低水头段新型混流式水轮机技术

任务来源：

技术领域：水利工程建设与管理

技术来源：自主研发。

技术原理

针对我国45m低水头段水电站混流式水轮机机型老化、过流能力小、效率水平低以及空化性能差等一系列问题，采用国际先进的水轮机设计理念和方法，运用计算机优化设计技术、计算流体力学分析技术以及水力模型测试技术，开发研制了用于替代HL240型产品的JF36系列高效混流式水轮机水力模型，其效率水平与过流能力在现有同水头段模型转轮中处于领先水平。有效解决了45m水头段水电站水轮机运行效率低、空化、机组不稳定等问题。

技术特色

该系列水力模型的技术特点有：高效区域宽、空化性能好，在主要运行区水压脉动特性优良，适用于水头变幅大和负荷变幅大的电站，解决了已往这种电站无合适转轮可选的问题。

技术指标

（1）最优单位转速: 74.23～79.87r/min，最优单位流量：1.186～1.335m³/s，最优模型效率：93.94%～94.36%。
（2）限制单位流量: 1.465～1.63m³/s，限制工况效率：88.0%～89.8%，限制工况临界空化系数：0.18～0.27。
（3）在主要区域，水轮机尾水锥管进口处的水压脉动相对幅值小于5%～12%。

应用范围及前景

适用于45m水头段新建水电站选型及老电站的增效扩容改造。
JF36系列水轮机可有效解决20～45m水头段水电站水轮机运行效率低、空化空蚀、机组振动、泥沙磨损严重、机组不稳定等问题，为该水头段水电站的建设或更新技术改造提供了有力的技术支持。
自2012年以来，该系列水轮机产品已陆续在国内外10余座电站、30余台套机组获得应用推广：如新建的老挝南亚河二级电站及斯里兰卡Moragahkanda电站，新疆小山口二级电站，湖南沉江渡电站、江口塘电站、湾塘电站、水府庙电站，河北东武仕电站、陆浑电站，江西螺滩电站等机组的更新改造等。
典型应用案例：
案例1： 湖南湾塘水电站水轮机增效扩容改造工程。2013年湾塘电站启动了增效扩容改造工程，机组改造选用了中国水利水电科学研究院具有自主知识产权的水轮机转轮方案，两台大机采用JF3636-LJ-232型转轮，一台小机采用JF3637B-LJ-230型转轮。改造后机组增容至1×9000kW +2×11000kW。电站各机组于2015年1月起陆续投入商业运行。实际运行时，小机最大出力可达10000kW，大机最大出力可达12000kW，增容效果十分显著。水轮机转轮改造方案在不同工况下的技术指标均满足了设计要求，达到或超过国家、行业有关标准和技术规范。
案例2: 新疆小山口二级水电站工程。电站水头参数：最大水头33.64m，最小水头28.17m，加权平均水头31.67m，额定水头31.3m；渠道引用流量196.5m³/s。电站装机3台混流式机组，总装机容量53400千瓦，年发电量2.5亿kW·h时，是开都河梯级开发规划中的第十一级电站。小山口二级水电站水轮机组采用了中国水利水电科学研究院自主研发的JF3635D-LJ-280型高效混流式水轮机转轮技术，各机组自2013年11月起陆续投入商业运行，顺利并网发电。
案例3： 邯郸市东武仕水电站增效扩容改造工程。东武仕水电站共安装两台水轮发电机组，装机容量为2×3200 kW，原水轮机型号为HL123-LJ-140。东武仕水库每年供水流量为4.5m³/s的运行时间较长，由于该流量远小于单台水轮机的额定流量，导致水轮机长期在低效、振动区运行。针对东武仕电站的具体情况，为最大限度地提高水能资源利用率，改造后电站改为装机一大一小两台机组，达到如下目标：①1号水轮机在额定水头时，机组出力达到3200kW，并高效运行；②2号水轮机在流量为4.5m³/s时能长期安全、稳定、高效运行。最终技改方案采用了中国水利水电科学研究院具有自主知识产权的水轮机方案，大机组采用JF3637B-LJ-140型转轮，小机组采用JF3653-LJ-140型转轮。大机组改造完成后，机组最大出力达到3260kW；小机组改造完成后，在相同毛水头和相同流量下，机组出力平均提高200kW。技改水轮机的能量特性与空化特性优良，运行稳定。

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吕烨

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