摘要：灯泡贯流式机组具有适用水头低、过机流量大、效率高等特点，已广泛用于开发低水头水力资源。针对该机型运行过程中受水质、水中漂浮物、导叶与浆叶协联和气蚀、尾水位变化等对机组安全高效运行的影响，提出了密切关注机组运行工况、优化调度以使机组安全高效运行。
关键词：效率；水质；漂浮物；协联；气蚀；尾水位
灯泡贯流式机组主要应用在江河下游低水头电站，具有低水头、过机流量大、机组效率高、结构简单、运行方式多、见效快等众多优点，在生态环境方面有独特的优势，已广泛用于开发低水头水力资源。在江河中下游水库，一般库容小、工作水头低，河水及其携带的各种悬浮物和泥沙在库区停留时间较短，河水自净化能力差，机组运行于这种水动力环境中其安全、高效运行必然构成一定的危害。归结起来主要有水质、水中漂浮物、导叶与浆叶协联、气蚀、尾水位变化等因素，这些影响因素严重时甚至威胁到机组的安全稳定运行。本文将结合实际谈谈影响灯泡贯流式机组安全高效运行的因素。
一 灯泡贯流式机组特点
1、水头低、机组过流量大。灯泡贯流式水轮发电机组是为开发低水头水利资源而设计，安装在河流的下游或潮汐电站，机组过流量相当大。
2、流道结构。灯泡贯流式水轮机组的流道由圆锥形导水机构和直锥扩散形或S形尾水管组成。机组从流道进口到尾水管出口水流沿轴向几乎呈直线流动，避免了水流拐弯形成流速分布不均导致水力损失增加和流态变坏，具有很高的水力效率。
3、支撑方式。灯泡贯流式机组外形如白织灯灯泡，整个灯泡是一个大型薄壳外压容器，除承压机组自重外，还需承压水压力、浮力、正向推力、反向推力、振动力矩、电磁力矩、等荷载。主支撑由管型座,管型座由内外两部分组成，上下支柱为管型座的主要组成部分，各种荷载主要通过管型座传递给基础。支柱设为空心，为运行检修人员的上下通道。在灯泡底部设有一个球型支撑，允许灯泡头有微小的变形并可减少振动。
4、导水机构与叶轮。灯泡贯流式水轮发电机组导叶设计成斜向式布置，呈圆锥形固定在内外导环上，转轮与导叶在同一直线上。为提高机组效率，导叶与轮叶设计成双调节，即轮叶开度随水头、导叶开度的变化进行协联调节。
二 影响灯泡贯流式机组安全、高效运行的因素
通过对灯泡贯流式机组运行观测数据的分析，发现水质、漂浮物、导叶与轮叶的协联关系、气蚀、尾水位的变化等对灯泡贯流式机组安全高效运行的影响较大，现就针对以上影响因素进行分析。
1、水质与水中漂浮物
水质均匀、导叶开度变化比较小时，流过水轮机的水流态势较为稳定。当水中含有大量的漂浮物（如上游发生洪水）时，水流流态发生变化，水流间激烈碰撞并产生二次分流，水流的能量在相互碰撞过程中大量消耗，传递给机组的有效能量减少，直接影响机组的效率。水中漂浮物经过转轮时，浆叶切割漂浮物，转轮运动受阻并产生振动，影响机组出力也将危害机组安全运行。为减少漂浮物对机组效率的影响，在远离进水口处安装导飘设施，以便将漂浮物导向排污处。
2、导叶与轮叶的协联程度
灯泡贯流式机组转轮均一般设计为转浆式结构，轮叶随水头、导叶开度的变化进行协联调节。轮叶与导叶的协联是调速器根据水头输入的不同而自动的运行在不同水头对应的协联曲线。
运行过程中，轮叶与导叶按给定的协联曲线进行严格协联。当出现调速器电气控制回路故障、导叶接力器及调速环故障及开度传感器故障或精度不高等情况时，机组协联关系将可能被严重破环，机组的出力急剧下降并产生强烈振动，严重威胁机组安全运行。如协联发生了严重变化，机组效率远低于正常值，甚至可能低于10%以下。运行过程中协联不正常时应及时对导叶、轮叶开度进行纠偏，并校核传感器的精度，必要时更换新的精度更高的开度传感器，避免和减少机组导叶、轮叶协联关系严重破坏的情况发生。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆灯泡贯流式水轮发电机组在同一有效水头下运行与不同的协联曲线下机组出力差别也较为明显。机组有效水头和导叶开度相同的情况下机组运行在不同的协联曲线下出力相差较大，即机组的效率不一样。实际运行过程中确保机组调速器及调速系统硬件、软件设备正常，并根据机组实际运行水头及时改变协联曲线，保证机组安全高效运行。
3、贴在拦污栅上的污物
灯泡贯流式水轮发电机组进水口都安装有大面积拦污栅，防大的物体进入流道破坏机组。由于该机型一般安装在江河中下游水库运行水头低、库容小、河水自净化能力低，河中各类垃圾较多，缩小了拦污栅的过水面积。拦污栅前后水头损失严重时达好几米，降低了机组的运行水头、形成了较大的水压差，破坏了进入流道的水流流态引起机组振动，大大降低机组效率；拦污栅堵塞严重时，常有导水叶开度不断增大，但是机组负荷并不明显增大的情况。为避免悬浮物对机组效率的不利影响，在机组上游安装拦污漂排，清污机等拦污清污设施。拦污漂排拦住上层悬浮物并改变其运动方向，在泄洪期通过水流自然流走，也可以通过船只打捞上岸作无害化处理。贴附在拦污栅上的悬浮物，可以用清污机打捞清除上岸作处理。
4、尾水位变化的影响
尾水位的抬高是影响机组效率的重要因素。长时间泄洪、下游河床砺石堆积使部分河床逐步抬高，均导致机组净水头下降，影响机组效率。因此，机组运行一段时间必须对下游河床进行整治，恢复原河床高度。做好水库科学调度，如上游来水量不大时尽量少安排机组运行台数，使机组尽量满负荷运行，此时机组下泄流量少，尾水抬高相对较少，水头利用充分。灯泡贯流式水轮发电机组一般安装在江河的中下游，该区域常承担着航运、城市供水和旅游等任务，电站运行过程中需要处理好机组效率和社会效益的关系，如在非洪水期来水量较小时电站希望开尽量少的机组满足泄水要求，而航运则需要较大水量。所以加强与各行业、各部门的沟通协调对提高水能利用率尤为重要。
5、机组过水部件气蚀
机组过水部件难免不发生气蚀，当机组气蚀量过大时机组效率下降。如导叶、内外导环、转轮及转轮室气蚀时，导叶与轮叶的端面间隙变大，一部分水从间隙流出，而这部分水动量方向为轴向、不做功，即做无用功，同时导叶与轮叶叶面发生气蚀使叶面曲线发生变化，改变了水流方向，导致机组效率下降。因此，机组应尽量在最优工况下运行，避免低水头、小负荷运行，以免机组气蚀。注意机组流道的气蚀量，随时进行修补。
6、机组振动
水力振动是机组振动的最重要干扰源，对于灯泡贯流式水轮机，水力振动主要由涡带振动、卡门涡列、狭缝射流、协联关系不合理等原因引起。当机组在低水头、低负荷下运行时，转轮叶片冲角变化较大使叶片产生强烈的脱流旋涡，使机组气蚀现象严重，同时引起机组振动和尾水管振动。上下游水位变化波动较大、上游拦污珊堵塞造成水力压差过大、机组协联不合理等情况都有可能引起机组的振动。振动对机组的各部件损害极大，增加了轴向与瓦之间的摩擦，危害机组安全运行，还消耗了机组能量。运行中若发现机组振动过大，则需查找原因，可采取调整机组负荷、调整机组浆叶与导叶协联、清理拦污栅上垃圾等方法解决。
电站运行维护过程中应强化质量，加强对发电设备及其辅助设备及时有效的管理。及时处理缺陷，减少和避免机组带缺陷、故障运行，同时提高设备的检修质量，减少设备非计划停运的概率对灯泡贯流式水轮发电机组高效稳定运行也有重要意义。
三 结语
灯泡贯流式水轮发电机组的效率与发电企业效益直接相关。机组运行过程中应密切关注机组运行工况、调节好库区上下游水位、检查机组的气蚀及振动情况和拦污栅的阻塞程度并优化调度等，以保证机组安全高效运行。
参考资料：
[1]水轮机调速器与油压装置技术条件 GB/T 9652.1-2007
[2]水轮发电机运行规程 DL/T 751-2001
[3]灯泡贯流式水轮发电机组运行与检修．中国水利水电出版社2006。
[4]王蕴莹．水轮机（第二版）。中国水利水电出版社2007。
论文作者:黄刚威
论文发表刊物:《电力设备》2018年第30期
论文发表时间:2019/4/11
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