小型立轴混流式水轮机增效扩容改造选型及流道匹配
中小型水电站水轮机增效扩容改造研究
第４ ５卷
２ ０ １ ４年第 ２期
中小 型水 电站水轮增效扩容改造研究
田娅 娟 ，王 鑫 ， 薛 鹏 ，陈 锐 ，彭 忠 年
（ 中国水利 水 电科 学研 究 院 北 京 中水 科水 电科 技开发 有 限公 司，北 京 １ ０ ０ ０ ３ ８ ）
摘
要 ：针 对 中小 型水 电站水轮机 主要 存在 的问题 ，提 出了水轮 机增 效扩 容 改造 的基 本 步骤和优 化 设
ｓ ｉ ｇ ｎ
１ 引 言
水 电是优 质 的清 洁 能 源 ，充 分 合 理 地 利 用 好 我 国有 限 的水 力 资 源 是 积 极 应 对 气 候 变 化 、建 设 资 源 节 约 型 和环 境 友 好 型 社 会 、实 现 可 持续 发 展 的 必 然 要 求 。 中小 型 水 电 站是 我 国农 村 经 济社 会 发 展 的重
装 机容 量将 近 ８ ０ ０万 ｋ ｗ 。对这 些 老 １ 日电站 进 行 增效 扩容改 造 ，不仅 能提 高水 能资 源利用 效率 ，促 进我 国 能源结 构 调整 和节 能 减排 ，保护 河流 生 态环境 ，还 能 消除公 共安 全 隐患 ，同时还 兼具 不需 移 民 、让 当地农
民群众 受 益等优 点 。
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ： Ｉ ｎ ａ ｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ａ ｎｃ ｅ ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｉ ｎ ｐｒ ｏ ｂｌ ｅ ｍｓ ｅ ｘ ｉ ｓ ｔ ｅ ｄ ｉ ｎ ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｔ ｕ ｒ ｂｉ ｎ ｅ ｏ ｆ ｓ ｍａ ｌ ｌ — ｍｅ ｄｉ ｕ ｍ ｓ ｉ ｚ ｅ ｄ ｈ ｙ ｄｒ ｏ ｐｏ ｗｅ ｒ ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ， ｔ ｈ ｅ ｂａ ｓ ｉ ｃ ｓ ｔ ｅ ｐ ｓ ａ ｎ ｄ ｏ ｐｔ ｉ ｍｉ ｚ ｅ ｄ ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｉ ｍｐｒ ｏ ｖ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｅ ｉｃ ｆ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ａ ｎ ｄ ｃ ａ ｐ ａ ｃ ｉ ｔ ｙ ｅ ｘ ｐ ａｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｈｙ ｄｒ ｏ ｔ ｕ ｒ ｂ ｉ ｎ ｅ ａ ｒ ｅ ｐｕ ｔ
中小型水电站水轮机选型与优化的探讨
中小型水电站水轮机选型与优化的探讨一、前言水力发电是一种利用水能转化为电能的清洁可再生能源，在全球范围内具有广泛的应用前景。
中小型水电站是水力发电系统的重要组成部分，其投资成本低、建设周期短、生产稳定可靠等优点，使得其在中国乃至全球水力发电市场上具有较大的发展潜力。
水轮机是中小型水电站的核心设备，其选型与优化对于水电站的运行效率、经济性和可靠性具有重要影响。
本文就中小型水电站水轮机选型与优化进行探讨，并提出一些相关的技术建议。
二、水轮机选型与分类1. 水轮机选型在中小型水电站的水轮机选型过程中，需要考虑到水轮机的流量、水头、装机容量等因素，以确保水轮机可以在水电站的运行条件下实现最佳的发电效率。
选择合适的水轮机型号和参数是确保水电站正常运行的基础。
根据水轮机的结构和工作原理，可以将水轮机分为内嵌式水轮机和外控式水轮机两大类。
内嵌式水轮机直接受到水流作用，其转动部件与水流接触，适用于水流比较稳定的小型水电站；外控式水轮机则通过导流装置调节水流作用力，可以适应水流波动较大的水电站。
三、水轮机优化1. 流道优化水轮机的流道是保证水轮机高效运行的关键部位。
通过对水轮机流道进行优化设计，可以减小流体的能量损失，提高水轮机的效率。
常见的流道优化措施包括改善流道内部的曲率、加装导流板、增加水流的扰流装置等。
2. 叶轮优化叶片是水轮机的动力转换部件，其叶片的设计与优化对于水轮机的性能具有重要影响。
采用现代流体动力学的分析方法，结合流场模拟和试验验证，可以实现叶轮的优化设计，提高水轮机的效率和稳定性。
3. 轴系优化水轮机的轴系部分包括轴承、密封装置、联轴器等组件，其设计与选型对于水轮机的安全可靠运行至关重要。
通过优化轴系的设计，可以减小机械损耗，提高水轮机的传动效率。
2. 运用现代流体动力学的分析方法，对水轮机的流道和叶轮进行优化设计，提高水轮机的效率和稳定性。
3. 注意水轮机轴系的设计与选型，确保水轮机的安全可靠运行。
中小型水电站水轮机选型与优化的探讨
中小型水电站水轮机选型与优化的探讨水轮机是水电站的核心设备，它的选型和优化对于水电站的运行和发电效率具有重要影响。
本文将探讨中小型水电站水轮机的选型和优化问题。
中小型水电站的水轮机选型主要涉及到如下几个方面的因素：流量、落差、装机容量、负荷特性、水轮机类型等。
首先是流量问题。
水电站的流量可以通过对水库水位的监测和测算来得到，根据流量的大小来选择合适的水轮机类型。
一般来说，中小型水电站可以选择混流式和轴流式水轮机，这两种水轮机对于泄洪流量和低水位运行有较好的适应性。
其次是落差问题。
落差是指水电站下游水位与上游水位之差，也可以通过水库水位的监测和测算得到。
落差越大，水轮机的转速越高，可以选择高速水轮机；落差较小，则可以选择低速水轮机。
再次是装机容量问题。
装机容量是指水轮机的发电能力，一般以兆瓦为单位。
水电站的装机容量既要考虑水资源的利用情况，又要考虑电网负荷需求和经济性。
对于中小型水电站来说，装机容量一般在几十兆瓦到几百兆瓦之间。
负荷特性是指水轮机在不同负荷下的性能特点。
水电站在运行过程中，负荷会有所变化，因此水轮机在不同负荷下的效率、功率因数等性能指标都需要考虑。
最后是水轮机类型的选择。
常见的水轮机类型有混流式水轮机、轴流式水轮机、斜流式水轮机等。
中小型水电站一般可以选择混流式和轴流式水轮机，这两种类型的水轮机具有结构简单、效率高等优点。
对于中小型水电站水轮机的优化，可以从以下几个方面考虑。
首先是提高水轮机的效率。
通过优化水轮机的叶片形状、流道设计等技术手段，来提高水轮机的效率，减少能量损失。
其次是提高水轮机的可靠性和稳定性。
中小型水电站一般是地理条件较为复杂的山区，水轮机的可靠性和稳定性是至关重要的。
通过改进水轮机的结构和材料，提高其抗冲蚀性和耐磨性，来增强水轮机的可靠性和稳定性。
对于中小型水电站的运行和维护管理也需要进行优化。
及时进行设备巡检和维护保养，提前发现和解决问题，保证水轮机的正常运行。
浅谈小水电站增容改造的水轮机技术方案设计
浅谈小水电站增容改造的水轮机技术方案设计胡群娇【摘要】通过实例阐述了小型水电站增容改造水轮机技术方案设计的思路和方法,指出水轮机转轮的选型及结构设计与过流部件的配套改造,是制订增容改造技术方案的重点,是增容改造成功的关键.【期刊名称】《装备制造技术》【年(卷),期】2012(000)006【总页数】3页(P166-168)【关键词】水电站;增容改造;转轮选型;结构设计【作者】胡群娇【作者单位】南宁市川水发电设备技术有限公司,广西南宁530031【正文语种】中文【中图分类】TV742许多小水电站水轮发电机组经过多年运行后，普遍存在机组磨损老化严重、导水机构漏水增加、机组效率低及出力下降等问题。
同时，发电机绝缘老化，危及到电站的安全运行，存在着大修或更新改造的要求。
另一方面，近年来随着国家加大对水利基础设施建设的投入，也给小水电站的更新改造，提供了资金支持。
部分水资源条件较好的小水电站，都有借机组更新改造之机进行增容，通过提高机组出力增加发电量，提高发电收入，同时又能达到设备技术更新的设想。
但各个电站具体情况各异，技术方案设计需要通过实地考查，充分认证计算，并进行方案的比较、经济效益的分析后得出的。
笔者从事了多年的电站技术改造工作，积累了一些实践经验，在这里通过实例对电站水轮机组增容改造技术方案的设计思路和方法进行总结，谨与同行交流。
水电站进行增容改造，需要具备一定的条件：首先，丰水期要有较长时间和较大流量的弃水，即水资源条件具备；其次，增容改造原则上利用电站原有的水工建筑及机组的大部份零部件，只通过更换能通过较大流量的新型高效转轮，同时对过流部件进行配套改造；发电机则需要更换加大线径的定子、转子线圈，并采用新型绝缘材料，提高发电机的绝缘等级，以达到降低投资、增加出力的效果。
进行水轮机增容技术改造前，首先要掌握电站第一手确切资料，内容包括：（1）电站现有水轮发电机组机型、装机容量、设计出力、实际出力、投入运行年份等资料。
中小型水电站水轮机选型与优化的探讨
中小型水电站水轮机选型与优化的探讨水轮机是一种将水能转化为机械能的设备，被广泛应用于中小型水电站。
水轮机的选型与优化对于水电站的建设和运行具有重要意义。
本文将探讨中小型水电站水轮机选型与优化的相关问题，以期能够为该领域的研究和应用提供一定的参考。
一、中小型水电站水轮机的类型及选型原理中小型水电站的水轮机主要包括水轮式、混流式和斜流式等几种类型。
水轮机的选型需考虑到水轮机的叶轮叶片受流体力和引力作用而呈现的流动状态，并以流体动力学为基础，采用数值模拟或实验研究方法，结合实际工况及设备特性，选取最佳水轮机类型。
水轮机的选型主要受以下几个方面因素的影响：1.水电站的水头、流量和发电需求：水头和流量是水轮机的设计参数，需根据水电站的具体情况确定。
发电需求包括对水轮机的输出功率和效率的要求。
2.水力特性和流体动力学：不同类型的水轮机在不同水头和流量条件下有不同的效率和特性，需要根据水力条件确定最佳的水轮机类型。
3.水电站的地质和地形条件：地质和地形条件直接影响水轮机的安装和维护，需要选择适合实际条件的水轮机类型。
4.经济性和可靠性：水轮机的选型需考虑到其投资和运行成本，以及设备的可靠性和维护便捷性。
在确定了水轮机类型后，还需要进行水轮机参数的优化设计，以最大限度地提高水轮机的效率和性能。
二、中小型水电站水轮机性能的优化设计水轮机的性能优化设计主要包括叶轮、导叶和转子等部件的形状和结构优化，以及水轮机的调速和调节系统等方面。
性能优化设计的目标是提高水轮机的效率、稳定性和可靠性，降低设备成本和维护成本。
1.叶轮和导叶的形状和结构优化：叶轮和导叶是水轮机最关键的部件，其形状和结构对水轮机的性能有着重要影响。
通过数值模拟和实验研究，可以优化叶轮和导叶的外形曲线、叶片倾角和出口角等参数，以提高水轮机的水动力性能。
2.转子的结构优化：转子是水轮机的旋转部件，其结构参数和材料对水轮机的稳定性和可靠性有着决定性的影响。
优化转子的结构设计，可以减小转子的惯性力和扭矩，提高水轮机的响应速度和调速性能，降低设备运行中的振动和噪音。
探究中小型水电站水轮机增效扩容改造方案
条 件 下 配置 的 ．其 次是 当 时缺 乏相 关知 识 和技 术 ．因此 对相 关 原 水 轮 机 结 构 、原 有 部 件 及 土建 情 况 、引水 系统 结 构 形 式和 机
技 术 的认 识 不 够 ．在 水 电站 设 计 的 时候 ．从 而 造 成 了先 天 性 的 组 运 行 方 式 和 特 点 等 。
地 区 的 经济 发 展 。 中 小型 水 电站 增 效 扩 容 的 实现 成 为 了 时代 年 ５月份 投 产 发 电 。 更换 改造 后 出力 达 到 ３６．５ＭＷ 。
发 展 的要 求 。
２ 某 中型 水电站 水轮机现状 问题
３ 某 中型水 电站水轮机增效扩容改造方案
水 电 站 水 轮 机 增 效 扩 容 技 术 改 造 的 基 本 步 骤 为 ：详 细 了
缺 陷 。
而 分析 原 水 轮机 存 在 的问题 ，主要 是 了解 水 电站 存在 的 问
某 中型 水 电 站 位 于 南 方 地 区一 个 多雨 城 市 ．水 量 丰 富 ，为 题 ，并提 出初 步 的 解 决方 案 。而明 确机 组 改造 了 自然 条件 ．但 是 。该 水 电 站 所 在 地 区经 济 括 机 组 结构 、尺寸 ，发 电机 容 量 、主 轴及 其 他 部件 强度 ，土 建 、调
站水轮机的增效 扩容进行改造 ，从 而帮助 这些中小型水 电站提高工作效率 ，本 文将以一个中型水 电站为例 ，了解该水 电的运作现状 ，从 而找出
帮 助 其 增 效 扩 容 的 措 施和 办 法 。
【关键词 】中小型水 电站；水轮机 ；增效扩容 ；改造
【中图分 类号 】ＴＶ７３４
【文献标识码 】Ａ
状 况较 为 落 后 ，地 处 偏 僻 地 区 ．因此 相 关 设 施 设 备 的 使 用 ，都 速 器 容 量 限制 等 。 最后 ，水轮 机 组 的优 化 设 计 主要 是 水轮 机 转
中小型水电站水轮机选型与优化的探讨
中小型水电站水轮机选型与优化的探讨水电站的水轮机选型与优化是一个关键的环节，它直接影响到水电站的发电效率和经济效益。
本文将从水轮机的选型原则、水轮机的类型与特点、水轮机的优化等方面对中小型水电站水轮机的选型与优化进行探讨。
一、水轮机的选型原则水轮机的选型原则主要包括选择合适的装机容量、符合水头和流量条件、适应水力发电的要求等。
1.选择合适的装机容量中小型水电站通常装机容量较小，因此选择合适的装机容量是非常重要的。
一方面，要根据水资源条件、装机容量与水头的关系等因素进行合理的匹配，避免装机容量过大或过小导致发电效率低下；还要考虑电网需求和发电经济性等因素，选择合适的装机容量。
2.符合水头和流量条件水轮机的工作性能受到水头和流量的限制，因此在选型过程中必须考虑水头和流量条件。
一般来说，根据水轮机的闸门控制方式，可以区分为常规型和调节型：常规型水轮机适用于水头和流量变化较小的情况，而调节型水轮机适用于水头和流量变化较大的情况。
根据实际情况选择符合水头和流量条件的水轮机，可以使水电站的发电效率达到最优化。
3.适应水力发电的要求水轮机在选择时还需要考虑适应水力发电的要求，如安全可靠性、运行稳定性、运行维护便捷性等。
水轮机应具备良好的适应性，能够满足水力发电的需要，并具备较高的经济效益。
二、水轮机的类型与特点根据运行原理和结构特点，水轮机主要分为水轮发电机组和涡轮发电机组两大类。
根据叶轮的形状，又可分为斜流水轮机、径流水轮机和混流水轮机等。
1.水轮发电机组水轮发电机组主要由水轮机、发电机和辅助设备等组成，其主要特点包括结构简单、运行稳定、安全可靠等。
水轮机采用分配器或喷管导水，利用水的能量来驱动水轮机转动，再通过轴向流导叶或斜流导叶的作用，将水能转化为机械能，驱动发电机转动进行发电。
三、水轮机的优化水轮机的优化主要包括叶轮型式的选择、叶轮流道的设计和调整、水轮机性能的优化等方面。
1.叶轮型式的选择根据实际需求和水资源条件，选择合适的叶轮型式非常重要。
中小型水电站水轮机选型与优化的探讨
中小型水电站水轮机选型与优化的探讨水轮机是水电站发电的核心设备之一。
中小型水电站的水轮机的选型与优化是水电站项目建设中一个重要而复杂的问题。
本文将从水轮机类型选择、参数优化以及经济性分析等方面进行探讨。
1. 水轮机类型选择中小型水电站适用的水轮机类型主要有斜流式水轮机、混流式水轮机和轴流式水轮机。
斜流式水轮机适用于水头较高的水电站，转速较高，但效率相对较高；混流式水轮机适用于水头中等的场所，转速较低，但效率相对较高；轴流式水轮机适用于水头较低的场所，转速较低，但输出功率相对较高。
根据具体的水头和流量条件，选取合适的水轮机类型，以提高水电站的发电效率。
2. 水轮机参数优化水轮机参数优化是指在一定的水头和流量条件下，通过调整水轮机的各项参数，使水轮机运行更加稳定和高效。
主要涉及到叶片形状、角度、数量以及导叶和水轮机的流道设计等方面。
通过数值模拟和实际试验，优化水轮机参数，可以提高水轮机的效率和运行的稳定性，进而提高水电站的发电效益。
3. 经济性分析在进行水轮机选型和优化时，还需要进行经济性分析，确定最佳方案。
经济性分析主要包括投资回收期、净现值、内部收益率等指标。
通过对不同水轮机方案的经济性指标进行计算和比较，选取具有较低投资回收期、较高净现值和内部收益率的方案，以保证水电站项目能够盈利并获得较好的经济效益。
中小型水电站的水轮机选型与优化是一个复杂而重要的问题。
通过合理选择水轮机类型，优化水轮机参数，并进行经济性分析，可以提高水电站的发电效率和经济效益。
根据具体情况，还应考虑环境保护和可持续发展等因素，综合考虑各种因素，选择最佳的方案。
中小型水电站水轮机选型与优化的探讨
中小型水电站水轮机选型与优化的探讨水轮机是水力发电机组的核心组件，对于水电站的发电效率和经济效益具有重要影响。
水轮机选型与优化是建设中小型水电站的关键环节之一。
本文将从水轮机的选型原则、水轮机的优化设计以及水轮机选型与优化实例等方面进行探讨。
一、水轮机选型原则水轮机的选型原则主要包括：水电站的水能资源条件、投资成本和效益、效率和可靠性等。
具体包括以下几个方面：1. 水能资源条件水轮机的选型需要考虑水电站的水能资源条件，包括水头、水流量和水质等因素。
水头决定了水轮机的选型类型，高水头适合采用斜流式和混流式水轮机，低水头适合采用轴流式和螺旋桨式水轮机；水流量决定了水轮机的选型容量，大流量适合采用大容量水轮机，小流量适合采用小容量水轮机；水质决定了水轮机的选型材料，有些水质较腐蚀或含有颗粒物质的场合需要选用耐腐蚀材料或加装过滤装置。
2. 投资成本和效益水轮机的选型还需考虑投资成本和效益的平衡。
一方面，投资成本包括水轮机本体的价格和安装调试费用等，需与水电站的建设和运行费用相匹配。
效益包括水轮机的发电效率和运行可靠性等。
发电效率高的水轮机可以提高水电站的发电量，进而增加经济效益；运行可靠性高的水轮机可以减少维护和故障处理的费用，进一步提高经济效益。
3. 效率和可靠性水轮机的选型需考虑其效率和可靠性。
水轮机的效率是指水能转化为电能的比例，高效率的水轮机可以提高发电量。
水轮机的可靠性是指水轮机长期运行的稳定性和可靠性，高可靠性的水轮机可以减少停机维修的次数和时间，提高发电效益。
二、水轮机优化设计水轮机的优化设计主要包括流道设计、叶片设计和内部流场分析等。
1. 流道设计流道设计是水轮机优化设计的核心内容，它直接影响水轮机的发电效率和水能利用率。
流道设计需要考虑水轮机的水能资源条件，选择合适的流道类型（如斜流式、混流式、轴流式等）；还需考虑流道的流速、压力和转矩等参数的调整，以最大限度地提高水能转化效率。
2. 叶片设计叶片设计是水轮机优化设计的重要环节之一，它直接影响水轮机的水流动力学性能。
中小型水电站水轮机选型与优化的探讨
中小型水电站水轮机选型与优化的探讨
中小型水电站的水轮机选型与优化是水电站设计中至关重要的环节。
水轮机的选型与优化直接关系到水电站的发电效率和经济效益。
水轮机的选型是指根据水电站的水头、流量以及其他相关参数来选择适合的水轮机类型。
一般而言，中小型水电站常使用的水轮机类型有混流式水轮机、轴流式水轮机和斜流式水轮机等。
混流式水轮机具有流量范围广、效率高、运行平稳等优点，适用于水头较低、流量较大的水电站。
而轴流式水轮机适用于水头较高、流量较小的水电站，其优点是结构简单、启闭特性好。
斜流式水轮机结构相对复杂，但由于其适应性强、效率高，因此在中小型水电站中也得到了广泛应用。
水轮机的选型还需要考虑到水轮机的调节性能和启闭性能。
调节性能是指水轮机对于水电站负荷变化的适应能力，启闭性能是指水轮机的启闭速度和启闭损失。
水轮机的调节性能和启闭性能直接关系到水电站的运行稳定性和响应能力。
优化是指在水轮机选型的基础上，通过改善水轮机的结构和性能来提高水轮机的运行效率。
优化可以从水轮机的流线型设计、材料选择以及附件配套等方面入手。
流线型设计是优化中一个重要的方面。
优化水轮机的流线型设计可以通过减小流阻、减小损失、提高扬程等方式来提高水轮机的效率。
材料选择是优化中另一个重要的方面。
水轮机的材料选择要考虑到其抗腐蚀性、耐磨性、强度等特性，以保证水轮机的长期稳定运行。
附件配套是指水轮机的辅助设备，如发电机、控制系统等的优化，以保证水轮机的正常运行。
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摘 要：小型水电站增效扩容改造工作中，立轴混流式水轮机由于受原已经建成的水工建筑物及机组流道的限制，转 轮直径、导叶高度、尾水管尺寸等改造难度很大。结合横山庙水电站增效扩容改造的机组选型设计，对立轴混流式机组改 造的转轮选型及流道匹配进行了较为深入的研究，总结出了充分利用原水轮机预埋部件，选择性能优良的合适水轮机转 轮，并进行流道匹配的改造方法，在技 术 上 可 行、 经 济 上 合 理、 工 程 质 量 可 控 的 前 提 下， 增 容 幅 度 可 达 到 ２５％ 的 良 好 效 果。图３幅，表１个。
小 水 电 ２０１６ 年 第 ５ 期 （总 第 １９１ 期 ） 技 术 改 造
小型立轴混流式水轮机增效扩容改造 选型及流道匹配
杨中瑞，李爱民，余建军
（四川水利职业技术学院，四川 都江堰 ６１１８３０）
（５） 电站装机容量小，投资规模小，应尽可能 从已有的转轮中选择。
综合以上因素，在现有转轮中进行选择，经查 询比较，发现转 轮 ＨＬ７３４ 的 结 构 与 性 能 参 数 比 较 适合于该水轮机改造项目 （见表１）。
表 １ ＨＬ７３４ 水 轮 机 参 数
项目名称
模型 参数
原型参数
转轮型号
ＨＬ７３４ ＨＬ７３４—ＬＪ—１３２
横山庙水电站机组自建成就存在先天缺陷，且 已进行过一次改造，属立轴混流式水轮发电机组， 其改造难度大，技术复杂。笔者先后参与了改造项 目初步设计报告编制、招标技术文件和技术协议拟 定，并参与了改造工程实施的各个阶段，确定了水 轮机改造实施方案，在参建各方的共同努力下，达
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技 术 改 造 ＳＭＡＬＬ ＨＹＤＲＯ ＰＯＷＥＲ ２０１６ Ｎｏ．５，Ｔｏｔａｌ Ｎｏ．１９１
ＨＬ１２３ （ＨＬ２４０） 转轮套用于本电站，造成水轮机 实际运行时严重偏离最优工况，效率低，振动大， 不能达到设计出力，严重时剧烈振动，根本不能正 常运行。
为解决该电站机组不能正常运行的问题，原机 组生产厂家分别于１９８９ 年 对 ２ 号 水 轮 机、１９９５ 年 对１号水轮机进行了技术改造；主要改造手段是更 换转轮，改造 流 道， 将 原 导 叶 高 度 由５１１ｍｍ降 低 为３５０ｍｍ。改造后 机 组 出 力 较 改 造 前 有 较 大 提 高， 基本解决了不能正常运行的问题，但仍未达到原设 计 出 力 为 ２×３ ２００ｋＷ的 目 标 。
决了原机 组 不 能 运 行 的 问 题， 出 力 也 有 较 大 的 提 高。难能可贵的是当年的改造者大胆将原导叶高度 从５１１ｍｍ降低 为３５０ｍｍ，并 对 流 道 采 取 了 一 系 列 的改造措施，较好地进行了流道匹配，改善了运行 工况，打破了立轴混流式机组转轮和流道很难改造 的神秘感，为后面的增效扩容改造开拓了思路。
鉴于横山庙水电站水轮机存在的历史遗留问 题，为保证机组可靠、稳定地运行，原机组生产厂 家对２台水轮机进行了改造； 其 中：２ 号 水 轮 机 于 １９８９ 年 改 造 为 ＨＬＤ１５０—ＬＪ—１４０， 额 定 出 力 为 ３ ３８０ｋＷ；１号水轮机于 １９９５年改造为 ＨＬＤ２５０— ＬＪ—１４０， 额 定 出 力 为３ ０３０ｋＷ。
足够的结构空间进行流道匹配。 （２） 按照增效扩容 改 造 相 关 政 策 性 文 件 要 求，
初步拟定 新 发 电 机 额 定 效 率 为 ９５％， 水 轮 机 额 定 效 率 为 ９０％ ， 则 水 轮 机 额 定 出 力 应 达 到４ ２１０ｋＷ， 额 定 单 位 流 量 应 大 于 ０．８９ ｍ３／ｓ。
（１） 水轮机是立轴混流式，原预埋部件不能更 换，如果选择全新水轮机，更换预埋部件，施工难
小 水 电 ２０１６ 年 第 ５ 期 （总 第 １９１ 期 ） 技 术 改 造
度极大，代价极高，以致于无法实施。 （２） 原水轮机已进行过一次改造，改变了原流
由于受当时诸多因素影响，技术管理不规范， 可供 选 择 的 机 型 较 少， 将３０ｍ 左 右 水 头 段 的
收 稿 日 期 ：２０１６－０６－２０ 作者简介：杨中瑞 （１９７２－），男，讲师，主 要 从 事 水 电 站
管理、教学、设计与咨询等方面的工作。 Ｅ－ｍａｉｌ：４０８５３９５９４＠ｑｑ．ｃｏｍ
２０１１年，玉溪 河 灌 区 按 照 四 川 省 水 利 厅 关 于 “再造一个 都 江 堰 ” 的 工 作 部 署， 决 定 扩 大 灌 区， 增加引用流量；而横山庙水电站处于灌区第一级电 站，在水头不变、流量增加的条件下有增大装机容 量的可能。２０１２ 年， 四 川 省 启 动 了 农 村 水 电 站 增 效扩容改造项目，横山庙水电站符合增效扩容的相 关政策，业主积极组织改造项目的申报工作，确定 了 增 效 扩 容 目 标 为 ２×４ ０００ｋＷ。
横山庙水电站隶属于四川省玉溪河灌区管理 局，是玉溪河灌区干渠流域开发的第一级电站，上 接玉溪河灌区取水枢纽，下接玉溪河管理局赵沟电 站。电站于１９７７年７月动 工 兴 建，１９７８ 年 ５ 月 第 一台机组投 入 运 行，１９８０ 年 ３ 月 第 二 台 机 组 投 入 运行。电站原设计装机容量２×３ ２００ｋＷ， 设计水 头４３ｍ，引用流 量 ２×１０ｍ３／ｓ，采 用 立 轴 混 流 式 水 轮发电机组。
转轮直径 Ｄ１／ｍｍ
３５２ １ ３２０
转轮叶片数 Ｚ／个
１３
１３
活动导叶数 Ｚ０／个
２４
１６
导叶分布圆直径 Ｄ０／ｍｍ ４１３．３ １ ６７０
活动导叶高度 Ｂ０／ｍｍ
１０７
４０２
最优单位转速ｎ１０′／ （ｒ·ｍｉｎ－１） ７６．６４ ７６．４
最 优 单 位 流 量 Ｑ１０′／ （ｍ３·ｓ－１） ０．９ ０３８ ０．９３２
（３） 原水轮机额定转速为３００ｒ／ｍｉｎ，为减 少 改 造后发电机机墩、基础部件的受力变化影响，新转 速应在 ３００～３７５ｒ／ｍｉｎ范 围 内 选 择 较 为 合 理， 则 单 位 转 速 应 在 ６５～８０ｒ／ｍｉｎ之 间 。
（４） 水轮机导叶相 对 为 ０．３６５， 导 叶 绝 对 高 度 为５１１ｍｍ，需要降低导叶高度来进行改造， 现有转 轮中 相 近 的 常 用 转 轮 导 叶 相 对 高 度 有 ０．３１５、 ０．３０５、０．２５。如 果 选 择 ０．３１５， 改 造 后 导 叶 高 度 应为４４１ｍｍ，则 上 下 护 板 高 度 应 为３５ｍｍ，尺 寸 过 小，制造 加 工 和 安 装 精 度 将 无 法 保 证， 施 工 难 度 大；如果 选 择 ０．２５， 转 轮 过 流 能 力 小， 转 轮 出 口 与尾水 锥 管 匹 配 难 度 大； 因 此， 新 水 轮 机 选 择 为 ０．３０５ 较 为 合 适 。
道尺寸，但部分改造资料已缺失，如在第一次改造 的基础上进行再次改造，将存在巨大的技术风险； 如果数据测量和加工精度不能满足要求，技术论证 不充分，方案选择不合理，将可能造成无法正常实 施，即使实施改造，也可能达不到理想的效果。
（３） 如果将水轮机流道再次恢复到原尺寸，在 此基础上进行改造，又将铲除第一次改造增加的座 环护板，根据新选配的转轮进行流道匹配。
此次改造主要是重新设计适用于本电站水力条 件的新型转轮 Ｄ１５０、Ｄ２５０， 并 根 据 新 转 轮 的 结 构 特性，在原座环上、下环增加了护板，将原导叶高 度从５１１ｍｍ降 低 为３５０ｍｍ，重 新 设 计、 加 工 下 止 漏环、底环、活动导叶、顶盖、导叶传动机构、密 封装置等。
遗憾的是由于时间久远，２ 个 改 造 转 轮 的 特 性 曲线已无从查找，不能对其性能进行准确地分析， 但从实际运行效果来看，２ 台水轮 机 改 造 后 基 本 解 · ３８ ·
在此改造原则基础上，签订正式的水轮机改造 技术协议，最终确定水轮机改造实施方案。 ４．３ 水 轮 机 选 型
改 造 原 则 要 求 恢 复 到 原 ＨＬ１２３—ＬＪ—１４０ 水 轮机座环流道尺寸，重新根据增效扩容目标参数选
型并进行流道匹配，需从以下几个方面考虑： （１） 新转轮直径 Ｄ１ 应 小 于 或 等 于１．４ｍ，才 有
４ 方案的确定
根据２０１２年四 川 省 农 村 水 电 站 增 效 扩 容 改 造 项目相关政策文件精神和横山庙水电站实际情况， 在编制增效扩容改造项目初步设计报告时，水文、 动能、机电等相关专业技术人员进行了充分论证和 比较，确定了该电站增效扩容改造目标：也就是在 不改造原水工建筑物，不提高运行水头的前提下， 使电站 装 机 容 量 达 到 ２×４ ０００ｋＷ， 增 容 幅 度 为 ２５％ ； 考 虑 到 扩 容 后 流 量 增 加 流 道 水 力 损 失 加 大 的 影响，增 容 后 额 定 水 头 为４２ｍ。在 此 目 标 的 要 求 下，淘汰落后产能设备，改造、更换机电设备，达 到增效扩容的目的。 ４．１ 水 轮 机 改 造 的 难 点 分 析
关键词：水电站；增效扩容；机组选型；流道匹配
１ 概 述
水轮机改造是水电站增效扩容改造过程中一项 非常重要的工作，直接影响改造的整体效果；而对 数量众多的立轴混流式机组改造，由于受原已经建 成的水工建筑物以及机组流道的限制，一般认为转 轮直径、导叶高度、尾水管尺寸等很难改变，改造 过程中转轮选型及流道匹配难度很大。四川省玉溪 河灌区管理局横山庙水电站增效扩容改造工程在参 建各方的共同努力下，通过合理的水轮机选型和流 道匹配，取得了较好的改造效果。
（１） 铲除第一次改造时增加的座环护板，恢复 原水轮机座环尺寸。
（２） 更换除水轮机预埋部分件外所有部件，重 新选择符合电站水力条件和增容目标要求的新型转 轮，重新进行流道匹配。
（３） 改造后新部件的结构应满足原预埋部件的 配合尺寸和高程要求。
（４） 严格控制制造、加工、安装质量，尽量减 少现场施工难度，确保质量和工期。
最 优 效 率ηＭ０／％
到了理想的改造效果。
２ 原水轮机主要参数及特性
横山 庙 水 电 站 水 轮 机 原 设 计 选 用 ＨＬ１２３— ＬＪ—１４０，设计 水 头４３ｍ，设 计 流 量１０ｍ３／ｓ，设 计