淺談液力透平技術在水電站的使用前景

孫鵬

摘 要：液力透平技術是將液體流體工質中殘余的壓力能和動能轉換為機械能的一種技術，目前液力透平技術在水電站的生產和建設中利用率相對較低。在很大程度上增加了企業的生產成本，降低生產效益，制約著企業的發展。

關鍵詞：液力透平；效益；使用前景

中圖分類號：F426.4 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）17-0131-01

1 液力透平裝置概念及工作原理

液力透平是一種能量回收裝置。透平是將流體工質中蘊有的能量轉換成機械能的機器，又稱渦輪機。透平的工作條件和所用工質不同，所以它的結構型式多種多樣，但基本工作原理相似。透平的最主要的部件是一個旋轉元件，流體所具有的能量在流動中，經過噴管時轉換成動能，流過葉輪時流體沖擊葉片，推動葉輪轉動，從而驅動透平軸旋轉。透平軸直接或經傳動機構帶動其他機械，輸出機械功。透平機械的工質可以是液體、蒸汽、燃氣、空氣和其他氣體或混合氣體。以液體為工質的透平稱為液力透平。液力透平裝置是回收剩余能量的。不受介質種類的限制，可以根據現場實際進行設計，根據不同工況設計出符合現場需要的裝置。

做為一個節能的裝置，液力透平是近幾年才興起來的。在使用上，常常以反轉離心泵作液力透平，這樣更經濟。

2 水電廠應用液力透平技術的必要性

在科技競爭日益劇烈的今天，制約企業發展最重要的一個因素就是技術水平的高低。就水電站而言，企業效益的高低取決于于以下幾個方面：一個是水能利用率的高低，也是最重要的一個方面，二是成本節約，在搶發電量的同時最大化的優化資源的配置。因此對水電廠而言，要想企業獲得更大的利潤，除了合理利用水資源，增加發電量之外，還有一個更加重要的因素就是節能，優化人力、資源配置。在增加發電量的前提下減少支出，增加企業收入。

目前水電站內部消耗電能最多的一部分是用電，而在廠用電中，技術供水的耗電率最高。當前對于技術供水方式的設計，一般有自流供水方式、水泵供水方式、混合供水方式等幾類。

以苗家壩水電站機組技術供水為例，機組技術供水采用循環水泵冷卻供水和蝸殼取水自流供水。電站汛期時，以循環水泵供水為主供水方式，蝸殼取水自流供水作為備用。機組循環冷卻供水系統由循環水池、循環水冷卻器、水泵、循環水池補水電動閥門、循環冷卻供水電動閥門及控制系統組成。苗家壩水電站循環水泵采用單級單吸式強自吸臥式離心泵，設有5臺立式離心泵，3臺工作水泵，每臺水泵供水量滿足一臺機組所需冷卻水量，2臺備用水泵。每臺水泵額定功率為160kW。

苗家壩水電站單機設計流量為111.14m3/s，汛期入庫流量大于330m3/s，因此基于利益提升的考慮，可以引入透平技術。

3 液力透平技術的實際應用及效益

苗家壩水電站廠用取自發電機所發電量，屬于自給自足模式，生產的一部分電能將通過廠用系統直接供給循環水泵。普通電機供給水泵能量過程以及能量轉換計算為：

普通電機供給能量過程：勢能→動能（水輪機）→電能（發電機）→電能量傳遞→動能（電機）→直接供給使用水泵

Q=E水頭×0.98水輪機效率×0.9電機效率×η電能輸送效率=0.872ηE水頭

相對于普通電機來說液力透平裝置能量轉換過程為：

液力透平裝置能量轉換過程：勢能→動能→直接供給使用水泵

Q=E水頭×0.8透平效率=0.8E水頭

從以上能量轉換過程我們不難發現使用液力透平技術可以減少能量轉換過程從而減少能量在傳遞過程中的損失。同時依據電能輸送原理可知，η在實際過程中會小于1，按照η=0.9計算，電機對水頭的有效利用率將遠遠小于液力透平對水頭的利用率。

苗家壩水電站技術供水的設計壓力值為0.2-0.6MPa，通過液力透平計算可以知道：

P=P額定水頭壓力×0.8透平效率×0.7水泵效率=0.56P額定水頭壓力

按照運行規程我們可以知道額定壓力P=0.918MPa，通過液力透平技術的水壓完全滿足機組技術供水要求。

4 液力透平的自身優勢

相對于自流供水，液力透平具有以下幾點優勢

（1）對設備損壞速度慢。液力透平完全使用循環水池內部的水，更利于機組安全可靠運行。（2）節省成本，采用液力透平技術可完全取代其他供水方式，設備集中且相對于混合供水方式減少了大量設備資金的投入，同時降低了檢修量，更利于企業的利潤提升。

5 針對苗家壩水電站的具體實際，使用液力透平裝置可行性

5.1 汛期富裕的水資源

水資源具有多種用途，具有可調節性。苗家壩水電站位于白龍江中上游，在進入汛期之后降水量豐富。而苗家壩水電站大壩設計庫容為2.56億立方米，而三臺機所需流量為334m3/s，調節能力比較弱。不能做到對水資源的合理利用。

5.2 高壓水資源

苗家壩水電站采用混凝土面板堆石壩，壩高111米，額定水頭為90米。所以富裕水資源在排泄時有足夠的勢能能夠轉化為動能。

6 結語

綜上所述，液力透平技術的應用，具有較高的經濟效益和回收效用，具備很高的市場和潛力，且規格越大的液力透平使用空間也越大。隨著液力透平技術逐漸被大眾所熟知，同時借助它自身系統操作簡單靈活、機組運行可靠安全等特點，其前景大好，將會在眾多行業得以實踐和應用。

參考文獻

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