水轮机范文10篇

1贯流式水轮机的结构特点与技术经济优势

贯流式水轮机的流道形式和轴流式水轮机不同，为保证向导水机构均匀供水和形成必要的环量，保证导叶较平滑绕流，轴流式水轮机需设置蜗壳，其流道由蜗壳、导水机构和弯肘型尾水管组成。贯流式水轮机没有蜗壳，流道由圆锥形导水机构和直锥扩散形或S型尾水管组成。通常采用卧轴式布置，从流道进口到尾水管出口，水流沿轴向几乎呈直线流动，避免了水流拐弯形成的流速分布不均导致的水流损失和流态变坏，水流平顺，水力损失小，尾水管恢复性能好，水力效率高。灯泡贯流机组的发电机装置在水轮机流道中的灯泡形壳体内，采用直锥扩散形尾水管，流道短而平直对称，水流特性好。大型贯流机组几乎都是灯泡机组，中小型多采用轴伸式、竖井式等形式。

贯流式水轮机单位过流量大，转速高，水轮机效率高，且高效区宽，加权平均效率也较高，具有比轴流式水轮机更优良的能量特性。其特征参数比转速ns、可达1000以上，比速系数可达3000以上。与轴流式水轮机相比，在相同水头和相同单机容量时，其机组尺寸小，重量轻，材料消耗少，机组造价低。贯流机组电站还可获得年发电量的增加。

贯流式水轮机的空化性能和运行稳定性也优于轴流式水轮机，其空化系数相对较小，机组可靠性高，运行故障率低，可用率高，检修时间缩短，检修周期延长。对于低水头资源开发，贯流式水轮机的稳定运行范围宽，在极低水头时也能稳定运行(如超低水头1.5m以下)，是其他类型的水轮机不可比的。如广东白垢电站，额定水头6.2m，最大水头10.0m，但在1.3m水头时仍能稳定运行。

贯流式水轮发电机组结构紧凑，布置简洁，厂房土建工程量较小，可节省土建投资。贯流机组设备运输和安装重量较轻，施工和设备安装方便，可缩短工期，实现提前发电。根据国内外有关水电站的统计资料，采用灯泡贯流机组比相同容量轴流转桨机组，电站建设投资一般可节省10%～25%，年发电量可增加约3%～5%。如我国广东白垢和广西马骝滩水电站，投资节省分别达22.6%和24%。小型水电站采用轴伸贯流机组与立式轴流机组比较，也可节省建设投资约10%～20%。由此可见，贯流式水轮机是开发低水头水能资源的一种最经济、适宜的水轮机形式，具有资源利用充分、投资节省的优势和电量增值、综合效益增值的效果。

2国内外贯流式水轮机的应用现状

摘要:本文结合某大型高水头混流式水轮机的参数以及实际运行情况，依托对转轮、活动导叶的优化设计，完成了该水轮机的稳定性设计优化。在此基础上，使用模拟运行与试验的方式分析了优化结果，证实了该优化设计方法的有效性。

关键词:高水头;混流式水轮机;稳定性

在我国当前的水力发电中，混流式水轮机的使用范围更广，同时，为了更好满足人们实际的用电需求，混流式水轮机不断向着水头与单机容量扩大的方向发展。在这样的情况下，水力发电站更加倾向于使用大型高水头混流式水轮机，为了确保实际生产的安全，对这种水轮机进行稳定性方面的优化设计极为必要。

一、某大型高水头混流式水轮机的情况概述

某水力利发电站使用的大型高水头混流式水轮机的单机容量达到600兆瓦，总装机容量在4800兆瓦，保证出力1972兆瓦。其中，应用的大型高水头混流式水轮机主要参数如下:额定水头为288米、设计水头为295米、额定转速为每分钟166．7转、额定出力为610兆瓦、额定流量为每秒钟228．6立方米、模型最高效率不低于94%、比转速为109．72m•kW、转轮叶片数为长叶片15个与短叶片15个。依托对主要参数的分析能够看出，该大型高水头混流式水轮机使用了相对稳妥的设计，有着较高的空化性能。对该大型高水头混流式水轮机展开模型验收，结果显示该水轮机的各项水力性能均达到预期，且运行中不存在破坏性强的涡带。为了进一步提升本水力发电站机组运行的安全性与稳定性，笔者对相应大型高水头混流式水轮机展开了稳定性方面的设计优化。

二、大型高水头混流式水轮机稳定性优化设计实践

电站额定水头是水轮机发出额定功率所需要的最小水头。对于单级混流可逆式水泵水轮机组，由于自身的特点，额定水头选择与常规电站有较大的区别，不仅仅是考虑电站设计保证率问题。单级混流可逆式水泵水轮机组额定水头的选择要从有利于机组运行、电力系统对电站运行方式的要求、水库运行方式及综合利用要求、电站的经济性等因素综合考虑确定。

1从电站实际运行情况考虑额定水头1.1根据电站能量指标确定额定水头

在电力系统中，为满足供电质量的要求，电量必须是平衡的。这也就要求有一部分机组必须担任调峰任务，至使这些机组的利用小时数只能达到1000～2000h。根据胡振鹏等同志以JX电网为例，分析不同装机利用小时与上网电价关系可以说明，当日利用小时小于6.5h时，抽水蓄能机组上网电价才比燃煤火电低，日本的池田洋一先生在对抽水蓄能电站、燃汽轮机组电站与燃煤火电站等的运行成本与装机利用小时数进行分析后，也得出同样的规律。从经济角度讲，蓄能电站的运行时间不可能很长，主要担任峰荷。根据国外蓄能电站的运行经验来看，蓄能电站主要是以事故备用、调峰、填谷为主，一般情况下，电站实际的年利用小时数在800～1000h左右，有的甚至会更低。蓄能电站实际运行小时数远达不到设计值，国内投产的电站也是如此。如广蓄一期设计利用小时数为1983h，而实际利用小时数仅有1000h左右，十三陵抽水蓄能电站设计利用小时数为1558h，而实际利用小时数仅有900h。在单级混流可逆式水泵水轮机组额定水头方案选择时，可以以在上水库满库条件下，机组满负荷发电3h容量不受阻为原则确定额定水头，作为比较方案之一。

1.2根据水库运行方式确定额定水头

在抽水电量有保证的前提下，电站出力的保证主要取决于电站水头的变化状况。机组的额定水头如能接近或等于电站最小水头，在机组位于低水头范围内能够安全稳定运行的条件下，电站保证出力为机组额定功率。对于单机混流可逆式水泵水轮机组，由于其本身特点，额定水头往往比最小水头高，在进行额定水头选择时，应根据电站所在电网水电比重、电站在电力系统的作用，以及电站运行方式和库容条件等，综合确定电站的额定水头。

从我国已投入运行的十三陵抽水蓄能电站、广州抽水蓄能电站、天荒坪抽水蓄能电主站运行情况分析，上水库降至死水位的机率是很小的。从十三陵抽水蓄能电站99年4月至2000年6月上水库运行水位统计，上水库无一天降至死水位，最低水位降至533.3m，距死水位531m还有2.3m，上水库运行水位在平均水位548.5m以上的天数占统计总天数的79.7%。在进行单级混流可逆式水泵水轮机组额定水头选择时，可把上水库平均水位对应的水头作为一个比较方案。

1贯流式水轮机的结构特点与技术经济优势

贯流式水轮机的流道形式和轴流式水轮机不同，为保证向导水机构均匀供水和形成必要的环量，保证导叶较平滑绕流，轴流式水轮机需设置蜗壳，其流道由蜗壳、导水机构和弯肘型尾水管组成。贯流式水轮机没有蜗壳，流道由圆锥形导水机构和直锥扩散形或S型尾水管组成。通常采用卧轴式布置，从流道进口到尾水管出口，水流沿轴向几乎呈直线流动，避免了水流拐弯形成的流速分布不均导致的水流损失和流态变坏，水流平顺，水力损失小，尾水管恢复性能好，水力效率高。灯泡贯流机组的发电机装置在水轮机流道中的灯泡形壳体内，采用直锥扩散形尾水管，流道短而平直对称，水流特性好。大型贯流机组几乎都是灯泡机组，中小型多采用轴伸式、竖井式等形式。

贯流式水轮机单位过流量大，转速高，水轮机效率高，且高效区宽，加权平均效率也较高，具有比轴流式水轮机更优良的能量特性。其特征参数比转速ns、可达1000以上，比速系数可达3000以上。与轴流式水轮机相比，在相同水头和相同单机容量时，其机组尺寸小，重量轻，材料消耗少，机组造价低。贯流机组电站还可获得年发电量的增加。

贯流式水轮机的空化性能和运行稳定性也优于轴流式水轮机，其空化系数相对较小，机组可靠性高，运行故障率低，可用率高，检修时间缩短，检修周期延长。对于低水头资源开发，贯流式水轮机的稳定运行范围宽，在极低水头时也能稳定运行(如超低水头1.5m以下)，是其他类型的水轮机不可比的。如广东白垢电站，额定水头6.2m，最大水头10.0m，但在1.3m水头时仍能稳定运行。

贯流式水轮发电机组结构紧凑，布置简洁，厂房土建工程量较小，可节省土建投资。贯流机组设备运输和安装重量较轻，施工和设备安装方便，可缩短工期，实现提前发电。根据国内外有关水电站的统计资料，采用灯泡贯流机组比相同容量轴流转桨机组，电站建设投资一般可节省10%～25%，年发电量可增加约3%～5%。如我国广东白垢和广西马骝滩水电站，投资节省分别达22.6%和24%。小型水电站采用轴伸贯流机组与立式轴流机组比较，也可节省建设投资约10%～20%。由此可见，贯流式水轮机是开发低水头水能资源的一种最经济、适宜的水轮机形式，具有资源利用充分、投资节省的优势和电量增值、综合效益增值的效果。

2国内外贯流式水轮机的应用现状

一、我国调速器产品发展回顾

解放初期，我国水轮机调速器事业一片空白，几乎从零开始，大部分产品从苏联购买，少量制造亦是照搬苏联图纸生产。50～60年代，我国水轮机调速器大部分系机械液压型调速器。在""年代，当时的水利水电科学研究院、哈尔滨工业大学、哈尔滨电机厂等单位曾联合研制了我国第一台电子管电液调速器，并安装在广东从化流溪河水电站运行了一段时间。60年代初，当时的水利水电科学研究院、天津电气传动设计研究所、长江流域规划办公室等单位联合研制了我国第一台晶体管电液调速器，并在湖北陆水试验电站运行了相当长一段时间。70年代至80年代初，新建的大中型水电站较多地采用了电子管、晶体管或小规模集成电路电液调速器，一些小型水电站也少量采用了电液调速器，此阶段可算是机械液压调速器与电气液压调速器并重。但电气液压调速器由于所选用的主要电子元件/组件质量不过关，其长期使用的可靠性普遍较低。

我国水轮机调速器的快速发展是从80年代初开始的，由于改革开放和科技进步，国内有关科研单位、高等院校及制造部门为提高调速器的运行可靠性与调节品质，开始研制微机调速器。华中科技大学、电力自动化研究院（能源部南京自动化所）、天津电气传动设计研究所、中国水利水电科学研究院、长江流域规划办公室等单位相继开展了以微处理器为核心的电液调速器的研制。

华中科技大学自1981年底开始研制适应式变参数并联PID微机调节器，1984年11月在湖南欧阳海水电厂投入运行。1989年与天津传动设计研究所、湖南水科所、武汉水电控制设备公司及天津水电控制设备厂共同研制的WT-S双微机调速器通过产品鉴定，并投入小批量生产，微机调节器以Z-80单板机为硬件核心，两台微机配以相同功能的测频、CPU、D/A及A/D模块，双微机互为备用，采用适应式变参数PID调节模式，较好地满足了电站运行要求，但与外国产品相比，因我国基础工业水平的制约，整机硬件可靠性较低，性能一致性与长期运行的稳定性难以保证。

90年代以来，随着可编程控制器（PLC）技术的不断完善，各单位相继开展了将可编程控制器应用到调速器中的研究工作。华中科技大学分别与有关单位合作开发不同品牌的PLC微机调节器，首台调节器于1993年5月在欧阳海水电厂投入运行。目前，PLC型电液调速器已成为我国微机电液调速器的主导产品。

此外，华中科技大学还分别与哈尔滨电机厂、东方电机厂等单位合作研制出以8086、8096CPU为核心，采用STD总线结构和MIC-2000工控机型双微机调速器，成功地在岩滩、宝珠寺等水电厂投入运行。电力自动化研究院在继承ST-700系列微机调速器的双微机双通道系统结构基础上，研制了基于MC68322微机的水轮机调速器。

摘要：本文根据多年经验，结合国内外机组相关资料，阐述水轮机主要焊接部件结构变形的主要种类，介绍焊接变形的火焰矫形的施工方法。

关键词：水轮机；火焰矫形；焊接变形

目前，大型水轮机部件已经大量的采用焊接结构。而水轮机主要焊接部件是由座环、顶盖、底环等部件组成。这些构件在制作过程中都存在焊接变形问题，如果焊接变形不予以矫正，则不仅影响结构整体安装，还会降低工程的安全可靠性。

焊接水轮机部件产生的变形超过技术设计允许变形范围，应设法进行矫正，使其达到符合产品质量要求。实践证明，多数变形的构件是可以矫正的。矫正的方法都是设法造成新的变形来达到抵消已经发生的变形。

在生产过程中普遍应用的矫正方法，主要有机械矫正、火焰矫正和综合矫正。但火焰矫正是一门较难操作的工作，方法掌握、温度控制不当还会造成构件新的更大变形。因此，火焰矫正要有丰富的实践经验。本文对水轮机部件焊接变形的种类、矫正方法作了一个粗略的分析。

一、水轮机部件焊接变形的种类与火焰矫正

1前言

葛洲坝水利枢纽是1970年代在长江干流上兴建的第一座集航运、发电、防洪于一体的综合性大型水利枢纽工程，葛洲坝水电站是枢纽的主要组成部分，是三峡水电站的反调节电站，设计装机21台，总装机容量2715MW。从1981年工程开始发挥效益以来，机组已实现安全运行23年。

电站年平均流量14300m3/s,年平均水量4529亿m3，最小入库流量2900m3/s,多年平均含沙量为1.2kg/m3,最大含沙量10.5kg/m3,年输沙量5.26亿吨，总库容15.7亿m3。大江电站装机14台，装机容量1750MW；二江电站装机7台，装机容量965MW，分别由原哈尔滨电机厂与东方电机厂设计、制造,其水轮机技术参数如表1：

葛洲坝枢纽大坝的坝轴线中部布置泄水闸,两测是大江和二江电站,电站的两外侧为大江和二江船闸。由于葛洲坝电站位于南津关弯道的下段，在弯道环流作用下，泥沙产生横向位移，底层含沙量大、粒径粗的泥沙向凸岸右侧运动，表层清水向凹岸二江一侧运动，过机泥沙粒径大小的分布与过机泥沙含量的分布成正比，愈靠右岸的机组，过流部件的磨蚀愈严重，过机含沙量和粒径分布规律是:二江小而细,大江大而粗,二江电站的含沙量为断面(宜昌)平均值的0.94~0.98倍,18#为1.37倍,21#为1.6倍。过机泥沙粒径18#为二江的1.2~2.0倍,21#为1.2~2.9倍。最大粒径达0.62mm，单机年过沙量在1500万吨左右。为了提高水轮机过流部件的抗气蚀性能和抗磨损能力，叶片材料采用0Cr13Ni4-6Mo不锈钢铸造，中环采用不锈钢材料，8#~21#机下环还增设900mm的不锈钢段。

2过流部件的磨蚀情况

葛洲坝电厂水轮机的磨蚀与国内多泥沙河流水电厂同类机组具有共同的特点，即含沙量愈大，硬度愈硬，沙粒愈粗,运行时间愈长，磨蚀愈严重。过流部件的磨蚀是泥沙磨损和空蚀联合作用的结果，具体情况如下：

万家寨水利枢纽位于黄河北干流托克托至龙口河段的峡谷内，左岸隶属山西省偏关县，右岸隶属内蒙古自治区准格尔旗。枢纽电站装有6台单机容量为180MW的混流式水轮发电机组，总装机容量为1080MW，年发电量为27．5亿kW?h，年利用小时数2456h。电站最大毛水头81．5m，最小毛水头51．3m，加权平均水头69．3m。

万家寨水电厂首台机组于1998年11月28日并网发电，最后一台机组于2000年12月8日并网发电。

一、水轮机转轮

万家寨水电厂＃1～＃4水轮机由天津阿尔斯通水电设备有限公司制造，＃5、＃6水轮机由上海希科水电设备有限公司制造。转轮性能如下：

1．能量指标

水轮机能量指标参数见表1。

河北省小水电站基本分两种类型：一类为原有水利工程配套而建设的坝后式电站和灌渠上的电站；第二类是河道引水式电站。第一类电站水质好、水流清澈；第二类引水式电站存在水质差、杂物多、泥沙含量大等问题。加上近年来生态环境恶化，水土流失加剧及建设初期考虑泥沙磨蚀问题不够充分，所以引水式电站水轮机泥沙磨蚀问题愈演愈烈。这个严重的问题就摆在了我们面前。

1河北省引水式电站磨蚀现状

1.1引水式电站分布情况

河北省水利系统单机500kW及以上电站51座，水轮发电机组总台数130台，装机161.862MW，2000年发电量20.844GWh，其中河道引水式电站26座，占50.9%，水轮发电机组总台数70台，占53.8%，总装机60.202MW，占37%，2000年发电量114.80GWh，占55%。分布在漳河、滹沱河、唐河、沙河、拒马河、潮白河、滦河干流及主要支流上。

这些电站所处河流均是河北省挟带泥沙较严重的河流，如漳河多年平均输沙量为2580万吨，唐河多年平均输沙量为180万吨，这些河流上的水电站无一例外地存在着水轮机磨蚀问题。

随着小水电建设步伐的加快，全省500kW及以上电站中引水式电站所占比例越来越大，见表1。

摘要：在介绍LONWORKS现场总线技术特点的基础上，设计实现了一种基于LONWORKS现场总线水轮机组状态监测系统。该系统对运行中水轮机组的各种参数进行在线监测，为综合评估机组的状态、分配机组故障隐患、实现状态检修提供良好的基础。给出了系统结构框图和主要硬件的设计、报文传输协议和系统通信软件的设计以及故障诊断的实例。

关键词：水轮发电机组状态监测LONWORKS神经元芯片

水电机组是电力网络中的重要元件，保证大型水电机组的正常运行，对其运行状态进行监测，及时发现故障征兆，做到“事前检修”是工程界梦寐以求的理想，也是大型电站机组检修的发展方向。实时状态监测可以减少机组停机时间，提高利用率。

这里所说的状态监测实际上是对水轮机组众多参数进行的实时在线监测。水轮机组的参数较多，为了分析方便，对部分参数还需要进行高速采样。这样，一个监测系统通常要由分布在不同现场位置的多个采集节点组成。各节点将大量的采集数据传送到上位机，由上位机从多角度评估机组的运行状态。采用全数字化通信的现场总线整合整个监测系统可以实现彻底的分散控制，抵抗各种干扰因素，简化系统的结构，提高数据传输效率。于是，本文设计实现了一种基于LONWORKS现场总线的水轮机组状态监测系统。

1LONWORKS现场总线的技术特点

LONWORKS总线是美国Echelon公司推出的一种现场总线技术。具有开放性、高速性和互操作性；采用面向对象的设计方法，使网络通信的设计简化为参数设置，降低了开发难度；支持多种传输介质，网络容量可达32000个节点，网络通信速率可达1.25Mbps/130m，直接通信距离可达2700m/78kbps；其网络采取了配置1500V直流隔离变压器进行隔离等适合于工业现场环境的措施，具有很强的抗干扰、抗振动能力，适合于水电厂等较恶劣的工业环境。