水電站綠色水力機械設計探討

蔣斌

摘要：本文以水電站為主題，探討其中的綠色水力機械設計方面的相關問題。首先對其進行了簡要概述，主要從水輪機、攔魚措施、“黑啟動”電源、振動噪聲、電磁污染、電磁輻射等方面進行具體分析。希望通過本文初步論述可以引起更多的交流與討論，同時希望可以為該方面的研究提供一些可資利用的信息，以供參考。

關鍵詞：水電站；水力機械；設計；環保；綠色

中圖分類號TV7 文獻標識碼A 文章編號2095-6363（2015）12-0027-02

伴隨時代進步、社會發展，我國向現代化的建設工作已初步完成，與此同時，經濟增長與物質生活水平的提高，極大的促進了消費市場的活躍、品質化生活欲求傾向的增強。隨著這些改變，人們對于電力需求出現增長，在水電站的建設方面，對水力機械設計方面的環保要求也在不斷提升。這些改變，與21世紀人類生存的困境、環境污染、資源能源消耗與浪費以及生態破壞密切相關，因此，需要加強水力機械設計中的環保工作，并盡可能采取一些有利的措施，實現水電站水力機械綠色設計。

1.水輪機的環保

眾所周知，當魚進入水輪機系統時會造成傷害，而且傷害程度直接由魚的體型、大小，水輪機的類型、運行范圍等決定。經研究發現，小型水輪機中的葉片撞擊是造成這方面危害的主要因素，因而應該加強對于葉片撞擊問題的研究，以此減少其對魚類造成的傷害。具體而言，應該減少葉片數量，降低梯度壓力，這樣，就可以為魚類留下一個過往通道，避免意外發生；另一方面可以加長葉片、減少壓力梯度造成的壓力、剪切應力（沿壁）、沖擊力（作用于葉片）等。實驗表明，標準轉輪傷魚率在2.5%，而小型間隙轉輪可以將其減低至1.5%，同時，這種小型間隙轉輪的使用可以提升水輪機的工作效率，提高率達到3%左右。在這方面，有時曝氣式水輪機（中國）、環保型渦旋形水輪機（美國）。近年較新的水輪機設計中，提倡水下部件的潤滑，以無油無潤滑劑的研究為其發展方向，無油操作、無油軸承等的研究極大的推動了水輪機向環保型方面的發展。

2.攔魚措施

從上面探討水輪機環保可知，要減少機械對于水生生物的傷害，尤其是對種類繁多、數量巨大的魚類產生了負面影響。因此，在研究水輪機的同時，還應該注重采用較為傳統的思維方式，對魚類進行阻攔，在這方面可以采用一些隔離措施，也可以進行機械預防，經近年來的研究可知，攔魚機的發明與應用，更好的促進了這方面的進步與發展，主要是在水輪機進口壩的前河段中，對向下游洄游的魚群進行驅攔；如同飛機場對鳥類進行干擾一樣，也可以利用聲光或信號等配套設備與技術，進行魚群的驅攔；另外，就是積極宣傳環保思想，加大執行與監督力度，逐步落實對魚類的保護。

3.“黑啟動”電源

停電事件產生的后果，讓人們懂得了預防可能出現問題的重要性，并且采取了諸多有利措施。在水電站的“黑啟動”電源即是一種，它以化學鉛酸蓄電池為主，有害物質多，對人、對環境都有所不利，因此，應該做好廢品加收工作；另一方面，加大技術研究，最好是采用多臺機組冷卻系統，并在其引水管道上進行小水輪發電機組的設置，以此取代化學鉛酸蓄電池，既經濟又環保，而且可以將其作為“黑啟動”的備用電源。

4.噪音污染、電磁污染、電磁輻射

第一，在振動噪聲方面，因水電站規模龐大，振動力強，噪聲大，因此會帶來公共環境的危害，并引發噪音污染，所以，在具體的水電站設計中，應該采用一些環保措施解決此類問題。具體而言，水電機組、動力設備等主要與電磁、水利、機械三種因素相關，因此，應該從這幾方面進行嘗試，并克服這些問題。在電磁振頻、機組大部件振頻、廠房混凝土構件振頻等方面，應該防止共振的產生，因為共振所形成的強大振頻會帶來更大的危害與影響。因此，在設計時，應該以機組穩定性為先，然后再進行效率方面的提升與研究；另外，應該加強試驗，利用光導纖維等進行全流道的觀察，并利用數據測算與分析，逐步提升對噪聲污染問題的解決，盡可能的吸收與減少各種可能性的“振頻”。

第二，在電磁污染方面，電磁振動噪聲可利用定子斜槽、轉子斜極加以解決；對于空壓機、水泵等這些輔助性設備，通常以減振為宜，如橡膠墊的鋪設、裝置減振喉等，最主要的是采用對癥治療的方法，進行具體問題具體解決；另一方面，也可以通過更換振動噪音更小的設備，從而保證生產運行的有序與對環境的保護，工作人員的健康等。

第三，在電磁輻射方面。金屬具有自身獨特的性質，而且會造成各種電磁輻射。水電站也不可避免會產生電磁，而且由電磁帶來諸多干擾源，這是因為在水站生產中，需要電流的不斷調整，加上自然雷電、大爆炸、繼電器等等方面的干擾源的出現，造成電磁輻射。通常認定，射頻抗擾性、靜電泄放、電源線抗擾性等指標即是用來對其進行規范的，但實際的生產運營中，必然會因各種可能性因素，造成廣泛的電磁輻射問題。所以，應該加強測量監視，并對準測點的各種觀察指標進行真實的數據記錄，分析其中的真實運行狀態與造成的干擾與輻射，還應該做好污染源的監測工作，以防漏油等問題引發下游污染。

5.材料設備

在材料設備方面，一是加強防火功能，最好采用一些新的環保材料，將舊材料進行淘汰，改變原有的傳統思維方式，防止因貪圖省錢或節約造成不必要的火災，從而引發更大的損害，帶來更嚴重的經濟損失。二是對鐵銹的處理，以免其造成污染，還有鋼鐵表面的涂層保護等，都需要進行細致化的管理與具體落實，從而提高我國在這方面的環保意識、環保能力。

水電站水力機械系統較為復雜，在具體的設計中，需要進行分類進行分析，比如對于主體設備，水輪機電機組及附屬設備方面的環保分析，輔助系統設備方面的環保分析等，在輔助性的水力機械系統中，有油、氣、水、量測等諸多小系統，主要的作用體現在為主體設備提供服務方面，而且其強大的功能聯，為主體設備的安全運行提供了諸多保障。如同火電一樣，水電發電也會帶來諸多污染問題、環境問題、生態問題以及其他方面的問題，因此，應該從發展的角度進行水電站發展方面的研究，對水力機械設計工作細加探究，做好其中的環保工作，以此推動我國的水電站建設水平的提升，并堅持走可持續發展之路。