永胜县水利水电勘测设计队 云南丽江 674200
摘要：水轮机能够将水能转化为机械能，并且依照这一功能原理可将水能机分为冲击式水轮机以及反击式水轮机。其中，借助水流势能与动能可以实现能量转换的水轮机被称作反击式水轮机，而仅利用水流动能的水轮机则称为冲击式水轮机。鉴于此，本文就水轮机技术现状与发展趋势展开探讨，以期为相关工作起到参考作用。
关键词：水轮机；混流式水轮机；轴流式水轮机
1.水轮机的当前技术进展
1.1混流式水轮机的当前技术进展
混流式水轮机通常应用于30～700m的水头，由于其最高效率及满负荷工况下效率较高，空化系数较小，结构简易、运行可靠，因此在我国应用最为广泛，单机容量也最高。我国目前已可设计并制造直径超过10m的水轮机转轮及成套设备，我国向家坝地区应用的水轮机单机容量也已超过800MW，1000MW级别水轮机正在研制过程中。
1.2轴流式水轮机的当前技术进展
轴流式水轮机由轮毂与桨叶构成，叶片数通常为4～6，在水头较低时可采用3叶片，水头较高时可采用8叶片。轴流式水轮机可分为转桨式与定桨式，转桨式轴流水轮机的桨叶相对于轮毂可进行转动，通常以转桨式代表轴流式水轮机。轴流式水轮机通常可应用于3～80m水头。由于轴流式水轮机叶片数较少，因此其过流能力通常大于混流式水轮机。其桨叶相对轮毂可进行转动，可依据具体需求进行调整。相比于混流式水轮机，其稳定性与工况适应性更为宽广。但也由于其结构复杂，受到轮毂密封及强度等因素限制，再加上其较差的空化性能，限制了其使用水头的提高。自2000年后，我国独立研制的乐滩电站轴流式水轮机，转轮直径达10.4m，单机出力可达150MW，是世界上五叶片转轮直径最大的轴流转桨式水轮机。目前我国轴流式水轮机的最高效率已超过93%。
1.3冲击式水轮机的当前技术进展
冲击式水轮机由转轮与喷嘴组成，依照结构可分为水斗式、斜击式与双击式等。斜击式与双击式通常为小型水轮机。水斗式为应用最广泛的冲击式水轮机，一般应用于300～1700m水头，水斗数为20个左右。相比于高水头混流式水轮机，冲击式水轮机有以下特点：结构简易、尾水在大气中，安装高程较高，厂房开挖量较小，空化磨损较轻，便于维修，并可采用折向器与喷针双重调节方式。其最高效率略低于混流式水轮机，但是效率随负荷变化曲线平坦，该机型适合于高水头小流量的电站。我国目前最大的冲击式水轮机为金窝电站的冲击式水轮机，出力可达160MW，具有21个水斗。冲击式水轮机的最高效率目前已超过91.5%。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
2水轮机相关技术的发展与展望?
2.1水轮机调节技术的发展?
近几十年来，通过广大工程技术人员的努力，我国水轮机调节技术取得了显著的进步，获得了一批具有国际先进水平的科研成果，创造了具有我国自己知识产权的微机调速器新产品，为水电建设提供了品种丰富、品质优良的水轮机控制设备，较好的满足了迅速发展的水电建设事业的需求，有力地支持了电力工业的生产。?
2.2水轮机运行稳定技术的发展与运用?
水轮机安全可靠的运行能够更好的为该水电站带来发电效益，因此我们对水轮机组运行稳定性的研究有助于水电站安全生产，并通过对问题的及时发现及时补救以减少检修成本和提高检修的效率。影响水轮机运行稳定的因素有很多，以空化空蚀现象为例。?
水轮机在运行中，不可避免的会出现空化空蚀现象，随着水轮机不断地向大容量、高水头、高比转速方向发展，空化空蚀对水轮机稳定运行的影响也越来越大。由于空化空蚀危害的严重性，我国相关领域科研机构都进行了大量的研究，总结了一些有效的措施。针对设计制造方面，采用合理的翼型以尽可能使叶片背面的压力分布趋向均匀，在加工时尽量提高翼型曲线的精度和叶片表面的光洁度，以保证叶片具有平滑的流线型断面形状。必要时选用耐蚀、耐磨性能较好的材料。针对运行维护层次，进行拟定合理的水电站运行方式，尽可能避免在空蚀现象严重的工况区运行。最后针对工程措施方面，通过选取合理的水轮机安装高程，确保叶片流道内最低压力不低于汽化压力。?
2.3水轮机修复专用机器人的研究?
伴随着智能化的发展，机器人在水轮机相关部件的修复领域也得到了运用。由于水轮机运行环境及本身材质的因素，导致水轮机相关部件需要经常性的进行修复。以水轮机转轮叶片为例，采用人工作业不仅效率低，而且工作环境恶劣，影响工人的身体健康。另外，人工打磨后的叶片形状很难和原设计形状吻合，严重影响到水轮机的过流，降低水轮机工作效率。采用叶片修复机器人，不仅能保证叶片设计形状，缩短检修周期，还能把工人从繁重、恶劣的工作条件中解放出来，能够带来很好的经济效益和社会效益，也一定程度上促进了相关领域自动化的发展。
3.提升水轮机稳定性策略研究
3.1完善设计方案，提升设计水准
完善的设计方案是保证水轮机稳定的重要保障，所以为了提高水轮机运行的稳定，水轮机的设计师在设计水轮机时要具有更高的专业水准和更高端的专业目光。目前，我国就水轮机的设计来说和国外在很多的设计思想上不谋而合，现在最为普遍的是计算流体动力学分析技术(CFD)和模型试验。设计师在设计水轮机的过程中，应该以计算流体动力学分析技术和模型试验为基础，应该优化水轮机的流道中的导叶翼型、转轮叶片翼型和泄水锥，减少水轮机产生卡门涡列，降低尾水管中心偏心涡带和尾水管压力脉动幅度。
3.2提高品质，增强维护能力
除了在设计方案中提高设计水准，在提高水轮机的稳定性方法还有以下几种:（1）增加水轮机零件制作工艺，减少水轮机在运作过程中扇叶变形的概率；（2）在水轮机中转轮作为一个重要的零部件，它的稳定直接关系到水轮机的稳定，所以在设计转轮时要考虑不同负荷的水量对转轮的影响，降低水轮机产生共振的概率，让转轮和尾水管不容易发生共振现象。（3）一些重要的零部件最好是使用不锈钢和一些高级材料制作，精确计算叶片的尺寸和形状，加大精确测量工具的使用，减少误差，同时也减少了转轮重量和叶片叶型造成的偏差引起的水力和机械不平衡从而产生附加的交变应力。（4）增加水轮机的维护频率。在实际使用中，工作人员应当尽心尽责，做好自己的分内事，对水轮机的叶片、转轮这些重要零部件多做检测和维护，减少不必要的维护，间接的增加水轮机的谁用时间。3.3注重日常运维工作，保障水轮机工作稳定
水轮机在工作中，工作人员也该做好管理工作，细节决定成败，只有做好细节工作，才能增加水轮机的使用寿命，从而提供水利发电效率，增加发电量。具体的要做到以下三点:(1水轮机在工作时要躲避震动区域。水轮机在开启和关闭的时候要提高水轮机的转到速度，这种操作方法可以躲避震动区；(2水轮机的运作要在规定的时间内。目前我国的水电站都有调频调峰任务，要尽量保证水轮机的运行时间在水电站的发电要求时间中，但是在实际运作中往往很难保证，所以应该把运行时间控制在5%之内，避免超时运行而造成的水轮机寿命的减短。（3）新一代的水轮机的操作模式较为多样，所以水轮机的运行时工作人员要时刻做好监督工作，要明确每一种模式的运行原理和结果。
结语:水轮机的总体发展目标是大型化、专业化、现代化及简约化，需在保证产品可靠的基础上，保证其产品性能，并针对各类水轮机的性能及应用条件差别，进行分门别类，“对症下药”地制定其未来发展的目标及具体措施。
参考文献：
[1]朱道利.水轮机控制系统的辨识与融合控制策略研究[D].湖北工业大学，2018.
[2]晏祝，刘小兵，程伟.基于长短叶片混流式水轮机压力脉动分析[J].甘肃科技，2018，34(09):52-55+117
论文作者:田锦惠
论文发表刊物:《防护工程》2018年第36期
论文发表时间:2019/4/10
标签：水轮机论文; 叶片论文; 转轮论文; 水头论文; 技术论文; 流式论文; 稳定论文; 《防护工程》2018年第36期论文;