水电站工程水力机械设计与优化探讨

水电站工程水力机械设计与优化探讨

吴克江高良学

中国葛洲坝集团第五工程有限公司湖北省宜昌市443000

摘要：在现代社会的经济发展与群众生活中，离不开水电站的服务及能源输送。水电站工程施工往往具有着较强的专业性，尤其是水利机械的性能，直接影响了水电站的工作质量和效率。本文通过某水电站工程案例，通过不同机械设计原理与应用，研究和探讨水利机械优化措施，从而促进水电站工程不断的发展进步。

关键词：水电站工程；水利机械；设计；优化

水利机械的性能，直接影响着水电站发电效用。为使水利机械工作效率提升，必须重视现有设备的优化。通过设备优化，可以降低设备故障的发生率，有效提高设备安全使用年限。在水电站的安全运行方面，受到水力机械系统设计方案及技术性能等因素影响较大，因而，对水利机械的优化研究显得尤为重要。通过下文相关实例，着重分析水电站机械设计以及优化问题，并寻求有效途径进行解决。

一、工程概况

水电站工程处在河流枝干的上游区域，具备充足的水资源，为发电工作提供了有效的能源保障。本文列举的水电站为低坝引水径流式电站，采用2台轴流式水轮发电机组，单机容量10兆瓦为，平均发电量为8283万千瓦每小时，年发电时间为4142小时。

二、水电站工程水力机械设计与优化

（一）水电站水力机械系统中水系统的设计

1.管道阀门设计

管道阀门是水利机械系统中的重要控水设施，由于阀门需要承载较大的水流压力，为保证阀门的安全使用，如何有效减小阀门运行压力，是设计中需要重点考虑的方面。由于检修工作是水利机械维护中的必要环节，所以，在设计中还要将阀门检修的便捷性充分考虑进去。由于水电站的长期使用性，对于相关机械设计中，需要关注材料的可靠性和耐用性[1]。因此，需将工程机械系统进行全面规划，使管道阀门的运行提高安全性和可靠性，减少工作中的问题发生率，降低维护工作量。当采用自流供水方式时，为了增强阀门的抗压安全性，供水管中的第1道阀门应选取比水流压力高一级抗压强度的阀门，从而保证阀门的安全性能。在水力机械设计中，对于不宜检修的设备，以及检修环境不好时，可以考虑设置两道阀门，以保证一旦发生阀门问题，不会影响水力机械正常工作。在阀门的选材上，应采用抗腐蚀性较好的不锈钢阀门。

2.技术供水方式设计

科学合理的技术供水方式，不但能够提升供水效率，还能够有效实现节能效果，从而提升水电站的工作质量，实现长远发展。目前国内的水电站主要是以增大水流速率来实现发电量的提升目标。这种方式给水利机械设备造成严重的压力，增加了发电设备的故障发生率。这种方式由于对水流条件的要求较高，无法保证水电站的连续运行。在设计供水方式时，要结合水泵等设备的性能，综合考虑各方面因素，因而，目前水电站中进口设备的使用率较高[2]。为实现水电站工程管理中的统一标准，在选择设备时要充分考虑管理要求。目前很多水泵无法达到水电站工作的技术性能要求，如果使用这些设备，将给水电站工作造成极大的安全隐患。而由于设备不达标等因素造成的不能正常供电问题，也将给社会的正常生产生活造成较大的影响，甚至造成极大的经济损失。

（二）水电站水力机械系统中油系统的设计

1.透平油系统设计

透平油系统在机械设备中起到了减少运行摩擦的润滑作用，能够有效提高设备顺利运行以及使用时间。为保障水利机械的润滑效果，在进行透平油系统设计时，要保证润滑液能够到达指定的系统位置，使润油能够随着设备的运行，实现在设备内部循环流动，从而有效增强润滑效果。在润滑过程中，设备内的一些污垢物会随着润滑液的流动而融入透平油中，因此日常维护中要对透平油进行及时更换。对于排油口的位置设计，应重点考虑对废弃液体的收集是否能够简单方便，降低收集难度。在设计中要注意尽可能使排油口保持平缓，从而有助于废液流出，减少管道堵塞问题[3]。除此之外，水电站防火问题也需要在油系统的设计和布置中予以重点考虑。透平油系统中的烘箱电源开关，要采取必要的隔离保护措施，不能够直接暴露于室内空间中；油库中要保证排油阀的设置与油罐不能安装在同一个房间内，油罐需有专用房间存放，从而保证两者之间有足够的距离，以达到防火安全要求；为避免透平油管路受到热胀冷缩的影响，而出现漏油等问题，在进行室外管路布置时，需要运用波纹管连接段起到保护作用。

2.绝缘油系统

在水力机械系统中设置绝缘油系统，主要目的是对设备起到绝缘作用。由于水电站使用时间很长，机械设备使用规模大，检修过程复杂，因此设备选择和系统设计时，通常选用免检修年限较长的类型，因此，绝缘油长时间不与外界空气、杂质等接触，可以最大程度上保持性能的稳定性。因此在设计中，只需重点考虑更换绝缘油系统的方便易操作性即可，不需要在其他方面投入过多。中小型水电站的绝缘系统设计，可以省略其中的排油管路设计，既节约了设计时间，也节省了经济投入；梯级电站的绝缘设计，可以只在一个合适的站点上设置绝缘油系统，而其他站可以不用设置。这种设计方式有利于一些偏远的电站，在不设置绝缘系统的情况下，也能够实现对水力机械设备的绝缘保障效果[4]。对于一些大型水电站来说，可以将绝缘油系统设置在用油设备周围，从而有效节约设备运行中的能源消耗。

（三）水力机械系统中气系统的设计

水电站水利机械系统还包括低压、中压等气系统。在水电站气系统设计中，要考虑我国目前气体介质所使用的减压阀技术还够不成熟，所以，对于不同气压系统要尽可能的分开设置，从而保证气系统运行的安全性。低压气系统中的吹扫和检修供气单元，需要分别设计相同容积的储气罐，从而保证这两个单元能够分开运行；另外，吹扫及检修供气单元可作为制动供气的备用气源，以保证制动供气的可靠性及供气质量，通常情况下，制动供气应的干燥清洁度要求要高于吹扫及检修供气[5]。由于供气管路在供气过程中会出现一定量的损失，导致到达供气设备时气体压力，无法达到设备运行多要求的标准压力，因此在进行机械设计时，要充分考虑这一因素，选择比设备运行标准压力略高的空压机额定排气压力，保证气压系统的正常运行。

结束语

保证水电站的稳定性运行，对于社会进步与发展具有重要的意义。水电站水力机械系统的设计和优化，则对水电站稳定运行起到重要的作用。因而，在水力机械系统设计时，要充分考虑各种影响因素，保证机械设计的科学、合理、完善。通过采取有效的措施，降低水电站运行成本，提高设备使用寿命和效率，从而达到水电站安全稳定运行的要求。

参考文献

[1]谢豫.水电站工程水力机械设计与优化分析[J].建材与装饰,2018(25):288-289.

[2]陈杰城.浅谈水电站工程水力机械设计与优化[J].民营科技,2016(04):41.

[3]白亮琴.山西省平顺县赤壁水电站技改工程水力机械更新改造设计思路及要点[J].中国水能及电气化,2014(11):48-51.

[4]杨永栋.浅析水电站工程水力机械设计与优化[J].黑龙江科技信息,2014(09):6.

[5]潘致远.黄冕水电站技术改造工程水力机械辅助系统的设计[J].企业科技与发展,2012(13):120-121.