機械自動化技術(shù)在水利水電工程中的應(yīng)用

[摘 要]水利水電工程作為國家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分，在防洪抗旱、水資源優(yōu)化配置、清潔能源開發(fā)等方面發(fā)揮著不可替代的作用。隨著科技的不斷進步，機械自動化技術(shù)日益成熟，其在水利水電工程中的應(yīng)用范圍不斷拓展，為水利水電工程的建設(shè)、運行、管理等環(huán)節(jié)提供了有力支撐。文章從機械自動化技術(shù)在水利水電工程設(shè)計、施工、運維等不同階段的應(yīng)用入手，探討其對提升水利水電工程現(xiàn)代化水平的重要意義。

[關(guān)鍵詞]機械自動化技術(shù)；水利水電工程；應(yīng)用

[中圖分類號]TV736 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2024）06–0132–03

The Application of Mechanical Automation Technology in Water Conservancy and Hydropower Engineering

WANG Qian

[Abstract]Water conservancy and hydropower engineering， as an important component of national infrastructure construction， plays an irreplaceable role in flood control and drought resistance， optimized allocation of water resources， and development of clean energy. With the continuous progress of science and technology， mechanical automation technology is becoming increasingly mature， and its application scope in water conservancy and hydropower engineering is constantly expanding， providing strong support for the construction， operation， management and other aspects of water conservancy and hydropower engineering. The article starts with the application of mechanical automation technology in different stages of water conservancy and hydropower engineering design， construction， operation and maintenance， and explores its important significance in improving the modernization level of water conservancy and hydropower engineering.

[Keywords]mechanical automation technology； water conservancy and hydropower engineering； application 1 機械自動化技術(shù)在水利水電工程設(shè)計階段的應(yīng)用

1.1 水泵機械自動化技術(shù)

在水利水電工程設(shè)計階段，機械自動化技術(shù)尤其是水泵機械自動化技術(shù)，發(fā)揮著越來越重要的作用。離心泵自動化參數(shù)化設(shè)計和軸流泵三維數(shù)字化建模技術(shù)的應(yīng)用，不僅提高了設(shè)計效率，而且顯著提升了設(shè)計的精確性和科學(xué)性。離心泵自動化參數(shù)化設(shè)計通過引入先進的計算機輔助設(shè)計（CAD）軟件和參數(shù)化設(shè)計方法，使得離心泵的設(shè)計過程更加靈活高效。設(shè)計人員可以根據(jù)實際工程需求，快速調(diào)整設(shè)計參數(shù)，如流量、揚程、轉(zhuǎn)速等，軟件便能自動進行設(shè)計方案的優(yōu)化，確保設(shè)計方案的科學(xué)性和合理性。

軸流泵三維數(shù)字化建模技術(shù)的運用，進一步推動了水泵機械設(shè)計的數(shù)字化、智能化進程。通過三維建模軟件，設(shè)計師能夠在虛擬環(huán)境中對軸流泵進行精確建模，這不僅使得設(shè)計結(jié)果直觀易懂，而且方便了后續(xù)的分析和優(yōu)化工作。三維數(shù)字化模型能夠準確反映軸流泵的結(jié)構(gòu)特點和工作性能，便于進行流體動力學(xué)分析、強度分析等多方面的性能評估，確保了設(shè)計的高效性和可靠性。此外，三維數(shù)字化建模還為軸流泵的制造、裝配提供了精確的指導(dǎo)，通過與數(shù)字化制造技術(shù)的深度融合，實現(xiàn)了設(shè)計到制造的無縫對接，顯著提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

1.2 水輪發(fā)電機組自動化技術(shù)

通過水輪機葉片的自動化優(yōu)化設(shè)計，利用先進的計算流體力學(xué)（CFD）技術(shù)和優(yōu)化算法，能夠在設(shè)計初期準確預(yù)測葉片在不同工況下的性能，為葉片形狀和尺寸提供最優(yōu)化的配置方案。這種方法不僅大幅提高了水輪機的效率，還能顯著減少設(shè)計周期和成本，確保了水輪機在實際運行中的高效性和穩(wěn)定性。

水輪發(fā)電機組流場仿真分析進一步提升了水輪發(fā)電機組設(shè)計的精度和可靠性。通過模擬水流在水輪機內(nèi)部的流動狀態(tài)，分析其對葉片的沖擊力和流動特性，設(shè)計人員可以精確掌握水輪機在各種工況下的性能變化，從而對設(shè)計方案進行合理的調(diào)整和優(yōu)化。此外，發(fā)電機定子繞組自動化制造技術(shù)的應(yīng)用，通過高度自動化的生產(chǎn)線，實現(xiàn)了繞組的精確制造和快速裝配，大幅提高了制造效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

1.3 水利水電閘門智能化技術(shù)

在水利水電工程領(lǐng)域，閘門作為控制水流的關(guān)鍵設(shè)施，其智能化技術(shù)的應(yīng)用顯著提高了工程的運行效率和安全性。特別是鋼結(jié)構(gòu)閘門自動化參數(shù)優(yōu)化技術(shù)，通過高度智能化的設(shè)計軟件，依據(jù)水文水力學(xué)原理和結(jié)構(gòu)力學(xué)原理，對閘門結(jié)構(gòu)進行參數(shù)化設(shè)計和優(yōu)化。這種方法能夠在設(shè)計階段精確預(yù)測閘門在不同工況下的性能，確保閘門設(shè)計的合理性和經(jīng)濟性，同時滿足安全穩(wěn)定的要求。自動化參數(shù)優(yōu)化不僅縮短了設(shè)計周期，降低了設(shè)計成本，還顯著提升了閘門的運行效能和調(diào)控靈活性，為水利水電工程的安全穩(wěn)定運行提供了堅實保障。

壩體滲流數(shù)值仿真分析和水利水電鋼構(gòu)件智能化制造技術(shù)的應(yīng)用，進一步提升了水利水電閘門智能化水平。壩體滲流數(shù)值仿真分析通過先進的數(shù)值仿真軟件，模擬水流在壩體內(nèi)部的滲透行為，為閘門設(shè)計提供了重要的科學(xué)依據(jù)，確保了壩體結(jié)構(gòu)的安全性。水利水電鋼構(gòu)件智能化制造技術(shù)，則利用自動化生產(chǎn)線和機器人技術(shù)，實現(xiàn)了鋼構(gòu)件的高效、精確制造，不僅提高了生產(chǎn)效率，還保證了產(chǎn)品質(zhì)量，為閘門的穩(wěn)固安裝和長期運行提供了有力支持。

2 機械自動化技術(shù)在水利水電工程施工階段的應(yīng)用

2.1 自動化混凝土機械在大壩施工中的應(yīng)用

在大壩建設(shè)項目中，自動化混凝土拖泵、自動化混凝土輸送布料機和智能化混凝土攤鋪整平機械的應(yīng)用，提高了施工效率，確保了施工質(zhì)量，對于加快工程進度、降低勞動強度、提升安全保障水平具有較大的貢獻。這些設(shè)備通過精準的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了混凝土的高效、精確輸送和鋪設(shè)，克服了傳統(tǒng)施工方式中存在的人力資源浪費、施工周期長、質(zhì)量難以保證等弊端，成為大壩施工不可或缺的技術(shù)支撐。

自動化混凝土拖泵，在大壩施工中通過先進的控制系統(tǒng)，能夠根據(jù)施工需求自動調(diào)整混凝土的輸送量和壓力，確?；炷猎诟鱾€施工階段被精確、均勻地輸送到指定位置。而自動化混凝土輸送布料機，則進一步提高了混凝土布置的精度和效率，其獨特的設(shè)計使得混凝土在大面積施工區(qū)域內(nèi)分布更為均勻，大幅降低了人工布料的工作強度和布料不均的風(fēng)險。這種設(shè)備能夠自動調(diào)整攤鋪厚度和整平速度，確?；炷帘砻嫫秸群兔軐嵍确献罡吖こ虡藴?，為大壩的穩(wěn)定性和持久性提供了堅實保證。

2.2 隧道掘進機及支護機械自動化應(yīng)用

在現(xiàn)代水利工程的隧道施工過程中，自動化和智能化技術(shù)的應(yīng)用，尤其是全斷面硬巖頂聯(lián)動掘進機、自動化鉆爆一體化施工機械及智能化隧道支護機械的廣泛使用，極大地推進了隧道施工技術(shù)的進步，顯著提高了施工效率和安全性。這些先進設(shè)備的運用，不僅加快了隧道的掘進速度，而且提升了施工安全系數(shù)，確保了施工過程的穩(wěn)定可靠。全斷面硬巖頂聯(lián)動掘進機以其高效的掘進能力和穩(wěn)定的性能，在難以穿越的硬巖地層施工中表現(xiàn)尤為突出，能夠?qū)崿F(xiàn)快速穿越而不犧牲施工質(zhì)量。自動化鉆爆一體化施工機械，通過集成化的設(shè)計，實現(xiàn)了鉆孔與爆破作業(yè)的高效銜接，大幅提高了作業(yè)效率，降低了勞動強度和安全風(fēng)險。

智能化隧道支護機械的應(yīng)用，則進一步提升了隧道施工的安全性。這類設(shè)備能夠根據(jù)掘進過程中的實時地質(zhì)情況自動調(diào)整支護參數(shù)，確保隧道在復(fù)雜地質(zhì)條件下的穩(wěn)固性和安全性。通過精確控制，智能化支護機械能夠有效避免人為誤差，保證支護結(jié)構(gòu)的均勻性和牢固性，從而大幅提高了隧道工程的整體質(zhì)量。此外，這些自動化和智能化設(shè)備的應(yīng)用，還有助于縮短工期，降低施工成本，實現(xiàn)經(jīng)濟效益與工程質(zhì)量的雙贏。

2.3 水利水電機電設(shè)備的智能化裝配與安裝

隨著技術(shù)的發(fā)展，水輪機自動化裝配系統(tǒng)、變壓器智能化吊裝系統(tǒng)、泵機組自動化對位安裝系統(tǒng)等先進技術(shù)的應(yīng)用，為水利水電機電設(shè)備的裝配與安裝提供了科學(xué)、高效的解決方案。這些智能化、自動化的裝配與安裝技術(shù)不僅顯著提高了工作效率，降低了工作強度，而且大幅提升了裝配與安裝的精度和可靠性，為水電站的安全穩(wěn)定運行奠定了堅實基礎(chǔ)。

水輪機自動化裝配系統(tǒng)通過精準控制裝配過程中的各個環(huán)節(jié)，確保了水輪機各組件的精確對接和高效安裝。這種系統(tǒng)的應(yīng)用，大幅減少了人工操作的不確定性，確保了裝配過程的高度精準與效率。變壓器智能化吊裝系統(tǒng)則利用先進的傳感器和控制技術(shù)，實現(xiàn)了對變壓器吊裝過程的精細管理。通過智能化系統(tǒng)的監(jiān)控，吊裝過程中變壓器的位置、角度等參數(shù)能夠?qū)崟r調(diào)整，確保吊裝作業(yè)的安全性和精確性。泵機組自動化對位安裝系統(tǒng)則是通過自動控制技術(shù)，精確控制泵機組在安裝過程中的位置調(diào)整，實現(xiàn)泵機組與管道系統(tǒng)的精準對接。

3 機械自動化技術(shù)在水利水電工程運行維護階段的應(yīng)用

3.1 自動化控制與遠程監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)

自動化控制與遠程監(jiān)控系統(tǒng)通過集成先進的傳感器、執(zhí)行器和控制軟件，實現(xiàn)了對水電站運行狀態(tài)的實時監(jiān)測和智能控制。具體而言，系統(tǒng)能夠自動收集水位、流量、發(fā)電量等關(guān)鍵參數(shù)，通過數(shù)據(jù)分析預(yù)測水電站的運行趨勢，及時調(diào)整水庫放水量和發(fā)電機組的運行策略，確保水電站運行的高效與安全。此外，遠程監(jiān)控功能使得管理人員可以在控制中心通過監(jiān)控界面，實時了解電站的運行狀況，對突發(fā)事件迅速作出反應(yīng)，大幅提高了水電站應(yīng)對緊急情況的能力。

隨著物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，自動化控制與遠程監(jiān)控系統(tǒng)的功能也在不斷強化?，F(xiàn)代水電站不僅能夠?qū)崿F(xiàn)基本的監(jiān)測和控制，還能夠利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對水電站的長期運行數(shù)據(jù)進行深入挖掘，從而識別出運行中的潛在問題，預(yù)測設(shè)備的維護需求，實現(xiàn)預(yù)防性維護策略。這種智能化的運維模式不僅延長了水電站設(shè)備的使用壽命，還優(yōu)化了維護工作的時間安排和資源配置，顯著降低了運維成本。

3.2 機器人智能巡檢與維修技術(shù)的運用

機器人智能巡檢與維修技術(shù)的運用，使得巡檢機器人能夠自主導(dǎo)航于水電站內(nèi)部及周圍環(huán)境，利用搭載的高清攝像頭、紅外掃描器和其他傳感器，對設(shè)施的狀態(tài)進行全面監(jiān)測。這些機器人能夠?qū)崟r傳輸所采集的數(shù)據(jù)回控制中心，配合先進的數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，對水電站設(shè)備進行狀態(tài)評估，及時發(fā)現(xiàn)和預(yù)警潛在的安全隱患或故障。相比傳統(tǒng)的人工巡檢，這種智能巡檢方式不受人員物理條件的限制，能夠?qū)崿F(xiàn)更為頻繁且細致地檢查，極大地提高了巡檢的效率和準確性。

隨著機器學(xué)習(xí)和人工智能技術(shù)的不斷進步，部分智能巡檢機器人還具備了簡單故障的自動修復(fù)能力。通過對巡檢過程中收集的數(shù)據(jù)進行深度學(xué)習(xí)，這些機器人可以識別特定類型的故障，并執(zhí)行一系列預(yù)設(shè)的維修程序來解決問題，如調(diào)整設(shè)備參數(shù)或更換小型零件等。對于更復(fù)雜的維修任務(wù)，機器人還可以提供精準的故障定位服務(wù)，為后續(xù)的人工維修作業(yè)指明方向，大幅縮短了故障響應(yīng)時間和修復(fù)周期。這種機器人智能巡檢與維修技術(shù)的應(yīng)用，不僅顯著提升了水電站運維工作的安全性，也為運維管理帶來了更高的經(jīng)濟效益。

4 結(jié)束語

隨著技術(shù)的不斷進步和創(chuàng)新，機械自動化技術(shù)在水利水電工程領(lǐng)域的應(yīng)用將更加廣泛和深入。智能化、數(shù)字化的發(fā)展趨勢預(yù)示著這一領(lǐng)域?qū)⒂瓉砀咝?、更安全穩(wěn)定的運維管理模式。面對挑戰(zhàn)與機遇，持續(xù)探索和優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用，將為實現(xiàn)更加可持續(xù)的水資源管理和能源開發(fā)奠定堅實基礎(chǔ)。

參考文獻

[1] 郝相永.機械自動化技術(shù)在水利水電工程管理中的應(yīng)用——評《水利水電工程管理與電氣自動化研究》[J].人民黃河，2024（3）：162-163.

[2] 李軍偉.水利工程自動化控制應(yīng)用趨勢分析[J].科技與創(chuàng)新，2024（5）：178-180.

[3] 李虎.自動化技術(shù)在水利水電工程建設(shè)中的應(yīng)用[J].電子技術(shù)，2023（5）：86-87.

[4] 薛慧，柴艷榮.機械自動化技術(shù)在水利水電工程中的應(yīng)用[J].水利水電科技進展，2022（5）：127.

[5] 吳玉潔.新時期下對水利工程自動化建設(shè)發(fā)展問題分析[J].珠江水運，2022（1）：91-93.