新技术在轴流转桨式水轮发电机组的应用

新技术在轴流转桨式水轮发电机组的应用
摘要：在我国大力提倡节能减排的背景下，过去传统的火力发电方式已经不能够满足我国当前的发展要求，利用清洁能源进行发电已经成为社会的共识，水力发电因此进入了快速发展时期。

水力发电比起火力发电有着诸多优势，已经在许多地方得到了广泛应用。

轴流转浆式水轮发电机组以其流量大、维护简单、效率高的特点受到了水力发电厂的青睐，成为大多数水电发电厂的机组选择，而且随着技术的发展，越来越多的新技术在轴流转浆式水轮发电机组上的应用也极大地提升了相关性能。

本文就将对新技术在轴流转浆式水轮发电机组的应用做简要分析，希望能为相关领域提供一定的参考资料。

关键词：新技术；轴流转浆式；水轮发电机组；应用
前言：轴流转桨式水轮机在运行时转轮的叶片是可以转动的，并和导叶的转动保持一定的协联关系，以适应水头和流量的变化，使水轮机在不同的工况下都能保持有较高的效率。

正是因为具有这样的特点，轴流转浆式水轮发电机组在我国水电站中有着广泛的应用，在我国水力发电过程中起到了重要的作用。

随着国家对水力等新能源利用工作的推进，水力发电必将成为我国今后的重要发电方式之一，同时随着技术的不断发展，轴流转浆式水轮发电机组也多次进行了技术升级，使得轴流转浆式水轮发电机组的技术更加成熟，今后必将成为我国水力发电的主力发电机组类型。

一、轴流转浆式水轮发电机组新技术应用的必要性分析
（一）安全保障的必要
上世纪我国兴建水电站时就采用轴流转浆式水轮发电机组，当时的水轮发电机组经过多年的运行已经较为陈旧，老化严重，而且当时采用的技术标准远没有现在的技术标准高，水轮发电机组已经不能够满足当下的水力发电需求，使用起来也是问题不断，存在严重的运行安全隐患。

因此，这些轴流转浆式水轮发电机组亟须升级改造，保障水力发电站的运行安全。

（二）技术升级的必要
近几十年间，世界技术进入了迅速发展的阶段，轴流转浆式水轮发电机组技术也得到了快速发展，水力发电技术已经实现了技术迭代，水力发电效率有了极大地提升。

在这样的情况下，水力发电站仍然沿用之前的技术，已经不利于水力发电技术的继续发展，也不利于水力发电站的实际生产需要，在这样的情况下，轴流转浆式水轮发电机组的技术升级显得尤为迫切和必要。

（三）实际生产的必要
随着我国经济的不断发展，对电力能源的需求在不断攀升，同时为了实现节能减排的目标，传统火力发电的发电方式受到了较大的发展制约，而太阳能、风能等新型发电技术尚未做到有效推广应用，想要应对电力需求上升与电力总量的矛盾，必须通过大力发展水力发电来实现，但是目前我国水力发电的发电量远不能满足生产生活的实际需求。

因此，必须加强新技术在轴流转浆式水轮发电机组中的应用研究，不断提升水力发电的发电能力，提高现有的轴流转浆式水轮发电机组的发电效率，以满足我国对电力能源的需求。

二、新技术在轴流转浆式水轮发电机组的应用分析
近年来，随着水力发电建设热度的提升，相应的水力发电新技术不断被开发出来。

目前，许多新技术在轴流转浆式水轮发电机组上已经得到了应用。

（一）进水设备的新技术应用分析
进水设备是轴流转浆式水轮发电机组的部件之一，是控制进水流量的重要部件，该进水设备被称为蜗壳。

蜗壳一般分为混凝土蜗壳和金属蜗壳，这是根据不
同的进水水头来制作的。

在蜗壳制作上，混凝土蜗壳和金属蜗壳中的新技术应用
都使得蜗壳的使用寿命大大延长。

蜗壳在水下长期受到大量水流冲击，必须具有
较高的强度和耐腐蚀能力。

针对水头数值在40以下的混凝土蜗壳，新技术融入
了新型混凝土技术，不仅使得混凝土蜗壳具有更加适合的外形，更使得混凝土蜗
壳的强度和耐腐蚀能力都有了极大的提升，使水流能够更顺畅地进入水轮机组内，而且增长了混凝土蜗壳的使用寿命，保证了进水设备的安全。

针对水头数值在40
以上使用的金属蜗壳，新技术融入了新型焊接技术与金属铸造技术，新型铸造技
术使得金属蜗壳的单块金属具有更好的强度和耐腐蚀性，同时，铸造技术还能够
铸造出完整的一体化金属蜗壳，极大地提升蜗壳性能。

针对焊接的金属蜗壳，新
型焊接技术则保证了金属蜗壳金属板之间的无缝连接，连接强度更大，耐腐蚀性
更好，有效保证了金属蜗壳的正常使用，保障了水轮机组的正常进水，为后续的
发电工作提供了保障。

（二）转轮叶片的新技术应用分析
转轮是轴流转浆式水轮发电机组的核心部件，正是转轮带动转子转动从而实
现发电。

而转轮叶片作为转轮的重要组成部分，是水流推动转轮转动的重要部件，对水轮机组的整体性能有着重要的影响。

新技术对转轮叶片进行了重新设计，应
用最新的流线型设计理念，使得水轮机组的效率提高了不少。

首先，新技术对叶
片头部的形状进行了优化设计，新型转轮叶片的头部设计更加圆润，圆弧型更加
巧妙。

一般来说，头部较厚会导致效率降低，较薄又会使得机组整体性能有所下降。

新技术则通过大量的实验和数据，找出了效率与性能之间的叶片头部平衡点，使转轮叶片的头部很好地满足了效率与性能的要求。

其次，新技术对转轮叶片的
外缘也进行了优化，叶片最厚的部位向边缘逐渐偏移，使得水边的形状有所减小，并增加了裙边结构，改变了水流在水轮机内的流动情况，降低了两边的水流最大
流速，有效提升了转轮叶片的空化性能，改善了叶片的整体性能。

另外，新技术
对叶片的设计使得叶片流量极大地增加，这是通过增大叶片的扭角来实现的。

扭
角增大使得放角的差别增大，适用于不同的来流角，但是这样做增加的水流流量，使得转轮叶片的流量效率有了较大的提升，促进水轮机组整体效率的提高。

最后，超音速火焰喷涂（HVOF）技术的应用，在转轮及转轮叶片表面采用碳化钨、碳化硅粉末实施全封闭喷涂，涂层附着厚度在0.3mm左右，而且以工业机器人施工代替人工，精确度有本质的提高，其涂层具有良好的抗气蚀、磨蚀性能，可有效延
长水轮机转动部件的使用寿命。

（三）导水机构的新技术应用分析
导水机构是轴流转浆式水轮发电机组的重要部分，能够根据机组的运行负荷
状态适时调节机组的水流量，使得水轮机组始终工作在可控范围内，保证了水轮
机组的正常运行。

过去的导水机构由于结构设计不合理，造成调节能力上有所欠缺，加之金属材料较差，制造工艺粗糙，加工精度较低，而且采用一些尼龙材料
作为轴套使用，其较大的收缩率，经常会对水轮机组造成不利影响。

而新技术对
导水机构的导叶、转臂、连杆、控制环等结构都进行了重新的联动设计，导水叶
的导水能力更加突出，水流能够更快更准确的被导入到轴流转浆式水轮发电机中，与导水叶相连的接力器转臂和连杆结构也更加精巧，联动性更好，能够通过油压
活塞移动带动推拉杆控制环转动，调节导叶的开度情况，实现对水流流量的控制，适应机组的运行负荷状况。

导水机构下的座环也经过了重新设计，采用性能更优
质的合金，具有更好的荷载、抗磨能力，能把座环顶部的各种荷载压力有效传递到下部的基础上，起到了良好的压力传递和支撑作用。

另外，导水机构水下金属部件广泛采用抗磨蚀不锈钢材料，导叶、拐臂等转动部件的轴套采用新型高分子材料，具有较小的收缩率，使用年限大大延长。

三、结语
总而言之，在我国经济的发展和节能减排工作的不断推进的背景下，水力发电是解决我国目前电力能源紧缺问题的重要办法。

轴流转浆式水轮发电机组作为水力发电站的主要发电设备在水力发电站的建设中有着广泛的应用，我国已经兴建的水力发电站中就大量采用了该设备。

然而随着技术的发展，轴流转浆式发电机组面临着许多现实问题，新技术的应用十分迫切。

因此，目前轴流转浆式发电机组已经采用了许多新型技术，比如在进水设备、转轮叶片、导水机构等方面大量应用新技术，不断提升水轮发电机组的性能，提高水轮机组的发电效率。

相信未来更多新技术在轴流转浆式水轮发电机组中的应用必将使我国的水力发电水平有质的提升。

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