摘要：现如今，高水头水斗式水轮机在国外的应用越来越广泛，但国内对扩大高水头水斗式水轮机应用开发技术仍旧十分欠缺，同时，在我国的高水头电站对水斗式水轮机的应用也比较少见，同时在使用中发生了很多的断斗事故。经济发展是国家的命脉，我国经济现如今正处于蓬勃发展状态，而高水头水斗式水轮机电站的开发具有非常高的经济效益，在一定程度上可以促进社会的经济全面发展。本文通过对国内以及国外不同厂家、不同电站的调查研究，对如何扩大高水头水斗式水轮机的应用措施做出了分析，为众多的国内同行提供了未来的研究方向和工作参考。
关键词：扩大；高水头；水斗式水轮机；应用措施
引言
随着社会发展的不断进步，各个领域的发展情况都十分激烈，水轮机的发展也随之越来越迅速，现如今已经由最早的传统水车转变成了具有现代化、科技化的水轮机。其实确切的说传统的水车应该属于冲击式水轮机，而水轮机的类型也不尽相同，水轮机的类型还包括反击式水轮机和水斗式水轮机。就目前的情况而言，发展前景比较良好的应属于反击式水轮机和水斗式水轮机。因为相对这两类水轮机来说，冲击式水轮机由于没有形成严谨、系统的理论体系，这就从一定程度上限制了其快速发展，导致冲击式水轮机的发展远远落后于反击式和水斗式。而本文着重研究的是水斗式水轮机在高水头电站的应用，并就如何扩大这一应用深入进行讨论。
一、水斗式水轮机的基本原理
如果要说起水斗式水轮机的基本原理，那么就不得不提起上个世纪60年代初前苏联的一位伟大人物，他的中文名字可翻译为埃杰尔，他的著作《水斗式水轮机》（中文翻译）具有极高的历史意义和价值。作为一个认真且诚挚的探索者，他率先对水斗式水轮机进行了深入探索，并通过多个角度全面的对水斗式水轮机进行论述，他曾在书中提到“如果说在反击式水轮机科研领域，已经有了严谨的理想流体绕流理论的话，那么，在水斗式水轮机里，这样的理论还没有找到”。这句话也说出了他毕生的追求，就是对水斗式水轮机永无止境的研究。总而言之，这位伟大的埃杰尔先生为后人对水斗式水轮机的探讨树立了榜样，指明了方向，并且留下了自己独特的见解供后人参考和深入研究，从而在他的研究基础上揭示水斗式水轮机的工作原理。
水斗式水轮机的基本理论就是通过对一些涉及到水轮机的因素进行深入研究，在不断尝试中，逐步发展，最终确定下来的。研究因素包括能量之间的换算、射流入射角、轮转的速度比、射流对轮转的作用力等等，通过这些因素的对应关系，从而得出水斗式水轮机的基本方程式。首先，在运行速度比不同的水斗式水轮机中，当运行速度比为0.5时，效率可达最高；其次，需要清楚的是，水斗式水轮机的单位转速是运行速度的83.3178倍；最后，由于实际水轮在工作过程中，会产生各种各样的能量损失，因此，实际水斗式水轮机的最优单位转速大约在40左右，则可得实际水斗式水轮机的最优速度比约等于0.48，这也是设计水斗式水轮机必须遵从的转速第一原则，而按其他理论以及规范所设定的水斗式水轮机的转速，是没有理论依据的，无法被大众接受。总之，科研水斗式水轮机基本原理这一工作意义非凡，为水斗式水轮机的广泛应用奠定了理论基础。
二、高水头水斗式水轮机的应用措施
1.问题的提出
水斗式转轮在高速射流作用下，会容易造成水斗疲劳，这是由于其产生的离心应力和交变脉动弯曲应力的影响作用导致的。而水斗一旦产生疲劳，就很容易产生裂纹并断斗破坏。所以在扩大高水头水斗式水轮机的应用时，最重要的关键点就在于高水头运转时，水轮机的轮转如何满足其强度需要。
2.具体措施
2.1合理选择转轮直径的比值
在大多数情况下，水斗式水轮机转轮直径的比值在8～22之间。在给定的电站和选定的转轮情况下，一般如果要处于最优工况时，水斗重心值为转轮直径的一半。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆如此就可得出，即是在适当增大转轮直径时，应力相应会有所减少，从而就提高了水轮机转轮的强度。
这个措施对于高水头水斗式水轮机中转轮直径较小的的水斗式水轮机比较适用，也会起到很好的效果，而对于转轮直径较大的水轮机就不建议采用。
2.2合理选择水斗数
在高水头水斗式水轮机中，水斗数的选择要满足所有的射流质点都进入水斗之中，这样的措施可以大大减少容积损失。水斗数的选择方向多种多样，在给定电站和转轮的条件下，选择较少的水斗数，可以提高焊接结构转轮的强度。水斗数减少，水斗的根部强度提高，进行焊接时会更加方便容易。而当水斗数增加时，水斗根部的强度就有所减弱，甚至会出现水斗背部被削去的情况，这样也大大增加了焊接的工艺难度。
2.3整铸转轮
通过精密整体铸造而成的水斗式转轮，水斗根部的圆滑过渡，在经过适当的热处理和打磨之后，就会在强度性能和使用寿命上得到大幅度的提升。这样的水斗式转轮克服了铸焊结构转轮的常会出现的焊接裂纹多，或由于结构限制所导致的转轮未焊透的情况发生。所以，近年来不论是国内还是国外，在高水头水斗式水轮机转轮的铸造工艺选择上，大中型的转轮大多数都是采用整铸结构的。但是如果水轮机的转轮结构较小、直径过小，那么在采用整铸方式铸造转轮时，就需要耗费更多，工艺焊接的难度也较大，所以这个方式对其不是最佳选择。
2.4新转轮的开发
除了在传统转轮的技术上加以提升，创新开发新的转轮，也是一个有效的措施。如今国家鼓励创新，培养了大量的创新人才，同时在很多技术领域也投入了鼓励创新的资金。水斗式水轮机转轮制造也不例外，新转轮的开发给传统水斗式水轮机注入新的生命力。不论是在材料上、工艺制作上、还是在开发利用上，新转轮都展现了其特殊的魅力。新转轮在材料上更绿色环保，符合了现代工业的要求。使得工业更贴近社会需要。同时，新转轮在制作工艺焊接上也降低了难度，提高了其工艺完成效果。这样也增加了水轮机转轮的产量，使得高水头水斗式水轮机的应用更加普遍。最后在开发利用上，新转轮也具有较强的优势所在。开发利用一体化，使高水头水斗式水轮机的利用率得到提升。
结语
总而言之，扩大高水头水斗式水轮机的应用是十分必要的。众所周知，高水头水斗式水轮机电站的开发具有较高的经济效益。我国一直重视经济的发展，国外在高水头电站中的水斗式水轮机的应用上已经十分成熟了，而我国还有很多的路需要走，还有很多需要学习改进的地方。但是由于我国在高水头水斗式水轮机的应用上起步较晚，实践经验较少。所以，我国的高水头水斗式水轮机应用也较容易发生事故，其中断斗现象就是比较常见的事故。高水头水斗式水轮机听起来较为复杂，但其实也就是传统水轮机在现代科学技术下的开发利用。所以将其普及应用刻不容缓。同时，在实践中不能盲目的依靠数据分析，也要根据实际情况进行适当的调整规划。从而使高水头水斗式水轮机的应用得到更好的发展。
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论文作者:朱宝才
论文发表刊物:《电力设备》2019年第8期
论文发表时间:2019/9/15
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