水电站工程水力机械设计与优化分析

水电站工程水力机械设计与优化分析

董二梅

廊坊凌泰道桥工程有限公司河北省霸州市065700

摘要：水利机械在水电站中发挥了重要作用，针对现有设备的优化是一项复杂的任务，经过优化后的设备安全使用年限会有明显增长，故障问题发生的几率也会因此而降低。对于水电站的运行来说，水电站辅助水力利机械系统的设计方案、产品质量、技术性能等多方面因素将影响水电站安全稳定运行。下文主要结合相关实例，对水电站水系统中所呈现出的机械设计以及优化问题加以探讨。

关键词：水电站；水力机械；管道阀门设计

1工程概况

某水电站位于河干流的上游，为低坝引水径流式电站，是以发电为主的小型水电站工程。采用2台单机容量为10MW的轴流式水轮发电机组。电站保证出力为4.4MW，多年平均发电量8283万kW•h，年利用小时数4142h。

2水轮机的机械设计

在针对水轮机进行机械设计优化的过程中，设计人员要对水电站的运行需求有清晰的了解，针对实际用途来选择不同的水轮机结构以及材料，保证水轮机的功能和运行效率满足实际生产建设的需求。

2.1水轮机的机型选择

在水电站的水轮机选择过程中，技术人员要跟据水电站的生产需求、水头利用情况、电站的发电效率等因素，对机型进行合理选择。影响水轮机选择的因素除了生产效率之外，技术人员还要考虑运行过程中的成本对生产过程的影响，消耗过多的机型不适合在中小型水电站之中进行使用。一般在选择过程中，水头在10~25m、40~80m以及100~700m范围之内的水电站可以选择灯泡贯流式或是轴流转桨式水轮机，保证发电效果。

2.2根据技术参数确定水轮机

借助水轮机运行中的综合性能公式以及水电站建设中的参数可以确定适合使用的水轮机类型，在使用过程中水轮机的水头可以得出水轮机所需的转速，进而技术人员可以对其发电效率以及高度进行计算，确定其是否满足实际建设需求，根据实际参数和水电站的建设需求来确定水轮机机械设计过程，保证使用质量。

2.3转轮和主轴

在水轮机的转轮部分，技术人员需要根据水电站的生产需求确定转轮不同部分的材质以及转轮结构，在加工过程中，部分水轮机的转轮直径较大，加工精度要求高，在设计中一般会将这类转轮使用组合式的生产方式进行生产和焊接组装，方便运输过程的进行。当前水轮机的主轴一般使用抗重螺栓等材料，其可以承受较大的水压，适合在水电站之中进行使用，保证了转轮主轴受力的均匀，可以有效延长水轮机的使用寿命。

2.4座环和蜗壳

在当前水轮机的设计过程中，座环结构一般是上下环结构，采用平板焊接结构进行固定，有效的利用了各个部分的钢板厚度优势，改善了使用过程中座环的受力情况。在实际生产过程中为了优化座环的受力情况一般会使用专用设备加强座环的结构。蜗壳是为了保证水轮机的结构完整性，因此在使用中应当选择结构强度较高、耐压性较强的材料，在实际生产中常会使用低碳高强度钢板等材料。

3水电站辅助水力机械系统中水系统的设计

3.1技术供水方式的设计

在技术供水方式的设计过程中，由于当前水电站建设中要求节能化生态化建设，因此，设计人员要考虑节能理念的实施，在设备设计中，生态节能理念的主要实施方式就是在设备的选择以及使用上提升机械系统的运行功率，一般在实际设计中会通过增大水流的流速来提升发电量和发电效率。

当前水电站在建设过程中使用的机械设备在运行过程中常会出现故障，无法满足我国水力发电过程的持续性运行需求，因此降低了水电站的发展效率，无法实现长时间的持续发电。为了避免水流因素等影响发电效果，在实际设计中会在水电站之中使用水泵等设备，水泵的使用会增加机械设备的能耗，也会影响水电站的发电效率。因此，针对发电效率和故障问题对水电站运行的影响，技术人员可以选择进口设备完成发电。

要保证水电站运行过程中的发电目标，生产人员要实际发电中应当执行国家统一的水电工程管理标准，在实际运行过程中，技术参数和制造过程不满足管理技术标准的设备会直接影响水电站的运行效率和稳定性，管理人员在设计过程中，应当充分考虑实际使用过程中的环境等因素的影响，严格按照国家规范进行设备的选择和使用。

3.2管道阀门设计

在水电站的运行过程中，阀门是控制水流的主要设施，由于在运行过程中阀门需要完成导通功能，因此，设计人员需要保证阀门的动力，且为了满足当前的节能设计需求，阀在阀门设计中要尽量降低导通中的压力，降低能量消耗。在设计中还应考虑阀门使用中的检修任务进行的防变形，设计人员要结合工程的机械结构等进行施工安装的规划，并根据运行效率选择生产材料。为了提升管道阀门运行的可靠性，降低出现故障的频率，当前的阀门一般采取自流供水方式，在生产中也会使用不锈钢阀门来避免实际使用中的损坏。

4水电站辅助水力机械系统中油系统的设计

4.1绝缘油系统

在水电站辅助机械设备之中使用的绝缘油主要是人工合成物质，在发电过程中可以起到较好的绝缘作用，其流动性可以使对大范围的设备起到绝缘作用，相较于传统的绝缘材料，其具备较大的优势。由于水电站在运行中使用的设备结构较为复杂，且体积较大，为了防止日常故障影响到生产效率，在设备的选择上一般会使用具备较长免检修时间的设备，其内部的绝缘油可以避免和外界产生接触，具备较长的使用时间。在水电站的绝缘系统的设计中，技术人员可以忽略绝缘油的排出设计，针对独立性较强的水电站，在实际设计中可以通过绝缘油库或是处理室对设备进行绝缘保障处理，针对大型水电站，在设计中，绝缘油库应当尽量靠近生产用油设备，降低设备运行中的耗能，满足国家生态建设建设需求。

4.2透平油系统

透平油在机械设备的运行过程中的主要作用是润滑，避免了设备内部结构由于运行中的摩擦出现损坏，延长机械设备的使用寿命。在设备的设计过程中，设计人员要保证透平油系统的运行灵活性，确保透平油可以达到设备的各个部分，实现润滑目的。一般在设计过程中，透平油系统一般是循环系统，在实际运行中将润滑油在设备的内部进行流动，优化了润滑效果。在润滑油流动期间，设备内部运行中产生的污染物会随着润滑油的流动而流动，进而降低润滑油的实际效果，因此在实际使用中要定期对透平油系统中的润滑油进行更换。为了方便更换过程，设计人员会在排油口位置安装废弃液体收集装置，帮助液体在设备内部的流动。针对大型水力发电站点，在其机械设备的设计过程中一般会以设备的检修维护功能为主要的依据进行机械设备的设计，以便于提升机械设备配置的全面性。此外，在透平油系统的设计和布置过程中，技术人员要保证其满足国家的防火规范要求，设计人员应当针对容易出现意外事故的滤纸以及烘箱电源进行合理设计，保证其在室内环境中进行放置，避免出现意外火灾，造成水电站的设备损失。在油库的布置设计过程中，技术人员要保证排油阀和油罐之间的距离，保证生产安全。

5结束语

综上所述，水电站辅助水力机械系统的设计和优化工作对于水电站本身的运行稳定性来说，起到了至关重要的影响作用。务必要最大限度的保证各个不同方面的辅助机械设计完善，如此才能够使得投资和运行成本大幅度降低，更为关键的是，通过这方面的措施能够切实有效的保障设备运行稳定，便于设备进行检修，进而使得设备实际呈现出的使用寿命大幅度提高。因此，该系统所表现出的各个细节设计，都必须要引起设计人员的重视，这对于水电工程机械的发展来说，起到了至关重要的作用。

参考文献

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[2]张昌兵.水力机械叶片尾流机理研究[J].四川大学学报(工程科学版)，2015(6).

[3]张辉，王.越南水电站水力机械辅机设计特点[J].云南水力发电，2015(6).