水電站工程水力機械設計與優化分析

謝豫

水力機械是水電站建設中的重要組成部分，在建設過程中水力機械的運行特點和功能應當滿足水力建設的客觀需求，在這一要求之下，針對現有設備進行一定的優化是當前發展建設中的客觀需求。針對實際使用目的對水力機械進行設計上的優化可以提升運行效率，降低水力機械運行中出現故障的可能性，對水電站的運行效率以及運行壽命有著直接的影響。

1 水輪機的機械設計

在針對水輪機進行機械設計優化的過程中，設計人員要對水電站的運行需求有清晰的了解，針對實際用途來選擇不同的水輪機結構以及材料，保證水輪機的功能和運行效率滿足實際生產建設的需求。

1.1 水輪機的機型選擇

在水電站的水輪機選擇過程中，技術人員要跟據水電站的生產需求、水頭利用情況、電站的發電效率等因素，對機型進行合理選擇。影響水輪機選擇的因素除了生產效率之外，技術人員還要考慮運行過程中的成本對生產過程的影響，消耗過多的機型不適合在中小型水電站之中進行使用。一般在選擇過程中，水頭在10～25m、40～80m以及100～700m范圍之內的水電站可以選擇燈泡貫流式或是軸流轉槳式水輪機，保證發電效果。

1.2 根據技術參數確定水輪機

借助水輪機運行中的綜合性能公式以及水電站建設中的參數可以確定適合使用的水輪機類型，在使用過程中水輪機的水頭可以得出水輪機所需的轉速，進而技術人員可以對其發電效率以及高度進行計算，確定其是否滿足實際建設需求，根據實際參數和水電站的建設需求來確定水輪機機械設計過程，保證使用質量[1]。

1.3 轉輪和主軸

在水輪機的轉輪部分，技術人員需要根據水電站的生產需求確定轉輪不同部分的材質以及轉輪結構，在加工過程中，部分水輪機的轉輪直徑較大，加工精度要求高，在設計中一般會將這類轉輪使用組合式的生產方式進行生產和焊接組裝，方便運輸過程的進行。當前水輪機的主軸一般使用抗重螺栓等材料，其可以承受較大的水壓，適合在水電站之中進行使用，保證了轉輪主軸受力的均勻，可以有效延長水輪機的使用壽命。

1.4 座環和蝸殼

在當前水輪機的設計過程中，座環結構一般是上下環結構，采用平板焊接結構進行固定，有效的利用了各個部分的鋼板厚度優勢，改善了使用過程中座環的受力情況。在實際生產過程中為了優化座環的受力情況一般會使用專用設備加強座環的結構。蝸殼是為了保證水輪機的結構完整性，因此在使用中應當選擇結構強度較高、耐壓性較強的材料，在實際生產中常會使用低碳高強度鋼板等材料。

2 水電站輔助水力機械系統中水系統的設計

2.1 技術供水方式的設計

在技術供水方式的設計過程中，由于當前水電站建設中要求節能化生態化建設，因此，設計人員要考慮節能理念的實施，在設備設計中，生態節能理念的主要實施方式就是在設備的選擇以及使用上提升機械系統的運行功率，一般在實際設計中會通過增大水流的流速來提升發電量和發電效率。

當前水電站在建設過程中使用的機械設備在運行過程中常會出現故障，無法滿足我國水力發電過程的持續性運行需求，因此降低了水電站的發展效率，無法實現長時間的持續發電。為了避免水流因素等影響發電效果，在實際設計中會在水電站之中使用水泵等設備，水泵的使用會增加機械設備的能耗，也會影響水電站的發電效率。因此，針對發電效率和故障問題對水電站運行的影響，技術人員可以選擇進口設備完成發電。

要保證水電站運行過程中的發電目標，生產人員要實際發電中應當執行國家統一的水電工程管理標準，在實際運行過程中，技術參數和制造過程不滿足管理技術標準的設備會直接影響水電站的運行效率和穩定性，管理人員在設計過程中，應當充分考慮實際使用過程中的環境等因素的影響，嚴格按照國家規范進行設備的選擇和使用。

2.2 管道閥門設計

在水電站的運行過程中，閥門是控制水流的主要設施，由于在運行過程中閥門需要完成導通功能，因此，設計人員需要保證閥門的動力，且為了滿足當前的節能設計需求，閥在閥門設計中要盡量降低導通中的壓力，降低能量消耗。在設計中還應考慮閥門使用中的檢修任務進行的防變形，設計人員要結合工程的機械結構等進行施工安裝的規劃，并根據運行效率選擇生產材料。為了提升管道閥門運行的可靠性，降低出現故障的頻率，當前的閥門一般采取自流供水方式，在生產中也會使用不銹鋼閥門來避免實際使用中的損壞[2]。

3 水電站輔助水力機械系統中油系統的設計

3.1 絕緣油系統

在水電站輔助機械設備之中使用的絕緣油主要是人工合成物質，在發電過程中可以起到較好的絕緣作用，其流動性可以使對大范圍的設備起到絕緣作用，相較于傳統的絕緣材料，其具備較大的優勢。由于水電站在運行中使用的設備結構較為復雜，且體積較大，為了防止日常故障影響到生產效率，在設備的選擇上一般會使用具備較長免檢修時間的設備，其內部的絕緣油可以避免和外界產生接觸，具備較長的使用時間。在水電站的絕緣系統的設計中，技術人員可以忽略絕緣油的排出設計，針對獨立性較強的水電站，在實際設計中可以通過絕緣油庫或是處理室對設備進行絕緣保障處理，針對大型水電站，在設計中，絕緣油庫應當盡量靠近生產用油設備，降低設備運行中的耗能，滿足國家生態建設建設需求。

3.2 透平油系統

透平油在機械設備的運行過程中的主要作用是潤滑，避免了設備內部結構由于運行中的摩擦出現損壞，延長機械設備的使用壽命。在設備的設計過程中，設計人員要保證透平油系統的運行靈活性，確保透平油可以達到設備的各個部分，實現潤滑目的。一般在設計過程中，透平油系統一般是循環系統，在實際運行中將潤滑油在設備的內部進行流動，優化了潤滑效果。在潤滑油流動期間，設備內部運行中產生的污染物會隨著潤滑油的流動而流動，進而降低潤滑油的實際效果，因此在實際使用中要定期對透平油系統中的潤滑油進行更換[3]。為了方便更換過程，設計人員會在排油口位置安裝廢棄液體收集裝置，幫助液體在設備內部的流動。針對大型水力發電站點，在其機械設備的設計過程中一般會以設備的檢修維護功能為主要的依據進行機械設備的設計，以便于提升機械設備配置的全面性。此外，在透平油系統的設計和布置過程中，技術人員要保證其滿足國家的防火規范要求，設計人員應當針對容易出現意外事故的濾紙以及烘箱電源進行合理設計，保證其在室內環境中進行放置，避免出現意外火災，造成水電站的設備損失。在油庫的布置設計過程中，技術人員要保證排油閥和油罐之間的距離，保證生產安全。

4 結束語

綜上所述，在水電站的機械設備的優化設計過程中，設計人員要了解優化設計工作對于水力發電效率以及發電過程的安全性的影響，設計人員要從多個方面進行水電輔助機械設備的設計，降低水電站運行中的成本，方便設備的檢修過程，推動我國水力發電事業的建設。

[1]姚建國，朱惠君，武賽波，等.糯扎渡水電站水力機械設計的主要特點[J].水力發電，2012（09）：79～82+99.

[2]吳宏軒.思林水電站推力軸承及導瓦安裝施工工藝改進[J].貴州水力發電，2010（03）：63～66.

[3]楊永棟.淺析水電站工程水力機械設計與優化[J].黑龍江科技信息，2014（09）：6.