摘要：近年来随着全球能源危机和环境恶化问题的日益加剧，我国正在进行能源结构调整，大力开发水能、风能、太阳能等清洁型可再生资源。对于水力资源来说，目前对低水头水力资源的开发技术已经趋于成熟，并不断向高水头、大容量和大尺寸的方向发展。当前灯泡贯流式水轮机因为具有低水头、流量大、投资少、效率高等优点而被广泛应用。但是在实际应用过程中，容易出现出力受阻而无法满足额定出力要求的问题。
关键词：灯泡贯流式；水轮机效率；措施
1贯流式机组特点
1.1低水头、过流量大
贯流式机组为开发低水头水资源而设计，安装在河流的下游或潮汐电站，机组的过流量相当大。
1.2流道结构及布置方式
贯流式水轮机的流道形式与轴流式水轮机不同。为确保向导水机构均匀供水和形成必要的环量，保证导叶较平滑绕流，其流道未设置蜗壳，流道由圆锥形导水机构和直锥扩散形或S型尾水管组成。机组通常采卧轴式布置，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的流速分布不均而导致的水流损失和流态变坏，水流平顺，水力损失小，尾水管恢复性能好，水力效率高。
1.3支撑方式
整个灯泡是一个大型薄壳外压容器，除承受机组自重外，还需承受水压力、浮力、正向水推力、反向水推力、振动力矩、电磁力矩等荷载，因此灯泡机组的支撑体十分重要。主支撑由管型座（俗称座环）承担。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，以作为运行检修人员的上下通道。在灯泡头底部设有一个球型支撑，允许灯泡头（即轴向和径向）有微小的变形并可减少振动。灯泡头两侧还装有两个横向支撑，与管型座、球支撑共同对灯泡形成一个稳定的支撑结构。
2灯泡贯流式水轮机效率问题
2.1拦污栅被杂物堵塞
灯泡贯流式水轮机的拦污栅与传统引水式高水头电站的设计不同，其具有跨度更大且高度更高的进水口拦污栅，正因如此，拦污栅具有较大的主梁截面和较多的主梁数量。由于灯泡贯流式机组通常建设在江河的中下游，较多的主梁数在水流经过时会造成一部分的水头损失，但是其最主要的问题还是水中的杂物被拦污栅拦截时会对拦污栅的栅孔产生堵塞，从而减少其过水面积，增加水头损失。尤其在丰水期内，由于水流量较大，水中的杂物较多，拦污栅被堵塞的问题更为严重，如果清理不及时，很容易导致拦污栅前后存在几十厘米甚至几米的水位差，大大降低水轮机组的出力，并会使机组出现振动问题。
2.2水轮机水头参数的设计问题
灯泡贯流式水轮机的出力与水头参数具有直接的关系，其具有低水头大流量的径流式结构，所以在对其额定水头参数设计时不宜采用加权平均的方法进行选择，而是应该采用概率统计的计算方法，不仅需要满足发电水头和发电流量同时出现的要求，还要考虑水电站下游水位和流量的关系，如果额定水头设计偏高，加之装机规模较大，容易引起机组出力不足的问题。
2.3尾水位变化的问题
灯泡贯流式水轮机水头还与下游水位—流量关系曲线有关，并容易受到下游尾水位变化的影响。在水电站建设的过程中，如果存在没有严格按照设计图纸、规程规范要求进行施工的情况，会导致工程高度的控制以及下游疏浚没有达到设计要求，从而影响水电站的建设质量，甚至存在下游围堰拆除不彻底以及尾水渠左岸挡水墙的临时码头没有清理干净而阻碍下游流道的畅通，造成尾水位超过规定的0.3m 的高度，而降低机组水头，影响机组出力的问题。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆此外，机组经过长时间的泄洪运行之后，容易出现下游河床砂砾石堆积的问题，也会造成河床被抬高，从而提高尾水位，降低机组水头和出力。
3应对措施
3.1对机组参数进行科学设计
对灯泡贯流式水轮机组的额定水头设计时，应严格按照水头与流量相互适应的原则进行确定，而且在设计过程中应充分考虑流道中水头的损失以及局部水头损失的情况，在计算时留出至少不低于0.5m的设计裕量；为提高水轮机的水力效率，需要对流道进行优化设计，并尽可能提高尾水管的动能回收率；为了增加流量和出力，在对水轮机转轮叶片进行设计时，适当增大叶片的出口角；最后还应对拦污栅的结构进行优化和改进，如采用导流板式或旋转式的拦污栅，来对水流的流态进行改善，并尽量减小水头损失，提高拦污栅的过流净面积。
3.2提高水轮机的制造与安装质量
在制造导水机构、转轮叶片、导叶内外环时，应采用精度较高的数控加工工艺，以确保这些过流部件的运行效率和表面质量符合设计要求，并在满足要求的基础上尽量减少制造误差，而且在对焊接结构进行加工时，采用自动焊接等新工艺可避免出现环形焊接构件出现变形的问题；在安装过流部件时，不仅要严格执行安装规程和进行质量控制，还要采取相应的技术措施对导叶与轮叶的断面间隙、导（桨）叶的开口均匀性、转角同步性等进行精确控制，并在装配过程中对上述参数进行检验，确保产品性能。
3.3正确对待模型水轮机的效率
（1）不必过高追求模型水轮机的最高效率。效率高当然好；但是容易造成厂家为了效率而过分减薄叶片厚度而造成其刚强度不足，否则易形成叶片裂纹等故障。而且，最高效率点不一定落在水轮机运行区内，大多落在运行区外，对于低水头电站很常见。当然也应有一定要求，这个指标代表了一个水轮机厂的研发水平，太低了也不合适，但不必过分追求高指标。（2）水轮机额定工况点效率一般不作规定。因为规定了额定工况点效率就基本上决定了转轮直径，而转轮直径应由制造厂根据转轮模型试验成果来加以决定，并要基本上满足标书附图上流道的尺寸要求，尤其不能规定太高；否则厂家就会以加大转轮直径来满足额定点效率要求，就会造成发电机额定转速下降，增加了发电机重量与投资；而且也会延长了流道长度，增加土建投资，而运行在满负荷或大负荷区则效率稍高一点；若运行在小负荷区则远离最优工况点太多，效率下降较多，甚至影响水轮机稳定运行性能。所以，一般由厂家试算多年加权效率之后，才最后决转轮直径，才能给出额定工况点效率。
3.4水轮机安装高程应在水轮机所有参数确定后重新校核
虽然水轮机安装高程在招标时已经基本确定，但是，在招标后特别是水轮机模型验收后，如果机组参数有所变化，应重新核算水轮轮安装高程是否合适。将水轮机叶片或转轮室造成空蚀，这种现象在有些电站己经发生。另外，要严格控叶片质量，防止质量缺陷造成叶片空蚀甚至裂纹，这在有些电站亦曾发生，切不可因为贯流式水轮机一般空蚀比较轻微而忽视。
4结束语
目前，灯泡贯流式水轮机在低水头、大流量的水力开发市场中具有广泛的应用前景，针对其在运行过程中容易出现的出力不足问题，本文分析其原因主要是拦污栅被杂物堵塞、水轮机水头参数的设计、尾水位变化以及空蚀与振动等，需要对机组参数进行科学设计，提高水轮机的制造与安装质量，优化机组的运行方式，改善水轮机出力不足的问题，以提高水电站对水力资源的利用效率，提高水电企业的经济效益。
参考文献：
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［3］宋厚彬，李正贵.协联曲线修改对灯泡式贯流式水轮机组的影响［J］.甘肃科学学报，2016（4）：145-149.
论文作者:金光强
论文发表刊物:《基层建设》2019年第1期
论文发表时间:2019/4/2
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