接到河南省政协《黄河记忆》专题史料图书编写任务的通知后，我陷入沉思：自1984年8月大学毕业参加工作以来，一直从事水利水电工程的设计、咨询工作，一生与水力机械设备为伍。30多年来编写的工程报告、论文不计其数，但从没有写过回忆录，本计划明年退休后有时间了，多收集与工作、生活有关的素材，再写点回忆录之类的文章：一是对一生工作的美好回忆，二是闲暇时期留给自己欣赏。《黄河记忆》接到通知到交稿就1个月时间，时间有些仓促，从那开始入手呢？考虑再三，不得不提我与水轮机的那些事，尤其是西峡院工程在前期设计过程中，对于水轮机机型的争论及方案的敲定，历历在目。
阴差阳错，与水轮机结缘
1980年高考成绩出来后，我考了373分（当时河南省高考满分是530分，本科录取分数线是340分，英语是第一次参加考试，分占比30%）。当时填报志愿时，共有5个学校的专业让填报，本科及专科是在一批志愿中。听老师讲，学校录取主要看你填报第1、2志愿，一般情况下第3、4、5志愿希望不大。郑州工学院（后与郑州大学合并）是河南省最好的工科学校，也是我理想的学校，不假思索第1志愿就报了它；因我的父亲是在焦作市汽车运输公司工作，从小就对汽车比较有兴趣及感情，第2志愿填报了西安公路学院的汽车管理专业（既现在的长安大学，当时号称交通行业的“黄埔军校”，如果能录取，我今天也是个资深的汽车管理专业的工程师了）；第3志愿暂时没有选到合适的学校就空着；第4志愿填报的是河南机电专科学校；第5志愿填报的是河南省公安高等专科学校（想着本科录取不了，可以找个专科垫底），唯独第3志愿没有找到合适的学校，一直空着，直到填报志愿截止日期的最后一天，心里想着随便填个算吧，反正录取的可能性不大，就又在报纸的目录上寻找合适的学校；“华北水利水电学院”映入我的眼帘，当时学校录取的专业也很多，有水工、力学、农水、工程机械、水电站动力设备专业等专业，当时也没有老师及家里人大参谋，就选报了“水电站动力设备专业”，也不清楚这个专业毕业后能干什么，后来就稀里糊涂的就被录取了。现在回想起来，人的命运就这么神奇，正是“误入水利学院、成就一生事业；幸遇水电开发、学有用武之地”。
我在学校读书的这4年，系统学习了有关水轮机的理论及知识，为日后从事水电工程设计、咨询打好坚实的基础、并积累很多人脉。
初次接触水轮机
1984年8月2日到黄委设计院报道，立即被分配到当时的设计处机电室，机电室分为水力机械组、电气一次组、电气二次组，一共20人左右，机电室主任是李金铣、副主任是刘继澄、孙翠云。在参加工作2个月后，室领导安排一个老同志孟工带着我到山西汾河水电站锻炼，并接替工地设代4个月的同事郭工回郑。对于我这个刚入职的新人，是第1次出差，非常期待。
汾河黄河的第二大支流，是山西最大的河流，被山西人称为母亲河，全长713公里，流域面积39721平方公里，汾河在山西省的政治、历史、文化、经济地位举足重轻。汾河水库位于山西省太原市西北娄烦县境内，1961年竣工，汾河水库控制流域面积5268平方公里，总库容7亿立方米，设计灌溉面积149.2万亩。汾河水电站属于后期建设，安装2台6MW的混流式水轮机，属于引水式地面厂房，也是当时黄委设计院参与设计为数不多的水电站之一。
到汾河电站的交通十分不方便，首先从郑州坐十几个小时的绿皮火车到山西太原，住一晚上后，第2天再乘长途客车到太原郊区的古交镇，古交镇到工地就没有交通工具，就得自己想办法了。孟工说，根据她以往的经验，到工地有当地拉煤的卡车，要学会拦车并跟司机说好话，才能让搭顺风车。那天还算比较顺利，不一会就拦到一辆拉煤的卡车，司机是个中年男子，脸色黝黑，胖胖的，人比较厚道；给师傅说我们是个搞设计的，要去汾河水电站解决技术问题，司机师傅一听我们是设计院的，便爽快答应了；由于驾驶室人已满，孟工和我就站在卡车的车厢上，脚下全是煤粉，当时是非汛期，拉煤车就在河床边上的土路行走，路上风大，漫天飞沙，天气也很冷，辛亏我们带了军大衣，我们就一直站在卡车上，经过2个多小时颠簸终于到了工地，下车后身上穿的军大衣、脸上被煤粉搞的脏兮兮，人都认不出了，同事郭工早已在工地迎接我们，热情的安排我们住宿等事宜。郭工已在工地设代4个月了，孟工以前在工地当过设代，比较了解现场的情况，第2天就领着我在工地进行交接，并介绍与业主及施工单位有关人员见面，没过几天，孟工、郭工就回郑了。走之前，非常耐心的给我交代设代过程的注意事项及设代日志记录要点等。工地就剩我一个人担负起设代的责任，我除负责水力机械专业的设代任务外，还负责联络电气、土建有关技术问题及时与家里对接，十分忙碌。工地的条件也非常艰苦，住的是4个人1间的工棚，隔壁房间讲话都听的一清二楚，吃的主食80%是粗粮（玉米窝头），洗漱用的水龙头是公用，厕所是旱厕，苍蝇满天飞。
1984年底到1985年上半年是机电设备的安装高峰期，我参与了两台水轮机的转轮、顶盖、发电机定子、转子及其附属设备、全厂油、气、水设备及其管道的安装、调试过程，全面了解了水轮机的结构组成、安装工艺、设计意图，直到1985年4月被其他同事替换后才回郑州，这是第1次全面接触水轮机，遗憾的是机组发电前的调试没有赶上，第1台机组72小时试运行没有参与。
洛河上的故县水电站是我参加的第一个水电站的设计工程，主要负责附属设备、管路及支吊架设计，记得当时画图是用0号图版，画图时，人要弓腰、爬到图版上，用铅笔一笔一笔画，夏天也没有空调，全靠风扇降温，如今的办公条件今非昔比，但当时的设计产品质量还是非常过关的。
故县水库位于河南省洛宁县故县镇，是黄河的重要支流。工程以防洪为主，兼顾灌溉、发电、供水等。水库由拦河大坝、电话厂房、泄水建筑物等组成，总库容11.75亿m3，水电站为坝后式地面厂房，安装有3台20MW的混流式水轮机，1958年开工兴建、1992年基本建成发电。1989年5月以黄设（89）任字第23号文，被张实院长任命为故县工程设代组副组长，这是我参加工作以来第1个“官职”。
回访故县水电站
故县电站厂房
90年代开始陆续参加黄河小浪底初步设计、机电设备招标设计、施工设计、现场设代等；西霞院工程项目建议书、可研、初步设计、古贤水利枢纽工程（前期）等大型工程，对不同型号的水轮机有了深入了解，基本能独挡一面进行设计、咨询等工作，先后担负起水机室副主任、主任，担任新疆小山口二、三级电站机电设总，厄瓜多尔辛克雷尔水电站机电设总等，还参加了多个引黄河水的供水项目等，其中西峡院工程是我在工地设代最长、感情最深的工程。
西霞院水轮机机型之争
2007年4月黄委设计院（黄河设计公司）以“黄设人2007年第27号文”任命我为西峡院工程项目设代部副主任，这也是我参与西峡院工程设计以来的唯一一个“官职”。在此之前1993年5月至1996年8月和1997年5月至1999年3月，我先后参加了可行性研究和初步设计；在水利部明确业主单位为小浪底建设管理局后，2000年至2001年12月又参加项目书及可研阶段的补充工作。被任命为设代部副主任后前，我一直在工地现场，主要负责机电设备在施工、安装、调试过程出现与设计有关的问题，直至2007年6月首台机组发电。
工程概述：西霞院反调节水库位于黄河干流中游小浪底坝下16Km处，坝址左岸为洛阳市吉利区，右岸为洛阳市孟津县，控制流域面积69.46万km2。西霞院作为小浪底水利枢纽的配套工程，工程任务是以反调节为主，结合发电，兼顾灌溉、供水等综合利用，同时可作为向华北应急补水的水源。工程水库总库容1.62亿m3，最大坝高47.2m（电站坝段），正常蓄水位134m时相应库容1.45亿m3，装机容量140MW，灌溉农田面积113.8万亩。主要建筑物包括大坝、电站、泄洪闸、排沙闸、灌溉引水闸及王庄引水闸等建筑物。电站多年平均发电量为5.91亿kW·h，年利用小时数为4221小时。电站采用河床式布置，径流泥沙含量高：初期过机含沙量为33.1kg/m3，后期高达71.7kg/m3。
电站总装机容量140MW，装有4台单机容量为35MW轴流转浆式水轮发电机组，为GE公司设计、制造。水轮机的额定水头11.5m，额定转速75 r/min，额定流量345m3/s，转轮直径达7.3m，每个转轮有４个叶片，与水轮机主轴、支持盖组装完后的总重量约１8０t，组装后的最大起吊高度约１０.５m，也是主厂房内机电设备最大的起吊件。4台机组的安装及调试工作由水电五局负责，安装工程于2006年3月开始，3月7日首台机的尾水锥管开始拼装安装工作，2006年8月5日首台机的蜗壳二期混凝土正式开始浇筑，9月25号首台机座环吊入机坑开始安装调整；2007年3月6日首台机转轮组装试验合格吊入机坑，2007年1月21日首台机定子完成工地组装叠片及试验工作，3月10日定子吊入机坑开始安装调整、准备定子下线。随后进行了GIS设备、主变压器、共箱母线、厂用电系统等系统的设备安装和分项调试工作，2007年6月首台机组并网发电，2008年1月4台机组全部并网发电。
转轮吊装
合影
水轮机机型之争：水轮机作为核心部件，被誉为水电站的心脏。根据水头大小分为冲击式及反击式两大类型，反击式又分混流式、轴流式（转浆式及定浆式）、贯流机组（灯泡式、轴伸式式、竖井式等）等。截至目前公司及我本人参与设计的国内外水电站不下十几个，除贯流机组（前期做过方案）没有做过设计外，其他机型均做过并均并网发电，如：黄河小浪底、几内亚苏阿皮蒂水电站均为混流式，其中小浪底地下厂房安装6台单机容量为300MW混流式机组，苏阿皮蒂地面厂房安装4台单机容量为112.5MW混流式机组（最近4台机组全部发电）；厄瓜多尔辛克雷尔水电站总装机容量为1500MW，是世界上总装机容量最大的冲击式水电站（8台单机容量184.5MW冲击式机组）；黄河天桥、西峡院及几内亚凯乐塔水电站轴均为轴流转浆式机组；南阳回龙抽水蓄能水电站是我国国产化设备第1个抽水蓄能电站，地下厂房安装2台60MW的可逆式机组；这些工程我均参了设计或担当设计负责人，唯独没有参加过贯流机组的设计，不能不说是个遗憾。
根据国内同类电站（如三门峡电站等）的运行经验，预计西峡院工程的泥沙淤积问题将较为突出，流道泥沙淤积和水轮机过流部件磨蚀问题较为严峻，泥沙淤积可能造成电站进、出的严重淤堵，影响电站的正常运行，发电效益也将大幅降低。
电站工作水头范围6.15m~13.97m，水轮机可选择轴流转浆式或灯泡贯流式水轮机，至于这两种机型选择那种形式好，在前期设计过程中，设计院推荐贯流机组，理由是贯流式机组具有水力性能好、效率高、设备投资少等优点，但在项目补充建议书及可研阶段，业主单位-小浪底建设建管局的专家及领导开始反对采用贯流机组，而在设计院内部也有不同的声音：西霞院工程水沙条件极为特殊，贯流式机组的优点能在多大程度上得以发挥？贯流机组的进水低坎比轴流式转浆低6m以上，泥沙会对水轮机及金属结构件破坏严重的多，加上金属结构投资加大、机组坝段基础开挖加深、贯流式机组检修困难等缺点，是推荐采用贯流机组还是轴流转浆式机组，内部争论也很激烈，推荐的有水力机械专业主设、西峡院项目设总等，反对着有院总工、金属结构资深专家等。
贯流式机组
轴流转浆式机组
为此小浪底建设管理局专门委托黄委设计院进行《水轮机机型比较专题报告》，并于2002年3月完成了上报，专题报告的结论是：“就本工程而言，贯流式机组总体上优于轴流式机组”。针对设计院完成的专题报告，5月份业主邀请国内的知名专家进行咨询，参会的专家有东方电气股份有限公司电机厂的樊世英、哈尔滨电气股份有限公司电机厂的吴新润、中国电建的付原初、业主代表钟光华等国内外知名专家。与会专家经充分研究讨论主要提出了出以下几点咨询意见：
一、尽管贯流式机组具有水力性能好、设备投资少等明显优点；但也存在泥沙磨损破坏问题相对较重之不足。鉴于西霞院工程水沙条件极为特殊，贯流式机组的优点能在多大程度上得以发挥，以及其可能带来的可靠性方面的问题等，还均需进一步认真研究。
二、贯流式机组发展历史相对较短，初期运行问题相对较多。
三、贯流式机组为卧式布置；且其导叶形状较为复杂、导叶修复难度相对较大。因此，总体上说来贯流式机组的检修难度也就相对要大一些。
四、在本工程类似的水沙条件下，轴流式机组积累了一定的运行、管理和检修经验。
根据厂房布置，轴流式机组进口低坎高程114m，贯流式机组进口低坎高程106m,比轴流式机组进口高程低8m，进口淤堵问题严重，再则,贯流机组的灯泡体完全置于高含沙水流流道内, 金属灯泡体将不堪高含沙水流的磨蚀,必将加大检修工作量,减少设备的使用寿命。两种机型的模型试验结果表明，轴流式机组进口的冲刷漏斗比贯流式机组大，且漏斗底与周围淤积面的高差相对较小，进口淤堵可能性也较小，又有天桥等电站的成功运用实例。
在充分考虑泥沙淤积和泥沙破坏问题是本电站机型选择的决定性因素，在广泛征询专家意见的基础上，业主单位最终确定西霞院电站拟采用轴流式水轮机。业主单位已将其决定以公函的方式通知了黄委院（详见：水利部小浪底水利枢纽工程建设管理局西霞院项目部2002年6月《关于西霞院工程机型确定的函》）。该函同时要求黄委院院据此开展初步设计工作，即水轮机机型之争告一段落。
机组招标及模型验收：2008年4月进行了机组招标，虽然机组容量不大，但其转轮直径达7.3m，当时吸引了国内或合资厂商的积极参与：东方电机有限责任公司、通用电气亚洲水电设备有限公司、四川东风电机厂有限公司等3家企业购买了标书并进行了很好的响应。通过对几家投标文件的综合评定，通用电气亚洲水电设备有限公司以对招标文件的良好响应性、优良的技术性能和合理的投标价格而中标。
2005年4月，业主组织有关专家在瑞士洛桑PF2试验台上进行了水轮机模型验收试验，验收组目击了试验过程。模型验收试验主要包括了：效率验收试验，输出功率验收试验，水轮机空化试验，压力脉动试验，飞逸转速试验等内容。试验结果表明，水轮机的主要性能指标除在最大水头下非协联工况的飞逸转速较大外，其余基本上满足合同要求。
转轮桨叶材质选择：黄河上在兴建水电工程，最具挑战性的课题之一是水轮机的磨蚀问题。目前公认的影响水轮机磨蚀的因素为流道流态、材料性能(包括母材和防护材料)、水力设计和结构设计、电站的运行方式等。
多泥沙电站的运行实践表明，水轮机叶片材质对于抗磨蚀性能有很大的影响。我国上世纪70年代前建设的中小型水电站的水轮机叶片多采用普通铸钢，抗磨蚀能力很差。通过技术改造，多数更换了具有良好水力设计的铸造不锈钢叶片或在普通铸钢表面堆焊不锈钢。运行表明，新转轮的抗磨蚀性能得到了普遍提高。
在不锈钢系列中，0Gr13Ni4~6Mo不锈钢具有较好的抗磨蚀性能，且其制造和加工问题已得到较好的解决，在我国大型水电站水轮机上得到了普遍应用。此外，叶片的制造加工质量对抗磨蚀的影响也由三门峡等电站的运行实践所证实。叶片的制造加工质量由铸造质量和叶片加工工艺决定，VOD真空氧脱碳精炼工艺可以大幅提高不锈钢铸件的质量，五坐标数控机床可以使翼型良好的水力设计得以实现，改善流道的流态。
因此，西霞院水轮机桨叶采用真空精炼整体铸造、数控加工，其材质不低于GB标准对ZG0Gr13Ni6Mo材料所规定的特性要求。
结构措施：对于运行在多泥沙河流电站的水轮机，提高其零部件的互换性尤其重要。西霞院水电站每个转轮的叶片可以互换、机组间的转轮也具有互换性。
为了安装需要，传统的方法是在轴流式水轮机叶片上开设吊孔。尽管要求该孔施焊后严格打磨光滑，但在吊孔区域的叶型、粗糙度和叶片内在质量往往不如叶片其他区域。运行过程中叶片此区域的空蚀和磨损特别严重，有时甚至磨穿封板。基于上述原因，西霞院机组配置了专用吊装工具，从而避免了在桨叶上开孔可能引发的缺陷。
此外，为降低桨叶外缘与转轮室之间的间隙空蚀对叶片的破坏，在桨叶外缘中部约1.45m区域设置了抗空蚀裙边。
防泥沙磨损措施： 为减少泥沙淤积，工程采取的抗磨措施：①4台水轮机选用轴流转浆式，其安装高程及进口地坎高程抬高，泥沙淤积得到改善；②适当降低机组参数（额定转速75r/min），降低出口相对流速；③桨叶采用真空精炼整体铸造、数控加工；对桨叶及轮毂表面等磨损强度较高的区域采用金属碳化钨热喷涂处理；上下抗磨板采用可更换的改性超高分子量聚乙烯材料等抗泥沙磨损措施。
4台机组投运以来，运行稳定，经历了多个汛期考验，机组额定出力、效率等指标满足合同及设计要求，抗泥沙磨损措施达到预期目标，达到预期目的。
作者简介：
北疆胡杨：男，汉族，国家注册设备监理师，教授级高级工程师，长期从事水电站、泵站设计、咨询工作，现任设计院技术副总监。
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