抽水蓄能水泵水轮机比转速选择技术研究

水泵比转速nsp是反映机组技术和经济性能的综合参数。 在一定的水头和功率条件下，提高机组比转速，能减小机组尺寸、减轻机组重量、降低电站总造价。 但nsp值的提高也受到厂房允许挖深、机组设计制造、强度、振动、空蚀、泥沙磨蚀等因素的限制。 比转速和比速系数是表征水泵水轮机设计水平的重要参数，比转速过小，转轮流道相对加长，导叶高度相对减小，流道内摩擦阻力及转轮外壁圆盘损失增加而使水力效率急剧下降；比转速过大，可能会影响水泵水轮机空蚀性能，对于高水头蓄能机组，大比转速意味着高同步转速，带来发电电动机制造难度过大、结构设计和材料选择困难等。

与常规水轮机参数选择一样 ，水泵水轮机参数选择中 ，关键在于如何根据水电站的实际运行参数 (水头 、出力等)，使所选择的水轮机各参数 (直径 、转速等)，尤其是与其比转速达到最佳配合的目的 。

在预可研阶段，如果比转速在运行机组高与低之间时，往往困扰设计人员的选择，一般设计院 根据可研设计阶段特点，采用统计设计法，分析部分已投 运的抽水蓄 能电站情况 ，结合制造厂商推荐的相关参数 ，初步确定抽水蓄能电站水泵水轮机比转速水平。为确保机组安全、可靠、稳定运行，比转速不宜选高限档，比转速的选择与项目的抽发比、过机泥沙含量等也有关系，当抽发比大或者过机泥沙多时，一般也不宜取太高的比转速。但在选择机组参数时，也应达到一定的先进水平，同时也应考虑有利于降低机组造价和土建费用，以提高电站的经济效益，因此比转速宜选用中高档较为合适。

高转速化与高比转速化方向发展 。现在世界上已投运的400m水头、100MW 以上的近百台大型蓄能机组中 ，所选用的转速 都在360r／rain以上 ，其中最高转速 为 600r／rain。由于 高水头低比转速水泵水轮机 转轮 形状 像一个扁平的盘 子 。转轮进 口(水轮机方向 )高度很小且因水头高 ，为保证一定的强 度 ，转轮叶片做得较厚 ，这些因素都使得转轮摩擦损失和迷宫漏水增加 。使水泵和水轮机工况 的效率下降，尤其是当水泵比转速 ≤30(m ·ma／s)后，其效率明显下降，当 ≤25(m ·m／s)则急剧下降 。因此 ，水泵水 轮机的技术发 展方向之一是在提高机组工作水头 (扬程 )的同时尽 量不降低其 比转 速 。水 泵比转速 系 数 K)在60年 代约在1000- 2500之间，到70年代 ， 已达到 2500～3200，英国的迪诺维克蓄能机组达3600。但是，提高比转速又受到电站淹没深度的限制 。水轮机吸出高度 值愈来愈低 ，如阳江、敦化、长龙山已近100米左右。另外 。由于比转速 的提高 。使机组的振动、空蚀和噪音加剧 。受力部件的应力与应变量增大 ，因此机组各个结构部件的刚度都要加强 。

通过提高水泵水轮机比转速，可以降低机组造价，这也是制造商的追求目标。随着计算机技术的发 展，材料工业、加工工 艺及加工 手段 的进步，以及 CFD和FEM 技术在水泵水轮机设计方面的成熟应 用 ，反应水泵水轮机综合技术水平的比转速值有提高的趋势 ，且在 20世纪 80年代前后提高的幅度较为明显，其后，比转速也有一定的提高，但增长幅度有限。从技术的角度考虑 ，水泵水轮机的设计手段、材料 和加工工艺已应用 到最优状 态 ，再想有所突破，所带来的设计、材料、加工检测设 备方面的研制费用在目前的科学技术水平条件下就变得不经济。因此在能够达到的技术水平情况下，不是去追求过高的比转速，而是把良好的空蚀性能和运行稳定性、可靠性放在第一位。