1　电站基本情况
　　南湾电站位于信阳市西南8．5km的南湾乡，是淮河支流狮河南湾水库的坝后电站。设计水头20m，额定转速300r／min，额定流量9．77m³／s。
　　南湾水库以防洪灌溉为主。根据多年来运行的统计资料，灌溉正常流量60m³／s左右，而50m³／s居多，最大达73．8m³／s，正常发电引用流量只有33．6m³／s，大于机组引用的水量只能溢弃，造成水资源的浪费。本次通过增加水轮机的过流量对机组进行重新设计，对资源充分利用，增加发电效益。
　　南湾电站4号机原水轮机型号为HL260－LJ－126配SF1600－20／2600水轮发电机组。由于原水轮机的设计选型不合理，又因制造工艺等因素影响，机组效率达不到设计要求值，实际单机出力只有1450kW，需要对水轮机进行重新设计，设计后水轮机出力为1713kW，相应的发电机出力为1600kW。

2　对比分析
　　对4号水轮机的重新设计，要充分考虑到原水轮机HL260的一些结构和性能参数限制。原机组的引水部分已浇铸在混凝土中，如进水管、蜗壳等，原机组的尾水部分已经形成，不能重新设计，这样对原水轮机只能对导水机构、转动部分、轴承、主轴、密封进行重新设计。在考虑新设计结构的同时，对原有部分只能进行少部分的更改，这样就大大限制了设计的灵活性。
　　由于原水轮机型号为HL260，故重新设计不能考虑HL260机型，在此水头段中，能用的机型还有HL275、HLD7、HLA244。这几种机型对比见表1。
    从表1对比分析情况看：
　　1）由于原发电机SF1600－20／2600不动，由机组同步转速已确定为300r／min，由于蜗壳、尾水管等不动，则转轮直径已大致确定，只能是1．26m，这样机组的水轮机单位转速已确定为84．5r／min，只有HL275水轮机的单位转速为82．5r／min，与84．5r／min相接近。　　  

    2）由于重新设计的水轮机要保证1600kW的机组出力，是最终目的，而HL260、HL240、HLA244、HLD74等型号的单位流量都只有1．3m³／s以下，且相应的效率较低，这样只有HL275能保证机组出力，其它几种型号都不能满足使用要求。
3　水轮机的参数评定
　　由以上对比分析可知，本电站的水轮机重新设计只有选用HL275水轮机，水轮机参数确定如下：

    设计水头　20m

    额定功率　1713kW

    额定转速　300r／min

    飞逸转速　633r／min

    额定流量　9．73m³／s

    额定效率　89．7％

    最高效率　90．4％

    水推力　　102．7kN

　　允许吸出高度  ≤5.52-△/900

    转轮直径　1．26m

　　型号为  HL275－LJ－126

4　重新设计后的主要性能
　　1）水轮机重新设计后，为竖轴混流式、金属蜗壳，俯视为顺时针旋转。
　　2）稳定运行范围，在额定水头20m出力保证，在最大、最小水头和50％以上出力范围内均能稳定运行；在额定水头、额定流量、额定转速下，水轮机出力为1713kW，发电机出力为1600kW，水轮发电机组应保证稳定运行，机械强度予以保证。
　　3）在最高飞逸转速633r／min时，机组允许安全运行2min，水轮机及其辅属设备零部件保证安全运行，不发生有害变形。
　　4）汽蚀磨损失重保证，在机组投入运行后5000h～10000h内鉴定，在最大最小水头范围内，H_s满足技术条件状况下，按运行8000h，转轮汽蚀失重不小于2．54kg，气蚀损坏最大深度不大于7．1mm，气蚀损坏面积不大于612cm²（其机组超出力时间不大于500h）。
　　5）在全部运行水头下，负荷在50％～100％的额定出力范围内，水轮机均可稳定运行，全部位振动符合《水轮发电机组安装技术规范》（GB8564－88）的要求。
5　重新设计后的结构处理
　　南湾电站4号机组重新设计后，转轮的名义直径为1260mm，仍为小型机组通常的做法，活动导水叶数及固定导水叶数都应按照小型机组的处理方法来处理，即活动导叶为16个，固定导叶16个。为了保证重新更改后的机组与原模型机组完全相似，此次处理我们采用放大小型机按中型机组的设计方法来设计。

5．1　引水部分

　　引水部分包括蜗壳、固定导叶等，蜗壳采用原蜗壳部分，固定导叶进行重新设计，原固定导叶数量为16个，重新设计后固定导叶为24个，固定导叶的进口角采用原固定导叶的进口角不变，固定导叶的出口角采用活动导叶的最大和最优时，中间进口角作为固定导叶的出口角，把原固定导叶去掉，重新施焊固定导叶。固定导叶的高度由原来的478mm降低为450mm。

5．2　导水机构

    顶盖采用钢板焊接结构，设测压孔。

    底环采用铸钢整体结构。

　　导叶采用焊接结构，24个导叶与原模型导叶相似，导叶型线采用负曲率型，导叶端面间隙符合国家有关标准，导叶轴承采用高级复合工程塑料制造，并具有自润滑性能，导叶上、下轴颈外设密封环，导水机构设剪断销。
　　控制环采用钢球悬吊结构，摩擦力小，可减少调速功。

5．3　转动部分

　　转轮采用铸焊结构，上冠、上环采用ZG230－450材料，叶片采用0Cr13NiMo材料，转轮过流表面型线应符合水轮机通流部件技术条件要求。

　　水轮机和发电机主轴在厂内把合，按GB8564标准检查摆度，主轴在出厂前做超声波检查，在各种转速运行情况下，不发生有害变形。

　　主轴密封采用活塞式密封，不设检修密封。泄水锥采用与上冠一体结构。

    下环采用水流引导圆弧与锥体直接相连接结构。

5．4　尾水管

　　尾水管由于原尾水管进口小于现有的HL275转轮下环出口直径，对尾水管进行改动，将原尾水管的上锥口去掉一段，变成圆筒，增加进口直径，使与HL275相匹配。

5．5　导轴承

　　水轮机导轴承采用铸焊结构，稀油自润滑，水冷却，轴瓦采用轴承合金（巴氏合金），在正常运行和飞逸2min情况下，振动符合国家标准，温升≤70℃，不漏油。

6　HL275－LJ－126水轮机的运行
　　对HL275－LJ－126水轮机经过认真研制和检验及电站安装、调试，进行了试运行。开机前，蜗壳压力1．9MPa，则相应毛水头为19m，小于设计毛水头，并且将重新设计的4号机与2号机进行了对比出力试验。

　　此时蜗壳压力为1．65MPa，水头为17．3m，换算到20m水头时，机组出力为1618．49kW。由此可见，机组出力在设计水头20m时，达到设计出力1600kW。

　　机组经重新设计后，比原机组在同样水工条件下多出力450kW，出力增加幅度为47．37％。

7　结　论

　　HL260－LJ－126水轮机的改造成功，为其余3台机组的改造积累了丰富的经验，也为我们对其它中小型水轮机的增容改造创造了条件，充分证明了利用高效率大过流能力的优秀转轮替代老转轮进行增容改造的可行性，其改造投资省、见效快，对老电站改造是一个行之有效的途径。