科创中国
轴流式和贯流式水轮机关键技术及工程应用
发布时间: 2025-05-26
基本信息
合作方式：
合作开发
成果类型：
发明专利,实用新型专利,新技术
行业领域：
新材料产业,新材料相关服务
成果介绍
水电作为一种清洁、灵活的能源形式，在提供绿色能源的同时为大规模新能源的并网提供了重要的系统调节功能，有力支撑了“双碳”目标的实现。中低水头水能资源是未来水电开发重点之一，轴流式和贯流式水轮机是其主力机型，运行中存在效率低下、磨蚀破坏严重、协联偏差大等突出问题。我国轴流式和贯流式水轮机的研发起步较晚，直到本世纪初，大型轴流式和贯流式水轮机主要依赖进口。针对以上问题，以国家和企业项目为依托，历经近30年的产学研用协同攻关，本成果先后创新了水轮机过流部件设计理论，形成了轴流式和贯流式水轮机抗磨蚀技术体系，解决了协联偏差大的难题。利用成果技术，研发了模型效率世界最高的大藤峡轴流式水轮机和陶岔贯流式水轮机。近十年，在单机容量100MW及以上轴流式机组和25MW及以上贯流式机组的国内市场占有率达50%以上，并向俄罗斯、阿根廷等10余个国家出口了水轮机产品。
成果亮点
（1）首创了联合控制环量与轴面流速分布的转轮全三维有旋反问题设计方法，揭示了水轮机过流部件间的流动匹配关系，实现了转轮与尾水管一体化设计；发展了转桨式水轮机的性能预估技术，建立了轴流式和贯流式水轮机多学科多工况的优化设计体系，研发的系列轴流式和贯流式水轮机的模型最高效率已全面超越了GE、Voith、Hitachi、Andritz等国际著名企业的同类机型，实现了水力设计技术从跟跑到领跑的跨越。
（2）发明了水轮机空化初生识别方法，实现了空化初生实时定量检测；揭示了轴流式和贯流式水轮机内部流动结构的时序演变规律；阐明了间隙泄漏涡加剧叶片磨蚀的机理，提出了一系列控制叶片间隙空化的技术措施；形成了转桨式水轮机的抗磨蚀技术体系，使高含沙水流电站转轮大修周期由原来的2~3年提高到5年左右。
（3）发明了步进式水轮机智能PCC调速器，解决了电液转换器堵塞发卡和测频可靠性低的问题，实现水轮机全工况的最佳控制；首创了一种自寻优桨叶调节方法，实现了由双重调速器自动获取最优协联关系，解决了轴流式和贯流式水轮机运行中协联偏差大的难题。
团队介绍
罗兴锜教授领衔的研究团队实力雄厚，成员包括 5 名教授、5 名副教授以及 10 名讲师和博士后。团队深耕水力机械领域，在水力机械内流机理、转轮优化设计、水力激振测试与空化检测、过渡过程特性及稳定性控制、变速运行策略等方向，开展了深入的科学研究与工程应用工作。团队成果丰硕，取得了诸多原创性成果，并积极通过 “产、学、研” 模式，将科研成果转化应用，成功为国内外多座电站开发出综合性能卓越的水轮机。团队负责人罗兴锜教授以第一完成人荣获国家科学技术进步二等奖2项、陕西省科学技术进步一等奖3项。在科研项目方面，团队主持了国家自然科学基金重点项目5项、国家重点研发计划课题3项，发表 SCI/EI 论文 200 余篇，授权国家发明专利 70 余项 。
成果资料
产业化落地方案
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