王春暖

（湖北省電力公司，湖北 武漢 430077）

0 前言

在水電建設(shè)項(xiàng)目中，水輪機(jī)選擇具有重要意義：水輪機(jī)效率高、抗空蝕性能好、機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，則發(fā)電效益就高。“水輪機(jī)選擇”的內(nèi)容之一，就是水輪機(jī)型式、型號(hào)及有關(guān)參數(shù)的選擇，即“水輪機(jī)選型”。水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)，既是水電站設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一，也是編制設(shè)備采購(gòu)招標(biāo)文件的依據(jù)。

中小型水電站的水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)，主要是根據(jù)電站最大水頭和水頭變化范圍，從型譜中選取。

我國(guó)于1974年4月，由一機(jī)部、水電部頒發(fā)了《反擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪暫行系列型譜》（簡(jiǎn)稱“老型譜”），這是我國(guó)第一個(gè)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪系列型譜。

“老型譜”中不論在水輪機(jī)的型號(hào)及其應(yīng)用范圍方面，還是在所列轉(zhuǎn)輪水力參數(shù)等方面，大部分內(nèi)容已陳舊、落后，無(wú)法滿足需要。在20世紀(jì)后期，我國(guó)研制出性能先進(jìn)的轉(zhuǎn)輪，并在國(guó)內(nèi)外一些電站使用。經(jīng)有關(guān)研制單位的共同努力，編制出《中小型軸流式混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪系列型譜》（JB/T6310-92），其中也包括有少量國(guó)外引進(jìn)轉(zhuǎn)輪。該型譜所列轉(zhuǎn)輪，與“老型譜”所列轉(zhuǎn)輪相比，無(wú)論在比轉(zhuǎn)速ns，還是效率η都有大幅度的提高，空化系數(shù)σ也有所下降。此后，我國(guó)尚未再編制新的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪系列型譜。

改革開放后，隨著幾座大型水電站工程的建設(shè)，我國(guó)“以市場(chǎng)需求，換先進(jìn)技術(shù)”，哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司（簡(jiǎn)稱“哈電”）、東方電機(jī)股份有限公司（簡(jiǎn)稱“東電”）兩大制造企業(yè)抓住機(jī)遇“引進(jìn)技術(shù)、國(guó)產(chǎn)化”并自主開發(fā)研制出一批優(yōu)秀水輪機(jī)新轉(zhuǎn)輪，不斷豐富和補(bǔ)充了水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪型譜系列的內(nèi)容。

目前各設(shè)計(jì)院均積累了自用的型譜系列資料，在水電站設(shè)計(jì)中所運(yùn)用的“水輪機(jī)選型軟件”中，也包括了水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪系列型譜的內(nèi)容。設(shè)備采購(gòu)的“市場(chǎng)化”，為先進(jìn)、優(yōu)良的設(shè)備進(jìn)入中小型水電站打開了大門。在這一形勢(shì)下，中小型水電站也有了選用較優(yōu)秀水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的可能性。因此，各設(shè)計(jì)院、業(yè)主及主管部門，都十分重視水輪機(jī)的選型，盡可能選用較為優(yōu)秀而又能在招標(biāo)采購(gòu)中得到的設(shè)備，并以此作為貫徹國(guó)家“節(jié)能”方針的具體行動(dòng)。

按湖北省人民政府于2006年3月頒發(fā)的《關(guān)于加強(qiáng)水能資源開發(fā)利用管理的意見》，水能資源開發(fā)項(xiàng)目必須達(dá)到初步設(shè)計(jì)深度，項(xiàng)目申請(qǐng)報(bào)告由省政府投資主管部門核準(zhǔn)。

近幾年以來(lái)，湖北省一批中小型水電開發(fā)項(xiàng)目，經(jīng)省發(fā)改委組織專家進(jìn)行評(píng)估后獲核準(zhǔn)。這些工程已陸續(xù)建成，從投產(chǎn)后水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀況，可初步檢驗(yàn)出水輪機(jī)設(shè)計(jì)選型的合理性及經(jīng)設(shè)備招標(biāo)所采購(gòu)產(chǎn)品的質(zhì)量水平，從而可總結(jié)出經(jīng)驗(yàn)及教訓(xùn)。

為了互通信息、交流經(jīng)驗(yàn)、取長(zhǎng)補(bǔ)短，現(xiàn)將部分項(xiàng)目核準(zhǔn)前組織專家，對(duì)這些具有初步設(shè)計(jì)深度的幾個(gè)水電站設(shè)計(jì)報(bào)告進(jìn)行評(píng)估過(guò)程中，有關(guān)水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)的一些問題，綜合評(píng)述如下。

1 多數(shù)水電站水輪機(jī)選型合理

水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)中，先考慮可供選擇的一種或兩種機(jī)型方案。在一種型式的水輪機(jī)中，可采用幾種型號(hào)的水輪機(jī)，從技術(shù)特性、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、運(yùn)行可靠性及設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)等方面，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后選定。水輪選型設(shè)計(jì)所推薦的代表機(jī)型，可按制造廠的產(chǎn)品型號(hào)列出，也可以按比轉(zhuǎn)速表示，例如HLA384-LJ-140水輪機(jī)，也可用比轉(zhuǎn)速表示為HL233-LJ-140。

隨著各設(shè)計(jì)院水電站設(shè)計(jì)水平的不斷提高，設(shè)計(jì)、計(jì)算手段的現(xiàn)代化，特別是一些甲級(jí)設(shè)計(jì)院，設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)豐富，資料收集齊全，以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，認(rèn)真進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，大部分水電站水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)推薦方案合理（見表1），現(xiàn)分別舉例說(shuō)明如下：

表1 水輪機(jī)選型合理的水電站

1.1 沿渡河流域梯級(jí)水電站

湖北省沿渡河流域梯級(jí)水電開發(fā)的白鱗巖、楊家壩、石板坪三座水電站的勘測(cè)設(shè)計(jì)任務(wù)，由浙江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院（簡(jiǎn)稱“浙江水勘院”）承擔(dān)。

這三座水電站的水輪機(jī)選型設(shè)計(jì),資料搜集齊全,方案論證細(xì)致,設(shè)計(jì)深度達(dá)到規(guī)范規(guī)定要求。其具體做法是：按電站最大水頭，初選出該水頭段或高一水頭段的可供使用的若干個(gè)水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪，列出“水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪主要參數(shù)表”；將所列模型轉(zhuǎn)輪，根據(jù)單位流量分成大、中、小三組，從每組中選取效率、空蝕性能較優(yōu)的一個(gè)模型轉(zhuǎn)輪，參加機(jī)型比較；將從中篩選出效率高、空蝕性能好的三種水輪機(jī)機(jī)型進(jìn)行參數(shù)計(jì)算，列出“機(jī)組機(jī)型選擇比較表”，并在各轉(zhuǎn)輪的綜合特性曲線上繪出該轉(zhuǎn)輪的運(yùn)行區(qū)域；在機(jī)型比較計(jì)算中，著重計(jì)算比較機(jī)組的能量指標(biāo)、空蝕性能、運(yùn)行工況、額定轉(zhuǎn)速等。經(jīng)三個(gè)方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，最后選定出作為本階段的代表機(jī)型，并繪出該水輪機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線，推薦水輪機(jī)的目標(biāo)參數(shù)的范圍。

（1）白鱗巖電站——水輪機(jī)加權(quán)平均水頭227.63 m，水頭變幅較小，適于該水頭段的機(jī)型為混流式。設(shè)計(jì)者初選310～400 m水頭段的10種水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪，并從中篩選出效率高、空蝕性能好的HLA542a-LJ-160；HL125-LJ-135（HL125-46為阿爾斯通的進(jìn)口轉(zhuǎn)輪，僅作參考）、HLA351-LJ-140三種水輪機(jī)機(jī)型進(jìn)行比較，最后選定HLA351-LJ-140作為本階段的代表機(jī)型，推薦水輪機(jī)的目標(biāo)參數(shù)為：最優(yōu)工況單位轉(zhuǎn)速在63.3 r/min左右、額定工況單位流量在0.29 m3/s左右、比轉(zhuǎn)速約在102 m·kW、額定工況的臨界空化系數(shù)不大于0.055。

該電站最大水頭285.46 m，低于300 m水頭，在這一水頭段選擇混流式水輪機(jī)是經(jīng)濟(jì)、合理的；設(shè)計(jì)推薦HLA351-LJ-140型水輪機(jī)作為本階段選定的機(jī)型，選型合理。

A351轉(zhuǎn)輪首先使用于魯布革水電站，水輪機(jī)系從挪威克瓦納公司引進(jìn)技術(shù)，最大使用水頭400 m。HLA351型轉(zhuǎn)輪還在多個(gè)高水頭水電站使用，運(yùn)行情況良好。水輪機(jī)具有長(zhǎng)短葉片（長(zhǎng)葉片15個(gè)，短葉片15個(gè)，二個(gè)長(zhǎng)葉片之間加一個(gè)短葉片）具有高效區(qū)寬、抗空蝕和抗泥沙磨損性能及水力振動(dòng)小三大優(yōu)點(diǎn)。HLA351轉(zhuǎn)輪在很多中小型水電站上得到廣泛應(yīng)用，但用在中小型轉(zhuǎn)輪的制造上，必須嚴(yán)格控制材料、工藝和質(zhì)量。

（2）楊家壩電站——設(shè)計(jì)者從150～230 m水頭段的14種水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪中，篩選了效率高、空蝕性 能 好 的 HLA153-LJ-95；HLA606-LJ-110、HLA339-LJ-135三種水輪機(jī)進(jìn)行比較，最后選定HLA606-LJ-110,推薦水輪機(jī)的目標(biāo)參數(shù)為：最優(yōu)工況單位轉(zhuǎn)速71.5 r/min左右、額定工況單位流量在0.76 m3/s左右、比轉(zhuǎn)速約在185 m·kW、額定工況的臨界空化系數(shù)不大于0.05。

該電站最大水頭147 m（毛水頭），所選定的150 m水頭段的HL A606-LJ-110型水輪機(jī)作為本階段的代表機(jī)型，選型合理。

（3）石板坪電站——設(shè)計(jì)者從100～150m水頭段的的11種水輪機(jī)模型轉(zhuǎn)輪中，篩選了效率高、空蝕 性 能 好 的 HLJF2803-LJ-135、HLA384-LJ-140、HLA606-LJ-155三種水輪機(jī)進(jìn)行比較，最后選定HLA384-LJ-140型水輪機(jī)，推薦水輪機(jī)的目標(biāo)參數(shù)為：最優(yōu)工況單位轉(zhuǎn)速77 r/min左右、額定工況單位流量在1.0 m3/s左右、比轉(zhuǎn)速約在234 m·kW、額定工況的臨界空化系數(shù)不大于0.1。

設(shè)計(jì)推薦的HLA384-LJ-140型水輪機(jī)作為本階段的代表機(jī)型，選型合理。

1.2 老渡口水電站

老渡口電站位于恩施市清江支流馬水河，湖北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院（簡(jiǎn)稱“湖北水勘院”）提出該水電站的設(shè)計(jì)報(bào)告。設(shè)計(jì)者考慮到電站的水頭范圍和裝機(jī)容量，結(jié)合當(dāng)前水輪機(jī)市場(chǎng)信息，認(rèn)為宜選用125 m水頭段的水輪機(jī)，比轉(zhuǎn)速宜在200(m·kW)，并以HLA384-30、HLN245-37兩種機(jī)型進(jìn)行比較，按兩個(gè)方案的水輪機(jī)綜合特性曲線分別進(jìn)行計(jì)算，并繪出轉(zhuǎn)輪的運(yùn)行區(qū)域。經(jīng)比較，最后選定效率最高的HLN245-LJ-290水輪機(jī)，并繪出推薦方案的水輪機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線。

根據(jù)電能加權(quán)平均水頭76.3m，水輪機(jī)最優(yōu)工況單位轉(zhuǎn)速73.0 r/min，限制工況單位流量1.1 m3/s，額定工況單位流量取0.95～1.1 m3/s。

設(shè)計(jì)推薦的HLN245-LJ-290水輪機(jī)作為本階段代表機(jī)型，選型合理。

1.3 金龍灘水電站

金龍灘水電站位于酉水上游來(lái)鳳縣境內(nèi)，該工程的增容可行性研究報(bào)告由“湖北水勘院”提出?！皥?bào)告”中提出的將原裝機(jī)容量增加到24 MW，增容至27 MW。該電站水頭運(yùn)行范圍為5.5～12.0 m,屬于低水頭徑流式水電站，可選用軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)，也可選燈泡貫流式水輪機(jī)。設(shè)計(jì)者經(jīng)比較認(rèn)為，燈泡貫流式水輪機(jī)，流道順直，流場(chǎng)分布較均勻，因此，水力效率較高；轉(zhuǎn)輪單位轉(zhuǎn)速高，單位過(guò)流量大，與同容量的立式軸流機(jī)組比較，機(jī)組尺寸要小得多（軸流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑需4.0 m，燈泡貫流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑為3.6 m），機(jī)組重量輕；采用燈泡貫流式機(jī)組要比軸流式機(jī)組少開挖3 m，土建工程量少，投資省。因而選用燈泡貫流式水輪機(jī)，并選擇GZ995和GZF02作為比較方案，通過(guò)兩轉(zhuǎn)輪的模型綜合特性曲線進(jìn)行參數(shù)換算，繪出真機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線，經(jīng)比較，選定額定點(diǎn)效率高、最高效率區(qū)寬的GZ995-WP-360型水輪機(jī)，作為推薦方案。

對(duì)于最大水頭為20 m及以下的徑流式水電站，根據(jù)國(guó)內(nèi)外的水電工程實(shí)踐和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，貫流式水輪機(jī)已顯示出其優(yōu)良的經(jīng)濟(jì)合理性和技術(shù)可行性，應(yīng)優(yōu)先選用燈泡貫流式。該電站最大水頭12.0 m，選定額定點(diǎn)效率ηtr為94.0%、最優(yōu)效率ηmax為95.5%的GZ995-WP-360型水輪機(jī)作為推薦方案，水輪機(jī)選型合理。

1.4 玉泉河一級(jí)水電站

湖北省神農(nóng)架林區(qū)玉泉河一級(jí)水電站工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告，由湖北省水利水電科研所金浪勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司（簡(jiǎn)稱“水科所金浪”）提出，設(shè)計(jì)者經(jīng)CJ20與CJA-237轉(zhuǎn)輪的比較，推薦CJA237-L-135/4×11.5型號(hào)的水輪機(jī)。

沖擊式水輪機(jī)適用水頭范圍300～1700 m，混流式水輪機(jī)適用水頭范圍為30～700 m（見表2）。在該電站的水頭范圍，這兩種水輪機(jī)的使用是重疊的，既可以采用混流式，也可采用沖擊式。在最大水頭超過(guò)400 m這一水頭段，雖然國(guó)外在采用混流式水輪機(jī)方面已具有成熟經(jīng)驗(yàn)，但國(guó)內(nèi)混流式水輪機(jī)的設(shè)計(jì)制造方面尚屬起步階段，目前尚無(wú)混流式水輪機(jī)供貨，故只能考慮選用沖擊式水輪機(jī)。

表2 水輪機(jī)型式及適用水頭范圍

我國(guó)已研制生產(chǎn)的600 m水頭段的沖擊式轉(zhuǎn)輪有：CJ20、CJA237等，CJ20是一個(gè)老轉(zhuǎn)輪,曾得到廣泛利用,但效率較低 (4噴嘴最優(yōu)效率ηmax=87.6%)；CJA237為哈爾濱大電機(jī)研究所研制，模型最優(yōu)效率達(dá)到了較高水平（4噴嘴ηmax=91.05%），與歐洲水平相當(dāng)，首臺(tái)機(jī)組產(chǎn)品水輪機(jī)型號(hào)為CJA237-W-140/2×14，額定容量為6.0 MW，1987年投產(chǎn)。國(guó)內(nèi)已建和在建的這一水頭段的水電站大都采用CJA237轉(zhuǎn)輪，且近幾年來(lái)投入運(yùn)行的電站反映，運(yùn)行情況良好。

玉泉河一級(jí)水電站水頭范圍為422.4～429.1 m，設(shè)計(jì)推薦的立軸4噴嘴沖擊式水輪機(jī)，型號(hào)為CJA237-L-135/4×11.5，水輪機(jī)選型合理。

湖北省鎖金山水電站（最大水頭Hmax=610.4 m，裝機(jī)容量 3×15 MW）其中的 2臺(tái)機(jī)組均為CJA237-L-130/4×16.5型水輪機(jī)，由重慶水輪機(jī)廠制造,1995投產(chǎn)。

1.5 麒麟觀二級(jí)水電站

麒麟觀二級(jí)水電站位于五峰縣麒麟觀，宜昌市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院（簡(jiǎn)稱“宜昌水勘院”）提出該水電站的設(shè)計(jì)報(bào)告，設(shè)計(jì)者經(jīng)對(duì)三種轉(zhuǎn)輪方案的比較，推薦HLA253-LJ-84型水輪機(jī)作為本階段代表機(jī)型，選型合理。

采用穴位埋線針的方法，自制2厘米長(zhǎng)的羊腸線數(shù)根，采用注射器和鑷子等器具。具體操作方法是，取穴位后，病人采取俯臥位，在選用穴位處用龍膽紫進(jìn)行標(biāo)記，對(duì)于患者皮膚采用常規(guī)消毒方法進(jìn)行常規(guī)消毒。進(jìn)針點(diǎn)用2%利多卡因進(jìn)行注射麻醉，然后將消毒好的羊腸線放入埋線針針管內(nèi)，快速垂直刺入患者皮下，將針刺入患者的穴內(nèi)，待患者出現(xiàn)針感后，醫(yī)護(hù)人員臨床上邊推針芯邊退針管，這樣就可以將羊腸線埋入患者皮下組織與肌肉之間，線頭不能露出患者皮膚，醫(yī)護(hù)人員可以對(duì)針孔消毒后對(duì)患者進(jìn)行外敷創(chuàng)可貼。臨床上可以1個(gè)月進(jìn)行治療1次，根據(jù)情況連續(xù)治療3次。

該電站最大水頭124.0 m，建議考慮將125 m水頭段HLA384轉(zhuǎn)輪參與比選。HLA253為140 m水頭段轉(zhuǎn)輪，其最優(yōu)工況效率僅92.0%，限制工況效率為86.6%；而HL384轉(zhuǎn)輪的這兩個(gè)參數(shù)分別為93.1%和90.4%。

A384轉(zhuǎn)輪已在中小型水電站得到廣泛應(yīng)用，湖北省招徠河水電站（Hmax=109.0 m，3×12 MW），HLA384-LJ-125（真機(jī)ηmax=94.2%，加權(quán)平均ηw=90.8%），首臺(tái)機(jī)組于2005年6月發(fā)電。

1.6 紙坊頭水電站

紙坊頭水電站位于五峰縣天池河（清江支流），該水電站的設(shè)計(jì)報(bào)告，由“宜昌水勘院”提出，設(shè)計(jì)推薦HLA551-LJ-100型水輪機(jī)。該電站最大水頭59.7 m，設(shè)計(jì)推薦HLA551-LJ-100型水輪機(jī)，選型合理。

A551轉(zhuǎn)輪系由德國(guó)Voith公司引進(jìn)并由Voith—“哈電”聯(lián)營(yíng)承包制造和供貨，首先使用于五強(qiáng)溪水電站 （Hmax=60.1 m，5×240 MW，HLA551-LJ-830）。該轉(zhuǎn)輪在一些中小型水電站得到廣泛應(yīng)用，如湖北省的長(zhǎng)順?biāo)娬荆℉max=45.11 m，3×10 MW），水輪機(jī)型號(hào)為HLA551-LJ-220；以及朝陽(yáng)寺水電站擴(kuò)機(jī)的1×30 MW機(jī)組等。

2 對(duì)幾例推薦方案的分析、建議

對(duì)于一些小型水電站來(lái)說(shuō)，水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)主要是從“JB/T6310-92”型譜中選用；如選用最新研制的或“引進(jìn)技術(shù)，國(guó)產(chǎn)化”的轉(zhuǎn)輪，則要考慮市場(chǎng)供貨的可能性，以及產(chǎn)品是否“正宗”的問題。由于設(shè)計(jì)者對(duì)轉(zhuǎn)輪資料掌握不全，致使有幾例推薦方案尚值得進(jìn)一步分析，主要表現(xiàn)在以下4方面：

①水頭在200 m左右的水電站，宜將混流式參與比選；②水頭低于30 m的水電站，宜選軸流式；③水輪機(jī)的推薦方案偏離電站所處的“水頭段”；④推薦方案轉(zhuǎn)輪的最大使用水頭低于電站最大水頭。

以下對(duì)幾個(gè)選型實(shí)例，提出分析和建議。

2.1 水頭在200 m左右的水電站，宜將混流式參與比選

一些“設(shè)計(jì)手冊(cè)”等參考資料上指出：沖擊式水輪機(jī)的適用水頭范圍為大于200 m，斜擊式水輪機(jī)適用水頭范圍為25～300 m，在產(chǎn)品目錄上也可查出相應(yīng)的設(shè)備。鑒于近幾年來(lái)已有品種足夠多的高水頭優(yōu)秀混流式水輪機(jī)產(chǎn)品（如230 m水頭段的A339、A575c，400 m 水頭段的 A351、D54等），因此，在該水頭范圍的小型水電站，應(yīng)考慮將混流式水輪機(jī)也參與比選，對(duì)兩者進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，方能選定出最佳方案。一般說(shuō)來(lái)，最大水頭低于300 m的水電站，宜選混流式（見表2）。

實(shí)例1：電站水頭范圍為195.0～221.02 m，裝機(jī)容量為（5+2）MW，設(shè)計(jì)者經(jīng)對(duì) CJA237、CJ22兩種轉(zhuǎn)輪的比選，推薦 CJA237-W-150/2×18；CJA237-W-115/2×11.5。該電站最大水頭221.02 m，宜將230 m水頭段的HLA339、HLA575c等轉(zhuǎn)輪參與比選。另外，裝機(jī)方案改為2×3.5 MW為好。

2.2 水頭低于30 m的水電站，宜選軸流式

實(shí)例：電站水頭范圍為17.49～29.8 m，裝機(jī)容量為 2×0.4 MW，設(shè)計(jì)者經(jīng)過(guò)對(duì) HL240、HL260、HLA244、HLD74、HLA551、HLD260a等 6種轉(zhuǎn)輪進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算、比較，推薦HLD260a-WJ-60型水輪機(jī)。該電站最大水頭低于30 m，宜將軸流式水輪機(jī)參與比選。

根據(jù)國(guó)內(nèi)外水電站水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，最大水頭低于30 m的水電站，在設(shè)計(jì)中經(jīng)對(duì)混流式、軸流式水輪機(jī)進(jìn)行比選，會(huì)得出推薦采用軸流式水輪機(jī)的結(jié)論，對(duì)于臥式機(jī)組來(lái)說(shuō)，主要理由是：混流式水輪機(jī)最高效率要比軸流式水輪機(jī)稍高，但高效率范圍比軸流式水輪機(jī)狹窄得多；混流式機(jī)組轉(zhuǎn)速低，其適用水頭稍高，主機(jī)設(shè)備價(jià)格比軸流式機(jī)組高，同時(shí)起吊設(shè)備噸位也要高一檔。

2.3 水輪機(jī)的推薦方案偏離電站的水頭段

水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)應(yīng)首先考慮電站所在水頭段的水輪機(jī)，再依次向就近的高一水頭段去尋求轉(zhuǎn)輪的比較方案。所謂“水頭段”，系指某一水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的“最大使用水頭”，比如，HLA551的最大使用水頭為60 m，可稱之為“60 m水頭段水輪機(jī)”。

水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪在降低水頭使用時(shí)，會(huì)偏離最優(yōu)工況運(yùn)行區(qū)，其性能指標(biāo)就會(huì)降低。以下幾個(gè)實(shí)例中，水輪機(jī)選型的推薦方案就偏離電站的水頭段。

實(shí)例1：電站水頭為99.5～115.0 m，裝機(jī)容量2×2.0 MW，設(shè)計(jì)推薦HL110-WJ-84型水輪機(jī)。

HL110轉(zhuǎn)輪是列入在我國(guó)1974年的“老型譜”中的“老轉(zhuǎn)輪”，該轉(zhuǎn)輪的優(yōu)點(diǎn)是貨源充足，幾乎所有中小型水輪機(jī)廠均有此產(chǎn)品供貨，而在《中小型軸流式混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪系列型譜》（JB/T6310-92）中，推薦使用水頭為180～220.0 m。HL110-46模型轉(zhuǎn)輪最優(yōu)效率ηmax僅90.4%；另外，HL110轉(zhuǎn)輪使用于150.0 m以下水頭時(shí)，流量小、效率低，經(jīng)濟(jì)效益差，已明顯落后。建議將性能較優(yōu)的125.0 m水頭段的HLA153及隔河巖轉(zhuǎn)輪（A384）參與比選。而這兩個(gè)模型轉(zhuǎn)輪的ηmax則分別為91.5%、93.1%。

實(shí)例2：電站水頭范圍為82.6～101.0 m，裝機(jī)容量為2×5.0 MW，設(shè)計(jì)者經(jīng)對(duì) HLA606、HLA319、HLA678三種轉(zhuǎn)輪方案進(jìn)行比較，推薦HLA606-WJ-95型水輪機(jī)。

所參與比選的三種轉(zhuǎn)輪，均偏離電站水頭段，推薦的HLA606系150 m水頭段的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪。該水電站最大水頭為101 m，建議下階段考慮將110 m水頭段的HLD85和120 m水頭段的HLA464，或125.0 m水頭段的HLA384參與比選。

實(shí)例3：電站水頭范圍為65.09～90.3 m，裝機(jī)容量為 2×3.2 MW，設(shè)計(jì)者經(jīng)對(duì) HLA194、HLD06a、HLA678三種轉(zhuǎn)輪方案進(jìn)行比較，推薦HLA678-LJ-84型水輪機(jī)。

HLA194、HLD06A為 150 m水頭段的轉(zhuǎn)輪；HLA678用于中小型水電站為180 m水頭段轉(zhuǎn)輪。

按該電站的水頭范圍，宜從100 m水頭段的HLA346或105 m水頭段的HLD41等轉(zhuǎn)輪中比選。

實(shí)例4：電站水頭范圍為75.32～78.15 m，裝機(jī)容量為2×2.5 MW，設(shè)計(jì)者經(jīng)對(duì)HLA194、HLD41、HLD60A等三種轉(zhuǎn)輪進(jìn)行比選，推薦HLA194-WJ-84型水輪機(jī)。

按該水電站的水頭范圍，宜從80 m水頭段的D74或100 m水頭段的A346轉(zhuǎn)輪，以及105 m水頭段的HLD41中比選。

實(shí)例5：電站水頭范圍為132.3～137.9m，裝機(jī)容量為2×8.0 MW，設(shè)計(jì)者經(jīng)對(duì)HLA550、HLA575C及HLA339三種轉(zhuǎn)輪方案進(jìn)行比較，推薦HLA575C-LJ-105型水輪機(jī)。

參與比選的HLA550為310 m水頭段的轉(zhuǎn)輪，HLA575C及HLA339均系230 m水頭段的轉(zhuǎn)輪，該電站最大水頭為137.9 m，宜從150 m水頭段的HLA606、HLD06A等水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪中比選。

2.4 推薦方案輪轉(zhuǎn)的最大使用水頭低于電站最大水頭

實(shí)例：電站水頭范圍為106.1～141.1m，裝機(jī)容量為 2×5.0 MW，設(shè)計(jì)者經(jīng)對(duì) HLA319、HLD46、HLA253三種轉(zhuǎn)輪進(jìn)行比選，推薦HLA253-WJ-71型水輪機(jī)。

對(duì)于該電站的選型設(shè)計(jì)，可從以下兩個(gè)建議中選取其一：

建議一，HLA253轉(zhuǎn)輪（ηmax為 92.%）的最大使用水頭為140 m，低于電站最大水頭141.1 m，建議轉(zhuǎn)輪葉片采用不銹鋼材料。轉(zhuǎn)輪采用全不銹鋼制造，使用水頭可以提高，應(yīng)要求廠家仍重視轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度計(jì)算工作，合理設(shè)計(jì)，在制作中采取措施提高上冠、下環(huán)和葉片的不銹鋼冶煉質(zhì)量，加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)控，確保了不銹鋼轉(zhuǎn)輪的質(zhì)量。

建議二，另行將150 m水頭段的HLA606、HLA194（ηmax分別為 93.2%、92.6%、）等轉(zhuǎn)輪參與比選，從中選定最佳方案。

3 致謝

以上評(píng)述中，引用了幾個(gè)設(shè)計(jì)院所提出的有關(guān)水電站的參數(shù)，及水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)的比較方案、推薦方案（見表1），還簡(jiǎn)介了“浙江水勘院”、“湖北水勘院”分別對(duì)沿渡河梯級(jí)水電站、老渡口水電站水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)的思路、做法；也引用了其他設(shè)計(jì)院所提出的水輪機(jī)選型設(shè)計(jì)的實(shí)例并提出了分析、建議。對(duì)這些被引用資料的所有設(shè)計(jì)單位，一并表示衷心的感謝！

[1]哈爾濱大電機(jī)研究所編.水輪機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京，機(jī)械工業(yè)出版社，1976.

[2]閔鳳賓.近35年歐洲水斗式水輪機(jī)技術(shù)的發(fā)展[J].國(guó)外大電機(jī)，1991，（1）.

[3]ю.с.瓦西里耶夫，д.с.夏萬(wàn)列夫主編（吳新潤(rùn)，曲述曾，等，譯）.水電站機(jī)電設(shè)備手冊(cè)[M].黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社，1991，9.

[4]王春暖.優(yōu)秀混流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的應(yīng)用綜述[J].水力發(fā)電，2009，（7）.