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。
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。
