老龙口水利枢纽工程电站水轮机选型设计

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1、老龙口水利枢纽工程电站水轮机选型设计李朝晖（吉林省水利水电勘测设计研究院吉林长春130021）【摘要】本文通过老龙口水利枢纽工程水轮机选型设计过程，本着从工程总体出发的原则，在保证技术先进性与安全性、经济合理性的前提下，总结了一管多机引水的中低水头电站的水轮机选型特点。【关键词】老龙口水利枢纽工程交界水头混流式轴流式1引言水电站的分类方式很多，如按工作水头分为低水头、中水头和高水头水电站；按其组成建筑物及其特征，分为坝式、河床式及引水式三种典型布置型式。坝式、河床式及引水式水电站各具特点，有时它们之间却难以明确划分。从水电站建筑物及其特征的观点出发，一般把引水式开发及筑

2、坝引水混合式开发的水电站统称为引水式水电站。河床式水电站的特点是：位于河床内的水电站厂房本身起挡水作用，从而成为集中水头的挡水建筑物之一。老龙口水利枢纽工程位于吉林省珲春市境内的珲春河上，是以防洪、供水为主，兼顾灌溉、发电的综合利用的大型水利枢纽工程。工程主体由挡水土坝、溢洪道、鱼道、压力引水发电隧洞、电站厂房等组成。电站水头范围为16.12m~30.14m，属于中低水头，是一座筑坝引水混合式开发的引水式电站。总装机19.2MW，其中单机容量8.0MW的立轴机组两台，单机容量3.2MW的立轴机组一台。水库为不完全年调节水库，保证出力1.93MW，多年平均发电量5199.

3、1×104kW·h，年利用小时数2708h。电站建成后加入电力系统运行。2老龙口水利枢纽工程选型设计水轮机分为混流式、轴流式、贯流式、斜流式、水斗式等几种类型。一般地，混流式水轮机适用水头为20~700m，轴流式水轮机适用水头为3~80m，贯流式水轮机适用水头为3~20m，斜流式水轮机适用水头为40~120m，水斗式水轮机适用水头为100~1700m。一般地，我们将处于适用于两种水轮机的水头范围称为交界水头。老龙口水利枢纽工程电站的水头范围处于混流式和轴流式交界水头。混流式水轮机特点是应用水头较高，范围较大，结构简单，运行可靠，效率高（但由于叶片固定，负荷变化较大时，效

4、率显著下降），是现代应用最广泛的水轮机之一。轴流式水轮机包括定桨式结构和转桨式结构。定桨式结构简单，但它在偏离设计工况时效率会急剧下降，适用于功率不大及水头变化幅度较小的电站，一般水头范围3～50m。转桨式结构较复杂，它通过桨叶的转动与导叶的转动相互配合，实现导叶与桨叶的双重调节，扩大了高效区的出力范围，有较好的运行稳定性，其平均效率比混流式水轮机高，缺点是结构复杂，空蚀系数(动力真空与水头之比值)较大，且悬臂的桨叶强度有限。陕西省石门水电站的水轮机最大水头77m，是我国水头最高的转桨式水轮机。2.1电站基本参数2.1.1水位7⑴上游水位正常蓄水位109.00m；校核洪

5、水位（P=0.05％）119.21m；设计洪水位（P=1％）115.94m；死水位99.00m。⑵下游水位校核洪水位（P=0.05％）：87.65m；设计洪水位（P=1％）：86.60m；正常尾水位（Q=92.02m3/s时）：81.33m，最低尾水位Q=20m3/s时（一台大机发50%出力）80.70m；Q=15.50m3/s时(一台小机发满出力)：80.62m2.1.2水头最大净水头30.14m；最小净水头16.12m；加权平均水头24.06m；设计水头23.5m2.1.3水库性能水库调节性能为不完全年调节，有效库容9761.15万m3；死库容6731.75万m3；

6、总库容36743.71万m3。2.1.4流量电站多年平均流量：33.42m3/s；正常发电流量92.02m3/s。2.2水轮机型式的优化选择根据老龙口水利枢纽工程电站一管多机引水、水头不高的特点，为保证工程的安全性和经济性，确定了水轮机的选型原则是：通过调节保证计算，结合压力引水洞径的方案比选、是否设置调压井方案比选进行优化；选定的水轮机的型式技术指标要好。调压井及压力引水隧洞洞径的方案比选结果为：设置调压井方案，压力引水隧洞洞径5.70m；不设置调压井方案，压力引水隧洞洞径6.70m。6.70m方案投资比5.70m方案投资少200万元，确定采用不设置调压井方案。电站装

7、设了一台小机，因其容量较小，对整个电站工程总投资影响不大，经对水轮机的机械效率、气蚀性能、安装高程等几方面论证采用了混流式机组。本文针对大机型式进行分析。2.2.1水轮机型式比较本工程水头范围16.12m~30.14m，变化幅度是比较大的，轴流定桨式机组不适用于本工程。因此，设计时对采用混流式机组和轴流转桨式机组进行了技术、经济比较。为达到技术比较的同步性、可比性，确定了两种转轮模型在现有科技水平下均具有较高的效率的原则，立轴混流式水轮机模型转轮采用HLD260B、轴流转桨式水轮机模型转轮采用ZZK408作为代表进行比选。⑴水轮机模型转轮