水泵水輪機

水泵水輪機

水泵水輪機是20世紀30年代出現的新型抽水蓄能機組,與水輪機和水泵串聯的蓄能機組相比,其重量大為減輕,造價降低,因而得到廣泛套用。水泵水輪機主要分為混流式、斜流式和貫流式,適用水頭/揚程的範圍不同。混流式和斜流式水泵水輪機主要套用於大中型抽水蓄能電站,其中使用最為廣泛的是混流式水泵水輪機。貫流式則多套用於潮汐電站。此外,在一些裝有軸流泵的泵站,亦有利用軸流式水泵反轉進行發電的,這種軸流式水泵水輪機套用並不廣泛。

基本介紹

  • 中文名:水泵水輪機
  • 外文名:pump turbine
  • 類別:水輪機
  • 出現時間:20世紀30年代
  • 類別:新型抽水蓄能機組
  • 分類:混流式、斜流式、貫流式
  • 優點:重量輕、造價低
工作原理,產品分類,混流式,斜流式,貫流式,發展及使用現狀,

工作原理

轉輪正向旋轉時作為泵使用,反向旋轉時作為水輪機使用的可逆式水力機械。是抽水蓄能電站的動力設備。水泵水輪機與反擊式水輪機的適用水頭範圍基本一致。其通流部件的幾何形狀與水輪機有所不同,但是主要部件和結構在許多方面是相仿的。為滿足水泵和水輪機兩種運行工況的要求,水泵水輪機比相同水頭和容量的水輪機尺寸大。水泵水輪機今後的趨向是擴大單級轉輪的使用水頭,提高比轉速,增加單機容量和最佳化水泵工況起動方法。水泵水輪機的分類與反擊式水輪機相仿,按水流途徑分混流式、斜流式和貫流式三種。

產品分類

混流式

水流沿徑向進入轉輪,然後基本上沿軸向自轉輪流出的水泵水輪機。轉輪形狀類似水泵,適用水頭一般100~600m,超過600m水頭時一般採用兩隻或兩隻以上轉輪串聯組成多級式。日本已試驗800m水頭段的單級轉輪,可望提高單級轉輪的適用水頭。混流式水泵水輪機的結構簡單,適用的水頭範圍廣,因此是套用最多的機型。

斜流式

水流流經轉輪葉片時傾斜於軸線某一角度的水泵水輪機。適用水頭30~140m,槳葉可調節,與混流式水泵水輪機相比平均效率高,可以調節水泵輸水量,水泵起動力矩小。缺點是結構複雜,造價高,只適用於機組台數少和水頭變幅大的抽水蓄能電站。中國在1972年製造了第一台斜流式水泵水輪機在密雲水庫電站運行。

貫流式

流道呈直線狀的臥軸水泵水輪機。適用水頭3~20m,主要用於抽水蓄能型的潮汐電站,除要求機組具有單向發電、抽水功能外,有時還要求具有雙向發電、雙向抽水和雙向泄水六種功能。
以上各類水泵水輪機在發電水頭、單機容量方面的世界最高水平見表。
水泵水輪機

發展及使用現狀

水泵水輪機技術是在近40年來,隨著抽水蓄能電站的建設迅速發展起來的。混流式水泵水輪機於1931年首次安裝在義大利的格拉·拜頓水電站,單機容量為0.6 MW。抽水蓄能電站發展較快的是美國、日本和西歐各國。已投入運行的機組中,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728m,最大輸出功率412 MW;水泵工況的最高揚程為778 m,最大抽水流量50.3 m3/s,轉速500 r/min。該電站首台機組於1999年12月投入運行。美國巴斯康蒂(Bath County)抽水蓄能電站的單級混流式機組額定工況輸出功率350 MW,水泵水輪機的水輪機工況在329 m水頭下輸出功率為380 MW,最大輸出功率457 MW,最大水頭為390 m;水泵工況最高揚程387m,抽水流量85 m3/s,在揚程335 m時抽水流量為116m3/s,轉輪直徑6.35 m,轉速257.1 r/min。保加利亞茶拉(Chaira)水電站的單級混流式水泵水輪機也具有一定代表性,水輪機工況的最大水頭為677 m,單機額定輸出功率216 MW;水泵工況的最高揚程為701 m,最大抽水流量29.5 m3/s,轉輪直徑3.52 m,轉速600r/min。
具有代表性的多級式水泵水輪機安裝在義大利的埃德羅(Edolo)抽水蓄能電站,其最高水頭/揚程為1256 m/1289 m,為當前套用水頭/揚程最高的水泵水輪機,水輪機工況最大輸出功率128 MW,5級,轉輪直徑2.215 m,轉速600 r/min;單機輸出功率最大的為法國的勒·柯洛電站雙級可逆式水輪機工況最大輸出功率286 MW,水泵工況最大輸入功率244 MW,最高水頭/揚程1037 m/1067 m,轉速600r/min;使用水頭最高的斜流式水泵水輪機安裝在日本的高根第一(TakaneI)電站,最高水頭/揚程為136 m/137 m,水輪機工況最大輸出功率88 MW,轉速277 r/min;最大的貫流式水泵水輪機(燈泡式)為法國的朗斯(LaRance)潮汐電站,最大輸出功率10 MW,最高水頭/揚程為11m/6m。
中國抽水蓄能電站建設發展迅速。國內已投入運行的大型單級混流式水泵水輪機主要有:廣州抽水蓄能電站的水泵水輪機,運行水頭/揚程範圍是496~537 m/514~550 m,水輪機工況額定功率306 MW,轉速500 r/min,轉輪直徑3.886 m (二期3. 865m)。十三陵抽水蓄能電站的水泵水輪機,運行水頭/揚程範圍是418~475m/440~489m,水輪機工況額定功率204MW,轉速500r/min,轉輪直徑2.63 m;天荒坪抽水蓄能電站的水泵水輪機,運行水頭/揚程範圍是520~605m/533~615m,水輪機工況額定功率306 MW,轉速500r/min,轉輪直徑4.08 m。中國已投入運行的斜流式水泵水輪機安裝在密雲抽水蓄能電站,轉輪直徑2.5 m。發電工況時最大水頭64m,輸出功率13.5MW;額定水頭46 m,輸出功率11 MW。抽水工況時,最高揚程59 m,設計揚程52 m。

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