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

陆彦平 王维 刘峰

贵州省水利水电勘测设计研究院有限公司  贵州 贵阳 553001

摘要：在进行水电站的施工建设中，水力机械属于水电站基本功能顺利完成的关键设施，在具体的设计与使用中，水力机械需充分满足水电站的基本功能需求与我国水力建设中的设计观念。伴随新技术的未来发展和新技术在水电站运行中的参与，而我国计算机技术的应用，有助于创新我国水电站的水力机械设计与优化。本文对水电站工程水力机械设计与优化进行了深入分析，以供参考。

关键词：水电站；水力机械；设计；优化

前言：水力机械作为水电站建设过程中尤为重要的组成部分，在具体的建设中，水力机械运行特征与功能需充分满足水力建设的客观需要，在此背景下，加强当前设备的优化是如今发展建设过程中的客观需要。对于具体使用目的加强水力机械的设计优化有助于提高运行效率，规避水力机械运行过程中故障发生的可能性，有助于提高水电站的运行效率和运行年限。

1水电站中水利机械应用的重要性

伴随我国社会经济的飞速增长与社会大众物质文化生活水平的日益提升，社会对于电力的需求不断提高，对于电能的质量拥有了更高的要求。充分结合常规控制、人工操作的控制方式，并以计算机监控系统作为基础，针对老式水电站进行综合自动化改造；严格结合综合自动化的标准科学合理的设计并开展新建水电站的建设，确保水电站逐渐实现很少人值班，进而实现无人值班或者少人值班的目标。

大部分水电站都处在偏僻的山区，距离城镇较远，员工长时间生活在很差的环境之中。针对水电站开展综合自动化改造的另一目标就是为了对广大水电员工的工作与生活环境进行改善，利用计算机监控系统替代人工操作并定时的巡回检查及记录等繁杂的劳动，进而实现无人值班或者少人值班。

严格遵照我国电力体制改革创新的标准，充分实现“厂网分开、竞价上网”以后，若是水电站缺少综合自动化系统，仅运用传统的人工操作控制，将无法符合市场竞争需求。不但对电网供电造成影响，而且又会严重损害自身的效益，进而丧失不容易获得的发电机遇。因此，电力体制的改革创新可更好的推进我国实现综合自动化。

近些年来，伴随我国电力科学技术的日益发展与计算机监控水平的有效提升，很多新建水电站均设计了计算机监控系统为主且性能较高的综合自动化系统，越来越多的老式水电站不断实现了综合自动化的改造目标，进而实现最佳效果。

2水电站中水轮机的机械设计

2.1水电站中水轮机机型的合理选择

在进行水电站水轮机的合理选择中，技术人员应充分结合水电站的生产需要、水头的利用状况、电站的发电效率等相关因素，科学选择机型。对于水轮机的选择而言，不仅要考虑生产效率，而且技术人员还要对运行中成本问题对生产过程的影响进行充分考虑，消耗太多的机型不适用于中小型水电站。通常在具体的选择中，水头处于10米-25米、40米-80米、100米-700米范围内的水电站可选用灯泡贯流式或者轴流转浆式水轮机，为发电效果提供保障。

2.2水电站中结合技术参数明确水轮机

明确掌握水轮机运行中的综合性能公式和水电站建设中的参数可合理明确适宜的水轮机类型，在具体的使用中，水轮机的水头能够明确水轮机需要的转速，技术人员需针对发电效率和高度进行明确计算，保证其是否符合具体建设需求，充分结合实际参数与水电站的建设需要进行水轮机机械设计过程的明确，为其使用质量提供保障。

2.3水电站中水轮机的转轮和主轴

在水轮机的转轮部分，技术人员应充分结合水电站的生产需要明确转轮不同位置的材质和转轮结构，在加工中，一些水轮机的转轮具有很大的直径，加工精准性要求很高，再具体的设计中，通常会将转轮使用组合式的生产方式开展生产和焊接组装，有助于运输过程的顺利进行。现如今，水轮机的主轴通常会应用抗重螺栓等材料，其能够承受很大的水压，确保在水电站中的良好应用，确保转轮主轴受力的均匀，有助于增加水轮机的使用年限。

2.4水电站中水轮机的座环和蜗壳

现如今，在水轮机的设计中，座环结构通常为上下环结构，应用平板焊接结构给予固定，有助于充分运用各个部分的钢板厚度优势，有效改善使用中座环的受力状况。在具体的生产中，为了加强座环受力的优化，通常会选择专用设备增强座环的结构；蜗壳的存在就是为了保障水轮机结构的完整性，所以，在使用中应选用高结构强度、强耐压性的材料，在生产中通常需采用低碳强度高钢板等材料。

3水电站辅助水力机械系统中气系统的设计

第一、一般情况下，水电站电气系统均包含了低压气系统、中压气系统等，然而，因为我国如今应用的有关气体介质自身涉及的减压阀技术尚不成熟，在进行这两种系统的设计中，需尽量分开设置，确保系统运行的安全性。第二、低压电气系统涉及到的吹扫、检修供气单元，应尽量分开设计，进而需设置上容积基本相同的贮气罐；除此之外，吹扫和检修供气单元可当做制动供气的备用气源，有助于确保制动供气的可靠性与供气质量；制动供气需保持清洁、干燥；而吹扫和检修供气干燥、清洁度应适量放宽。第三、因为供气管路通常会出现很长的管路损失，让气体到达供气设备时压力无法满足设备的额定操作压力，因此，在选择空压机时，应保证其额定排气压力应稍高于设备的额定操作压力，还要注意提升贮气罐的设计压力。

4水电站水力机械系统中管道阀门的设计

在进行水电站的运行中，阀门属于控制水流的重要设施，因为在具体的运行中，阀门应顺利完成导通功能，所以，设计人员应确保阀门的动力，若想充分满足如今的节能设计需要，在阀门设计中应尽可能减少阀导通中的压力，减少能量耗损。在具体的设计中，还要对阀门使用中检修任务的防变形进行充分考虑，设计人员应有效结合工程的机械结构等开展施工的安装规划，结合运行效率合理选择生产材料。为了提高管道阀门运行的可靠性，减少故障的发生频率，如今的阀门通常利用自流供水模式，在具体的生产中，还会选择不锈钢阀门防止发生损坏。

5水电站水力机械系统中技术供水方式的设计

在具体的设计中，应对节能理念的明确落实进行充分考虑，从设备选择方面深入探究功率的有效策略，增强水流速率可有效提高发电量，现如今，国内生产的机械设备在具体的使用中较易发生故障问题，而且无法满足连续运行需求，仅依靠水自然流动出现的能量导致发电效果不理想，还要充分结合应用水泵等设备。针对上述因素进行考虑，应用进口设备具有很大的几率。在设计工作中应顺利完成设备的选择任务，执行统一的水电工程管理要求。多数水泵无法满足其标注的技术性能标准。例如：一些自吸泵或离心泵名牌标注的吸出高程为5米-7米，而真正能够展现的吸出高程只能到达3米；一些电站的技术供水泵因为制造、技术参数不满足标准等各种原因无法实现正常工作，为主机设备的安全稳定运行造成影响；在方案对比中因为水泵故障造成的其他损失、水泵维护成本、水泵占地面积、布置困难等各种因素缺少全面考虑。

结束语：

概而言之，深入探究分析水电站工程中水力机械设计与优化问题，对于其实践效果具有至关重要的意义，所以，在未来的发展中，水力机械设计与优化中，应增强其重要环节和重点要点的高度重视，确保其实施策略和方法的科学性。