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摘要：近年来，我国的科学技术水平取得了新的进展，各项技术方面也在不断突破自身的前提下取得飞速发展。在开发与利用能源的过程中，电能是十分重要的方面，而电能的开发离不开水电站，水电站承载着借助水力发电的基础环节部分，因此水力机械的开发及安装使用就显得十分重要。本文主要就水电站水力机械设计及安装展开了相关的论述，以供参考。
关键词：水电站；水力机械；设计
引 言：我国的水电站建设历经多年的发展，已经逐渐形成符合我国国情的水电站水力机械设计方法。在水电站水力机械设计过程中，要合理采用设计策略，确保设计质量。同时要做好水力机械的安装工作，确保水力机械设备正常运转。
1 水电站水力机械设计
一般情况下，可以将水电站水力机械分为三大部分，即水轮机部分、辅助系统部分和主厂房布置部分。通过三大部分的组合，成为水电站水力机械设备设计的重要项目。
在水轮机机械设计过程中，要综合考虑水电站的设备运行预期要求、不同水轮机的结构特点及水轮机设计工艺和使用的材料等因素。设计过程中，必须要确保能够满足使用性能要求。
1.1水轮机机型选择。在选择水轮机的机型时，要综合考虑电站效率、水头利用、设备运行稳定度等因素，同时要考虑成本因素。通常情况下，水头在10至25m、40至80m、100至700m范围内的水电站的水轮机可分别选用灯泡贯流式或轴流转桨式、轴流转桨式或混流式、混流式或冲击式。
1.2按技术目标参数选取水轮机
按照水轮机的综合性能及技术目标参数进行比较，通过比较确定的水轮机性能和目标性能参数之间的差异来分析，确定选择水轮机的类型。以混流式水轮机为例，利用水轮机的额定水头、容量可以确定初选额定转速，根据最大水头所选择机型查阅得出空化系数，然后确定安装高度是否满足要求。进而根据过机水流所含泥沙量的多少、运行水头变幅、水电站地理环境等进行修正。根据修正数据进行机械造型设计，以选择最为适当的水轮机型号及转轮大小。
1.3转轮部分设计
根据水电站的实际需求来确定转轮的下环、上冠及叶片等部分的使用材料，同时来确定转轮的结构。转轮公称直径超过5米且加工精度较高转轮，运输较为困难，在组装过程中，要考虑使用分两瓣的结构进行组焊。可以先部分加工，而后将配件运输至施工工地后再行组装。
1.4轴承及主轴的密封
目前，推力轴承一般多采用抗重螺栓，或者是采用可以调节的支撑的油浸式扇形分块瓦轴承。主轴的密封通常采用水压端面的密封结构形式。
1.5蜗壳和座环
座环设计中一般采用上下环与固定导叶的平板焊接结构，选择此种结构方式能够充分利用各部分钢板的抗撕裂优势，通过和圆弧形倒流环的配合达到改善流态的目的。为了对座环进行固定及校正，同时需要添加部分专用设备，对座环的各个部件进行深层次加工。选择蜗壳材料时，必须要满足水轮机的安全运行、稳定运行及耐压、抗压调节，通常可以选择低碳高强度钢板作为蜗壳材料。
1.6 其他部分
水轮机所涉及结构较多，其他如顶盖、底环、导水叶等也是水轮机机械设计中需要考虑的，且核心设计思想是在符合使用需求的基础上加强水轮机的稳定性。另外，为便于管理，提高水电站的设备利用率，还可以增加其他辅助设计，如利用顶盖密封漏水通过排水管引出作为机组冷却用水等。
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2辅助设备系统
一些辅助系统应注意的问题也有很多，这些小的系统设备看似简单，实则也同等重要，在水利机械设计中，这些小的辅助系统就起到了完善与巩固主系统的作用，同时如果合理的利用好这些设施，也可以增加设备的工作效率，并取得很好的整体效益。
2.1系统的设计辅助系统
辅助系统主要包括供水、排水系统；压缩空气系统；水力测量系统；供油系统等。这些辅助系统可以丰富水电站的功能，提高水力设备运行稳定度。供水系统主要用来对机组进行冷却和润滑，因此该系统对水质和水量的要求较高。该部分的水源可通过多种设计方案实现，传统的取水来源有电站尾水、上游水库取水等，随着机械设计的优化和增加，取水来源又增加了山溪水、地下水、转轮止漏环漏水。特别是顶盖取水技术，可以在保证经济性能的前提下，提高供水可靠性。排水系统主要用于机组检修和厂房的渗漏排水。该系统所采用机械设备主要包括集水井和新型排水设备，如立式深井泵、射流泵等。压缩空气系统主要用于向油压装置和检修装置补气。为保证供气质量，该系统引入了自动补气装置，这种装置对自动控制、水气分离等进行了集成，可以更加安全便捷的实现功能要求。
2.2技术供水系统
为适应不同季节水轮机各部位冷却器的用水要求，确保机组的安全可靠运行，在供水系统的设计上，采取不同时段不同的供水方式。当库水含沙量较小时，技术供水以蜗壳自流供水为主供水水源，坝前工业取水口为备用水源，经电动滤水器过滤后直接供入机组各部位的冷却器，但主轴密封用水以设在坝顶的高位水池为主水源经减压阀减压后供给入轴封，并以坝前库水为备用水源；当库水含沙量较大时，为防止泥沙对各部位冷却器造成淤堵，每台机组专设一个的清洁水池，清洁水由清水泵加压后送入各部位的冷却器，由冷却器排出的升温后的清洁水进入防堵型水热交换器进行冷却，然后送回清水池循环使用，防堵型水热交换器的冷却用水由蜗壳取水口或工业取水口供给。
2.3水力监测系统
水电站的自动化水平设计要求机组及全厂各系统在线监测，并且所有被监测的量均送入计算机监控系统。水力监测系统由全厂性和机组段两个监测系统组成，全厂性水力监测系统设有上游水位、下游水位、电站水头、各自拦污栅压差、库水含沙量及工业取水口水温等项目的监测。机组段水力监测系统主要设有蜗壳进口压力、尾水管进出口压力、尾水管压力脉动、过机含沙量、水轮机净水头、流量、效率、机组各部位的振动摆度等项目的监测。
2.4油系统
油系统由抽油泵、存储装置与输送设备组成。在对油进行过滤输送处理时，多个设备会同时运行，要在每台设备的控制端接入连接线，组成稳定的系统，共同完成处理工作。系统中的部分设备应具有移动功能，方便完成不同角度的传输任务。功能不同的管道会连接相应的处理设备，彼此之间互不干扰，为检修工作提供了便捷。
3主厂房布置
主厂房布置属于水电站水力机械设计的重要内容。由于主厂房设计指标直接决定机械设计的参数指标及安装过程是否便利。在布置主厂房工程中，其规模和高程都要考虑各个机组设备因素。主厂房的设计要同机组的要求保持一致，结合工作实际，对主厂房细节及局部进行优化。通过合理布置主厂房，确保水力机械设备的优化和完善。
4结语
总之，在水电站水力机械设计过程中，要注重水轮机等重要设备的选型，将水电站预期目标性能参数作为衡量重点，合理进行设计，注重机械部分的协调和配合，选择适当的材质，确保水力机械设备满足水电站经营运转需要。
参考文献：
[1]黄炜.水电站水力机械设计[J].小水电，2015，（8）.
[2]林其文，陈济茂.水电站水轮机设计[J].机械设计与制造工程，2016，（12）.
[3]黄志华，陆炜.水电站水力机械设计及安装分析与研究[J].科技传播，2016，（5）.
论文作者:宾寿连
论文发表刊物:《防护工程》2018年第18期
论文发表时间:2018/11/6
标签：水轮机论文; 水电站论文; 水力论文; 机械设计论文; 系统论文; 机组论文; 转轮论文; 《防护工程》2018年第18期论文;