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角木塘水電站水輪機參數(shù)選擇及結(jié)構(gòu)特點

文檔作者：賴珊珊，葛曦，黃吉林文檔來源：貴州省水利水電勘測設計研究院		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年12月28日
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上一篇：溧陽抽水蓄能電站地下廠房結(jié)構(gòu)動力響應分析

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２０１５ 年第５ 期
２０１５ Ｎｕｍｂｅｒ ５
水電與新能源
ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲ ＡＮＤ ＮＥＷ ＥＮＥＲＧＹ
總第１３１ 期
Ｔｏｔａｌ Ｎｏ．１３１
ＤＯＩ： １０．１３６２２／ｊ．ｃｎｋｉ．ｃｎ４２ －１８００／ｔｖ．１６７１ －３３５４．２０１５．０５．００９
收稿日期：２０１５ －０２ －０１ 作者簡介：賴珊珊，女，工程師，主要從事水利水電工程水力機械設計咨詢工作。
角木塘水電站水輪機參數(shù)選擇及結(jié)構(gòu)特點
賴珊珊，葛　曦，黃吉林
（貴州省水利水電勘測設計研究院，貴州貴陽?。担担埃埃埃玻?
摘要：為避開水輪機不穩(wěn)定運行區(qū)域，合理利用水資源增強機組水力發(fā)電性能，結(jié)合角木塘水電站工程特性和類似工程
實踐經(jīng)驗，從技術、經(jīng)濟等方面對水力發(fā)電機組機型、裝機臺數(shù)、水輪機特性參數(shù)和結(jié)構(gòu)等進行了優(yōu)化計算。結(jié)果表明：
優(yōu)選的ＺＺ５５０ －ＬＨ －４２５ 型機組與電站實際工況匹配性較好，性能比較優(yōu)越、結(jié)構(gòu)簡單，綜合出力及運行穩(wěn)定性均達到
設計規(guī)范要求。
關鍵詞：水電站；水輪機選型；額定水頭；比轉(zhuǎn)速
中圖分類號：ＴＫ７３０．２　　　文獻標志碼：Ａ　　　文章編號：１６７１ －３３５４（２０１５）０５ －００３１ －０５
Parameter Selection and Structural Design
of Turbines in Jiaomutang Hydropower Station
ＬＡＩ Ｓｈａｎｓｈａｎ， ＧＥ Ｘｉ， ＨＵＡＮＧ Ｊｉｌｉｎ
（Ｇｕｉｚｈｏｕ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｗａｔｅｒ ａｎｄ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ， Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ， Ｇｕｉｙａｎｇ ５５０００２， Ｃｈｉｎａ）
Abstract： Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｊｉａｏｍｕｔａｎｇ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｌｓｏ ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌ
ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ ｆｒｏｍ ｏｔｈｅｒ ｐｒｏｊｅｃｔｓ， ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ａｎｄ ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ａｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｏｎ ｔｈｅ ｔｙｐｅ ａｎｄ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｔｈｅ
ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｕｎｉｔｓ， ａｎｄ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｕｒｂｉｎｅｓ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ， ｔｈｅ ｕｎｓｔｅａｄｙ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ
ｔｈｅ ｔｕｒｂｉｎｅ ｉｓ ａｖｏｉｄｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｕｎｉｔｓ ｉｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ．Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｒｅｆｅｒｒｅｄ ＺＺ５５０-
ＬＨ-４２５ ｔｙｐｅ ｔｕｒｂｉｎｅ ｗｏｒｋｓ ｗｅｌｌ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｓｕｐｅｒｉｏｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ｓｉｍｐｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ， ａｎｄ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ
ｏｕｔｐｕｔ ａｎｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｔｕｒｂｉｎｅ ａｒｅ ｓａｔｉｓｆａｃｔｏｒｙ．
Key words： ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ； ｔｕｒｂｉｎｅ ｔｙｐｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ； ｒａｔｅｄ ｈｅａｄ； ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｓｐｅｅｄ
　　角木塘水電站工程是芙蓉江干流魚塘至浩口河段
梯級（三級）開發(fā)的第二級，上銜官莊水電站，下接浩
口水電站。角木塘水電站位于道真縣忠信鎮(zhèn)聯(lián)江村放
牛坪，壩址在角木塘大橋下游約２．３ ｋｍ 處。電站極端
最高氣溫３９．１℃，極端最低氣溫－７．２℃，多年平均氣
溫１６．１℃， 年相對濕度９０．３％； 設計引用流量
２７９ ｍ３ ／ｓ；正常蓄水位３８３．００ ｍ，死水位３８１．００ ｍ；多
年平均懸移質(zhì)含沙量０．５０６ ｋｇ／ｍ３ ，懸移質(zhì)輸沙量
９９．７ 萬ｔ，推移質(zhì)輸沙量９．６ 萬ｔ。水庫為日調(diào)節(jié)水
庫，裝機容量７０ ＭＷ， 多年平均發(fā)電量為２．４３６
億ｋＷ· ｈ，保證出力為９．７７ ＭＷ，裝機年利用小時數(shù)
為３ ４８０ ｈ。
１　水輪機額定水頭及裝機臺數(shù)選擇
1．1　水輪機額定水頭選擇
額定水頭Hｒ 的選擇涉及到水能利用、機組設備投
資、水輪機穩(wěn)定運行、土建投資等多種因素，因此水頭
Hｍａｘ 、Hｒ 、Hｍｉｎ必須控制在合理范圍之內(nèi)［１］ 。角木塘電
站最大水頭３２．３ ｍ，加權(quán)平均水頭２９．６ ｍ，最小水頭
２４．２ ｍ，對于徑流式電站，水輪機水頭主要取決于水電
站下泄流量及相應下游尾水位，水輪機額定水頭按水
電站發(fā)足裝機容量時運行凈水頭選定，還可依據(jù)
Hｍａｘ ／Hｒ ＜１．１５ 來確定。結(jié)合角木塘電站水文特性，推
薦額定水頭按２８．５ ｍ 進行水輪機選型設計。
３１
水電與新能源２０１５ 年第５ 期
1．2　機型選擇
水頭運行范圍在２４．２ ～３２．３ ｍ，水頭變幅為
８．１ ｍ，此水頭段適合的水輪機型式有軸流式和混流
式兩種。同等水頭及裝機容量條件下，軸流式機組轉(zhuǎn)
速比混流式機組轉(zhuǎn)速高，重量輕［２］ 。軸流式機組吸出
高度低，開挖較深，而混流式機組平面尺寸較大，兩者
土建投資差別不大，但混流式機組在狹窄河道難于布
置，且增加工程樞紐難度和工程量。軸流式機組單機
比混流式機組輕，設備綜合投資低。另外，混凝土蝸殼
比金屬蝸殼的價少約５２５ 萬元。因此，角木塘電站水
輪機型式推薦選用軸流轉(zhuǎn)漿式機型，混凝土蝸殼。
1．3　裝機臺數(shù)選擇
電站裝機容量為７０ ＭＷ，可選用２ ×３５ ＭＷ 或
３ ×２３．３３ ＭＷ 兩個裝機方案?？紤]機組的運行管理、
檢修維護、機電設備和廠房土建工程量等因素［３］ ，結(jié)
合２８．５ ｍ 額定水頭指標，以ＺＺ５５０ 轉(zhuǎn)輪為例，進行技
術、經(jīng)濟等綜合比較，如表１ 所示。
表1　裝機臺數(shù)技術經(jīng)濟對比表
名稱
臺數(shù)
／臺
單機容量
／ＭＷ 水輪機型號發(fā)電機型號
機組間距
／ｍ
主廠房尺寸
／ｍ
總投資
／萬元
方案一 ２ ３５ ＺＺ５５０ －ＬＨ －４２５ ＳＦ３５ －３６／６７００ １７ ６０．５ ×１９．７ ×５４．６ １４ ８００ 方案二 ３ ２３．３３ ＺＺ５５０ －ＬＨ －３５０ ＳＦ２３．３３ －３０／５０００ １５ ７１．２ ×１７．５ ×５２ １５ ４３５ 　　電站的保證出力為９．７７ ＭＷ，保證出力與２ 臺機
方案單機容量之比為０．２８，基本能滿足軸流轉(zhuǎn)槳式水
輪機安全穩(wěn)定運行需求。同時，由于電站有３８５ 萬ｍ３
的調(diào)節(jié)庫容，可考慮較大的單機容量較少的裝機臺數(shù)，
從而降低工程造價和運行管理費用。另外，電站廠房
位置河道狹窄，３ 臺機方案廠房布置難度很大，增加土
建投資和工程難度。２ 臺機與３ 臺機方案的水機設備
價差為１６７ 萬元，電氣設備價差為３４４ 萬元，金結(jié)設備
價差為１１ 萬元，土建價差為１１３ 萬元，工程總造價３
臺機比２ 臺機方案高６３５ 萬元。因此，推薦角木塘水
電站裝機臺數(shù)為２ 臺。
２　水輪發(fā)電機組參數(shù)選擇
單純按比轉(zhuǎn)速法強調(diào)高能量指標所選擇的水輪
機，在實踐工程應用中，因機組相對剛度不足導致機組
振動超標、轉(zhuǎn)輪裂紋等問題時有發(fā)生［４］ 。為獲得滿足
工程特性的高效優(yōu)質(zhì)水力發(fā)電機組，將從能量指標、空
化性能、導葉相對高度等方面進行綜合指標比選，優(yōu)選
出高效優(yōu)質(zhì)的水力發(fā)電機組。
2．1　水輪機比轉(zhuǎn)速和比速系數(shù)的優(yōu)選
在水頭相同的情況下，選用較高比轉(zhuǎn)速的水輪機，
可以提高機組轉(zhuǎn)速，減少機組尺寸，從而降低水力發(fā)電
機組的工程造價。但水輪機比轉(zhuǎn)速的提高，往往受到
機組效率、運行工況、空化性能、磨蝕性能及強度等因
素的制約。工程中通常采用經(jīng)驗或統(tǒng)計公式來表征比
轉(zhuǎn)速與水頭間的關系，并認為比速系數(shù)k（k ＝nｓ ×
H０．５ ）值是代表比轉(zhuǎn)速的特性參數(shù)［５］ 。根據(jù)國內(nèi)外制
造行業(yè)給出的經(jīng)驗公式，獲得角木塘水電站水輪機在
額定水頭條件下的比轉(zhuǎn)速和比速系數(shù)值如表２ 所示。
表2　額定水頭工況下電站水輪機比轉(zhuǎn)速和比速系數(shù)估算值
序號統(tǒng)計公式
額定水頭
／ｍ
比轉(zhuǎn)速
／（ｍ· ｋＷ） 比速系數(shù)說明
１ nｓ ＝２０９６H －０．４８９ ２８．５ ４０７．４ ２ １７４．７ １９６０ －１９６４ 年 ２ nｓ ＝２１９５H －０．４８９ ２８．５ ４２６．６ ２ ２７７．４ １９６５ －１９６９ 年 ３ nｓ ＝２４１９H －０．４８９ ２８．５ ４７０．１３ ２ ５０９．８ １９７０ －１９７６ 年 ４ nｓ ＝（nN１／２）／Hｐ１．２５ ２８．５ ４８２．６３ ２ ５７６．６ 設計手冊 　　經(jīng)計算，角木塘水電站水輪機的比轉(zhuǎn)速范圍為
４００ ～７００ ｍ· ｋＷ，比速系數(shù)值在２ １３５ ～３ ７３７。經(jīng)與
制造廠家進行技術交流并結(jié)合類似工程應用特性，推
薦角木塘水電站水輪機比轉(zhuǎn)速及比速系數(shù)值為比轉(zhuǎn)速
nｓ≥４００ ｍ· ｋｗ，比速系數(shù)k≥２ １３５。
2．2　單位轉(zhuǎn)速和單位流量的優(yōu)選
選用較高的單位轉(zhuǎn)速，可以提高機組的轉(zhuǎn)速，從而
可以減小發(fā)電機的尺寸和重量；選用較大的單位流量，
可以減小水輪機的尺寸和重量，這對于大型水力發(fā)電
機組，有較大的經(jīng)濟效益。但單位轉(zhuǎn)速和單位流量的
３２
賴珊珊，等：角木塘水電站水輪機參數(shù)選擇及結(jié)構(gòu)特點２０１５ 年５ 月
提高又受到強度、空化和運行穩(wěn)定性等許多條件的限
制［６］ 。只有模型轉(zhuǎn)輪各參數(shù)間具有合理的匹配關系，
才能獲得較好的綜合性能指標。電站工程實踐和國內(nèi)
制造廠提供的模型參數(shù)綜合論證參考指標，推薦角木
塘水電站水輪機額定工況單位轉(zhuǎn)速為１２４．８５ ～
１４４．０２ ｒ／ｍｉｎ，最大單位流量為１ １９９ ～１ ４５０ ｍ３ ／ｓ。
2．3　水輪機效率的優(yōu)選
水利水電工程技術的進一步發(fā)展，國內(nèi)外水輪機
制造廠家其生產(chǎn)技術水平均有了較大提高，大型模型
水輪機最優(yōu)點效率值可達９２．８％ ～９４．３５％，原型水
輪機最高效率值可達９４．６１％ ～９６．２％。角木塘水電
站水頭變幅為８．１ ｍ，為適應機組在整個可能出現(xiàn)的
水頭運行工況下均有較高的效率，不單純追求額定工
況點的效率，經(jīng)比選推薦模型水輪機最高效率不低于
９２．５％，原型水輪機最高效率不低于９３．５ ％；模型水
輪機額定工況點效率不低于９２．１％，原型水輪機額定
工況點效率不低于９３．１％。
2．4　水輪機模型空蝕系數(shù)σｍ 和裝置空蝕系數(shù)σｙ 的
確定
　　國外一般按水輪機模型試驗出現(xiàn)初生汽泡時的空
化系數(shù)來確定裝置空化系數(shù)，而國內(nèi)則一般采用外特
性法，即效率下降點的臨界空化系數(shù)值，并留有一定的
裕量來確定裝置空化系數(shù)。在水輪機機型未定階段，
空化系數(shù)只能用統(tǒng)計法初定參數(shù)。各國確定σｐ 的方
法無統(tǒng)一標準，僅以數(shù)值指標比較很難與工程特性相
匹配。為獲得較優(yōu)特性指標，結(jié)合角木塘水電站的工
程特性，推薦限制工況下的模型空蝕系數(shù)σｍ ≤０．４２，
裝置空蝕系數(shù)σｙ≤０．４２。
2．5　導葉相對高度的確定
提高導葉相對高度，一來可以降低導葉區(qū)的水力
損失，二來可以減小活動導葉轉(zhuǎn)角范圍，達到提高轉(zhuǎn)輪
最高效率及平均效率的目的。但導葉相對高度增大
后，轉(zhuǎn)輪葉片將變高，葉片根部（即與上冠連接部位）
懸臂受力狀況將惡化，且對水輪機水力穩(wěn)定性也有較
大影響。結(jié)合角木塘水電站的工程特性，參考類似已
建投運水電站水輪機特性參數(shù)，推薦導葉相對高度值
為０．３５ ～０．４５。
2．6　擬選水輪機的特性參數(shù)
經(jīng)過上述綜合分析，擬定角木塘水電站水輪機模
型參數(shù)指標如表３ 所示。
表3　角木塘水電站水輪機模型參數(shù)指標
比轉(zhuǎn)速ηＭｍａｘ
／（ｍ· ｋＷ）
比速系數(shù)
k
導葉相對高度
b０ 最優(yōu)單位轉(zhuǎn)速n１０ ′
／（ｒ· ｍｉｎ－１ ）
限制單位流量Q１ ＇
／（ｍ３ · ｓ－１ ）
模型空蝕系數(shù)
σｍ
裝置空蝕系數(shù)
σｙ
模型最高效率
ηＭｍａｘ ／％
≥４００ ≥２ １３５ ０．３５ ～０．４５ １２４．８５ ～１４４．０２ １．１９ ～１．４５ ０．２０ ～０．４２ ０．４２ ≥９２．５ 　　查看大中型軸流式轉(zhuǎn)輪型譜圖，角木塘水電站水
輪機合適的轉(zhuǎn)輪有ＺＺ５５０、ＺＺＪＫ７０１、ＺＺＪＫ７０２、
ＺＺＪＫ６０９、ＺＺ４７６、ＺＺ（Ｆ２４）等。結(jié)合表３ 的對比分析結(jié)
果，經(jīng)初步篩選優(yōu)選ＺＺ５５０ －３５、ＺＺ４７６ －３０．６ 和ＺＺ
（Ｆ２４） －３５ 三種綜合指標較好的轉(zhuǎn)輪進行詳細比選，
其模型主要參數(shù)如表４ 所示。
在機組比選過程中，重點結(jié)合工程特性比較三種
機組的穩(wěn)定性、能量指標、氣蝕性能、運行工況、額定轉(zhuǎn)
速以及廠房尺寸等，其特征參數(shù)詳細對比如表５ 所示。
表4　擬選水輪機模型主要參數(shù)表
工況型號
使用水頭
／ｍ
導葉相
對高度
最優(yōu)工況
n１ ′／
（ｒ· ｍｉｎ－１ ）
Q１ ＇／
（ｍ３ · ｓ－１ ）
η０
／％ σｍ０
限制工況
Q１＇／
（ｍ３ · ｓ－１ ）
η
／％ σｍ nｓ
ＺＺ５５０ －３５ ４５ ０．３５ １３０ １．２０ ９２．５ ０．３２ １．７０ ９０．０ ０．６０ ５０３ ＺＺ４７６ －３０．６ ３５ ０．４５ １２５ １．００ ９３．０ ０．３４ １．７０ ８９．０ ０．６９ ４８１ ＺＺ（Ｆ２４） －３５ ４０ ０．４３ １３０ １．１０ ９１．５ ０．３８ １．８０ ８８．５ ０．６０ ５１４ ３３
水電與新能源２０１５ 年第５ 期
表5　擬選機組機型特征參數(shù)對比表
水輪機型號 ＺＺ５５０ －ＬＨ －４２５ ＺＺ４７６ －ＬＨ－４２５ ＺＺ（Ｆ２４） －ＬＨ－４２０ 額定轉(zhuǎn)速／（ｒ· ｍｉｎ－１ ） １６６．７ １６６．７ １６６．７ 轉(zhuǎn)輪直徑／ｍ ４．２５ ４．２５ ４．２０ 額定水頭
（２８．５ ｍ） 工況
水輪機效率／％ ９３．１ ９２．３ ９０．５ 空蝕系數(shù) ０．４２ ０．４８ ０．５１ 比轉(zhuǎn)速／（ｍ· ｋＷ） ４８２．６３ ４８２．１１ ４８５．９０ 水輪機出力／ｋＷ ３６ ３５０ ３６ ２６９ ３６ ８４２ 最小水頭
（２４．２ ｍ） 工況
水輪機效率／％ ９３ ９２．５ ９１．２ 空蝕系數(shù) ０．４２ ０．４８ ０．５２ 水輪機出力／ｋＷ ２７ ８５７ ２７ ３１７ ２７ ４３０ 最大水頭
（３２．３ ｍ） 工況
水輪機效率／％ ９３．４ ９３．３ ９０．８ 空蝕系數(shù) ０．２８ ０．４ ０．４２ 水輪機出力／ｋＷ ３６ ３５０ ３６ ２６９ ３６ ８４２ 水輪機最高效率／％ ９３．５ ９３．５ ９２．５ 吸出高度／ｍ －５ －８．２ －９．３ 效率修正值／％ － ＋１ － 　　表５ 比較結(jié)果可以看出①３ 種轉(zhuǎn)輪直徑基本一
樣，轉(zhuǎn)速均為１６６．７ ｒ／ｍｉｎ，機組尺寸和重量相當，機組
造價懸殊不大。②運行范圍：３ 種轉(zhuǎn)輪在最大水頭至
最小水頭范圍內(nèi)，模型轉(zhuǎn)輪均處于較優(yōu)效率工況區(qū)。
③能量指標：３ 種轉(zhuǎn)輪在額定水頭工況下的效率分別
為９３．１％、９２．３％、９０．５％。在額定水頭、最小水頭和
最大水頭三種運行工況下，ＺＺ５５０ －ＬＨ －４２５ 模型轉(zhuǎn)
輪效率均最高， 分別為９３．５％、９３．５％、９２．５％；
ＺＺ（Ｆ２４） －ＬＨ －４２０ 模型轉(zhuǎn)輪效率最低。④空蝕性
能：ＺＺ５５０ －ＬＨ －４２５ 模型轉(zhuǎn)輪，其吸出高度為－５ ｍ，
空蝕性能最好，廠房開挖也較小，其余２ 種轉(zhuǎn)輪空蝕性
能均較差，吸出高度分為－８．２ ｍ 和－９．３ ｍ。
從上述分析可知：ＺＺ５５０ －ＬＨ －４２５ 轉(zhuǎn)輪具有很
好的能量指標和運行工況，同時吸出高度也較低，廠房
土建及樞紐布置投資較好，且該轉(zhuǎn)輪已在我國很多低
水頭大流量水電站中發(fā)揮非常良好的應用效果。因
此，推薦ＺＺ５５０ －ＬＨ －４２５ 作為角木塘水電站的水輪
機轉(zhuǎn)輪，對應的水輪機型號為ＺＺ５５０ －ＬＨ －４２５（nｓ ＝
４８２．６３ ｍ · ｋＷ），配套發(fā)電機型號為ＳＦ３５ －３６／６７００
（懸式）。選定的水輪發(fā)電機組主要特性參數(shù)為①水
輪機： 轉(zhuǎn)輪直徑４．２５ ｍ， 不銹鋼材質(zhì)； 額定功率
３６．３５ ＭＷ；額定水頭２８．５ ｍ；額定流量１３９．３４ ｍ３ ／ｓ；
額定效率：９３．１％；額定轉(zhuǎn)速１６６．７ ｒ／ｍｉｎ；吸出高
度≥ －５ ｍ。②發(fā)電機：額定功率３５ ＭＷ；額定效率≥
９７％；額定電壓１０．５ ｋＶ；功率因素０．８５（滯后）；額定
轉(zhuǎn)速１６６．７ ｒ／ｍｉｎ；飛逸轉(zhuǎn)速３６６．７４ ｒ／ｍｉｎ；轉(zhuǎn)動慣量
（J２ ）≥３ ６００ ｔ· ｍ２ ；機組旋轉(zhuǎn)為俯視順時針。
2．7　安裝高程的確定
根據(jù)電站實際運行情況，按１ 臺機額定過流量的
１／２ 從下游水位與流量關系曲線中確定設計尾水位。
取設計尾水位為３５０．９４ ｍ，水輪機吸出高度為－５ ｍ
（采用整體不銹鋼轉(zhuǎn)輪），計算確定水輪機漿葉中心高
程為３４５．９４ ｍ，水輪機安裝高程為３４７．６４ ｍ。
３　水輪機主要結(jié)構(gòu)特點
１）蝸殼。蝸殼為г型式平頂混凝土蝸殼，蝸殼頂
部有防滲鋼板，包角不小于２２５°。在水輪機層上游側(cè)
設蝸殼進人門， 進人門尺寸不小于１ ０００ ｍｍ ×
１ ０００ ｍｍ，蝸殼進人門要求從側(cè)外開門，從頂部進入。
設進人蓋及防滲板等，其中進人蓋的門軸、鉸鏈以及固
定用螺栓均采用不銹鋼制造。每臺機蝸殼進口上游側(cè)
設直徑３００ ｍｍ 手動排水盤型閥一個，閥桿與導向套
配合處和閥桿接頭及螺桿、螺套均為不銹鋼材料制造。
２） 座環(huán)。座環(huán)（含固定導葉） 采用焊接，分瓣
結(jié)構(gòu)。
３）頂蓋和支持蓋。頂蓋和支持蓋采用Ｑ２３５ －Ｂ
鋼板焊接結(jié)構(gòu)。在適當位置設置測壓孔，以便測量轉(zhuǎn)
輪與導葉之間、轉(zhuǎn)輪與頂蓋之間的壓力。支持蓋的下
３４
賴珊珊，等：角木塘水電站水輪機參數(shù)選擇及結(jié)構(gòu)特點２０１５ 年５ 月
部設限制機組轉(zhuǎn)動部分上抬量的止推裝置。
４）底環(huán)。底環(huán)采用Ｑ２３５ －Ｂ 鋼板焊接，兩瓣結(jié)
構(gòu)。底環(huán)上設導葉軸套，軸套采用鋼背復合材料。
５）主軸。主軸采用優(yōu)質(zhì)碳鋼或低合金鋼整體鍛
造而成，為中空結(jié)構(gòu)，軸內(nèi)裝設操作油管。主軸與水導
軸承接觸處鋪焊不銹鋼層，加工后的不銹鋼厚度不得
小于６ ｍｍ。
６）導軸承。導軸承采用稀油自潤滑結(jié)構(gòu)，筒形軸
瓦為巴氏合金材料，潤滑油采用“Ｌ －ＴＳＡ４６”號汽輪機
油，冷卻器采用導熱性能較好的紫銅管材料。
７）水輪機轉(zhuǎn)輪。轉(zhuǎn)輪葉片采用ＺＧ０Ｃｒ１３Ｎｉ５Ｍｏ 馬
式體不銹鋼整鑄，帶抗空蝕裙邊，葉片能互換。密封壓
板和固定螺栓采用０６Ｃｒ１３Ｎｉ５Ｍｏ 不銹鋼制造。轉(zhuǎn)輪
室球面及球面以下２００ ｍｍ 為００Ｃｒ１３Ｎｉ５Ｍｏ 材料制
造，其余部分用Ｑ２３５ －Ｂ 制造。
８）尾水管。尾水管彎肘形，其錐管上設長方形進
人門，進人門要求側(cè)向開門，尺寸為６００ ｍｍ ×８００ ｍｍ
（寬×高）。下部設檢查積水的驗水閥門（黃銅或青
銅），并允許檢修平臺部件能方便從進人門進出尾
水管。
４　結(jié)　語
１）結(jié)合角木塘水電站工程特性和水文泥沙條件，
確定電站裝機容量７０ ＭＷ，安裝２ 臺軸流轉(zhuǎn)漿式機
型，混凝土蝸殼。
２）經(jīng)擬定轉(zhuǎn)輪特性參數(shù)指標比選，優(yōu)選效率高、
抗空蝕性能好、吸出高度小的ＺＺ５５０ －ＬＨ －４２５（nｓ ＝
４８２．６３ ｍ· ｋＷ 轉(zhuǎn)輪，額定轉(zhuǎn)速３００ ｒ／ｍｉｎ。
３）水輪發(fā)電機組設計尾水位３５０．９４ ｍ，水輪機漿
葉中心高程３４５．９４ ｍ，水輪機安裝高程３４７．６４ ｍ，確
保水輪機組額定出力點在最高效率區(qū)和接近最優(yōu)工況
點運行，提高水能利用效率和機組運行穩(wěn)定性。
４）為確保水輪機具有良好的運行性能，提高機組
運行穩(wěn)定性和延長使用壽命，優(yōu)選抗空蝕、抗磨蝕材料
和方案，并嚴格控制葉型精度、葉片表面粗糙度和波浪
度等。
角木塘水電站工程水輪機特性參數(shù)和結(jié)構(gòu)形式的
優(yōu)化設計中，充分結(jié)合工程水文泥沙特性和經(jīng)實踐檢
驗成熟可靠的技術方案，為水輪機高效利用水能資源
和安全穩(wěn)定運行提供了重要的技術指導。
參考文獻：
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及主要結(jié)構(gòu)特點［Ｊ］．紅水河， ２０１３， ３２（５）： ６１ －６４
（上接第３０ 頁）
下降，最后經(jīng)池末端消力坎進一步調(diào)整流速，出池水流
趨于穩(wěn)定。
４　結(jié)　語
本文結(jié)合工程實際依托物理模型試驗，對平原河
道地區(qū)船閘充泄水過程進行模擬，試驗結(jié)果表明：
１）３ ｍｉｎ 均勻開啟閘首輸水系統(tǒng)工作閥門，上下
游廊道進水口水流流態(tài)穩(wěn)定，均無不良漩渦，輸水系統(tǒng)
泄流能力滿足要求，４ ｍｉｎ 之內(nèi)能夠比較充分地完成
閘室充泄水過程。
２）充水過程中上游引航道內(nèi)水流流態(tài)穩(wěn)定，橫向
流速較??；水流自輸水廊道經(jīng)縱向布置的消力坎對沖
充分消能，消能效果良好，末端最大流速為０．５ ｍ／ｓ，
充水過程中閘室內(nèi)稍有波浪， 最大慣性波高為
０．１２ ｍ，滿足規(guī)范要求。
３）閘室泄水過程中，閘室內(nèi)水面穩(wěn)定下降，最大
慣性波降為０．１８ ｍ，閘首水流流態(tài)較佳，廊道內(nèi)無摻
氣水流，下閘首消力池內(nèi)水流消能充分，出池水流均勻
擴散。
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