勞破壞亦要高度重視；另外還有一些相關問題也剛強度與疲勞破壞亦要高度重視；另外還有一些相關問題也要慎重對待要慎重對待, ,其設計、安裝、運行等都有自己的獨特之處其設計、安裝、運行等都有自己的獨特之處, ,與與立式機組相比有許多不同特奌。立式機組相比有許多不同特奌。l l l1.1.概述概述 貫流式水輪機起步較晚且發(fā)展較慢。國外從上世紀三十貫流式水輪機起步較晚且發(fā)展較慢。國外從上世紀三十年代開始使用，到六十年代才比較興旺。國內(nèi)則從八十年代開始使用，到六十年代才比較興

4、旺。國內(nèi)則從八十年代開始使用，到夲世紀初方蓬勃發(fā)展。國內(nèi)廠家從引年代開始使用，到夲世紀初方蓬勃發(fā)展。國內(nèi)廠家從引進仿制、試制中小型貫流式水輪發(fā)電機組開始，到如今進仿制、試制中小型貫流式水輪發(fā)電機組開始，到如今已有不少廠家能自主開發(fā)、獨立設計制造已有不少廠家能自主開發(fā)、獨立設計制造50Mw50Mw以上大型以上大型貫流式機組，甚至正在生產(chǎn)世界上最大的貫流機組（出貫流式機組，甚至正在生產(chǎn)世界上最大的貫流機組（出口巴西口巴西75Mw75Mw貫流機組）。貫流機組）。 l目前目前, ,國內(nèi)已投運的最大貫流機組是廣西橋國內(nèi)已投運的最大貫流機組是廣西橋鞏電站的鞏電站的8 8臺臺57mw57mw機組。貫流機組開

5、發(fā)較多機組。貫流機組開發(fā)較多的地區(qū)有廣西、廣東、湖南、四川等南方省的地區(qū)有廣西、廣東、湖南、四川等南方省區(qū)，北方有黃河上游地區(qū)。相對而言，湖北區(qū)，北方有黃河上游地區(qū)。相對而言，湖北省開發(fā)較為落后，其實漢江下游可供開發(fā)的省開發(fā)較為落后，其實漢江下游可供開發(fā)的大型貫流機組電站不少，但是僅有王輔州、大型貫流機組電站不少，但是僅有王輔州、崔家營兩級已發(fā)電，在建的有興隆電站一級崔家營兩級已發(fā)電，在建的有興隆電站一級。正処在設計階段的有不少，近期能開工上。正処在設計階段的有不少，近期能開工上馬的工程尚不明確。漢江水量充沛，開發(fā)條馬的工程尚不明確。漢江水量充沛，開發(fā)條件較好，有關單位與企業(yè)應當抓緊機會促進件

6、較好，有關單位與企業(yè)應當抓緊機會促進工程盡快開工興建。工程盡快開工興建。 按按GB/T2900.45-1969GB/T2900.45-1969電工術語：電工術語： 水輪水輪機機 蓄能泵和水泵水輪機蓄能泵和水泵水輪機中的定義：貫中的定義：貫流式水輪機，即過流通道呈直錢（或流式水輪機，即過流通道呈直錢（或s s形形）布置的軸流式水輪機；燈泡貫流式水輪）布置的軸流式水輪機；燈泡貫流式水輪機機, ,即發(fā)電機置于流道中燈泡體內(nèi)的貫流即發(fā)電機置于流道中燈泡體內(nèi)的貫流式水輪機。式水輪機。l圖圖1 1 ：燈泡貫流式機組燈泡貫流式機組( (發(fā)電機安裝在位于流道中的燈泡體內(nèi)發(fā)電機安裝在位于流道中的燈泡體內(nèi)) )

7、l圖圖2 2 ：豎井貫流式機組豎井貫流式機組(發(fā)電機安裝在流道內(nèi)的豎井中。發(fā)電機通過一個變速裝置發(fā)電機安裝在流道內(nèi)的豎井中。發(fā)電機通過一個變速裝置與水輪機相聯(lián)。通過豎井可以直接從上方拆卸發(fā)電機和變與水輪機相聯(lián)。通過豎井可以直接從上方拆卸發(fā)電機和變速裝置。速裝置。) l圖圖3 3 ：全貫流式機組全貫流式機組 (發(fā)電機轉(zhuǎn)子直接與水輪機轉(zhuǎn)輪聯(lián)在一起。發(fā)電機轉(zhuǎn)子直接與水輪機轉(zhuǎn)輪聯(lián)在一起。)l2. 2. 貫流式水輪機貫流式水輪機的分類與發(fā)展的分類與發(fā)展 l2.2.貫流式水輪機的分類與發(fā)展貫流式水輪機的分類與發(fā)展 l從世界水電建設發(fā)展的趨勢可以看出，中、高從世界水電建設發(fā)展的趨勢可以看出，中、高水頭水電資

8、源開發(fā)殆盡，而低水頭甚至超低水水頭水電資源開發(fā)殆盡，而低水頭甚至超低水頭水電資源（含潮汐電站）的建設重要性正在頭水電資源（含潮汐電站）的建設重要性正在日益增大。在日益增大。在30m30m水頭段以下，貫流式水輪機水頭段以下，貫流式水輪機與立式軸流水輪機相比，具有一系列優(yōu)勢，尤與立式軸流水輪機相比，具有一系列優(yōu)勢，尤其突出的是水電站投資減少，以及可建在城市其突出的是水電站投資減少，以及可建在城市近郊，改善了城市景觀與濕地，有利于人文社近郊，改善了城市景觀與濕地，有利于人文社會的建設，按最新的環(huán)保觀奌來說，還有利于會的建設，按最新的環(huán)保觀奌來說，還有利于魚類的通過（國外稱之為親魚水輪機）魚類的通過（

9、國外稱之為親魚水輪機）, ,更是更是增加了貫流式水輪機發(fā)展的優(yōu)勢。增加了貫流式水輪機發(fā)展的優(yōu)勢。機型機型型號型號 運行水頭運行水頭（m m）轉(zhuǎn)輪直徑轉(zhuǎn)輪直徑（m m）代表產(chǎn)品代表產(chǎn)品燈泡燈泡式式GZ-GZ-WP-WP-2.42.42.5-9.02.5-9.0 （只見）（只見）P Pr r=65.8mw;D=65.8mw;D1 1= =軸伸軸伸式式GZ-GZ-WZ-WZ-5 50.6-9.00.6-9.0 （ 奧 扎 克 ）（ 奧 扎 克 ） P Pr r =31.5mw, D=31.5mw, D1 1= =豎井豎井式式GZ-GZ-WS-WS-2 21.0-9.01.0-9.0 （ 墨 累 ）（

10、 墨 累 ） P Pr r =24.8mw; D=24.8mw; D1 1= =全貫全貫流式流式GZ-GZ-WQ-WQ-2 21.2-101.2-10（安娜波里斯）（安娜波里斯）P Pr r =20mw; D=20mw; D1 1= =貫流式水輪機各類型式的最高水平大致如表貫流式水輪機各類型式的最高水平大致如表1 1所示所示. .表表1 1 貫流式水輪機的分類及其代表產(chǎn)品貫流式水輪機的分類及其代表產(chǎn)品 l另外，還有少數(shù)小型虹吸貫流式水輪機與整另外，還有少數(shù)小型虹吸貫流式水輪機與整裝式貫流燈泡機組。而大型在制的燈泡機組裝式貫流燈泡機組。而大型在制的燈泡機組P Pr r達到達到7.5MW7.5MW

11、，D D1 1達到達到7.5m7.5m（歐州聯(lián)合體產(chǎn)品（歐州聯(lián)合體產(chǎn)品）到）到7.9m7.9m（中國東電產(chǎn)品）。理論上說最大（中國東電產(chǎn)品）。理論上說最大燈泡機組可達燈泡機組可達100.0 MW, D100.0 MW, D1 1=9.0m=9.0m。l由表由表1 1可見，貫流式水輪機中尤以燈泡式規(guī)可見，貫流式水輪機中尤以燈泡式規(guī)模最大、發(fā)展最快。故以燈泡式為例（以下模最大、發(fā)展最快。故以燈泡式為例（以下簡稱燈泡機組）進行介紹。簡稱燈泡機組）進行介紹。圖圖4 4 ：燈泡貫流式機組：燈泡貫流式機組l3. 3. 貫流式水輪機貫流式水輪機的技術優(yōu)勢的技術優(yōu)勢l3.1. 3.1. 流道形式好、尺寸小。流

12、道形式好、尺寸小。l由于取消了立式機組平面上由于取消了立式機組平面上180180270 270 的蝸殼和的蝸殼和立面上立面上9090拐彎的肘形尾水管，而采用直軸引水室，拐彎的肘形尾水管，而采用直軸引水室，其進口斷面為矩形，在接近燈泡體的范圍內(nèi)逐漸過渡其進口斷面為矩形，在接近燈泡體的范圍內(nèi)逐漸過渡為圓形斷面以及直錐式尾水管，由圓斷面逐漸又變?yōu)闉閳A形斷面以及直錐式尾水管，由圓斷面逐漸又變?yōu)榫匦螖嗝婢匦螖嗝? .由于流道平直對稱，避免了水流拐彎后形由于流道平直對稱，避免了水流拐彎后形成流速分布不均而使水流流態(tài)變壞的影響，水力損失成流速分布不均而使水流流態(tài)變壞的影響，水力損失較小。這種直錐擴大型尾水管

13、能量恢復系數(shù)高達較小。這種直錐擴大型尾水管能量恢復系數(shù)高達0.90.9（而常規(guī)彎肘形尾水管能量恢復系數(shù)僅在（而常規(guī)彎肘形尾水管能量恢復系數(shù)僅在0.750.75左右）左右）。同時，由于取消了蝸殼與彎肘形尾水管，使機組流。同時，由于取消了蝸殼與彎肘形尾水管，使機組流道尺寸減小。在轉(zhuǎn)輪直徑道尺寸減小。在轉(zhuǎn)輪直徑D D1 1相同時，其機組段水力尺相同時，其機組段水力尺寸僅相當于立式軸流機組的三分之二左右，因而土建寸僅相當于立式軸流機組的三分之二左右，因而土建工程量與建設投資減少較多。工程量與建設投資減少較多。l3.2 3.2 能量指標大、效率高。能量指標大、效率高。l由于燈泡機組為臥式布置，流道平直，

14、水流平由于燈泡機組為臥式布置，流道平直，水流平順，且采用直錐擴大型尾水管，減少了尾水管順，且采用直錐擴大型尾水管，減少了尾水管水頭損失，大為提高水輪機能量指標；單位流水頭損失，大為提高水輪機能量指標；單位流量量Q Q1111比軸流機組增加了比軸流機組增加了40%40%左右；在相同的單左右；在相同的單位流量時位流量時, ,其效率相應高其效率相應高5%5%以上。在同一水頭段以上。在同一水頭段其單位轉(zhuǎn)速其單位轉(zhuǎn)速n n1111也比軸流機組高也比軸流機組高10%10%左右。因此左右。因此，燈泡機組的比轉(zhuǎn)速，燈泡機組的比轉(zhuǎn)速n ns s在在1000m.kw1000m.kw左右，比速左右，比速系數(shù)在系數(shù)在

15、30003000左右甚至更高，遠遠超過其它類型左右甚至更高，遠遠超過其它類型水輪機。另外，燈泡機組因具有良好的水力特水輪機。另外，燈泡機組因具有良好的水力特性，故其效率較高，額定點效率與最高效率分性，故其效率較高，額定點效率與最高效率分別比軸流機高別比軸流機高5%5%與與3%3%左右。左右。l3.33.3機組尺寸小、重量輕。機組尺寸小、重量輕。l燈泡機組由于能量指標高，更兼有結構緊湊燈泡機組由于能量指標高，更兼有結構緊湊、體積小、消耗材料少等特點。與軸流機組、體積小、消耗材料少等特點。與軸流機組相比，在相同的水頭與直徑下，出力可提高相比，在相同的水頭與直徑下，出力可提高30%30%左右。當水頭

16、和單機容量相同時，燈泡機左右。當水頭和單機容量相同時，燈泡機組直徑比軸流機組小組直徑比軸流機組小15%15%左右，重量減輕左右，重量減輕25%25%左右，而每臺機組重量相差左右，而每臺機組重量相差1.71.7倍左右。例如倍左右。例如，在相同的，在相同的p pr r=37.5mw=37.5mw、H Hr r=12.9m=12.9m時，不同方時，不同方案機組重量估算見表案機組重量估算見表2 2。表中。表中G Gt t、G Gf f、G G總總分別分別表示水輪機、發(fā)電機和機組總重量。表示水輪機、發(fā)電機和機組總重量。表表2 2 燈泡燈泡GZGZ機組與軸流轉(zhuǎn)槳機組機組與軸流轉(zhuǎn)槳機組ZZZZ比較表比較表1

17、9951995年水平年水平 方方案案D D1 1（m m）n nr r（r/minr/min）G Gt t（t t） G Gf f（t t） G G總總（t t）備注備注GZGZ6.16.1107.1107.1410410288288698698合資廠合資廠參數(shù)水參數(shù)水平平GZGZ6.96.978.9578.9558458456556511491149合資廠合資廠參數(shù)水參數(shù)水平平ZZZZ7.57.571.471.466066060560512651265國內(nèi)廠國內(nèi)廠家參數(shù)家參數(shù)水平水平l3.4 3.4 土建工程量少、投資省。土建工程量少、投資省。l燈泡機組由于取消了蝸殼和肘形尾水管燈泡機組由于

18、取消了蝸殼和肘形尾水管，其體積減小，結構緊湊，廠房面積小，其體積減小，結構緊湊，廠房面積小。另外，因水平布置，其開挖深度也小。另外，因水平布置，其開挖深度也小于軸流機組。因此，與采用軸流機組方于軸流機組。因此，與采用軸流機組方案相比，廠房工程費用可節(jié)省案相比，廠房工程費用可節(jié)省30%30%到到40%40%。l3.5 3.5 運行性能好、適用范圍大。運行性能好、適用范圍大。l運行經(jīng)濟性好，比軸流機組可增發(fā)電量運行經(jīng)濟性好，比軸流機組可增發(fā)電量4%4%左左右；運行穩(wěn)定性良好；空蝕輕微。據(jù)國內(nèi)外右；運行穩(wěn)定性良好；空蝕輕微。據(jù)國內(nèi)外設計經(jīng)驗，比軸流機組方案可節(jié)省投資設計經(jīng)驗，比軸流機組方案可節(jié)省投資

19、15%15%左右。水頭越低，燈泡機組優(yōu)勢越大。當然左右。水頭越低，燈泡機組優(yōu)勢越大。當然，由于燈泡機組本身的特點和水力條件的限，由于燈泡機組本身的特點和水力條件的限制，對機組結構有著嚴格的要求，有些地方制，對機組結構有著嚴格的要求，有些地方較軸流機組要復雜一些，特別要重視疲勞破較軸流機組要復雜一些，特別要重視疲勞破壞特性。隨著機組出力和尺寸的增大，其制壞特性。隨著機組出力和尺寸的增大，其制造難度隨之增加，必須予以充分的重視。造難度隨之增加，必須予以充分的重視。l3.6 3.6 其它功能。其它功能。l由于機組臥式布置又有反向推力軸承，所以不由于機組臥式布置又有反向推力軸承，所以不會發(fā)生抬機現(xiàn)象；

20、由于導水機構設有關閉重錘會發(fā)生抬機現(xiàn)象；由于導水機構設有關閉重錘可防止發(fā)生機組飛逸事故；另外，還具有空載可防止發(fā)生機組飛逸事故；另外，還具有空載泄水功能；按最新的環(huán)保要求泄水功能；按最新的環(huán)保要求水輪機要能過水輪機要能過魚，而貫流式水輪機流道平直、壓力變化小，魚，而貫流式水輪機流道平直、壓力變化小，而且葉片數(shù)少、轉(zhuǎn)速較低，適宜魚類通過。再而且葉片數(shù)少、轉(zhuǎn)速較低，適宜魚類通過。再者貫流式水輪機可布置在城市附近的低水頭徑者貫流式水輪機可布置在城市附近的低水頭徑流式水電站，可以改善城市景觀與濕地，水面流式水電站，可以改善城市景觀與濕地，水面還可以運動健身，適合城市人口旅游度假，還可以運動健身，適合城

21、市人口旅游度假，符合符合人文設計要求，不少城市都在實施中。人文設計要求，不少城市都在實施中。l4 4 貫流式水輪機貫流式水輪機l幾個關鍵技術幾個關鍵技術l4.1 4.1 水輪機槳葉與導葉的最佳協(xié)聯(lián)關系水輪機槳葉與導葉的最佳協(xié)聯(lián)關系l 周知，凡轉(zhuǎn)槳式水輪機（含軸流轉(zhuǎn)槳式與貫流周知，凡轉(zhuǎn)槳式水輪機（含軸流轉(zhuǎn)槳式與貫流轉(zhuǎn)槳式）的槳葉與導葉之間存在一種最佳協(xié)聯(lián)關系轉(zhuǎn)槳式）的槳葉與導葉之間存在一種最佳協(xié)聯(lián)關系水輪機運行在此処水輪機運行在此処, ,則水輪機效率最高、運行性則水輪機效率最高、運行性能也最好。無論是水輪機模型試驗或是原型水輪機能也最好。無論是水輪機模型試驗或是原型水輪機現(xiàn)場必須調(diào)試協(xié)聯(lián)關系。都

22、必須在水電站水頭范圍現(xiàn)場必須調(diào)試協(xié)聯(lián)關系。都必須在水電站水頭范圍內(nèi)，選擇幾個具有代表性的水頭與多個不同工況（內(nèi)，選擇幾個具有代表性的水頭與多個不同工況（即導葉開度）下，調(diào)整槳葉開度直到效率出現(xiàn)拐點即導葉開度）下，調(diào)整槳葉開度直到效率出現(xiàn)拐點，相對效率最高処即槳葉與導葉的最佳協(xié)聯(lián)點，將，相對效率最高処即槳葉與導葉的最佳協(xié)聯(lián)點，將各工況的最佳協(xié)聯(lián)奌連成曲線，即該水頭下的最佳各工況的最佳協(xié)聯(lián)奌連成曲線，即該水頭下的最佳協(xié)聯(lián)曲線，其它水頭工況照此法找出最佳協(xié)聯(lián)曲線協(xié)聯(lián)曲線，其它水頭工況照此法找出最佳協(xié)聯(lián)曲線。l如轉(zhuǎn)槳機組最佳協(xié)聯(lián)調(diào)整不適如轉(zhuǎn)槳機組最佳協(xié)聯(lián)調(diào)整不適, ,則將產(chǎn)生則將產(chǎn)生下列一些不利因素。

23、下列一些不利因素。 l首先將產(chǎn)生水力損失（也就是電量損失首先將產(chǎn)生水力損失（也就是電量損失）。轉(zhuǎn)槳式水輪機在最佳協(xié)聯(lián)工況下，水）。轉(zhuǎn)槳式水輪機在最佳協(xié)聯(lián)工況下，水流進口無撞擊、出口為法向。所以，水流流進口無撞擊、出口為法向。所以，水流損失較小，可保持平穩(wěn)高效運行。而失去損失較小，可保持平穩(wěn)高效運行。而失去協(xié)聯(lián)之后，轉(zhuǎn)輪葉片進口將產(chǎn)生撞擊損失協(xié)聯(lián)之后，轉(zhuǎn)輪葉片進口將產(chǎn)生撞擊損失、出口不再是法向，將產(chǎn)生環(huán)流損失。、出口不再是法向，將產(chǎn)生環(huán)流損失。l另者，由于轉(zhuǎn)槳式水輪機比轉(zhuǎn)速比較高，尤另者，由于轉(zhuǎn)槳式水輪機比轉(zhuǎn)速比較高，尤其是貫流式水輪機更高，約在其是貫流式水輪機更高，約在1000m.kw1000

24、m.kw左右左右。其出口動能相對數(shù)值也大一點，當尾水管。其出口動能相對數(shù)值也大一點，當尾水管恢復系數(shù)一定，則比轉(zhuǎn)速越高，其尾水管動恢復系數(shù)一定，則比轉(zhuǎn)速越高，其尾水管動能損失也越大。轉(zhuǎn)槳式水輪機失去最佳協(xié)聯(lián)能損失也越大。轉(zhuǎn)槳式水輪機失去最佳協(xié)聯(lián)之后如同定槳式，其效率曲線下降很快?？芍笕缤剑湫是€下降很快?？梢姡瑓f(xié)聯(lián)關系好壞對轉(zhuǎn)槳式水輪機效率特性見，協(xié)聯(lián)關系好壞對轉(zhuǎn)槳式水輪機效率特性影響甚大。南方某電站調(diào)整最佳協(xié)聯(lián)關系后影響甚大。南方某電站調(diào)整最佳協(xié)聯(lián)關系后，水輪機相對效率提高約，水輪機相對效率提高約2%,2%,有的電站甚至有的電站甚至更高。更高。 l其次將產(chǎn)生多種壓力脈動。失去最佳

25、協(xié)聯(lián)之后其次將產(chǎn)生多種壓力脈動。失去最佳協(xié)聯(lián)之后，葉片進口水流對葉片產(chǎn)生一定的沖擊，水流對，葉片進口水流對葉片產(chǎn)生一定的沖擊，水流對葉片不再是平順的繞流，而形成機組轉(zhuǎn)頻（葉片不再是平順的繞流，而形成機組轉(zhuǎn)頻（n nr r/60/60）、葉片頻率（葉片數(shù)）、葉片頻率（葉片數(shù)轉(zhuǎn)頻）、導葉頻率（導轉(zhuǎn)頻）、導葉頻率（導葉數(shù)葉數(shù)轉(zhuǎn)頻）等多種有規(guī)律的壓力脈動。甚至還轉(zhuǎn)頻）等多種有規(guī)律的壓力脈動。甚至還產(chǎn)生混流式水輪機所固有的低頻偏心渦帶頻率（產(chǎn)生混流式水輪機所固有的低頻偏心渦帶頻率（1/41/4轉(zhuǎn)頻左右）壓力脈動。而且是在轉(zhuǎn)輪前后誘發(fā)轉(zhuǎn)頻左右）壓力脈動。而且是在轉(zhuǎn)輪前后誘發(fā)多種頻率壓力脈動。過去曾在軸流轉(zhuǎn)

26、槳式水輪機多種頻率壓力脈動。過去曾在軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機的現(xiàn)場測試中發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象，如今在貫流式轉(zhuǎn)槳的現(xiàn)場測試中發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象，如今在貫流式轉(zhuǎn)槳水輪機的多次試驗中皆有此種現(xiàn)象發(fā)生。水輪機的多次試驗中皆有此種現(xiàn)象發(fā)生。l現(xiàn)以某次現(xiàn)場試驗為例進行介紹：南方某個電站裝有現(xiàn)以某次現(xiàn)場試驗為例進行介紹：南方某個電站裝有4 445Mw45Mw燈泡貫流式水輪發(fā)電機組，其轉(zhuǎn)輪直徑燈泡貫流式水輪發(fā)電機組，其轉(zhuǎn)輪直徑D1=7.1mD1=7.1m，額定水頭，額定水頭Hr=11.0mHr=11.0m，額定轉(zhuǎn)速，額定轉(zhuǎn)速nr=83.3r/minnr=83.3r/min，由于協(xié)，由于協(xié)聯(lián)關系欠佳，多種壓力脈動作用于機組，致使轉(zhuǎn)輪

27、室環(huán)聯(lián)關系欠佳，多種壓力脈動作用于機組，致使轉(zhuǎn)輪室環(huán)筋產(chǎn)生裂紋甚至還有轉(zhuǎn)輪室本體裂紋、葉片裂紋、葉片筋產(chǎn)生裂紋甚至還有轉(zhuǎn)輪室本體裂紋、葉片裂紋、葉片空蝕嚴重等現(xiàn)象發(fā)生?？瘴g嚴重等現(xiàn)象發(fā)生。l可見，協(xié)聯(lián)關系欠佳不僅效率下降，而且在轉(zhuǎn)輪前后出可見，協(xié)聯(lián)關系欠佳不僅效率下降，而且在轉(zhuǎn)輪前后出現(xiàn)多種壓力脈動及相應的各種頻率的振動，尤以葉片頻現(xiàn)多種壓力脈動及相應的各種頻率的振動，尤以葉片頻率壓力脈動及相應的振動值最為顯著，這也是所有轉(zhuǎn)槳率壓力脈動及相應的振動值最為顯著，這也是所有轉(zhuǎn)槳式水輪機振動的一大突出特征。式水輪機振動的一大突出特征。l4.2 4.2 貫流式水輪機的疲勞破壞值得重視貫流式水輪機的疲勞

28、破壞值得重視l4.2.1 4.2.1 重視機組剛強度設計與計算重視機組剛強度設計與計算l貫流式水輪機由于是臥式布置，每旋轉(zhuǎn)一周就貫流式水輪機由于是臥式布置，每旋轉(zhuǎn)一周就有一次彎曲應力發(fā)生，所以，必須重視其疲勞有一次彎曲應力發(fā)生，所以，必須重視其疲勞破壞設計。首先要正視機組剛強度計算，一些破壞設計。首先要正視機組剛強度計算，一些燈泡機組投產(chǎn)初期大都運行良好，但運行一段燈泡機組投產(chǎn)初期大都運行良好，但運行一段時間后，陸續(xù)會出現(xiàn)一些故障，尤其是低價中時間后，陸續(xù)會出現(xiàn)一些故障，尤其是低價中標機組表露比較明顯。標機組表露比較明顯。l一者由于一些燈泡機組電廠運行經(jīng)驗比較缺乏，且規(guī)一者由于一些燈泡機組電廠

29、運行經(jīng)驗比較缺乏，且規(guī)章制度不夠嚴格，時而出現(xiàn)一些誤操作，更加劇了機章制度不夠嚴格，時而出現(xiàn)一些誤操作，更加劇了機組故障率。二者由于現(xiàn)在是市場經(jīng)濟，有些廠家過于組故障率。二者由于現(xiàn)在是市場經(jīng)濟，有些廠家過于注重減少生產(chǎn)成本，設計應力選用過高，而安全系數(shù)注重減少生產(chǎn)成本，設計應力選用過高，而安全系數(shù)偏小。偏小。l有些水電設計院或買方對此關注不夠，沒有嚴格編寫有些水電設計院或買方對此關注不夠，沒有嚴格編寫標書或簽訂機組技術協(xié)議，設計聯(lián)絡會上也沒認真審標書或簽訂機組技術協(xié)議，設計聯(lián)絡會上也沒認真審查剛強度計算成果與鋼材牌號。有些監(jiān)造人員也沒認查剛強度計算成果與鋼材牌號。有些監(jiān)造人員也沒認真檢驗部件尺

30、寸等等原因，造成部份機組部件剛強度真檢驗部件尺寸等等原因，造成部份機組部件剛強度不足。不足。例如，有些轉(zhuǎn)輪室采用焊接結構，但經(jīng)過金加工后，例如，有些轉(zhuǎn)輪室采用焊接結構，但經(jīng)過金加工后，原來的主板設計厚度為原來的主板設計厚度為60mm60mm，而裂紋后在電站用超，而裂紋后在電站用超聲波實測只有聲波實測只有30mm30mm，如此大的差距怎么能保證轉(zhuǎn)輪，如此大的差距怎么能保證轉(zhuǎn)輪室的剛強度？發(fā)生裂紋就不奇怪了。如果協(xié)聯(lián)關系室的剛強度？發(fā)生裂紋就不奇怪了。如果協(xié)聯(lián)關系欠佳，機組部件長期承受各種頻率的水壓脈動與振欠佳，機組部件長期承受各種頻率的水壓脈動與振動，就會加劇事故發(fā)生的幾率，尤其是葉片頻率的動，

31、就會加劇事故發(fā)生的幾率，尤其是葉片頻率的脈動與振動，其后果就會更為嚴重。脈動與振動，其后果就會更為嚴重。例如，一個額定轉(zhuǎn)速例如，一個額定轉(zhuǎn)速n nr r=83.3r/min=83.3r/min的的4 4葉片燈泡機組，葉片燈泡機組，以年運行小時為以年運行小時為4000h4000h計，那么運行計，那么運行5 5、6 6年，就要承年，就要承受受1.121.1210108 8次振動擾動力。而且實測動應力高達次振動擾動力。而且實測動應力高達180Mpa180Mpa，如此大的動應力必然會引起材料的疲勞破，如此大的動應力必然會引起材料的疲勞破壞。實際上一般轉(zhuǎn)輪室多數(shù)采用壞。實際上一般轉(zhuǎn)輪室多數(shù)采用Q235-

32、BQ235-B，其屈服限，其屈服限235Mpa235Mpa，一般廠家設計應力為，一般廠家設計應力為78Mpa78Mpa（即（即1/31/3屈服屈服限），而高達限），而高達180Mpa180Mpa的動應力長期作用于轉(zhuǎn)輪室的動應力長期作用于轉(zhuǎn)輪室（已超過（已超過2/32/3屈服限了），則轉(zhuǎn)輪室必然會發(fā)生疲勞屈服限了），則轉(zhuǎn)輪室必然會發(fā)生疲勞破壞。破壞。 有些廠家已提出加厚環(huán)板的措施或改用有些廠家已提出加厚環(huán)板的措施或改用不銹鋼轉(zhuǎn)輪室以防止轉(zhuǎn)輪室空蝕并提高不銹鋼轉(zhuǎn)輪室以防止轉(zhuǎn)輪室空蝕并提高其剛強度，不過不銹鋼的水下疲勞應力其剛強度，不過不銹鋼的水下疲勞應力并不高，所以不銹鋼轉(zhuǎn)輪葉片設計應力并不高，所

33、以不銹鋼轉(zhuǎn)輪葉片設計應力僅在僅在100Mpa100Mpa左右，因此轉(zhuǎn)輪室采用不銹左右，因此轉(zhuǎn)輪室采用不銹鋼時其設計應力也應在鋼時其設計應力也應在100Mpa100Mpa左右。左右。南方某電站在作機組現(xiàn)場試驗中，證實其葉片頻率的南方某電站在作機組現(xiàn)場試驗中，證實其葉片頻率的振幅最大，而且出倍頻現(xiàn)象（說明機組轉(zhuǎn)動部分存存振幅最大，而且出倍頻現(xiàn)象（說明機組轉(zhuǎn)動部分存存一定的動不平衡現(xiàn)象）則機組的疲勞破壞時間更會縮一定的動不平衡現(xiàn)象）則機組的疲勞破壞時間更會縮短，甚至縮短一半時間。從實測中可見，在整個水頭短，甚至縮短一半時間。從實測中可見，在整個水頭的運行范圍內(nèi)，葉片頻率的脈動與振動的歷時時間最的運行

34、范圍內(nèi)，葉片頻率的脈動與振動的歷時時間最長，幾乎在絕大部分水頭內(nèi)都是葉頻振動，尤其是轉(zhuǎn)長，幾乎在絕大部分水頭內(nèi)都是葉頻振動，尤其是轉(zhuǎn)輪室的振動幾乎都是葉頻振動（無論是垂直振動分量輪室的振動幾乎都是葉頻振動（無論是垂直振動分量或水平振動分量都是）?；蛩秸駝臃至慷际牵Ｒ虼?，在機組招標書中應要求廠家?guī)椭娬菊{(diào)整因此，在機組招標書中應要求廠家?guī)椭娬菊{(diào)整好最佳協(xié)聯(lián)關系，并校核在非最佳協(xié)聯(lián)工況運行好最佳協(xié)聯(lián)關系，并校核在非最佳協(xié)聯(lián)工況運行時的動應力應小于材料屈服限，并留有足夠的余時的動應力應小于材料屈服限，并留有足夠的余量，不得造成轉(zhuǎn)輪室裂紋。量，不得造成轉(zhuǎn)輪室裂紋。包括轉(zhuǎn)輪室在內(nèi)的所有大型環(huán)形件最

35、好采用油壓或水包括轉(zhuǎn)輪室在內(nèi)的所有大型環(huán)形件最好采用油壓或水壓成型工藝，減少焊縫與金加工量，保證轉(zhuǎn)輪室等環(huán)壓成型工藝，減少焊縫與金加工量，保證轉(zhuǎn)輪室等環(huán)形件留有足夠的設計厚度（當然設計亦應正確并留有形件留有足夠的設計厚度（當然設計亦應正確并留有一定的余量）。另外，最好對機組主要部件所用對材一定的余量）。另外，最好對機組主要部件所用對材料牌號、屈服限、許用應力等主要數(shù)據(jù)作出規(guī)定，防料牌號、屈服限、許用應力等主要數(shù)據(jù)作出規(guī)定，防止個別廠家使用劣質(zhì)材料替代正規(guī)產(chǎn)品然后低價中標，止個別廠家使用劣質(zhì)材料替代正規(guī)產(chǎn)品然后低價中標，而投運后達不到機組可靠性指標，尤其是而投運后達不到機組可靠性指標，尤其是40

36、40年壽命周年壽命周期難以滿足等故障出現(xiàn)。應規(guī)定不得采用期難以滿足等故障出現(xiàn)。應規(guī)定不得采用“山寨山寨”產(chǎn)產(chǎn)品。品。l4.2.2 4.2.2 要高度重視貫流機組的疲勞破壞問題要高度重視貫流機組的疲勞破壞問題l疲勞是一種十分有趣的現(xiàn)象，當材料或結構疲勞是一種十分有趣的現(xiàn)象，當材料或結構受到多次重復變化載荷作用后，應力值雖然受到多次重復變化載荷作用后，應力值雖然始終沒有超過材料的強度極限，甚至比彈性始終沒有超過材料的強度極限，甚至比彈性極限還低的情況下就可能發(fā)生破壞。這種在極限還低的情況下就可能發(fā)生破壞。這種在交變載荷重復作用下的材料或結構的破壞現(xiàn)交變載荷重復作用下的材料或結構的破壞現(xiàn)象，就叫疲勞

37、破壞。而水輪機就經(jīng)常受到重象，就叫疲勞破壞。而水輪機就經(jīng)常受到重復變化載荷的作用，尤其是貫流機組最為明復變化載荷的作用，尤其是貫流機組最為明顯。顯。l由于貫流機組臥式布置，主軸除受拉伸和扭矩外，由于貫流機組臥式布置，主軸除受拉伸和扭矩外，還要承受由于轉(zhuǎn)子體重量引起的彎矩。因此，貫流機還要承受由于轉(zhuǎn)子體重量引起的彎矩。因此，貫流機組主軸存在彎曲疲勞破壞。所以，要對主軸法蘭根部組主軸存在彎曲疲勞破壞。所以，要對主軸法蘭根部，聯(lián)結螺栓和銷套強度及疲勞安全系數(shù)進行研究。，聯(lián)結螺栓和銷套強度及疲勞安全系數(shù)進行研究。l另外，貫流機組有不少焊接結構，而經(jīng)驗表明，焊另外，貫流機組有不少焊接結構，而經(jīng)驗表明，焊

38、接的疲勞強度取決于焊接過程、焊條種類、焊接水平接的疲勞強度取決于焊接過程、焊條種類、焊接水平、焊后熱處理和焊縫的最后形狀。關鍵是，只有當焊、焊后熱處理和焊縫的最后形狀。關鍵是，只有當焊縫中的任何缺陷不超過其極限尺寸時，其疲勞強度才縫中的任何缺陷不超過其極限尺寸時，其疲勞強度才能接近板材的疲勞強度。能接近板材的疲勞強度。 l關鍵是，結構的設計應力應遠小于材關鍵是，結構的設計應力應遠小于材料的許用應力，方能使結構的疲勞安料的許用應力，方能使結構的疲勞安全系數(shù)足夠。例如，主軸軸身最大應全系數(shù)足夠。例如，主軸軸身最大應力僅為力僅為30Mpa30Mpa，而法蘭根部在正常與甩，而法蘭根部在正常與甩負荷工況

39、下僅負荷工況下僅5050與與100Mpa100Mpa左右，法蘭左右，法蘭根部的疲勞安全系數(shù)在根部的疲勞安全系數(shù)在3.53.5以上。而聯(lián)以上。而聯(lián)軸螺栓與銷套的疲勞安全系數(shù)在軸螺栓與銷套的疲勞安全系數(shù)在2.02.0倍倍左右。左右。l轉(zhuǎn)子支架裂紋亦是貫流機組常見的一種缺陷。優(yōu)化轉(zhuǎn)子支架裂紋亦是貫流機組常見的一種缺陷。優(yōu)化的途徑首先在于材料的選擇，應選用的途徑首先在于材料的選擇，應選用Q345Q345等等300Mpa300Mpa級的板材，不能選用級的板材，不能選用Q235Q235類材料。其次，要采用能類材料。其次，要采用能避免裂紋發(fā)生的計算分析軟件，而且應有足夠的安避免裂紋發(fā)生的計算分析軟件，而且應

40、有足夠的安全余度。而且，焊后要進行高頻超聲全余度。而且，焊后要進行高頻超聲20000Hz20000Hz振振動處理，以強化焊縫疲勞強度。貫流機組葉片裂紋動處理，以強化焊縫疲勞強度。貫流機組葉片裂紋較少，但亦有發(fā)生。所以，葉片的設計應力應小于較少，但亦有發(fā)生。所以，葉片的設計應力應小于100Mpa100Mpa，雖然不銹鋼屈服強度較高，但其水下疲勞，雖然不銹鋼屈服強度較高，但其水下疲勞極限并不高，僅極限并不高，僅180Mpa180Mpa左右。所以，不銹鋼水下部左右。所以，不銹鋼水下部件的設計應力亦不宜超過件的設計應力亦不宜超過100Mpa100Mpa。 l4.3. 4.3. 可靠性指標需認真計算可靠

41、性指標需認真計算l無論是水輪機還是水輪發(fā)電機，甚至調(diào)速器等附屬無論是水輪機還是水輪發(fā)電機，甚至調(diào)速器等附屬設備都具有可靠性指標。除少數(shù)廠家對水輪機有部設備都具有可靠性指標。除少數(shù)廠家對水輪機有部分計算外，其余都無人問津。買方招標書上怎么要分計算外，其余都無人問津。買方招標書上怎么要求，賣方都是照樣填寫，有的甚至耍小聰明填高一求，賣方都是照樣填寫，有的甚至耍小聰明填高一點，以博取高分，實際上點，以博取高分，實際上, ,都沒有作什么工作。評都沒有作什么工作。評標時還真有評委多給分的笑話。除了一些須要作統(tǒng)標時還真有評委多給分的笑話。除了一些須要作統(tǒng)計工作的指標計工作的指標 （電廠缺乏認真統(tǒng)計）暫不執(zhí)

42、行外（電廠缺乏認真統(tǒng)計）暫不執(zhí)行外，最重要的就是設計應力的選取，最重要的就是設計應力的選取應力取得低，其應力取得低，其疲勞壽命就必然會比較長。疲勞壽命就必然會比較長。黃河龍羊峽水輪機是東方電機廠第一臺出力超過黃河龍羊峽水輪機是東方電機廠第一臺出力超過300Mw300Mw的大型混流式水輪機（的大型混流式水輪機（D D1 1=6.0m H=6.0m Hmaxmax=148.5m =148.5m H Hr r=122m=122m）, ,設計較為保守設計較為保守, ,轉(zhuǎn)輪葉片設計應力僅轉(zhuǎn)輪葉片設計應力僅44.22Mpa44.22Mpa（正常工況）。所以，龍羊峽轉(zhuǎn)輪葉片運行（正常工況）。所以，龍羊峽轉(zhuǎn)輪

43、葉片運行了近二十年才出現(xiàn)裂紋。而有些應力取得較高的轉(zhuǎn)輪了近二十年才出現(xiàn)裂紋。而有些應力取得較高的轉(zhuǎn)輪葉片則出現(xiàn)裂紋的時間就相對較短。龍羊峽水輪機整葉片則出現(xiàn)裂紋的時間就相對較短。龍羊峽水輪機整機結構設計都較保守，機組運行穩(wěn)定性也比較好，只機結構設計都較保守，機組運行穩(wěn)定性也比較好，只是水輪機效率略低，這也是限于當時國內(nèi)水力設計水是水輪機效率略低，這也是限于當時國內(nèi)水力設計水平較低之故。平較低之故。 后來有一段時間業(yè)主與設計院都有些追求高效率的趨后來有一段時間業(yè)主與設計院都有些追求高效率的趨勢，致使廠家為了提高效率而將葉片厚度減薄較多，勢，致使廠家為了提高效率而將葉片厚度減薄較多，葉片長而薄便其

44、固有頻率下降易起多階頻率共振，造葉片長而薄便其固有頻率下降易起多階頻率共振，造成葉片裂紋加劇，甚至兒十小時就出現(xiàn)裂紋，當然這成葉片裂紋加劇，甚至兒十小時就出現(xiàn)裂紋，當然這也有葉片出口形況不適造成卡門渦共振等原因有關。也有葉片出口形況不適造成卡門渦共振等原因有關?？傊?，設計應力的高低對于機組可靠性的影響非常重總之，設計應力的高低對于機組可靠性的影響非常重要要. . l例如，廣西橋鞏例如，廣西橋鞏57mw57mw燈泡機組的可靠性（水輪機部燈泡機組的可靠性（水輪機部分）就是：在規(guī)定的運行工況下，水輪機及其附屬分）就是：在規(guī)定的運行工況下，水輪機及其附屬設備的可靠性指標規(guī)定如下：設備的可靠性指標規(guī)定如

45、下：l11無故障連續(xù)運行時間不小于無故障連續(xù)運行時間不小于18000h18000h，l22擴大性大修間隔時間不小于擴大性大修間隔時間不小于1010年，年，l33退役前的使用年限不小于退役前的使用年限不小于4040年，年，l44允許操作次數(shù)：機組年開停機次數(shù)不小于允許操作次數(shù)：機組年開停機次數(shù)不小于10001000次。可見，關鍵在于第次?？梢姡P鍵在于第33條。條。 l而水輪發(fā)電機的可靠性指標為：而水輪發(fā)電機的可靠性指標為：l11可用率為可用率為99.5%99.5%，l22無故障連續(xù)運行時間為不小予無故障連續(xù)運行時間為不小予18000h18000h，l33大修間隔年限不小于大修間隔年限不小于10

46、10年，年，l44定子繞組使用期限為定子繞組使用期限為3030年，年，l55退役前使用期限為退役前使用期限為4040年。年。l同樣亦是同樣亦是4040年使用年限（即壽命周期）最為重要年使用年限（即壽命周期）最為重要。而定子繞組使用年限決定于繞組運行溫度（即。而定子繞組使用年限決定于繞組運行溫度（即發(fā)電機的冷卻通風效果如何）。發(fā)電機的冷卻通風效果如何）。 l5 5 機組機型與機組機型與機組參數(shù)選擇機組參數(shù)選擇l5.1 5.1 機組機型選擇機組機型選擇l 低水頭徑流式水電站原來都采用軸流式水輪發(fā)低水頭徑流式水電站原來都采用軸流式水輪發(fā)電機組，隨著技術進步與發(fā)展，如今世界各地大多電機組，隨著技術進步

47、與發(fā)展，如今世界各地大多采用臥式布置的貫流式水輪發(fā)電機組。按水頭高低采用臥式布置的貫流式水輪發(fā)電機組。按水頭高低選用不同葉片數(shù)的轉(zhuǎn)輪：水輪機最大水頭超過選用不同葉片數(shù)的轉(zhuǎn)輪：水輪機最大水頭超過20.5m20.5m者，選用者，選用5 5葉片轉(zhuǎn)輪，最大水頭可用到葉片轉(zhuǎn)輪，最大水頭可用到30m30m，甚至有望突玻甚至有望突玻30m30m，國外有廠家已開發(fā)，國外有廠家已開發(fā)6 6葉片轉(zhuǎn)輪。葉片轉(zhuǎn)輪。而水頭從而水頭從20m20m左右到左右到10m10m左右則采用左右則采用4 4葉片轉(zhuǎn)輪。最葉片轉(zhuǎn)輪。最大水頭在大水頭在10m10m以下者則采用以下者則采用3 3葉片轉(zhuǎn)輪。目前葉片轉(zhuǎn)輪。目前, ,已有已有廠家

48、在開發(fā)廠家在開發(fā)2 2葉片轉(zhuǎn)輪，用于最大水頭不超過葉片轉(zhuǎn)輪，用于最大水頭不超過5m5m的的超低水頭電站及潮汐發(fā)電站。超低水頭電站及潮汐發(fā)電站。l由于轉(zhuǎn)輪結構布置與強度要求，各水頭段轉(zhuǎn)輪輪由于轉(zhuǎn)輪結構布置與強度要求，各水頭段轉(zhuǎn)輪輪轂比有所不同，轂比有所不同，5 5葉片者多采用葉片者多采用0.420.42左右；而左右；而4 4葉葉片者以最大水頭片者以最大水頭15m15m為界，大于為界，大于15m15m者用者用0.380.38到到0.40.4；小于；小于15m15m者可用者可用0.360.36；而；而3 3葉片轉(zhuǎn)輪按最大葉片轉(zhuǎn)輪按最大水頭而定：大約水頭而定：大約8m8m以上者用以上者用0.340.3

49、4；小于；小于8m8m時可用時可用0.30.3； 2 2葉片者可用葉片者可用0.30.3或更小一點?；蚋∫稽c。 l5.2 5.2 機組參數(shù)選擇特點機組參數(shù)選擇特點l5.2.1 5.2.1 單位流量按轉(zhuǎn)輪軸面流速而定單位流量按轉(zhuǎn)輪軸面流速而定l 關于轉(zhuǎn)輪軸面流速關于轉(zhuǎn)輪軸面流速VmVm的計算方法，筆者曾在多篇的計算方法，筆者曾在多篇文章中作過介紹，此處不在重復。過去認為文章中作過介紹，此處不在重復。過去認為VmVm不宜超不宜超過過15m/s15m/s，實際上，國外己有超過之實例。但國內(nèi)一，實際上，國外己有超過之實例。但國內(nèi)一直使用較低，只有直使用較低，只有12m/s12m/s左右，主要是害拍發(fā)

50、生嚴重左右，主要是害拍發(fā)生嚴重空蝕，實際上并非如此。雖然在模型試驗臺看到空泡空蝕，實際上并非如此。雖然在模型試驗臺看到空泡較多，但是在原型機組上空蝕并不嚴重。大部分貫流較多，但是在原型機組上空蝕并不嚴重。大部分貫流水輪機空蝕均較輕微，有些運行了二十多年仍未處理水輪機空蝕均較輕微，有些運行了二十多年仍未處理。即使國內(nèi)。即使國內(nèi)VmVm用到用到14m/s14m/s的廣東北江飛來峽電廠空蝕的廣東北江飛來峽電廠空蝕仍比較輕微。筆者建議國內(nèi)用仍比較輕微。筆者建議國內(nèi)用1314m/s1314m/s。雖然國內(nèi)亦。雖然國內(nèi)亦有葉片發(fā)生空蝕，甚至轉(zhuǎn)輪室也發(fā)生空蝕，但是并非有葉片發(fā)生空蝕，甚至轉(zhuǎn)輪室也發(fā)生空蝕，但

51、是并非VmVm太高之故，而是另有原因。太高之故，而是另有原因。l隨著國內(nèi)中高水頭電站開發(fā)殆盡，剩下一些隨著國內(nèi)中高水頭電站開發(fā)殆盡，剩下一些10m10m，甚，甚至至5m5m左右的電站有待開發(fā)，水輪機單位流量應適當左右的電站有待開發(fā)，水輪機單位流量應適當提高。一些三葉片轉(zhuǎn)輪，國外廠家己用提高。一些三葉片轉(zhuǎn)輪，國外廠家己用4000l/s4000l/s左右左右，國內(nèi)大多得較低，筆者建議用，國內(nèi)大多得較低，筆者建議用3500l/s3500l/s左右。如果左右。如果水頭低，那么還可以用得再大些。水頭低，那么還可以用得再大些。l5.2.2 5.2.2 機組額定轉(zhuǎn)速可不拘一格選擇機組額定轉(zhuǎn)速可不拘一格選擇l

52、以前水電站機組額定轉(zhuǎn)速強調(diào)備品、備件一致，所以前水電站機組額定轉(zhuǎn)速強調(diào)備品、備件一致，所以不管多少臺機組都要選相同的額定轉(zhuǎn)速，有些雖以不管多少臺機組都要選相同的額定轉(zhuǎn)速，有些雖是同步轉(zhuǎn)速卻亦不能選擇，要選所謂標準同步轉(zhuǎn)速是同步轉(zhuǎn)速卻亦不能選擇，要選所謂標準同步轉(zhuǎn)速。現(xiàn)在可以選擇任何同步轉(zhuǎn)速，其因一是電機技術?，F(xiàn)在可以選擇任何同步轉(zhuǎn)速，其因一是電機技術進步了，可以生產(chǎn)任何同步轉(zhuǎn)速；另者，由于低水進步了，可以生產(chǎn)任何同步轉(zhuǎn)速；另者，由于低水頭電站最大與最小水頭相差雖沒兒米，但是其相對頭電站最大與最小水頭相差雖沒兒米，但是其相對值卻是值卻是2 2到到3 3倍，甚至更多，如果選擇同一轉(zhuǎn)速則不倍，甚至更

53、多，如果選擇同一轉(zhuǎn)速則不能適應電站運行要求。能適應電站運行要求。l例如某電站裝機例如某電站裝機1515臺，采用統(tǒng)一的轉(zhuǎn)速，到了汛期河臺，采用統(tǒng)一的轉(zhuǎn)速，到了汛期河里有幾萬流量卻不能開機發(fā)電，因為機組不能適應低里有幾萬流量卻不能開機發(fā)電，因為機組不能適應低水頭工況，機組運行時噪聲與振動都很大，電廠為安水頭工況，機組運行時噪聲與振動都很大，電廠為安全不敢發(fā)電，反而要向電力系統(tǒng)買電，而買電價格遠全不敢發(fā)電，反而要向電力系統(tǒng)買電，而買電價格遠遠高于供電價格，造成電廠很大經(jīng)濟損失。作為曾參遠高于供電價格，造成電廠很大經(jīng)濟損失。作為曾參與咨詢的筆者除了遺撼，也反思了此事，當時討論與咨詢的筆者除了遺撼，也反

54、思了此事，當時討論2m2m到到2.5m2.5m發(fā)電，聯(lián)想白垢電廠曾發(fā)電，聯(lián)想白垢電廠曾1.3m1.3m發(fā)電都沒問題，該發(fā)電都沒問題，該電站也應當可行，機組模型驗收時也專門作了驗證，電站也應當可行，機組模型驗收時也專門作了驗證，廠家也說可以運行，但運行后發(fā)現(xiàn)不行，電廠不敢運廠家也說可以運行，但運行后發(fā)現(xiàn)不行，電廠不敢運行。行。l回想起來當時沒有考慮機組尺寸大了，其相對剛強度回想起來當時沒有考慮機組尺寸大了，其相對剛強度有削弱，低水頭運行時就振動較大。當時就沒想到部有削弱，低水頭運行時就振動較大。當時就沒想到部分機組可選不同的機型，可選不同的額定轉(zhuǎn)速。一則分機組可選不同的機型，可選不同的額定轉(zhuǎn)速。

55、一則當時三葉片轉(zhuǎn)輪尚不夠成熟、使用經(jīng)驗也較少，也沒當時三葉片轉(zhuǎn)輪尚不夠成熟、使用經(jīng)驗也較少，也沒有大型三葉片機組投產(chǎn)（到目前也還沒有有大型三葉片機組投產(chǎn)（到目前也還沒有20mw20mw以上三以上三葉片機組）；二則當還拘于一個電站一種額定轉(zhuǎn)速的葉片機組）；二則當還拘于一個電站一種額定轉(zhuǎn)速的束縛。另外對大型尺寸機組的剛強度也認識不很清楚束縛。另外對大型尺寸機組的剛強度也認識不很清楚，只想著白垢（，只想著白垢（D D1 1=5.5m=5.5m）有）有1.3m1.3m水頭運行經(jīng)驗，沒水頭運行經(jīng)驗，沒想到想到D D1 1=7.5m=7.5m就難以運行了。就難以運行了。l直到前幾年參與某電站咨詢時，由于該

56、電站受三峽電直到前幾年參與某電站咨詢時，由于該電站受三峽電站蓄水影響很大，尾水位變幅甚大，造成電站水頭變站蓄水影響很大，尾水位變幅甚大，造成電站水頭變幅也很大，會上才提到采用不同機型不同額定轉(zhuǎn)速的幅也很大，會上才提到采用不同機型不同額定轉(zhuǎn)速的設想：高水頭時采用設想：高水頭時采用5 5葉片轉(zhuǎn)輪，而低水頭時采用葉片轉(zhuǎn)輪，而低水頭時采用4 4葉葉片轉(zhuǎn)輪。當然額定轉(zhuǎn)速也不一致了。片轉(zhuǎn)輪。當然額定轉(zhuǎn)速也不一致了。l如果一個如果一個10m10m左右的電站，機組臺數(shù)較多時，就可采左右的電站，機組臺數(shù)較多時，就可采用部分用部分4 4葉片轉(zhuǎn)輪用于水頭大于葉片轉(zhuǎn)輪用于水頭大于10m10m時運行發(fā)電（此時時運行發(fā)電

57、（此時電站來流必然較小電站來流必然較小, ,不須要全部機組運行）；汛期時不須要全部機組運行）；汛期時主要依靠主要依靠3 3葉片機組發(fā)電，必要時葉片機組發(fā)電，必要時4 4葉片機組也可參與葉片機組也可參與運行，到了超低水頭時，即使運行，到了超低水頭時，即使4 4葉片機組不宜發(fā)電，葉片機組不宜發(fā)電，也仍可依靠也仍可依靠3 3葉片機組發(fā)電，雖電站出力可能減少，葉片機組發(fā)電，雖電站出力可能減少，但仍可發(fā)出部分出力，至少可以保證廠用電，不致于但仍可發(fā)出部分出力，至少可以保證廠用電，不致于要系統(tǒng)倒送電。國內(nèi)己有電站如此設計，參見有關資要系統(tǒng)倒送電。國內(nèi)己有電站如此設計，參見有關資料。當然國內(nèi)廠家也要研究超低

58、水頭發(fā)電時機組如何料。當然國內(nèi)廠家也要研究超低水頭發(fā)電時機組如何加強剛強度設計。加強剛強度設計。國外早就有國外早就有D D1 1大于大于8.08.0的轉(zhuǎn)輪投產(chǎn)，即使是豎井式或的轉(zhuǎn)輪投產(chǎn)，即使是豎井式或軸伸式經(jīng)驗也值得借鑒。就是燈泡式，國外也有軸伸式經(jīng)驗也值得借鑒。就是燈泡式，國外也有7.7m7.7m轉(zhuǎn)輪投產(chǎn)多年，國內(nèi)近年開始生產(chǎn)轉(zhuǎn)輪投產(chǎn)多年，國內(nèi)近年開始生產(chǎn)D D1 1為為7.77.7、7.87.8、7.9m7.9m的轉(zhuǎn)輪，但是尚未投產(chǎn)，其剛強度能否完全過關的轉(zhuǎn)輪，但是尚未投產(chǎn)，其剛強度能否完全過關還有待驗證?？傊灹魇剿啺l(fā)電機組的額定轉(zhuǎn)速還有待驗證?？傊灹魇剿啺l(fā)電機組的額定轉(zhuǎn)速選擇

59、比較靈活，不一定所有機組選同一轉(zhuǎn)速，以利于選擇比較靈活，不一定所有機組選同一轉(zhuǎn)速，以利于電站全年均可運行，尤其是全年水量最多的時侯反而電站全年均可運行，尤其是全年水量最多的時侯反而不能發(fā)電，豈不讓大量的水白白流掉，是不符合綠色不能發(fā)電，豈不讓大量的水白白流掉，是不符合綠色低碳的要求的。連三峽這種巨型水電工程在后期建設低碳的要求的。連三峽這種巨型水電工程在后期建設中，也有不同的額定轉(zhuǎn)速的機組出現(xiàn)，說明一個電站中，也有不同的額定轉(zhuǎn)速的機組出現(xiàn)，說明一個電站是允許不同機組轉(zhuǎn)速存在的。是允許不同機組轉(zhuǎn)速存在的。l5.2.3 5.2.3 正確對待模型水輪機的效率正確對待模型水輪機的效率l 1 1不必過高

60、追求模型水輪機的最高效率。效率高不必過高追求模型水輪機的最高效率。效率高當然好，但是容易造成廠家為了效率而過分減薄葉當然好，但是容易造成廠家為了效率而過分減薄葉片厚度而造成其剛強度不足，易形成葉片裂紋等故片厚度而造成其剛強度不足，易形成葉片裂紋等故障。而且，最高效率點不一定落在水輪機運行區(qū)內(nèi)障。而且，最高效率點不一定落在水輪機運行區(qū)內(nèi)，大多落在運行區(qū)外，對于低水頭電站是很常見的，大多落在運行區(qū)外，對于低水頭電站是很常見的。當然也應有一定要求，這個指標代表了一個水輪。當然也應有一定要求，這個指標代表了一個水輪機廠的研發(fā)水平，太低了也不合適，但不必過分追機廠的研發(fā)水平，太低了也不合適，但不必過分追