浅谈液力透平技术在水电站的使用前景

2017-10-19孙鹏

中国科技纵横 2017年17期

关键词：效益

孙鹏

摘要：液力透平技术是将液体流体工质中残余的压力能和动能转换为机械能的一种技术，目前液力透平技术在水电站的生产和建设中利用率相对较低。在很大程度上增加了企业的生产成本，降低生产效益，制约着企业的发展。

关键词：液力透平；效益；使用前景

中图分类号：F426.4 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）17-0131-01

1 液力透平装置概念及工作原理

液力透平是一种能量回收装置。透平是将流体工质中蕴有的能量转换成机械能的机器，又称涡轮机。透平的工作条件和所用工质不同，所以它的结构型式多种多样，但基本工作原理相似。透平的最主要的部件是一个旋转元件，流体所具有的能量在流动中，经过喷管时转换成动能，流过叶轮时流体冲击叶片，推动叶轮转动，从而驱动透平轴旋转。透平轴直接或经传动机构带动其他机械，输出机械功。透平机械的工质可以是液体、蒸汽、燃气、空气和其他气体或混合气体。以液体为工质的透平称为液力透平。液力透平装置是回收剩余能量的。不受介质种类的限制，可以根据现场实际进行设计，根据不同工况设计出符合现场需要的装置。

做为一个节能的装置，液力透平是近几年才兴起来的。在使用上，常常以反转离心泵作液力透平，这样更经济。

2 水电厂应用液力透平技术的必要性

在科技竞争日益剧烈的今天，制约企业发展最重要的一个因素就是技术水平的高低。就水电站而言，企业效益的高低取决于于以下几个方面：一个是水能利用率的高低，也是最重要的一个方面，二是成本节约，在抢发电量的同时最大化的优化资源的配置。因此对水电厂而言，要想企业获得更大的利润，除了合理利用水资源，增加发电量之外，还有一个更加重要的因素就是节能，优化人力、资源配置。在增加发电量的前提下减少支出，增加企业收入。

目前水电站内部消耗电能最多的一部分是用电，而在厂用电中，技术供水的耗电率最高。当前对于技术供水方式的设计，一般有自流供水方式、水泵供水方式、混合供水方式等几类。

以苗家坝水电站机组技术供水为例，机组技术供水采用循环水泵冷却供水和蜗壳取水自流供水。电站汛期时，以循环水泵供水为主供水方式，蜗壳取水自流供水作为备用。机组循环冷却供水系统由循环水池、循环水冷却器、水泵、循环水池补水电动阀门、循环冷却供水电动阀门及控制系统组成。苗家坝水电站循环水泵采用单级单吸式强自吸卧式离心泵，设有5台立式离心泵，3台工作水泵，每台水泵供水量满足一台机组所需冷却水量，2台备用水泵。每台水泵额定功率为160kW。

苗家坝水电站单机设计流量为111.14m3/s，汛期入库流量大于330m3/s，因此基于利益提升的考虑，可以引入透平技术。

3 液力透平技术的实际应用及效益

苗家坝水电站厂用取自发电机所发电量，属于自给自足模式，生产的一部分电能将通过厂用系统直接供给循环水泵。普通电机供给水泵能量过程以及能量转换计算为：

普通电机供给能量过程：势能→动能（水轮机）→电能（发电机）→电能量傳递→动能（电机）→直接供给使用水泵

Q=E水头×0.98水轮机效率×0.9电机效率×η电能输送效率=0.872ηE水头

相对于普通电机来说液力透平装置能量转换过程为：

液力透平装置能量转换过程：势能→动能→直接供给使用水泵

Q=E水头×0.8透平效率=0.8E水头

从以上能量转换过程我们不难发现使用液力透平技术可以减少能量转换过程从而减少能量在传递过程中的损失。同时依据电能输送原理可知，η在实际过程中会小于1，按照η=0.9计算，电机对水头的有效利用率将远远小于液力透平对水头的利用率。

苗家坝水电站技术供水的设计压力值为0.2-0.6MPa，通过液力透平计算可以知道：

P=P额定水头压力×0.8透平效率×0.7水泵效率=0.56P额定水头压力

按照运行规程我们可以知道额定压力P=0.918MPa，通过液力透平技术的水压完全满足机组技术供水要求。