水力机械及工程设计

本人从事水轮机研究设计和新产品开发工作已有 45 年的历程, 期间根据工作需要从事过
清水泵、水轮泵、无轴封泵和容积泵等产品的设计工作。由于一直在科研单位工作, 经常与水
电设备制造厂、水电站、高等院校和水电管理部门有工作联系, 因此深感水力机械教材( 内容
包括基础理论、资料、科研成果、现场试验数据等) 对从事水力机械研究设计人员、运行操作人
员的重要性; 对在校学生和刚步入工作岗位的从业人员来说, 能有一本全面且系统介绍最新科
研成果和工程设计的教材, 更是必要的。《 水力机械及工程设计》一书正是从水轮机、水泵基
础理论出发, 系统地讲解了转轮和叶轮及其过流部分的水力计算、参数选择要点、主要公式推
导等内容, 对各类水轮机、水泵的典型部件结构及水力设计做了介绍, 为读者对水轮机、水泵的
基础知识的掌握奠定了基础; 本书还对产品主要零部件加工工艺做了分析介绍, 这是掌握了水
力计算、产品主要结构之后应该了解的必备知识。相信这本教材的出版, 将有益于阅读该书的
广大读者, 对我国水电设备事业的发展起到推动作用。
建国 56 年来, 我国的水轮机和水电设备研究设计和制造业经历了从无到有、从小到大、从
性能一般水平跨入世界先进行列的过程。
20 世纪 50 年代初, 我国全面引进前苏联各型水轮机转轮系列和利用美、英、日等国家
30—40 年代的转轮资料, 进行设计与制造。由于这些转轮性能偏低, 适应性差, 加之制造经验
少, 故质量较差, 运行事故多, 常常需要停机检修。
在 20 世纪 70 年代, 随着水电事业的发展, 一些水电设备制造厂结合电站特点和已制造的
产品在运行中出现的问题, 对不少转轮进行修型改造与完善, 刚刚组建的科研设计单位和高等
院校也开始了新转轮的开发工作。
1973 年由原一机部和水利电力部联合颁布了《大中型混流式和轴流式水轮机转轮参数的
暂行系列型谱》, 这是我国首次提出的转轮型谱, 即使有这样或那样的不足, 经过多个单位部
门改进完善后, 纷纷被采纳, 对当时的水电设备制造业的发展有着巨大的促进作用。
进入 20 世纪 80 年代后期, 随着改革开放的深入, 兴建了大量各种水力参数的大中型水电
站, 单机容量也越来越大, 原有的“型谱”已无法满足设计要求。在新的形势下, 我国仿照国外
通常做法———实行“招投标竞争选型”和“ 采购”的办法, 先后引进国外先进水电设备, 建成并
投产了一批各种型号机组的水电站———高水头多泥砂鲁布革混流式机组水电站、高水头大容
量轴流式机组水口电站、灯泡贯流式机组马迹塘水电站、可逆式水泵水轮机抽水蓄能机组广蓄
Ⅰ一期水电站等。与此同时, 国内科研单位和制造厂建立了五座具有国际先进水平的水轮机实
验室, 试验综合精度在 0. 25% ～0 . 3% 之间, 并开发出一批水轮机和水泵水轮机模型转轮, 为
水轮机的优化选择提供了大量资料。
20 世纪 90 年代后期至 21 世纪初期, 我国水轮机和水电设备科研设计制造水平走向成
熟, 步入世界先进水平行列, 对国内外大型电站, 我国可以独立投标或与国外厂商联合投标竞
争。对于混流式机组, 我们已制造了单机容量为 25 , 30, 40, 55 , 70 万 kW 等多种型号产品, 其
中长江三峡电站混流式机组最高水头为 189. 2 m, 转轮直径为 10. 6 m, 真机效率达 96. 2 % , 不
久将开发出单机容量为 75 ～80 万 kW 的机组, 成为世界上单机容量最大的机组。我国早在
1981 年就制造出轴流式水轮发电机组, 其转轮直径为 11. 3 m, 单机容量为 17 万 kW, 是当今世
界上转轮直径最大的水轮机。另外, 我国正在制造单机容量为 4. 62 万 kW 的贯流式机组。我
国已经制造出最高水头为 1 022 . 4 m 的水斗式水轮机, 并成功应用于广西天湖电站。单机容
量为 30 万 kW 的抽水蓄能机组已经批量生产。
当前, 我国水轮机模型转轮性能情况: 最高效率低于国外 0. 8% ～1. 3% , 空化性能和压力
脉动与国外差距在缩小; 在结构方面, 吸取国外先进可靠的转轮密封、主轴密封、新型导水机
构、摩擦传递扭矩、筒型阀等; 在工艺材料方面, 大型转轮叶片采用数控加工、堆焊抗磨层, 过流
部件广泛采用高强度耐磨蚀的不锈钢材料。
与大型机组配套的附属设备, 借鉴了国外1913