摘 要 我國的水電站經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)形成了符合中國實際環(huán)境的水力機械設計理念和安裝方法。本文就水電站中的多種機械設備的設計方案選取方式和安裝要點進行了分析。
關鍵詞 水電站；水力機械設計；安裝
中圖分類號TV5 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2013）85-0077-02
我國的水電站的水力機械設計起于19世紀50年代，經(jīng)過多年的實踐、應用、總結(jié)及與發(fā)達國家之間的技術交流，已經(jīng)基本形成了符合我國水電水利特點的設計理念和安裝方式。隨著計算機技術在各領域中得到了廣泛的應用，結(jié)合計算機的數(shù)據(jù)計算和工程制圖等，水電站的機械設計及安裝方式得到了進一步的完善。雖然我國目前的水力機械設計中任然存在提高和優(yōu)化空間，但是在一定程度上，我國的水電站機械設計已經(jīng)可以根據(jù)水電站的地理環(huán)境和設計要求等設計出符合使用性能的、能經(jīng)受住運行考驗的方案。
水電站中的機械部分主要分為以下幾部分：水輪機部分、輔助系統(tǒng)部分、廠房部分，本文分別就這幾部分進行了分析和研究。
1 水輪機的機械設計
水輪機的機械設計需要綜合考慮水電站的運行需求、不同水輪機結(jié)構(gòu)特點、水輪機的設計工藝及材料等因素，以保證水輪機可以滿足性能的要求。
1.1 水輪機的機型選擇
在水輪機的機型選擇時，需要考慮水頭利用、電站效率、運行穩(wěn)定度等因素。此外還要綜合考慮成本和經(jīng)濟等方面的因素。通常，水頭在10～25m、40～80m、100～700m范圍內(nèi)的水電站的水輪機可分別選用燈泡貫流式或軸流轉(zhuǎn)槳式、軸流轉(zhuǎn)槳式或混流式、混流式或沖擊式。
1.2 技術目標參數(shù)決定的水輪機選取
水輪機的綜合性能公式為。利用該公式，可以確定水輪機其他的性能。
以混流式水輪機為例，利用水輪機的額定水頭可以確定初選額定比轉(zhuǎn)速，根據(jù)最大水頭可以確定額定比轉(zhuǎn)速的上線，進一步，根據(jù)額定比轉(zhuǎn)速可以對臨界空化系數(shù)和電站空化系數(shù)進行查詢，然后確定高度是否滿足要求。進而根據(jù)過機水流所含泥沙量的多少、運行水頭變幅、水電站地理環(huán)境等對額定比轉(zhuǎn)速進行修正。根據(jù)修正數(shù)據(jù)進行機械設計，以選擇最為適當?shù)乃啓C。
1.3 轉(zhuǎn)輪
在轉(zhuǎn)輪部分，需要根據(jù)水電站需求確定轉(zhuǎn)輪的葉片、上冠、下環(huán)等的使用材料，同時確定轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)。
對于加工精度高，轉(zhuǎn)輪公稱直徑大于5米且運輸困難的轉(zhuǎn)輪，在組裝時可以考慮使用分兩瓣的結(jié)構(gòu)進行組焊。如小浪底水電站在轉(zhuǎn)輪的設計及組裝時，采用了對各部分分別進行加工的方式，在配件運輸?shù)焦さ睾笤龠M行組裝的方式。
1.4 主軸導軸承及主軸的密封
當前的主軸導軸承通常采用抗重螺栓或由可調(diào)節(jié)楔子板支撐的油浸式扇形分塊瓦軸承。對主軸的密封方案通常采用水壓端面密封結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以保證主軸受力均勻，延長水輪機的使用壽命。
1.5 座環(huán)與蝸殼
現(xiàn)常用的座環(huán)設計為上下環(huán)與固定導葉的平板焊接結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)方式充分利用各部分的抗撕裂厚鋼板優(yōu)勢，配合圓弧形導流環(huán)可以改善流態(tài)。為進一步對座環(huán)進行校正和固定，還可以添加一些專用設備對座環(huán)各部件進行深加工。蝸殼的材料選取需要滿足保證水輪機安全穩(wěn)定運行、耐抗壓等條件，因此蝸殼的材料可以使用低碳高強度鋼板。
1.6 其他部分
水輪機所涉及結(jié)構(gòu)較多，其他如圓筒閥、頂蓋、底環(huán)、導水葉等也是水輪機機械設計中需要考慮的，且核心設計思想是在符合使用需求的基礎上加強水輪機的穩(wěn)定性。另外，為便于管理，提高水電站的設備利用率，還可以增加其他輔助設計，如在轉(zhuǎn)輪上環(huán)漏水通過排水管引出作為機組冷卻用水等。
2 輔助系統(tǒng)中的機械設計
輔助系統(tǒng)主要包括供水、排水系統(tǒng)；壓縮空氣系統(tǒng)；水力測量系統(tǒng)；供油系統(tǒng)等。這些輔助系統(tǒng)可以豐富水電站的功能，提高水力設備運行穩(wěn)定度。
供水系統(tǒng)主要用來對機組進行冷卻和潤滑，因此該系統(tǒng)對水質(zhì)和水量的要求較高。該部分的水源可通過多種設計方案實現(xiàn)，傳統(tǒng)的取水來源有電站尾水、上游水庫取水等，隨著機械設計的優(yōu)化和增加，取水來源又增加了山溪水、地下水、轉(zhuǎn)輪止漏環(huán)漏水。特別是頂蓋取水技術，可以在保證經(jīng)濟性能的前提下，提高供水可靠性。
排水系統(tǒng)主要用于機組檢修和廠房的滲漏排水。該系統(tǒng)所采用機械設備主要包括集水井和新型排水設備，如立式深井泵、射流泵、承壓式壓力傳感器等。
壓縮空氣系統(tǒng)主要用于向油壓裝置和檢修裝置補氣。為保證供氣質(zhì)量，該系統(tǒng)引入了自動補齊裝置，這種裝置對自動控制、水氣分離、冷卻功能等進行了集成，可以更加安全便捷的實現(xiàn)功能要求。
測量系統(tǒng)中已經(jīng)對現(xiàn)代科技技術進行了大規(guī)模應用，各種傳感器設備被應用到水力機械中，這些傳感器在提高采樣精度、增強計算分析能力，設備監(jiān)控方面具有無可比擬的優(yōu)勢。
3 主廠房布置
主廠房的布置是水力機械設計中的一個重要組成部分，這不僅僅是由于主廠房是整個水電站的控制核心，還在于，主廠房的硬件設計指標決定了其他設備的參數(shù)指標和安裝過程。
在主廠房的布置中，其高程和規(guī)模應該考慮安裝在廠房中的各個機組設備因素。廠房的設計方式應該與機組要求相一致，并根據(jù)實際工作需求更改對局部進行優(yōu)化。隨著技術的進步，廠房的布置也得到了改進和完善。
4結(jié)論
本文對水電站中的各項水力機械設備的選取和安裝進行了分析和研究，希望通過該研究規(guī)范實際水電站的機械設備選取，減少設備不匹配等因素帶來的經(jīng)濟損失。
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