水輪機/水泵水輪機一般根據其轉輪所轉換水流能量的形式不同和水流通過轉輪的方向不同分為不同的類型。大中型水電站常用的有混流式水輪機、軸流轉槳式水輪機、燈泡貫流式水輪機、水鬥式水輪機、單級混流式水泵水輪機等。
混流式水輪機的使用水頭範圍較廣,一般在30米-700米,機組結構簡單,運行穩定且效率高,是應用最廣泛的一種水輪機,近年來的發展趨勢是高水頭、大容量和高效率。目前世界上混流式水輪機單機最大輸出功率已達81.2萬千瓦(中國向家壩水電站)。國內已有三峽、龍灘、拉西瓦、小灣等一批水電站的70萬千瓦級大型混流式水輪機投入運行。
軸流轉槳式水輪機多用於中低水頭大流量的水電站,水頭適用範圍3米-80米,其轉輪葉片可以根據運行工況的變化而轉動,從而擴大了高效率區範圍,結構相對複雜,應用不斷向高水頭、大尺寸發展。目前世界上尺寸最大的軸流轉槳式水輪機安裝在中國葛洲壩水電站,轉輪直徑11.3米,額定功率17.77萬千瓦。
燈泡貫流式水輪機是一種過流通道呈直線的臥軸軸流式水輪機,水頭適用範圍3米-30米,其結構緊湊,效率較高。隨著國內低水頭徑流式水電資源的開發,燈泡貫流式水輪機已被廣泛采用。目前國內燈泡貫流式水輪機輸出功率最大為5.85萬千瓦(橋鞏水電站),使用水頭最高27.3米(洪江水電站),轉輪直徑最大7.5米(長洲水電站)。
水鬥式水輪機僅利用水流動能做功的水輪機,其使用水頭範圍一般在300米-1700米。發展趨勢是提高單個噴嘴的比轉速和繼續增加噴嘴的數量,以適應更高水頭電站的需要。目前世界上最大的水鬥式水輪機機組額定功率為42萬千瓦(瑞士Bieudron電站),其使用水頭也最高,為1883米。國內已投運的水鬥式水輪機機組單機額定功率最大為140萬千瓦(金窩水電站),應用水頭最高的是天湖水電站,額定水頭1022.4米。
單級混流式水泵水輪機是抽水蓄能電站使用最為廣泛的機型,既可作為水輪機運行、將水流能量轉變為旋轉機械能,又可作為蓄能泵運行、將旋轉機械能轉變為水流能量。目前世界上使用水頭最高的單級混流式水泵水輪機在日本的葛野川(Kazunogawa)電站,水輪機工況的最大水頭為728米,最大輸出功率41.2萬千瓦,水泵工況的最高揚程為778米,最大抽水流量50.3立方米/秒,轉速500轉/秒。日本神流川(Kannagawa)抽水蓄能電站的單級混流式水泵水輪機在水輪機工況額定水頭653米下的輸出功率為46.3萬千瓦。國內使用水頭最高的單級混流式水泵水輪機在西龍池抽水蓄能電站,水輪機工況的最大水頭為687.7米,額定功率30.6萬千瓦,水泵工況的最高揚程為703米。
(水電顧問集團 戴康俊/供稿)
