本文是一篇水利工程职称论文，发表在《安徽水利水电职业技术学院学报》上，杂志是由安徽水利水电职业技术学院主办的综合性学术刊物。以反映水利水电科研成果为主，其宗旨和任务是宣传党的方针政策和国家关于水电工作的要求，及时报道和传递院内外科研成果、科技新动态，推动水利水电开发事业和国民经济的发展。刊物内容包括学术论著、学术讨论、新技术等。主要栏目有：水利土木工程、新兴学科、交叉学科等。面向的读者群为广大水利水电工作者、学院师生及相关专业人员。
【摘 要】随着目前水力资源的大量发掘，水电站水轮机的科学选型设计对于水电站的整体运作和发展，具有极其重要的影响和作用。本文对中小型水电站水轮机选型设计要点进行具体的介绍和分析。
【关键词】水电站,水轮机,选型,水利工程职称论文
一、引言
通常水轮机的选型是按照水电站的一些基础资料信息，从工程的整体结构，以及水轮机自身的特点属性等方面，在科学合理的原则基础之上，对水轮机的重要的技术参考指标进行确定，然后经过严格的比较和分析，选择投入成本较少，回报高，以及资源利用率较高的方案。
二、水轮机的选型原则和标准
水轮机的选型必须根据技术先进，科学合理的原则和标准，充分考虑和确定水轮机的具体型号以及相关的技术指标参数。然后对一些切实可行的技术方案进行充分的对比，对水轮机发电机，制造成本以及其他方面的因素进行全面整体的比较，从中选择资源利用率高，经济实惠的方案。
三、中小型水轮机设计选型的方式
在水轮机的选型过程中，其中最关键的因素在于科学地确定水轮机的指标参数。尽管中小型水电站容量不是特别大,但是对于具体的水电站而言，取得足够的经济效益非常关键。其中水轮机的指标参数是限制水电站运行效益的关键原因。一般情况下，确定水轮机的指标参数,具有下面一些办法和措施：首先是按照手头上拥有的水轮机型谱以及相关资料来确定水轮机。另外就是根据自身的经验，将比转速作为参考指标，使用对比分析的方法，进而来确定水轮机参数。但是这几种方法都具有自身的缺陷和不足。因为如果根据目前掌握的资料信息情况来选择水轮机，很难选择性能最佳的机型。但是如果按照自身的经验来判断的话，又非常容易同中小型设备生产厂家掌握的机型以及相关技术产生一定程度的差异性[1]。
一般情况下，这主要是因为当前市场以及有关的生产厂家在制造技术能力等方面限制了中小型水轮机选型工作。具体来说，首先因为中小型水电站投入成本很小，工程建设周期时间较短，生产厂家所获取的经济效益较好，所以通常对于一些中小型水电站不会特意的设计水轮机;其次尽管目前很多大型水轮机生产厂家具有强大的机型的制造技术，但是对于小型的生产机组没有兴趣，另外一些进行中小型水轮机生产的厂家，苦于自身的技术水平偏低，而且其所掌握的转轮模型以及设计技术跟不上时展的变化。有些中小型水电站设计周期时间较短，成本投入相对较低，导致设备在选型的时候，很多厂家往往使用其他型号的水轮机进行替代[2]。
通常来说，中小型水轮机选型需要特别注意以下几个方面的原则：首先,中小型水轮机的选择,一般情况下都是使用技术比较发达，并且实践证明良好的机型。所以设计人员必须经常多收集地区范围内的一些成功运行的水电站以及机型详细资料，同时还要特别注意对于一些新研发设计的机型详细资料和其他一些重要的情况;其次，强化与中小水轮机生产厂家的联系和交流，充分的掌握相关厂家的技术水平以及机型情况;最后优化设计思路。在开始进行研究以及初步设计阶段,必须按照水电站的基本指标参数,不断加大对于相关资料的搜集力度，特别是对于有关厂家的详细资料，在综合考虑各方面因素之上，估算和确定水轮机的指标参数范围,另外还要着手准备候选的机型以及生产厂家。在招标设计过程中，从水轮机组的实际招标采购进行分析,对不同的方案进行严格仔细的考虑，最终确定机型。另外在中小型水轮机设计选型要点中,必须按照当地的具体条件最大限度地考虑一些指标参数较好，经济回报较高的方案，当然也不能只是过分的追求高指标参数，必须从充分地考虑机型的实际情况，特别是机器设备运行的安全稳定性。
四、不同形式水轮机的选型
中小型水电站的水头往往较低，所以经常使用小型水轮机。下面就不同形式的水轮机用于低水头的情况的应用要点进行简要的讨论。
1.灯泡贯流式水轮机
和一些大型水轮机相比，低水头的小型水轮机在选型时，必须充分地参考水电站的具体地质情况，以及其他一些指标参数。近些年来，灯泡贯流式水轮机在我国被普遍地使用，同普通的水轮机相比较而言，灯泡贯流式水轮机在30米以下水头段都可以具备较高的经济性。一般情况下，灯泡贯流式水轮机在应用过程中必须要注重以下几点内容：首先假如在某些峡谷以及复杂的地质条件下建设水电站，由于水电站自身的地理位置限制，河道狭窄，使得在短时间内洪峰流量急剧上升，在一定程度上加大了水电站下游尾水位变化量，所以在设计洪水位时，必须从当地的具体情况出发，尽量标高。若由于其他条件的限制必须选择应用灯泡贯流式水轮机，那么可能就会因为水电站下部开挖程度太大，加重防洪土建投入费用;其次相对而言，灯泡贯流式水轮机制造程序比较复杂，难度比较大，从当前国内一些中小型水轮机生产厂家的实际情况来看，都没有能够充分地掌握转轮模型，而且自身的生产能力以及其他方面的因素偏低，所以必须要提高制造水轮机厂家的准入制度;再其次，在一些引水式小型水电站中，灯泡贯流式水轮机组因为容量偏低，很难满足水电站的实际需求;最后对于灯泡贯流式水轮机而言，必须按期对其进行维护和检修，确保水轮机保持正常的运行状态。
2.轴流式水轮机以及混流式水轮机
轴流式水轮机通常可以分为两种，分别为转桨式以及定桨式。其中定桨式水轮机基本都是应用在中小型水电站中，而且其结构比较简单，投入成本较低，同时也很难发生转轮漏油的问题。然而由于自身结构的问题，总体上运行效率偏低，稳定程度偏低。另外对于一些高海拔地区的径流式低水头电站而言，由于其流量变化非常大，在很大程度上会影响定桨式水轮机的运行成本，导致水轮机空载运行以及其他情况的发生。让实际流量超过预期设计流量，加重了水头经济损失，就算是在水轮机导叶全开的情形下，还是无法使用额定功率做功。所以轴流定桨式水轮机必须使用在转轮直径不超过3米的情况下。
一般混流式水轮机基本上使用在低水头小型水电站中，但是相对而言，其成本较高，可是其优势在于空化性能良好，吸出高度值也非常大，安装机组时高度偏高。所以其土建成本偏低，同轴流定桨式水轮机比较而言，混流式水轮机在运行过程中的稳定性更佳，而且当轴流定桨式水轮机处于高尾水位工作条件下，通常不会发生定桨式水轮机的抬机故障。通过这些年来技术的不断改进和发展，轴流式水轮机的整体性能得到了很大的提高，已经在很大程度上提升了其运行效率以及稳定性，同时由于其负荷调节拥有很大的范围空间，能够减少机组数量，让机组的成本实现降低。虽然可能还会受到空化现象的影响，但是总体而言，特别是在汛期下游尾水较高时，其出力裕度表现非常良好。另外轴流转桨式水轮机经过递增转轮直径，以及抬高水轮机组安装高程，可以让其更加地适应于小型水电站，加强其空化性能。尽管其投入成本较高，但是发电机的造价相比混流式来说非常低，同时还可以维持非常大的出力裕度，具有非常全面的优势。
3.水斗式水轮机以及混流式水轮机
受到各方面因素的影响，早期我国中小型水电站都是使用水斗式水轮机。随着社会的不断发展，科学技术的不断提高，高水头混流式水轮机逐步在高水头水电站中普遍应用。同水斗式水轮机相比较而言，混流式水轮机由于使用了大轴颈导叶，以及其他方面良好结构，进而提高了其抗磨蚀性，以及运行稳定程度。同时其机组整体造价偏低，运行水头可以达到500m左右。但是如果使用在中小型水电站中，还应该注重以下方面内容：首先，高水头混流式水轮机吸出高度值一般都是负值，机组安装高程偏低，如果安装在深山峡谷中，这样就会很大程度上加重土建投入成本;其次高水头混流式水轮机转速非常高，如果机组容量在设计时不是特别大的话，非常容易发生转速超出额定范围的情况，那么就需要重新加大转轮直径，以期能够减少转速。这样做的缺陷在于不仅加重了经济投入成本，而且还减少运行效率与稳定程度[3]。
五、选择水轮机组必须注意的问题
在选择水轮机时，必须在充分考虑上述的一些因素之外，还应该要特别注意以下方面的因素。首先，水轮发电机组的选择必须是按照国家已有产品系列。如果单机容量低于500kW 的情况下，转轮的选择必须要选择标准转轮直径。如果单机容量超过500 kW以上的机组，那么就必须充分的考虑机组的运行工况点，最好选择在最优工况点运行;其次对于单机容量非常大的水电站，水轮发电机组的功能应该同水电站的基本指标参数相互吻合，一般主要是指水轮机的转速和直径。必须让水电站电站基本指标参数所对应的工作范围，同与所选择的水轮机的高效工作区域相互适应。其中最重要的是水轮机的飞逸转速不能超过配套发电机的飞逸转速;再其次机组台数同装机容量、水轮机类型以及其他一些相关因素有着非常紧密的联系[4]。机组台数同水轮机类型有着紧密联系，贯流定浆式水轮机因为自身的高效率区非常窄，如果使用一台的话，当电站流量不足时，就会低负荷运行时，通常都会让水轮机组的运行效率大幅度下降。因此水电站的流量变化如果非常大的话，那么可以考虑使用两台以及多台机组。在选择机组台数时，还必须注重考虑水电站的特点，如果水电站的年负荷变化非常大的情况下，选择一台机组可以会导致运行效率的过大;最后，选择的水轮机的最大适用水头，必须确保水轮机的强度需求，水轮机的最小适用水头，必须确保水轮机的运行效率，抗振动能力等等其他方面的需求。
六、结语
综上所述，中小型水电站水轮机选型设计的注意要点有很多，水头、地形情况、吸出高度等等条件都会对选型带来一定影响，另外在实际选型过程中还需要考虑到国家已有水轮机产品系列以及单机容量等实际因素的限制，切实做到理论联系实际，才能够找到适合中小型水电站的水轮机。
参考文献：
[1]王春暖.中小型水电站水轮机选型设计评述[J].水电站机电技术,2010,4(15)：36-37.
[2]刘军伟,刘晓红.试论小型水电站水轮机选型的设计要点[J].价值工程，2013,9(18)：80-81.
[3]唐小林.某水电站水轮机选型设计阐述[J].科技致富向导,2012，2(25)：360.
[4]孔韬.大岩洞水电站水轮机选型设计[J].珠江现代建设,2014,2(18)：23-24.
