大型混流式水輪機(jī)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢研究

摘 要：現(xiàn)如今，我國有著豐富的水資源，它成本低，利用率高，而且在使用過程很少會污染到環(huán)境，因此，水資源是使一個國家能夠快速發(fā)展經(jīng)濟(jì)的重要影響因素。利用水這一可再生資源進(jìn)行生產(chǎn)活動，不但可以起到保護(hù)生態(tài)環(huán)境的作用，還可以節(jié)省一部分資金，而據(jù)歷史記載，最早的關(guān)于水輪的記錄出現(xiàn)在古希臘時(shí)期，在以后的一段時(shí)間里，此項(xiàng)技術(shù)傳遍了全世界。而且混流式水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)十分簡單易懂，其水頭的范圍還更廣闊，它還有著非常好的制造技術(shù)，因此，混流式水輪機(jī)現(xiàn)今正在各大水電站投入使用中，發(fā)揮著重要的作用。

關(guān)鍵詞：混流式水輪機(jī)；應(yīng)用現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢；

引言：

我國的社會經(jīng)濟(jì)在不斷進(jìn)步和發(fā)展，國家總體國力水平在持續(xù)增長，因此，更加需要擴(kuò)大電力水利的利用率，因?yàn)閲椰F(xiàn)在對于水利電力的需求度正在持續(xù)提升，因此，如今混流式水輪機(jī)正在向高轉(zhuǎn)速、大容量的趨勢發(fā)展，細(xì)分到單機(jī)的轉(zhuǎn)速和容量都快速提升發(fā)展，爭取滿足現(xiàn)今社會對于其的高額需求量。研究發(fā)現(xiàn)大型混流式水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)十分簡單明了，其能夠適用的范圍也十分廣闊，而且研究發(fā)展的技術(shù)也在逐漸成熟，在現(xiàn)今不斷發(fā)展的社會經(jīng)濟(jì)水平和對于水利電力不斷增長的需求量的大背景下，混流式水輪機(jī)在現(xiàn)今的各大水電站中占據(jù)著重要的地位，因此快速推廣使用大型混流式水輪機(jī)技術(shù)必不可少。

一、大型混流式水輪機(jī)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.大型混流式水輪機(jī)的發(fā)展背景分析

我國的水能資源基本特點(diǎn)是：總儲量多，但是人均，地均擁有量少，而且水資源的分布十分不均勻，其開發(fā)利用率還比較低，因此，十分需要研究人員利用各種工具大力開發(fā)水能資源，提高水能資源利用率。在公元1849年，美國的工程師弗朗西斯研究發(fā)明研究出了混流式水輪機(jī)，因此稱它為“弗朗西斯式水輪機(jī)”，也稱之為輻軸流式水輪機(jī)，它屬于反擊式水輪機(jī)里的一種。混流式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪包含上冠，下環(huán)和葉片等組織成分，其水流從周圍逐漸混合流入轉(zhuǎn)輪，接下來通過軸面方向流出了轉(zhuǎn)輪。在當(dāng)今這個不斷發(fā)展的社會經(jīng)濟(jì)大背景下，要想開發(fā)更多的水電資源，那么混流式水輪機(jī)就是必不可少的應(yīng)用工具，因此我國對于混流式水輪機(jī)的要求也在逐步改變提升，現(xiàn)如今的發(fā)展趨勢是向大容量、高配速，高效率的方向靠攏，有望成為水電資源開發(fā)的可持續(xù)發(fā)展條件。

2.混流式水輪機(jī)現(xiàn)今遇到影響發(fā)展的因素

從20世紀(jì)80年代到20世紀(jì)90年代，我國的混流式水輪機(jī)工作的最優(yōu)效率已經(jīng)上升了一個百分點(diǎn)，再到如今已經(jīng)到達(dá)95%的水平，而且部分水頭段更是已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了95%，其中的水利穩(wěn)定性得到了最大限度的改善，但是，在現(xiàn)如今我國的宏觀經(jīng)濟(jì)條件下，通過國外進(jìn)口的以及我國自己生產(chǎn)的混流式水輪機(jī)，都在使用過程中出現(xiàn)了或大或小不同類型的不穩(wěn)定情況，接下來就致使了水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪上的葉片產(chǎn)生不同程度的裂縫，而且尾部水管容易裂開，更加嚴(yán)重的是還可能使工廠和臨近的各種建筑物產(chǎn)生共振，使得水電站的安全更加難以保障。而且現(xiàn)在大型水輪機(jī)的水力穩(wěn)定性這一問題，正在受到各種業(yè)內(nèi)人士的重點(diǎn)關(guān)心關(guān)注，因?yàn)榉€(wěn)定性的問題頻繁出現(xiàn)，威脅著水利系統(tǒng)的整體運(yùn)行模式，它所影響的范圍十分廣，作用的條件也非常大，因此，現(xiàn)今大型混流式水輪機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀十分嚴(yán)峻。

二、大型混流式水輪機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢

在我國的水力發(fā)電行業(yè)中，水輪機(jī)和輔機(jī)是十分重要的設(shè)備組成部分，它的作用是能將可再生資源充分利用，做到節(jié)能減排，最大限度減少環(huán)境污染，是我們當(dāng)今社會環(huán)境中必不可少的工具，能夠做到與我國水電行業(yè)發(fā)展規(guī)模和其技術(shù)能力相呼應(yīng)。因?yàn)槲覈鴮λ娏Φ男枨笫种匾暎虼耍覈幕炝魇剿啓C(jī)和輔機(jī)的制造業(yè)發(fā)展迅猛，刻不容緩，其經(jīng)濟(jì)的規(guī)模在不斷擴(kuò)大，技術(shù)水平在不斷提升，現(xiàn)如今，在我國的水輪機(jī)制造業(yè)技術(shù)方面，已經(jīng)超出部分國家的技術(shù)水平，到達(dá)了一定的高度。

1. 混流式水輪機(jī)的功率變化發(fā)展目標(biāo)

混流式水輪機(jī)是被稱之為新型的水利電力機(jī)械工具，為確保水頭的穩(wěn)定性，其在轉(zhuǎn)輪的設(shè)計(jì)和外觀上進(jìn)行了全面系統(tǒng)的設(shè)計(jì)發(fā)展變化，為了全面減少或因?yàn)檎駝踊蛘卟环€(wěn)定性造成的裂隙以及對于混流式水輪機(jī)的不利影響，在增幅范圍方面，要做到不超出406.8MW。其實(shí)，在我國，包括三峽水電廠在內(nèi)的大型水電廠的變化幅度也會很大，但是目前在三峽水電廠的水輪機(jī)運(yùn)行卻特別穩(wěn)定，水頭在平穩(wěn)狀態(tài)下持續(xù)運(yùn)行，沒有對周圍建筑和人群造成太大的損害，這是因?yàn)樗捎昧藦?qiáng)有力的解決方法，對水頭的運(yùn)行進(jìn)行嚴(yán)格考察研究，系統(tǒng)安全的提高了混流式水輪機(jī)的穩(wěn)定性，由此得出了混流式水輪機(jī)的水頭比值應(yīng)該控制在1.5以下，但是其設(shè)計(jì)水頭的比值則最好控制在1.2以下，這樣，混流式水輪機(jī)的才有機(jī)會可持續(xù)發(fā)展下去。

2. 混流式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速變化情況分析

我國的科學(xué)技術(shù)水平在不斷發(fā)展進(jìn)步，在這一時(shí)代背景下，水輪機(jī)組轉(zhuǎn)輪的設(shè)計(jì)在不斷改觀，逐步在穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的同時(shí)，適當(dāng)提高其運(yùn)轉(zhuǎn)速度。在二十世紀(jì)八十年代，一個中等頻率的壓力脈動情況，在一次大型混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn)中被研究發(fā)現(xiàn)，研究發(fā)現(xiàn)它的脈動頻率與轉(zhuǎn)動頻率是正比關(guān)系，因此將其稱為了負(fù)荷壓力脈動帶。而且實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，只是單純的追求高轉(zhuǎn)速，而無法保證水力的穩(wěn)定性，是十分不明智的決定，工作人員應(yīng)該在合理提高轉(zhuǎn)速的同時(shí)，結(jié)合水質(zhì)情況，水量的多少以及混流式水輪機(jī)的負(fù)荷范圍等一系列因素影響去綜合考量混流式水輪機(jī)的發(fā)現(xiàn)趨勢。

3.混流式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢

要想有效保證大型混流式水輪機(jī)水力的穩(wěn)定性，那么有效提升其轉(zhuǎn)輪的設(shè)計(jì)發(fā)展工藝十分必要，就研究發(fā)現(xiàn)，其主要應(yīng)該從以下幾個方面進(jìn)行改造。首先，在轉(zhuǎn)輪的選材方面，必須要注意水頭的變動幅度的大小是否合理，其應(yīng)用的穩(wěn)定性是否良好。于此同時(shí)，應(yīng)該注意的是轉(zhuǎn)輪葉片的焊接頭要采用可以減少，因?yàn)閴毫卸斐蓚Φ膱A弧形，并且保證在不會嚴(yán)重影響轉(zhuǎn)輪排水量，嚴(yán)肅認(rèn)真的保證轉(zhuǎn)輪的葉片質(zhì)量。因?yàn)樗啓C(jī)及輔機(jī)是非常重要的水力發(fā)電行業(yè)中的設(shè)備類型，因此，轉(zhuǎn)輪這零部件十分重要，而且我國的水能資源又相當(dāng)豐富，其利用率的合理提高關(guān)系著眾多的行業(yè)是否能夠有效快速的發(fā)展壯大。以小見大，因此，轉(zhuǎn)輪的設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢勢必會影響到我國混流式水輪機(jī)的發(fā)展遠(yuǎn)景。

結(jié)束語

現(xiàn)如今，我國水利電力行業(yè)的發(fā)展速度在逐漸升，但是因?yàn)槲覈鶕碛械乃苜Y源非常豐富，比較得知，其水資源的利用率還相對較低，還需要大力提升能源的利用率，而研究發(fā)現(xiàn)，大型混流式水輪機(jī)在我國的投入使用前景十分廣闊，我國正在努力加大對于混流式水輪機(jī)技術(shù)的開發(fā)和利用，但是在另一方面，在我國混流式水輪機(jī)制造技術(shù)的不斷發(fā)展的同時(shí)，水力穩(wěn)定性的研究必然成為阻礙水利發(fā)展技術(shù)的一大絆腳石，因此，勢必要用極大的精力去關(guān)心關(guān)于穩(wěn)定性的研究。最后，在保證其穩(wěn)定性的基礎(chǔ)之上，提升能源利用率，進(jìn)而提高我國的社會經(jīng)濟(jì)水平，提高人均能源使用率。

參考文獻(xiàn)：

[1]張雙全.大型混流式水輪機(jī)水力穩(wěn)定性研究[D].華中科技大學(xué)，2008.

[2]蘇文濤.大型混流式水輪機(jī)模型內(nèi)部流動穩(wěn)定性研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2014.

[3]唐澍，潘羅平.大型混流式水輪機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀與技術(shù)發(fā)展[J]. 水利水電技術(shù)，2009（08）：108-112.

[4]《中國水輪機(jī)行業(yè)現(xiàn)狀研究分析及發(fā)展趨勢預(yù)測報(bào)告（2015年）》

作者簡介：

楊光明（1985——） 湖北孝感人，專科，中國葛洲壩集團(tuán)機(jī)電建設(shè)有限公司在職，項(xiàng)目副經(jīng)理，主要負(fù)責(zé)水電站機(jī)電設(shè)備安裝工程施工管理。