水力機械及動力裝置的研究與應用分析

楊涵 黃宛琴

摘要：近年來，隨著電力工程事業(yè)的迅猛發(fā)展，對水力機械及動力裝置的性能、技術參數(shù)、經(jīng)濟運行等均提出了越來越高的要求。值得注意的是，要想使水力機械產(chǎn)品的質(zhì)量得到有效保障，便需做好水力機械測試工作，掌握核心測試技術，同時掌握動力裝置的測試試驗等。本課題重點圍繞“水力機械及動力裝置”相關技術要點進行分析研究，以期提高水力機械及動力裝置的實用價值。

關鍵詞：水力機械；動力裝置；測試技術；實用價值

水力機械及動力裝置是水電站或抽水站非常重要的機械設備，在確保水力機械及動力裝置符合設計要求，性能及技術參數(shù)符合水電站或抽水站工作運行要求的基礎上，才能夠確保系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、可靠性及安全性。近年來，隨著我國電力工程事業(yè)的逐步發(fā)展，國內(nèi)大型水電站和抽水站的單機容量得以不斷增大，為了更好的探索水力機械的內(nèi)部特征和水電站及抽水站中水力機械運行問題，使得國內(nèi)對于水力機械及動力裝置的技術研究從以往的理論研究逐步發(fā)展為實踐研究，這為我國電力工程事業(yè)未來發(fā)展提供了有效保障。鑒于此，本課題圍繞“水力機械及動力裝置”進行分析研究具備一定的價值意義。

一、水力機械及動力裝置概述

1.水力機械

水力機械，指的是將液體作為工作介質(zhì)的一種流體機械。基于流體機械作業(yè)期間，把水能與機械能相互轉(zhuǎn)換，或者由不同能量的水之間實現(xiàn)有效轉(zhuǎn)換。在水電站中，水力機械設備應用廣泛。基于能量傳遞方向角度分析，基于原動機層面，主要把水能轉(zhuǎn)換成為機械能，對其他的機械設備起到驅(qū)動的作用，例如對水輪機起到驅(qū)動作用；基于工作機層面，通過把機械能轉(zhuǎn)換成為水能，使水輸送至高處位置，或基于更高壓力及管路阻力條件下，把水輸送至遠處，比如輸送至水泵等。此外，水力機械的應用領域廣泛，包括電力工業(yè)、水利工程、以及化學工程等等。涉及的性能技術參數(shù)包括：比能、水頭/揚程以及效率等。要想使水力機械設備的性能發(fā)揮至最佳，則有必要結(jié)合應用工程的實際情況，合理調(diào)整其技術參數(shù)指標，進一步提高水力機械設備運行的可靠性、安全性及工作效率等。

2.動力裝置

動力裝置屬動力機械的范疇，而動力機械則是把自然界當中的能量向機械能轉(zhuǎn)換，然后通過作功發(fā)揮自身效應的一種機械裝置。值得注意的是，確保動力裝置的優(yōu)化設計，能夠帶動機械設備的正常、可靠運行。以基于水力機械的泵站裝置為例，則便是在泵站工作中常用的一種動力裝置，需進行泵站裝置效率測試及流態(tài)測試，了解泵站裝置的運行效果，進一步加以改進，確保后續(xù)運行的可靠性及安全性。

二、水力機械及動力裝置測試技術研究進展分析

由于水力機械及動力裝置在電站運行廣泛，做好水力機械及動力裝置的測試工作，不僅可以為電站運行的可靠性及安全性提供保障，還對水電站的經(jīng)濟運行、改進設計提供了可靠的依據(jù)。以及對水電站的造價、水力機械的選擇等都具有重要意義。從最新研究進展來看，水力機械及動力裝置涉及的測試技術及相關內(nèi)容如下：

1.水力機械模型測試技術的應用

水力機械模型測試技術的應用，主要致力于水力機械產(chǎn)品性能、質(zhì)量的提高。例如，我國三峽水電站在建設過程中，便進行了水輪機模型驗收試驗，通過對試驗臺的大規(guī)模改建，為山峽水電站建設工作的發(fā)展提供了必要支撐。在水力機械模型測試過程中，需納入水力機械的相關性能指標，比如能量指標、空化指標、壓力脈動指標、飛逸特性指標以及力特性指標等，進一步利用高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，例如基于PXI平臺的高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及基于SCXI平臺的高精度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)便應用廣泛，利用這些系統(tǒng)完成高速數(shù)據(jù)的采集。此外，從最新研究進展來看，基于PLC的試驗控制系統(tǒng)也應用廣泛，該系統(tǒng)能夠發(fā)揮遠程及集中控制。

2.動力裝置測試技術的應用

為了了解動力裝置的性能，可使用動態(tài)模擬理論，實現(xiàn)對水力機械基于運行期間潛在的故障的測試；一方面能夠預測水力機械在運行過程中可能出現(xiàn)的技術問題；另一方面能夠?qū)⒁呀?jīng)投入工作的真機檢測其運行中是否會發(fā)生技術問題，如測試機組甩負荷之后的力特性、抬機現(xiàn)象以及導葉緊急關閉狀態(tài)條件下的動態(tài)力特性等。通過動態(tài)模擬理論的應用，得到相對應的模型試驗數(shù)據(jù)，進一步通過相似律換算的方式，獲取動力裝置動態(tài)特性。此外，針對大型的水泵裝置，可進行特性試驗，對于工廠所提供的大型水泵的特性曲線通常由模型泵特性換算獲取。而對于水電機組在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)技術的應用，則能夠充分了解水力機械及動力裝置的運行情況，為故障的排查提供有效依據(jù)，進而確保運行的可靠性及安全性。

三、結(jié)語

綜上所述，“水力機械及動力裝置”是一個值得深入研究的課題，特別是當下水力機械設備及其動力裝置廣泛應用于水電站領域，對水電站的可靠、安全運行會帶來很大程度的影響。因此，需加強對水力機械內(nèi)部特性進行探究，完善和補充水力機械水力計算理論和方法，進一步促進水力機械設備及其動力裝置的性能測試效率的提高，確保其性能參數(shù)指標符合水電站的運行要求，以此提高水電站系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、可靠性及安全性。

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作者簡介：楊涵（1997-），女，漢族，四川成都，本科，水力機械動力工程。

黃宛琴（1996-），女，漢族，四川德陽，本科，水力機械動力工程。

（作者單位：西華大學能源與動力工程學院）