水輪機范文10篇

1貫流式水輪機的結構特點與技術經濟優勢

貫流式水輪機的流道形式和軸流式水輪機不同，為保證向導水機構均勻供水和形成必要的環量，保證導葉較平滑繞流，軸流式水輪機需設置蝸殼，其流道由蝸殼、導水機構和彎肘型尾水管組成。貫流式水輪機沒有蝸殼，流道由圓錐形導水機構和直錐擴散形或S型尾水管組成。通常采用臥軸式布置，從流道進口到尾水管出口，水流沿軸向幾乎呈直線流動，避免了水流拐彎形成的流速分布不均導致的水流損失和流態變壞，水流平順，水力損失小，尾水管恢復性能好，水力效率高。燈泡貫流機組的發電機裝置在水輪機流道中的燈泡形殼體內，采用直錐擴散形尾水管，流道短而平直對稱，水流特性好。大型貫流機組幾乎都是燈泡機組，中小型多采用軸伸式、豎井式等形式。

貫流式水輪機單位過流量大，轉速高，水輪機效率高，且高效區寬，加權平均效率也較高，具有比軸流式水輪機更優良的能量特性。其特征參數比轉速ns、可達1000以上，比速系數可達3000以上。與軸流式水輪機相比，在相同水頭和相同單機容量時，其機組尺寸小，重量輕，材料消耗少，機組造價低。貫流機組電站還可獲得年發電量的增加。

貫流式水輪機的空化性能和運行穩定性也優于軸流式水輪機，其空化系數相對較小，機組可靠性高，運行故障率低，可用率高，檢修時間縮短，檢修周期延長。對于低水頭資源開發，貫流式水輪機的穩定運行范圍寬，在極低水頭時也能穩定運行(如超低水頭1.5m以下)，是其他類型的水輪機不可比的。如廣東白垢電站，額定水頭6.2m，最大水頭10.0m，但在1.3m水頭時仍能穩定運行。

貫流式水輪發電機組結構緊湊，布置簡潔，廠房土建工程量較小，可節省土建投資。貫流機組設備運輸和安裝重量較輕，施工和設備安裝方便，可縮短工期，實現提前發電。根據國內外有關水電站的統計資料，采用燈泡貫流機組比相同容量軸流轉槳機組，電站建設投資一般可節省10%～25%，年發電量可增加約3%～5%。如我國廣東白垢和廣西馬騮灘水電站，投資節省分別達22.6%和24%。小型水電站采用軸伸貫流機組與立式軸流機組比較，也可節省建設投資約10%～20%。由此可見，貫流式水輪機是開發低水頭水能資源的一種最經濟、適宜的水輪機形式，具有資源利用充分、投資節省的優勢和電量增值、綜合效益增值的效果。

2國內外貫流式水輪機的應用現狀

摘要:本文結合某大型高水頭混流式水輪機的參數以及實際運行情況，依托對轉輪、活動導葉的優化設計，完成了該水輪機的穩定性設計優化。在此基礎上，使用模擬運行與試驗的方式分析了優化結果，證實了該優化設計方法的有效性。

關鍵詞:高水頭;混流式水輪機;穩定性

在我國當前的水力發電中，混流式水輪機的使用范圍更廣，同時，為了更好滿足人們實際的用電需求，混流式水輪機不斷向著水頭與單機容量擴大的方向發展。在這樣的情況下，水力發電站更加傾向于使用大型高水頭混流式水輪機，為了確保實際生產的安全，對這種水輪機進行穩定性方面的優化設計極為必要。

一、某大型高水頭混流式水輪機的情況概述

某水力利發電站使用的大型高水頭混流式水輪機的單機容量達到600兆瓦，總裝機容量在4800兆瓦，保證出力1972兆瓦。其中，應用的大型高水頭混流式水輪機主要參數如下:額定水頭為288米、設計水頭為295米、額定轉速為每分鐘166．7轉、額定出力為610兆瓦、額定流量為每秒鐘228．6立方米、模型最高效率不低于94%、比轉速為109．72m•kW、轉輪葉片數為長葉片15個與短葉片15個。依托對主要參數的分析能夠看出，該大型高水頭混流式水輪機使用了相對穩妥的設計，有著較高的空化性能。對該大型高水頭混流式水輪機展開模型驗收，結果顯示該水輪機的各項水力性能均達到預期，且運行中不存在破壞性強的渦帶。為了進一步提升本水力發電站機組運行的安全性與穩定性，筆者對相應大型高水頭混流式水輪機展開了穩定性方面的設計優化。

二、大型高水頭混流式水輪機穩定性優化設計實踐

電站額定水頭是水輪機發出額定功率所需要的最小水頭。對于單級混流可逆式水泵水輪機組，由于自身的特點，額定水頭選擇與常規電站有較大的區別，不僅僅是考慮電站設計保證率問題。單級混流可逆式水泵水輪機組額定水頭的選擇要從有利于機組運行、電力系統對電站運行方式的要求、水庫運行方式及綜合利用要求、電站的經濟性等因素綜合考慮確定。

1從電站實際運行情況考慮額定水頭1.1根據電站能量指標確定額定水頭

在電力系統中，為滿足供電質量的要求，電量必須是平衡的。這也就要求有一部分機組必須擔任調峰任務，至使這些機組的利用小時數只能達到1000～2000h。根據胡振鵬等同志以JX電網為例，分析不同裝機利用小時與上網電價關系可以說明，當日利用小時小于6.5h時，抽水蓄能機組上網電價才比燃煤火電低，日本的池田洋一先生在對抽水蓄能電站、燃汽輪機組電站與燃煤火電站等的運行成本與裝機利用小時數進行分析后，也得出同樣的規律。從經濟角度講，蓄能電站的運行時間不可能很長，主要擔任峰荷。根據國外蓄能電站的運行經驗來看，蓄能電站主要是以事故備用、調峰、填谷為主，一般情況下，電站實際的年利用小時數在800～1000h左右，有的甚至會更低。蓄能電站實際運行小時數遠達不到設計值，國內投產的電站也是如此。如廣蓄一期設計利用小時數為1983h，而實際利用小時數僅有1000h左右，十三陵抽水蓄能電站設計利用小時數為1558h，而實際利用小時數僅有900h。在單級混流可逆式水泵水輪機組額定水頭方案選擇時，可以以在上水庫滿庫條件下，機組滿負荷發電3h容量不受阻為原則確定額定水頭，作為比較方案之一。

1.2根據水庫運行方式確定額定水頭

在抽水電量有保證的前提下，電站出力的保證主要取決于電站水頭的變化狀況。機組的額定水頭如能接近或等于電站最小水頭，在機組位于低水頭范圍內能夠安全穩定運行的條件下，電站保證出力為機組額定功率。對于單機混流可逆式水泵水輪機組，由于其本身特點，額定水頭往往比最小水頭高，在進行額定水頭選擇時，應根據電站所在電網水電比重、電站在電力系統的作用，以及電站運行方式和庫容條件等，綜合確定電站的額定水頭。

從我國已投入運行的十三陵抽水蓄能電站、廣州抽水蓄能電站、天荒坪抽水蓄能電主站運行情況分析，上水庫降至死水位的機率是很小的。從十三陵抽水蓄能電站99年4月至2000年6月上水庫運行水位統計，上水庫無一天降至死水位，最低水位降至533.3m，距死水位531m還有2.3m，上水庫運行水位在平均水位548.5m以上的天數占統計總天數的79.7%。在進行單級混流可逆式水泵水輪機組額定水頭選擇時，可把上水庫平均水位對應的水頭作為一個比較方案。

1貫流式水輪機的結構特點與技術經濟優勢

貫流式水輪機的流道形式和軸流式水輪機不同，為保證向導水機構均勻供水和形成必要的環量，保證導葉較平滑繞流，軸流式水輪機需設置蝸殼，其流道由蝸殼、導水機構和彎肘型尾水管組成。貫流式水輪機沒有蝸殼，流道由圓錐形導水機構和直錐擴散形或S型尾水管組成。通常采用臥軸式布置，從流道進口到尾水管出口，水流沿軸向幾乎呈直線流動，避免了水流拐彎形成的流速分布不均導致的水流損失和流態變壞，水流平順，水力損失小，尾水管恢復性能好，水力效率高。燈泡貫流機組的發電機裝置在水輪機流道中的燈泡形殼體內，采用直錐擴散形尾水管，流道短而平直對稱，水流特性好。大型貫流機組幾乎都是燈泡機組，中小型多采用軸伸式、豎井式等形式。

貫流式水輪機單位過流量大，轉速高，水輪機效率高，且高效區寬，加權平均效率也較高，具有比軸流式水輪機更優良的能量特性。其特征參數比轉速ns、可達1000以上，比速系數可達3000以上。與軸流式水輪機相比，在相同水頭和相同單機容量時，其機組尺寸小，重量輕，材料消耗少，機組造價低。貫流機組電站還可獲得年發電量的增加。

貫流式水輪機的空化性能和運行穩定性也優于軸流式水輪機，其空化系數相對較小，機組可靠性高，運行故障率低，可用率高，檢修時間縮短，檢修周期延長。對于低水頭資源開發，貫流式水輪機的穩定運行范圍寬，在極低水頭時也能穩定運行(如超低水頭1.5m以下)，是其他類型的水輪機不可比的。如廣東白垢電站，額定水頭6.2m，最大水頭10.0m，但在1.3m水頭時仍能穩定運行。

貫流式水輪發電機組結構緊湊，布置簡潔，廠房土建工程量較小，可節省土建投資。貫流機組設備運輸和安裝重量較輕，施工和設備安裝方便，可縮短工期，實現提前發電。根據國內外有關水電站的統計資料，采用燈泡貫流機組比相同容量軸流轉槳機組，電站建設投資一般可節省10%～25%，年發電量可增加約3%～5%。如我國廣東白垢和廣西馬騮灘水電站，投資節省分別達22.6%和24%。小型水電站采用軸伸貫流機組與立式軸流機組比較，也可節省建設投資約10%～20%。由此可見，貫流式水輪機是開發低水頭水能資源的一種最經濟、適宜的水輪機形式，具有資源利用充分、投資節省的優勢和電量增值、綜合效益增值的效果。

2國內外貫流式水輪機的應用現狀

一、我國調速器產品發展回顧

解放初期，我國水輪機調速器事業一片空白，幾乎從零開始，大部分產品從蘇聯購買，少量制造亦是照搬蘇聯圖紙生產。50～60年代，我國水輪機調速器大部分系機械液壓型調速器。在""年代，當時的水利水電科學研究院、哈爾濱工業大學、哈爾濱電機廠等單位曾聯合研制了我國第一臺電子管電液調速器，并安裝在廣東從化流溪河水電站運行了一段時間。60年代初，當時的水利水電科學研究院、天津電氣傳動設計研究所、長江流域規劃辦公室等單位聯合研制了我國第一臺晶體管電液調速器，并在湖北陸水試驗電站運行了相當長一段時間。70年代至80年代初，新建的大中型水電站較多地采用了電子管、晶體管或小規模集成電路電液調速器，一些小型水電站也少量采用了電液調速器，此階段可算是機械液壓調速器與電氣液壓調速器并重。但電氣液壓調速器由于所選用的主要電子元件/組件質量不過關，其長期使用的可靠性普遍較低。

我國水輪機調速器的快速發展是從80年代初開始的，由于改革開放和科技進步，國內有關科研單位、高等院校及制造部門為提高調速器的運行可靠性與調節品質，開始研制微機調速器。華中科技大學、電力自動化研究院（能源部南京自動化所）、天津電氣傳動設計研究所、中國水利水電科學研究院、長江流域規劃辦公室等單位相繼開展了以微處理器為核心的電液調速器的研制。

華中科技大學自1981年底開始研制適應式變參數并聯PID微機調節器，1984年11月在湖南歐陽海水電廠投入運行。1989年與天津傳動設計研究所、湖南水科所、武漢水電控制設備公司及天津水電控制設備廠共同研制的WT-S雙微機調速器通過產品鑒定，并投入小批量生產，微機調節器以Z-80單板機為硬件核心，兩臺微機配以相同功能的測頻、CPU、D/A及A/D模塊，雙微機互為備用，采用適應式變參數PID調節模式，較好地滿足了電站運行要求，但與外國產品相比，因我國基礎工業水平的制約，整機硬件可靠性較低，性能一致性與長期運行的穩定性難以保證。

90年代以來，隨著可編程控制器（PLC）技術的不斷完善，各單位相繼開展了將可編程控制器應用到調速器中的研究工作。華中科技大學分別與有關單位合作開發不同品牌的PLC微機調節器，首臺調節器于1993年5月在歐陽海水電廠投入運行。目前，PLC型電液調速器已成為我國微機電液調速器的主導產品。

此外，華中科技大學還分別與哈爾濱電機廠、東方電機廠等單位合作研制出以8086、8096CPU為核心，采用STD總線結構和MIC-2000工控機型雙微機調速器，成功地在巖灘、寶珠寺等水電廠投入運行。電力自動化研究院在繼承ST-700系列微機調速器的雙微機雙通道系統結構基礎上，研制了基于MC68322微機的水輪機調速器。

摘要：本文根據多年經驗，結合國內外機組相關資料，闡述水輪機主要焊接部件結構變形的主要種類，介紹焊接變形的火焰矯形的施工方法。

關鍵詞：水輪機；火焰矯形；焊接變形

目前，大型水輪機部件已經大量的采用焊接結構。而水輪機主要焊接部件是由座環、頂蓋、底環等部件組成。這些構件在制作過程中都存在焊接變形問題，如果焊接變形不予以矯正，則不僅影響結構整體安裝，還會降低工程的安全可靠性。

焊接水輪機部件產生的變形超過技術設計允許變形范圍，應設法進行矯正，使其達到符合產品質量要求。實踐證明，多數變形的構件是可以矯正的。矯正的方法都是設法造成新的變形來達到抵消已經發生的變形。

在生產過程中普遍應用的矯正方法，主要有機械矯正、火焰矯正和綜合矯正。但火焰矯正是一門較難操作的工作，方法掌握、溫度控制不當還會造成構件新的更大變形。因此，火焰矯正要有豐富的實踐經驗。本文對水輪機部件焊接變形的種類、矯正方法作了一個粗略的分析。

一、水輪機部件焊接變形的種類與火焰矯正

1前言

葛洲壩水利樞紐是1970年代在長江干流上興建的第一座集航運、發電、防洪于一體的綜合性大型水利樞紐工程，葛洲壩水電站是樞紐的主要組成部分，是三峽水電站的反調節電站，設計裝機21臺，總裝機容量2715MW。從1981年工程開始發揮效益以來，機組已實現安全運行23年。

電站年平均流量14300m3/s,年平均水量4529億m3，最小入庫流量2900m3/s,多年平均含沙量為1.2kg/m3,最大含沙量10.5kg/m3,年輸沙量5.26億噸，總庫容15.7億m3。大江電站裝機14臺，裝機容量1750MW；二江電站裝機7臺，裝機容量965MW，分別由原哈爾濱電機廠與東方電機廠設計、制造,其水輪機技術參數如表1：

葛洲壩樞紐大壩的壩軸線中部布置泄水閘,兩測是大江和二江電站,電站的兩外側為大江和二江船閘。由于葛洲壩電站位于南津關彎道的下段，在彎道環流作用下，泥沙產生橫向位移，底層含沙量大、粒徑粗的泥沙向凸岸右側運動，表層清水向凹岸二江一側運動，過機泥沙粒徑大小的分布與過機泥沙含量的分布成正比，愈靠右岸的機組，過流部件的磨蝕愈嚴重，過機含沙量和粒徑分布規律是:二江小而細,大江大而粗,二江電站的含沙量為斷面(宜昌)平均值的0.94~0.98倍,18#為1.37倍,21#為1.6倍。過機泥沙粒徑18#為二江的1.2~2.0倍,21#為1.2~2.9倍。最大粒徑達0.62mm，單機年過沙量在1500萬噸左右。為了提高水輪機過流部件的抗氣蝕性能和抗磨損能力，葉片材料采用0Cr13Ni4-6Mo不銹鋼鑄造，中環采用不銹鋼材料，8#~21#機下環還增設900mm的不銹鋼段。

2過流部件的磨蝕情況

葛洲壩電廠水輪機的磨蝕與國內多泥沙河流水電廠同類機組具有共同的特點，即含沙量愈大，硬度愈硬，沙粒愈粗,運行時間愈長，磨蝕愈嚴重。過流部件的磨蝕是泥沙磨損和空蝕聯合作用的結果，具體情況如下：

萬家寨水利樞紐位于黃河北干流托克托至龍口河段的峽谷內，左岸隸屬山西省偏關縣，右岸隸屬內蒙古自治區準格爾旗。樞紐電站裝有6臺單機容量為180MW的混流式水輪發電機組，總裝機容量為1080MW，年發電量為27．5億kW?h，年利用小時數2456h。電站最大毛水頭81．5m，最小毛水頭51．3m，加權平均水頭69．3m。

萬家寨水電廠首臺機組于1998年11月28日并網發電，最后一臺機組于2000年12月8日并網發電。

一、水輪機轉輪

萬家寨水電廠＃1～＃4水輪機由天津阿爾斯通水電設備有限公司制造，＃5、＃6水輪機由上海希科水電設備有限公司制造。轉輪性能如下：

1．能量指標

水輪機能量指標參數見表1。

河北省小水電站基本分兩種類型：一類為原有水利工程配套而建設的壩后式電站和灌渠上的電站；第二類是河道引水式電站。第一類電站水質好、水流清澈；第二類引水式電站存在水質差、雜物多、泥沙含量大等問題。加上近年來生態環境惡化，水土流失加劇及建設初期考慮泥沙磨蝕問題不夠充分，所以引水式電站水輪機泥沙磨蝕問題愈演愈烈。這個嚴重的問題就擺在了我們面前。

1河北省引水式電站磨蝕現狀

1.1引水式電站分布情況

河北省水利系統單機500kW及以上電站51座，水輪發電機組總臺數130臺，裝機161.862MW，2000年發電量20.844GWh，其中河道引水式電站26座，占50.9%，水輪發電機組總臺數70臺，占53.8%，總裝機60.202MW，占37%，2000年發電量114.80GWh，占55%。分布在漳河、滹沱河、唐河、沙河、拒馬河、潮白河、灤河干流及主要支流上。

這些電站所處河流均是河北省挾帶泥沙較嚴重的河流，如漳河多年平均輸沙量為2580萬噸，唐河多年平均輸沙量為180萬噸，這些河流上的水電站無一例外地存在著水輪機磨蝕問題。

隨著小水電建設步伐的加快，全省500kW及以上電站中引水式電站所占比例越來越大，見表1。

摘要：在介紹LONWORKS現場總線技術特點的基礎上，設計實現了一種基于LONWORKS現場總線水輪機組狀態監測系統。該系統對運行中水輪機組的各種參數進行在線監測，為綜合評估機組的狀態、分配機組故障隱患、實現狀態檢修提供良好的基礎。給出了系統結構框圖和主要硬件的設計、報文傳輸協議和系統通信軟件的設計以及故障診斷的實例。

關鍵詞：水輪發電機組狀態監測LONWORKS神經元芯片

水電機組是電力網絡中的重要元件，保證大型水電機組的正常運行，對其運行狀態進行監測，及時發現故障征兆，做到“事前檢修”是工程界夢寐以求的理想，也是大型電站機組檢修的發展方向。實時狀態監測可以減少機組停機時間，提高利用率。

這里所說的狀態監測實際上是對水輪機組眾多參數進行的實時在線監測。水輪機組的參數較多，為了分析方便，對部分參數還需要進行高速采樣。這樣，一個監測系統通常要由分布在不同現場位置的多個采集節點組成。各節點將大量的采集數據傳送到上位機，由上位機從多角度評估機組的運行狀態。采用全數字化通信的現場總線整合整個監測系統可以實現徹底的分散控制，抵抗各種干擾因素，簡化系統的結構，提高數據傳輸效率。于是，本文設計實現了一種基于LONWORKS現場總線的水輪機組狀態監測系統。

1LONWORKS現場總線的技術特點

LONWORKS總線是美國Echelon公司推出的一種現場總線技術。具有開放性、高速性和互操作性；采用面向對象的設計方法，使網絡通信的設計簡化為參數設置，降低了開發難度；支持多種傳輸介質，網絡容量可達32000個節點，網絡通信速率可達1.25Mbps/130m，直接通信距離可達2700m/78kbps；其網絡采取了配置1500V直流隔離變壓器進行隔離等適合于工業現場環境的措施，具有很強的抗干擾、抗振動能力，適合于水電廠等較惡劣的工業環境。