2024年3月24日发(作者：摩歌韵)
维普资讯
２０ｏ７．Ｎｏ．１ 四川水利 ・３５・
基于转轮换型的水轮机增容改造
骆晔立
（中国水电十局安装分局，四川都江堰，６１１８３０）
【摘要】对新旧型谱系列模型转轮的性能进行分析，结果表明：Ｉ）０６Ａ转轮过流能力远大于ＨＬ１６０转轮，能量特性
及空化特性同样优于ＨＬ１６０转轮，但对同一导水机构Ｉ）０６Ａ水轮机导叶，最大开度比ＨＬ１６０要大。由流道对比可得出，
两种转轮互换性很强。实践证明，用Ｉ）０６Ａ转轮替代ＨＬ１６０转轮可增客２０％。
【关键词】混流式水轮机增客改造新型转轮导叶最大开度调节保证
曲库乎电站位于青海省同仁县隆务河流域上
１ Ｄ０６Ａ转轮与ＨＬ１６０转轮的性能比较
游，于１９８１年投运。隆务河多年平均流量为
１ 机组有关参数如下：水轮机型号ＨＬ１６０一
１５．１４ｍ ／ｓ，电站引水渠过流能力８．０ｍ ／ｓ，实际
ＷＪ一８４；调速器型号ＹＴ一１０００；发电机额定功率
引用流量仅６．５ｍ ／ｓ，存在大量弃水。１ 机组额
２５００ｋＷ；机组转速６００ｒ／ｒａｉｎ；水头６５ｍ；流量
定出力为２０００ｋＷ，发电机额定出力却高达
３．８１ｍ ／ｓ；导叶分布圆直径Ｄ＝１０２０ｍｍ；导叶数
２５００ｋＷ，水能资源和机组的现状提供了增容改造
Ｚ０为１６。
的必要性。笔者曾通过进出水边切割及叶片修型
机组导叶相对高度是０．２４４，单位转速６２．５，
手段，对该台机组水轮机进行过成功改造，使机组
额定出力时单位流量０．６７，新转轮限制单位流量
出力达到２５００ｋＷ【ｌ】。随着新型谱转轮的普及应
期望值是０．８３５。对新旧型谱 参数进行对比，
用，通过更换转轮也有可能使增容改造在不改变
初选Ｄ０６Ａ转轮，二者性能参数对比见表１。
现有通流部件的前提下得以实现。本文介绍如
Ｄ０６Ａ一８４转轮与ＨＬ一８４转轮流道高度仅
下。
表ｌ 两种转轮性能参数对比
相差０．８４ｒａｍ，可视为二者流道高度一致。
高，空化系数却下降很多，体现了Ｄ０６Ａ转轮的优
１．１机组预期最大出力 越性能。
Ｄ０６Ａ转轮的过流能力远大于ＨＬ１６０转轮。 １．３效率特性比较
查其综合特征曲线，在单位转速６２．５时，单位流 根据Ｄ０６Ａ转轮和ＨＬ１６０转轮模型综合特征曲
量ｑｖ．１ 达到０．８２５，模型效率 为０．８７。设发
线，可得出 ．１ 与模型效率ｒ／ 相应数据见表２。
电机效率保持在２０００ｋＷ时的值不变，整机出力
表２ ，Ｉ １ ＝６２．５时 对应ｑｖ．１ 值（％）
可达到２４２０ｋＷ，增幅在２０％左右，可使发电机容
量号 ｎ ６７
量得到比较充分的利用。
０．８３５ ｎ∞ｎ ７５ ｎ ６５ ｎ６ｏ ０．ｓ５ ０．５ｏ ０．４５ ｎ柏ｎ ３５ ０．３０
／０．７０
１．２空化系数比较
眦６ｏ 眠５豹０姒０她０拽０ ３７．０ ８４．０甑０ ７７．０
Ｄ０６＾ ３７．０眠０豹．５ ９ｎ．０ ９ｏ．０ ９ｎ０髓．５ ３ ０ ８４．０ ８ｌ＿５＇３．０ １４．０
一
般来说，空化系数随比转速的增加而增加。
Ｄ０６Ａ转轮与ＨＬ１６０转轮相比，过流能力大为提
由表２可见，在ｑｖ．１ ＜０．６的运行区域，
维普资讯
・
３６・ 骆晔立：基于转轮换型的水轮机增容改造 ２００７．Ｎｏ．１
Ｄ０６Ａ转轮的 比ＨＬ１６０转轮的 要小２％，但 至８２ｍｍ，导叶出水边仍然不会与叶片进水边相
碰。
１ 机组和另外两台机组合理分配负荷，完全可避
免在此小流量区域运行；在０。６＜ｑｖ．１ ＜０。６７
的范围，即ＨＬ１６０转轮从最优单位流量到限制单
位流量范围，处在Ｄ０６Ａ转轮的最优单位流量附
近，７／ 较前者高出０．１５％；在０．６７０＜ｑｖ．１ ＜
０．８２５的范围，即增容流量区，处于ＤＯ６Ａ转轮的
参考ＨＬ１６０一ＷＪ一８４导水机构行程——开度
曲线Ｓ—ａ图和实测结果，确定了改造后控制环耳
环的最大行程Ｓ一。接力器行程或者说调整轴转
臂的最大转角４５。是不可更改的，Ｓ一取决于调整
轴转臂销孔的旋转半径Ｒ，其值越大则ｓ一越大。
它们的关系可表达为：
最优单位流量到限制单位流量段，其效率在８７％
一
９０％之间。也就是说，除增容带来的发电量外，
更换转轮还能额外获得水力效率提高所带来的发
电量。
１．４转轮流道特性比较
将改造前后转轮剖面图绘在一起（如图１所
示），Ｄ０６Ａ转轮下环锥角是６。１０ ，与ＨＬ１６０转轮
的６￣３０ 相差不大，下环外径尺寸可不改变；Ｄ０６Ａ
转轮的上冠流道曲线比ＨＬ１６０转轮抬高了很多，
使上冠部分变得较薄。从强度角度考虑，对上冠
外部形状做了如图１所示的改变，使其厚度增加；
随上冠型线的改变，上冠中心铸造空腔也应变化；
泄水孔出口在Ｄ０６Ａ转轮叶片流道出水边之后，
泄水孔位置和角度均不需发生变化。
圈１转轮流道对比
综上所述，Ｄ０６Ａ转轮的能量特性和空化特
性均优于ＨＬ１６０转轮，且与ＨＬ１６０转轮的互换性
很好。用Ｄ０６Ａ一８４转轮替换ＨＬ１６０—８４转轮，
可使机组出力从２０００ｋＷ增至２４２０ｋＷ。
２导水机构的改造
根据几何相似，导叶相对开度位置可表达为ｔ
＿０： ０ —
１ｒＤ—
（１）
，
据模型参数推算出该机导水机构设计最大开
度为６５．７４ｍｍ，而更换Ｄ０６Ａ转轮后要求最大开
度达到８２ｍｍ。现场实测表明，导水机构开度增
Ｓ＝２Ｒｓｉｎ ０ （２）
式中，０为调整轴转臂转角。
据此制造新尺寸的调速轴转臂，并与调速轴
重新配钻键孔。
３调速器计算
更换转轮后流量增幅较大，必须验证原配调
速器的调速功。中小型调速器调速功可按下
式 计算：
＝
（１９６—２４５）ｑｖ儿ＤＩ（３）
中小型混流式水轮机调速功的估算公式很
多，各公式结果相差也较悬殊，用该公式算出来的
结果有点偏大。尽管如此， 最大值也只有
８５ｏｏｊ，小于ＹＴ一１０００调速器在２．３５ＭＰａ油压下
的额定调速功９７１２Ｊ。可见，增容不会受调速器
容量限制。
另一方面，流量大幅增加使机组甩负荷时，转
速上升率 和压力上升率 发生变化。调保计算
结果如下：按原关机时间４ｓ计算， 为３８％， 为
５２％，压力上升值超标；当关机时间改为５ｓ时，卢
为４８％， 为４５％，二指标均在允许范围。
４增容改造效益
改造后机组最高出力达到２４００ｋＷ，运行１年
３个月，累计增发电量２００万ｋＷｈ，如电价按０．２
元／ｋ 计，增容改造直接经济效益达４０万元。
全部增容改造费用仅１２万元，不到５个月便可收
回全部成本。
参考文献
［１］敏政，唐建波．ＨＬ１６０一Ｗ＇Ｊ一８４型水轮机的增容
改造技术［Ｊ］．甘肃工业大学学报，ｌ９９６，２２（１）：５８－６２
［２］水电站机电设计手册编写组．水电站机电设计手
册：水力机械分册［Ｍ］．ｊ匕京：水利电力出版社，１９８９．２２
［３］郑莉媛，朱爱菁．水轮机调节［Ｍ］．北京：机械工
业出版社，１９８８．１８６—１８７． ■
2024年3月24日发(作者：摩歌韵)
维普资讯
２０ｏ７．Ｎｏ．１ 四川水利 ・３５・
基于转轮换型的水轮机增容改造
骆晔立
（中国水电十局安装分局，四川都江堰，６１１８３０）
【摘要】对新旧型谱系列模型转轮的性能进行分析，结果表明：Ｉ）０６Ａ转轮过流能力远大于ＨＬ１６０转轮，能量特性
及空化特性同样优于ＨＬ１６０转轮，但对同一导水机构Ｉ）０６Ａ水轮机导叶，最大开度比ＨＬ１６０要大。由流道对比可得出，
两种转轮互换性很强。实践证明，用Ｉ）０６Ａ转轮替代ＨＬ１６０转轮可增客２０％。
【关键词】混流式水轮机增客改造新型转轮导叶最大开度调节保证
曲库乎电站位于青海省同仁县隆务河流域上
１ Ｄ０６Ａ转轮与ＨＬ１６０转轮的性能比较
游，于１９８１年投运。隆务河多年平均流量为
１ 机组有关参数如下：水轮机型号ＨＬ１６０一
１５．１４ｍ ／ｓ，电站引水渠过流能力８．０ｍ ／ｓ，实际
ＷＪ一８４；调速器型号ＹＴ一１０００；发电机额定功率
引用流量仅６．５ｍ ／ｓ，存在大量弃水。１ 机组额
２５００ｋＷ；机组转速６００ｒ／ｒａｉｎ；水头６５ｍ；流量
定出力为２０００ｋＷ，发电机额定出力却高达
３．８１ｍ ／ｓ；导叶分布圆直径Ｄ＝１０２０ｍｍ；导叶数
２５００ｋＷ，水能资源和机组的现状提供了增容改造
Ｚ０为１６。
的必要性。笔者曾通过进出水边切割及叶片修型
机组导叶相对高度是０．２４４，单位转速６２．５，
手段，对该台机组水轮机进行过成功改造，使机组
额定出力时单位流量０．６７，新转轮限制单位流量
出力达到２５００ｋＷ【ｌ】。随着新型谱转轮的普及应
期望值是０．８３５。对新旧型谱 参数进行对比，
用，通过更换转轮也有可能使增容改造在不改变
初选Ｄ０６Ａ转轮，二者性能参数对比见表１。
现有通流部件的前提下得以实现。本文介绍如
Ｄ０６Ａ一８４转轮与ＨＬ一８４转轮流道高度仅
下。
表ｌ 两种转轮性能参数对比
相差０．８４ｒａｍ，可视为二者流道高度一致。
高，空化系数却下降很多，体现了Ｄ０６Ａ转轮的优
１．１机组预期最大出力 越性能。
Ｄ０６Ａ转轮的过流能力远大于ＨＬ１６０转轮。 １．３效率特性比较
查其综合特征曲线，在单位转速６２．５时，单位流 根据Ｄ０６Ａ转轮和ＨＬ１６０转轮模型综合特征曲
量ｑｖ．１ 达到０．８２５，模型效率 为０．８７。设发
线，可得出 ．１ 与模型效率ｒ／ 相应数据见表２。
电机效率保持在２０００ｋＷ时的值不变，整机出力
表２ ，Ｉ １ ＝６２．５时 对应ｑｖ．１ 值（％）
可达到２４２０ｋＷ，增幅在２０％左右，可使发电机容
量号 ｎ ６７
量得到比较充分的利用。
０．８３５ ｎ∞ｎ ７５ ｎ ６５ ｎ６ｏ ０．ｓ５ ０．５ｏ ０．４５ ｎ柏ｎ ３５ ０．３０
／０．７０
１．２空化系数比较
眦６ｏ 眠５豹０姒０她０拽０ ３７．０ ８４．０甑０ ７７．０
Ｄ０６＾ ３７．０眠０豹．５ ９ｎ．０ ９ｏ．０ ９ｎ０髓．５ ３ ０ ８４．０ ８ｌ＿５＇３．０ １４．０
一
般来说，空化系数随比转速的增加而增加。
Ｄ０６Ａ转轮与ＨＬ１６０转轮相比，过流能力大为提
由表２可见，在ｑｖ．１ ＜０．６的运行区域，
维普资讯
・
３６・ 骆晔立：基于转轮换型的水轮机增容改造 ２００７．Ｎｏ．１
Ｄ０６Ａ转轮的 比ＨＬ１６０转轮的 要小２％，但 至８２ｍｍ，导叶出水边仍然不会与叶片进水边相
碰。
１ 机组和另外两台机组合理分配负荷，完全可避
免在此小流量区域运行；在０。６＜ｑｖ．１ ＜０。６７
的范围，即ＨＬ１６０转轮从最优单位流量到限制单
位流量范围，处在Ｄ０６Ａ转轮的最优单位流量附
近，７／ 较前者高出０．１５％；在０．６７０＜ｑｖ．１ ＜
０．８２５的范围，即增容流量区，处于ＤＯ６Ａ转轮的
参考ＨＬ１６０一ＷＪ一８４导水机构行程——开度
曲线Ｓ—ａ图和实测结果，确定了改造后控制环耳
环的最大行程Ｓ一。接力器行程或者说调整轴转
臂的最大转角４５。是不可更改的，Ｓ一取决于调整
轴转臂销孔的旋转半径Ｒ，其值越大则ｓ一越大。
它们的关系可表达为：
最优单位流量到限制单位流量段，其效率在８７％
一
９０％之间。也就是说，除增容带来的发电量外，
更换转轮还能额外获得水力效率提高所带来的发
电量。
１．４转轮流道特性比较
将改造前后转轮剖面图绘在一起（如图１所
示），Ｄ０６Ａ转轮下环锥角是６。１０ ，与ＨＬ１６０转轮
的６￣３０ 相差不大，下环外径尺寸可不改变；Ｄ０６Ａ
转轮的上冠流道曲线比ＨＬ１６０转轮抬高了很多，
使上冠部分变得较薄。从强度角度考虑，对上冠
外部形状做了如图１所示的改变，使其厚度增加；
随上冠型线的改变，上冠中心铸造空腔也应变化；
泄水孔出口在Ｄ０６Ａ转轮叶片流道出水边之后，
泄水孔位置和角度均不需发生变化。
圈１转轮流道对比
综上所述，Ｄ０６Ａ转轮的能量特性和空化特
性均优于ＨＬ１６０转轮，且与ＨＬ１６０转轮的互换性
很好。用Ｄ０６Ａ一８４转轮替换ＨＬ１６０—８４转轮，
可使机组出力从２０００ｋＷ增至２４２０ｋＷ。
２导水机构的改造
根据几何相似，导叶相对开度位置可表达为ｔ
＿０： ０ —
１ｒＤ—
（１）
，
据模型参数推算出该机导水机构设计最大开
度为６５．７４ｍｍ，而更换Ｄ０６Ａ转轮后要求最大开
度达到８２ｍｍ。现场实测表明，导水机构开度增
Ｓ＝２Ｒｓｉｎ ０ （２）
式中，０为调整轴转臂转角。
据此制造新尺寸的调速轴转臂，并与调速轴
重新配钻键孔。
３调速器计算
更换转轮后流量增幅较大，必须验证原配调
速器的调速功。中小型调速器调速功可按下
式 计算：
＝
（１９６—２４５）ｑｖ儿ＤＩ（３）
中小型混流式水轮机调速功的估算公式很
多，各公式结果相差也较悬殊，用该公式算出来的
结果有点偏大。尽管如此， 最大值也只有
８５ｏｏｊ，小于ＹＴ一１０００调速器在２．３５ＭＰａ油压下
的额定调速功９７１２Ｊ。可见，增容不会受调速器
容量限制。
另一方面，流量大幅增加使机组甩负荷时，转
速上升率 和压力上升率 发生变化。调保计算
结果如下：按原关机时间４ｓ计算， 为３８％， 为
５２％，压力上升值超标；当关机时间改为５ｓ时，卢
为４８％， 为４５％，二指标均在允许范围。
４增容改造效益
改造后机组最高出力达到２４００ｋＷ，运行１年
３个月，累计增发电量２００万ｋＷｈ，如电价按０．２
元／ｋ 计，增容改造直接经济效益达４０万元。
全部增容改造费用仅１２万元，不到５个月便可收
回全部成本。
参考文献
［１］敏政，唐建波．ＨＬ１６０一Ｗ＇Ｊ一８４型水轮机的增容
改造技术［Ｊ］．甘肃工业大学学报，ｌ９９６，２２（１）：５８－６２
［２］水电站机电设计手册编写组．水电站机电设计手
册：水力机械分册［Ｍ］．ｊ匕京：水利电力出版社，１９８９．２２
［３］郑莉媛，朱爱菁．水轮机调节［Ｍ］．北京：机械工
业出版社，１９８８．１８６—１８７． ■