水电站水力机械

水力机械通常指将水流能量（动能、势能）与旋转机械能之间进行相互转换的机械设备。水电站水力机械主要包括水轮机、水泵水轮机和蓄能泵等。而水电站水力机械专业的主要工作范围则主要包括水轮机/水泵水轮机、进水阀、调速系统、全厂水力机械辅助设备系统等的设计、制造、安装和运行管理。

水轮机/水泵水轮机一般根据其转轮所转换水流能量的形式不同和水流通过转轮的方向不同分为不同的类型。大中型水电站常用的有混流式水轮机、轴流转桨式水轮机、灯泡贯流式水轮机、水斗式水轮机、单级混流式水泵水轮机等。

混流式水轮机的使用水头范围较广，一般在30米-700米，机组结构简单，运行稳定且效率高，是应用最广泛的一种水轮机，近年来的发展趋势是高水头、大容量和高效率。目前世界上混流式水轮机单机最大输出功率已达81.2万千瓦（中国向家坝水电站）。国内已有三峡、龙滩、拉西瓦、小湾等一批水电站的70万千瓦级大型混流式水轮机投入运行。

轴流转桨式水轮机多用于中低水头大流量的水电站，水头适用范围3米-80米，其转轮叶片可以根据运行工况的变化而转动，从而扩大了高效率区范围，结构相对复杂，应用不断向高水头、大尺寸发展。目前世界上尺寸最大的轴流转桨式水轮机安装在中国葛洲坝水电站，转轮直径11.3米，额定功率17.77万千瓦。

灯泡贯流式水轮机是一种过流通道呈直线的卧轴轴流式水轮机，水头适用范围3米-30米，其结构紧凑，效率较高。随着国内低水头径流式水电资源的开发，灯泡贯流式水轮机已被广泛采用。目前国内灯泡贯流式水轮机输出功率最大为5.85万千瓦（桥巩水电站），使用水头最高27.3米（洪江水电站），转轮直径最大7.5米（长洲水电站）。

水斗式水轮机仅利用水流动能做功的水轮机，其使用水头范围一般在300米-1700米。发展趋势是提高单个喷嘴的比转速和继续增加喷嘴的数量，以适应更高水头电站的需要。目前世界上最大的水斗式水轮机机组额定功率为42万千瓦（瑞士Bieudron电站），其使用水头也最高，为1883米。国内已投运的水斗式水轮机机组单机额定功率最大为140万千瓦（金窝水电站），应用水头最高的是天湖水电站，额定水头1022.4米。

单级混流式水泵水轮机是抽水蓄能电站使用最为广泛的机型，既可作为水轮机运行、将水流能量转变为旋转机械能，又可作为蓄能泵运行、将旋转机械能转变为水流能量。目前世界上使用水头最高的单级混流式水泵水轮机在日本的葛野川(Kazunogawa)电站，水轮机工况的最大水头为728米，最大输出功率41.2万千瓦，水泵工况的最高扬程为778米，最大抽水流量50.3立方米/秒，转速500转/秒。日本神流川(Kannagawa)抽水蓄能电站的单级混流式水泵水轮机在水轮机工况额定水头653米下的输出功率为46.3万千瓦。国内使用水头最高的单级混流式水泵水轮机在西龙池抽水蓄能电站，水轮机工况的最大水头为687.7米，额定功率30.6万千瓦，水泵工况的最高扬程为703米。

（水电顾问集团  戴康俊/供稿）