登棚一级水电站水斗式水轮机选型设计

【摘 要】本文主要就四川省阿坝州黑水县登棚一级水电站水斗式水轮机的选型有关问题进行阐述。重点论述了如何根据水轮机的常规结构特点和“m”值来进行水斗式水轮机选型设计。

【关键词】水斗式 选型

一、电站概况

阿坝州黑水县登棚一级水电站位于阿坝州松潘县毛儿盖镇境内，电站总装机容量20MW，本电站的开发方式为引水式，日调节性能，除发电外，无其他综合利用要求，电站引用流量为6.6m3/s，设计工作水头为370m，装机2×10000kw，多年平均年发电量为7919万kwh，保证出力为2364kw，年发电利用小时数为3960h。

适合该电站的比较通用的转轮型号主要有A237、A475。这里特别说明一下水斗式和混流式是不一样的，特别是在转轮的型号的选择上面。HL你一旦选择了某个型号，那么基本是不可以替换的，但是水斗式的转轮是可以互换的（比如350米2000KW，采用A237、 A475等等都可以），所以对转轮型号的选择需要进行综合比较。

A237：用的最广泛的水斗式型号，适合600米以下水头段使用。由于该转轮型号使用很多年了，在实际的使用中效率和性能确实存在不足之处。

A475：从挪威参照过来的型号，2003年以后才开始大量使用。该型号被我国广泛的使用在600米以下，极个别超过600米。在实际使用中发现性能与效率较A237为优。

故本电站初定A475作为转轮型号。

（二）确定特征尺寸

射流直径的大小，决定喷嘴过流量的大小，根据上面的公式的计算值，仅仅是满足在额定出力下的射流直径，故需要留有一定的余量，所以一般是计算值向上取整为整5或0，不仅留有余量，而且便于厂家的系列化、规范化、通用化设计。

那么这里就要从结构方面来说说常用的喷嘴数的排除原则：

第一：一般单喷嘴水轮机单机不超过5MW，且单喷嘴射流直径一般不大于13cm，当射流直径过大时，为保证合理的m值（下一点详述m值），对应的转轮直径比如增加，带来的是机组成本的增加。

第二：出于经济性技术性的考虑一般在四喷嘴以下，单个喷嘴射流直径一般不大于13，超过此值考虑更多喷嘴数来提高经济性。

第三：国内极少采用3喷嘴机型，主要采用的是单喷嘴，双喷嘴，四喷嘴结构，这点主要从结构上来考虑。

第四：一般5、6喷嘴单机使用容量超过30MW。

第五：当四喷嘴与5、6喷嘴同时满足时，则要详细对比分析综合投资。

那么通过以上几个原则，很容易就能排除这个电站的1.2.3喷嘴的方案了，余下4喷嘴作为可以考虑的对象了。

2、转轮直径与射流直径的比值m

三、总结

综上所述，水斗式水轮机的选型，其实是在满足射流直径、单位转速以及m值的前提下，综合比较技术与经济性的平衡，寻找最优的机型。本文借登棚一级水电站的实例来详细论述了如何从水斗式水轮机的结构特点上以及如何使用m值来进行选型。

参考文献：

[1]Ю・У・Эдель（埃杰尔），《水斗式水轮机》（1980版），机械工程出版社，1990（中译本）

[2]孙红伟，冲击式水轮机的选择小水电2006年第五期

[3]程良骏《水轮机》12-5节232～233页

作者简介：

王国鹏（1980.12），工程师，2004年毕业于西华大学热能与动力工程专业，目前从事水电站水力机械设计工作，从事过水斗式水轮机设计工作。

黄鑫（1986.11），助理工程师，2011年毕业于宁夏理工热能与动力工程专业，目前从事水电站水力机械设计工作，从事过水斗式水轮机设计工作。