1、貫流式水輪機的結構特點與技術經濟優(yōu)勢
貫流式水輪機的流道形式和軸流式水輪機不同,為保證向導水機構均勻供水和形成必要的環(huán)量,保證導葉較平滑繞流,軸流式水輪機需設置蝸殼,其流道由蝸殼、導水機構和彎肘型尾水管組成。貫流式水輪機沒有蝸殼,流道由圓錐形導水機構和直錐擴散形或S型尾水管組成。通常采用臥軸式布置,從流道進口到尾水管出口,水流沿軸向幾乎呈直線流動,避免了水流拐彎形成的流速分布不均導致的水流損失和流態(tài)變壞,水流平順,水力損失小,尾水管恢復性能好,水力效率高。燈泡貫流機組的發(fā)電機裝置在水輪機流道中的燈泡形殼體內,采用直錐擴散形尾水管,流道短而平直對稱,水流特性好。大型貫流機組幾乎都是燈泡機組,中小型多采用軸伸式、豎井式等形式。
貫流式水輪機單位過流量大,轉速高,水輪機效率高,且高效區(qū)寬,加權平均效率也較高,具有比軸流式水輪機更優(yōu)良的能量特性。其特征參數比轉速ns、可達1000以上,比速系數可達3000以上。與軸流式水輪機相比,在相同水頭和相同單機容量時,其機組尺寸小,重量輕,材料消耗少,機組造價低。貫流機組電站還可獲得年發(fā)電量的增加。
貫流式水輪機的空化性能和運行穩(wěn)定性也優(yōu)于軸流式水輪機,其空化系數相對較小,機組可靠性高,運行故障率低,可用率高,檢修時間縮短,檢修周期延長。對于低水頭資源開發(fā),貫流式水輪機的穩(wěn)定運行范圍寬,在極低水頭時也能穩(wěn)定運行(如超低水頭1.5m以下),是其他類型的水輪機不可比的。如廣東白垢電站,額定水頭6.2m,最大水頭10.0m,但在1.3m水頭時仍能穩(wěn)定運行。
貫流式水輪發(fā)電機組結構緊湊,布置簡潔,廠房土建工程量較小,可節(jié)省土建投資。貫流機組設備運輸和安裝重量較輕,施工和設備安裝方便,可縮短工期,實現(xiàn)提前發(fā)電。根據國內外有關水電站的統(tǒng)計資料,采用燈泡貫流機組比相同容量軸流轉槳機組,電站建設投資一般可節(jié)省10%~25%,年發(fā)電量可增加約3%~5%.如我國廣東白垢和廣西馬騮灘水電站,投資節(jié)省分別達22.6%和24%.小型水電站采用軸伸貫流機組與立式軸流機組比較,也可節(jié)省建設投資約10%~20%.由此可見,貫流式水輪機是開發(fā)低水頭水能資源的一種最經濟、適宜的水輪機形式,具有資源利用充分、投資節(jié)省的優(yōu)勢和電量增值、綜合效益增值的效果。
2、國內外貫流式水輪機的應用現(xiàn)狀
貫流式水輪機自20世紀30年代問世以來,因其優(yōu)良的技術經濟特性和適用性而得到廣泛應用和迅速發(fā)展,包括燈泡貫流發(fā)電機技術在內的貫流機組技術日益成熟,貫流式水電站的開發(fā)、設計、運行技術與經驗日益豐富。國外水頭25m以下的水電開發(fā),已出現(xiàn)取代軸流式水輪機的局面。貫流機組技術在1960~1990的發(fā)展最為迅猛,這一時期投入運行的貫流機組,最大單機容量達65.8MW(燈泡貫流,日本只見),最大水輪機轉輪直徑達8.2m(豎井貫流,美國墨累),最高工作水頭達22.45m(燈泡貫流,日本新鄉(xiāng)第二)。
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