钟建华
广西桂水电力股份有限公司金秀发电分公司 广西壮族自治区来宾市 545708
摘要：水电站作为我国的一项重要技术工程对我国经济的发展具有重要作用，能够满足周边城市的用电需求。在水电站建设的过程中水力机械设备是其重要的组成部分，但水利机械设备的安装难度较高，传统的水利机械布置方式已经很难满足水电站的建设需求。因此，本文以某水电站为例，对其水力机械设备布置及优化进行研究，以期能为我国水电事业的发展提供一些参考。
关键词：水电站；水利机械；设备布置
0引言
水力机械设备是水电站的重要部分，能够满足水电站的建设需求。水力机械设备的布置如果存在不合理的问题就会影响水电站运行效率的提升，同时会存在故障隐患，也会对水电站的实际运行寿命造成影响。因此，本文选取小型水电站作为研究对象，该水电站安装三台140MW水轮发电机组，水电站采用少人值班的运行方式。为了保证水电站运行的可靠性、安全性以及检修的便捷性，对该水电站水力机械设备的布置进行优化研究。
1水力机械设备的布置
1.1主厂房布置
本文所选取的小型水电站安装三台140MW水轮发电机组，各机组的间距应按照主厂房最大平面尺寸和水电站的结构来进行确定，本文将各机组的间距定为28.6m，在实际安装时，安装在主厂房的两侧，主厂房上游宽度主要依据水力机械设备发电机风罩尺寸来决定，主厂房下游安装宽度主要由机组锅壳和主吊运通道的宽度来决定，因此主厂房的净宽度应为23.5m。机组安装间应留有足够的空间，能够满足机组进行大修时所需要的场地面积，同时还需要在安装间内留下一套相应的维修工具。此外，机组安装间的长度还需要考虑机组安装时所需要的空间，为了保证机组的正常安装，安装间的净长度不低于45m，而主厂房的副安装间的净长度应不低于14m，同时副安装间所预留的场地应满足机架拼装的需求。所以为了满足实际布置需求，安装间的总长度总体上应比机组段的长度多出1.7倍以上。在机组组装期间，在机架上可以完成对机组定子与转子的安装。以上厂房的布置能够满足水电站水力机械设备正常运行的需求。
1.2供水系统设备布置
水电站的供水设备主要包括滤水器、供水控制阀以及四通转阀，这些设备都布置在水电站的副厂房，并采用集中布置的方式，一方面可以有效的提高设备的运行效率，另一方面也有利于对设备进行维护管理。
1.3排水设备布置
水电站的排水设备主要布置在主厂房的水轮机层，也就是在三个机组之间布置两个排水设备，每个排水设备都有各自对应的集水井，并设有独立的楼梯和检修井。
2水机械设备的布置优化
2.1机组进水口闸门及启闭机的布置优化
本文所选择的水电站为河床式电站，主厂房布置在河道中间，左侧为溢洪坝，右侧为泄洪坝。因水电站有三组发电机组，因此需要布置9个孔位，进水口闸门的宽度为5.3m，高度为15.7m，水头的长度为49m。
传统的启闭机布置在坝顶处，采用400kN的双向门机，启闭机上配有液压自动抓取装置。当发电机组出现故障需要检修时，就需要将进水口进行关闭，使用启闭机将进水孔上方门槽内的砸门吊起，并关闭这三个进水孔。通常情况下，一组发电机出现故障往往需要4人以上的维修小组工作4个小时才能完成。此外，启闭机的使用也需要4人小组，花费4小时以上的时间才能完成进水孔的关闭。可以看出传统的机组进水口闸门的关闭和启动所花费的时间较长，发电机组的维修效率较低。
本文对启闭机的布置进行优化。
优化步骤如下：一是在启闭机配置上，每个进水孔都配置一台启闭机，但每组发电机组中的三台启闭机都共用一台液压泵站，每台启闭机都有独立的液压回流管道和控制回路。每台启闭机的最大牵引力为400kN，进水孔处的闸门在平压后所需要的力为2500kN，可以看出启闭机能够满足关闭和启动进水孔闸门的需求。本文对传统闸门的固定方法进行优化，在闸门开启后通过液压启闭机将其悬挂在进水孔的上方。这种方式当水电站机组出现故障后，闸门控制中心可以同时控制三个启闭机进行进水孔的关闭作业，完成三个进水孔的关闭只需要10分钟，极大地提高了进水孔关闭的效率。操作人员也可以采用手动方式来对液压启闭机进行操作，也可以实现对三个进水孔的关闭作业。当发电机组检修完成后，控制室就可以同时或者依次控制启闭机将闸门升起，除去平压的时间，完全升起三个进水孔只需要30分钟，采取依次升起的方式也只需要90分钟就可以全部完成。对水电站闸门和启闭机的布置优化，能够帮助水电站实现少人或无人值守的技术条件。
2.2水轮机埋件优化
水轮机的优化主要包括两个部分：
（1）座环结构优化。由于传统的座环结构为支柱式，结构较为松散，在长期使用的过程中埋件的强度会大幅度下降，埋件之间的缝隙会不断增大，容易引发水轮机出现故障。因此本文采用平行式整体结构，由于该结构的重量较大，整体重量能够达到156吨，如果不进行拆分很难进行运输，因此将该结构分为四个部分进行运输，并在水电站的安装间内进行组装。相比于传统的座环结构，优化后的结构强度更高，而安装程序则更为简单，但在安装时需要更加专业的起吊设备来满足安装需求。
（2）混凝土蜗壳优化。传统的混凝土蜗壳存在流道粗糙、防渗透效果差、使用寿命短等劣势。因此本文对传统的混凝土蜗壳进行优化，近年来人们已经开始对混凝土蜗壳进行改进，目前主要的改进措施有两种：一种是使用部分金属钢衬来提高混凝土的防渗透性，提高流道的光滑度；另一种是采用全金属钢衬来解决混凝土蜗壳的缺点。目前我国许多新建的水电站都采用半金属钢衬的混凝土蜗壳，虽然不如全金属钢衬的使用寿命长，但是建造成本相对降低，具有较高的性价比。从整体应用情况来看，半金属钢衬更适用于大型的水利工程，而小型水利工程可以采用全金属钢衬，虽然增加了建设成本，但是提高了水电站的使用寿命。
2.3转轮结构优化
转轮结构的优化主要有以下几点：一是在转轮叶片的边缘增加抗空蚀的裙边，并升级叶片的加工工艺，并对生产后的叶片质量进行严格建设，需要注意的是转轮叶片上不能留有起吊孔，这会影响叶片的使用强度；二是操作机构应提升操作的稳定性，因此可以选择缸动式操作机构；三是叶片可以采用耐油聚氨酯作为密封材料，为了提高叶片的密封性可以采用双向多层密封。这样当叶片在水中转动时，则可以很好的保证转轮内部的油和转轮外部的水发生双向渗透。本文对转轮优化后，转轮的结构更加紧密，转轮的外形更加合理流畅，同时在不拆除叶片的情况下就可以更换转轮的密封件。
2.4排水系统优化
水电站传统的排水系统存在检修复杂，可靠性低以及容易引发安全事故等缺点，因此本文对水电站的排水系统进行优化。排水系统包含机组检修排水和渗漏排水两种。本文主要对厂房内的渗透排水进行优化，优化的措施主要是增加一台排水泵和一套污水处理系统，从而提高水电站的排水效率、安全性以及环保性。
3结语
随着经济的不断发展，水电站的作用也越发明显，能够满足我国日益增长的电力资源需求。本文对水电站水力机械设备的布置和优化进行研究，能够进一步提升水电站的运行稳定性。同时也可以大幅度降低水电站的资金投入和运行成本的支出。随着技术水平的不断提高，在将来将会有更多高新技术应用到水利工程当中，水电站作为我国重要的基础水利工程在未来必将会向着无人化的方向发展。
参考文献
[1]唐旭. 水电站水力机械设计及安装分析与研究[J]. 轻松学电脑, 2019, 000(003):1-1.
[2]赵世宽. 水电站水力机械设计及安装分析与研究[J]. 冶金管理, 2019, No.379(17):84+86.
[3]翟利军,张萌. 几内亚苏阿皮蒂水利枢纽电站厂房结构布置及优化研究[J]. 水电与新能源, 2020, v.34;No.194(08):28-31.