摘要：水电站低压气系统主要担负着密封充气、制动、吹扫等功能，是水电站设备运行的重要动力单元。然而，根据不同的设备参数构建以及实际生产需求，低压气系统在设备选择方面有着较高的要求。一方面我们需要保障供气量的合规及达标，另一方面还需要尽可能的使之贴近实际效能，避免产能与成本的浪费。因此，本文在实际研究的过程中以用气量为核心对其最小设备参数进行计算，并结合效能、成本、使用与维护等多方面因素进行设备选择分析，同时基于运行效果给出设备的优化意见。希望能够为后续的实际技术改造与同类工程建设提供指导。
关键词：水电站；低压气；设备选择；优化
一、引言
水电站的运行以水能为根本动力来源，在设备运转过程中需要若干辅助单元来共同作用。其中包括密封、设备制动、维护吹扫等诸多方面需要应用低压气系统。而从实际的使用层面来看，低压气系统的使用频次并不高，尤其是将压缩空气、贮气罐等设备进行联动应用的条件下，对于低压气系统的负载则更低。
基于上述背景与原因，现阶段水电站建设及运行的低压气系统往往存在超功率等现象，一方面造成了大量的成本浪费、另一方面也为后续的设备养护设置了不必要的障碍。基于上述特征，从现阶段的研究来看，针对水电站对于低压气的实际需求来进行合规的设备选择是一种有效模式。因此，本文在后续的实际研究过程中，首先对需求量的计算模式进行规范；其次，通过实际计算找到适宜于对应水电工程的设备选择依据；最后，在分析设备应用效果的基础上，对其维养与后续应用优化提出科学的建议。希望能够为后续的施工建设及老旧设备升级改造提供必要的帮助。
二、低压气用量需求分析
为了增加低压气系统设备选择的合规性，我们应该在完善的用气量需求计算的基础上来进行具体的规划与安排。分析其主要功能，低压气的主要功能及需求量如下：
（1）制动用气量计算
制动设备的低压气体需求是该系统供气目标的主要环节，其从实际的使用量角度来看，由于该系统设备运行时间相对较长，故而占有较高的比例。在实际的计算过程中其主要采用公式Q = qt（p + 1）*60/1000来进行计算。其中Q为机组制动一次的用气量，单位为m3；q为制动过程每秒用气量，单位为L/s；t为制动过程给气持续时间，单位为min；P 为制动气压，单位为105Pa。
从上述的公式中我们不难发现，若干参数设定基本上与设备需求相关，其中P以及q均收到设备入口设计影响，而持续时间t则受到其操作习惯以及设备制动时长的影响。将上述数值进行带入可以对其指标进行计算，结果大约为300m3。
（2）发电机额定用量计算
在设备运行过程中发电机内部空间需气量与其额定功率相关。因此此部分用气量的计算依据公式q = k*（N/1000）来进行求解，其中N作为发电机的额定容量，与相关设备的选择相关并且永久固定。k为常数系数，一般决定于发电机组的空间利用效率，根据实际经验来予以确定，并分布在0.03-0.05之间。如果无法确定则可以按照上限来进行计算，并根据后续的实际使用来进行调整；将数值带入后可以计算获得本项目水电站的额定容量为25m3。
（3）防漏气垫容积用量计算
除了上述两种应用方式之外，对防漏气垫予以充气也是常用流量之一。而由于密封气垫数量相对较多，且规格并不统一，故而在实际的应用与计算过程中多采用容积估算的方式来进行。即通过公式Q = （Vz + Vg）（p + 1）*ki。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆其中，Vz为各个制动器活塞行程容积之和，单位为m3；Vg为制动器送气管道的容积，单位为m3；P为制动气压，单位为105Pa；ki 为漏气系数。
指标Vz以及Vg均与设备的型号参数与安装方式相同，是一种永久固定的常量，而p则根据设备的实际运行情况予以确定，与后续的常量Ki具有一定的相关性。而Ki的取值范围则固定在1.2-1.4之间，往往根据设备运行的实际经验来予以确定。与上述指标相同，在无法确定时采用上限进行计算，并在后续的实际运行过程中予以调试及修订。值得我们注意的是该指标决定了密闭性的好坏，故而当单体设备的泄漏指数超过1.4时，则需要通过维护、更换等方式予以修订。基于上述的因素判断，本项目在该指标中的气体用量计算为0.79m3。
通过上述的计算与分析我们基本确定，中小型水电站低压气系统的气体需求量分为三个部分，而总量则为三者之和，根据本文所研究的实际项目，其气体需求总量为325.79 m3。而考虑到管道泄漏以及系统误差等关系，其实际设计量应该控制在350 m3左右才能够满足实际的应用需求。
三、低压气系统设备的选择与优化
从上文的分析我们不难看出，在本文所研究的中小型水电站低压气系统需求量为350 m3左右，故而在设备选择方面应该以此为重要参考。而具体的系统设备则主要分为压缩机、贮气罐、供气管道等三项，而具体的优化选取方式则主要依据如下几个方面来进行：
第一，在压缩机方面。在压缩机的选择方面需要遵循两方面的参数，一是需要判断其系统容量的合规性，即满足上文所分析的350 m3的客观标准，在实际的计算过程中按照Q = zq/t ≥ 350 的方式来进行计算，获得低压空气压缩机的单位气体输量要＞1.45 m3；压缩比要超过5.76；持续稳定运行时间要＞40.5min。基于上述参数指标在进行具体选取的过程中可以严格依照参数进行，进而获得最高效能的压缩设备。
第二，在贮气罐方面。储气罐的设定相对简单，一般而言其功能是在设备非运转的过程中为后续低压气系统提供稳定气压的低压气。因此，在实际的工程建设过程中贮气罐容积往往采用额定需求一天的用气量为核心标准。此外，我们需要考量其压缩比与实际空气体积之间的关系，在上述压缩比为5.76的压缩机供气环境下，贮气罐的容积需要为60 m3。
第三，在供气管道方面。供气管道的材质较为固定，需要利用较高的耐压及耐高温材质来进行，长度方面也与设备的现场安装布置相关，属于设计层面的问题。在设备的选择过程中主要是确定合规的干管直径。在具体计算过程中采用公式 进行计算确定。根据上文获得的计算标准与参数，最终计算获得其直径应该大于39mm，在考虑后续设备运营过程中泄漏系数等变化量所产生的扩容空间，以及管材的实际直径，其母管直径应该确定为50mm。
在设备选择的基础上，我们需要对其实际运行效果进行有计划的维护以保障设备运行的有效性。在实际的运维优化过程中主要需要注意三个方面：一是针对贮气罐的实际空气压力容量来调节空气压缩机的实际使用时间；二是需要定期对易损件进行更换，并对高压管道与接头部分的气密性进行检验，避免失压事故的产生，也防止日常泄漏所带来的效能降低现象；三是需要通过对设备的运行情况进行监控，如果发现计算参数与系数发生变化则可以适当的调整压缩机的启动频次与时间，以此来达到节能的根本目的。
四、总结
低压气系统是中小型水电站运行过程中多种设备的重要动力来源。本文从需求量计算的角度提出了低压气系统设备的选择与优化，希望通过本文的研究能够为后续水电站的节能改造与运行成本控制提供指导性意见。
参考文献
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论文作者:王宏坤
论文发表刊物:《电力设备》2017年第18期
论文发表时间:2017/11/3
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