1、引言
水电站的建设为我国社会建设与经济发展提供了强大动力，在提供电力的同时，也为我国的农业灌溉带来了极大便利，因此，水电站在促进我国经济发展中起到了至关重要的作用。目前，在水电站作用显著，而国内水电站水力机械项目建设水平较为落后的背景下，加强对水电站水力机械安装设计问题进行探讨分析便显得尤为重要，进而提出系统的、科学可行的水力机械安装与设计策略，以制定出水力机械设计及安装的标准化流程，从而找到水力机械安装设计关键点，只有这样才能使我国的水力机械安装设计的科学性得到提高，并使我国水力机械工作效率与运行质量得到提高，也使得我国的水电站综合经济效益得以提高。本文针对水电站水利机械几个重要组成部分安装设计问题进行研究，包括水轮机的安装设计、辅助系统的安装设计及主厂房安装设计等部分。
2、水轮机的安装设计
2.1 水轮机机型选择
在水轮机机型选择方面，需考虑电站的运行稳定性、运行效率、水头利用等因素，同时还应对经济性等方面进行综合考虑。一般来说，水头在10-25米内可选用轴流转桨或灯泡贯流型水轮机，在40-80米内可选用混流型或轴流转桨型水轮机，在100-700m内可选用冲击型或混流型水轮机。
2.2 技术目标参数的选择
根据水轮机综合性能参数关系式，可得到水轮机的其他性能。例如混流型水轮机，通过水轮机额定水头能得到初选额定比转速值，按照最高水头能得到额定比转速上限值，并且也可按照额定比转速能够查出电站的空化系数和临界空化系数，进而得到高度是否达到设计需要。从而按照过机水中所含的沙泥量情况、运转水头的变幅以及水电站所处地自然条件等情况来修正额定比转速。最后按照修正的额定比转速进行设计，进而选出最为科学的水轮机型号。
2.3 转轮
转轮选择，应按照水电站需要，以确定出转轮下环、上冠、叶片等所选用材料，并确定出转轮的结构型式。对加工精度较高，且公称直径超过5 m难以运输的转轮，组装过程中应考虑采用分两瓣结构实施组焊。例如小浪底电站在进行转轮设计和组装过程中，对各个部分进行分开加工，然后在运送配件到工地后再实施组合和安装。
2.4 主轴导轴承和主轴密封
目前，主轴导轴承一般都会选择抗重式螺栓，以及可通过楔子板支撑进行调控的油浸式扇形分块瓦轴承型式。主轴密封结构，一般都选择对水压端面进行密封，此密封形式能够确保主轴平衡受力，提高水轮机运行寿命。
2.5 座环和蜗壳
水轮机通常选用的座环结构为固定导叶平板与上下环相焊的结构型式，该结构可充分运用各部分厚钢板抗撕裂优势，并与圆弧导流环相配以达到优化流态的效果。为了更好地固定和校正座环，还应添置部分专用装置对座环的各个部件实施深层次加工。在选择蜗壳材料时，应确保满足水轮机耐抗压、运行稳定等要求，所以蜗壳材料可选择低碳高强度钢来生产。
3、辅助系统的安装设计
水力机械其辅助系统作为水电站稳定运行的重要保障，它的安装设计质量情况，将对水电站水力机械运行效率产生一定影响，同时也会对水电站经济效益产生一定的间接影响，所以对辅助系统的安装设计也应给予充分重视。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
3.1机械设计系统
水利机械辅助系统，主要包含排水供水系统、空气压缩系统、供油系统和测量系统等，这些系统能够使水电站功能得到丰富，并且也能使水力设备的运行安全性得到提升。供水体系，通常是用来润滑并冷却机组，所以此体系对水量与水质有较高要求。此部分水源可利用多个设计方案达到，水来源通常包括上游水库、电站尾水等处，伴随机械结构的不断改进，使得取水源头增多了如地下水、山溪水以及转轮止漏环漏水等。尤其对于顶盖处取水，能够在确保经济性条件下，提升供水的可靠性。排水系统，主要是用来检修机组和厂房渗漏排水。此系统所选用的机械装置主要包含集水井等排水装置，如承压型压力传感器射流泵、立式深井泵等。空气压缩系统，主要用来对检修设备和油压设备进行补气，为确保供气质量，此系统引进自动补气设备，该设备集成了冷却功能、水气分离、自动控制等功能，可更为安全的达到功能需要。
3.2 供水系统
为适应水轮机不同季节各部位的冷却器用水情况，保证机组运行的可靠性、安全性，在设计和安装供水系统时，采用时段不同供水不同的方法。当库中水沙含量较低时，主要通过蜗壳单元的自流供水作为水源供水，将坝前工业用水口作为备用源头，利用过滤器进行过滤后可直接向机组的各个冷却器供水，而主轴密封水，则主要通过设于坝顶高位的水池作为水源并利用减压阀减压之后向轴封供水，同时将坝前库水作为备用；当库中水沙含量较多时，为避免泥沙塞堵冷却器，每个机组均应设置一个清水池，将洁净水通过水泵增压再向各冷却器进行供水，洁净水由冷却器进行排放并经升温之后再流进防堵式热交换器实施冷却，接着再排到清水池进行循环利用，热交换器冷却水通过工业取水口或蜗壳取水口进行供给。
3.3 检测系统
水电站自动化设计需要机组和各部位电量与非电量都要实现在线测量、自动取值，同时所有被测量都应传输到监控系统进行监控。监测系统是由机组段和全厂性两个测量系统构成，全厂性监测系统中主要设置有对下、上游水位及电站水头、各自拦污栅压差、工业取水口水温及库水沙含量等的监测，对于水电站泥沙多等特征，水位测量采取避免泥沙堵塞且带有沙含量修正的吹气型水位测量设备，该设备不但能够对沙含量对于水位造成的误差进行修正，同时还能利用双通道水位计对库水沙含量的变化进行监测。机组段的水力测量系统设置有尾水管进出口压力、蜗壳进口压力、尾水管压力脉动、水轮机净水头、过机含沙量、机组各部位的振动摆度、效率和流量等的测量。
3.4 供油系统
供油系统，由输送装置、储存装置、抽油泵等组成。在进行过滤和供油过程中，需要多种设备将一同运行，并对每台装置控制端接连接线，以构成稳定体系，同时完成处理任务。系统内部分装置应可以移动，以便于不同角度传输工作的实现。在控制中心指令发出后负责排除和供应的管道一同运行，以推动系统运行。不同功能的管道，会与相应处理装置相连，彼此间互相不干扰，便于检修等工作的开展。
4、厂房部分的设计安装
这部分主要对主厂房设计安装进行说明。主厂房是控制水电站的地方，其设计安装的科学性，会在一定程度上影响水电站运行，而且其他设备具体安装内容及参数指标也取决于主厂房硬件设计指标，所以，应全面考虑主厂房设计安装。首先，要使主厂房位置更符合科学设计，必须考虑水电站周边环境和各种设施布置等问题，其次，想要主厂房设计与机组要求相符合，应考虑水电站机组的详细要求，以及科学控制主厂房硬件设计指标，以促使其他设备参数指标科学性得到提高，同时也能有效控制其他设备的安装过程。伴随科学技术不断发展，计算机模拟系统在厂房设计安装过程中发挥了巨大作用，厂房部分设计和安装的科学性得到了很大的提升，有效的推动了水电站厂房部分的设计安装。今后，在计算机模拟技术作用下，厂房部分的设计效果和质量还会得到进一步提升。
5、结语
调查显示，中国水电站仍存有许多不足和缺陷，尤其是在水利机械安装及设计方面，主要是没有完善的设计和安装规范、投资不足、缺乏技术上的支持等因素造成目前这种现状。就目前的状况，系统分析水电站的水利机械设计和安装的关键内容与科学方式，对于形成系统性水电站水力机械设计和安装规范有益，对于提高水电站水利机械设计和安装质量有帮助，对于可持续发展我国水电站特别是中小型水电站也有益。水电站工作人员尤其是有关设计人员先应学习水利机械设计和安装的相关知识，熟练掌握其有关原理和重点内容来充实自身，然后再进行实践水电站水力机械的设计和安装的具体工作，这样才能把理论与实践相结合，有效提高水电站水力机械安装效果及设计质量，并促进水利机械安全性和使用寿命的提高。
【参考文献】
[1] 姚建国, 朱惠君, 武赛波, 邹茂娟. 糯扎渡水电站水力机械设计的主要特点[J]. 水力发电，2012(9).
[2] 安孟德, 吴连生. 水电站水力机械设计及安装分析与研究[J]. 建筑工程技术与设计, 2015(3).
[3] 王欢. 水电站水力机械设计及安装分析[J]. 水利水电工程, 2015(33).
论文作者:罗玉龙
论文发表刊物:《中国电业》2019年9月18期
论文发表时间:2020/1/14
标签：水电站论文; 水轮机论文; 水力论文; 机械论文; 系统论文; 厂房论文; 机组论文; 《中国电业》2019年9月18期论文;