本文是一篇水利工程職稱論文，發表在《安徽水利水電職業技術學院學報》上，雜志是由安徽水利水電職業技術學院主辦的綜合性學術刊物。以反映水利水電科研成果為主，其宗旨和任務是宣傳黨的方針政策和國家關于水電工作的要求，及時報道和傳遞院內外科研成果、科技新動態，推動水利水電開發事業和國民經濟的發展。刊物內容包括學術論著、學術討論、新技術等。主要欄目有：水利土木工程、新興學科、交叉學科等。面向的讀者群為廣大水利水電工作者、學院師生及相關專業人員。

　　【摘　要】隨著目前水力資源的大量發掘，水電站水輪機的科學選型設計對于水電站的整體運作和發展，具有極其重要的影響和作用。本文對中小型水電站水輪機選型設計要點進行具體的介紹和分析。

　　【關鍵詞】水電站,水輪機,選型,水利工程職稱論文

　　一、引言

　　通常水輪機的選型是按照水電站的一些基礎資料信息，從工程的整體結構，以及水輪機自身的特點屬性等方面，在科學合理的原則基礎之上，對水輪機的重要的技術參考指標進行確定，然后經過嚴格的比較和分析，選擇投入成本較少，回報高，以及資源利用率較高的方案。

　　二、水輪機的選型原則和標準

　　水輪機的選型必須根據技術先進，科學合理的原則和標準，充分考慮和確定水輪機的具體型號以及相關的技術指標參數。然后對一些切實可行的技術方案進行充分的對比，對水輪機發電機，制造成本以及其他方面的因素進行全面整體的比較，從中選擇資源利用率高，經濟實惠的方案。

　　三、中小型水輪機設計選型的方式

　　在水輪機的選型過程中，其中最關鍵的因素在于科學地確定水輪機的指標參數。盡管中小型水電站容量不是特別大,但是對于具體的水電站而言，取得足夠的經濟效益非常關鍵。其中水輪機的指標參數是限制水電站運行效益的關鍵原因。一般情況下，確定水輪機的指標參數,具有下面一些辦法和措施：首先是按照手頭上擁有的水輪機型譜以及相關資料來確定水輪機。另外就是根據自身的經驗，將比轉速作為參考指標，使用對比分析的方法，進而來確定水輪機參數。但是這幾種方法都具有自身的缺陷和不足。因為如果根據目前掌握的資料信息情況來選擇水輪機，很難選擇性能最佳的機型。但是如果按照自身的經驗來判斷的話，又非常容易同中小型設備生產廠家掌握的機型以及相關技術產生一定程度的差異性[1]。

　　一般情況下，這主要是因為當前市場以及有關的生產廠家在制造技術能力等方面限制了中小型水輪機選型工作。具體來說，首先因為中小型水電站投入成本很小，工程建設周期時間較短，生產廠家所獲取的經濟效益較好，所以通常對于一些中小型水電站不會特意的設計水輪機;其次盡管目前很多大型水輪機生產廠家具有強大的機型的制造技術，但是對于小型的生產機組沒有興趣，另外一些進行中小型水輪機生產的廠家，苦于自身的技術水平偏低，而且其所掌握的轉輪模型以及設計技術跟不上時展的變化。有些中小型水電站設計周期時間較短，成本投入相對較低，導致設備在選型的時候，很多廠家往往使用其他型號的水輪機進行替代[2]。

　　通常來說，中小型水輪機選型需要特別注意以下幾個方面的原則：首先,中小型水輪機的選擇,一般情況下都是使用技術比較發達，并且實踐證明良好的機型。所以設計人員必須經常多收集地區范圍內的一些成功運行的水電站以及機型詳細資料，同時還要特別注意對于一些新研發設計的機型詳細資料和其他一些重要的情況;其次，強化與中小水輪機生產廠家的聯系和交流，充分的掌握相關廠家的技術水平以及機型情況;最后優化設計思路。在開始進行研究以及初步設計階段,必須按照水電站的基本指標參數,不斷加大對于相關資料的搜集力度，特別是對于有關廠家的詳細資料，在綜合考慮各方面因素之上，估算和確定水輪機的指標參數范圍,另外還要著手準備候選的機型以及生產廠家。在招標設計過程中，從水輪機組的實際招標采購進行分析,對不同的方案進行嚴格仔細的考慮，最終確定機型。另外在中小型水輪機設計選型要點中,必須按照當地的具體條件最大限度地考慮一些指標參數較好，經濟回報較高的方案，當然也不能只是過分的追求高指標參數，必須從充分地考慮機型的實際情況，特別是機器設備運行的安全穩定性。

　　四、不同形式水輪機的選型

　　中小型水電站的水頭往往較低，所以經常使用小型水輪機。下面就不同形式的水輪機用于低水頭的情況的應用要點進行簡要的討論。

　　1.燈泡貫流式水輪機

　　和一些大型水輪機相比，低水頭的小型水輪機在選型時，必須充分地參考水電站的具體地質情況，以及其他一些指標參數。近些年來，燈泡貫流式水輪機在我國被普遍地使用，同普通的水輪機相比較而言，燈泡貫流式水輪機在30米以下水頭段都可以具備較高的經濟性。一般情況下，燈泡貫流式水輪機在應用過程中必須要注重以下幾點內容：首先假如在某些峽谷以及復雜的地質條件下建設水電站，由于水電站自身的地理位置限制，河道狹窄，使得在短時間內洪峰流量急劇上升，在一定程度上加大了水電站下游尾水位變化量，所以在設計洪水位時，必須從當地的具體情況出發，盡量標高。若由于其他條件的限制必須選擇應用燈泡貫流式水輪機，那么可能就會因為水電站下部開挖程度太大，加重防洪土建投入費用;其次相對而言，燈泡貫流式水輪機制造程序比較復雜，難度比較大，從當前國內一些中小型水輪機生產廠家的實際情況來看，都沒有能夠充分地掌握轉輪模型，而且自身的生產能力以及其他方面的因素偏低，所以必須要提高制造水輪機廠家的準入制度;再其次，在一些引水式小型水電站中，燈泡貫流式水輪機組因為容量偏低，很難滿足水電站的實際需求;最后對于燈泡貫流式水輪機而言，必須按期對其進行維護和檢修，確保水輪機保持正常的運行狀態。

　　2.軸流式水輪機以及混流式水輪機

　　軸流式水輪機通常可以分為兩種，分別為轉槳式以及定槳式。其中定槳式水輪機基本都是應用在中小型水電站中，而且其結構比較簡單，投入成本較低，同時也很難發生轉輪漏油的問題。然而由于自身結構的問題，總體上運行效率偏低，穩定程度偏低。另外對于一些高海拔地區的徑流式低水頭電站而言，由于其流量變化非常大，在很大程度上會影響定槳式水輪機的運行成本，導致水輪機空載運行以及其他情況的發生。讓實際流量超過預期設計流量，加重了水頭經濟損失，就算是在水輪機導葉全開的情形下，還是無法使用額定功率做功。所以軸流定槳式水輪機必須使用在轉輪直徑不超過3米的情況下。

　　一般混流式水輪機基本上使用在低水頭小型水電站中，但是相對而言，其成本較高，可是其優勢在于空化性能良好，吸出高度值也非常大，安裝機組時高度偏高。所以其土建成本偏低，同軸流定槳式水輪機比較而言，混流式水輪機在運行過程中的穩定性更佳，而且當軸流定槳式水輪機處于高尾水位工作條件下，通常不會發生定槳式水輪機的抬機故障。通過這些年來技術的不斷改進和發展，軸流式水輪機的整體性能得到了很大的提高，已經在很大程度上提升了其運行效率以及穩定性，同時由于其負荷調節擁有很大的范圍空間，能夠減少機組數量，讓機組的成本實現降低。雖然可能還會受到空化現象的影響，但是總體而言，特別是在汛期下游尾水較高時，其出力裕度表現非常良好。另外軸流轉槳式水輪機經過遞增轉輪直徑，以及抬高水輪機組安裝高程，可以讓其更加地適應于小型水電站，加強其空化性能。盡管其投入成本較高，但是發電機的造價相比混流式來說非常低，同時還可以維持非常大的出力裕度，具有非常全面的優勢。

　　3.水斗式水輪機以及混流式水輪機

　　受到各方面因素的影響，早期我國中小型水電站都是使用水斗式水輪機。隨著社會的不斷發展，科學技術的不斷提高，高水頭混流式水輪機逐步在高水頭水電站中普遍應用。同水斗式水輪機相比較而言，混流式水輪機由于使用了大軸頸導葉，以及其他方面良好結構，進而提高了其抗磨蝕性，以及運行穩定程度。同時其機組整體造價偏低，運行水頭可以達到500m左右。但是如果使用在中小型水電站中，還應該注重以下方面內容：首先，高水頭混流式水輪機吸出高度值一般都是負值，機組安裝高程偏低，如果安裝在深山峽谷中，這樣就會很大程度上加重土建投入成本;其次高水頭混流式水輪機轉速非常高，如果機組容量在設計時不是特別大的話，非常容易發生轉速超出額定范圍的情況，那么就需要重新加大轉輪直徑，以期能夠減少轉速。這樣做的缺陷在于不僅加重了經濟投入成本，而且還減少運行效率與穩定程度[3]。

　　五、選擇水輪機組必須注意的問題

　　在選擇水輪機時，必須在充分考慮上述的一些因素之外，還應該要特別注意以下方面的因素。首先，水輪發電機組的選擇必須是按照國家已有產品系列。如果單機容量低于500kW 的情況下，轉輪的選擇必須要選擇標準轉輪直徑。如果單機容量超過500 kW以上的機組，那么就必須充分的考慮機組的運行工況點，最好選擇在最優工況點運行;其次對于單機容量非常大的水電站，水輪發電機組的功能應該同水電站的基本指標參數相互吻合，一般主要是指水輪機的轉速和直徑。必須讓水電站電站基本指標參數所對應的工作范圍，同與所選擇的水輪機的高效工作區域相互適應。其中最重要的是水輪機的飛逸轉速不能超過配套發電機的飛逸轉速;再其次機組臺數同裝機容量、水輪機類型以及其他一些相關因素有著非常緊密的聯系[4]。機組臺數同水輪機類型有著緊密聯系，貫流定漿式水輪機因為自身的高效率區非常窄，如果使用一臺的話，當電站流量不足時，就會低負荷運行時，通常都會讓水輪機組的運行效率大幅度下降。因此水電站的流量變化如果非常大的話，那么可以考慮使用兩臺以及多臺機組。在選擇機組臺數時，還必須注重考慮水電站的特點，如果水電站的年負荷變化非常大的情況下，選擇一臺機組可以會導致運行效率的過大;最后，選擇的水輪機的最大適用水頭，必須確保水輪機的強度需求，水輪機的最小適用水頭，必須確保水輪機的運行效率，抗振動能力等等其他方面的需求。

　　六、結語

　　綜上所述，中小型水電站水輪機選型設計的注意要點有很多，水頭、地形情況、吸出高度等等條件都會對選型帶來一定影響，另外在實際選型過程中還需要考慮到國家已有水輪機產品系列以及單機容量等實際因素的限制，切實做到理論聯系實際，才能夠找到適合中小型水電站的水輪機。

　　參考文獻：

　　[1]王春暖.中小型水電站水輪機選型設計評述[J].水電站機電技術,2010,4(15)：36-37.

　　[2]劉軍偉,劉曉紅.試論小型水電站水輪機選型的設計要點[J].價值工程，2013,9(18)：80-81.

　　[3]唐小林.某水電站水輪機選型設計闡述[J].科技致富向導,2012，2(25)：360.

　　[4]孔韜.大巖洞水電站水輪機選型設計[J].珠江現代建設,2014,2(18)：23-24.