水電站水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)中主要參數(shù)的確定

趙壯卿

海南海控水利建設(shè)有限公司

水電站水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)中主要參數(shù)的確定

趙壯卿

海南海控水利建設(shè)有限公司

作為現(xiàn)代生活最為關(guān)鍵的組成部分和基礎(chǔ)，電有著無(wú)可替代的重要作用。作為電能重要來(lái)源的之一的水電站，在電能日益需求過大的現(xiàn)代社會(huì)，對(duì)于現(xiàn)代社會(huì)的穩(wěn)定和發(fā)展，起著非常重要的作用。所以說(shuō)，水電站的設(shè)計(jì)以及建設(shè)是非常重要的，其設(shè)計(jì)的合理性能夠在很大程度上提高水電站發(fā)電的效率性。水輪機(jī)作為影響水電站投資效率和經(jīng)濟(jì)效益最為重要的一環(huán)，研究其選型具有非常重要的意義。文章主要以如何能夠更好提高水電站的運(yùn)行和發(fā)電效率為中心，詳細(xì)的探討了水輪機(jī)運(yùn)行的各個(gè)方面。

水電站水輪機(jī)；選型設(shè)計(jì)；主要參數(shù)；影響因素

1 前言

俗話說(shuō)，現(xiàn)代社會(huì)如果離開了電，整個(gè)社會(huì)直接會(huì)倒退一百年，雖然這話有那么一點(diǎn)夸張，但是不可否認(rèn)電能在現(xiàn)代社會(huì)的重要作用。水力發(fā)電是電能供給的一個(gè)重要來(lái)源，所以水電站的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)非常嚴(yán)肅和重要的事情。在水電站中，水輪機(jī)是必不可少和非常關(guān)鍵的一個(gè)部件，水輪機(jī)選型的選擇以及其主要參數(shù)的確定，在一定程度上影響著整個(gè)發(fā)電站的發(fā)電效率以及水電站的投資效益和經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。在本文，筆者以水電站水輪機(jī)為中心，對(duì)于在水電站的安裝設(shè)計(jì)中，如何能夠更加高效的發(fā)揮水輪機(jī)的作用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更高效率的水利發(fā)電，提出了自己的一些分析和看法。文章首先研究了水輪機(jī)如何更好設(shè)計(jì)所應(yīng)該遵守的原則，接著闡述了如何進(jìn)行水輪機(jī)選擇的一些系數(shù)指標(biāo)參考以及方法的比較選擇，最后稍微談到了水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的影響因素。整篇文章的行文非常有邏輯性，都是僅僅圍繞水輪機(jī)如何更好的進(jìn)行設(shè)計(jì)和確定主要參數(shù)來(lái)進(jìn)行描寫的。希望本文的描寫能夠?yàn)楦嗟乃娬驹O(shè)計(jì)方面提供一定的借鑒。

2 水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)原則

水輪機(jī)的設(shè)計(jì)和選型是保證整個(gè)水電站進(jìn)行合理運(yùn)行的一個(gè)關(guān)鍵所在。當(dāng)一個(gè)水電站的選址和裝機(jī)容量確定之后，這個(gè)水電站發(fā)電的效率如何，這就在很大程度上是有水輪機(jī)來(lái)進(jìn)行確定。所以水輪機(jī)的一個(gè)設(shè)計(jì)原則，即要考慮水電站投資的效益問題。在其他條件已經(jīng)確定的條件之后，要考慮使得其投資效率最大。同時(shí)還需要考慮建設(shè)成本、施工時(shí)間等因素，應(yīng)該盡可能的使得水輪機(jī)的安裝以及整個(gè)電站的運(yùn)行達(dá)到建設(shè)成本最低，這個(gè)不僅僅包含金錢成本，還包含時(shí)間成本。最后一個(gè)原則就是要考慮整個(gè)設(shè)備安裝的穩(wěn)定性。

3 水輪機(jī)選型

在選擇確定之后，首先可以明確的是水流的狀況。水流狀況在一定程度上決定著這個(gè)水電站發(fā)電量的多少。但是影響整個(gè)發(fā)電站發(fā)電效率的因素不是只有其一個(gè)，水輪機(jī)選擇的合理性在一定程度上也可以影響著發(fā)電量的多少。對(duì)于水輪機(jī)的設(shè)計(jì)以及安裝，首先需要決定是水輪機(jī)安裝的數(shù)量以及水輪機(jī)安裝的型號(hào)。我們不能在水力很低的河流來(lái)安裝大型號(hào)的水輪機(jī)，在很多時(shí)候不會(huì)使得水輪機(jī)在完整的運(yùn)行，這對(duì)于投資來(lái)說(shuō)，是一種典型的浪費(fèi)；同樣，我們也不能在大水流的地方安裝小型號(hào)的水輪機(jī)，那樣而言不能完全極大化的利用水能來(lái)進(jìn)行發(fā)電，同時(shí)也會(huì)使得水輪機(jī)在很多時(shí)候會(huì)超負(fù)荷的在運(yùn)行，這樣會(huì)很容易損壞機(jī)子，造成投資過大。所以說(shuō)，我們要依據(jù)所選地址的水力狀況來(lái)進(jìn)行合適水輪機(jī)型號(hào)的設(shè)計(jì)和安裝，這樣才可以保證水輪機(jī)最大效率、同時(shí)又最好狀態(tài)的運(yùn)行。在水輪機(jī)臺(tái)數(shù)的選擇上，也要非常的注意。因?yàn)樗啓C(jī)數(shù)量的安裝，同樣需要其他配套設(shè)備的安裝。在一些中小型的水電站，可以盡可能的減少水輪機(jī)安裝的數(shù)量；而在一些水流較大，而且水電站建設(shè)比較大的大型發(fā)電站，可以增加水輪機(jī)的建設(shè)數(shù)量。

4 水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)方案比較

上面我們談?wù)摿怂啓C(jī)選型的選擇，下面我們來(lái)進(jìn)行實(shí)踐操作，進(jìn)行水輪機(jī)機(jī)型設(shè)計(jì)方案的選擇。那么該如何才能夠更加合理的選擇呢？筆者覺得需要進(jìn)行一套模擬試驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行一些對(duì)照比較，最終確定水輪機(jī)選型的最優(yōu)選擇。在實(shí)驗(yàn)時(shí)，我們控制其他條件不變，這些其他條件包括水能，以及水電站其他設(shè)備和建設(shè)環(huán)境等因素。而唯一的控制變量就是選擇不同型號(hào)的水輪機(jī)。我們備選了多少個(gè)選型的水輪機(jī)，進(jìn)同時(shí)進(jìn)行多少組的對(duì)照試驗(yàn)，分別測(cè)量這些機(jī)型的水輪機(jī)在同一條件下的運(yùn)行狀況。之后將所記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和比較，我們可以可以進(jìn)行衡量的一些參數(shù)包括水輪機(jī)性能比較、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較、技術(shù)條件比較，將這些參數(shù)通過數(shù)值進(jìn)行精確比較之后，就可以得到運(yùn)行狀態(tài)最為優(yōu)良的水輪機(jī)，而這種型號(hào)的水輪機(jī)就是我們?cè)谶@種水能狀態(tài)下所需要的最有選擇。

5 影響因素

水輪機(jī)在水電站中安裝之后，影響水輪機(jī)運(yùn)行效率高低的因素也非常的多，這些影響因素也應(yīng)該考慮在水輪機(jī)設(shè)計(jì)之中。下面我們簡(jiǎn)單的談?wù)撘幌掠绊懰啓C(jī)運(yùn)行的因素。

5.1 水輪機(jī)組的過速

水輪機(jī)的作用就是提供速度和能量來(lái)帶動(dòng)整個(gè)發(fā)電設(shè)備的運(yùn)行，在其運(yùn)行的時(shí)候，其所承載的負(fù)荷是非常大的。但是當(dāng)水電站進(jìn)行跳閘的時(shí)候，發(fā)電機(jī)會(huì)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，其他相應(yīng)的機(jī)組設(shè)備也會(huì)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，而這個(gè)時(shí)候如何水輪機(jī)還在運(yùn)轉(zhuǎn)的話，那么其的轉(zhuǎn)速肯定會(huì)在瞬間加快，造成過速現(xiàn)象的發(fā)生。

5.2 水輪機(jī)的振動(dòng)

水輪機(jī)本身自己的振動(dòng)也是影響水輪機(jī)運(yùn)行狀態(tài)好壞的因素之一。影響水力發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)主要是機(jī)械振動(dòng)、電磁振動(dòng)和水力振動(dòng)。機(jī)械振動(dòng)的干擾力來(lái)自機(jī)械部分的不平衡力、摩擦力和其它力；電磁振動(dòng)的干擾來(lái)自發(fā)電機(jī)電氣部分的電磁力；而水力振動(dòng)的干擾來(lái)自引水系統(tǒng)和水輪機(jī)水力部分的振動(dòng)。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，作為水電站重要組成部分的水輪機(jī)在進(jìn)行設(shè)計(jì)選型的時(shí)候，對(duì)其所影響的因素非常的多，其選擇也具有一定的原則。我們?cè)谶M(jìn)行水電站水輪機(jī)的安裝之前，一定要嚴(yán)格設(shè)計(jì)好水輪機(jī)的尺寸和選型，這樣才能夠使得水輪機(jī)在整個(gè)水電站的運(yùn)行中發(fā)揮重要的作用，進(jìn)而提高整個(gè)水電站的運(yùn)行效率，進(jìn)而提高整個(gè)水電站的投資效率和社會(huì)效率。

[1]趙國(guó)榮.機(jī)組選型對(duì)于小型水電站改造的重要性研究[J].水利技術(shù)監(jiān)督.2015(04).

[2]安剛.公格爾水電站水斗式水輪機(jī)選型及參數(shù)設(shè)計(jì)[J].小水電,2017(08).