我国水轮机几个问题的探讨

　　　　　　　　　　　　我国水轮机几个问题的探讨
　　　　　作者：长沙电力学院（长沙理工大学） 朱文杰 教授/研究员
摘要] 本文探讨了斜流式转桨机的应用前景，水轮机出力公式中一个被忽视的问题，以及尾水管、补气装置结构的改进。
[关键词] 斜流式转桨机 出力 尾水管 补气管


“西电东送”是21世纪四大工程之一，而西部水力发电是“西电东送”的唯一源泉、可持续源泉与不竭源泉，探讨水力发电的主要设备水轮机有十分重大意义。

50多年来，我国水轮机从无到有、从小到大，凝聚着水轮机研制者的毕生心血。但有些已认识的问题，由于各种条件的限制，没有采取必要措施，现探讨如下：

1、 研发斜流式转桨机

目前我国水电厂（站）以混流式水轮机应用最多，轴流式水轮机次之。据文献[1]统计国内134座大中型水电站479台水轮机，其中混流式92站318台，轴流式35站129台（内含定桨式1站4台），斜流式转桨机仅3站6台；湖南省单机容量500kw以上的水电厂（站）有235站[2]（4站设备不明），其中装置混流式水轮机有138站，装置轴流式水轮机有59站（小水电定浆机多），还有其它机型，无斜流式转桨机。

众所周知，混流式水轮机应用水头较高，但叶片固定，负荷变化较大时，效率显著下降；而轴流式转桨机尽管能适应水头与负荷变化，高效率区宽，但空蚀系数较大，且悬臂的桨叶强度有限，故应用水头一般在60米以下。因此，研究一种既能应用于较高水头又能适应负荷变化的新型水轮机，便是上个世纪下半叶世界各国一项重要任务。应运而生的是斜流式转桨机，它不同于混流式过渡到轴流式的中间产物。前苏联捷雅水电站的斜流式转桨机标称直径6米，水头变化范围74.5--97.3米，单机功率达220MW，它的蜗壳、座环、导水机构仍属于径向式，水流流线从蜗壳经座环、导水叶、浆叶到尾水管直锥段总转角仍达90度，但不急转，即转弯半径相对增大，因而水力效率得到提高。而可以研发一种更纯粹的斜流式转桨机，它的蜗壳、座环、导水机构及转轮都属于斜向式，前三者都倾斜布置[3]，自蜗壳经座环、导水叶、桨叶至尾水管的过流通道更加平畅，即水流流线转弯半径更加增大，可以肯定水轮机水力效率更进一步提高。另外这种机组的平面尺寸相对较小，它的空蚀系数也较轴流机小，它的水头应用范围20 ----200米，正适合我国可开发水电点常见的水头，在我国应用有广阔的前景。1970年哈尔滨电机厂为云南毛家村水电站生产了一台8000kw的斜流式转桨机，虽然采用径向式蜗壳、座环、导水机构，但仍不失一次有益尝试，人们发现、认识了它的优点，但由于斜流式转轮桨叶及更纯粹的斜流式转桨机之斜向式导水机构导叶的操动是一个空间运动，而非一个平面运动，被认为“结构复杂”，“制造工艺要求高”而没有成系列地生产。现在随着技术进步，我国水轮机制造、安装水平都已今非昔比，积极研发具有性能优势的斜流式转桨机，优化各大水电基地尤其是西部大、巨型水力发电厂的能量指标，应该提上议事日程。