大型混流式水轮机技术的应用现状与发展趋势研究

摘 要：现如今，我国有着丰富的水资源，它成本低，利用率高，而且在使用过程很少会污染到环境，因此，水资源是使一个国家能够快速发展经济的重要影响因素。利用水这一可再生资源进行生产活动，不但可以起到保护生态环境的作用，还可以节省一部分资金，而据历史记载，最早的关于水轮的记录出现在古希腊时期，在以后的一段时间里，此项技术传遍了全世界。而且混流式水轮机的结构十分简单易懂，其水头的范围还更广阔，它还有着非常好的制造技术，因此，混流式水轮机现今正在各大水电站投入使用中，发挥着重要的作用。

关键词：混流式水轮机；应用现状；发展趋势；

引言：

我国的社会经济在不断进步和发展，国家总体国力水平在持续增长，因此，更加需要扩大电力水利的利用率，因为国家现在对于水利电力的需求度正在持续提升，因此，如今混流式水轮机正在向高转速、大容量的趋势发展，细分到单机的转速和容量都快速提升发展，争取满足现今社会对于其的高额需求量。研究发现大型混流式水轮机的结构十分简单明了，其能够适用的范围也十分广阔，而且研究发展的技术也在逐渐成熟，在现今不断发展的社会经济水平和对于水利电力不断增长的需求量的大背景下，混流式水轮机在现今的各大水电站中占据着重要的地位，因此快速推广使用大型混流式水轮机技术必不可少。

一、大型混流式水轮机技术的应用现状

1.大型混流式水轮机的发展背景分析

我国的水能资源基本特点是：总储量多，但是人均，地均拥有量少，而且水资源的分布十分不均匀，其开发利用率还比较低，因此，十分需要研究人员利用各种工具大力开发水能资源，提高水能资源利用率。在公元1849年，美国的工程师弗朗西斯研究发明研究出了混流式水轮机，因此称它为“弗朗西斯式水轮机”，也称之为辐轴流式水轮机，它属于反击式水轮机里的一种。混流式水轮机的转轮包含上冠，下环和叶片等组织成分，其水流从周围逐渐混合流入转轮，接下来通过轴面方向流出了转轮。在当今这个不断发展的社会经济大背景下，要想开发更多的水电资源，那么混流式水轮机就是必不可少的应用工具，因此我国对于混流式水轮机的要求也在逐步改变提升，现如今的发展趋势是向大容量、高配速，高效率的方向靠拢，有望成为水电资源开发的可持续发展条件。

2.混流式水轮机现今遇到影响发展的因素

从20世纪80年代到20世纪90年代，我国的混流式水轮机工作的最优效率已经上升了一个百分点，再到如今已经到达95%的水平，而且部分水头段更是已经远远超出了95%，其中的水利稳定性得到了最大限度的改善，但是，在现如今我国的宏观经济条件下，通过国外进口的以及我国自己生产的混流式水轮机，都在使用过程中出现了或大或小不同类型的不稳定情况，接下来就致使了水轮机的转轮上的叶片产生不同程度的裂缝，而且尾部水管容易裂开，更加严重的是还可能使工厂和临近的各种建筑物产生共振，使得水电站的安全更加难以保障。而且现在大型水轮机的水力稳定性这一问题，正在受到各种业内人士的重点关心关注，因为稳定性的问题频繁出现，威胁着水利系统的整体运行模式，它所影响的范围十分广，作用的条件也非常大，因此，现今大型混流式水轮机的应用现状十分严峻。

二、大型混流式水轮机技术的发展趋势

在我国的水力发电行业中，水轮机和辅机是十分重要的设备组成部分，它的作用是能将可再生资源充分利用，做到节能减排，最大限度减少环境污染，是我们当今社会环境中必不可少的工具，能够做到与我国水电行业发展规模和其技术能力相呼应。因为我国对水利电力的需求十分重视，因此，我国的混流式水轮机和辅机的制造业发展迅猛，刻不容缓，其经济的规模在不断扩大，技术水平在不断提升，现如今，在我国的水轮机制造业技术方面，已经超出部分国家的技术水平，到达了一定的高度。

1. 混流式水轮机的功率变化发展目标

混流式水轮机是被称之为新型的水利电力机械工具，为确保水头的稳定性，其在转轮的设计和外观上进行了全面系统的设计发展变化，为了全面减少或因为振动或者不稳定性造成的裂隙以及对于混流式水轮机的不利影响，在增幅范围方面，要做到不超出406.8MW。其实，在我国，包括三峡水电厂在内的大型水电厂的变化幅度也会很大，但是目前在三峡水电厂的水轮机运行却特别稳定，水头在平稳状态下持续运行，没有对周围建筑和人群造成太大的损害，这是因为它采用了强有力的解决方法，对水头的运行进行严格考察研究，系统安全的提高了混流式水轮机的稳定性，由此得出了混流式水轮机的水头比值应该控制在1.5以下，但是其設计水头的比值则最好控制在1.2以下，这样，混流式水轮机的才有机会可持续发展下去。

2. 混流式水轮机的转速变化情况分析

我国的科学技术水平在不断发展进步，在这一时代背景下，水轮机组转轮的设计在不断改观，逐步在稳定转速的同时，适当提高其运转速度。在二十世纪八十年代，一个中等频率的压力脉动情况，在一次大型混流式水轮机转速实验中被研究发现，研究发现它的脉动频率与转动频率是正比关系，因此将其称为了负荷压力脉动带。而且实验结果表明，只是单纯的追求高转速，而无法保证水力的稳定性，是十分不明智的决定，工作人员应该在合理提高转速的同时，结合水质情况，水量的多少以及混流式水轮机的负荷范围等一系列因素影响去综合考量混流式水轮机的发现趋势。

3.混流式水轮机的转轮设计发展趋势

要想有效保证大型混流式水轮机水力的稳定性，那么有效提升其转轮的设计发展工艺十分必要，就研究发现，其主要应该从以下几个方面进行改造。首先，在转轮的选材方面，必须要注意水头的变动幅度的大小是否合理，其应用的稳定性是否良好。于此同时，应该注意的是转轮叶片的焊接头要采用可以减少，因为压力集中而造成伤害的圆弧形，并且保证在不会严重影响转轮排水量，严肃认真的保证转轮的叶片质量。因为水轮机及辅机是非常重要的水力发电行业中的设备类型，因此，转轮这零部件十分重要，而且我国的水能资源又相当丰富，其利用率的合理提高关系着众多的行业是否能够有效快速的发展壮大。以小见大，因此，转轮的设计发展趋势势必会影响到我国混流式水轮机的发展远景。

结束语

现如今，我国水利电力行业的发展速度在逐渐升，但是因为我国所拥有的水能资源非常丰富，比较得知，其水资源的利用率还相对较低，还需要大力提升能源的利用率，而研究发现，大型混流式水轮机在我国的投入使用前景十分广阔，我国正在努力加大对于混流式水轮机技术的开发和利用，但是在另一方面，在我国混流式水轮机制造技术的不断发展的同时，水力稳定性的研究必然成为阻碍水利发展技术的一大绊脚石，因此，势必要用极大的精力去关心关于稳定性的研究。最后，在保证其稳定性的基础之上，提升能源利用率，进而提高我国的社会经济水平，提高人均能源使用率。

参考文献：

[1]张双全.大型混流式水轮机水力稳定性研究[D].华中科技大学，2008.

[2]苏文涛.大型混流式水轮机模型内部流动稳定性研究[D].哈尔滨工业大学，2014.

[3]唐澍，潘罗平.大型混流式水轮机的应用现状与技术发展[J]. 水利水电技术，2009（08）：108-112.

[4]《中国水轮机行业现状研究分析及发展趋势预测报告（2015年）》

作者简介：

杨光明（1985——） 湖北孝感人，专科，中国葛洲坝集团机电建设有限公司在职，项目副经理，主要负责水电站机电设备安装工程施工管理。