大型抽水蓄能电站水泵水轮机国产化的经验

王磊

摘要：抽水蓄能电站与普通的电站相比运作程序更加复杂、工作条件也更加严苛，其通常需要进行两种运行工况的切换：一种是水轮机运行工况，即发电。另一种是水泵运行工况，即抽水蓄能。通常，重型旋转机械进行方向的不断变换以及可逆转的机组变化存在一定难度，在制造上也具有相当苛刻的要求。近年来，我国加强了对水泵水轮机的研制和开发，然而在制造上仍旧存在一定的困难。本文就大型抽水蓄能电站水泵水轮机国产化的经验进行了详细总结和分析。

关键词：抽水蓄能；电站；水泵水轮机；国产化

早期，我国无法进行大型抽水蓄能发电机组的生产和制造。直到近几年国内公司与国外制造厂商进行合作，才成功完成一些发电机组的制造和生产。如青松、白龙等电站，这些电站掌握了相应的制造技术，并且将其更进一步的发展。水泵水轮的国产化是蓄水发电机组生产的关键，其能够大力推进发电机组的国产化生产。因此，进一步加强水泵水轮生产技术的研究是必不可少的。通过对国外技术的引进和借鉴，进一步创新和发展，逐步取得成功。本文对国内的研究经验进行了相应的总结和分析。

1 开发过程中存在的问题

首先，在开发水利性能的过程中，开发人员不仅要考虑水轮机的运行工况是否与水泵的运行工况相匹配，还要考虑两者都具备良好的性能，从而确保设备的合理运作。这是开发过程中一个难以解决的问题。其次，电站对备用库容发电的能力有一定的要求，所以水头的变化幅度必须在一定程度上进行加大。通常，国产机组的毛扬程最大和最小之比约为1.2546，较之法国要高出很多，这就导致水泵水轮机的空化指标、能量等水平和质量方面都受到了影响，进而增加开发难度。

2 技术的优化与创新

我国在该项技术研究与开发的过程中，完成了参数的论证与选择、部件的优化、模型的装置等多方面的技术优化与创新。A971水泵水轮机参与了研究与开发，并且取得了相应的成果。优化结果显示：与A971相比，A999的综合性能更佳优良，因此决定将其作为模型进行转轮的验收。整个优化过程之中，我国采用了两种优化与创新的手段，分别是：两种运行工况之间相互匹配、改善运行的稳定性。在创新与优化的过程中，我国研究人员对它的参数优化方向进行了创新性的选择，不仅确保了水轮机和水泵两者的运行工况，还满足了两者在完成目标运行的前提下，利用水轮机运行结果对参数进行校对；为了更进一步研究水泵在运行的过程中转轮出水边处所形成的叶片几何形状，对没有叶片的区域，也就是叶片之间存在空隙的区域的稳定性进行了分析与探究，了解了几何形状对稳定性的影响，并且改变了叶片出水边和导叶近水边的原有的平行状态，使两者之间的空间出现交错的现象。

3 各项性能指标

3.1 水泵工况情况之下

在机械最高效率运转之下，其模型值为91.29%，原型值为93.31%；在加权平均效率的情况下，其模型值为91_10%，原型值为93.14%；其临界空化系数σ-0.2=0.225；压力脉动值的最大数值为23.5%。

3.2 水轮机工况情况之下

机械的最高工作效率的模型值为91.83%，原型值为94.16%；在加权平均效率的情况下，其模型值为88.94%，原型值为91_21%；其临界空化系数σ-0.2 0.134；压力脉动值的最大数值为6.43%。

经过试验验收，我们可以得出结论：不论是在水泵的运行工况之下，还是在水轮机的运行工况之下，国内开发的转轮的能量指标、压力脉动性能等数值指标都十分良好，且其他特性也满足开发需求。

4 压力脉动水平

4.1 水泵工况

通常，我们要将测点的位置固定在蜗壳进口、椎管上游/下游、肘管内侧/外侧等位置。通过测量我们可以得知：在导叶的后方和涡轮前方的压力脉动值，不论在国外还是国内都是最大值。然而，国内的数值为3.5%，与国外相比相对优化。

4.2 正常运行的水轮机工况

测点放置在顶盖与转轮两者之间、椎管上游/下游、肘管内侧/外侧等位置。通过测量可以得知：压力脉动幅值出现最大数值的位置在椎管的上游，国内的数值为6.43%，国外的数值为5.7%，可见国内外的差距并不大。

4.3 空载的水轮机工况

通过测量可以得知：如果水轮机进行空载运行，那么导叶后部和转轮前方的部分会出现数值最大化的压力脉动幅值。进行国内外测试结果的对比，可以发现国内外的技术水平旗鼓相当。

4.4 结果对比

通过结果的对比，我们可以得知：国内生产的水泵水轮机与国外生产的水泵水轮机相比，如果在水泵的工况运行区域，那么压力脉动幅值要小于国外设备；如果在水轮机的工况运行区域之内，那么国内外的水平相似，没有较大的差异。

5 结语

综上所述，水泵水轮机的国产化已经能够有效填补国内的技术空白，并且与全世界的技术水平同步，能够在一定程度上取代进口设备。通过自主开发研制，我国具备了相应的知识产权，在激烈竞争的市场之中占据了一定的地位。